CÁMARAS DE REACCIÓN

DESCRIPCIÓN

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de los sistemas de calentamiento y enfriamiento de cámaras de reacción donde se realizan termociclados o reacciones a temperatura constante.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de diagnóstico Point Of Care (POC) basados en diagnóstico molecular, disponen, generalmente, de un sistema analizador (en adelante máquina) y un chip, cartucho o cassette desechable. El chip o cartucho, contiene una o más cámaras de reacción, canales fluídicos que las conectan entre sí y con las entradas o salidas fluídicas, válvulas para redirigir los fluidos por el camino adecuado, etcétera.

En las cámaras de reacción tienen lugar reacciones biológicas entre diferentes compuestos. Para que las reacciones ocurran, se requiere en ocasiones bien elevar la temperatura de la cámara a un determinado valor, bien reducirla a un determinado valor, o bien realizar unos determinados ciclos de temperatura. La reacción, en este último caso, se ve favorecida cuando las transiciones entre las diferentes temperaturas son rápidas.

Tanto para calentar o enfriar la cámara como para someterla a ciclos térmicos, la máquina debe disponer de los medios necesarios para calentar y/o enfriar el chip o cartucho. Cuando este calentamiento y/o enfriamiento se realiza contactando una superficie caliente o fría con el chip, el acoplamiento térmico entre ambos es primordial para obtener un sistema repetitivo y reproducible.

Un desalineamiento entre las superficies, o una escasa presión entre ellas, puede llevar a diferencias significativas en la transmisión del calor, que acarrea como consecuencia que la reacción química no se realice de manera óptima, reduciéndose la eficacia de la misma. Descripción de la invención

La invención se refiere a un sistema potenciador de la repetitividad y reproducibilidad de termociclados en cámaras de reacción, que resuelve el problema anteriormente expuesto, asegurando un contacto y alineamiento óptimo entre el calentador/enfriador y el chip y proporciona una forma de acelerar los ciclos térmicos.

El elemento calentador o enfriador lo vamos a denominar elemento variador de temperatura, de manera que podemos decir que el sistema potenciador de la repetitividad y reproducibilidad de termociclado de cámaras de reacción dispuestas en chips comprende al menos un sub-sistema variador de temperatura las cámaras de reacción del chip que comprende:

o Medios de aplicación de temperatura;

o Una masa de desplazamiento de los medios de aplicación de temperatura a las cámaras de reacción del chip,

o Medios de unión de los medios de aplicación de temperatura y la masa de desplazamiento,

o un dispositivo de accionamiento del desplazamiento de la masa de desplazamiento y los medios de aplicación de temperatura,

de manera que el dispositivo de accionamiento desplaza los medios de aplicación de temperatura y la masa de desplazamiento según una de las siguientes posiciones:

o una posición de reposo donde la masa de desplazamiento y los medios de aplicación de temperatura están separados del chip y entre ellos; o una posición de accionamiento donde:

^■ la masa de desplazamiento está separada de los medios de aplicación de temperatura ;

^■ los medios de aplicación de temperatura están desplazados dispuestos en contacto térmico con el chip;

o una posición de regulación donde la masa de desplazamiento está en contacto físico con los medios de aplicación de temperatura.

Puede comprender medios de guiado del bloque o masa de desplazamiento respecto a los medios de aplicación de temperatura.

La masa de desplazamiento es un bloque que actúa como bloque de inercia térmica. Los medios de aplicación de temperatura son medios de aplicación de temperatura que puede ser dicha temperatura de aplicación superior o inferior a la de la cámara de reacción, suponiendo un calentamiento o un enfriamiento de dicha cámara.

Adicionalmente el sistema puede comprender una membrana flexible dispuesta sobre el chip, entre los medios de aplicación de temperatura y el chip, lo que produce una sobrepresion en el interior de la cámara de reacción al entrar en contacto los medios de aplicación de temperatura con la membrana flexible y con el chip, obteniendo así, en el caso de que el medio de aplicación de temperatura sea un medio calentador de la cámara de reacción, siempre la misma capacidad de transferencia de calor, detección de temperatura y un control mas preciso lo que permite aumentar la reproducibilidad y repetitividad en termociclados como la PCR (polimerasa Chain Reaction).

Este sistema puede ser aplicado para : incubación, elución, purificación y concentración de ADN, amplificación de ADN por NASBA (Nucleic Acid Sequence Based Amplification o amplificación isotérmica de ácidos nucleicos), en los que es necesario un calentamiento o enfriamiento a temperatura constante, así como para realizar ciclos entre dos o más temperaturas, normalmente utilizando un elemento calentador (no se requieren temperaturas por debajo de la ambiental). El ejemplo más típico de uso es la realización de una reacción de PCR.

Breve descripción de los dibujos

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.

Figúral a esquema del sistema en reposo.

Figura 1 b esquema del sistema en funcionamiento en posición intermedia.

Figura 1 c esquema del sistema en funcionamiento en posición de calentamiento/enfriamiento.

Figura 1 d esquema del sistema en funcionamiento en posición de enfriamiento.

Figura 2a esquema del sistema en reposo con chip desalineado.

Figura 2b esquema del sistema en funcionamiento de la figura 2a en posición intermedia. Figura 2c esquema del sistema en funcionamiento de la figura 2a en posición intermedia con contacto completo al chip.

Figura 2d esquema del sistema en funcionamiento de la figura 2a en posición de calentamiento/enfriamiento.

Figura 2e esquema del sistema en funcionamiento en posición de enfriamiento.

Figura 3 esquema de una realización preferida para termociclado.

Figura 4 esquema de una realización preferida con lámina flexible.

Figura 5a esquema de una realización preferida por choque térmico con paso de una sola vez por cada subsistema.

Figura 5b esquema de una realización preferida por choque térmico con paso de dos veces por cada subsistema.

Descripción detallada de la invención

Una primera realización preferida de la invención se presenta esquemáticamente en las figuras 1a, 1 b, 1c, 1d y 1 d.

En la figura 1 a se muestra el chip (1 ) que ha sido introducido en la máquina (no presentada en la figura) y un subsistema de calentamiento o enfriamiento compuesto por un elemento de aplicación de temperatura (2) unido a un bloque metálico (3) de manera flexible mediante resortes (4). El subsistema de variación de temperatura está retraído inicialmente, esto es, no contacta con el chip (1 ) que queremos calentar o enfriar.

Tras insertar el chip (figura 1 a), se desplaza el bloque (3) hacia arriba y fuerza al elemento de aplicación de temperatura (2) a entrar en contacto con el chip (figura 1 b). El bloque (3) continua subiendo hasta la posición de calentamiento/enfriamiento de la figura 1 c. En esta posición, el elemento de aplicación de temperatura (2) está en contacto con el chip (1) y los resortes están comprimidos, con lo que el elemento de aplicación de temperatura (2) está siendo presionado contra el chip con una fuerza determinada, lo que asegura un correcto contacto térmico.

Cuando el elemento de aplicación de temperatura (2) es un calentador y se quiere enfriar para realizar un ciclado térmico (PCR), esto es, reducir la temperatura del chip, por ejemplo bajarla de 95°C a 60°C, se apaga el elemento de aplicación de temperatura (o se reduce su potencia) y se sube la masa o bloque de desplazamiento (3) hasta contactar con el calentador (2) (figura 1 c). Dado que el bloque (3) se encontraba a temperatura ambiente (o más frió si se utiliza un medio para enfriarlo), el calentador (2) se enfría rápidamente. Una vez alcanzada la temperatura deseada, el sistema pasa a la posición de la figura 1 c y el calentador (2) mantiene la temperatura estable.

La figura 2 muestra la misma secuencia en la que el chip (1) y el subsistema de variación de temperatura se encuentran inicialmente desalineados.

Como se aprecia en la figura 2, la flexibilidad de los resortes absorben el desalineamiento y permiten, como se aprecia en la figura 2d, que el contacto térmico en la posición de calentamiento sea bueno.

La figura 4 muestra el sistema con la membrana flexible (9)

Para que el contacto térmico en la etapa de reducción de temperatura sea bueno, figura 2e, el bloque (3) debe estar unido al accionamiento que lo mueve hacia arriba (no presentado en la figura) mediante una unión flexible (p. e. resortes), que le permita adaptarse al ángulo en el que esté dispuesto el chip (1 ).

En resumen, se puede afirmar que el sistema permite garantizar un buen contacto térmico y alineamiento entre el chip y el calentador de manera reproducible; asegura una presión entre el chip y el calentador o enfriador; y, adicionalmente, acelera el proceso de reducción de temperatura con respecto a una reducción pasiva por convección natural.

La figura 3 muestra un modo de realización preferida en el que se muestra un sistema potenciador de la repetitividad y reproducibilidad de termociclado de cámaras de reacción que comprende un subsistema variador de temperatura que comprende: Una pluralidad de elementos calefactores como medios de aplicación de temperatura (2) que comprenden un circuito impreso base, medios calefactores y un conector de alimentación de los medios de calefactores con un suministro de energía eléctrica. En esta realización los elementos calefactores comprenden también medios de uniformización para uniformizar la temperatura de los medios de calentamiento y medios de detección de temperatura, que son elementos opcionales.

Una pluralidad de resortes (4)

Una masa térmica (3) como medio enfriador a la que se une un disipador (5) de calor remanente del elemento enfriador (3) al ambiente y dos células Peltier (6) dispuestas entre el disipador de calor (5) y los medios de enfriamiento (3). Para regular la temperatura de la masa térmica (3) se dispone de una sonda de temperatura.

El subsistema se desplazaba verticalmente mediante un motor paso a paso con un usillo

(7).

El frío en el bloque o masa térmica se mantiene frió mediante dos células Peltier (7) que a su vez se enfrían mediante radiadores con aire forzado como disipadores (5).

El bloque o masa de desplazamiento térmica (3) empuja mediante cuatro resortes (4) una pieza (8) sobre la que van fijos los calentadores (2), que en la realización son resistencias eléctricas conectadas mediante un circuito impreso flexible, que además contiene una sonda de temperatura y unos bloques de cobre para uniformizar la temperatura y proporcionar una base de apoyo contra el chip (1).

Los resortes (4) van guiados por pasadores que se insertan en su interior, para limitar el movimiento en los ejes X e Y, normales al movimiento que produce el motor (eje Z), ya que el desalineamiento ente chip (1 ) y calentador (2) suele ser pequeño.

En otra realización preferida se muestra su aplicación a choques térmicos. La figura 5 muestra dos o más subsistemas (10) como el de la figura 1 , y se regulan cada uno a una temperatura constante y diferente al anterior ti y t ₂ .. El chip (1 ) tiene un canal (1 1 ) por el que circula un líquido que pasa consecutivamente sobre los subsistemas (10), de modo que el líquido que circula por el canal se ve sometido, al pasar de una zona a otra a cambios muy rápidos de temperatura (choques térmicos).

Este paso se puede realizar una vez (figura 5a) o varias veces (figura 5b).