NO333558B1 - Sentrifugeanordning, bruk av en slik anordning og fremgangsmåte for sentrifugering - Google Patents

Description

Sentrifugeanordning, bruk av en slik anordning og fremgangsmåte for sentrifugering

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en sentrifugeanordning, bruk av en slik anordning og en fremgangsmåte for sentrifugering.

Sentrifugering som middel for å fremskynde sedimentering av celler, partikler og presipitater så vel som separasjon av væsker eller celler med utlik tetthet har lenge vært en integrert del av kjemiske og biokjemiske protokoller.

Todimensjonal sentrifugering oppnås vanligvis i en anordning som utfører rotasjon av de individuelle kassettene rundt én akse, mens disse kassettene med andre midler vris rundt en andre ytre akse.

US patent nr. 4 814 282 (Holen et al.) beskriver en sentrifugeanordning innbefattende en sirkulær plate montert på en vertikal akse for rotasjon om aksen. Platen drives av en elektromotor. På platen er det montert to prøvebehandlingskassettholdere, hvert tilpasset å motta en prøvebehandlingskassett. Hvert kort er i form av en kurv og er roterbart montert relativt til platen operativt koblet til et separat drivemiddel for å rotere kassettholderen.

Europeisk patentsøknad EP 1 302 244 Al (Agilent Technologies, Inc) beskriver et matrise-hybridiseringssystem. Systemet omfatter en sentrifugemotor, et sentrifuge-drivkjede, en sentrifugedrivaksel, og en sentrifugerotor eller "dreiebord". Systemet omfatter videre en agitasjonsdirvermotor, et agitasjonsdirverkjede, en agitasjons-driveraksel, et agtitasjonsdrivergir, og tre agitasjonsdirverfester. Agitasjonsdriverfestene er roterbart koblet til dreiebordet. Hvert agitasjonsdrivfeste holder en reaksjonscelle. Motorene, som begge er servomotorer, er posisjonert under dreiebordet. Agitasjonsdriverakselen og sentrifugedirverakselen er koaksiale, der agitasjonsdriverakselen strekker seg gjennom en hul sentrifugedriveraksel. Når det ikke er noen agitasjon roterer agitasjonsmotoren ved nøyaktig halve hastigheten av sentrifugemotoren. For å bevirke agitasjon økes og senkes agitasjonsmotorens rotasjonshastighet på en slik måte at den vekselvis ligger foran eller etter sentrifugemotoren i fase. Agitasjonsamplituden velges til å være omtrent +/- 6 DEG for å bevirke full "skvulping" av en væskeprøve.

US 2006/083667 Al (Kohara et al.) beskriver en kjemisk reaksjonsinnretning og en kjemisk reaksjonsanordning angivelig i stand til å utføre tverrgående væskebevegelse i en enkel struktur ved lav kostnad uten å forårsake forurensing og luftbobler. Det er installert en mekanisme for å støtte den kjemiske reaksjonsinnretningen i enhver annen posisjon enn et midtpunkt på en dreieskive som kan roteres, for å bevege væske ved hjelp av en sentrifugalkraft på grunn av rotasjon, og for å reversere retningen av strømningsveien uavhengig av dreieskiven.

WO 2009085884 Al beskriver anordninger, fremgangsmåter og systemer for prøvebehandling som utnytter et optisk element til å åpne og/eller lukke en ventil.

Det er et formål ved den forliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret sentrifugeanordning og fremgangsmåte.

Dette og andre formål, som vil være åpenbare fra den følgende beskrivelsen, oppnås med den foreliggende oppfinnelse i følge de tilhørende selvstendige krav(ene). Ytterligere utførelsesformer vises i de tilhørende uselvstendige krav.

I henhold til aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en sentrifugeanordning, der anordningen innbefatter: et støtteelement roterbart rundt en første akse; minst ett holdemiddel montert på støtteelementet for rotasjon med denne rundt den første aksen, der hvert holdemiddel er tilpasset å rotere rundt en respektive andre akse fjern fra den første aksen, og til å motta en prøvebehandlingsinnretning for rotasjon av denne også rundt den andre aksen; en første motor tilpasset å rotere støtteelementet rundt den første aksen; og en andre motor koblet til det minst ene holdemiddelet; der de to motorene er plassert på motsatte sider av støtteelementet, og der de to motorene er plassert borte fira støtteelementet, den første motoren er festet til støtteelementet via en første drivaksel koaksial med den første aksen, den andre motoren er koblet til det minst ene holdemiddelet via en andre drivaksel koaksial med den første aksen, og anordningen er anordnet slik at det minst éne holdemiddelet ikke roterer rundt den respektive andre aksen når den første og andre drivakselen roteres ved den samme hastigheten, men roter rundt den respektive andre aksen når den første og andre drivakselen roteres ved ulik hastighet, hvor de to motorene er servomotorer, og hvor prøvebehandlingsinnretningen er en mikrofluidisk prøvebehandlingsinnretning.

Den foreliggende sentrifugeanordningen tillater nøyaktig styring av sentrifugering av en prøve innlemmet i prøvebehandlingskassetten. Dessuten, ved å plassere de to motorene på motsatte sider av støtteelementet er det ikke nødvendig med en komplisert konstruksjon der den ene motorens drivaksel strekker seg gjennom den (hule) drivakselen til den andre motoren, hvilket muliggjøre en mer robust sentrifugeanordning. I tillegg, ved å plassere motorene borte fra støtteelementet kan plass frigis på støtteelementet for mulige andre komponenter. Videre, ettersom ingen motorer er plassert på støtteelementet vil det ikke være nødvendig med noen elektrisk kraftgenerator på støtteelementet eller noen kraftoverføringsmekanisme til det roterende støtteelementet.

Det andre drivakselen kan være tilveiebrakt med et gir i direkte eller indirekte inngrep med tenner på holdemiddelet. Følgelige kan utvekslingen mellom den andre motoren og holdemiddelet være giret for å minimere påvirkningen av eventuelle mindre forskjeller i hastighet for de to motorene, "indirekte" inngrep betyr her at minst ett mellomliggende gir kan være operativt tilveiebrakt mellom den andre drivakselen og holdemiddelets tenner.

De to motorene er servomotorer. Dette tillater nøyaktig definering av hastigheten og posisjonen til begge motorene ved ethvert tidspunkt. Alternativt kan nøyaktig definert hastighet og posisjon for begge motorene ved ethvert tidspunkt oppnås ved hjelp av indirekte midler basert på sensorsystemer som ved ethvert tidspunkt måler hastighet og posisjon for begge motorene.

Anordningen kan videre innbefatte en lyskilde for å i det minste delvis belyse en prøvebehandlingsinnretning plassert i holdemiddelet. Lyskilden kan for eksempel være en strobelyskilde tilpasset å avgi strobelys.

Anordningen kan videre innbefatte en optisk sensor eller kamera posisjonert ved en annen vinklet posisjon rundt den første aksen sammenlignet med lyskilden. Dette muliggjør å plassere den optiske sensoren (eller kameraet) fysisk skjermet fra de anordningens andre komponenter, slik som lyskilden. Denne utførelsesformen kan for eksempel brukes for å analysere kjemoluminescerende reaksjonsprodukter eller fluoroforer (fluorophores) eller andre prøver som avgir lys en periode etter å ha blitt eksistert med en lyskilde, slik som tidsoppløst fluorescens.

Anordningen kan videre innbefatte i det minste ett reflekterende element anordnet i støtteelementet eller holdemiddelet og tilpasset å omdirigere innkommende lys (f.eks. fra lyskilden) i en langsgående retning av støtteelementet og vice versa. På denne måten kan lyset passere en lengre bane gjennom prøvebehandlingskassetten og derved øke følsomheten og nøyaktigheten. Videre kan en optisk sensor eller kamera plasseres ved kanten av støtteelementet for å innfange det omdirigerte lyset.

Anordningen kan videre innbefatte idet det minste én av: minst én sensor tilveiebrakt til støtteelementet; minst én sensor tilveiebrakt til det minste éne holdemiddelet; minst én aktuator tilveiebrakt til støtteelementet; og minst én aktuator tilveiebrakt til det minst éne holdemiddelet. Videre, kan den minst éne sensor/aktuator være magnetisk, optisk eller termisk.

Prøvebehandlingsinnretningen er en mikrofluidisk prøvebehandlingsinnretning, og den kan være inkludert i anordningen.

Et annet aspekt vedrører bruken av den foreliggende anordning for sentrifugering, særskilt todimensjonal sentrifugering av minst én prøve i en mikrofluidisk prøvebehandlingsinnretning. I denne bruken kan retningen av sentrifugalkraften som virker på prøven(e) i prøvebehandlingsinnretningen endres etter ønske. Det vil si, mengden eller sekvens av rotasjon av holdemiddelet rundt dens andre akse er ikke på noen måte begrenset, men kan settes fullstendig valgfritt eller "tilfeldig" avhengig av omstendighetene. Videre vedrører bruken av den foreliggende anordning ytelsen av fullstendige analyseprotokoller integrerende både prøveklargjøring og analysetrinn innenfor en forseglet kassett (prøvebehandlingsinnretning). Dette oppnås gjennom å kombinere smarte mikrofluidiske utforminger av kassetten anvendt på todimensjonal sentrifugering muliggjør kontrollert væskebehandling (væskeoverføring mellom hulrom, oppdeling, måling, blanding, oppløsing og mer), f.eks. med bruken av tetthetsseparasjon og fanging av væsker og/eller partikler av ulik tetthet som beskrevet i søkerens sideløpende patentsøknad med tittel "Sample processing cartridge and method of processing and/or analysing a sample under centrifugal force." Generelt er denne bruken ulik fra bruken av systemet i EP 1 302 244 Al for å i det minste at den muliggjøre total styring over bevegelsene og posisjonen til prøvene ved et hvert gitt tidspunkt.

I henhold til et ytterligere aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for todimensjonal sentrifugering, der fremgangsmåten innbefatter: å frembringe minst én prøve og valgfritt én eller flere reagenser i en mikrofluidisk prøvebehandlingsinnretning; å plassere den mikrofluidiske prøve-behandlingsinnretningen inneholdende den minste éne prøven i holdemiddelet i en anordning ifølge det første beskrevne aspekt ved oppfinnelsen; å drive de to motorene med den samme hastigheten, slik at det minst éne holdemiddelet ikke roterer rundt den respektive andre aksen, for å utsette prøven for en sentrifugalkraft virkende i en første retning; og å endre hastigheten til én av motorene, slik at det minst éne holdemiddelet roterer rundt den respektive andre aksen, for å utsette prøven for en sentrifugalkraft virkende i en andre retning. Dette aspektet kan fremvise lignende trekk og tekniske effekter som de tidligere beskrevne aspekter.

Disse aspektene og flere ved den foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives i ytterligere detalj, med henvisning til de tilhørende tegninger som viser utførelsesformer i følge oppfinnelsen. Fig. 1 er et skjematisk sideriss av en sentrifugeanordning i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 2a-2b er skjematiske toppriss over anordningen i fig. 1.

Fig. 3 er et delvis perspektivriss over anordningen illustrert i fig. 1 og fig. 2a-2b. Fig. 4 er et perspektivriss over den foreliggende anordningen montert i et sikkerhetskabinett. Fig. 5a er et sideriss av en sentrifugeanordning i henholde til en annen utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 5b er et toppriss over anordningen i fig. 5a.

Fig. 6a-6c er sideriss av en sentrifugeanordning i henhold til ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 7a er et sideriss av en sentrifugeanordningen i henhold til enda en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 7b er et toppriss av anordningen i fig. 7a.

En sentrifugeanordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse benevnes 10 generelt gjennom alle figurene. I tillegg benevnes de samme eller lignende elementer med de samme henvisningstall gjennom alle figurene. I noen figurer er også gitte tall blitt fjernet for klarhet.

Anordningen 10 kan brukes for væskebehandling og strømningsstyring inne i beholdere eller kassetter som anvendt for analytiske, kjemisk prosessering eller separasjonsformål. Kontrollert behandling av fluidelementer i minst to dimensjoner kan utføres.

Innledningsvis med henvisning til fig. 1 og fig. 2a-2b, innbefatter anordningen 10 et støtteelement, det vil si en flat, sirkulær skive eller plate 12. Platen 12 er anordnet horisontalt. Platen 12 har en øvre side 14, en nedre side 16 og en kant 18. Videre er platen 12 tilpasset å roteres rundt en første akse 20. Den første aksen 20 er vertikal, og krysser gjennom midten av platen 12.

Anordningen 10 innbefatter videre to holdemidler 22a, 22b. Holdemidlene 22a, 22b er anordnet ved den øvre siden 18 av platen 12. Holdemidlene 22a, 22b er symmetrisk plassert på motstående sider av den første aksen 20, som vist i fig. 2. Hvert holdemiddel 22a, 22b er tilpasset å roteres rundt en respektive andre akse 24a, 24b. Hvert holdeinnretning 22 kan roteres både medurs og moturs om dens andre akse 24, og disse rotasjonene er ubegrenset i begge retninger. De andre aksene 24a, 24b er vertikale som den første aksen 20. Den første aksen og de andre aksene er følgelig parallelle. Den andre aksen 24a krysser gjennom midten av holdemiddelet 22a, og den andre aksen 24b krysser sentralt holdemiddelet 22b. Hvert holdemiddel 22a, 22b er videre tilpasset å motta en prøvebehandlingsinnretning eller kassett 26, som igjen kan inneholde én eller flere prøver (ikke vist). Kassetten 26 kan sikres i holdemiddelet 22 for rotasjon av denne sammen med holdemiddelet 22 rundt den andre aksen 24 (og også rundt den første aksen 20 hvis platen 12 dreies). Holdemiddelet kan for eksempel være en båst eller kammer prøvebehandlingskassetten kan plasseres i og i det minste roterbart sikres, eller en roterbar plugg på hvilken prøvebehandlingskassetten kan plugges, etc.

Prøvebehandlingskassetten 26 kan være en fluidisk eller mikrofluidisk prøvebehandlingskassett. Kassetten kan for eksempel inkluder mikrokanaler og et mangfold av fluidiske hulrom for håndtering, behandling og transport av nL-mengder, uL-mengder og mL-mengder av ulike væsker. Videre kan kassetten være optisk transparent eller gjennomskinnelig. Dette muliggjør å studere transport av væsker, fargeutvikling, separasjon, etc. gjennom kassetten. Prøven kan være en fluidisk prøve, en væske, en blodprøve, etc. Kassetten kan også inneholde én eller flere reagenser. En eksempelvis prøvebehandlingskassett som kan anvendes i anordning 10 er beskrevet i søkerens sideløpende patentsøknad med tittel "Sample processing cartridge and method of processing and/or analysing a sample under centrifugal force", hvis innhold herved innlemmes med henvisning. Imidlertid kan også andre kassetter brukes, slik som prøvebehandlingskassetten beskrevet i US patent nr. 4 883 763 (Holen et al.), hvis innhold herved innlemmes med henvisning.

Det forutses at i stedet for å utføres som en plate, kan støtteelementet for eksempel har formen av én eller flere armer for å rotere holdemidlene rundt den første aksen. Dessuten behøver ikke støttemedlemmet å være anordnet horisontalt, men kan i stedet være anordnet vertikalt ettersom sentrifugalkraften i stor grad overgår gravitasjonskraften. De første og andre aksene vil da være anordnet horisontalt. I stedet for to holdemidler kan anordningen også inkludere kun ett holdemiddel eller flere enn to holdemidler. Anordningen kan for eksempel inkludere fire holdemidler, som kan være symmetrisk anordnet rundt den første aksen 20. Den andre aksen 24 behøver dessuten ikke å gå gjennom midten av holdemiddelet, man kan krysser hvor som helst innenfor holdemiddelet.

Anordningen 10 innbefatter videre en første servomekanisk motor 28a og en andre servomekanisk motor 28b. Generelt betyr servomekaniske motorer (eller servomotorer) motorer hvor nøyaktig rotasjonshastighet og rotasjonsposisjon kan defineres og overvåkes i et hvert tidspunkt.

De servomekaniske motorene 28a, 28b er anordnet borte fra platen 12, dvs. ikke på platen 12, på motsatte sider av platen 12. Den førte motoren 28a er posisjonert under platen 12, mens den andre motoren 28b er plassert over platen 12.

Den første motoren 28a er tilpasset å rotere platen 12 rundt den første aksen 20. For å oppnå dette kan den første motoren 28a være festet eller fast koblet til platen 12 via en første drivaksel 30. Den første drivakselen kan være en separat aksel eller den utgående akselen fira den første motoren 28a. Som vist er den første drivakselen 30 koaksial med den første aksen 20. Rotasjonsforholdet mellom den første motoren 28a og den andre første drivakselen 30 er her 1:1; dvs. én dreining av motoren tilsvarer én dreining av akselen.

Den andre motoren 28b er tilpasset å drive eller roterer de to holdemidlene 22a og 22b. Den andre motoren 28b er mekanisk koblet eller forbundet med hver av holdemidlene 22a, 22b, som vist i større detalj i fig. 3.

Med henvisning til fig. 3, den andre motoren 28b har en andre drivaksel 32 koaksial med den første aksen 22 (og innrettet med den første drivakselen 30). Rotasjonsforholdet mellom den andre motoren 28b og den andre drivakselen 32 er her 1:1. Den andre drivakselen 32 avsluttes ved platen 12 med et gir eller girhjul 34. Giret 34 er fast koblet til den andre drivakselen 32, men ikke fast koblet til platen 12. Giret 34 er videre i inngrep med to mellomliggende gir 38a, 38b, ett for hvert holdemiddel. Ett mellomliggende gir 38a er videre i inngrep med tenner 36a anordnet på en ytre omkrets av én av holdemidlene 22a, og det andre mellomliggende giret 38b er videre i inngrep med tenner 36b på den ytre omkretsen av det andre holdemiddelet 22b. Diameteren til giret anordnet med tennene 36a, 36b, kan ha en større diameter enn giret 36 på den andre drivakselen 32 for å redusere påvirkningen av eventuelle mindre forskjeller i hastighet mellom de to motorene. Girutvekslingen mellom den andre motoren 28b og holdemiddelet 22 kan for eksempel være 72:1, men enhver utveksling er tenkelig.

Det forutses at den første og andre motoren kan bytte plass, dvs. den nedre motoren styrer holdemidlene, mens den øvre motoren roterer platen. Det behøves ikke flere motorer enn den første og andre motoren 28a, 28b for å drive platen 12 og holdemidlene 22a og 22b. Dessuten kan de mellomliggende girene 28a, 38b utelates.

Videre kan anordningen 10 innbefatte en sikkerhetsramme eller kabinett 40, hvori de gjenværende komponentene kan monteres, se fig. 4. De servomekaniske motorene 28a, 28b er fastspent i sikkerhetskabinettet 40, og platen 12 er deretter festet mellom motorene. Anordningen kan videre innbefatte egnede styringsmidler (ikke vist) for å styre motorene og muliggjøre å sette hastigheten til motorene, for eksempel av en operatør.

Et eksempel på en driftsmodus av sentrifugeanordningen 10 vil når beskrives.

En prøvebehandlingskassett 26 forsynt med én eller flere prøver for behandling eller analyse plasseres og sikres i én av holdemidlene 22a, 22b. En annen prøve-behandlingskassett kan på samme måte plasseres i det andre holdemiddelet.

De to servomekaniske motorene 28a og 28b startes deretter samtidig. Den andre motoren 28b løper med nøyaktig samme hastighet som den første motoren 28a, med den første og andre drivakslene 30 og 32 roterer i samme retning (medurs eller moturs). De to motorene 28a og 28b er i stand til å spinne platen 12 ved enhver hastighet, typisk fra 0,1 Hz til 80 Hz. Følgelig, ved denne innstillingen, roteres prøven rundt den første aksen 20, men holdemidlene 22 roteres ikke rundt sine respektive andre akser 20, hvorved prøven og kassetten utsettes for en sentrifugalkraft 42. Følgelig har kassettene 26 en fast orientering i forhold til retningen av sentrifugalkraften.

Deretter, ved å endre driftshastigheten til en av de servomekaniske motorene 28a eller 28b i forhold til hverandre, roteres hvert holdemiddel 22 og følgelig prøven(e) og eventuelle reagens(er) i kassetten 26 også rundt dens andre akse 24, men den fortsatt roteres rundt den første aksen 20. Følgelig endres orienteringen av kassettene, med deres kanaler og mikrofluidiske kaviteter, relativt til retningen av sentrifugalkraften. Dette er ensbetydende med at de fluidiske reagensene og prøven utsettes for en sentrifugalkraft 44 i en annen retning relativt til kassetten 26 (fig. 2b). Væskematerialer, som den minst éne prøven i kassetten 26, som utsettes for sentrifugalkrefter vil ethvert tidspunkt flyttes til og forbli innenfor det tilgjengelige hulrommet i kassetten som er lengst borte fra aksen til rotasjonen som skaper sentrifugalkraften. Følgelig vil endringer i orienteringen av den væskeholdende kassetten 26 muliggjøre full styring av væskers bevegelse innenfor kassetten.

Det vil si, todimensjonal sentrifugering kan oppnås i anordningen 10 ved å utføre rotasjon av de individuelle kassettene 26 rundt én akse (andre akse 24), mens disse kassettene 26 utsettes for en sentrifugalkraft ved å roteres av et separat middel (første motor 28a) rundt en annen fjern akse (første akse 20).

Girutvekslingen mellom den andre motoren 28b og holdemidlene 22 bestemmer hvor mye hvert holdemiddel 22 roteres rundt egen akse 24 i forhold til hastighets-forskjellen mellom den første motoren 28a og den andre motoren 28b.

Ved deretter igjen sette driftshastigheten til den første og andre motoren 28a, 28b til den samme verdien roteres kassettene 26 kun rundt den første aksen 20.

Med henvisning til fig. 5a-5b, sentrifugeanordningen 10 kan videre innbefatte en lyskilde 46. Lyskilden 46 er rettet mot platen 12 for å belyse prøvebehandlingskassetten 26 når sistnevnte er plassert i én av holdemidlene 22. Lyskilden 46 kan for eksempel være plassert over platen 12.

Lyskilden kan for eksempel være en strobelyskilde tilpasset å avgi strobelys, men den kan alternativt være en "vanlig" lyskilde tilpasset å avgi mer kontinuerlig lys. En strobelyskilde eller stroboskopisk lampe, vanligvis kalt en strobe, er en innretning anvendt for fremstille lysglimt. Varigheten av hvert slikt glimt kan være veldig kort, typisk noen får hundre nanosekunder (for eksempel 400 nanosekunder). Frekvensen av glimt dannet av stroben kan være knyttet (direkte eller indirekte) til rotasjonen av det roterende legemet. Glimtet kan følgelige styres til å opptre periodisk når et objekt (typisk kassetten 26) er ved en definert posisjon eller vinkel. Typiske rotasjons-hastigheter er i området fra 0,1 til 80 Hz. Ved 80 Hz vil objektet kun bevege seg med en vinkel på omtrent 0,01° i løpet av dette glimtet. Med typisk radius på 30 mm til 50 mm av platen 12 representerer dette en forskyvning på kun noen få um i løpet av et glimt. På denne måten kan høyoppløsnings bilder tas i løpet av spinning av kassetten 26.

Vider kan anordningen 10 innbefatte en optisk sensor eller digitalt kamera 48 plassert motsatt av lyskilden 46 for å detektere lys sendt gjennom kassetten 26. Sensoren eller kameraet 48 er her plassert under platen 12. Ethvert materiale, struktur eller overflate som absorberer eller sprer lys kan detekteres, avbildes og/eller måles. The forstås at lyskilden 46 og sensor eller kamera 48 kan bytte plass med hverandre.

I drift kan lyskilden 46 belyse prøvebeholderkassetten 26 og prøven og/eller reagens(er) deri, og sensoren eller kameraet 48 kan detektere eller fotografere det resulterende lyset sendt gjennom kassetten 26. For å oppnå dette kan platen 12 være tilveiebrakt med gjennomgående åpning eller transparent stykke 50 mellom dens øvre side 14 og nedre side 16, der åpningen er innrettet med lyskilden 46 og sensoren eller kameraet 48 for å la lys passere fra lyskilden 46 til sensoren eller kameraet 48. Idet kassetten 46 er i det minste delvis transparent eller gjennomskinnelig muliggjør at lyset passerer gjennom kassetten 26. Kameraet 48 kan være anordnet for å se (nesten) hele kassetten 26 for å følge transporten av væsker gjennom hele kassetten 26. For å oppnå dette kan bredden eller diameteren av åpningen eller transparent stykke 50 passe til den til kassetten 26 som vist i fig. 5a, og holdemidlene 22 kan være ringformet med et indre fremspring på hvilket kassetten 26 kan hvile.

Videre kan en optisk sensor eller kamera 48a også plasseres på den samme siden av platen 12 som lyskilden 46 for å detektere lys reflektert fra

prøvebehandlingskassetten 26. For å minimere speilende refleksjon og fremdeles måle den diffuse refleksjonen, en foretrukket organisering av lyskilden og sensoren begge peker mot det samme området på kassetten med en innbyrdes vinkel A på typisk 45 grader.

Kameraet 48 kan ha ulike bruksområder, inklusive å ta bilder eller video av kassettene og deres innhold, for å detektere en kassett-ID (f.eks. en strekkode på kassetten), innholdet i kassetten, feil, fluidisk transport inne i kassetten, optisk tetthet, bilder for pikselanalyse, fargeanalyse, etc.

Som et alternativ eller supplement til sensoren eller kameraet 48 posisjonert vertikalt motstående lyskilden 46 kan anordningen 10 videre innbefatte minst én optisk sensor 48' posisjonert ved en annen vinklet posisjon rundt den første aksen 20 sammenlignet med lyskilden 46, som sett fra topprisset. I en typisk anvendelse kan lyskilden 46 og sensoren 48' være adskilt med 10 grader (angle B), som vist i fig. 5b. Sensoren 48' kan for eksempel være en fotodiode, en fotomultiplikator, skreddioder (avalanche diodes), multifotonpikseltellere (multi photon pixel counters, MPCC) eller lignende, og lyskilden 46 kan være den ovenfor nevnte strobelyskilden. Denne utførelsesformen er særlig relatert til tidsoppløst fluorescens hvor lyskilden 46 brukes til å eksitere fluoroforene (typisk visse lantanidchelater) i kassetten 26. Ved hjelp av strobelyskilden nevnt ovenfor kan en veldig nøyaktig igangsetting av lyseksiteringen gjøres i løpet av rotasjon. Det avgitte lyset fra fluoroforene synes flere hundre mikrosekunder etter eksiteringen ved hjelp av lyskilden 46. Dette betyr at lys avgitt fra det belyste objektet kan måles når dette objektet har beveget seg omtrent 10 ° tilsvarende en forskyvning på 9 mm, og kassetten 26 kan gjennom rotasjon flyttes fra posisjonen til eksitasjonskilden (lyskilden 46) til sensorposisjonen 48' for å detektere lyset avgitt fra den impliserte fluoroforen. I denne utførelsesformen er sensoren 48' tydelig adskilt fra lyskilden 46. Platens 12 rotasjonshastighet kan justeres til å oppnå optimal deteksjon av det avgitte lyset.

Videre med henvisning til fig. 6a-6c, kan anordningen videre innbefatte minst ett reflekterende element 52. Det reflekterende elementet 52 sørger generelt for at innkommende lys omdirigeres i en langsgående retning av platen 12. Særskilt kan det reflekterende elementet 52 omdirigere lyset fra lyskilden 46 (hvis lys faller inn i det vesentlige vinkelrett på platen 12) mot kanten 18 av platen 12. Det reflekterende elementet kan for eksempel være et speil eller et mikrooptisk speilelement skråstilt omtrent 45 grader i forhold til overflaten av den øvre (eller nedre) siden 14 (16) av platen 12. Det reflekterende elementet 52 kan for eksempel plasseres i holdemiddelet 22 eller i kassetten 26.

I drift endrer det reflekterende elementet 52 retningen av en lyskilden som kommer fra f.eks. lyskilden 46 til å passerer radielt i kassettens 26 plan. I denne utførelsesformen kan lysstrålen sendes gjennom en langstrakt kanal med lys-absorberende væsker og deretter detekteres av en optisk sensor 48" plassert langs kanten 18 av den roterende platen 12. Den økte lysveien vil i henhold til Beer Lamberts lov øke følsomheten og nøyaktigheten sammenlignet med lys som går direkte og vertikalt gjennom kassetten.

Det reflekterende elementet 52 kan kombineres med et ytterligere lignende reflekterende element 52' anordnet slik det vertikalt omdirigerer sideveislyset ut av platen 12 eller kassetten 26. Lyset kan kobles ut på den samme siden av platen som den ble koblet inn (fig. 6b), eller på motsatt side av platen (fig. 6c). avhengig av orienteringen av det ytterligere reflekterende elementet 52'.

Med henvisning til fig. 7a-7b, sentrifugeanordningen 10 kan videre innbefatte ulike sensorer og/eller aktuatorer anbrakt på platen 12 eller til holdemidlene 22. De ulike andre sensorene/aktuatorene kan være magnetiske, optiske, termiske, etc.

Kombinasjonen av flere sensorer/aktuatorer, der måleceller innenfor kassetten bringes i posisjon for måling med individuell orientering og samlet spinn av kassettene, kan utvide følsomhetsområdet og forbedre samlet ytelse.

Aktuatorene/sensorene kan for eksempel være festet til holdemidlene 22. Et eksempel på en slik aktuator/sensor er benevnt 54. Slike aktuatorer/sensorer vil ved ethvert tidspunkt ha den samme posisjonen i forhold til kassetten 26. Typisk kan én eller flere varme- og/eller kjøleelementer (f.eks. Peltierelementer) være festet til holdemiddelet 22 og posisjonert ved definerte posisjonert relativt til hulrom innenfor kassetten 26. På denne måten kan temperaturen av definerte deler/hulrom i kassetten 26 styres av varme/kjøleelementet. Ved å rotere kassetten 26 rundt dens andre akse 24, mens den spinner rundt den første aksen 20, kan fluidiske elementer i kassetten 26 effektivt flyttes mellom hulrom med ulike temperaturer. De fluidiske elementene kan dermed varmes og/eller kjøles til definerte temperaturer. Det vil si, fluidiske elementer innenfor kassetten kan overføres fira en temperatursone til en annen. Dette kan typisk utnyttes til å utføre temperatursykling som anvendt i polymerase kjedereaksjon (Polymerase Chain Reaction (PCR)) for amplifisering av DNA.

Aktuatorene/sensorene kan i andre utførelsesformer festes til den roterende platen 12. Eksempler på en slik aktuator/sensor er benevnt 56. Typisk kan en magnet eller lysdiode plasseres festet til den roterende platen 12. Hulrom innenfor kassetten 26 kan følgelig, ved å rotere kassetten 26 rundt den andre aksen 24, beveges relativt til magneten. Styrken av magnetfeltet virkende på magnetiske materialer innenfor kassetten 26 er dermed endret. Én eller flere magneter (elektromagneter eller permanent magneter) kan plasseres ved definerte posisjoner på den roterende platen 12 inntil prøvebeholderkassetten 26. Rotasjon av kassetten 26 rundt dens andre akse 24 vil flytte hulrommene eller elementer innenfor prøvebehandlingskassetten relativt til det magnetiske feltet. Enhver form for magnetisk materiale innenfor kassetten kan følgelig utsettes for både sentrifugal og magnetisk kraft. Disse materialene kan være magnetiske partikler (både nanopartikler og mikropartikler), men kan også være én eller flere magnetiske elementer i millimeter størrelse, slik som en stålball. Sentrifugalkraften som virker på disse elementene styres av rotasjonshastigheten rundt den første aksen, mens effekten av det magnetiske feltet kan styres av rotasjonen rundt den andre aksen. Denne andre rotasjonen vil endre avstanden til de magnetiske elementene innenfor kassetten fira magnetfeltet på den roterende platen (12). For eksempel, væske inneholdende magnetiske partikler kan hurtig og effektivt overføres til områder hvor det magnetiske feltet er sterkt og de magnetiske partiklene vil bli henvist til denne særskilte posisjonen, og deretter med ytterligere rotasjon av kassetten 26, kan partiklene fjernes fra det sterke magnetfeltet og frigis til å være i en flytende suspensjon. Den kombinerte bruken av magnetfeltet og den todimensjonale sentrifugeringen kan følgelig brukes til separasjon, blanding, flytting av magnetiske objekter relativt til ikke-magnetiske objekter, vasking, etc.

Bevegelsene relativt til det magnetiske feltet kan også brukes til å sette på eller sette av elektromagnetiske aktuatorer eller sensorer innenfor prøvebehandlingskassetten.

Rotasjonsbevegelsen av anordningen kan også utnyttes til å høste den elektriske kraften som er nødvendig til å drive eventuelle aktuatorer eller sensorer plassert enten direkte på den roterende platen 12 eller på kassettholdemiddelet 22.

En optisk aktuator anbrakt på platen eller holdemiddelet til anordningen 10 kan inkluder en laser for å aktivere eller frigi reagenser i kassettene 26, eller en infrarød kilde for oppvarmingsformål.

Fagmannen forstår at den foreliggende oppfinnelse ikke på noen måte er begrenset til utførelsesformen(e) beskrevet ovenfor. Tvert imot er mange modifikasjoner og variasjoner mulige innenfor omfanget av de vedlagte krav.

For eksempel, i stedet for å bruke servomotorer kan andre motorer brukes (f.eks. elektriske motorer) i kombinasjon med sensorsystemer som ved ethvert tidspunkt måler hastigheten og posisjonen til begge motorene.

Likeså, i stedet for å være anordnet på motsatte sider av platen 12, kan de to motorene være plassert på den samme siden av platen for å frigi plass på én side av platen. I denne utførelsesformen kan drivakselen til én av motorene strekke seg på innsiden av drivakselen til den andre motoren, der minst én av motorene er koblet til sin drivaksel via for eksempel en giring.

Likeså, utførelsesformene beskrevet ovenfor kan kombineres i ulike oppstillinger.

Likeså, strobelyskilden, den optiske sensoren eller kameraet 48' plassert i en annen vinklet posisjon, og/eller de(t) reflekterende element(ene) 52 kan også brukes i andre anvendelser enn todimensjonal sentrifugering, for eksempel endimensjonal sentrifugering. Følgelig forestilles en sentrifugeanordning, som bortsett fra det roterende støtteelementet også inkluderer strobelyskilden (men ikke nødvendigvis det roterende holdemiddelet og den andre motoren), en lyskilde (f.eks. strobelyskilden) i kombinasjon med den optiske sensoren eller kameraet plassert ved en annen vinklet posisjon rundt platens rotasjonsakse, og/eller det reflekterende element(ene) 52 og det valgfrie kameraet plassert ved kanten støtteelementet.

Claims (10)

1. Sentrifugeanordning (10), innbefattende: et støtteelement (12) roterbart rundt en første akse (20); minst ett holdemiddel (22) montert på støtteelementet for rotasjon med denne rundt den første aksen, der hvert holdemiddel er tilpasset å rotere rundt en respektive andre akse (24) fjern fra den første aksen, og til å motta en prøvebehandlingsinnretning (26) for rotasjon av denne også rundt den andre aksen; en første motor (28a) tilpasset å rotere støtteelementet rundt den første aksen; og en andre motor (28b) koblet til det minst éne holdemiddelet; der de to motorene (28a, 28b) er plassert på motsatte sider av støtteelementet,karakterisert vedat de to motorene (28a, 28b) er plassert borte fra støtteelementet, den første motoren er festet til støtteelementet via en første drivaksel (30) koaksial med den første aksen, den andre motoren er koblet til det minst éne holdemiddelet via en andre drivaksel (32) koaksial med den første aksen, og anordningen er anordnet slik at det minst éne holdemiddelet ikke roterer rundt den respektive andre aksen når den første og andre drivakselen roteres ved den samme hastigheten, men roter rundt den respektive andre aksen når den første og andre drivakselen roteres ved ulik hastighet, hvor de to motorene er servomotorer, og hvor prøvebehandlingsinnretningen (26) er en mikrofluidisk prøvebehandlingsinnretning.

2. Anordning i følge krav 1, der den andre drivakselen er tilveiebrakt med et gir (34) i direkte eller indirekte inngrep med tenner (36) på holdemiddelet.

3. Anordning i følge hvilket som helst av de foregående krav, ytterligere innbefattende en lyskilde (46) for å i det minste delvis belyse en prøvebehandlingsinnretning mottatt av holdemiddelet.

4. Anordning i følge krav 3, der lyskilden er en strobelyskilde tilpasset å avgi strobelys.

5. Anordning i følge krav 3 eller 4, ytterligere innbefattende en optisk sensor eller kamera (48') posisjonert ved en annen vinklet posisjon rundt den første aksen sammenlignet med lyskilden.

6. Anordning i følge hvilket som helst av de foregående krav, ytterligere innbefattende i det minste ett reflekterende element (52) anordnet i støtteelementet eller holdemiddelet og tilpasset å omdirigere innkommende lys i en langsgående retning av støtteelementet og vice versa.

7. Anordning i følge krav 6, ytterligere innbefattende en optiske sensor eller kamera (48") plassert ved kanten (18) av støtteelementet.

8. Anordning i følge hvilket som helst av de foregående krav, ytterligere innbefattende minst én av: minst én sensor (56) anbrakt på støtteelementet; minst én sensor (54) anbrakt på det minst éne holdemiddelet; minst én aktuator anbrakt på støtteelementet; og minst én aktuator anbrakt på det minst éne holdemiddelet;

9. Anordning i følge krav 8, der den minst éne sensoren/aktuatoren (54;56) er magnetisk, optisk eller termisk.

10. Fremgangsmåte for sentrifugering, fremgangsmåten innbefattende: å innlemme minst én prøve og valgfritt én eller flere reagenser i en mikrofluidisk prøvebehandlingsinnretning; å plassere den mikrofluidiske prøvebehandlingsinnretningen inneholdende den minste éne prøven i holdemiddelet i en anordning (10) ifølge hvilket som helst av kravene 1-9; å drive de to motorene med den samme hastigheten, slik at det minst éne holdemiddelet ikke roterer rundt den respektive andre aksen, for å utsette prøven for en sentrifugalkraft virkende i en første retning (42); og å endre hastigheten til én av motorene, slik at det minst éne holdemiddelet roterer rundt den respektive andre aksen, for å utsette prøven for en sentrifugalkraft virkende i en andre retning (44).