MX2010004152A - Dispositivo detector de fluorescencia. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo detector de fluorescencia que se comprende de un cuerpo principal hueco de forma rectangular en cuyo interior se disponen un circuito electrónico, la fuente de energía que lo alimenta y una pluralidad de elementos que integran el panel de control del dispositivo, y de un receptáculo de muestras en donde se colocan viales en forma de microtubos cónicos que contienen la muestra líquida sujeta a análisis, un diodo emisor de luz UV que aporta la excitación para los aptámeros en las muestras, un fototransistor que registra la emisión de fluorescencia más la luz UV que es transmitida por el material plástico del vial y otro fototransistor que sólo registra la luz UV de excitación transmitida por el vial, de tal manera que las señales generadas por los fototransistores son enviadas al circuito electrónico en donde son procesadas y como respuesta final identifican la muestra en estudio como un tejido sano, infectado ó tumoral.

Description

Dispositivo detector de fluorescencia Campo técnico de la invención.

La presente invención se comprende dentro del campo de los dispositivos electrónicos que detectan luz emitida desde una muestra, y más particularmente se refiere a un detector de luz de fluorescencia en muestras provenientes de tejidos biológicos cuando estos son expuestos a una fuente de luz excitadora.

Antecedentes de la invención.

La fluorescencia es la propiedad de una sustancia para emitir luz cuando es expuesta a radiaciones del tipo ultravioleta, rayos catódicos ó rayos X. Las radiaciones absorbidas e invisibles al ojo humano, son transformadas en luz visible, es decir, de una longitud de onda mayor al incidente.

En el proceso, una molécula absorbe un fotón de alta energía, el cual es emitido como un fotón de baja energía. La diferencia de energía entre la absorción y la emisión, es disipada como calor ó vibraciones moleculares. Todo el proceso es del rango de millonésimas de segundo y este tiempo es la principal diferencia con otro conocido fenómeno luminoso, la fosforescencia.

Las sustancias que producen este tipo de radiación se denominan fluoritas, mientras que el fenómeno en sí mismo, se debe a la presencia de materia orgánica ó de iones de tierras raras.

El número de aplicaciones de la fluorescencia ha ido creciendo en el campo de la biomedicina, la biología y en otras ciencias relacionadas, en virtud de que los métodos de análisis en estos campos también han ¡do aumentando. Muchas de estas técnicas se basan en los microscopios de fluorescencia. Los microscopios utilizan fuentes de luz de alta intensidad, usualmente lámparas de mercurio ó xenón, LED's, ó láseres, para generar fluorescencia en las muestras bajo observación. Posteriormente> los filtros ópticos separan la luz excitada de la fluorescencia emitida, para permitir que sea detectada a simple vista, empleando una cámara ó utilizando algún otro detector de luz como espectrógrafos. Muchas investigaciones se están llevando a cabo para mejorar la capacidad de esos microscopios, las sondas fluorescentes usadas, y las aplicaciones de las mismas. De observación particular se encuentran los microscopios confocales, los cuales utilizan un poro para lograr secciones ópticas, proporcionando una vista cuantitativa y en 3D de la muestra.

Ejemplo de las actuales aplicaciones de la fluorescencia lo encontramos en los siguientes documentos.

Carlson1 describe un detector de fluorescencia que tiene una fuente de luz bajo la forma de lámpara de halógeno, un filtro ultravioleta que permita que la radiación de la excitación UV pase a través de él, un segundo filtro que ordena la radiación de fluorescencia, y un detector que detecta la radiación de fluorescencia. Los filtros comprenden delgados bloques rectos y también funcionan como guías de luz y se colocan perpendicularmente con sus extensiones dirigidas hacia un punto en el cual una muestra tubular se pueda colocar en cierre con los extremos de los filtros distales de la fuente de luz y del detector. Gilby2 describe un detector de fluorescencia donde la luz de excitación de una longitud de onda seleccionada de un monocromador de excitación se dirige a lo largo del eje longitudinal de una célula de flujo que contiene muestras que se analizarán, generando fluorescencia. Un monocromador de emisión se coloca perpendicularmente al plano del monocromador de excitación y recibe la fluorescencia de la célula de flujo utilizando componentes ópticos colocados de tal manera que la rendija de entrada del monocromador de emisión está alineada con el eje longitudinal de la ventana de emisión. La intensidad de salida de la célula de flujo es maximizada colocando un espejo retro-reflector en el extremo del canal de flujo para duplicar la longitud de ruta del rayo de excitación, y una superficie reflectora en el lado de la célula frente a la ventana de emisión para aumentar la eficacia de colección y con ello aumentar la sensibilidad del detector.

Aun otro ejemplo lo describe Sickenberger3 con una invención que proporciona detectores de partícula y métodos de detección. Un detector de partícula que incluye una carcasa esférico/elipsoide y que comprende espejos esféricos y elipsoides que definen un punto focal dentro de la carcasa, un par de tubos opuestos que pasan a través de la carcasas esférico/elipsoide y dirigidos al punto focal para dirigir partículas al punto focal, y una fuente de luz dirigida en el punto focal para ordenar la luz en las partículas para generar fluorescencia de las partículas en ó cerca del punto focal.

Por su parte Takahashi4 describe un aparato de electroforesis que incluye una pluralidad de primeros tubos capilares que contienen un medio de separación, tal como un gel, y una célula óptica en la cual el extremo final de cada uno de los primeros tubos capilares se dispone. Muestras etiquetadas con fluoróforos e introducidas en los primeros tubos capilares, y un campo eléctrico se aplican a los primeros tubos capilares para hacer emigrar las muestras a través de los primeros tubos capilares en la célula óptica. Una fuente de luz excita los fluoróforos con la luz cuando las muestras están en la célula óptica, haciendo que los fluoróforos emitan fluorescencia, y un sistema de foto-detección detecta la fluorescencia emitida por los fluoróforos.

Por otro lado Banks5 describe un fluorómetro de celda de punta abierta intercambiable que comprende un alojamiento y una punta de sonda fluorométrica conectada de manera intercambiable al alojamiento, la punta de sonda incluye un alojamiento de punta de sonda que define una celda abierta y encierra un arreglo óptico de sonda, el arreglo óptico de sonda incluye una fuente de excitación y un detector de fluorescencia en donde la fuente de excitación es dirigida directamente en el detector de fluorescencia de modo que una muestra se puede detecta fluorométricamente. También se reivindica un método de uso de este fluorómetro de celda de punta abierta intercambiable para detectar las señales fluorescentes emitidas por uno ó más fluoróforos de muestras de un sistema de agua natural ó industrial. El fluorómetro, cuando se acopla con un controlador, es capaz de monitorear y opcionalmente controlar un sistema ó proceso industrial.

Finalmente Colvin6 describe un sensor de base óptica para detectar la presencia ó la cantidad de una analito usando, tanto canales indicadores como de referencia; el sensor tiene un cuerpo detector con una fuente de radiación incrustada en el mismo; la radiación emitida por la fuente interactúa con las moléculas indicadoras de las membranas indicadoras, próximas a la superficie del cuerpo; por lo menos una característica óptica de estas moléculas indicadoras varia con la concentración de analito; por ejemplo, el nivel de fluorescencia de las moléculas indicadoras fluorescentes ó la cantidad de luz absorbida por las moléculas indicadoras absorbentes de luz puede variar en función de la concentración de analito; además, la radiación emitida por la fuente interactúa con las moléculas indicadoras de la membrana de referencia próximas a la superficie del cuerpo; la radiación (por ejemplo, luz) emitida ó reflejada por estas moléculas indicadoras entra y es reflejada internamente en el cuerpo detector; los elementos fotosensibles dentro del cuerpo sensor generan tanto las señales del canal indicador como del canal de referencia para proveer una indicación precisa de la concentración del analito; las modalidades preferidas son totalmente independientes y están dimensionadas y conformadas para su uso in vivo en un ser humano; tales modalidades incluyen preferiblemente una fuente de energía, por ejemplo, un inductor que suministra de energía la fuente de radiación usando medios estemos, así como un transmisor, por ejemplo, un inductor, para transmitir a medios de captación extremos la señal que representa del nivel de analito.

Del estado de la técnica antes referido, es posible apreciar que existen diversos dispositivos que utilizan la fluorescencia como base para identificar y/o discriminar diversas muestras, sin embargo, no se conoce de algún detector de fluorescencia que con base en la combinación de señales fluorescentes producidas por complejos aptámero-proteína llegue a un diagnóstico mediante una tabla de verdad, por lo que junto con el presente dispositivo se definen los siguientes: Objetivos de la invención.

Un objetivo de la presente invención, es proporcionar un dispositivo electrónico de detección de luz emitida por tejidos biológicos.

Otro objetivo de la presente invención, es proporcionar un dispositivo electrónico de detección de luz que identifique marcadores fluorogénicos obtenidos por selección in vitro utilizando proteínas recombinantes.

Otro objetivo de la presente invención, es proporcionar un dispositivo detector de fluorescencia, en donde la combinación de señales fluorescentes producida por complejos aptámero-proteína se traduce en un diagnóstico mediante una tabla de verdad.

Otro objetivo de la presente invención, es proporcionar un dispositivo detector de fluorescencia, en donde el detector, al registrar la luz emitida por la muestra, identifica con base en valores predeterminados si la luz de fluorescencia proviene de un tejido sano, infectado ó tumoral.

Aun otro objetivo de la presente invención, es proporcionar un dispositivo detector de fluorescencia portátil y que permite un fácil acceso a la información recuperada de las muestras en estudio.

Los objetivos de la presente invención antes referidos y aun otros no mencionados, serán evidentes a partir de la descripción de la invención y las figuras que con carácter ilustrativo y no limitativo la acompañan, y que a continuación se presentan.

Breve descripción de la figuras.

Figura 1. Se muestra una perspectiva convencional de un dispositivo detector de fluorescencia, realizado de conformidad con la presente invención.

Figura 2. Se muestra una perspectiva posterior del dispositivo de la figura 1.

Figura 3. Se muestra una perspectiva convencional del dispositivo de la figura 1, cuando el receptáculo de muestras está abierto.

Figura 4. Se muestra una perspectiva convencional del dispositivo de la figura 1, cuando la sección superior del cuerpo principal está levantada y permite apreciar el interior del mismo.

Figura 5. Se muestra un corte transversal del dispositivo de la figura 1, en donde se aprecian las partes internas que lo constituyen.

Figura 6. Se muestra un diagrama de bloques de los elementos que integran el dispositivo de la figura 1.

Descripción detallada de la invención.

De acuerdo con lo que se ilustra en las figuras 1 a 6, el dispositivo detector de fluorescencia 1 objeto de la presente solicitud de patente, en lo sucesivo denominado dispositivo 1, se comprende de un cuerpo principal hueco de forma rectangular 10 en cuyo interior se disponen un circuito electrónico 30, la fuente de energía 35 que lo alimenta y una pluralidad de elementos que integran el panel de control 40 del dispositivo 1, y de un receptáculo de muestras 50 en donde se colocan viales 55 en forma de microtubos cónicos que contienen la muestra líquida sujeta a análisis, un diodo emisor de luz UV 56 que aporta la excitación para los aptámeros en las muestras, un fototransistor 57 que registra la emisión de fluorescencia más la luz UV que es transmitida por el material plástico del vial 55 y otro fototransistor 58 que sólo registra la luz UV de excitación transmitida por el vial 55, de tal manera que las señales generadas por los fototransistores 57 y 58 son enviadas al circuito electrónico 30 en donde son procesadas y como respuesta final identifican la muestra en estudio como un tejido sano, infectado ó tumoral.

El cuerpo principal hueco de forma rectangular 10 del dispositivo 1, se comprende a su vez de una sección inferior y una sección superior, de tal manera que sobre la sección inferior y colindante coh su extremo posterior se dispone la fuente de energía 35 que alimenta al circuito electrónico 30 que a su vez se dispone en la misma sección pero en el extremo opuesto, estando ambos elementos interconectados por una pluralidad de cables de alimentación 36. Además tal y como se puede apreciar en la figura 2, en el extremo posterior del cuerpo principal 10 se configura un hueco circular 11 que abarca tanto a la sección inferior como a la sección superior, por medio del cual un ventilador de la fuente de energía 35 se encuentra libre para succionar aire del ambiente para con ello poder enfriar los elementos que disipan calor en el interior de dicha fuente 35, mientras que en la sección superior se configura un hueco rectangular 12 que permite la disposición del cable alimentador de la fuente de energía 35.

En lo que respecta a la sección superior del cuerpo principal 10, se tiene que, cercano a su parte media presenta un hueco rectangular (no ilustrado) sobre el que se dispone el receptáculo de muestras 50, de tal manera que como se puede apreciar en las figuras 4 y 5 aproximadamente la mitad de dicho receptáculo de muestras 50 se aloja hacia el interior del cuerpo principal, en tanto que el resto queda expuesto sobre el cuerpo principal 10, mientras que próximos a su extremo frontal se disponen una pluralidad de elementos que integran el panel de control 40, entre los cuales destacan un botón general de encendido y apagado 41 del dispositivo 1 con el cual se controla la fuente de energía 35, un botón de disparo 42 que activa el diodo emisor de luz UV 56 que aporta la excitación para los aptámeros en las muestras, y una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) 43 a través de los cuales se comunican al usuario los resultados obtenidos a partir de la muestra líquida sujeta a análisis.

El receptáculo de muestras 50 del dispositivo 1, a su vez se integra de un cuerpo principal de forma rectangular sobre el que se dispone una tapa 51 que a partir de un movimiento abisagrado permite tener acceso al interior del receptáculo 50 para colocar y retirar los viales 55 en forma de microtubos cónicos que contienen la muestra líquida sujeta a análisis, en donde a efecto de lograr lo anterior, el interior del receptáculo 50 se configura a partir de una cavidad cónica con su extremo apical abierto, lo que permite que el extremo del vial 55 en donde se dispone la muestra en estudio, este en contacto directo con el diodo emisor de luz UV 56 que aporta la excitación para los aptámeros en las muestras, en tanto que próximo a este primer diodo emisor de luz UV 56 y en una alineación perpendicular con respecto a él se dispone el fototransistor 57 que registra la emisión de fluorescencia más la luz UV que es transmitida por el material plástico del vial 55, y finalmente cercano a la parte media de la cavidad cónica se dispone el fototransistor 58 que sólo registra la luz UV de excitación transmitida por el vial 55, estando todos estos diodos interconectados con los elementos del panel de control 40 y el circuito electrónico 30 por medio de una . pluralidad de cables de conexión 37.

Por lo que hace al circuito electrónico 30 del dispositivo 1, que libera la señal de alimentación del diodo emisor de luz UV 56, y que procesa las señales recibidas de los fototransistores 57 y 58 para ofrecer al usuario una respuesta final a partir de la cual resulte posible identifican la muestra en estudio como un tejido sano, infectado ó tumoral, tal y como se ilustra en la figura 6, este se integra a partir de un amplificador operacional (OpAmp), 31 que recibe las dos señales de los fototransistores 57 y 58 y que realiza una suma algebraica de las mismas, obteniendo a la salida de dicho amplificador 31 sólo la señal producida por la luz de fluorescencia proveniente de la muestra líquida en el vial 55, esta señal es llevada a un circuito amplificador cuya salida se conecta a un circuito discriminador de ventana 32 y posteriormente es llevada hacia un convertidor analógico digital 33 que a su vez dirige su señal a un circuito lógico 34 que sólo permite el encendido de un LED 43 a la vez.

El amplificador primario 31 consta de un OpAmp CA3140E conectado en configuración de restador y que cuenta con una resistencia variable 38 que controla la ganancia y con otras dos 39 para controlar la amplitud de señal de entrada para ajuste grueso y fino. Con esto se logra ajustar el amplificador a 0 V en la salida del amplificador, en el caso de que se analice un vial 55 vacío iluminado por la lámpara UV 56 frente al fototransistor 57. Cuando se coloca un vial 55 con material fluorescente, se obtiene entonces un voltaje de salida. Sin embargo, esto sólo se logra en posiciones determinadas del fototransistor 57, el vial 55 y la fuente de excitación 56 en donde la luz UV se encuentra alineada con la parte baja de los viales 55.

Adyacente al circuito amplificador se encuentra conectado el circuito discriminador 32, que consta de seis OpAmps polarizados en configuración de amplificador de ventana con dos circuitos integrados LM324N. Esto es, cada par de OpAmp funciona de modo que la salida común de ambos establece un nivel de voltaje tal que permite polarizar un LED 43 sólo cuando la señal de entrada se encuentra comprendida entre un rango de voltajes delimitado en su valor por un voltaje de referencia máximo (VH) y en su valor mínimo (VL). En el circuito, los valores de VH y VL fueron seleccionados de modo que cada par de OpAmps encendiera un LED 43 de distinto color cada vez que el valor del voltaje a la entrada del circuito coincidiera con alguno de los tres rangos posibles de voltaje preestablecidos. De esta manera, si para un par de OpAmps los valores de VH y VL son, respectivamente, 3V y IV, esto implica que el LED correspondiente 43 a este par de amplificadores sólo estaría encendido cuando el valor a la entrada de ambos amplificadores perteneciera al rango [3V, IV]. De este modo, la configuración de amplificadores de ventana permite diferenciar entre tres posibles valores de señal a la entrada del circuito y asociar cada uno de estos valores con un LED 43 que permite determinar en qué rango de voltaje se encuentra la señal.

Cuando el instrumento detecta luz de fluorescencia en la muestra enciende un LED (color rojo) para indicarlo así. Cuando la muestra no produce fluorescencia enciende otro LED (color blanco) y cuando no se coloca algún vial no enciende ningún LED.

Así, a partir de la de la configuración estructural del dispositivo 1 y la propia del circuito electrónico 30 que lo integra, ambas previamente descritas e ilustradas en detalle, es posible llegar a un dispositivo detector de fluorescencia portátil, que permite un fácil acceso a la información recuperada de las muestras en estudio.

Referencias. 1. Carlson, León. 1997. Fluorescence detector and a device for supporting a replicable sample cuvette in a fluorescence detector. US 5,700,428. ilby Anthony C. 2005. Fluorescence detector geometry. US 7,251,026. ickenberger, David W., et.al. 2005. Micro UV particle detector. US 6,967,338. akahashi, Satoshi, et.al. 1998. DNA detector and DNA detection method. US ,759,374. anks, Rodney H. 2005. Fluorómetro de celda de punta abierta intercambiable. MX 65,921 B olvin, Arthur E., et. Al. 1999. Dispositivos de detección de base óptica. MX 229,739 B.

Claims (1)

1. Un dispositivo detector de fluorescencia de los del tipo que detectan la luz emitida desde una muestra que principalmente se compone de tejidos biológicos, cuando estos son expuestos a una fuente de luz excitadora, que se caracteriza porque se comprende de un cuerpo principal hueco de forma rectangular que a su vez se integra de una sección inferior y una sección superior, en cuyo interior se disponen un circuito electrónico, la fuente de energía que alimenta dicho circuito y una pluralidad de elementos que integran el panel de control del dispositivo, y de un receptáculo de muestras en donde se colocan viales en forma de microtubos cónicos que contienen la muestra líquida sujeta a análisis, un diodo emisor de luz UV que aporta la excitación para los aptámeros en las muestras, un fototransistor que registra la emisión de fluorescencia más la luz UV que es transmitida por el material plástico del vial y otro fototransistor que sólo registra la luz UV de excitación transmitida por el vial, en donde el circuito electrónico se integra a partir de un amplificador operacional (OpAmp), que recibe las dos señales de los fototransistores y que realiza una suma algebraica de las mismas, cuya señal es dirigida a un circuito amplificador que se conecta a un circuito discriminador de ventana que dirige su señal a un convertidor analógico digital, convertidor que a su vez alimenta un circuito lógico que sólo permite el encendido de un LED a la vez, ofreciendo así al usuario del dispositivo información obtenida de la muestra en estudio. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque en el extremo posterior del cuerpo principal se configura un hueco circular que abarca tanto a la sección inferior como a la sección superior, por medio del cual un ventilador de la fuente de energía se encuentra libre para succionar aire del ambiente, mientras que en la sección superior se configura un hueco rectangular que permite la disposición del cable alimentador de la fuente de energía. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la pluralidad de elementos que integran el panel de control del dispositivo, se comprende de un botón general de encendido y apagado, un botón de disparo que activa el diodo emisor de luz UV que aporta la excitación para los aptámeros en las muestras, y una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) a través de los cuales se comunican al usuario los resultados obtenidos a partir de la muestra líquida sujeta a análisis. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el receptáculo de muestras del dispositivo, se integra de un cuerpo principal de forma rectangular sobr el que se dispone una tapa que a partir de un movimiento abisagrado permite tener acceso al interior del mismo. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el interior del receptáculo de muestras del dispositivo se configura a partir de una cavidad cónica con su extremo apical abierto, que permite al vial estar en contacto directo con el diodo emisor de luz UV, en tanto que próximo a este primer diodo emisor de luz UV y en una alineación perpendicular con respecto a él se dispone el fototransistor que registra la emisión de fluorescencia más la luz UV que es transmitida por el material plástico del vial, y finalmente cercano a la parte media de la cavidad cónica se dispone el fototransistor que sólo registra la luz UV de excitación transmitida por el vial, estando todos estos diodos interconectados con los elementos del panel de control y el circuito electrónico por medio de una pluralidad de cables de conexión. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque aproximadamente la mitad del receptáculo de muestras se aloja hacia el interior del cuerpo principal, en tanto que el resto queda expuesto sobre dicho cuerpo principal. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el amplificador primario del circuito electrónico consta de un OpAmp CA3140E conectado en configuración de restador y que cuenta con una resistencia variable que controla la ganancia y con otras dos para controlar la amplitud de señal de entrada para ajuste grueso y fino. El dispositivo detector de fluorescencia, de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el circuito discriminador consta de seis OpAmps polarizados en configuración de amplificador de ventana con dos circuitos integrados LM324N.