DISPOSITIVO DE DETECCIÓN DE FLUORESCENCIA MÚLTIPLE QUE TIENE UN HAZ DE FIBRAS QUE ACOPLA MÚLTIPLES MÓDULOS ÓPTICOS A UN DETECTOR COMÚN.

Un dispositivo de detección que comprende: un disco (13) que tiene una pluralidad de cámaras de proceso cada una para contener una muestra respectiva (22) y una pluralidad de colorantes fluorescentes;

un motor para rotar dicho disco; una pluralidad de módulos ópticos (16), en los que cada uno de los módulos ópticos incluye una fuente de luz (30) seleccionada para excitar uno diferente de los colorantes y una lente (42) para capturar la luz fluorescente de diferentes longitudes de onda emitidas desde las cámaras de proceso del disco; dichos módulos ópticos están configurados ópticamente para estudiar los colorantes fluorescentes a diferentes longitudes de onda; un solo detector (18); y un haz de fibras ópticas (14) acoplado con la pluralidad de módulos ópticos para transmitir simultáneamente la luz fluorescente desde los múltiples módulos ópticos al único detector;

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/010978.

Solicitante: 3M INNOVATIVE PROPERTIES COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3M CENTER P.O. BOX 33427 ST. PAUL MN 55133-3427 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

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

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 24 de Marzo de 2006.

Clasificación PCT:

  • C12M1/34 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA.C12M EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones para la fermentación de estiércoles A01C 3/02; conservación de partes vivas de cuerpos humanos o animales A01N 1/02; aparatos de cervecería C12C; equipos para la fermentación del vino C12G; aparatos para preparar el vinagre C12J 1/10). › C12M 1/00 Equipos para enzimología o microbiología. › Medida o ensayo de detección de las condiciones del medio, p. ej. por contadores de colonias.
  • 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.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.

PDF original: ES-2365748_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de detección de fluorescencia múltiple que tiene un haz de fibras que acopla múltiples módulos ópticos a un detector común. 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 o 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 derrite" hasta ADN de cadena sencilla. Durante la hibridación, el ADN de cadena sencilla se enfría a aproximadamente 54ºC. A esta temperatura, los cebadores se unen o "hibridan" a los extremos de los segmentos de ADN que se han de replicar. Durante la extensión, la muestra se calienta a 75ºC. A esta temperatura, las enzimas añaden nucleótidos a la secuencia objetivo y, finalmente, se forma una copia complementaria de la plantilla de ADN. La nueva cadena de ADN se convierte en un nuevo objetivo para la siguiente secuencia de eventos, o "ciclo". 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 tungsteno que tienen una vida útil máxima de unos pocos miles de horas. Las ruedas de filtros son generalmente piezas 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, 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 y además incluyen aparatos de conexión para permitir una fácil y rápida extracción y/o reemplazo de las placas de la base. El documento US-B-6.597.450 describe un aparato y un método que emplean una pluralidad de dispositivos emisores de luz que cada uno puede obtener luz a través de una fibra óptica respectiva hacia una muestra respectiva de una pluralidad de muestras de una manera escalonada en el tiempo. El documento US-A-4.343.991 describe un detector de muestras compuesto por un primer grupo de fibras ópticas que tienen superficies de extremo de salida dispuestas en la dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento del soporte, un segundo grupo de fibras ópticas que tienen las superficies de extremos de entrada dispuestas enfrente de dichas superficies de extremo de salida del primer grupo de fibras ópticas, varios diodos emisores de luz dispuestos en las proximidades de las superficies de extremos de entrada del primer grupo de fibras ópticas, un solo elemento fotodetector dispuesto en las inmediaciones de las superficies de extremos de salida del segundo grupo de fibras ópticas y un preamplificador conectado al lado de salida de dicho elemento fotodetector. SUMARIO ES 2 365 748 T3 La presente invención está definida por las características de las reivindicaciones. Aunque el dispositivo puede ser capaz de realizar la PCR en tiempo real, el dispositivo puede ser capaz de analizar cualquier tipo de reacción biológica mientras se produce. 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 2 etapas de reacciones mediante la inclusión de 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 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. Otras características, objetos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la descripción y de los dibujos y a partir de las reivindicaciones. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de modo de realización de un dispositivo de detección de fluorescencia múltiple. La FIGURA 2 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de módulo óptico que puede corresponder con cualquiera de los varios módulos ópticos del dispositivo de detección de la fluorescencia de la FIGURA 1. La FIGURA 3 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de modo de realización del dispositivo de detección de la fluorescencia múltiple con más detalle. La FIGURA 4 es un diagrama de bloques del detector individual acoplado a cuatro fibras ópticas del haz de fibras ópticas. La FIGURA 5 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de operación del dispositivo de detección de fluorescencia múltiple. Las FIGURAS 6 y 7 muestran los espectros de absorción y de emisión de colorantes fluorescentes usados generalmente que pueden ser utilizados en la PCR múltiple. Las FIGURAS 8A y 8B ilustran los datos en bruto obtenidos de dos ejemplos de módulos ópticos con un detector individual durante el análisis de PCR. La FIGURA 9 es un gráfico que muestra los datos después de ser ajustados por el desfase temporal. Las FIGURAS 10A y 10B muestran el límite de detección (LOD) para los datos obtenidos de los dos módulos ópticos del ejemplo. DESCRIPCIÓN DETALLADA ES 2 365 748 T3 La FIGURA 1 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de modo de realización de un dispositivo 10 de detección de fluorescencia múltiple. En el ejemplo mostrado, el dispositivo 10 tiene cuatro módulos ópticos 16 que proporcionan cuatro "canales" para la detección óptica de cuatro colorantes diferentes. En particular, el dispositivo 10 tiene cuatro módulos ópticos 16 que excitan diferentes regiones del disco rotatorio 13 en cualquier momento dado y recogen la energía luminosa fluorescente emitida a diferentes longitudes de onda por los colorantes. Como resultado, los módulos ópticos 16 se usan para estudiar múltiples reacciones paralelas que se producen en la muestra 22. Las múltiples reacciones se pueden producir, por ejemplo, simultáneamente en una cámara individual del disco rotatorio 13. Cada uno de los módulos ópticos 16 estudia la muestra 22 y recoge la energía luminosa fluorescente a diferentes longitudes de onda a medida que el disco 13 rota. Por ejemplo, las fuentes de excitación en los módulos 16 se pueden activar secuencialmente durante periodos suficientes para recoger los datos a las correspondientes longitudes de onda. Es decir, un módulo óptico 16A se puede activar durante un periodo de tiempo para recoger los datos en un primer intervalo de longitudes de onda elegidas para un primer colorante que corresponde con la primera reacción. La fuente de excitación puede ser entonces desactivada y se puede activar una fuente de excitación en el módulo 16B para estudiar la muestra 22 en un segundo intervalo de longitudes de onda elegidas para un segundo colorante que corresponde a una segunda reacción. Este procedimiento continúa hasta que se han recogido los datos de todos los... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

un disco (13) que tiene una pluralidad de cámaras de proceso cada una para contener una muestra respectiva (22) y una pluralidad de colorantes fluorescentes; un motor para rotar dicho disco; una pluralidad de módulos ópticos (16), en los que cada uno de los módulos ópticos incluye una fuente de luz (30) seleccionada para excitar uno diferente de los colorantes y una lente (42) para capturar la luz fluorescente de diferentes longitudes de onda emitidas desde las cámaras de proceso del disco; dichos módulos ópticos están configurados ópticamente para estudiar los colorantes fluorescentes a diferentes longitudes de onda; un solo detector (18); y un haz de fibras ópticas (14) acoplado con la pluralidad de módulos ópticos para transmitir simultáneamente la luz fluorescente desde los múltiples módulos ópticos al único detector; 2. El dispositivo de detección de la reivindicación 1, en el que cada uno de los módulos ópticos comprende además un filtro de excitación y un filtro de detección. 3. El dispositivo de detección de la reivindicación 1, en el que las fuentes de luz de los módulos ópticos comprenden diodos emisores de luz o diodos láser. 4. El dispositivo de detección de la reivindicación 1, en el que el dispositivo incluye por lo menos cuatro módulos ópticos. 5. Un sistema de detección que comprende, un dispositivo de adquisición de datos; y el dispositivo de detección según la reivindicación 1 acoplado con el dispositivo de adquisición de datos. 6. El sistema de la reivindicación 5, en el que el dispositivo de adquisición de datos calcula un desfase temporal entre los módulos ópticos y procesa los datos desde el dispositivo de detección basándose en el desfase temporal. 7. El sistema de la reivindicación 5, en el que cada uno de los módulos ópticos comprende además un filtro de excitación y un filtro de detección seleccionados para las longitudes de onda diferentes. 8. El dispositivo de detección de la reivindicación 1 o el sistema de la reivindicación 5, en el que el dispositivo de detección comprende además un activador del sensor de ranura que proporciona una señal de salida para la sincronización de la rotación del disco con los datos proporcionados por el detector. 9. El sistema de la reivindicación 8, en el que cada módulo óptico puede montarse físicamente dentro de las posiciones respectivas del dispositivo, y en el que cada módulo óptico se puede insertar dentro de la respectiva posición a lo largo de guías que coinciden con una o más marcas del módulo óptico. 10. El sistema según la reivindicación 9, en el que cada uno de los módulos ópticos incluye una salida óptica para acoplarse con un brazo del haz de fibras ópticas. 11. El sistema de la reivindicación 9, en el que cada módulo óptico tiene uno o más contactos eléctricos para acoplar eléctricamente una unidad electrónica de control cuando está totalmente insertada en el lugar. 12. El dispositivo de detección de la reivindicación 1 o el sistema de la reivindicación 5, en el que el haz de fibras ópticas incluye una pluralidad de brazos de fibra óptica que termina cada uno en la abertura del detector. 13. El dispositivo de detección de la reivindicación 1 o el sistema de la reivindicación 5, en el que el detector es un fotomultiplicador, un fotodiodo amplificado, un fotodiodo de avalancha o un fototransistor. 14. Un método que comprende: ES 2 365 748 T3 rotar un disco que tiene una pluralidad de cámaras de procesamiento, cada una tiene una pluralidad de colorantes 12 ES 2 365 748 T3 fluorescentes que emiten luz fluorescente en longitudes de onda diferentes; excitar el disco con una pluralidad de haces de luz simultáneamente para producir una pluralidad haces de luz fluorescente emitidos de diferentes longitudes de onda; capturar los haces de luz fluorescente con una pluralidad de diferentes módulos ópticos, en el que los módulos 5 ópticos están configurados ópticamente para estudiar los colorantes fluorescentes a diferentes longitudes de onda; transmitir simultáneamente los haces de luz fluorescente desde la pluralidad de módulos ópticos de un único detector con un haz de fibras ópticas; y emitir una señal desde el detector representativo de haces de luz detectada. 15. El método de la reivindicación 14, en el que la excitación del disco con una pluralidad de haces de luz se puede lograr mediante el envío de los haces de luz a través de un filtro de excitación y la captura de los haces de luz fluorescente se puede lograr mediante el envío de los haces de luz fluorescente a través de un filtro de detección. 16. El método de la reivindicación 14, que comprende además proporcionar una señal de salida desde un activador de sensor de ranura para la sincronización de la rotación del disco con los datos proporcionados por el detector. 17. El método de la reivindicación 14, en el que el único detector comprende un fotomultiplicador, un fotodiodo amplificado o un fototermistor. 18. El método de la reivindicación 14, en el que los haces de luz se producen y se capturan desde por lo menos cuatro módulos ópticos. 19. El método de la reivindicación 14, que comprende además seleccionar una longitud de onda para cada uno de la pluralidad de haces de luz para excitar las diferentes especies de una reacción en cadena de polimerasa (PCR) que utiliza detección de fluorescencia a múltiples longitudes de onda. 13 ES 2 365 748 T3 14 ES 2 365 748 T3 ES 2 365 748 T3 16 ES 2 365 748 T3 17 ES 2 365 748 T3 18 ES 2 365 748 T3 19 ES 2 365 748 T3 ES 2 365 748 T3 21 ES 2 365 748 T3 22 ES 2 365 748 T3 23 ES 2 365 748 T3 24 ES 2 365 748 T3

 

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