ПРОБИРКИ В СТРИПЕ Российский патент 2021 года по МПК B01L3/14 

Изобретение относится к лабораторной посуде, в частности к пластмассовым микропробиркам в стрипах, и может быть использовано для проведения многоступенчатых биохимических анализов с использованием катализаторных элементов термоциклирования, в том числе анализов ПЦР с использованием амплификатора.

Из уровня техники известны пробирки в стрипах (патент CN102925342). Пробирки в стрипе соединены между собой перемычками. К пробиркам прикреплены крышки, при этом количество крышек в стрипе соответствует количеству пробирок. При установке крышек в пробирки направляющая втулка крышки входит в горлышко пробирки с натягом.

Недостатком известного изделия является низкая скорость проведения реакций термоциклирования.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение указанных недостатков, повышение удобства использования в амплификаторе при проведении анализа по методу ПЦР при работе с большим количеством образцов, что позволяет ускорить процесс установки пробирок в термоблок.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эксплуатационных характеристик пробирок в стрипе за счет существенного ускорения анализов, повышения надежности проведения анализов и точности результатов анализа, в том числе методом ПЦР, повышения прочности пробирок в стрипе, а также удобства в эксплуатации.

Технический результат достигается за счет использования пробирок в стрипах, изготовленных методом литья и состоящих из ряда последовательно соединенных пробирок, каждая пробирка содержит корпус и крышку, соединенную с корпусом посредством гибкой перемычки; корпус открыт с одной стороны и выполнен цилиндрической формы, переходящей в коническую, сужающейся ко дну корпуса (закрытому концу), причем толщина конической стенки корпуса составляет 0,25 мм, при этом пробирки связаны между собой соединительными перемычками; отношение толщины дна к толщине конической стенки корпуса составляет 2÷3; крышка содержит кольцеобразный элемент, выполненный с возможностью вхождения в корпус пробирки с открытой стороны с натягом при закрытии пробирки крышкой.

Вверху цилиндрической части корпуса (часть корпуса у открытой стороны, выполненной цилиндрической формы) может быть выполнено уплотнительное кольцо с кольцевой канавкой по его окружности, а на крышке может иметься кольцеобразный элемент с кольцевым буртиком, для вхождения в уплотнительное кольцо в отверстии корпуса с натягом и защелкивания крышки в корпусе пробирки при размещении буртика в канавке.

Крышка может быть выполнена с козырьком.

Изготовление пробирок в стрипах существенно упрощают и ускоряют процесс проведения анализа в амплификаторе при необходимости анализа большого количества проб.

Пробирки могут быть выполнены из полимерного материала, например, из полиэтилена или полипропилена бесцветными (прозрачными) для упрощения визуального осмотра или в белом цвете для увеличения флуоресцентного сигнала, или в цветном исполнении для легкой идентификации проб, что дополнительно упрощает процесс анализа, повышает его надежность и точность и, как следствие, приводит к повышению эксплуатационных характеристик пробирок в стрипе.

Гибкая перемычка может быть выполнена с отверстиями, что приводит при открывании/закрывании к смягчению и ослаблению упругости и жесткости гибкой перемычки до оптимального значения, обеспечивая достаточную эластичность перемычки при сохранении упругости и жесткости, что дополнительно способствует упрощению и ускорению процесса открывания/закрывания крышки, также повышаются эксплуатационные характеристики пробирки.

Соединительные перемычки, связывающие пробирки в стрипе между собой выполнены с симметричными отверстиями для упрощения их разъединения при необходимости.

Выполнение внутреннего края крышки с козырьком смягчает взаимодействие пальца с крышкой, что упрощает и ускоряет процесс открывания/закрывания крышки, что дополнительно улучшает эксплуатационные характеристики изобретения.

Стенки корпуса пробирки выполнены очень тонкими, с толщиной 0,25 мм. Эта толщина является оптимальной, что позволяет достичь существенного ускорения проведения анализа по методу ПЦР (длительность анализа составляет 1,5 минуты) за счет обеспечения равномерного, оптимального и быстрого теплопереноса при сохранении необходимых прочностных характеристик пробирки, что приводит к достижению надежности пробирки в процессе эксплуатации и, как следствие, к высокой надежности выполнения анализа и точности результатов. В результате обеспечивается повышение эксплуатационных характеристик.

Изготовление пробирок с очень тонкой стенкой (например, 0,25 мм) является технологически сложной задачей, при этом, уменьшение толщины стенок в процессе производства ведет к потере их жесткости (к потере жесткости каркаса пробирок). Кроме того, уменьшение толщины стенок пробирок до 0,25 мм также может приводить к нарушению их целостности и, как следствие, к потере герметичности пробирок при закрытии их крышками. В результате существенно снижается точность результатов анализа.

Изготовление стрипов с пробирками методом литья позволяет существенно повысить точность изготовления элементов стрипов и пробирок в них. Таким образом, элементы пробирок получают с заданными размерами с высокой точностью, в результате чего внутренний диаметр открытой части пробирок соотносится с внешним диаметром кольцеобразного элемента крышек с высокой точностью и кольцеобразный элемент крышки очень плотно, с натягом, входит в пробирку с открытой стороны при закрытии пробирки крышкой. Таким образом, элементы выполняются плотно примыкающими друг к другу. Все это позволяет значительно повысить герметичность закрытых крышками пробирок, снизить испарение их содержимого в процессе термоциклирования, что приводит к повышению точности результатов анализа.

Как было указано выше, получение пробирок с максимально тонкой стенкой (0,25 мм) – задача технически сложная. Для получения конической части с толщиной стенки 0,25 мм с сохранением жесткости, прочности стенки, ее целостности и герметичности при закрытии крышкой, стрип с пробирками изготавливают методом литья, в процессе которого формируют дно и коническую стенку пробирок таким образом, чтобы отношение толщины дна к толщине конической стенки корпуса составляло 2÷3.

Выполнение корпуса с отношением толщины дна к толщине конической стенки корпуса - 2÷3 является важным условием. При таком соотношении обеспечивается целостность дна при отрыве литниковой части в процессе производства стрипа пробирок при сохранении минимальной толщины стенок конической части. Таким образом достигается герметичность дна и корпуса пробирки в целом, что приводит к повышению надежности проведения анализов при их высокой скорости и, следовательно, к повышению эксплуатационных характеристик. При несоблюдении данного соотношения нарушается целостность дна пробирки или утолщение стенки.

Наличие на внутренней стороне цилиндрической части корпуса уплотнительного пояса с кольцевой канавкой, выполненной по окружности пояса, и кольцевого буртика на кольцеобразном элементе крышки, позволяет при закрытии крышки осуществлять посадку кольцеобразного элемента в уплотнительное кольцо с натягом и герметично защелкнуть крышку на корпусе пробирки. Это позволяет достичь надежного прочного закрытия пробирки крышкой, в результате чего исключается внезапное открытие крышки или значительное испарение содержимого пробирки в процессе анализа ПЦР а, следовательно, повышается точность и надежность результатов анализа, что приводит к дополнительному повышению эксплуатационных характеристик стрипа с пробирками.

Выполнение пробирки в соединении с крышкой упрощает процесс эксплуатации (и проведения анализа), поскольку крышка всегда находится у пробирки, и при необходимости закрытия пробирки данная процедура ускоряется, также исключается риск падения крышки на пол при неудачной попытке закрытия пробирки, что существенно повышает эксплуатационные характеристики изобретения.

Изобретение поясняется фигурами 1-4.

На фиг. 1 представлены пробирки в стрипе, вид 3/4.

На фиг. 2 представлены пробирки в стрипе, вид сверху.

На фиг. 3 представлен вертикальный разрез пробирки из стрипа.

На фиг. 4 представлен фрагмент разреза пробирки, закрытой крышкой, демонстрирующий фиксацию крышки в пробирке за счет буртика и канавки.

На фигурах позициями 1-13 показаны:

1 - микропробирка (пробирка),

2 - цилиндрическая часть корпуса,

3 - коническая часть корпуса,

4 - крышка,

5 - кольцеобразный элемент,

6 - гибкая перемычка,

7 - закрытый конец (дно) корпуса,

8 - уплотнительное кольцо (пояс),

9 - соединительная перемычка,

10 - отверстия в соединительной перемычке,

11 - козырек,

12 - канавка,

13 - буртик.

Пример реализации изобретения

Стрип, изображенный на фиг. 1 и 2, содержит 8 микропробирок объемом 0,2 мл для анализа ПЦР. Каждая микропробирка 1 (фиг. 3) содержит корпус, имеющий цилиндрическую часть 2, переходящую в коническую часть корпуса 3, суженную к закрытому концу (дну) 7. Корпус пробирок имеет ультратонкие, равномерные по толщине стенки. Толщина стенки корпуса пробирок в конической части составляет 0,25 мм. Дно корпуса пробирок выполнен с толщиной 0,7 мм. Таким образом, отношение толщины дна к толщине стенки в конической части составляет К=0,7/0,25=2,8. На внутренней поверхности цилиндрической части, у открытой стороны пробирки, расположен уплотнительный пояс 8 с кольцевой канавкой 12, проходящей по окружности пояса 8. Каждая микропробирка 1 в стрипе имеет соединенную с ней гибкой перемычкой 6 защелкивающейся плоской крышкой 4. Крышка имеет козырек 11. На внутренней стороне крышки 4 выполнен кольцеобразный элемент 5, имеющий кольцевой буртик 13 по краю, выполненный для защелкивания в канавке 12. Внешний диаметр кольцеобразного элемента 5 близок внутреннему диаметру уплотнительного пояса 8, за счет чего кольцеобразный элемент 5 входит в корпус при закрывании крышки с натягом, а за счет буртика 13 крышка 4 защелкивается в канавке 12 внутри корпуса. Микропробирки в стрипе связаны между собой соединительными перемычками 9, имеющими симметричные отверстия 10. Корпус микропробирок выполнен из ультрачистого полипропилена белого цвета и оптимизированного для использования пробирок при проведении ПЦР. Крышки выполнены из оптически прозрачного материала (например, полипилена марки РР4445S). Расстояние между лунками (открытая сторона пробирок) одинаковое и стандартное, что обеспечивает совместимость стрипа с многоканальным дозатором.

Для проведения анализа биологических проб для определения коронавирусной инфекции covid-19 по методу ПЦР, предварительно в стрип из 8 пробирок 1 с помощью многоканального дозатора вносят реагенты и плотно закрывают пробирки 1 крышками 4, при этом кольцеобразный элемент 5 крышки 4 входит в корпус при закрывании крышки с натягом, а буртик 13 входит в канавку 12 на уплотнительном поясе 8 и крышка 4 защелкивается на корпусе пробирки 1. Возможность плотного закрытия пробирок крышками значительно снижает риск перекрестной контаминации между пробами, в результате открытия крышек, обусловленного повышением давления паров в пробирке при термоцикливовании, что существенно повышает точность результатов анализа.

Далее стрип устанавливают в реакционный блок амплификатора, в котором осуществляют ПЦР.

Поскольку корпус был выполнен из полипропилена белого цвета, а крышки – из оптически прозрачного материала, то при проведении ПЦР детектировали флуоресценцию.

Процесс ПЦР предполагает цикличное нагревание пробы. При этом выполнение пробирок с толщиной стенок в конической части 0,25 мм оказалось оптимальным, что позволило существенно сократить время проведения анализа до 1,5 минут, с учетом того, что при использовании известных стрипов с пробирками с более толстыми стенками пробирок требуется длительное временя анализа – 30-35 минут. Равномерные, ультратонкие стенки с толщиной 0,25 мм обеспечили равномерный и оптимальный теплоперенос, одинаковый для каждого образца.

Экспериментально было установлено, что испарение реагентов в процессе ПЦР составило не более 3%, что существенно повысило точность исследования.

Изобретение относится к лабораторной посуде, в частности к пластмассовым микропробиркам в стрипах, и может быть использовано для проведения многоступенчатых биохимических анализов с использованием катализаторных элементов термоциклирования, в том числе анализов ПЦР с использованием амплификатора. Стрип с пробирками изготовлен методом литья и состоит из ряда последовательно соединенных пробирок, каждая пробирка содержит корпус и крышку, соединенную с корпусом посредством гибкой перемычки; корпус открыт с одной стороны и выполнен цилиндрической формы, переходящей в коническую, сужающейся ко дну корпуса, причем толщина конической стенки корпуса составляет 0,25 мм, при этом пробирки связаны соединительными перемычками, а отношение толщины дна к толщине конической стенки корпуса составляет 2÷3; крышка содержит кольцеобразный элемент, выполненный с возможностью вхождения в корпус пробирки с открытой стороны с натягом при закрытии пробирки крышкой. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик пробирок в стрипе за счет существенного ускорения анализов, повышения надежности проведения анализов и точности результатов анализа, в том числе методом ПЦР, повышения прочности пробирок в стрипе, а также удобства в эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пробирки в стрипах, характеризующиеся тем, что стрип изготовлен методом литья и состоит из ряда последовательно соединенных пробирок, каждая пробирка содержит корпус и крышку, соединенную с корпусом посредством гибкой перемычки; корпус открыт с одной стороны и выполнен цилиндрической формы, переходящей в коническую, сужающейся ко дну корпуса, причем толщина конической стенки корпуса составляет 0,25 мм, при этом пробирки связаны соединительными перемычками, а отношение толщины дна к толщине конической стенки корпуса составляет 2 к 3; крышка содержит кольцеобразный элемент, выполненный с возможностью вхождения в корпус пробирки с открытой стороны с натягом при закрытии пробирки крышкой.

2. Пробирки в стрипах по п.1, характеризующиеся тем, что вверху цилиндрической части корпуса выполнено уплотнительное кольцо с кольцевой канавкой по его окружности, на крышке имеется кольцеобразный элемент с кольцевым буртиком для вхождения в уплотнительное кольцо в отверстии корпуса с натягом и защелкивания крышки в корпусе пробирки при размещении буртика в канавке.

3. Пробирки в стрипах по п.1, характеризующиеся тем, что крышка выполнена с козырьком.