arzan anar o
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Dispositivo di rilevazione di sostanze volatili, apparato utilizzante tale dispositivo e relativo metodo di funzionamento.
* ;La presente invenzione riguarda un dispositivo di rilevazione e misura di sostanze volatili, apparato utilizzante tale dispositivo e relativo metodo di funzionamento. ;Più dettagliatamente l’invenzione concerne un dispositivo in grado di campionare e analizzare sostanze presenti in volumi di campioni liquidi dell’ordine di qualche microlitro, rilevandone la parte volatile, che sia anche facilmente utilizzabile e in grado di assicurare una elevata stabilità di funzionamento. ;Nel seguito la descrizione sarà rivolta alla rilevazione di sostanze volatili contenute nell’urina, in particolare alla rilevazione di marcatori utili per la diagnosi del neuroblastoma e per monitorare l’andamento della malattia, ma è ben evidente come la stessa non debba essere considerata limitata a questo impiego specifico. ;Attualmente nella diagnostica del neuroblastoma occorre rilevare parametri clinico-biologici, tra cui la determinazione degli acidi omovanilico e vanilmandelico nelle urine del paziente. Oggi l’esame di detti acidi nelle urine viene eseguito in centri specializzati preferibilmente per mezzo di HPLC (High Pressure Liquid Cromatography - cromatografia ad alta pressione), che è assai costosa e complessa nell’esecuzione. ;Alla lice di quanto sopra, è scopo della presente ;;AT/A-16733 arzan anar o ;- 2 - ;;invenzione, quello di proporre un dispositivo in grado di eseguire misure di sostanze volatili con elevata stabilità in modo rapido e con costi assai contenuti. ;Un altro scopo dell’invenzione è quello di proporre un dispositivo di rilevazione e misura di sostanze volatili che possa essere facilmente utilizzato, anche da utenti non esperti. ;Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un dispositivo di rilevazione di sostanze volatili caratterizzato dal fatto di comprendere un involucro di contenimento avente almeno un’apertura d’ingresso per l’introduzione di un flusso di gas, preferibilmente aria di grado cromatografico, una o più aperture di uscita di detto flusso di gas, almeno una apertura di analisi, uno o più sensori di rilevazione disposti all’interno di detto involucro di contenimento, e almeno una sonda, inseribile attraverso detta almeno un’apertura di analisi in detto involucro di contenimento, in modo che quando detta sonda è preventivamente trattata con un campione di una sostanza da esaminare ed è inserita in detto involucro di contenimento, detto flusso di gas veicoli le sostanze volatili provenienti da detto campione a detti uno o più sensori. ;Sempre secondo l’invenzione, la luce di detta apertura di analisi può essere minore della somma delle luci di dette una o più aperture di uscita, così che l’introduzione o l’estrazione di detta sonda da detta apertura di analisi non alteri il flusso di detto gas che giunge a detti sensori. ;;AT/A-16733 Vantaggiosamente secondo l’invenzione, il rapporto tra detta luce di detta apertura di analisi e la somma delle luci di dette una o più aperture di uscita può essere minore uguale di 0,01. ;Ulteriormente secondo l’invenzione, detto involucro di contenimento può presentare una base inferiore, su cui è ricavata detta un’apertura d’ingresso, e una base superiore, opposta a detta base inferiore, sulla quale sono ricavate dette una o più aperture di uscita e detta ulteriore apertura di analisi per l’introduzione di detta sonda, il numero di dette aperture di uscita essendo corrispondente al numero di detti uno o più sensori, dal fatto che detti uno o più sensori sono installati sulla superficie laterale interna di detto involucro di contenimento. ;Sempre secondo l’invenzione, detto dispositivo di rilevazione può comprendere un corpo disposto internamente a detto involucro di contenimento, detto corpo essendo provvisto di un canale passante avente una prima estremità comunicante con detta apertura di analisi ed una seconda estremità comunicante con l’interno di detto involucro di contenimento. ;Preferibilmente secondo l’invenzione, detto involucro di contenimento può avere una forma cilindrica, e detto corpo ha una forma sostanzialmente sferoidale. ;Ancora secondo l’invenzione, detto corpo può essere scelto tra uno dei seguenti: ;- è realizzato in materiale isolante, in modo che mentre detta sonda è inserita in detto canale detto campione di sostanza da analizzare non evapori; ;- è realizzato in modo che detto canale passante presenti una prima porzione in materiale isolante, in modo che mentre detta sonda viene inserita nella parte del canale passante di detta prima porzione detto campione di sostanza da analizzare non evapori, e una seconda porzione in materiale conduttore, in modo che mentre detta sonda viene inserita nella parte del canale passante in di detta seconda porzione detto campione di sostanza da analizzare sia portato a detta temperatura predefinibile interna di detto involucro di contenimento. ;Ulteriormente secondo l’invenzione, detto dispositivo può comprendere mezzi di distribuzione del flusso disposti in corrispondenza di detta almeno un’apertura d’ingresso, atti a distribuire detto flusso di gas verso detti uno o più sensori, detti mezzi di distribuzione del flusso comprendendo un setto poroso, preferibilmente realizzato in vetro, disposto in modo da delimitare una camera di diffusione di detto gas in corrispondenza di detta almeno un’apertura d’ingresso rispetto ad una camera di una camera di vaporizzazione e misura, in cui le sostanze volatili provenienti da detto campione vengono fatte evaporare e veicolate da detto flusso di gas. ;Sempre secondo l’invenzione, detto dispositivo può comprendere mezzi di controllo della temperatura internamente a detto involucro di contenimento, detti mezzi comprendendo preferibilmente una prima termoresistenza installata in detta camera di diffusione e una seconda termoresistenza installata in detta camera di vaporiz zazione e misura. ;Ancora secondo l’invenzione, detta sostanza da esaminare può essere un liquido, preferibilmente urina e/o siero e/o plasma e/o altro liquido biologico. ;Forma ulteriore oggetto della presente invenzione un apparato di rilevazione caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un dispositivo di rilevazione e misura come definito sopra, mezzi per l’erogazione di detto flusso di gas, comprendenti una bombola, collegati a detta apertura d’ingresso mediante un condotto, mezzi di regolazione di detto gas in uscita da detti mezzi per l’erogazione di detto flusso di gas, almeno un dispositivo riduttore di pressione di detto gas, almeno flussimetro per la regolazione di detto gas, e un’unità di controllo provvista di un display a cristalli liquidi e organi di interazione, collegata a detti mezzi per l’erogazione di detto flusso di gas, a detti sensori, a dette prima e seconda termoresistenza, a detti mezzi di regolazione della temperatura, a detto almeno un dispositivo riduttore di pressione e a detto flussimetro, atta a rilevare la temperatura di detto gas, confrontarla con quella di detta camera di diffusione e di detta camera di vaporizzazione e misura in modo da regolarle mediante detti mezzi di regolazione della temperatura e dette termoresistenze, rilevare le misure di detti sensori, e fornire i risultati su detto display. ;Forma ancora oggetto della presente invenzione un metodo di rilevazione di sostanze volatili mediante detto dispositivo di rilevazione di sostanze volatili, comprendente le seguenti fasi: ;- fornire una sonda; ;- trattare, ad esempio per immersione, l’estremità di detta sonda in un campione, preferibilmente un campione liquido, di una sostanza da esaminare, come urina; e ;- inserire detta sonda in detto dispositivo di rilevazione come definito sopra attraverso detta apertura di analisi. ;La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: ;la figura 1 mostra una vista in sezione laterale di un dispositivo di rilevazione e misura di sostanze volatili secondo la presente invenzione; ;la figura 2 mostra una sezione in pianta del dispositivo di rilevazione e misura di sostanze volatili secondo la figura 1; ;la figura 3 mostra una resistenza di riscaldamento per il dispositivo di rilevazione e misura di sostanze volatili secondo la presente invenzione; ;la figura 4 mostra una seconda forma di realizzazione del dispositivo di rilevazione e misura secondo la presente invenzione; ;la figura 5 mostra una tabella in cui sono mostrati i campioni di sostanze testate e le relative quantità; e ;;le figure 6-8 mostrano delle curve che riportano le risposte di sensori all'acido omovanilico e vanilmandelico ottenute mediante il dispositivo secondo l’invenzione. ;Nelle varie figure le parti simili verranno indicate con gli stessi riferimenti numerici. ;Facendo riferimento alle figure 1 e 2, si osserva un dispositivo 1 di rilevazione di sostanze volatili secondo la presente invenzione. Detto dispositivo 1 comprende un involucro di contenimento 20, all’interno del quale sono installati una pluralità di sensori di rilevamento, che nella presente forma di realizzazione sono sei e sono indicati con i riferimenti numerici 51, 52, 53, 54, 55, e 56. Su detti sensori 51-56 è veicolato un gas di trasporto, nelle modalità che saranno meglio esaminate nel seguito. La struttura dell’involucro di contenimento 20 individua internamente una camera di diffusione D e una camera di vaporizzazione e misura M. Le parti volatili di un campione di una sostanza da analizzare preventivamente introdotto nell’involucro di contenimento 20 vengono trasportate mediante il flusso di detto gas di trasporto sui sensori 51-56. ;Esaminando in maggiore dettaglio il dispositivo 1 in esame, si osserva come nella presente forma di realizzazione detto involucro di contenimento 20 sia cilindrico e presenti una base inferiore 21, una base superiore 22 e una superficie laterale 23. ;Su detta base inferiore 21 è ricavata un’apertura 30 per l’introduzione nella camera di diffusione D di detto gas di trasporto sotto pressione mediante un condotto 31. Il flusso di gas di trasporto entrante è preventivamente riscaldato, affinché abbia la medesima temperatura interna di detto involucro di contenimento 20. ;La figura 3 mostra una forma di realizzazione di detti mezzi di riscaldamento del dispositivo 1, che comprendono una resistenza riscaldante del tipo a nastro 32 sulla quale è avvolto il condotto 31, come una serpentina. ;Il gas impiegato è preferibilmente aria di grado cromatografico, che ha la purezza necessaria per evitare che vengano introdotte sostanze cui possono essere sensibili i sensori 51-56, le quali renderebbero i risultati delle misure non attendibili. L’ossigeno contenuto nell’aria è anche necessario al funzionamento di alcuni tipi di sensori 51-56. Inoltre, flusso di gas è regolato da un riduttore di pressione e monitorato attraverso un flussimetro. ;In tal modo, il gas di trasporto entra nell’involucro di contenimento a una temperatura tale da evitare qualsiasi fenomeno di condensa, evento possibile se la temperatura del gas di trasporto in entrata fosse inferiore a quella che provoca l’evaporazione delle parti volatili presenti nel campione introdotto. Eventuali condense, variando la concentrazione delle sostanze evaporate nel gas di trasporto in modo del tutto casuale, renderebbero inaffidabile l’analisi. ;Data l’elevata sensibilità di un sistema di misura atto ad analizzare micro quantità, è necessaria una notevole stabilità del flusso del gas di trasporto, che, se in condizioni statiche non crea particolari problemi, nell’introduzione del campione può creare delle limitazioni. Per tale ragione, il dispositivo 1 prevede una particolare geometria. ;Tornando alle figure 1 e 2, si osserva che su detta base superiore 22 sono ricavate sei aperture di uscita di detto flusso del gas di trasporto, di cui in sezione se ne vedono solo due, indicate rispettivamente con i riferimenti numerici 41 e 42. Dette aperture sono disposte, nella presente forma di realizzazione circolarmente ed equispaziate tra loro. ;I sensori 51 – 56 sono preferibilmente dello stesso numero delle aperture di uscita di detto flusso del gas di trasporto; tra l’altro, queste ultime sono disposte proprio in corrispondenza dei sensori 51 – 56, in modo da agevolare l’uscita del flusso del gas di trasporto dall’involucro di contenimento 20. Detti sensori 51-56 possono essere diversi per tipo e per numero, o possono essere tutti dello stesso tipo. Inoltre, tra i sensori più versatili per le applicazioni mediche e in particolare per il controllo del neuroblastoma, si possono citare a titolo esemplificativo, sensori a variazione di conducibilità, sensori piezoelettrici, microbilance al quarzo (QCM), sensori a onda acustica superficiale (SAW), sensori MOSFET, sensori a termo conducibilità. ;Il dispositivo 1 include anche dei mezzi di diffusione del gas 60 che delimitano detta camera di diffusione D. Detti mezzi di diffusione del gas 60 sono atti a diffondere il gas entrante attraverso detta apertura 30 all’interno di detta camera di vaporizzazione e misura M, per veicolarlo verso detti sensori 51 – 56. ;In particolare, detti mezzi di diffusione del gas 60 comprendono un setto poroso 61 preferibilmente realizzato in vetro, provvisto di una pluralità di fori passanti (non visibili nelle figure). Detto setto poroso 61 è distanziato dall’apertura 30 mediante un anello 62. Detto setto poroso 61 e detto anello 62 delimitano della camera di diffusione D. Ulteriormente, In detta camera di diffusione D è prevista anche una prima termoresistenza (non mostrata in figura) per il controllo della temperatura all’interno dell’involucro di contenimento 20. Su detto setto poroso è collocato, inoltre, un disco 63 in teflon, la cui funzione sarà meglio descritta nel seguito. ;Per effettuare una rilevazione, è necessario collocare la sostanza da esaminare all’interno dell’involucro, in modo che possa essere prelevata dal flusso di gas e veicolata verso i sensori 51-56. A tale scopo, sulla base superiore 22 dell’involucro di contenimento 20 è ricavata una apertura di analisi 71, comunicante con detta camera di vaporizzazione e misura M per mezzo di un canale passante 72 di un corpo 73, che è collocato internamente a detto involucro di contenimento 20. Detto corpo 73 ha una forma sostanzialmente sferica. Il canale passante 72 è disposto sostanzialmente in corrispondenza dell’asse di simmetria. Detto corpo 73 nella presente forma di realizzazione è realizzato in materiale isolante, per evitare che mentre la sostanza da esaminare viene introdotta attraverso il canale passante 72 nella camera di vaporizzazione e misura M, possa in parte evaporare prima di raggiungerla. ;Per la collocazione del campione di sostanza da esaminare, è previsto l’impiego di una sonda di campionamento 80, che può essere realizzata come un’astina, un capillare chiuso o simili, in ogni caso, avente una forma allungata, realizzata in materiale chimicamente inerte, resistente alla temperatura e avente una sezione tale da poter passare attraverso detta apertura di analisi 71 e detto canale 72. ;Detta sonda di campionamento 80 viene immersa almeno parzialmente (tipicamente circa 5 mm) nella sostanza da analizzare per essere “bagnata” dal campione da esaminare. Lo stesso risultato è ottenibile per sfregamento o con qualsiasi altro metodo che permetta di “bagnare” una porzione di detta sonda di campionamento 80. La sonda di campionamento 80 così trattata, viene introdotta nella camera di diffusione D, nella quale, per effetto della temperatura, la parte volatile del campione passa rapidamente allo stato gassoso e il flusso del gas di trasporto la veicola verso i sensori 51-56. ;Quando detta sonda di campionamento 80 viene inserita in detto canale 72 attraverso detta apertura di analisi 71, l’estremità “bagnata” raggiunga detto setto poroso 61. Il disco 63 in teflon è atto a evitare che la sonda di campionamento 80 urti il setto poroso 61. ;Il gas di trasporto, attraverso detta camera di diffusione D, raggiunge il setto poroso in vetro 61 e viene diffuso all’interno della cella di misura M. Le sostanze volatili contenute nella porzione (l’estremità) della sonda “bagnata” evaporano, il gas le trasporta verso i sensori 51-56. Successivamente il flusso di gas fuoriesce dalla camera di vaporizzazione e misura M attraverso dette aperture di uscita. ;Attraverso il setto poroso 61 il flusso del gas viene diffuso radialmente in modo uguale verso ogni sensore 51-56. Le sei aperture di uscita e il disco 63 in teflon disposto centralmente su detto setto poroso 61, creano vie preferenziali attraverso cui il gas e quindi le sostanze volatili da esso veicolate, fluiscono. ;La perdita di carico dovuta a detta apertura di analisi 71, attraverso cui viene inserita o disinserita la sonda di campionamento 80, ha un valore molto più alto della perdita di carico creata da dette aperture di uscita di detto flusso di gas, per cui l’introduzione o l’estrazione meno della sonda di campionamento 80 da detto canale passante canale passante 72 non crea variazioni apprezzabili nell’equilibrio dei flussi del gas di trasporto verso i sensori 51-56. In una preferita forma di realizzazione, il rapporto tra la luce di detta apertura di analisi 71 e la somma delle luci di dette aperture di uscita è dell’ordine di 1/100 (0,001). ;Questa soluzione assicura la stabilità di flusso necessaria per la ripetibilità delle risposte dei sensori utilizzati, che inevitabilmente varierebbe con la variazione delle condizioni fisiche (temperatura pressione…) del gas che li attraversa. ;La figura 4 mostra una ulteriore forma di realizzazione del dispositivo secondo l’invenzione, in cui il corpo 73 è realizzato in modo che una prima porzione 73’ sia fatta in materiale isolante, in modo che il canale 72 di tale porzione abbia anch’esso le pareti di detto materiale isolante; e una seconda porzione 73” realizzata in materiale termicamente conduttivo, come le pareti della relativa porzione del canale 72. ;In tal modo, quando la sonda 80 provvista del campione da analizzare all’estremità viene introdotta nell’involucro di contenimento 20, la prima porzione isolata evita che detto campione possa evaporare, mentre la seconda finale porzione, porta il campione alla temperatura di detta camera di vaporizzazione e misura M. ;Preferibilmente, in detta camera di vaporizzazione e misura M è installata una seconda termoresistenza (non visibile nelle figure) del tipo PT100, atta a rilevare la temperatura per consentire un controllo e un confronto con quella della camera di diffusione D. ;Il dispositivo 1 è in grado di funzionare se installato in un opportuno apparato (non mostrato nelle figure), che essenzialmente prevede una unità di generazione del flusso del gas, comprendente una bombola collegata a detto condotto 31. ;Detto apparato comprende anche un’unità di controllo provvista di un pannello di controllo avente un display a cristalli liquidi e organi di interazione come una tastiera e simili. ;Detta unità di controllo è collegata a detti sensori 51-56, a dette termoresistenze installate in dette camera di diffusione D e camera di vaporizzazione e misura M, al riduttore di pressione e al flussimetro. Con questa soluzione, la camera di diffusione D e la camera di vaporizzazione e misura M si trovano allo stesso valore di temperatura. ;Ciò consente di evitare che punti più caldi o più freddi lungo il percorso delle sostanze evaporate verso i sensori 51 - 56, creino differenze di concentrazione nel gas con conseguenti risposte inaffidabili. Infatti, punti a temperatura diversa all’interno del dispositivo 1 non permetterebbero una corretta parzializzazione del campione verso i diversi sensori 51-56 e, date le micro quantità introdotte e vaporizzate, le risposte non sarebbero più proporzionali alle concentrazioni nel gas ma varierebbero casualmente. ;La temperatura può essere impostata a un valore massimo determinato dalla temperatura massima di esercizio dei sensori 51-56 utilizzati. In ogni caso, è consigliabile scegliere una temperatura più elevata possibile, per avere la certezza che tutte le parti volatili del campione passino in fase gassosa. ;La regolazione della temperatura è di tipo proporzionale, e ciò permette di raggiungere un’accuratezza dell’ordine di 0,1 °C. ;Tale stabilità della regolazione è essenziale per la risposta dei sensori 51-56, sia in fase statica, sia durante l’analisi. Il valore corrente può essere continuamente monitorato tramite detto display su detto pannello di controllo dell’apparato. ;Le figure 5-8 mostrano alcuni dati sperimentali, in cui come campioni da analizzare sono stati scelti l’acido omovanillico e l’acido vanilmandelico a diverse concentrazioni in urine di soggetti sani. Il campionamento e l’iniezione del campione sono stati eseguiti come descritto sopra, i.e. bagnando un’estremità della sonda 80 e inserendola nel canale passante 72. ;La figura 5 mostra la tabella delle soluzioni testate, mentre le figure 6-8 mostrano dei grafici delle risposte nel tempo dei di sensori all'acido omovanilico e vanilmandelico ottenute mediante il dispositivo secondo l’invenzione. In detti grafici, in ascissa è riportato il tempo ed in ordinata la concentrazione di sostenze di risposta delle analisi effettuate, dai quali si evince l’assenza di risposta del sensore 56. Ciò è dovuto alla minima, quasi nulla, risposta del tipo di sensore utilizzato verso le sostanze in esame. ;Un vantaggio della presente invenzione è che il dispositivo di rilevazione descritto è in grado di rilevare ridotte quantità di campioni (nell’ordine dei microlitri) ed è estremamente rapido nella misura. I-noltre, esso è facile da usare ed ha bassi costi di esercizio. ;Un ulteriore vantaggio dell’invenzione è che il dispositivo è utilizzabile in tutte le apparecchiature progettate per analizzare microquantità di sostanze volatili presenti in campioni liquidi e quindi può essere applicabile nei settori biomedico, alimentare, chimico, ambientale, etc. ;La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. *