ЗАЩИТА БИОАНАЛИТИЧЕСКИХ КАМЕР ДЛЯ ПРОБЫ Российский патент 2014 года по МПК B01L9/00 G01N1/10 G01N33/48 

Область техники

Это изобретение относится к устройству для выполнения биоаналитической переработки и анализа. В частности настоящее изобретение относится к биоаналитическому реакционному устройству и его картриджу. Этот картридж содержит по меньшей мере одну камеру для пробы для хранения биологических проб, которые биоаналитическое реакционное устройство может обрабатывать и анализировать.

Уровень техники

Один пример биоаналитической реакции представляет собой ДНК-полимеразную цепную реакцию. Полимеразная цепная реакция (PCR) представляет собой технологию, которая обеспечивает амплификацию и обнаружение последовательностей полинуклеотидов. Эта технология имеет широкий спектр применений, включающий анализ последовательности ДНК, обнаружение генетических мутаций, диагностики вирусных инфекций и многие другие. С помощью PCR определенная последовательность мишеней или нить ДНК может быть экспоненциально амплифицированной. Полимеразная цепная реакция содержит повторяющиеся циклы денатурации мишеней при нагревании пробы, праймер, отжигающийся при более низкой температуре, и опосредованное полимеразой вытягивание при ненамного более высокой температуре. На последнем этапе ДНК-полимераза синтезирует новую нить ДНК дополнительно к матричной цепи ДНК. При оптимальных условиях количество нитей мишеней ДНК дублируется.

Помимо PCR известны другие биоаналитические реакции, например лигазная цепная реакция. В общем, некоторые импортные биоаналитические способы зависят от изменения температуры пробы регулируемым образом. В связи с этим имеется необходимость в автоматизации этих способов.

В уровне технике известны некоторые механические и автоматизированные биоаналитические реакционные устройства. Определенные устройства используют картридж для хранения биологических проб так, что в одном картридже может временно храниться одна или более биологических проб, в то время как биологические пробы в другом картридже могут обрабатываться в биоаналитическом реакционном устройстве. Оператору необходимо только удалять один картридж из устройства и вставлять другой картридж в устройство.

Такие картриджи имеют различные интерфейсы, как, например, один или более интерфейсов для нагревания пробы в картридже, так же как и один или более интерфейсов для оптического считывания результата реакции, которая, например, обозначается определенным цветом пробы или определенными освещающими веществами.

Конкретнее, обрабатываемые пробы хранятся в одной или более камерах в картридже. В общем, интерфейс обеспечен стенкой одной из камер, посредством которой проба может быть нагрета и проанализирована. Если должно выполняться оптическое считывание, камере требуется просвечивающая стенка в качестве интерфейса.

Сущность изобретения

Может возникнуть проблема в том, что такие интерфейсы могут повреждаться или становиться грязными. В особенности, когда оператор берет руками такой картридж, имеется возможность, что он дотрагивается до картриджа в месте расположения интерфейса. Интерфейс в форме тонкой стенки может быть уже поврежден усилием, приложенным пальцем. К тому же таким образом могут оседать на интерфейсе пот или жир. Поврежденный или загрязненный интерфейс может приводить к утечке из картриджа или искажению оптического обнаружения.

Задачей изобретения является обеспечение неповреждаемого и чистого картриджа.

По примерному варианту выполнения изобретения обеспечен картридж для биоаналитического реакционного устройства, причем этот картридж содержит по меньшей мере одну камеру для пробы, причем по меньшей мере одна камера для пробы имеет стенку, посредством которой эта проба может быть обработана или проанализирована биоаналитическим реакционным устройством, в котором картридж содержит корпус и платформу, причем платформа содержит по меньшей мере одну камеру для пробы, при этом платформа соединена с корпусом с возможностью перемещения так, что платформа является перемещаемой между убранным положением, в котором стенка защищена корпусом, и выдвинутым положением, в котором стенка находится снаружи корпуса.

Такой картридж защищен от возникновения повреждения или загрязнения без излишнего осложнения конструкции картриджа и биоаналитического реакционного устройства.

Понятно, что здесь выражение «картридж» используется для каждого вида устройства, способного соединяться с биоаналитическим реакционным устройством. Например, картридж может быть державкой, магазином, кассетой или подложкой.

По меньшей мере одна камера для пробы размещена на платформе (или диске, или подложке), которая может выдвигаться из картриджа. В убранном положении камера для пробы находится внутри корпуса картриджа. Следовательно, камера защищена от получения повреждения или загрязнения. Для использования платформа выдвигается из картриджа, например для ее доступа к интерфейсу с нагревателями и оптическими датчиками биологического реакционного устройства.

Стенка по меньшей мере одной камеры для пробы может быть нагревающим интерфейсом или, если стенка является просвечивающей (по меньшей мере для некоторой длины волны), оптическим интерфейсом для взаимодействия с компонентами биоаналитического реакционного устройства, такого как нагреватель или оптический датчик.

По дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором по меньшей мере одна камера для пробы соединена с каналом для заполнения по меньшей мере одной камеры для пробы, причем этот канал оканчивается вблизи исполнительного средства.

«Вблизи» может быть понято как относящееся к длине одного из следующих интервалов: [0, 15 мм], [0, 10 мм], [0, 5 мм].

По меньшей мере одна камера для пробы соединена с каналом для заполнения и отвода по меньшей мере одной камеры для пробы текучих сред, такими как раствор, в котором растворена проба. Вместо канала может быть использовано всякое средство, выполненное с возможностью проводить текучую среду от одной точки в другую, как, например, трубопровод, труба или рукав. Один конец канала может быть соединен с трубопроводом биоаналитического реакционного устройства, которое может нагнетать текучую среду по трубопроводу в камеру для пробы. Этот конец канала представляет собой часть текучего интерфейса картриджа.

Размещение этого конца канала вблизи исполнительного средства имеет преимущество в том, что механическое соединение для перемещения платформы и соединение по текучей среде могут быть объединены в одном компоненте картриджа.

По дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором часть канала размещена внутри исполнительного средства. Канал может быть размещен в валу для вращения платформы или в шпинделе для перемещения платформы. Это предоставляет одну возможность объединения механического и соединения по текучей среде картриджа. Дополнительно, по меньшей мере одна камера для пробы может быть заполнена независимо от положения платформы.

По дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором стенка размещена на передней стороне платформы, причем платформа имеет вторую сторону, противоположную первой стороне, и причем платформа в выдвинутом положении доступна с первой стороны и второй стороны биоаналитическому реакционному устройству для переработки или анализа пробы. Проба внутри по меньшей мере камеры для пробы может быть переработана или проанализирована одинаково с двух сторон платформы.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором по меньшей мере один размер картриджа с платформой в выдвинутом положении больше этого размера картриджа с платформой в убранном положении. В связи с этим картридж с платформой в убранном положении может легко храниться.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором платформа соединена с возможностью вращения с корпусом. Предпочтительно, исполнительное средство представляет собой вал, при этом платформа соединена с валом для вращения платформы вокруг оси вращения. Более предпочтительно, вал продолжается до отверстия в корпусе. Таким образом, может быть легко установлено механическое соединение исполнителя биоаналитического реакционного устройства с картриджем для вращения платформы. Дополнительно, отверстие в корпусе может обеспечивать направляющую для вала, а значит и для платформы.

Альтернативно по дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором платформа соединена с возможностью скольжения с корпусом. Исполнительное средство может быть шпинделем для поступательного перемещения платформы из убранного положения в выдвинутое положение.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения, обеспечен картридж, в котором платформа имеет форму пластины, которая в убранном положении размещена между первой стенкой и второй стенкой корпуса. Платформа в форме пластины, т.е. компонент с одним размером намного меньшим двух других размеров в различных направлениях, может быть обеспечена более чем одной камерой для пробы, при этом все камеры пробы легкодоступны биоаналитическому реакционному устройству.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором стенка по меньшей мере одной камеры для пробы тонкая. Для уменьшения термического барьера стенка может быть тонкой и может, например, быть фольгой с высокой теплопроводностью. Здесь, касательно тонкой стенки, имеется в виду стенка, которая имеет толщину менее около 200 мкм. Тонкая стенка может также оптимизировать пропускную способность оптического интерфейса по меньшей мере одной камеры для пробы.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечен картридж, в котором по меньшей мере одна камера для пробы образована отверстием в платформе, которое покрывается фольгой или тонким слоем, образующим тонкую стенку.

Другим объектом изобретения является биоаналитическое реакционное устройство, имеющее щель или приемник для приема картриджа, содержащего исполнитель для выдвижения и уборки платформы картриджа. Исполнитель может быть шаговым двигателем.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечено биоаналитическое реакционное устройство, имеющее емкость для заполнения по меньшей мере одной камеры для пробы, причем емкость является соединяемой с по меньшей мере одной камерой для пробы по трубопроводу, оканчивающемуся в механическом соединении исполнителя с исполнительным средством для перемещения платформы. Внутри механического соединения также может находиться соединение по текучей среде биоаналитического реакционного устройства с картриджем. Текучий интерфейс или соединение по текучей среде биоаналитического реакционного устройства и механическое соединение объединены в одном компоненте.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечено биоаналитическое реакционное устройство, имеющее датчик присутствия картриджа для обнаружения присутствия и/или корректной вставки картриджа в щель. Только когда картридж присутствует в щели, биоаналитическое реакционное устройство будет воздействовать на трубопровод для заполнения камеры для пробы. Иначе текучие среды могут загрязнить внутреннюю область биоаналитического реакционного устройства.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обеспечено биоаналитическое реакционное устройство, которое выполнено с возможностью приводить в действие исполнитель для перемещения платформы в выдвинутое положение, когда датчик присутствия картриджа обнаруживает присутствие картриджа в щели.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из следующего описания и разъяснены путем ссылки на описываемый далее вариант выполнения.

Краткое описание чертежей

Ниже вариант выполнения настоящего изобретения описан более подробно со ссылкой на приложенные чертежи

Фиг.1 показывает вид в перспективе картриджа для биоаналитического реакционного устройства с платформой в убранном положении.

Фиг.2 показывает вид в перспективе картриджа на фиг.1 с платформой в выдвинутом положении.

Фиг.3 показывает схематический вид в поперечном сечении частей платформы на фиг.2.

Фиг.4 представляет собой схематический вид сверху на платформу на фиг.2.

Фиг.5 показывает схематическое изображение функциональных компонентов биоаналитического реакционного устройства.

Подобное описание вариантов выполнения

Фиг.1 показывает вид в перспективе картриджа 10 для биоаналитического реакционного устройства. Картридж 10 имеет корпус 12 с верхней крышкой или стенкой 14 и нижней крышкой или стенкой 16. Понятно, что выражение «верхняя» и «нижняя» используются с целью упрощения и не предназначены для ограничения. Например, картридж 10 может быть вставлен в биоаналитическое реакционное устройство не в показанном направлении, а в вертикальном направлении.

Фиг.1 показывает платформу 30 в убранном положении. Платформа 30 соединена с возможностью вращения с корпусом 12 посредством вала 32 как исполнительного механизма. Вал 32 направляется отверстием 33 в верхней крышке 14. Вращением вала 32 вокруг оси А вращения платформа 30 может выдвигаться из корпуса 12 картриджа 10.

Фиг.2 показывает вид в перспективе картриджа 10 с платформой 30 в выдвинутом положении. Платформа 30 вышла из корпуса 12 через щель 18 в корпусе 12 между верхней крышкой 14 и нижней крышкой 16. Дополнительным вращением вала 32 в противоположном направлении вокруг оси А вращения платформа 30 может быть снова убрана в корпус 12. В убранном положении платформа 30 защищена от повреждения или загрязнения. В выдвинутом положении платформа 30 может быть доступна исполнителям, например нагревателю и датчику биоаналитического реакционного устройства.

Дополнительно, на фиг.2 может быть видно, что платформа 30 содержит пять камер 34 для проб.

Фиг.3 показывает схематический вид в поперечном сечении частей платформы 30. В частности, левая сторона чертежа показывает вид в поперечном сечении камеры 34 для пробы, правая сторона чертежа показывает вид в поперечном сечении окрестности оси А вращения.

Платформа 30 содержит пластину 38, которая может быть изготовлена из пластмассы. Для каждой камеры 34 для пробы имеется отверстие 36 в пластине 38. На одной первой стороне пластины 38 наложена первая или верхняя фольга 40. Например, верхняя фольга 40 может быть приклеена к пластине 38. В показанном варианте выполнения верхняя фольга 40 имеет толщину около 100 мкм. В этой области отверстия 36 верхняя фольга 40 образует тонкую стенку камеры для пробы, причем эта тонкая стенка представляет собой нагревающий интерфейс 44 камеры 34 для пробы. Если источник нагревания или охлаждения размещен снаружи камеры 34 для пробы в области нагревающего интерфейса 44, тепло может быть перенесено во внутреннюю область камеры 34 для пробы или выходить из нее.

На другой второй стороне пластины 38, противоположной первой стороне, накладывается вторая или нижняя фольга 42 просвечивающего материала. Нижняя фольга 42 может быть приклеена или каким-либо другим образом соединена с пластиной 38. К тому же нижняя фольга 42 имеет толщину около 100 мкм. В области отверстия 34 нижняя фольга 42 образует оптический интерфейс 46 камеры 34 для пробы. В этой области свет может проникать в просвечивающую нижнюю фольгу 42. Свет, пришедший из внутренней области камеры для пробы, может быть обнаружен оптическим датчиком, размещенным вблизи оптического интерфейса 46 камеры 34 для пробы.

Дополнительно, фиг.3 показывает первый канал 48, образованный канавкой или выемкой в поверхности пластины 38 и покрытый верхней фольгой 40. Таким же образом второй канал 50 образован соединяющим камеру 34 для пробы с третьим каналом 52 внутри вала 32.

Понятно, что имеются другие возможности для образования камеры 34 для пробы и каналов 48, 50, 52 внутри платформы 30. Например, платформа 30 может быть изготовлена из двух частей, зеркально симметричных и имеющих отверстия и канавки, которые образуют камеры для пробы и каналы, когда эти две части соединены друг с другом. Дополнительно, возможно обеспечивать пластину 30 гнездами. Камеры для пробы могут быть образованы на пластине с помощью фольги или тонкого слоя, покрывающего эти гнезда. В этом случае такие камеры для пробы будут иметь только один интерфейс.

На фиг.4, представляющей схематический вид сверху на платформу 30, может быть видно, что камеры 34 для проб соединены по текучей среде посредством каналов 48, 50 с каналами 52, образованными в валу 32 вблизи оси А вращения. По каналам 48 и 50 каждая камера 34 для пробы может быть заполнена растворами, например раствором, содержащим фрагменты ДНК, подлежащие анализу или амплификации. К тому же камеры 34 для проб могут быть выполнены проводящими газ, например воздух, или другие растворы или жидкости, например воду, через каналы 48, 50 в камеру 34 для пробы.

Вал 32 с каналами 52 представляет собой текучий интерфейс 54 платформы 30.

Так как текучий интерфейс 54 находится вблизи оси А вращения, он может быть доступен в пределах механического соединения биоаналитического реакционного устройства для вращения платформы 30. Поэтому механическое соединение и соединение по текучей среде объединены, и количество соединений между картриджем 10 и биоаналитического реакционного устройства уменьшается.

Фиг.5 показывает схематическое изображение биоаналитического реакционного устройства 60. Биоаналитическое реакционное устройство 60 имеет щель 62 для приема картриджа 10. С помощью исполнителя 64, например шагового двигателя, который соединен с возможностью вращения с валом 32, платформа 30 может выдвигаться из картриджа 10 в выдвинутое положение и возвращаться в убранное положение. Фиг.5 показывает платформу 30 в выдвинутом положении. Трубопроводы 70 для текучей среды соединены с впусками и выпусками, объединенными с механическим соединением 66. Впуски и выпуски устанавливаются в их соответствующие сопряженные части, образованные в валу 32. Нагнетающий и вытесняющий механизм 68 может заполнять камеры 34 для пробы в платформе 30. Биоаналитическое реакционное устройство имеет один или более нагревателей 72 для нагревания пробы внутри камер 34 для проб с первой стороны платформы 30 и один или более оптических датчиков 74 для анализа, света, испускаемого из внутренней области камер 34 для пробы со второй стороны платформы 30.

С помощью регулятора 76, который соединен с помощью трубопроводов 78 управления с исполнителем 64, нагнетающим и вытесняющим механизмом 68, нагревателем 72 и оптическим датчиком 74, биоаналитическое реакционное устройство 60 может управлять анализом и обработкой пробы в камерах для пробы автоматическим образом. Например, биоаналитическое реакционное устройство 60 может проводить вышеупомянутую PCR процедуру.

Дополнительно, возможно, что биоаналитическое реакционное устройство 60 управляет выдвижением и уборкой платформы 30 автоматическим образом. Когда оператор вставляет картридж 10 в щель 62, механический датчик 80 обнаруживает присутствие картриджа 10. Альтернативно, обнаружение может быть выполнено с помощью оптического датчика. С этим введением регулятор 76 поручает исполнителю 64 вращать платформу 30 в выдвинутое положение. Затем регулятором 76 могут быть выполнены некоторые переработки, например заполнение камер различными растворами, нагревание камер 34 для пробы и анализ света, исходящего от камер 34 для пробы. Когда переработка и анализ выполнены, контроллер 76 поручает исполнителю 64 вращать платформу 30 обратно в убранное положение, при этом оператор может удалять картридж 10 из биоаналитического реакционного устройства 60.

Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и описано подробно в чертежах и вышеуказанном описании, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться иллюстративно или примерно и не ограничивающими изобретение, которое не ограничивается раскрытыми вариантами выполнения. Любые изменения в раскрытом варианте выполнения могут быть поняты и выполнены специалистом в области техники, при этом осуществляя на практике заявленное изобретение, исходя из изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения выражение «содержащее» не исключает другие элементы или этапы. Одиночный процессор или регулятор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные измерения перечисляются во взаимоотличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что объединение этих измерений не может быть использовано для пользы. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться, как ограничивающие объем изобретения.

Изобретение относится к картриджу для биоаналитического реакционного устройства. Картридж содержит по меньшей мере одну камеру для пробы, имеющую стенку, через которую эта проба может быть обработана или проанализирована биоаналитическим реакционным устройством. Картридж содержит также корпус и платформу, причем платформа содержит указанную по меньшей мере одну камеру для пробы и соединена с возможностью перемещения с корпусом так, что приведением в действие исполнительного средства платформа способна перемещаться между убранным положением, в котором стенка защищена корпусом, и выдвинутым положением, в котором стенка находится снаружи корпуса. При этом биоаналитическое реакционное устройство имеет щель для приема картриджа, содержит исполнитель для выдвижения и убирания платформы. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении защиты пробы от загрязнения и повреждения без излишнего осложнения конструкции картриджа. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Картридж (10) для биоаналитического реакционного устройства (60), причем картридж (10) содержит по меньшей мере одну камеру (34) для пробы, причем указанная по меньшей мере одна камера (34) для пробы имеет стенку, через которую эта проба может быть обработана или проанализирована биоаналитическим реакционным устройством (60),
при этом картридж (10) содержит корпус и платформу (30), причем платформа (30) содержит указанную по меньшей мере одну камеру (34) для пробы,
при этом платформа (30) соединена с возможностью перемещения с корпусом так, что приведением в действие исполнительного средства платформа (30) способна перемещаться между убранным положением, в котором стенка защищена корпусом, и выдвинутым положением, в котором стенка находится снаружи корпуса.

2. Картридж (10) по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (34) для пробы соединена с каналом для заполнения указанной по меньшей мере одной камеры (34) для пробы, причем канал оканчивается вблизи исполнительного средства.

3. Картридж (10) по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (34) для пробы соединена с каналом для заполнения указанной по меньшей мере одной камеры (34) для пробы, причем часть канала размещена внутри исполнительного средства.

4. Картридж (10) по п.1, в котором стенка размещена на первой стороне платформы (30), причем платформа (30) имеет вторую сторону, противоположную первой стороне, и причем платформа в выдвинутом положении доступна с первой стороны и второй стороны биоаналитическому реакционному устройству (60) для обработки или анализа пробы.

5. Картридж (10) по п.1, в котором по меньшей мере один размер картриджа (10) с платформой (30) в выдвинутом положении больше этого размера картриджа (10) с платформой (30) в убранном положении.

6. Картридж (10) по п.1, в котором платформа соединена с корпусом с возможностью вращения.

7. Картридж (10) по п.6, в котором исполнительное средство представляет собой вал, при этом платформа соединена с валом для вращения платформы (30) вокруг оси вращения.

8. Картридж (10) по п.1, в котором платформа соединена с корпусом с возможностью скольжения.

9. Картридж (10) по п.1, в котором платформа имеет форму пластины, которая в убранном положении размещена между первой стенкой и второй стенкой корпуса.

10. Картридж (10) по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (34) для пробы образована отверстием в платформе (30), которое покрыто фольгой, образующей стенку.

11. Биоаналитическое реакционное устройство (60), имеющее щель для приема картриджа (10) по п.1, содержащее исполнитель для выдвижения и убирания платформы (30) картриджа (10).

12. Биоаналитическое реакционное устройство (60) по п.11, в котором исполнитель представляет собой двигатель.

13. Биоаналитическое реакционное устройство (60) по п.12, имеющее емкость для заполнения указанной по меньшей мере одной камеры (34) для пробы, причем емкость соединена с указанной по меньшей мере одной камерой (34) для пробы по трубопроводу, оканчивающемуся в механическом соединении исполнителя с исполнительным средством для перемещения платформы (30).

14. Биоаналитическое реакционное устройство (60) по п.11, имеющее датчик присутствия картриджа для обнаружения присутствия картриджа (10) в щели.

15. Биоаналитическое реакционное устройство (60) по п.14, которое выполнено с возможностью приводить в действие исполнитель для перемещения платформы (30) в выдвинутое положение, когда датчик присутствия картриджа обнаруживает присутствие картриджа (10) в щели.