ES2926523T3 - Sistema automatizado para el procesamiento selectivo de una muestra - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método y un sistema (100) para procesar selectivamente una muestra (130) según uno de una pluralidad de ensayos diferentes, por ejemplo, para detectar un determinado componente diana en la muestra. El sistema comprende una pluralidad de cartuchos (típicamente desechables) (110) en los que puede tener lugar el procesamiento de una muestra (130) y cada uno de los cuales contiene un conjunto diferente de reactivos necesarios para uno de los ensayos. Además, el sistema comprende un manipulador (140) para introducir una muestra (130) en uno seleccionado de los cartuchos. En función del ensayo a realizar con una muestra (130) disponible, se elige el cartucho (110) adecuado, y se introduce y procesa la muestra en dicho cartucho (110). Por lo tanto, se puede lograr un sistema de laboratorio automatizado de alto rendimiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema automatizado para el procesamiento selectivo de una muestra

Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema y un método para procesar una muestra de acuerdo con uno seleccionado de múltiples pruebas, particularmente para detectar los objetivos seleccionados en una muestra biológica.

Antecedentes de la invención

A partir del documento WO 2008/155716 A1, se conoce un biosensor en el que los objetivos marcados con perlas magnéticas se detectan mediante reflexión interna total frustrada (FTIR) en la superficie de detección de un cartucho. El biosensor descrito está especialmente diseñado y es adecuado para aplicaciones en el punto de atención, por ejemplo, pruebas de drogas en carretera.

El documento WO2004/055522 A1 divulga un analizador en el que una muestra proporcionada en un recipiente de muestra se transfiere primero a un cartucho de fluido y desde allí a un cartucho de análisis que comprende reactivos. El documento US2010/028985 A1 divulga un recipiente de reacción con un sustrato sobre el que se mezcla una muestra con un reactivo de tipificación y luego se transfiere a múltiples arreglos de sonda.

El documento US2010/159487A1 divulga un cartucho con una pipeta de suministro integrada mediante la cual se puede tomar una muestra. A continuación, la pipeta se une al cartucho y, junto con él, se introduce en un aparato de análisis. El documento US2009/065368A1 divulga un cartucho elaborado que comprende una entrada de muestra en la que se puede aplicar una muestra. Luego, la muestra se transporta a través de un sistema fluídico del cartucho a múltiples diferentes componentes y etapas, incluidos conductos revestidos con reactivos secos.

El documento US2007/148052A1 divulga un cartucho con múltiples pocillos en los que se pueden inyectar por separado una muestra y un reactivo líquido.

El documento US 2006/120926 A1 divulga un cartucho con múltiples cámaras en el que una cámara se llena con una muestra antes de introducir el cartucho en un instrumento de medición.

El documento US 2004/197233 A1 divulga un analizador en el que se aplica una muestra a un módulo de prueba que comprende reactivos.

El documento US 2009/155123 A1 se refiere a un sistema para la ejecución de PCR en múltiples muestras de nucleótidos. JP2009148735 y US2007/116600 muestran otros ejemplos de documentos de la técnica anterior.

El documento US2009/035746 muestra también un ejemplo de un sistema para procesar una muestra líquida que tiene un cartucho, utilizando reactivos secos y partículas magnéticas y un dispositivo de activación para activar las partículas magnéticas.

Breve descripción de la invención

Basándose en estos antecedentes, era un objeto de la presente invención proporcionar medios que permitieran el procesamiento de una muestra en un entorno de laboratorio estacionario de alto rendimiento.

Este objeto se consigue mediante un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de acuerdo con la reivindicación 2. Las realizaciones predilectas se describen en las reivindicaciones dependientes.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un sistema según se define en la reivindicación 1 para procesar una muestra según uno seleccionado de múltiples pruebas, particularmente inmunoensayos. La muestra es típicamente un fluido biológico, por ejemplo, saliva o sangre. Las pruebas comprenden las instrucciones sobre cómo se debe procesar una muestra disponible para lograr un resultado deseado, en el que el procesamiento comprende cualquier etapa arbitraria, incluida la modificación física y/o química de la muestra. El objetivo de las pruebas es, por ejemplo, la detección de diferentes componentes objetivo en una muestra, por ejemplo, proteínas, moléculas pequeñas, anticuerpos, ADN o similares. Las etapas de procesamiento de las pruebas normalmente requerirán el uso de reactivos específicos. En vista de esto, el sistema comprende los siguientes componentes:

a) Múltiples cartuchos en los que puede tener lugar el procesamiento de una muestra y cada uno de los cuales contiene un conjunto diferente de reactivos necesarios para uno (de preferencia, solo una o unas pocas) de las pruebas. En otras palabras, los reactivos de un cartucho están asociados a una de las pruebas y, por lo general, no son adecuados ni necesarios para las otras pruebas. Cabe señalar que un “conjunto” de reactivos en el caso más simple comprende solo un reactivo. El término “cartucho” se referirá a un elemento o unidad intercambiable que puede acomodar una muestra.

El cartucho suele ser un componente desechable que se usa solo una vez para una sola muestra.

b) Un manipulador para introducir automáticamente una determinada muestra en un cartucho seleccionado de los mencionados anteriormente. El manipulador puede comprender, por ejemplo, un brazo robótico que puede transferir componentes de

un lugar a otro.

c) Al menos un dispositivo de actuación y/o dispositivo integrado de actuación y lectura que comprenda un generador de campo magnético.

El sistema descrito tiene la ventaja de que los cartuchos ya contienen los reactivos necesarios para realizar la prueba y, al mismo tiempo, proporcionan el entorno físico para el procesamiento. Esto facilita las demandas de espacio disponible y reduce las etapas de manipulación que se deben realizar. En el caso preferido de que un cartucho ya contenga todos los reactivos necesarios para una prueba dada, la introducción de la muestra en el cartucho es la única etapa de manipulación con materiales que debe realizar el manipulador.

Aunque cada cartucho comprende los reactivos necesarios para una sola prueba, se prefiere que al menos un cartucho contenga los reactivos para varias pruebas, de preferencia, para hasta cuatro pruebas. Al combinar reactivos en un solo cartucho para pruebas que normalmente se solicitan combinados, el precio por prueba puede reducirse significativamente. Por lo tanto, se prefiere que todos los cartuchos comprendan cada uno reactivos para varias pruebas.

Debe señalarse que los cartuchos normalmente están presentes en un sistema dado en muchas copias idénticas, de manera que se pueden realizar múltiples pruebas iguales o diferentes con el sistema. En este sentido, el término “cartucho” suele representar todo un tipo, conjunto o categoría de componentes.

De acuerdo con un segundo aspecto, la invención comprende un método como se define en la reivindicación 2 para procesar una muestra de acuerdo con uno seleccionado de múltiples pruebas, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:

a) Provisión de múltiples cartuchos diferentes en los que puede tener lugar el procesamiento de una muestra y cada uno de los cuales contiene un conjunto diferente de reactivos necesarios para una de las pruebas.

b) Introducir con un manipulador una muestra en un cartucho seleccionado de los mencionados. El método comprende en forma general las etapas que se ejecutan con un sistema del tipo descrito anteriormente. Por lo tanto, se hace referencia a la descripción anterior para obtener más información sobre los detalles, ventajas y modificaciones del método, y c) Transportar por el manipulador el seleccionado de múltiples cartuchos que incluyen el líquido de muestra al dispositivo de lectura o al menos un dispositivo integrado de activación y lectura.

A continuación, se describirán varias realizaciones predilectas de la invención que se relacionan tanto con el sistema como con el método del tipo descrito anteriormente.

Los cartuchos están diseñados de tal manera que permiten la ejecución de una prueba completa con una muestra añadida al cartucho sin etapas de manipulación de líquidos, es decir, sin la adición y/o transferencia de materiales líquidos (además de la propia muestra). En particular, el cartucho está diseñado de tal manera que una muestra añadida al cartucho llega a todos los reactivos asociados sin más etapas de manipulación. Los reactivos asociados a la misma prueba se disponen en una misma cámara de muestra del cartucho.

Además, se prefiere que el sistema esté alojado en una carcasa. Luego, los cartuchos se almacenan dentro del instrumento y no es necesario insertar (manualmente) un cartucho con cada prueba.

Ya se dijo que el sistema y el método son adecuados para un entorno de alto rendimiento. De preferencia, están adaptados para realizar más de 20 pruebas/hora, de preferencia, más de 50 pruebas/hora, de preferencia, más de 150 pruebas/hora.

Los cartuchos utilizados en el sistema o método tienen, de preferencia, un diseño basado en lámina, es decir, comprenden al menos una capa hecha de una lámina flexible (lámina). De preferencia, todas las capas del cartucho están hechas de láminas.

De acuerdo con otra realización predilecta, se disponen varias copias de los cartuchos al alcance del manipulador. Así, se pueden procesar automáticamente múltiples muestras en serie y/o en paralelo.

En otra realización, se dispone un depósito de residuos al alcance del manipulador. Los materiales se pueden desechar fácilmente al final de una prueba. Como los cartuchos suelen ser unidades desechables, los cartuchos usados también se pueden desechar en el depósito de residuos.

Todos los reactivos de todos los cartuchos son reactivos secos. En este caso, el único líquido que interviene en una prueba es el propio líquido de muestra; esto reduce significativamente el volumen de residuos (líquidos).

El sistema o el método comprende un dispositivo de lectura en el que se pueden detectar los componentes objetivo de una muestra, en el que dicha muestra se proporciona, de preferencia, al dispositivo de lectura en uno de los cartuchos. La detección de componentes objetivo aplica principios de medición ópticos, eléctricos, magnéticos, acústicos, radiactivos o cualquier otro adecuado. Para la detección óptica, el dispositivo de lectura, por ejemplo, comprende una fuente de luz para iluminar una muestra en un cartucho y un detector de luz para medir la luz emitida por la muestra (particularmente mediante un proceso FTIR).

El sistema o el método comprende al menos un dispositivo de accionamiento en el que se puede accionar una muestra comprendida en un cartucho, preferentemente por la acción de campos electromagnéticos y/o calor. El dispositivo de accionamiento comprende en particular un generador de campo magnético, por ejemplo, un imán permanente o un electroimán. La inclusión de un dispositivo de actuación aumenta considerablemente el menú de pruebas que se pueden ejecutar. El número de posibles pruebas se puede aumentar aún más si el sistema comprende varios dispositivos de accionamiento diferentes. Además, es posible proporcionar varias copias idénticas de un dispositivo de actuación para que se puedan realizar múltiples pruebas en paralelo.

En otra realización de la invención, el sistema o el método comprende al menos un dispositivo integrado de activación y lectura. Esto reduce las etapas de manipulación que debe realizar el manipulador, porque una muestra (en un cartucho) se puede entregar en una sola etapa tanto para el proceso de activación como para el de detección.

Por supuesto, se puede aplicar cualquier combinación de las realizaciones anteriores, dando lugar a una arquitectura general con N dispositivos de lectura, M dispositivos de activación y L dispositivos de lectura de activación (N, M, L = 0, 1, 2...).

Además, el al menos uno de los dispositivos de lectura, dispositivos de actuación y/o dispositivos de actuación y lectura mencionados anteriormente son opcionalmente movibles por el manipulador junto con un cartucho. Esto permite realizar alguna actuación y/o detección incluso mientras se transporta un cartucho (con una muestra). Por ejemplo, si el dispositivo de accionamiento comprende un imán, el ejercicio de fuerzas magnéticas sobre una muestra puede continuar favorablemente durante el movimiento de un cartucho.

Los reactivos de los cartuchos comprenden, por ejemplo, sitios de unión que son específicos para diferentes componentes objetivo que pueden estar presentes en una muestra. Como es habitual, el término "sitios de unión" indicará reactivos que están inmovilizados en una superficie (de un cartucho) y que se unen específicamente a ciertos componentes objetivo (normalmente etiquetados), inmovilizándolos también. Además, o alternativamente, los reactivos de los cartuchos comprenden partículas de etiquetas que se unen selectivamente a un componente objetivo que puede estar presente en una muestra. En general, el término "partícula etiquetada" denotará una partícula (átomo, molécula, complejo, nanopartícula, micropartícula, etc.) que tiene alguna propiedad (por ejemplo, densidad óptica, susceptibilidad magnética, carga eléctrica, fluorescencia, radiactividad, etc.) que puede ser detectado, revelando así indirectamente la presencia del componente objetivo asociado. Los ejemplos típicos de partículas de etiquetas son perlas magnéticas.

Los cartuchos del sistema y/o los lotes en los que se suministran cartuchos al sistema pueden estar provistos opcionalmente de soportes de información legibles automáticamente, que comprenden, por ejemplo, información sobre parámetros de calibración. Por lo tanto, se puede evitar la necesidad de etapas de calibración adicionales dentro del sistema.

Al menos un cartucho comprende, de preferencia, múltiples cámaras de muestra en las que se pueden ejecutar diferentes pruebas. Por lo tanto, se pueden ejecutar múltiples pruebas en paralelo en el mismo cartucho desechable, lo que reduce el coste por resultado de la prueba.

El cartucho que se utiliza en el sistema o el método descrito anteriormente tiene, de preferencia, una cámara de muestra en la que se pueden realizar exámenes, particularmente exámenes ópticos. Para los exámenes ópticos, todo el cartucho o al menos una parte del cartucho es transparente, por ejemplo, de plástico transparente. Además, la parte transparente del cartucho está provista de elementos ópticos adecuados como protuberancias o relieves prismáticos o similares a lentes, rejillas, áreas de superficie pulida, etc. De preferencia, el cartucho está adaptado para permitir el examen de una muestra en la cámara de la muestra, por reflexión interna total frustrada (FTIR) de la luz emitida en el cartucho.

De acuerdo con un ejemplo, un cartucho que puede usarse en el sistema o método anterior y también en otras aplicaciones. Tal cartucho comprende los siguientes componentes:

a) Una cámara de muestra a la que se puede acceder desde su parte superior para agregar una muestra, por ejemplo, mediante una punta de pipeta. En particular, la cámara de muestra puede estar (completamente) abierta en su lado superior.

b) Estructuras ópticas para acoplar y desacoplar luz, en las que una muestra en la cámara de muestra puede examinarse con dicha luz. Las estructuras ópticas pueden comprender, por ejemplo, protuberancias o relieves prismáticos o similares a lentes, rejillas, superficies pulidas, etc.

Dejar accesible el lado superior de la cámara de muestra simplifica la producción del cartucho ya que no se necesitan componentes como estructuras fluídicas y ya que los productos químicos como los sitios de unión se pueden aplicar más fácilmente a la superficie (inferior) de la cámara de muestra. Además, el cartucho es más fácilmente accesible para llenarlo con una muestra y/o con reactivos, y el llenado se logra casi instantáneamente (en lugar de lentamente como si el fluido tuviera que moverse a lo largo de canales).

Para proteger el cartucho descrito contra una posible contaminación, particularmente durante el tiempo en que está almacenado o transportado, se prefiere que se proporcione una tapa para cerrar el lado superior de la cámara de muestra, donde la tapa está diseñada de tal manera que no obstaculice la libre accesibilidad de la cámara de muestras por la parte superior. Con este fin, la tapa puede, por ejemplo, ser extraíble o fácilmente destructible si se requiere acceso. La tapa puede unirse opcionalmente al cartucho, por ejemplo, mediante una bisagra, o puede ser un componente separado (removible). Una tapa removible se puede reutilizar opcionalmente muchas veces (particularmente si tiene un diseño elaborado), incluso si se desechan los cartuchos asociados. Por esta razón, el alcance de la presente solicitud también se extiende a la tapa como un artículo en sí mismo, independientemente del cartucho con el que se vaya a utilizar. La tapa antes mencionada se puede realizar de varias maneras. Según un ejemplo, la tapa puede comprender, por ejemplo, un imán. Por lo general, se necesita un imán en las pruebas que utilizan partículas magnéticas. La combinación de las funciones de una tapa y un imán tiene la ventaja de que solo se necesita una parte y que el imán puede acercarse mucho a una muestra en la cámara de muestra. De preferencia, dicha tapa con un imán constituye un componente que se reutiliza con la mayor frecuencia posible.

Según otro ejemplo, la tapa comprende una superficie interior inclinada y una salida de aire, en el que dicha salida de aire está dispuesta en la posición más alta de la tapa. Cuando se coloca una tapa de este tipo en un cartucho en el que la cámara de muestra ya está llena con un líquido, no quedan atrapados gases, ya que pueden salir de la cámara de muestra a través de la ventilación de aire.

En otro ejemplo, la tapa está realizada con una lámina perforable. La lámina se puede aplicar, por ejemplo, a la cámara de muestra durante la producción del cartucho. La perforación de la lámina se puede realizar fácilmente, por ejemplo, con una pipeta.

En todos los ejemplos anteriores de una tapa, los reactivos (secos) pueden unirse opcionalmente a dicha tapa. Si la tapa está separada del cartucho, la selección y la adición de reactivos se pueden lograr agregando la tapa adecuada (con reactivos) a un cartucho.

La invención se refiere además al uso de un sistema del tipo descrito anteriormente para diagnósticos moleculares, análisis de muestras biológicas, análisis de muestras químicas, análisis de alimentos y/o análisis forense, particularmente en un sistema automatizado en un entorno de laboratorio de alto rendimiento. El diagnóstico molecular se puede lograr, por ejemplo, con la ayuda de perlas magnéticas o partículas fluorescentes que se unen directa o indirectamente a las moléculas objetivo.

Breve descripción de las figuras

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas a continuación. Estas realizaciones se describirán a modo de ejemplo con la ayuda de las Figuras adjuntas, en las que: La Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema automatizado para el examen de muestras según el estado de la técnica. La Figura 2 ilustra esquemáticamente un sistema automatizado para el examen de muestras utilizando cartuchos precargados y dispositivos separados de actuación y detección de acuerdo con una primera realización de la invención. La Figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema automatizado para el examen de muestras usando cartuchos prellenados y dispositivos combinados de activación y lectura según una segunda realización de la invención.

La Figura 4 muestra esquemáticamente una vista lateral en sección de un cartucho para inmersión.

La Figura 5 muestra esquemáticamente las tres capas de lámina del cartucho de la Figura 4.

La Figura 6 muestra esquemáticamente una vista lateral en sección de un cartucho para la deposición de muestras. La Figura 7 muestra esquemáticamente las tres capas de lámina del cartucho de la Figura 6.

La Figura 8 muestra esquemáticamente el llenado de un cartucho con un lado superior abierto.

La Figura 9 muestra esquemáticamente un cartucho con un lado superior abierto y un ejemplo de una tapa con un imán integrado.

La Figura 10 muestra una vista en perspectiva de una tapa para un cartucho con un lado superior abierto.

La Figura 11 muestra una sección a través de la tapa de la Figura 10.

La Figura 12 muestra la tapa de la Figura 10 en un cartucho.

La Figura 13 muestra esquemáticamente un cartucho con un lado superior abierto y otro ejemplo de una tapa.

La Figura 14 muestra esquemáticamente un cartucho con un lado superior abierto y una lámina como tapa.

Los números de referencia similares o los números que difieren en múltiplos enteros de 100 se refieren en las Figuras a componentes idénticos o similares.

Descripción de las realizaciones predilectas

Los biosensores basados en etiquetas de nanopartículas, en particular nanopartículas que pueden activarse con campos electromagnéticos ("perlas magnéticas"), se conocen, por ejemplo, a partir del documento WO 2008/155716 A1. Normalmente, las perlas magnéticas se funcionalizan con anticuerpos que pueden unirse a una molécula objetivo específica. Las perlas son atraídas por la superficie del sensor, donde el número de perlas unidas está directa o inversamente relacionado con la cantidad de moléculas objetivo presentes en la muestra. Luego, las perlas se pueden detectar utilizando cualquier técnica que sea más sensible a las perlas que están cerca de la superficie, p. reflexión interna total frustrada (FTIR). Usando esta técnica, la sensibilidad a las etiquetas de nanopartículas disminuye exponencialmente a medida que aumenta la distancia desde la superficie. La tecnología descrita se ha desarrollado para aplicaciones de punto de atención (POC).

En contraste con esto, la mayoría de las pruebas de inmunoensayo se llevan a cabo en laboratorios centrales, donde se utilizan instrumentos grandes. La Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de laboratorio 1 de este tipo para la ejecución de diferentes pruebas con una muestra 30 (típicamente plasma o suero). El sistema se basa en el llamado concepto de acceso aleatorio y comprende un manipulador 40, que está controlado por una computadora con el software apropiado (no mostrado). El manipulador 40 puede tomar una muestra para investigarla y transferirla a un recipiente de reacción abierto 10. Además, el robot tiene acceso a un suministro 20 de diferentes reactivos húmedos. Dependiendo de las pruebas a realizar, el robot puede tomar los reactivos necesarios uno a uno de este suministro 20 y añadirlos al recipiente de reacción 10. Mediante varias etapas de pipeteo e incubación se lleva a cabo la prueba completa. Finalmente, el recipiente de reacción 10 se transfiere a un dispositivo de detección (no mostrado) para cuantificar el resultado de la prueba.

La esencia de dicho sistema 1 es que una serie de etapas de manipulación de muestras y reactivos robotizados de una prueba se ejecutan en un recipiente de reacción vacío 10 que puede ser para cualquier prueba, donde los reactivos específicos que determinan el tipo de prueba se añaden más tarde.

Aunque el concepto de sistema robotizado descrito es bastante flexible y puede manejar muchas muestras por hora, existen algunos inconvenientes:

- El uso de la robótica es una solución costosa, lo que resulta en un alto coste del instrumento.

- Para acomodar toda la manipulación robotizada, los instrumentos son bastante grandes y ocupan un espacio de piso costoso en el laboratorio.

- Los volúmenes de reactivos (húmedos) utilizados suelen ser bastante altos, lo que genera altos costes de eliminación de desechos (tanto en el aspecto de mantenimiento del instrumento como en la eliminación real de los desechos biológicos). Además, también se generan otros residuos, por ejemplo, las puntas de pipeta utilizadas.

Por lo tanto, es deseable proporcionar un sistema que permita una ejecución simplificada pero precisa de múltiples pruebas diferentes con una muestra.

Una solución a este problema se basa en el uso de cartuchos precargados que ya contienen los reactivos necesarios para una prueba específica. Cuando todos los reactivos necesarios para ejecutar una prueba están contenidos en el cartucho desechable, muchas de las etapas de muestreo robotizados pueden eliminarse, lo que reduce significativamente el coste del instrumento. La única etapa de manipulación de líquidos requerido sería transferir la muestra al cartucho desechable, minimizando la cantidad de robótica requerida.

El uso de cartuchos desechables precargados que ya contienen la cantidad correcta de reactivos permite usar reactivos secos (en lugar de reactivos húmedos). Cuando se utilizan reactivos secos, el único líquido que interviene en una prueba es el propio líquido de la muestra; esto reduce significativamente el volumen de residuos (líquidos). Las ventajas adicionales del uso de reactivos secos incluyen:

- Sensibilidad: la concentración del analito ya no se diluye al agregar los reactivos húmedos.

- Estabilidad de los reactivos: los reactivos en forma seca suelen ser más estables que los reactivos húmedos, lo que permite una mejor vida útil.

- Almacenamiento: los reactivos húmedos generalmente deben almacenarse refrigerados, mientras que los (cartuchos con) reactivos secos pueden almacenarse a temperatura ambiente, lo que reduce la complejidad y el coste del instrumento.

La Figura 2 ilustra una primera realización particular de la solución anterior. Esta realización comprende un instrumento o sistema 100 para realizar selectivamente uno de múltiples diferentes pruebas posibles. El sistema se caracteriza porque comprende un suministro 110 con múltiples cartuchos (desechables) 111a...111d. Los cartuchos 111a...pueden tener un diseño idéntico o similar a los cartuchos conocidos, por ejemplo, por el documento WO 2008/155716 A1. Cada uno de estos cartuchos comprende todos los reactivos (partículas de marca y sitios de unión) que se necesitan para realizar una determinada prueba, es decir, para detectar un componente objetivo particular en una muestra 130. En una realización predilecta, el principio de la prueba podría basarse en el uso de partículas magnéticas como etiquetas ya que el uso de etiquetas magnéticas permite una buena rigurosidad sin necesidad de ninguna etapa de lavado líquido. El sistema 100 puede trabajar con plasma, suero, sangre completa (lo que puede requerir la eliminación de células sanguíneas). El concepto del sistema no se limita a los inmunoensayos, sino que también se puede extender a las aplicaciones de química clínica y a otros tipos de pruebas.

Los cartuchos desechables se pueden almacenar en el sistema 100 en varias formas:

- Tal como se muestra en la Figura 2, los cartuchos individuales 111a...111d se almacenan como un suministro 110 del que se toma un solo cartucho cada vez que se ejecuta una prueba.

- Los cartuchos individuales también se colocan en un carrete (no mostrado) que se puede tirar a través del instrumento, o el cartucho se toma del carrete.

- Todos los cartuchos están unidos entre sí en una lámina más grande (por ejemplo, un rollo o una hoja), que se puede mover a través del sistema o de la que se puede cortar un solo cartucho.

Después de seleccionar un cartucho desechable, la muestra 130 debe transferirse al mismo. En principio hay dos maneras diferentes de lograr esto:

- Transfiriendo el cartucho a la muestra y contactando la muestra para transferir parte de la muestra, p. mediante el uso de un cartucho que tiene un captador capilar (cf. Figuras 4 y 5).

- Mediante una sola etapa de transferencia de muestra en el que se recoge un volumen de muestra y se transfiere al cartucho, por ejemplo, por una sola etapa de pipeteo (ver Figuras 6 y 7).

Una vez que se agrega la muestra al cartucho, los reactivos se disuelven y reaccionan con el líquido de la muestra. Por lo general, se requiere algún período de incubación para que los reactivos reaccionen. En una realización predilecta, se usa un formato de pruebas homogéneo, lo que reduce la complejidad requerida del cartucho. Ciertas pruebas requieren un formato de dos etapas, que se puede acomodar mediante el uso de algunas características microfluídicas en el cartucho.

Muchos principios de la prueba requieren alguna forma de activación externa del cartucho desechable, por ejemplo, calentamiento o el uso de fuerzas magnéticas externas. Después de la aplicación de la muestra, el cartucho se carga opcionalmente en una unidad de actuación 120a...120c del instrumento que permite ciertas formas de actuación externa. Después de ejecutar la prueba, debe detectarse el resultado de la prueba. Se utilizan diferentes principios que incluyen, pero no se limitan a: detección óptica, eléctrica, magnética, acústica. La detección se basa particularmente en la reflexión interna total frustrada (FTIR), que se describe en el documento WO 2008/155716 A1. Para la detección de los componentes objetivo de interés, el manipulador 140 transfiere el cartucho con la muestra a una unidad de detección 150. Una vez que se ha detectado el resultado, el cartucho desechable se transfiere a un depósito de residuos 160. Dado que los residuos líquidos están contenidos en el cartucho, el depósito del desechable puede ser muy sencillo.

El sistema 100 comprende dispositivos de actuación múltiples (diferentes o idénticos) 120a...120c que pueden manejar múltiples cartuchos desechables al mismo tiempo para aumentar el rendimiento. De manera similar, el sistema podría comprender múltiples unidades de detección (no mostradas). En el sistema 100 de la Figura 2, los dispositivos de actuación 120a...120c y el dispositivo de detección 150 están separados, lo cual es favorable ya que la posición de lectura generalmente requiere los componentes más costosos y se usa durante un período relativamente corto de toda la prueba. La Figura 3 muestra una segunda realización alternativa de un sistema 200 con múltiples cartuchos 211a...21 Id en un suministro 210 y un robot 240 para la manipulación de muestras. En este sistema 200, la activación y la detección se combinan en una sola posición, es decir, en los dispositivos de activación y lectura 270a...270d para ahorrar espacio. Cabe señalar que los dispositivos de actuación (por ejemplo, los imanes) también se pueden transportar opcionalmente junto con cada cartucho desechable, mientras que los dispositivos de detección se fijan en una posición única o múltiple. Dado que el rendimiento y la reproducibilidad de una prueba con perlas magnéticas están muy relacionados con las posiciones de los imanes, esto tiene la ventaja de que el control sobre la prueba no se ve comprometido y muchas pruebas se pueden ejecutar simultáneamente mientras que la cantidad de costosas unidades de lectura es limitada.

Los sistemas descritos se adaptan de manera óptima como una arquitectura de laboratorio centralizada de alto rendimiento, en la que típicamente se logra una tasa de aproximadamente 200 pruebas realizadas por hora. Cuando el tiempo típico para ejecutar una prueba es de aproximadamente 5 a 10 minutos y normalmente se combinan de dos a cuatro pruebas en un solo cartucho en el sistema anterior, se necesitarán entre cinco y diez posiciones de actuación. Para un menú típico de 50 pruebas diferentes admitidos en el instrumento y con dos a cuatro pruebas en un solo cartucho desechable, es necesario almacenar entre 12 y 25 tipos de cartuchos diferentes en el sistema.

La Figura 4 muestra en una vista lateral en sección un cartucho 410 desechable basado en láminas para inmersión según un ejemplo. La Figura 5 muestra una vista superior de las tres capas separadas (láminas) que constituyen este cartucho, es decir, una capa de cubierta 412, una capa intermedia 413 que comprende cavidades para un canal de entrada 415 y cámaras de muestra 417, y una capa inferior 414 con puntos 416 de sitios de unión. Debido a las varias cámaras de muestra, se pueden ejecutar múltiples pruebas en paralelo en el mismo cartucho desechable 410, reduciendo el coste por resultado de la prueba.

Las Figuras 6 y 7 muestran un cartucho desechable 510 basado en láminas alternativo adaptado para la deposición de muestras según otro ejemplo. Con este fin, el cartucho comprende una entrada 515 con una abertura agrandada. En esta abertura, se puede depositar una muestra, que luego se transporta mediante fuerzas capilares a través de un canal interno a las cámaras de muestra 517.

En los cartuchos 410 y 510, el factor de forma del cartucho desechable es a base de láminas, lo que tiene la ventaja de que su volumen puede ser muy pequeño (ahorrando espacio en el instrumento) y puede fabricarse a bajo costo.

De preferencia, la información de calibración se proporciona para cada lote de cartuchos desechables de modo que no se necesiten etapas de calibración líquidos. Con cada lote de cartuchos desechables, la información de calibración podría proporcionarse, por ejemplo, en forma de RF-ID, ROM-chip o código de barras.

En resumen, la solución propuesta revela una arquitectura de sistema que se basa en el uso de cartuchos desechables que han sido precargados con reactivos (secos). Las principales ventajas de este concepto son las siguientes:

- coste del instrumento: se requiere menos robótica (costosa) para toda la manipulación de reactivos;

- huella: menos robótica permite hacer un instrumento más pequeño que ocupa un espacio menos costoso en el laboratorio;

- reactivos secos: el cartucho precargado permite el uso de reactivos secos; Residuos: cuando no se añaden reactivos líquidos, se crean menos residuos, lo que reduce el coste de manipulación de residuos;

- sensibilidad: con reactivos secos no hay dilución del analito mejorando la sensibilidad;

- vida útil: los reactivos secos son más estables y pueden almacenarse durante más tiempo.

A continuación, se describirán ejemplos de un diseño de cartucho particular con respecto a las Figuras 8 a 14. Los "cartuchos abiertos" descritos pueden usarse en cualquier aplicación que requiera el uso de un cartucho. En particular, se pueden utilizar en los sistemas descritos anteriormente, es decir, en una configuración de alto rendimiento. Debe tenerse en cuenta que los cartuchos que se describen a continuación generalmente contienen todos los reactivos necesarios para al menos una prueba, aunque estos no siempre se muestran en las Figuras. Los cartuchos se caracterizan en general porque comprenden:

- una cámara de muestras accesible desde arriba;

- estructuras ópticas para acoplar y desacoplar la luz con las que se puede examinar una muestra en la cámara de muestra (por ejemplo, mediante FTIR).

Un "cartucho abierto" 310 de este tipo se muestra esquemáticamente en la Figura 8. Comprende una cámara de muestra 313 a la que se puede acceder desde la parte superior, ya que está completamente abierta por la parte superior. En su lado inferior, el cartucho 310 comprende dos estructuras prismáticas 316a, 316b a través de las cuales se puede acoplar la luz hacia adentro y hacia afuera. El cartucho 310 se puede producir, por ejemplo, como una sola pieza mediante moldeo por inyección.

La Figura 8a muestra particularmente la adición de una muestra con partículas de etiqueta comprendidas en una punta de pipeta 301 al cartucho. La Figura 8b muestra la fina capa resultante de fluido en el cartucho abierto 310. La Figura 8c muestra la posición de los imanes (solo se muestra el imán superior 302) para realizar una prueba magnética. Una posible contaminación de la bobina superior 302 con la muestra (aunque las pequeñas cantidades de líquido no se desplazan fácilmente) podría resolverse cerrando el cartucho con una simple lámina o tapa después de que se haya agregado el líquido.

El cartucho abierto proporciona las siguientes ventajas:

- No es necesario montar una segunda parte del cartucho, lo cual resulta en un cartucho más sencillo y económico. Los puntos de unión en la parte inferior de la cámara de muestra se pueden imprimir simplemente en la pieza moldeada por inyección y se pueden almacenar en un estado seco.

- Tampoco hay necesidad de estructuras fluídicas pequeñas y complicadas en el cartucho que son necesarias para el llenado capilar, la formación antiburbujas, las paradas fluídicas, etc., lo que simplifica aún más el cartucho.

- Como no hay necesidad de entradas y salidas de fluido separadas, el área total del cartucho se reduce, lo que facilita el alcance de múltiples pruebas en un área pequeña. Es posible la adición separada de partículas y muestra en dos etapas de pipeta separados, lo que no es el caso con un cartucho cerrado.

La Figura 9 muestra cómo el cartucho 310 puede cerrarse (reversiblemente) mediante una primera tapa o tapa 360. La tapa 360 consta de un material de soporte 361 en el que está incrustado un imán 362. En lugar de colocar un imán separado sobre el cartucho abierto como se muestra en la Figura 8c, la tapa 360 con el imán integrado se puede colocar sobre la cámara de muestra. Esto tiene la ventaja de que el cartucho 310 está cerrado para evitar la evaporación durante la medición. En esta configuración, la tapa 360 es parte del dispositivo de medición y se reutiliza para cada medición. Las juntas tóricas 363 (p. ej., de goma) se pueden utilizar opcionalmente para cerrar el cartucho de forma eficaz y evitar la evaporación.

El cierre del cartucho como se describe anteriormente también ofrece la posibilidad de agregar reactivos secos (por ejemplo, perlas magnéticas) a la tapa. En este caso, la tapa suele ser desechable. Debido a que los reactivos secos deben entrar en contacto con la muestra líquida, se prefiere que toda la cámara de muestra 313 se llene cuando se coloca la tapa.

Las Figuras 10 a 12 muestran un ejemplo correspondiente de una tapa 460 con la que se puede cerrar temporalmente el cartucho 310. La tapa 460 comprende reactivos secos 463 en su superficie interior 462. Para evitar que la muestra se escape del cartucho, se incorpora en la tapa una cámara de rebose con ventilación de aire 461. Para evitar el encerramiento de burbujas de aire, se prefiere que la superficie interior 462 de la tapa, que mira hacia el líquido, esté inclinada.

La Figura 13 muestra un enfoque diferente para poner los reactivos 563 en contacto con el líquido en la cámara de muestra 313 sin necesidad de llenar toda la cámara. Esto es posible con una tapa 560 que comprende una protuberancia 562 que se extiende dentro del líquido y sobre la cual se aplican los reactivos 563. Se proporciona una salida de aire 561 para permitir el escape de los gases atrapados. Además, la Figura indica una bisagra 564 (por ejemplo, una bisagra de película) con la que se une la tapa 560 al cartucho 310.

Como se muestra en la Figura 14, el problema de la contaminación descrito anteriormente puede evitarse cerrando el cartucho 310 con una lámina 660 durante la fabricación. Tal lámina 660 tiene la ventaja adicional de que protege la cámara de muestra 313 de cualquier influencia externa (suciedad, humedad, contacto físico, etc.) durante el almacenamiento. El fluido se puede agregar a la cámara 313 apretando la lámina 660 con una punta de pipeta 301. Para permitir que el aire encerrado fluya, la lámina se puede perforar con la punta de pipeta dos veces, liberando solo el fluido después de la segunda vez (cf. Figuras 14b, 14c). La Figura 14d muestra la posición de los imanes (solo se muestra el imán superior 302) para realizar la prueba.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100, 200) para procesar una muestra (130, 230) de acuerdo con una de múltiples pruebas seleccionadas, comprendiendo dicho sistema:

a) múltiples cartuchos (110-510) en los que puede tener lugar el procesamiento de una muestra (130, 230), cada uno de los cuales contiene un conjunto diferente de reactivos necesarios para al menos una de las pruebas, y que comprenden partículas magnéticas (MP, Ba, Bb) como partículas marcadoras que se unen selectivamente a un componente objetivo, en el que los reactivos son reactivos secos;

b) un manipulador (140, 240) para introducir una muestra de líquido (130, 230) en uno de los cartuchos seleccionados; c) al menos un dispositivo de activación (120a-120c) que comprende un generador de campo magnético y un dispositivo de detección (150) o al menos un dispositivo integrado de activación y lectura (270a-270d) que comprende un generador de campo magnético; caracterizado porque múltiples cartuchos están configurados para permitir la ejecución de una prueba completa con un líquido de muestra agregado al cartucho sin la adición y/o transferencia de materiales líquidos además del propio líquido de muestra, en donde múltiples cartuchos están configurados de manera que el único líquido involucrado en la prueba, es el propio líquido de muestra.

2. Un método para procesar una muestra (130, 230) en un sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1 de acuerdo con una de múltiples pruebas seleccionadas, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:

a) provisión de múltiples cartuchos (110-510) en los que puede tener lugar el procesamiento de una muestra líquida (130, 230) y cada uno de los cuales contiene un conjunto diferente de reactivos necesarios para al menos una de las pruebas; b) introducir con un manipulador (140, 240) un líquido de muestra (130, 230) en un cartucho seleccionado,

donde se ejecuta una prueba completa con un líquido de muestra agregado al cartucho sin la adición y/o transferencia de materiales líquidos además del propio líquido de muestra, en el que el único líquido involucrado en la prueba es el propio líquido de muestra.

3. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema está alojado en una carcasa.

4. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema puede realizar más de 20 pruebas/hora, de preferencia, más de 50 pruebas/hora, de preferencia, más de 150 pruebas/hora.

5. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los cartuchos (410-510) tienen un diseño basado en láminas.

6. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque varias copias de cada cartucho (110­ 510) están dispuestas al alcance del manipulador (140, 240).

7. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se disponen varias copias de cada cartucho (110-510) y/o un depósito de residuos (160, 260) al alcance del manipulador (140, 240).

8. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque existe

- al menos un dispositivo de lectura (150, 270a-270d) en el que se pueden detectar los componentes objetivo de un líquido de muestra,

- al menos un dispositivo de actuación (120a -120c, 270a-270d) en el que se puede accionar una muestra comprendida en un cartucho (110-510), de preferencia, por la acción de campos electromagnéticos y/o calor

- y/o al menos un dispositivo integrado de actuación y lectura (270a-270d).

9. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque al menos un dispositivo de lectura, dispositivo de accionamiento y/o dispositivo de accionamiento y lectura puede ser movido por el manipulador (140, 240) junto con un cartucho.

10. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los reactivos del cartucho (110-510) comprenden sitios de unión que son específicos para diferentes componentes objetivo y/o partículas marcadoras, que se unen selectivamente a un componente objetivo.

11. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque un cartucho (110-510) y/o un lote de cartuchos están provistos de soportes de información legibles automáticamente.

12. El sistema (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un cartucho (110-510) comprende múltiples cámaras de muestra (417, 517) en las que se pueden realizar diferentes pruebas.