ITBO20100477A1 - Apparato per l'analisi di campioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un apparato o sistema per l’analisi di campioni. In particolare, l’apparato à ̈ utilizzabile per l’analisi di campioni biologici e trova una sua applicazione in campo diagnostico.

Nelle analisi dei campioni biologici, per le quali à ̈ necessario far reagire i campioni da analizzare con opportuni reagenti, il processo di analisi à ̈ ormai quasi totalmente automatizzato. Infatti, le apparecchiature attualmente in commercio sono in grado di prelevare in modo automatico o semi-automatico, ed in successione su una serie di campioni, il campione da analizzare contenuto in una provetta od in altro contenitore per farlo reagire, in corrispondenza di una apposita zona o stazione di lavoro, con una o più sostanze per verificarne alcune proprietà chimico-fisiche.

In pratica, i sistemi per l’esecuzione di analisi su campioni comprendono un piano di lavoro suddiviso in una pluralità di stazioni operative, nelle quali vengono posizionati i vari contenitori destinati alle varie sostanze prima e durante l’esame da effettuare. Tra le varie zone del piano di lavoro à ̈ agente un braccio mobile provvisto di mezzi di aspirazione il quale, prima di ogni esame, viene equipaggiato con un puntale o pipetta di tipo mono-uso per eseguire il prelievo dei campioni e/o dei reagenti e/o di miscele estemporaneamente formate sul piano di lavoro, ad esempio per indurre una determinata reazione. Durante una possibile procedura di esame, il braccio mobile, al quale viene associato il relativo puntale, preleva uno o più reagenti/diluenti ed il campione da esaminare, per portarli su una stazione di lavoro, nella quale viene innescata, con l’eventuale contributo di calore e/o di altri mezzi, la reazione necessaria all’esame. Una volta che le varie sostanze sono state movimentate lungo il piano di lavoro, il puntale viene separato dal braccio mobile e l’apparecchiatura provvede al lavaggio di una o più zone che devono essere ri-utilizzate.

I sistemi di analisi attualmente in commercio, anche se consentono una relativa automazione delle procedure di esame, non sono scevri da inconvenienti, come sarà meglio spiegato nel seguito della presente descrizione, dalla quale saranno evidenti gli scopi ed i vantaggi della presente invenzione, che ha lo scopo principale di migliorare i sistemi per effettuare analisi su campioni. A questo risultato si à ̈ pervenuti in conformità dell’invenzione adottando l’idea di realizzare un apparato avente le caratteristiche descritte nella rivendicazione 1. Altre caratteristiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

I vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e con l’aiuto degli annessi disegni, dati quale esemplificazione pratica del trovato, ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali:

- la Fig.1 à ̈ una schematica vista prospettica dall’alto di un apparato di analisi realizzato secondo l’invenzione, con un ponte mobile disposto nella zona destinata allo scarico dei puntali;

- la Fig.2 à ̈ una vista prospettica analoga a quella della Fig.1, in cui il ponte mobile à ̈ disposta in una zona o stazione differente del piano di lavoro;

- le Figg.3, 4 sono due schematiche viste prospettiche, da differente angolazione, del sistema in oggetto nelle quali sono visibili, tra l’altro delle guide lineari lungo le quali scorre il ponte mobile summenzionato;

- la Fig.5 à ̈ una schematica vista prospettica dall’alto di un particolare relativo ad un dispositivo di supporto dei puntali, con il ponte mobile disposto nella zona anteriore del piano di lavoro;

- la Fig.6 à ̈ una schematica vista dall’alto del piano di lavoro;

- la Fig.7 à ̈ una schematica vista prospettica dall’alto di un altro particolare relativo al un dispositivo di supporto dei puntali, con il ponte mobile disposto nella zona posteriore del piano di lavoro, in corrispondenza del contenitore per lo scarico dei puntali usati;

- la Fig.8 Ã ̈ una schematica vista prospettica parziale della zona anteriore del piano di lavoro;

- le Figg. 9, 10, 11, sono relative ad un sistema di rilevamento del corretto posizionamento dei rack sul piano di lavoro e mostrano, rispettivamente, una schematica vista laterale (Fig.9) di una porzione di rack associato al sistema, e due schematiche viste posteriori (Figg.10, 11) di possibili forme di attuazione dei rack; - le Figg. 12, 13, 14 mostrano il dispositivo di supporto dei puntali, mostrato, rispettivamente in due viste frontali (Figg.12, 13) ed in una vista prospettica (Fig.14); - le Figg.15, 16 sono relative ad un possibile esempio di realizzazione di un collettore (manifold), mostrato, rispettivamente, in una vista frontale (Fig.15) e prospettica (Fig.16);

- le Figg. 17, 18 sono relative ad un possibile esempio di realizzazione di contenitori per i liquidi di scarico, mostrati, rispettivamente, in una vista frontale (Fig.17) e in una vista prospettica parziale (Fig.18); e

- la Fig.19 à ̈ relativa ad una vista frontale di un possibile esempio di realizzazione di un rack nel quale à ̈ visibile un apparato di riconoscimento attuabile in conformità dell’invenzione.

Con riferimento alle figure dei disegni allegati, un apparato 1 in conformità dell’invenzione comprende un piano di lavoro 10 sul quale vengono disposti i contenitori per i campioni da esaminare, i puntali, i contenitori per i diluenti/reagenti, le micro-piastre per effettuare le reazioni, ecc..

Nella presente descrizione, facendo riferimento all’orientamento visibile nelle Figg.1 e 2, verrà indicata come anteriore la zona disposta a sinistra e con posteriore la zona disposta a destra, in corrispondenza del contenitore 3 destinato a ricevere i puntali 7 già usati.

Il piano di lavoro 10, che nell’esempio à ̈ sorretto da gambe verticali 12, à ̈ formato da una pluralità di guide lineari 11 che presentano una sezione conformata complementarmente rispetto ad una corrispondente sede presentata 41 dai rack 4 da associare allo stesso piano 10. In pratica, con riferimento all’esempio illustrato, la sezione delle guide 11 à ̈ conformata sostanzialmente a “T†ed i rack 4 sono provvisti di una sede 41 in cui à ̈ presente una cavità che può essere associata alle dette guide 11. Con la soluzione della presente invenzione à ̈ possibile associare rack di dimensioni differenti alle guide 11, poiché le sedi presentate dai vari rack hanno ampiezze multiple rispetto alla sezione della guida 11 e presentano porzioni opposte 410 che risultano corrispondenti al profilo della guida. Con il termine dimensione differente si intende lo sviluppo del rack in una direzione ortogonale rispetto allo sviluppo longitudinale della guida 11.

Facendo riferimento alle Figg.10 ed 11, un rack 4 “singolo†(vedi Fig.10), che può essere destinato, ad esempio, al supporto dei campioni da esaminare, à ̈ provvisto di una sede 41 il cui profilo corrisponde al profilo della guida 11; un rack 4 “multiplo†, come quello mostrato in Fig.11 (che nell’esempio presenta uno sviluppo corrispondente a sei rack singoli), à ̈ provvisto di due porzioni cave opposte 410 che delimitano la cavità 41 in modo da scorrere su due profili di guide 11 distanziate tra loro di sei unità, ovvero, disposte in modo da comprendere al loro interno cinque guide.

In questo modo, i rack possono essere disposti in modo casuale su tutto il piano, poiché tutte le guide 11 che formano lo stesso piano 10 sono in grado di ricevere rack di dimensioni differenti. Questa caratteristica determina un vantaggio rispetto allo stato dell’arte che, al contrario, prevede delle guide e non scambiabili per i differenti rack. In altre parole, secondo la presente invenzione sul piano possono essere poste tutte le risorse in funzione di qualsiasi scelta operata, a seconda, del tipo di esame, del numero di campioni, del tipo di reagenti e/o di contenitori utilizzati, ecc..

Inoltre, un apparato 1 in conformità della presente invenzione à ̈ in grado di stabilire la tipologia ed il numero di rack 4 che equipaggiano il piano di lavoro 10.

Nell’esempio illustrato sono previsti dispositivi elettronici di rilevamento che, nel caso specifico, sono magnetici, ma potrebbero essere anche ottici a barriera o a riflessione.

Il sistema à ̈ in grado di identificare la tipologia di rack inserito sulle guide e da quante unità (intese come numero di guide impegnate) lo stesso rack à ̈ composto. Ad esempio, il rack porta campioni analitici può essere da una unità, il rack reagenti e controlli da due unità, come il rack porta puntali, mentre quello per le piastre di prediluizione può comprendere sei unità. Il sistema di rilevamento di tipo magnetico, che verrà ora descritto, ha il vantaggio che non viene negativamente influenzato da polvere e sporco come potrebbe accadere per un apparato di tipo ottico.

Come mostrato in Fig.9, sul telaio dell’apparecchiatura che definisce il sistema 1 à ̈ fissato un sensore magnetico 5, in grado di riconoscere l’interazione tra un magnete 50 disposto sull’apparecchiatura ed una corrispondente placchetta di ferro 51 prevista sul rack 4. In pratica, la placchetta 51 ha un’estensione verticale tale da collegare il magnete 50, disposto inferiormente, con il corrispondente sensore 5, disposto superiormente. Poiché in ogni rack 4 à ̈ prevista una placchetta per ognuna delle unità che lo compongono, il sistema à ̈ in grado di riconoscere, in modo automatico, l’ampiezza di ciascun rack 4 inserito sulle guide 11 che formano il piano di lavoro 10. In altre parole, il numero di magneti “impegnati†dalle placchette determina il valore del rilevamento effettuato dal sistema.

Un altro vantaggio del presente sistema deriva dal fatto che il dispositivo 20 che supporta i puntali 7 à ̈ in grado di portare due puntali, per i quali sono previste due corrispondenti sedi 27 distanziate di un determinato valore D27 (ad esempio 36 mm) e che i rack 4 porta campioni hanno un passo provetta D4 pari a un secondo valore determinato (ad esempio 18 mm) e che à ̈ correlato al valore D27 della distanza tra i puntali, ed al valore D4’ della distanza tra i pozzetti delle piastre di reazione (ad esempio 9 mm); in questo modo à ̈ possibile prelevare contemporaneamente due campioni per volta, trattando contemporaneamente in quanto il passo dei due pipettatori à ̈ un multiplo di quello dei pozzetti sulle piastre di reazione. A titolo di esempio, il passo delle piastre di reazione può essere pari a 9 mm sul lato stretto (dove ci sono 8 pozzetti); lo stesso avviene anche per le piastre di prediluizione e per le scatole porta puntali. Questo permette di avere una riduzione di tempi di quasi il 50% e oltre a questo di ridurre notevolmente gli spostamenti del ponte mobile 2 che sposta i due porta-puntali in modo ottimizzato.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione deriva dal fatto che i rack 4 da associare al piano di lavoro 10 riportano tutti tre codici a barre distinti, come illustrato anche in Fig.19. Sul piano di lavoro, o in corrispondenza del ponte mobile 2, saranno previsti opportuni mezzi di lettura atti a riconoscere i codici a barre quando i rack vengono associati al piano di lavoro 10. Il primo codice 80, disposto a destra nel disegno, à ̈ quello che identifica il numero di matricola del rack e la tipologia (numero progressivo con abbianato un numero relativo al tipo: rack porta campioni, oppure rack reagenti, oppure rack reagenti customizzato per una determinata applicazione, ecc..); il secondo codice 81 à ̈ disposto sul fondo della sede 44 destinata alla provetta 45 (o ad altro contenitore) e riporta un codice di fondo con la posizione della provetta 45. La sede 44 à ̈ inferiormente aperta o, comunque, permeabile alla luce, in modo da consentire la lettura del codice 81 quando la sede 44 non à ̈ occupata dalla provetta 45. Questo consente di verificare se à ̈ presente nella sede 44 una provetta 45 (o una bottiglietta di reagente o quant’altro a seconda della tipologia di rack). Il terzo codice a barre 82 identifica la posizione di ciascuna sede 44. Con 84 à ̈ contrassegnata una maniglia di presa. In pratica, un volta letto il primo codice 80, il sistema riconosce il numero di serie del rack e la sua tipologia (campioni, reagenti, ecc..); in caso di lettura del secondo codice 81 vuol dire che in quella posizione non à ̈ stato inserito nessun oggetto; al contrario, se il secondo codice 81 non viene letto ma, al suo posto, viene letto un altro codice, quest’ultimo codice corrisponderà al codice di un oggetto specifico che può essere inserito in quel rack; in assenza di lettura (nessun codice riconosciuto) vi possono essere diverse possibilità: l’oggetto inserito può non avere il codice a barre, può non essere posizionato correttamente, il codice a barre non à ̈ leggibile, ecc.: interpretando queste informazioni il sistema fornisce un segnale al software gestionale che avviserà l’operatore. La lettura del terzo codice 82 consente l’abbinamento della posizione lungo il rack al codice letto nella sede 44 precedente. Questo si ripete nelle posizioni successive, ovvero per ciascuna delle sedi 44; l’unico codice che à ̈ presente una sola volta à ̈ il primo codice 80, quello che identifica il numero seriale e la tipologia del rack. Questa caratteristica unita alla lettura del codice magnetico consente di avere un riconoscimento univoco di tutte le risorse che l’operatore pone sul piano di lavoro. Sia a livello di riconoscimento singolo che di corretto posizionamento sul piano.

Un altro vantaggio della presente invenzione deriva dall’utilizzazione di due guide lineari parallele 21 che permettono lo scorrimento del ponte mobile 2 che porta i due porta puntali, guide che sono direttamente fissate al piano di lavoro. Questa caratteristica permette di garantire una precisione intrinseca estremamente elevata ed una semplicità costruttiva che su molti sistemi di tipo noto non si trova.

Nelle Figg.15 e 16 à ̈ mostrato un possibile esempio di realizzazione di un collettore 9 per il liquido di lavaggio utilizzabile, ad esempio, per la pulizia della micro piastre sulle quali vengono posti a reagire i campioni da esaminare. Il collettore 9 (o manifold) à ̈ realizzabile in plastica e su di esso sono alloggiate le valvole 91 che dispensano i buffer per il liquido di lavaggio. La peculiarità di questo manifold à ̈ il fatto che le valvole 91 sono disposte a stella e convergono tutte su di un foro centrale 92di mandata. In questo modo rendiamo molto più veloce l’operazione di lavaggio del circuito fra un buffer e l’altro e riduciamo le probabilità di inquinamento. Nelle altre applicazioni di tipo noto i manifold in genere sono in linea. Nei disegni sono previste sei valvole, ma potrebbero essere più o meno a seconda delle esigenze della macchina.

Nelle Figg.17, 18 à ̈ mostrato un cassetto 99 che contiene sei taniche 94 per i buffer di lavaggio (a cui sono collegate le valvole 91 indicate in precedenza ) e la tanica 96 che raccoglie tutti i liquidi di lavaggio (tanica del “waste†). La peculiarità di questo gruppo del sistema risiede nel fatto di essere completamente a scomparsa, in quanto assemblato su guide telescopiche 98 (visibili in Fig.2); al contrario, le strumentazioni analoghe attualmente sul mercato hanno delle taniche a vista poste sul fronte dello strumento o addirittura appoggiate sul pavimento. Inoltre, rispetto alla tecnica nota sono stati eliminati i sensori di livello con componenti elettrici che vengono immersi nel liquido, con i conseguenti notevoli problemi di sicurezza e manutenzione che contraddistinguono la tecnica nota anche a causa della frequenza, solitamente almeno giornaliera, della sostituzione delle taniche, per la quale si può determinare il deterioramento dei cavi che collegano i sensori. Al posto dei sensori di livello la presente invenzione prevede celle di carico 95 che monitorizzano costantemente il peso del liquido residuo all’interno delle taniche sia per quelle del buffer 94 che per quella del waste 96.

Le Figg. 12-14 mostrano il sistema di presa e sgancio puntale inglobato tutto nello stesso meccanismo; questo consente di poter sganciare il puntale 7 in qualsiasi posizione, senza dover andare in una posizione fissa come invece à ̈ previsto nelle apparecchiature attualmente sul mercato. Inoltre, il sistema à ̈ provvisto di una cassetta 3 di scarico puntali 7 che si estende per tutta la profondità dello piano di lavoro 10, a lato delle piastre di reazione analitica. Questo permette di ottimizzare i tempi di movimentazione e di evitare l’effetto di sovraffollamento nel solo punto di rilascio, come per le apparecchiature attualmente sul mercato, nelle quali si depositano tutti i puntali in un'unica zona (in genere una tanica) con la necessità di intervento dell’operatore per uniformare di tanto in tanto la distribuzione dei puntali nel contenitore. Nel nostro caso i puntali vengono distribuiti su di una superficie così ampia tale da eliminare il problema.

Altra caratteristica importante del presente sistema à ̈ quella di avere un controllo elettronico hardware e firmware basato sul concetto di intelligenza distribuita, del tipo noto come profibus (nel settore dell’automazione industriale) o can bus (principalmente nel settore auto motive). Questo tipo di controllo permette di avere un unità centrale basata su di un microcontrollore della potenza giusta per l’applicazione e poi delle schede periferiche dotate anch’esse di microcontrollori che gestiscono le singole unità di lavoro. In questo modo vi sono diversi vantaggi. E’ sufficiente un unico cavo che tramite giunzioni e connettori porta il segnale di colloquio fra le schede periferiche e l’unità centrale; in questo cavo vengono portate anche tutte le tensioni di alimentazione previste per le varie periferiche. Inoltre, si hanno microfunzioni realizzate sulle schede periferiche, con la scheda unità centrale che invierà alle unità periferiche delle macro istruzioni che le stesse periferiche interpreteranno. In pratica si hanno più unità dove risiedono piccoli firmware facilmente testabili ed un firmware centrale che invia macrocomandi e riceve macro risposte di esecuzione del comando o dell’errore accaduto. Inoltre tramite l’unità centrale si prevede il collegamento di una telecamera da utilizzare anche come webcam per monitorare da remoto il funzionamento dello strumento.

Gli organi di comando e controllo degli elementi sopra descritti ed illustrati nei disegni allegati sono del tipo noto ai tecnici del ramo e, pertanto, non sono stati descritti in ulteriore dettaglio per semplicità.

Inoltre, i particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente nella forma, dimensioni, disposizione degli elementi, natura dei materiali impiegati, senza peraltro uscire dall'ambito dell'idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela accordata dal presente brevetto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per l’analisi di campioni del tipo comprendente un piano di lavoro (10) sul quale vengono disposti un numero di rack (4) per il supporto di provette o contenitori, caratterizzato dal fatto à ̈ provvisto di un dispositivo (20) per il supporto di pipette o puntali (7) provvisto di almeno due corrispondenti sedi (27) distanziate di un determinato valore (D27) multiplo o sottomultiplo del valore (D4, D4’) della distanza intercorrente tra due sedi di detti rack (4).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di un dispositivo di rilevamento del rack (4) disposto sul piano di lavoro (10) comprendente un sensore magnetico (5), in grado di rilevare l’interazione tra un magnete (50) disposto sul piano di lavoro (10) ed un corrispondente elemento metallico (51) previsto sul rack (4).
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il piano di lavoro (10) à ̈ realizzato tramite una pluralità di guide parallele (11) presentanti una sezione complementarmente accoppiabile con una corrispondente sede (44) presentata da detti rack (4), la sede (44) presentata da detti rack (4) avendo un’ampiezza multipla rispetto alla sezione di detta guida (11), con porzioni opposte (410) che risultano corrispondenti al profilo della stessa guida (11).
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti rack (4) à ̈ provvisto di almeno tre codici a barre distinti: un primo codice (80) atto ad identificare il numero di matricola del rack e la tipologia, un secondo codice (81), disposto sul fondo di una sede (44) destinata all’oggetto da supportare sul rack in corrispondenza di una zona aperta ovvero permeabile alla luce, in modo da consentire la lettura del codice (81) quando la sede (44) non à ̈ occupata, e da un terzo codice (82) atto ad identificare la posizione di ciascuna sede (44).
5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di una coppia di guide lineari parallele (21) che permettono lo scorrimento di un ponte mobile (2) che porta i puntali (7) per il prelievo e la movimentazione delle sostanze sul piano di lavoro (10).
6. 6. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di un collettore (9) per il liquido di lavaggio provvisto di valvole (91) disposte a stella, convergenti su un condotto centrale (92) di mandata.
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 1, in particolare provvisto di una pluralità di contenitori per il liquido di lavaggio o buffer (94) e di almeno un contenitore di raccolta (96), caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di celle di carico (95) atte a verificare il riempimento di detti contenitori (94, 96).
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti contenitori sono contenuti in un cassetto (99) a scomparsa scorrevole su guide (98).
9. 9. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di una cassetta (3) per lo scarico dei puntali (7) utilizzati, estendentesi per sostanzialmente tutta una dimensione del piano di lavoro (10).
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di un hardware e firmware basato sul concetto di intelligenza distribuita, ovvero comprendente un’unità centrale basata su di un microcontrollore ed una pluralità di schede periferiche dotate anch’esse di microcontrollori che gestiscono le singole unità di lavoro.