ES2626643T3 - Aparato para efectuar análisis de forma automática - Google Patents

Abstract

Un aparato para efectuar automáticamente análisis químicos, bioquímicos o biológicos en placas de microtitulación, que comprende al menos - subsistemas para efectuar diferentes operaciones en placas de microtitulación, seleccionadas del grupo que comprende la agitación, la incubación térmica y la lectura óptica para la detección de características ópticas; - un subsistema de transporte (301) para el movimiento automatizado de placas de microtitulación en tres direcciones X, Y y Z, con el fin de transportar las placas desde un subsistema a otro subsistema dentro del aparato, y para desplazar unos medios de manipulación de líquidos (302) en las tres direcciones X, Y y Z; caracterizado porque - los medios de manipulación de líquidos (302), que comprenden al menos dos sondas de manipulación de líquidos diseñadas de forma móvil, que pueden efectuar varias operaciones de manipulación de líquidos al mismo tiempo, en el que dichos medios de manipulación de líquidos están integrados en el subsistema de transporte; - un subsistema de inserción/extracción que comprende al menos un cajón (102) para la inserción, retirada y almacenamiento de placas de microtitulación, y otros equipos para las operaciones de toma de muestras y de dilución, en el que dicho subsistema de inserción/extracción se acciona mecánicamente por medio del subsistema de transporte, y está libre de componentes eléctricos implementados en ese subsistema.

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

patrones, y los números de lote o de partida, etc., con un conjunto predefinido de datos. Este conjunto predefinido de datos depende de los parámetros de ensayo predefinidos y específicos, tales como por ejemplo los números de muestra, los tipos de ensayo, los números de réplica, las definiciones de los patrones, las definiciones de los controles y los factores de dilución seleccionados por el operador. En esta realización preferida con todos los parámetros predefinidos en su intervalo requerido, se efectúan ensayos predefinidos. Si los parámetros no están dentro del intervalo requerido, o un código de barras no es legible, no se lleva a cabo el ensayo y se le informa al usuario del error en cuestión, la razón del error y las formas más sencillas de corregirlo, a través de la interfaz de usuario.

El recipiente lleno de líquido puede sellarse con medios de sellado, tales como una película, papel metalizado, tapones y tapas. Estos medios de sellado pueden perforarse y abrirse si se aplica presión localizada sobre los medios de sellado. La perforación de los medios de sellado puede efectuarse mediante una estación de perforación separada. La perforación se efectúa preferentemente mediante las sondas de manipulación de líquidos. En una realización preferida, la perforación de los medios de sellado se consigue mediante sondas de manipulación de líquidos, con puntas desmontables diseñadas especialmente, y, en particular con puntas de pipeta desechables, que se caracterizan por tener un área de contacto más pequeña entre los medios de sellado y la punta, en comparación con las sondas de dispensación de líquido.

El analizador comprende adicionalmente un medio para agitar las placas de microtitulación y los recipientes, con el fin de asegurar la mezcla eficaz de los líquidos. El medio de agitación está situado preferentemente en la zona accesible de las sondas de manipulación de líquidos, alejadas del cajón retráctil que contiene los consumibles de ensayo, manteniendo así el cajón libre de componentes eléctricos. Este medio de agitación incluye un soporte, al que los actuadores pueden desplazar al menos en una dirección, moviéndose las placas de microtitulación contenidas en el soporte junto con el mismo. Puede lograrse un aumento de la eficiencia de mezcla de al menos dos fluidos diferentes, en una placa de microtitulación, por medio de unos salientes que pueden desplazarse al menos en una dirección, y que están inmersos parcial o totalmente en el líquido contenido en la placa de microtitulación en los medios de soporte móviles. La placa se mueve al menos en una dirección perpendicular a la dirección de la extensión de los salientes. En una realización preferida, los salientes consisten en sondas de manipulación de líquidos. En una realización preferida adicional, se fijan unas puntas de pipeta desechables a dichas sondas de manipulación de líquidos, y se sumergen en el líquido presente en la placa de microtitulación desplazada.

La incubación de las placas de microtitulación y los recipientes a temperaturas predefinidas se consigue por medio de unos soportes calentados, sobre los que pueden colocarse las placas de microtitulación y los recipientes. La obtención del equilibrio térmico entre el soporte calentado y la placa de microtitulación, o el recipiente, se acelera por la presencia de un material térmicamente conductor, entre el soporte calentado y las placas de microtitulación, o por un recipiente que asegure el contacto. En una realización preferida, los soportes calentados están situados dentro del soporte de agitación.

La detección de características ópticas, tales como absorbancia, las características nefelométricas o turbidimétricas, luminiscencia, fluorescencia, polarización de fluorescencia y fluorescencia resuelta en el tiempo de analitos, o de entidades químicas dependientes de analitos, se lleva a cabo mediante un subsistema de lectura óptica. En una realización preferida, este subsistema de lectura óptica se encuentra en un segundo cajón dentro del analizador automatizado, estando separado dicho cajón del cajón con los componentes de ensayo. El cajón con el subsistema de lectura óptica permite el acceso ocasional al sistema de lectura óptica, con fines de mantenimiento y de actualización y para permitir la colocación precisa del sistema de lectura óptico, una vez que se ha retraído el cajón. El posicionamiento preciso del subsistema de lectura óptica facilita la interacción entre el sistema de manipulación de líquidos y el lector óptico, en particular cuando el sistema de manipulación de líquidos transporta placas de microtitulación o recipientes hasta el subsistema de lectura óptica.

El subsistema óptico permite detectar condiciones de transferencia y almacenamiento de líquidos, mediante la detección de las características ópticas de los pocillos y su comparación con características ópticas predefinidas relacionadas con el tipo de ensayo, el volumen total de los pocillos y el tipo de placa de microtitulación, permitiendo así identificar volúmenes totales y tipos de placas de microtitulación erróneos. En una realización preferida, el parámetro óptico consiste en la altura de medición óptica, que se determina mediante la variación de la distancia entre los medios de captación de luz y la placa de microtitulación, y la detección de la altura con un punto extremal o de inflexión en la intensidad de luz captada. Esta altura depende de las características de las placas y del volumen de líquido en la placa de microtitulación y, por lo tanto, permite identificar volúmenes y tipos de placas de microtitulación erróneos.

Para la detección de analitos, son importantes los tiempos iguales de incubación, en particular para las operaciones que tienen lugar pocillo a pocillo y no sobre placas enteras. El lapso de tiempo entre cada operación depende de la posición de los pocillos en la placa de microtitulación, y puede conducir a diferencias en las señales obtenidas debido a diferencias en los tiempos de incubación. A fin de evitar estas diferencias en los tiempos de incubación, a cada pocillo se le otorga una etiqueta que indica el tiempo de inicio de una etapa operacional. La siguiente etapa para cada pocillo se lleva a cabo en el transcurso de un periodo de tiempo predefinido, en relación con el inicio de la anterior etapa operacional para cada pocillo.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Las reacciones de detección de analitos, que resultan en un cambio al menos en un parámetro detectable como una función del tiempo de incubación, se analizan por medio de un procedimiento de punto final o un procedimiento de lectura cinética. El procedimiento de punto final se caracteriza ya sea por una sola lectura de cada pocillo de reacción, tras un tiempo de reacción específica de acuerdo con la etiqueta temporal específica en cuestión, o bien se detiene la reacción de detección al añadir una solución de parada a los pocillos de reacción, antes de transferir la placa de reacción al lector de microplacas para la lectura. El procedimiento de lectura cinética comprende la detección repetida del parámetro detectable en cuestión, calculando la primera derivada y aplicando la regresión lineal a por lo menos dos puntos de datos de la primera derivada, reduciendo de esta manera los errores.

El analizador también comprende medios opcionales para separar una fase sólida de un líquido, que en una realización preferida consiste en perlas magnéticas que se separan del líquido mediante la aplicación de campos magnéticos. Los campos magnéticos pueden aplicarse, por ejemplo, por medio de un dispositivo que comprenda una pluralidad de imanes, estando dispuestos los imanes en una matriz correspondiente a los pocillos individuales de una placa de microtitulación. Alternativamente, las sondas magnéticas pueden fijarse a la unidad de transporte. Estas sondas pueden apalancar y liberar partículas magnéticas.

El analizador de acuerdo con la invención está controlado por un procesador de datos. Éste puede ser, por ejemplo, un ordenador con correspondientes entradas y salidas para controlar el subsistema, para grabar, y almacenar datos y para interactuar con un usuario. Los expertos en la materia de la tecnología de automatización están familiarizados con los dispositivos de procesamiento de datos para la programación, el control y la regulación de procesos automatizados. Preferentemente se usan interfaces conocidas, tales como RS232, USB, CAN bus, y similares, para el proceso de comunicación, es decir el intercambio de señales entre la unidad de procesamiento de datos y el subsistema del analizador.

El operador interactúa con el dispositivo a través de una interfaz de usuario, que en una realización preferida consiste en una pantalla de cristal líquido (LCD) sensible al tacto. El operador puede elegir entre una combinación de protocolos de ensayo predefinidos, o él mismo puede idear un protocolo de ensayo personalizado. Este protocolo proporciona una elección entre diversos parámetros de ensayo, tales como números de muestras, tipos de ensayo, número de réplica, patrones, controles y factores de dilución. Dependiendo de los parámetros de ensayo seleccionados, se determinan los reactivos, controles, patrones y consumibles de ensayo requeridos, y se le indica al operador que cargue los consumibles, reactivos, controles, patrones y muestras de ensayo en posiciones predefinida y especificadas en el cajón del aparato, a través de la interfaz de usuario. Se retrae el cajón hacia el dispositivo, y se verifican la posición, identidad, orientación, composición y estado correctos de los consumibles y reactivos de ensayo, y se leen las etiquetas legibles por máquina en la muestra y los consumibles y reactivos de ensayo. Si se detectan errores en la posición, identidad, orientación, composición y estado de los consumibles de ensayo, se informa al operario de los errores, la razón de los errores y las maneras más sencillas de corregirlos. Si se confirman la posición, identidad, orientación, composición y estado correctos de los consumibles de ensayo, el analizador comienza a efectuar tareas tales como la perforación del recipiente y el transporte de volúmenes predefinidos de los reactivos, muestras, controles y patrones de ensayo en una placa de microtitulación. Entonces, se transporta la placa a lo largo de una trayectoria predefinida entre los subsistemas integrados, tales como los de agitación, incubación térmica, separación de la fase sólida y lectura óptica, determinándose una o más características ópticas tales como la absorbancia, luminiscencia, fluorescencia, polarización de la fluorescencia, o la fluorescencia resuelta en el tiempo, de un pocillo, permitiendo así llegar a una conclusión acerca de las características del analito, y almacenarla y representarla visualmente junto con otros valores predefinidos.

El analizador automatizado se controla por medio de un software que puede iniciarse remotamente mediante una correspondiente red, permitiendo así la combinación completa y automatizada del analizador y de un sistema de suministro de muestras automatizado. El software puede importar archivos en formatos comunes, tales como ASCII, y almacenar los resultados en combinación con información adicional, tal como códigos de error, especificaciones de reactivos y especificaciones de lectura óptica, en formatos comunes tales como ASCII.

El analizador es modular; los subsistemas pueden intercambiarse fácilmente. En el analizador pueden integrarse subsistemas comercialmente disponibles. A modo de subsistema de manipulación de líquidos puede utilizarse, por ejemplo, la estación de trabajo robótica X100-1-4 comercializada por la compañía Xiril AG (Hombrechtikon, Suiza), que comprende la funcionalidad necesaria para efectuar las operaciones descritas en el presente documento, tales como la dispensación de líquido, la captación y la liberación de puntas y extensiones de pipeta, el transporte de placas y recipientes de microtitulación, la aplicación de un flujo de gas y un medio de detección de la presión, para detectar superficies, y así. A modo de subsistema de lectura óptica puede utilizarse, por ejemplo, Pherastar Plus comercializado por la compañía BMG Labtech GmbH (Offenburg, Alemania), que comprende la funcionalidad necesaria para efectuar las operaciones descritas en el presente documento, tales como la detección de características ópticas, tales como la absorbancia, luminiscencia, fluorescencia, polarización de fluorescencia y fluorescencia resuelta en el tiempo.

La presente invención aborda la necesidad de efectuar la detección de analitos sin personal de laboratorio experto, y sin ningún tipo de procesos auxiliares de suministro de líquido o eliminación de residuos. Representa un aparato compacto, que puede hacer funcionar personal con poca formación, solo requiere conexiones eléctricas estándar, se anticipa a los errores y detecta los mismos, reduce las consecuencias del derrame de líquidos y es fácil de limpiar.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

La presente invención se explica con más detalle con la ayuda de las figuras adjuntas, que se refieren a una realización concreta, sin estar por ello limitada a la misma.

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva frontal de una realización del analizador de acuerdo con la invención. El dispositivo se opera a través de una pantalla (101) sensible al tacto. Un cajón (102) proporciona al usuario acceso físico al dispositivo. Por lo demás el dispositivo está protegido de los efectos externos por una carcasa (103).

La Figura 2 muestra una vista en perspectiva del lado trasero de un analizador, en el que está situado el conmutador principal (201) para encender y apagar el dispositivo.

La Figura 3 muestra una vista en perspectiva frontal del analizador, sin su carcasa. La pantalla (101) sensible al tacto se utiliza para operar el dispositivo. El cajón (102) puede abrirse para suministrar muestras y reactivos al dispositivo. La unidad de transporte comprende un soporte (301) que puede moverse en dos direcciones (X e Y), que son verticales a la fuerza de la gravedad y entre sí. Unas sondas de manipulación de líquidos (302), que también pueden desplazarse verticalmente al plano X, Y (en la dirección Z), están fijadas al soporte. El dispositivo tiene un subsistema de lectura óptica (303) para detectar características ópticas, tales como la absorbancia, luminiscencia, fluorescencia, polarización de fluorescencia y la fluorescencia resuelta en el tiempo.

La Figura 4 muestra una vista en perspectiva posterior del analizador, sin su carcasa. Adicionalmente a los elementos ya representados en la Figura 3, la Figura 4 también muestra un cajón (502) en el subsistema de lectura óptica, al interior del cual la unidad de transporte puede transportar las placas de microtitulación para el análisis óptico. El subsistema de lectura óptica está preferentemente contenido en un cajón (501), para permitir retirarlo del analizador para su mantenimiento, o para otros fines (véase también la Fig. 14).

La Figura 5 muestra una vista superior de un analizador de acuerdo con la invención, sin su carcasa. El cajón contiene unas placas de base y superior (601, 808) para sujetar placas de microtitulación, reactivos de ensayo y recipientes. Fuera del cajón están situados un dispositivo para retirar puntas de pipeta (602), así como unas estaciones de agitación y de incubación (603).

La Figura 6 muestra una vista frontal de un analizador de acuerdo con la invención, sin la carcasa. Adicionalmente a los elementos ya mostrados en las figuras anteriores, la Figura 6 también muestra un dispositivo de lectura (701), con el que pueden leerse las etiquetas de identificación en las placas de microtitulación. En el presente caso, se trata de un lector de código de barras para leer códigos de barras, fijados por ejemplo a las placas de microtitulación.

La Figura 7 muestra un cajón de acuerdo con la invención, para suministrar al analizador muestras y reactivos desde arriba. Incluye una placa superior (808) que puede desplazarse en la misma dirección que la placa inferior, firmemente unida al cajón. La placa superior es más pequeña que la placa inferior. Unas barras de guía (807) permiten desplazar la placa superior hasta que alcanza un medio de anclaje (810). Un recipiente de descarga

(801) está dispuesto en el cajón, para recibir residuos. Unos pocillos están presentes para recibir unas placas de microtitulación (802) y unos recipientes (803), para recibir las muestras a analizar. En el ejemplo de la Figura 7 el cajón contiene dos placas de microtitulación (805) de 384 pocillos en su zona delantera, y una placa de microtitulación (806) de 96 pocillos en su zona central. La placa de base también contiene dos cajas (804) con 96 puntas de pipeta.

La Figura 8 muestra una vista en perspectiva posterior de un cajón de acuerdo con la invención. Adicionalmente a los elementos ya mostrados en la Figura 7, la Figura 8 muestra un dispositivo de retención (809) en forma de cuña, con un rebaje que se utiliza para fijar el cajón dentro del analizador.

La Figura 9 muestra una vista ampliada del dispositivo de retención (809) de la Figura 8. Adicionalmente, se muestra una palanca (111) que está unida al analizador fuera del cajón, y que puede engancharse al rebaje del dispositivo de retención (809) por medio de un saliente. También puede observarse un saliente móvil (112), que puede elevar el saliente de la palanca (111) fuera del rebaje del dispositivo de retención (véase también la Fig. 10). El saliente (112) diseñado de forma móvil es preferentemente una sonda de manipulación de líquidos.

La Figura 10 muestra la misma sección que la Figura 9, excepto que el saliente móvil (112) ha liberado la palanca de su anclaje en el dispositivo de retención. El saliente (112) diseñado de forma móvil es preferentemente una sonda de manipulación de líquidos.

La Figura 11 muestra una sección ampliada del analizador de acuerdo con la invención, adicionalmente a los elementos ya mostrados en las figuras anteriores. La Figura 11 también muestra un dispositivo de lectura de código de barras (701) inclinado. Con la ayuda de un sensor de ultrasonidos (132) puede comprobarse el nivel de llenado del recipiente de residuos. Los sensores de proximidad (133, 134) detectan la presencia del cajón del sistema de inserción/extracción, y las extensiones desmontables.

La Figura 12 muestra una sección ampliada del analizador de acuerdo con la invención. Adicionalmente a los elementos ya mostrados en las figuras anteriores, la Figura 12 también muestra una extensión desmontable

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

(141), que está posicionada por separado de los salientes móviles y que tiene unos salientes horizontales (142), que se utilizan para mantener y superar las fuerzas adhesivas entre las sondas de manipulación de líquidos y las extensiones desmontables. Adicionalmente, se muestra un elemento de sensor en forma de un sensor de proximidad (143).

La Figura 13 muestra una sección ampliada del analizador de acuerdo con la invención. Este es un medio de agitación e incubación (602), que está equipado con unos soportes (162). Una placa de microtitulación está situada en el soporte de la izquierda. La topografía de los soportes está adaptada a las dimensiones de las placas de microtitulación, por ejemplo una superficie plana para placas de microtitulación con fondo para pocillos planos, o una placa con cavidades de forma cónica para aceptar pocillos de forma cónica, por ejemplo desde una placa de microtitulación 384 de bajo volumen.

La Figura 14 muestra una realización preferida del analizador de acuerdo con la invención, en la que puede retirarse el subsistema de lectura óptica del analizador, para el mantenimiento y otros propósitos, a través de las barras de guía (501).

La Figura 15 muestra una vista en perspectiva superior de un cajón de acuerdo con la invención, en la que se ha retirado la placa de base (601). El cajón y la placa de base están diseñados de tal manera que puedan conectarse entre sí, y separarse mutuamente, sin el uso de herramientas, de modo que un operador pueda intercambiar fácilmente la placa de base.

La Figura 16 muestra una vista en perspectiva de un cajón de acuerdo con la invención, para suministrar muestras y reactivos al analizador. En esta figura, se ha intercambiado la placa de base de la Figura 7 por una placa de base que contiene elementos de determinación gravimétrica (231).

La Figura 17 muestra una vista superior (a) y una vista inferior (b) de un recipiente para tiras. El recipiente tiene unas cavidades (241), en las que pueden introducirse las tiras. La sección inferior de la figura muestra el lado inferior de una realización preferida de un recipiente para tiras, en la cual se contienen las cavidades para recibir las tiras en un soporte fabricado con un material (242) de alta conductividad térmica que permite un rápido equilibrio térmico.

La Figura 18 muestra una realización preferida de una extensión desmontable, con una cavidad cónica (272) en la dirección Z, que puede formar un contacto adhesivo con los salientes móviles. El saliente diseñado de forma móvil es preferentemente una sonda de manipulación de líquidos. Adicionalmente, la extensión desmontable tiene unas cavidades (271) en una dirección vertical a la dirección Z, en las que encajan los salientes de los soportes para las extensiones desmontables, a fin de poder tirar de las extensiones desmontables en sentido opuesto a los salientes móviles.

Números de referencia

101 pantalla sensible al tacto 102 cajón 103 carcasa 111 palanca con un saliente para retener el cajón en el analizador 112 saliente diseñado de forma móvil 132 sensor ultrasónico 133 sensor de proximidad 134 sensor de proximidad 141 extensión desmontable 142 salientes horizontales 143 sensor de proximidad 162 soporte 201 conmutador principal 231 dispositivo de pesaje para la determinación gravimétrica 241 cavidad 242 soporte fabricado con un material térmicamente conductor 271 cavidades en una dirección vertical a la dirección Z 272 cavidad cónica en la dirección Z 301 brazo móvil del dispositivo de pipeteado 302 sonda de manipulación de líquidos 303 subsistema de lectura óptica 501 cajón para contener el subsistema de lectura óptica 502 cajón del subsistema de lectura óptica 601 placa de base 602 dispositivo para retirar las puntas de pipeta 603 estación de agitación y de incubación 701 dispositivo de lectura de código de barras

801 recipiente de descarga

802 pocillos para recibir placas de microtitulación

803 recipiente para recibir muestras a analizar

804 soporte de puntas de pipeta desechables

5 805 placa de microtitulación

806 placa de microtitulación

807 barras de guía

808 placa superior

809 dispositivo de retención para el cajón 10 810 medios de anclaje

Claims (1)

1. imagen1