DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con la industria dedicada a los sistemas biomédicos que usan métodos de análisis basados en tecnología microfluídica.

Más particularmente, la presente invención está referida a un dispositivo actuador y sistema para el control de procesos analíticos que usan chips analíticos basados en tecnología microfluídica y electrónica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los avances en tecnología microfluídica han revolucionado los procesos de análisis clínicos en general y, en particular, la biología molecular en los procedimientos de análisis enzimáticos (por ejemplo, la glucosa y los ensayos de lactato), la proteómica, el análisis de ADN y la patología clínica, sobre todo por su rápido diagnóstico de enfermedades. La ¡dea básica de los (bio)chips microfluídicos es integrar las operaciones de ensayo, como la detección, así como pre-tratamiento de muestra y la preparación de la muestra en un chip (chip analítico). Estos chips o dispositivos microfluídicos son capaces de un muestreo continuo y en tiempo real de las pruebas, por ejemplo, muestras de fluido para análisis bioquímicos de toxinas y otros patógenos peligrosos. Así, entre las numerosas aplicaciones de los chips analíticos está la detección de secuencias genéticas asociadas al virus SARS- CoV-2, con un auge de la situación pandémica.

En el ámbito de los sistemas de análisis portables, se encuentran las soluciones basadas en matrices porosas funcionalizadas para la detección de diferentes analitos por afinidad; estas soluciones se denominan también ensayos de flujo lateral, y su resultado suele ser interpretado de manera visual por el usuario, al tener una reacción colorimétrica aislada en una zona concreta. Es por ello por lo que estos métodos se consideran cualitativos, y de fácil acceso para el usuario.

En la práctica habitual en el ámbito de la microfluídica, la adición de un seguimiento por imagen es una de las razones por las que estos sistemas son generalmente fabricados en sustratos transparentes. Sin embargo, este seguimiento por imagen suele realizarse mediante la integración del chip analítico dentro de lupas o microscopios comerciales, no existiendo ninguna comunicación entre el sistema de impulsión de los microfluídos (generalmente, bombas de jeringa o peristálticas) en el chip y el sistema utilizado para la lectura (a través de un sistema de visión) del chip. De esta manera, la información por imagen sólo sirve para la obtención de un resultado final, no pudiendo influir en el avance del proceso analítico.

Por otro lado, se encuentran desarrollos en los que el avance del frente fluídico dentro de la plataforma microfluídica se lleva a cabo mediante la generación de gradientes de presión acústica a lo largo del recorrido microfluídico, por medio de la adición de sensores y actuadores en la propia plataforma microfluídica, o bien, mediante la generación de diferentes potenciales eléctricos en sistemas microfluídicos digitales. Así, existen sistemas de impulsión basado en ondas acústicas para agrupaciones de microelectrodos (MEA: “MicroElectrode Arrays”) y también sistemas de impulsión para el desplazamiento de gotas del frente fluídico a lo largo de una interfaz electrónica en una plataforma tipo DMF o microfluídica digital (DMF: “Digital MicroFluidics”), que es una plataforma para sistemas de laboratorio en un chip (“lab-on-chip”) que se basa en la manipulación de microgotas.

En el estado del arte se encuentran diferentes acercamientos a un sistema de interfaz electrónica con chips microfluídicos: los anteriormente mencionados sistemas “lab-on-a- chip” y los sistemas MEAs de agrupaciones de microelectrodos. La realización más común de un sistema MEA es pocilio abierto con electrodos en fondo de vidrio (sistemas MEA transparentes) para conexión eléctrica con tejido cultivado en él y donde el seguimiento por imagen se realiza mediante microscopía. En los sistemas MEA de alta concentración de electrodos, la imagen del tejido se genera a partir de la señal eléctrica recibida por los diferentes electrodos del “array”. Por otra parte, los sistemas “lab-on-a-chip” se encuentran en auge en los últimos años, encontrando sistemas de análisis orientados a la realización diferentes ensayos, siguiendo distintos métodos de integración en función del tipo de proceso analítico. En el caso de las determinaciones que requieren de un sistema de visión para la captación de señales colorimétricas o fluorimétricas, es común la integración del sistema con teléfonos móviles, en los que se procesa la señal mediante un software específicamente desarrollado para ello. Estas soluciones, por tanto, no presentan conectividad entre el sistema de impulsión del frente fluídico y el propio sistema de visión, al ser sistemas independientes. Por otro lado, las soluciones basadas en la lectura de señales generadas en el chip analítico, sean i) colorimétricas mediante precipitado de agentes coloreados (por ejemplo, en el caso de ensayos de flujo lateral o “paper-based assays”) o ¡i) electroquímicas mediante la medición del potencial redox generado durante una reacción enzimática (por ejemplo, en el caso de los sistemas de pruebas de cabecera o “point-of-care” para determinaciones de parámetros bioquímicos como glucosa o gasometría), solo existen soluciones que i) combinan la visión artificial y un sistema de impulsión pero solo sirven para el caso de los ensayos colorimétricos, o bien ¡i) combinan un sistema de impulsión y una interfaz electrónica pero solo sirven para el caso de los ensayos electroquímicos.

Se encuentran en el mercado diferentes sistemas “point-of-care” que convierten el método de detección en semicuantitativo al incorporar un sistema de visión artificial mediante el cual cuantificar de manera relativa el resultado obtenido en la zona de análisis. En estos sistemas, por tanto, el control fluídico es llevado a cabo de manera pasiva mediante el uso de sustratos porosos que generan el propio flujo capilar lateral característico de esta metodología de análisis. Pero, de esta manera, el control fluídico y el sistema de visión artificial se encuentran totalmente desconectados entre ellos, siendo entidades independientes y por tanto solo pudiendo ser combinados en ensayos sencillos.

En el estado de la técnica, los distintos sistemas “point-of-care” se dividen en diferentes tipos, siendo principalmente los sistemas portables y los sistemas de sobremesa. En el caso de los sistemas de sobremesa, bien por su tamaño o por su necesidad de conexión a la red eléctrica hacen que su uso se dirija a lugares fijos como consultas, laboratorios o sitios de análisis especializados. Dentro de estos sistemas se encuentran las aplicaciones más complejas, como el control de cultivos, la analítica de muestras genéticas e inmunológicas, y los sistemas multianalíticos (por ejemplo, hay sistemas comerciales que combinan glucómetros y gasómetros portátiles con equipos analíticos complejos que son dependientes de conexión a red eléctrica, en una matriz móvil con baterías de alto rendimiento y conectividad a la red eléctrica para alimentar estos dispositivos). Para intentar solventar estos inconvenientes, los sistemas portables se basan en el uso de sistemas de gestión de potencia que permiten su uso sin necesidad de estar conectados a la red eléctrica, pero estos sistemas suelen utilizarse en aplicaciones como gasometría o la cuantificación de metabolites por detección electroquímica, ya que sistemas de detección más complejos requieren de una mayor alimentación eléctrica de la suministrada por los sistemas de batería portables. Dentro de los sistemas de análisis “point-of-care” portables, se conoce el uso de sistemas voltamétricos o am pero métricos para la determinación de la concentración de diferentes analitos en muestras biológicas, donde se lleva a cabo bien la medición del cambio de potencial o bien la generación de corriente en una celda electroquímica en la cual se produce una reacción enzimática dependiente del analito a medir. Para la medición de estos analitos, es común el uso de electrodos de oro y polímeros funcionalizados con nanotubos de carbono y el control fluídico suele llevarse a cabo generalmente por la integración de bombas capilares dentro del propio chip, pero por ello estos sistemas portables solo son adecuados para reacciones simples en las que el flujo solo requiera una interacción simple.

Por otra parte, es sabido que en la generación de dispositivos automatizados de la conocida técnica de biología molecular PCR o de reacción en cadena de la polimerasa (PCR: “Polymerase Chain Reaction”) es necesaria la combinación de un sistema de impulsión microfluídico y un módulo de control térmico. Los sistemas de termociclado para aplicaciones de PCR permiten la realización de ensayos de amplificación genética múltiples mediante los cuales identificar la presencia de diferentes secuencias genéticas en la muestra. Este tipo de ensayos presenta algunos ejemplos a nivel de “point-of-care” en los que el control de los fluidos se realiza dentro del propio dispositivo. Similarmente, en los sistemas de MEA la combinación de una interfaz electrónica con un módulo de control térmico es común en el campo de aplicación del cultivo de tejidos para su estudio electrofisiológico. En este caso, los sistemas de microelectrodos pueden tener acoplado el sistema de control térmico, o bien pueden usar medios externos para la consecución de las condiciones de cultivo indicadas. En el estado actual de la tecnología, se encuentran dispositivos de control de temperatura en los que se anexan también sistemas de visión artificial para el seguimiento de cultivos celulares. En estos dispositivos se encuentra por tanto un módulo de control térmico que realiza un seguimiento fino de la temperatura de la cámara de cultivo; por otro lado, el sistema de seguimiento por imagen se encuentra individualizado dentro del sistema, no estando conectado al sistema de control de temperatura. En estos sistemas se controla la temperatura del cultivo mientras se lleva a cabo un control visual del mismo mediante una toma de imágenes tipo “time-lapse” o lapso de tiempo. Estos equipos, al estar destinados a mantener unas condiciones muy concretas de temperatura y humedad, no diferencian zonas térmicas, siendo por tanto un sistema de control de temperatura muy simple.

Al igual que, en los sistemas de termociclado convencionales se utiliza una combinación de módulo térmico y un sistema de visión artificial para la medición de la señal fluorimétrica, en los sistemas de análisis genéticos cuantitativos portables se añade un control de fluidos que permite la automatización dentro del chip analítico, evitando la necesidad de manipular de la muestra por parte del usuario. En estos sistemas, se incluye: un sistema de control térmico que permite la realización del termociclado según la programación preestablecida, un sistema de impulsión que mueve los líquidos que intervienen en el proceso analítico a lo largo de diferentes cámaras en las que se realizan dichos pasos y un sistema de visión artificial que, junto con la adaptación de filtros de fluorimetría, permiten medir la señal fluorimétrica generada en cada una de las muestras. Este tipo de dispositivos suelen permitir la multiplexación de vahas muestras en un único equipo, pero sólo permiten la realización de un tipo de ensayo por ciclo de funcionamiento - es decir, todos los ensayos a llevar a cabo a la vez han de ser exactamente ¡guales. En estos sistemas se realiza de manera automatizada el análisis genético de muestras, pero solo se tiene un único programa de temperatura por carga individual y cada ciclo es dependiente del programa a utilizar dentro de la plataforma.

Por consiguiente, el problema técnico objetivo que se presenta es proveer un sistema portable para la lectura de chips analíticos y la actuación sobre los mismos que permita distintos tipos de ensayos dentro de un único chip analítico, que además pueda interactuar con las plataformas analíticas, realizando el sensado de las señales que proveen los sensores que las tarjetas integran e interconectando los chips analíticos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención sirve para solucionar el problema mencionado anteriormente, mediante la provisión de un sistema para análisis clínicos que usan chips analíticos (dispositivos microfluídicos), capaz de realizar distintos tipos de ensayos dentro de un único chip analítico activo empleando un dispositivo actuador del sistema que se comunica de manera directa con el chip a través de diferentes interfaces.

La presente invención integra en un mismo sistema chip analítico con el dispositivo actuador, que dispone de una interfaz electrónica capaz de comunicarse con los elementos conductores del chip, pudiendo con ello recoger las señales generadas dentro del chip analítico y por tanto pudiendo realizar todo tipo de ensayos electroquímicos dentro del sistema. Además, el grado de complejidad de los ensayos clínicos que permite la invención aumenta gracias a un mecanismo de impulsión integrado en el sistema y que también hace posible la paralelización de diferentes ensayos en un único chip analítico.

Adicionalmente, la invención integra el mecanismo de impulsión de los microfluidos con un módulo térmico y un módulo de visión artificial, con lo que no sólo es posible llevar a cabo un proceso térmico completo mediante un seguimiento por imagen y la consecuente medición de los resultados lumínicos obtenidos, sino que además es posible paralelizar distintos procesos en un único chip analítico mediante la combinación de distintas zonas térmicas en un único chip. Esto abre la posibilidad a la realización de distintas aplicaciones de manera simultánea, no teniendo por tanto que depender de procesos anexos para la selección de condiciones. Además, el módulo de visión artificial no solo permite la medición de los resultados una vez finalizado el proceso, sino que también sirve como control a tiempo real del avance del proceso dentro del chip analítico, algo que no se encuentra disponible en las soluciones disponibles en el estado de la técnica anterior.

Un aspecto de la invención se refiere a un dispositivo actuador para un sistema de análisis clínicos que usa un chip analítico con el que el dispositivo actuador interacciona, el dispositivo actuador comprendiendo los siguientes componentes: un contenedor externo portátil para alojamiento y soporte de una pluralidad de módulos de actuación del dispositivo actuador, el contenedor portátil comprendiendo una bahía de entrada para introducir el chip analítico dentro del dispositivo actuador acoplándolo con la pluralidad de módulos de actuación, donde la pluralidad de módulos de actuación comprende al menos un módulo de impulsión de fluidos, un módulo térmico y un módulo de visión artificial; un módulo computacional, alojado dentro del contenedor externo, que comprende una pluralidad de bloques electrónicos de control, cada bloque electrónico de control conectado a un módulo de la pluralidad de módulos de actuación, los bloques electrónicos de control configurados para recibir señales obtenidas de unos sensores integrados en los módulos de actuación y para enviar señales para activar unos actuadores integrados en los módulos de actuación, el módulo computacional estando configurado para generar información de proceso e información analítica a partir de las señales recibidas de los bloques de control y de señales obtenidas por unos sensores integrados en el chip analítico y para entregar unos resultados analíticos obtenidos de un procesamiento de la información analítica realizado por el módulo computacional; una interfaz electrónica, alojada dentro del contenedor externo, que comunica el módulo computacional con el chip analítico, a través de la que el módulo computacional recibe las señales obtenidas por los sensores integrados en el chip analítico y envía señales para activar unos actuadores integrados en el chip analítico; un módulo de gestión de potencia que comprende un banco de baterías alojado dentro del contenedor externo y configurado para alimentar la pluralidad de módulos de actuación que comprende el dispositivo actuador.

Otro aspecto de la invención se refiere a un sistema para análisis clínicos que comprende el dispositivo actuador definido anteriormente y un chip analítico con el que se integra el dispositivo actuador.

Las ventajas de la presente invención frente al estado de la técnica anterior son fundamentalmente:

La combinación de una interfaz de electrodos para el control de las señales generadas por el chip analítico, así como la posibilidad de actuar a nivel local en el propio chip analítico mientras se lleva a cabo un control visual del sistema, dándose una retroalimentación entre la comunicación electrónica y la visión artificial, permite añadir funcionalidades únicas al sistema. A modo de ejemplo y de manera no limitante, algunas de ellas son:

- La generación de sistemas de medición híbridos en el que el emisor o sensor se encuentran en sistemas diferentes. Usando el sistema de visión artificial como sensor y cambiando el emisor mediante la integración de diferentes emisores lumínicos dentro del chip analítico, se consigue un sistema con múltiples emisores sin requerir de un conjunto de actuadores dentro del sistema de visión artificial.

- Otra aplicación es el uso de electrodos como sensores mediante un contacto directo con la muestra, pudiendo paralelizar mediciones visuales con determinaciones electroquímicas en el mismo sistema.

La provisión de esta interfaz electrónica con el chip analítico hace posible añadir diferentes funcionalidades al dispositivo actuador del sistema, permitiendo llevar a cabo actuaciones lumínicas en el sistema, así como diferentes tipos de detección (co Ion métrica, fluorimétrica, turbidiméthca, quimioluminiscente, electroquímica...) en el chip analítico. No existen soluciones en el estado del arte capaces de integrar estas funcionalidades ni, por tanto, proveer todos estos diferentes tipos de detección en un único chip analítico.

La invención permite realizar el seguimiento en tiempo real de procesos macroscópicos (por ejemplo, el seguimiento del estado de cultivos dentro del chip analítico o el avance del frente fluídico a lo largo del recorrido microfluídico) y mediciones específicas en el rango lumínico (por ejemplo, cambios en la absorbancia en una longitud de onda determinada a lo largo del tiempo) y eléctrico (generación de corrientes o voltajes en función del potencial redox del entorno, variaciones en el pH...).

La fusión de la visión artificial con el mecanismo de impulsión microfluídico del sistema permite la creación de un bucle de información por el cual poder controlar el avance de los distintos procesos de manera activa dentro del propio chip analítico. Esto permite una serie de aplicaciones posibles, entre las que se encuentran el seguimiento de procesos microfluídicos dentro del dispositivo de manera visual y la actuación fluídica sobre el chip analítico en función de una señal visible. Además, mediante la combinación del mecanismo de impulsión descrito y el módulo de visión artificial es posible realizar diferentes procesos fluídicos de complejidad variable de manera paralelizada, mientras que los resultados de dichos procesos pueden ser medidos de manera precisa a partir del uso del módulo de visión artificial, el cual no se limita a la lectura de un color en un sustrato opaco, sino que permite mediante sus diferentes emisores y receptores el uso de métodos analíticos cuantitativos como la colorimetría, turbidimetría, fluohmetría y luminiscencia.

- Mediante el uso del mecanismo de impulsión en conjunto con la interfaz electrónica y el módulo de visión artificial es posible llevar a cabo diferentes ensayos que no requieren de control térmico dentro del mismo chip analítico, pudiendo realizar determinaciones colorimétricas, turbidimétricas o electroquímicas a temperatura ambiente dentro del chip analítico.

Portabilidad y autonomía: En el caso de la invención descrita, es posible realizar distintos tipos de analítica en un sistema portable que incluye un equipo de gestión de potencia capaz de alimentar los distintos módulos funcionales incluidos en la plataforma actuadora del sistema. La optimización de los distintos actuadores, en especial del actuador térmico, hace que el consumo energético pueda ser suplido por baterías portables, añadiendo con ello la posibilidad de su uso en cualquier entorno. - Mediante la adición de un módulo térmico en el sistema y su retroalimentación con la visión artificial es posible realizar un control más fino sobre los procesos llevados a cabo dentro del chip analítico. Además, esta combinación del módulo térmico con el de visión artificial permite la diferenciación entre distintas zonas térmicas anexas en un único chip y así brinda la posibilidad de paralelizar distintos procesos en un único equipo, sin necesidad de espaciamiento entre zonas funcionales y pudiendo, por tanto, llevar a cabo tareas de distinta índole de manera simultánea. Mientras que las temperaturas obtenidas por los sistemas existentes en el estado de la técnica anterior son únicas en la totalidad del dispositivo, la presente invención es capaz de delimitar las distintas zonas de actuación térmica en un mismo dispositivo, pudiendo con ello llevar a cabo distintos procesos dentro de un solo chip analítico. Esto permite una serie de aplicaciones dentro del dispositivo, como la realización y monitorización térmica de procesos analíticos o de cultivo dentro del chip analítico, pudiendo paralelizar distintos procesos en una única plataforma.

La combinación de los módulos de interfaz electrónica, actuación térmica y visión artificial previamente descritos permite generar un sistema capaz de realizar diferentes ensayos dentro de un mismo chip analítico, en la cual es posible controlar distintos parámetros de temperatura, actuación y detección (lumínica, fluorimétrica, electroquímica o turbidi métrica) en función de las necesidades del ensayo. Por ejemplo, y de manera no limitante, es posible realizar un ensayo de amplificación genética cuantitativo o PCR cuantitativa (qPCR: “quantitative polymerase chain reaction”, en inglés), en el cual se lleva a cabo el termociclado de la muestra y la detección de una señal fluorimétrica en cada uno de los ciclos de temperatura, a la vez que se realizan distintos ensayos bioquímicos en las zonas adyacentes gracias a la capacidad de diferenciar distintas zonas térmicas dentro del sistema, siendo por tanto diferencial con las soluciones presentes en el estado del arte.

La propia conectividad del sistema, junto con su módulo de procesamiento de datos, en el cual se almacenan los resultados obtenidos en los procesos realizados, permite la anonimización de los datos analíticos y su estudio a gran escala para conseguir tendencias analíticas y esclarecer patrones analíticos o parámetros concordantes de forma ventajosa.

Éstas y otras ventajas se derivan de la descripción detallada de la invención que se expone a continuación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

FIGURA 1.- Muestra un diagrama de bloques de la arquitectura modular que constituye el dispositivo actuador del sistema, según una realización preferida de la invención.

FIGURA 2.- Muestra una interfaz electrónica completa que comunica el chip analítico con el módulo computacional del sistema, según una posible realización de la invención.

FIGURA 3.- Muestra un módulo térmico del sistema, según una posible realización de la invención.

FIGURA 4.-. Muestra un módulo de visión artificial del sistema, según una posible realización de la invención.

FIGURA 5.-. Muestra un módulo impulsor del sistema, según una posible realización de la invención.

FIGURA 6.-. Muestra una vista exterior del contenedor en el que se incluyen los módulos del sistema, según una posible realización de la invención.

FIGURA 7.- Muestra una visión detallada de la bahía de entrada automatizada para la integración del conjunto chip analítico con los módulos del sistema dentro del contenedor, según una posible realización de la invención.

FIGURA 8.- Muestra una vista exterior del contenedor de los módulos del sistema y donde se aloja el chip analítico y una pantalla táctil con la interfaz de usuario a través para la selección de modos de funcionamiento del sistema.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Una realización preferida del sistema de análisis clínicos que se propone comprende un dispositivo actuador que, a su vez, se compone de diferentes módulos funcionales que, en conjunto, permiten la actuación de un chip analítico en diferentes ámbitos (actuación eléctrica, fluídica, térmica, lumínica, electrónica, etc.).

El sistema implementa una tecnología multianalítica capaz de realizar analíticas clínicas de forma portátil, rápida y automatizada, y se compone de dos partes principales que ¡nteractúan entre sí: el chip analítico y el dispositivo actuador. El chip analítico combina varias tecnologías:

- Tecnología microfluídica: Mediante el diseño microfluídico se generan canales que conducen los fluidos necesarios para realizar los pasos de análisis, mezclarlos, filtrarlos... Además, el diseño microfluídico permite definir zonas donde almacenar los fluidos que, a su vez, sirven de medios de impulsión o para definir las zonas donde se realizan los procesos químicos: las cámaras de reacción.

- Tecnología electrónica: La adicción de una capa metálica conductora sobre algunas superficies de los chips analíticos abre la puerta a poder realizar algunas actuaciones eléctricas sobre zonas concretas (como calentarlas, por ejemplo) o incluso incorporar componentes electrónicos en regiones de interés (como LEDs, fototransistores,...) para poder medir y actuar directamente donde se necesita. Esto hace posible la obtención de información (información analítica) directamente de la propia región de interés (las cámaras de reacción).

Los chips analíticos se comunican con el dispositivo actuador que aquí se propone para que éste pueda leer las señales que están recogiendo los sensores integrados en los chips, conectándose para ello el chip analítico a un módulo computacional que lee e interpreta las señales.

La Figura 1 muestra todos los diferentes módulos individuales que puede integrar el dispositivo actuador del sistema y su conexión, ¡lustrando con las flechas entre módulos en línea continua la transmisión/recepción de señales y de comandos (flechas de doble línea continua) entre los módulos que definen su relación directa, mientras que las flechas en línea discontinua muestran el intercambio de datos. La medularidad del dispositivo/sistema permite llevar a cabo distintas combinaciones de módulos que marcan por sí mismos unidades funcionales personalizadles. En estas combinaciones, que dan lugar a diferentes posibles realizaciones de la invención, siempre se cuenta con un módulo computacional integrado con uno o más de los restantes módulos en un contenedor externo. De esto depende la integridad del sistema y el control de los distintos módulos funcionales respectivamente, que se listan a continuación, junto con sus referencias numéricas, y se describen en detalle más adelante.

Módulo computacional 100

Módulo de impulsión 110

Módulo térmico 120

Módulo de visión artificial 130

Interfaz electrónica 140

Módulo de gestión de potencia 150

Módulo de conectividad 160

Módulo de procesamiento de datos 170

Contenedor externo 180

El dispositivo actuador controla el avance de los diversos procesos analíticos mediante la combinación de los diferentes módulos de actuación arriba mencionados. Para cumplir con las necesidades de cada uno de los procesos analíticos a integrar, las funcionalidades básicas de los módulos/componentes del dispositivo actuador son las siguientes:

Un módulo computacional 100 miniaturizado donde se controlan todos los procesos y se interpretan las señales, integra todas las señales recibidas por el sistema y las transforma en resultados analíticos, y además aporta conectividad al sistema. El módulo computacional 100 puede comunicarse a través del módulo de conectividad 160 del sistema con un módulo de procesamiento de datos 170 para realizar el estudio y la comparación de los resultados analíticos de manera prospectiva y, con ello, generar patrones de diagnósticos.

Un módulo de impulsión 110 de fluidos controla el avance de los diferentes fluidos dentro del chip analítico y controla qué fluidos se introducen.

Un módulo de actuación térmica o módulo térmico 120 permite modificar la temperatura a la que se encuentran las diferentes zonas térmicas del chip analítico según las necesidades del ensayo clínico. Un módulo de visión artificial 130 permite realizar los distintos procesos de seguimiento y medición dentro del chip analítico, realizando la identificación previa del chip analítico introducido en el sistema.

Una interfaz electrónica 140 mediante la cual comunicar los sensores y actuadores integrados dentro del chip analítico con el módulo computacional 100 del dispositivo actuador, pudiendo con ello controlar las diferentes señales adquiridas por el chip analítico, así como comandar o activar los distintos actuadores dentro del mismo.

Un módulo de gestión de potencia 150 alimenta de forma autónoma el sistema permitiendo su portabilidad, generando las líneas de tensión necesarias y carga de las baterías para alimentar los módulos del sistema.

Un módulo de conectividad 160 del sistema para la comunicación, mediante diferentes protocolos de información, de los resultados a sistemas centrales externos.

Un contenedor externo 180 o carcasa externa que protege todos los módulos anteriores del dispositivo actuador y donde se introduce, a través de una bahía de entrada, el chip analítico.

Así, el sistema propuesto comprende el dispositivo actuador y un chip analítico 1000, como el que se incluye en la Figura 2, que es un chip analítico activo en el que se incluyen tanto el diseño microfluídico de cada una de las analíticas como los reactivos necesarios y aquellos actuadores y sensores necesarios para la realización del proceso completo en conjunto con el dispositivo actuador. Preferiblemente, el chip se encuentra fabricado en sustrato polimérico ópticamente transparente y biocompatible (por ejemplo, PMMA: polimetilmetacrilato, PC: policarbonato, o COC: copolímero de defina cíclica). El chip analítico 1000 se compone de diferentes capas, en las cuales se incluyen los distintos elementos necesarios para la realización del ensayo diseñado (sensores y actuadores electrónicos y térmicos, y actuadores microfluídicos como mezcladores, separadores o reservónos). De manera concreta, aquellos elementos electrónicos incluidos dentro de este chip se comunican con el dispositivo actuador a través de la interfaz electrónica 140 por medio de contactos eléctricos que permiten la recepción de datos recogidos por los sensores, así como la actuación de los diferentes actuadores en función de las órdenes programadas en el dispositivo actuador. Además, el chip analítico 1000 incluye distintos reservónos en los que se incluyen diferentes fluidos (reactivos, muestras, controles, etc.) necesarios para la realización del ensayo clínico. En la Figura 2 también se aprecia una placa de conexión 101 que provee los contactos eléctricos biocompatibles para conectar (entrar en contacto con) los diferentes chips analíticos 1000 o tarjetas microfluídicas con toda la electrónica del sistema. El módulo de computación 100 es un microcomputador que está conectado a través de esa placa de conexión 101 que forma parte de la interfaz electrónica 140 con el chip analítico 1000. Más particularmente, el método de conexión del chip analítico 1000 con la electrónica se realiza a través de los contactos eléctricos de la interfaz electrónica 140 que entran en contacto con las almohadillas o “pads” de conexión metálicas del LoC (“"lab on a chip") mediante la fijación del consumible en su posición predeterminada por parte del fijador (elemento mecánico que se encuentra dentro del dispositivo lector/actuador y que ejerce presión en el consumible para asegurar contacto eléctrico).

Adicionalmente, el sistema incluye una interfaz de usuario, por ejemplo, la interfaz gráfica de una pantalla de un ordenador o terminal móvil, para proveer las opciones de control del sistema por parte del usuario y la comunicación de resultados. La interfaz de usuario puede comprender diferentes periféricos, sin ser limitativos ni excluyentes, para la presentación de la información por medios acústicos, interfaces hápticas, etc.

A continuación, se describen en más detalle cada uno de los módulos/componentes del dispositivo actuador y la relación entre los distintos módulos funcionales de la tecnología, según posibles realizaciones.

La Figura 2 muestra una realización de la interfaz electrónica 140 completa que comunica el chip analítico 1000 con el módulo computacional 100 del dispositivo actuador. El módulo de interfaz electrónica 140 es uno de los módulos con más conexiones con el resto de los componentes del sistema, después del módulo computacional 100. Esta interfaz electrónica 140 permite activar los diferentes componentes electrónicos actuadores incluidos dentro del chip analítico 1000, así como la lectura de datos recibidos desde los diferentes sensores incorporados en el chip analítico 1000, para entregar los datos recogidos del chip analítico al módulo computacional 100. Por tanto, la interfaz electrónica 140 actúa como nexo de comunicación entre el chip analítico 1000 y el dispositivo actuador que permite la conexión electrónica entre el propio chip y sus correspondientes sensores y actuadores con el dispositivo actuador. La interfaz electrónica 140 está conectada tanto al chip analítico 1000 como al módulo de gestión de potencia 150 para que se puedan alimentar las actuaciones que se realizan sobre el chip analítico 1000 y al módulo computacional 100 que recoge y procesa toda la información del chip analítico 1000. Mediante el uso de almohadillas (“pads”) de conexión electrónica y contactos eléctricos biocompatibles, la interfaz electrónica 140 permite la comunicación entre las partes activas del sistema, proporcionando una conexión directa con todos aquellos módulos que presentan actuadores o sensores dentro del chip analítico y creando un circuito cerrado de señales. De esta manera, y a modo de ejemplo, el módulo térmico 120 se comunica a través de la interfaz electrónica 140 con los elementos calentadores en el chip analítico, a la vez que los sensores térmicos del sistema envían la información recabada a través de dicha interfaz para su procesamiento en el módulo computacional 100 y posterior uso como información para el control del propio módulo térmico 120. Por otro lado, esta interfaz electrónica 140 se encarga de comunicar la información recogida por los electrodos incluidos dentro del chip analítico 1000 a través de pines de contacto plano (en contacto con los propios “pads” metalizados del chip y, a su vez, cada uno de ellos conectado a los diferentes elementos sensores y actuadores del sistema) al propio módulo de computación 100 para estudiar la señal y generar a partir de ella un resultado analítico.

La Figura 3 muestra una realización de la parte actuadora del módulo térmico 120, en la que se incluye un disipador de temperatura 121, una célula termoeléctrica 122 y vahos sensores de temperatura que permiten mapear la misma a lo largo de los distintos procesos. Además, se incluyen en este módulo térmico 120 del sistema también todos los sensores y actuadores térmicos integrados dentro del propio chip analítico 1000. El módulo térmico 120 permite controlar la temperatura de diferentes zonas activas en función de las necesidades del ensayo o ensayos y se compone de dos partes, presentando una serie de conexiones que permiten su integración con el resto del sistema: una parte actuadora (térmica) que pertenece al dispositivo actuador y otra parte del módulo funcional térmico en el chip analítico 1000. Dentro del chip analítico 1000, se encuentran actuadores térmicos y sensores de temperatura que son controlados a través de la interfaz electrónica 140. Por otro lado, el dispositivo actuador contiene diferentes actuadores térmicos (células termoeléctricas, disipadores de temperatura, etc.) que, en conjunto con un bucle de control cerrado mediante sensores de temperatura en el dispositivo actuador, permiten el control de la temperatura en el sistema completo, siendo los datos gestionados dentro del módulo computacional 100. Además, la segmentación de los diferentes actuadores térmicos del módulo térmico 120 (tanto en el dispositivo actuador como en el microfluídico 1000) permite diferenciar zonas térmicas, pudiendo delimitar así zonas de actuación en función de la temperatura dentro de un mismo sistema, pudiendo paralelizar zonas según su temperatura objetivo y por tanto pudiendo realizar ensayos de diferente índole sin que suponga riesgo para la viabilidad de los adyacentes. De manera concreta y a modo de ejemplo, el módulo térmico 120 permite mantener 37°C en las zonas en las que se requiere la realización de ensayos bioquímicos termoestables, mientras que es capaz de realizar un protocolo de termociclado con ciclos consecutivos de 98°C a 62°C en la zona delimitada para ensayos genéticos sin que afecte al resto de zonas. De manera concreta, el módulo térmico 120 se encuentra controlado por el módulo computacional 100, el cual contiene los diferentes programas de termociclado en función de las analíticas a realizar dentro del sistema. Así, el módulo computacional 100 manda las órdenes a los distintos actuadores del módulo térmico 120, mientras que los sensores térmicos asociados a dicho módulo térmico 120 envían la información recabada al módulo computacional 100 para su procesamiento y generación del sistema de retroalimentación de información con el cual poder realizar un bucle de control fino de la temperatura. De manera global, el módulo térmico 120 tiene una actuación térmica sobre el resto de los módulos del sistema mediante la activación de los distintos actuadores anexos (calentadores, células termoeléctricas, ventiladores, etc.), dotando al sistema de la capacidad de llevar a cabo procesos paralelos que hasta ahora no podían paralelizarse en un solo dispositivo, mejorando con ello la capacidad de actuación de los sistemas descritos hasta el momento. Además, la integración de sensores de temperatura dentro del chip analítico 1000 permite el seguimiento de la temperatura dentro del chip a través de la interfaz electrónica 140, siendo por ello más exacta respecto a la temperatura de reacción que la derivada de un control externo.

Dentro de algunas necesidades técnicas que tienen los procesos de análisis clínicos, se encuentra la de realizar cambios de temperatura extremos y, en los laboratorios centrales esto se consigue mediante termocicladores que cambian la temperatura de las pruebas según se necesite de la forma más rápida posible. Concretamente, en un ejemplo de análisis clínicos, estos procesos de termociclado extremo son necesarios para realizar análisis PCR, para comprobar la presencia de virus infecciosos. Actualmente, el proceso de termociclado de un virus como el SARS-CoV-2, se realiza a una temperatura máxima de 98°C y a una mínima de 62°C. Estas temperaturas son incompatibles con otros procesos de análisis, que normalmente necesitan realizarse a una temperatura similar a la del cuerpo humano, unos 37°C. Para poder combinar procesos PCR con otro tipo de procesos, aparte de sectorizar térmicamente los chips analíticos, fabricarlo con materiales con mucha inercia térmica y actuar y medir térmicamente en la zona de interés, se necesita de un bloque térmico controlado automáticamente que enfríe las zonas más sensibles de los chips analíticos a los cambios térmicos en tiempo real y apoye el calentamiento en las zonas en los que se necesita velocidad en el incremento de la temperatura.

Para ello, se tienen las siguientes partes que componen el módulo térmico 120: • Un bloque térmico compuesto por una o vahas células Peltier y un bloque térmico de disipación. La célula peltier es un actuador electrotérmico que permite emitir potencia calorífica (calentar) o absorberla (enfriar) según la tensión a la que se le alimente. Estas células necesitan de un bloque térmico de disipación para poder disipar los cambios de temperatura a los que se someten las otras caras.

• Un software de control que ajusta la temperatura a la que actúan los bloques térmicos en tiempo real mediante un controlador PID (PID: Proporcional, integral y Derivativo). Esto se realiza programando el controlador para que ajuste la tensión aplicada a la célula Peltier según la cantidad de potencia térmica que necesita aplicarse al sistema para llegar a la temperatura objetivo (enfriando o calentando).

• El módulo térmico 120 interacciona con los actuadores y sensores térmicos integrados en el chip analítico 1000 para poder medir y actuar en la zona de interés. Esto permite tener una visión en tiempo real de la temperatura directamente en la zona, y no de forma calculada, como se suele realizar.

Este módulo térmico 120 abre la puerta a poder tener procesos de temociclado compatibles con otros procesos con necesidades térmicas diferentes y que se produzcan de forma automática. Además, al poder conseguir rampas de temperatura muy elevadas para el estándar de la industria, por tener que calentar zonas pequeñas en lugar de bloques térmicos grandes y tener controladores ajustados; se pueden hacer procesos térmicos, como las pruebas PCR, de forma más rápida a lo que se tiene en el estado del arte. Como comparativa, actualmente se están realizando PCR para el SARS-CoV-2, el virus que causa la COVID-19, en unas 3,5 horas. Con el módulo térmico que se presenta actuando un CLC diseñado con esta analítica, se están haciendo actualmente en unas 2 horas y se espera reducirlas al entorno de la hora, a la vez que se realizan en el mismo chip otras pruebas que marcan la gravedad de la enfermedad que de otra forma se deberían hacer de forma separada.

Existen sistemas de sobremesa para uso en ensayos de termociclado en laboratorio que combinan un módulo térmico con visión artificial y usan una interfaz electrónica pero solo para el control térmico del bloque y, en estos casos, los equipos no presentan ningún control fluídico, por lo que el consumible debe ser cargado por el usuario. Frente a los sistemas de termociclado existentes, lo que hace técnicamente ventajoso al sistema propuesto es la combinación del módulo térmico 120 descrito junto con el módulo de visión artificial 130 y el módulo de impulsión 110 que se describen seguidamente. La Figura 4 muestra una realización del módulo de visión artificial 130 en el que se incluyen una cámara con sensor CMOS de alta definición, un sistema mecánico o rack de filtros ópticos adaptados a los diferentes tramos del espectro visible que sectoriza la frecuencia lumínica a la zona de interés y una serie de actuadores lumínicos 133 en las diferentes longitudes de onda necesarias (un equipo de emisión láser en diferentes frecuencias comunes para procesos de detección óptica en el espectro visible y emisores LED en las bandas IR -infrarrojo- y UV -ultravioleta-). El módulo de visión artificial 130 además interacciona con otros sensores y actuadores lumínicos que se encuentran incluidos dentro del chip analítico 1000. Así, el módulo de visión artificial 130 del sistema comprende un conjunto de sensores y actuadores lumínicos y de imagen, integrados tanto en el chip analítico 1000 como en el dispositivo actuador, que permiten el seguimiento en tiempo real de la actividad dentro del dispositivo actuador y del chip analítico 1000. Entre los diferentes elementos que integran el módulo de visión artificial 130, a modo de ejemplo se encuentran: un conjunto de sensores lumínicos incluyendo una cámara de alta definición que permite la visualization del interior del dispositivo actuador en tiempo real, pudiendo ser visualizado a su vez a través de la interfaz gráfica del sistema, o bien analizando la imagen mediante el módulo computational 100; una serie de actuadores lumínicos (por ejemplo, diodos LED, emisores láser, etc.) en diferentes longitudes de onda para su uso en función de los requerimientos del ensayo o ensayos a realizar; y una serie de filtros lumínicos que en conjunto con los diferentes emisores y receptores lumínicos permiten la detección de la señal en una longitud de onda predeterminada. La cámara de alta definición, en conjunto con la serie de actuadores lumínicos tipo LED y láser, y el conjunto de filtros ópticos que modulan la señal recogida por la cámara, permite la detección, por medio de diferentes señales y su interpretación para la consecución de resultados, de los ensayos integrados dentro del chip analítico en diferentes modalidades. De manera concreta, aunque no limitante, permite realizar ensayos colorimétricos, fluorimétricos, turbidimétricos y quimioluminiscentes dentro de dicho chip, permitiendo un amplio campo de detección. El módulo de visión artificial 130 se conecta con el módulo de computación 100, que procesa los datos recogidos por el módulo de visión artificial 130, traduciendo la información de dato crudo a resultado mediante la aplicación de algoritmos desarrollados para cada una de las modalidades de detección y envía la programación en función de la prueba a realizar para la selección de los diferentes pasos a realizar. Por otro lado, el módulo de visión artificial 130 también se conecta con la interfaz electrónica 140 para la actuación de diferentes sensores y actuadores incluidos dentro del propio chip analítico 1000, pudiendo tanto enviar señales desde el módulo computational 100 para la activación de los mismos como recibir dicha información por parte de los sensores. El módulo de visión artificial 130 ejecuta algoritmos de visión artificial entrenados para detectar el tipo de chip analítico 1000 que se introduce en el dispositivo actuador, así como para controlar los procesos que se producen en las cámaras de reacción. Muchos procesos de análisis clínicos realizan la detección de los parámetros de interés de una forma óptica, ya sea mediante colorimetría, turbidimetría,... Para ello, es necesario que los dispositivos de análisis incluyan sistemas de emisión lumínica del tipo de luz que se requiera y sistemas de detección lumínica de las regiones de frecuencia de interés. Esto, combinado con algoritmos de cálculo de parámetros mediante la detección de luz, permite hacer el análisis de parámetros. La combinación de todas estas partes permite realizar procesos ópticos comunes en la industria del análisis clínico y otros disruptivos como la espectroscopia tipo Raman.

La Figura 5 muestra una realización de un módulo de impulsión 110, que comprende un conjunto de actuadores mecánicos que, junto con sensores incluidos dentro del chip analítico 1000, permiten el control del avance del frente fluídico a lo largo del proceso establecido. Este módulo impulsor 110 es regulable y actúa como interfaz mecánica entre el propio chip 1000 y el dispositivo actuador, encontrándose replicado varias veces dentro del propio dispositivo actuador para permitir un mayor rango de actuación dentro del sistema. Para realizar procesos de análisis es necesario mover fluidos de una zona a otra, determinando la cantidad de fluido incorporado de forma precisa, así como el momento del movimiento o de la mezcla de fluido. Un software de control define qué fluido tiene que impulsarse por el módulo impulsor 110, en que cantidad y cuándo. Este software también activa o desactiva procesos de impulsión simultáneos (puede decidir si impulsar uno, dos, tres o el número de fluidos que se requieran). A modo de ejemplo y de manera no limitante, el módulo impulsor 110 se compone de: matriz de ejes de movimiento, motores reguladores de posición, motores de avance y émbolos móviles 131 dentro del dispositivo actuador; mientras que en el chip analítico 1000 dispone de elementos de cierre, reservónos fluídicos y sensores de distinta índole para la actuación mecánica del módulo impulsor 110. Estos sensores pueden ser lumínicos, de resistencia, de impedancia o incluso parte del módulo de visión artificial 130 previamente descrito, pudiendo controlar con ellos el avance del frente fluídico dentro del chip analítico y crear con ello un bucle de control cerrado. El chip analítico 1000 incorporado en el sistema al dispositivo actuador integra para la operación del módulo impulsor 110: unos émbolos microfluídicos que contienen los reactivos necesarios a la vez que sirven de interfaz de separación física entre los impulsores mecánicos y la fluídica de dentro de los chips de análisis, y sensores de posición del fluido que detectan la posición de la interfase de los fluidos de forma precisa, lo que asegura la relación de mezcla de los reactivos. El módulo impulsor 110 realiza mediante un sistema mecánico la fuerza hacia los émbolos fluídicos usando unos impulsores definidos para tal fin, impulsores que se activan o desactivan de manera controlada y son simétricos (pueden ir hacia adelante o hacia atrás). El módulo impulsor 110, por tanto, incluye no solo una serie de motores conectados con actuadores móviles (pistones, engranajes, etc.), sino también sensores de posición que permiten el control en tiempo real de la posición y avance del frente fluídico durante la realización del ensayo. De esta manera, este módulo impulsor 110 se conecta directamente al módulo computacional 100, el cual envía las señales de activación de dichos motores y actuadores para el inicio de la impulsión, a la vez que envía señales a partir de dichos sensores de posición (finales de carrera, sensores lumínicos o térmicos dentro del chip analítico, etc.) al mismo módulo computacional 100 para que se procese dicha señal como retroalimentación de información para el control fino del funcionamiento de este módulo impulsor 110. Así, las señales de seguimiento de este módulo impulsor 110 pueden conectarse de dos maneras al módulo computacional 100: directamente desde el sensor de posición en el caso de los finales de carrera, o a través de la interfaz electrónica 140 en el caso de los sensores incluidos dentro del chip analítico 1000. El módulo impulsor 110 permite la realización de ensayos analíticos complejos pudiendo actuar en diferentes ejes para el avance, retracción, parada y mezcla de distintos fluidos dentro del propio chip analítico 1000. Además, el elemento de tapón permite la encapsulation de los reactivos dentro del chip/chip analítico 1000, lo cual habilita el almacenamiento del chip como una solución lista para su uso.

Este sistema así, desde el punto de vista microfluídico, es un salto diferencial con el estado del arte. Actualmente, los procesos de impulsión automatizados requieren de grandes impulsores de jeringa anexos a los chips microfluídicos, lo que los hace poco amigables para usar. Además, impide que se definan sistemas realmente portables, ya que se requiere de un sistema de émbolo (que fácilmente puede alcanzar los 2 Kg de peso) para cada una de las impulsiones, a la vez que requiere realizar conexiones con tubos desde los chips a los émbolos externos. Y desde el punto de vista clínico, este sistema permite la realización de procesos clínicos complejos, que hasta ahora requieren de técnicos de laboratorio para ello o de equipos complejos y pesados, lo que abre la vía a poder realizarlos de forma deslocalizada de los laboratorios hospitalarios o de automatizarlos.

Aunque fuera de los dispositivos portables o de sobremesa, como el sistema que se propone, se encuentran los robots de automatización donde el control fluídico se realiza por medio de un brazo robótico con sistema de aspirado, estos robots diferencian los distintos procesos tanto térmicos como de actuación en zonas separadas espacialmente. Sin embargo, en el sistema propuesto, combinando los módulos de impulsión 110, de actuación térmica 120 y de interfaz electrónica 140, es posible llevar a cabo diferentes procesos automatizados en los que controlar varios parámetros: la detección de distintos analitos en un medio mediante sensores electroquímicos o a través de sensores y actuadores lumínicos que se integren dentro del chip analítico 1000; la regulación de la temperatura del ensayo en función de las condiciones óptimas de reacción; y el flujo dentro del chip analítico 1000. A modo de ejemplo, y de manera no limitante, entre estos procesos se encontrarían tanto aplicaciones de determinación de parámetros bioquímicos, inmunológicos e incluso genéticos, así como también podría encontrarse el mantenimiento de cultivos celulares en las condiciones óptimas de temperatura y concentración de los distintos metabolites necesarios mediante la medición de estos en el medio de cultivo mediante su detección electroquímica.

El módulo computacional 100 es el núcleo de la realización del sistema, un “cerebro” para manejar todos los procesos simultáneos que están ocurriendo, encargado de la emisión y recepción de señales que en conjunto con los módulos actuadores permite el funcionamiento del sistema. El módulo computacional 100 se implementa en un microcomputador que hace las veces de ordenador central, con un sistema operativo liviano y configurado para que todo se produzca en tiempo real, disponiendo de los componentes necesarios para poder conectar el sistema a internet y así poder enviar información a servidores seguros de forma enchptada. Además, es el centro de procesado de señales del sistema, al ser el encargado de procesar las señales obtenidas a partir de los diferentes sensores del sistema para la generación de dos tipos de información: información de proceso (por ejemplo, posición de los impulsores, temperatura en tiempo real del sistema, etc.) e información analítica (por ejemplo, cambio de emisión lumínica en una muestra, cambio de potencial eléctrico en el entorno de un sensor electroquímico, etc.). Esta segunda tipología de datos se procesa dentro del módulo de computación 100 para la generación de resultados analíticos, los cuales son posteriormente representados en la interfaz gráfica del propio sistema, así como también pueden ser enviados a través del módulo de conectividad 160 a la red externa de datos para su comunicación con otros sistemas de análisis o gestión de datos (por ejemplo, historiales de pacientes, sistemas de gestión de laboratorio clínico, etc.). El módulo computacional 100 comprende un conjunto de placas, componentes y procesadores que, mediante su programación, permite el control del sistema de manera integral, incluyendo bloques de control para cada uno de los módulos funcionales, así como el procesamiento de los datos obtenidos durante su funcionamiento. De esta manera, se encuentran bloques electrónicos dedicados al control de módulo térmico 120, del sistema de impulsión 110, del módulo de visión artificial 130 y de la integración de señales provenientes de la interfaz electrónica 140 con el chip analítico 1000. Por otro lado, todos estos bloques se conectan en el módulo computacional 100 para la recogida de datos de cada uno de los bloques funcionales y el control armonizado de cada uno de ellos en la realización de los distintos procesos programados, así como la conversión de los datos obtenidos en resultados analíticos siguiendo el algoritmo de detección específico para cada proceso y su posterior comunicación al usuario a través de la interfaz gráfica preestablecida o el protocolo de comunicación con sistema central especificado por el usuario.

El módulo de conectividad 160 es un módulo de comunicación integrado dentro del dispositivo actuador que permite el envío de datos desde el propio dispositivo a diferentes sistemas de almacenamiento y gestión de datos. Este módulo de conectividad 160 permite la sincronización de los resultados obtenidos por esta tecnología con bases de datos externas a la misma, a través de diferentes protocolos de conexión mediante la encriptación de dichos resultados en el formato necesario para su correcta adecuación al destino, incluyendo historial médico centralizado, dispositivos en red u otros sistemas de almacenamiento externos. Este módulo de conectividad 160 se conecta pues al propio módulo de computación 100 para la recepción de los resultados analíticos y su posterior comunicación, mediante conexión inalámbrica o cableada, a sistemas externos, como pueden ser nubes de datos, sistemas de almacenamiento de datos médicos de pacientes, etc.

A través del módulo de conectividad 160, el módulo computacional 100 se comunica con un módulo de procesamiento de datos 170 que, a su vez, presenta dos partes: la gestión de datos incluida dentro del propio módulo computacional 100 para la emisión de resultados analíticos, y el estudio a gran escala de dichos datos obtenidos por el sistema en servidores externos que permite la inclusión de estudios a partir de metodologías que usan datos a gran escala (“big-data”) en el sistema. Así, permite a llevar a cabo estudios prospectivos a partir del análisis de los datos obtenidos del sistema a gran escala para discernir patrones de comportamiento de los diferentes ensayos llevados a cabo que podrán influir en el funcionamiento de nuevos dispositivos o consumibles, o bien establecer correlaciones entre diferentes parámetros a analizar. Este módulo de procesamiento de datos 170, por tanto, no se incluye como módulo físico dentro del sistema, sino que se compone de vahos elementos incluidos en el módulo computational 100, así como se sirve del propio módulo de conectividad 160 para la emisión de datos al servidor externo.

Por último, el módulo de gestión de potencia 150 es un módulo independiente que permite la gestión de un banco de baterías integrados en el propio dispositivo actuador, las cuales dotan al sistema de autonomía una vez desconectados de la red eléctrica y permiten la portabilidad del sistema al ser baterías recargables que alimentan los diferentes módulos funcionales del sistema. Este módulo de gestión de potencia 150 se conecta con todos los módulos actuadores para dotarlos de alimentación, y sólo envía datos al módulo computational 100 para la representación del estado de la batería en la interfaz gráfica. Para alimentar todos los módulos del dispositivo actuador, es necesario realizar conversiones de potencia para adaptarse a diferentes necesidades, por lo que el módulo de gestión de potencia 150 usa electrónica de potencia robusta, que no emite ruidos eléctricos ni sobrecalienta los dispositivos. Para ello se ha realizado un diseño hardware adaptado al dispositivo y una disipación térmica de la potencia que la refrigera. Aparte, se ha incorporado un sistema de gestión de baterías ó BMS (Battery Management System, en inglés) para poder cargar el banco de baterías que se incorpora en los dispositivos para hacerlo portátil.

Todos los elementos de cada módulo funcional que se integran como una sola plataforma funcional son alojados en un contenedor externo 180, como el que se muestra en la Figura 6 según una posible realización, permitiendo el encaje de los distintos bloques funcionales y actuando como soporte para los distintos módulos como un único dispositivo o aparato, ocupando el mínimo volumen posible. Los módulos están distribuidos según sobre qué zona de los chips analíticos tienen que actuar. El contenedor externo 180 se compone de diferentes elementos móviles que se encuentran controlados por el módulo computational 100, como son una bahía de entrada 181 mostrada en la Figura 7, para la entrada o carga del chip analítico 1000 en el dispositivo actuador. La bahía de entrada 181 se extrae para introducir sobre ella el chip analítico 1000. Además, la carcasa o contenedor externo 180 tiene una zona donde posar la tableta o terminal con pantalla que hace las veces de interfaz gráfica de usuario y esta zona además habilita la carga inalámbrica de la misma.

La Figura 8 ¡lustra una vista externa del sistema completo, incluyendo una interfaz de usuario, donde, según una posible realización de la invención, se muestra i) el contenedor externo 180 dentro del que se encuentran las diferentes placas electrónicas de control y módulos computationales necesarios para la generación de resultados dentro de la plataforma y que permiten el control de los diferentes módulos de actuación del sistema, y ¡i) la interfaz de usuario, que sirve como interfaz de actuación para la selección de modos dentro del dispositivo actuador, implementada en una pantalla 190, por ejemplo, táctil. La pantalla de control presenta en una interfaz gráfica de usuario el software incluido en el módulo de computación 100 para que el usuario configure el control del sistema. Además, a partir de esta interfaz de usuario se generan datos de uso del propio usuario que se comunican al módulo computacional 100 para su procesamiento (por ejemplo, selección de un modo de análisis, configuración de red inalámbrica, etc.).

A continuación, se describe detalladamente la interacción entre los distintos módulos del sistema que define métodos de análisis clínicos implementables en el sistema propuesto anteriormente, según posibles casos de uso.

- Sistema para la cuantificación de creatinina en una muestra biológica mediante el método Jaffe:

El sistema descrito se encuentra diseñado para la determinación del cambio coloñmétñco en muestras biológicas dependiente de la concentración de creatinina presente una vez se expone dicha muestra a una solución de picrato alcalino. Este sistema se compone del dispositivo actuador propuesto anteriormente y un chip analítico (chip analítico 1000) en el que se encuentran los reactivos necesarios para la realización de la determinación (en este caso, una mezcla de volúmenes ¡guales de ácido pícrico 25mM e hidróxido sódico 0,4M). En el dispositivo actuador se encuentran los módulos funcionales encargados de orquestar cada uno de los procesos activos dentro del chip analítico para leer los resultados del análisis de creatinina en la muestra biológica mediante el método Jaffe.

De esta manera, el proceso de análisis se lleva a cabo de la siguiente forma:

La muestra a analizar, en este caso plasma sanguíneo, se introduce en el orificio de entrada de muestra del chip analítico, llenando dicho orificio hasta la señal de volumen. Se procede a cerrar dicho orificio con el elemento de cierre, quedando listo para su introducción en el dispositivo actuador. Se enciende dicho dispositivo, el cual extrae la bahía de entrada 181 de chips analíticos para su carga. Se introduce el chip analítico siguiendo las indicaciones de posicionamiento de la propia bahía, y se activa el botón de cierre de ésta. Una vez cerrada la entrada de chips, se selecciona en la interfaz de usuario para la selección de modos del dispositivo actuador el modo de análisis, pudiendo ser éste: i) un modo preprogramado automático, en el cual la interfaz electrónica reconoce el tipo de chip analítico y carga la secuencia de actuaciones a realizar para el ensayo concreto, o ¡i) un modo manual en el que el usuario puede modificar los parámetros de análisis necesarios para el procesamiento del chip analítico reconocido por el sistema. En el caso del modo automático, una vez se selecciona el mismo, el dispositivo actuador procede a iniciar la secuencia de análisis.

En primer lugar, se activa el módulo de control térmico 120, el cual procede a la estabilización de una temperatura en el chip analítico de 37°C mediante la activación, a través de la interfaz electrónica 140, de los calentadores metálicos funcionales integrados dentro del chip analítico 1000. Una vez se alcanza dicha temperatura, se activa el módulo de impulsión mecánica 110 que, mediante la actuación de los motores asociados a los émbolos de impulsión, introducen tanto el reactivo de trabajo como la muestra dentro del circuito microfluídico del chip analítico. En este circuito microfluídico se procede a la mezcla de ambos fluidos, pasando la mezcla a rellenar una cámara de reacción alineada con los elementos del módulo de visión artificial 130. Este módulo de visión artificial 130 realiza un seguimiento del frente fluídico a lo largo del recorrido microfluídico en el chip analítico, asegurando el correcto llenado de la cámara. Una vez transcurren 30 segundos desde la activación del proceso de impulsión, el módulo de visión artificial 130 procede a activar la fuente lumínica, la cual selecciona la longitud de onda necesaria para la medición del cambio de absorbancia que ocurrirá en la muestra a lo largo de la reacción química. De esta manera, se selecciona una longitud de onda de emisión de 500nm, pasando el haz de luz modulada a través de la muestra y siendo detectado por el sensor de imagen. Este sensor de imagen envía los datos recogidos al módulo de computación 100, el cual extrae los datos de color y los procesa mediante el uso de un algoritmo predeterminado, extrayendo con ello los datos de absorbancia en tiempo real de la muestra a lo largo de un total de 60 segundos desde la activación de la fuente lumínica. Estos datos son procesados por dicho módulo computacional 100 y representados en la interfaz gráfica de usuario del dispositivo actuador.

- Sistema para la determinación de la presencia de secuencias genéticas de SARS- CoV-2 en muestras biológicas mediante reacción en cadena de la polimerasa, qPCR:

El dispositivo actuador descrito se encuentra diseñado también para la detección de secuencias genéticas asociadas al virus SARS-CoV-2 mediante un proceso de amplificación de material genético por reacción en cadena de la polimerasa asociada a sondas (“reporters”) fluorimétricas en tiempo real (qPCR). En este caso, el sistema analítico que se propone comprende un chip analítico 1000 que, a su vez, comprende una mezcla máster (“mastermix”) en la que se encuentran los deoxirribonucleótidos, MgCI, polimerasa y cebadores (“primers”) específicos de la secuencia a determinar - el gen Spike del SARS- CoV-2 según la secuencia recomendada por el CDC con reporter fluorimétrico FAM (6- carboxyfluoresceina) y el gen de la RNAsa P como control interno de reacción con reporter fluorimétrico ROX (carboxyrhodamine)-, así como un buffer de lisis celular compuesto por guanidina hidrocloruro 6M y un buffer de lavado compuesto por una solución al 50% de etanol absoluto).

De esta manera, el proceso de análisis se lleva a cabo de la siguiente forma:

La muestra a analizar, en este caso aspirado nasofaríngeo, se introduce en el orificio de entrada de muestra del chip analítico 1000 o chip analítico, llenando dicho orificio hasta la señal de volumen. Se procede a cerrar dicho orificio con el elemento de cierre, quedando listo para su introducción en el dispositivo actuador del sistema de análisis. Se enciende dicho dispositivo, el cual extrae la bahía de entrada 181 de chips analíticos para su carga. Se introduce el chip analítico siguiendo las indicaciones de posicionamiento de la propia bahía 181 , y se activa el botón de cierre de esta. Una vez cerrada la entrada de chips, se selecciona en la interfaz de usuario el modo de análisis, pudiendo ser éste un modo preprogramado automático, en el cual la interfaz electrónica reconoce el tipo de chip analítico y carga la secuencia de actuaciones a realizar para el ensayo concreto, o un modo manual en el que el usuario puede modificar los parámetros de análisis necesarios para el procesamiento del chip analítico reconocido por el sistema. En el caso del modo automático, una vez se selecciona el mismo, el dispositivo actuador procede a iniciar la secuencia de análisis.

En primer lugar, se activa el módulo de control térmico 120, el cual procede a la estabilización de una temperatura en el chip analítico de 25°C mediante la activación de los calentadores metálicos funcionales dentro del chip analítico 1000 a través de la interfaz electrónica 140. Una vez se alcanza dicha temperatura, se activa el módulo de impulsión 110 mecánica, que, mediante la actuación de los motores asociados a los émbolos de impulsión, introducen tanto el buffer de lisis como la muestra, siendo ambos mezclados a lo largo del recorrido microfluídico. Esta mezcla pasa por un periodo de incubación de 10 minutos, tras el cual se vuelve a activar el módulo de impulsión 110, esta vez para impulsar dicha mezcla a través de una columna de sílice en la que se llevará a cabo la extracción de los ácidos nucleicos. Una vez dichos ácidos nucleicos se encuentran unidos por afinidad a la columna de sílice, se activa de nuevo el módulo de impulsión 110 para lavar dicha columna mediante la introducción del buffer de lavado a través de la columna, tras lo cual se procede a secar dicha columna mediante la impulsión de aire previamente presurizado en los orificios de entrada del chip analítico. Finalizado este proceso de extracción de ácidos nucleicos, se procede a actuar una vez más el módulo de impulsión 110 para impulsar la “mastermix” a través de la columna, poniendo en contacto la misma con los reactivos de amplificación genética. Una vez se encuentre la “mastermix” en contacto con la región de la columna de sílice, se procede a activar el módulo de control térmico 120, el cual procede a activar tanto los calentadores metálicos incluidos en el chip analítico como varios módulos de actuación termoeléctrica del dispositivo actuador que, en contacto con el chip de análisis, regulan la temperatura del chip analítico 1000 hasta alcanzar la temperatura objetivo de 50°C, la cual se mantiene estable para la retro-transcripción de las secuencias durante 15 minutos. Tras ello, el módulo térmico 120 cambia la temperatura objetivo a 95°C para realizar el primer paso de desnaturalización, con una duración de 2 minutos, tras el cual comienza el proceso de termociclado, el cual depende de diferentes actuadores que conforman el módulo térmico 120: por un lado, los calentadores integrados dentro del chip analítico 1000 se encargan de incrementar la temperatura de manera rápida dentro del chip analítico, por otro, los actuadores termoeléctricos del dispositivo actuador permiten tanto aumentar la temperatura del dispositivo como enfriarlo, aumentando con ello la inclinación de las rampas de temperatura a lo largo del proceso; por último, estos actuadores termoeléctricos se encuentran acoplados a un disipador de calor 121 , el cual se compone de disipadores físicos y ventiladores que permiten el enfriamiento del sistema de manera eficiente. Durante este termociclado, por tanto, se activan las funciones de calentamiento durante el incremento de temperatura, mientras que se activan los módulos termoeléctricos para el enfriamiento durante las rampas de disminución térmica. Este proceso de termociclado se compone de 45 ciclos, en los cuales la muestra pasa por 95 ^a C durante 3 segundos y 55°C durante 30 segundos. A su vez, y tras cada uno de estos ciclos térmicos, se activa el módulo de visión artificial 130, el cual activa un emisor lumínico a 494nm, correspondiente a la excitación del fluoróforo FAM, a la vez que activa el motor asociado al rack de filtros ópticos para la selección de los filtros tanto de excitación como de emisión asociados a este fluoróforo. Este emisor por tanto genera un pulso de luz, cuyo haz pasa a través del filtro de excitación, la muestra, y el filtro de emisión, y llega al sensor de imagen, el cual capta la señal fluorimétrica emitida por la muestra y la procesa a través del módulo computational 100. Seguidamente, se activa un segundo emisor lumínico a 587nm correspondiente a la excitación del fluoróforo ROX, así como se seleccionan los filtros de excitación y emisión asociados a este fluoróforo, emitiendo un pulso de luz y midiendo la señal fluorimétrica generada por la muestra al ser excitada. Estas mediciones se llevan a cabo una vez cada fin de ciclo térmico, siempre en el paso de 55°C, y los datos obtenidos por el sensor de imagen son almacenados y procesados por el módulo de computación 100 para la generación de resultados. Estos datos son procesados por dicho módulo computational 121 y representados en la interfaz gráfica de usuario del dispositivo actuador. Sistema para la determinación combinada de parámetros bioquímicos y genéticos:

El dispositivo descrito se encuentra también diseñado para la detección de secuencias genéticas asociadas al virus SARS-CoV-2 mediante un proceso de amplificación de material genético por reacción en cadena de la polimerasa asociada a “reporters” fluoñmétñcos en tiempo real (qPCR), así como la cuantificación de los niveles de creatinina en suero sanguíneo. El sistema de análisis comprende un chip analítico 1000, chip analítico, en el que se encuentran los reactivos necesarios para la realización de la determinación, en este caso, una “mastermix” en la que se encuentran los desoxirribonucleótidos, MgCI, polimerasa y “primers” o cebadores específicos de la secuencia a determinar: el gen Spike del SARS- CoV-2 según la secuencia recomendada por el CDC con reporter fluorimétrico FAM y el gen de la RNAsa P como control interno de reacción con reporter fluorimétrico ROX-, buffer de guanidina hidrocloruro 6M, buffer de lavado de solución al 50% de etanol absoluto y la solución para la determinación de creatinina consistente en una mezcla de volúmenes ¡guales de ácido pícrico 25mM e hidróxido sódico 0,4M.

De esta manera, el proceso de análisis se lleva a cabo de la siguiente forma:

Las muestras a analizar, en este caso aspirado nasofaríngeo y plasma sanguíneo, se introducen en diferentes orificios de entrada de muestra del chip analítico hasta llegar a la señal de volumen predeterminada. Se procede a cerrar ambas entradas de muestra con elementos de cierre, quedando el chip analítico listo para su introducción en el dispositivo actuador del sistema. Se enciende dicho dispositivo, el cual extrae la bahía de entrada 181 de chips analíticos para su carga. Se introduce el chip analítico siguiendo las indicaciones de posicionamiento de la propia bahía, y se activa el botón de cierre de esta. Una vez cerrada la entrada de chips, se selecciona en la interfaz de usuario del dispositivo actuador el modo de análisis, pudiendo ser éste un modo preprogramado automático, en el cual la interfaz electrónica reconoce el tipo de chip analítico y carga la secuencia de actuaciones a realizar para el ensayo concreto, o un modo manual en el que el usuario puede modificar los parámetros de análisis necesarios para el procesamiento del chip analítico reconocido por el sistema. En el caso del modo automático, una vez se selecciona el mismo, el dispositivo actuador procede a iniciar la secuencia de análisis.

En este caso, se diferencian distintas zonas térmicas dentro de un único chip analítico 1000, realizando con ello dos procesos paralelos diferenciados. En primer lugar, se activa el módulo de control térmico 120, el cual procede a la estabilización de una temperatura en el chip analítico de 25°C mediante la activación de los calentadores metálicos funcionales dentro del chip analítico, a través de la interfaz electrónica 140 del dispositivo actuador, en la zona destinada a la extracción de ácidos nucleicos y posterior estudio genético, mientras que se estabiliza una zona a 37°C correspondiente al protocolo de análisis de la muestra de plasma. Una vez se alcanzan sendas temperaturas, se activa el módulo de impulsión 110 mecánica, que, mediante la actuación de los motores asociados a los émbolos de impulsión, introducen tanto el buffer de lisis como la muestra de aspirado nasofaríngeo, siendo ambos mezclados a lo largo del recorrido microfluídico, mientras que a su vez se procede a la impulsión en la región destinada al análisis bioquímico de la muestra junto con la solución de picrato alcalino. Se inicia un periodo de incubación para la muestra nasofaríngea con el buffer de lisis de 10 minutos, durante los cuales se realiza la determinación de creatinina. Para ello, una vez mezclados muestra y reactivo de trabajo, pasan a rellenar una cámara de reacción alineada con los elementos del módulo de visión artificial 130. Este módulo de visión artificial 130 realiza un seguimiento del frente fluídico a lo largo del recorrido microfluídico en el chip analítico, asegurando el correcto llenado de la cámara. Una vez transcurren 30 segundos desde la activación del proceso de impulsión, el módulo de visión artificial 130 procede a activar la fuente lumínica, la cual selecciona la longitud de onda necesaria para la medición del cambio de absorbancia que ocurrirá en la muestra a lo largo de la reacción química. De esta manera, se selecciona una longitud de onda de emisión de 500nm, pasando el haz de luz modulada a través de la muestra y siendo detectado por el sensor de imagen. Este sensor de imagen envía los datos recogidos al módulo de computación 100, el cual extrae los datos de color y los procesa mediante el uso de un algoritmo predeterminado, extrayendo con ello los datos de absorbancia en tiempo real de la muestra a lo largo de un total de 60 segundos desde la activación de la fuente lumínica. Estos datos son procesados por dicho módulo computacional 100, y representados en la interfaz gráfica del dispositivo actuador a modo de resultado de la determinación de creatinina. Una vez pasados los 10 minutos necesarios para la lisis de la muestra nasofaríngea, se vuelve a activar el módulo de impulsión 110, esta vez para impulsar dicha mezcla a través de una columna de sílice en la que se llevará a cabo la extracción de los ácidos nucleicos. Una vez dichos ácidos nucleicos se encuentran unidos por afinidad a la columna de sílice, se activa de nuevo el sistema de impulsión para lavar dicha columna mediante la introducción del buffer de lavado a través de la columna, tras lo cual se procede a secar dicha columna mediante la impulsión de aire previamente presurizado en los orificios de entrada del chip analítico. Finalizado este proceso de extracción de ácidos nucleicos, se procede a actuar una vez más el módulo de impulsión 110 para impulsar la “mastermix” a través de la columna, poniendo en contacto la misma con los reactivos de amplificación genética. Una vez se encuentre la “mastermix” en contacto con la región de la columna de sílice, se procede a activar de nuevo el módulo de control térmico 120, el cual procede a activar tanto los calentadores metálicos incluidos en el chip analítico como varios módulos de actuación termoeléctrica que, en contacto con el chip de análisis, regulan la temperatura de este hasta alcanzar la temperatura objetivo de 50°C, la cual se mantiene estable para la retro-transcripción de las secuencias durante 15 minutos. Tras ello, el módulo térmico 120 cambia la temperatura objetivo a 95°C para realizar el primer paso de desnaturalización, con una duración de 2 minutos, tras el cual comienza el proceso de termociclado, el cual depende de diferentes actuadores que conforman el módulo térmico 120: por un lado, los calentadores integrados dentro del chip analítico 1000 se encargan de incrementar la temperatura de manera rápida dentro de dicho dispositivo o chip analítico; por otro, los actuadores termoeléctricos del dispositivo actuador permiten tanto aumentar la temperatura del dispositivo como enfriarlo, aumentando con ello la inclinación de las rampas de temperatura a lo largo del proceso; por último, estos actuadores termoeléctricos se encuentran acoplados a un disipador de calor 121 , el cual se compone de disipadores físicos y ventiladores que permiten el enfriamiento del sistema de manera eficiente. Durante este termociclado, por tanto, se activan las funciones de calentamiento durante el incremento de temperatura, mientras que se activan los módulos termoeléctricos para el enfriamiento durante las rampas de disminución térmica. Este proceso de termociclado se compone de 45 ciclos, en los cuales la muestra pasa por 95 ^a C durante 3 segundos y 55°C durante 30 segundos. A su vez, y tras cada uno de estos ciclos térmicos, se activa el módulo de visión artificial 130, el cual activa un emisor lumínico a 494nm, correspondiente a la excitación del fluoróforo FAM, a la vez que activa el motor asociado al rack de filtros ópticos para la selección de los filtros tanto de excitación como de emisión asociados a este fluoróforo. Este emisor por tanto genera un pulso de luz, cuyo haz pasa a través del filtro de excitación, la muestra, y el filtro de emisión, y llega al sensor de imagen, el cual capta la señal fluorimétrica emitida por la muestra y la procesa a través del módulo computational 100. Seguidamente, se activa un segundo emisor lumínico a 587nm correspondiente a la excitación del fluoróforo ROX, así como se seleccionan los filtros de excitación y emisión asociados a este fluoróforo, emitiendo un pulso de luz y midiendo la señal fluorimétrica generada por la muestra al ser excitada. Estas mediciones se llevan a cabo una vez cada fin de ciclo térmico, siempre en el paso de 55°C, y los datos obtenidos por sensor de imagen son almacenados y procesados por el módulo de computación 100 para la generación de resultados. Estos datos son procesados por dicho módulo computational 100 y representados en la interfaz gráfica de usuario del dispositivo actuador.