ES2566028T3 - Sistema de medición biológica y método de uso - Google Patents

Abstract

Sistema (10) de medición biológica para medir la concentración de componentes incluidos en una muestra en forma de aerosol, estando caracterizado el sistema (10) porque comprende: * medios (30, 50, 210) de recogida que tienen una superficie interior para recoger la muestra mediante deposición; * medios (200, 230, 430) de concentración para raspar la muestra de la superficie interior de dichos medios de recogida; * medios (1530, 1540) de marcaje para marcar ópticamente los componentes presentes en la muestra concentrada; y * medios (50, 450, 510) de examen para examinar ópticamente los componentes marcados y generar de ese modo una medida de la concentración de componentes presentes en la muestra; en el que dichos medios (200, 230, 430) de concentración están configurados para concentrar espacialmente dicha muestra contra una superficie (120, 420, 450) óptica dentro de dichos medios de recogida a través de la cual tiene lugar, en uso, el examen óptico.

Description

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(c) mohos;

(d) polen; y 5 (e) un alérgeno microbiológico. Además, el sistema también está adaptado preferiblemente para identificar los componentes en forma de uno o más

de los siguientes: 10 (a) polvo tóxico;

(b) un explosivo;

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un fármaco; y 15

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un contaminante. Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método de detección de uno o más patógenos en una o más muestras de esputo de un sujeto usando un sistema según el primer aspecto de la 20 invención según la reivindicación 13. Preferiblemente, en las etapas (b) y (c), se emplea un ensayo marcado fluorescentemente para proporcionar la respuesta óptica.

25 Preferiblemente, en las etapas (b), (c) y (d), la detección de fluorescencia se realiza usando espectroscopía de ondas evanescentes. Preferiblemente, cuando se ejecuta el método, dicho uno o más patógenos comprenden uno o más de:

30 (1) anticuerpos;

(2) ácidos nucleicos;

(3) enzimas u otras proteínas; 35

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analogías de (1) a (3); y

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un microorganismo.

40 El método está adaptado ventajosamente para la detección de bacterias asociadas con infecciones pulmonares y relacionadas con el pulmón. Además, el método está adaptado preferiblemente para la detección de uno o más de los siguientes patógenos:

45 (1) un virus;

(2) una proteína y/o anticuerpo;

(3)

otra partícula sintomática no incluida en (1) o (2); 50

(4) una espora;

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un moho; 55 (6) polen;

(7) un alérgeno;

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polvo tóxico; 60

(9) un explosivo;

(10)

un fármaco; y 65 (11) un contaminante.

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En referencia a continuación a la figura 3, se muestra el tubo 70 de muestras hueco implementado como un tubo 200 de muestras hueco sustancialmente cilíndrico. El tubo 200 comprende un primer extremo abierto indicado mediante 210 para alojar una muestra exhalada procedente del usuario 40; el primer extremo 210 abierto corresponde al orificio 80 de entrada en la figura 1. Además, el tubo 200 comprende además un segundo extremo 220 para alojar un émbolo 230 hueco; el émbolo 230 corresponde al émbolo 110 de la figura 1. El tubo 200 también incluye un tubo 240 lateral sustancialmente cilíndrico que sirve como orificio 90 intermedio, teniendo el tubo 240 lateral un eje central longitudinal asociado sustancialmente ortogonal al del tubo 200 de muestras. En una región en la que los tubos 200, 240 colindan, se incluye preferiblemente una malla o gasa 250 de filtro. El tubo 200 comprende además un anillo 260 periférico alrededor del primer extremo 210 de modo que este extremo 210 está desprovisto sustancialmente de cualquier borde afilado que pudiera lesionar al usuario 40 que manipula el tubo 200, por ejemplo cuando el usuario 40 manipula el tubo 200 hacia su boca.

El émbolo 230 hueco también tiene forma sustancialmente cilíndrica y se fabrica para poderse mover de manera deslizante y rotacional concéntricamente dentro del interior del tubo 200 de muestras tal como se ilustra, estando el tubo 200 y el émbolo 230 en ajuste mutuamente preciso. Preferiblemente, el émbolo 230 está dotado de un anillo de sellado deformable elásticamente (no mostrado) sustancialmente en un extremo del émbolo 230 presentado al tubo 200 de muestras cuando está en uso. El anillo de sellado se fabrica preferiblemente de un material de caucho de nitrilo, por ejemplo material Viton patentado, silicona o politetrafluoroetileno (PTFE). Además, el anillo de sellado está desprovisto ventajosamente de cualquier material lubricante, por ejemplo grasa de silicona, que podría contaminar potencialmente las muestras recogidas dentro del tubo 200, y comprometer de ese modo el funcionamiento del sistema 10. Adicionalmente, el vapor emitido desde un lubricante puede ser potencialmente perjudicial para el usuario 40 si lo ingiere.

El tubo 200 hueco está dotado adicionalmente de un conjunto de atomización de solución salina indicado generalmente mediante 300 en una región del tubo 200 cerca del primer extremo 210 abierto. El conjunto 300 está acoplado preferiblemente a un nebulizador, por ejemplo un dispositivo de bomba accionado con el pie, para forzar solución salina a presión hacia el conjunto 300 para generar un chorro 310 divergente de niebla de solución salina para su inhalación por el usuario 40; la niebla de solución salina es eficaz para promover tos vigorosa para inducir la expulsión por parte del usuario 40 de esputo y/o moco. Preferiblemente, el chorro 310 comprende gotitas de solución salina que tienen un diámetro en un intervalo de 6 µm a 20 µm. Más preferiblemente, las gotitas de solución salina tienen un diámetro en un intervalo de sustancialmente 10 µm a 15 µm. La solución salina a partir de la cual se generan las gotitas tiene preferiblemente una concentración en un intervalo del 0,1% al 2% en peso de cloruro de sodio en agua; más preferiblemente, la solución salina tiene una concentración en un intervalo del 0,7% al 1,1% en peso. El conjunto 300 incluye un tubo 320 capilar sustancialmente central que está formando un ángulo en su extremo de boquilla hacia el primer extremo 210 abierto para reducir la cantidad de niebla de solución salina barrida hacia el émbolo 230. Preferiblemente, el conjunto 300 está rebajado en relación con la perforación interior del tubo 200 hueco de modo que puede hacerse avanzar el émbolo 230 hacia el primer extremo 210 más allá de una región en la que el conjunto 300 está conectado al tubo 200 hueco tal como se ilustra. El conjunto 300 está moldeado preferiblemente de manera solidaria como parte del tubo 200 hueco; alternativamente, con el fin de simplificar las herramientas de moldeo requeridas, el conjunto 300 puede ser una pieza de inserción retenida mediante ajuste a presión que se monta en un acceso lateral que sobresale del tubo 200 hueco durante la fabricación. Si se requiere, el acceso lateral puede moldearse con su eje central orientado hacia el primer extremo 210 de modo que la pieza de inserción no requiere que su tubo 320 capilar esté conformado hacia este extremo 210.

La inducción de generación de muestra más eficaz puede lograrse alternativamente mediante la inhalación de uno o más de vapor de agua, ésteres, expectorante y/o mentol.

En funcionamiento, el émbolo 230 se retrae de modo que su superficie de extremo indicada mediante 270 en la figura 4 esté sustancialmente en el segundo extremo 220 del tubo 200. En un estado de recogida de este tipo, el tubo 200 tiene la mayor parte de su superficie interior, preferiblemente más del 80% de la misma, expuesta al primer extremo 210. Además, en el estado de recogida, se proporciona un trayecto para el flujo de gas desde el primer extremo 210 a través de la gasa 250 y a través del tubo 240 lateral hacia la bolsa 100 (no mostrada en la figura 3) o directamente al ambiente; se prefiere descarga directa al ambiente cuando, por ejemplo, están realizándose pruebas de examen para patógenos menos peligrosos.

En el estado de recogida, el usuario 40 coloca el primer extremo 210 en su boca de modo que el anillo 260 se sitúa y sella sobre los labios del usuario. El usuario 40 o la persona que realiza la prueba activa entonces el conjunto 300, por ejemplo apretando una bomba de pie asociada, para expulsar el chorro 310 de niebla de solución salina que inhala el usuario 40. La niebla de solución salina inhalada produce una respuesta automática en el usuario 40 para que exhale de manera forzada produciendo gotitas de aire, moco y/o esputo en forma de una niebla fina que va a transportarse desde los pulmones del usuario 40 al interior del tubo 200. Una región del tubo 200 alrededor del segundo extremo 220 forma una región de gas de baja velocidad en la que el aire exhalado por parte del usuario se inclina para fluir en una trayectoria de remolino y deposita de ese modo su carga de gotitas de moco y/o esputo sobre las paredes laterales internas del tubo 200. Además, el aire exhalado del usuario 40 se descarga a través del tubo 240 lateral a una velocidad relativamente alta.

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Puede emplearse adicionalmente una presión parcial negativa para ayudar a obtener la muestra.

De ese modo se proporciona una muestra para el análisis sobre la superficie interior del tubo 200, especialmente en la región del segundo extremo 220. Entonces se acciona el émbolo 230 en relación con el tubo 200 para recoger la muestra de la superficie interior del tubo 200 y luego para depositar la muestra recogida sobre una superficie de examen óptico del émbolo 230 para su posterior análisis y examen óptico; un accionamiento de este tipo también incluye preferiblemente la rotación del émbolo 230 en relación con el tubo 200.

Por tanto, el émbolo 230 está especialmente adaptado para recoger y concentrar mecánicamente la muestra. Ahora se describirán implementaciones del émbolo 230 con referencia a las figuras 4a y 4b.

En las figuras 4a y 4b, el émbolo 230 tiene forma sustancialmente cilíndrica y comprende una región 400 hueca central. El émbolo 230 está abierto en su primer extremo e incluye un reborde 410 circular para hacer tope sobre el segundo extremo 220 del tubo 200 cuando el émbolo 230 está insertado completamente en el tubo 200, limitando de ese modo el grado en que puede empujarse el émbolo 230 dentro del tubo 200. El émbolo 230 comprende la superficie 270 de extremo cuyo plano es sustancialmente perpendicular al eje longitudinal central del émbolo 230. En una región excéntrica de la superficie 270 tal como se muestra, se incluye un prisma 420 ópticamente transmisivo que se extiende al interior de la región 400 y un saliente 430 similar a una cuchara que se extiende hacia el exterior desde la superficie 270 lejos de la región 400. El saliente 430 similar a una cuchara es susceptible en uso de recoger moco y/o esputo de la superficie interior del tubo 200 sobre el mismo. El saliente 430 similar a una cuchara se extiende radialmente en la superficie 270 hasta una extensión periférica de la superficie 270. Un borde 440 periférico del saliente 430 se dispone preferiblemente para hacer contacto de manera deslizante sobre la superficie interior del tubo 200. Una abertura 450 óptica, también conocida como ventana de prisma, se incluye en la superficie 270 de extremo de modo que el prisma 420 esté en comunicación óptica con la muestra de esputo y/o moco recogida sobre el saliente 430.

El saliente 430 está preferiblemente curvado hacia su borde alejado del borde 440 periférico tal como se muestra en la figura 3b para mejorar el rendimiento del saliente 430 para retener sobre el mismo esputo y/o moco recogido de la superficie interior del tubo 200.

Además, el saliente 430 se fabrica preferiblemente de un material de plástico amoldable y se dispone para poderse doblar para aplastar su carga de material de muestra eficazmente a través de la abertura 450 óptica cuando se hace avanzar el émbolo 230 completamente dentro del tubo 200 y se empuja elásticamente contra la tapa de sellado mencionada anteriormente (no mostrada); los materiales de plástico adecuados para el saliente 430 incluyen uno o más de poli(cloruro de vinilo) (PVC), nailon, politetrafluoroetileno (PTFE), polietileno, polipropileno, alquileno y caucho de silicona. Si se requiere, la tapa de sellado puede dotarse de un rebaje para albergar el saliente 430 de modo que una superficie de extremo no rebajada plana de la tapa de sellado adyacente al rebaje se extiende para empujar y diseminar una acumulación de material de muestra sobre una región lateral del saliente 430 orientada hacia la abertura 450 óptica de manera sustancialmente uniforme sobre la abertura 450, dotando de ese modo al sistema 10 de sensibilidad de detección potenciada. Si se requiere, puede reducirse el grosor del saliente 430 hasta obtener un cuello fino relativo donde se une sobre la superficie 270 de extremo para proporcionar una forma de bisagra de modo que el saliente 430 puede inclinarse como una solapa para aplastar el material de muestra sobre la abertura 450 óptica.

Con el fin de simplificar el diseño del saliente 130 de la unidad 50 lectora, el saliente 130 adaptado para su inserción en la región 400 hueca del émbolo 230, es deseable que el prisma 420 se monte excéntricamente pero lejos de la extensión periférica de la superficie 270. Cuando el prisma 420 y su abertura 450 óptica asociada se disponen de este modo, el saliente 430 tiene preferiblemente una forma generalmente de “V” tal como se ilustra en la figura 4c. Una forma de “V” de este tipo es especialmente eficaz para recoger y retener una masa sustancial de muestra recogida en la misma. Alternativamente, tal como se ilustra en la figura 4b, el saliente 430 puede tener forma continuamente curvada; preferiblemente, el saliente 430 en su borde alejado también está curvado hacia la abertura 450 óptica más cerca de un eje longitudinal central del émbolo 230.

El émbolo 230 se fabrica como un elemento hueco de modo que el émbolo 230 puede alojar el saliente 130 de la unidad 50 lectora en la región 400. El saliente 130 comprende un módulo de componentes electrónicos y tiene preferiblemente forma cilíndrica sólida tal como se ilustra en la figura 5 y se indica generalmente mediante 500. Mientras que, en uso, el tubo 200 de muestras y su émbolo 230 asociado están diseñados para ser elementos desechables, la unidad 50 lectora está dispuesta para reutilizarse ya que comprende piezas componentes moderadamente costosas en la misma, por ejemplo un tubo fotomultiplicador y un láser de diodo, que se describirán en más detalle más adelante. El saliente 130 tiene preferiblemente forma alargada que comprende un primer extremo 520 y un segundo extremo que interactúan sobre un módulo que incluye la pantalla 60. El primer extremo 520 comprende una región 510 óptica que interactúa dispuesta excéntricamente dispuesta para alinearse con la abertura 450, concretamente la ventana de prisma, cuando el saliente 130 se inserta en la región 400 hueca del émbolo 230 para examinar una muestra recogida sobre el saliente 430 similar a una cuchara.

El tubo 200 de muestras, el émbolo 230 y el saliente 130 son ventajosos porque pueden compactarse en

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activa el sistema 10, lo que provoca que el microcontrolador 1150 en combinación con el circuito 1160 estroboscópico genere una señal modulada para activar el láser 810 de diodo y de ese modo generar el haz 1200 estroboscópico correspondiente. Preferiblemente, la salida de longitud de onda de radiación del láser 810 se seleccionará para que coincida con la longitud de onda de excitación de los fluoróforos empleados para analizar la muestra de moco y/o esputo recogida sobre la abertura 450 óptica. Tales fluoróforos pueden seleccionarse para que sean sensibles de manera selectiva a diferentes longitudes de onda, por ejemplo longitudes de onda de radiación roja intensa, verde o azul. El uso de radiación de longitud de onda más larga del láser 810 correspondiente a radiación roja es preferible para reducir costes ya que los láseres de color rojo son muy económicos y están fácilmente disponibles. A la inversa, los diodos de láser de estado sólido que pueden producir radiación a longitudes de onda de radiación azul y verde relativamente más cortas en la actualidad son relativamente caros. Sin embargo, debe usarse un tubo PM que es sensible en la región espectral roja y estos son ligeramente más caros que los de la región azul/verde más sensibles. Sin embargo, la configuración 1100 óptica, por tanto, puede hacerse funcionar a diferentes longitudes de onda para coincidir con el tipo de fluoróforos empleados para analizar la muestra de moco y/o esputo, y el sistema 10 puede construirse para funcionar a cualquier frecuencia óptica deseada.

El haz 1200 es preferiblemente estroboscópico a una frecuencia en un intervalo de 100 Hz a 100 kHz. Más preferiblemente, el haz 1200 es estroboscópico a una frecuencia en un intervalo de 100 Hz a 1500 Hz. Lo más preferiblemente, el haz 1200 es estroboscópico a una frecuencia de sustancialmente 1030 Hz ya que esto hace que los circuitos amplificadores (no mostrados) asociados con el tubo 800 PM y el desmodulador 1140 síncrono sean más sencillos de diseñar usando componentes convencionales, ya que las restricciones de anchura de banda no son especialmente problemáticos a una frecuencia estroboscópica de este tipo. Además, 1030 Hz no es un harmónico del suministro de red eléctrica de 50 Hz, haciendo de ese modo que el sistema 10 sea menos susceptible de resultar afectado por fuentes de luz fluctuantes de 50 Hz tales como cintas luminosas fluorescentes que funcionan con la red eléctrica frecuentemente encontradas en hospitales y clínicas.

Preferiblemente, el circuito 1160 estroboscópico puede hacerse funcionar para modular la corriente de inyección usada para excitar el láser 810 de modo que esta corriente se conmuta periódicamente por encima y por debajo del umbral de corriente de acción láser del láser 810. Alternativamente, el láser 810 puede hacerse funcionar a una intensidad de salida constante y un dispositivo modulador independiente, por ejemplo una célula de cristal líquido (LCD), se usa para modular temporalmente un haz de salida del láser 810 para generar el haz 1200 de radiación.

El láser 810 emite el haz 1200 estroboscópico que se propaga a través de la guía 820, 830 de luz para generar un haz 1210 de salida correspondiente que se propaga a una primera cara 1215 inclinada del prisma 420 y se refracta en la misma para generar un haz 1220 refractado correspondiente que subtiende a un ángulo θ en relación con una normal al plano de la abertura 450 óptica. Preferiblemente, el ángulo θ está en un intervalo de 62º a 80º. Más preferiblemente, el ángulo θ es sustancialmente 70º.

El haz 1220 refractado se propaga a la abertura 450 óptica y se refleja principalmente en la misma para generar un haz 1230 reflejado que entonces se propaga a una segunda cara 1235 inclinada del prisma 420 para surgir refractado de la misma como un haz 1240 que entonces se propaga al detector 1130. El haz 1240 da lugar a una señal estroboscópica en la salida S2 que se usa como señal de referencia de modulación para el desmodulador 1140.

Cuando el haz 1220 incide sobre la abertura 450 óptica, una fracción de la radiación presente en el haz 1220 se acopla en el plano de la abertura 450 en forma de una onda 1245 evanescente. Esta onda 1245 evanescente se propaga en una región límite en la superficie de contacto de la capa 1110 biológicamente activa con el propio prisma

420. La región límite depende de la frecuencia y a las frecuencias en las que el sistema funciona ésta es eficaz solo en un grosor del orden de 100 -200 nm. Por tanto, el acoplamiento del haz 1220 para formar la onda 1245 evanescente permite un examen óptico extremadamente eficaz de productos químicos presentes en la región límite. Si están presentes fluoróforos en la región límite, se excitan por la onda evanescente para generar radiación fluorescente. Preferiblemente, esta radiación fluorescente está a una frecuencia de radiación diferente de la del haz de modo que el filtro 1120 puede usarse para diferenciar la radiación dispersada del haz 1220 de la fluorescencia en la región límite mencionada anteriormente; concretamente, los fluoróforos presentes en la región límite pueden hacerse funcionar para proporcionar conversión de la longitud de onda de radiación.

La radiación fluorescente generada en la región límite se propaga desde la región límite a través del prisma 420 para salir de la cara 1170 de prisma y se propaga a través del filtro 1120 al tubo 800 PM haciendo que se genere una señal de detección correspondiente en la salida S1. La señal de detección pasa a la entrada de señal del desmodulador 1140 y se desmodula de manera síncrona en el mismo con respecto a la señal de la salida S2 para proporcionar una señal desmodulada en la salida S3 que pasa al microcontrolador 1150 para la posterior toma de muestras y la conversión a los correspondientes datos D. El microcontrolador 1150 procede entonces a comparar los datos D con un nivel umbral preprogramado T y determina de ese modo si están presentes o no patógenos en las muestras de moco y/o esputo recogidas sobre la abertura 450 óptica y examinadas por la radiación de onda evanescente que se propaga a lo largo de la misma.

Preferiblemente, el grado de fluorescencia, concretamente la magnitud de los datos D, puede determinarse antes de,

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concretamente proporcionando los datos D1, y de nuevo después de, concretamente proporcionando los datos D2, recoger y concentrar mecánicamente la muestra de esputo y/o moco sobre la abertura 450 óptica. Se calcula entonces un valor de diferencia dado mediante la ecuación 1 (Ec. 1):

ΔD = módulo (D2 -D1) Ec. 1

en el microcontrolador 1140. Este valor de diferencia ΔD se compara entonces con el valor umbral T para determinar si están presente o no patógenos en la muestra. Un método de medición de diferencias de este tipo es eficaz en la eliminación de las contribuciones sistemáticas a la señal de detección proporcionada en la salida S1; tales contribuciones sistemáticas pueden surgir de la dispersión dentro del prisma 420, de la fluorescencia residual dentro del prisma 420 especialmente si se fabrica de materiales de plástico y de la discriminación de longitud de onda de radiación finita proporcionada por el filtro 1120. Los materiales de plástico adecuados para fabricar el prisma 420 incluyen Perspex, acrilato, policarbonato y poli(metacrilato de metilo) (PMMA). Debe indicarse que siempre que sea posible se evita el uso de materiales de polímero que presentan fluorescencia.

Preferiblemente el valor umbral T se hace proporcional a la energía de radiación del examen óptico suministrada al haz 1210 a partir del láser 810. Más preferiblemente, el valor umbral T se hace proporcional a la energía de radiación en el haz 1240 recibida en el detector 1130 de modo que compensa la eficacia del acoplamiento óptico en el prisma 420 que puede variar posiblemente del émbolo 230 al émbolo 230, especialmente si las tolerancias mecánicas en la fabricación no se controlan estrechamente.

Aunque el uso del tubo 800 PM se describe en lo anterior, se apreciará que pueden emplearse posiblemente otros tipos de detectores ópticos, por ejemplo fotodiodos de avalancha, fototransistores o fotodiodos de ruido bajo. Si las consideraciones de señal-ruido lo permiten, el láser 810 se sustituye preferiblemente por un diodo emisor de luz (LED) de alto brillo y de bajo coste.

Si se requiere, el filtro 1120 puede comprender varios componentes de filtro óptico para potenciar su discriminación de longitudes de onda, por ejemplo utilizando varias capas de rejilla de difracción. Además, el microordenador 1150 puede programarse para compensar la deriva temporal estacionaria sistemática en la señal de detección para compensar las características de calentamiento del sistema 10 cuando se activa a partir de un estado frío. Puede hacerse una estimación de tal deriva examinando la abertura 450 óptica durante un periodo de algunos minutos antes de introducir la muestra concentrada mecánicamente en la misma.

Preferiblemente, el microcontrolador 1150 incluye un registrador de datos para registrar los resultados de prueba y códigos de referencia correspondientes para su descarga posterior a una base de datos desde la unidad 50 lectora. En una configuración de este tipo, la unidad 50 lectora incluye preferiblemente un teclado de introducción de datos de modo que a cada prueba realizada por la unidad 50 lectora puede asignarse una referencia de identificación. Cuando el microcontrolador 1150 está configurado para proporcionar una característica de registro de datos, el microcontrolador 1150 puede usarse posiblemente de manera eficaz durante una enfermedad epidémica para generar estadísticas de la tasa de infección por el patógeno.

Se apreciará que el sistema 10 puede adaptarse para examinar muestras líquidas de otras fuentes distintas del aliento exhalado. En referencia a la figura 11, se muestra una configuración alternativa para parte del sistema 10 para analizar un líquido, por ejemplo una muestra de sangre, que fluye o está estancada dentro de un tubo 1310. El prisma 420 es una pieza solidaria de, o está unido a, una región lateral del 1310. El haz 1210 pasa a través del prisma 420, al igual que los haces 1220, 1230, y excita los fluoróforos unidos a la cara principal del prisma 420 orientada en contacto hacia la muestra líquida dentro del tubo 1310. La fluorescencia de los fluoróforos en respuesta a la composición de la muestra líquida, por ejemplo sangre, la recibe el tubo 800 PM para generar una señal de detección estroboscópica en la salida S1 para su posterior detección síncrona. El sistema 10 modificado según la figura 11 es por tanto susceptible de proporcionar una monitorización continua de sangre u otros fluidos corporales, por ejemplo orina, para detectar patógenos y por tanto tiene una posible aplicación generalizada en hospitales e instalaciones de procesamiento de fluidos corporales.

Además, si se requiere, una corriente de aire de muestra puede hacerse pasar de manera continua a través del tubo 1310 para detectar patógenos transportados por el aire, contaminantes tóxicos y vapores explosivos por ejemplo. Por tanto, el sistema 10 de medición biológica puede adaptarse posiblemente a otras aplicaciones distintas de simplemente detectar patógenos respiratorios tales como tuberculosis.

El prisma 420 de tipo Dove puede sustituirse en el émbolo 110, 230 por un prisma alternativo indicado generalmente por 1400 en la figura 12. El prisma 1400 tiene preferiblemente ángulos internos de 55º, 125º, 70º y 110º tal como se ilustra. Opcionalmente, una cara indicada por 1410 puede ser una superficie recubierta de espejo para potenciar el rendimiento de reflexión de la cara 1410 cuando refleja el haz 1210 para formar el haz 1220. Reduciendo las pérdidas de reflexión internas, el prisma 1400 puede conferir posiblemente una relación señal-ruido potenciada al sistema 10.

Además, pueden adoptarse primas de tipo Dove u otros en los que el ángulo de aceptación es tal que se inducen

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múltiples reflexiones dentro del prisma. Por ejemplo, se describen prismas alternativos adecuados en un manual de

C. N. Banwell y E.M. McCash, “Fundamentals of Molecular Spectroscopy” (1994) McGraw-Hill, 4ª edición que se incorpora al presente documento como referencia.

Debe apreciarse que se ha mostrado que la fluorometría es de considerable importancia para la detección de materiales biológicos tales como proteínas y ADN, cuando se usan fluoróforos sobre anticuerpos como marcadores para la detección. La detección usando tal fluorometría puede ejecutarse mediante o bien

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mediciones de fluorescencia en masa; o

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a través de la aplicación de técnicas de examen tales como detección de ondas evanescentes; o

c) espectroscopía de cavidad en anillo desplegable; o bien

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a través del uso de ensayos de desplazamiento.

Tal fluorimetría ofrece algunas posibles ventajas en cuanto a especificidad, simplicidad y sensibilidad. La detección de ondas evanescentes se conoce bien, pero no están disponibles comercialmente fluorímetros de ondas evanescentes de bajo coste para su uso en la detección de patógenos tal como se describe con respecto a la presente invención.

Debe apreciarse además que el análisis de muestras tras su recogida sobre una zona de examen óptico puede emprenderse usando medios distintos de fluorimetría, por ejemplo, pueden utilizarse marcadores radiactivos y fosforescentes o técnicas de quimioluminiscencia.

La detección también puede llevarse a cabo usando otras formas de espectroscopía, no asociadas con sistemas de inmunoensayo u ondas evanescentes. Por ejemplo, métodos de espectroscopía infrarroja pueden identificar la presencia de fragmentos moleculares específicos basándose en las “frecuencias de grupos” en regiones específicas del espectro infrarrojo; estos pueden realizarse usando geometrías tanto de transmisión como de reflexión en donde esta última detecta la absorción de radiación IR evanescente. Otras posibilidades son preferiblemente, pero no exclusivamente, detección de onda acústica de superficie (SAW) y resonancia de plasmón superficial (SPR) que pueden proporcionar una potenciación de la señal y por tanto aumentos en la sensibilidad.

4. Bioquímica del sistema

En lo anterior, el sistema 10 de medición se describe con respecto a su hardware. En la siguiente descripción, se esclarecerán ahora en más detalle los aspectos químicos del sistema 10.

4.1 Visión general de la bioquímica

El sistema 10 de medición puede hacerse funcionar según dos métodos de detección alternativos, concretamente o bien:

(a)

mediante desplazamiento de fluoróforo que resulta de la presencia de un patógeno (concretamente ensayo de desplazamiento competitivo); o bien

(b)

mediante unión a fluoróforo promovida por la presencia de un patógeno (concretamente ensayo de unión selectivo).

En el ensayo de desplazamiento competitivo, la señal de detección en la salida S1 se reduce a medida que el patógeno se introduce en la unidad 30 de recogida de muestras. A la inversa, en el ensayo de unión selectivo, la señal de detección en la salida S1 aumenta a medida que el patógeno se introduce en la unidad 30 de recogida. Ambos ensayos son pertinentes ya que determinados tipos de patógeno se detectan mejor mediante uno u otro de los ensayos.

En el ensayo de unión selectivo, la abertura 450 óptica se recubre durante la fabricación con un primer anticuerpo que se unirá al patógeno que va a detectare. En funcionamiento, el patógeno se concentra mecánicamente sobre la abertura 450 óptica y se inmoviliza en la misma debido a su afinidad con el primer anticuerpo. A continuación, se liberan fluoróforos unidos a segundos anticuerpos que tienen afinidad por el patógeno en el tubo 70, 200 de muestras de modo que los fluoróforos se unen al patógeno inmovilizado a los primeros anticuerpos en la abertura 450 óptica. Si se requiere, los anticuerpos primero y segundo pueden ser idénticos, aunque esto no es esencial ya que los patógenos presentan frecuentemente varias regiones de superficie a las que pueden unirse diferentes anticuerpos. Los segundos anticuerpos y sus fluoróforos asociados pueden estar en forma de un líquido contenido en uno de los depósitos 910, 920 de la tapa 900 de sellado. Cuando el patógeno se ha inmovilizado directamente a los primeros anticuerpos en la abertura 450 óptica junto con los fluoróforos unidos a los segundos anticuerpos inmovilizados al patógeno, la radiación 1245 de ondas evanescentes puede interaccionar fuertemente con los

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