Un dispositivo, método y ensamblaje de recipientes para la medición de flujo de calor de al menos una muestra.

Un dispositivo (1) para la medición de flujo de calor de al menos una muestra (21a),

estando dicho dispositivo adaptado para recibir un ensamblaje de recipientes de múltiples pocillos (2) con muestras en uno o varios recipientes (21, 22,..,2n), comprendiendo dicho recipiente una abertura (11) para la inserción de un ensamblaje de recipientes en dicho dispositivo, una cámara de medición (12) con un disipador térmico (13), un canal (14) que se extiende desde dicha abertura hasta dicha cámara de medición y una tapa (15) con un miembro de cierre (15a) para cerrar dicha abertura durante las mediciones, caracterizado porque dicha abertura (11) y canal (14) conduce horizontalmente a dicho dispositivo y porque la altura de dicha abertura, canal y la altura disponible de dicha cámara de medición se minimiza, pero es suficientemente alta para recibir un ensamblaje de recipientes (2) con una altura definida y conocida.

Un dispositivo, método y ensamblaje de recipientes para la medición de flujo de calor de al menos una muestra Campo de la Invención

La presente Invención se refiere a un dispositivo y un método para la medición de flujo de calor de al menos una muestra. El dispositivo está adaptado para recibir un ensamblaje de recipientes de múltiples pocilios con muestras en uno o varios recipientes. El dispositivo comprende una abertura para la inserción del ensamblaje de recipientes en el dispositivo, una cámara de medición con un disipador térmico, un canal que se extiende desde la abertura hasta la cámara de medición y una tapa para cerrar la abertura durante las mediciones. La presente invención también se refiere a un ensamblaje de recipientes adaptado que va a usarse en un dispositivo o método inventivo.

Descripción de la técnica anterior

En la mayoría de los procesos físicos, químicos y biológicos se produce un cambio en el contenido de calor del sistema. La calorimetría es la metodología para medir directamente los cambios en el contenido de calor. Se usan instrumentos calorimétricos generalizadamente en la física, química y biología. A partir de los datos calorimétricos pueden obtenerse propiedades termodinámicas fundamentales tales como cambio en la entalpia interna, AH, cambio en la capacidad térmica, ACp, y capacidad de calor absoluta, Cp. El análisis de datos adicionales puede dar indirectamente otras propiedades termodinámicas tales como el cambio en la energía libre de Gibbs, AG°, y cambio en la entropía, AS°. Para sistemas más complejos se usan instrumentos calorimétricos para monitorizar los eventos térmicos como indicador de procesos complejos o desconocidos que se producen en las muestras.

Hay principalmente dos metodologías calorimétricas comerciales - calorimetría isotérmica y calorimetría de barrido. Calorimetría de barrido significa que la temperatura del dispositivo calorimétrico cambia activamente, mientras que para la calorimetría Isotérmica, la temperatura es casi constante o cambia por el calor adsorbido o producido por el proceso en el calorímetro.

Debido a necesidades específicas de las muestras o motivos metodológicos, los instrumentos calorimétricos comerciales disponibles están más o menos especializados para áreas específicas de interés en la física, química y biología. Hay, por ejemplo, calorímetros diferenciales de barrido (DSC) que están especializados para muestras sólidas y otros para disoluciones líquidas o mezclas. Hay calorímetros diseñados para su uso a aplicaciones de baja, alta temperatura, además de en el intervalo de temperatura -12 °C. Hay instrumentos diseñados para únicamente la valoración en condiciones isotérmicas (ITC).

Presentemente, las aplicaciones calorimétricas industriales están principalmente relacionadas con cuestiones de la ciencia de materiales referentes al control de fabricación y estabilidad física o química de productos. Los procesos biológicos están frecuentemente conectados con cambios en la actividad metabólica, que se manifiestan por cambios en el calor como resultado de procesos oxidativos a nivel celular. El tipo de material biológico que se ha estudiado por la calorimetría isotérmica son, por ejemplo, células de mamífero, células vegetales, células procariotas, tejidos de mamífero, tejidos de planta y organismos completos. Ejemplos de eventos celulares que se han estudiado por calorimetría son mitosis, necrosis, apoptosis, y cambios inducidos en la actividad metabólica. Las aplicaciones tienen potencial para aplicarse a áreas industriales biológicas, entre otras, tales como la producción de proteínas eucariotas y procariotas, descubrimiento de fármacos, desarrollo de fármacos y trabajo clínico (véase, por ejemplo, Beezer, A. E., y col. (1993) Microbios. 73, 25-213, Beezer, A. E. (199) Tokai J Exp Clin Med. 15, 369- 372, Monti, M. (199 Thermochimica Acta 172, 53-6, y Takahashi, K. (199) Tokai J Exp Clin Med. 15, 387-394). Un motivo importante para esto es que la metodología presenta datos como datos en tiempo real, que es un requisito común a las nuevas tecnologías para aplicaciones biológicas.

Todos los métodos y tecnologías para las organizaciones industriales de las ciencias de la vida necesitan tener alto rendimiento con simple manipulación de muestras. Con el fin de cumplir las necesidades industriales, los métodos tienen que basarse en detección paralela de múltiples muestras, preferentemente como sistema de matriz. Los instrumentos calorimétricos comerciales que están disponibles tienen en común que las muestras se cargan individualmente o se insertan en el calorímetro. Hay algunos calorímetros multi-canal disponibles comerciales que tienen todos canales calorimétricos individuales que comparten un termostato común.

Existen varios calorímetros multi-canal descritos que tanto usan termometría de resistencia, es decir, determinación de la temperatura por termómetro de termistor-resistor o termómetro de resistor de platino, como detección térmica de la determinación del voltaje electrotérmico, como se describe en las publicaciones de patente US24/17986, US25/241869, US25/36536 y US24/38228. Existen microcalorímetros descritos que se basan en chips de termopila, véase el documento US24/38228 y Maskow, T. y col. (26) J. Biotechnol. 122, 431-42. Estos tipos de instrumentos se caracterizan por alta sensibilidad, pequeños volúmenes de muestra (algunos microlitros), respuesta rápida y parecen ser adecuados para diseños de multi-canal. Sin embargo, en muchas aplicaciones, los volúmenes de muestra son demasiado pequeños, por ejemplo, en experimentos con una monocapa de células, para muestras no homogéneas como tierra y con muestras como tejidos, órganos y animales. Además, para calorímetros

de conducción térmica, el límite de detección para un cierto tipo de muestra es proporcional a la cantidad de material contenida en el recipiente. Para materiales con potencias térmicas específicas muy bajas puede, por tanto, ser necesario realizar las mediciones con volúmenes de muestra mucho mayores que algunos microlitros. Existen requisitos de seguridad y requisitos de rentabilidad de usuarios industriales de que las muestras estén contenidas en y los experimentos se realicen en recipiente de muestra desechables. La tecnología de chip no ha sido todavía capaz de tratar este problema.

Los calorímetros de conducción de calor de termopila pueden usarse para medir altos cambios en la sensibilidad en el contenido de calor de muestras en las que se producen procesos físicos, químicos o biológicos. El calor se mide midiendo el flujo de calor de una muestra, a través de una termopila, a un disipador térmico termostatizado. Todavía no se ha mostrado que este principio de medir calor sea compatible con múltiples recipientes de múltiples muestras extraíbles, y por tanto, desechables, en formato de matriz. Los motivos para esto han sido las dificultades en (i) asegurar el buen equilibrado térmico del cuerpo insertado de una matriz cuando se inserta una matriz en la cámara de medición, (¡i) evitar espectaculares perturbaciones térmicas y mecánicas, es decir, de presión, de bloques de termostatización y disipación de calor cuando se inserta una matriz en la cámara de medición, y (i¡¡) asegurar la conexión de alta conductividad térmica entre una matriz extraíble de múltiples recipientes y sensores de flujo de calor, tales como termopilas. Independientemente de si es un recipiente de un único recipiente o una matriz de recipientes de múltiples recipientes, el recipiente de muestra necesita introducirse en la cámara de medición calorimétrica en más de una etapa con el fin de obtener equilibrio térmico y señal calorimétrica estable dentro de un tiempo suficiente. Los recipientes de muestra calorimétricos se insertan verticalmente en dispositivos calorimétricos. Para una matriz de recipientes de múltiples recipientes, esta forma de inserción produce tiempo de equilibrado malo y largo del equilibrado térmico. También produce grandes perturbaciones de las termopilas, debido a la respuesta piezoeléctrica de las termopilas.

Por consiguiente, existe la necesidad de un instrumento calorimétrico que se base en un sistema de matriz en el que los recipientes de muestra sean desechables. El instrumento debe ser simple de manipular y con alta sensibilidad según los requisitos de los usuarios.

Sumario de la presente invención

Problemas

Desde el punto de vista de los antecedentes técnicos, es un problema técnico lograr alta estabilidad de medición en una cámara de medición usando un dispositivo multicanal para mediciones de flujo de calor. Los múltiples canales requieren una gran abertura en el dispositivo... [Seguir leyendo]

1.- Un dispositivo (1) para la medición de flujo de calor de al menos una muestra (21a), estando dicho dispositivo adaptado para recibir un ensamblaje de recipientes de múltiples pocilios (2) con muestras en uno o varios recipientes (21, 22,..,2n), comprendiendo dicho recipiente una abertura (11) para la inserción de un ensamblaje de recipientes en dicho dispositivo, una cámara de medición (12) con un disipador térmico (13), un canal (14) que se extiende desde dicha abertura hasta dicha cámara de medición y una tapa (15) con un miembro de cierre (15a) para cerrar dicha abertura durante las mediciones, caracterizado porque dicha abertura (11) y canal (14) conduce horizontalmente a dicho dispositivo y porque la altura de dicha abertura, canal y la altura disponible de dicha cámara de medición se minimiza, pero es suficientemente alta para recibir un ensamblaje de recipientes (2) con una altura definida y conocida.

2.- Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la altura de dicha abertura, canal y cámara de medición supera la altura de dicho ensamblaje de recipientes en 5 mm o menos.

3.- Un dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha cámara de medición está hecha de una cavidad dentro de un primer cuerpo de metal, porque dicho canal está hecho de un orificio a través de un segundo cuerpo de metal y porque dicho primer y segundo cuerpos de metal están térmicamente aislados entre sí.

4.- Un dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho disipador térmico está hecho de un tercer cuerpo de metal posicionado dentro de dicha cavidad, y porque dicho tercer cuerpo de metal está térmicamente aislado de dicho primer cuerpo de metal.

- Un dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha cámara de medición se divide en una primera área, adaptada para el equilibrado de un ensamblaje de recipientes, y una segunda área, que contiene dicho disipador térmico y adaptada para recibir un ensamblaje de recipientes durante dicha medición.

6.- Un dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque sensores térmicos están posicionados sobre dicho disipador térmico de manera que cada recipiente individual dentro de un ensamblaje de recipientes está posicionado sobre un sensor térmico a medida que un ensamblaje de recipientes se coloca en dicha segunda área.

7.- Un dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la superficie superior de dicho tercer cuerpo de metal se divide en pilares, y porque uno de dichos sensores térmicos está posicionado encima de cada pilar.

8.- Un dispositivo según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque dichos sensores térmicos están accionados por resorte encima de dicho disipador térmico.

9.- Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque dicho primer y segundo cuerpo de metal y dicha tapa están adaptados para ser termostatizados a la misma temperatura.

1.- Un dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos cuerpos de metal están adaptados para mantenerse a temperatura constante a una temperatura experimental elegida para mediciones isotérmicas.

11.- Un dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la temperatura de dichos cuerpos de metal está adaptada para cambiarse durante un intervalo de temperatura elegido para mediciones de barrido.

12.- Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizado porque un recipiente exterior encierra dicho primer y segundo cuerpos de metal, y porque dicho recipiente está térmicamente aislado de dicho primer y segundo cuerpos de metal.

13.- Un dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho recipiente es un recipiente de Dewar.

14.- Un dispositivo según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque dicho recipiente exterior, con su primer y segundo cuerpos de metal, está posicionado dentro de una cámara exterior, y porque la temperatura dentro de dicha cámara exterior se mantiene a una temperatura menor que la de dicha cámara de medición.

15.- Un dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque que la temperatura en dicha cámara exterior está adaptada para estar en el orden de 5 °C o más por debajo de la temperatura en dicha cámara de medición.

16.- Un dispositivo según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque la altura de dicho canal y la altura disponible de dicha cámara de medición es adaptable a la altura de diferentes ensamblajes de recipientes.

17.- Un método para medir el flujo de calor de al menos una muestra en un ensamblaje de recipientes de múltiples pocilios, por medio de un dispositivo como se define en la reivindicación 1, caracterizado por transportar dicho ensamblaje de recipientes en una dirección horizontal a través de la abertura y el canal, y en la cámara de medición de dicho dispositivo.

18.- Un método según la reivindicación 17, caracterizado porque dicho ensamblaje de recipientes se deja equilibrar en dicho canal antes de ser transportado a dicha cámara de medición, porque dicho ensamblaje de recipientes se deja equilibrar en una primera área dentro de dicha cámara de medición antes de ser transportado a una segunda área, que contiene dicho disipador térmico y adaptada para recibir un ensamblaje de recipientes para mediciones, y porque dicho ensamblaje de recipientes se deja equilibrar en dicha segunda área antes del inicio de dicha medición.

19.- Método según la reivindicación 18, caracterizado porque dicho ensamblaje de recipientes se deja equilibrar durante un periodo de tiempo en el orden de 1 minutos en dicho canal y dicha primera área, y durante un periodo de tiempo en el orden de 3 minutos en dicha segunda área.

2.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque dicho canal y cámara de medición se mantienen constantes a una temperatura experimental elegida para mediciones isotérmicas.

21.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque la temperatura de dicho canal y cámara de medición se cambia durante un intervalo de temperatura elegido para mediciones de barrido.

22.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque al menos uno de dichos recipientes se usa como recipiente de referencia, y porque dicho recipiente de referencia se carga con material inerte.

23.- Un método según la reivindicación 22, caracterizado porque la mitad de dichos recipientes se usan como recipientes de referencia y la mitad de dichos recipientes se usan para muestras.

24.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, caracterizado porque la temperatura dentro de una cámara exterior se mantiene a una temperatura menor que la de dicha cámara de medición, en el que un recipiente exterior que encierra, y está térmicamente aislado de, dicho primer y segundo cuerpos de metal, está posicionado dentro de dicha cámara exterior.

- Un método según la reivindicación 24, caracterizado porque la diferencia de temperatura entre dicha cámara exterior y dicha cámara de medición está en el orden de 5 °C o más.