CARTUCHO DE SEPARACIÓN BIOLÓGICA DE MÚLTIPLES CANALES.

1. Referencias cruzadas Se hace referencia a la Patente norteamericana Nº 2002113213, titulada Detección óptica en un sistema de separación biológica de múltiples canales (Optical Detection In A Multi-Channel Bio-Separation System), depositada concurrentemente con la presente el 28 de enero de 2002 (Registro de Representante Nº: 1031/209), la cual se ha asignado en común con ella a la BioCal Technology, Inc., el mismo asignatario de la presente invención. 2. Campo de la invención La presente invención se refiere a la separación biológica y, más particularmente, a un cartucho portátil para soportar columnas de separación múltiple con óptica de detección integrada y un depósito de reactivo, así como a un sistema de separación biológica que incorpora el cartucho. 3. Descripción de la técnica relacionada El análisis biológico, tal como el análisis de ADN [ácido desoxirribonucleico], está experimentando rápidamente la transición de una búsqueda de precisión puramente científica a un procedimiento rutinario con una fiabilidad acrecentada y demostrada. Los investigadores médicos, farmacéuticos e investigadores forenses se sirven, todos ellos, del análisis de ADN en la consecución de sus cometidos. Y sin embargo, debido a la complejidad del equipo que detecta y mide las muestras de ADN y a la dificultad a la hora de preparar las muestras, los procedimientos de análisis de ADN existentes consumen, a menudo, mucho tiempo y son caros. Es, por tanto, deseable reducir el tamaño, el número de partes y el coste del equipo, facilitar el manejo de las muestras durante el procedimiento y, en general, disponer de un detector simplificado, de bajo coste y alta sensibilidad. Un tipo de instrumento de análisis de ADN separa moléculas de ADN basándose en la electroforesis. Pueden utilizarse técnicas de electroforesis para separar fragmentos de ADN para aplicaciones de genotipificación, incluyendo pruebas de identidad de personas, análisis de la expresión, detección de patógenos, detección de mutaciones y estudios farmacogenéticos. El término electroforesis se refiere al movimiento de una molécula cargada bajo la influencia de un campo eléctrico. La electroforesis puede utilizarse para separar moléculas que tienen relaciones de carga a masa equivalentes pero diferentes masas. Los fragmentos de ADN son un ejemplo de tales moléculas. Existe una variedad de instrumentos disponibles en el mercado que aplican la electroforesis para analizar muestras de ADN. Uno de tales tipos es un instrumento de electroforesis de gel en pastilla de múltiples pasajes, el cual, como sugiere su nombre, se sirve de una pastilla de gel sobre la que se colocan las muestras de ADN. Se aplican cargas eléctricas a través de la pastilla de gel, que hacen que la muestra de ADN se separe en fragmentos de ADN de diferentes masas. Otro tipo de instrumento de electroforesis es el instrumento de electroforesis por capilaridad (CE capillary electrophoresis). Aplicando electroforesis en una columna capilar de sílice fundido que porta una solución tampón o amortiguadora, el requisito de tamaño de la muestra es significativamente menor y la velocidad de separación y la resolución pueden incrementarse múltiples veces en comparación con el método de electroforesis de gel en pastilla. Estos fragmentos de ADN se detectan a menudo, en la CE, dirigiendo luz a través de la pared capilar, a los componentes que se separan de la muestra que se ha marcado con un material fluorescente, y detectando las emisiones de fluorescencia inducidas por la luz incidente. Las intensidades de la emisión son representativas de la concentración, de la cantidad y/o del tamaño de los componentes de la muestra. En el pasado, se han venido desarrollando para instrumentos de CE los métodos de detección por fluorescencia inducida por láser (LIF laser- induced fluorescence). La detección por fluorescencia es, a menudo, el método que se elige en los campos de la genómica y la proteómica debido a su sobresaliente sensibilidad en comparación con otros métodos de detección. Algunos de los retos a la hora de diseñar instrumentos basados en CE y protocolos de análisis de CE conciernen a las técnicas de detección de las muestras. En el caso de la detección por fluorescencia, se han venido prestando considerables atenciones al diseño de, por ejemplo, la fuente de radiación, la detección óptica, la sensibilidad y la fiabilidad de la detección, el coste y la fiabilidad de la estructura de la óptica de detección. En el pasado, se requería una fuente de luz de una potencia relativamente alta, tal como un láser. Cuando la luz es dirigida a través de la pared del capilar, a los componentes de la muestra separados que se encuentran en el ánima del capilar, la luz se esparce o dispersa en la interfaz entre la pared capilar exterior / aire y en la interfaz entre la pared capilar interior / solución amortiguadora (dispersión Raman), lo que oscurece o corrompe la intensidad de la emisión de fluorescencia. De forma similar, las emisiones de fluorescencia se dispersan en las interfaces de la pared. En el pasado se desarrollaron diversas técnicas para recoger de forma más completa las emisiones de fluorescencia con el fin de mejorar la intensidad de la señal y, por tanto, la sensibilidad de la detección. Estas técnicas implican componentes móviles y no móviles, o fijos, adicionales que se añaden a la relativa complejidad y coste de la 2 E02714795 27-10-2011   instalación de detección. Las limitaciones de diseño de los instrumentos de electroforesis de la técnica anterior se han visto exacerbadas en el desarrollo de instrumentos basados en CE de múltiples capilares. Por ejemplo, la detección por fluorescencia inducida por láser (LIF) de barrido confocal ha sido adoptada en los sistemas de electroforesis de capilares múltiples. La detección confocal de barrido está basada en un sistema óptico de barrido. El uso de partes móviles no es ideal cuando se toma en consideración la simplicidad, la robustez y el bajo coste del instrumento. Asimismo, la baja o escasa profundidad focal del objetivo del microscopio para el detector confocal plantea serias exigencias sobre las tolerancias de los componentes mecánicos y ópticos. Por otra parte, el método de barrido óptico generalmente implica un ciclo de trabajo más largo por cada capilar. De esta forma, en el caso de que se aumente la escala del instrumento con el propósito de generar una productividad del proceso más elevada, la sensibilidad del sistema puede verse comprometida. Asimismo, otro método de detección es la detección de flujo anular o envolvente. La principal desventaja del detector de flujo anular es el sistema de flujo altamente sofisticado que se necesita para garantizar un flujo anular o envolvente fiable con una diafonía óptica mínima entre los canales. Se plantean exigencias extremas sobre las tolerancias de los componentes ópticos y mecánicos si se quieren satisfacer las exigencias de robustez de los usuarios finales. La sensibilidad del dispositivo es muy buena, pero no es obvio que este principio de detección por fluorescencia resulte adecuado para un análisis de ADN de elevada producción y, con todo, de bajo coste. Cambios adicionales en los instrumentos basados en CE de múltiples capilares estaban relacionados con el soporte de los capilares. La Patente norteamericana Nº 5.198.091, de Burolla et al., describe un cartucho de capilares para electroforesis que emplea una gran longitud de conjuntos ordenados de capilares. Esta Patente puede incluir un espacio hueco definido en torno al capilar para la circulación de un fluido refrigerante, pero no incluye ningún depósito como parte integrante del cartucho. La Patente norteamericana Nº 5.413.686, de Klein et al., describe un analizador de electroforesis por capilaridad en múltiples canales que incluye una pluralidad de capilares. Se muestran depósitos en el aparato analizador, pero estos consisten en múltiples depósitos y son independientes de los capilares, no integrados en un soporte de capilares. Se muestra también óptica de detección en el aparato, pero esta no está integrada en un soporte de capilares compacto. La Patente norteamericana Nº 5.338.427, de Shartle et al., describe un cartucho de separación de un único uso para un instrumento de electroforesis por capilaridad, en el que se han dispuesto tubos capilares horizontalmente en un conjunto ordenado coplanario. El cartucho de separación de un único uso separa reemplaza los grandes depósitos de reactivo por gotas semiesféricas de reactivo. Por otra parte, el documento US 5.916.428 describe un sistema de electroforesis automatizado. El sistema se sirve de un cartucho de capilares que tiene una pluralidad de tubos capilares. El cartucho tiene un primer conjunto ordenado de extremos capilares que sobresalen de uno de los... [Seguir leyendo]

1.- Un cartucho (100) de múltiples canales para separación biológica, que comprende: un cuerpo (120); una pluralidad de canales de separación capilares (36) para analitos en el cuerpo, de tal manera que cada canal de separación capilar (36) define una ventana de detección; una cámara contenida en el cuerpo (120); y medios ópticos; caracterizado por que: la cámara define un depósito (13) y contiene un gel de soporte de separación que está encerrado herméticamente contra fugas cuando el cartucho (100) se manipula sujetando el cartucho en cualquier orientación; de tal manera que el depósito (130) se encuentra en comunicación de fluido común con los canales de separación capilares (36); y de tal modo que los medios ópticos están empotrados o incorporados e integralmente soportados dentro del cuerpo con el fin de dirigir luz de excitación hacia dicha ventana de detección o emisión de radiación procedente de dicha ventana, de forma que dichos medios ópticos comprenden unos accesos o puertas de detección ópticas (161) y unas fibras ópticas de excitación (116) que tienen un extremo alineado por el cuerpo (120) con los canales de separación capilares (136) y que tienen otro extremo situado por el cuerpo (120) con el fin de acoplarse a unas fuentes de radiación externas (184). 2.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por al menos una de las características siguientes: portátil, reciclable, reutilizable e intercambiable con otros cartuchos que tienen uno diferente de entre el medio de soporte de separación y los canales de separación capilares (36). 3.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende adicionalmente un electrodo (134) conectado eléctricamente al depósito (130). 4.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende adicionalmente un electrodo adicional (114), conectado eléctricamente a cada extremo de los canales de separación capilares (36) que se encuentran lejos del depósito (130). 5.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los canales de separación capilares (36) comprenden unas columnas capilares (22) soportadas por el cuerpo. 6.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el gel es de un tipo adecuado para la electroforesis capilar. 7.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una interfaz para introducir aire a presión en el interior del depósito (130) con el fin de purgar y llenar los canales de separación capilares (36) con el medio de soporte de separación. 8.- El cartucho de múltiples canales de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual la interfaz incluye un diafragma que puede ser perforado para introducir aire a presión en el interior del depósito (130). 9.- Un sistema (200) de separación biológica, que comprende: una base (74); un cartucho (100) de múltiples canales para la separación biológica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, soportado sobre la base (74); medios de colocación (80), soportados sobre la base con el fin de colocar muestras con respecto a los canales de separación capilares (38), y en comunicación de fluido con los canales de separación capilares (36); medios de separación para llevar a cabo una separación biológica de las muestras a lo largo de los canales de separación capilares; y medios de control (32) para controlar las operaciones del sistema de separación biológica. 10.- El sistema de separación biológica de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende adicionalmente: una fuente de radiación (184), que dirige radiación a la zona de detección (155); y un detector (24), que detecta la radiación procedente de la zona de detección (155). 13 E02714795 27-10-2011   11.- El sistema de separación biológica de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual los medios de separación comprenden un mecanismo electroforético que lleva a cabo una separación por electroforesis de las muestras contenidas en los canales de separación capilares (36). 12.- El sistema de separación biológica de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende adicionalmente unos medios de presión (78), que presurizan el depósito (130) para purgar y llenar los canales de separación capilares (36). 13.- El sistema de separación biológica de acuerdo con la reivindicación 11, en el cual los medios de separación comprenden una fuente de tensión (76) que proporciona un potencial eléctrico para llevar a cabo una separación por electroforesis de las muestras contenidas en los canales de separación capilares (46). 14.- El sistema de separación biológica de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual los medios de colocación comprenden un mecanismo de colocación (80) que sitúa las muestras soportadas en un plano horizontal con respecto al cartucho de múltiples canales (100), de tal manera que los canales de separación capilares (36) están en comunicación de fluido con el recipiente. 15.- El sistema de separación biológica de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual los canales de separación capilares (36) comprenden unas columnas capilares (22) soportadas por el cuerpo (120), y las columnas capilares (22) tienen unos extremos (140) que se extienden desde el cartucho (100) de múltiples canales, de tal manera que el mecanismo de colocación (80) coloca los extremos (140) con respecto al recipiente (72) de muestras, de tal modo que los extremos (140) acceden a las muestras. 14 E02714795 27-10-2011   E02714795 27-10-2011   16 E02714795 27-10-2011   17 E02714795 27-10-2011   18 E02714795 27-10-2011   19 E02714795 27-10-2011   E02714795 27-10-2011   21 E02714795 27-10-2011   22 E02714795 27-10-2011   23 E02714795 27-10-2011   24 E02714795 27-10-2011   E02714795 27-10-2011   26 E02714795 27-10-2011   27 E02714795 27-10-2011   28 E02714795 27-10-2011   29 E02714795 27-10-2011   E02714795 27-10-2011   31 E02714795 27-10-2011