ITMI20111893A1 - Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico - Google Patents

Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico Download PDF

Info

Publication number
ITMI20111893A1
ITMI20111893A1 IT001893A ITMI20111893A ITMI20111893A1 IT MI20111893 A1 ITMI20111893 A1 IT MI20111893A1 IT 001893 A IT001893 A IT 001893A IT MI20111893 A ITMI20111893 A IT MI20111893A IT MI20111893 A1 ITMI20111893 A1 IT MI20111893A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
chamber
thermal
thermal chamber
lid
reaction
Prior art date
Application number
IT001893A
Other languages
English (en)
Inventor
Enzo Fontana
Antonino Scuderi
Original Assignee
St Microelectronics Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by St Microelectronics Srl filed Critical St Microelectronics Srl
Priority to IT001893A priority Critical patent/ITMI20111893A1/it
Priority to US13/654,264 priority patent/US20130102064A1/en
Priority to CN2012104087397A priority patent/CN103114032A/zh
Priority to CN2012205500109U priority patent/CN203159589U/zh
Publication of ITMI20111893A1 publication Critical patent/ITMI20111893A1/it

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/04Closures and closing means
    • B01L2300/041Connecting closures to device or container
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0663Whole sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829Multi-well plates; Microtitration plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1838Means for temperature control using fluid heat transfer medium
    • B01L2300/1844Means for temperature control using fluid heat transfer medium using fans
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Description

“APPARECCHIO DIAGNOSTICO, IN PARTICOLARE PER L'EFFETTUAZIONE DI OPERAZIONI DI TERMOCICLAZIONE DURANTE UNA REAZIONE RT-PCR, CON RILEVAMENTO OTTICOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa a un apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una RT-PCR (reazione a catena delle polimerasi a trascrizione inversa), con rilevamento ottico.
Come noto, apparecchi diagnostici operanti su piccole quantità di campioni sono sempre più diffusi poiché offrono i vantaggi di migliorare l’attendibilità del saggio o campione (“essay†), ridurne il volume, e quindi ridurre il tempo richiesto per tali attività, nonché i relativi costi.
Dispositivi noti comprendono sostanzialmente un substrato solido sul quale sono immobilizzati particolari recettori, come ad esempio biomolecole (DNA, RNA, proteine, antigeni, anticorpi, apteni, zuccheri, ecc.) o specie chimiche, o microrganismi o parti di essi (batteri, virus, spore, cellule, organelli, ecc.). Con “recettori†si intende qui qualsiasi membro di una coppia o multiplo di elementi che si possono legare tra loro (“binding pair†), così che il recettore si accoppia o reagisce con, e quindi rileva, il proprio (o i propri) compagno (o compagni) (“binding mate†) con cui si può legare. Qui, recettori includono recettori tradizionali, come recettori proteine e ligandi, ma anche qualsiasi elemento atto a interagire o ad accoppiarsi, come ad esempio lectine, carboidrati, streptavidine, biotine, proteine, substrati, oligonucleotidi, acidi nucleici, porfirine, ioni metallici, anticorpi, antigeni, e simili.
Secondo la tecnica di rilevamento ottico, quando questi recettori vengono posti in contatto diretto con un campione da analizzare, la presenza in tale campione di molecole in grado di accoppiarsi o interagire con il recettore attiva marcatori specifici, ad esempio marcatori fluorescenti, che, quando eccitati con una radiazione luminosa ad una prima lunghezza d’onda, emettono una propria radiazione luminosa avente una seconda lunghezza d’onda diversa dalla prima lunghezza d’onda.
Dispositivi diagnostici a fluorescenza noti comprendono uno strato compatibile la cui superficie à ̈ funzionalizzata in modo da presentare aree di rilevamento comprendenti recettori provvisti dei marcatori specifici.
Ci sono molti diversi modi per preparare test che coinvolgono segnali ottici. Per esempio, un comune saggio a tre componenti di accoppiamento (“three component binding essay†) utilizza una prima immobilizzazione, su un substrato solido, di un anticorpo che può accoppiarsi con un antigene presente in una soluzione campione. L’accoppiamento con l’antigene à ̈ quindi rilevato mediante un secondo anticorpo che si accoppia ad un diverso epitopo dello stesso antigene e che possiede una etichetta (“label†) fluorescente attaccata ad esso. Quindi, l’ammontare della fluorescenza à ̈ correlata all’ammontare degli antigeni presenti nel campione.
Un'altra soluzione prevede l’immobilizzazione sul substrato o la presenza in una soluzione di una sonda a oligonucleotide che in seguito si ibridizza con DNA o cDNA o mRNA complementare presente nel campione, e l’acido nucleico a doppio filamento può essere rilevato con un colorante intercalato (“intercalating dye†), come ad esempio bromuro di etidio.
Un'altra soluzione ancora prevede che due marcatori fluorescenti siano portati in stretta prossimità nel saggio, e lo spegnimento (“quenching†) di un marcatore à ̈ misurato in saggi basati su fluorescenza a trasferimento di energia risonante (“fluorescence resonance energy transfer†- FRET).
In alternativa, l’accoppiamento con metalli pesanti con fluorofori può anche essere rilevato mediante coloranti fluorescenti (“fluorescent dyes†).
Sono state proposti vari apparecchi operanti con approcci di tipo attivo o passivo per il rilevamento del segnale ottico, indipendentemente dal trattamento effettuato sui saggi e dalla tecnica di generazione del segnale ottico.
In tali apparecchi, la radiazione luminosa viene raccolta da un rilevatore, come ad esempio un fotorilevatore di tipo a dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD) o di tipo CMOS sensibile alla lunghezza d’onda della radiazione luminosa emessa, in cui l'intensità luminosa o la sua variazione à ̈ funzione della quantità di marcatori specifici attivati nel saggio, e dunque della quantità di molecole o biomolecole rilevate.
Nel caso di analisi con la tecnica della reazione a catena delle polimerasi quantitativa a trascrizione inversa (quantitative reverse transcriptase PCR o qRT-PCR), l'apparecchio genera cicli termici (ad esempio, a 60°, 72° e 90°C) adatti all'amplificazione della molecola target ricercata e ne fornisce immediatamente una stima quantitativa accurata.
Affinché il processo di amplificazione avvenga correttamente, i cicli termici devono avvenire a temperatura controllata e uniforme all'interno di una zona chiamata in seguito anche "camera di reazione". Ad esempio, la fig. 1 mostra una porzione di un apparecchio 1 per l'esecuzione di analisi diagnostiche includente una zona di reazione 2 dotata di guide 3 in cui à ̈ inserito un supporto ("holder") 4 dotato di un dispositivo di riscaldamento 6.
La zona al di sopra del supporto 4 forma una camera di termica 10 e su questa si affacciano elementi emettitori di luce 11, ad esempio LED, ed un rilevatore 12, ad esempio a CCD.
Inoltre, l'apparecchio 1 à ̈ dotato di un'unità di ventilazione 8, ad esempio comprendente una ventola disposta al di sotto della zona di reazione 2.
Un dispositivo elettronico non mostrato controlla l'alimentazione di corrente al dispositivo di riscaldamento 6 e l'attivazione dell'unità di ventilazione 8, in modo da ottenere i cicli termici desiderati.
Il supporto 4 (si veda anche la fig. 2 in cui il supporto à ̈ mostrato longitudinalmente, ruotato di 90° rispetto alla fig. 1) à ̈ qui costituito da un corpo stampato, ad esempio di plastica trasparente biocompatibile corretto (ad esempio, policarbonato) ed ha forma a parallelepipedo, sul cui fondo à ̈ fissato il dispositivo di riscaldamento 6. Il supporto 4 à ̈ dotato sul lato superiore di una serie di camerette 7 aperte superiormente e destinate a contenere i reagenti e i prodotti di reazione.
Come mostrato nelle fig. 2 e 3, nell'esempio mostrato il dispositivo di riscaldamento 6 à ̈ formato da un "die", comprendente un substrato 15 di materiale semiconduttore su un cui lato à ̈ realizzata una serpentina 16 di materiale conduttore, ad esempio alluminio o altro metallo, che si estende per tutta l'area in cui si trovano le camerette 7. La serpentina 16 si collega a piazzole di collegamento ("pads") 17 per la connessione elettrica. Altri tipi di supporto sono però possibili, ad esempio senza camerette 7 e in questo caso le camerette sono formate direttamente nel die sul cui retro à ̈ presente il dispositivo di riscaldamento.
Con la struttura mostrata, non à ̈ possibile ottenere un'elevata uniformità termica nella zona di reazione 2. Infatti, come mostrato nel grafico di fig. 1a, che mostra l'andamento termico nella zona di reazione 2 lungo l'asse Y, la temperatura, prossima al valore TR dell'ambiente circostante a distanza dal supporto 4, cresce rapidamente al valore di riscaldamento TH in prossimità del dispositivo di riscaldamento 6, e poi cala gradualmente all'interno della camera termica 10, muovendosi verso l'alto, fino a raggiungere un valore prossimo alla temperatura ambientale TR al di sopra della camera termica 10.
In particolare, prove eseguite dalla richiedente hanno mostrato che, a causa delle dissipazioni, esiste un gradiente termico, all'interno della zona di reazione 2, di circa 10-15°C.
Ciò à ̈ svantaggioso in quanto può pregiudicare la correttezza della esecuzione delle reazioni previste e quindi del risultato diagnostico ottenuto.
Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un apparecchio diagnostico che fornisca una maggiore uniformità termica nella zona di reazione.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un apparecchio diagnostico, come definito nella rivendicazione 1.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la fig. 1 Ã ̈ una vista laterale di una parte di un apparecchio diagnostico noto;
- la fig.1a mostra l'andamento termico all'interno dell'apparecchio di fig. 1;
- la fig. 2 Ã ̈ una vista laterale in trasparenza di un supporto utilizzato nell'apparecchio di fig. 1;
- la fig. 3 Ã ̈ una vista dal basso del supporto di fig.
2;
- la fig. 4 Ã ̈ una vista laterale della zona di reazione del presente apparecchio diagnostico;
- la fig. 4a mostra l'andamento termico all'interno della zona di reazione di fig. 4;
- la fig. 5 Ã ̈ una vista prospettica dal basso del coperchio nella zona di reazione di fig. 4;
- la fig. 6 Ã ̈ una vista in sezione e in prospettiva ingrandita di una porzione del coperchio;
- le figg. 7A-7E sono differenti forme di realizzazione del riscaldatore posto sul coperchio di fig.
5;
- la fig. 8 Ã ̈ una sezione trasversale del presente apparecchio, presa lungo il piano di sezione VIII-VIII di fig. 9;
- la fig. 9 Ã ̈ una sezione longitudinale del presente apparecchio, presa lungo il piano di sezione IX-IX di fig.
8;
- la fig. 9a mostra in prospettiva un dettaglio ingrandito di fig. 9; e
- la fig. 10 Ã ̈ uno schema a blocchi del presente apparecchio.
La figura 4 mostra una porzione di un apparecchio 100 per l'esecuzione di analisi diagnostiche allo scopo di rilevare la presenza e la quantità di molecole target tramite la tecnica della qRT-PCR sopra indicata. In particolare, nella figura 4 à ̈ mostrata una zona di reazione 102 includente guide 103 in cui à ̈ inserito un supporto ("holder") 104 analogo a quello descritto con riferimento alle figure 1-2. In particolare, il supporto 104 à ̈ dotato di un primo dispositivo di riscaldamento 106 realizzato in un die 105 e forma una serie di camere di reazione 107 (mostrate in trasparenza e aperte sul lato superiore) destinate a contenere i reagenti e i prodotti di reazione e/o provette. In alternativa, il primo dispositivo di riscaldamento 106 può essere stampato direttamente sul fondo o su un lato del supporto 104.
La zona al di sopra del supporto 104 forma qui una camera termica 110 chiusa superiormente da un coperchio 115. Il coperchio 115, di forma generalmente rettangolare, à ̈ trasparente alla luce di elementi emettitori 165 (fig. 8) e alla luce fluorescente emessa durante la reazione, in modo da consentire la raccolta tramite un rilevatore 166 (anch'esso visibile in fig. 8), posto al di sopra della camera termica 110. In particolare, il coperchio 115 può essere realizzato di vetro, GaN o altro materiale trasparente adatto a consentire il passaggio della radiazione emessa durante la reazione, garantendo la tenuta termica della camera 102 sottostante.
Sul coperchio 115, sulla sua faccia rivolta verso il supporto 104 (si veda anche la fig. 5), à ̈ presente un secondo dispositivo di riscaldamento 116, mostrato più in dettaglio nelle figure 5-7.
In particolare, il secondo dispositivo di riscaldamento 116 à ̈ costituito da una pista conduttiva, ad esempio uno strato metallico, quale Al, Mo, di spessore elevato, ottimizzato per una elevata capacità di corrente (ad es. di 2-3 µm in grado di portare una corrente compresa fra tra 0,5 A e 2 A) e può avere diverse forme, mostrate a titolo di esempio nelle figure 7A-7E, e generalmente dotate di una porzione periferica 116a (figure 5, 7A-7E) che si estende parallelamente a tre lati del coperchio 115 ed à ̈ connessa a piazzole di contatto ("pad") 117. La porzione periferica 116a può eventualmente essere collegata ad una pluralità di porzioni intermedie 116b, fra loro parallele e/o incrociantisi (fig. 5, 7A-7C), che attraversano l'area del coperchio 115 in modo da passare in corrispondenza dello spazio fra una camera di reazione 107 e l'altra, per non interferire con la radiazione emessa durante la PCR. A loro volta, sia la porzione periferica 116a che le porzioni intermedie 116b possono essere formate completamente o parzialmente da serpentine, come rappresentato nel dettagli ingrandito di fig. 5.
Per facilitare la taratura iniziale ("set up") e il pilotaggio ("driving"), il primo e il secondo dispositivo di riscaldamento 106, 116 possono avere lo stesso valore nominale della resistenza (ad esempio 15÷24 Ω).
Sul coperchio 115 può essere inoltre fissato un sensore di temperatura 120 (fig. 5), realizzato come piastrina separata e collegata a proprie piazzole di contatto 121 in grado di misurare la temperatura esistente nella camera termica 110 e fornire un segnale utilizzabile per un controllo in retroazione della temperatura.
Le piazzole di contatto 117, 121 del secondo dispositivo di riscaldamento 116 e del sensore 120 sono collegate ad un connettore 122 a sua volta collegato con un'unità di comando e controllo dell'apparecchio 100, come descritto più in seguito con riferimento alla fig. 10.
Come mostrato in fig. 6, il secondo dispositivo di riscaldamento 116 può essere coperto da uno strato di passivazione 123 formante una schermatura per le piste metalliche 116a, 116b. Ad esempio, lo strato di passivazione 123 può essere di ossido di silicio o nitruro di silicio con uno spessore di circa 1 µm, e ha la funzione di eliminare eventuali riflessi della luce emessa durante la reazione causati dal coperchio 115, oltre che di proteggere le piste metalliche del secondo dispositivo di riscaldamento 116.
In questo modo, si veda la figura 4, la zona che comprende la camera termica 110 e il supporto 104 fino al primo dispositivo di riscaldamento 106 può essere mantenuta a temperatura sostanzialmente uniforme, come rappresentato in figura 4a, grazie al riscaldamento fornito dal basso dal primo dispositivo di riscaldamento 106 e dall'alto, dal secondo dispositivo di riscaldamento 116.
Il coperchio 115 può essere realizzato a partire da una lastra, ad esempio di vetro, di area molto maggiore rispetto al coperchio 115 stesso, stampata con le piste metalliche 116a, 116b (formando al contempo più dispositivi di riscaldamento 116 per una pluralità di coperchi 115) e ricoperto con lo strato di passivazione 123. La lastra di vetro può quindi essere rigata, per separare i singoli coperchi 115; su ciascun coperchio 115 vengono montati il sensore di temperatura 120 e il connettore 122, tramite pasta o colla conduttiva, e il coperchio 115 viene montato sull'apparecchio 100. Tutte le fasi sono di tipo "dry" in modo da evitare rugosità superficiali.
Allo scopo di ottimizzare le fasi di riscaldamento e raffreddamento necessarie per l'esecuzione della reazione, ad esempio la PCR o la qRT-PCR, l'apparecchio 100 mostrato à ̈ dotato di un doppio circuito di raffreddamento, come mostrato in dettaglio nelle figg. 8 e 9, mostranti due sezioni su piani perpendicolari fra loro.
In dettaglio, l'apparecchio 100 ha un'intelaiatura definente una struttura chiusa, di forma parallelepipeda, includente una prima ed una seconda parete di delimitazione 131, 132 sui lati trasversali (fig. 8), una prima ed una seconda colonna 133, 134, sui lati longitudinali (fig. 9), un fondo 147 ed un tetto 135. In tal modo, le pareti 131, 132, le colonne 133, 134 (in particolare on le pareti 154a, 154b descritte sotto), il coperchio 115 e il supporto 104 delimitano la camera termica 110 in cui si ha uniformità di temperatura in direzione verticale (direzione Y in fig. 4).
Elementi emettitori di luce 165, ad esempio comprendenti LED, ed un rilevatore 166, ad esempio a CCD, sono disposti al di sopra della camera termica 110, all'interno dell'intelaiatura dell'apparecchio 100.
Le pareti di delimitazione 131, 132 definiscono le guide 103 e, insieme alle colonne 133, 134, formano strutture di appoggio per il coperchio 105.
Vantaggiosamente, le porzioni 131a, 132a delle pareti di delimitazione 131, 132 che formano le guide 103, sono costituite da binari smontabili dal resto delle pareti di delimitazione (fissati ad esempio mediante viti o altri mezzi di vincolo rilasciabili) in modo da poter essere sostituiti ad ogni reazione (binari monouso). I binari 131a, 132a sono realizzati di materiale isotermico, quale ABS o PVC, in modo da favorire il mantenimento di una temperatura uniforme all'interno della camera di reazione 102 e impedire la contaminazione anche accidentale dei reagenti all'interno delle camerette in successive operazioni di analisi.
Le colonne 133, 134 definiscono internamente un doppio percorso per l'aria di raffreddamento, includente un percorso di ingresso 135, comune, una coppia di percorsi di raffreddamento 145, 155 ed un percorso di uscita 136, comune. In dettaglio, come mostrato in fig. 9, il percorso di ingresso 135 à ̈ formato da una apertura di ingresso 140 sul fondo 147 della prima colona 133, da una prima griglia 141 posta al di sopra della apertura di ingresso 140 e da una camera di ingresso 142 al di sopra della prima griglia 141. La prima griglia 141, così come le altre griglie indicate successivamente, à ̈ formata ad esempio da una retina o da un filtro poroso, in modo da evitare l'aspirazione o in generale l'ingresso di polvere, in particolare di particelle di elevate dimensioni. Immediatamente al di sotto della camera termica 102, verso l'interno dell'apparecchio 100, la prima colonna 133 presenta una prima pluralità di aperture 143 (si veda anche la fig. 8) in corrispondenza delle quali una parte dell'aria viene fatta fluire al di sotto della zona di reazione 102, in modo da lambire inferiormente il supporto 104 (costituendo quindi il primo percorso di raffreddamento 145). Per guidare l'aria lungo il primo percorso di raffreddamento 145, fig. 9, un deflettore 144 si estende al di sotto della zona di reazione 102 fra la prima e la seconda colonna 133, 134, longitudinalmente all'apparecchio 100.
La seconda colonna 134 presenta, al di sopra dell'estremità del deflettore 144, una seconda pluralità di aperture 148 (solo una visibile in fig. 9) in corrispondenza delle quali l'aria lungo il primo percorso di raffreddamento 145, viene aspirata da una prima ventola 149 disposta in un primo vano ventola 147, verso una camera di uscita 158 all'interno della seconda colonna 134, lungo il percorso di uscita 136.
Inoltre, parte dell'aria fluente attraverso la camera termica 102 viene deviata in modo da lambire superiormente il supporto 104 (secondo percorso di raffreddamento 155). A tale scopo, la camera di ingresso 142 à ̈ collegata superiormente ad una zona posteriore 151 (disposta posteriormente al supporto 104 e chiusa da una porta scorrevole 153) e quindi ad una terza pluralità di aperture 152 (si veda anche la fig. 8) formate in una prima parete superiore 154a e affacciantisi sulla camera termica 110. Una seconda ventola 156 disposta in un secondo vano ventola 157 nella seconda colonna 134 aspira l'aria lungo il secondo percorso di raffreddamento 155 e attraverso una quarta pluralità di aperture 153 (una sola visibile in fig.
9) formate in una seconda parete superiore 154b in prossimità dell'estremità superiore della seconda colonna 134. Come visibile in fig. 9, in particolare nel dettaglio ingrandito, la seconda ventola 156 à ̈ disposta ad un livello superiore rispetto alla prima ventola 149, ma à ̈ sfalsata lateralmente rispetto a questa. Qui, la prima ventola 149 non à ̈ allineata longitudinalmente al primo percorso di raffreddamento 145, ma à ̈ spostata lateralmente. In alternativa, la seconda ventola 149 può essere sfalsata rispetto al secondo percorso di raffreddamento 155.
In entrambi i casi, l'aria proveniente dal primo e dal secondo percorso di raffreddamento 145, 155 viene aspirata all'interno della camera di uscita 158 e scaricata attraverso un'apertura di uscita 159 nel fondo 147 e una seconda griglia 160.
L'apparecchio 100 presenta un'architettura mostrata nello schema a blocchi di fig. 10. In dettaglio, il rilevatore 166, in base alla radiazione luminosa raccolta, genera un primo segnale elettrico fornito ad un'unità di elaborazione segnali 170, che, in base al primo segnale elettrico ricevuto, fornisce ad un'unità di elaborazione 171 un secondo segnale elettrico indicativo della reazione che ha luogo nelle camerette 107, in termini qualitativi e/o quantitativi, a seconda della reazione e del protocollo implementato.
L'unità di elaborazione 171, oltre a fornire verso l'esterno, attraverso una o più unità di ingresso/uscita 172, le informazioni richieste, sovraintende al controllo termico della reazione. A tale scopo, essa à ̈ collegata ad un'unità di controllo della temperatura 175 che, attraverso circuiti di pilotaggio appositi 176, comanda l'azionamento del primo e del secondo dispositivo di riscaldamento 106, 116, fornendo le correnti necessarie per il loro funzionamento (e quindi operando come generatore di corrente), nonché l'azionamento della prima e della seconda ventola 149, 156. L'unità di controllo della temperatura 175 à ̈ inoltre collegata al sensore di temperatura 120, per ricevere l'informazione relativa alla temperatura esistente all'interno della camera di reazione 102 in modo da comandare in modo preciso l'esecuzione dei cicli termici previsti.
Un'unità di alimentazione 177 fornisce le alimentazioni previste per le diverse unità dell'apparecchio 100.
Prima della reazione, la porta posteriore 153 viene aperta, facendola scorrere verso l'alto e rendendo accessibile il vano posteriore 151 e la zona destinata ad accogliere il supporto 104. Quindi, dopo l'eventuale montaggio delle porzioni di guida 131a, 132a nell'apparecchio 100, il supporto 104, dotato del primo dispositivo di riscaldamento 106, viene inserito nel vano posteriore 151, fino ad arrestarsi contro un arresto disposto in prossimità della parete della prima colonna 133 (fig. 9). Quindi, dopo la chiusura della porta 153, può essere avviato il programma diagnostico, controllato dall'unità centrale 171, che successivamente, in base alla radiazione luminosa emessa, fornisce il risultato diagnostico richiesto.
L'apparecchio 100 mostrato à ̈ in grado di mantenere uniforme la temperatura all'interno della camera di reazione 102, e in particolare all'interno delle camerette 107, grazie alla presenza di due riscaldatori (primo e secondo dispositivo di riscaldamento 106, 116) disposti sui due lati del supporto 104 stesso, che creano un cuscino d'aria e riducono il gradiente termico fra la parte superiore e la parte inferiore del supporto 104.
La presenza di due riscaldatori 106, 116 comandabili e controllabili in modo indipendente al di sopra e al di sotto del supporto 104 consente di impostare le condizioni al contorno, rendendo il sistema indipendente da variazioni esterne/ambientali e schermando l'interno.
La presenza di due percorsi di raffreddamento 145, 155, che generano due flussi di aria indipendenti che lambiscono il supporto 104 superiormente e inferiormente e sono controllabili in modo indipendente, consente di effettuare cicli termici precisi, con elevata uniformità termica, grazie anche alla presenza del sensore di temperatura 120 sul coperchio 115.
La realizzazione delle guide 103 tramite binari monouso 131a, 132a favorisce l'ottenimento di una elevata uniformità e previene contaminazioni, come sopra spiegato.
Il coperchio 115, di materiale trasparente, posizionato ad una certa distanza dalle camerette 107 in cui avviene la reazione, realizza una discontinuità termica con l'ambiente circostante, senza interferire con la sorveglianza ottica della reazione e la raccolta della radiazione luminosa emessa.
Risulta infine chiaro che all'apparecchio qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
Ad esempio, come indicato, il supporto 104 può essere realizzato diversamente, così come gli organi destinati a realizzare il doppio percorso di raffreddamento possono essere realizzati diversamente da quanto rappresentato.

Claims (13)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio (100) per l'esecuzione di cicli termici, comprendente: un'intelaiatura (131-134, 137, 147); una camera termica (110) delimitata lateralmente da pareti di delimitazione (103, 154a, 154b) e configurata in modo da essere delimitata inferiormente da un supporto di reazione (104) portante una pluralità di camere di reazione (107) destinate ad accogliere sostanze chimiche di reazione; un coperchio (105) di materiale trasparente, delimitante superiormente la camera termica; un generatore di radiazione luminosa (165), disposto esternamente alla camera termica (110) in posizione affacciata al coperchio (115) e configurato per generare una radiazione luminosa di eccitazione; un rilevatore di radiazione luminosa (166), disposto esternamente alla camera termica in posizione affacciata al coperchio e configurato per raccogliere una radiazione luminosa emessa in uso dalle camere di reazione (107); e un elemento elaboratore (171), collegato al rilevatore di radiazione luminosa (166) e configurato per rilevare, in uso, una caratteristica della radiazione luminosa emessa.
  2. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui il coperchio (115) Ã ̈ dotato di un riscaldatore (116) rivolto verso la camera termica (110).
  3. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 2, in cui il riscaldatore (116) Ã ̈ formato da almeno una pista metallica collegata ad un generatore di corrente (176, 177).
  4. 4. Apparecchio secondo la rivendicazione 2 o 3, comprendente uno strato di schermatura trasparente (123) ricoprente il coperchio (115) e il riscaldatore (116) sul lato rivolto verso la camera termica (110).
  5. 5. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, comprendente un sensore di temperatura (120) fissato al coperchio (115), rivolto verso la camera termica (110).
  6. 6. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le pareti di delimitazione comprendono regioni di guida (103) di materiale isotermico configurate in modo da guidare il supporto di reazione (106) durante l'introduzione e da trattenere lateralmente il supporto di reazione.
  7. 7. Apparecchio secondo la rivendicazione 6, in cui le regioni di guida (103) comprendono binari smontabili monouso.
  8. 8. Apparecchio secondo una o più delle rivendicazioni 1-7, comprendenti un primo ed un secondo circuito di raffreddamento (135, 145, 155, 136, 149, 156) includenti una prima e, rispettivamente, una seconda unità di ventilazione (149, 156), in cui il primo circuito di raffreddamento comprende inoltre una camera di raffreddamento inferiore (145) estendentesi al di sotto della camera termica (110) e collegata alla prima unità di ventilazione (149) e il secondo circuito di raffreddamento (155) comprende inoltre la camera termica (110), la camera termica essendo collegata con la seconda unità di ventilazione (156).
  9. 9. Apparecchio secondo la rivendicazione 8, in cui la prima e la seconda unità di ventilazione (149, 156) sono costituiti da ventole aspiranti alloggiate in un primo e rispettivamente un secondo vano ventole (147, 157).
  10. 10. Apparecchio secondo la rivendicazione 9, comprendente una prima ed una seconda colonna (133, 134) estendentisi su lati opposti della camera termica (110) in direzione longitudinale, la prima colonna (133) formando una camera di ingresso aria (142) collegata con l'esterno dell'apparecchio (100) e la seconda colonna (134) formando una camera di uscita dell'aria (158) collegata con il primo e il secondo vano ventole (147, 157) e con l'esterno dell'apparecchio (100), la camera di ingresso aria (142) essendo inoltre collegata alla camera di raffreddamento inferiore (145) tramite prime aperture di connessione (143) e alla camera termica (110) tramite un vano (151) e ad aperture passanti (152) estendentisi in una (154a) delle pareti di delimitazione (154a, 154b).
  11. 11. Apparecchio secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui il primo vano ventole (147) Ã ̈ disposto lateralmente sfalsato rispetto al secondo vano ventole (157).
  12. 12. Apparecchio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8-11 quando dipendenti dalle rivendicazioni 2 e 5, comprendente una unità di controllo termico (175) collegata al riscaldatore (116), alla prima e alla seconda unità di ventilazione (149, 156), e al sensore di temperatura (120) per il controllo della temperatura all'interno della camera termica (110).
  13. 13. Apparecchio secondo la rivendicazione 12, in cui l'unità di controllo termico (175) comprende inoltre mezzi di connessione con un elemento riscaldante (106) posto al di sotto delle camere di reazione (107) nel supporto di reazione (104).
IT001893A 2011-10-19 2011-10-19 Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico ITMI20111893A1 (it)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001893A ITMI20111893A1 (it) 2011-10-19 2011-10-19 Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico
US13/654,264 US20130102064A1 (en) 2011-10-19 2012-10-17 Rt-pcr chip with optical detection
CN2012104087397A CN103114032A (zh) 2011-10-19 2012-10-19 特别地用于在rt-pcr过程中执行热循环操作的具有光检测的诊断装置
CN2012205500109U CN203159589U (zh) 2011-10-19 2012-10-19 在rt-pcr过程中执行热循环操作的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001893A ITMI20111893A1 (it) 2011-10-19 2011-10-19 Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITMI20111893A1 true ITMI20111893A1 (it) 2013-04-20

Family

ID=45315875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT001893A ITMI20111893A1 (it) 2011-10-19 2011-10-19 Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130102064A1 (it)
CN (2) CN203159589U (it)
IT (1) ITMI20111893A1 (it)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9539576B2 (en) 2013-09-18 2017-01-10 Neumodx Molecular, Inc. Thermocycling system and manufacturing method
US9499896B2 (en) * 2013-09-18 2016-11-22 Neumodx Molecular, Inc. Thermocycling system, composition, and microfabrication method
TWI521197B (zh) 2014-11-14 2016-02-11 財團法人工業技術研究院 手持式即時檢測裝置
US9739751B2 (en) * 2015-02-05 2017-08-22 International Business Machines Corporation Devices for trapping and controlling microparticles with radiation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5928907A (en) * 1994-04-29 1999-07-27 The Perkin-Elmer Corporation., Applied Biosystems Division System for real time detection of nucleic acid amplification products
US20040065655A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-08 Stratagene Flexible heating cover assembly for thermal cycling of samples of biological material
EP1541991A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-15 STMicroelectronics S.r.l. Integrated semiconductor chemical microreactor for real-time monitoring of biological reactions
DE102006036171A1 (de) * 2006-07-28 2008-01-31 Analytik Jena Ag Anordnung und Verfahren zur schnellen PCR mit mehrkanaliger Fluoreszenzmessung und Verfahren zu deren Betrieb
WO2011124918A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-13 It-Is International Limited Biochemical reactions system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8105783B2 (en) * 2007-07-13 2012-01-31 Handylab, Inc. Microfluidic cartridge
US8133671B2 (en) * 2007-07-13 2012-03-13 Handylab, Inc. Integrated apparatus for performing nucleic acid extraction and diagnostic testing on multiple biological samples

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5928907A (en) * 1994-04-29 1999-07-27 The Perkin-Elmer Corporation., Applied Biosystems Division System for real time detection of nucleic acid amplification products
US20040065655A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-08 Stratagene Flexible heating cover assembly for thermal cycling of samples of biological material
EP1541991A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-15 STMicroelectronics S.r.l. Integrated semiconductor chemical microreactor for real-time monitoring of biological reactions
DE102006036171A1 (de) * 2006-07-28 2008-01-31 Analytik Jena Ag Anordnung und Verfahren zur schnellen PCR mit mehrkanaliger Fluoreszenzmessung und Verfahren zu deren Betrieb
WO2011124918A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-13 It-Is International Limited Biochemical reactions system

Also Published As

Publication number Publication date
CN203159589U (zh) 2013-08-28
US20130102064A1 (en) 2013-04-25
CN103114032A (zh) 2013-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102502083B1 (ko) 휴대용 핵산 분석 시스템 및 고성능 미세유체 전기활성 중합체 작동기
Schumacher et al. Highly-integrated lab-on-chip system for point-of-care multiparameter analysis
JP6235462B2 (ja) 試料処理装置内で材料の選択された体積の存在を検出するためのシステム及び方法
ITTO20120703A1 (it) Dispositivo microfluidico monouso, cartuccia includente il dispositivo microfluidico, apparecchio per eseguire una amplificazione di acido nucleico, metodo di fabbricazione del dispositivo microfluidico, e metodo di uso del dispositivo microfluidico
JP5310373B2 (ja) 光学的検出装置
JP6442543B2 (ja) 熱対流型ポリメラーゼ連鎖反応の装置
JP2010516281A (ja) 高スループット化学反応用装置
CN103403533A (zh) 用于分辨光信号检测器中不同调制频率的光信号的系统和方法
ITMI20111893A1 (it) Apparecchio diagnostico, in particolare per l'effettuazione di operazioni di termociclazione durante una reazione rt-pcr, con rilevamento ottico
JP6754420B2 (ja) 対流pcr装置
US20170082543A1 (en) Instrument and Method for Detecting Analytes
WO2018235766A1 (ja) 反応処理装置
CN102764677A (zh) 一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法
KR20160067872A (ko) 중합 효소 연쇄 반응을 실행하기 위한 분석 유닛, 분석 장치, 상기 분석 유닛의 작동 방법 및 상기 분석 유닛의 제조 방법
US20240165624A1 (en) Microfluidics systems, devices, and methods
WO2020070015A1 (en) Fluid sensor, system for testing a sample and process
TWI656211B (zh) 一種熱對流式聚合酶鏈式反應裝置
KR20230043442A (ko) 다채널 등온 증폭 방법 및 시스템
CN202730131U (zh) 面向空间的微型微流控实时荧光pcr工作系统
JP6480972B2 (ja) ポータブルqpcr及びqrt−pcr装置
US20140038189A1 (en) Method of determining homozygote and heterozygote
US9328380B2 (en) Flow passage device and testing system using the same
KR102666561B1 (ko) 다채널 등온 증폭 시스템
JP5339838B2 (ja) 遺伝子検査装置
EP4173715A1 (en) Chip for biological analysis, system for biological analysis, and manufacturing method of the chip