APARATO DE CONTROL TÉRMICO PARA REACCIONES QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS.

Aparato de control térmico para reacciones químicas y bioquímicas. La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema para el control térmico de reacciones químicas y/o bioquímicas tales como, pero sin limitarse a, Reacciones en Cadena de la Polimerasa (PCR). Se llevan a cabo muchas reacciones químicas y bioquímicas que requieren variaciones de temperatura controladas con alta precisión. Frecuentemente, dichas reacciones pueden necesitar pasar a través por varios o incluso muchos ciclos de variación de temperatura con el fin de producir los efectos requeridos. Un ejemplo particular de una reacción en la que se requiere un número relativamente grande de ciclos de variación de temperatura controlados con alta precisión es en técnicas de amplificación de ácido nucleico y, en particular, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La amplificación de ADN por reacciones en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica fundamental de biología molecular. La PCR es una técnica ampliamente utilizada y efectiva para detectar la presencia de ácidos nucleicos específicos dentro de una muestra, incluso cuando las cantidades relativas del ácido nucleico objetivo son bajas. Así, es útil en una amplia variedad de campos, incluyendo diagnóstico y detección, así como en investigación. El análisis de ácido nucleico por PCR requiere preparación de la muestra, amplificación y análisis del producto. Aunque estas etapas se realizan usualmente de forma secuencial, la amplificación y el análisis pueden ocurrir de manera simultánea. En el curso de la PCR, se amplifica un ácido nucleico objetivo específico por una serie de reiteraciones de un ciclo de pasos en el que los ácidos nucleicos presentes en la mezcla de reacción se desnaturalizan a temperaturas relativamente altas, por ejemplo a 95ºC (desnaturalización), y a continuación la mezcla de reacción se enfría a una temperatura a la que cebos de oligonucleótidos cortos se fijan al ácido nucleico objetivo de una sola hélice, por ejemplo a 55ºC (recocido). A continuación, los cebos se extienden utilizando una enzima de polimerasa, por ejemplo a 72ºC (extensión), con lo que se ha replicado la secuencia de ácido nucleico original. Los ciclos repetidos de desnaturalización, recocido y extensión dan como resultado el aumento exponencial en la cantidad de ácido nucleico objetivo presente en la muestra. Son posibles variaciones de este perfil térmico, por ejemplo estableciendo ciclos solamente entre las temperaturas de desnaturalización y recocido o modificando una o más temperaturas de ciclo en ciclo. Pueden añadirse tintes de ADN o sondas fluorescentes a la mezcla de PCR antes de la amplificación y utilizarse para analizar el progreso de la PCR durante la amplificación. Estas mediciones cinéticas permiten la posibilidad de que pueda cuantificarse la cantidad de ácido nucleico presente en la muestra original. La vigilancia de la fluorescencia durante cada ciclo de PCR implicaba inicialmente el uso de un fluoróforo en forma de un tinte de intercalación tal como bromuro de etidio, cuya fluorescencia cambiaba cuando se le intercalaba dentro de una molécula de ácido nucleico de doble hélice, en comparación a cuando está libre en solución. Estos tintes pueden utilizarse también para crear curvas de punto de fusión, ya que la vigilancia de la señal fluorescente que producen cuando se caliente un ácido nucleico de doble hélice hasta el punto de que éste se desnaturaliza, permite que se determine la temperatura de fusión. Vigilando el cambio en la fluorescencia del tinte cuando progresa la PCR (y progresará sólo si está presente inicialmente en la muestra al menos algo ácido nucleico objetivo), puede vigilarse el cambio de volumen en la cantidad de ácido nucleico presente en la mezcla de reacción. Este tipo de sistema se describe, por ejemplo, en el documento EP-A-512334. En este sistema, la fluorescencia se mide una vez por ciclo como una medición relativa de concentración de producto. Además, el número de ciclos en el que se detecta primero un incremento en la fluorescencia aumenta de manera inversamente proporcional al registro de la concentración de plantilla inicial. Se han desarrollado otros sistemas fluorescentes que son capaces de proporcionar datos adicionales concernientes a la concentración y la secuencia de ácido nucleico. En muchos de estos sistemas, se incluyen sondas marcadas de forma fluorescente que son oligonucleótidas que se hibridizan específicamente con la secuencia amplificada en lugar del tinte de intercalación o además de éste. Ejemplos particulares de un sistema de este tipo están comercialmente disponibles como el sistema Taqman, pero hay muchos otros que incluyen ejemplos específicos como se expone en los documentos WO/9746707A2, WO/9746712A2, WO/976714A1, todos ellos publicados el 11 de diciembre de 1997, cuyo contenido completo se incorpora aquí por referencia. En estos sistemas más complejos, se incorporan en el sistema de reacción más de un fluoróforo, generalmente en forma de marcas fluorescentes. Por ejemplo, en el sistema Taqman, se añade al sistema una sonda que lleva dos marcas fluorescentes. La señal fluorescente procedente de las marcas es interactiva utilizando transferencia de 2 E08788529 27-10-2011   energía por fluorescencia (FET), un tipo particular de la cual es la transferencia de energía resonante por fluorescencia (FRET), de modo que la luz emitida desde una marca (el donante o reportador de energía) sea absorbida por la otra marca (el aceptor o extintor de energía) cuando estas dos están en estrecha proximidad una a otra en la sonda. Las sondas están diseñadas para ser recocidas a la secuencia amplificada u objetivo durante la fase de extensión de cada ciclo de la PCR. La enzima de polimerasa utilizada en esta reacción es una que tiene una actividad de 5-3-exonucleasa y, por tanto, cuando se encuentra la sonda durante la extensión, es digerida por la enzima. Esta digestión da como resultado la separación de las dos marcas, lo que significa que ya no pueden tener lugar la FET o la FRET y las señales resultantes de las marcas cambian como resultado de ello. En estos sistemas el análisis de una muestra ocurre actualmente con la amplificación en el mismo tubo dentro del mismo instrumento. Este enfoque combinado reduce la manipulación de la muestra, ahorra tiempo y reduce en gran medida el riesgo de contaminación del producto para reacciones posteriores, ya que no es necesario retirar las muestras de sus recipientes cerrados para un análisis adicional. El concepto de combinar amplificación con análisis de producto se ha llegado a conocer como PCR en tiempo real. Sin embargo, el hecho de que estos sistemas produzcan señales complejas y frecuentemente solapadas a partir de múltiples fluoróforos diferentes dentro del sistema significa que se requiere una resolución de señal compleja para determinar la intensidad de la señal a partir de los fluoróforos individuales. La complejidad se agrava además porque las PCR son conducidas generalmente en cicladores térmicos específicamente construidos, tales como calentadores de bloques, que acomodan múltiples recipientes de reacción al mismo tiempo. A continuación, estos se someten conjuntamente a ciclos y se vigilan las señales producidas por cada recipiente. Por supuesto, se utilizan señales visibles procedentes de tintes o sondas en diversos otros tipos de reacciones y la detección de estas señales puede utilizarse en una variedad de maneras. En particular, pueden permitir la detección de la incidencia de una reacción que puede ser indicativa de la presencia o ausencia de un reactivo particular en una muestra de ensayo, o proporcionar información sobre el progreso o la cinética de una reacción particular. Cuando se utilizan más ampliamente estos tipos de reactivos, la manera en que se utilizan llega a ser cada vez más compleja. En muchos casos, una mezcla de reacción puede contener más de un reactivo de señalización de este tipo y puede que las señales procedentes de estos necesiten ser detectadas o vigiladas con el tiempo a fin de proporcionar un conjunto completo de información sobre la incidencia, naturaleza o progreso de una reacción particular. Los sistemas actuales para la fluorimetría de PCR confían frecuentemente en sistemas de detección tales como detectores monocromos (detectores CCD, fotodiodos, PMT, CMOS, etc.) que, por sí mismos, sólo detectarán la presencia o ausencia de luz, pero no pueden distinguir entre luz de diferentes bandas de onda o colores. Por tanto, no son capaces de diferenciar directamente entre las diversas señales de fluoróforos diferentes. Este problema se aborda frecuentemente teniendo unos medios externos de separación o filtración de luz en diferentes bandas de onda para detección en diferentes puntos en el detector... [Seguir leyendo]

1. Aparato para una reacción química o bioquímica, comprendiendo el aparato al menos un recipiente de reacción (20) que presenta una parte de receptáculo inferior (21) de un polímero térmicamente conductor para recibir, durante el uso del recipiente de reacción (20), unos reactivos químicos y/o bioquímicos, y una parte superior (22) que presenta un borde (26) que define una abertura que permite el acceso a la parte inferior (21), un elemento de sellado (27) que tiene una superficie interna y externa para cubrir el borde (26) cuando los reactivos se han cargado en la parte de receptáculo (21), y una tapa calentada (50) que debe ser aplicada sobre la superficie externa del elemento de sellado (27) para calentar el elemento de sellado (27) y reducir de este modo la condensación en la superficie interna del elemento de sellado (27), caracterizado porque la parte superior (22) del recipiente de reacción (20) es de un polímero térmicamente aislante y proporciona una barrera térmica entre la parte inferior (21) del recipiente de reacción (20) y la tapa calentada (50). 2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el polímero térmicamente conductor comprende polipropileno con un material de relleno térmicamente conductor. 3. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el polímero térmicamente aislante comprende polipropileno. 4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte superior y la parte inferior están formadas por moldeo, por ejemplo por sobremoldeo de una parte sobre otra. 5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte inferior (21) del recipiente de reacción (20) presenta al menos un par de paredes laterales (30, 31) opuestas sustancialmente planas paralelas a un eje transversal del recipiente de reacción (20) para contactar térmicamente con un montaje térmico (33) para controlar térmicamente el interior del recipiente de reacción (20). 6. Aparato según la reivindicación 5, que presenta una agrupación ordenada (24) de recipientes de reacción (20), presentando la agrupación ordenada (24) una pluralidad de hileras de recipientes de reacción (20), extendiéndose cada hilera en paralelo al eje transversal. 7. Aparato según la reivindicación 6, en el que las hileras de los recipientes de reacción (20) están unidas a lo largo del eje transversal para formar unas hileras que tienen una sección transversal sustancialmente constante. 8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, que presenta una agrupación ordenada (24) de recipientes de reacción (20). 9. Aparato según la reivindicación 8, en el que la agrupación ordenada (24) presenta una pluralidad de hileras paralelas de recipientes de reacción. 10. Aparato según la reivindicación 9, en el que al menos las partes inferiores (21) de al menos algunos de los recipientes de reacción (20) tienen una forma cónica invertida. 11. Aparato según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que las partes superiores (22) de los recipientes de reacción (20) son moldeadas conjuntamente para conectar los recipientes de reacción con el fin de formar la agrupación ordenada. 12. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la tapa calentada es controlada (50) para producir suficiente calor y presión sobre el elemento de sellado (27) con el fin de sellar térmicamente el elemento de sellado (27) al borde (26) del recipiente de reacción (20). 13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato comprende una agrupación ordenada (24) de recipientes de reacción (20), estando posicionada la agrupación ordenada (24) en un montaje térmico (33), estando el montaje térmico (33) en contacto térmico con al menos la parte inferior (21) de los recipientes de reacción (20) y siendo controlado el montaje térmico (33) para proporcionar un control térmico del interior del recipiente de reacción (20). 14. Aparato según la reivindicación 13, en el que el montaje térmico (33) está provisto de una pluralidad de surcos paralelos (34) dentro de los cuales están posicionadas las hileras paralelas de recipientes de reacción (20). 12 E08788529 27-10-2011   13 E08788529 27-10-2011   14 E08788529 27-10-2011   E08788529 27-10-2011   16 E08788529 27-10-2011