ES2891524T3 - Dispositivo de procesamiento de muestras que comprende elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento lineal o de rotación - Google Patents

Dispositivo de procesamiento de muestras que comprende elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento lineal o de rotación Download PDF

Info

Publication number
ES2891524T3
ES2891524T3 ES16831206T ES16831206T ES2891524T3 ES 2891524 T3 ES2891524 T3 ES 2891524T3 ES 16831206 T ES16831206 T ES 16831206T ES 16831206 T ES16831206 T ES 16831206T ES 2891524 T3 ES2891524 T3 ES 2891524T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
magnetic
fluidic
microfluidic device
camshaft
rocker arms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES16831206T
Other languages
English (en)
Inventor
Andrea Maria Pais
Rohan Joseph Pais
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novel Microdevices Inc
Original Assignee
Novel Microdevices Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Novel Microdevices Inc filed Critical Novel Microdevices Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2891524T3 publication Critical patent/ES2891524T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/44—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement
    • B01F31/441—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement performing a rectilinear reciprocating movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/301—Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3017—Mixing chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/452—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using independent floating stirring elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0289—Apparatus for withdrawing or distributing predetermined quantities of fluid
    • B01L3/0293—Apparatus for withdrawing or distributing predetermined quantities of fluid for liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/16—Reagents, handling or storing thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B01L2300/045—Connecting closures to device or container whereby the whole cover is slidable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0867—Multiple inlets and one sample wells, e.g. mixing, dilution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0478—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0605—Valves, specific forms thereof check valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • B01L2400/0683—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers mechanically breaking a wall or membrane within a channel or chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5082—Test tubes per se
    • B01L3/50825—Closing or opening means, corks, bungs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00108—Test strips, e.g. paper
    • G01N2035/00128—Test strips, e.g. paper with pressing or squeezing devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00178—Special arrangements of analysers
    • G01N2035/00237—Handling microquantities of analyte, e.g. microvalves, capillary networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00465—Separating and mixing arrangements
    • G01N2035/00534—Mixing by a special element, e.g. stirrer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Dispositivo microfluídico (101,201,301) que comprende: una o más levas (102,202,302) que comprenden un árbol de levas (103,203,303) y un lóbulo de leva (104,204,304); uno o más balancines (109,209,309); un cartucho de microfluidos (105,205,305) que comprende uno o más canales fluídicos (208,308), una o más cámaras de reacción (107,207,307), y una o más bolsas de estallido (106,206,306) que comprenden fluido y un sello de membrana frágil; y un mecanismo de leva configurado para hacer girar el árbol de levas (103,203,303); donde la una o más levas (102,202,302) están configuradas de tal manera que la rotación del árbol de levas (103,203,303) provoca que los lóbulos de leva (104,204,304) accionen el uno o más balancines (109,209,309), y donde el uno o más balancines (109,209,309) están configurados de tal manera que el accionamiento provoca que el uno o más balancines (109,209,309) se muevan de una posición abierta a una posición cerrada en la que se ejerce presión sobre la una o más bolsas de estallido (106,206,306) para que la membrana frágil se rompa y el fluido se libere en la una o más cámaras de reacción (107,207,307), caracterizado por que el uno o más lóbulos de leva (104,204,304) y el uno o más balancines (109,209,309) están configurados de tal manera que, después de haberse roto el sello de membrana frágil de la una o más bolsas de estallido (106,206,306), los balancines (109,209,309) permanecen en la posición cerrada.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de procesamiento de muestras que comprende elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento lineal o de rotación
ANTECEDENTES
[0001] Los dispositivos de diagnóstico en el punto de atención («POC», siglas en inglés de Point-of-Care) permiten realizar pruebas de manera cómoda y rápida en el lugar en el que se presta atención al paciente. En consecuencia, los sistemas de muestra-a-respuesta y los sistemas de laboratorio-en-chip («LOC», siglas en inglés de Lab-On-A-Chip), tipos de dispositivos POC que integran tecnología de microfluidos, se han vuelto cada vez más populares. Estos lOc integran diversas funciones de laboratorio, como la extracción, amplificación, detección, interpretación y notificación, previamente realizadas de forma manual y/o fuera del sitio, todas en el mismo dispositivo. Puesto que los análisis LOC y de muestraa-respuesta se realizan en el sitio en el que se presta atención al paciente y no en una instalación de laboratorio, estos tipos de pruebas han conllevado problemas en relación con el control de la contaminación, particularmente en etapas que implican interacción humana durante el proceso. Como tal, se advierte la necesidad de automatizar el procesamiento de muestras en un LOC de muestra-a-respuesta que minimice la interacción humana. Estos sistemas LOC y muestra-arespuesta tienen generalmente un tamaño de unos pocos milímetros cuadrados a unos pocos centímetros cuadrados, y a menudo son tipos de sistemas microelectromecánicos («SMEM»). Los SMEM que son capaces de detectar y analizar material biológico, como los del presente documento, se denominan generalmente Bio-SMEM.
[0002] La mayoría de dispositivos de diagnóstico POC disponibles en el mercado se clasifican según si tienen une complejidad alta o moderada según las enmiendas de mejora del laboratorio clínico («CLIA», siglas en inglés de Clinical Laboratory Improvement Amendments). Estas directrices federales se aplican generalmente a instrumentos de pruebas clínicas de laboratorio en humanos, excepto en ciertas condiciones que permiten renunciar a estas directrices. Una de estas condiciones que cuando el dispositivo o instrumento cumple ciertos requisitos en cuanto a riesgo, error y complejidad. Para realizar una prueba de diagnóstico POC que cumpla los requisitos para renunciar a las CLIA, es necesario minimizar las etapas de preparación de muestras y manipulación de fluidos. Un modo de minimizar estas etapas consiste en almacenar los reactivos en un dispositivo sellado, tal como un blíster o bolsas de estallido para su liberación. La distribución del reactivo en un chip microfluídico incluye normalmente el uso de bombas, tales como bombas de jeringa o bombas peristálticas, y depósitos, jeringas o botellas externas rellenas del reactivo. No solo es difícil hacer que estos sistemas sean portátiles, sino que también son complejos, debido a los numerosos componentes que deben integrarse juntos y a la necesidad de disponer de interfaces de fluidos sin fugas en el chip microfluídico. Todavía tienen que implementarse con éxito en el estado de la técnica comercial métodos para permitir una automatización simple, miniaturizada y de baja energía de manipulación de fluidos. En consecuencia, esto se ha considerado un obstáculo que impide la implementación de POC en una mayoría de pruebas de bioensayo de múltiples etapas que se siguen llevando a cabo en instalaciones clínicas grandes.
[0003] Los bioensayos complejos que requieren múltiples etapas de procesamiento, incluyendo, aunque sin carácter limitativo, pipeteo, calentamiento, enfriamiento, mezclado, lavado, incubación, marcado, fijación y elución, dependen de un equipamiento de automatización de laboratorio costoso para realizar la secuencia de muestra-a-respuesta. Todavía han de realizarse instrumentos miniaturizados de bajo coste y baja potencia para la automatización de la secuencia de muestra-a-respuesta y, como tales, los dispositivos microfluídicos de punto de atención para ejecutar una secuencia de muestra-a-respuesta dependen de unos instrumentos adicionales que adoptan la forma de una encimera independiente o instrumento portátil para llevar a cabo el ensayo en un dispositivo microfluídico. La implementación de instrumentos separados que pueden automatizar las etapas de procesamiento de muestras en el cartucho de microfluidos se considera una forma de mantener bajo el coste por prueba y, por lo tanto, el coste del cartucho. En sistemas desarrollados para aplicaciones de punto de atención, estos pueden adoptar la forma de un instrumento de encimera portátil con émbolos de solenoide, accionadores lineales, microcontroladores y circuitos eléctricos para automatizar la secuencia de procesamiento de muestras. A pesar de que estos instrumentos permiten al usuario controlar la secuencia de procesamiento de muestras, requiere entornos controlados y una cantidad considerable de energía eléctrica para funcionar. Estos sistemas de punto de atención no son factibles en contextos con bajos recursos en los que no exista una infraestructura para realizar el instrumento, ni para el hogar o ámbitos no hospitalarios, donde los legos no ven la necesidad o bien no se pueden permitir la adquisición de un instrumento costoso para una prueba, o no tienen la formación para hacer funcionar el instrumento que acompaña a la prueba. Así, el desarrollo de métodos para permitir instrumentos de baja potencia, independientes, no costosos y desechables que puedan integrarse directamente en el dispositivo microfluídico y que puedan ejecutar la secuencia automatizada de muestra-a-respuesta se considera un obstáculo para desarrollar dispositivos de pruebas de uso único que puedan ejecutar ácidos nucleicos, proteínas e inmunoensayos complejos de múltiples etapas a partir de una muestra-a-respuesta.
[0004] Las pruebas desechables que no requieren instrumentos para su realización se limitan a las siguientes: 1) Ensayos simples de etapa única, en los que la muestra es el único líquido y no se utilizan reactivos (estas pruebas incluyen normalmente pruebas con tiras reactivas, tales como tiras reactivas de orina y pruebas de embarazo); y 2) Ensayos de múltiples etapas, que se comercializan en forma de kit que comprende viales de reactivos y unas instrucciones establecida, en las que se debe basar el usuario para seguir las instrucciones y dispensar los reactivos en diferentes regiones del cartucho de la prueba desechable (estos dispositivos ejecutan normalmente inmunoensayos que no requieren etapas de preparación de muestras).
[0005] Algunos ejemplos de dispositivos de ensayos de múltiples etapas incluyen, aunque sin carácter limitativo, las pruebas de ensayo de Chembio Diagnostic Systems, Inc. DPP® HIV 1/2, SURE CHECK® HIV 1/2, HIV 1/2 STAT-PAK®, y HIV 1/2 STAT-PAK® DIPSTICK. Estas pruebas dependen del usuario para realizar manualmente una serie de etapas hasta completar la secuencia. Existe el riesgo de que la prueba se realice de forma incorrecta si el usuario no tiene formación o no sigue correctamente las instrucciones y, por lo tanto, los resultados pueden variar dependiendo de cómo se haya realizado la prueba. Además, existe un riesgo adicional de contaminación cuando los reactivos no están completamente contenidos dentro del dispositivo. Algunos reactivos agresivos que son nocivos durante el manejo sin unos protocolos de laboratorio adecuados, guantes y equipamiento (p. ej., campana de gases e infraestructura de laboratorio, tal como una instalación de bioseguridad contenida) no pueden implementarse en estos kits a no ser que la prueba la lleven a cabo técnicos cualificados en una instalación contenida.
[0006] Los legos corren el riesgo de ejecutar incorrectamente una prueba si esta no es simple y está automatizada. Como la complejidad de la prueba se incrementa más allá de dos o tres etapas, estas pruebas manuales basadas en el kit se quedan cortas en cuanto a su utilidad. Los avances en los ensayos de amplificación de ácido nucleico (p. ej., ensayos isotérmicos tales como la amplificación mediada por bucle) reducen la carga de instrumentación para el ciclado térmico de calentamiento/enfriamiento, ya que estas pruebas solo requieren que la muestra se mantenga a una única temperatura (habitualmente entre 60-70 °C). No obstante, estas pruebas todavía requieren múltiples etapas iniciadas por el usuario para completar la secuencia de muestra-a-respuesta que precisa de operarios cualificados o instrumentos adicionales de automatización.
[0007] La preparación de muestras es fundamental para muchos ensayos de diagnóstico que implican el procesamiento de muestras biológicas. Una muestra biológica normalmente pasa por múltiples etapas complejas de procesamiento antes de ser adecuada para su uso en un ensayo. Estas etapas son necesarias para aislar, concentrar y/o purificar el analito de interés a partir de una muestra original, y para eliminar los materiales en la muestra que pueden interferir con el ensayo deseado. Las etapas de procesamiento de muestras suelen implicar condiciones precisas de temperatura, volúmenes de reactivos y tiempos de incubación que necesariamente deben realizarse en una secuencia concreta y en un entorno fuertemente controlado, como un entorno de laboratorio. Los sistemas de automatización convencionales para el procesamiento de muestras implican instrumentos muy complejos y costosos, y un personal cualificado que los haga funcionar. Puesto que estos sistemas se suelen localizar en laboratorios centralizados, las muestras originales deben almacenarse frecuentemente de manera apropiada y transferirse a un laboratorio en una ubicación diferente para su procesamiento. Estos factores están asociados con varias limitaciones, incluyendo costes elevados, retraso en los resultados, y una integridad comprometida de la muestra debido al transporte y al almacenamiento inadecuado.
[0008] En el documento WO 2015/075447 se describe un ensayo de sistema de distribución de fluidos que comprende un array de depósitos de fluido, cada uno de los cuales es accionable selectivamente para distribuir un respectivo fluido a una estructura de canales fluídicos; y un sistema de control de distribución de fluidos que comprende una pluralidad de accionadores montados recíprocamente, asociado cada uno con un respectivo depósito y que puede moverse entre una posición retraída y una posición de accionamiento en la que provoca que el fluido se distribuya desde el correspondiente depósito, una pluralidad de levas con diferentes perfiles montados sobre un árbol de levas giratorio común, enganchándose cada leva con un respectivo de los accionadores por el cual la rotación de las levas provoca el movimiento de los correspondientes accionadores entre las posiciones retraída y de accionamiento, y un motor acoplado al árbol de levas para girar el árbol de levas, donde las levas están conformadas una en relación con la otra para provocar que los correspondientes accionadores accionen los depósitos en una secuencia predeterminada y durante unos respectivos tiempos predeterminados.
[0009] En el documento WO 2008/076395 se describe un sistema de procesamiento de muestras, que comprende un componente que comprende al menos un elemento fluídico sellado por una capa de sellado deformable; y un accionador móvil que reside cerca del componente, siendo al menos una porción del accionador capaz de realizar un movimiento relativo al componente, comprendiendo el accionador una o más porciones de accionador capaces de accionar al menos un elemento fluídico, estando dispuestas la una o más porciones de accionador para que el movimiento del accionador efectúe una secuencia prescrita de accionamientos de la capa de sellado deformable, de uno o más elementos fluídicos, o ambos, y siendo capaz el movimiento del accionador de efectuar un movimiento de fluidos dentro de al menos una porción del componente.
[0010] El documento US 2012/168305 describe un lector para accionamiento mecánico de fluidos dentro de un cartucho de prueba. La interfaz del instrumento incluye múltiples émbolos controlados de manera independiente alineados con unas respectivas bolsas fluídicas en un cartucho de prueba que se inserta en un aparato de prueba que incorpora la interfaz del instrumento. Los émbolos incluyen puntas para aplicar fuerza mecánica a las respectivas bolsas fluídicas.
[0011] La presente invención proporciona dispositivos para un procesamiento simple, automatizado y de baja energía de muestras biológicas a través de múltiples etapas de ensayo y preparación de muestras. Los métodos y dispositivos descritos facilitan la implementación en el punto de atención de complejos ensayos de diagnóstico en entornos distintos al laboratorio, sin equipamiento.
SUMARIO
[0012] La invención se define mediante las reivindicaciones anexas. De acuerdo con la presente invención, se dan a conocer varias formas de realización de dispositivos microfluídicos muestra-a-respuesta con elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando una automatización del movimiento lineal o de rotación y métodos de uso de estos. En una forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende:
una o más levas que comprenden un árbol de levas y un lóbulo de leva;
uno o más balancines;
un cartucho de microfluidos que comprende uno o más canales fluídicos, una o más cámaras de reacción, y una o más bolsas de estallido que comprenden fluido y un sello de membrana frágil; y
un mecanismo de leva configurado para hacer girar el árbol de levas;
donde la una o más levas están configuradas de tal manera que la rotación del árbol de levas provoca que los lóbulos de leva accionan el uno o más balancines, y donde el uno o más balancines están configurados para que el accionamiento provoque que los balancines se muevan de una posición abierta a una posición cerrada, en la que la presión se coloca sobre la una o más bolsas de estallido para que la membrana frágil se rompa y el fluido se libere hacia la una o más cámaras de reacción.
[0013] En algunas formas de realización, una pluralidad de lóbulos de leva y balancines están configurados de tal manera que una rotación completa del árbol de levas provoca que los balancines ejerzan presión sobre una pluralidad de bolsas de estallido de manera controlada en cuanto al tiempo y al espacio. De acuerdo con la invención reivindicada, el uno o más lóbulos de leva y el uno o más balancines están configurados de tal manera que, después de haberse roto el sello de membrana frágil de la una o más bolsas de estallido, los balancines permanecen en la posición cerrada. En algunas formas de realización, los lóbulos de leva están configurados para que el balancín permanezca en la posición cerrada después de romper la bolsa. En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico comprende también una o más válvulas de diafragma a lo largo del uno o más canales fluídicos, donde el uno o más lóbulos de leva están configurados de tal manera que la rotación del árbol de levas provoca que los lóbulos de leva abran y/o cierren la una o más válvulas de diafragma. En algunas formas de realización, el árbol de levas está configurado para girar mediante un mecanismo de resorte de enrollamiento.
[0014] En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico comprende, además, una cámara de preparación de muestras, donde la cámara de preparación de muestras comprende un vehículo para la captura de ADN. En algunas formas de realización, la velocidad de rotación del árbol de levas y la configuración de la pluralidad de lóbulos de leva y la pluralidad de balancines permite el estallido de la pluralidad de bolsas de estallido de manera controlada en el tiempo para llevar a cabo las etapas de lavado de la purificación de ADN. En algunas formas de realización, el cartucho de microfluidos comprende también una cámara de amplificación, un disipador de calor, y un calentador, donde el disipador de calor y el calentador están configurados para enfriar y calentar intermitentemente la cámara de amplificación tras el accionamiento de la pluralidad de lóbulos de leva y la pluralidad de balancines. En algunas formas de realización, la velocidad de rotación del árbol de levas y la configuración de la pluralidad de lóbulos de leva y la pluralidad de balancines permite que el disipador de calor y el calentador enfríen y calienten intermitentemente la cámara de amplificación de manera controlada en el tiempo para llevar a cabo un ciclado térmico PCR. En algunas formas de realización, el cartucho de microfluidos comprende también una cámara de hibridación de ADN que comprende un vehículo para la captura de ADN.
[0015] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende un cartucho de microfluidos que comprende:
una pluralidad de bolsas rellenas de reactivo;
una cámara de reacción; y
un árbol de levas;
donde el árbol de levas comprende una pluralidad de ranuras en posiciones angulares a lo largo del árbol de levas, de manera que la rotación del árbol de levas a una posición predeterminada provoca que una o más de las ranuras angulares formen un canal de flujo entre una o más de las bolsas rellenas de reactivo y la cámara de reacción.
[0016] En otra forma de realización, se proporciona una unidad de dispensación de reactivos que comprende:
una bolsa de reactivo que comprende un reactivo y un sello frágil; y
un elemento magnético integrado configurado para presionar la bolsa de reactivo cuando se vea atraído por un campo magnético, de modo que el sello frágil se rompa. En algunas formas de realización, el elemento magnético comprende un émbolo. En algunas formas de realización, el elemento magnético comprende una perla. En algunas formas de realización, comprende un objeto afilado.
[0017] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende:
un conducto fluídico;
una cámara de reacción; y
la unidad de dispensación de reactivos, como se describe en otra parte del presente documento;
donde la unidad de dispensación de reactivos está unida al dispositivo microfluídico de manera que se forme un sello hermético, y donde la unidad de dispensación de reactivos está configurada para vaciar el reactivo en la cámara de reacción a través del conducto fluídico cuando se rompe el sello frágil. En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico comprende, además, una trampa, donde la trampa comprende material magnético suelto y está configurada para mantener la bolsa de reactivo en una posición presionada.
[0018] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende:
una pluralidad de cámaras de fluidos conectadas fluídicamente entre sí mediante válvulas; y
un árbol giratorio que comprende imanes permanentes dispuestos axialmente y radialmente con polos alternativos en la periferia del árbol giratorio;
donde cada una de las cámaras de fluidos comprende un imán permanente atrapado con una dirección de movimiento restringida a lo largo de una ruta perpendicular al eje del árbol giratorio, y donde el árbol giratorio y las cámaras de fluidos están configurados de tal manera que la rotación del árbol giratorio mueve los imanes permanentes para el mezclado de fluido dentro de cada una de las cámaras de fluidos.
[0019] En otra forma de realización, se proporciona una bolsa de reactivo que comprende un punto de rotura en una ubicación precisa en una porción frágil de un sello, donde la bolsa de reactivo comprende un elemento magnético que está restringido a una zona particular de la bolsa de reactivo que directamente se superpone a la porción frágil del sello.
[0020] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende:
uno o más elementos de accionamiento lineal; y
un casete de microfluidos;
donde el uno o más elementos de accionamiento lineal comprenden elementos magnéticos fijos para el desplazamiento de perlas magnéticas, el accionamiento de válvulas fluídicas, y/o el estallido de la bolsa de reactivo; y donde el casete de microfluidos comprende bolsas de reactivo almacenado con elementos de émbolo magnético integrados, cámaras de reactivos para el procesamiento de muestras, una válvula de balancín pivotante magnético que presenta un émbolo no magnético para controlar el movimiento de las perlas magnéticas a través de una válvula, y válvulas controladas magnéticamente que comprenden émbolos magnéticos que comprenden elementos magnéticos fijos para el desplazamiento de perlas magnéticas. En algunas formas de realización, el uno o más elementos de accionamiento están configurados para deslizarse por debajo y/o por encima del dispositivo microfluídico. En algunas formas de realización, el elemento de accionamiento se mueve mediante un método seleccionado del grupo que consiste en un motor, un resorte de enrollamiento, una manivela, un empuje manual y un accionador de solenoide lineal.
[0021] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende:
uno o más elementos de accionamiento lineal; y
un casete de microfluidos;
donde el uno o más elementos de accionamiento lineal comprenden una combinación de elementos magnéticos fijos y parcialmente atrapados contenidos en su propia trampa, de manera que su movimiento se restrinja a un eje o dirección para el desplazamiento de perlas magnéticas, el accionamiento de válvulas fluídicas, y/o el estallido de la bolsa de reactivo; y donde el casete de microfluidos comprende bolsas de reactivo almacenado con elementos de émbolo magnético integrados, cámaras de reactivos para el procesamiento de muestras, una válvula de balancín pivotante magnético que presenta un émbolo no magnético para controlar el movimiento de las perlas magnéticas a través de una válvula, y válvulas controladas magnéticamente que comprenden émbolos magnéticos que comprenden elementos magnéticos fijos para el desplazamiento de perlas magnéticas. En algunas formas de realización, el uno o más elementos de accionamiento están configurados para deslizarse por debajo y/o por encima del dispositivo microfluídico. En algunas formas de realización, el elemento de accionamiento se mueve mediante un método seleccionado del grupo que consiste en un motor, un resorte de enrollamiento, una manivela, un empuje manual y un accionador de solenoide lineal.
[0022] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende una bolsa de reactivo alineada con un elemento de émbolo magnético integrado en una cámara de reacción, donde el elemento de émbolo magnético está configurado de tal manera que, cuando este se ve atraído por un campo magnético, rompe un sello frágil de la bolsa de reactivo, entra en la bolsa de reactivo y desplaza los reactivos en la bolsa de reactivo hacia la cámara de reacción. En algunas formas de realización, el elemento de émbolo magnético está situado entre una entrada de fluido y la bolsa de reactivo, donde, además, el elemento magnético presenta una muesca que sirve de guía y restringe el flujo de fluido a la cámara de reacción a través de la muesca de guía, y donde la muesca de guía está configurada para que, cuando el elemento de émbolo magnético alcance su posición más elevada, se cierre el flujo de fluido hacia la cámara de reacción.
[0023] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico que comprende:
un elemento de accionamiento con una pluralidad de elementos magnéticos parcialmente atrapados alojados en el interior de un árbol giratorio, donde el árbol giratorio está configurado en una manga con una pluralidad de trampas de imán;
una pluralidad de las unidades de dispensación de reactivos como las que se han descrito en otra parte del presente documento;
una cámara de mezclado; y
un imán de cámara de mezclado. En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico comprende, además, imanes permanentes fijos configurados para que sus polos opuestos estén alineados con la periferia del árbol giratorio, provocando así que un imán de la cámara de mezclado sea atraído y repelido a una frecuencia alta conforme el árbol gira. En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico está configurado de tal manera que, conforme el árbol giratorio gira, una primera unidad de dispensación de reactivos se alinea con un primer elemento magnético parcialmente atrapado, por lo que el primer imán parcialmente atrapado se mueve fuera del árbol giratorio y entra en una primera trampa magnética en la manga, permitiendo así la atracción del elemento magnético y la rotura del sello frágil en la bolsa de la primera unidad de dispensación de reactivos. En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico está configurado de tal manera que, conforme el árbol giratorio continúa girando, una segunda unidad de dispensación de reactivos se alinea con un segundo elemento magnético parcialmente atrapado, por lo que el segundo imán parcialmente atrapado se mueve fuera del árbol giratorio y entra en una segunda trampa magnética en la manga, permitiendo así la atracción del elemento magnético y la rotura del sello frágil en la bolsa de la segunda unidad de dispensación de reactivos. En algunas formas de realización, el dispositivo microfluídico está configurado de tal manera que, después de haber dispensado los reactivos almacenados, el árbol giratorio puede girar a unas RPM altas para permitir el mezclado, provocando que el imán permanente fijo en el árbol presente polos alternativos al imán de mezcla a una alta frecuencia.
[0024] En otra forma de realización, el sistema asegura mecánicamente que un elemento de émbolo magnético no pueda volver a su posición original tras el accionamiento, donde la manga que contiene el émbolo magnético comprende al menos un elemento de trinquete en voladizo moldeado en su pared, de manera que el imán desvía el trinquete en esta posición, pero, cuando el imán este desplazado, el trinquete retraerá y hará imposible que el émbolo magnético regrese a su posición inicial. En algunas formas de realización, el trinquete es sustituido por una bola accionada por resorte.
[0025] En otra forma de realización, se proporciona un sistema de procesamiento de muestras que emplea un elemento de accionamiento que comprende un imán que se desplaza sobre una pista, donde el imán atrae perlas magnéticas en las que se unen las biomoléculas. Conforme el imán se mueve a lo largo de la pista, este arrastra las perlas magnéticas a un chip microfluídico. La trayectoria de la pista es a través de una pluralidad de cámaras de reactivo, de tal manera que las perlas magnéticas se mueven a través de todas las cámaras de reactivo en el momento apropiado, moviéndose finalmente el imán a través de una trampa, tal como una trampa de bola. En algunas formas de realización, el elemento magnético se monta sobre un carro, que puede moverse libremente a lo largo del carril de deslizamiento. Todo el carril de deslizamiento atraviesa la longitud del dispositivo microfluídico moviéndose a lo largo de un tornillo lineal. En otra forma de realización de este sistema, el tornillo lineal es sustituido por un mecanismo de piñón y cremallera. En otra forma de realización, se pueden disponer uno o más imanes sobre la pista para llevar a cabo múltiples etapas de procesamiento de muestras, ya sea secuencialmente o en paralelo.
[0026] En otra forma de realización, se proporcionan dispositivos microfluídicos que emplean elementos de accionamiento de rotación para automatizar la secuencia de procesamiento de muestras. Asimismo, algunas formas de realización del dispositivo de procesamiento de muestras pueden emplear una combinación de uno o más elementos de accionamiento lineal y de rotación en función de los requisitos de diseño y de procesamiento de muestras para obtener el control de los ejes x, y, z y r.
[0027] En otra forma de realización, se proporcionan válvulas del elemento de émbolo magnético para controlar el flujo de fluido en un ejemplo de dispositivo microfluídico. En algunas formas de realización, se proporciona una válvula de balancín pivotante magnético con un elemento de émbolo no magnético, por ejemplo, donde una válvula y un balancín con un elemento magnético pivota (o rota) sobre su eje. Cuando un campo magnético externo se pone en proximidad, atraerá al elemento magnético sobre el balancín y provocará que el émbolo presione hacia abajo la válvula de diafragma, deteniendo así el flujo de fluido a través del canal. Cuando se elimina el campo magnético, el balancín vuelve a su posición original, y se puede reanudar el flujo en el canal.
[0028] En otra forma de realización, se proporciona una válvula de diafragma o válvula pinch que puede presionarse sobre un dispositivo microfluídico utilizando un elemento de émbolo magnético. Cuando se coloca un campo magnético externo cerca del elemento de émbolo magnético, este atrae el émbolo hacia el mismo, presionando así la válvula de diafragma y deteniendo el flujo en el canal.
[0029] En otra forma de realización, se fijan imanes permanentes axialmente y radialmente sobre la periferia de un árbol giratorio, de tal manera que muestre polaridad alternativa a lo largo de la longitud del árbol giratorio. El contenedor o dispositivo fluídico contiene un segundo material de imán permanente atrapado dentro, de tal forma que su movimiento esté restringido a un eje. Cuando el árbol giratorio se coloca cerca de un dispositivo fluídico o contenedor, el material de imán permanente dentro del contenedor experimenta fuerzas alternativas de atracción y repulsión, dando como resultado un movimiento recíproco y de corte dentro del dispositivo fluídico o contenedor.
[0030] En otra forma de realización del sistema, hay un elemento de émbolo magnético restringido de tal manera que solo puede moverse en la dirección requerida para exprimir la bolsa de una unidad de dispensación de reactivos, romper el sello frágil y dispensar reactivos a través del conducto fluídico y hacia el dispositivo microfluídico.
[0031] En algunas formas de realización, las cámaras de reacción en el dispositivo microfluídico están diseñadas de tal manera que puedan comprimirse para mover fluidos desde una cámara de reacción hasta otra.
[0032] En otra forma de realización, se proporciona un dispositivo microfluídico para preparación de muestras para pruebas de amplificación de ácido nucleico. Los pocillos fluídicos están conectados a una o más unidades de dispensación de reactivos que contienen reactivos miscibles a través de un conducto fluídico de entrada que entra en el fondo de cada pocillo fluídico. Los volúmenes de los pocillos fluídicos están diseñados de tal manera que solo se llenan parcialmente mediante los reactivos líquidos miscibles que entran a través de los conductos fluídicos de entrada. Tras finalizar el llenado de los pocillos fluídicos, se acciona una unidad de dispensación de reactivos que contiene un líquido inmiscible, y su contenido se dispensa hacia el dispositivo fluídico a través del conducto fluídico primario, que llena el volumen vacío en el conducto fluídico primario y en los pocillos fluídicos, creando así una ruta fluídica y formando, al mismo tiempo, una barrera entre los líquidos miscibles en los pocillos fluídicos para impedir que se mezclen entre sí.
[0033] En otra forma de realización, se proporciona un cartucho de microfluidos para la preparación de muestras a base de perlas magnéticas que comprende pocillos fluídicos, conductos fluídicos, depósitos de reactivos líquidos almacenados, y válvulas. El cartucho de microfluidos está intercalado entre los elementos de accionamiento superior e inferior que comprenden imanes permanentes y proyecciones o protuberancias. Los imanes permanentes y las protuberancias están dispuestos espaciados, de tal manera que realizan distintas etapas de una secuencia de automatización del ensayo con una sincronización precisa, en función de su posición y de la velocidad de los elementos de accionamiento conforme el cartucho de microfluidos gira en proximidad inmediata con los elementos de accionamiento. Las etapas del ensayo que pueden llevarse a cabo incluyen la dispensación de reactivos almacenados en pocillos fluídicos, la apertura y el cierre de válvulas para controlar la dirección del flujo de fluido, la apertura y el cierre de conductos de ventilación, la captura, resuspensión y movimiento de perlas magnéticas entre pocillos.
[0034] Habiéndose expuesto anteriormente ciertos aspectos del objeto descrito en el presente documento, que son abordados total o parcialmente mediante el objeto descrito en el presente documento, resultarán evidentes otros aspectos conforme avance la descripción cuando se adopten en relación con los ejemplos y las figuras que los acompañan, que se describen mejor a continuación en el presente documento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0035] Habiéndose descrito así el objeto descrito en el presente documento en términos generales, se hará referencia ahora a las figuras adjuntas, que no están necesariamente dibujadas a escala.
La figura 1A es una vista lateral de una forma de realización de un dispositivo microfluídico muestra-a-respuesta antes del accionamiento del balancín.
La figura 1B es una vista lateral de la forma de realización del dispositivo microfluídico muestra-a-respuesta después del accionamiento del balancín.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un ejemplo de dispositivo microfluídico muestra-a-respuesta.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un ejemplo de dispositivo microfluídico con funciones de análisis de muestras.
La figura 4 es una vista superior de una forma de realización de un ejemplo de dispositivo microfluídico que utiliza un diseño de puerto rotatorio.
La figura 5 muestra una vista transversal de la Unidad de Dispensación de Reactivos (UDR), con la figura 5A mostrando un elemento de rotura magnético dentro de la bolsa de reactivo y la figura 5B mostrando un objeto afilado dentro del dispositivo microfluídico para romper el sello frágil.
La figura 6 muestra una bolsa de reactivo estallando por la acción del elemento de émbolo magnético.
La figura 7 muestra una forma de realización de un elemento de mezcla magnética basado en un árbol giratorio. La figura 7A representa un árbol giratorio con imanes permanentes dispuestos axialmente y radialmente con polos alternativos en la periferia del árbol giratorio, y la figura 7B representa un sistema de mezcla fluídico de múltiples cámaras con árbol giratorio en su proximidad.
La figura 8 muestra una vista superior y una vista de sección AA de un ejemplo de bolsa de reactivo para la UDR que contiene un elemento de rotura magnético restringido para controlar el punto de rotura en el sello frágil.
La figura 9 muestra un ejemplo de dispositivo microfluídico para el procesamiento de muestras. La figura 9A muestra una vista superior de un elemento de accionamiento lineal, la figura 9B muestra una vista de sección AA de un elemento de accionamiento lineal, y la figura 9C muestra una vista superior de un casete de microfluidos.
Las figuras 10A-10F muestran varios ejemplos de la secuencia de procesamiento de muestras conforme el elemento de accionamiento se desliza bajo el casete de microfluidos.
Las figuras 11A-11F muestran ejemplos de distintas implementaciones de elementos de accionamiento lineal.
Las figuras 12A-D muestran ejemplos de un dispositivo microfluídico de procesamiento de muestras que comprende un elemento de accionamiento con una combinación de elementos magnéticos fijos y parcialmente retenidos.
La figura 13 muestra una vista transversal de un ejemplo de dispositivo microfluídico, con la figura 13A mostrando un elemento de émbolo magnético integrado en la cámara de reacción, y la figura 13B mostrando un elemento de émbolo magnético atraído por el campo magnético y rompiendo así el sello frágil y desplazando el contenido de la bolsa de reactivo a la cámara de reacción.
La figura 14 muestra una vista transversal de un ejemplo de dispositivo microfluídico, con la figura 14A mostrando un elemento de émbolo magnético con muescas integrado en la cámara de reacción, la figura 14B mostrando un elemento de émbolo magnético con muescas atraído por el campo magnético, rompiendo así el sello frágil y desplazando el contenido de la bolsa de reactivo a la cámara de reacción, y la figura 14C mostrando un elemento de émbolo magnético con muescas que cierra el puerto de entrada del conducto fluídico tras dispensar los reactivos de la bolsa de reactivo; y un elemento de trinquete para mantener mecánicamente el elemento de émbolo magnético en la posición permanentemente sellada en ausencia del campo magnético externo.
La figura 15 muestra una forma de realización del sistema de procesamiento de muestras que comprende un elemento de accionamiento del árbol giratorio con los elementos magnéticos fijos y retenidos alojados en el interior del árbol giratorio.
Las figuras 16A-16D muestran diferentes ejemplos de la secuencia de procesamiento de muestras conforme el elemento de accionamiento del árbol giratorio gira sobre el dispositivo microfluídico.
La figura 17A y la figura 17B muestran formas de realización adicionales no limitativas para mantener mecánicamente el elemento de émbolo magnético en la posición permanentemente sellada incluso en ausencia del campo magnético externo.
La figura 18A y la figura 18B muestran una forma de realización del sistema de procesamiento de muestras que comprende un elemento de accionamiento que comprende un imán que se mueve en una pista.
La figura 19A a la figura 19C muestran ejemplos de distintas implementaciones de elementos de accionamiento giratorio.
La figura 20 muestra un ejemplo de válvula magnética de balancín pivotante con un elemento de émbolo no magnético. La figura 20A y la figura 20B representan vistas superiores de dos formas de realización no limitativas de geometrías de la válvula de balancín pivotante. La figura 20C muestra un ejemplo en el que el balancín es activado por un campo magnético y el émbolo no magnético presiona la válvula de diafragma para detener el flujo.
La figura 21 muestra una válvula de diafragma o válvula pinch con un elemento de émbolo magnético integrado. La figura 21A representa la válvula en su estado abierto cuando el campo magnético «M» no está en su proximidad; y la figura 21B representa la válvula en su estado cerrado cuando el campo magnético «M» está en su proximidad.
La figura 22 muestra una UDR para exprimir el reactivo de la bolsa de reactivo utilizando el movimiento deslizante y ondulante del elemento de émbolo magnético. La figura 22A muestra elementos magnéticos de deslizamiento planos. La figura 22B muestra elementos magnéticos de cilindro rodante, la figura 22C y la figura 22D representan el vaciado de la bolsa de reactivo.
Las figuras 23A-D muestran vistas superiores y de sección AA del elemento de accionamiento; vistas superiores y de sección BB del casete de microfluidos con el elemento exprimidor; y ejemplos en los que el elemento exprimidor es arrastrado por el elemento de accionamiento lineal, desplazando así el fluido a la siguiente cámara de reacción, respectivamente.
La figura 24 muestra una representación esquemática de una configuración de pocillos fluídica y el principio para dispensar reactivos almacenados para generar un circuito fluídico de aceite-agua.
La figura 25A a la figura 25C muestran una representación esquemática de un ejemplo de cartucho de microfluidos para la preparación de muestras a base de perlas magnéticas que comprende pocillos fluídicos, conductos fluídicos, depósitos de reactivos líquidos almacenados, y válvulas.
La figura 26B muestra el principio de la preparación de muestras a base de perlas magnéticas en un ejemplo de dispositivo microfluídico con elementos de accionamiento giratorios superiores e inferiores integrados que comprenden imanes permanentes fijos.
La figura 26A a la figura 26IC muestran diferentes ejemplos de la posición del cartucho de microfluidos con respecto al elemento de accionamiento, para ilustrar el principio de la captura de perlas magnéticas, la resuspensión y el desplazamiento entre pocillos fluídicos utilizando el accionamiento lineal.
La figura 27A a la figura 27G muestran una vista transversal de un dispositivo microfluídico con elementos de accionamiento superior e inferior para ilustrar el principio de la preparación de muestras a base de perlas magnéticas en un dispositivo microfluídico. El dispositivo microfluídico comprende pocillos fluídicos que están conectados entre sí a través de una fase oleosa. Los elementos de accionamiento superior e inferior presentan electroimanes que pueden activarse y desactivarse en una secuencia predeterminada. El dispositivo microfluídico se mueve entre los dos elementos de accionamiento.
La figura 28 muestra una vista en perspectiva de un dispositivo microfluídico que muestra un cartucho de microfluidos y un elemento de accionamiento. El cartucho de microfluidos se desliza entre el elemento de accionamiento.
La figura 29A a la figura 29E muestran el principio de utilizar protuberancias como deflectores en el pocillo fluídico de un dispositivo microfluídico para restringir las perlas magnéticas a un pocillo mientras el imán sigue moviéndose a lo largo de una ruta de movimiento.
La figura 30A y la figura 30B muestran el principio de transferencia de fluidos en el dispositivo microfluídico, desde un pocillo fluídico hasta una banda de flujo lateral utilizando una lanceta accionada.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0036] El asunto dado a conocer en el presente documento se describirá ahora de forma más completa en adelante con referencia a las figuras adjuntas, en las que se muestran algunas, aunque no todas las formas de realización del asunto dado a conocer en el presente documento. Los números similares se refieren a elementos similares a lo largo de la descripción. El objeto dado a conocer en el presente documento puede plasmarse de muchas formas diferentes, y no debería interpretarse como limitado a las formas de realización expuestas en el presente documento; en su lugar, estas formas de realización se proporcionan para que esta divulgación cumpla los requisitos legales aplicables. De hecho, a un experto en la materia a la que pertenece el asunto actualmente dado a conocer se le ocurrirán muchas modificaciones y otras formas de realización del asunto divulgado en el presente documento, teniendo la ventaja de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y en las figuras asociadas. Por consiguiente, debe entenderse que el objeto dado a conocer en el presente documento no debe limitarse a las formas de realización específicas dadas a conocer, y que las modificaciones y otras formas de realización pretenden incluirse dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.
Dispositivos microfluídicos de muestra-a-respuesta con elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento automatizado lineal o de rotación y métodos de uso de los mismos
[0037] La invención divulgada incluye métodos y dispositivos integrados para la automatización de la muestra-a-respuesta utilizando instrumentos simples, de bajo coste y de baja potencia. En una forma de realización, se proporciona un sistema microfluídico de laboratorio-en-chip, y un método asociado que realiza múltiples etapas en una secuencia precisa, con toda su automatización integrada dentro de una única revolución de un árbol de levas. En un ejemplo de forma de realización, se posibilita una secuencia de manipulación de fluidos que implica la distribución sincronizada de reactivos aplicando presión para hacer estallar un sello frágil de bolsas rellenas de reactivo almacenado dentro del cartucho. En una forma de realización, también es posible la gestión térmica; por ejemplo, durante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), el mecanismo de leva puede utilizarse para accionar el contacto de un disipador de calor para controlar la temperatura de la muestra y para reducir el tiempo global hasta la obtención de resultados.
[0038] Los árboles de levas pueden ejecutarse en el sentido de las agujas del reloj, por ejemplo, para abrir y cerrar múltiples válvulas en una secuencia precisa para realizar una tarea, tal como la puesta en marcha de un motor. Cuando se aplica a un LOC, la presente invención puede emplear un único árbol de levas para realizar todas las etapas de accionamiento y automatización necesarias para completar una prueba de diagnóstico muestra-a-respuesta.
[0039] En consecuencia, el único accionamiento necesario puede ser para girar el árbol de levas a través de una revolución completa. Asimismo, los cartuchos de microfluidos independientes que comprenden módulos pre-PCR y post-PCR en una única plataforma en una forma de realización o varios procesos de ensayo aguas abajo en esta, también son posibles de acuerdo con la presente invención.
[0040] Además, el árbol de levas giratorio puede autoalimentarse utilizando un resorte de enrollamiento, permitiendo completamente la automatización sin batería en un dispositivo LOC.
[0041] Puesto que los dispositivos de diagnóstico en instalaciones de bajos recursos necesitan funcionar generalmente con baterías, la presente invención permite que la tecnología en el punto de atención esté un paso más cerca de ser completamente libre de baterías. Al integrar un árbol de levas rotatorio, el diagnóstico en el punto de atención mejora en una serie de factores, incluyendo la reducción de tamaño, el consumo de energía, el coste y la complejidad del dispositivo, por nombrar unos cuantos.
[0042] Un cartucho de microfluidos de acuerdo con un aspecto de la presente invención puede permitir la integración de etapas de procesamiento pre-PCR y post-PCR en una única plataforma utilizando la modularidad de los microfluidos. También puede añadirse versatilidad al sistema, ya que permite que la amplificación de ADN basada en PCR y, además, el procesamiento aguas abajo, tal como microarrays de hibridación de ADN, por ejemplo, estén integrados en el mismo chip. En consecuencia, una única muestra puede ser sometida fácilmente a pruebas de detección de múltiples patógenos.
[0043] Varios aspectos de la presente invención podrían ser aplicables también a una variedad de otros dispositivos. Por ejemplo, la presente invención también puede utilizarse para automatizar esencialmente bioensayos en un formato muestra-a-respuesta en un dispositivo de laboratorio-en-chip. Otra posible aplicación podría ser para ensayos de proteínas.
[0044] Otras ventajas de la presente invención con respecto a la tecnología existente anterior incluyen: 1) el control de todas las etapas de accionamiento para la manipulación de fluidos, gestión térmica y gestión eléctrica en un único árbol de levas; 2) un diseño simplista, bajos costes de fabricación, baja energía, y un motor, o un resorte de enrollamiento, para controlar la secuencia de accionamiento; 3) tecnología de cartucho de microfluidos y árbol de levas que pueden utilizarse para integrar múltiples procesos de ensayo aguas abajo en una única plataforma independiente; y 4) un cartucho independiente permite añadir módulos adicionales para el procesamiento aguas abajo de una manera similar a los bloques de «LEGO», que pueden trabajar conjuntamente con el accionador del árbol de levas giratorio para permitir la automatización precisa en un dispositivo.
[0045] Por consiguiente, un dispositivo que consiste en un cartucho de microfluidos desechable e independiente que presenta bolsas de blíster rellenas de reactivos, y un árbol de levas complementario que completa todas las etapas individuales de accionamiento y automatización para una secuencia de muestra-a-respuesta en una única revolución se posibilita utilizando varios aspectos de la invención. Esencialmente, el árbol de levas actúa como un programa «mecánico» para todo el proceso de automatización muestra-a-respuesta. Cuando se utiliza el árbol de levas junto con un balancín, el balancín puede comportarse como un émbolo para el accionamiento. Conforme gira el árbol de levas, los balancines entran en contacto con la bolsa de blíster y aplican la fuerza necesaria para estallar el sello frágil. Este concepto se representa en la figura 1. Utilizando este concepto, un único accionador de árbol de levas puede realizar una o más de las siguientes tareas esenciales: 1) romper el sello frágil de un paquete blíster relleno de reactivo en chip para liberar su contenido; 2) accionar válvulas de diafragma en chip para controlar la distribución de fluido en el chip microfluídico; 3) liberar en el espacio y en el tiempo volúmenes controlados de reactivos en una cámara de reacción; 4) accionar elementos de enfriamiento para el ciclado térmico rápido en el chip microfluídico; 5) accionar imanes permanentes para mover perlas magnéticas de una ubicación a otra; y 6) accionar contactos eléctricos para su lectura.
[0046] De manera alternativa, las formas de realización no limitativas incluyen: 1) uso de un resorte de enrollamiento para alimentar el árbol de levas; 2) uso de un accionador de árbol de levas empleado para automatizar el funcionamiento de un émbolo de jeringa para dispensar reactivos en una secuencia automatizada; y 3) uso de un diseño horizontal o bien vertical.
[0047] Las características descritas en el presente documento pueden permitir el control espacial y temporal 3D de la gestión/manipulación de fluidos, la gestión térmica, la gestión eléctrica, utilizando un único mecanismo de accionamiento. La secuencia operacional se codifica mediante la disposición y la orientación de los lóbulos de leva.
[0048] Otra forma de realización puede incluir levas sin el uso de balancines, levas con pasadores, engranajes, mecanismos de reloj, un resorte de enrollamiento, una acción de martillo de piano o cualquier otra variación mecánica, que pueda ser capaz de automatizar la secuencia de muestra-a-respuesta.
[0049] En una forma de realización, un mecanismo de leva también puede utilizarse para accionar electrodos funcionalizados para moverse de una muestra a otra.
[0050] En referencia ahora a las figuras 1A y 1B, se muestran vistas laterales de un ejemplo de dispositivo microfluídico 101, que lo representan, respectivamente, antes y después del accionamiento de los balancines 109. El dispositivo microfluídico 101 presenta una leva 102 con árbol de levas 103 y lóbulos de levas 104. También se muestra un cartucho de microfluidos 105 que presenta al menos una bolsa de blíster o bolsa de estallido en chip 106 y una cámara de reacción 107. La bolsa de blíster o de estallido 106 está llena de fluidos, tales como reactivos, que, tras el estallido, dispensan el contenido de fluido en ella. Estas bolsas de estallido o de blíster 106 pueden fabricarse en lotes en grandes volúmenes, reduciendo los costes de fabricación. Cuando se fabrican específicamente para aplicaciones de microfluidos, el volumen de los fluidos contenidos oscila entre 15 a 450 pl. Las bolsas de blíster 106 comprenden generalmente un sello de membrana frágil que se instala en el puerto de salida de la bolsa. Esta membrana frágil generalmente requiere una presión deliberada para romper su sello y liberar su contenido.
[0051] Conforme el mecanismo de leva gira a través del árbol de levas 103, los lóbulos de levas 104 accionan el balancín 109, provocando que se ejerza presión en la bolsa de estallido 107, y rompiendo la membrana frágil.
[0052] Como puede observarse en la figura 2, puede haber múltiples levas 202 montadas sobre el árbol de levas 203. Cada leva 202 presenta lóbulos de leva 204, que proporcionan una topografía espacial para accionar los balancines en diversos momentos e intervalos. Conforme gira el árbol de levas 203, los lóbulos de leva 204 presionan contra los balancines 209, que, a su vez, presionan contra la bolsa de estallido o de blíster 206, liberando su contenido. Al disponer múltiples levas 202 en el árbol de levas 203, el control espacial y temporal de las reacciones puede estar controlado. El balancín 209 o mecanismo de balancín actúa como un émbolo, que presiona hacia abajo en la bolsa de blíster 206, aplicando suficiente presión para provocar la rotura de su sello de membrana frágil. Pueden montarse espacialmente múltiples bolsas de estallido que contienen diversos reactivos sobre los cartuchos de microfluidos, tal y como se muestra, por ejemplo, en la figura 2.
[0053] Conforme el árbol de levas 203 gira a través de una revolución completa, los lóbulos de levas 204 se elevan y enganchan a los balancines 209, controlando así espacial y temporalmente la liberación de los reactivos almacenados en las bolsas de blíster 206 en el cartucho de microfluidos 205. Los lóbulos de leva 204 están diseñados para que el balancín permanezca en la posición cerrada tras la rotura de la bolsa. Este puede actuar como válvula de retención para garantizar que no hay reflujo de reactivos en una bolsa rota. Los lóbulos de leva 204 también pueden utilizarse para abrir y cerrar válvulas de diafragma a lo largo del canal fluídico propiciando el control del flujo de fluido en ese canal.
[0054] Como se ha descrito generalmente arriba, en la figura 2, se muestran múltiples mecanismos de leva y balancín. Cada mecanismo de leva 202 y balancín 209 corresponde a una bolsa de blíster específica 206. Como cada mecanismo de leva y balancín se acciona en intervalos apropiados, se liberan varios reactivos de las bolsas de blíster a través de los canales 208 formados en el cartucho de microfluidos 205 y hacia la cámara de reacción 207 formada también en el cartucho de microfluidos 205.
[0055] El árbol de levas giratorio también puede autoalimentarse utilizando un mecanismo de resorte de enrollamiento. Esto permite una automatización completamente libre de energía en un dispositivo LOC en el que el usuario puede girar esencialmente una llave para obtener un resultado de diagnóstico automatizado. Puesto que los dispositivos de diagnóstico en instalaciones de bajos recursos necesitan funcionar con baterías, la presente invención pone la tecnología en el punto de atención un paso más cerca de ser completamente libre de baterías.
[0056] En referencia ahora a la figura 3, se muestra un diagrama de bloques que representa el concepto de un ejemplo de sistema de muestra-a-respuesta 301 para PCR e hibridación de ADN. En este ejemplo, hay una pluralidad de levas 302 sostenidas por un árbol de levas 303. Cada leva 302 tiene lóbulos de leva 304, que sirven para accionar balancines 309. El cartucho de microfluidos 305 está provisto de una pluralidad de bolsas de estallido 306 (en este ejemplo, tampones de lisis, lavado y elución) en varias cámaras de reacción 307, cámara de desperdicios 313 y varios canales 308 para conectar los fluidos a su respectiva cámara 307, 313. También se proporcionan válvulas 310 entre ciertas cámaras 307, 313 y bolsas de estallido 306 para impedir que el flujo fluya hacia atrás y provoque contaminación.
[0057] En este ejemplo, se introduce primero una muestra en la cámara 307 (preparación de muestras), que puede contener un vehículo para la captura de ADN, como perlas de sílice, papel FTA o perlas magnéticas, por ejemplo. Para la etapa de preparación de muestras, un árbol de levas 303 gira, provocando que el lóbulo de leva 304 accione el balancín correspondiente para entrar en una posición «cerrada», rompiendo y liberando así una bolsa de estallido que contiene tampón de lisis (en este ejemplo) en la cámara de preparación de muestras 307. La velocidad de rotación y el tamaño del lóbulo del árbol de levas pueden variar para controlar el tiempo de cada etapa de reacción Otros balancines entran de forma secuencial en una posición cerrada, y hacen estallar sus respectivas bolsas, por ejemplo, liberando tampones de lavado 306 en la cámara de preparación de muestras 307 para las etapas de lavado de la purificación de ADN.
[0058] Durante el ciclado térmico PCR, se puede accionar un disipador de calor o térmico 311 intermitentemente mediante su correspondiente balancín para poner en contacto la cámara de amplificación y proporcionar enfriamiento. Con el ciclado térmico PCR, la una de las etapas intensivas de más tiempo es reducir la temperatura de la muestra. Al utilizar el disipador de calor accionado, que entra en contacto solo durante la etapa de enfriamiento, el tiempo transcurrido hasta completar cada ciclo de PCR se puede reducir significativamente. En consecuencia, se puede realizar una automatización completa de la secuencia muestra-a-respuesta con una única rotación del árbol de levas, como se muestra en este ejemplo.
[0059] El disipador de calor 311 también se puede proporcionar en el cartucho de microfluidos, por ejemplo, durante el ciclo de PCR, para hacer contacto intermitente con una cámara de reacción 307 en una secuencia precisa designada por el mecanismo de leva y/o la velocidad de rotación. Un cálculo de transferencia de masa y calor de primer orden estimó una reducción de aproximadamente 7 veces del tiempo transcurrido para enfriar la muestra desde 95 grados hasta 65 grados. Esta reducción del tiempo se realizó con un disipador de calor de bloque de aluminio de 1" por 1" por 0,5" en una temperatura de aire ambiente de 25 grados. Por ejemplo, si el tiempo de enfriamiento sin un disipador de calor dura 30 segundos/ciclo y hubo 25 ciclos; el tiempo ahorrado sería de 12,5 minutos para el proceso completo de PCR. Esto proporciona ventajas notables en la gestión térmica durante la manipulación de fluidos, por ejemplo. El calentador 312 también se muestra en esta figura en el cartucho de microfluidos 305.
[0060] En referencia ahora a la figura 4, se muestra una vista en planta de un ejemplo de dispositivo microfluídico muestraa-respuesta que utiliza un diseño de puerto rotatorio integrado. Como se representa en la figura 4, el ejemplo de dispositivo microfluídico 401 integra un árbol de levas 403 como parte del cartucho de microfluidos 405. En esta forma de realización, el árbol de levas 403 del cartucho se acopla a los mecanismos de accionamiento durante la rotación del árbol de levas 403. Con este sistema, se pueden diseñar y construir árboles de levas específicos para varios ensayos diferentes. Otro enfoque alternativo es construir un módulo de montaje de árbol de levas convencional y desarrollar un módulo de árbol de levas único para distintos ensayos.
[0061] El ejemplo de sistema de la figura 4 utiliza precisamente ranuras de corte 414 situadas en posiciones angulares predeterminadas a lo largo del árbol 403. Cuando están rotadas en la posición angular predeterminada, las ranuras 414 forman un canal de flujo 408 entre las bolsas rellenas de reactivos 406 y la cámara de reacción 407. La presión de flujo puede desarrollarse presionando hacia abajo en las bolsas rellenas de reactivos 406. El puerto rotatorio también constituye una válvula simple.
[0062] El cartucho de microfluidos también puede estar diseñado sin la cámara de amplificación de PCR. En este caso, el cartucho podría contener una cámara de hibridación de ADN para la detección de un analito sin la amplificación de una diana. El diseño puede resultar especialmente interesante para el cribado de alto rendimiento muestra-a-respuesta a través de matrices de hibridación de ADN con un único detector de moléculas potente, como un microscopio de fluorescencia de reflexión interna total (TIRF, por sus siglas en inglés) o un detector de matrices de diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD, por sus siglas en inglés).
[0063] En otras formas de realización, la presente invención utiliza accionamiento magnético combinado con automatización mecánica para completar una secuencia de muestra-a-respuesta en un dispositivo microfluídico. Los métodos de accionamiento y varias formas de realización de los aparatos descritos en el presente documento pueden utilizarse para dispensar un reactivo en un dispositivo fluídico y a lo largo de un conducto fluídico, válvulas de apertura/cierre, provocar agitación y mezclarse dentro de un chip fluídico, activar o desactivar un circuito eléctrico o crear una conexión eléctrica dentro de una cámara de fluidos.
[0064] El dispositivo fluídico consiste en bolsas de reactivo que dispensan los reactivos necesarios para el procesamiento de muestras biológicas en el dispositivo microfluídico. Los reactivos de las bolsas incluyen, aunque sin carácter limitativo, tampones, sales, ácidos, bases, etiquetas, marcas, marcadores, agua, alcoholes, disolventes, ceras, aceites, gases, geles, por ejemplo. Cuando se aplica una presión suficiente en la bolsa, esta estallará, dispensando así el contenido de la bolsa en los conductos fluídicos que conducen hacia su cámara de reacción prevista. Las bolsas están diseñadas con sellos frágiles alineados con la entrada del conducto fluídico para que, cuando estalle la bolsa, su contenido se vea obligado a entrar en el conducto fluídico que conduce a las cámaras de reacción.
[0065] Los imanes pueden atraer elementos magnéticos, que bien podrían ser otro imán, un electroimán o un material ferromagnético. La invención describe a continuación un método y aparato novedosos para aplicar la presión de rotura con el fin de vaciar las bolsas de reactivos. El aparato se denomina Unidad de Dispensación de Reactivos (UDR). Las UDR se componen de bolsas de reactivos que contienen reactivos almacenados, y un elemento magnético integrado que puede ser un imán permanente o bien un elemento ferromagnético. Cuando este elemento magnético se ve atraído por un campo magnético que se coloca en su proximidad, se moverá hacia este campo magnético y actuará como un émbolo que presiona la bolsa de reactivo y, mediante una de las formas de realización no limitativas descritas en el presente documento, hace estallar la bolsa, derivando en la expulsión de su contenido en el chip fluídico. El movimiento del émbolo está restringido para que pueda vaciar eficientemente el blíster; esto se consigue diseñando guías para que pueda moverse.
[0066] La figura 5 representa una vista transversal de la UDR en un dispositivo microfluídico. En este ejemplo, la UDR está unida al dispositivo microfluídico 511 utilizando adhesivo 512, de tal manera que forma un sello hermético con el dispositivo microfluídico. La UDR presenta un émbolo de elemento magnético integrado 503 en la parte superior de la bolsa de reactivo 505. La bolsa de reactivo contiene reactivo almacenado 514 y se sella mediante una capa de sellado frágil 506. El émbolo de elemento magnético se mantiene en su posición encajándolo dentro de una funda 502 de manera que su movimiento se vea restringido.
[0067] En algunas formas de realización, la bolsa rellena de reactivo contiene una pequeña perla u objeto afilado 504, de tal manera que, bajo la influencia de un campo magnético 509, la perla u objeto afilado 504 facilite la rotura del sello frágil. Este objeto está hecho de un material magnético que, al ser atraído a un campo magnético, romperá el sello frágil. En otra forma de realización, como la que se observa en la figura 5B, un objeto afilado 513 fijado a la entrada del dispositivo fluídico romperá el sello frágil de la bolsa de reactivo conforme este empuja en este elemento.
[0068] En otras formas de realización, que se observan en la figura 5, el dispositivo microfluídico 511 presenta una trampa 510 para que un material magnético suelto pueda estar permanentemente desplegado y se mantenga en su posición debajo de la bolsa de reactivo, para mantener presionada la bolsa. Dicho sistema funciona como una válvula accionada una vez, que mantiene presionada la bolsa de reactivo, impidiendo así cualquier reflujo desde la cámara de reacción hacia la bolsa de reactivo.
[0069] En otra forma de realización, como la que se observa en la figura 6, el sello frágil está diseñado para que se rompa con una presión determinada. El émbolo de elemento magnético se ve atraído por el campo magnético, proporcionando la presión de rotura y la deformación necesarias para romper el sello frágil. El émbolo de elemento magnético situado sobre la bolsa de reactivo es atraído simultáneamente hacia este mismo campo magnético, y deforma la bolsa rota, obligando así al reactivo almacenado a fluir hacia la cámara de reacción 608 a través del conducto fluídico 607.
[0070] En las aplicaciones en las que sea necesario someter a un gran volumen de la muestra a mezcla, lisis u homogeneización, el fluido puede dividirse en cámaras separadas más pequeñas que están conectadas fluídicamente entre sí, conteniendo cada cámara su propio imán permanente atrapado. La figura 7a representa un árbol giratorio 705 que comprende imanes permanentes dispuestos axialmente y radialmente con polos alternativos 706 en la periferia del árbol giratorio, y la figura 7B representa un sistema de mezcla fluídico de múltiples cámaras en el que las cámaras de fluidos 704 están conectadas entre sí usando válvulas 702, de tal manera que pueden gestionar un rango de volúmenes de muestra. Hay presente un imán permanente 703 en cada cámara, y su dirección de movimiento está restringida a lo largo de una trayectoria perpendicular al eje del árbol giratorio.
[0071] En otra forma de realización como la que se observa en la figura 8, la bolsa de reactivo está diseñada de tal manera que permite que el punto de rotura se produzca en una ubicación precisa. Esto se consigue diseñando la bolsa de reactivo para que contenga un elemento magnético 804 que esté restringido a una zona concreta 805 de la bolsa de reactivo, y que, por lo tanto, esté directamente superpuesto a la porción frágil 806 del sello 802.
[0072] A pesar de que el método para el procesamiento de muestras descrito en el presente documento puede llevar a cabo múltiples procesos con un único movimiento de accionamiento, con la finalidad de describir el control de accionamiento en un dispositivo microfluídico, se describe en el presente documento un ejemplo simplificado de un único elemento de accionamiento lineal que controla múltiples etapas del procesamiento de muestras, donde las tres etapas del procesamiento de muestras son: 1) estallido y liberación de reactivos almacenados en bolsas de reactivo; 2) movimiento de perlas magnéticas entre cámaras; y 3) apertura y cierre de válvulas fluídicas.
[0073] Otros procesos que pueden integrarse en el mismo elemento de control de accionamiento incluyen, sin carácter limitativo, apertura/cierre de una conexión eléctrica dentro de una cámara de fluidos, presionar un botón para activar/desactivar el control de un circuito eléctrico, punción de un vacutainer, apertura/cierre de un orificio de ventilación, accionamiento del elemento calefactor o disipador de calor. Una gran ventaja de dicho sistema es que pueden añadirse etapas adicionales con un incremento mínimo de la complejidad del sistema. En referencia a las figuras 9A, 9B y 9C, se muestran vistas superiores y de sección AA de un ejemplo de dispositivo microfluídico para el procesamiento de muestras 901 que comprende un elemento de accionamiento lineal 903 que comprende elementos magnéticos fijos para el desplazamiento de perlas magnéticas 904, elementos magnéticos fijos para el accionamiento de válvulas fluídicas 905 y elementos magnéticos fijos para el estallido de bolsas de reactivo 902; y un casete de microfluidos 908 que comprende bolsas de reactivo almacenado con elementos de émbolo magnético integrados 907, cámaras de reactivos 906 para el procesamiento de muestras, una válvula de balancín pivotante magnético que presenta un émbolo no magnético 909 para controlar el movimiento de las perlas magnéticas a través de una válvula, y válvulas controladas magnéticamente compuestas por émbolos magnéticos 910. El elemento de accionamiento 903 está en estrecha proximidad al casete de microfluidos 908 y se desliza en relación con este. En este ejemplo de forma de realización, el elemento de accionamiento 903 se desliza por debajo del casete de microfluidos 908; sin embargo, en otras formas de realización, el dispositivo microfluídico 901 está diseñado para que el elemento de accionamiento 903 se deslice por arriba
[0074] Además, el elemento de accionamiento puede estar compuesto por un elemento superior y un elemento inferior que se muevan juntos en la misma dirección o independientemente en distintas direcciones, de tal manera que su movimiento dé como resultado múltiples etapas de accionamiento para el procesamiento de muestras, que se produzcan en una secuencia predeterminada.
[0075] La secuencia de procesamiento de muestras se representa en ejemplos diferentes conforme el elemento de accionamiento se desliza por debajo del casete de microfluidos en las figuras 10A, 10B, 10C, 10D, 10E y 10F. Algunos métodos que pueden utilizarse para provocar el movimiento de deslizamiento incluyen un motor, resorte de enrollamiento, manivela, empuje manual, accionador de solenoide lineal. Los elementos magnéticos fijos 1004, 1005 y 1002 en el elemento de accionamiento deslizante 1003 están conformados de manera que el estado de accionamiento (activado/desactivado, abierto/cerrado, arriba/abajo) en el elemento fluídico del casete de microfluidos se controla mediante la forma del elemento magnético fijo en el elemento de accionamiento deslizante. En el ejemplo uno, figura 10A, un imán fijo en el elemento de accionamiento deslizante se superpone con la válvula de balancín pivotante magnético que presenta un émbolo no magnético 1009 y cierra la válvula. Conforme el elemento de accionamiento sigue deslizándose, en el ejemplo dos de la figura 10B, un elemento magnético fijo presiona la bolsa de reactivo almacenado, provocando que libere su contenido en la cámara de reacción. Simultáneamente, la válvula de balancín pivotante magnético que presenta un émbolo no magnético 1009 permanece cerrada, atrapando de este modo los reactivos almacenados en la cámara de reacción. Conforme el elemento de accionamiento continúa deslizándose, en el ejemplo tres de la figura 10C, un segundo elemento magnético fijo se superpone con una segunda bolsa de reactivo almacenado, provocando así que estalle y libere su contenido en la misma cámara de reacción. La válvula de balancín magnética que presenta un émbolo no magnético 1009 ha permanecido cerrada. En el cuarto ejemplo de la figura 10D, un elemento magnético se superpone con la cámara de reacción que contiene las perlas magnéticas y empieza a arrastrarlas a través del conducto fluídico y hacia la segunda cámara de reacción. En el mismo ejemplo, se hace estallar una tercera bolsa de reactivo, y su contenido se libera en la segunda cámara de reacción. Conforme el elemento de accionamiento sigue deslizándose, en el ejemplo cinco de la figura 10E, el elemento magnético fijo ya no se superpone más con la válvula de balancín magnética que presenta un émbolo no magnético 1009, y esa válvula vuelve a su estado de «desactivado», abriendo así el conducto fluídico para que las perlas magnéticas puedan pasar hacia la segunda cámara de reacción. Por último, en el ejemplo seis, en la figura 10F, las perlas magnéticas se transfieren a la segunda cámara de reacción, mientras que los elementos magnéticos fijos se superponen y cierran las válvulas de entrada y salida de la segunda cámara, de tal manera que las perlas magnéticas quedan atrapadas en la segunda cámara de reacción.
[0076] Esta forma de realización describe un ejemplo de cómo pueden controlarse múltiples etapas del procesamiento de muestras utilizando un único elemento de accionamiento. Es preferible que el sistema emplee imanes permanentes, tales como imanes de neodimio, para completar las etapas de accionamiento, de tal manera que el aparato resultante utilice la mínima energía para el control del accionamiento. No obstante, también es posible utilizar una combinación de electroimanes e imanes permanentes para automatizar las etapas del procesamiento de muestras.
[0077] Para un control adicional, en algunas formas de realización, pueden utilizarse múltiples elementos de accionamiento, que se accionen a distintas velocidades y en diferentes direcciones. Algunas formas de realización no limitativas de elementos de accionamiento lineal se muestran en las figuras 11A-11F.
[0078] Otra forma de realización del elemento de accionamiento se describe en las figuras 12A, 12B, 12C y 12D. Esta comprendería una combinación de elementos magnéticos fijos y parcialmente atrapados 1212, contenidos en su propia trampa 1211, de tal manera que su movimiento esté restringido a un eje/dirección. Los elementos magnéticos parcialmente atrapados podrían funcionar para sujetarse irreversiblemente y quedar atrapados en la trampa magnética 510 ilustrada en la figura 5A, aun cuando el elemento de accionamiento deslizante siga moviéndose. Esta forma de realización resulta útil cuando se desee cerrar permanentemente una válvula, por ejemplo, manteniendo presionada una bolsa de reactivo para evitar el reflujo durante etapas posteriores del procesamiento de muestras.
[0079] La figura 12B es una sección AA del elemento de accionamiento que muestra el elemento magnético parcialmente atrapado 1212 contenido en un orificio ciego, de tal manera que su movimiento esté restringido a una dirección perpendicular a la superficie del casete de microfluidos 1208. La figura 12D representa un ejemplo concreto conforme se desliza el elemento de accionamiento, donde los imanes parcialmente atrapados han dejado el elemento de accionamiento y se han unido permanentemente a la trampa magnética 110 situada debajo de la bolsa de reactivo. En esta forma de realización, las bolsas de reactivo son presionadas permanentemente por el elemento magnético parcialmente atrapado 1212 incluso cuando el elemento de accionamiento deslizante continúa avanzando.
[0080] Otro ejemplo de método para dispensar un reactivo en una cámara de fluidos se muestra en la figura 13A y en la figura 13B, donde el elemento de émbolo magnético 1303 está integrado en la cámara de reacción 1304 y la bolsa de reactivo 1302 está alineada con este. Cuando el elemento de émbolo magnético se ve atraído por un campo magnético 1305, este rompe el sello frágil de la bolsa de reactivo, entra en la bolsa de reactivo y desplaza los reactivos 1306 hacia la cámara de reacción.
[0081] En otra forma de realización, como la que se observa en la figura 14, la cámara de reacción está localizada lejos de la entrada fluídica, y el elemento de émbolo magnético está situado entre la entrada y la bolsa de reactivo. El elemento magnético presenta una muesca 1403 en este, que actúa como guía y restringe el flujo de fluido a la cámara de reacción a través de la muesca de guía. La muesca de guía está diseñada para que, cuando el elemento de émbolo magnético alcanza su posición más superior, la entrada en la cámara de reacción a través del conducto fluídico está cerrada, como se observa en la figura 14C. Hay presente un elemento de trinquete 1402 dentro del dispositivo fluídico, de tal manera que mantenga el émbolo de elemento magnético permanentemente en una posición sellada.
[0082] Otra forma de realización del sistema de procesamiento de muestras es un elemento de accionamiento con el elemento magnético parcialmente atrapado 1502 alojado dentro de un árbol giratorio 1503 y como se muestra en la figura 15. Este árbol giratorio está ensamblado en una manga 1504 que presenta las trampas magnéticas 1505. La manga se ensambla con el dispositivo microfluídico 1506, que contiene las UDR 1507, la cámara de mezclado 1508 y el imán de cámara de mezclado 1509. Hay imanes permanentes fijos 1510 dispuestos para que sus polos opuestos estén alineados con la periferia del árbol giratorio; este imán provoca que el imán de la cámara de mezclado sea atraído y repelido a una frecuencia alta conforme el árbol gira.
[0083] La figura 16A representa un ejemplo en el que el árbol giratorio está ensamblado en la manga. Ninguno de los imanes parcialmente atrapados está alineado con las UDR. El ejemplo representado en la figura 16B muestra cuando el árbol giratorio ha rotado hacia un ángulo para que la primera UDR esté alineada con el primer elemento magnético parcialmente atrapado. En este ejemplo, este imán parcialmente atrapado se aleja del árbol giratorio y entra en la trampa magnética en la manga. Esto también inicia la atracción del elemento magnético en la primera UDR, que rompe el sello frágil en la bolsa y desplaza su reactivo constituyente en la cámara de lisis. La figura 16C representa el siguiente ejemplo en el que el árbol ha girado a través de un ángulo para que el segundo imán parcialmente atrapado se alinee con la segunda UDR. Esto provoca que la UDR vacíe sus constituyentes en la cámara de mezclado también.
[0084] Después de haber dispensado los reactivos almacenados, el árbol giratorio gira a unas RPM altas, como se muestra en la figura 16D para permitir el mezclado. Esto provoca que el imán permanente fijo en el árbol presente polos alternativos al imán de mezclado a una frecuencia elevada. Esta repulsión y atracción de alta frecuencia provocan la mezcla en la cámara de mezclado.
[0085] En referencia a la figura 17, se muestra otra forma de realización del sistema, que garantiza mecánicamente que el elemento de émbolo magnético no puede volver a su posición original tras el accionamiento. Esta forma de realización es ventajosa en los casos en los que un elemento como una bolsa de reactivo o válvula necesita estar presionada permanentemente a través de la secuencia de procesamiento de muestras. La figura 17A representa el ejemplo en el que el imán está en su posición inicial. La manga que contiene los imanes comprende al menos un elemento de trinquete en voladizo moldead en su pared. El imán desvía el trinquete en esta posición. Cuando el imán está desplazado como se representa en la figura 17B, el trinquete se retraerá, imposibilitando que el imán se mueva hacia abajo de nuevo a su posición inicial. La figura 17C representa otra forma de realización de este mecanismo con una bola accionada por resorte. La bolsa funciona de manera similar al trinquete, es desviada por el lado del imán, mientras que una fuerza magnética tira del imán hacia este; no obstante, el borde del imán no podrá presionar la bola accionada por resorte tras la retirada del campo magnético.
[0086] En referencia a la figura 18, se muestra una forma de realización única del sistema de procesamiento de muestras que emplea un elemento de accionamiento que comprende un imán 1802 que se mueve sobre una pista 1803. El imán atrae las perlas magnéticas sobre las que se unen las biomoléculas. Conforme el imán se mueve a lo largo de la pista, este arrastra las perlas magnéticas en el chip microfluídico 1804. El recorrido de las pistas es a través de las cámaras de reactivos R1 a R4 en la figura 18. A que mueve las perlas magnéticas a través de todas las cámaras de reactivos en el momento apropiado. Por último, el imán se mueve a través del extremo de la trampa, que es la trampa de bola 1805.
[0087] La figura 18B describe un mecanismo para el movimiento del imán sobre una pista. El elemento magnético está montado sobre un carro 1807, que puede moverse libremente a lo largo del carril de deslizamiento 1806. Todo el carril de deslizamiento atraviesa la longitud del dispositivo microfluídico moviéndose a lo largo de un tornillo lineal 1808. En otra forma de realización de este sistema, el tornillo lineal es sustituido por un mecanismo de piñón y cremallera. Conforme el carril de deslizamiento atraviesa la longitud del chip, el imán en el carro se desliza sobre la pista.
[0088] En otra forma de realización, se pueden disponer uno o más imanes sobre la pista para llevar a cabo múltiples etapas de procesamiento de muestras, ya sea secuencialmente o en paralelo. Mientras que en esta forma de realización el imán se muestra para deslizarse sobre la pista, también es posible fijar los imanes sobre la trayectoria en pista de una cinta transportadora móvil.
[0089] Las formas de realización descritas arriba describen la automatización del procesamiento de muestras utilizando elementos de accionamiento lineal, a pesar de que los elementos giratorios conferirían sus propias ventajas. Las figuras 19A, 19B, 19C muestran formas de realización de un dispositivo microfluídico que emplea elementos de accionamiento de rotación para automatizar la secuencia del procesamiento de muestras.
[0090] Asimismo, algunas formas de realización del dispositivo de procesamiento de muestras pueden emplear una combinación de uno o más elementos de accionamiento lineal y de rotación en función de los requisitos de diseño y de procesamiento de muestras para obtener el control de los ejes x, y, z y r.
[0091] A continuación, se describen formas de realización de válvulas del elemento de émbolo magnético para controlar el flujo de fluido en un ejemplo de dispositivo microfluídico. En esta forma de realización, se describe un ejemplo de válvula magnética de balancín pivotante con un elemento de émbolo no magnético. Las figuras 20A y 20B muestran vistas superiores de dos formas de realización no limitativas de las geometrías de válvula de balancín pivotante que pueden utilizarse como válvula en un dispositivo microfluídico. En dicha válvula, un balancín 2003 con un elemento magnético 2005 pivota (o gira) alrededor de su eje 2006. Cuando se pone un campo magnético externo 2004 cerca, este atraerá el elemento magnético en el balancín. Esto provoca que el émbolo 2002 empuje hacia abajo la válvula de diafragma, deteniendo así el flujo de fluido a través del canal. La figura 20C muestra el ejemplo en el que el balancín es activado por un campo magnético y el émbolo no magnético presiona la válvula de diafragma para detener el flujo. Cuando se elimina el campo magnético, el balancín vuelve a su posición original, y se puede reanudar el flujo en el canal.
[0092] En referencia a la figura 21, puede presionarse una válvula de diafragma o válvula pinch en el dispositivo microfluídico utilizando un elemento de émbolo magnético como se observa en 2101. La figura 21A describe el ejemplo en el que el canal de flujo está abierto. El elemento de émbolo magnético 2102 se observa sobre el diafragma 2103. Cuando se coloca un campo magnético externo cerca del elemento de émbolo magnético, este atrae el émbolo hacia el mismo, presionando así la válvula de diafragma y deteniendo el flujo en el canal. Esto se representa en la figura 21B.
[0093] La aplicación de un imán permanente fijado a un árbol giratorio permite el mezclado, la homogeneización y/o alteración mecánica de muestras biológicas que incluyen, aunque sin carácter limitativo, células y virus. En un ejemplo de forma de realización, se fijan imanes permanentes axialmente y radialmente sobre la periferia de un árbol giratorio, de tal manera que muestre polaridad alternativa a lo largo de la longitud del árbol giratorio. El contenedor o dispositivo fluídico contiene un segundo material de imán permanente atrapado dentro, de tal forma que su movimiento esté sumamente restringido a un eje. Cuando el árbol giratorio se coloca cerca de un dispositivo fluídico o contenedor, el material de imán permanente dentro del contenedor experimenta fuerzas alternativas de atracción y repulsión, dando como resultado un movimiento recíproco y de corte dentro del dispositivo fluídico o contenedor. Este efecto puede utilizarse para realizar el mezclado, la homogeneización y la lisis de muestras biológicas, incluyendo células y virus. En esta forma de realización, el contenedor fluídico contendría al menos un imán permanente en su interior, cuyo movimiento está restringido en una dirección perpendicular al eje de rotación del árbol. La frecuencia del campo alterno se determina mediante la velocidad de rotación del árbol y la distribución espacial de los polos del imán permanente en la dirección radial.
[0094] En otra forma de realización, el imán situado dentro del dispositivo fluídico/contenedor podría estar restringido a un movimiento recíproco en una dirección diferente, como paralela al eje del árbol giratorio. Además, puede ser ventajoso renunciar totalmente a la restricción de movimiento del imán anteriormente descrito. En algunas formas de realización, las partículas (como perlas hechas de vidrio, sílice, polímero, metal o una combinación de estos) pueden situarse dentro del contenedor; estas partículas ayudarían a alterar mecánicamente las muestras biológicas (como células y virus) dentro del contenedor fluídico. En una forma de realización, el imán permanente puede estar directamente en contacto con los fluidos en la cámara de fluidos, en otra forma de realización, el imán permanente puede estar en cercana proximidad a la cámara de fluidos, como separado por una capa impermeable en una cámara separada que esté lo suficientemente cerca como para ser capaz de provocar fuerzas de vibración y vórtice en la cámara de fluidos. Las ventajas de dicho sistema con respecto al uso de electroimanes con polaridades alternas/de conmutación incluyen que solo requieren que un elemento de accionamiento giratorio (eje motor) provoque efectos de lisis, homogeneización y mezclado en múltiples cámaras fluídicas o contenedores separados a lo largo de la longitud del árbol giratorio.
[0095] En otra forma de realización del sistema, el hecho de exprimir el reactivo fuera de la bolsa de reactivo en la UDR puede ser ideal. Esto resulta particularmente ventajoso en casos en los que se necesite un control adicional del caudal de los reactivos. La figura 22 es una vista transversal de dicha forma de realización. En esta forma de realización, el elemento de émbolo magnético 2203 está restringido de tal manera que solo puede moverse en la dirección requerida para exprimir la bolsa, romper el sello frágil 2202 y dispensar reactivos a través del conducto fluídico y hacia el dispositivo microfluídico. En algunas formas de realización, en la figura 22A los elementos de émbolo magnético pueden presentar una superficie inferior planar plana. En otras formas de realización, el elemento de émbolo magnético puede ser un cilindro que da como resultado un efecto rodante. Las figuras 22B, 22C y 22D muestran el elemento de émbolo magnético 2203 en la UDR siendo accionado por un imán cilíndrico parcialmente atrapado en el elemento de accionamiento del dispositivo microfluídico, dando como resultado que la bolsa de reactivo se exprima de tal manera que se rompa el sello frágil, derivando en un flujo de reactivo constante en la cámara sobre el dispositivo microfluídico.
[0096] El fluido puede moverse desde una cámara de reacción en el dispositivo microfluídico hasta otra utilizando bolsas rellenas de aire para empujar el fluido. En algunas formas de realización en las que las cámaras de reacción en el dispositivo microfluídico están diseñadas de tal manera que puedan comprimirse, la forma de realización que se muestra en la figura 22 puede utilizarse para mover fluidos desde una cámara de reacción a otra. Mientras que es posible hacer estallar bolsas rellenas de aire para empujar los reactivos fuera de las cámaras, del mismo modo que se llenan los reactivos, en algunas formas de realización, el mecanismo exprimidor descrito en la figura 22 puede utilizarse para llevar a cabo esta etapa. En la figura 23, se describe aquí el dispositivo microfluídico expuesto anteriormente, en el que las cámaras de reacción están diseñadas de tal manera que pueden ser exprimidas y comprimidas hasta un estado plano y planar. La figura 23A muestra la vista superior y de sección AA del elemento de accionamiento que contiene un rodillo magnético parcialmente fijado para exprimir los reactivos fuera de las bolsas. La figura 23B muestra la vista superior y de sección BB de una bolsa de reacción con un rodillo magnético parcialmente atrapado cerca de la cámara de reacción. Conforme el elemento de accionamiento lineal se mueve, las figuras 23C y 23D muestran cómo es exprimida la cámara de reacción por los elementos de rodillo magnético para dispensar su fluido en la siguiente cámara.
[0097] Otro aspecto de la presente invención es un dispositivo fluídico para la preparación de muestras para pruebas de amplificación de ácido nucleico. El dispositivo fluídico comprende dos o más pocillos fluídicos que están configurados de tal manera que están conectados entre sí mediante un conducto fluídico primario. Los pocillos fluídicos pueden llenarse por separado con reactivos líquidos a través de conductos fluídicos de entrada. En algunos aspectos de la invención, los conductos fluídicos de entrada están conectados a aberturas externas en el dispositivo fluídico para permitir que los pocillos fluídicos se llenen mediante pipeteo o inyección de reactivos en el pocillo a través del conducto fluídico de entrada.
[0098] Para instalaciones de punto de atención, los sistemas independientes resultan ventajosos, ya que no requieren ninguna etapa compleja de pipeteo o inyección gestionada por el usuario. En consecuencia, en otros aspectos de la invención, se pueden almacenar reactivos en el dispositivo fluídico en bolsas de reactivos. Cuando se aplica una presión suficiente en la bolsa, esta estalla, dispensando así el contenido de la bolsa en los conductos fluídicos que conducen hacia su cámara de reacción prevista. Las bolsas están diseñadas con sellos frágiles alineados con los conductos fluídicos de entrada para que, cuando estalle la bolsa, su contenido se vea obligado a entrar en el conducto fluídico de entrada y a llenar el pocillo fluídico. Los reactivos de las bolsas incluyen, aunque sin carácter limitativo, tampones, sales, ácidos, bases, etiquetas, marcas, marcadores, agua, alcoholes, disolventes, ceras, aceites, gases, geles, etc.
[0099] Cada volumen del pocillo fluídico está diseñado de este modo para que solo pueda llenarse parcialmente con reactivos líquidos miscibles, de manera que no se permita que los líquidos miscibles en cada pocillo fluídico se desborden y se mezclen entre sí a través del conducto fluídico primario que conecta cada pocillo fluídico. Las superficies de cada pocillo fluídico pueden comprender una superficie hidrofílica y una superficie hidrofóbica, o puede estar modificada para ser hidrofílica o hidrofóbica (p. ej., mediante recubrimiento hidrofílico o hidrofóbico). La modificación hidrofílica puede llevarse a cabo para incrementar la humectabilidad y para permitir que los reactivos líquidos llenen mejor el pocillo de manera uniforme, mientras que la modificación hidrofóbica puede llevarse a cabo para reducir la humectabilidad y para facilitar la transferencia suave de partículas sólidas entre pocillos fluídicos rellenos de fluido.
[0100] Las bolsas de reactivo que contienen líquidos inmiscibles, como aceite mineral, se conectan al conducto fluídico primario que conecta cada pocillo, de tal manera que, tras el accionamiento: 1) el contenido de las bolsas de reactivos que contienen los líquidos inmiscibles se liberan para formar fases oleosas inmiscibles sobre los líquidos con los que se llenan los pocillos fluídicos; y 2) todos los líquidos miscibles en los pocillos fluídicos están conectados de manera secuencial para formar un circuito fluídico, pero separados entre sí por una fase oleosa para evitar que se mezclen entre ellos. El conducto fluídico primario desemboca en un depósito para recoger el exceso de aceite. Los reactivos miscibles pueden dispensarse secuencialmente o en paralelo en sus respectivos pocillos, dependiendo de los requisitos del ensayo. El líquido inmiscible se dispensa después de haber llenado los pocillos de reactivos, de tal manera que el volumen vacío en el conducto fluídico primario y los pocillos parcialmente llenos se llenan completamente con una fase oleosa inmiscible para crear un circuito fluídico.
[0101] A pesar de que es posible prellenar los pocillos fluídicos con tampones separados por una fase oleosa, y sellar y almacenar después del cartucho para su uso posterior, algunos reactivos (incluyendo, aunque sin carácter limitativo, enzimas, óligos, dNTP y tampones) no son estables en su forma líquida a temperatura ambiente o durante largos períodos de tiempo y, por lo tanto, necesitan ser almacenados en formato liofilizado e hidratado antes de su uso. Asimismo, el hecho de introducir la muestra en dicho sistema prellenado representa un desafío. La invención dada a conocer proporciona un método y dispositivo para abordar los desafíos relacionados con la introducción de muestras, la distribución de reactivos y la automatización del ensayo para el procesamiento de muestras en un dispositivo microfluídico.
[0102] La figura 24 representa un diagrama de bloques esquemático de la configuración de la cámara de fluidos. Los pocillos fluídicos 2407 están conectados a una o más UDR 2402 que contienen reactivos miscibles (UDR1, UDR2 y UDR3) a través de un conducto fluídico de entrada 2403 que entra en el fondo de cada pocillo fluídico. Los volúmenes de los pocillos fluídicos están diseñados de tal manera que solo se llenan parcialmente mediante los reactivos líquidos miscibles 2404 que entran a través de los conductos fluídicos de entrada. Tras completar el llenado de los pocillos fluídicos, la UDR4 que contiene un líquido inmiscible se acciona y su contenido se distribuye en el dispositivo fluídico a través del conducto fluídico primario 2401. Un ejemplo no limitativo de un líquido inmiscible es el aceite 2406, que llena el volumen vacío en el conducto fluídico primario y en los pocillos fluídicos, creando así una ruta fluídica y formando, al mismo tiempo, una barrera entre los líquidos miscibles en los pocillos fluídicos para impedir que se mezclen entre sí. El líquido inmiscible que se utiliza para cerrar el circuito fluídico se selecciona de tal manera que tenga una reactividad mínima o nula con los reactivos líquidos miscibles. El exceso de aceite se recoge en un depósito 2405. El aceite también funciona como barrera de vapor para impedir la evaporación durante la amplificación de ácido nucleico u otras etapas de ensayo que pueden requerir calentamiento.
[0103] El circuito fluídico creado presenta ventajas para automatizar las etapas de la preparación de muestras utilizando perlas magnéticas para la captura en fase sólida, ya que las perlas pueden moverse con un imán a través de la fase oleosa hacia los pocillos fluídicos que contienen diferentes reactivos del procesamiento de muestras. Como ejemplo, los pocillos pueden llenarse con tampones de lisis, fijación, lavado y elución para la purificación del ácido nucleico, y separarse mediante una fase oleosa. Las perlas magnéticas pueden moverse a los diferentes pocillos en una secuencia predefinida, a través de la fase oleosa, para completar las etapas de preparación de muestras para la purificación del ácido nucleico. Esto permite una automatización sencilla de las etapas del procesamiento de muestras en un dispositivo microfluídico.
[0104] En otra forma de realización, los pocillos fluídicos y el conducto fluídico primario en el cartucho de microfluidos pueden prellenarse completamente con aceite. Durante el uso del dispositivo microfluídico, los reactivos líquidos miscibles que están almacenados en las bolsas de reactivos se dispensan en los pocillos fluídicos deseados del cartucho de microfluidos, desplazando de este modo el exceso de aceite, que se recoge a continuación en un depósito de exceso de aceite 105.
[0105] Las perlas magnéticas se utilizan con frecuencia en la preparación de muestras biológicas para extraer, aislar y purificar ácidos nucleicos, proteínas, biomoléculas y células en muestras biológicas. La ventaja de principal de la extracción de fase sólida basada en perlas magnéticas es la facilidad de automatización, ya que no se necesita centrifugación ni colectores de vacío. En condiciones optimizadas, el ADN se une selectivamente a la superficie funcionalizada de las perlas magnéticas, mientras que otros contaminantes permanecen en solución. Las perlas pueden capturarse en el sitio utilizando un campo magnético externo, y los contaminantes pueden retirarse mediante pipeteo fuera de la solución con los contaminantes, y lavando las perlas en tampones de lavado. A continuación, el a Dn purificado puede eluirse en un volumen deseado y usarse directamente en aplicaciones de biología molecular.
[0106] La invención dada a conocer describe un método y dispositivo para la preparación de muestras a base de perlas magnéticas, comprendiendo un chip fluídico que comprende una serie de pocillos fluídicos con reactivos líquidos miscibles para la preparación de muestras, separados por una fase oleosa inmiscible; y elementos de accionamiento superior e inferior con uno o más imanes permanentes orientados en el espacio fijados en estos, en función del número de pocillos fluídicos y las etapas de resuspensión necesarias. Los imanes permanentes en los accionadores superiores e inferiores se disponen de tal manera que, en un único movimiento continuo, pueden: 1) resuspender las perlas magnéticas; y 2: mover las perlas magnéticas entre pocillos fluídicos en una secuencia predefinida.
[0107] Por lo tanto, los pocillos fluídicos están diseñados para que tengan deflectores u obstrucciones superiores e inferiores separadas periódicamente, que actúan como barrera física para restringir las perlas en una posición fija, ya sea en la parte superior o inferior del pocillo, e impedir que las perlas se muevan más en la dirección del imán permanente del elemento de accionamiento. En algunas formas de realización, las paredes del pocillo fluídico pueden funcionar como deflector o barrera física para restringir el movimiento de las perlas a una trayectoria predefinida. Cuando un imán situado en la cara opuesta del pocillo entra en proximidad con las perlas, estas se ven atraídas hacia el imán, provocando que se resuspendan a través de los tampones o reactivos líquidos que están presentes en el pocillo fluídico. La fase oleosa inmiscible funciona para completar una ruta fluídica, de modo que las perlas puedan resuspenderse y moverse a través de diferentes reactivos en una serie de pocillos a través de un conducto fluídico primario lleno de aceite, con el fin de completar una secuencia de muestra-a-respuesta. La invención resulta ventajosa al ser capaz de emplear solo un único movimiento continuo e imanes permanentes para completar una secuencia de muestra-a-respuesta, reduciendo así la complejidad y la carga de potencia para la automatización de la muestra-a-respuesta.
[0108] En algunas formas de realización, puede utilizarse un servomotor o motor paso a paso para mover los elementos de accionamiento o el dispositivo microfluídico. En algunas formas de realización, puede utilizarse un mecanismo mecánico de resorte de enrollamiento para generar el movimiento. El resorte de enrollamiento mecánico tiene la ventaja añadida de ser totalmente libre de potencia, sin que se necesite energía eléctrica para automatizar la secuencia. En algunas formas de realización, los elementos de accionamiento pueden impulsarse manualmente, con el dedo del usuario.
[0109] En referencia a la figura 25A, se muestra una representación esquemática de un ejemplo de cartucho de microfluidos para la preparación de muestras a base de perlas magnéticas que comprende pocillos fluídicos, conductos fluídicos, depósitos de reactivos líquidos almacenados, y válvulas. El cartucho de microfluidos está intercalado entre los elementos de accionamiento superior e inferior que comprenden imanes permanentes y proyecciones o protuberancias. Los imanes permanentes y las protuberancias están dispuestos espaciados, de tal manera que realizan distintas etapas de una secuencia de automatización del ensayo con una sincronización precisa, en función de su posición y de la velocidad de los elementos de accionamiento conforme el cartucho de microfluidos gira en proximidad inmediata con los elementos de accionamiento. Las etapas del ensayo que pueden llevarse a cabo incluyen la dispensación de reactivos almacenados en pocillos fluídicos, la apertura y el cierre de válvulas para controlar la dirección del flujo de fluido, la apertura y el cierre de conductos de ventilación, la captura, resuspensión y movimiento de perlas magnéticas entre pocillos. Como puede observarse en la figura 25B y en la figura 25C, los conductos fluídicos llenos de aceite 2505 a través de los cuales pueden entrar secuencialmente las perlas magnéticas en múltiples pocillos fluídicos 2506 llenos de reactivos en el dispositivo microfluídico, están alternativamente desviados, de tal manera que las paredes de los pocillos actúan como barreras físicas para restringir las perlas a un pocilio deseado. Los imanes permanentes en los elementos de accionamiento giratorios también están desviados para capturar y resuspender las perlas en los múltiples pocillos fluídicos llenos de reactivos a lo largo de la trayectoria de rotación.
[0110] Como ejemplo, se puede realizar una prueba de amplificación de ácido nucleico (NAAT, por sus siglas en inglés) isotérmica, como una amplificación isotérmica mediada por bucle (LAMP, por sus siglas en inglés) en el dispositivo microfluídico usando un calentador integrado. Los pocillos fluídicos pueden llenarse con tampones para fijación, lavado y elución. Pueden usarse perlas magnéticas ChargeSwitch para la extracción y purificación de ácido nucleico. Los reactivos liofilizados para LAMP pueden almacenarse en el cartucho de microfluidos en un pocillo fluídico que esté indicado para amplificación. Las perlas magnéticas pueden almacenarse en el cartucho de microfluidos en el pocillo indicado para fijación.
[0111] Como el cartucho de microfluidos gira entre los elementos de accionamiento superior e inferior, la secuencia operativa para realizar una NAAT puede ser la siguiente: 1) el lisado se introduce en el primer pocillo de «fijación» abriendo una válvula; 2) los tampones de fijación, lavado 1, lavado 2 y elución se dispensan en el primer, segundo, tercer y cuarto pocillo respectivamente del cartucho de microfluidos; 3) se llena de aceite mineral, de tal manera que se superponga a los reactivos en los pocillos y forme un circuito fluídico continuo a través del cual las perlas magnéticas pueden desplazarse entre los pocillos; 4) las perlas magnéticas se capturan de forma secuencial, se resuspenden y se mueven hacia los cuatro pocillos a través del conducto de aceite superior; 5) al abrir una válvula, el ADN eluido del pocillo de elución puede dosificarse en un quinto pocillo de amplificación LAMP que contiene una mezcla maestra liofilizada, hidratando así los reactivos; y 6) un calentador en uno de los elementos de accionamiento entra en contacto con la cámara de amplificación LAMP para calentarla hasta la temperatura deseada durante la cantidad de tiempo deseada.
[0112] La figura 25B y la figura 25C describen con más detalle el principio de la captura de perlas magnéticas, resuspensión y desplazamiento entre pocillos fluídicos para conseguir la preparación de la muestra en la invención divulgada. El elemento de accionamiento superior 2502 tiene imanes permanentes 2507 orientados en el espacio, marcados como 1, 3 y 5, y el elemento de accionamiento inferior 2504 tiene imanes permanentes orientados en el espacio, marcados como 2, 4 y 6. En esta forma de realización, el cartucho de microfluidos 2503 gira en el sentido contrario al de las agujas del reloj entre el elemento de accionamiento superior fijo 2502 y el elemento de accionamiento inferior 2504. El cartucho de microfluidos gira a una posición en la que el pocillo de «fijación» se coloca por debajo del imán permanente superior «1», provocando que las perlas magnéticas se vean atraídas a este y queden capturadas en la parte superior del pocillo de «fijación». El cartucho de microfluidos sigue girando y mueve las perlas hacia el siguiente pocillo, marcado como de «lavado», a través del conducto fluídico de conexión lleno de aceite. La pared lateral del pocillo de «lavado» funciona como una barrera física a lo largo de la trayectoria de las perlas magnéticas, que restringe las perlas en el aceite en la parte superior del pocillo de lavado, conforme se aleja el imán permanente «1», de tal manera que sus fuerzas ya no sean advertidas por las perlas. Conforme el cartucho de microfluidos sigue girando, este entra en una posición en la que el primer pocillo de «lavado» está en la parte superior del imán permanente, marcado como «2» en el elemento de accionamiento inferior. Esto provoca que las perlas de la parte superior del primer pocillo de lavado se vean atraídas hacia el imán permanente «2» y queden resuspendidas y capturadas en el tampón de lavado presente en la parte inferior del pocillo de «lavado». De manera similar, las perlas magnéticas se resuspenden, se capturan y se desplazan mediante los imanes 3, 4, 5 y 6 hasta que alcanzan el pocillo de «elución» en el que se eluyen los ácidos nucleicos en las perlas hacia la solución tampón presente en la parte inferior del pocillo de «elución».
[0113] En referencia a las figuras 26A a 26I, se muestran diferentes ejemplos de la posición del cartucho de microfluidos con respecto al elemento de accionamiento, para ilustrar el principio de la captura de perlas magnéticas, la resuspensión y el desplazamiento entre pocillos fluídicos utilizando el accionamiento lineal. El elemento de accionamiento comprende imanes permanentes superiores e inferiores. La figura 26A muestra la posición inicial en la que ninguno de los pocillos está dentro del rango del campo magnético. En la figura 26B, el primer imán permanente superior entra en proximidad con el primer pocillo, capturando así las perlas magnéticas en el aceite presente en el conducto fluídico primario. Las perlas magnéticas capturadas se mueven al segundo pocillo a través del conducto fluídico primario, como se observa en la figura 26C.
[0114] Aquí, la pared del segundo pocillo fluídico obstruye su trayectoria y permanecen restringidas en el segundo pocillo fluídico. La figura 26D muestra una posición en la que el primer imán permanente inferior entra en proximidad con el segundo pocillo fluídico, atrayendo así las perlas a la parte inferior del pocillo fluídico donde se resuspenden en el reactivo tampón presente en el pocillo fluídico. La figura 26E muestra la posición en la que el segundo imán permanente superior entra en proximidad con el segundo pocillo y arrastra las perlas a través del conducto fluídico primario hacia el tercer pocillo fluídico. La figura 26F muestra las perlas restringidas al tercer pocillo fluídico mientras su pared lateral actúa como deflector. En la figura 26G, el segundo imán permanente inferior entra en proximidad con el tercer pocillo y atrae las perlas a la parte inferior del pocillo, resuspendiéndolas de este modo en el tampón presente en el fondo. En la figura 26H, las perlas se ven atraídas a la parte superior por el tercer imán permanente superior y se transfieren al cuarto pocillo fluídico a través del conducto fluídico primario. En la figura 26I, el tercer imán permanente inferior atrae las perlas a la parte inferior del cuarto pocillo fluídico, resuspendiendo así las perlas en el tampón presente en el cuarto pocillo fluídico.
[0115] Los imanes permanentes pueden sustituirse con electroimanes, como se muestra en la figura 27. El cartucho de microfluidos se mueve entre los elementos de accionamiento que comprenden electroimanes. El electroimán superior o inferior puede activarse o desactivarse en una secuencia para facilitar el movimiento y la resuspensión de las perlas magnéticas entre los diferentes pocilios fluídicos 2703. La figura 27 representa distintos ejemplos del desplazamiento de perlas magnéticas a través de una secuencia de procesamiento de muestras. En el ejemplo que se muestra en la figura 27A, el electroimán EM1 2701 está activado para capturar las perlas en la fase oleosa 2702. Las perlas se mueven a través de la fase oleosa mientras el EM1 se mantiene activado, como se observa en el ejemplo representado en la figura 27B. En el ejemplo de la figura 27C, el EM1 está desactivado y el EM22704 está activado. Esto da como resultado que las perlas se vean atraídas hacia el EM2, derivando en la resuspensión de las perlas en el reactivo 2703 en su pocillo fluídico. Cuando las perlas estén preparadas para moverse al siguiente pocillo fluídico, se vuelve a activar el EM1, atrayendo así las perlas hacia este en la fase oleosa. En el ejemplo que se muestra en la figura 27D, las perlas se mueven sobre el siguiente pocillo fluídico lleno de reactivo. Después, el EM1 se desactiva y el EM2 se activa, provocando que las perlas se resuspendan a través del reactivo con el que está lleno el pocillo fluídico antes de quedar capturadas por el EM2, como se muestra en la figura 27E. Por último, en las figuras 27f y 27G, las perlas se mueven y resuspenden a través del último pocillo fluídico activando y desactivando selectivamente el EM1 o el EM2 en la secuencia de tiempo deseada. Los electroimanes inferiores y superiores pueden pulsarse alternativamente, para conseguir el mezclado y la resuspensión de las perlas en un pocillo de reacción. A pesar de que pueden utilizarse electroimanes en lugar de imanes permanentes y deflectores, estos requieren suministro de energía eléctrica y un controlador electrónico para encenderlos y apagarlos, lo que complica los requisitos de instrumentación. Por lo tanto, su uso no resulta tan atractivo como el de los imanes permanentes, particularmente en instalaciones de punto de atención y con bajos recursos.
[0116] La invención divulgada describe un método y dispositivo para el manejo de fluidos en un cartucho de microfluidos. El dispositivo microfluídico comprende una o más bolsas llenas de reactivos almacenados con sellos frágiles, y elementos de accionamiento que comprenden una o más protuberancias que están orientadas en el espacio para dispensar reactivos en los pocillos de un cartucho de fluidos en una secuencia predefinida conforme el cartucho se desliza entre los elementos de accionamiento.
[0117] En referencia a la figura 28, se muestra una vista en perspectiva de un cartucho de microfluidos y un elemento de accionamiento para la distribución secuencial de reactivos para la preparación de muestras utilizando perlas magnéticas. El cartucho de microfluidos presenta reactivos almacenados integrados en bolsas de reactivos 2803 selladas con un sello frágil, de tal manera que, cuando se aplica fuerza, el sello se rompe y libera los reactivos en un pocillo del cartucho de microfluidos a través de un conducto fluídico. Las bolsas de reactivos están orientadas en el espacio de tal manera que, cuando el cartucho de microfluidos coincide con el elemento de accionamiento y se desliza entre este desde un extremo al otro, las bolsas se exprimen para distribuir reactivos secuencialmente. Los pocillos fluídicos presentan uno o más deflectores superiores 2804 y deflectores inferiores 2802 que sirven para restringir las perlas en un pocillo. El elemento de accionamiento tiene uno o más elementos mecánicos (p. ej., protuberancias, émbolos o similares) en este 2806, dispuestos por tanto para que funcione para exprimir las bolsas de reactivos y para dispensar sus reactivos en los pocillos del cartucho de microfluidos. Los elementos mecánicos están diseñados para que mantengan exprimidas las bolsas de reactivos durante toda la secuencia de muestra-a-respuesta para prevenir el reflujo. En algunas formas de realización, los elementos mecánicos pueden servir para abrir y cerrar una válvula de tipo pinch en el cartucho de microfluidos, en una secuencia predefinida para controlar la dirección de flujo de fluido en el cartucho de microfluidos o para abrir o cerrar un orificio de ventilación. El elemento de accionamiento también puede presentar uno o más imanes fijos en este. Como puede observarse en la figura 28, el elemento de accionamiento presenta imanes superiores 2805 e imanes inferiores 2807 que están dispuestos espacialmente de tal manera que capturan, resuspenden y mueven las perlas magnéticas hacia los diferentes pocillos fluídicos para completar una secuencia de preparación de muestras.
[0118] En algunas formas de realización, las perlas pueden transferirse directamente a la LAMP o a otro sistema de amplificación NAAT y eluirse directamente en el sistema. Esto permite que todos los ácidos nucleicos capturados se introduzcan en el sistema de amplificación NAAT. La figura 29 describe el principio de utilizar protuberancias como deflectores en el pocillo fluídico para restringir las perlas a un pocillo mientras el imán sigue moviéndose a lo largo de una ruta de movimiento. El pocillo fluídico tiene una protuberancia en la parte superior 2902 que actúa para restringir las perlas conforme el imán sigue moviéndose a lo largo de su ruta de movimiento. Los reactivos 2908 están separados por una fase oleosa inmiscible 2904 en el dispositivo microfluídico esquemático en sección transversal que se muestra en la figura 29. Hay presentes un imán superior fijo 2905 y un imán inferior fijo 2907 en los elementos de accionamiento superior e inferior del dispositivo microfluídico, respectivamente. Cuando el imán superior fijo 2905 entra en proximidad con el primer pocillo fluídico, según se observa en la figura 29A, las perlas magnéticas presentes en este son atraídas hacia el imán y quedan capturadas en la parte superior en la fase oleosa. Conforme el cartucho de microfluidos sigue moviéndose entre los elementos de accionamiento, las perlas se mueven a través del conducto fluídico y entran en el segundo pocillo fluídico, como se observa en la figura 29B. Aquí, la protuberancia 2902 actúa para restringir las perlas al segundo pocillo mientras el dispositivo microfluídico sigue moviéndose fuera del campo magnético del imán superior, como se observa en la figura 29C. A continuación, las perlas magnéticas restringidas en la fase oleosa pueden moverse a través de los reactivos miscibles en el fondo del pocillo cuando un imán inferior entra en proximidad con el pocillo fluídico, como se observa en la figura 29D. Aquí, las perlas magnéticas que se capturaron en la parte superior se ven atraídas hacia el imán inferior 2907 y, por lo tanto, son obligadas a resuspenderse y moverse a través de los reactivos presentes en el fondo del pocillo fluídico. En la figura 29E, las perlas magnéticas están capturadas en el fondo del pocillo mientras la pared lateral actúa como deflector, para impedir que las perlas se muevan fuera del pocillo. Este método puede utilizarse para mover perlas magnéticas entre cámaras o pocillos en un dispositivo microfluídico para el procesamiento de muestras, utilizando deflectores orientados en el espacio e imanes permanentes.
[0119] En una forma de realización, puede accionarse una lanceta con un canal hueco o una aguja mediante el elemento de accionamiento para perforar la pared de la cámara de amplificación y transferir el fluido a una banda de flujo lateral para su detección. La figura 30 describe el principio de mover producto líquido que contiene el analito que se quiere detectar, desde el pocillo fluídico 3002 hasta una banda de flujo lateral 3003. La figura 30A muestra la lanceta 3005 con un canal hueco 3004 antes de su accionamiento. La figura 30B muestra la lanceta hueca tras su accionamiento, donde perfora a través de la banda de flujo lateral y el fondo del pocillo fluídico, creando así un conducto para el flujo del fluido hasta la banda de flujo lateral.
[0120] Dependiendo de la aplicación y de los requisitos del usuario, el sistema de procesamiento de muestras puede integrar motores, accionadores, elementos calefactores, termopares, ventiladores, unidades de refrigeración, microcontroladores, detectores ópticos, electrodos, filtros, fuentes de luz, paquetes de baterías, módulos inalámbricos y componentes electrónicos, de tal manera que forme un sistema integrado único, independiente y autosuficiente para realizar el procesamiento de muestras biológicas. El volumen de las bolsas de reactivos, depósitos y cámaras de reacción puede variar en función del bioensayo y de las necesidades del usuario. Los volúmenes típicos pueden oscilar entre 1 pl y 10 ml, o entre 5 pl y 1 ml. Existen muchos materiales adecuados para el dispositivo microfluídico, como vidrio, policarbonato, PMMA, COC, silicio o una combinación de uno o más de los materiales. Un dispositivo microfluídico puede estar moldeado mediante inyección polimérica con una micromatriz o matriz de electrodos funcionalizada MEMS de silicio o vidrio integrada, o una banda de flujo lateral para la detección. El material puede seleccionarse en función de las necesidades del usuario y del ensayo que se vaya a realizar en este, en función de su biocompatibilidad, compatibilidad química. El espacio ocupado por el dispositivo microfluídico puede oscilar entre unos pocos milímetros cuadrados y unas decenas de centímetros cuadrados, en función de las necesidades del usuario y de la aplicación de procesamiento de muestras. En algunas formas de realización, pueden apilarse o disponerse y procesarse en paralelo múltiples dispositivos microfluídicos. Las fuerzas de atracción, formas y tamaños de los imanes en el sistema de procesamiento de muestras se seleccionarán en función de las necesidades del procesamiento de muestras, la forma, el tamaño, el volumen, las propiedades del material y la presión de rotura del sello frágil. Entre los materiales del sello frágil se incluyen láminas de aluminio, polímeros, gomas, metales, cintas adhesivas, óxidos metálicos o una combinación de materiales.
Definiciones generales
[0121] A pesar de que en el presente documento se emplean términos específicos, estos se usan solo con un sentido genérico y descriptivo, y no con fines de limitación. A no ser que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado comúnmente entendido por un experto en la materia a la que pertenece el objeto actualmente descrito.
[0122] Tal como se utiliza en el presente documento, «ácido nucleico» se refiere a un compuesto polimérico que comprende subunidades unidas covalentemente denominadas nucleótidos. Un «nucleótido» es una molécula, o una unidad individual en una molécula de ácido nucleico mayor, que comprende un nucleósido (esto es, un compuesto que comprende una base de purina o pirimidina unida a un azúcar, habitualmente ribosa o desoxirribosa) unido a un grupo fosfato.
[0123] Los términos «polinucleótido» u «oligonucleótido» o «molécula de ácido nucleico» se utilizan indistintamente en el presente documento para referirse a la forma polimérica del éster de fosfato de ribonucleósidos (adenosina, guanosina, uridina o citidina; «moléculas de ARN» o simplemente «ARN») o desoxirribonucleósidos (desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxitimidina o desoxicitidina; «moléculas de ADN» o simplemente «ADN»), o a cualquier análogo fosfoéster de los mismos, tales como fosforotioatos y tioésteres, ya sea en forma monocatenaria o bicatenaria. Los polinucleótidos que comprenden ARN, ADN, o secuencias híbridas de ARN/ADN de cualquier longitud son posibles. Los polinucleótidos para su uso en la presente invención pueden ser naturales, sintéticos, recombinantes, generados ex vivo, o una combinación de estos, y también pueden estar purificados mediante cualquier método de purificación conocido en la técnica. En consecuencia, en término «ADN» incluye, pero sin carácter limitativo, ADN genómico, ADN plasmídico, ADN sintético, ADN semisintético, ADN complementario («ADNc»; ADN sintetizado a partir de un molde de ARN mensajero), y ADN recombinante (ADN que ha sido diseñado artificialmente y, por lo tanto, se ha sometido a manipulación biológica molecular a partir de su secuencia de nucleótidos natural).
[0124] Los términos «amplificar», «amplificación», «amplificación de ácido nucleico», o similares, hacen referencia a la producción de múltiples copias de un molde de ácido nucleico (p. ej., una molécula de ADN molde), o a la producción de múltiples copias de secuencias de ácidos nucleicos que son complementarias con el molde de ácido nucleico (p. ej., una molécula de ADN molde).
[0125] Los términos «superior», «inferior», «encima», «debajo» y «sobre» se emplean a lo largo de la descripción en referencia a las posiciones relativas de los componentes de los dispositivos descritos, tales como las posiciones relativas de sustratos superiores e inferiores en un dispositivo. Se podrá apreciar que los dispositivos son funcionales independientemente de su orientación en el espacio.
[0126] El término «perla», con respecto a las perlas en un actuador de gotas, se refiere a cualquier perla o partícula que sea capaz de interactuar con una gota o cerca de un actuador de gotas. Las perlas pueden tener cualquiera de entre una gran variedad de formas, como esféricas, generalmente esféricas, ovaladas, en forma de disco, cúbicas, amorfas y otras formas tridimensionales. La perla puede ser capaz, por ejemplo, de ser sometida a una operación con gotas en una gota o en un actuador de gotas, o configurada de otra manera con respecto a un actuador de gotas, de tal modo que permita que una gota en el actuador de gotas entre en contacto con la perla en el actuador de gotas y/o fuera del actuador de gotas. Las perlas pueden proporcionarse en una gota, en un espacio de operaciones de gotas, o en una superficie de operaciones de gotas. Las perlas pueden proporcionarse en un depósito que sea externo a un espacio de operaciones de gotas, o apartado de una superficie de operaciones de gotas, y el depósito puede estar asociado con una ruta de flujo que permita llevar una gota incluyendo las perlas a un espacio de operaciones de gotas o que entre en contacto con una superficie de operaciones de gotas. Las perlas se pueden fabricar utilizando una amplia variedad de materiales, incluidos, por ejemplo, resinas y polímeros. Las perlas pueden ser de cualquier tamaño adecuado; por ejemplo, microperlas, micropartículas, nanoperlas y nanopartículas. En ocasiones, las perlas son sensibles magnéticamente; en otros casos, las perlas no son significativamente sensibles magnéticamente. En el caso de las perlas sensibles magnéticamente, el material sensible magnéticamente puede conformar sustancialmente la totalidad de una perla, una parte de una perla, o solo un componente de una perla. El resto de la perla puede incluir, entre otras cosas, material polimérico, recubrimientos, y fracciones que permitan la adhesión de un reactivo de ensayo. Entre los ejemplos de perlas adecuadas se incluyen microperlas de citometría de flujo, micropartículas y nanopartículas de poliestireno, micropartículas y nanopartículas de poliestireno funcionalizadas, micropartículas y nanopartículas de poliestireno recubiertas, microperlas de sílice, microesferas y nanoesferas fluorescentes, microesferas y nanoesferas fluorescentes funcionalizadas, microesferas y nanoesferas fluorescentes recubiertas, micropartículas y nanopartículas teñidas de color, micropartículas y nanopartículas magnéticas, micropartículas y nanopartículas superparamagnéticas (p. ej., partículas DYNABEADS®, disponibles en Invitrogen Group, Carlsbad, California, EE. UU.), micropartículas y nanopartículas fluorescentes, micropartículas y nanopartículas recubiertas, micropartículas y nanopartículas ferromagnéticas, micropartículas y nanopartículas ferromagnéticas recubiertas. Las perlas pueden estar preacopladas con una biomolécula u otra sustancia que sea capaz de unirse y formar un complejo con una biomolécula. Las perlas pueden estar preacopladas con un anticuerpo, proteína o antígeno, sonda de ADN/ARN o cualquier otra molécula con una afinidad por una diana de interés.
[0127] El término «inmovilizar», con respecto a las perlas sensibles magnéticamente, hace referencia a que las perlas están sustancialmente restringidas en su posición en una gota o en un fluido de relleno en un actuador de gotas. Por ejemplo, en una forma de realización, las perlas inmovilizadas están lo suficientemente restringidas en su posición en una gota como para permitir la ejecución de una operación de separación de gotas, dando como resultado una gota con sustancialmente todas las perlas y una gota que carecía sustancialmente de perlas.
[0128] El término «sensible magnéticamente» implica que es sensible a un campo magnético. Las «perlas sensibles magnéticamente» incluyen o están compuestas por materiales sensibles magnéticamente. Ejemplos de materiales sensibles magnéticamente incluyen los materiales paramagnéticos, materiales ferromagnéticos, materiales ferrimagnéticos y materiales metamagnéticos. Ejemplos de materiales paramagnéticos adecuados incluyen el hierro, níquel y cobalto, así como óxidos metálicos, como Fe3O4 , BaFe-^O-ig, CoO, NiO, Mn2O3 , Cr2O3 y CoMnP.
[0129] Cuando se describe que un líquido en cualquier forma (p. ej., una gota o un cuerpo continuo, en movimiento o fijo) está «en», «sobre» o «encima» de un electrodo, array, matriz o superficie, dicho líquido podría estar en contacto directo con el electrodo/array/matriz/superficie, o podría estar en contacto con una o más capas o películas interpuestas entre el líquido y el electrodo/array/matriz/superficie. En un ejemplo, el fluido de relleno puede considerarse como una película entre dicho líquido y el electrodo/array/matriz/superficie.
[0130] Siguiendo las convenciones arraigadas sobre la ley de patentes, los términos «un», «una» y «el/la» se refieren a «uno/a o más» cuando se utilizan en la presente solicitud, incluidas las reivindicaciones. Así, por ejemplo, una referencia a «un objeto» incluye una pluralidad de objetos, a no ser que quede claro lo contrario por el contexto (p. ej., una pluralidad de objetos), etc.
[0131] A lo largo de la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones, los términos «comprender», «comprende(n)» y «comprendiendo» se utilizan con un sentido no exclusivo, salvo cuando el contexto requiera lo contrario. Del mismo modo, el término «incluir» y sus variantes gramaticales pretenden ser no limitativos, de manera que una enumeración de elementos en una lista no excluye otros elementos similares que puedan ser sustituidos o añadidos a los elementos enumerados.
[0132] A efectos de la presente memoria descriptiva y de las reivindicaciones anexas, a no ser que se indique lo contrario, todos los números que expresan cantidades, tamaños, dimensiones, proporciones, formas, formulaciones, parámetros, porcentajes, características, y otros valores numéricos utilizados en la descripción y en las reivindicaciones, deben entenderse como modificados en todos los casos por el término «aproximadamente», aunque el término «aproximadamente» pueda no aparecer expresamente junto al valor, cantidad o intervalo. Por consiguiente, a no ser que se indique lo contrario, los parámetros numéricos expuestos en la siguiente descripción y en las reivindicaciones anexas no son exactos ni tienen por qué serlo, sino que pueden ser aproximados y/o mayores o menores de lo deseado, reflejando tolerancias, factores de conversión, redondeo, error de medición, etc., y otros factores conocidos por los expertos en la materia dependiendo de las propiedades deseadas que se pretenda obtener en el objeto dado a conocer en el presente documento. Por ejemplo, el término «aproximadamente», cuando se refiere a un valor, puede implicar que abarca variaciones de, en algunas formas de realización ± 100 % ,en algunas formas de realización ± 50 %, en algunas formas de realización ± 20 %, en algunas formas de realización ± 10 %, en algunas formas de realización ± 5 %, en algunas formas de realización ± 1 %, en algunas formas de realización ± 0,5 % y en algunas formas de realización ± 0,1 % con respecto a la cantidad especificada, pues dichas variaciones son apropiadas para llevar a cabo los métodos descritos o para emplear las composiciones descritas.
[0133] Además, cuando se usa el término «aproximadamente» en relación con uno o más números o intervalos numéricos, debería entenderse que se refiere a la totalidad de dichos números, incluidos todos los números en un intervalo, y que modifica ese intervalo ampliando los límites por arriba y por abajo de los valores numéricos expuestos. La enumeración de intervalos numéricos por puntos incluye todos los números; p. ej., números enteros, incluyendo fracciones de los mismos, subsumidos en ese intervalo (por ejemplo, la enumeración de 1 a 5 incluye 1,2, 3, 4 y 5, así como fracciones de los mismos, p. ej., 1,5, 2,25, 3,75, 4,1, etc.) y cualquier intervalo dentro de ese intervalo.
[0134] Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes y otras referencias mencionadas en la memoria descriptiva indican el nivel de los expertos en la materia a la que pertenece el objeto descrito en el presente documento. Se comprenderá que, a pesar de que en el presente documento se hace referencia a una serie de solicitudes de patente, patentes y otras referencias, dicha referencia no implica una admisión de que cualquiera de estos documentos forma parte del conocimiento general común en la materia.
[0135] A pesar de que el objeto expuesto anteriormente se ha descrito de forma detallada a título ilustrativo y ejemplificativo en aras de la claridad de entendimiento, los expertos en la materia comprenderán que se pueden aplicar ciertos cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo microfluídico (101,201,301) que comprende:
una o más levas (102,202,302) que comprenden un árbol de levas (103,203,303) y un lóbulo de leva (104,204,304); uno o más balancines (109,209,309);
un cartucho de microfluidos (105,205,305) que comprende uno o más canales fluídicos (208,308), una o más cámaras de reacción (107,207,307), y una o más bolsas de estallido (106,206,306) que comprenden fluido y un sello de membrana frágil; y
un mecanismo de leva configurado para hacer girar el árbol de levas (103,203,303);
donde la una o más levas (102,202,302) están configuradas de tal manera que la rotación del árbol de levas (103,203,303) provoca que los lóbulos de leva (104,204,304) accionen el uno o más balancines (109,209,309), y donde el uno o más balancines (109,209,309) están configurados de tal manera que el accionamiento provoca que el uno o más balancines (109.209.309) se muevan de una posición abierta a una posición cerrada en la que se ejerce presión sobre la una o más bolsas de estallido (106,206,306) para que la membrana frágil se rompa y el fluido se libere en la una o más cámaras de reacción (107,207,307), caracterizado por que el uno o más lóbulos de leva (104,204,304) y el uno o más balancines (109.209.309) están configurados de tal manera que, después de haberse roto el sello de membrana frágil de la una o más bolsas de estallido (106,206,306), los balancines (109,209,309) permanecen en la posición cerrada.
2. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según la reivindicación 1, donde
una pluralidad de lóbulos de leva (104,204,304) y balancines (109,209,309) están configurados de tal manera que una rotación completa del árbol de levas (103,203,303) provoca que los balancines (109,209,309) ejerzan presión sobre una pluralidad de bolsas de estallido (106,206,306) de manera controlada en cuanto al tiempo y al espacio.
3. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde el uno o más lóbulos de leva (104,204,304) están configurados de tal manera que el uno o más balancines (109,209,309) permanecen en la posición cerrada tras la rotura de la bolsa (106,206,306).
4. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el dispositivo microfluídico (101,201,301) comprende también una o más válvulas de diafragma a lo largo del uno o más canales fluídicos (208,308), donde el uno o más lóbulos de leva (104,204,304) están configurados de tal manera que la rotación del árbol de levas (103.203.303) provoca que los lóbulos de leva (104,204,304) abran y/o cierren la una o más válvulas de diafragma.
5. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el árbol de levas (103.203.303) está configurado para girar mediante un mecanismo de resorte de enrollamiento.
6. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, que comprende también una cámara de preparación de muestras, donde la cámara de preparación de muestras comprende un vehículo para la captura de ADN.
7. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según la reivindicación 6, donde, además, la velocidad de rotación del árbol de levas (103,203,303) y la configuración de la pluralidad de lóbulos de leva (104,204,304) y la pluralidad de balancines (109.209.309) permite el estallido de la pluralidad de bolsas de estallido (106,206,306) de manera controlada en el tiempo para llevar a cabo etapas de lavado de la purificación de ADN.
8. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según la reivindicación 1, que comprende también una cámara de amplificación, un disipador de calor (311), y un calentador (312), donde el disipador de calor (311) y el calentador (312) están configurados para enfriar y calentar intermitentemente la cámara de amplificación tras el accionamiento de la pluralidad de lóbulos de leva (104,204,304) y la pluralidad de balancines (109,209,309).
9. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según la reivindicación 8, donde la velocidad de rotación del árbol de levas (103.203.303) y la configuración de la pluralidad de lóbulos de leva (104,204,304) y la pluralidad de balancines (109.209.309) permite que el disipador de calor y el calentador enfríen y calienten intermitentemente la cámara de amplificación de manera controlada en el tiempo para llevar a cabo un ciclado térmico PCR.
10. Dispositivo microfluídico (101,201,301) según la reivindicación 7, donde el cartucho de microfluidos comprende también una cámara de hibridación de ADN que comprende un vehículo para la captura de ADN.
ES16831206T 2015-07-24 2016-07-25 Dispositivo de procesamiento de muestras que comprende elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento lineal o de rotación Active ES2891524T3 (es)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562196816P 2015-07-24 2015-07-24
US201562261577P 2015-12-01 2015-12-01
US201662331635P 2016-05-04 2016-05-04
PCT/US2016/043911 WO2017019625A1 (en) 2015-07-24 2016-07-25 Sample processing device comprising magnetic and mechanical actuating elements using linear or rotational motion and methods of use thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2891524T3 true ES2891524T3 (es) 2022-01-28

Family

ID=57885276

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16831206T Active ES2891524T3 (es) 2015-07-24 2016-07-25 Dispositivo de procesamiento de muestras que comprende elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento lineal o de rotación
ES16831187T Active ES2898510T3 (es) 2015-07-24 2016-07-25 Dispositivo de extracción de muestra y métodos de uso del mismo

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16831187T Active ES2898510T3 (es) 2015-07-24 2016-07-25 Dispositivo de extracción de muestra y métodos de uso del mismo

Country Status (13)

Country Link
US (4) US11260392B2 (es)
EP (5) EP4272860A3 (es)
JP (5) JP6903655B2 (es)
CN (4) CN114405561B (es)
AU (4) AU2016297922C1 (es)
DK (1) DK3325159T3 (es)
ES (2) ES2891524T3 (es)
HU (1) HUE056147T2 (es)
LT (1) LT3325159T (es)
PL (1) PL3325159T3 (es)
PT (1) PT3325159T (es)
SI (1) SI3325159T1 (es)
WO (2) WO2017019598A1 (es)

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3134553B1 (en) 2014-04-24 2019-08-21 Lucira Health, Inc. Colorimetric detection of nucleic acid amplification
WO2017160836A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-21 Diassess Inc. Systems and methods for performing biological assays
CN108654138B (zh) * 2017-04-01 2023-06-16 四川大学 一种离心力微流体萃取装置及其萃取方法
US11080848B2 (en) 2017-04-06 2021-08-03 Lucira Health, Inc. Image-based disease diagnostics using a mobile device
CN107226262A (zh) * 2017-05-23 2017-10-03 北京化工大学 整合纸基微流控芯片的纸质食药包装盒
GB201711804D0 (en) * 2017-07-21 2017-09-06 Mast Group Ltd Apparatus for conducting an assay
EP3658885A4 (en) 2017-07-27 2021-09-22 Biomerieux, Inc INSULATION TUBE
JP2020532720A (ja) * 2017-08-31 2020-11-12 バイオファイア・ダイアグノスティクス，リミテッド・ライアビリティ・カンパニー アッセイデバイス及びその使用方法
US10549275B2 (en) 2017-09-14 2020-02-04 Lucira Health, Inc. Multiplexed biological assay device with electronic readout
US11199529B2 (en) * 2017-09-21 2021-12-14 Becton, Dickinson And Company Hazardous contaminant collection kit and rapid testing
US11385146B2 (en) 2017-09-21 2022-07-12 Becton, Dickinson And Company Sampling systems and techniques to collect hazardous contaminants with high pickup and shedding efficiencies
EP3685139B1 (en) 2017-09-21 2023-12-13 Becton, Dickinson and Company Reactive demarcation template and method for hazardous contaminant testing
USD859683S1 (en) 2017-09-21 2019-09-10 Becton, Dickinson And Company Collection device
CN209400540U (zh) * 2017-09-21 2019-09-17 贝克顿·迪金森公司 危险污染检测系统和收集装置
JP7277442B2 (ja) 2017-09-21 2023-05-19 ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー 有害汚染物質検査のための拡張現実デバイス
CN209400538U (zh) 2017-09-21 2019-09-17 贝克顿·迪金森公司 引导从表面收集有害污染物样品的模板和包括其的系统
US11391748B2 (en) 2017-09-21 2022-07-19 Becton, Dickinson And Company High dynamic range assays in hazardous contaminant testing
CN108036994B (zh) * 2017-11-29 2020-12-22 爱威科技股份有限公司 一种取样装置、其使用方法及制取样本的设备
WO2020047000A1 (en) 2018-08-27 2020-03-05 Novel Microdevices, Llc (Dba Novel Devices) Sample-to-answer microfluidic system and method including vertical microfluidic device and automated actuation mechanisms
GB201819415D0 (en) * 2018-11-29 2019-01-16 Quantumdx Group Ltd Microfluidic apparatus and method
CN212748381U (zh) 2019-01-28 2021-03-19 贝克顿·迪金森公司 一种有害污染物检测系统和一种有害污染物收集装置
WO2021026549A1 (en) * 2019-08-06 2021-02-11 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Extendable swabs and methods of use
CN110487618B (zh) * 2019-09-11 2021-03-02 苏州长光华医生物医学工程有限公司 一种带摇匀功能的样本稀释装置
US20210085296A1 (en) 2019-09-23 2021-03-25 Spectrum Solutions, Llc Sample collection kit including cap having selectively openable diaphragm valve
WO2021207173A1 (en) * 2020-04-06 2021-10-14 Charm Sciences, Inc. Unit device, method, and assembly
USD962470S1 (en) 2020-06-03 2022-08-30 Lucira Health, Inc. Assay device with LCD display
CN111820958A (zh) * 2020-08-14 2020-10-27 爱威科技股份有限公司 一种拭子采样装置
CA3172727A1 (en) * 2020-09-04 2022-03-10 Clay REBER Streamlined assay preparation
KR102415081B1 (ko) * 2020-09-29 2022-06-30 창원대학교 산학협력단 유해가스 노출 피해정도 검사를 위한 타액처리 키트
WO2022073133A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Mingfu Ling Specimen transport medium tube
CN112120738B (zh) * 2020-10-12 2021-07-23 广东威尔医院有限公司 一种鼻咽拭子自助采集装置
AU2021364540A1 (en) * 2020-10-19 2023-06-22 Formulatrix International Holding Ltd. Apparatuses with fluidic channel geometries for sample to answer pcr analysis and methods of using same
US20220128555A1 (en) * 2020-10-27 2022-04-28 Detect, Inc. Apparatuses for performing rapid diagnostic tests
WO2022172223A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 Creganna Unlimited Company Diagnostic assay and therapeutic fluid delivery blister actuator and diagnostic assay and therapeutic fluid delivery cartridge therewith
CN113063779A (zh) * 2021-03-15 2021-07-02 埃妥生物科技(杭州)有限公司 一种取样器以及样本与试剂的混合装置
EP4337381A1 (en) * 2021-05-13 2024-03-20 Burst Diagnostics Llc Device for allowing pressurization of fluid in a microfluidic diagnostic device
CN113995443B (zh) * 2021-10-19 2024-03-05 天津市农业科学院 一种多功能拭子样品采集与收集装置
AU2022375736A1 (en) * 2021-11-01 2024-05-16 Novel Microdevices, Inc. Apparatus for controlling assay processes in a sample-to-answer device and method of use thereof
AU2022378707A1 (en) * 2021-11-01 2024-05-16 Novel Microdevices, Inc. Apparatus for containing and dispensing reagent into a microfluidic cartridge for use in point-of-care devices
WO2023196265A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-12 Life Technologies Corporation Swab collection systems and methods
KR102483098B1 (ko) * 2022-04-06 2023-01-02 남택신 검체 삽입형 진단키트
AT526118A1 (de) 2022-05-02 2023-11-15 Greiner Bio One Gmbh Probenaufnahmevorrichtung, Fixier-Einsatz und Probenahme-Set sowie Verfahren zur Probenahme
CN116559389B (zh) * 2023-07-06 2023-10-20 北京中医药大学 中药性味检测装置及检测方法

Family Cites Families (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5552929A (en) * 1978-10-16 1980-04-17 Akashi Seisakusho Co Ltd Sample penetration treating device
US4789639A (en) 1987-01-02 1988-12-06 Becton, Dickinson And Company Liquid recovery device
CA1338916C (en) * 1988-11-28 1997-02-18 Elmer Felix Saint-Amand Swab transport apparatus
JPH06313767A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Medeika Tec Kk 磁気ビーズを用いる血液等の検査装置
GB9716052D0 (en) * 1996-12-06 1997-10-01 Secr Defence Reaction vessels
JP2000146957A (ja) 1997-10-13 2000-05-26 Kikkoman Corp 検体採取具及び拭取検査用器具
SE9904539D0 (sv) * 1999-12-10 1999-12-10 Alphahelix Ab Method and device for the handling of samples and reagents
US6548018B2 (en) 2000-03-31 2003-04-15 Neogen Corporation Apparatus for chemiluminescent assays
JP2002105100A (ja) 2000-09-25 2002-04-10 Gc Corp モノクローナル抗体、それを産生する細胞及びそれを含有してなる歯科用診断・研究用基剤
US6634243B1 (en) * 2002-01-14 2003-10-21 Rapid Medical Diagnostics Corporation Sample testing device
JP3848201B2 (ja) 2002-03-18 2006-11-22 株式会社エルメックス 拭き取り検査キット
US6838640B2 (en) * 2002-05-13 2005-01-04 The Regents Of The University Of Michigan Separation microcolumn assembly for a microgas chromatograph and the like
JP4399766B2 (ja) * 2003-07-04 2010-01-20 横河電機株式会社 化学反応用カートリッジ
JP4996248B2 (ja) * 2003-07-31 2012-08-08 ハンディーラブ インコーポレイテッド 粒子含有サンプルの処理
EP1687628B1 (en) * 2003-11-14 2011-01-26 Alere Switzerland GmbH Fluid sample analysis device with sealable sample storage reservoir
US20050131314A1 (en) * 2003-11-17 2005-06-16 Hird Robert F. Methods and apparatus for the rapid detection of microorganisms collected from infected sites
GB0401288D0 (en) * 2004-01-21 2004-02-25 Orion Diagnostica Oy Sampling and assay device
JP2007526807A (ja) * 2004-02-23 2007-09-20 エシコン・インコーポレイテッド 診断テスト装置
JP4353417B2 (ja) * 2004-04-14 2009-10-28 日立マクセル株式会社 反応装置
US7316910B2 (en) * 2004-06-03 2008-01-08 Kinase Scientific, Llc Rapid test for hemolytic streptococcus
DE102004050575B3 (de) * 2004-10-15 2006-01-05 Siemens Ag Verfahren zur kombinierten Isolierung von Magnet-Beads aus einer flüssigen Probe und anschließender Thermozyklisierung für die PCR und zugehörige Anordnung
US7993871B2 (en) 2004-12-22 2011-08-09 Charm Sciences, Inc. Sampling method and device
DE102005029809B4 (de) * 2005-06-27 2007-04-26 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung einer Probe für eine Analyse und Vorrichtung und Verfahren zur Analyse einer Probe
DE102005039175A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Qiagen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen von magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit
JP4692200B2 (ja) * 2005-10-06 2011-06-01 横河電機株式会社 化学処理用カートリッジおよびその使用方法
CN1804602B (zh) * 2005-12-15 2010-05-05 卢麟麟 表面清洁程度及细菌污染快速检测方法和装置
WO2007120865A2 (en) * 2006-04-14 2007-10-25 The Bode Technology Group, Inc. Low pressure sample collection apparatus
WO2007129463A2 (ja) 2006-04-26 2007-11-15 Nikkiso Co., Ltd. 生体成分測定装置及び生体成分測定装置の較正方法
WO2008036997A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 Fluidyx Pty. Limited A system and method for controlling fluids within a microfluidic device
WO2008140568A2 (en) 2006-11-15 2008-11-20 Idaho Technology, Inc. High density self-contained biological analysis
US8691592B2 (en) * 2006-12-14 2014-04-08 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Mechanically actuated diagnostic device
US7798114B2 (en) 2007-02-09 2010-09-21 Schaeffler Kg Valve train assembly with magnet
JP2010529416A (ja) * 2007-02-21 2010-08-26 ウィリアム ブリューワー 抽出、試料捕集及び試料クリーンアップ用ピペットチップとその使用方法
WO2009006641A1 (en) 2007-07-05 2009-01-08 Emedicalfiles, Inc. Healthcare medical information management system
JP2010533298A (ja) 2007-07-12 2010-10-21 スミスズ ディテクション インコーポレイティド サンプル調製装置
JP2009128037A (ja) 2007-11-20 2009-06-11 Canon Inc マイクロ流体装置
US20090143699A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 John Wu Fluid sample collecting and analyzing apparatus
US8268634B2 (en) * 2007-11-29 2012-09-18 Ameditech, Inc. Fluid sample collecting and analyzing apparatus and method
EP2238441A2 (en) * 2008-01-25 2010-10-13 Luminex Corporation Solenoid actuator
WO2010001296A1 (en) * 2008-07-04 2010-01-07 Koninklijke Philips Electronics N. V. Sampling device and sampling method
US20120107811A1 (en) * 2009-02-06 2012-05-03 Kelso David M Burstable liquid packaging and uses thereof
CN201376965Y (zh) * 2009-04-09 2010-01-06 武汉致远医疗科技有限公司 一次性多用拭子采集器
WO2010144747A2 (en) 2009-06-10 2010-12-16 Cynvenio Biosystems, Inc. Flexible pouch and cartridge with fluidic circuits
EP2446049A4 (en) * 2009-06-26 2013-03-06 Univ Florida FAST BETTER-SITE MEASUREMENT OF NEUTROPHILELASTASE ACTIVITY IN BIOLOGICAL FLUIDS
JP2011013043A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Beckman Coulter Inc 磁性粒子移送装置および磁性粒子移送方法
DE102009035941B8 (de) * 2009-08-03 2017-04-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Diagnostiksystem
DE102010036216B4 (de) * 2010-08-29 2023-10-19 Microfluidic Chipshop Gmbh Vorrichtung zum Transfer von mittels Probennehmer gesammelter Proben in fluidische Plattformen
US8747747B2 (en) 2010-12-29 2014-06-10 Abbott Point Of Care Inc. Reader devices for manipulating multi-fluidic cartridges for sample analysis
US8826752B2 (en) 2010-12-29 2014-09-09 Abbott Point Of Care Inc. Multi-fluidic cartridges for sample analysis and methods for using same
JP5650056B2 (ja) * 2011-05-30 2015-01-07 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料処理装置、および試料処理方法
US9435765B2 (en) * 2011-07-22 2016-09-06 Tecan Trading Ag Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
JP5754298B2 (ja) * 2011-08-18 2015-07-29 東ソー株式会社 検体希釈装置を備えた分析装置
US10464060B2 (en) 2011-11-10 2019-11-05 BioFare Diagnostics, LLC Loading vials
CN202351089U (zh) * 2011-12-06 2012-07-25 西安天隆科技有限公司 一种atp荧光检测拭子
JP5807542B2 (ja) * 2011-12-22 2015-11-10 株式会社島津製作所 対象成分を操作するためのチップデバイス及びそれを用いた方法
CN114134029A (zh) * 2012-02-13 2022-03-04 纽莫德克斯莫勒库拉尔公司 用于处理和检测核酸的微流体盒
GB2500658A (en) 2012-03-28 2013-10-02 Dna Electronics Ltd Biosensor device and system
US20130309136A1 (en) 2012-03-30 2013-11-21 Boston Microfluidics Sample processing methods and systems to collect and dilute a biological sample
JP2013217707A (ja) 2012-04-05 2013-10-24 Bl:Kk 検体採取用具および検体採取用キット
JP2013228235A (ja) 2012-04-24 2013-11-07 Shin Corporation:Kk 検査用キット
WO2014049242A1 (fr) * 2012-09-25 2014-04-03 Valeo Equipements Electriques Moteur Dispositif pour vehicule hybride avec une fixation amelioree d'une butee d'embrayage sur un element de support du stator d'une machine electrique
GB201217390D0 (en) 2012-09-28 2012-11-14 Agplus Diagnostics Ltd Test device and sample carrier
EP2965817B1 (en) 2012-10-24 2017-09-27 Genmark Diagnostics Inc. Integrated multiplex target analysis
WO2014130393A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Mawi DNA Technologies LLC Sample recovery and collection device
US20160038942A1 (en) 2013-03-16 2016-02-11 Leslie Don Roberts Self-contained modular analytical cartridge and programmable reagent delivery system
US8747004B1 (en) * 2013-04-03 2014-06-10 Ips Corporation Dual diameter cap with integral and adjustable swab
CN103394410B (zh) * 2013-07-25 2016-04-20 博奥生物集团有限公司 一种位置可调节的智能磁力架
GB201320542D0 (en) * 2013-11-21 2014-01-01 Randox Lab Ltd Assay fluid delivery system
US9927433B2 (en) 2014-08-20 2018-03-27 Shin Corporation Test apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017019598A1 (en) 2017-02-02
AU2016297922B2 (en) 2021-10-28
JP2018525647A (ja) 2018-09-06
CN108135581B (zh) 2021-11-30
US11260392B2 (en) 2022-03-01
PL3325159T3 (pl) 2021-12-20
JP6903655B2 (ja) 2021-07-14
JP2021167822A (ja) 2021-10-21
PT3325159T (pt) 2021-09-29
EP3325159A1 (en) 2018-05-30
EP4272860A3 (en) 2024-03-20
AU2016297922C1 (en) 2022-04-21
JP7422722B2 (ja) 2024-01-26
EP3331451B1 (en) 2021-08-25
CN108136392B (zh) 2021-06-08
US20190001325A1 (en) 2019-01-03
EP3970858A1 (en) 2022-03-23
CN108136392A (zh) 2018-06-08
EP3970858B1 (en) 2023-06-07
HUE056147T2 (hu) 2022-01-28
AU2016297895A1 (en) 2018-03-08
CN114405561A (zh) 2022-04-29
AU2016297922A1 (en) 2018-03-08
ES2898510T3 (es) 2022-03-07
US20230249183A1 (en) 2023-08-10
EP3970858C0 (en) 2023-06-07
SI3325159T1 (sl) 2021-12-31
US20220371008A1 (en) 2022-11-24
CN114432943A (zh) 2022-05-06
EP4272860A2 (en) 2023-11-08
EP3331451A4 (en) 2019-03-06
US11660599B2 (en) 2023-05-30
JP6987756B2 (ja) 2022-01-05
JP2018521334A (ja) 2018-08-02
DK3325159T3 (da) 2021-10-04
AU2021206782A1 (en) 2021-08-12
AU2016297895B2 (en) 2021-04-22
AU2022200541A1 (en) 2022-02-24
EP3325159B1 (en) 2021-06-30
EP3331451A1 (en) 2018-06-13
LT3325159T (lt) 2021-10-25
JP2022028910A (ja) 2022-02-16
EP3325159A4 (en) 2019-06-19
CN114405561B (zh) 2024-03-15
CN108135581A (zh) 2018-06-08
WO2017019625A1 (en) 2017-02-02
JP2024026305A (ja) 2024-02-28
EP4029605A1 (en) 2022-07-20
US20180372595A1 (en) 2018-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2891524T3 (es) Dispositivo de procesamiento de muestras que comprende elementos de accionamiento magnéticos y mecánicos utilizando movimiento lineal o de rotación
US20220379306A1 (en) Automated Point-of-Care Devices for Complex Sample Processing and Methods of Use Thereof
EP3102329B1 (en) Sample preparation module with stepwise pressurization mechanism
Tang et al. A review of biomedical centrifugal microfluidic platforms
Oh et al. A review of microvalves
Clime et al. Active pumping and control of flows in centrifugal microfluidics
Soroori et al. Centrifugal microfluidics: characteristics and possibilities
Chia et al. An electromagnetically-driven microfluidic platform with indirect-heating thermo-pneumatic valves
Garcia-Cordero Development of Innovative Microfluidic Polymeric Technologies for Point-of-care & Integrated Diagnostics Devices
Shikida et al. Fabrication of a pen-shaped portable biochemical reaction system based on magnetic bead manipulation