BANDEJAS PARA ENSAYO BIOLÓGICO TÉRMICAMENTE CONDUCTIVAS
REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional de Estados Unidos No. 60/373,014 que tiene una fecha de presentación del 15 de Abril de 2002.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a bandejas para ensayo biológico. Particularmente, la presente invención se refiere a bandejas para ensayo biológico, térmicamente conductivas y métodos para hacer tales bandejas. Las bandejas se hacen de composiciones de polímero que comprenden una matriz de polímero base y un material térmicamente conductivo. Los laboratorios médicos e investigación bioquímica utilizan bandejas para ensayo biológico para varios propósitos incluyendo analizar y probar materiales genéticos, células, cultivos de tejido, complejos inmunológicos, y lo similar. En general, los ensayos biológicos se utilizan para detectar la presencia o concentración de una substancia (por ejemplo, una proteína) en un material de muestra. Estos ensayos se realizan comúnmente en bandejas de receptáculo que contienen múltiples cavidades ordenadas en filas y columnas. La bandeja típicamente contiene 20, 24, 48 o 96 cavidades con cada cavidad manteniendo fluidos en cantidades de microlitro. Las cavidades pueden tener varias formas. La porción superior de la cavidad es redonda usualmente, aunque también se conocen las cavidades de forma cuadrada. La porción inferior de la cavidad puede ser plana, redonda, en forma de V, o en forma de U. Los ensayos biológicos incluyen una secuencia de pasos que depende del tipo específico de técnica de ensayo que se realiza. En general, estas técnicas incluyen colocar una muestra de fluido que se analizará en las cavidades en la bandeja, agregando varios reactivos líquidos, incubando y enfriando las muestras, lavando las muestras reaccionadas múltiples veces, y otros pasos. La adición de los reactivos líquidos y lavados se conducen usualmente utilizando pipetas automáticas o manuales. Los inmunoensayos se utilizan frecuentemente para analizar los materiales biológicos. Muchos procedimientos de inmunoensayo incluyendo la formación de un complejo de antígeno-anticuerpo. Los antígenos son agentes que estimulan la formación de un anticuerpo correspondiente. Los procedimientos de inmunoensayo pueden utilizarse para determinar la presencia de antígenos en fluidos corporales tales como sangre completa, suero, plasma y orina. En general, los anticuerpos se refiere a cualquier inmunoglobulina corporal que se produce en respuesta a antígenos específicos. Los anticuerpos específicos reaccionan con antígenos específicos para formar un complejo de antígeno-anticuerpo de unión. Estas reacciones de unión con frecuencia causan precipitación o aglutinación que puede ser visible a simple vista en la muestra. Sin embargo, en muchos casos, los instrumentos especiales deben utilizarse para analizar la presencia de tales complejos de antígeno-anticuerpo. En muchos inmunoensayos, uno de los componentes del complejo (por ejemplo, antígeno o anticuerpo) se inmoviliza en una superficie de soporte sólido ubicada dentro de las cavidades de la bandeja para ensayo. Esto resulta en el complejo total inmovilizándose en la superficie de soporte sólido. Los complejos de fase sólida, inmovilizados en las cavidades de la bandeja pueden lavarse, incubarse, aislarse y tratarse con reactivos líquidos. Estos ensayos se refieren comúnmente como ensayos de fase sólida o inmunoabsorbentes. Los ensayos de fase sólida convencionales incluyen, por ejemplo, inmunoensayos de enzima (ElAs), inmunoensayos de radio (RIAs), e inmunoensayos fluorescentes (FIAs), en los cuales el material inmunoabsorbente es algún tipo de perla, disco o u otro material de soporte sólido. Como se trata arriba, los inmunoensayos y otros ensayos biológicos incluyen calentamiento y enfriamiento de la bandeja varias veces de manera que los contenidos de la bandeja se incuban y enfrían a las temperaturas apropiadas. El tiempo requerido para calentar y enfriar la bandeja es un factor para determinar cuantas mediciones analíticas se hacen en un periodo dado. Los periodos de tiempo de calentamiento y enfriamiento impactan los cotos y eficiencias de las pruebas analíticas. Con bandejas para ensayo metálicas, los pasos de calentamiento y enfriamiento se realizan rápidamente. Sin embargo, la mayoría de los metales interfieren con los reactivos en las cavidades de la bandeja o los métodos de detección utilizados; por lo tanto, las bandejas para ensayo metálicas no se utilizan comúnmente. Aún si una bandeja metálica (por ejemplo, una bandeja de titanio o acero inoxidable) no interfiere con los reactivos, es costoso fabricar tales bandejas. Además, muchos laboratorios desean desechar las bandejas para ensayo biológico después de un solo uso. La fabricación de las bandejas para ensayo metálicas para aplicaciones únicas es muy costosa. De esta manera, los laboratorios médicos e investigación bioquímica típicamente utilizan bandejas para ensayo biológicas de plástico. Estas bandejas para ensayo se hacen de materiales biológicamente inertes y relativamente costosos de fabricar. Por ejemplo, la bandeja puede hacerse de polímeros tales como poliestireno, polietileno, polipropileno, acrilatos, metacrilatos, acrílicos, poliacrilamidas, y polímeros de vinilo tal como cloruro de vinilo y fluoruro de poliviniio. Muchas de tales bandejas para ensayo de plástico se hacen utilizando procesos de moldeo por inyección conocidos, y las bandejas pueden tener varias configuraciones. Por ejemplo, Astle, Patente de E.U. 5,225, 164 describe una bandeja de microplaca con cavidades superiores abiertas que tienen una forma rectilínea para analizar los reactivos líquidos y otros materiales muestra. Las cavidades pueden contener desviadores para promover el mezclado e incrementar la velocidad de transferencia de oxígeno al líquido en las cavidades. La patente describe que los elementos de la bandeja pueden construirse de poliestireno moldeado. Peters, Patente de E.U. No. 4,299,920 describe un receptáculo para cultivos celulares o pruebas biológicas que comprende una placa base, y un miembro de pared unido en una manera hermética a líquido y separable a la placa base. La patente describe que las placas base son flexibles y pueden hacerse de poliestireno, policarbonato, hidrocarburos polimerizados fluorinados o vidrio. La patente describe además que la sección de pared puede hacerse de un material sintético elastomérico tal como poiivinilcloruro, elastómeros de poliuretano, cloruro de polivinilideno, hule de metilo, hule clorinado, o elastómeros de fluorocarburo. Studer, Jr., Patente de E.U. 4,090,920 describe una placa de prueba de cultivo biológico que tiene una pluralidad de cámaras o cavidades de prueba. La placa de prueba es una estructura transparente desechable hecha de un plástico moldeado. La patente describe que la placa moldeada puede hacerse de metacrilato de metilo, resina de vinilo o cualquier polímero biológicamente inerte. Katoh et al., Patente de E. U. 6,319,475 describe un recipiente para conservar materiales muestra en la cual el recipiente se somete a un propeso de calentamiento y enfriamiento térmico. El recipiente puede utilizarse en los campos médicos, químicos, y biotecnología. El recipiente comprende tres capas incluyendo una capa hecha de una composición que contiene una resina y relleno inorgánico seleccionado del grupo que consiste de cerámicas, metales y carbonos. Sin embargo, las bandejas para ensayo de plástico, convencionales tienen algunas desventajas. Particularmente, las bandejas para ensayo de plástico, convencionales generalmente tienen propiedades deficientes termoconductivas. La eficiencia de calentamiento y enfriamiento térmico de ensayos utilizando tales bandejas de plástico conocidas, puede ser baja. De hecho, muchas bandejas de plástico se diseñan para el propósito de tener buenas propiedades de termo-aislamiento. Sin embargo, el periodo de tiempo para calentamiento y enfriamiento de tales bandejas de plástico puede ser relativamente largo, y esto incrementa los costos del proceso de ensayo. Además, las bandejas de plástico que tienen propiedades deficientes termoconductivas pueden no transferir uniformemente calor a las cavidades en la bandeja. Este calentamiento no uniforme de la bandeja puede causar que ocurran gradientes de temperatura entre las cavidades y el análisis de impacto de los contenidos en las cavidades. En vista de las desventajas anteriores con bandejas para ensayo biológico convencionales, existe una necesidad de una bandeja para ensayo mejorada que tiene buenas propiedades termoconductivas. Sería deseable tener una bandeja para ensayo que podría calentarse y enfriarse rápidamente para mejorar la eficiencia de los ensayos. La presente invención proporciona tales bandejas para ensayo biológico y métodos para hacer tales bandejas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a bandejas para ensayo biológico térmicamente conductivas y métodos para hacer tales bandejas. En general, la composición de polímero térmicamente conductiva comprende: a) 20% a 80% en peso de una matriz polímero, y b) 20% a 80% en peso de un material térmicamente conductivo, no metálico. La matriz polímero puede ser un polímero termoestable o termoplástico. Por ejemplo, el sulfuro de polifenileno puede utilizarse para formar la matriz polímero. El material térmicamente conductivo, no metálico se selecciona preferentemente de cerámicas, óxidos y materiales de carbono.
Por ejemplo, el material térmicamente conductivo puede ser nitruro de boro, nitruro de silicona, alúmina, óxido de silicona, óxido de magnesio o grafito de carbono. Se proporciona una composición de polímero fundido, y la composición se inyecta en un molde. La composición se remueve entonces del molde para formar una bandeja para ensayo biológico térmicamente conductivo moldeado en forma neta. Preferentemente, la bandeja para ensayo biológico tiene una conductividad térmica mayor a 3 W/m°K, y más preferentemente mayor a 22 W/m°K.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los nuevos dispositivos que son característicos de la presente invención se establecen en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, las modalidades preferidas de la invención, junto con objetos adicionales y ventajas concurrentes, se entienden mejor para referencia a la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos acompañantes en los cuales: FIG. 1 es una vista en perspectiva de una bandeja para ensayo biológico hecho de un polímero térmicamente conductivo de acuerdo con la presente invención; y FIG. 2 es una vista en perspectiva de una cavidad de prueba única colocada dentro de la bandeja para ensayo de FIG. 1 .
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se refiere a bandejas para ensayo biológico, térmicamente conductivo y métodos para hacer bandejas. Las bandejas se hacen utilizando composiciones de polímero que tienen alta termoconductividad. La composición de polímero comprende una matriz polímero y material térmicamente conductivo disperso en la misma. En una técnica de inmunoensayo "sandwich" fluorescente estándar, ta cavidad de ta bandeja para ensayo contiene una superficie de soporte ¡nmunoabsorbente (por ejemplo, perlas o disco de vidrio revestido de agarosa). Un anticuerpo sin marcar que reaccionará con los antígenos analizarse se inmoviliza en el disco de vidrio poroso. Un fluido que contiene tos antígenos se alimenta a través del disco de manera que las moléculas de antígeno se reaccionan y se unen a los anticuerpos inmovilizados. Después, una solución que contiene moléculas de anticuerpo que se han marcado con una etiqueta fluorescente detectabie (por ejemplo, una molécula de fluoresceína) se alimenta a través del disco de vidrio poroso. Las moléculas de anticuerpo marcado se unen a las moléculas de antígeno para formar una estructura en capas de sandwich en el disco. La estructura en capas comprende anticuerpos no marcados, antígeno y anticuerpos marcados. Un espectrofluorómetro es utilizado para medir la presencia y concentración de las moléculas de anticuerpo marcado. En otro procedimiento de inmunoensayo fluorescente conocido, los antígenos en el mismo tipo inmunológico de antígeno en el fluido a analizarse, se absorben en el disco de soporte. El disco de soporte que contiene los antígenos absorbidos se sumerge en una solución que contiene anticuerpos marcados y los antígenos a analizarse. Los anticuerpos marcados reaccionan y se unen rápidamente a los antígenos en solución de manéra que esta reacción termina. Los anticuerpos marcados en exceso que no se unen a los antígenos en la solución reaccionarán con los antígenos inmovilizados en la superficie de soporte. Después, la superficie de soporte puede lavarse en una solución reguladora. Después, la superficie de soporte puede analizarse por la presencia de complejos de anticuerpo-antígeno marcados utilizando un fluorómetro u otro instrumento apropiado. En tales técnicas de inmunoensayo fluorescente, es importante que el polímero base que comprende la bandeja tenga un nivel relativamente bajo de fluorescencia de manera que la fluorescencia anterior puede mantenerse a un mínimo y no interfiere con las lecturas de prueba. La fluorescencia anterior puede disfrazar los niveles actuales de fluorescencia haciendo difícil de obtener lecturas exactas. En otras palabras, el nivel de fluorescencia del polímero base es suficientemente bajo de manera que no interfiere con el proceso de inmunoensayo fluorescente. Un polímero termoplástico seleccionado del grupo que consiste de policarbonatos, polietileno, polipropileno, acrílicos, vinilos, fluorocarburos, poliamidas, poliésteres, sulfuro de polifeniieno y polímeros de cristal líquido tales como poliésteres aromáticos termoplásticos pueden utilizarse para formar la matriz. Los polímeros de cristal líquido que tienen una fluorescencia suficientemente baja para no interferir con la lectura de los niveles de fluorescencia de los compiejos de anticuerpo-antígeno marcados son particularmente preferidos. Alternativamente, los polímeros termoestables tales como elastómeros, epoxis, polümidas, y acrilonitrilos pueden utilizarse. Los elastómeros adecuados incluyen, por ejemplo, copolímero de estireno-butadieno, policloropreno, hule de nitrilo, hule de butilo, hule de polisulfuro, terpolímeros de etileno-propileno, polisiloxanos (siliconas), y poliuretanos. Generalmente, la matriz polímero comprende aproximadamente 20 a aproximadamente 80% en peso de la composición total y más particularmente aproximadamente 40 a aproximadamente 80% en peso de la composición. En la presente invención, los materiales térmicamente conductivos, no metálicos se agregan y dispersan dentro de la matriz polímero. Estos materiales imparten conductividad térmica a la matriz potimérica no conductiva. Es importante que los materiales no metálicos se utilicen, debido a que los contaminantes metálicos pueden reaccionar y unirse con los reactivos en las cavidades de la bandeja que causan problemas analíticos. Además, los materiales térmicamente conductivos deben tener baja fluorescencia de manera que los niveles de fluorescencia anterior se mantienen a un mínimo por las razones tratadas arriba. Los materiales térmicamente conductivos, no metálicos, adecuados incluyen óxidos de metal tales como alúmina, óxido de magnesio, óxido de zinc, y óxido de titanio; cerámicas tales como nitruro de silicona, nitruro de aluminio, nitruro de boro, carburo de boro, y materiales de carbono tal como negro de humo de gas natural o grafito. Las mezclas de tales rellenos también son adecuadas. Generalmente, los rellenos térmicamente conductivos comprenden aproximadamente 20 a aproximadamente 80% en peso de la composición total y más particularmente aproximadamente 30 a 60% en peso de la composición. El material térmicamente conductivo puede estar en la forma de partículas, polvo granular, bigotes, fibras, o cualquier otra forma adecuada. Las partículas o gránulos pueden tener una variedad de estructuras y una distribución de tamaño de partícula amplia. Por ejemplo, las partículas o gránulos pueden tener forma similar a una hojuela, placa, arroz, filamento, hexagonal o esférica con un tamaño de partícula en el rango de 0.5 a 300 micrones. Preferentemente, el tamaño de partícula es pequeño (por ejemplo, < 1 micrón), debido a que tales partículas tienden a no reflejar el haz de luz del fluorómetro u otro instrumento que lee las muestras como se trata con más detalle abajo. En algunos casos, el material térmicamente conductivo puede tener una proporción de aspecto relativamente alto (longitud a espesor) de aproximadamente 10:1 o más. Por ejemplo, la fibra de carbono a base de PITCH que tiene una proporción de aspecto de aproximadamente 50: 1 puede utilizarse. Alternativamente, el material térmicamente conductivo puede tener una proporción de aspecto relativamente baja de aproximadamente 5:1 o menos. Por ejemplo, los granos de nitruro de boro que tienen una proporción de aspecto de aproximadamente 4: 1 pueden utilizarse. Tanto ios materiales de proporción de alto aspecto como de bajo aspecto pueden agregarse a la matriz polímero como se describe en cCullogh, Patente de E.U. 6,048,919, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. Particularmente, las composiciones de esta invención pueden contener aproximadamente 25 a aproximadamente 60% en peso de un material térmicamente conductivo que tiene una proporción de alto aspecto de aproximadamente 10: 1 o más, y aproximadamente 10 a aproximadamente 25% en peso de un material térmicamente conductivo que tiene una proporción de bajo aspecto de aproximadamente 5: 1 o menos. Un material de refuerzo opcional puede agregarse a la matriz polímero. El material de refuerzo puede ser vidrio, minerales orgánicos u otro material adecuado. El material de refuerzo fortalece la matriz polímero. El material de refuerzo, si se agrega, constituye aproximadamente 3% a aproximadamente 25% en peso de la composición. El material térmicamente conductivo y material de refuerzo opcional se mezclan íntimamente con la matriz polímero no conductiva para formar la composición de polímero. Si se desea, la mezcla puede contener aditivos tales como, por ejemplo, retardadores de flama, antioxidantes, plastificantes, auxiliares de dispersión, y agentes de liberación por moldeo. Preferentemente, tales aditivos son biológicamente inertes. La mezcla puede prepararse utilizando técnicas conocidas en la materia. También, como se trata arriba, en algunos tipos de ensayos tales como fluoroinmunoensayos e inmunoensayos de enzima, el paso de lectura del ensayo incluye pasar un haz de luz a través de las cavidades en la bandeja y "leer" los contenidos de la cavidad. Las composiciones de polímero de la presente invención utilizadas para hacer las bandejas para bio-ensayo tienden a no interferir con los haces de luz incidentes, particularmente las composiciones de polímero tienden a no reflejar los haces de luz. De esta manera, pueden hacerse mediciones y lecturas más exactas. En algunos casos, la composición de polímero puede colorearse de negro utilizando negro de humo de gas natural de manera que la composición actúa más efectivamente como un absorbedor de luz ultravioleta (UV) y reduce la reflexión del haz de luz. Preferentemente, las composiciones de polímero tienen una conductividad térmica mayor a 3 W/m°K y más preferentemente mayor a 22 W/m0K. Estas buenas propiedades de conducción de calor permiten a la bandeja para ensayo calentarse y enfriarse de manera eficiente. Además, ya que la composición de polímero utilizad apara hacer la bandeja para ensayo tiene buenas propiedades de termoconductividad, el calor puede transferirse uniformemente a todas las cavidades en la bandeja. De esta manera, es menos probable que existan diferencias de temperatura significativas entre las cavidades, y lecturas más exactas pueden obtenerse. La composición de polímero resultante puede formarse en la bandeja para bioensayo utilizando cualquier proceso de moldeo adecuado tal como extrusión por fusión, fundición, o moldeo por inyección. En general, el moldeo por inyección incluye los pasos de: a) alimentar la composición en la cámara de calentamiento de una máquina de moldeo y calentar la composición para formar una composición fundida (plástico líquido); b) inyectar la composición fundida en una cavidad de moldeo; c) mantener la composición en el molde bajo alta presión hasta que se enfría; y d) remover el artículo moldeado. El proceso de moldeo produce una bandeja para bioensayo "moldeada en forma neta". La forma final de la bandeja para bioensayo se determina por la forma de la cavidad de moldeo. Nada de procesamiento adicional, corte por troquel, maquinación, u otra instrumentación se requiere para producir la forma final de la bandeja para bioensayo. Debe reconocerse que las bandejas para bioensayo de la presente invención tienen una construcción de una sola capa. La composición de polímero térmicamente conductiva se molde en la forma del ensamble de bandeja que comprende una plataforma plana con cavidades de prueba colocadas en la presente. El ensamble de bandeja (plataforma y cavidades) es una estructura unitaria integrada hecha de una composición de polímero como se describe arriba. El ensamble de bandeja no comprende una capa interior que se hace de una primer composición de polímero que tiene un grado de conductividad térmica, y una capa exterior hecha de una segunda composición de polímero que tiene un grado diferente de conductividad térmica. Las bandejas para bioensayo pueden tener varias formas y estructuras dependiendo del tipo de bandeja para bioensayo deseado. Por ejemplo, una bandeja para bioensayo térmicamente conductiva que tiene el diseño mostrado en la FJG. 1 puede hacerse de acuerdo con esta invención. En FIG. 1 , la bandeja para ensayo biológico se indica generalmente en 10. La bandeja comprende una plataforma plana 12 que contiene múltiples cavidades de prueba (porciones ahuecadas) 14 colocadas en la misma. Las cavidades de prueba se ordena en filas y columnas. En FIG. 2, una cavidad de prueba única 14 que contiene fluido muestra 16 se muestra. La cavidad de prueba 14 tiene una porción superior redonda 18 y una porción inferior en forma de V 20. Debe entenderse que las cavidades de prueba 14 pueden tener estructuras diferentes a los diseños mostrados en FIG. 2. Existe una amplia variedad de estructuras adecuadas para las cavidades de prueba 14. Por ejemplo, la porción superior de la cavidad puede tener una forma cuadrada y ta porción inferior de la cavidad puede tener una estructura redonda, plana o en forma de U. Las bandejas para bioensayo de la presente invención tienen buenas propiedades termoconductivas. Preferentemente, la bandeja tiene una termoconductividad mayor a 3 W/m°K, y más preferentemente mayor a 22 W/m°K. Los pasos de calentamiento y enfriamiento de una amplia variedad de inmunoensayos pueden realizarse eficientemente utilizando las bandejas para ensayo de la presente invención. Se apreciará por aquellos expertos en la materia que varios cambios y modificaciones pueden hacerse a las modalidades ilustradas sin apartarse del espíritu de la invención. Tales modificaciones y cambios se proponen ser cubiertos por las reivindicaciones anexas.