DISPOSITIVO DE DETECCION DE FLUORESCENCIA MULTIPLE QUE TIENE MODULOS OPTICOS DESMONTABLES.

Un dispositivo de detección que comprende:

un disco (13) que tiene varias cámaras de procesamiento cada una de ellas para contener una muestra (22) respectiva y uno o más colorantes fluorescentes,

teniendo dichos colorantes fluorescentes diferentes longitudes de onda de emisión;

un motor para rotar dicho disco;

varios módulos ópticos (16);

un alojamiento (46) que tiene varias posiciones adaptadas para recibir los módulos ópticos, en el que cada uno de los varios módulos ópticos se puede desmontar de las posiciones en el alojamiento;

un detector (18); y

un haz de fibras ópticas (14) acoplado con la pluralidad de módulos ópticos para transmitir la luz fluorescente desde los múltiples módulos ópticos al detector;

en el que cada uno de los módulos ópticos incluye un canal óptico, teniendo cada módulo óptico una fuente de luz (30) elegida para excitar uno de los colorantes diferentes y una lente (42) para capturar la luz fluorescente emitida por el disco, estando dichos módulos ópticos configurados ópticamente para estudiar los colorantes diferentes a longitudes de onda diferentes

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/010787.

Solicitante: 3M INNOVATIVE PROPERTIES COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3M CENTER P.O.BOX 33427,ST. PAUL MN 55133-3427.

Inventor/es: BEDINGHAM,WILLIAM, LUDOWISE,PETER D, ROBOLE,BARRY W.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 23 de Junio de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N21/64P
  • G01N35/00C2

Clasificación PCT:

  • C12Q1/68 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA.C12Q PROCESOS DE MEDIDA, INVESTIGACION O ANALISIS EN LOS QUE INTERVIENEN ENZIMAS O MICROORGANISMOS (ensayos inmunológicos G01N 33/53 ); COMPOSICIONES O PAPELES REACTIVOS PARA ESTE FIN; PROCESOS PARA PREPARAR ESTAS COMPOSICIONES; PROCESOS DE CONTROL SENSIBLES A LAS CONDICIONES DEL MEDIO EN LOS PROCESOS MICROBIOLOGICOS O ENZIMOLOGICOS. › C12Q 1/00 Procesos de medida, investigación o análisis en los que intervienen enzimas o microorganismos (aparatos de medida, investigación o análisis con medios de medida o detección de las condiciones del medio, p. ej. contadores de colonias, C12M 1/34 ); Composiciones para este fin; Procesos para preparar estas composiciones. › en los que intervienen ácidos nucleicos.
  • G01N21/64 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Fluorescencia; Fosforescencia.
  • G01N35/00 G01N […] › Análisis automático no limitado a procedimientos o a materiales tratados en uno sólo de los grupos G01N 1/00 - G01N 33/00; Manipulación de materiales a este efecto.
DISPOSITIVO DE DETECCION DE FLUORESCENCIA MULTIPLE QUE TIENE MODULOS OPTICOS DESMONTABLES.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de detección de fluorescencia múltiple que tiene módulos ópticos desmontables.

Campo técnico

La invención se refiere a sistemas de análisis y, más concretamente, técnicas para la detección de varias especies diana usando colorantes fluorescentes.

Antecedentes

Los sistemas de disco óptico se usan a menudo para realizar varios análisis biológicos, químicos y bioquímicos. En un sistema típico se usa un disco rotatorio como medio para almacenar y procesar especímenes fluidos, tales como sangre, plasma, suero, orina u otros fluidos.

Un tipo de análisis es la reacción en cadena de la polimerasa (abreviado generalmente como PCR por sus iniciales en inglés: polymerase chain reaction) que a menudo se usa para el análisis de secuencias de ácidos nucleicos. En particular, la PCR se usa a menudo para la secuenciación del ADN, clonación, cartografía genética y otras formas de análisis de secuencia de ácidos nucleicos.

En general, la PCR se basa en la capacidad de enzimas duplicadoras del ADN para permanecer estables a temperaturas elevadas. Las etapas principales de la PCR son tres: desnaturalización, hibridación y extensión. Durante la desnaturalización, se calienta una muestra líquida a aproximadamente 94ºC. Durante este proceso, el ADN de cadena doble se "abre" dando lugar a ADN de cadena sencilla y todas las reacciones enzimáticas se detienen. Durante la hibridación, el ADN de cadena sencilla se enfría a 54ºC. A esta temperatura, los iniciadores se unen o "hibridan" con los extremos de las cadenas de ADN. Durante la extensión, la muestra se calienta a 75ºC. A esta temperatura, los nucleótidos se añaden a los iniciadores y finalmente se forma una copia complementaria del patrón de ADN.

Existen varios instrumentos de PCR diseñados para determinar los niveles de secuencias de ADN y de ARN específicas en la muestra durante la PCR en tiempo real. Muchos de los instrumentos se basan en la utilización de colorantes fluorescentes. En particular, muchos de los instrumentos de PCR en tiempo real detectan una señal fluorescente producida proporcionalmente durante la amplificación del producto de la PCR.

Los instrumentos de PCR en tiempo real convencionales usan diferentes métodos para la detección de diferentes colorantes fluorescentes. Por ejemplo, algunos instrumentos de PCR convencionales incorporan fuentes de luz blanca con ruedas de filtros para resolver espectralmente cada colorante. Las fuentes de luz blanca son lámparas halógenas de wolframio que tienen una vida útil máxima de unos pocos miles de horas. Las ruedas de filtros son generalmente partes electromecánicas complicadas que son susceptibles de gastarse.

En el documento WO 03/058253, se describen sistemas de procesamiento de muestras y métodos para usar estos sistemas para el procesamiento de materiales de las muestras localizados en dispositivos que están separados del sistema, en los que los sistemas de procesamiento de muestras incluyen una base rotatoria sobre la que los dispositivos de procesamiento de muestras se colocan durante la operación de los sistemas, incluyendo estos sistemas los aparatos de conexión para permitir una fácil y rápida extracción y/o reemplazo de las placas de la base.

El documento US-A-4.909.990 describe un aparato sencillo que emplea la reflexión interna total de la radiación de excitación en la interfaz entre una varilla o fibra conductora reemplazable y una fase líquida circundante de menor índice de refracción.

El documento DE-A-20 55 944 describe un iluminador fluorescente para la luz incidente de un sistema de microscopio que tiene un filtro excitante, un espejo reflectante, un espejo divisor dicroico y un filtro de bloqueo localizado a lo largo del eje del haz de luz excitante.

Sumario

En general, la invención se refiere a técnicas para la detección de múltiples especies diana por PCR (reacción en cadena de la polimerasa) en tiempo real, denominada en la presente memoria PCR múltiple. En particular, se describe un dispositivo de detección de fluorescencia múltiple que incorpora varios módulos ópticos. Cada uno de los módulos ópticos está optimizado para la detección de un colorante fluorescente respectivo en una banda de longitudes de onda discreta. En otras palabras, los módulos ópticos se pueden usar para estudiar múltiples reacciones paralelas a diferentes longitudes de onda. La reacción puede producirse, por ejemplo, en una cámara de procesamiento individual (por ejemplo, un pozo) de un disco rotatorio. Adicionalmente, cada módulo óptico puede ser retirado para cambiar rápidamente las capacidades de detección del dispositivo.

La variedad de módulos ópticos se pueden acoplar con un detector individual mediante un haz de fibra óptica con varios brazos. De esta forma, la multiplexación se puede obtener usando varios módulos ópticos y un único detector, por ejemplo un tubo fotomultiplicador. Los componentes ópticos de cada módulo óptico pueden ser elegidos para maximizar la sensibilidad y minimizar la cantidad de interferencia óptica, es decir las señales de un colorante en otro módulo óptico.

En otro modo de realización, un dispositivo comprende un motor para rotar un disco que tiene varias cámaras de procesamiento, portando cada una de ellas una muestra respectiva y varios colorantes fluorescentes, varios módulos ópticos y un alojamiento con varias posiciones adaptadas para acoplar los módulos ópticos, donde cada uno de los módulos ópticos incluye un canal óptico que tiene una fuente de luz elegida para excitar uno de los colorantes y una lente para capturar la luz fluorescente emitida por el disco.

En otro modo de realización, un sistema comprende un dispositivo de adquisición de datos. El sistema comprende adicionalmente un dispositivo de detección acoplado con el dispositivo de adquisición de datos, donde el dispositivo de detección comprende un motor para rotar un disco que tiene varias cámaras de procesamiento, portando cada una de ellas una muestra respectiva y varios colorantes fluorescentes, varios módulos ópticos y un alojamiento con varias posiciones adaptadas para acoplar los módulos ópticos, donde cada uno de los módulos ópticos incluye un canal óptico, teniendo cada módulo óptico una fuente de luz elegida para excitar uno de los colorantes y una lente para capturar la luz fluorescente emitida por el disco.

El dispositivo de detección se puede usar en un método que comprende rotar un disco que tiene varias cámaras de procesamiento, teniendo cada una de ellas varias especies que emiten luz fluorescente a diferentes longitudes de onda, excitar el disco con varios haces de luz para producir varios haces de luz fluorescente emitida, capturar los haces de luz fluorescentes con varios módulos ópticos, donde los módulos están configurados ópticamente para diferentes longitudes de onda, estando contenidos la variedad de módulos diferentes en un alojamiento.

La invención puede proporcionar una o más ventajas. Por ejemplo, el diseño modular puede permitir a un operador intercambiar rápida y eficazmente los módulos de detección dependiendo de las reacciones particulares que se estén realizando. Además, el operador puede elegir los módulos de detección que estén optimizados ópticamente para las reacciones diferentes. Adicionalmente, se pueden instalar y utilizar diferentes combinaciones de módulos de detección en el dispositivo de PCR múltiple en tiempo real.

Aunque el dispositivo puede ser capaz de de realizar la PCR en tiempo real, el dispositivo puede ser capaz de analizar cualquier tipo de reacción biológica mientras se produzca. El dispositivo puede ser capaz de modular la temperatura de cada reacción independientemente o como un grupo elegido, y el dispositivo puede ser capaz de soportar varias etapas de reacciones incluyendo una válvula entre dos cámaras. Esta válvula puede ser abierta durante las reacciones mediante el uso de un láser que suministra una ráfaga de energía a la válvula.

En algunos modos de realización, el dispositivo puede ser portátil y robusto para permitir la operación en áreas remotas o laboratorios temporales. El dispositivo puede incluir un ordenador de adquisición de datos para analizar las reacciones en tiempo real, o el dispositivo puede comunicar los datos a otro dispositivo mediante interfaces de comunicación por cable o inalámbricas.

Los detalles de una o más realizaciones de la invención se explican en los dibujos que se acompañan y en la descripción que se da a continuación....

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de detección que comprende:

un disco (13) que tiene varias cámaras de procesamiento cada una de ellas para contener una muestra (22) respectiva y uno o más colorantes fluorescentes, teniendo dichos colorantes fluorescentes diferentes longitudes de onda de emisión;

un motor para rotar dicho disco;

varios módulos ópticos (16);

un alojamiento (46) que tiene varias posiciones adaptadas para recibir los módulos ópticos, en el que cada uno de los varios módulos ópticos se puede desmontar de las posiciones en el alojamiento;

un detector (18); y

un haz de fibras ópticas (14) acoplado con la pluralidad de módulos ópticos para transmitir la luz fluorescente desde los múltiples módulos ópticos al detector;

en el que cada uno de los módulos ópticos incluye un canal óptico, teniendo cada módulo óptico una fuente de luz (30) elegida para excitar uno de los colorantes diferentes y una lente (42) para capturar la luz fluorescente emitida por el disco, estando dichos módulos ópticos configurados ópticamente para estudiar los colorantes diferentes a longitudes de onda diferentes.

2. El dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que cada uno de la pluralidad de varios módulos ópticos comprende una pluralidad de guías que encajan con una pluralidad de carriles en cada una de las varias posiciones del alojamiento adaptadas para recibir los módulos ópticos.

3. El dispositivo de detección según la reivindicación 1, que comprende además una unidad de control, donde la unidad de control controla la fuente de luz en cada uno de los módulos ópticos a través de contactos eléctricos y en el que cada uno de los módulos ópticos incluye un componente eléctrico que comunica con la unidad de control a través de contactos eléctricos.

4. El dispositivo de detección según la reivindicación 3, en el que el componente eléctrico de cada uno de los módulos ópticos saca la información de identificación única para el módulo óptico respectivo.

5. El dispositivo de detección según la reivindicación 3, en el que el componente eléctrico incluye una memoria de solo lectura programable (PROM), una memoria rápida, un medio de almacenamiento interno o un medio de almacenamiento desmontable.

6. El dispositivo de detección según la reivindicación 3, en el que el componente eléctrico incluye una fuente láser que emite un láser para abrir una válvula que separa una cámara de procesamiento de una cámara contenedora en el disco.

7. El dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que se pueden combinar uno o más módulos ópticos para formar un módulo óptico mayor.

8. El dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que los varios módulos ópticos están alineados alrededor del disco para estudiar secuencialmente una o más cámaras de procesamiento.

9. El dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que dos o más módulos ópticos estudian una o más cámaras de procesamiento sin detener la rotación del disco.

10. El dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de módulos ópticos están dispuestos de forma que cada módulo óptico detecta muestras en su posición radial asociada en el disco.

11. Un sistema de detección que comprende: un dispositivo de adquisición de datos; y un dispositivo de detección según la reivindicación 1 acoplado con el dispositivo de adquisición de datos.

12. El sistema según la reivindicación 11, en el que cada una de las posiciones incluye una serie de uno o más contactores eléctricos, y en el que cada uno de los módulos ópticos tiene una serie de uno o más contactos eléctricos para acoplar electrónicamente los contactos eléctricos de las posiciones cuando se insertan en el alojamiento.

13. El sistema según la reivindicación 11, en el que cada uno de los módulos ópticos incluye una salida óptica para acoplarse con un brazo del haz de fibras ópticas.

14. El sistema según la reivindicación 11 que comprende además un activador del sensor de ranura para proporcionar una señal de salida para la sincronización de la rotación del disco con la luz fluorescente capturada emitida por el disco.

15. El dispositivo de detección según la reivindicación 1 o el sistema según la reivindicación 11 que comprenden además un sistema de control de válvulas por láser acoplado eléctricamente con uno de los varios módulos ópticos.


 

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