Dispositivos, sistemas y métodos mejorados para el tratamiento de muestras.

Un método de procesamiento de material de muestra que comprende:

proporcionar un dispositivo que comprende una pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento,

comprendiendo cada una de las matrices de cámaras de procesamiento una cámara de carga y una cámara deprocesamiento;

proporcionar material de muestra en la cámara de carga de al menos una de las matrices de cámaras deprocesamiento;

mover el material de muestra de la cámara de carga a la cámara de procesamiento mediante la rotación deldispositivo;

proporcionar partículas paramagnéticas dentro del material de muestra situado en la cámara de procesamiento;proporcionar un imán próximo al dispositivo;

girar el dispositivo de tal manera que las partículas paramagnéticas dentro del material de muestra se sometanal campo magnético del imán durante la rotación;

localizar una primera superficie principal del dispositivo en contacto con una superficie superior de una placabase que comprende la superficie superior, una superficie inferior, y una estructura térmica, en donde al menosalgunas cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento están encomunicación térmica con la estructura térmica cuando la primera superficie principal del dispositivo está encontacto con la superficie superior de la placa base; y

controlar la temperatura de la estructura térmica dirigiendo la energía electromagnética a la superficie inferior dela placa base, mientras se hacen girar la placa base y el dispositivo, mediante lo cual se controla la temperaturadel material de muestra en las cámaras de procesamiento.

Dispositivos, sistemas y métodos mejorados para el tratamiento de muestras La presente invención se refiere a métodos para el procesamiento de materiales de muestra, tales como los métodos utilizados para amplificar materiales genéticos, etc.

Muchas diferentes reacciones químicas, bioquímicas, y otras, son sensibles a las variaciones de temperatura. Los ejemplos de procesos térmicos en el área de la amplificación genética incluyen, pero no se limitan a, Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) , secuenciación de Sanger, etc. Las reacciones pueden ser mejoradas o inhibidas basándose en las temperaturas de los materiales implicados. Aunque puede ser posible procesar muestras individualmente y obtener resultados precisos de muestra a muestra, el procesamiento individual puede ser lento y costoso.

Un enfoque para reducir el tiempo y el coste del procesamiento térmico de múltiples muestras es la utilización un dispositivo que incluye múltiples cámaras en las que se pueden procesar simultáneamente diferentes porciones de una muestra o muestras diferentes. Cuando se realizan múltiples reacciones en diferentes cámaras, sin embargo, un problema importante puede ser un control preciso de la uniformidad de temperatura cámara a cámara. Las variaciones de temperatura entre las cámaras pueden dar lugar a resultados erróneos o inexactos. En algunas reacciones, por ejemplo, puede ser crítico controlar las temperaturas cámara a cámara dentro del intervalo de ± 1°C

o menos para obtener resultados precisos.

La necesidad de un control preciso de la temperatura puede manifestarse como la necesidad de mantener una temperatura deseada en cada una de las cámaras, o puede implicar un cambio en la temperatura, p. ej., subir o bajar la temperatura en cada una de las cámaras hasta un punto de ajuste deseado. En reacciones que implican un cambio en la temperatura, la velocidad o tasa a las que cambia la temperatura en cada una de las cámaras también pueden plantear un problema. Por ejemplo, las transiciones de temperatura lentas pueden ser problemáticas si se producen reacciones secundarias no deseadas a temperaturas intermedias. Alternativamente, las transiciones de temperatura demasiado rápidas pueden causar otros problemas. Como resultado, otro problema que se puede encontrar es una tasa de transición de temperatura cámara a cámara comparable.

Además de la uniformidad de temperatura cámara a cámara y la tasa de transición de temperatura cámara a cámara comparable, puede encontrarse otro problema en aquellas reacciones en las que se requiere ciclación térmica es la velocidad global de todo el procedimiento. Por ejemplo, se pueden requerir múltiples transiciones entre las temperaturas superior e inferior. Alternativamente, se puede requerir una variedad de transiciones (hacia arriba y/o hacia abajo) de entre tres o más temperaturas deseadas. En algunas reacciones, p. ej., reacción en cadena de la polimerasa (PCR) , la ciclación térmica se debe repetir hasta treinta o más veces. Los dispositivos de ciclación térmica y los métodos que intentan abordar los problemas de la uniformidad de temperatura cámara a cámara y las tasas de transición de temperatura cámara a cámara comparables, sin embargo, típicamente adolecen de una falta de velocidad global --lo que da como resultado tiempos de procesamiento prolongados que en última instancia elevan el coste de los procedimientos.

Uno o más de los problemas anteriores pueden estar implicados en una variedad de procesos químicos, bioquímicos y otros. Los ejemplos de algunas reacciones que pueden requerir un control preciso de temperatura cámara a cámara, tasas de transición de temperatura comparables, y/o transiciones rápidas entre temperaturas incluyen, p. ej., la manipulación de muestras de ácido nucleico para ayudar en el desciframiento del código genético. Véase, p. ej., T. Maniatis et al., Molecular Cloning, A Laborator y Manual, Cold Spring Harbor Laborator y (1982) . Las técnicas de manipulación de ácidos nucleicos incluyen métodos de amplificación tales como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ; métodos de amplificación de polinucleótidos diana tales como la replicación de secuencia autosostenida (3SR) y la amplificación mediada por desplazamiento de cadena (SDA) ; métodos basados en la amplificación de una señal unida al polinucleótido diana, tales como la amplificación de ADN de "cadena ramificada"; métodos basados en la amplificación de la sonda de ADN, tales como la reacción en cadena de la ligasa (LCR) y la amplificación de la replicasa QB (QBR) ; métodos basados en la transcripción, tales como la transcripción activada por ligación (LAT) y la amplificación basada en la secuencia de ácidos nucleicos (NASBA) ; y otros diversos métodos de amplificación, tales como la reacción de reparación en cadena (RCR) y la reacción de sondas cíclicas (CPR) . Otros ejemplos de técnicas de manipulación de ácidos nucleicos incluyen, p. ej., la secuenciación de Sanger, los análisis de unión al ligando, etc.

Un ejemplo común de una reacción en la que pueden estar implicados todos los problemas comentados anteriormente es la amplificación mediante PCR. Los equipos de ciclación térmica tradicionales para la realización de la PCR utilizan microcubetas poliméricas que se insertan individualmente en orificios en un bloque de metal. Las temperaturas de la muestra se ciclan a continuación entre temperaturas bajas y altas, p. ej., 55°C y 95°C para los procesos de PCR. Cuando se utiliza un equipo tradicional de acuerdo con los métodos tradicionales, la alta masa térmica de los equipos de ciclación térmica (que incluyen típicamente el bloque de metal y un bloque de tapa calentada) y la conductividad térmica relativamente baja de los materiales poliméricos utilizados para las microcubetas da como resultado procesos que puede requerir dos, tres o más horas para completar una amplificación mediante PCR típica.

Un intento de abordar los tiempos de ciclación térmica relativamente largos en la amplificación por PCR implica el uso de un dispositivo que integra 96 micropocillos y canales de distribución en una sola tarjeta polimérica. La integración de 96 pocillos en una sola tarjeta no aborda los problemas relacionados con la carga de forma individual de cada cubeta de muestra en el bloque térmico. Este enfoque, sin embargo, no aborda las cuestiones de ciclación térmica tales como la alta masa térmica del bloque de metal y tapa calentada o la conductividad térmica relativamente baja de los materiales poliméricos utilizados para formar la tarjeta. Además, la masa térmica de la estructura de la tarjeta de integración puede ampliar los tiempos de ciclación térmica. Otro problema potencial de este enfoque es que si la tarjeta que contiene los pocillos de la muestra no se ha colocado precisamente en el bloque de metal, se pueden experimentar temperaturas de pocillo a pocillo desiguales, ocasionando resultados inexactos del ensayo.

Otro problema que se puede experimentar en muchos de estos enfoques es que el volumen de material de muestra puede ser limitado y/o el coste de los reactivos que se van a utilizar en conexión con los materiales de muestra también puede ser limitado y/o costoso. Como resultado, existe el deseo de usar pequeños volúmenes de materiales de muestra y reactivos asociados. Cuando se utilizan pequeños volúmenes de estos materiales, sin embargo, se pueden experimentar problemas adicionales relacionados con la pérdida de material de muestra y/o volumen de reactivo a través de vaporización, etc. a medida que los materiales de muestra son, p. ej., ciclados térmicamente.

Otro problema experimentado en la preparación de muestras acabadas (p. ej., muestras aisladas o purificadas de, p. ej., materiales de ácidos nucleicos tales como ADN, ARN, etc.) de origen humano, animal, vegetal, o bacteriano a partir de materias primas de muestra (p. ej., sangre, tejido, etc.) es el número de etapas de procesamiento térmico y otros métodos que se deben realizar para obtener el producto final deseado (p. ej., materiales de ácido nucleico purificados) . En algunos casos, se deben realizar una serie de diferentes procesos térmicos, además de la filtración y otras etapas de proceso, para obtener las muestras finales deseadas. Además de padecer los problemas de control térmico comentados anteriormente, todos o algunos de estos procesos pueden requerir la atención de profesionales altamente cualificados y/o equipos costosos. Además, el tiempo requerido para completar todas las diferentes etapas del proceso puede ser de días o semanas, dependiendo de la disponibilidad de personal y/o equipos.

Un ejemplo se encuentra en la preparación de una muestra acabada (p. ej., materiales... [Seguir leyendo]

1. Un método de procesamiento de material de muestra que comprende:

proporcionar un dispositivo que comprende una pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento, comprendiendo cada una de las matrices de cámaras de procesamiento una cámara de carga y una cámara de procesamiento;

proporcionar material de muestra en la cámara de carga de al menos una de las matrices de cámaras de procesamiento;

mover el material de muestra de la cámara de carga a la cámara de procesamiento mediante la rotación del dispositivo;

proporcionar partículas paramagnéticas dentro del material de muestra situado en la cámara de procesamiento;

proporcionar un imán próximo al dispositivo;

girar el dispositivo de tal manera que las partículas paramagnéticas dentro del material de muestra se sometan al campo magnético del imán durante la rotación;

localizar una primera superficie principal del dispositivo en contacto con una superficie superior de una placa base que comprende la superficie superior, una superficie inferior, y una estructura térmica, en donde al menos algunas cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento están en comunicación térmica con la estructura térmica cuando la primera superficie principal del dispositivo está en contacto con la superficie superior de la placa base; y

controlar la temperatura de la estructura térmica dirigiendo la energía electromagnética a la superficie inferior de la placa base, mientras se hacen girar la placa base y el dispositivo, mediante lo cual se controla la temperatura del material de muestra en las cámaras de procesamiento.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la estructura térmica comprende al menos un anillo circular sustancialmente continuo en la placa base.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la estructura térmica comprende una pluralidad de estructuras térmicas independientes.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente dirigir la energía electromagnética a las cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento, mientras que se dirige la energía electromagnética a la superficie inferior de la placa base.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente dirigir la energía electromagnética a las cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento, mientras se dirige la energía electromagnética a la superficie inferior de la placa base, y en donde el dispositivo comprende adicionalmente materiales receptores de energía electromagnética próximos a las cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento, en donde los materiales receptores de energía electromagnética convierten la energía electromagnética dirigida en las cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento en energía térmica.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende adicionalmente estructuras deflectoras en una segunda superficie principal del dispositivo.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende adicionalmente estructuras deflectoras direccionales sobre una segunda superficie principal del dispositivo, y adicionalmente en donde las estructuras deflectoras direccionales aumentan la tasa de transferencia de energía térmica fuera de las cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento cuando se hace girar el dispositivo en una dirección con respecto a la tasa de transferencia de energía térmica fuera de las cámaras de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento cuando se hace girar el dispositivo en una dirección opuesta.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende adicionalmente un patrón de control, comprendiendo el patrón de control al menos un indicador asociado con cada una de las cámaras de procesamiento, comprendiendo el método adicionalmente: detectar el patrón de control mientras se hacen girar la placa base y los dispositivos; y controlar la energía electromagnética dirigida a la superficie inferior de la placa base al detectar el patrón de control.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la superficie superior de la placa base comprende una pluralidad de salientes elevados que se extienden por encima de la superficie superior

que rodea cada saliente elevado de la pluralidad de protuberancias, en donde cada saliente elevado está alineado con una cámara de procesamiento de la pluralidad de matrices de cámaras de procesamiento.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente el control de la temperatura del material de muestra mientras se hace girar el dispositivo.

11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente el control de la temperatura de la estructura térmica mientras se hace girar el dispositivo.

12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el control de la temperatura de la estructura térmica comprende secuencialmente el aumento y la disminución de la temperatura de la estructura térmica a través de al menos dos ciclos de aumento y disminución de la temperatura.