ES2896098T3 - Instrumento y cartucho para realizar ensayos en un sistema cerrado de preparación de muestras y reacción que emplea manipulación de fluido electrohumectante - Google Patents

Instrumento y cartucho para realizar ensayos en un sistema cerrado de preparación de muestras y reacción que emplea manipulación de fluido electrohumectante Download PDF

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Vijay Srinivasan
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Abstract

Un cartucho de procesamiento de muestra de fluido que comprende: a) un módulo de preparación de muestras (70) que comprende: i) un sustrato (72); ii) un pocillo de muestra (78) formado en dicho sustrato y configurado para recibir un volumen de muestra de fluido; iii) un cierre (84) configurado para colocarse selectivamente sobre dicho pocillo de muestra; iv) una cámara de fluido deformable (34a, 36a, 38a, 40a, 42a y 44) apoyada sobre dicho sustrato y configurada para retener un fluido en el mismo cuando se encuentra en un estado no deformado y para colapsar tras la aplicación de una fuerza de compresión externa para expulsar al menos una porción del fluido de la cámara de fluido, dicha cámara de fluido deformable se encuentra en comunicación fluida con dicho pocillo de muestra a través de un canal formado en dicho sustrato; v) un pocillo de mezcla (90) formado en dicho sustrato, dicho pocillo de mezcla está en comunicación fluida con dicho pocillo de muestra a través de un canal formado en dicho sustrato; y vi) un puerto de salida de fluido (82) formado en el sustrato, dicho puerto de salida de fluido está en comunicación fluida con dicho pocillo de mezcla a través de un canal formado en dicho sustrato; y b) un módulo de reacción (240) unido a dicho módulo de preparación de muestras y configurado para recibir un fluido de dicho módulo de preparación de muestras a través del puerto de salida de fluido formado en dicho módulo de preparación de muestras, donde dicho módulo de reacción comprende: i) una placa superior (241) que comprende 1) una superficie superior (242); 2) una pared elevada (256) que circunscribe al menos parcialmente dicha superficie superior y en contacto de sellado de fluido con una superficie de dicho módulo de preparación de muestras para formar un espacio intersticial (308) entre la superficie superior y la superficie de dicho módulo de preparación de muestras; 3) una cámara de muestra (266) acoplada de forma fluida al puerto de salida de fluido del módulo de preparación de muestras; 4) una cámara de reactivo; y 5) una cámara de detección; y ii) un panel de procesamiento fluídico (354) acoplado a una superficie inferior de dicha placa superior y que define un espacio de reacción y procesamiento entre dicho panel de procesamiento fluídico y dicha placa superior, donde dicho espacio de reacción y procesamiento está abierto o se puede abrir a dicha cámara de muestra, dicha cámara de reacción y dicha cámara de detección, donde dicho panel de procesamiento fluídico comprende: 1) una rejilla electrohumectante formada sobre la misma, dicha rejilla electrohumectante está configurada para la manipulación de gotitas de fluido dentro de al menos una porción de dicho espacio de reacción y procesamiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Instrumento y cartucho para realizar ensayos en un sistema cerrado de preparación de muestras y reacción que emplea manipulación de fluido electrohumectante
Campo de la invención
Esta materia de la presente descripción se refiere a sistemas y procedimientos para proporcionar diagnósticos clínicos y moleculares en un dispositivo multiplexado integrado que proporciona resultados de muestra a respuesta. En particular, la descripción se refiere a un cartucho, al que se puede agregar una muestra y que contiene reactivos, amortiguadores y otros materiales de procedimiento para realizar un ensayo de diagnóstico u otro procedimiento en la muestra, y un instrumento configurado para procesar independientemente una pluralidad de tales cartuchos.
Antecedentes de la invención
Un desafío importante en el área de diagnóstico clínico y molecular es la capacidad de tener un sistema de «muestra a respuesta» que requiere un manejo y preparación mínimos de la muestra y requisitos mínimos para personal capacitado de laboratorio clínico. Si bien se han propuesto muchos sistemas, hasta la fecha prácticamente no existen sistemas comerciales que satisfagan adecuadamente estos requisitos. Los aspectos de la presente invención proporcionan dicho sistema multiplexado integrado.
El documento W02014/066704 describe el análisis de diana multiplexado integrado.
Resumen de la invención
Los aspectos y realizaciones de la presente invención se exponen en las reivindicaciones.
La presente descripción proporciona procedimientos de diagnóstico molecular y composiciones basadas en la detección de analitos diana, que incluyen ácidos nucleicos. Los sistemas descritos en esta invención son sistemas integrados completos de «muestra a respuesta», en contraste con los sistemas comerciales actuales que requieren un manejo fuera de chip de la muestra, que en general incluye la extracción de la muestra (lisis celular, por ejemplo) y la preparación de la muestra antes de la detección. Por lo tanto, de acuerdo con los aspectos del sistema actual, una muestra se carga en una plataforma de prueba y la muestra de analito diana se extrae, se amplifica según sea necesario (por ejemplo, cuando el analito diana es un ácido nucleico usando técnicas de reacción en cadena de polimerasa (PCR), aunque también se pueden utilizar procedimientos de amplificación isotérmica), y luego se detecta usando detección electroquímica, todo en una plataforma microfluídica, en general denominada en esta invención como un «cartucho multiplexado» o un «cartucho de procesamiento de muestra de fluido».
Una utilidad particular del sistema actual es la facilidad y rapidez de este sistema integrado. Por ejemplo, no se requieren más de 2 operaciones antes de la introducción de la muestra en el sistema, lo que permite la facilidad de uso y no requiere personal de laboratorio altamente capacitado. Un beneficio significativo para el sistema actual también es la velocidad de la muestra a la respuesta, que en general no es más de aproximadamente 45-90 minutos desde la introducción de la muestra hasta la notificación de los resultados del ensayo, con la mayoría de los resultados que se informan en aproximadamente 60-70 minutos o menos. Esto representa una ventaja significativa tanto para los laboratorios como para los médicos que dependen de análisis rápidos para el diagnóstico y el inicio de tratamientos apropiados. Además, como se describe a continuación, la capacidad de ejecutar no solo múltiples pruebas que están altamente multiplexadas en un solo cartucho, sino también la capacidad de analizar múltiples cartuchos de una manera de acceso completamente aleatorio es una ventaja significativa en un entorno de laboratorio clínico. Una ventaja adicional del sistema actual es que se puede utilizar para diagnósticos en el punto de atención (POC, por sus siglas en inglés).
Por consiguiente, la presente descripción se refiere a sistemas integrados que permiten la detección de analitos diana de muestras.
Por ejemplo, los aspectos de la invención están representados en un cartucho de procesamiento de muestras de fluido que comprende un módulo de preparación de muestras y un módulo de reacción, que incluye una placa superior y un panel de procesamiento fluídico según la reivindicación 1. El módulo de preparación de muestras comprende un sustrato, un pocillo de muestra formado en el sustrato y configurado para recibir un volumen de muestra de fluido, un cierre configurado para colocarse selectivamente sobre el pocillo de muestra, una cámara de fluido deformable soportada sobre el sustrato y configurada para sostener un fluido en este cuando se encuentra en un estado no deformado y para colapsar tras la aplicación de una fuerza de compresión externa para expulsar al menos una porción del fluido de la cámara de fluido, la cámara de fluido deformable se encuentra en comunicación fluida con el pocillo de muestra a través de un canal formado en el sustrato; un pocillo de mezcla formado en el sustrato, el pocillo de mezcla se encuentra en comunicación fluida con el pocillo de muestra a través de un canal formado en el sustrato, y un puerto de salida de fluido formado en el sustrato, el puerto de salida de fluido se encuentra en comunicación fluida con el pocillo de mezcla a través de un canal formado en el sustrato. El módulo de reacción está unido al módulo de preparación de muestras y está configurado para recibir un fluido del módulo de preparación de muestras a través del puerto de salida de fluido formado en el módulo de preparación de muestras. El módulo de reacción comprende una placa superior que comprende una superficie superior, una pared elevada que circunscribe al menos parcialmente la superficie superior y en contacto de sellado de fluido con una superficie del módulo de preparación de muestra para formar un espacio intersticial entre la superficie superior y la superficie del módulo de preparación de muestra, una cámara de muestra acoplada de forma fluida al puerto de salida de fluido del módulo de preparación de muestra, una cámara de reactivo y una cámara de detección.
El panel de procesamiento fluídico está acoplado a una superficie inferior de la placa superior y define un espacio de reacción y procesamiento entre el panel de procesamiento fluídico y la placa superior. El espacio de reacción y procesamiento está abierto o puede abrirse a la cámara de muestra, la cámara de reacción y la cámara de detección. El panel de procesamiento fluídico comprende una rejilla electrohumectante formada sobre esta. La rejilla electrohumectante está configurada para la manipulación de gotitas de fluido dentro de al menos una porción del espacio de reacción y procesamiento.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una zona de muestra que corresponde espacialmente a la cámara de muestra de la placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de muestra, que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de muestra, fluido en movimiento fuera de la zona de muestra, fluido en movimiento dentro de la zona de muestra y fluido de retención en la zona de muestra.
Según aspectos adicionales de la invención, la cámara de reactivo de la placa superior comprende una cámara de amortiguación de detección que contiene un amortiguador de detección seco, una cámara de amortiguación de rehidratación configurada para recibir un amortiguador de rehidratación dispensado desde el módulo de preparación de muestras, una cámara de reactivo de PCR que contiene un reactivo de PCR seco y una cámara de exonucleasa que contiene un reactivo de exonucleasa seco.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una zona de hibridación que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de detección de la placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de hibridación que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de hibridación, fluido en movimiento fuera de la zona de hibridación y fluido en movimiento dentro de la zona de hibridación.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una zona de amortiguación de rehidratación que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de rehidratación de la placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de amortiguación de rehidratación que incluye uno o más de fluido en movimiento hacia la zona de amortiguación de rehidratación, fluido en movimiento fuera de la zona de amortiguación de rehidratación y fluido en movimiento dentro de la zona de amortiguación de rehidratación.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una zona de reactivo de PCR que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de reactivo de PCR de la placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de reactivo de PCR que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de PCR, fluido en movimiento fuera de la zona de reactivo de PCR y fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de PCR.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una zona de reactivo de exonucleasa que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de reactivo de exonucleasa de la placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de reactivo de exonucleasa que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de exonucleasa, fluido en movimiento fuera de la zona de reactivo de exonucleasa y fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de exonucleasa.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una zona de electrosensor, donde la zona de electrosensor corresponde espacialmente a la cámara de detección de la placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de electrosensor que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de electrosensor y fluido en movimiento dentro de la zona de electrosensor.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción de la rejilla electrohumectante define una vía de ciclo térmico configurada para gotitas de fluido oscilantes de ida y vuelta a lo largo de al menos una porción de la vía de ciclo térmico, donde diferentes porciones de la vía de ciclo térmico se exponen a una temperatura diferente de modo que las gotitas de fluido que oscilan de ida y vuelta entre las diferentes porciones de la vía de ciclo térmico se exponen a las diferentes temperaturas.
Según aspectos adicionales de la invención, el cartucho de procesamiento de muestras de fluido comprende además un reactivo de PCR seco ubicado en o adyacente a la vía de ciclo térmico.
Según aspectos adicionales de la invención, la placa superior del módulo de reacción comprende además una trampa de burbujas, la trampa de burbujas comprende una campana de captura de burbujas abierta al espacio de reacción y procesamiento y una abertura de ventilación abierta al espacio intersticial, la campana de captura de burbujas de la trampa de burbujas se encuentra por encima de la vía de ciclo térmico.
Según aspectos adicionales de la invención, el cartucho de procesamiento de muestras de fluidos comprende una matriz de electrosensores dispuesta en la zona de electrosensores del panel de procesamiento de fluidos.
Según aspectos adicionales de la invención, el panel de procesamiento fluídico se forma a partir de un material seleccionado del grupo que consiste en oro, un vidrio, una fibra de vidrio, una cerámica, una mica, un plástico, GETEK ®, un polisacárido, un nylon, una nitrocelulosa, una resina, una sílice, un material a base de sílice, silicio, un silicio modificado, carbono, un vidrio inorgánico y una combinación de los mismos.
Según aspectos adicionales de la invención, el panel de procesamiento fluídico comprende una pluralidad de matrices de almohadillas de conexión conectadas eléctricamente a la rejilla electrohumectante y configuradas para contactar y hacer conexiones eléctricas con una pluralidad de clavijas conectoras eléctricas externas.
Según aspectos adicionales de la invención, una porción del panel de procesamiento fluídico está recubierta con un recubrimiento hidrófobo.
Otros aspectos de la invención se incorporan en un instrumento tal como se define en la reivindicación 10 que comprende el cartucho de procesamiento de muestra de fluido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
También se ha descrito un instrumento configurado para procesar un cartucho de procesamiento de muestra de fluido que incluye al menos una cámara de fluido deformable soportada en un sustrato plano y configurada para sostener un fluido en este cuando se encuentra en un estado no deformado y para colapsar luego de la aplicación de una fuerza de compresión externa para expulsar al menos una porción del fluido de la cámara de fluido y un módulo de reacción que incluye una rejilla electrohumectante formada en esta, la rejilla electrohumectante se configura para la manipulación de gotitas de fluido dentro de al menos una porción del cartucho de procesamiento de muestra de fluido. El instrumento comprende un montaje de carro de cartucho configurado para recibir y sostener un cartucho de procesamiento de muestra de fluido insertado en el instrumento, un montaje de control adyacente al montaje de carro de cartucho y configurado para el movimiento con respecto al montaje de carro de cartucho entre una primera posición no en contacto operativo con el cartucho transportado dentro del montaje de carro de cartucho y una segunda posición en contacto operativo con el cartucho transportado dentro del montaje de carro de cartucho, un montaje de bloque de leva configurado para el movimiento accionado y acoplado operativamente al montaje de control para convertir el movimiento accionado del montaje de bloque de leva en movimiento del montaje de control con respecto al montaje de carro de cartucho entre la primera posición del montaje de control y la segunda posición del montaje de control, y un montaje de compresión de cámara deformable configurado para aplicar selectivamente una fuerza de compresión externa a la cámara de fluido deformable para colapsar la cámara de fluido deformable y expulsar al menos una porción del fluido de la cámara de fluido.
El montaje de control puede comprender una placa conectora que incluye un elemento conector eléctrico configurado para efectuar una conexión eléctrica de energía y control entre el instrumento y la rejilla electrohumectante del cartucho cuando el montaje de control está en la segunda posición.
El montaje de compresión de cámara deformable puede comprender una placa de seguimiento de leva configurada para el movimiento accionado en una primera dirección que es en general paralela al plano del sustrato y un mecanismo de compresión asociado con la cámara deformable del cartucho y configurado para aplicar una fuerza que comprime la cámara contra el sustrato mediante el movimiento en una segunda dirección que tiene un componente que es en general normal al plano del sustrato. La placa de seguimiento de leva está acoplada operativamente al mecanismo de compresión para convertir el movimiento de la placa de seguimiento de leva en la primera dirección en el movimiento del mecanismo de compresión en la segunda dirección para aplicar así una fuerza de compresión externa a la cámara.
El cartucho de procesamiento de muestra de fluido puede incluir una matriz de electrosensores, y el elemento conector eléctrico de la placa conectora del montaje de control está configurado para efectuar una transmisión de energía y datos entre el instrumento y la matriz de electrosensores cuando el montaje de control está en la segunda posición.
El elemento conector eléctrico de la placa conectora del montaje de control puede comprender una pluralidad de matrices de clavijas conectoras, cada matriz de clavijas conectoras comprende una pluralidad de clavijas pogo.
Otros rasgos y características de la materia objeto de la presente descripción, así como los procedimientos de funcionamiento, las funciones de los elementos de estructura relacionados y la combinación de partes, y las economías de fabricación, se harán más evidentes después de considerar la siguiente descripción y cualquier reivindicación adjunta con referencia a los dibujos adjuntos, todos los cuales forman parte de esta memoria descriptiva.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos, que se incorporan en la presente memoria y forman parte de la memoria descriptiva, ilustran diversas realizaciones de la materia objeto de la presente descripción. En los dibujos, los números de referencia similares indican elementos idénticos o funcionalmente similares.
La figura 1 es una vista en perspectiva superior de un cartucho multiplexado que incorpora aspectos de la presente descripción.
La figura 2 es una vista en planta superior del cartucho multiplexado;
La figura 3 es una vista en planta superior del cartucho multiplexado anotado con etiquetas de identificación.
La figura 4 es una vista en perspectiva en despiece del cartucho multiplexado.
La figura 5 es una vista en perspectiva parcial en sección transversal de un compartimento de fluido deformable (o blíster) del cartucho multiplexado.
La figura 6 es un detalle en perspectiva de un pocillo de muestra y una tapa de muestra del cartucho multiplexado. La figura 7 es una vista en sección transversal en perspectiva del pocillo de muestra a lo largo de la línea 7-7 en la figura 2.
La figura 8A es un detalle en perspectiva de un pocillo de mezcla y mezclador del cartucho multiplexado.
La figura 8B es un detalle en perspectiva de un pocillo de mezcla alternativo del cartucho multiplexado.
La figura 8C es una vista en planta superior del pocillo de mezcla de la figura 8C.
La figura 9A es una vista en sección transversal del pocillo de mezcla y la mezcladora a lo largo de la línea 9-9 en la figura 2.
La figura 9B es una vista en sección transversal del pocillo de mezcla alternativo de las Figuras 8B y 8C y un mezclador alternativo dispuesto en este.
La figura 10 es un detalle en perspectiva de una válvula pasiva del cartucho multiplexado.
La figura 11 es una vista en perspectiva, en sección transversal de la válvula pasiva a lo largo de la línea 11- 11 en la figura 2.
La figura 12 es una vista en perspectiva, en sección transversal de una cámara de lisis y mezclador de perlas a lo largo de la línea 12-12 en la figura 2.
La figura 13 es una vista en perspectiva en sección transversal de un montaje de válvula activo a lo largo de la línea 13-13 en la figura 2.
La figura 14 es una vista en perspectiva en sección transversal de la válvula activa, donde la válvula es accionada por un actuador de válvula externo.
La figura 15 es una vista en planta superior de un módulo de preparación de muestras del cartucho multiplexado. Las figuras 16-23 muestran vistas en planta superior del módulo de preparación de muestra, donde cada una muestra una etapa diferente de un procedimiento de preparación de muestra realizado dentro del módulo.
La figura 24 es una vista en perspectiva superior de una placa superior de un módulo de reacción del cartucho multiplexado.
La figura 25 es una vista en perspectiva inferior de la placa superior.
La figura 26 es una vista en planta de la placa superior.
La figura 27 es una vista en planta inferior de la placa superior;
La figura 28 es una vista en sección transversal en perspectiva del módulo de reacción a lo largo de la línea 28-28 en la figura 24.
La figura 29, vista en sección transversal del módulo de reacción a lo largo de la línea 29-29 en la figura 24.
La figura 30 es un detalle en perspectiva de una entrada de fluido del módulo de reacción.
La figura 31 es una vista en sección transversal parcial a lo largo de la línea 31 -31 en la figura 26.
La figura 32. es una vista frontal de un instrumento que incorpora aspectos de la descripción.
La figura 33 es una vista en perspectiva frontal de una consola de control del instrumento.
La figura 34 es una vista en perspectiva frontal de un módulo de procesamiento del instrumento.
La figura 35 es una vista en perspectiva frontal del módulo de procesamiento con una pared lateral del módulo eliminada para mostrar los componentes internos del módulo de procesamiento.
La figura 36 es una vista en perspectiva trasera del módulo de procesamiento con una pared lateral y la pared trasera del módulo retirado para mostrar los componentes internos del módulo de procesamiento.
La figura 37 es una vista en perspectiva frontal del módulo de procesamiento con una pared lateral y una pared trasera del módulo eliminadas y con un sector de procesamiento del módulo de procesamiento en despiece del módulo. La figura 38 es una vista en perspectiva frontal del lado derecho de un sector de procesamiento que incorpora aspectos de la presente descripción.
La figura 39 es una vista en perspectiva frontal del lado izquierdo del sector de procesamiento.
La figura 40 es una vista en perspectiva trasera del lado derecho del sector de procesamiento.
La figura 41 es una vista en perspectiva de despiece frontal, del lado derecho del sector de procesamiento.
La figura 42 es una vista en perspectiva en despiece del montaje de procesamiento de cartucho del sector de procesamiento.
La figura 43 es una vista en perspectiva en despiece de un montaje de calentamiento y control del montaje de procesamiento de cartuchos.
La figura 44 es una vista en planta superior de una PCB de conector y los imanes del montaje de calentamiento y control del montaje de procesamiento de cartuchos.
La figura 45 es una vista en perspectiva en despiece de un montaje de calentador de detección Peltier del montaje de calentamiento y control.
La figura 46 es una vista en perspectiva en despiece de un montaje de carro de cartucho del montaje de procesamiento de cartucho.
La figura 47 es una vista en perspectiva en despiece del montaje de marco de leva del montaje de procesamiento de cartucho.
La figura 48 es una vista en perspectiva, en sección transversal del marco de leva y un actuador de imán del montaje de procesamiento de cartucho.
La figura 49A es una vista en perspectiva superior de un montaje de imán de preparación de muestras del montaje de procesamiento de cartuchos.
La figura 49B es una vista en perspectiva superior de un montaje de imán de cartucho del montaje de procesamiento de cartucho.
La figura 50A es una vista en perspectiva de un montaje de motor de mezcla del montaje de procesamiento de cartucho.
La figura 50B es una vista en perspectiva en despiece del montaje de motor de mezcla.
La figura 51 es una vista prospectiva en despiece de un montaje de mecanismo de compresión de blíster del sector de procesamiento.
La figura 52 es una vista en planta inferior parcial de una placa de brazo de leva que muestra almohadillas de compresión de una matriz de mecanismos de compresión.
La figura 53 es una vista en perspectiva superior de los mecanismos de compresión de la matriz aislada de la placa de brazo de leva.
La figura 54 es una vista en perspectiva inferior de los mecanismos de compresión de la matriz aislada de la placa de brazo de leva.
La figura 55A es una vista en perspectiva en despiece de un único mecanismo de compresión de blísteres de fluido. La figura 55B es una vista prospectiva en despiece de un único mecanismo de compresión de blísteres de lanza. La figura 55C es una vista en perspectiva detallada de un único mecanismo de compresión de accionador de válvula. La figura 56 es una vista en planta inferior de una placa de seguimiento de leva del montaje de mecanismo de compresión de blíster.
La figura 57 es una vista en perspectiva inferior de la placa de seguimiento de leva.
La figura 58 es una vista en planta inferior de un panel de procesamiento fluídico del módulo de reacción.
La figura 59 es una vista en planta superior del panel de procesamiento fluídico.
La figura 60 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de procedimiento que se puede realizar en el panel de procesamiento fluídico.
Descripción detallada de la invención
Si bien los aspectos de la materia de la presente descripción pueden estar representados en una variedad de formas, la siguiente descripción y los dibujos adjuntos simplemente pretenden describir algunas de estas formas como ejemplos específicos de la materia. Por consiguiente, el objeto de esta descripción no pretende limitarse a las formas o realizaciones descritas e ilustradas de esta manera.
A menos que se defina, todos los términos de la técnica, las anotaciones y otros términos técnicos o terminología utilizados en esta invención tienen el mismo significado que se entiende comúnmente por una persona con conocimientos ordinarios en la técnica a la que pertenece esta descripción.
A menos que se indique lo contrario o el contexto sugiera lo contrario, como se emplea en esta memoria, «un» o «una» significa «al menos uno» o «uno o más».
Esta descripción puede usar términos espaciales y/o de orientación relativos para describir la posición y/u orientación de un componente, aparato, ubicación, rasgo o una porción de este. A menos que se indique específicamente, o lo dicte de otro modo el contexto de la descripción, dichos términos, que incluyen, de modo no taxativo, superior, inferior, superior, inferior, inferior, inferior, inferior, derecho, delante, detrás, al lado, adyacente, entre, horizontal, vertical, diagonal, longitudinal, transversal, radial, axial, etc., se utilizan por conveniencia en referencia a dicho componente, aparato, ubicación, rasgo o una porción de estos en los dibujos y no pretenden ser limitativos.
Además, a menos que se indique lo contrario, cualquier dimensión específica mencionada en esta descripción es simplemente representativa de una implementación ejemplar de un dispositivo que incorpora aspectos de la invención y no pretende ser limitativa.
Introducción
En general, el sistema incluye dos componentes: el cartucho multiplexado, en el que se carga la muestra y que contiene varios reactivos, amortiguadores y otros materiales de procesamiento para realizar el ensayo u otro procedimiento deseado, y el instrumento de procesamiento en el que se inserta el cartucho para realizar el procesamiento de muestra y la detección final de los analitos diana.
La plataforma microfluídica se basa en la formación de microgotitas y la capacidad de transportar, fusionar, mezclar y/o procesar las gotitas de forma independiente. Dichas operaciones de microgotitas se realizan utilizando control eléctrico de la tensión superficial (es decir, electrohumectación). En general, las muestras líquidas están contenidas dentro de un dispositivo microfluídico, conocido como módulo de procesamiento, entre dos placas paralelas. Una placa, denominada panel de procesamiento fluídico, contiene electrodos de accionamiento grabados en su superficie, mientras que la otra placa contiene electrodos grabados o un solo electrodo de plano continuo que se conecta a tierra o se ajusta a un potencial de referencia («electrohumectación biplanar»). El aislamiento hidrofóbico cubre los electrodos y se genera un campo eléctrico entre electrodos en placas opuestas. Este campo eléctrico crea un gradiente de tensión superficial que hace que una gotita que se superpone al electrodo energizado se mueva hacia ese electrodo. En algunos ejemplos, los electrodos electrohumectantes activos pueden ser adyacentes y estar en el mismo plano que el electrodo de referencia terrestre vecino, que se denomina «electrohumectación coplanar». Mediante la disposición y el control adecuados de los electrodos, se puede transportar una gotita transfiriéndola sucesivamente entre electrodos adyacentes. Los electrodos modelados pueden disponerse en una matriz bidimensional para permitir el transporte de una gotita a cualquier ubicación cubierta por esa matriz. El espacio que rodea las gotitas se puede llenar con un gas tal como aire o un fluido inmiscible tal como aceite, se prefiere con aceites inmiscibles.
A medida que las gotitas que contienen los analitos diana se mueven a través de la superficie, pueden recoger reactivos y amortiguadores. Por ejemplo, cuando se colocan reactivos secos en la superficie (en general descritos en esta invención como placa de circuito impreso, aunque como apreciarán los expertos en la técnica, se pueden usar superficies adicionales), una gotita que se mueve a través de esa zona recogerá y disolverá el reactivo para su uso en un procedimiento biológico, tal como amplificación de PCR. Además, como se describe más detalladamente a continuación, la adición de un módulo de preparación de muestras colocado sobre el sustrato, permite la adición específica de amortiguadores y otros reactivos tales como amortiguadores de lavado, etc., así como la preparación, por ejemplo, lisis, purificación, disolución, etc., de la muestra antes de transferir la muestra a la plataforma microfluídica.
Los aspectos de la presente invención también implican el uso de detección electroquímica de analitos de interés. Los sistemas de detección electroquímica adecuados se describen en las patentes estadounidenses n .° 4.887.455 5.591.578 5.705.348 5.770.365 5.807.701 5.824.473 5.882.497 6.013.170 6.013.459 6.033.601 6.063.573 6.090.933 6.096.273 6.180.064 6.190.858 6.192.351 6.221.583 6.232.062 6.236.951 6.248.229 6.264.825 6.265.155 6.290.839 6.361.958 6.376.232 6.431.016 6.432.723 6.479.240 6.495.323 6.518.024 6.541.617 6.596.483 6.600.026 6.602.400 6.627.412 6.642.046 6.655.010 6.686.150 6.740.518 6.753.143 6.761.816 6.824.669 6.833.267 6.875.619 6.942.771 6.951.759 6.960.467 6.977.151 7.014.992 7.018.523 7.045.285 7.056.669 7.087.148 7.090.804 7.125.668 7.160.678 7.172.897 7.267.939 7.312.087 7.381.525 7.381.533 7.384.749 7.393.645 7.514.228 7.534.331 7.560.237 7.566.534 7.579.145 7.582.419 7.595.153 7.601.507 7.655.129 ; 7.713.711 7.759.073; 7.820.391; 7.863.035; 7.935.481; 8.012.743; 8.114.661 y la patente estadounidense n .° 2012/01 81 186.
Las gotitas de analito diana procesadas se transportan a una zona de detección en el panel de procesamiento fluídico, donde se capturan específicamente en electrodos de detección individuales, utilizando sistemas descritos en numerosas patentes anteriores con referencia específica a las patentes estadounidenses n .° 7.160.678, 7.393.645 y 7.935.481. Este sistema de detección se basa en el uso de sondas de etiqueta (en el caso de ácidos nucleicos) que contienen etiquetas electroquímicamente activas, de modo que la presencia del analito diana da como resultado una señal positiva, lo que permite la detección del patógeno, el estado de la enfermedad, etc.
Muestras
Los aspectos de la descripción proporcionan sistemas y procedimientos para la detección de analitos diana en muestras para diagnosticar enfermedades o infecciones por patógenos (por ejemplo, bacterias, virus, hongos, etc.). Tal como lo apreciarán los expertos en la técnica, la solución de muestra puede comprender cualquier cantidad de cosas, que incluyen, de modo no taxativo, fluidos corporales (que incluyen, de modo no taxativo, sangre, orina, suero, plasma, líquido cefalorraquídeo, linfa, saliva, muestras nasofaríngeas, secreciones anales y vaginales, heces, muestras de tejido que incluyen tejidos que se sospecha que contienen células cancerosas, transpiración y semen de prácticamente cualquier organismo, con muestras de mamíferos preferidas y muestras humanas particularmente preferidas); muestras ambientales (que incluyen, de modo no taxativo, muestras de aire, agrícolas, de agua y de suelo, hisopos ambientales y otros kits de recolección); muestras de agentes de guerra biológica; muestras de alimentos y bebidas, muestras de investigación (es decir, en el caso de ácidos nucleicos, la muestra puede ser el producto de una reacción de amplificación, que incluye tanto amplificación de diana como de señal, tal como se describe en general en en el documento WO/1999/037819, tal como reacción de amplificación por PCR); muestras purificadas, tal como ADN genómico purificado, proteínas, ARN, etc.; muestras crudas, bacterias, virus genómico, etc.; tal como se apreciarán en la técnica, cualquier manipulación que se haya realizado virtualmente en la muestra.
El cartucho multiplexado se puede usar para detectar analitos diana en muestras de pacientes. «Analito diana» o «analito» o equivalentes gramaticales en esta invención se refiere a cualquier molécula o compuesto que se detectará y que puede unirse a una especie de unión, definida más adelante. Los analitos adecuados incluyen, pero no se limitan a, moléculas químicas pequeñas tales como químicos ambientales o clínicos o contaminantes o biomoléculas, que incluyen, pero no se limitan a, pesticidas, insecticidas, toxinas, fármacos terapéuticos y de abuso, hormonas, antibióticos, anticuerpos, materiales orgánicos, etc. Las biomoléculas adecuadas incluyen, pero no se limitan a, proteínas (que incluyen enzimas, inmunoglobulinas y glicoproteínas), ácidos nucleicos, lípidos, lectinas, carbohidratos, hormonas, células enteras (que incluyen células procariotas (tales como bacterias patógenas) y células eucariotas, que incluyen células tumorales de mamífero), virus, esporas, etc.
En un ejemplo, el analito diana es una proteína («proteína diana»). Tal como apreciarán los expertos en la técnica, hay una gran cantidad de posibles analitos diana proteicos que pueden detectarse mediante el uso de la presente invención. Por «proteínas» o equivalentes gramaticales en esta invención se entiende proteínas, oligopéptidos y péptidos, derivados y análogos, que incluyen proteínas que contienen aminoácidos y análogos de aminoácidos de origen no natural, y estructuras peptidomiméticas. Las cadenas laterales pueden estar en la configuración (R) o (S). En un ejemplo, los aminoácidos se encuentran en la configuración (S) o L. Tal como se describe más adelante, cuando la proteína se utiliza como un ligando de unión, puede ser deseable utilizar análogos de proteína para retardar la degradación por contaminantes de muestra. Las proteínas diana particularmente preferidas incluyen enzimas; fármacos, células; anticuerpos; antígenos; antígenos y receptores de membrana celular (receptores neurales, hormonales, nutrientes y de superficie celular) o sus ligandos.
En un ejemplo, el analito diana es un ácido nucleico («ácido nucleico diana»). El presente sistema encuentra uso en el diagnóstico de patógenos específicos exógenos para un paciente, tales como bacterias y virus, así como el diagnóstico de enfermedades genéticas, tales como polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) que causan enfermedad (por ejemplo, fibrosis quística) o están presentes en la enfermedad (por ejemplo, mutaciones tumorales).
Tal como apreciarán los expertos en la técnica, la presente invención se basa tanto en ácidos nucleicos diana como en otros componentes de ácido nucleico como sondas de captura y sondas de etiqueta utilizadas en la detección de los ácidos nucleicos diana. Por «ácido nucleico» u «oligonucleótido» o equivalentes gramaticales en esta invención se entiende al menos dos nucleótidos unidos covalentemente entre sí. Un ácido nucleico en general contendrá enlaces fosfodiéster, aunque en algunos casos, como se describe a continuación, los análogos de ácido nucleico se pueden incluir como cebadores o sondas que pueden tener estructuras principales alternativas, que comprenden, por ejemplo, fosforamida (Beaucage et ál., Tetrahedron 49(10). T 925 (1993) y su bibliografía; Letsinger, J. Org. Chem. 35:3800 (1970); Sprinzl y col., Eur. J. Biochem. 81 :579 (1977); Letsinger y col., Nucl. Acids Res. 14:3487 (1986); Sawai y col., Chem. Left. 805 (1984), Letsinger y col., J. Am. Chem. Soc. 110:4470 (1988); y Pauwels y col., Chemica Scripta 26: 141 91986)), fosforotioato (Mag y col., Nucleic Acids Res. 19: 1437 (1991); y la patente estadounidense n.° 5,644,048), fosforoditioato (Briu etal, J. Am. Chem. Soc. III :2321 (1989), enlaces O-metilfosforoamidita (ver Eckstein, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Oxford University Press) y estructuras principales y enlaces de ácido nucleico peptídico (véase Egholm, J. Am. Chem. Soc. 114: 1895 (1992); Meier y col., Chem. Int. Ed. Engl.
31:1008 (1992); Nielsen, Nature, 365:566 (1993); Carlsson y col., Nature 380:207 (1996). Otros ácidos nucleicos análogos incluyen aquellos con estructuras principales positivas (Denpcy y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:6097 (1995); aquellos con estructuras bicíclicas que incluyen ácidos nucleicos bloqueados, Koshkin y col., J. Am. Chem. Soc. 120: 13252-3 (1998); espinas dorsales no iónicas (patente estadounidense n.° 5.386.023, 5.637.684, 5.602.240, 5.216, 141 y 4.469.863; Kiedrowshi etal., Angew. Chem. Inti. Ed. English 30:423 (1991); Letsinger y col., J. Am. Chem. Soc. 1 10:4470 (1988); Letsinger y col., Nucleoside & Nucleotide 13:1597 (1994); Capítulos 2 y 3, ASC Symposium Series 580, «Carbohydrate Modifications in Antisense Research», Ed. Y. S. Sanghui y P. Dan Cook; Mesmaeker y col., Bioorganic & Medicinal Chem. Lett. 4:395 (1994); Jeffs y col., J. Biomolecular NMR 34: 17 (1994); Tetrahedron Lett. 37:743 (1996)) y estructuras principales no ribosas, incluidas las descritas en la patente estadounidense n.° 5.235.033 y 5.034.506, y los capítulos 6 y 7, ASC Symposium Series 580, «Carbohydrate Modifications in Antisense Research», Ed. Y. S. Sanghui y P. Dan Cook. Los ácidos nucleicos que contienen uno o más azúcares carbocíclicos también se incluyen dentro de la definición de ácidos nucleicos (véase Jenkins y col., Chem. Soc. Rev. (1995) ppl 69­ 176). Varios análogos de ácido nucleico se describen en Rawls, C & E News Jun 2, 1997 página 35. Estas modificaciones de la estructura principal de ribosa-fosfato se pueden realizar para facilitar la adición de ETM o para aumentar la estabilidad y la semivida de dichas moléculas en entornos fisiológicos.
Como apreciarán los expertos en la técnica, todos estos análogos de ácido nucleico pueden ser útiles en esta invención, en general para su uso como sondas de captura y etiquetado. Además, se pueden realizar mezclas de ácidos nucleicos y análogos de origen natural (por ejemplo, en general, las sondas de etiqueta contienen una mezcla de nucleótidos sintéticos y de origen natural).
Los ácidos nucleicos pueden ser monocatenarios o bicatenarios, según se especifique, o contener porciones de secuencias bicatenarias o monocatenarias. Los ácidos nucleicos (particularmente en el caso de los ácidos nucleicos diana) pueden ser ADN, tanto genómico como ADNc, ARN o un híbrido, donde el ácido nucleico contiene cualquier combinación de desoxirribo y ribonucleótidos, y cualquier combinación de bases, que incluyen uracilo, adenina, timina, citosina, guanina, inosina, xathanina hipoxathanina, isocitosina, isoguanina, etc. Un ejemplo utiliza isocitosina e isoguanina en ácidos nucleicos diseñados para ser complementarios a otras sondas, en lugar de secuencias diana, ya que esto reduce la hibridación no específica, como se describe en general en la patente estadounidense n.° 5.681.702. Como se emplea en esta memoria, el término «nucleósido» incluye nucleótidos así como análogos de nucleósidos y nucleótidos, y nucleósidos modificados tales como nucleósidos amino modificados. Además, «nucleósido» incluye estructuras análogas de origen no natural. Por lo tanto, por ejemplo, las unidades individuales de un ácido nucleico peptídico, cada una de las cuales contiene una base, se denominan en esta invención como un nucleósido.
Como se apreciará por los expertos en la técnica, se puede detectar una gran cantidad de analitos usando los presentes procedimientos; básicamente, cualquier analito diana para el cual se puede realizar un ligando de unión, descrito a continuación, se puede detectar usando los procedimientos de la descripción.
Por lo tanto, los sistemas de la descripción se utilizan en ensayos de analitos diana que luego permiten el diagnóstico, pronóstico u opciones de tratamiento de la enfermedad en función de la presencia o ausencia de los analitos diana. Por ejemplo, los sistemas de la descripción encuentran uso en el diagnóstico o caracterización de la infección por patógenos (incluyendo bacterias (tanto bacterias gram positivas como gram negativas, y/o la capacidad de distinguir entre ellas), virus (incluyendo la presencia o ausencia de ácido nucleico viral así como los isotipos del virus, por ejemplo en el caso del virus de la hepatitis C (VHC) o virus respiratorios), infección fúngica, resistencia a fármacos antibióticos, enfermedades genéticas (incluyendo fibrosis quística, anemia de células falciformes, etc.). En la definición de enfermedad genética para los propósitos de esta invención se incluyen afecciones genéticas que no necesariamente causan enfermedad, pero que pueden resultar en opciones de tratamiento alternativas. Por ejemplo, los polimorfismos de nucleótido simple (SNP, por sus siglas en inglés) en muchas enzimas del citocromo p450 causan un procesamiento de fármacos terapéuticos diferente, tal como en el caso de las pruebas de warfarina, donde un paciente puede diagnosticarse como un procesador «lento», «normal» o «rápido», lo que conduce a diferentes regímenes de dosificación, o donde un fármaco puede estar contraindicado para un paciente particular en función de la genética del paciente, o donde la selección entre dos o más fármacos está ayudada por el conocimiento de la genética del paciente.
CARTUCHO MULTIPLEXADO
Un cartucho multiplexado se muestra en las figuras 1 -4. Como se muestra en la figura 4, el cartucho multiplexado comprende un montaje que incluye un módulo de preparación de muestras 70. El módulo de preparación de muestras 70 incluye varios pocillos, puertos de entrada y salida, canales de fluido, mecanismos de mezcla, válvulas y otros componentes para recibir, transportar, mezclar, mezclar y realizar otros procedimientos en materiales de muestra de fluido y fluidos de procedimiento, tales como reactivos y amortiguadores, de una manera que se describirá con más detalle a continuación. El módulo de preparación de muestras 70 comprende un sustrato 72, con un sello superior 56 asegurado a una superficie superior de este y un sello inferior 230 asegurado a una superficie inferior de este. El sustrato 72 incluye una cantidad de ranuras o canales abiertos formados en las superficies superior e inferior de estos. Cada una de las ranuras puede conectarse a uno o más puertos de entrada que comprenden un orificio ciego formado en la superficie superior del sustrato 72 y/o a uno o más puertos de salida que comprenden un orificio ciego formado en la superficie inferior del sustrato 72. El sello superior 56 y el sello inferior 230 cubren la parte superior e inferior, respectivamente, del sustrato 72 y tienen aberturas que se alinean con las entradas y salidas formadas en el sustrato 72, formando así una red de conductos, o canales rodeados, a través de los cuales un fluido -por ejemplo, líquido, gas, solución, emulsión, suspensión líquido-sólido, etc.- puede fluir de una parte del módulo de preparación de muestras 70 a otra y puertos de entrada y puertos de salida a través de los cuales pueden fluir fluidos dentro y fuera, respectivamente, del módulo de preparación de muestras 70. En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 es transparente o translúcido y está hecho, por ejemplo, de policarbonato, polipropileno, acrílico, Mylar, acrilonitrilo butadieno estireno («ABS») u otros polímeros adecuados
Una mezcladora giratoria 192 está dispuesta operativamente dentro de un pocillo de mezcla 90 (descrito más adelante) formado en el sustrato 72. En varios ejemplos, la mezcladora giratoria 192 se puede usar, por ejemplo, para moler muestras sólidas, maximizar la exposición de la muestra para capturar perlas, mezclar la muestra con amortiguador de lisis química, mezclar perlas magnéticas con amortiguador de unión (típicamente, las perlas magnéticas no se pueden almacenar en su amortiguador de unión y, por lo tanto, se deben combinar solo en el momento del uso), etc.
Se proporciona una tapa de muestra 84 para encerrar un pocillo de muestra 78 (descrito más adelante) formado en el sustrato 72. Una pluralidad de compartimentos deformables (o blísteres) 34a, 36a, 38a, 40a, 42a y 44 se apoyan en la parte superior del módulo de preparación de muestras de sustrato 70. Cada compartimiento deformable puede contener un fluido y se puede conectar a un canal de fluido dentro del módulo de preparación de muestras 70, a través de uno de los puertos de entrada, mediante una conexión que se puede abrir que se cierra inicialmente para evitar que el fluido fluya desde el blíster hacia el canal. T ras la aplicación de una fuerza de compresión al exterior del blíster, el aumento de la presión dentro del blíster se rompe o de otro modo abre o altera la conexión que se puede abrir para permitir el flujo de fluido desde el blíster hacia un puerto de entrada asociado y el canal del módulo de preparación de muestras 70.
Una cubierta superior 12 está dispuesta sobre una porción superior del cartucho sobre el módulo de preparación de muestras 70 e incluye aberturas correspondientes en cantidad, tamaño y forma a los diversos compartimentos deformables que se apoyan en el módulo de preparación de muestras 70. Como se puede apreciar en la figura 1, los compartimientos deformables están empotrados dentro de las aberturas formadas en la cubierta superior 12, proporcionando así cierta protección para los compartimientos deformables mientras que permite que cada compartimiento sea comprimido desde arriba por un accionador.
En varios ejemplos, la cubierta superior 12 incluye además un puerto óptico de entrada 14 y un puerto óptico de salida 16 para permitir el monitoreo del movimiento de fluidos a través de una porción particular del módulo de preparación de muestras 70, como se describirá con más detalle a continuación. La cubierta superior 12 puede incluir además un panel de etiqueta 24 en el que se puede colocar información de identificación, tal como, indicios legibles por máquina y/o humanos (p. ej., un código de barras).
La cubierta superior 12 puede incluir además lengüetas de accionador de válvula, tal como una lengüeta de accionador de válvula de muestra 18 y una lengüeta de accionador de válvula de desecho 20. Las lengüetas de accionador de válvula 18 y 20 son lengüetas flexibles y elásticas formadas en la cubierta que se desviarán tras la aplicación de una fuerza de compresión externa sobre la lengüeta. Cada lengüeta incluye además un poste accionador que se extiende hacia abajo - véase, por ejemplo, el poste accionador 26 en la figura 1 - para accionar de este modo una válvula activa dentro del módulo de preparación de muestras 70 y ubicada debajo de la lengüeta respectiva 18 o 20, como se describirá con más detalle a continuación.
En referencia a la figura 4, un módulo de reacción 240 se dispone debajo del módulo de procesamiento de muestras 70 y, en varios ejemplos, puede configurarse para recibir una muestra procesada del módulo de procesamiento de muestras 70. En varios ejemplos, el módulo de reacción 240 incluye compartimientos de fluido de procedimiento (que contienen, por ejemplo, reactivos, amortiguadores, etc.), medios para mover gotitas de fluido de una manera específica dirigida a lo largo del módulo, medios para incubar mezclas de reacción y medios para detectar analitos diana (por ejemplo, ácidos nucleicos),
El módulo de reacción 240 puede fijarse a la parte inferior del módulo de preparación de muestras 70 mediante una junta adhesiva 232 que, preferiblemente, proporciona un sellado hermético entre el módulo de reacción 240 y el módulo de preparación de muestras 70. En varios ejemplos, el módulo de reacción 240 comprende una placa superior 241 y una parte inferior, un panel de procesamiento fluídico 354 fijado a la parte inferior de la placa superior 241 y que juntos definen un espacio entre la superficie inferior de la placa superior 241 y una superficie superior del panel de procesamiento fluídico 354. Este espacio define el procesamiento de fluidos y los espacios de reacción dentro de los cuales se realizan varias etapas del ensayo u otro procedimiento.
Una cubierta inferior 30 rodea parcialmente una porción inferior del montaje de cartucho y coopera con la cubierta superior 12 para definir una cubierta exterior relativamente dura y estriada para el cartucho 10. Las cubiertas superior e inferior pueden proporcionar al cartucho 10 una forma asimétrica para asegurar que el cartucho 10 se inserta en un instrumento de procesamiento en una sola orientación. En el ejemplo ilustrado, la cubierta inferior 30 tiene bordes redondeados 32 mientras que la cubierta superior 12 tiene bordes relativamente cuadrados. Por lo tanto, una ranura de recepción de un instrumento de procesamiento configurado para recibir el cartucho multiplexado 10 y que tiene una forma que se ajusta a la de la cubierta asegurará que la cubierta se inserte siempre con el lado derecho hacia arriba en el instrumento. Además, la cubierta inferior 30 puede incluir rasgos de contorno, tales como ranuras laterales longitudinales 22 que se extienden solo parcialmente a lo largo de la longitud de la cubierta inferior 30. Dichas ranuras cooperan con los rasgos correspondientes en una ranura receptora de un instrumento de procesamiento para asegurar que el cartucho se inserta en el instrumento en la dirección adecuada.
COMPARTIMIENTOS DE FLUIDOS DEFORMABLES (BLÍSTERES)
En general, los blísteres están hechos de un material deformable que preferiblemente colapsa tras la aplicación de una presión adecuada; es decir, los materiales utilizados para formar los blísteres no vuelven a su forma inicial cuando se elimina la presión, ya que esto podría causar el reflujo de los reactivos aplicados. Además, los blísteres se pueden usar una vez (se realiza una única aplicación de presión durante el ensayo) o varias veces (por ejemplo, se administran múltiples alícuotas de reactivo en una única ubicación o múltiples ubicaciones durante la ejecución del ensayo). Cada blíster puede contener un material de procedimiento único (por ejemplo, amortiguador, reactivo, líquido inmiscible, etc.), o dos o más blísteres pueden contener el mismo material de procedimiento. Esta redundancia se puede utilizar para suministrar el mismo material de procedimiento a múltiples ubicaciones en el resto del material desechable.
Aunque el tamaño, cantidad, disposición y contenido de los compartimientos está dictado en gran medida por el ensayo u otro procedimiento que se pretende realizar en el cartucho multiplexado 10, el ejemplo ilustrado incluye seis compartimientos de fluido deformables o blísteres: 34a, 36a, 38a, 40a, 42a y 44. Un blíster deformable puede tener un blíster de lanza asociado. En el ejemplo ilustrado, cada uno de los blísteres de fluido deformables 34a, 36a, 38a, 40a y 42a tiene un cartucho de lanza deformable asociado o un blíster de lanza, 34b, 36b, 38b, 40b y 42b.
El funcionamiento de un ejemplo de un compartimiento deformable se describe con referencia a la figura 5, que muestra una sección transversal del compartimiento deformable 34a. En varios ejemplos, los compartimentos deformables del cartucho multiplexado 10 incorporan rasgos descritos en la solicitud de patente estadounidense de propiedad común n.° 14/206,867 titulada «Devices and Methods for Manipulating Deformable Fluid Vessels».
Al comprimir un compartimiento deformable para desplazar el contenido de fluido del mismo, se debe aplicar suficiente fuerza de compresión al blíster para romper, o de otro modo abrir, un sello rompible que sostiene el fluido dentro del compartimiento. La cantidad de fuerza requerida para romper el sello y desplazar el contenido de fluido de un compartimiento típicamente aumenta a medida que aumenta el volumen del compartimiento. Para limitar la cantidad de fuerza de compresión que debe aplicarse a un compartimiento o blíster deformable para romper o abrir de otro modo un sello rompible que sostiene el fluido dentro del compartimiento, se proporciona una blíster de lanza 34b en asociación con el compartimiento deformable 34a. El compartimiento deformable 34a y el blíster de lanza 34b pueden conectarse mediante un canal, que puede bloquearse inicialmente mediante un sello rompible. El blíster de lanza 34b contiene un dispositivo de apertura, por ejemplo, una perla 46 (tal como un cojinete de bolas de acero), rodeada dentro del blíster de lanza 34b y soportada por encima de un puerto de fluido 136 formado en el módulo de preparación de muestras 70 por medio de una división de lámina rompible, o tabique, que retiene la perla 46 y el contenido de fluido dentro del blíster de lanza 34b y el compartimiento deformable 34a. Por lo tanto, para abrir el compartimiento deformable 34a, primero se aplica una fuerza de compresión externamente al blíster de lanza 34b para comprimir el blíster de lanza 34b y forzar la perla 46 a través de la división de lámina que bloquea el puerto de fluido 136. Después de que se abre el puerto de fluido 136, el contenido de fluido del compartimiento deformable 34a se puede dispensar en el puerto de fluido 136 con relativa facilidad mediante la aplicación de una fuerza de compresión externa al compartimiento deformable 34a. La cantidad de presión requerida para comprimir el blíster de lanza 34b y forzar la perla 46 a través de la división de lámina es mucho menor que la requerida para comprimir el compartimiento primario 34a y crear suficiente presión para abrir un sello de ruptura. El fluido que fluye hacia el puerto de fluido 136 fluirá a continuación a través de un canal horizontal 137, definido por una ranura formada en una superficie inferior del sustrato 72 y cubierta por el sello inferior 230, a una transición de canal vertical 139 y de allí a uno o más puntos dentro del módulo de preparación de muestras 70.
MÓDULO DE PREPARACIÓN DE MUESTRAS
Varios detalles de un módulo de preparación de muestras 70 se muestran en las figuras 6-15.
El pocillo de muestra 78 está configurado para recibir un material de muestra de fluido que se va a someter a ensayo o procesar de otro modo en el cartucho multiplexado 10. Como se muestra en las figuras 6 y 7, el pocillo de muestra 78 se puede definir mediante una pared periférica vertical 79 (que es circular en el ejemplo ilustrado) y una pared inferior, o piso 81. El pocillo de muestra 78 incluye además un tubo de entrada 80 que se extiende a lo largo de la pared periférica 79 del pocillo de muestra 78 y termina en una posición debajo de la parte superior de la pared periférica. Se proporciona un puerto de salida 82 en el piso 81 del pocillo 78, y el piso 81 es preferiblemente cónico para ahusarse hacia abajo hacia el puerto de salida 82.
La tapa de muestra 84 se puede proporcionar para cerrar el pocillo de muestra 78 después de que se haya depositado un material de muestra en el pocillo de muestra 78. En un ejemplo, la tapa de muestra 84 comprende una cubierta circular con una pared periférica externa que se ajusta sobre la pared periférica vertical 79 del pocillo de muestra 78. La tapa de muestra 84 puede incluir un poste de pivote 86 definido por lengüetas de bloqueo radialmente elásticas que se extienden a través de una abertura en el sustrato 72 y permiten que la tapa 84 gire aproximadamente un eje definido por el poste de pivote 86 con respecto al pocillo de muestra 78. Después de que un material de muestra se deposita en el pocillo de muestra 78, la tapa de muestra 84 puede girar sobre la parte superior del pocillo de muestra 78 y empujarse hacia abajo sobre el pocillo de muestra 78. Se puede proporcionar un clip, u otro retén, 88, que se extiende hacia arriba para atrapar y bloquear de forma segura la tapa de muestra 84 cuando se empuja hacia abajo en el clip 88 y también para proporcionar una confirmación táctil de que la tapa 84 se ha cerrado de forma segura. En algunos ejemplos, la tapa de muestra 84 puede tener una superficie inferior que se ahusa hacia abajo cuando la tapa de muestra 84 se coloca sobre el pocillo de muestra 78 (no se muestra). La configuración cónica ayuda a reducir la cantidad de condensado de fluido retenido en la superficie interior de la tapa de muestra 84 durante el procesamiento de la muestra en el pocillo de muestra 78.
El módulo de preparación de muestras 70 también incluye un pocillo de mezcla 90 formado en el sustrato 72. Como se muestra en las figuras 8A y 9A, el pocillo de mezcla 90 se puede definir mediante una pared periférica vertical 91 (que es circular en el ejemplo ilustrado) y una pared inferior, o piso 93.
En varios ejemplos, un tubo de entrada de fluido 92 se extiende hacia arriba por la pared periférica 91 del pocillo de mezcla 90 y termina por debajo de la parte superior de la pared 91. En varios ejemplos, un tubo a presión 94 se extiende hacia arriba otra porción de la pared periférica 91 del pocillo de mezcla 90 y termina en una posición debajo de la parte superior de la pared 91. Un puerto de salida 96 permite que el fluido salga del pocillo de mezcla 90 y puede comprender una pluralidad de aberturas ubicadas cerca del centro de una porción ahusada hacia abajo del piso 93 del pocillo 90 y que rodea un asiento de husillo 98 formado en el centro inferior del piso 93.
La mezcladora giratoria 192 está dispuesta dentro del pocillo de mezcla 90 e incluye un disco circular superior 194 soportado en un borde superior de la pared periférica 91 del pocillo 90. Los dientes de engranajes periféricos 198 se forman alrededor de la periferia del disco 194, y una porción de los dientes 198 se proyecta desde un borde externo de las cubiertas superior e inferior 12, 30 del cartucho multiplexado 10 para acoplarse mediante un mecanismo de accionamiento externo de un instrumento de procesamiento para efectuar la rotación accionada de la mezcladora giratoria 192. Un anillo tórico 196 está dispuesto dentro de una ranura de anillo tórico periférico alrededor del disco superior 194 debajo de los dientes de engranajes periféricos 198. El anillo tórico 196 proporciona un sello entre la mezcladora giratoria 192 y la pared periférica 91 del pocillo 90. Un husillo 200 se extiende hacia abajo desde el disco superior 194 y está asentado dentro del asiento del husillo central 98 del pocillo de mezcla 90. Una pluralidad de palas impulsoras 202 se extienden radialmente desde el husillo 200.
Un ejemplo alternativo de un pocillo de mezcla 90' se muestra en las figuras 8B y 8C. Tal como se muestra, el pocillo de mezcla 90' puede definirse mediante una pared periférica vertical 91' (que es circular en el ejemplo ilustrado) y una pared inferior, o piso 93'. Un tubo de entrada de fluido 92' se extiende hasta una superficie externa de la pared periférica 91' del pocillo de mezcla 90' e incluye una abertura 92a debajo de la parte superior de la pared 91'. Un tubo de presión 94' se extiende hasta la superficie externa de la pared periférica 91' del pocillo de mezcla 90' e incluye una abertura 94a debajo de la parte superior de la pared 91'. Un puerto de salida 96' permite que el fluido salga del pocillo de mezcla 90' y puede comprender una pluralidad de aberturas ubicadas cerca del centro de una porción ahusada hacia abajo del piso 93' del pocillo 90' y que rodea un asiento de husillo 98' formado en el centro inferior del piso 93'. El puerto de salida 96' y el asiento del husillo 98' pueden ser sustancialmente idénticos al puerto de salida 96 y el asiento del husillo 98, respectivamente, del pocillo de mezcla 90.
Con el pocillo de mezcla alternativo 90' de las figuras 8B y 8C, una mezcladora giratoria dispuesta dentro del pocillo de mezcla 90' puede configurarse con palas impulsoras que se extienden radialmente desde un husillo de la mezcladora sustancialmente hasta la superficie interna de la pared periférica 91'. Esto se opone a la configuración de la mezcladora giratoria 192 configurada para funcionar en el pocillo de mezcla 90, en el que las palas impulsoras radiales 202 no pueden extenderse sustancialmente a la superficie interna de la pared periférica 91 para proporcionar espacio libre para los tubos de esnórquel 92, 94 formados en la superficie interna de la pared periférica 91. Tener una mezcladora con palas impulsoras que se extienden a la superficie interna de la pared periférica 91' puede, en algunas circunstancias, proporcionar una mezcla más completa y/o eficiente del contenido del pocillo de mezcla 90'.
En referencia a la figura 9B, la mezcladora giratoria 192' dispuesta dentro del pocillo de mezcla 90' incluye un disco circular superior 194', dientes de engranaje periféricos 198' y un anillo tórico 196' que puede ser sustancialmente idéntico al disco circular 194, dientes de engranaje periféricos 198 y un anillo tórico 196 de la mezcladora giratoria 192 que se muestra en la figura 9A. Un husillo 200' se extiende hacia abajo desde el disco superior 194'. Dos o más palas impulsoras 202’ se extienden radialmente desde el husillo 200’. Las palas impulsoras 202' se extienden sustancialmente a la superficie interna de la pared periférica 91'. En varios ejemplos, las palas impulsoras 202' pueden estar sesgadas con respecto al husillo 200' y pueden incluir además aberturas 203 formadas en este para mejorar la eficiencia de mezcla de la mezcladora giratoria 192'.
Haciendo referencia nuevamente a la figura 15, que muestra una vista en planta superior del módulo de preparación de muestras 70, el módulo de preparación de muestras 70 puede incluir orificios de alineación 74 y 76, u otros rasgos de alineación pueden proporcionarse en el módulo de preparación de muestras 70, o alguna otra porción del cartucho multiplexado 10 para facilitar la alineación del cartucho multiplexado 10 con un instrumento de procesamiento, por ejemplo, por medio de una clavija u otra estructura dentro del instrumento que se extiende en cada orificio de alineación.
El módulo de preparación de muestras 70 incluye un primer puerto de entrada 136 formado en una superficie superior del módulo mediante el cual se puede introducir un fluido de procedimiento del compartimiento deformable 34a en el módulo de preparación de muestras 70. En un ejemplo, el compartimiento deformable 34a contiene un amortiguador de lisis, tal como agua para lisis hipotónica, o un amortiguador de lisis disponible en el mercado, tal como aquellos que contienen sales quiatrópicas tales como sales de guanidinio, y/o pH alto/bajo, y/o tensioactivos tales como dodecilsulfato de sodio (SDS), TWEEN® 20 (polisorbato 20), TRITON™ X-100 (éter de octilfenilo de polioxietileno), etc. En algunos casos, el amortiguador de lisis comprende opcionalmente reactivos para interrumpir la actividad enzimática no deseada, tal como la actividad de DNasa y RNasa, que luego se retiran durante el procedimiento de captura/elución de perlas (aunque estos pueden ser reactivos separados, ya sea secos o líquidos, que se pueden agregar según sea necesario dependiendo de los analitos diana y el ensayo).
Después de que las células del material de muestra se lisan, a menudo es deseable realizar una purificación al menos parcial, para eliminar otros desechos celulares y de muestra de la muestra para facilitar el manejo y procesamiento posteriores. Las muestras de investigación en amortiguador no requieren necesariamente purificación, pero incluso allí se realiza típicamente la purificación. Una técnica bien conocida se basa en el uso de perlas de captura diana (por ejemplo, perlas de captura magnética) que capturan e inmovilizan los analitos diana deseados lejos de los desechos celulares y de muestra. En varias implementaciones, las perlas de captura y el amortiguador de unión se mezclan con la muestra en amortiguador de lisis después de que las células o virus se interrumpen por medios mecánicos y/o químicos. Las perlas de captura pueden ser magnéticas para facilitar la inmovilización posterior de las perlas y el analito diana unido a estas mediante la aplicación selectiva de fuerzas magnéticas, aunque como apreciarán los expertos en la técnica, otras implementaciones pueden emplear perlas no magnéticas, tales como perlas de poliestireno o sílice (por ejemplo, las perlas se pueden capturar en una zona por tamaño o en una columna de afinidad).
Por lo tanto, en varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye un segundo puerto de entrada 138 mediante el cual se puede introducir un fluido de procedimiento del compartimiento deformable 36a en el módulo de preparación de muestras 70. En un ejemplo, el compartimiento deformable 36a contiene un amortiguador de unión para facilitar la unión de perlas de captura diana, tales como perlas magnéticas, a uno o más analitos diana de interés.
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye un tercer puerto de entrada 140 mediante el cual se puede introducir un material de procedimiento del compartimiento deformable 44 en el módulo de preparación de muestras 70. En un ejemplo, el compartimiento deformable 44 contiene perlas de captura diana que pueden comprender partículas magnéticas, que, en combinación con un amortiguador de unión del compartimiento deformable 36a, se une a un analito o analitos de interés dentro del material de muestra para aislar y permitir así la separación magnética del analito o analitos de interés del resto del material de muestra.
Las perlas de captura se pueden recubrir con un material que facilite la captura del analito o analitos diana. Por ejemplo, para la captura de ácidos nucleicos, las perlas se pueden recubrir con un recubrimiento cargado negativamente para facilitar la adsorción de ácidos nucleicos cargados positivamente a la superficie, que luego se lavan con amortiguador y luego se tratan con amortiguador de elución para retirar los ácidos nucleicos purificados de las perlas para su procesamiento adicional. Como apreciarán los expertos en la técnica, hay una cantidad de sistemas de perlas comercialmente disponibles adecuados, que incluyen, por ejemplo, perlas MagaZorb ® de Promega, MagMax de Life Tech o perlas de Qiagen, MoBio, BioRad, etc.
Por lo tanto, las perlas de captura diana que pueden estar contenidas en el compartimiento deformable 44 facilitan la purificación del analito diana deseado con acceso fluido a un amortiguador de unión, tal como el amortiguador de unión que puede estar contenido en el compartimiento deformable 36a, utilizado junto con las perlas de captura.
En un ejemplo alternativo, las perlas de captura diana pueden proporcionarse directamente dentro del módulo de preparación de muestras 70, por ejemplo, en forma de una pastilla liofilizada colocada en el pocillo de mezcla 90 durante el montaje del cartucho multiplexado 10 y almacenado en el pocillo de mezcla en forma de pastilla hasta que se reconstituya mediante un fluido agregado al pocillo de mezcla 90 durante el uso del cartucho multiplexado 10. En este ejemplo alternativo, se puede omitir el blíster deformable 44.
En implementaciones alternativas, las perlas de captura se pueden funcionalizar con sondas de ácido nucleico de captura para extraer ácidos nucleicos de forma específica o no específica. Por ejemplo, las perlas pueden funcionalizarse con 6 meros aleatorios, para en general extraer ácidos nucleicos, o con sondas de captura específicas para los ácidos nucleicos diana deseados. En algunos casos, por ejemplo, cuando el mRNA es la diana, se pueden usar perlas recubiertas con sondas de captura de poli-T.
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye además un cuarto puerto de entrada 142 mediante el cual se puede introducir material de procedimiento del compartimiento deformable 38a en el módulo de preparación de muestras 70. En un ejemplo, el compartimiento deformable 38a contiene un fluido inmiscible (por ejemplo, un aceite, tal como aceite mineral, aceite de silicona, etc., tal como se discute en detalle más adelante).
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye además un quinto puerto de entrada 144 mediante el cual se puede introducir un material de procedimiento del compartimiento deformable 40a en el sustrato 72. En un ejemplo, el compartimiento deformable 40a contiene un amortiguador de elución.
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye además un sexto puerto de entrada 146 mediante el cual se puede introducir material de procedimiento del compartimiento deformable 42a en el módulo de preparación de muestras 70. En un ejemplo, el compartimiento deformable 42a contiene un amortiguador de lavado.
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye un primer puerto de salida 182, un segundo puerto de salida 188 y un tercer puerto de salida 190 formado en una superficie inferior del módulo de preparación de muestras 70 mediante el cual el fluido puede salir del módulo 70 y fluir hacia el módulo de reacción 240.
Cabe señalar aquí que la designación de puertos de entrada o puertos de salida como el primer, segundo, tercero, cuarto, quinto o sexto puerto es meramente para proporcionar un medio conveniente para distinguir un puerto de otro y no pretende ser limitante, tal como, por ejemplo, especificando un orden o secuencia particular por la cual se pueden usar los puertos.
Un primer canal de fluido 150 se extiende desde el primer puerto de entrada 136 hasta el pocillo de muestra 78. En los diagramas, los canales de fluido están representados por líneas paralelas que se extienden de punto a punto a través del módulo de preparación de muestras 70. Cada canal puede incluir uno o más puntos de transición de canal, representados por un círculo en el canal, uno de los cuales se indica por el número de referencia 151. El punto de transición de canal representa una sección de canal que se extiende verticalmente hacia arriba, desde una sección de canal formada en la parte inferior del sustrato 72 hasta una sección de canal formada en la parte superior del sustrato 72, o hacia abajo, desde una sección de canal formada en la parte superior del sustrato 72 hasta una sección de canal formada en la parte inferior del sustrato 72, de modo que el canal puede pasar sobre o debajo de otro canal dentro del sustrato 72.
Un segundo canal de fluido 152 se extiende desde el pocillo de muestra 78 hasta la entrada de la cámara de lisis 122. Un tercer canal de fluido 156 se extiende desde la salida de la cámara de lisis 124 hasta un quinto canal de fluido 162 que se extiende desde el tercer puerto de entrada 140 hasta el tubo de entrada del pocillo de mezcla 92. Un cuarto canal de fluido 160 se extiende desde el segundo puerto de entrada 138 hasta el tercer puerto de entrada 140. Un sexto canal de fluido 164 se extiende desde el cuarto puerto de entrada 142 hasta el primer puerto de salida 182. Un séptimo canal de fluido 166 se extiende desde el quinto puerto de entrada 144 hasta el segundo puerto de salida 188. Un octavo canal de fluido 168 se extiende desde el puerto de salida del pocillo de mezcla 96 hasta un montaje de válvula pasiva 220 (descrito a continuación). Un noveno canal de fluido 170 se extiende desde una cavidad de válvula pasiva del montaje de válvula pasiva 220 hasta un compartimiento de captura 100. Un décimo canal de fluido 172 se extiende desde un montaje de válvula activa 204 hasta un montaje de válvula activa 219. Un undécimo canal de fluido 174 se extiende desde el montaje de válvula activa 219 a una cámara de desechos 102. Un duodécimo canal de fluido 176 se extiende desde el sexto puerto de entrada 146 hasta el compartimiento de captura 100. Un decimotercer canal de fluido 178 se extiende desde el compartimiento de captura 100 hasta el montaje de válvula activa 204. Un decimocuarto canal de fluido 180 se extiende desde el montaje de válvula activa 204 hasta la tercera salida 190.
Cabe señalar aquí que la designación de los diversos canales de fluido como el primer, segundo, tercero, cuarto, quinto, etc. canales de fluido es simplemente para proporcionar un medio conveniente para distinguir un puerto de otro y no pretende ser limitante, tal como, por ejemplo, al especificar un orden o secuencia particular en la que se pueden usar los canales de fluido o una dirección particular en la que los fluidos fluyen a través de los canales.
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye además un montaje de válvula pasiva 220 adyacente al pocillo de mezcla 90. En un ejemplo, el montaje de válvula pasiva 220 está configurado de modo que el montaje de válvula pasiva 220 esté cerrado si la presión dentro del pocillo de mezcla 90 está por debajo de una presión umbral y, por lo tanto, el fluido dentro del pocillo de mezcla 90 se retiene. Por otro lado, si se permite que la presión aumente dentro del pocillo de mezcla 90, a un nivel de presión suficiente, por encima de la presión umbral, el montaje de válvula pasiva 220 se abrirá, permitiendo así que el fluido dentro del pocillo de mezcla escape a través del puerto de salida 96 y el octavo canal de fluido 168 que conecta el puerto de salida del pocillo de mezcla 96 al montaje de válvula pasiva 220.
Los detalles del montaje de válvula pasiva 220 se muestran en las figuras 10 y 11. El montaje de válvula 220 comprende una cavidad de válvula 222 formada en el sustrato 72 y una entrada 224 formada en el sustrato 72 y que se extiende hacia arriba en la cavidad de válvula 222. Una válvula 229, que puede comprender una válvula Belleville, está dispuesta dentro de la cavidad de válvula 222 sobre la entrada 224. Un retenedor 226 está dispuesto sobre la válvula 229. Una salida 228 se extiende radialmente desde la cavidad de válvula 222.
En una condición no presurizada, la válvula 229 y el retenedor 226 están en reposo en la parte inferior de la cavidad de válvula 222, con la válvula 229 cubriendo la entrada 224. El retenedor 226 se puede desviar en una posición hacia abajo, por ejemplo, mediante un resorte adecuado o similar. Por consiguiente, el fluido que fluye desde la entrada 224 no es capaz de pasar dentro y a través de la cavidad de la válvula 222 y, por lo tanto, el fluido no es capaz de escapar del pocillo de mezcla 90. Por otro lado, si el fluido en la entrada 224 está suficientemente presurizado para superar cualquier fuerza (por ejemplo, polarización de resorte) que sostenga el retenedor 226 en una posición descendente (por ejemplo, alrededor de 3 a 5 psi), la válvula 229 y el retenedor 226 se levantarán de la parte inferior de la cavidad de válvula 222, abriendo así la entrada 224 y permitiendo que el fluido fluya hacia la cavidad de válvula 222 y salga de la salida 228.
El módulo de preparación de muestras 70 puede incluir además un puerto de bomba 104 mediante el cual se puede acoplar una fuente externa de presión al módulo de preparación de muestras 70. El puerto de bomba 104 se conecta, a través de un conducto de presión 106 al pocillo de muestra 78 de modo que la presión aplicada en el puerto de bomba 104 presurice el pocillo de muestra 78 para motivar el contenido del pocillo de muestra 78 fuera del pocillo.
El módulo de preparación de muestras 70 puede incluir además un puerto de válvula pasiva 108 que está conectado, a través de un conducto de válvula 110 al tubo de presión 94 del pocillo de mezcla 90. Si el puerto de válvula pasiva 108 está abierto, la presión no se acumulará dentro del pocillo de mezcla 90, y el montaje de válvula pasiva 220 permanecerá cerrado. Si el puerto de válvula pasiva 108 está cerrado, la presión se acumulará dentro del pocillo de mezcla 90 y el montaje de válvula pasiva 220 se abrirá de modo que el contenido del pocillo de mezcla 90 pueda fluir desde el pocillo.
Algunos organismos, como los virus y muchas bacterias, se pueden lisar químicamente mediante la adición de un amortiguador de lisis con o sin temperatura elevada o enzimas proteolíticas. Algunos organismos son difíciles de lisar por procedimientos químicos y/o enzimáticos y requieren una interrupción mecánica o cizallamiento de las membranas celulares. Como tal, un componente opcional del cartucho multiplexado 10 es un componente impulsor, donde el impulsor se activa para moler o romper componentes sólidos de modo que las células individuales sean más accesibles al amortiguador de lisis y de modo que se liberen más analitos diana. El impulsor imparte acción turbulenta al fluido en el que están contenidas las perlas de lisis. La acción primaria de la lisis se debe a colisiones de perlas con organismos diana, que se lisan de este modo, rompiéndolos y exponiendo los ácidos nucleicos diana. La presencia del amortiguador de lisis inhibe las DNasas o RNasas que pueden destruir las dianas de ARN o ADN una vez que las células se interrumpen. En varios ejemplos, el impulsor es como una rueda de paleta que gira muy rápido.
Por lo tanto, en varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye además una cámara de lisis 120 con un agitador accionado, tal como un mecanismo mezclador de perlas motorizado, dispuesto en esta. El agitador accionado está dispuesto al menos parcialmente dentro de la cámara de lisis 120 y está construido y dispuesto para agitar el fluido que fluye a través de dicha cámara de procesamiento. El fluido que fluye a través de la cámara de lisis puede comprender una mezcla de material de muestra, amortiguador de lisis y perlas de lisis. Las perlas de lisis pueden comprender perlas de sílice (cerámica) (de, por ejemplo, 100 pm de diámetro) que se dispensan en la cámara de lisis 120 durante el montaje del cartucho multiplexado 10. El mezclador de perlas comprende un motor 128 con un impulsor 130 montado en un eje de salida del motor (véase la figura 2). El fluido fluye hacia la cámara de lisis 120 a través de una entrada 122 y fluye hacia afuera de la cámara de lisis 120 a través de una salida 124. Se puede proporcionar un filtro de malla frente a la entrada 122 y/o la salida 124. El o los filtros de malla tienen un tamaño de poro configurado para retener las perlas de lisis dentro de la cámara de lisis 120 mientras permiten que el fluido de muestra fluya dentro y fuera de la cámara de lisis 120. En funcionamiento, el motor 128 hace girar el impulsor 130 a una alta velocidad de rotación (por ejemplo, de alrededor de 5.000 a alrededor de 100.000 rpm, preferiblemente de alrededor de 10.000 a alrededor de 50.000 rpm, más preferiblemente de alrededor de 20.000 a alrededor de 30.000 rpm), de modo que el fluido dentro de la cámara de lisis 120, que puede incluir material de muestra y perlas de lisis, se agita vigorosamente por el impulsor giratorio, ayudando así a las perlas de lisis a alterar la estructura molecular del material de muestra. Por lo tanto, la mezcla de muestra que fluye fuera de la cámara de lisis 120 está más completamente lisada de lo que estaría sin el mezclador de perlas.
Un motor 128 adecuado de la mezcladora de perlas incluye Feiying, modelo FY0610-Q- 04170Y de Jinlong Machinery. El motor puede ser alimentado por una conexión temporal del cartucho multiplexado 10 a una fuente de energía externa de un instrumento en el que se está procesando el cartucho 10. El control del motor 128 puede implementarse por medio de elementos lógicos proporcionados externamente y/o internamente del cartucho 10. En un ejemplo, se proporciona una placa de circuito impreso de mezclador ("PCB") dentro de la cubierta inferior 30 que controla el funcionamiento del motor mezclador de perlas 128. El motor mezclador 128 se opera idealmente solo cuando el fluido fluye a través de la cámara de lisis 120. El fluido que fluye hacia la cámara de lisis 120 se puede detectar mediante un sensor óptico a través del puerto óptico de entrada 14 formado en la cubierta superior 12 (véase la figura 2), que está alineado con una cámara de detección óptica de entrada 154 (véase, por ej. la figura 15), de modo que el motor mezclador de perlas 128 se pueda activar, por ejemplo, tras la detección del extremo delantero de una corriente de fluido que fluye a través de la cámara de detección óptica de entrada 154 hacia la cámara de lisis 120. De manera similar, el fluido que fluye fuera de la cámara de lisis 120 se puede detectar mediante un sensor óptico a través del puerto óptico de salida 16 (véase la figura 2), que está alineado con la cámara de detección óptica de salida 158 (véase la figura 15), de modo que el motor mezclador de perlas 128 se puede desactivar, por ejemplo, al detectar el extremo posterior de una corriente de fluido que fluye a través de la cámara de detección óptica de salida 158.
El módulo de preparación de muestras 70 incluye además dos montajes de válvula activos 204, 219. El montaje de válvula 204 se conoce como el montaje de válvula de muestra y se coloca en la unión del décimo canal de fluido 172, el decimotercer canal de fluido 178 y el decimocuarto canal de fluido 180 y controla el flujo desde el decimotercer canal de fluido 178 hacia el decimocuarto canal de fluido 180. El montaje de válvula 219 se conoce como el montaje de válvula de desecho y se coloca en la unión del décimo canal de fluido 172 y el undécimo canal de fluido 174 y controla el flujo desde el décimo canal de fluido 172 al undécimo canal de fluido 174 y la cámara de desechos 102.
Los detalles de un montaje de válvula activo, por ejemplo, el montaje de válvula 204, se muestran en las figuras 13 y 14. El montaje de válvula 204 comprende una cavidad de válvula 210 formada en el sustrato 72. Un conducto de entrada 208 conduce a la cavidad de válvula 210, y un canal de salida 212 se extiende fuera de la cavidad 210. Se forma una abertura de acceso 206 en el sello superior 56 dispuesto sobre el sustrato 72. Una membrana de válvula flexible 216 se fija a una parte inferior del sello superior 56 debajo de la abertura de acceso 206 por medio de un adhesivo 214 que rodea la abertura de acceso 206. En la posición no desviada, o no accionada, como se muestra en la figura 13, el fluido puede fluir hacia la cavidad de válvula 210 a través de la entrada 208 y fluir fuera de la cavidad de válvula 210 a través de la salida 212. Por consiguiente, el flujo de fluido a través del montaje de válvula 204 no tiene impedimentos. Como se muestra en la figura 14, cuando un accionador de válvula externo 218 presiona hacia abajo a través de la abertura de acceso 206 para desviar la membrana de válvula 216 sobre la salida 212, el flujo de fluido a través del montaje de válvula 204 se bloquea. El accionador de válvula 218 puede comprender un poste de accionador 26 de la lengüeta de accionador 20 formada en la cubierta superior 12 (véase la figura 1). Específicamente, la lengüeta de accionador de válvula 18 está alineada con el montaje de válvula activo 204, y la lengüeta de accionador de válvula 20 está alineada con el montaje de válvula activo 219.
En varios ejemplos, el módulo de preparación de muestras 70 incluye además una cámara de desechos 102 (o más de una cámara de desechos) configurada para recibir y contener el exceso de fluidos usados.
MÓDULO DE REACCIÓN - PLACA SUPERIOR
Los detalles del módulo de reacción 240, y la placa superior 241 en particular, se muestran en las figuras 24-31. En referencia a las figuras 24 y 26, que muestran una vista en perspectiva superior y una vista en planta superior, respectivamente, de la placa superior 241, la placa superior 241 incluye una pared perimetral superior 256 que se proyecta por encima de una superficie superior 242 de la placa superior 241 y que circunscribe al menos parcialmente la superficie superior 240 en una ubicación desplazada hacia adentro desde los bordes externos de la placa superior 241. La pared perimetral superior 256 tiene una ranura o canal abierto continuo 258 formado a lo largo de su borde superior que proporciona un asiento para la junta adhesiva 232 que asegura el módulo de reacción 240 al módulo de preparación de muestras 70. Véase la figura. 4. La pared perimetral superior 256 forma un área empotrada 260 rodeada por la pared perimetral superior 256 en la superficie superior 242. Véanse también las figuras 28 y 29.
La placa superior 241 puede asumir una serie de configuraciones y puede estar hecha de una variedad de materiales. Los materiales adecuados incluyen, pero no se limitan a, fibra de vidrio, TEFLON®, cerámica, vidrio, silicio, mica, plástico (incluidos acrílicos, poliestireno y copolímeros de estireno y otros materiales, polipropileno, polietileno, polibutileno, policarbonato, poliuretanos y derivados de estos, etc.), etc. Un material de placa superior particularmente preferido es policarbonato.
Una horquilla de alineación 246 se extiende desde un extremo de la placa superior 241 y un bucle de alineación 244 se extiende desde un extremo opuesto de la placa superior 241. La horquilla de alineación 246 y el bucle de alineación 244 están configurados para recibir pasadores de alineación en un instrumento para el procesamiento del cartucho multiplexado 10 para asegurar la alineación adecuada del cartucho 10, como se describe con más detalle a continuación.
La placa superior 241 incluye además un compartimiento de muestra 266 con un puerto de entrada 268 que está en comunicación fluida con el tercer puerto de salida 190 del módulo de preparación de muestras 70.
La placa superior 241 incluye además un compartimiento de amortiguador de rehidratación (elución) 276 que tiene un puerto de entrada 278 que está en comunicación fluida con el segundo puerto de salida 188 del módulo de preparación de muestras 70. Un compartimiento de amortiguador de detección 280 contiene un amortiguador de detección secado inicialmente (aplicado a una porción de la placa superior 241 que forma el compartimiento de amortiguador de detección 280 o una porción del panel de procesamiento fluídico 354 que cubre el compartimiento de amortiguador de detección 280) que se reconstituye con una cantidad del amortiguador de reconstitución dispensada en el compartimiento de amortiguador de rehidratación 276 y transferida al compartimiento de amortiguador de detección 280. En un ejemplo, el compartimiento de amortiguador de detección 280 tiene una capacidad de 120-160 pi. En varios ejemplos, la placa superior 241 incluye un pasaje de conexión 274 entre el compartimiento de amortiguador de detección 280 y el compartimiento de amortiguador de rehidratación 276. El compartimiento de amortiguación de detección 280 puede incluir además un puerto 282 para inyectar un amortiguador en el compartimiento 280 durante un procedimiento de fabricación y/o para ventilar el compartimiento 280.
Las figuras 25 y 27 muestran una vista en perspectiva inferior y una vista en planta inferior, respectivamente, de la placa superior 241. En referencia a las figuras 25 y 27, además de las figuras 24 y 26, la placa superior 241 incluye además un compartimiento amortiguador 296, que, en un ejemplo, contiene un amortiguador/enzima de PCR en una forma seca (aplicada a una porción de la placa superior 241 que forma el compartimiento amortiguador 296 o a una porción del panel de procesamiento fluídico 354 (véanse las figuras 4 y 58) que cubre el compartimiento amortiguador 296), para ser posteriormente reconstituido (rehidratado) mediante una cantidad de amortiguador de rehidratación del compartimiento amortiguador de rehidratación 276. En un ejemplo, el compartimiento de amortiguador 296 tiene una capacidad de aproximadamente 20 pi. Se proporciona un puerto 298 para inyectar el amortiguador/enzima de PCR en el compartimiento durante el procedimiento de fabricación y/o para ventilar el compartimiento de amortiguador 296.
La placa superior 241 incluye además un segundo compartimiento amortiguador 300 que puede contener un reactivo de exonucleasa en forma seca (aplicado a una porción de la placa superior 241 que forma el segundo compartimiento amortiguador 300 o a una porción del panel de procesamiento fluídico 354 que cubre el segundo compartimiento amortiguador 300), para ser reconstituido posteriormente por una cantidad de amortiguador de rehidratación del compartimiento amortiguador de rehidratación 276. En un ejemplo, el segundo compartimiento amortiguador 300 tiene una capacidad de aproximadamente 20 pi. Se puede proporcionar un puerto 302 para inyectar amortiguador en el segundo compartimiento de amortiguador 300 durante un procedimiento de fabricación y/o para ventilar el compartimiento 300. Se puede proporcionar un vertedero 306 entre el compartimiento amortiguador de rehidratación 276 y el segundo compartimiento amortiguador 300 para permitir el flujo de fluido desde el compartimiento amortiguador de rehidratación 276 hacia el compartimiento 300.
La placa superior 241 incluye además una pared perimetral inferior 290 que circunscribe la parte inferior de la placa superior 241. La pared perimetral inferior 290 define un rebaje rodeado por la pared perimetral 290 configurada para recibir un panel, tal como el panel de procesamiento fluídico 354, para encerrar la mitad inferior de la placa superior 241. Un soporte de panel elevado 290 rodea la periferia externa de la superficie inferior de la placa superior 241 justo dentro de la pared perimetral 290. El área 294 dentro del soporte de panel 292 está ligeramente empotrada con respecto al soporte de panel 292, de modo que un panel insertado dentro de la pared perimetral 290 se soporta en la superficie de soporte de panel 292, y el hueco 294 define un espacio 295 (véanse las figuras 28, 29) entre el panel y la placa superior 241.
La placa superior 241 puede incluir además puertos de entrada de fluido 250, 252, al menos uno de los cuales está en comunicación fluida con el primer puerto de salida 182 del módulo de preparación de muestras 70. Los puertos de entrada 250, 252 proporcionan una comunicación fluida con el espacio 295 entre la superficie inferior de la placa superior de reacción 241, por ejemplo, en el área 294, y el panel de procesamiento fluídico 354 que rodea la superficie inferior de la placa superior 241.
La placa superior 241 incluye además compartimientos de detección 350a, 350b, 350c y 350d, cada uno con un puerto de entrada o puerto de ventilación 352. El ejemplo ilustrado incluye cuatro compartimientos de detección 350a-d, aunque uno puede imaginar fácilmente configuraciones alternativas de la placa superior 241 que comprenden una cantidad menor o mayor de los compartimientos de detección 350.
El área 304 en la superficie inferior comprende un área de procesamiento que está ligeramente empotrada con respecto al área 294, formando así un espacio más grande entre la placa superior 241 y un panel inferior en el área 304 que en el área 294.
El módulo de reacción 240 puede incluir además una o más trampas de burbujas 340 que se forman en la placa superior 241. Cada trampa de burbujas 340 incluye una campana de captura de burbujas 342 formada en la placa superior 241 que se inclina hacia arriba hacia una abertura de ventilación 344. En un ejemplo, las burbujas de aire ascendentes generadas por el movimiento de fluido debajo de la trampa de burbujas se capturan en la campana de captura 344 y se liberan a través de la abertura de ventilación 344. La campana de captura puede tener una forma que se ajuste a una trayectoria de movimiento de fluido debajo o adyacente a la trampa de burbujas. En el ejemplo ilustrado, cinco trampas de burbujas 340 que tienen campanas de captura alargadas 342 se colocan sobre cuatro vías de movimiento de fluidos, cada una ubicada debajo y entre dos trampas de burbujas adyacentes 340, como se describirá con más detalle a continuación.
Los detalles de la entrada de fluido 252 se muestran en la figura 30. Como se señaló, la entrada de fluido 252 puede estar alineada con la primera salida de fluido 182 del módulo de preparación de muestras 70. La entrada de fluido 252 puede tener una forma frustocónica hacia adentro, donde el tamaño de la salida 182 por encima de la entrada 252 es más estrecho que el extremo superior de la entrada 252. Esto ayuda a garantizar que el fluido dispensado a través de la salida 182 sea capturado por la entrada 252.
Los detalles del compartimiento de muestra 266, el compartimiento de amortiguador de rehidratación 276 y el compartimiento de amortiguador de detección 280 se muestran en la figura 31. El compartimiento de muestra 266 está configurado para recibir una cantidad (p. ej., 200 pl) de perlas magnéticas con analito diana unido (p. ej., ADN, ácido nucleico) del módulo de preparación de muestra 270 a través del puerto de entrada 268. El puerto de entrada 268 del compartimiento de muestra 266 preferiblemente tiene una forma cónica y está alineado con la tercera salida 190 del módulo de preparación de muestra 70. En varios ejemplos, la tercera salida 190 pasa a través de una boquilla cónica 322 para minimizar las gotitas colgantes desde el extremo de la salida 190. El puerto de entrada 268 también se estrecha preferiblemente con su extremo más ancho en la parte superior para garantizar así que el fluido dispensado a través de la salida 190 se capture en el puerto de entrada 268. La salida 190 y el puerto de entrada 268 están configurados de modo que haya un pequeño espacio entre ellos. Este espacio comprende parte de un espacio intersticial 308 entre la parte superior de la placa superior 241 del módulo de reacción 240 y la parte inferior del módulo de preparación de muestras 70. Este espacio proporciona una trampa para recoger cualquier burbuja de aire contenida en fluidos dentro del módulo de reacción 240, especialmente burbujas de aire que se pueden generar cuando se dispensa fluido desde la salida 190 hacia el puerto de entrada 268.
El compartimiento de amortiguador de rehidratación 276 está configurado para recibir una cantidad (por ejemplo, 200 gl) de una solución amortiguadora que es adecuada para rehidratación de reactivos secos y elución de ácido nucleico de perlas del módulo de preparación de muestras 270 a través del puerto de entrada 278. El puerto de entrada 278 del compartimiento amortiguador de rehidratación 276 está alineado con la segunda salida 188 del módulo de preparación de muestras 70. Nuevamente, la salida 188 fluye preferiblemente a través de una boquilla ahusada 320, cuyo extremo está separado del puerto de entrada 278, que también está ahusado.
Nuevamente, el espacio entre el extremo de la boquilla roscada 320 y el puerto de entrada 278 permite que las burbujas de gas dentro del fluido que fluye entre la salida 188 y el puerto de entrada 278 escapen hacia el espacio intersticial 308.
MÓDULO DE REACCIÓN - PANEL DE PROCESAMIENTO FLUÍDICO
En referencia a las figuras 58, 59, en varios ejemplos, el módulo de reacción 240 del cartucho multiplexado 10 incluye un panel de procesamiento fluídico 354, fijado a la parte inferior de la placa superior 241. El panel de procesamiento fluídico 354 está rodeado periféricamente por la pared perimetral 290 y se sostiene y fija al soporte del panel 292, por ejemplo, mediante un adhesivo resistente al aceite y a la temperatura. El panel de procesamiento fluídico 354 facilita una serie de funcionalidades del cartucho multiplexado 10, tales como movimiento de fluido y detección de analitos. Dichos movimientos de fluidos pueden incluir transportar una o más gotitas de fluido a lo largo de las vías de transporte de fluidos, mezclar fluidos moviendo una o más gotitas de forma oscilatoria (por ejemplo, linealmente hacia adelante y hacia atrás o en una trayectoria continua (por ejemplo, circular, ovalada, rectangular)), combinar gotitas de fluido que pueden contener diferentes materiales, dividir gotitas en dos o más gotitas más pequeñas, etc.
El panel de procesamiento fluídico 354 incluye un sustrato 356. Los sustratos adecuados incluyen superficies metálicas tales como oro, electrodos como se definen a continuación, vidrio y vidrio modificado o funcionalizado, fibra de vidrio, cerámica, mica, plástico (incluidos acrílicos, poliestireno y copolímeros de estireno y otros materiales, polipropileno, polietileno, polibutileno, poliimida, policarbonato, poliuretanos, TEFLON® y derivados de estos, etc.), GETEK® (una mezcla de óxido de polipropileno y fibra de vidrio), etc., polisacáridos, nailon o nitrocelulosa, resinas, sílice o materiales a base de sílice que incluyen silicio y silicio modificado, carbono, metales, vidrios inorgánicos y una variedad de otros polímeros, siendo particularmente preferibles los materiales de placa de circuito impreso (PCB).
En varios ejemplos, el panel de procesamiento fluídico 354 puede dividirse en una cantidad de áreas funcionales o zonas de procesamiento distintas, que pueden superponerse espacialmente o ser espacialmente distintas o parcialmente separadas espacialmente y parcialmente distintas espacialmente.
En varios ejemplos, el procesamiento de reacción de fluidos dentro del módulo de reacción 240 se basa al menos parcialmente en la manipulación de fluidos microfluídicos utilizando las llamadas técnicas electrohumectantes para formar microgotitas que se pueden manipular tanto espacial como bioquímicamente.
En general, la electrohumectación es la modificación de las propiedades de humectación de una superficie hidrofóbica (tal como PCB) con un campo eléctrico aplicado. En un sistema electrohumectanate, el cambio en el ángulo de contacto sustrato-electrolito debido a una diferencia de potencial aplicada da como resultado la capacidad de mover el electrolito en una superficie. Esencialmente, como se describe en la patente estadounidense n.° 6,565,727, al aplicar un potencial eléctrico a un electrodo (o grupo de electrodos) adyacente a una gota de líquido polar (por ejemplo, uno que contiene un analito diana), la superficie en estos electrodos se vuelve más hidrófila y la gota se tira mediante un gradiente de tensión superficial para aumentar el área de superposición con los electrodos cargados. Esto hace que la gota se propague en la superficie y, al eliminar posteriormente el potencial o activar diferentes electrodos, el sustrato vuelve a un estado hidrofóbico, lo que resulta en que la gota se mueva a una nueva área hidrofílica en el sustrato. De esta manera, las gotas se pueden mover física y discretamente sobre la superficie plana del sustrato a diferentes zonas de procesamiento, para su procesamiento, manipulación y detección. Las gotas se pueden mover a velocidades variadas, dividir (por ejemplo, una única gota se puede dividir en dos o más gotas), pulsar y/o mezclar (dos o más gotas se fusionan en la misma ubicación y a continuación se dividen o se mueven como una). Además, la electrohumectación puede instigar la mezcla dentro de una única gotita. Como se describe con más detalle a continuación, las gotas también pueden usarse para rehidratar reactivos secos almacenados en diferentes ubicaciones en el sustrato de PCB. Una característica típica de la electrohumectación es la manipulación precisa de volúmenes de fluido muy pequeños. Por ejemplo, el ácido nucleico diana aislado se puede eluir a una concentración muy alta en menos de 10 pi antes de la amplificación de PCR, en comparación con los volúmenes de elución de 100 pi y concentraciones de analito diana mucho más bajas que se presentan en otros sistemas. Además, la electrohumectación permite que las vías de fluido se alteren en el desarrollo y en el producto a través del software, sin la necesidad de realizar ningún cambio en la interfaz física (por ejemplo, nuevas válvulas, vías de fluido, etc.).
Los ejemplos de sistemas microfluídicos que utilizan técnicas de electrohumectación se describen en la publicación de patente estadounidense. n .°. 2013/0252262, 2013/0233712, 2013/0233425, 2013/0230875, 2013/0225452, 2013/0225450, 2013/0217113, 2013/0217103, 2013/0203606, 2013/0178968, 2013/0178374, 2013/0164742, 2013/0146461, 2013/0130936, 2013/01 18901, 2013/0059366, 2013/0018611, 2013/0017544, 2012/0261264, 2012/0165238, 2012/0132528, 2012/0044299, 2012/0018306, 2011/0311980, 2011/0303542, 2011/0209998, 2011/0203930, 2011/0186433, 2011/0180571, 2011/01 14490, 2011/0104816, 2011/0104747, 2011/0104725, 2011/0097763, 2011/0091989, 2011/0086377, 2011/0076692, 2010/0323405, 2010/0307917, 2010/0291578, 2010/0282608, 2010/0279374, 2010/0270156, 2010/0236929, 2010/0236928, 2010/0206094, 2010/0194408, 2010/0190263, 2010/0130369, 2010/0120130, 2010/0116640, 2010/0087012, 2010/0068764, 2010/0048410, 2010/0032293, 2010/0025250, 2009/0304944, 2009/0263834, 2009/0155902, 2008/0274513, 2008/0230386, 2007/0275415, 2007/0242105, 2007/0241068, Patente estadounidense n .° 8541176, 8492168, 8481125, 8470606, 8460528, 8454905, 8440392, 8426213, 8394641, 8389297, 8388909, 8364315, 8349276, 8317990, 8313895, 8313698, 8304253, 8268246, 8208146, 8202686, 8137917, 8093062, 8088578, 8048628, 8041463, 8007739, 7998436, 7943030, 7939021, 7919330, 7901947, 7851 184, 7822510, 7816121, 7815871, 7763471, 7727723, 7439014, 7255780, 6773566, y 6565727.
Por lo tanto, en varios ejemplos, el panel de procesamiento fluídico 354 comprende una rejilla de electrodos que forman y definen zonas de procesamiento discretas, que incluyen vías, para gotitas de fluido según sea apropiado para los ensayos u otro(s) procedimiento(s) que se realizan en el módulo de reacción 240. En general, un "punto" o "ubicación" o "almohadilla" (a veces denominada "almohadilla de electrohumectación" o "EWP") se representa en general en las figuras como un rectángulo donde las líneas que forman los lados del rectángulo representan electrodos, de modo que una gotita se mueve a lo largo de una trayectoria en etapas discretas, de almohadilla a almohadilla. Al manipular la rejilla del electrodo, las gotitas se pueden mover selectivamente en cualquiera de las cuatro direcciones según sea necesario: hacia adelante, hacia atrás, izquierda o derecha, en relación con una posición actual. Por lo tanto, en varios ejemplos, el panel de procesamiento fluídico 354 incluye una rejilla de electrodos grabados que forman una red de almohadillas para mover gotitas de muestra desde la preparación de la muestra hasta la detección de analitos diana.
En el ejemplo ilustrado, los electrodos formados en el sustrato 356 del panel de procesamiento fluídico 354 definen una cantidad de regiones funcionales discretas que proporcionan movimiento y/o recolección de gotitas de fluido. Como se muestra en las figuras 26, 27 y 59, estas zonas incluyen una zona de perlas de muestra 368 que corresponde espacialmente al compartimiento de muestra 266 de la placa superior 241, una zona de hibridación 370 que corresponde espacialmente al compartimiento de amortiguador de detección 280 de la placa superior 241, una zona de amortiguador de rehidratación 372 que corresponde espacialmente al compartimiento de amortiguador de rehidratación (elución) 276 de la placa superior 241, una zona de reactivo de exonucleasa 374 que corresponde espacialmente al segundo compartimiento de amortiguador 300 de la placa superior 241, y una zona de reactivo de PCR 376 que corresponde espacialmente al compartimiento de amortiguador 296 de la placa superior 241. Otras zonas definidas en el panel de procesamiento fluídico 354 incluyen las zonas de electrosensores 360a, 360b, 360c y 360d correspondientes espacialmente a los compartimentos de detección 350a, 350b, 350c y 350d, respectivamente, y que incluyen además matrices de electrosensores 363a, 363b, 363c y 363d, respectivamente. Aún otras vías definidas en el panel de procesamiento fluídico 354 incluyen termociclado, o PCR, vías 364a, 364b, 364c y 364d, cada una ubicada espacialmente debajo y entre dos trampas de burbujas adyacentes 340 de la placa superior 241.
Los electrodos del panel de procesamiento fluídico 354 pueden definir además una zona de exonucleasa 384.
Los electrodos del panel de procesamiento fluídico 354 pueden definir además zonas de mezcla de detección, que, en el ejemplo ilustrado, comprenden cuatro grupos de nueve almohadillas de electrodos indicadas por los números de referencia 385a, 385b, 385c y 385d.
El panel de procesamiento fluídico puede incluir además una cantidad de matrices de almohadillas de conector configuradas para contactar y hacer conexiones eléctricas con clavijas de conector (por ejemplo, clavijas pogo) ubicadas dentro del instrumento de procesamiento, como se describirá con más detalle a continuación. El ejemplo ilustrado incluye siete matrices de almohadillas conectoras: 358a, 358b, 358c, 358d, 358e, 358f y 358g.
Como apreciarán los expertos en la técnica, hay una amplia cantidad de configuraciones de rejilla de electrodos que se pueden emplear en el cartucho multiplexado 10, que incluye, de modo no taxativo, configuraciones descritas en esta invención. Los ejemplos de configuraciones de electrodos de electrohumectación para diferentes utilidades se muestran en la patente estadounidense No. 8,541,176 incorporada previamente.
En general, los materiales preferidos para el panel de procesamiento fluídico 354 incluyen materiales de placa de circuito impreso. En varios ejemplos, los materiales de placa de circuito son aquellos que comprenden un sustrato aislante (por ejemplo, el sustrato 356) que está recubierto con una capa conductora y procesado usando técnicas de litografía, particularmente técnicas de fotolitografía, para formar los patrones de electrodos e interconexiones (a veces denominados en la técnica como interconexiones o cables). El sustrato aislante es en general, pero no siempre, un polímero. Como se conoce en la técnica, se puede usar una o una pluralidad de capas, para hacer placas "bidimensionales" (por ejemplo, todos los electrodos e interconexiones en un plano, "conectores de tarjeta de borde") o placas "tridimensionales" (donde los electrodos están en una superficie y las interconexiones pueden pasar a través de la placa al otro lado o donde los electrodos están en una pluralidad de superficies). Los sistemas tridimensionales frecuentemente dependen del uso de perforación o grabado para formar orificios, o vías, a través del sustrato, seguido de galvanoplastia con un metal tal como cobre, de modo que se realizan las interconexiones "a través de la placa". Los materiales de la placa de circuito a menudo se proporcionan con una lámina ya unida al sustrato, tal como una lámina de cobre, con cobre adicional agregado según sea necesario (por ejemplo, para interconexiones), por ejemplo, mediante galvanoplastia. La superficie de cobre puede entonces necesitar ser rugosa, por ejemplo a través del grabado, para permitir la unión de la capa de adhesión.
En un ejemplo, las conexiones eléctricas tanto de las rejillas de electrodos electrohumectante como de los electrodos de detección, es decir, las matrices de almohadilla de conector 360a-g, se extienden a través del panel para producir una llamada matriz de rejilla terrestre que puede interactuar con una clavija pogo o con un conector similar para hacer conexiones desde el chip a un instrumento de procesamiento. En varios ejemplos, la superficie del panel de procesamiento fluídico 354 (por ejemplo, la PCB con las rejillas de electrodos) está recubierta con una película de una sustancia para facilitar el mecanismo de electrohumectación y limpiar el transporte de la almohadilla a la almohadilla. En varios ejemplos, la superficie está recubierta con una película de poliimida, tal como KAPTON® de DuPont (por ejemplo, KAPTON® negro o amarillo), que forma una capa dieléctrica. Las propiedades superficiales de la capa dieléctrica son importantes para facilitar la electrohumectación y para atenuar el voltaje que se utiliza con el fin de evitar la electrólisis en la gotita acuosa. Además, la superficie Kapton® o similar, tal como una máscara de soldadura, debe estar recubierta con un recubrimiento hidrofóbico, tal como Paralyene, TEFLON® (politetrafluoroetileno), fluoropolímeros CYTOP ®, por nombrar algunos, para hacer que la superficie sea hidrofóbica, lo cual es necesario para que funcione la electrohumectación.
Tal como apreciarán los expertos en la técnica, la forma del reactivo proporcionado en el módulo de reacción 240 dependerá del reactivo. Algunos reactivos se pueden secar o en forma sólida (por ejemplo, cuando se van a utilizar amortiguadores particulares), otros se pueden liofilizar, etc. Los ejemplos particularmente útiles utilizan reactivos secos con estabilizadores añadidos, tales como sales, azúcares, polisacáridos, polímeros o proteínas tales como gelatinas, etc., tal como lo apreciarán los expertos en la técnica. Por ejemplo, Biomatrica produce estabilizadores comerciales para su uso en el presente sistema.
Como apreciarán los expertos en la técnica, si se utilizan, los reactivos secos se pueden rehidratar de una de dos maneras generales. Se introduce líquido del módulo de preparación de muestras 70 en la almohadilla (o zona) adecuada o la muestra en sí sirve como un solvente acuoso para poner los reactivos sólidos en solución. Por ejemplo, el amortiguador de resuspensión adecuado (que puede ser agua, en algunos casos) se puede agregar a través de la placa superior 241 desde el módulo de preparación de muestras 70 a una almohadilla particular para rehidratar el reactivo o reactivos, y luego la gotita de reactivo se puede fusionar con la gotita de muestra.
De manera alternativa, las gotas que contienen el analito diana (por ejemplo, en el amortiguador de elución utilizado para liberar los analitos diana de las perlas de captura) se pueden transportar a una almohadilla que contiene los reactivos secos, que luego se suspenden en la propia gota. Un beneficio de este ejemplo es que el volumen final de una gotita no aumenta significativamente, como lo hace cuando una gotita de reactivo se fusiona con una gotita de muestra. Esto puede ser particularmente útil en situaciones en las que se requieren múltiples adiciones de reactivos.
El número, tipo y cantidad de los diferentes reactivos dependerá de la muestra, el analito diana y la reacción deseada. Por ejemplo, para las secuencias diana de ácido nucleico en una reacción de PCR estándar, cuando la muestra de partida es ADN, los reactivos secos a bordo incluyen amortiguador RT-PCR, enzima de PCR (por ejemplo, una polimerasa Taq), dNTP, cebadores de PCR, exonucleasa, sondas de señal, amortiguador de señal y amortiguadores de detección (con el amortiguador de lisis, el amortiguador de unión, el amortiguador de elución, los amortiguadores de reconstitución (opcionales) y la suspensión de perlas magnéticas todos contenidos en el módulo de preparación de muestra 70, en lugar de secarse en el panel de procesamiento fluídico 354). En esta invención se describen ejemplos. Sin embargo, como apreciarán los expertos en la técnica, se puede utilizar cualquier cantidad de configuraciones de reactivos secos y reactivos líquidos en el módulo de preparación de muestras 70.
El compartimiento dentro del módulo de reactor 240 formado entre el panel de procesamiento fluídico 354 y la placa superior 241 descrita anteriormente, en general se llena con un fluido en el que las gotitas de analito diana (en general soluciones acuosas) son inmiscibles, y este fluido inmiscible es en general menos polar que la solución de la gotita. Tal como se describe en la patente estadounidense n.° 8.541.177, hay dos formas generales de aislar gotitas en almohadillas que incluyen llenar el compartimiento con un fluido inmiscible que incluye líquidos inmiscibles y gases inmiscibles, o mediante el uso del líquido inmiscible como un encapsulante de gotitas, por ejemplo, dar a la gotita un depósito de aceite al pasar la gotita a través de una interfaz aire/aceite.
Los fluidos no miscibles particularmente adecuados para su uso en los ensayos de detección de ácido nucleico descritos en esta invención incluyen, pero no se limitan a, aceites de silicona, aceite mineral, aceites de fluorosilicona; hidrocarburos, que incluyen, por ejemplo, alcanos, tales como decano, undecano, dodecano, tridecano, tetradecano, pentadecano, hexadecano; alcanos alifáticos y aromáticos tales como dodecano, hexadecano y ciclohexano, aceites de hidrocarburos, aceites minerales, aceites de parafina; aceites halogenados, tales como fluorocarbonos y perfluorocarbonos (por ejemplo, líquidos 3M Fluorinert), así como mezclas de los anteriores. Los ejemplos de fluidos de relleno de gas adecuados incluyen, de modo no taxativo, aire, argón, nitrógeno, dióxido de carbono, oxígeno, aire humidificado, cualquier gas inerte. En un ejemplo, la fase primaria es una solución acuosa, y la fase secundaria es aire o aceite, que es relativamente inmiscible con agua. En otro ejemplo, el fluido de relleno incluye un gas que llena el espacio entre las placas que rodean las gotitas. Un fluido de relleno preferido es aceite de baja viscosidad, tal como aceite de silicona. Otros fluidos adecuados se describen en la solicitud de patente estadounidense. N ° 60/736,399, titulada "Fluidos de relleno para microfluidos a base de gotitas" presentada el 14 de noviembre de 2005. El fluido se puede seleccionar para evitar cualquier evaporación significativa de las gotitas.
Como entenderán los expertos en la técnica, el movimiento de las gotitas de la almohadilla a la almohadilla, con la adición de reactivos según sea necesario, se puede utilizar para cualquier cantidad de manipulaciones de muestras. En el caso de las manipulaciones de ácido nucleico para la detección de ácido nucleico, estas manipulaciones en general incluyen la adición de reactivos, tales como enzimas de PCR, amortiguador de PCR, cebadores, exonucleasa, enzimas de transcriptasa inversa (RT), amortiguadores de RT-PCR, amortiguadores de señal, sondas de señal, etc.
En varios ejemplos, una o más porciones, o secciones, de la vía de rejilla de electrodos de las almohadillas están expuestas al calor dentro de zonas térmicas discretas para, por ejemplo, amplificación, digestión de exonucleasa, transcripción inversa, elución diana y detección electroquímica. Dichas zonas térmicas pueden comprender una región de detección 378, una región de exonucleasa 380 y regiones de termociclado (PCR) (también denominadas zonas térmicas) 382a, 382b, 382c.
Como apreciarán los expertos en la técnica, algunas manipulaciones, tales como la amplificación de PCR, requieren el termociclado entre 2 y 3 temperaturas diferentes (unión de cebador, extensión y desnaturalización), mientras que otras requieren una temperatura uniforme para obtener los mejores resultados, por ejemplo, procedimientos enzimáticos tales como el uso de exonucleasa y transcriptasa inversa, temperatura(s) específica(s) para mejorar la elución y/o resuspensión de reactivo, o temperaturas de unión/ensayo en el caso de la detección electroquímica. Las técnicas de amplificación isotérmica y otras alternativas de PCR suelen requerir un control preciso de la temperatura.
En varios ejemplos, el calor aplicado a diferentes porciones del panel de procesamiento fluídico 354 se genera mediante componentes térmicos, tales como calentadores resistivos o chips termoeléctricos (Peltier) y se encuentran fuera del cartucho en los sectores de procesamiento del instrumento en el que se coloca el cartucho 10. A continuación se describen ejemplos de dichos componentes térmicos.
En un ejemplo, las zonas de manipulación de muestras en el panel de reactor 354 pueden incluir opcionalmente sensores, por ejemplo, para monitorear y controlar las temperaturas de la zona térmica, particularmente en el caso donde las temperaturas específicas son deseables. Estos sensores pueden incluir, pero no se limitan a, termopares y detectores de temperatura de resistencia (RTD). Alternativamente, dichos sensores también pueden estar "fuera del cartucho" en los sectores.
En varios ejemplos para detectar dianas de ácido nucleico, el panel de procesamiento fluídico 354 comprende una o más vías de termociclado, o PCR o amplificación 364a, 364b, 364c y 364d. El panel de procesamiento fluídico 354 puede contener 1, 2, 3 o más vías de termociclado de almohadillas. Estos se pueden utilizar para reacciones PCR individuales (por ejemplo, una gotita se mueve hacia arriba y hacia abajo por una vía o hacia arriba por una vía y hacia abajo por otra, etc.) o para la multiplexación (por ejemplo, para múltiples vías, múltiples gotitas diferentes se pueden mover hacia arriba y hacia abajo por cada vía).
Tal como apreciarán los expertos en la técnica, cada reacción de PCR se puede multiplexar adicionalmente. Es decir, para la amplificación específica de la diana, el uso de múltiples conjuntos de cebadores en una única reacción de PCR puede ser difícil de manejar y, por lo tanto, la presente invención permite que múltiples reacciones logren niveles más altos de multiplexación. Por ejemplo, para la evaluación de 21 secuencias diana diferentes (por ejemplo, en la detección de virus respiratorios), puede ser deseable ejecutar 3 reacciones diferentes de siete conjuntos de cebadores; por ejemplo, una primera gotita de muestra de PCR en una primera vía recoge un primer conjunto de 7 pares de cebadores (por ejemplo, "Mezcla de cebadores A"), una segunda gotita recoge en una segunda vía un segundo conjunto de 7 pares de cebadores ("Mezcla de cebadores B"), y una tercera gotita en una tercera vía recoge un tercer conjunto ("Mezcla de cebadores C"). En algunos ejemplos, se puede procesar más de una gotita en cada vía, por lo que cada vía puede incluir más de un conjunto de cebadores. En algunos ejemplos, los cebadores serán completamente diferentes en cada conjunto; en otros, la redundancia y/o los controles internos se incorporan en el sistema mediante la adición de los mismos conjuntos de cebadores a diferentes vías. El número de multiplexores puede variar fácilmente a través del software sin necesidad de modificar ningún componente físico del sistema.
En general, las reacciones de amplificación adecuadas para su uso en los presentes sistemas utilizan conjuntos de cebadores donde un cebador de cada conjunto tiene un extremo bloqueado que es impermeable a las exonucleasas estándar. Es decir, es deseable eliminar una cadena de los amplicones de doble cadena que se generan en la reacción de PCR, para simplificar las reacciones de detección y eliminar la señal de fondo. Por lo tanto, al ejecutar una primera reacción de PCR y a continuación añadir exonucleasa, se digiere una cadena del amplicón de doble cadena, dejando solo la cadena de detección.
El uso de múltiples zonas de calentamiento a lo largo de las vías de termociclado 364a-d, como se representa en general en la figura 59, permite que las gotitas se desplacen a través de las zonas térmicas apropiadas. Como se muestra en la figura 59, se muestran las cuatro vías de termociclado 364a, 364b, 364c y 364d que se extienden a través de las tres zonas térmicas 382a, 382b y 382c. Los elementos térmicos, por ejemplo, calentadores resistivos, que corresponden a las zonas térmicas, 382a, 382b y 382c son elementos de calentador fuera del cartucho y se pueden mantener a temperaturas de 95 °C, 72 °C y 64 °C para su uso en termociclado de PCR. En algunos ejemplos, se pueden utilizar dos zonas de temperatura diferentes (por ejemplo, alrededor de 95 °C para la desnaturalización y alrededor de 60 °C para el recocido y la extensión) para una reacción de PCR de dos etapas. En otros ejemplos, se puede emplear una configuración de tres zonas y dos temperaturas, donde un calentador intermedio correspondiente a la zona térmica media 382b controla la temperatura de desnaturalización (por ejemplo, alrededor de 95 °C), y los calentadores adicionales correspondientes a las zonas térmicas 382a, 382c a cada lado del calentador de desnaturalización proporcionan sustancialmente la misma temperatura de recocido y extensión (por ejemplo, alrededor de 60 °C). En esta configuración, los ciclos de amplificación de dos etapas se pueden realizar con más de una gotita en cada vía de termociclado 364a-d. Por ejemplo, dos gotitas pueden colocarse en cada vía de termociclado y espaciarse de tal manera que cuando una gotita se encuentra en la zona de desnaturalización 382b, la otra se encuentra en una de las zonas de recocido y extensión combinadas 382a o 382b, y viceversa. Cada gotita puede recoger reactivos de amplificación (por ejemplo, un cóctel cebador) en ubicaciones, por ejemplo, en cada extremo de una vía de termociclado, tales como ubicaciones 366a, 366b de cada una de las vías de termociclado 364a-d. Al desplazar las gotitas en tándem hacia adelante y hacia atrás entre las zonas de desnaturalización y recocido/extensión, se pueden amplificar ambas en la misma cantidad de tiempo que normalmente llevaría amplificar una sola gotita. En una configuración de cuatro vías como se muestra, esto significa que ocho gotitas se pueden amplificar simultáneamente en lugar de tres.
En varios ejemplos, el cartucho multiplexado 10 de la presente invención se basa en el uso de electrodos y etiquetas electroquímicas para la detección de analitos diana. En general, la superficie de los electrodos dentro de cada matriz de electrodos 363a, 363b, 363c y 363d (opcionalmente recubiertos con una monocapa auto-montada (SAM)) tiene ligandos de captura que se unen a la diana. Se incluye un segundo ligando de etiqueta, que también se une a la diana, de modo que en presencia de la diana, el ligando de etiqueta se une cerca de la superficie del electrodo y se puede detectar electrónicamente.
Por lo tanto, la zona de detección del panel de procesamiento fluídico 354 comprende uno o más matrices separadas de electrodos de detección 363a, 363b, 363c y 363d dentro de las respectivas zonas de electrosensores 360a, 360b, 360c y 360d. Por "electrodo" en esta invención se entiende una composición que, cuando se conecta a un dispositivo electrónico, es capaz de detectar una corriente o carga y convertirla en una señal. Alternativamente, un electrodo se puede definir como una composición que puede aplicar un potencial y/o pasar electrones a o desde especies en la solución. Los electrodos preferidos que son conocidos en la técnica e incluyen, pero no se limitan a, determinados metales y sus óxidos, que incluyen oro; platino; paladio; silicio; aluminio; electrodos de óxido de metal que incluyen óxido de platino, óxido de titanio, óxido de estaño, óxido de estaño indio, óxido de paladio, óxido de silicio, óxido de aluminio, óxido de molibdeno (Mo2Ü6), óxido de tungsteno (WO3) y óxidos de rutenio; y carbono (que incluye electrodos de carbono vítreos, grafito y pasta de carbono). Los electrodos preferidos incluyen electrodos de oro, silicio, carbono y óxido de metal, siendo el oro particularmente preferido. En un ejemplo particularmente útil, tanto la rejilla del electrodo de electrohumectación como los electrodos de detección son de oro y se fabrican simultáneamente en el panel de procesamiento fluídico 354.
El presente sistema encuentra utilidad particular en formatos de matriz, es decir, donde hay una matriz de electrodos de detección direccionables. Por "matriz" en esta invención se refiere a una pluralidad de ligandos de captura en electrodos en un formato de matriz; el tamaño de la matriz dependerá de la composición y el uso final de la matriz. Se pueden hacer matrices que contienen de aproximadamente dos ligandos de captura diferentes a aproximadamente 50 a 100. En algunos ejemplos preferidos, 80 o 100 electrodos de detección de trabajo se dividen en cuatro o cinco zonas distintas de veinte, con cada zona que tiene hasta sesenta sondas de captura (tres sondas de captura diferentes por electrodo).
La zona de detección del panel de procesamiento fluídico 354 comprende una o más matrices de electrodos de detección 363a-d, cada uno de los cuales se encuentra dentro de una zona de electro-sensor 360a-d que se encuentra en comunicación fluida con la vía de gotitas de una de las zonas de mezcla de detección 385a-d asociadas. Es decir, las gotitas que contienen los amplicones recogerán el reactivo de detección necesario, tal como una sonda de etiqueta (por ejemplo, un cóctel de sonda de señal que puede estar en forma seca, por ejemplo, en las ubicaciones 362a, 362b, 362c y 362d) adyacente a las zonas de detección de electro-sensor 360a, 360b, 360c y 360d, respectivamente, y luego se dispersarán en las zonas de detección de electro-sensor asociadas 360a, 360b, 360c y 360d. Los cócteles de sonda de señal pueden aplicarse a una porción de la placa superior 241 que forma las ubicaciones 362a, 362b, 362c y 362d o una porción del panel de procesamiento fluídico 354 que cubre las ubicaciones 362a, 362b, 362c y 362d. En general, cada zona de detección recibe una o más gotitas de muestra que en general se dispersan en la matriz de electrodos, que se considera una "almohadilla" más grande.
En un ejemplo, el módulo de reacción 240 incluye cuatro (4) zonas de detección de electrodos, y cada matriz de electrodos incluye 20 electrodos de trabajo (que pueden incluir un electrodo de referencia y un electrodo auxiliar). Cada electrodo de detección de cada matriz de electrodos 363a-d comprende un cable independiente (interconexión) para transmitir señales de respuesta electrónica y de entrada para cada electrodo de la matriz de modo que tanto las señales de respuesta electrónica como de entrada se puedan monitorear independientemente para cada electrodo. Es decir, cada electrodo es independientemente direccionable. Además, el módulo de reacción se configura preferiblemente para el control independiente de las almohadillas de electrohumectación que rodean cada electrodo de cada matriz de electrodos 363a, 363b, 363c y 363d.
Además de los componentes del panel de procesamiento fluídico 354 descrito anteriormente, el panel de procesamiento fluídico 354 también puede comprender opcionalmente una EPROM, EEPROM o RFID para identificar el cartucho, por ejemplo, que contiene información sobre el lote, tratamiento o contenido del cartucho multiplexado 10. Esto puede incluir información sobre la identificación del ensayo, por ejemplo.
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL INSTRUMENTO
Un instrumento configurado para el procesamiento del cartucho multiplexado 10 y incorpora aspectos de la presente invención se indica mediante el número de referencia 400 en la figura 32.
El instrumento comprende una consola de control 402, uno o más módulos de procesamiento 410 acoplados operativamente a la consola de control 402, sectores de procesamiento dentro de cada módulo de procesamiento 410, cada una de las cuales está configurada para recibir un cartucho multiplexado y procesar el cartucho multiplexado independientemente de los otros sectores, y software de instrumento (ISW). En varios ejemplos, el instrumento comprende una consola de control 402 y hasta cuatro módulos de procesamiento 410, donde cada módulo de procesamiento incluye seis sectores de procesamiento. Cada módulo de procesamiento 410 está acoplado operativamente a la consola de control 402, por ejemplo, para intercambiar datos de alimentación, entrada y salida, y controlar las transmisiones de señales con la consola de control 402 y también puede estar conectado físicamente a la consola de control 402. Cada sector de procesamiento con el módulo de procesamiento 410 está configurada para aceptar un cartucho multiplexado 10 a la vez y para procesar el cartucho independientemente de otras sectores de procesamiento que procesan otros cartuchos multiplex. En varios ejemplos, el instrumento está configurado para que cada sector de procesamiento complete el procesamiento de un cartucho en 60 minutos o menos.
El ISW proporciona la interfaz gráfica de usuario para que el usuario inicie ejecuciones, reciba resultados y proporcione entradas que controlen al menos parcialmente el funcionamiento del instrumento. En varios ejemplos, el ISW está configurado para ejecutarse en una computadora con Windows® con una pantalla táctil 404 ubicada en la consola de control 402 que proporciona la funcionalidad principal para la entrada del usuario. En varios ejemplos, el instrumento está configurado para proporcionar conectividad a una red de área local ("LAN") y un sistema de información de laboratorio ("LIS"). El instrumento también puede incluir un escáner de código de barras (no mostrado) que facilita el inicio de sesión en el ISW, el seguimiento de muestras y los rasgos de identificación positiva del instrumento.
La consola de control 402 del instrumento incluye un panel de pantalla táctil 404, una computadora del sistema, una fuente de alimentación, conectividad a sistemas de datos externos y conectividad para el módulo o módulos de procesamiento y sector o sectores de procesamiento. En varios ejemplos, una fuente de alimentación en la consola de control da energía todo el instrumento. El cableado desde la consola de control proporciona transmisión de energía y proporciona flujo de datos hacia y desde los sectores de procesamiento. En varios ejemplos, la consola de control también tiene disposición para conectar físicamente el uno o más módulos de procesamiento a la consola de control
Cada sector de procesamiento incluye hardware, firmware y componentes electrónicos que ejecutan un ensayo en un cartucho multiplexado 10. Cada sector de procesamiento puede incluir una PCB de compartimento. En varios ejemplos, la PCB de compartimento incluye la electrónica y el firmware del sector de procesamiento (tal como microprocesadores y firmware en los microprocesadores), circuitos que suministran energía (por ejemplo, hasta 300 V a las almohadillas de electrohumectación) en el cartucho multiplexado, circuitos que realizan detección electrónica de productos de reacción en el cartucho multiplexado, circuitos que controlan calentadores en el sector de procesamiento que interactúan con el cartucho multiplexado, circuitos que miden y controlan temperaturas en el cartucho multiplexado, circuitos que controlan el movimiento de varios componentes móviles del sector de procesamiento y circuitos que controlan una bomba del sector de procesamiento.
Cada sector de procesamiento también puede incluir una PCB conectora. En varios ejemplos, la PCB conectora incluye clavijas pogo configuradas para hacer contacto con el cartucho multiplexado y transmitir datos, señales de control y energía entre el cartucho multiplexado y la PCB de sector de procesamiento y clavijas pogo configuradas para hacer contacto eléctrico con elementos calentadores dentro del sector de procesamiento.
Cada sector de procesamiento incluye además motores paso a paso. En varios ejemplos, el sector de procesamiento comprende dos motores paso a paso: un motor paso a paso que controla el posicionamiento de imanes, calentadores y clavijas pogo, u otros elementos de conector, con respecto al cartucho multiplexado, y un motor paso a paso controla una placa de seguimiento de levas dentro del sector de procesamiento que comprime las blísteres en el cartucho multiplexado y hace que las blísteres dispensen su contenido en una secuencia predefinida.
Cada sector de procesamiento también incluye un montaje de compresión de blísteres configurado para comprimir las blísteres del cartucho multiplexado 10 en una secuencia especificada y accionar las válvulas activas del cartucho multiplexado 10, dispensando así el contenido de las blísteres del cartucho en la secuencia especificada. En varios ejemplos, el montaje de mecanismo de compresión de blíster comprende una matriz de accionadores que comprimen blíster o mecanismos de compresión, cada uno de los cuales comprende un brazo de leva configurado para empujar una almohadilla de compresión sobre un blíster. El montaje de mecanismo de compresión de blísteres incluye además una placa de brazo de leva dentro de la cual los brazos de leva y las almohadillas de compresión de los mecanismos de compresión se montan de forma operativa por encima de las blísteres para el movimiento entre una posición retraída y una posición extendida que comprime las blísteres, una placa de seguimiento de leva que se puede mover con respecto a la placa de brazo de leva e incluye ranuras con crestas (u otros elementos de seguimiento de leva) ubicadas y secuenciadas para acoplar los brazos de leva de la matriz de accionador a medida que la placa de seguimiento de leva se mueve con respecto a la placa de brazo de leva para accionar los brazos de leva para comprimir las blísteres en una secuencia determinada por las ubicaciones relativas de los mecanismos de compresión en la placa de brazo de leva y las ranuras y crestas de la placa de seguimiento de leva.
Cada sector de procesamiento también puede incluir una bomba acoplada al cartucho multiplexado 10 a través del puerto de bomba 104 y configurada para proporcionar una fuerza motivadora para los reactivos y la muestra en el módulo de preparación de muestras del cartucho multiplexado.
Cada sector de procesamiento también puede incluir una PCB de LED 466 (véanse las figuras 38-41) que proporciona indicadores LED del estado del sector de procesamiento y sensores ópticos que detectan condiciones dentro del cartucho multiplexado, por ejemplo, a través del puerto óptico de entrada 14 y el puerto óptico de salida 16.
Cada sector de procesamiento también puede incluir hardware de montaje configurado para unir el sector de procesamiento en el módulo de procesamiento y conectores eléctricos configurados para transmitir energía y datos entre el sector de procesamiento y el módulo de procesamiento.
Cada sector de procesamiento también puede incluir un portador de cartucho multiplexado configurado para proporcionar una conexión física y alineación entre el compartimento superior, que comprende el montaje de mecanismo de compresión de blíster, y un montaje de procesamiento de cartucho multiplexado, o compartimento inferior, que comprende un montaje de carro de cartucho, un montaje de calentamiento y control, y un montaje de marco de leva configurado para efectuar el movimiento del montaje de calentamiento y control con respecto a un cartucho multiplexado sostenido en el montaje de carro de cartucho.
CONSOLA DE CONTROL
Un instrumento de procesamiento para procesar el cartucho multiplexado 10 descrito anteriormente se indica mediante el número de referencia 400 en la figura 32. Como se señaló anteriormente, el instrumento 400 incluye la consola de control 402 y uno o más módulos de procesamiento 410 asociados operativamente con la consola de control 402. La consola de control 402, en un ejemplo, incluye un panel de visualización 404 que presenta una interfaz gráfica de usuario y que comprende una pantalla táctil mediante la cual un usuario puede ingresar información a la consola de control 402 y/o mediante la cual se puede presentar información al usuario. En varios ejemplos, la consola de control 402 puede comprender medios adicionales o alternativos para ingresar datos, tales como teclados, micrófonos, interruptores, escáneres operados manualmente, entrada activada por voz, etc. Como se señaló anteriormente, el instrumento puede incluir un escáner de código de barras para leer códigos de barras, por ejemplo, códigos de barras unidimensionales o bidimensionales, u otros tipos de escáneres para leer código legible por máquina, tal como un escáner RFID. En varios ejemplos, la consola de control 402 puede comprender medios adicionales o alternativos para emitir datos (es decir, información y/o resultados), incluyendo discos duros u otros medios de almacenamiento, monitores, impresoras, luces indicadoras o elementos de señal audible (por ejemplo, timbre, bocina, campana, etc.), correo electrónico, mensaje de texto, etc.
MÓDULO DE PROCESAMIENTO
Como se muestra en las figuras 32 y 34, cada módulo de procesamiento 410 incluye una o más puertas de cartucho 412, cada puerta de cartucho 412 se asocia con un sector de procesamiento (descrita a continuación) dentro de la cual se puede procesar un cartucho 10. En el ejemplo ilustrado, cada módulo de procesamiento 410 incluye seis (6) puertas de cartucho 412 y sectores de procesamiento asociadas.
Cada puerta de cartucho 412 está configurada para aceptar un cartucho multiplexado 10, preferiblemente en una única orientación preferida. Cada puerta de cartucho también incluye preferiblemente una puerta que se puede cerrar (por ejemplo, un panel de puerta giratorio) que está sesgada, por ejemplo, por un resorte o similar, en una posición cerrada, pero que se puede abrir cuando se inserta un cartucho en ella.
En varios ejemplos, cada módulo de procesamiento 410 está acoplado operativamente a la consola de control 402. El módulo de procesamiento 410 puede estar acoplado electrónicamente a la consola de control 402 para permitir transmisiones electrónicas entre la consola de control 402 y el módulo de procesamiento 410. Dichas transmisiones electrónicas pueden comprender transmisiones de energía desde la consola de control al módulo de procesamiento para alimentar diversos componentes electrónicos dentro del módulo de procesamiento, señales de control, datos de entrada, datos de salida, etc.
Cada módulo de procesamiento 410 también puede estar conectado físicamente, por ejemplo, en una relación lado a lado como se muestra en la figura 32, con la consola de control 402. Como en el ejemplo ilustrado, el instrumento 400 puede incluir uno o más módulos de procesamiento 410 asegurados a uno o ambos lados de la consola de control 402. Los módulos de procesamiento adicionales pueden estar asegurados a otros módulos de procesamiento en una relación lado a lado en uno o ambos lados de la consola de control 402. En una disposición preferida, el instrumento 400 incluye hasta 2 módulos de procesamiento 410 asegurados a cada lado de la consola de control 402, cada módulo de procesamiento 410 comprende seis (6) puertas de cartucho 412 y sectores de procesamiento asociadas para procesar hasta seis cartuchos multiplex 10 por módulo de procesamiento.
Se prefiere que la consola de control 402 y el módulo de procesamiento 410 se proporcionen de una manera modular como se muestra para facilitar la escalabilidad del instrumento, por ejemplo, mediante la adición de uno o más módulos de procesamiento 410 o la sustracción de uno o más módulos de procesamiento 410 de una única consola de control 402, y también para facilitar la resolución de problemas del instrumento, por lo que un módulo de procesamiento 410 que tiene una o más sectores de procesamiento que no funcionan correctamente puede retirarse del instrumento para su reparación o reemplazo, y el instrumento aún puede usarse con los módulos de procesamiento operativos restantes 410.
En un ejemplo alternativo, sin embargo, una consola de control y pantalla de entrada asociada - y/u otros medios de entrada - y una o más - preferiblemente una pluralidad de - puertas de cartucho y sectores de procesamiento asociadas pueden proporcionarse en un solo instrumento integral que tiene una sola carcasa.
Se muestran detalles adicionales del módulo de procesamiento 410 en las figuras 35, 36 y 37. Cada módulo de procesamiento 410 incluye una pluralidad de puertas de cartucho 412 y sectores de procesamiento asociados 440. El ejemplo ilustrado incluye seis (6) sectores de procesamiento 440. Los sectores de procesamiento 440 están dispuestos en una disposición apilada dentro de un alojamiento del módulo de procesamiento 410. Cada sector de procesamiento 440 tiene asociado un marco 418 que rodea parcialmente el módulo de procesamiento con un panel superior horizontal 420 y un panel trasero vertical 422 (véase la figura 37). Como se muestra en las figuras, un panel frontal 413 del módulo de procesamiento 410 dentro del cual se colocan las puertas de cartucho 412 está orientado en un ángulo inclinado hacia atrás desde la parte inferior del módulo de procesamiento 410 hasta la parte superior del módulo de procesamiento 410. Esto puede ser por razones ergonómicas y/o estéticas. En otros ejemplos, un panel frontal del módulo de procesamiento puede ser vertical. Debido al ángulo del panel frontal 413 del módulo de procesamiento 410, cada sector de procesamiento 440 se desplaza horizontalmente (es decir, hacia atrás) con respecto al sector de procesamiento inmediatamente debajo de este.
En varios ejemplos, cada sector de procesamiento 440 tiene asociado un ventilador 416 asegurado al panel vertical 422 del alojamiento 418 y un conducto de ventilación 414 que se extiende desde el ventilador 416 a una pared trasera del alojamiento del módulo de procesamiento 410. Como se muestra en las figuras, debido a la inclinación del panel frontal 413 y el desplazamiento horizontal de los sectores de procesamiento 440, los conductos de ventilación 414 tienen longitudes decrecientes que progresan desde el sector de procesamiento más baja 440 hasta el sector de procesamiento más alto.
El módulo de procesamiento 410 puede incluir además elementos estructurales adicionales para asegurar cada una de los sectores de procesamiento 440 dentro del alojamiento del módulo de procesamiento. Los sectores de procesamiento 440 y el módulo de procesamiento 410 están configurados preferiblemente para que cada compartimiento 440 pueda retirarse independientemente del módulo de procesamiento 410 y reemplazarse para facilitar la reparación del instrumento si uno o más sectores de procesamiento 440 no funcionan correctamente o de otro modo necesitan mantenimiento o reparación.
SECTOR DE PROCESAMIENTO
Un sector de procesamiento 440 se muestra en varias vistas en las figuras 38, 39, 40 y 41. En cada una de las figuras 38-41, el marco 418 del sector de procesamiento 440 se omite de la figura. La figura 38 es una vista en perspectiva frontal del lado derecho del módulo de procesamiento 440 con un cartucho multiplexado 10 insertado en este. La figura 39 es una vista en perspectiva frontal del lado izquierdo del módulo de procesamiento 440 con un cartucho multiplexado 10 insertado en este. La figura 40 es una vista en perspectiva trasera del lado derecho del módulo de procesamiento 440. La figura 41 es una vista en perspectiva de despiece frontal, del lado derecho del módulo de procesamiento 440 con un cartucho multiplexado 10 insertado en este.
Cada sector de procesamiento 440 tiene una bandeja de goteo 446 que forma un piso inferior del sector de procesamiento 440 y está construida y dispuesta para contener fugas de fluido que pueden ocurrir desde el cartucho multiplexado 10 y para proporcionar una estructura de soporte y montaje para varios componentes del sector de procesamiento 440. Una PCB (placa de circuito impreso) principal 442, también denominada PCB de compartimento, proporciona control primario del sector de procesamiento 440, así como distribución y transmisión de datos y energía. Un conector flexible 444 conecta la PCB del sector 442 con una PCB de conector (descrita a continuación, no visible en las figuras 38-41) dentro del sector de procesamiento 440, como se describirá con más detalle a continuación. El sector de procesamiento 440 puede incluir además elementos de alineación, tales como dos (2) elementos de alineación hembra tubulares 460, 462, que reciben elementos de alineación macho dispuestos dentro del módulo de procesamiento 410 para alinear y posicionar adecuadamente el sector de procesamiento 440 en una ubicación de montaje de compartimento dentro del módulo de procesamiento 410.
El sector de procesamiento 440 puede dividirse conceptualmente a lo largo de líneas funcionales entre un montaje de procesamiento de cartucho 470 (también conocido como el compartimento inferior) y un montaje de mecanismo de compresión de blíster (o cámara deformable) 750 (también conocido como el compartimento superior). La función principal del montaje de procesamiento de cartuchos 470 es recibir el cartucho 10, asegurar el cartucho dentro del compartimento 440, aplicar fuerzas magnéticas y de calor al módulo de procesamiento 240 del cartucho multiplexado 10, aplicar energía controlada al cartucho multiplexado 10, acoplar la mezcladora giratoria 192 del cartucho 10 y efectuar la rotación activada de la mezcladora giratoria 192, y expulsar el cartucho 10 del sector de procesamiento 440 al concluir un ensayo u otro procedimiento realizado dentro del compartimento 440. La función principal del montaje de mecanismo de compresión de blíster 750 es colapsar las diversas cámaras deformables del cartucho multiplexado 10 en una secuencia adecuada. Cada una de estos diversos componentes se discutirá con más detalle a continuación.
El sector de procesamiento 440 incluye además una PCB de LED 466 para controlar uno o más LED que proporcionan información a un usuario, tal como indicar el estado del sector de procesamiento 440 y/o si un cartucho está ubicado dentro del sector de procesamiento 440. Los LED de estado pueden ser visibles a través de un tubo de luz u otro transmisor óptico que proporciona una señal de indicación óptica adyacente a la puerta de cartucho 412 asociada con el sector 440 en el panel frontal 413 del módulo de procesamiento 410. La PCB de LED 466 también puede controlar los sensores ópticos construidos y dispuestos para detectar (p. ej., generar una señal), a través de los puertos ópticos de entrada y salida 14, 16, el flujo de fluido a través de la cámara de detección óptica de entrada 154 y la cámara de detección óptica de salida 158 del módulo de preparación de muestras 70.
Las paredes laterales 472, 474 se extienden hacia arriba a lo largo de los lados opuestos del sector de procesamiento 440 y pueden fijarse a los elementos que se extienden hacia arriba 443445 de la bandeja de goteo 446. Una placa de montaje 640 incluye una placa de blíster en general horizontal 644 (véase la figura 42) fijada a los bordes superiores de las paredes laterales 472, 474 y que en general separa el montaje de procesamiento de cartuchos 470 del montaje de compresión de blíster 750.
En varios ejemplos, cada sector de procesamiento 440 incluye además un motor de seguimiento de levas 834 y un codificador asociado 838 y un motor de marco de levas 602. El motor de placa de leva 834 y el motor de marco de levas 602 están asegurados a un montaje de motor 642 de la placa de montaje 640 (véase la figura 42).
Una bomba 458 proporciona la presión que se aplica al cartucho multiplexado 10 a través del puerto de bomba 104.
Tal como se describirá en mayor detalle a continuación, el montaje de procesamiento de cartucho 470 incluye un montaje de calentador Peltier para efectuar procedimientos térmicos dentro del sector de procesamiento 440. Para ventilar el sector de procesamiento 440 y disipar el exceso de calor generado en el calentador Peltier, el sector de procesamiento 440 puede incluir un montaje de ventilación Peltier. El montaje de ventilación comprende un ventilador de enfriamiento 448 unido a un montaje de ventilador 450 de la bandeja de goteo 446 y colocado frente a un conducto de flujo de aire que se extiende entre el ventilador de enfriamiento 448 y el montaje de calentamiento Peltier dentro del sector de procesamiento 440. En varios ejemplos, el conducto de flujo de aire puede comprender un conducto de enfriamiento 452 y una cubierta de conducto 456 que se extiende entre el ventilador de enfriamiento 448 y el comienzo del conducto de enfriamiento 452. (Véanse las figuras. 39 y 41).
MONTAJE DE PROCESAMIENTO DE CARTUCHOS (SECTOR INFERIOR)
Los aspectos del montaje de procesamiento de cartuchos 470 se muestran en las figuras 41 y 42. Como se señaló anteriormente, la mayoría de los rasgos del montaje de procesamiento de cartuchos 470 se ubican debajo de la placa de blíster 644 del soporte del motor 642. El montaje de procesamiento de cartuchos 470 incluye un montaje de carro de cartuchos 650 configurado para recibir y sostener, y posteriormente expulsar, un cartucho multiplexado 10. El montaje de carro de cartucho 650 se fija a una superficie inferior de la placa de blíster 644 de la placa de montaje 640.
Un montaje de bloque de levas 600 incluye un marco de levas 606 que rodea el montaje de carro de cartucho 650 en tres lados y está montado para el movimiento lineal hacia adelante y hacia atrás dentro del sector de procesamiento 440 donde está apoyado en los seguidores de levas lineales 480a, 480b que se extienden desde cada una de las paredes laterales 472, 474 en una ranura de seguidor 612 formada a cada lado del marco de levas 606.
Un montaje de motor de mezcla 700 está conectado de forma giratoria a la placa de blíster 644 debajo de la placa de blíster y está configurado para girar dentro y fuera de un acoplamiento operativo con la mezcladora giratoria 192 del cartucho multiplexado 10 dispuesto dentro del montaje de carro de cartucho 650.
Un montaje de control y calentamiento 500 se coloca debajo del montaje de carro de cartucho 650 y está acoplado operativamente al marco de leva 606 y el montaje de bloque de leva 600 para convertir el movimiento longitudinal, hacia adelante y hacia atrás del marco de leva 606 en movimiento vertical del montaje de calentamiento y control 500 para poner selectivamente el montaje de calentamiento y control 500 en contacto con una superficie inferior del cartucho multiplexado 10 cuando un cartucho se inserta en el montaje de carro de cartucho 650.
MONTAJE DE CARRO DE CARTUCHOS
Los detalles adicionales del montaje de carro de cartucho 650 se muestran en la figura 46, que es una vista en perspectiva en despiece del montaje de carro de cartucho 650 con otros componentes del montaje de procesamiento de cartucho 470 omitidos. El montaje de carro de cartucho 650 incluye un soporte de carro 652 que comprende un marco en general rectangular que se fija a la parte inferior de la placa de blíster 644 de la placa de montaje 640. Se puede proporcionar un detector para detectar cuando un cartucho multiplexado 10 (no mostrado en la figura 46) se inserta en el soporte de cartucho 652. En varios ejemplos, el detector comprende un detector óptico que comprende un emisor 686 y un detector 688, cada uno dispuesto dentro de una cavidad respectiva en lados opuestos del soporte de cartucho 652. Un haz óptico del emisor 686 al detector 688 se rompe cuando se inserta un cartucho multiplexado en el soporte de cartucho 652, generando así una señal que indica la presencia del cartucho.
Se monta un pestillo de cartucho 654 para el movimiento pivotante en un extremo cerrado del soporte de cartucho 652. El pestillo de cartucho 654 está montado de forma giratoria en una clavija de pestillo 660 para la rotación alrededor de un eje horizontal de rotación. El pestillo de cartucho 654 incluye además un gancho delantero 656 y una palanca trasera 658. Un resorte de torsión 662 desvía de forma giratoria el pestillo 654 de modo que el gancho 656 se encuentre en una posición ascendente. Cuando se inserta un cartucho 10 en el soporte de cartucho 652, el cartucho empuja el gancho hacia abajo hasta que el gancho 656 del pestillo de cartucho 654 se acopla a un rebaje en una porción inferior de la cubierta inferior 30 del cartucho 10. La inclinación del resorte de torsión 662 sostiene el gancho 656 en esa cavidad para retener el cartucho dentro del soporte de cartucho 652.
Un montaje de eyección de cartucho 670 incluye un bastidor de eyección 672 que se coloca dentro de un soporte de eyección 682 que se extiende desde un extremo trasero del soporte de cartucho 652. Los dientes de engranajes lineales del bastidor eyector 672 engranan un engranaje de piñón amortiguador 674 que está acoplado a un amortiguador giratorio 676 y está montado para la rotación en el soporte eyector 682 adyacente al bastidor eyector 672. Una clavija de captura de resorte 680 se extiende a través del bastidor eyector 672 y está soportado en un extremo de este por una pared de extremo del soporte eyector 682. Un resorte de compresión 678 está dispuesto entre un extremo del bastidor eyector 672 y el extremo de la clavija de captura de resorte 680. Por consiguiente, el bastidor eyector 672 está inclinado longitudinalmente hacia el extremo abierto del soporte de cartucho 652. Se puede proporcionar un elemento de tope de límite para evitar que el soporte de cartucho 672 sea empujado demasiado lejos por el resorte 678. El bastidor eyector 672 se extiende inicialmente en el soporte de cartucho 652 y se pone en contacto mediante el extremo de un cartucho multiplexado 10 insertado en el soporte de cartucho 652. A medida que el cartucho se inserta adicionalmente en el soporte de cartucho 652, el bastidor eyector 672 se empuja hacia atrás, comprimiendo así el resorte 678 y generando una fuerza de desviación que impulsa el cartucho 10 longitudinalmente hacia el extremo abierto del soporte de cartucho 652 y fuera del sector de procesamiento 440. Debido a que el pestillo de cartucho 654 captura el cartucho multiplexado completamente insertado, se evita que el montaje eyector 670 empuje el cartucho hacia atrás fuera del soporte de cartucho 652.
Un interruptor de pestillo de cartucho 666 está colocado en el extremo cerrado del soporte de cartucho 652 y está configurado para indicar cuando el cartucho multiplexado se ha insertado en una posición dentro del soporte de cartucho 652, de modo que el cartucho se acoplará mediante el pestillo de cartucho 654. Al concluir un ensayo u otro procedimiento realizado dentro del sector de procesamiento 440, el pestillo de cartucho 654 gira (en sentido contrario a las agujas del reloj en el ejemplo ilustrado) contra la inclinación del resorte de torsión 662, de una manera que se describirá a continuación, para liberar de este modo el cartucho multiplexado retenido dentro del soporte de cartucho 652. Tras la liberación del cartucho, el cartucho es expulsado por la energía almacenada en el cojinete de resorte de compresión 678 contra el bastidor de expulsión 672.
El piñón amortiguador 674 y el amortiguador giratorio asociado operativamente 676 con el que se acopla el bastidor eyector 672 aseguran una liberación controlada del bastidor eyector 672 de modo que el cartucho multiplexado 10 no se eyecta demasiado abruptamente del soporte de cartucho 652.
MONTAJE DE CONTROL Y CALENTAMIENTO
Los detalles del montaje de control y calentamiento 500 se muestran en la figura 43, que es una vista en perspectiva en despiece del montaje de control y calentamiento 500 con otros componentes del montaje de procesamiento de cartuchos 470 omitidos.
El montaje de control y calentamiento 500 incluye una placa de soporte 502, un conector PCB 504 apoyado en la placa de soporte 502, una placa de cubierta 550 que cubre parcialmente el conector PCB 504, un montaje de cartucho magnético 552, un montaje de imán de preparación de muestras 570 y un accionador de imán 584 ubicado debajo de la placa de soporte 502. Una clavija de alineación delantera 416 y una clavija de alineación trasera 414 se extienden hacia arriba desde la placa de soporte 502.
Un conector neumático 518 está unido a los puertos neumáticos 519a, 519b de la placa de cubierta 550. El conector neumático 518 proporciona una conexión entre la fuente de presión, por ejemplo, la bomba 458, y el cartucho 10 a través del puerto de bomba 104 y proporciona una conexión entre una válvula externa dentro del sector de procesamiento 440 y el montaje de válvula pasiva 220 del cartucho 10 a través del puerto de válvula pasiva 108 (véase la figura 15).
En referencia a las figuras 43 y 44, que es una vista en planta superior de la PCB de conector 504, la PCB de conector 504 incluye un montaje de calentador de elución 506, un montaje de detección Peltier 540 y un montaje de calentador de PCR 520a, 520b y 520c. En varios ejemplos, el montaje de calentador de elución 506 comprende un elemento de calentamiento resistivo unido a una PCB dedicada y un esparcidor de calor que comprende un material conductor térmico unido o de otro modo acoplado térmicamente al elemento de calentamiento resistivo. De manera similar, en varios ejemplos, cada elemento 520a, 520b y 520c del montaje de calentador de PCR comprende un elemento de calentamiento resistivo unido a una PCB dedicada y un esparcidor de calor que comprende un material conductor térmico unido o de otro modo acoplado térmicamente al elemento de calentamiento resistivo.
Los detalles del montaje de detección Peltier 540 se muestran en la figura 45, que es una vista en perspectiva en despiece del montaje de Peltier 540. El montaje 540 incluye un dispositivo Peltier 544 (es decir, un elemento termoeléctrico) acoplado a una placa de circuito impreso de alimentación y control 546. Un diseminador de calor 542, preferiblemente compuesto por un material conductor térmico, está dispuesto por encima del dispositivo Peltier 544. Un disipador de calor 548 está dispuesto debajo del chip Peltier 544. El disipador térmico 548 puede comprender un panel que está en contacto superficie a superficie con una superficie del dispositivo Peltier 544 con una pluralidad de varillas (o aletas) de disipación de calor que se extienden desde este y se forman a partir de un material conductor térmico. El montaje de detección Peltier 540 está montado dentro de, y al menos una porción del disipador térmico 548 se extiende a través de, una abertura asociada formada en la placa de soporte 542. Las varillas de disipación de calor del disipador de calor 548 se extienden debajo de la placa de soporte 502 y están dispuestas en un extremo terminal del conducto de enfriamiento de Peltier 452 (ver las figuras 39 y 41). En un ejemplo, la detección Peltier está configurada para aplicar un gradiente térmico para, por ejemplo, reducir la temperatura de, un área de detección, por ejemplo, la región de detección 378, del cartucho multiplexado 10.
Una pluralidad de matrices de clavijas de conector 510a, 510b, 510c, 510d, 510d, 510e, 510f y 510g se disponen alrededor del conector PCB 504 y comprenden matrices de clavijas pogo de conector que entran en contacto y realizan la conexión eléctrica entre las almohadillas de conexión de las matrices de almohadillas de conector asociadas 358a-358g del panel de procesamiento fluídico 354 del cartucho multiplexado 10 (véase la figura 58). Las conexiones entre las matrices de clavijas de conector 510a-510g y las matrices de almohadillas de conector 358a-358g proporcionan conexiones entre el instrumento 400 y el cartucho multiplexado 10 para, p. ej., energía de alimentación, señales de control y datos. Por ejemplo, las conexiones entre las matrices de clavijas de conexión 510a-510g y las matrices de almohadillas de conexión 358a-358g proporcionan energía y control desde el instrumento a la rejilla electrohumectante (por ejemplo, las pistas de ciclo térmico 364a-364d, la zona de perlas de muestra 368, la zona de hibridación 370, la zona de amortiguación de elución 372, la zona de reactivo de exonucleasa 374, la zona de reactivo de PCR 376, las zonas de mezcla de detección 385a-385d y la zona de exonucleasa 384). Además, las conexiones entre las matrices de clavijas de conector 510a-510g y las matrices de almohadillas de conector 358a-358g proporcionan energía y reciben datos de los conjuntos de electrosensores 363a - 363d.
Como se muestra en la figura 43, la PCB conectora 504 incluye además una cantidad de clavijas calentadoras 512 -que pueden comprender clavijas pogo - que se conectan a los diversos montajes calentadores 540, 506 y 520a, b, c.
El montaje de control y calentamiento 500 incluye además un montaje de imán de cartucho 552 y un montaje de imán de preparación de muestras 570.
Los detalles del montaje de imán de preparación de muestras 570 se muestran en la figura 49A, que es una vista en perspectiva superior del montaje de imán de preparación de muestras. El montaje de imán de preparación de muestras 570 comprende un soporte de imán 572 montado en un husillo horizontal 574 para que pueda girar alrededor del husillo 574 con respecto a la placa de soporte 502. Un resorte de torsión 576 desvía el montaje de imán de preparación de muestras 570 hacia abajo. Un soporte accionador 578 se extiende debajo del soporte de imán 572, y un imán 580 está soportado en la parte superior del soporte de imán 572 y está asegurado a este, por ejemplo, mediante un adhesivo adecuado. Cuando se despliega y gira hacia arriba contra la inclinación del resorte de torsión 576, el imán 580 se extiende a través de aberturas alineadas formadas en la placa de soporte 502, el conector PCB 504 y la placa de cubierta 550.
El montaje de imán de la preparación de muestras 570, cuando se despliega, se coloca adyacente a la cámara de captura 100 del módulo de preparación de muestras 70 del cartucho multiplexado 10 para aplicar así una fuerza magnética a los fluidos contenidos dentro y que fluyen a través de la cámara de captura.
Los detalles del montaje de imán de cartucho 552 se muestran en la figura 49B, que es una vista en perspectiva superior del montaje de imán de cartucho. El montaje de imán de cartucho 552 comprende un marco de soporte de imán 554 y una matriz de imanes 556 dispuesto dentro del marco de soporte de imán 554. La matriz de imanes 556 puede comprender imanes individuales (por ejemplo, tres) y puede estar rodeado en cuatro lados por el armazón de soporte de imán 554 para formar un armazón que rodea la matriz de imanes 556. La matriz de imanes 556 se puede asegurar dentro del marco de soporte de imán 554 mediante, por ejemplo, un adhesivo adecuado. Un imán de enfoque 558 está dispuesto dentro de una abertura en una parte superior del marco del soporte del imán 554. En un ejemplo, el imán de enfoque 558 es cilíndrico y puede comprender neodimio N52. El imán de enfoque 558 enfoca las fuerzas magnéticas de la matriz de imanes 556 a un área relativamente pequeña para atraer perlas de captura de diana magnética a esa área pequeña. El soporte de imán 554 está montado en un husillo horizontal 560 conectado a la placa de soporte 502 de modo que el soporte de imán 554 y la matriz de imanes 556 pueden girar alrededor del husillo 560.
Un resorte de torsión 562 desvía el montaje de imán de cartucho 552 hacia abajo. Un soporte de accionador 566 se extiende debajo del soporte de imán 554. Cuando el soporte de imán 554 gira hacia arriba contra la inclinación del resorte de torsión 562, la porción superior del montaje de imán 552 se extiende a través de aberturas alineadas formadas en la placa de soporte 502, el conector PCB 504 y la placa de cubierta 550.
El montaje de imán de cartucho 552, cuando se despliega, se coloca adyacente a la cámara de muestra 266 del módulo de reacción 240, adyacente a una posición indicada por el número de referencia 270 (véase la figura 26).
Volviendo ahora a la figura 43, los seguidores de leva 590a y 590b se extienden desde lados opuestos de la placa de soporte 502 y un seguidor de ranura 592 se extiende desde lados opuestos de la placa de soporte 502. Los seguidores de ranura 592 se extienden hacia adentro y son movibles verticalmente dentro de una ranura 476 formada en cada una de las paredes laterales 472, 474 (ver la figura 42) y están configurados para permitir el movimiento vertical de la placa de soporte 502 con respecto a las paredes laterales 472, 474 mientras se evita el movimiento horizontal de la placa de soporte 502 con respecto a las paredes laterales 472, 474.
MONTAJE DEL MARCO DE LEVA
Los detalles de un montaje del marco de leva 600 se muestran en la figura 47, que es una vista en perspectiva en despiece del montaje de marco de leva 600 con otros componentes del montaje de procesamiento de cartuchos 470 omitidos. El montaje del marco de leva 600 incluye el motor de armazón de leva 602 que acciona un accionador lineal 604. Un marco de leva 606 incluye largueros longitudinales opuestos, en general paralelos 608, 610 y un larguero cruzado 614 que se extiende entre los extremos correspondientes de cada uno de los largueros longitudinales 608, 610. El accionador lineal 604 está acoplado al marco de leva 606 en un conector de motor 618 que se proyecta hacia arriba desde el larguero transversal 614. Se forma una ranura seguidora, o canal, 612 a lo largo del lado externo debajo de una superficie superior de cada uno de los largueros longitudinales 608, 610. Los elementos de seguimiento 480a, 480b que se extienden desde cada una de las paredes laterales 472, 474 (véase la figura 42) se extienden dentro de la ranura de seguidor 612.
Un riel de leva 620a se fija al larguero longitudinal 608, y un riel de leva 620b se fija al larguero longitudinal 610. Un borde superior del riel de leva 620a coopera con la ranura de seguidor 612 formada en el borde exterior inferior del larguero longitudinal 608 para formar un canal que recibe los seguidores de leva 480a, 480b, que permiten el movimiento longitudinal del marco de leva 606 y los rieles de leva 620a, 620b con respecto a las paredes laterales 472, 474, al tiempo que evitan el movimiento vertical del marco de leva 606 con respecto a las paredes laterales 472, 474.
Cada riel de leva 620a y 620b incluye una ranura de leva delantera 622a y una ranura de leva trasera 622b. Los seguidores de leva 590a, 590b que se proyectan desde el lado de la placa de soporte 502 del montaje de control y calentamiento 500 (véase la figura 43) se extienden dentro de las ranuras de leva 622a, 622b, respectivamente. Cada ranura de leva 622a, 622b tiene un segmento horizontal inferior (el segmento del lado derecho en la figura 47), un segmento horizontal superior (el segmento del lado izquierdo en la figura 47), y una transición en ángulo entre el segmento horizontal inferior y el segmento horizontal superior.
Antes de insertar un cartucho multiplexado 10 en el montaje de carro de cartucho 650, el marco de leva 606 está en una posición relativamente hacia adelante con respecto al montaje de control y calentamiento 500 de modo que los seguidores de leva 590a, 590b que se extienden desde la placa de soporte 502 están en el segmento horizontal inferior (el segmento lateral derecho como se muestra en la Figura 47) de cada una de las ranuras de leva 622a, 622b. Por lo tanto, la placa de soporte 502 y todo el montaje de control y calentamiento 500 está en una posición descendente con respecto al montaje de carro de cartucho 650. Cuando se inserta un cartucho multiplexado 10 en el montaje de carro de cartucho 650, la horquilla de alineación 246 de la placa superior 241 (véase la figura 24) acopla la clavija de alineación trasera 514 - que es más larga que la clavija de alineación delantera 516 y se extiende hacia arriba en el montaje de carro de cartucho 650 incluso con la placa de soporte 502 en la posición hacia abajo - para colocar adecuadamente el cartucho dentro del montaje de carro 650.
Después de que el cartucho múltiple se inserta en el montaje de carro de cartucho 650, como se indica, por ejemplo, cuando el interruptor de pestillo de cartucho 666 se activa por el extremo de un cartucho completamente insertado, el motor de marco de leva 602 se activa para retraer el accionador lineal 604 y el marco de leva 606 unido a este. Esto provoca el movimiento de los rieles de leva 620a, 620b con respecto a la placa de soporte 502, moviendo así los seguidores de leva 590a, 590b desde los segmentos horizontales laterales derecho e inferior de las ranuras de leva 622a, 622b, hacia arriba en las transiciones angulares, y hacia los segmentos horizontales laterales superior e izquierdo de las ranuras de leva 622a, 622b, elevando así la placa de soporte 502 y el montaje de control y calentamiento 500 en contacto con el cartucho multiplexado que se ha colocado en el montaje de carro de cartucho 650.
El levantamiento de la placa de soporte 502 con respecto al cartucho sostenido en el montaje de carro de cartucho 650, hace que la clavija de alineación frontal 516 de la placa de soporte 502 se extienda hacia el bucle de alineación 244 que se extiende desde la placa superior 241 (véase la figura 24). Con la clavija de alineación trasera 514 acoplada por la horquilla de alineación 246 y la clavija de alineación delantera 516 que se extiende en el bucle de alineación 244, el cartucho se inmoviliza sustancialmente dentro del montaje de carro de cartucho 650.
El levantamiento del montaje de control y calentamiento 500 con respecto al cartucho 10 mantenido en el montaje de carro de cartucho 650 coloca las matrices de clavija de conector 510a - 510g de la PCB de conector 504 en contacto con las respectivas matrices de almohadilla de conector 358a - 358g del panel de procesamiento fluídico 354 del cartucho multiplexado 10. Además, el montaje de calentador de elución 506 del conector PCB 504 se pone en contacto o cerca (es decir, para permitir la transferencia de energía térmica) con una porción del panel de procesamiento fluídico 354 correspondiente a la región de exonucleasa 380. De manera similar, los componentes del montaje de calentador de PCR 520a, 520b, 520c del conector PCB 504 se ponen en contacto o cerca (es decir, para permitir la transferencia de energía térmica) con porciones del panel de procesamiento fluídico 354 correspondientes a las regiones de termociclado 382a, 382b y 382c. El montaje de detección Peltier 540 del conector PCB 504 se pone en contacto o cerca (es decir, para permitir la transferencia de energía térmica) con porciones del panel de procesamiento fluídico 354 correspondientes a la región de detección 378. Además, el conector neumático 518 se pone en contacto con el puerto de bomba 104 y el puerto de válvula pasiva 108 del módulo de preparación de muestras 70 del cartucho multiplexado 10.
Cada riel de leva 620a, 620b está asegurado al respectivo larguero longitudinal 608, 610 del marco de leva 606 por medio de dos postes de captura de resorte roscado 624a, 624b con un resorte de compresión 626a, 626b dispuesto entre el riel de leva 620a y una cabeza de cada uno de los postes 624a, 624b. Esta configuración de "amortiguador" permite una cierta cantidad de movimiento de los rieles de levas 620a, 620b con respecto a los largueros longitudinales 608, 610 para evitar así que el montaje de control y calentamiento 500 sea empujado contra la parte inferior del cartucho multiplexado 10 con una fuerza demasiado grande. Por consiguiente, el montaje de control y calentamiento 500 se empujará contra la parte inferior del cartucho multiplexado con una fuerza que no sea mayor que la fuerza de compresión de los resortes 626a, 626b.
En referencia a las figuras 43 y 48, que es una vista transversal en perspectiva del marco de leva y un accionador de imán 584 del montaje de procesamiento de cartucho 470, un accionador de imán 584 está acoplado al marco de leva 606 y está configurado para hacer girar el montaje de imán de cartucho 552 y el montaje de imán de preparación de muestras 570 en sus respectivas posiciones operativas con respecto a un cartucho multiplexado cuando el cartucho está insertado en el montaje de carro de cartucho. El accionador de imán 584 incluye un resorte 587 que desvía el accionador hacia la izquierda en la figura 48. El accionador de imán 584 incluye una lengüeta vertical 585 configurada para encajar con el soporte de accionador 566 del montaje de imán de cartucho 552 y una lengüeta vertical 586 configurada para encajar con el soporte de accionador 578 del montaje de imán de preparación de muestras 570. El accionador de imán 584 está acoplado al marco de leva 606 por medio de un gancho de accionador de imán 628 que se extiende por debajo de la barra transversal 614 y acopla un bucle de gancho 589 formado en un extremo del accionador de imán 584.
Como se señaló anteriormente, antes de insertar un cartucho multiplexado 10 en el montaje de carro de cartucho 650, el marco de leva 606 está en una posición delantera. El accionador de imán 584 se inclina hacia adelante (a la izquierda) por el resorte 587 de modo que el montaje de imán de cartucho 552 y el montaje de imán de preparación de muestras 570 se giran en el sentido de las agujas del reloj a sus posiciones retraídas debido a la fuerza de sus respectivos resortes de torsión 562, 576, respectivamente. En el presente contexto, las posiciones retraídas del montaje de imán de cartucho 552 y el montaje de imán de preparación de muestras 570 posiciones en las que el montaje de imán de cartucho 552 y el montaje de imán de preparación de muestras 570 no aplican una fuerza magnética significativa a ninguna porción del cartucho multiplexado 10. Después de que el cartucho multiplexado se inserta en el montaje de carro de cartucho 650, el marco de leva 606 es retraído por el motor de marco de leva 602 y el accionador lineal 604 (a la derecha en la figura 48) como se describió anteriormente. La retracción del marco de leva 606 hace que el montaje de control y calentamiento 500 se eleve en contacto con el cartucho multiplexado 10, a medida que los seguidores de leva 590a, 590b de la placa de soporte 502 se mueven desde los segmentos horizontales laterales derecho e inferior de las ranuras de leva 622a, 622b, hacia arriba en las transiciones en ángulo y hacia los segmentos horizontales laterales izquierdo e superior de las ranuras de leva 622a, 622b.
El accionador de imán 584 acoplado al marco de leva 606 por el gancho de accionador de imán 628 también se mueve con el marco de leva 606 para tirar del accionador de imán 584 hacia la derecha en la figura 48 contra el sesgo del resorte 587. A medida que el marco de leva móvil 606 tira del soporte del accionador 584, la lengüeta vertical 585 que se acopla al soporte del accionador 566 del montaje de imán de cartucho 552 gira el montaje de imán 552 en sentido contrario a las agujas del reloj hacia su posición desplegada hacia arriba como se muestra en la figura 48. De manera similar, la lengüeta vertical 586 del soporte de accionador 584 que se acopla al soporte de accionador 578 del montaje de imán de cartucho 570 gira el montaje de imán 570 en sentido contrario a las agujas del reloj hacia su posición desplegada hacia arriba como se muestra en la figura 48. Debido a la extensión longitudinal del segmento horizontal superior de cada una de las ranuras de leva 622a, 622b, el marco de leva 606 y los rieles de leva 620a, 620b pueden moverse longitudinalmente con respecto a la placa de soporte 502, mientras que los seguidores de leva 590a, 590b se colocan en los segmentos horizontales superiores, sin cambiar la posición de altura de la placa de soporte 502 y el montaje de control y calentamiento 500 con respecto al cartucho multiplexado que se ha colocado en el montaje de carro de cartucho 650. En varios ejemplos, el soporte del accionador de imán 584 se configura con respecto al montaje de imán de cartucho 552 y el montaje de imán de preparación de muestras 570 de modo que a medida que el marco de leva 606 se mueve (a la derecha) para elevar la placa de soporte 502 y el montaje de control y calentamiento 500, los montajes de imán 552, 570 no se despliegan inicialmente (o no se despliegan completamente) cuando la placa de soporte 502 y el montaje de control y calentamiento 500 se elevan primero en contacto con el cartucho multiplexado (es decir, cuando los seguidores de leva 590a, 590b de la placa de soporte 502 primero alcanzan los segmentos horizontales superiores de las ranuras de leva 622a, 622b). El movimiento adicional (a la derecha) del marco de leva 606 (que, debido a la extensión longitudinal de los segmentos horizontales superiores de las ranuras de leva 622a, 622b, no cambiará la posición de la placa de soporte 502 y el montaje de calentamiento y control 500 con respecto al montaje de carro de cartucho 650 y el cartucho multiplexado que se mantiene en este) tirará además del soporte de accionador de imán 584 para girar completamente los montajes de imán 552, 570 (en sentido antihorario) en sus posiciones completamente desplegadas en contacto o cerca del cartucho multiplexado. Por lo tanto, con la placa de soporte 502 y el montaje de control y calentamiento 500 mantenido en la posición ascendente en contacto con el cartucho multiplexado, los montajes de imán están configurados para moverse independientemente del resto del montaje de control y calentamiento 500 y el marco de leva 606 puede moverse longitudinalmente para efectuar el despliegue selectivo de los montajes de imán 552, 570 en apoyo de los requisitos para aplicar o eliminar selectivamente las fuerzas magnéticas con respecto al cartucho multiplexado sostenido dentro del montaje de carro de cartucho 650.
Además, como se puede observar mejor en la figura 48, cuando el marco de leva 606 avanza (a la izquierda en la figura 48) para bajar el montaje de control y calentamiento 500 con respecto al cartucho, el conector de accionador lineal 618 que se extiende por encima de la barra transversal 614 entra en contacto con la palanca 658 del pestillo de cartucho 654, girando así el pestillo de cartucho 654 en sentido contrario a las agujas del reloj para bajar el gancho 656 y desacoplar el gancho 656 del cartucho multiplexado de modo que el cartucho multiplexado pueda ser expulsado del soporte de cartucho 652 por el montaje de expulsor de cartucho 670.
MONTAJE DE MOTOR DE MEZCLA
Los detalles del montaje de motor de mezcla 700 se muestran en las figuras 50A y 50B.
La figura 50A es una vista en perspectiva del montaje de motor de mezcla 700, y la Figura 50B es una vista en perspectiva en despiece del montaje de motor de mezcla 700.
El montaje de motor de mezcla 700 incluye un soporte de motor de mezcla 702 al que se monta un motor de mezcla 706. Los motores adecuados incluyen el Pololu Micro Metal Gearmotor con una caja de cambios de 150:1 y el Maxon, modelo DCX10L EB SL 4.5V con una caja de cambios de 64:1. Las características preferidas del motor incluyen 100 repeticiones a un par motor de 12 onzas-en, 3000 horas de vida útil a 45 °C de ambiente de operación y tamaño compacto (por ejemplo, 10 mm de ancho (diámetro) y menos de 25 mm de largo).
Un engranaje biselado 708 se fija a un eje de salida del motor 706. Un engranaje cónico 710 montado de forma giratoria al soporte de montaje del motor de mezcla 702 está acoplado operativamente al engranaje biselado 708 con los dientes de engranaje biselado del engranaje cónico 706 acoplado con los dientes de engranaje biselado del engranaje biselado 708. Por lo tanto, la rotación accionada del engranaje biselado 708 alrededor de un eje horizontal de rotación correspondiente al eje de salida del motor 706 se convierte en una rotación del engranaje cónico 710 alrededor de un eje vertical de rotación.
El montaje de motor de mezcla 700 se conecta de forma giratoria a una parte inferior de la placa de blíster 644 de la placa de montaje 640 por medio de un tornillo de pivote 716 que se extiende a través de la abrazadera de motor de mezcla 702. Un separador 714 (que comprende un tornillo roscado y un manguito cilindrico dispuesto sobre una porción del eje de tornillo) está unido a un extremo del soporte de montaje 702. Un resorte de torsión 718 está acoplado al tornillo de pivote 716 y desvía el montaje de motor de mezcla 700 hacia adentro con respecto a la pared lateral 474 (véase la figura 42) de modo que el engranaje cónico 710 engrane los dientes de engranajes periféricos 198 de la mezcladora giratoria 192 (véase la figura 8) del cartucho multiplexado 10.
Como se muestra en la Fig. 48, el larguero longitudinal 610 del marco de leva 606 incluye un bloque biselado 616 que se extiende hacia adentro desde el larguero longitudinal 610. Como se señaló anteriormente, el
montaje de motor de mezcla 700 está inclinado para girar hacia adentro con respecto a la pared lateral 474 y el larguero longitudinal 610 debido al resorte de torsión 718. El bloque biselado 616 está posicionado para acoplarse al montaje de motor de mezcla 700 cuando el marco de leva 606 está en la posición delantera.
Por lo tanto, cuando el marco de leva 606 se encuentra en la posición retraída para elevar el montaje de control y calentamiento 500 en acoplamiento con el cartucho multiplexado 10 mantenido en el montaje de carro de cartucho 650, el montaje de motor de mezcla 700 pivota hacia adentro bajo la fuerza del resorte de torsión 718 en acoplamiento con el cartucho multiplexado. A medida que el marco de leva 606 se mueve hacia adelante (a la izquierda en la figura 48) para bajar el montaje de control y calentamiento 500 lejos del cartucho multiplexado sostenido en el montaje de carro de cartucho 650, el bloque biselado 616 entra en contacto con el separador 714 del montaje de motor de mezcla 700 y hace girar el montaje de motor de mezcla hacia afuera (hacia el larguero longitudinal 610) contra la inclinación del resorte de torsión 718 para desacoplar el engranaje de espuela biselado 710 de la mezcladora giratoria 192 del cartucho multiplexado 10. En un ejemplo, el bloque biselado 616 entra en contacto con el separador 714 para girar el montaje de motor de mezcla 700 fuera de acoplamiento con la mezcladora giratoria 192 antes de que el conector de accionador 618 del marco de leva 606 entre en contacto con la palanca 658 del pestillo de cartucho 654 para bajar el gancho 656 y liberar el cartucho que expulsará el montaje de expulsor de cartucho 670.
Por lo tanto, cuando el marco de leva 606 está en la posición delantera, el panel de control y calentamiento 500 está en la posición descendida fuera de contacto con el cartucho multiplexado, los montajes de imán 552, 570 giran hacia abajo a sus posiciones retraídas lejos del cartucho multiplexado, el montaje de motor de mezcla 700 gira hacia afuera fuera de un acoplamiento con el cartucho multiplexado, y el pestillo de cartucho multiplexado 654 gira de modo que el gancho 656 se desenganche del cartucho multiplexado. Por lo tanto, el cartucho multiplexado no se pone en contacto ni se acopla de otro modo por ninguno de los componentes del montaje de procesamiento de cartucho multiplexado 470, y el cartucho multiplexado 10 puede ser expulsado por el montaje de expulsor de cartucho 670.
MONTAJE DEL MECANISMO DE COMPRESIÓN DEL BLÍSTER (SECTOR SUPERIOR)
Los detalles de un montaje de mecanismo de compresión de blíster 750 se muestran en la figura 51; que es una vista prospectiva en despiece del montaje de mecanismo de compresión de blíster 750. El montaje 750 comprende una placa de brazo de leva 752 y una matriz 754 de mecanismos de compresión operativos del brazo de leva montados operativamente dentro de la placa de brazo de leva 752. La placa de brazo de leva 752 se monta en la parte superior de la placa de blíster 644 de la placa de montaje 640. Los mecanismos de compresión de la matriz 754 comprenden mecanismos de compresión configurados para comprimir compartimientos de fluido plegables o blísteres del cartucho multiplexado 10, mecanismos de compresión configurados para comprimir blísteres de lanza del cartucho y mecanismos de compresión configurados para presionar y cerrar montajes de válvula activos del cartucho. Los diversos mecanismos de compresión de la matriz 754 están alineados con los orificios de blíster 646 formados en la placa de blíster 644 de modo que los mecanismos de compresión de la matriz 754 puedan acceder a los blísteres y válvulas activas del cartucho multiplexado 10 colocado debajo de la placa de blíster 644 dentro del sector de procesamiento 440.
En varios ejemplos, el LED PCB 466 se une a la placa de brazo de leva 752.
El montaje de mecanismo de compresión de blíster 750 incluye además una placa de seguimiento de leva 820 montada en la placa de brazo de leva 752 para un movimiento lineal con respecto a la placa de brazo de leva. En varios ejemplos, un borde de la placa de seguimiento de leva 820 se fija a un riel guía lineal 822 unido a una superficie superior de la placa de brazo de leva 752 mediante carros guía lineales 824a y 824b unidos a la placa de seguimiento de leva 820. Un borde opuesto de la placa de seguimiento de leva 820 está asegurado contra el movimiento vertical mediante un elemento de sujeción 826 (o restricción del eje Z) montado dentro de una cavidad 753 formada en la placa de brazo de leva 752, p. ej., mediante sujetadores adecuados, e incluye una ranura longitudinal 828 a lo largo de un borde de esta que recibe un borde escalonado 830 de la placa de seguimiento de leva 820. Los materiales adecuados para la construcción del elemento de sujeción incluyen Delrin y latón. Por consiguiente, la placa de seguimiento de leva 820 se fija en la dirección Z, o vertical o dirección normal con respecto al plano de la placa de brazo de leva 752, en un espacio dado desde la placa de brazo de leva 752 y se permite el movimiento en una dirección longitudinal correspondiente a la dirección longitudinal del riel guía lineal 822 y en general paralelo al plano de la placa de brazo de leva 752, pero se restringe el movimiento en cualquier dirección transversal al riel guía lineal 822.
El movimiento accionado de la placa de seguimiento de leva 820 con respecto a la placa de brazo de leva 752 se efectúa mediante un motor de placa de seguimiento de leva 834 unido por medio de un accionador lineal 836 a un soporte de accionamiento 840 que se une a un borde de la placa de seguimiento de leva 820. En varios ejemplos, el motor 834 incluye además un codificador giratorio 838 para proporcionar un control preciso y retroalimentación del motor 834. En varios ejemplos, el soporte de accionamiento 840 tiene una forma "L" con una primera porción que se extiende desde un punto de unión a la placa de seguimiento de leva 820 en un plano que en general corresponde al plano de la placa de seguimiento de leva y una segunda porción que se extiende hacia abajo en una dirección que en general es normal al plano de la placa de seguimiento de leva. El accionador lineal 836 está unido al soporte de accionamiento 840 en un extremo inferior de la segunda porción que se extiende hacia abajo del soporte de accionamiento 840. Esta configuración del soporte de accionamiento 840 limita la cantidad por la cual el motor de placa de seguimiento de levas 834 se extiende por encima de la placa de seguimiento de levas 820, para mantener así un perfil delgado del sector de procesamiento 440.
En varios ejemplos, se proporciona un mecanismo de sensor para indicar cuándo la placa de seguimiento de leva 820 está en una posición particular predefinida con respecto a la placa de brazo de leva 752. En un ejemplo, el mecanismo sensor puede comprender un interruptor de inicio 842 que está montado en la placa de brazo de leva 752 y está en contacto con una superficie de contacto del interruptor de inicio 832 de la placa de seguimiento de leva 820 cuando la placa de seguimiento de leva 820 se ha movido a una posición de inicio con respecto a la placa de brazo de leva 752.
En varios ejemplos, la placa de brazo de leva 752 incluye dos sensores ópticos 810, 812 colocados de manera que correspondan espacialmente a las ubicaciones de los puertos ópticos de entrada y salida 14, 16, respectivamente (véase la figura 1). Los sensores 810, 812 están construidos y dispuestos para detectar (p. ej., generar una señal) el flujo de fluido a través de la cámara de detección óptica de entrada 154 y la cámara de detección óptica de salida 158 del módulo de preparación de muestras 70 (véase, por ej. la figura 15). Los sensores ópticos 810, 812 se pueden conectar a la PCB de LED 466 y al menos se pueden controlar parcialmente mediante esta.
MECANISMO DE COMPRESIÓN
Los detalles de los mecanismos de compresión se muestran en las figuras 52, 53 y 54. La figura 52 es una vista en planta parcial inferior de la placa de brazo de leva 752 que muestra almohadillas de compresión de la matriz 754 de mecanismos de compresión. La figura 53 es una vista en perspectiva superior de los mecanismos de compresión de la matriz 754 aislados de la placa de brazo de leva 752. La figura 54 es una vista en perspectiva inferior de los mecanismos de compresión de la matriz 754 aislados de la placa de brazo de leva 752.
La matriz 754 comprende una pluralidad de mecanismos de compresión de blísteres de fluido, cada uno configurado para, cuando se acciona, aplicar una fuerza de compresión sobre un blíster de fluido deformable asociada y así comprimir el blíster deformable. En el ejemplo ilustrado, hay cinco mecanismos de compresión de blísteres de fluido 756a, 756b, 756c, 756d y 756e que corresponden a las cámaras de fluido deformables 34a, 36a, 38a, 40a y 42a, respectivamente, del cartucho multiplexado.
La matriz 754 incluye además una pluralidad de mecanismos de compresión de blísteres de lanza, cada uno configurado para, cuando se acciona, aplicar una fuerza de compresión sobre un blíster de lanza asociada que está asociada con una de los blísteres de fluido deformables y así comprimir el blíster de lanza y el sello de fluido dentro del blíster de lanza. En el ejemplo ilustrado, hay cinco mecanismos de compresión de blísteres de lanza 760a, 760b, 760c, 760d y 760e que corresponden a los blísteres de lanza 34b, 36b, 38b, 40b y 42b, respectivamente, del cartucho multiplexado.
La matriz 754 incluye además un mecanismo de compresión 758 que tiene sustancialmente la misma configuración que un mecanismo de compresión de blíster de lanza 760a-e y que corresponde al blíster 44 del cartucho multiplexado.
La matriz 754 incluye dos mecanismos de compresión de accionador de válvula 762a, 762b asociados con el montaje de válvula de muestra 204 y el montaje de válvula de desecho 219, respectivamente (véase la figura 15). Cada uno de los mecanismos de compresión del accionador de válvula 762a, 762b está configurado para, cuando se acciona, se aplique una fuerza de compresión en las lengüetas de accionador de válvula 20, 18 (ver la figura 1), respectivamente, y por lo tanto para accionar, y cerrar, las válvulas activas 219 y 204.
Los detalles de las construcciones de cada uno de los diversos mecanismos de compresión se muestran en las figuras 53 y 54, así como en las figuras 55A, 55B y 55C. La figura 55A es una vista en perspectiva en despiece de un único mecanismo de compresión de blísteres de fluido. La figura 55B es una vista prospectiva en despiece de un único mecanismo de compresión de blísteres de lanza. La figura 55C es una vista en perspectiva detallada de un mecanismo de compresión de accionador de válvula.
El montaje de mecanismo de compresión de blíster emplea principios y conceptos descritos en la solicitud de patente estadounidense n .° 14/206,817 titulada “Aparatos y Procedimientos para manipular recipientes de fluido deformable”. En particular, el montaje de mecanismo de compresión de blíster se construye y dispone para convertir el movimiento horizontal de la pata de seguimiento de leva 820 en movimiento vertical, o parcialmente vertical, de los mecanismos de compresión para comprimir un blíster de fluido, un blíster de lanza y un montaje de válvula sin requerir componentes neumáticos, electromecánicos u otros componentes a distancias mayores por encima y/o por debajo del cartucho multiplexado 10 para mantener así un perfil delgado del sector de procesamiento 440.
En referencia a la figura 5 5A, cada mecanismo de compresión de blíster de fluido, tal como el mecanismo de compresión de blíster de fluido 756a, incluye un brazo de leva 764 con una superficie de leva 766 formada a lo largo de un borde superior de este. El brazo de leva 764 está montado dentro de la placa de brazo de leva 752 para el movimiento de rotación alrededor de una clavija de pivote de brazo 768 que se extiende a través de un orificio formado en un extremo del brazo de leva 764. El brazo de leva 764 está dispuesto dentro de una ranura 765 formada en la placa de brazo de leva 752, y la clavija de pivote del brazo 768 está montado dentro de la placa de brazo de leva 752 transversalmente a esa ranura (véase la figura 52). Una almohadilla de compresión 772 está montada de forma giratoria en un extremo opuesto del brazo de leva 764 para el movimiento giratorio alrededor de una clavija de pivote de almohadilla 774 que se extiende a través de un orificio formado en el extremo opuesto del brazo de leva 764. En varios ejemplos, la almohadilla de compresión 772 se dispone dentro de un hueco ciego 773 formado en una superficie inferior de la placa de brazo de leva 752 en una forma que en general se ajusta a la forma de la almohadilla de compresión 772 (véase la figura 52).
El mecanismo de compresión de blíster de fluido 756a está configurado para girar con respecto a la placa de brazo de leva 752 alrededor del pasador de pivote de brazo 768 entre una posición retraída en la que el mecanismo de compresión no está aplicando presión a el blíster de fluido asociada y una posición extendida o desplegada en la que el mecanismo de compresión está aplicando una fuerza de compresión sobre el blíster de fluido. Un resorte de torsión 770 desvía el mecanismo de compresión 756a hacia la posición retraída. En la posición retraída, el brazo de leva 764 está sustancialmente dispuesto dentro de la ranura correspondiente 765 formada en la placa de brazo de leva 752 y la almohadilla de compresión 772 está dispuesta dentro de la cavidad de la almohadilla 773 formada en la placa de brazo de leva 752 de modo que la superficie de contacto con el blíster de la almohadilla de compresión 772 está sustancialmente alineada con una superficie de la placa de brazo de leva 752. En la posición extendida, el brazo de leva 756 se hace girar alrededor de la clavija de pivote del brazo de leva 768 de modo que la almohadilla de compresión 772 se extienda por debajo de la placa del brazo de leva 752 para comprimir y contraer el blíster de reactivo dispuesta por debajo de la almohadilla de compresión 772.
La superficie de leva 766 puede incluir una protuberancia convexa u otro rasgo que, en varios ejemplos, se extiende por encima de una superficie superior de la placa de brazo de leva 752 (véase la figura 51, que muestra los rasgos de leva de los brazos de leva de la matriz 754 de mecanismos de compresión que se extienden por encima de la placa de brazo de leva 752). Cuando la superficie de leva 766 se acopla mediante un elemento de seguimiento de leva que se mueve con respecto al brazo de leva 764 sobre la superficie de leva 766, se hace que el brazo de leva 764 gire desde la posición retraída a la posición extendida a medida que el seguidor de leva se mueve sobre la protuberancia convexa de la superficie de leva 766. A medida que el elemento de seguimiento de leva se mueve de la superficie de leva 766, el brazo de leva 764 vuelve a la posición retraída bajo la fuerza del resorte de torsión 770.
El brazo de leva 764 está hecho preferiblemente de un material que tiene suficiente resistencia para soportar las fuerzas aplicadas a él por un elemento de seguimiento de leva que empuja el brazo de leva 764 contra un blíster de fluido plegable y que tiene una maquinabilidad adecuada. Los materiales adecuados incluyen acero para aplicaciones en las que el elemento de seguimiento de leva comprende un rodillo que rueda sobre la superficie de leva 766. Para aplicaciones en las que el elemento de seguimiento de leva comprende un elemento deslizante (es decir, no rodante) que se desliza sobre la superficie de leva 766, los materiales adecuados incluyen materiales de baja fricción y baja abrasión, tales como nailon o un material impregnado con lubricante, tales como bronce impregnado con aceite.
En varios ejemplos, la construcción y el funcionamiento de los otros mecanismos de compresión de blísteres de fluido, 756b, 756c, 756d y 756e son sustancialmente los mismos que los del mecanismo de compresión de blísteres de fluido 756a, aunque el tamaño y la forma de las almohadillas de compresión (por ejemplo, almohadilla de compresión 772) pueden variar de un mecanismo de compresión de blísteres de fluido al siguiente en función del tamaño y la forma del blíster de fluido que se va a comprimir por el mecanismo de compresión.
En referencia a la figura 55B, cada mecanismo de compresión de blísteres de lanza, tal como el mecanismo de compresión de blísteres de lanza 760a, incluye un brazo de leva 780 con una superficie de leva 782 formada a lo largo de un borde superior de este. El brazo de leva 780 está montado dentro de la placa de brazo de leva 752 para el movimiento de rotación alrededor de una clavija de pivote de brazo 784 que se extiende a través de un orificio formado en un extremo del brazo de leva 780. El brazo de leva 780 está dispuesto dentro de una ranura 781 formada en la placa de brazo de leva 752, y la clavija de pivote del brazo 784 está montado dentro de la placa de brazo de leva 752 transversalmente a esa ranura (véase la figura 52). Se forma o coloca una almohadilla de compresión 788 en un extremo opuesto del brazo de leva 780. En varios ejemplos, la almohadilla de compresión 788 se dispone dentro de un hueco ciego 789 formado en una superficie inferior de la placa de brazo de leva 752 en una forma que en general se ajusta a la forma de la almohadilla de compresión 788 (véase la figura 52).
El mecanismo de compresión de blíster de lanza 760a está configurado para girar con respecto a la placa de brazo de leva 752 alrededor del pasador de pivote de brazo 784 entre una posición retraída en la que el mecanismo de compresión no está aplicando presión a el blíster de lanza asociada y una posición extendida o desplegada en la que el mecanismo de compresión está aplicando una fuerza de compresión sobre el blíster de lanza. Un resorte de torsión 786 desvía el mecanismo de compresión 760a hacia la posición retraída. En la posición retraída, el brazo de leva 780 está sustancialmente dispuesto dentro de la ranura correspondiente 781 formada en la placa de brazo de leva 752 y la almohadilla de compresión 788 está dispuesta dentro de la cavidad de la almohadilla 789 formada en la placa de brazo de leva 752 de modo que la superficie de contacto con el blíster de la almohadilla de compresión 788 está sustancialmente alineada con una superficie de la placa de brazo de leva 752. En la posición extendida, el brazo de leva 780 se hace girar alrededor del pasador de pivote del brazo de leva 784 de modo que la almohadilla de compresión 788 se extienda por debajo de la placa del brazo de leva 752 para comprimir y contraer el blíster de lanza dispuesta por debajo de la almohadilla de compresión 788.
La superficie de leva 782 puede incluir una protuberancia convexa u otro rasgo que, en varios ejemplos, se extiende por encima de una superficie superior de la placa de brazo de leva 752 (véase la figura 51, que muestra los rasgos de leva de los brazos de leva de la matriz 754 de mecanismos de compresión que se extienden por encima de la placa de brazo de leva 752). Cuando la superficie de leva 782 se acopla mediante un elemento de seguimiento de leva que se mueve con respecto al brazo de leva 780 sobre la superficie de leva 782, se hace que el brazo de leva 780 gire desde la posición retraída a la posición extendida a medida que el seguidor de leva se mueve sobre la protuberancia convexa de la superficie de leva 782. A medida que el elemento de seguimiento de leva se mueve de la superficie de leva 782, el brazo de leva 780 vuelve a la posición retraída bajo la fuerza del resorte de torsión 786.
El brazo de leva 780 está hecho preferiblemente de un material que tiene suficiente resistencia para soportar las fuerzas aplicadas a él por un elemento de seguimiento de leva que empuja el brazo de leva 780 contra un blíster de lanza plegable y que tiene una maquinabilidad adecuada. Los materiales adecuados incluyen acero para aplicaciones en las que el elemento de seguimiento de leva comprende un rodillo que rueda sobre la superficie de leva 782. Para aplicaciones en las que el elemento de seguimiento de leva comprende un elemento deslizante (es decir, no rodante) que se desliza sobre la superficie de leva 782, los materiales adecuados incluyen materiales de baja fricción y baja abrasión, tales como nailon o un material impregnado con lubricante, tales como bronce impregnado con aceite.
En varios ejemplos, la construcción y el funcionamiento de los otros mecanismos de compresión de blísteres de lanza, 760b, 760c, 760d y 760e, y el mecanismo de compresión 758, son sustancialmente los mismos que los del mecanismo de compresión de blísteres de lanza 760a.
En referencia a la figura 55C, cada mecanismo de compresión del accionador de válvula, tal como el mecanismo de compresión del accionador de válvula 762a, incluye un brazo de leva 790 con una superficie de leva 792 formada a lo largo de un borde superior de este. El brazo de leva 790 está montado dentro de la placa de brazo de leva 752 para el movimiento de rotación alrededor de una clavija de pivote de brazo 794 que se extiende a través de un orificio formado en un extremo del brazo de leva 790. El brazo de leva 790 está dispuesto dentro de una ranura 791 formada en la placa de brazo de leva 752, y la clavija de pivote del brazo 794 está montado dentro de la placa de brazo de leva 752 transversalmente a esa ranura (Véase la figura 52). Se forma o coloca una almohadilla de contacto 798 en un extremo opuesto del brazo de leva 790. En varios ejemplos, la almohadilla de contacto 798 está dispuesta dentro de un hueco ciego 799 formado en una superficie inferior de la placa de brazo de leva 752 en una forma que en general se ajusta a la forma de la almohadilla de contacto 798 (véase la figura 52).
En varios ejemplos, la almohadilla de contacto 798 puede incluir además una clavija de contacto, o punto, 800 que se proyecta desde la almohadilla de contacto 798. El punto de contacto está configurado para encajar con un pequeño hoyuelo o depresión formado en la superficie superior de la lengüeta de accionador de válvula 18 o 20 cuando el mecanismo de compresión del accionador de válvula está presionando contra la lengüeta para evitar que el mecanismo de compresión se deslice de la lengüeta de accionador de válvula. Además, en varios ejemplos, una porción de la almohadilla de contacto 798, y la clavija de contacto 800, se puede desplazar desde el brazo de leva 690 para acomodar las limitaciones de orientación y espacio dentro de la matriz 754 de mecanismos de compresión.
El mecanismo de compresión del accionador de válvula 762a está configurado para girar con respecto a la placa de brazo de leva 752 alrededor de la clavija de pivote de brazo 794 entre una posición retraída en la que el mecanismo de compresión no está aplicando presión a la lengüeta de accionador de válvula asociada y el montaje de válvula activa y una posición extendida o desplegada en la que el mecanismo de compresión está aplicando una fuerza de compresión sobre la lengüeta de accionador y el montaje de válvula. Un resorte de torsión 796 desvía el mecanismo de compresión 762a hacia la posición retraída. En la posición retraída, el brazo de leva 790 está sustancialmente dispuesto dentro de la ranura correspondiente 791 formada en la placa de brazo de leva 752 y la almohadilla de contacto 798 está dispuesta dentro de la cavidad de la almohadilla 799 formada en la placa de brazo de leva 752 de modo que la superficie de contacto de la almohadilla de contacto 798 está sustancialmente al ras de una superficie de la placa de brazo de leva 752. En la posición extendida, el brazo de leva 790 se hace girar alrededor de la clavija de pivote del brazo de leva 794 de modo que la almohadilla de contacto 798 se extienda por debajo de la placa de brazo de leva 752 para desviar la lengüeta de accionador de válvula hacia abajo y cerrar el montaje de válvula asociado dispuesto por debajo de la lengüeta de accionador de válvula.
La superficie de leva 792 puede incluir una protuberancia convexa u otro rasgo que, en varios ejemplos, se extiende por encima de una superficie superior de la placa de brazo de leva 752 (véase la figura 51, que muestra los rasgos de leva de los brazos de leva de la matriz 754 de mecanismos de compresión que se extienden por encima de la placa de brazo de leva 752). Cuando la superficie de leva 792 se acopla mediante un elemento de seguimiento de leva que se mueve con respecto al brazo de leva 790 sobre la superficie de leva 792, se hace que el brazo de leva 790 gire desde la posición retraída a la posición extendida a medida que el seguidor de leva se mueve sobre la protuberancia convexa de la superficie de leva 792. A medida que el elemento de seguimiento de leva se mueve de la superficie de leva 982, el brazo de leva 790 vuelve a la posición retraída bajo la fuerza del resorte de torsión 796.
El brazo de leva 790 está hecho preferiblemente de un material que tiene suficiente resistencia para soportar las fuerzas aplicadas a él por un elemento de seguimiento de leva que empuja el brazo de leva 790 contra un montaje de válvula y que tiene una maquinabilidad adecuada. Los materiales adecuados incluyen acero para aplicaciones en las que el elemento de seguimiento de leva comprende un rodillo que rueda sobre la superficie de leva 792. Para aplicaciones en las que el elemento de seguimiento de leva comprende un elemento deslizante (es decir, no rodante) que se desliza sobre la superficie de leva 792, los materiales adecuados incluyen materiales de baja fricción y baja abrasión, tales como nailon o un material impregnado con lubricante, tales como bronce impregnado con aceite.
En varios ejemplos, la construcción y el funcionamiento del otro mecanismo de compresión del accionador de válvula 762b son sustancialmente los mismos que los del mecanismo de compresión del accionador de válvula 762a.
Los detalles de la placa de seguimiento de leva 820 se muestran en las figuras 56 y 57. La figura 56 es una vista plana inferior de la placa de seguimiento de leva 820, y la figura 57 es una vista en perspectiva inferior de la placa de seguimiento de leva 820.
La placa de seguimiento de levas 820 incluye una cantidad de ranuras de levas longitudinales en general paralelas 850, 852, 854, 856, 858 y 860. Cada una de las ranuras 850- 860 de la placa de seguimiento de leva 820 recibe una porción de uno o más de los brazos de leva 764, 780, 790 de los mecanismos de compresión de la matriz 754. Además, cada ranura 850-860 incluye uno o más elementos de seguimiento de leva, por ejemplo, en forma de cono o rodillos formados o posicionados en posiciones discretas a lo largo de la ranura correspondiente.
La placa de seguimiento de leva 820, como se indicó anteriormente, está configurada para el movimiento lineal con respecto a la placa de brazo de leva 752 en un plano que es paralelo a la placa de brazo de leva 752. A medida que la placa de seguimiento de leva 820 se mueve con respecto a la placa de brazo de leva 752, cuando un elemento de seguimiento de leva dentro de una ranura de leva se encuentra con la superficie de leva del brazo de leva del mecanismo de compresión (por ejemplo, la superficie de leva 766, 782 o 792 de los brazos de leva 764, 780 o 790, respectivamente), el brazo de leva se empuja hacia abajo, girando alrededor de su respectiva clavija de pivote del brazo (por ejemplo, la clavija de pivote 768, 784 o 794) para provocar que el mecanismo de compresión comprima el blíster (por ejemplo, blíster de fluido compresible o blíster de lanza) o presione el montaje de válvula activa dispuesto debajo de ese mecanismo de compresión.
Durante el movimiento de la placa de seguimiento de leva 820 con respecto a la placa de brazo de leva 852, las ubicaciones relativas de los mecanismos de compresión de la matriz 754 de mecanismos de compresión y los conos de seguimiento de leva formadas en las ranuras 850, 852, 854, 856, 858 y 860 definen la secuencia en la que se accionan los mecanismos de compresión.
SOFTWARE Y HARDWARE
Tal como se describió anteriormente de forma general y específica, los aspectos de la descripción se implementan a través de componentes de hardware de control y cómputo, software creado por el usuario, componentes de entrada de datos y componentes de salida de datos. Los componentes de hardware incluyen módulos de cómputo y control (porejemplo, controlador(es) del sistema), tales como microprocesadores y computadoras, configurados para efectuar pasos computacionales y/o de control al recibir uno o más valores de entrada, ejecutar uno o más algoritmos almacenados en medios legibles por máquina no transitorios (por ejemplo, software) que proporcionan instrucciones para manipular o actuar de otro modo sobre los valores de entrada, y generar uno o más valores de salida. Dichas salidas se pueden mostrar o indicar de otro modo a un usuario para proporcionar información al usuario, por ejemplo, información sobre el estado del instrumento o un procedimiento que se realiza de este, o dichas salidas pueden comprender entradas a otros procedimientos y/o algoritmos de control. Los componentes de entrada de datos comprenden elementos por los cuales se introducen datos para su uso por los componentes de hardware de control y cómputo. Dichas entradas de datos pueden comprender sensores de posición, codificadores de motor, así como elementos de entrada manuales, tales como interfaces gráficas de usuario, teclados, pantallas táctiles, micrófonos, interruptores, escáneres operados manualmente, entrada activada por voz, etc. Los componentes de salida de datos pueden comprender discos duros u otros medios de almacenamiento, interfaces gráficas de usuario, monitores, impresoras, luces indicadoras o elementos de señal audible (por ejemplo, zumbador, bocina, campana, etc.).
El software comprende instrucciones almacenadas en medios legibles por computadora no transitorios que, cuando son ejecutadas por el hardware de control y computación, hacen que el hardware de control y computación realice uno o más procedimientos automatizados o semiautomatizados.
PROCEDIMIENTO DE PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Un ejemplo de procedimiento de preparación de muestras que se puede realizar en el módulo de preparación de muestras 70 se describe e ilustra en las figuras 16-23. Los expertos en la técnica reconocerán que los procedimientos de preparación de muestras distintos de los descritos en esta invención -por ejemplo, reordenar las etapas de lo que se describe en esta invención, la omisión de ciertas etapas descritas en esta invención, y/o la adición de ciertas etapasse pueden realizar con el módulo de preparación de muestras o una versión modificada del módulo de preparación de muestras.
En una primera etapa, ilustrada en la figura 16, se dispensa una muestra de fluido en el pocillo de muestra 78. En general, el cartucho multiplexado 10 está diseñado para procesar muestras líquidas o sólidas. Las muestras líquidas pueden incluir sangre, suero, plasma, orina, saliva, líquido cefalorraquídeo, linfa, transpiración, semen o muestras epiteliales tales como hisopos de mejilla, nasofaringe, anal o vaginal a los que se ha agregado amortiguador de lisis para resuspender las células. Las muestras sólidas, tales como heces o muestras de tejido (por ejemplo, biopsias tumorales), en general necesitan ser resuspendidas y diluidas en un amortiguador, por ejemplo, el medio de transporte Cary Blair. El pocillo de muestra 78 a continuación se puede cerrar usando la tapa de muestra 84 (véase la figura 6), y el cartucho multiplexado 10 a continuación se coloca en un instrumento de procesamiento (por ejemplo, en el sector de procesamiento 440 del módulo de procesamiento 410 del instrumento 400).
En una primera etapa realizada dentro del instrumento, como se ilustra en la figura 17, el blíster de lanza 34b asociada con el compartimiento deformable 34a se comprime mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 760a) para presionar una perla u otro dispositivo de apertura a través de un sello de cierre (es decir, la lanza del sello con la perla u otro dispositivo), y a continuación el compartimiento deformable 34a se comprime mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 756a) para forzar un fluido de procedimiento contenido en el mismo en el primer puerto de entrada 136 formado en el sustrato 72.
En un ejemplo, el fluido de procedimiento contenido en el compartimiento deformable 34a es un amortiguador de lisis. El fluido es dirigido por el primer canal de fluido 150 desde el puerto de entrada 136 al pocillo de muestra 78, donde el fluido ingresa al pocillo de muestra 78 a través del tubo de entrada 80. Además, una bomba externa (por ejemplo, bomba 458) conectada al módulo de preparación de muestra 70 en el puerto de bomba 104 genera presión que se aplica al contenido del pocillo de muestra 78 a través del conducto de presión 106.
La presión generada al comprimir el compartimiento deformable 34a y la presión aplicada en el conducto de presión 106 empuja el contenido de fluido - que comprende la muestra de fluido y el contenido del compartimiento deformable 34a - desde el pocillo de muestra 78 a través del segundo canal de fluido 152 hacia la entrada de la cámara de lisis 122. El fluido continúa fluyendo a través de la cámara de lisis, saliendo de la salida 124, donde es dirigido por el tercer canal de fluido 156 y una porción del quinto canal de fluido 162 hacia el pocillo de mezcla 90. A medida que la corriente de fluido entra o sale primero de la cámara de lisis 120 y pasa a través de la cámara de detección óptica de entrada 154 o la cámara de sensor óptico de salida 158, se detecta a través del puerto óptico asociado 14 o 16 formado en la cubierta superior 12 (véase la figura 1) mediante un detector óptico (p. ej., detector(es) óptico(s) montado(s) en el LED PCB 466). Una señal del detector óptico que indica el flujo de fluido (p. ej., una interfaz aire-fluido) a través de la cámara de detección óptica de entrada o salida 154 o 158 activa el motor 128 del mezclador de cámara de lisis para interrumpir el fluido que fluye a través de la cámara de lisis 120 con perlas de lisis contenidas dentro de la cámara de lisis 120. El motor 128 continúa funcionando hasta que una señal de un detector óptico que indica el flujo de fluido final a través de la cámara de detección óptica de entrada o salida 154 o 158 - y por lo tanto el final del flujo a través de la cámara de lisis 120, desactiva el motor 128.
A medida que la mezcla de fluidos fluye hacia el compartimiento de mezcla 90, el puerto de válvula pasiva 108 permanece abierto de modo que la presión dentro del pocillo de mezcla 90 no se eleve a un nivel que abra el montaje de válvula pasiva 220. Por lo tanto, en la conclusión de la etapa ilustrada en la figura 17, el pocillo de mezcla 90 contendrá una mezcla de muestra de fluido y el contenido del compartimiento deformable 34a (por ejemplo, un amortiguador de lisis) que ha sido físicamente lisado por el mezclador de lisis y las perlas de lisis contenidas en la cámara de lisis 120.
Con referencia ahora a la figura 18, después de la etapa que se muestra en la figura 17, la bomba neumática que aplica presión en el puerto de presión 104 se apaga, por ejemplo, después de un período de operación prescrito, y el tercer compartimiento deformable 44 se comprime mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 758) para forzar el contenido del compartimiento deformable 44 en el tercer puerto de entrada 140. En un ejemplo, el contenido del compartimiento deformable 44 comprende perlas de captura de diana magnéticas.
A continuación, el blíster de lanza 36b asociada con el compartimiento deformable 36a se comprime mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 760e) para presionar una perla u otro dispositivo de apertura a través de un sello de cierre (es decir, la lanza del sello con la perla u otro dispositivo), y a continuación el compartimiento deformable 36a se comprime mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 756e) para forzar un fluido de procedimiento contenido en el mismo en el segundo puerto de entrada 138 formado en el sustrato 72. El fluido de procedimiento luego fluye a través del cuarto canal de fluido 160 y el quinto canal de fluido 162 hacia el pocillo de mezcla 90. El contenido del compartimiento deformable 36a puede comprender un amortiguador de unión para facilitar la unión de las perlas de captura objetivo al o los analitos diana. El fluido que fluye más allá del tercer puerto de entrada 140, bajo la presión generada por la compresión del compartimiento deformable 36a, transporta el contenido de fluido del compartimiento deformable 36a y el contenido del compartimiento deformable 44 a través del quinto canal de fluido 162 al pocillo de mezcla 90.
Como se señaló anteriormente, en un ejemplo alternativo, las perlas magnéticas pueden proporcionarse en forma de una pastilla liofilizada contenidas dentro del pocillo de mezcla 90, y el compartimiento deformable 44, el accionador externo asociado (por ejemplo, el mecanismo de compresión 758), y la etapa de ruptura del compartimiento deformable 44 puede omitirse.
Luego de la etapa ilustrada en la figura 18 se complete, la mezcladora giratoria 192 dentro del pocillo de mezcla 90 puede activarse (por ejemplo, mediante el montaje de motor de mezcla 700) para agitar el contenido del pocillo de mezcla 90. En varios ejemplos, una forma de reactivo liofilizada u otra forma de reactivo seca se puede preposicionar en el pocillo de mezcla 90 y se disuelve o reconstituye mediante los fluidos transportados hacia el pocillo de mezcla 90. La mezcladora giratoria 192 ayuda a facilitar la disolución o reconstitución del reactivo seco y mezcla todos los materiales contenidos en el pocillo de mezcla para formar una mezcla de fluidos homogénea.
En referencia a la figura 19, una siguiente etapa comprende colapsar el blíster de lanza 38b (p. ej., con el mecanismo de compresión 760b) asociada con el compartimiento deformable 38a para abrir de este modo el compartimiento al cuarto puerto de entrada 142. El compartimiento deformable 38a luego se contrae (por ejemplo, con el mecanismo de compresión 756b para dirigir el contenido de fluido del mismo hacia el cuarto puerto de entrada 142, a través del sexto canal de fluido 164 y hacia el primer puerto de salida 182, donde el fluido sale del módulo de preparación de muestras 70. El primer puerto de salida 182 está en comunicación con el puerto de entrada 252 del módulo de reacción 240 como se explicó anteriormente. El fluido contenido en el compartimiento deformable 38a puede comprender un fluido inmiscible, por ejemplo, un aceite, que se utiliza para llenar un espacio de reacción 295 dentro del módulo de reacción 240 entre la placa superior 241 y el panel de procesamiento fluídico 354, como se muestra en la figura 30.
Con referencia ahora a la figura 20, el blíster de lanza 40b asociado con el compartimiento deformable 40a se contrae mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 760c) para abrir el compartimiento al quinto puerto de entrada 144, y luego el compartimiento deformable 40a se contrae mediante un accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 756c) para forzar el contenido de fluido del mismo en el quinto puerto de entrada 144. El contenido de fluido fluye desde el quinto puerto de entrada 144 a una segunda salida 188 a través de un fluido del séptimo canal 166. En un ejemplo, el contenido de fluido del compartimiento deformable 40a comprende un amortiguador de rehidratación o elución que fluye desde el segundo puerto de salida 188 hacia el compartimiento amortiguador de rehidratación 276 del módulo de reacción 240 a través de la entrada 278, como se muestra en la figura 31 y descritas anteriormente. La misma solución amortiguadora contenida en el compartimiento deformable 40a puede usarse tanto para la rehidratación de reactivos u otras sustancias secas o liofilizadas como para la elución de ácido nucleico u otro analito diana a partir de un sustrato con el que está unido.
Con referencia ahora a la figura 21, en una siguiente etapa, el montaje de válvula activa 204 se cierra mediante un accionador externo (por ejemplo, el accionador de válvula 762b) que presiona hacia abajo sobre la válvula. La bomba neumática acoplada al puerto de bomba 104 se activa para presurizar el pocillo de mezcla 90 a través del conducto de presión 106, una porción del primer canal de fluido 150, el segundo canal de fluido 152, el tercer canal de fluido 156 y una porción del quinto canal de fluido 162. Al mismo tiempo, el puerto de válvula pasiva 108 se cierra para permitir una acumulación de presión en el pocillo de mezcla 90 que accionará el montaje de válvula pasiva 220, abriendo así la válvula pasiva 220 para permitir que el contenido de fluido del pocillo de mezcla 90 fluya, a través de los canales 92 y 172, a través del compartimiento de captura 100. El fluido que fluye a través del compartimiento de captura 100 fluye a través del decimotercer canal de fluido 178, pero el montaje de válvula activa cerrada 204 evita que fluya hacia el decimocuarto canal de fluido 180. El montaje de válvula activa 219 permanece abierto de modo que el fluido dentro del decimotercer canal de fluido 178 fluya hacia el décimo canal de fluido 172 y hacia la cámara de desechos 102. Mientras el fluido fluye a través del compartimiento de captura 100, el contenido se somete a una fuerza magnética, por ejemplo, mediante la colocación de un imán externo (por ejemplo, mediante el despliegue del montaje de imán de preparación de muestras 570) cerca del compartimiento de captura 100. La fuerza magnética retiene las perlas de captura de diana magnéticas y los analitos diana (por ejemplo, ácidos nucleicos) unidos a estos dentro del compartimiento de captura 100, mientras que el resto del contenido del pocillo de mezcla 90 fluye a través del compartimiento de captura 100 y hacia la cámara de desechos 102.
Con referencia ahora a la figura 22, en una siguiente etapa, el montaje de válvula 204 permanece cerrado y el montaje de válvula 219 permanece abierto, y el blíster de lanza 42b asociada con el compartimiento deformable 42a se contrae (por ejemplo, con el mecanismo de compresión 760d) para abrir así el compartimiento al sexto puerto de entrada 146. El compartimiento deformable 42a a continuación se contrae parcialmente (p. ej., con el mecanismo de compresión 756d) para dispensar una porción (p. ej., aproximadamente 50%) de su contenido en el sexto puerto de entrada 146. En un ejemplo, el contenido de fluido del compartimiento deformable 42a comprende un amortiguador de lavado que fluye desde el sexto puerto de entrada 146 a través del duodécimo canal de fluido 176 al compartimiento de captura 100. El fluido de lavado fluye sobre las perlas de captura que se inmovilizan (por ejemplo, mediante un imán) dentro del compartimiento de captura 100 y fluye a través de los canales 178, 172 y 174 hacia la cámara de desechos 102 para llevar así material no unido y otros desechos hacia la cámara de desechos 102.
Con referencia ahora a la figura 23, en una siguiente etapa, el montaje de válvula de desecho 219 se cierra mediante un accionador externo (por ejemplo, el accionador de válvula 762a), y el montaje de válvula de muestra 204 se abre retirando el accionador externo. A continuación, el resto del compartimiento deformable 42a se contrae mediante el accionador externo (por ejemplo, el mecanismo de compresión 756d), forzando así el resto del fluido (por ejemplo, un amortiguador de lavado) a través del duodécimo canal de fluido 176 en el compartimiento de captura 100. La fuerza magnética se retira del compartimiento de captura 100 (por ejemplo, al retraer el montaje de imán de preparación de muestras 570) de modo que las perlas magnéticas dentro del compartimiento de captura 100 se liberan y pueden ser transportadas por el fluido que fluye a través del compartimiento de captura 100 a través del decimotercer canal de fluido 178 a través del montaje de válvula de muestra 204 y el decimocuarto canal de fluido 180 a una tercera salida 190. El fluido que fluye desde la tercera salida 190, que ahora comprende un analito diana al menos parcialmente purificado transportado en las perlas magnéticas, se dispensa en el compartimiento de muestra 266 del módulo de reacción 240 a través de la entrada 268, como se muestra en la FIG. 31 y descritas anteriormente.
En las FIGS. 56 y 57, cada una de los conos del seguimiento de leva formadas en las ranuras de la leva 850- 860 de la placa del seguimiento de leva 820 se indica mediante un número paréntesis único (1) - (14). A medida que la placa de seguimiento de leva 820 se mueve con respecto a la placa de brazo de leva 852 en la dirección "A", los conos de seguimiento de leva formadas en varias ranuras de leva 850-860 entran en contacto con los mecanismos de compresión de la matriz de accionador 754 en una secuencia predeterminada para abrir las diversas cámaras de reactivos y dispensar su contenido y accionar los diversos valores activos en una secuencia específica. Los números entre paréntesis asignados a los conos del seguimiento de leva en las figuras 56, 57 indica la secuencia en la que cada cono entra en contacto con un brazo de leva asociado de los mecanismos de compresión de la matriz 754 para accionar los mecanismos de compresión en una secuencia correspondiente al procedimiento de preparación de muestras realizado en el módulo de preparación de muestras 70 como se describió anteriormente y se muestra en las figuras 16-23. La Tabla 1 a continuación muestra la correspondencia entre cada cono de seguimiento de leva de la placa de seguimiento de leva 820, la etapa de procedimiento, el mecanismo de compresión correspondiente y la cámara plegable de compresión o válvula activa del cartucho multiplexado 10 para el procedimiento que se muestra en las figuras 16-23.
Tabla 1
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* la etapa (2) es opcional y puede omitirse si las perlas magnéticas se proporcionan directamente, por ejemplo, mediante un sedimento liofilizado, en el pocillo de mezcla 90.
PROCEDIMIENTO DE REACCIÓN DE LA MUESTRA
El material de muestra que se dispensa desde el módulo de procesamiento de muestra 70 en el compartimiento de muestra 266 del módulo de reacción 268 se somete a un procedimiento de reacción con el módulo de reacción 240. En un ejemplo, ese procedimiento de reacción incluye amplificación de PCR y detección de analitos.
Se describirá un procedimiento ejemplar con referencia al diagrama de flujo 900 en la figura 60. Aunque los diversos elementos (etapas) del diagrama de flujo 900 en la figura 60 se muestran como etapas secuenciales que tienen un orden prescrito, debe entenderse que el procedimiento 900 como se ilustra es ejemplar y no pretende ser limitativo. Los expertos en la técnica reconocerán que muchos de los diversos elementos (etapas) del procedimiento 900 se pueden realizar en diferentes órdenes que se muestran y describen en esta invención, se pueden realizar de forma simultánea o sustancialmente simultánea con otros elementos (etapas), o se pueden omitir por completo. Por consiguiente, el orden de los elementos (etapas) como se muestra en la figura 60 no debe considerarse limitante a menos que el contexto de la descripción prescriba específicamente o sugiera de otro modo un orden específico para dos o más elementos (etapas) (p. ej., primero debe formarse una mezcla antes de que dicha mezcla pueda incubarse o manipularse de otro modo).
En la etapa S1, una alícuota del amortiguador de elución/reconstitución (p. ej., 15 pl) se dispensa mediante manipulación de gotitas electrohumectantes de la zona de amortiguador de rehidratación 372 (Figura 59) (y el compartimiento de amortiguador de rehidratación 376 de la placa superior 241 (Figura 26, 27)) a una vía de electrohumectación que define la zona de exonucleasa 384 (Figura 59).
Como se señaló anteriormente, la región del módulo de reacción 240 entre la placa superior 241 y el panel de procesamiento fluídico 354 puede llenarse con un fluido de procedimiento, tal como un fluido inmiscible tal como aceite, y las gotitas se manipulan a través del aceite.
En la etapa S2, una alícuota de la mezcla de muestra (que comprende perlas magnéticas con material de ADN unido a estas y solución de lavado del módulo de preparación de muestra 70) se retiene mediante manipulación por electrohumectación dentro de la zona de perlas de muestra 368 (Figura 59) (y el compartimiento de muestra 266 de la placa superior 241 (Figuras 26, 27)), mientras que las perlas magnéticas se extraen de la solución acuosa mantenida dentro de la zona de perlas de muestra 368 mediante un imán que se enfoca en la posición 369 (denominado área de recolección de perlas). El área de recolección de perlas 369 corresponde a la posición del imán de enfoque 558 del montaje de imán de cartucho 552 (véase la figura 49B) adyacente al panel de procesamiento de fluidos 554 del cartucho multiplexado 10 cuando el montaje de imán de cartucho 552 está en la posición desplegada. Durante el procedimiento de recolección de las microesferas magnéticas en el área de recolección de microesferas 369, la solución acuosa puede moverse a través de la zona de microesferas de muestra 368 mediante la activación selectiva de diferentes almohadillas de electrohumectación para mover las gotitas acuosas que contienen las microesferas magnéticas a posiciones más cercanas a la fuerza magnética en el área de recolección de microesferas 369.
En la Etapa S3, los residuos de muestra (es decir, amortiguador de lavado y otros materiales de los cuales se han retirado las perlas magnéticas en la Etapa S2), se retienen mediante manipulación de gotitas electrohumectantes dentro de la zona de perlas de muestra 368 (y el compartimiento de muestra 266), separando así las perlas magnéticas, y el material de analito diana unido a estas, de las otras sustancias constituyentes de la mezcla de perlas de muestra que se suministró desde el módulo de preparación de muestra 70 a la zona de perlas de muestra 368.
En la etapa S4, una cantidad del amortiguador de reconstitución que se dispensó desde la zona de amortiguador de rehidratación 372 en la etapa S1 se puede mover mediante manipulación de gotitas electrohumedeciendo a la zona de reactivo de PCR 376 (Figura 59) (y el compartimiento de amortiguación 296 de la placa superior 241 (Figuras 26, 27)). La resuspensión del reactivo de PCR seco contenido dentro de la zona de reactivo de PCR 376 se produce mediante movimientos oscilantes de las gotitas entre las almohadillas de electrohumectación dentro de la zona de reactivo de PCR 376.
En la etapa S5, una cantidad del amortiguador de reconstitución que se dispensó desde la zona de amortiguador de rehidratación 372 y que no se transportó a la zona de reactivo de PCR 376 se transporta mediante manipulación de gotitas electrohumectantes sobre las perlas magnéticas sostenidas por la fuerza magnética en el área de recolección de perlas 369 para un lavado final de perlas. Después del lavado de perlas final, el amortiguador de reconstitución se mueve luego mediante manipulación de gotitas electrohumedecidas a un extremo de la vía central correspondiente a la zona de exonucleasa 384 donde se mantiene mediante manipulación de gotitas electrohumedecidas aparte de las perlas magnéticas sostenidas en el área de recolección de perlas 369.
En la etapa S6, el amortiguador de PCR reconstituido dentro de la zona de reactivo de PCR 376 se distribuye mediante manipulación de gotitas electrohumectantes a las posiciones de cóctel cebador de cada una de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d. Una posición de cóctel de cebador 366a en un extremo proximal de la pista de ciclo térmico 364d se etiqueta en la figura 59. Cada una de las otras pistas de ciclo térmico 364a, 364b y 364c tiene una ubicación de cóctel de cebador similar. La combinación de reactivo de PCR reconstituido con el cóctel cebador seco en la posición de cóctel cebador (p. ej., posición 366) reconstituye el cóctel cebador en esa posición. En esta configuración, el módulo de reacción 240 está configurado para realizar una reacción de PCR en cada una de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d.
En un ejemplo alternativo, también se puede proporcionar un cóctel cebador en el extremo distal de cada pista de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d. Una posición de cóctel de cebador 366b en un extremo distal de la pista de ciclo térmico 364d está etiquetada en la figura 59. Cada una de las otras pistas de ciclo térmico 364a, 364b y 364c puede tener una ubicación de cóctel de cebador similar. En dicha configuración, el módulo de reacción 240 está configurado para realizar dos reacciones de PCR en cada una de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d.
En la etapa S7, la fuerza magnética se retira del área de recolección de perlas 369 (p. ej., moviendo el montaje de imán de cartucho 552 a su posición retraída). El amortiguador de reconstitución/elución se mueve mediante manipulación de gotitas de electrohumectación desde la vía central 384 hasta el área de recolección de perlas 369, y una mezcla de las perlas magnéticas y amortiguador de reconstitución/elución desde la zona de amortiguación de rehidratación 372 se transporta de ida y vuelta a lo largo de la vía 384 mediante manipulación de gotitas de electrohumectación para eluir el material de ADN (u otro analito diana) de las perlas magnéticas.
Después de un período de elución suficiente, en la etapa S8, el montaje de imán de cartucho 552 se despliega nuevamente para aplicar una fuerza magnética (a través del imán de enfoque 558) al área de recolección de perlas 369 para atraer y retener (inmovilizar) las perlas magnéticas de las cuales se ha eluido el material de ADN, y el material de ADN eluido se transfiere mediante manipulación de gotitas de electrohumectación a un área de estadificación de PCR en un extremo proximal de cada una de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d. En el ejemplo y la orientación como se muestra en la figura 59, el área de estadificación de PCR se encuentra en el extremo izquierdo de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d.
En la etapa S9, las gotitas de PCR - que comprenden el material de ADN eluido, el reactivo de PCR reconstituido y el cebador de PCR reconstituido - se forman mediante manipulación de gotitas electrohumectantes en el área de estadificación de PCR de cada una de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d. Cada gotita de PCR se mueve a una correspondiente de las pistas de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d, y un procedimiento de PCR se lleva a cabo mediante el transporte de las gotitas entre dos de las regiones de PCR (ciclo térmico) 382a (a aproximadamente, por ejemplo, 60 °C para el recocido y la extensión) y 382b (a aproximadamente, por ejemplo, 95 °C para la desnaturalización) o 382c (a aproximadamente 60 °C para el recocido y la extensión) y 382b (a aproximadamente, por ejemplo, 95 °C para la desnaturalización). En otro ejemplo, dos gotitas de PCR se transportan a cada pista de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d, y una gotita se transporta entre las áreas de calentador 382c y 382b, mientras que la otra gotita se transporta entre las áreas de calentador 382a y 382b. El procedimiento de PCR puede durar alrededor de 40 minutos o menos.
En la etapa S10, se dispensa una cantidad de amortiguador de elución/reconstitución mediante manipulación de gotitas electrohumectantes desde la zona de amortiguador de rehidratación 372 y se transporta mediante manipulación de gotitas electrohumectantes a la zona de reactivo de exonucleasa 374 (Figura 59) (y el segundo compartimiento amortiguador 300 de la placa superior 241 (Figura 26, 27)) para la resuspensión del reactivo de exonucleasa seca. La resuspensión del reactivo de exonucleasa seco contenido dentro de la zona de reactivo de exonucleasa 374 se produce mediante movimientos oscilantes de las gotitas entre las almohadillas de electrohumectación dentro de la zona de reactivo de exonucleasa 374. El reactivo de exonucleasa reconstituido luego se transporta mediante manipulación de gotitas electrohumectantes desde la zona de reactivo de exonucleasa 374 a las áreas de estadificación de PCR de la vía de ciclo térmico 364a, 364b, 364c y 364d.
En la Etapa S11, después de la PCR (Etapa 9), cada gotita que ha pasado por el procedimiento de PCR se combina con una cantidad del agente de exonucleasa resuspendida en la Etapa S10, transportada mediante manipulación de gotitas electrohumectantes a la zona de exonucleasa 384, y se mantiene en una ubicación separada dentro de la zona de exonucleasa 384. En varios ejemplos, se agrega una cantidad de amortiguador de elución/reconstitución de la zona de amortiguación 372 a cada gotita de PCR mediante manipulación de gotitas por electrohumectación para llevar el volumen total de cada gotita a una cantidad preferida.
En la etapa S12, las mezclas de gotitas formadas en la etapa S11, que comprenden los productos de PCR y el reactivo de exonucleasa reconstituido, luego se incuban dentro de la región de exonucleasa 380 y la zona de exonucleasa 384 a una temperatura prescrita y durante un período de tiempo prescrito.
En la etapa S13, el reactivo de detección dentro de la zona de hibridación 370 (Figura 59) (y el compartimiento de amortiguador de detección 280 de la placa superior 241 (Figuras 26, 27)) se reconstituye con una cantidad de amortiguador de rehidratación de la zona de amortiguador de rehidratación 372. En un ejemplo, una cantidad de amortiguador de rehidratación de la zona de amortiguador de rehidratación 372 se mueve mediante manipulación de gotitas electrohumectantes a través del pasaje de conexión 274 (Figuras 26, 27) entre el compartimiento amortiguador de detección 280 y el compartimiento amortiguador de rehidratación 276.
En la etapa S14, una cantidad del reactivo de detección reconstituido (por ejemplo, 25 pl) de la zona de hibridación 370 se combina mediante manipulación electrohumectante de gotitas con cada una de las gotitas de PCR. Cada gotita de PCR a continuación se combina con un cóctel de sonda de señal almacenado en las posiciones 362a, 362b, 362c y 362d del panel de procesamiento de fluidos 354. Para efectuar la mezcla de la gotita de PCR y el cóctel de sonda de señal, y para resuspender el cóctel de sonda de señal, cada gotita puede transportarse mediante manipulación de gotitas por electrohumectación alrededor o dentro de una de las zonas de mezcla de detección 385a, 385b, 385c y 385d.
En la etapa S15, las gotitas se transportan mediante manipulación por electrohumectación a las matrices de electrosensores 363a, 363b, 363c y 363d, donde se someten a incubación adicional dentro de la región de detección 378 y se detectan varios analitos de interés mediante técnicas de electro-sensación, tal como se describió anteriormente.
Si bien el objeto de la presente descripción se ha descrito y mostrado con considerable detalle con referencia a determinadas realizaciones ilustrativas, incluidas diversas combinaciones y subcombinaciones de rasgos, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente otras realizaciones y variaciones y modificaciones de las mismas tal como se abarcan dentro del alcance de la presente invención. Además, las descripciones de dichas realizaciones, combinaciones y subcombinaciones no pretenden transmitir que las invenciones requieran rasgos o combinaciones de rasgos distintos a los expresamente mencionados en las reivindicaciones. Por consiguiente, se pretende que el alcance de esta descripción incluya todas las modificaciones y variaciones comprendidas dentro del alcance de referencia de las siguientes reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un cartucho de procesamiento de muestra de fluido que comprende:
a) un módulo de preparación de muestras (70) que comprende:
i) un sustrato (72);
ii) un pocillo de muestra (78) formado en dicho sustrato y configurado para recibir un volumen de muestra de fluido; iii) un cierre (84) configurado para colocarse selectivamente sobre dicho pocillo de
muestra;
iv) una cámara de fluido deformable (34a, 36a, 38a, 40a, 42a y 44) apoyada sobre dicho sustrato y configurada para retener un fluido en el mismo cuando se encuentra en un estado no deformado y para colapsar tras la aplicación de una fuerza de compresión externa para expulsar al menos una porción del fluido de la cámara de fluido, dicha cámara de fluido deformable se encuentra en comunicación fluida con dicho pocillo de muestra a través de un canal formado en dicho sustrato;
v) un pocillo de mezcla (90) formado en dicho sustrato, dicho pocillo de mezcla está en comunicación fluida con dicho pocillo de muestra a través de un canal formado en dicho sustrato; y
vi) un puerto de salida de fluido (82) formado en el sustrato, dicho puerto de salida de fluido está en comunicación fluida con dicho pocillo de mezcla a través de un canal formado en dicho sustrato; y
b) un módulo de reacción (240) unido a dicho módulo de preparación de muestras y configurado para recibir un fluido de dicho módulo de preparación de muestras a través del puerto de salida de fluido formado en dicho módulo de preparación de muestras, donde dicho módulo de reacción comprende:
i) una placa superior (241) que comprende
1) una superficie superior (242);
2) una pared elevada (256) que circunscribe al menos parcialmente dicha superficie superior y en contacto de sellado de fluido con una superficie de dicho módulo de preparación de muestras para formar un espacio intersticial (308) entre la superficie superior y la superficie de dicho módulo de preparación de muestras; 3) una cámara de muestra (266) acoplada de forma fluida al puerto de salida de fluido del módulo de preparación de muestras;
4) una cámara de reactivo; y
5) una cámara de detección; y
ii) un panel de procesamiento fluídico (354) acoplado a una superficie inferior de dicha placa superior y que define un espacio de reacción y procesamiento entre dicho panel de procesamiento fluídico y dicha placa superior, donde dicho espacio de reacción y procesamiento está abierto o se puede abrir a dicha cámara de muestra, dicha cámara de reacción y dicha cámara de detección, donde dicho panel de procesamiento fluídico comprende:
1) una rejilla electrohumectante formada sobre la misma, dicha rejilla electrohumectante está configurada para la manipulación de gotitas de fluido dentro de al menos una porción de dicho espacio de reacción y procesamiento.
2. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de la reivindicación 1, donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una zona de muestra que corresponde espacialmente a la cámara de muestra de dicha placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de muestra que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de muestra, fluido en movimiento fuera de la zona de muestra, fluido en movimiento dentro de la zona de muestra y fluido de retención en la zona de muestra.
3. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde la cámara de reactivo de dicha placa superior comprende:
una cámara de amortiguación de detección que contiene un amortiguador de detección seco; una cámara de amortiguación de rehidratación configurada para recibir un amortiguador de rehidratación dispensado desde dicho módulo de preparación de muestras;
una cámara de reactivo de PCR que contiene un reactivo de PCR seco; y una cámara de exonucleasa que contiene un reactivo de exonucleasa seco; preferiblemente,
donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una zona de hibridación (370) que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de detección de dicha placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de hibridación que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de hibridación, fluido en movimiento fuera de la zona de hibridación y fluido en movimiento dentro de la zona de hibridación.
4. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de la reivindicación 3, donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una zona de amortiguación de rehidratación (372) que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de rehidratación de dicha placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de amortiguación de rehidratación que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de amortiguación de rehidratación, que mueve fluido fuera de la zona de amortiguación de rehidratación y que mueve fluido dentro de la zona de amortiguación de rehidratación; y/o donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una zona de reactivo de PCR (376) que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de reactivo de PCR de dicha placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de reactivo de PCR que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de PCR, que mueve fluido fuera de la zona de reactivo de PCR y que mueve fluido dentro de la zona de reactivo de PCR; y/o
donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una zona de reactivo de exonucleasa (374) que corresponde espacialmente a la cámara de amortiguación de reactivo de exonucleasa de dicha placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de reactivo de exonucleasa que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de exonucleasa, fluido en movimiento fuera de la zona de reactivo de exonucleasa y fluido en movimiento dentro de la zona de reactivo de exonucleasa.
5. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una zona de electro-sensor (360a, 360b, 360c y 360d), donde dicha zona de electro-sensor corresponde espacialmente a dicha cámara de detección de dicha placa superior y está configurada para la manipulación de fluidos con respecto a la zona de electro-sensor que incluye uno o más de fluido en movimiento dentro de la zona de electro-sensor y fluido en movimiento dentro de la zona de electro-sensor.
6. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde una porción de dicha rejilla electrohumectante define una vía de ciclo térmico (364a-d) configurada para las gotitas de fluido oscilantes de ida y vuelta a lo largo de al menos una porción de dicha vía de ciclo térmico, donde diferentes porciones de dicha vía de ciclo térmico están expuestas a una temperatura diferente de modo que las gotitas de fluido que oscilan de ida y vuelta entre las diferentes porciones de la vía de ciclo térmico están expuestas a las diferentes temperaturas; preferiblemente,
que comprenda además un reactivo de PCR seco ubicado en o adyacente a dicha vía de ciclo térmico.
7. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de la reivindicación 6, donde dicha placa superior de dicho módulo de reacción comprende además una trampa de burbujas (340), donde dicha trampa de burbujas comprende una campana de captura de burbujas (342) abierta al espacio de reacción y procesamiento y una abertura de ventilación (344) abierta al espacio intersticial, donde la campana de captura de burbujas de dicha trampa de burbujas se ubica por encima de dicha vía de ciclo térmico.
8. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido según la reivindicación 5, que comprende además una matriz de electrosensores (363a-d) dispuesto en la zona de electrosensores de dicho panel de procesamiento fluídico.
9. El cartucho de procesamiento de muestra de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el panel de procesamiento de fluido se forma a partir de un material que se selecciona del grupo que consiste en oro, vidrio, fibra de vidrio, cerámica, mica, plástico, polisacárido, nylon, nitrocelulosa, resina, sílice, material a base de sílice, silicio, silicio modificado, carbono, vidrio inorgánico y una combinación de estos; y/o
donde el panel de procesamiento fluídico comprende una pluralidad de matrices de almohadillas conectoras (358a-358g) conectadas eléctricamente a la rejilla electrohumectante y configuradas para contactar y hacer conexiones eléctricas con una pluralidad de clavijas conectores eléctricos externos; y/o
donde al menos una porción del panel de procesamiento fluídico está recubierta con un recubrimiento hidrófobo.
10. Un instrumento (400) que comprende el cartucho de procesamiento de muestra de fluido en función de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Uso del instrumento según la reivindicación 10 para realizar un ensayo de diagnóstico.
ES15801562T 2014-11-11 2015-11-10 Instrumento y cartucho para realizar ensayos en un sistema cerrado de preparación de muestras y reacción que emplea manipulación de fluido electrohumectante Active ES2896098T3 (es)

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