BR112018000904B1 - Dispositivo de centrífuga, método, e, sistema - Google Patents
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Abstract
um dispositivo de centrífuga (200) e método para uso são apresentados. dispositivo de centrífuga inclui um alojamento (202), uma câmara (206), um canal (208) e uma cobertura (222). o alojamento inclui um primeiro orifício (204) e um respiradouro (212) e é projetado para girar em torno de um eixo geométrico (226) que passa através de um centro do alojamento. a câmara é definida dentro do alojamento e é acoplada ao primeiro orifício. uma primeira porção da câmara (206) tem uma largura que afila entre uma primeira largura em uma primeira posição e uma segunda largura em uma segunda posição dentro da câmara, a primeira largura (208) é acoplada à segunda posição da câmara e arranjada de maneira que um trajeto existe para que o gás se desloque do canal para a abertura de ventoinha (212). a cobertura (222) provê uma parede que veda a câmara.
Description
[001] As modalidades da presente invenção referem-se ao campo de ferramentas diagnosticas clínicas.
[002] Sangue integral é amplamente usado em pesquisa diagnostic IN-VITRO. Testes de sangue podem prover informações valiosas para diagnóstico clínico e desenvolvimento de fármacos. No entanto, a maioria dos sangues é analisada usando-se o plasma sanguíneo ou soro, porque as células sanguíneas vermelhas e suas substâncias constituintes (células sanguíneas contendo componentes) pode interferir com a medição. Assim, a separação de soro ou plasma de sangue integral é uma etapa de preparação típica para análise de sangue.
[003] Convencionalmente, a separação de soro ou plasma é realizada por centrifugação utilizando dispositivos de bancada comercialmente disponíveis. Este processo é trabalhoso e demorado, e a integração de sistemas centrífugos em dispositivos de pequeno ponto de cuidado é desafiadora e limitada por tamanho. Portanto, outras técnicas de separação estão sob desenvolvimento que permitem a integração em dispositivos de ponto de cuidado. Tais técnicas baseiam-se nos princípios do fluxo eletro- osmótico, separações hidrodinâmicas, forças acústicas, eletroforese e retenção de partículas. O último princípio de separação normalmente se baseia em membranas assimétricas, que bloqueiam as células sanguíneas vermelhas de passar tal filtro. A filtração de plasma é um método de separação de plasma promissor, mas tem muitas desvantagens ou desafios para superar. Desvantagens relacionadas à integração de filtro/membrana, entupimento, recaptação de plasma a partir da membrana e filtragem indesejável de biomoléculas. Além disso, a filtragem é demorada e o sangue com um hematócrito elevado deve ser diluído.
[004] Fluxo eletrosmótico e separações hidrodinâmicas que são usadas para dispositivos micro fluídos com volumes de analito na faixa de microlitros. Entretanto, tais técnicas exibem menos eficiência de separação de plasma do que as técnicas baseadas em centrifugação.
[005] Um método, aparelho e sistema para separação de amostras por centrifugação são apresentados. A integração da separação de plasma à base de centrifugação em dispositivos diagnósticos in vitro é desafiadora devido às limitações de tamanho, problemas de integração e fabricação de baixo custo. O dispositivo de centrífuga apresentado aqui permite uma separação eficiente de plasma de sangue integral usando pequenos volumes de amostra. Por exemplo, volumes de amostra de menos de 500 microlitros podem ser usados. Em outros exemplos, volumes de amostra entre 500 microlitros e 1000 microlitros, ou entre 1000 microlitros e 5000 microlitros, podem ser usados
[006] Em uma modalidade, um dispositivo de centrífuga inclui um alojamento, uma câmara, um canal e uma cobertura. O alojamento inclui um primeiro orifício e uma abertura de respiradouro e é projetada para girar em torno de um eixo geométrico que transpassa um centro do alojamento. A câmara é definida dentro do alojamento e é acoplada ao primeiro orifício. Uma primeira porção da câmara tem uma largura que se afunila entre uma primeira largura em uma primeira posição e uma segunda largura em uma segunda posição dentro da câmara, a primeira largura sendo maior do que a segunda largura. O canal é acoplado à segunda posição da câmara e disposto de modo que exista um caminho para que o gás se desloque do canal para a abertura de respiradouro. A cobertura provê uma parede que veda a câmara.
[007] Um método exemplar é descrito. O método inclui colocar uma amostra em uma câmara centrífuga através de um primeiro orifício, a câmara centrífuga sendo definida dentro de um alojamento cilíndrico. Em seguida, o primeiro orifício é vedado para impedir qualquer vazamento da amostra de volta através da entrada. A câmara centrífuga é girada em torno de um eixo geométrico que transpassa um centro do alojamento cilíndrico. A rotação causa uma separação da amostra dentro da câmara, onde uma primeira porção da amostra se move para dentro de uma primeira porção da câmara que se estende ao longo de uma circunferência da câmara e uma segunda porção da amostra se move para dentro de uma segunda porção da câmara que se estende radialmente a partir do eixo geométrico que passa através do centro do alojamento cilíndrico. O método continua com a interrupção da rotação da câmara centrífuga e a extração da segunda porção da amostra através de um segundo orifício.
[008] Em outra modalidade, um sistema inclui um dispositivo de centrífuga, um atuador e um dispositivo de extração. O dispositivo de centrífuga inclui um alojamento, uma câmara, um canal e uma cobertura. O alojamento inclui um primeiro orifício e uma abertura de respiradouro, e é projetado para girar em torno de um eixo geométrico que transpassa um centro do alojamento. A câmara é definida dentro do alojamento e é acoplada ao primeiro orifício. Uma primeira porção da câmara tem uma largura que se afunila entre uma primeira largura em uma primeira posição e uma segunda largura em uma segunda posição dentro da câmara, a primeira largura sendo maior do que a segunda largura. O canal é acoplado à segunda posição da câmara e disposto de modo que exista um caminho para que o gás se desloque do canal para a abertura de respiradouro. A cobertura tem um segundo orifício e provê uma parede que veda a câmara. O atuador é acoplado ao alojamento e gira o alojamento em torno do eixo geométrico. O dispositivo de extração é acoplado à cobertura e extrai uma amostra dentro da câmara através do segundo orifício.
[009] Os desenhos anexos, que são incorporados aqui e formam parte do relatório descritivo, ilustram modalidades da presente invenção e, juntamente com a descrição, ainda servem para explicar os princípios da invenção e permitir que uma pessoa versada na técnica pertinente faça e use a invenção.
[0010] A Figura 1 ilustra um cartucho de teste, de acordo com uma modalidade.
[0011] As Figuras 2A-2D proveem ilustrações tridimensionais de um dispositivo de centrifugação, de acordo com algumas modalidades.
[0012] A Figura 3 ilustra uma vista voltada para a frente de um dispositivo de centrifugação, de acordo com uma modalidade.
[0013] As Figuras 4A-4C ilustram vistas de uma cobertura para um dispositivo de centrifugação, de acordo com algumas modalidades.
[0014] A Figura 5 ilustra um sistema de centrifugação, de acordo com uma modalidade.
[0015] A Figura 6 ilustra um método exemplar.
[0016] Modalidades da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos.
[0017] Embora configurações e arranjos específicos sejam discutidos, deve-se entender que isto é feito apenas para fins ilustrativos. Uma pessoa versada na técnica pertinente reconhecerá que outras configurações e arranjos podem ser usadas sem se afastar do escopo da presente invenção. Será aparente para uma pessoa versada na técnica pertinente que esta invenção também pode ser empregada em uma variedade de outras aplicações.
[0018] Observa-se que as referências no relatório descritivo a "uma modalidade" “uma modalidade, "uma modalidade de exemplo", etc, indicam que a modalidade descrita pode incluir uma característica, estrutura ou característica particular, mas cada modalidade pode não incluir necessariamente o aspecto, estrutura ou característica particular. Além disso, tais frases não se referem necessariamente à mesma configuração. Ainda, quando uma característica, estrutura ou característica particular é descrita em conexão com uma modalidade, estaria dentro do conhecimento de alguém versado na técnica para efetuar tal característica, estrutura ou característica em conexão com outras modalidades se ou não explicitamente descritas.
[0019] Algumas modalidades aqui descritas referem-se a um dispositivo de centrífuga usado para separar pequenos volumes de amostra de menos de 500 μL, entre 500 μL e 1000 μL ou entre 1000 μL e 5000 μL. O dispositivo de centrífuga pode ser orientado ao longo de um eixo geométrico horizontal de modo que gira em torno do eixo geométrico horizontal. Em algumas modalidades, o dispositivo de centrífuga é projetado para ser integrado com um sistema de teste de diagnóstico maior, tal como um cartucho de teste. O cartucho de teste integra todos os componentes necessários para realizar tais testes em uma única embalagem descartável. O cartucho de teste pode ser configurado para ser analisado por um sistema de medição externo que fornece dados relacionados às reações que ocorrem dentro do cartucho de teste. Em uma modalidade, o cartucho de teste inclui uma pluralidade de câmaras de teste com janela transparente para realizar detecção ótica com cada câmara de teste.
[0020] A Figura 1 ilustra um sistema de cartucho de teste exemplar 100, de acordo com uma modalidade. O sistema de cartucho de teste 100 inclui um alojamento de cartucho 102, que pode alojar uma variedade de câmaras fluídicas, canais e reservatórios. As amostras podem ser introduzidas no alojamento de cartucho 102 através do orifício de amostra 104, de acordo com uma modalidade. O orifício de amostra 104 pode ser uma abertura para dentro de uma câmara de centrifugação que é integrada no interior do alojamento de cartucho 102. Por exemplo, uma amostra de sangue pode ser colocada no dispositivo de centrífuga através do orifício de amostra 104 e o plasma pode ser separado. Em seguida, o plasma pode ser extraído do dispositivo de centrífuga e colocado em outras câmaras do sistema de cartucho de teste 100 para análise e teste adicionais. Uma tampa 106 pode ser usada para selar o orifício de amostra 104 após a amostra ter sido colocada no orifício de amostra 104. Embora a tampa 106 seja ilustrado como sendo conectado ao alojamento 102, e oscilando para baixo para vedar o orifício de amostra 104, este é apenas um exemplo, e qualquer projeto de tampa pode ser usado como seria entendido por uma pessoa versada na técnica.
[0021] Em um exemplo, o orifício de amostras 104 recebe amostras líquidas, embora outros tipos de amostras possam ser usados. O orifício de amostra 104 também pode ser projetada para receber uma agulha de uma seringa a fim de injetar uma amostra em uma câmara ou canal fluídico dentro do alojamento de cartucho. O orifício de amostra 104 também pode ser projetado para ser compatível com dispositivos de coleta de sangue comerciais, tais como aquelas da família VACUTAINER (TM).
[0022] O cartucho de teste 100 também inclui uma outra entrada de amostra protegida por uma cobertura 108. A cobertura 108 é removível para permitir acesso à entrada de amostra adicional. Esta entrada de amostra pode ser usada para introduzir amostras que não precisam ser centrifugadas.
[0023] A descrição aqui focalizará mais no projeto e função do dispositivo de centrífuga. Detalhes adicionais sobre o sistema de cartucho de teste 100 podem ser encontradas nos pedidos U.S. copendentes N° 13/836,845, cujas descrições são aqui incorporadas por referência em sua totalidade.
[0024] A Figura 2A ilustra uma renderização tridimensional de um dispositivo de centrífuga 200, de acordo com uma modalidade. O dispositivo de centrífuga 200 inclui um alojamento cilíndrico 202 acoplado com um braço rotativo 220, e uma cobertura 222. Enquanto o alojamento 202 é descrito aqui como cilíndrico, alguém versado na técnica reconheceria que outras formas podem ser usadas para manter a mesma funcionalidade descrita aqui. O alojamento cilíndrico 202 gira em torno de um eixo geométrico que passa através do braço rotativo 220 e substancialmente através do centro do alojamento cilíndrico 202. A tampa 222 pode ser removível para acesso às várias câmaras e canais dentro do alojamento cilíndrico 202, e provê uma parede de vedação acima das várias câmaras e canais quando afixada ao alojamento cilíndrico 202. Em outra modalidade, a cobertura 222 é fixada permanentemente ao alojamento cilíndrico 202, e pode ser uma parte integral do alojamento cilíndrico 202.
[0025] De acordo com uma modalidade, o alojamento cilíndrico 202 inclui uma parte rotativa 216 que gira em torno de uma conexão articulada 217. A porção giratória 216 pode oscilar aberta para revelar um orifício de entrada 204 para colocar uma amostra no dispositivo de centrífuga 200. A amostra pode ser colocada através do orifício de entrada 204 utilizando uma seringa ou qualquer outro mecanismo de transferência de fluido adequado. A parte rotativa 216 pode incluir uma estrutura elevada 218 que é dimensionada para se encaixar no orifício de entrada 204 quando a parte giratória 216 é fechada. A estrutura elevada 218 pode vedar o orifício de entrada 204 de qualquer vazamento. A estrutura em relevo 218 pode incluir, por exemplo, um projeto de gaxeta com uma ponta de polímero para vedar a abertura do orifício de entrada 204.
[0026] Qualquer amostra colocada através do orifício de entrada 204 vai para dentro de uma câmara centrífuga 206. A câmara centrífuga 206 inclui uma geometria curva projetada para auxiliar na separação da amostra durante a centrifugação, conforme explicado em mais detalhes com referência à Figura 3. Acoplado a uma extremidade da câmara de centrífuga 206 é um canal de respiradouro 208, de acordo com uma modalidade. O canal de respiradouro 208 provê um fluxo desobstruído para gás, tal como ar, da câmara de centrífuga 206 para uma abertura de respiradouro 212. Durante a centrifugação e subsequente extração da amostra separada, a capacidade de ventilar gás, tal como ar, para fora através da abertura de respiradouro 212 pode ajudar a reduzir a formação de bolhas.
[0027] Em uma modalidade, uma câmara de coleta 210 é acoplada entre o canal de respiradouro 208 e a abertura de respiradouro 212. A câmara de coleta 210 pode ser provida para receber a amostra através do canal de respiradouro 208 à medida que a amostra enche a câmara de centrífuga 206. O processo de centrifugação pode não trabalhar corretamente se a amostra não encher, ou substancialmente encher, a câmara de centrífuga 206. Bolhas podem formar se há muito ar aprisionado dentro da câmara de centrífuga 206. Assim, a câmara de coleta 210 pode atuar como uma proteção para coletar a amostra antes de poder vazar para fora da abertura de respiradouro 212.
[0028] Em uma modalidade, o alojamento cilíndrico 202 inclui um indicador de amostra 214 que é projetado para indicar a figura um usuário quando a câmara de centrífuga 206 está cheia ou quase cheia com uma amostra. Por exemplo, o indicador de amostra 214 pode ligar uma cor específica quando a câmara de centrífuga 206 está cheia. O indicador de amostra 214 pode ser tornado transparente ou semitransparente permitindo que o usuário perceba quando a amostra tiver cheio completamente a câmara centrífuga 206.
[0029] A cobertura 222 pode ser colocada sobre um lado do alojamento cilíndrico 202 para vedar uma ou mais das câmaras definidas no seu interior. De acordo com uma modalidade, a cobertura 222 inclui uma estrutura de acoplamento 224 para permitir uma conexão a um dispositivo de extração. A base da estrutura de acoplamento 224 inclui um orifício (não mostrada nesta figura) para extrair a amostra separada dentro da câmara de centrífuga 206. O dispositivo de extração pode ser uma seringa ou uma parte do cartucho de teste descrito anteriormente com referência à Figura 1.
[0030] A Figura 2B ilustra o dispositivo de centrífuga 200 com a porção rotativa 216 do alojamento cilíndrico 202 fechado, de acordo com uma modalidade. O alojamento cilíndrico 202 gira em torno de um eixo geométrico 226 para centrifugar uma amostra colocada dentro. A porção rotativa 216 pode usar um mecanismo encaixe 228 para manter a parte rotativa 216 no lugar depois de ser girado. O mecanismo de encaixe 228 pode incluir um acoplamento físico entre duas estruturas, ou pode incluir ímãs para manter a parte giratória 216 fechada.
[0031] A Figura 2C ilustra uma vista expandida de vários componentes que podem ser usados com o dispositivo de centrífuga 200. Em uma modalidade, o braço rotativo 220 pode ser estabilizado através das buchas 230a e 230b, que por sua vez é conectada a uma estrutura 230. A estrutura 230 pode ser qualquer estrutura que forneça suporte e estabilização para o braço rotativo 220. Enquanto uma extremidade do braço rotativo 220 é conectada ao dispositivo de centrífuga 200, a outra extremidade é conectada a um elemento de acoplamento 232, de acordo com uma modalidade. Elemento de acoplamento 232 pode ser usado para conectar-se diretamente com um atuador para acionar o braço rotativo 220.
[0032] A Figura 2D provê uma ilustração de um dispositivo de centrífuga 200 de acordo com uma outra modalidade. A estrutura 230 não é mostrada nesta figura para maior clareza. A cobertura 222 é ilustrada com uma estrutura de acoplamento diferente 234. A estrutura de acoplamento 234 pode ser um anel de gaxeta, ou qualquer outra estrutura usada para formar uma vedação fluídica quando extraindo uma amostra do dispositivo de centrífuga 200 através de um orifício (não mostrada) através da cobertura 222. Outros projetos de estrutura de acoplamento seriam bem entendidos por uma pessoa versada na técnica.
[0033] A Figura 3 ilustra uma vista de face frontal do dispositivo de centrífuga 200, de acordo com uma modalidade. O eixo geométrico de rotação 226 é ilustrado passando substancialmente através do centro do dispositivo. A geometria da câmara centrífuga 206 pode ser mais facilmente observada nesta vista. De acordo com uma modalidade, a câmara centrífuga 206 inclui duas seções: uma área de coleta 302 orientada perpendicularmente ao eixo geométrico de rotação 226 e estendendo-se para fora radialmente; e uma área de cauda 304 que se estende em torno da circunferência do alojamento cilíndrico 202. A área de coleta 302 pode incluir uma inclinação crescente da parede 303 a partir de uma área central da área de coleta 302 em direção a uma parede de borda da área de coleta 302 a fim de ajudar no acúmulo da amostra separada na área de coleta 302. A área de cauda 304 se curva para longe da área de coleta 302 com uma largura decrescente e extremidades por acoplamento com o canal de respiradouro 208, de acordo com uma modalidade. O formato curvado da área de cauda 304 pode facilitar manter o diâmetro total do dispositivo de centrífuga 200 tão baixo quanto possível, enquanto maximiza o volume da área de coleta 302 e da área de cauda 304. Em uma outra modalidade, a área de cauda 304 não é curvada, mas se estende para longe da área de coleta 302 em uma linha reta.
[0034] Durante a rotação do dispositivo 200, uma força centrífuga relativa (RCF) é realizada. O colinear ao centro de rotação, RCF é zero, e perpendicular ao eixo geométrico de Rotação RCF está aumentando por um valor de:onde g é a aceleração gravitacional da terra, r é o raio rotacional e ômega é a velocidade angular em radianos por unidade de tempo. RCF está aumentando quando r está aumentando e as partículas com uma alta densidade são aceleradas com uma força mais alta do que as partículas com uma densidade mais baixa. Assim, com o tempo durante a rotação, a amostra é separada em duas fases: uma fase mais densa se separa na área de cauda 304 enquanto uma fase menos densa se separa na área de coleta 302. No exemplo de utilização de uma amostra de sangue integral, o plasma sanguíneo se separa na área de coleta 302 enquanto as células sanguíneas vermelhas restantes e quaisquer contaminantes são separados na área de cauda 304.
[0035] A largura variável da área de cauda 304 é projetada para ajudar a drenar o material menos denso para a área de coleta 302 durante a rotação. A largura no local ‘A’ da área de cauda 304 pode ser maior do que a largura na localização ‘B’ da área de cauda 304, com a largura se afilando entre as localizações ‘A’ e ‘B’ em ou perto da localização 'B', onde a largura é cónica até seu ponto mais baixo, a área de cauda 304 se acopla ao canal de respiradouro 208 de acordo com uma modalidade. O canal de respiradouro é roteado de volta para o centro do alojamento cilíndrico 202 de modo que uma distância mais curta a partir do eixo geométrico de rotação 226 para o canal de respiradouro 208 é mais curta do que qualquer ponto dentro de câmara centrífuga 206 para eixo geométrico de rotação 226. Este projeto ajuda a assegurar uma posição estável da amostra durante a centrifugação e trabalha passivamente para impedir que bolhas de ar entrem na câmara de centrífuga 206 a partir da abertura de respiradouro 212.
[0036] A câmara centrífuga 206 pode ter um volume inferior a 500 μL, menor do que 400 μL, ou menor do que 300 μL, em um exemplo, a câmara de centrífuga 206 mantém uma amostra de 250 μL, de sangue integral. Após a centrifugação entre 5.000 e 20.000 RPM por cerca de 3 minutos, cerca de 60-70 μL, a cerca de 100-150 μL, de plasma pode ser separado na área de coleta 302. A centrifugação pode ser realizada, por exemplo, em 10.000 RPM.
[0037] A centrifugação seguinte, ou durante a centrifugação depois de decorrido um período de tempo de gi, a amostra foi separada em uma fase menos densa na área de coleta 302 e uma fase mais densa na área de cauda 304. Neste ponto, a extração das fases separadas pode ser realizada por meio de um orifício de saída (não mostrada), mas descrito aqui com referência às figuras 4A-4C). Um diâmetro hidráulico da câmara centrífuga 206 pode ser projetado de modo que forças capilares impedem que as fases separadas sejam misturadas durante A extração de cada fase de amostra da câmara centrífuga 206. Por exemplo, uma camada de interface existente entre as duas fases separadas deve permanecer ininterrupta por bolhas durante o processo de extração. Com base nas dimensões de exemplo da câmara centrífuga 206 dada acima, o diâmetro hidráulico da câmara de centrífuga 206 pode ser menor do que cerca de 5 ou 6 milímetros para manter a separação das fases durante a extração.
[0038] As Figuras 4A e 4B ilustram as dimensões exemplares da cobertura 222. A figura 4A ilustra uma vista voltada para a frente da cobertura 222 que mostra o orifício de saída 402 através da tampa base da estrutura de acoplamento 234. A cobertura 222 pode ter um diâmetro menor do que 20 mm, tal como um diâmetro de 15 mm, conforme ilustrado. Similarmente, o alojamento cilíndrico 202 pode ter substancialmente o mesmo diâmetro que a cobertura 222. A estrutura de acoplamento 234 pode ter um diâmetro menor do que 5 mm, tal como um diâmetro de 2,5 mm, conforme ilustrado. O orifício de saída 402 é ilustrada com um diâmetro de cerca de 200 micrômetros, mas este diâmetro pode ser qualquer diâmetro na faixa de 100 a 500 micrômetros. Em um outro exemplo, o diâmetro do orifício de saída 402 está na faixa de 150 a 350 micrômetros. O diâmetro do orifício de saída 402 pode ser qualquer diâmetro que seja pequeno o suficiente para assegurar que a amostra líquida não possa vazar do orifício de saída 402 durante a introdução da amostra na câmara centrífuga 206 ou durante a rotação da dispositivo de centrífuga. Em uma modalidade, uma área de uma seção transversal do orifício de saída 402 é menor do que um quarto de uma área de uma seção transversal do canal de respiradouro 208.
[0039] De acordo com uma modalidade, durante o processo de extração de amostra, a amostra é retirada da câmara centrífuga 206 através do orifício de saída 402, e o ar entra na câmara de centrífuga 206 através do canal de respiradouro 208. Durante esta operação, a seção transversal crescente da área de cauda 304 ajuda a impedir que bolhas fluam para a área de coleta 303 e deslocando o líquido dentro da área de coleta 303.
[0040] A Figura 4B ilustra uma vista lateral da cobertura 222 que também mostra o orifício de saída 402 estendendo-se através de uma espessura de cobertura 222. Quando a cobertura 222 é colocada sobre o alojamento cilíndrico 202, o orifício de saída 402 é alinhada sobre a área de coleta 302 da câmara de centrífuga 206, de acordo com uma modalidade. Após a rotação ter cessado, ou enquanto o dispositivo de centrífuga ainda está girando, a amostra separada na área de coleta 302 pode ser extraída através do orifício de saída 402 A estrutura de acoplamento 234 pode ser usada para formar uma vedação à prova de vazamentos com uma outra estrutura usada para extrair a amostra através do orifício de saída 402 através de um diferencial de pressão aplicado.
[0041] A Figura 4C ilustra uma vista lateral da cobertura 222, de acordo com uma outra modalidade que inclui uma estrutura de acoplamento diferente 224. Um dispositivo de extração pode ser fisicamente acoplado à estrutura de acoplamento 224 para extrair a amostra, através de um diferencial de pressão aplicado.
[0042] A Figura 5 ilustra um sistema exemplar 500 que inclui um dispositivo de centrífuga 200 acoplado a um sistema um atuador 502. O atuador 502 pode ser qualquer tipo de motor (motor de indução, motor escalonador, etc) que faz com que o dispositivo de centrífuga 200 gire a uma alta velocidade de vários milhares de RPM. Também ilustrado no sistema 500 está o dispositivo de extração 504. Em uma modalidade, o dispositivo de extração 504 também inclui uma estrutura 506 usada para formar uma vedação substancialmente à prova de vazamentos entre a estrutura de acoplamento 234 e a saída dispositivo de extração 504. Note que a estrutura 506 pode ser projetada para acoplar com qualquer tipo de estrutura de acoplamento no dispositivo de centrífuga 200. Em uma modalidade, o dispositivo de extração 504 inclui uma câmara de transferência móvel que é parte de um sistema de cartucho de teste como aquele descrito com referência à Figura 1.
[0043] A Figura 6 é um fluxograma que ilustra um método 600 para a utilização de um dispositivo de centrífuga para separar uma amostra, de acordo com uma modalidade. Deve ser entendido que as etapas mostradas no método 600 não são exaustivas e que outras etapas podem ser realizadas também sem se desviar do escopo da invenção. Muitas das etapas do método 600 podem ser realizadas, por exemplo, pelo dispositivo de centrífuga 200.
[0044] No bloco 602, uma amostra é colocada em uma câmara através de um primeiro orifício (por exemplo, um orifício de entrada). A amostra pode ser uma mistura de componentes de densidade variável, tal como uma amostra de sangue que inclui células sanguíneas vermelhas e outras partículas, e plasma menos denso. A amostra pode ser colocada em uma entrada através de uma seringa ou outro sistema de fornecimento fluídico mais integrado (por exemplo, canais microfluidos) A entrada leva a uma câmara centrífuga definida dentro de um alojamento cilíndrico, de acordo com uma modalidade.
[0045] No bloco 604, a entrada é vedada para impedir vazamento da amostra durante a centrifugação. A vedação da entrada pode ser realizada por meio de fechamento por estalo outra parte do dispositivo de centrífuga, de modo que o orifício de entrada é entupido. Qualquer outro mecanismo de vedação bem conhecido pode ser usado.
[0046] No bloco 606, a câmara é girada em torno de um eixo geométrico que passa através do bloco central do alojamento cilíndrico para centrifugar a amostra dentro da câmara. Em um exemplo, a câmara é girada em uma velocidade de cerca de 5.000 a 20.000 RPM. Em um exemplo específico, a câmara é girada a uma velocidade de 10.000 RPM. A câmara pode ser projetada de modo que ela se enrole em torno de uma borda externa do dispositivo de centrífuga conforme ilustrado, por exemplo, na Figura 3. Esta geometria ajuda a separar a amostra com base na densidade em diferentes seções da câmara.
[0047] No bloco 608, a amostra é separada com base na força centrífuga aplicada dentro da câmara durante a rotação. Conforme notado acima, a geometria da câmara também ajuda a manter o material mais denso da amostra dentro de uma primeira seção da câmara, e um material menos denso dentro de uma segunda seção da câmara. Em uma modalidade, a primeira seção da câmara se estende ao longo de uma circunferência do alojamento cilíndrico enquanto o eixo geométrico a segunda seção da câmara se estende radialmente para fora a partir do eixo geométrico de rotação que passa através do centro do alojamento cilíndrico.
[0048] No bloco 610, a rotação da câmara é interrompida. Em um exemplo, a rotação da câmara a 10.000 RPM para após cerca de 3 minutos. Um batente abrupto também força o material mais denso para coletar na primeira seção da câmara, para longe do material menos denso que se acumula na segunda seção da câmara.
[0049] No bloco 612, a porção menos densa da amostra é extraída por meio de um segundo orifício (por exemplo, umo orifício de saída). O orifício de saída pode ser posicionado substancialmente acima da segunda seção da câmara, de modo que a extração através do orifício de saída apenas extrai o material menos denso da segunda seção da câmara após a centrifugação. A extração pode ocorrer devido a um diferencial de pressão aplicado (por exemplo, uma pressão de vácuo) aplicado no orifício de saída. Uma seringa também pode ser usada para extrair o material menos denso após a centrifugação.
[0050] De acordo com uma modalidade, o método 600 é executado sem interromper a rotação do motor câmara para extrair a amostra (isto é, saltar bloco 610.) O orifício de saída pode ser substancialmente centrado sobre o eixo geométrico de rotação.
[0051] Outras etapas podem ser realizadas em adição a parte do método 600. Por exemplo, se o dispositivo de centrífuga for integrado em um cartucho de teste, algumas etapas podem envolver o desengate do dispositivo de centrífuga a partir de um mecanismo de acoplamento fluídico para permitir que o dispositivo de centrífuga gire livremente. O dispositivo de centrífuga pode então ser reconectado, seguindo a centrifugação, para o mecanismo de acoplamento fluídico dentro do cartucho de teste para extrair a amostra.
[0052] A descrição precedente das modalidades específicas revelará completamente a natureza geral da invenção que outros podem, pela aplicação de conhecimento dentro da habilidade da técnica, facilmente modificar e/ou adaptar para várias aplicações tais modalidades específicas, sem experimentação indevida, sem se afastar do conceito geral da presente invenção. Portanto, tais adaptações e modificações pretendem estar dentro do significado e faixa de equivalentes das modalidades descritas, com base nos ensinamentos e orientação aqui apresentados. Deve ser entendido que a fraseologia ou terminologia aqui é para o propósito de descrição e não de limitação, tal que a terminologia ou fraseologia do presente relatório descritivo deve ser interpretada pelo técnico versado na luz dos ensinamentos e orientação.
[0053] As modalidades da presente invenção foram descritas acima com a ajuda de blocos de construção funcionais que ilustram a implementação de funções especificadas e suas relações. Os limites destes blocos funcionais de construção foram definidos arbitrariamente aqui para a conveniência da descrição. Limites alternados podem ser definidos desde que as funções especificadas e suas relações sejam executado apropriadamente.
[0054] O sumário e as seções de resumo podem apresentar um ou mais, mas não todos as modalidades exemplificativas da presente invenção, conforme contemplado pelo inventor (s) e assim, não se destinam a limitar a presente invenção e as reivindicações anexas de qualquer maneira.
[0055] A largura e escopo da presente invenção não devem ser limitados por qualquer uma das modalidades exemplares descritas acima, mas deve ser definida apenas de acordo com as reivindicações a seguir e seus equivalentes.
Claims (23)
1. Dispositivo de centrífuga, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento (202) tendo um primeiro orifício (204) e um respiradouro (212), em que o alojamento está configurado para girar em torno de um eixo geométrico (226) que transpassa um centro do alojamento, o alojamento compreendendo; uma câmara (206) definida pelo alojamento e uma cobertura, em que a câmara é acoplada ao primeiro orifício (204), em que uma primeira porção da câmara (206) tem uma largura que se afila entre uma primeira largura em uma primeira posição e uma segunda largura em uma segunda posição dentro da câmara (206), sendo a primeira largura maior do que a segunda largura, e em que uma segunda porção da câmara se estende radialmente a partir do eixo passando através do centro do alojamento e; um canal (208) acoplado à segunda posição da câmara e arranjado de tal maneira que exista um trajeto para que o gás se desloque do canal (208) para o respiradouro (212); e a cobertura (222) tendo um segundo orifício (402) e configurada para prover uma parede para vedar a câmara (206).
2. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda câmara (210) acoplada entre o canal e o respiradouro.
3. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo orifício tem um diâmetro entre 100 e 500 micrometros.
4. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o segundo orifício tem um diâmetro entre 150 e 350 micrometros.
5. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cobertura inclui uma estrutura de acoplamento (224, 234) configurada para acoplar com um dispositivo de extração.
6. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara contém um volume de fluido de 250 microlitros.
7. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento tem um formato cilíndrico.
8. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um diâmetro do alojamento cilíndrico é inferior a 20 mm.
9. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a primeira porção da câmara se estende ao longo de uma circunferência do alojamento.
10. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o segundo orifício está posicionado acima da segunda porção da câmara.
11. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a segunda porção da câmara tem um diâmetro hidráulico inferior a 5 milímetros.
12. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento inclui uma porção articulada (216), em que a porção articulada é configurada para se abrir para expor o primeiro orifício.
13. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a porção articulada inclui uma estrutura elevada (218) configurada para vedar o primeiro orifício quando a porção articulada é fechada.
14. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um indicador de amostra (214) configurado para indicar quando a câmara foi cheia até um nível máximo.
15. Dispositivo de centrífuga de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma distância mais curta entre o canal e o eixo geométrico de rotação é menor que uma distância entre qualquer ponto da câmara e o eixo geométrico de rotação.
16. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: posicionar uma amostra em uma câmara de centrífuga (206) através de um primeiro orifício (204), em que a câmara de centrífuga (206) é definida dentro de um alojamento cilíndrico (202); vedar o primeiro orifício (204) para evitar vazamento da amostra de volta através do orifício; girar a câmara de centrífuga (206) em torno de um eixo geométrico (226) que transpassa um centro do alojamento cilíndrico (202); separar a amostra dentro da câmara (206) devido à rotação, em que uma primeira porção da amostra move-se para uma primeira porção (304) da câmara que se estende ao longo de uma circunferência do alojamento cilíndrico (202), a primeira porção (304) da câmara tendo uma largura afilada enquanto se estende ao longo da circunferência do alojamento cilíndrico (202), e uma segunda porção da amostra move-se para uma segunda porção (302) da câmara que se estende radialmente a partir do eixo geométrico (226) que passa pelo centro do alojamento cilíndrico (202); ventilar gás dentro da câmara de centrifugação através de um canal de ventilação (208) acoplado à primeira porção (304) da câmara; e extrair a segunda porção da amostra através de um segundo orifício (402).
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o segundo orifício está posicionado acima da segunda porção da câmara.
18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a rotação compreende a rotação da câmara de centrifugação entre 5.000 e 20.000 RPM.
19. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a extração compreende extrair a segunda porção da amostra através de um diferencial de pressão aplicado no orifício.
20. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente gás de ventilação dentro da câmara de centrífuga através de um orifício de respiração.
21. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a primeira porção da amostra tem uma densidade mais elevada do que a segunda porção da amostra.
22. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a interrupção da rotação da câmara antes da extração.
23. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de centrífuga, compreendendo: um alojamento (202) tendo um primeiro orifício (204) e um respiradouro (212), em que o alojamento está configurado para girar em torno de um eixo geométrico (226) que transpassa um centro do alojamento, uma câmara (206) definida acoplada ao primeiro orifício (204), em que uma primeira porção da câmara (206) tem uma largura que se afila entre uma primeira largura em uma primeira posição e uma segunda largura em uma segunda posição dentro da câmara (206), sendo a primeira largura maior do que a segunda largura; um canal (208) acoplado à segunda posição da câmara e arranjado de tal maneira que exista um trajeto para que o gás se desloque do canal (208) para o respiradouro (212); e uma cobertura (222) tendo um segundo orifício (402) e configurada para prover uma parede para vedar a câmara (206); um atuador (502) acoplado ao alojamento (20) do dispositivo de centrífuga e configurado para girar o alojamento (502) em torno do eixo geométrico (226) do dispositivo de centrífuga; e um dispositivo de extração (504) acoplado à cobertura (222) do dispositivo de centrífuga e configurado para extrair uma amostra dentro da câmara (206) do dispositivo de centrífuga através do segundo orifício (402) do dispositivo de centrífuga.
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