ITCO20130029A1 - UNIT FOR BIOCHEMICAL ANALYSIS OF SPR-TYPE IMAGES IN THE FORM OF PIASTRINA - Google Patents
UNIT FOR BIOCHEMICAL ANALYSIS OF SPR-TYPE IMAGES IN THE FORM OF PIASTRINAInfo
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Description
Deposito di una domanda di brevetto per invenzione industriale Filing of a patent application for an industrial invention
TITOLO TITLE
Unità per analisi biochimiche a immagini di tipo SPR in forma di piastrina CAMPO DELL’INVENZIONE SPR-type biochemical imaging unit in the form of a plate FIELD OF THE INVENTION
La presente invenzione riguarda un’unità per analisi biochimiche a immagini di tipo SPR, più specificamente un’unità portatile ideata per essere impiegata in cooperazione con un apparecchio elettronico mobile, in particolare uno smartphone. The present invention relates to an SPR type biochemical imaging unit, more specifically a portable unit designed to be used in cooperation with a mobile electronic device, in particular a smartphone.
STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART
Negli ultimi anni sono stati sviluppati numerosi dispositivi e apparati per effettuare analisi biochimiche. Tali analisi sono volte a individuare e quantificare contaminanti in cibo e acqua, oltre a sostanze patogene nel sangue o in altri sieri. Pertanto, la funzione di tali apparati à ̈ individuare un determinato analita in un certo campione. Le crescenti richieste in termini di affidabilità dei risultati e velocità neN’ottenerli hanno stimolato un importante sviluppo della tecnica in questo ambito. Tra i diversi filoni intrapresi dagli operatori del settore, di particolare interesse si à ̈ dimostrato quello legato alle analisi effettuate mediante microscopia (cioà ̈ mediante immagini) sfruttando il fenomeno della risonanza plasmonica di superficie (a cui ci riferisce molto più spesso con l’acronimo della locuzione inglese “ SPR", Surface Plasmon Resonance). In recent years, numerous devices and apparatuses have been developed for carrying out biochemical analyzes. These tests are aimed at identifying and quantifying contaminants in food and water, as well as pathogenic substances in the blood or other sera. Therefore, the function of these devices is to identify a certain analyte in a certain sample. The growing demands in terms of reliability of results and speed in obtaining them have stimulated an important development of the technique in this area. Among the various strands undertaken by the operators of the sector, the one linked to the analyzes carried out by microscopy (ie by images) exploiting the phenomenon of surface plasmon resonance (to which he refers much more often with the acronym of the English phrase â € œ SPR ", Surface Plasmon Resonance).
Un apparecchio per analisi biochimiche di tipo noto comprende una superficie riflettente presentante un primo ed un secondo lato opposti fra loro. Delle sonde molecolari di rilevazione vengono applicate in corrispondenza del primo lato. L’apparecchio comprende inoltre un sistema di ottica. In dettaglio, tale sistema di ottica comprende A known type of biochemical analysis apparatus comprises a reflecting surface having a first and a second side opposite each other. Molecular detection probes are applied on the first side. The luminaire also includes an optics system. In detail, such an optics system comprises
- una lente applicata alla superficie riflettente in corrispondenza del secondo lato; - un laser che irradia tramite tale lente la superficie riflettente a una certa lunghezza d’onda e a diversi angoli di incidenza e - a lens applied to the reflecting surface at the second side; - a laser that radiates through this lens the reflecting surface at a certain wavelength and at different angles of incidence and
- una fotocamera per catturare immagini in risposta alla radiazione del laser. - a camera for capturing images in response to laser radiation.
Un motore elettrico à ̈ collegato al laser, in modo tale da movimentarlo per irradiare un fascio di fotoni secondo gli angoli di incidenza sopra citati. An electric motor is connected to the laser, in such a way as to move it to irradiate a beam of photons according to the above-mentioned angles of incidence.
Le sonde sono molecole in grado dì catturare uno specifico analita, vengono fissate alla superficie riflettente creando un legame covalente con questa. L’analita viene catturato dalla corrispondente sonda per affinità chimica, ad esempio una sonda ottenuta da una molecola di un certo anticorpo catturerà un certo antigene (analita per quella specifica misura effettuata). L’affinità chimica à ̈ quella che, tipicamente, porta a creare un legame intermolecolare tra sonda e analita. The probes are molecules capable of capturing a specific analyte, they are fixed to the reflecting surface creating a covalent bond with it. The analyte is captured by the corresponding chemical affinity probe, for example a probe obtained from a molecule of a certain antibody will capture a certain antigen (analyte for that specific measurement carried out). Chemical affinity is what typically leads to the creation of an intermolecular bond between probe and analyte.
Il fascio di fotoni irradiato in particolari condizioni di lunghezza d’onda e di angolo di incidenza si accoppia con gli elettroni liberi presenti sulla superficie riflettente, generando un'onda plasmonica sulla stessa. L’analita catturato dalla rispettiva sonda produce una corrispondente variazione dell’indice di rifrazione locale, cioà ̈ della regione in cui viene catturato. Tale variazione a sua volta produce una perturbazione dell’onda plasmonica. Quindi, la combinazione della radiazione fotonica (in precise condizioni di lunghezza d’onda e angolo di rifrazione) con la cattura dell’analita corrisponde a un minimo assoluto di sensibilità indotto dall’assorbimento energetico dell’onda plasmonica; in tale condizione si produce una variazione del fascio di fotoni riflesso dalla superficie, quantificabile come variazione di intensità di luce riflessa sul sensore della fotocamera. Tale variazione à ̈ quindi una misura diretta della presenza di quell’analita nella soluzione di interesse. The beam of photons radiated in particular conditions of wavelength and angle of incidence is coupled with the free electrons present on the reflecting surface, generating a plasmon wave on it. The analyte captured by the respective probe produces a corresponding variation of the local refractive index, that is, of the region in which it is captured. This variation in turn produces a perturbation of the plasmon wave. Therefore, the combination of photonic radiation (in precise conditions of wavelength and angle of refraction) with the capture of the analyte corresponds to an absolute minimum of sensitivity induced by the energy absorption of the plasmon wave; in this condition a variation of the photon beam reflected from the surface is produced, which can be quantified as a variation in the intensity of light reflected on the camera sensor. This variation is therefore a direct measure of the presence of that analyte in the solution of interest.
La superficie riflettente à ̈ una lastra di materiale (tipicamente oro) completamente riflettente, in condizioni differenti da quelle che si verificano in corrispondenza del minimo assoluto di sensibilità riflette al 100% la luce su di essa irradiata. The reflecting surface is a sheet of completely reflective material (typically gold), in conditions different from those occurring at the absolute minimum of sensitivity, it reflects the light radiated on it at 100%.
Quindi, si può considerare la funzione della riflessività in funzione di un parametro che tiene conto della lunghezza d’onda e dell’angolo di incidenza ad analita catturato. Tale funzione presenta un minimo per un certo valore di lunghezza d’onda e angolo di incidenza, mentre al di fuori di questi precisi parametri ha riflettività pari a circa il 100% del valore irradiato. Il valore di questo minimo permette inoltre di stabilire la concentrazione dell'analita nella soluzione di interesse. Per ottenere una precisa misura sulla presenza dell’analita e sulla sua concentrazione à ̈ quindi fondamentale irradiare la superficie nelle condizioni del minimo: cioà ̈ produrre un fascio di fotoni con lunghezza d’onda e angolo di incidenza esatti. Fissando una determinata lunghezza d'onda à ̈ possibile variare l’angolo di incidenza così da ottenere il minimo di riflessione. Il motore elettrico deve avere risoluzione tale da movimentare il laser di angoli successivi estremamente ravvicinati e dev’essere molto preciso: la regione di minimo di questa funzione à ̈ localizzata in un intervallo assai ristretto e individuare il minimo assoluto richiede di impostare il laser a un ben determinato angolo di incidenza. Il campione da analizzare à ̈ contenuto in un modulo di fluidica applicato alla superficie riflettente in corrispondenza del lato su cui sono previste le sonde molecolari. Tale modulo porta il campione a contatto con la superficie riflettente affinché gli eventuali analiti contenuti possano accoppiarsi con le sonde molecolari ed essere rilevati. Therefore, we can consider the function of reflexivity as a function of a parameter that takes into account the wavelength and the angle of incidence with the analyte captured. This function has a minimum for a certain value of wavelength and angle of incidence, while outside these precise parameters it has reflectivity equal to about 100% of the radiated value. The value of this minimum also allows to establish the concentration of the analyte in the solution of interest. To obtain a precise measurement of the presence of the analyte and its concentration, it is therefore essential to irradiate the surface in minimum conditions: that is, to produce a beam of photons with exact wavelength and angle of incidence. By setting a certain wavelength it is possible to vary the angle of incidence in order to obtain the minimum reflection. The electric motor must have a resolution such as to move the laser at extremely close successive angles and must be very precise: the minimum region of this function is located in a very narrow range and identifying the absolute minimum requires setting the laser to a well determined angle of attack. The sample to be analyzed is contained in a fluidics module applied to the reflecting surface in correspondence with the side on which the molecular probes are foreseen. This module brings the sample into contact with the reflecting surface so that any analytes contained can couple with the molecular probes and be detected.
La Richiedente stessa à ̈ molto attiva nella ricerca in questo settore; in particolare ha sviluppato un dispositivo nanostrutturato concepito per sostituire le superfici riflettenti degli apparecchi noti, come descritto nella domanda di brevetto europeo, con numero di pubblicazione ΈΡ2546635†dal titolo “SPR sensor device with nanostructure†. Tale dispositivo presenta una superficie attiva, con la quale il campione da analizzare entra in contatto, sulla quale sono disposte una pluralità di sonde molecolari per individuare corrispondenti analiti in fase di analisi. Quindi ogni sonda sulla superficie attiva definisce una corrispondente regione di analisi in cui viene riconosciuto uno specifico analita. Le diverse regioni di analisi vengono “isolate" secondo un apposito procedimento produttivo di modo che l’immagine catturata di una determinata regione di analisi non sia affetta da interferenze dovute a zone adiacenti. La superficie attiva così progettata permette quindi di amplificare la sensibilità in condizioni di irradiazione del fascio di fotoni e variazione dell’indice di rifrazione in seguito al immobilizzazione di un analita, in questo modo si ottengono misure molto significative e affidabili sulla presenza di analiti; in questo caso il minimo di sensibilità corrisponde a una pluralità di valori localizzati in una regione di minimo relativamente ampia: in questo modo la misura à ̈ robusta a perturbazioni esterne e più affidabile. Inoltre, à ̈ possibile aumentare drasticamente il numero di analiti rilevabili da un singolo dispositivo, infatti il processo costruttivo permette di ottenere regioni di analisi entro le quali vengono confinate le onde plasmoniche di dimensioni molto ridotte, di conseguenza su una superficie di piccole dimensioni à ̈ possibile analizzare una grandissima pluralità di analiti. The Applicant herself is very active in research in this sector; in particular, it has developed a nanostructured device designed to replace the reflecting surfaces of known devices, as described in the European patent application, with publication number ΈΡ2546635â € entitled â € œSPR sensor device with nanostructureâ €. This device has an active surface, with which the sample to be analyzed comes into contact, on which a plurality of molecular probes are arranged to identify corresponding analytes being analyzed. Then each probe on the active surface defines a corresponding analysis region in which a specific analyte is recognized. The different regions of analysis are "isolated" according to a specific production procedure so that the captured image of a certain analysis region is not affected by interference due to adjacent areas. The active surface thus designed therefore allows to amplify the sensitivity in conditions of irradiation of the photon beam and variation of the refractive index following the immobilization of an analyte, in this way very significant and reliable measurements are obtained on the presence of analytes; in this case the minimum sensitivity corresponds to a plurality of localized values in a relatively large minimum region: in this way the measurement is robust to external perturbations and more reliable. Furthermore, it is possible to drastically increase the number of analytes detectable by a single device, in fact the construction process allows to obtain analysis regions within which the plasmonic waves of dimens very small ions, consequently on a small surface it is possible to analyze a very large plurality of analytes.
Le immagini acquisite (utilizzando sia la superficie riflettente che il dispositivo nanostrutturato) in risposta alla radiazione del fascio di fotoni vengono (per entrambe le tecniche di analisi) elaborate da un apposito software con il quale si determina la presenza di un analita, la sua quantità in termini percentuali rispetto al campione in cui à ̈ stato rilevato, e altre informazioni simili. The images acquired (using both the reflecting surface and the nanostructured device) in response to the radiation of the photon beam are (for both analysis techniques) processed by a special software with which the presence of an analyte, its quantity is determined. in percentage terms with respect to the sample in which it was detected, and other similar information.
Gli apparecchi per analisi biochimiche sopra descritti presentano un importante svantaggio, in quanto sia il motore elettrico che l'impianto di iniezione dei campioni presentano degli ingombri notevoli. Questo fa sì che l’apparecchio abbia una dimensione tale da precludere una facile movimentazione da parte di un operatore, che à ̈ pertanto costretto a recarsi in un laboratorio attrezzato per effettuare le analisi. The apparatus for biochemical analyzes described above have an important disadvantage, in that both the electric motor and the sample injection system have considerable dimensions. This means that the device has a size such as to preclude easy handling by an operator, who is therefore forced to go to a laboratory equipped to carry out the analyzes.
Si pensi a un gruppo di persone infette da una particolare epidemia, oppure un corso d’acqua contaminato; prendere un campione di materiale da sottoporre ad analisi, trasportarlo fino ad un laboratorio fornito di apparecchiature idonee del tipo descritto può risultare inefficace, sia perché il campione può mutare le sue caratteristiche organiche durante il trasporto, falsando in questo modo le analisi; sia perché il tempo necessario a eseguire le analisi per riconoscere le eventuali sostanze contaminanti può essere troppo lungo e rendere in questo modo le contromisure inefficaci. Le soluzioni note si rivelano particolarmente svantaggiose in questo senso; infatti esse richiedono: la presenza di una rete elettrica per alimentare le varie unità , condizioni di lavoro ideali (l’ambiente di lavoro deve essere protetto da eventuali agenti atmosferici esterni e potenzialmente contaminanti), spazi dedicati in cui installare un apparato. In sostanza, tali soluzioni non sono portatili, non à ̈ quindi possibile operare sul campo quando à ̈ necessario fare analisi in tempo reale. Think of a group of people infected by a particular epidemic, or a contaminated stream of water; taking a sample of material to be analyzed, transporting it to a laboratory equipped with suitable equipment of the type described may be ineffective, both because the sample can change its organic characteristics during transport, thus falsifying the analyzes; and because the time required to perform the analyzes to recognize any contaminants may be too long and thus render the countermeasures ineffective. The known solutions prove to be particularly disadvantageous in this sense; in fact they require: the presence of an electrical network to power the various units, ideal working conditions (the working environment must be protected from any external and potentially contaminating atmospheric agents), dedicated spaces in which to install an apparatus. Basically, these solutions are not portable, therefore it is not possible to operate in the field when it is necessary to do analysis in real time.
SOMMARIO SUMMARY
La Richiedente si à ̈ resa conto che le soluzioni note parzialmente descritte in precedenza non permettono di disporre di un apparecchio per analisi biochimiche portatile che possa essere impiegato in qualsiasi luogo sia necessario effettuare analisi. In particolari luoghi e al manifestarsi di alcuni avvenimenti può essere necessario effettuare analisi biochimiche in tempo reale per disporre quanto prima dei risultati e prendere opportune contromisure. Si pensi ad esempio a una epidemia oppure ad una contaminazione di acque; prendere un campione da sottoporre ad analisi e trasportarlo fino ad un laboratorio fornito di apparecchiature idonee può risultare inefficace sia perché il campione può mutare durante il trasporto, falsando quindi l’analisi sia perché il tempo necessario può essere lungo, rendendo quindi tardive e/o inefficaci le contromisure. Inoltre, in molti settori differenti (ad esempio, farmaceutico, alimentare, protezione ambientale), le norme sanitarie impongono frequenti controlli; quindi, sarebbe molto utile per gli operatori di questi settori poter effettuare analisi biochimiche a campione in modo veloce ed economico ed in loco. The Applicant has realized that the known solutions partially described above do not allow to have an apparatus for portable biochemical analysis which can be used in any place it is necessary to carry out analyzes. In particular places and at the occurrence of some events it may be necessary to carry out biochemical analyzes in real time in order to have the results as soon as possible and take appropriate countermeasures. Think for example of an epidemic or a contamination of water; taking a sample to be analyzed and transported to a laboratory equipped with suitable equipment may be ineffective both because the sample can change during transport, thus distorting the analysis and because the time required may be long, thus making it late and / or countermeasures ineffective. Furthermore, in many different sectors (eg pharmaceuticals, food, environmental protection), health regulations require frequent checks; therefore, it would be very useful for operators in these sectors to be able to carry out sample biochemical analyzes quickly and economically and on site.
Per questo fine, le soluzioni note si rivelano particolarmente svantaggiose; infatti, esse richiedono: la presenza di una rete elettrica per alimentare le apparecchiature, condizioni di lavoro protette (ad esempio da agenti atmosferici e da agenti contaminanti), spazi dedicati dove installare le apparecchiature. For this purpose, the known solutions prove to be particularly disadvantageous; in fact, they require: the presence of an electrical network to power the equipment, protected working conditions (for example from atmospheric agents and contaminants), dedicated spaces where to install the equipment.
L’idea inventiva alla base della presente invenzione à ̈ realizzare un’unità di analisi biochimiche di tipo SPR portatile e passiva da utilizzare in cooperazione con un apparecchio elettronico mobile, in particolare uno smartphone; in tal modo, possono essere sfruttati i mezzi di elaborazione e memorizzazione, di illuminazione, di acquisizione di immagine e di alimentazione elettrica di quest’ultimo per effettuare le analisi biochimiche. The inventive idea underlying the present invention is to produce a portable and passive SPR biochemical analysis unit to be used in cooperation with a mobile electronic device, in particular a smartphone; in this way, the means of processing and memorization, lighting, image acquisition and power supply of the latter can be exploited to carry out the biochemical analyzes.
In generale, un’unità di analisi biochimiche di tipo SPR secondo la presente invenzione à ̈ destinata a cooperare con un apparecchio elettronico mobile, in particolare uno smartphone, dotato di mezzi di illuminazione e mezzi di acquisizione di immagine; tale unità comprende: In general, a biochemical analysis unit of the SPR type according to the present invention is intended to cooperate with a mobile electronic device, in particular a smartphone, equipped with lighting means and image acquisition means; this unit includes:
- un elemento di inserimento atto a ricevere un campione da sottoporre ad analisi dall’esterno dell’unità ; - an insertion element suitable for receiving a sample to be analyzed from outside the unit;
- un dispositivo rivelatore nanostrutturato comprendente una superficie attiva atta a ricevere detto campione da sottoporre ad analisi; - a nanostructured detector device comprising an active surface suitable for receiving said sample to be subjected to analysis;
- un gruppo ottico atto a cooperare con i mezzi di illuminazione e con i mezzi di acquisizione in modo tale da ricevere illuminazione dai citati mezzi di illuminazione, illuminare il dispositivo, in particolare la sua superficie attiva, e propagare almeno un'immagine verso i mezzi di acquisizione in risposta all’illuminazione; - an optical unit adapted to cooperate with the illumination means and with the acquisition means in such a way as to receive illumination from the aforementioned illumination means, illuminate the device, in particular its active surface, and propagate at least one image towards the means acquisition in response to illumination;
- un gruppo di microfluidica operativamente connesso all’elemento di inserimento e al dispositivo, e atto a trasportare il campione in corrispondenza della superficie attiva. - a microfluidic group operatively connected to the insertion element and to the device, and able to transport the sample in correspondence with the active surface.
In generale, con dispositivo rivelatore nanostrutturato si intende nella presente invenzione un dispositivo di tipo L-SPR avente l’area sensibile configurata in forma di disposizione regolare di nanorecessi entro i quali sono applicati i recettori. In general, by nanostructured detector device we mean in the present invention a device of the L-SPR type having the sensitive area configured in the form of a regular arrangement of nanoresin which the receptors are applied.
Ulteriori caratteristiche tecniche vantaggiose della presente invenzione sono espresse nelle rivendicazioni dipendenti. Further advantageous technical characteristics of the present invention are expressed in the dependent claims.
ELENCO DELLE FIGURE LIST OF FIGURES
L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano degli esempi di attuazione non limitativi, in cui: The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate non-limiting examples of implementation, in which:
- la figura 1 illustra una vista prospettica di un’unità secondo la presente invenzione; Figure 1 illustrates a perspective view of a unit according to the present invention;
- la figura 2 illustra un gruppo di microfluidica di una prima forma di realizzazione di un’unità secondo la presente invenzione; Figure 2 illustrates a microfluidics group of a first embodiment of a unit according to the present invention;
- la figura 3 illustra un gruppo di microfluidica di una seconda forma di realizzazione di un’unità secondo la presente invenzione; Figure 3 illustrates a microfluidics group of a second embodiment of a unit according to the present invention;
- la figura 4 illustra una vista prospettica di una tipica modalità d’uso di un’unità secondo la presente invenzione; - figure 4 illustrates a perspective view of a typical mode of use of a unit according to the present invention;
- la figura 5 illustra una vista schematica di alcuni componenti di un’unità secondo la presente invenzione; Figure 5 illustrates a schematic view of some components of a unit according to the present invention;
- la figura 6 illustra una vista prospettica dei componenti di figura 5 con parti asportate per chiarezza; figure 6 shows a perspective view of the components of figure 5 with parts removed for clarity;
- le figure dalla 7 alla 9 illustrano rispettivamente tre differenti forme di realizzazione di alcuni componenti di un’unità secondo la presente invenzione; Figures 7 to 9 respectively illustrate three different embodiments of some components of a unit according to the present invention;
- le figure dalla 10 alla 12 illustrano schematicamente tre fasi successive di alcune operazioni effettuate durante un procedimento di analisi mediante un’unità secondo la presente invenzione; - Figures 10 to 12 schematically illustrate three successive phases of some operations carried out during an analysis process by means of a unit according to the present invention;
- la figura 13 illustra una prima forma di realizzazione del risultato ottenuto dall’analisi di un campione secondo gli insegnamenti della presente invenzione; Figure 13 illustrates a first embodiment of the result obtained from the analysis of a sample according to the teachings of the present invention;
- la figura 14 illustra una seconda forma di realizzazione del risulto ottenuto dall’analisi di un campione secondo gli insegnamenti della presente invenzione; Figure 14 illustrates a second embodiment of the result obtained from the analysis of a sample according to the teachings of the present invention;
- la figura 15 illustra una prima forma di realizzazione di un’unità secondo la presente invenzione; Figure 15 illustrates a first embodiment of a unit according to the present invention;
- la figura 16 illustra una seconda forma di realizzazione di un’unità secondo la presente invenzione; - figure 16 illustrates a second embodiment of a unit according to the present invention;
- la figura 17 illustra una vista prospettica di un’unità secondo la presente invenzione in fase di fissaggio a un telaio di supporto per rendere tale unità solidale a un apparecchio elettronico mobile; Figure 17 illustrates a perspective view of a unit according to the present invention being fastened to a support frame to make this unit integral with a mobile electronic device;
- la figura 18 illustra una vista prospettica di un’ulteriore forma di realizzazione di un’unità secondo la presente invenzione; - figure 18 illustrates a perspective view of a further embodiment of a unit according to the present invention;
- la figura 19 illustra una vista in sezione dall’alto dell'unità di figura 18 secondo la presente invenzione solidale a un apparecchio elettronico mobile. Figure 19 illustrates a sectional view from above of the unit of Figure 18 according to the present invention integral with a mobile electronic device.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION
Sia tale descrizione che tali disegni sono da considerare solo a fini illustrativi e quindi non limitativi; pertanto, la presente invenzione potrà essere implementata secondo altre e diverse forme realizzative; inoltre, si deve tenere presente che tali figure sono schematiche e semplificate. Both this description and these drawings are to be considered for illustrative purposes only and therefore not for limitation purposes; therefore, the present invention can be implemented according to other and different embodiments; furthermore, it must be borne in mind that these figures are schematic and simplified.
E’ utile premettere che la presente invenzione si avvantaggia della tecnologia nota con il nome di “MEMS†[Micro Electro-Mechanical Systems] e della tecnologia nota con il nome di “NEMS†[Nano Electro-Mechanical Systems] che ne à ̈ una estensione, e sfrutta vantaggiosamente le sue soluzioni. It is useful to state that the present invention takes advantage of the technology known as â € œMEMSâ € [Micro Electro-Mechanical Systems] and of the technology known as â € œNEMSâ € [Nano Electro-Mechanical Systems] which It is an extension, and it takes advantage of its solutions.
Con riferimento alla figura 1 à ̈ possibile visualizzare un’unità 1 di analisi biochimiche mediante immagini di tipo SPR secondo la presente invenzione. Tale unità 1 à ̈ destinata a cooperare con un apparecchio 100 elettronico mobile, in particolare uno smartphone, non illustrato in figura 1, ma visibile, ad esempio, nelle figure 3, 11, 12 e 16. L’apparecchio 100, di tipo noto dallo stato deH’arte, à ̈ equipaggiato con una camera 180 per immagini e video, a sua volta comprendente mezzi di illuminazione 181 e mezzi di acquisizione 182 di immagine. With reference to figure 1 it is possible to visualize a unit 1 of biochemical analysis by means of images of the SPR type according to the present invention. This unit 1 is intended to cooperate with a mobile electronic device 100, in particular a smartphone, not shown in Figure 1, but visible, for example, in Figures 3, 11, 12 and 16. The device 100, of the type known from the state of the art, it is equipped with a camera 180 for images and videos, in turn comprising illumination means 181 and image acquisition means 182.
Dalla descrizione che segue risulterà chiaro la modalità con cui l’unità 1 e l'apparecchio 100 cooperano per effettuare analisi SPR. From the following description it will be clear how the unit 1 and the apparatus 100 cooperate to carry out SPR analyzes.
L'unità 1 secondo la presente invenzione comprende: Unit 1 according to the present invention comprises:
- un elemento 19 di inserimento atto a ricevere un campione da sottoporre ad analisi dall’esterno dell’unità 1; - an insertion element 19 suitable for receiving a sample to be analyzed from outside the unit 1;
- un dispositivo 10 rivelatore nanostrutturato comprendente una superficie attiva 10a atta a ricevere detto campione da sottoporre ad analisi; - a nanostructured detector device 10 comprising an active surface 10a suitable for receiving said sample to be analyzed;
- un gruppo ottico 16 atto a cooperare con i mezzi di illuminazione 181 e con i mezzi di acquisizione 182 in modo tale da ricevere illuminazione dai mezzi di illuminazione, illuminare il dispositivo 10, in particolare la sua superficie attiva (10a), e propagare almeno una immagine verso i mezzi di acquisizione 182 in risposta all’illuminazione; - an optical unit 16 adapted to cooperate with the illumination means 181 and with the acquisition means 182 in such a way as to receive illumination from the illumination means, illuminate the device 10, in particular its active surface (10a), and propagate at least an image to the acquisition means 182 in response to illumination;
- un gruppo di microfluidica 12 operativamente connesso all’elemento 19 di inserimento e al dispositivo 10, e atto a trasportare il campione in corrispondenza della superficie attiva 10a; - a microfluidics group 12 operatively connected to the insertion element 19 and to the device 10, and able to transport the sample in correspondence with the active surface 10a;
Vale la pena di precisare che sulla superficie attiva 10a del dispositivo 10 nanostrutturato sono presenti recettori specifici per gli analiti presenti nel campione, in particolare sonde molecolari che si legano per affinità agli analiti nel campione, che vengono dunque immobilizzati. Come risulterà più chiaro dalla descrizione che segue, i mezzi di illuminazione 181 illuminano la superficie attiva 10a con un fascio luminoso; in risposta a tale illuminazione si verifica una variazione della riflessione luminosa della superficie attiva 10a in base alla presenza di un certo analita. Tale variazione viene catturata dai mezzi di acquisizione 182, avendo così una misura diretta sulla presenza di un analita nel campione. It is worth specifying that on the active surface 10a of the nanostructured device 10 there are specific receptors for the analytes present in the sample, in particular molecular probes which bind by affinity to the analytes in the sample, which are therefore immobilized. As will become clearer from the following description, the lighting means 181 illuminate the active surface 10a with a light beam; in response to this illumination, a variation of the light reflection of the active surface 10a occurs on the basis of the presence of a certain analyte. This variation is captured by the acquisition means 182, thus having a direct measurement on the presence of an analyte in the sample.
L’elemento di inserimento 19, in pratica, definisce un'interfaccia mediante la quale inserire dall’esterno dell’unità 1 un campione da sottoporre ad analisi. Il campione così inserito viene contenuto dal gruppo di microfluidica 12, operativamente connesso al elemento di inserimento 19, per essere trasportato in corrispondenza della superficie attiva 10a del dispositivo 10 nanostrutturato ed essere analizzato. Con riferimento alla figura 2, à ̈ possibile visualizzare una rappresentazione schematica di una prima forma di realizzazione del gruppo di microfluidica 12 di un’unità 1 secondo la presente invenzione. Il gruppo comprende una pluralità di pompe (in effetti piccole pompe o “micropompe†) capillari 22, per contenere e “pompare†il citato campione, collegate al elemento 19 di inserimento e a una corrispondente pluralità di linee 11 di trasporto per trasportare il citato campione in corrispondenza della superficie attiva 10a. In particolare, si tratta di pompe di tipo passivo, ossia non richiedono energia esterna per funzionare, che sfruttano il fenomeno della capillarità per generare un flusso di liquido, ossia “pompare†; come si vede schematicamente nella figura, vi à ̈ un reticolo triangolare di brevissimi condotti capillari prima che termina aH’imbocco di ciascuna linea 11; dimensionando opportunamente il reticolo triangolare à ̈ possibile determinare velocità e portata del flusso nella linea; à ̈ anche possibile prevedere (ma ciò complica un po’ la soluzione) una microvalvola ad esempio tra l’uscita del reticolo e l’ingresso della linea. In practice, the insertion element 19 defines an interface through which to insert a sample to be analyzed from the outside of unit 1. The sample thus inserted is contained by the microfluidics group 12, operatively connected to the insertion element 19, to be transported to the active surface 10a of the nanostructured device 10 and analyzed. With reference to Figure 2, it is possible to view a schematic representation of a first embodiment of the microfluidics group 12 of a unit 1 according to the present invention. The group includes a plurality of pumps (actually small pumps or â € œmicropumpsâ €) capillaries 22, to contain and â € œpumpsâ € the aforementioned sample, connected to the insertion element 19 and to a corresponding plurality of transport lines 11 to transport the cited sample at the active surface 10a. In particular, these are passive pumps, ie they do not require external energy to operate, which exploit the phenomenon of capillarity to generate a flow of liquid, ie â € œpumpâ €; as can be seen schematically in the figure, there is a triangular network of very short capillary ducts before it ends at the mouth of each line 11; by appropriately dimensioning the triangular lattice it is possible to determine the speed and flow rate of the flow in the line; It is also possible to provide (but this complicates the solution a little) a microvalve, for example between the exit of the grating and the entry of the line.
Come accennato, la metodologia alla base dell’analisi SPR prevede di rilevare la presenza di un analita in base all’analisi del cambio dell’indice di riflessione mediante immagini del campione catturate in corrispondenza della superficie attiva 10a. E’ pertanto preferibile disporre di un riferimento comune da utilizzare per valutare la variazione dei diversi indici di riflessione delle immagini del campione catturate. Tale riferimento comune si ottiene effettuando una misura di un liquido di riferimento. La forma di realizzazione del gruppo di microfluidica 12 prevede una pluralità di micropompe 22 collegate a una corrispondente pluralità di linee 11. Una di queste linee viene dedicata alla misura di riferimento, quindi à ̈ precaricata con del liquido di riferimento e durante il tempo di esame (cioà ̈ il tempo durante il quale vengono catturate immagini del campione sulla superficie attiva 10a) contiene e trasporta soltanto liquido di riferimento. Le altre micropompe 22 sono operativamente collegate con l’elemento 19 di inserimento e con le corrispondenti pluralità di linee 11, per trasportare il campione (inserito sfruttando l’elemento 19) in corrispondenza della superficie attiva 10a. Secondo questa forma di realizzazione, il campione viene manualmente introdotto nel dispositivo 1 da un operatore, veicolandolo nel elemento 19 mediante un apposito strumento di dispensazione, come una pipetta. Le quantità di campione da introdurre sono assai limitate, nell’ordine dei microlitri. Le micropompe 22, sfruttando il fenomeno della capillarità , permettono dì trasportare attraverso le linee 11 il campione introdotto sulla superficie attiva 10a del dispositivo 10 nanostrutturato. Le linee 11 si estendono dalle micropompe 22 al dispositivo 10 avvicinandosi tra loro (rimanendo tuttavia separate) in corrispondenza della superficie attiva 10a. La superficie attiva 10a à ̈ dotata di una corrispondente pluralità di recettori, ciascuno atto a catturare un determinato analita, e determinarne mediante analisi delle immagini acquisite la sua presenza. Il numero di micropompe 22, di lìnee 11 e di recettori sulla superficie attiva 10a determinano conseguentemente il numero di analiti rilevabili in un campione. E’ quindi possibile mediante il gruppo di microfluidica 12 secondo la presente forma di realizzazione, analizzare analiti presenti in un campione in parallelo durante un periodo di esame; il grado di parallelismo à ̈ dato dal numero di linee 11 in corrispondenza della superficie attiva 10a, e potrebbe essere ad esempio e tipicamente due, tre, ... sette, otto. As mentioned, the methodology underlying the SPR analysis involves detecting the presence of an analyte based on the analysis of the change in the reflection index by means of images of the sample captured at the active surface 10a. It is therefore preferable to have a common reference to use to evaluate the variation of the different reflection indices of the captured sample images. This common reference is obtained by making a measurement of a reference liquid. The embodiment of the microfluidics group 12 provides for a plurality of micropumps 22 connected to a corresponding plurality of lines 11. One of these lines is dedicated to the reference measurement, therefore it is preloaded with reference liquid and during the examination time (i.e. the time during which images of the sample are captured on the active surface 10a) contains and carries only reference liquid. The other micropumps 22 are operatively connected with the insertion element 19 and with the corresponding plurality of lines 11, to transport the sample (inserted using the element 19) in correspondence with the active surface 10a. According to this embodiment, the sample is manually introduced into the device 1 by an operator, conveying it into the element 19 by means of a suitable dispensing tool, such as a pipette. The quantities of sample to be introduced are very limited, in the order of microliters. The micropumps 22, exploiting the phenomenon of capillarity, allow the sample introduced on the active surface 10a of the nanostructured device 10 to be transported through the lines 11. The lines 11 extend from the micropumps 22 to the device 10 approaching each other (however remaining separate) at the active surface 10a. The active surface 10a is equipped with a corresponding plurality of receptors, each capable of capturing a specific analyte, and determining its presence by analyzing the acquired images. The number of micropumps 22, of line 11 and of receptors on the active surface 10a consequently determine the number of detectable analytes in a sample. It is therefore possible by means of the microfluidics group 12 according to the present embodiment, to analyze analytes present in a sample in parallel during an examination period; the degree of parallelism is given by the number of lines 11 corresponding to the active surface 10a, and it could be for example and typically two, three, ... seven, eight.
Con riferimento alla figura 3, à ̈ possibile visualizzare una rappresentazione schematica di una seconda forma di realizzazione del gruppo 12 di microfluidica di un’unità 1 secondo la presente invenzione atto a cooperare con un apparecchio mobile 100 dotato di mezzi vibranti (non illustrati in figura), cioà ̈ quei mezzi che fanno vibrare l’apparecchio mobile 100, ad esempio come segnale di avviso per chiamate in arrivo. With reference to Figure 3, it is possible to visualize a schematic representation of a second embodiment of the microfluidics group 12 of a unit 1 according to the present invention adapted to cooperate with a mobile device 100 equipped with vibrating means (not illustrated in figure), ie those means which cause the mobile device 100 to vibrate, for example as a warning signal for incoming calls.
Il gruppo 12 secondo questa forma di realizzazione dell’unità 1 comprende: Group 12 according to this embodiment of unit 1 comprises:
- un elemento 13 di pompaggio atto a generare una forza di spinta e connesso a un primo serbatoio 23 di contenimento, tale serbatoio 23 atto a contenere un liquido di riferimento 230. La spinta prodotta dall’elemento di pompaggio 13 viene trasmessa al fluido di riferimento 230 - a pumping element 13 adapted to generate a thrust force and connected to a first containment tank 23, said tank 23 able to contain a reference liquid 230. The thrust produced by the pumping element 13 is transmitted to the reference 230
- mezzi attivatori 14 atti a essere operativamente collegati ai mezzi vibranti, e atti ad azionare l’elemento di pompaggio 13 in risposta alle vibrazioni generate dai mezzi vibranti. - activating means 14 adapted to be operatively connected to the vibrating means, and adapted to actuate the pumping element 13 in response to the vibrations generated by the vibrating means.
Ancora con riferimento alla figura 3 si può notare che il gruppo 12 di microfluidica dell’unità 1 comprende: Again with reference to figure 3 it can be noted that the microfluidics group 12 of unit 1 includes:
- un primo serbatoio 23 operativamente connesso all’elemento di pompaggio 13 e atto a contenere un liquido di riferimento 230; - a first tank 23 operatively connected to the pumping element 13 and able to contain a reference liquid 230;
- un secondo serbatoio 24, fluidicamente connesso al primo serbatoio 23 e all’elemento 19 di inserimento; tale secondo serbatoio 24 atto a ricevere dall’elemento 19 di inserimento almeno parte del campione 240 e contenerlo; - a second tank 24, fluidically connected to the first tank 23 and to the insertion element 19; said second tank 24 able to receive from the insertion element 19 at least part of the sample 240 and contain it;
- almeno una linea di trasporto di fluido 25, fluidicamente connessa al secondo serbatoio 24 per trasportare il liquido di riferimento e il campione in corrispondenza della superficie attiva 10a. - at least one fluid transport line 25, fluidically connected to the second tank 24 to transport the reference liquid and the sample in correspondence with the active surface 10a.
Secondo quest’ultima forma di realizzazione, il liquido di riferimento e il campione vengono trasportati sulla superficie attiva sequenzialmente: in una prima fase si effettua una misura del liquido di riferimento, in una seconda fase successiva si trasporta il campione sulla superficie attiva 10a e si analizza. A questo scopo, la linea 25 à ̈ precaricata con del liquido di riferimento, di modo che la prima misura effettuata sia quella del riferimento. Il liquido di riferimento 230, contenuto nel primo serbatoio 23, viene sfruttato come mezzo per trasmettere la spinta esercita dall’elemento 13 sul campione 240. In questo modo, quest’ultimo viene condotto in corrispondenza della superficie attiva 10a percorrendo la linea 25. E’ bene specificare che i canali che rendono fluidicamente connessi il primo serbatoio 23, il secondo serbatoio 24 e la linea 25 sono microfluidici, cioà ̈ hanno sezioni tali da produrre portate di trasporto dell'ordine dei nanolitri. According to this last embodiment, the reference liquid and the sample are transported to the active surface sequentially: in a first phase a measurement of the reference liquid is carried out, in a second successive phase the sample is transported to the active surface 10a and it analyzes itself. For this purpose, line 25 is preloaded with reference liquid, so that the first measurement made is that of the reference. The reference liquid 230, contained in the first tank 23, is used as a means to transmit the thrust exerted by the element 13 on the sample 240. In this way, the latter is conducted in correspondence with the active surface 10a along the line 25 It should be specified that the channels that make the first tank 23, the second tank 24 and the line 25 fluidically connected are microfluidic, that is, they have such sections as to produce transport flow rates of the order of nanoliters.
In seguito, anche il liquido di riferimento 230 giunge in corrispondenza della superficie 10a per poter così effettuare un’ulteriore rilevazione del riferimento comune. A valle del dispositivo 10 (cioà ̈ dalla parte opposta rispetto alla disposizione dell’elemento 13 e del primo serbatoio 23) à ̈ fluidicamente connesso un serbatoio di scarico 26 in cui vengono depositati porzioni di campione e porzioni di liquido di riferimento dopo le rilevazioni. Subsequently, the reference liquid 230 also reaches the surface 10a in order to be able to carry out a further detection of the common reference. Downstream of the device 10 (that is, on the opposite side with respect to the arrangement of the element 13 and of the first tank 23) a drain tank 26 is fluidically connected in which portions of sample and portions of reference liquid are deposited after the measurements .
La superficie 10a attiva di questa forma di realizzazione comprende una pluralità celle di rilevazione per un determinato analita disposte a matrice sulla superficie 10a stessa, ciascuna di queste celle di rilevazione comprende almeno una sonda per l’analita specifico della cella di rilevazione. Questa struttura della superficie 10a permette di effettuare una multiplazione dell’analisi, à ̈ infatti possibile analizzare una pluralità di analiti in un ciclo di rilevazione. La modalità con cui il campione viene analizzato sfruttando il gruppo di microfluidica illustrato in figura 3 risulterà più chiaro dalla descrizione che segue, in particolare riferendosi alle figure dalla 9 alla 11. Ai fini della presente invenzione, con il termine “campione in condizioni di rilevazione†, si intende il campione (o una porzione di questo) sulla superficie attiva 10a di modo che gli analiti presenti si leghino con le sonde molecolari, e vengano dunque immobilizzati dai recettori. The active surface 10a of this embodiment comprises a plurality of detection cells for a given analyte arranged in a matrix on the surface 10a itself, each of these detection cells comprises at least one probe for the specific analyte of the detection cell. This structure of the surface 10a allows to carry out a multiplexing of the analysis, it is in fact possible to analyze a plurality of analytes in a detection cycle. The manner in which the sample is analyzed using the microfluidics group illustrated in figure 3 will be clearer from the following description, in particular referring to figures 9 to 11. For the purposes of the present invention, with the term â € œsample under conditions of detectionâ € means the sample (or a portion of it) on the active surface 10a so that the analytes present bind with the molecular probes, and are therefore immobilized by the receptors.
Con riferimento alla figura 4, à ̈ possibile visualizzare una tipica configurazione d’uso di un’unità 1 secondo la presente invenzione. Come accennato, l’unità 1 à ̈ progettata per cooperare con un apparecchio elettronico 100 mobile, in particolare uno smartphone. In sostanza, si possono sfruttare la camera 180, i mezzi di elaborazione e memorizzazione, di illuminazione, di acquisizione di immagine e di alimentazione elettrica. Per mantenere l’unità 1 in una posizione fissa e predeterminata, al fine di cooperare con l’apparecchio elettronico 100, à ̈ previsto un telaio di supporto 150. Il funzionamento dell’unità 1 in cooperazione con apparecchio elettronico 100 risulterà chiara dalla descrizione che segue. With reference to Figure 4, it is possible to view a typical configuration of use of a unit 1 according to the present invention. As mentioned, unit 1 is designed to cooperate with a mobile electronic device 100, in particular a smartphone. Basically, the camera 180, the processing and storage, lighting, image acquisition and power supply means can be exploited. In order to keep the unit 1 in a fixed and predetermined position, in order to cooperate with the electronic device 100, a support frame 150 is provided. The operation of the unit 1 in cooperation with the electronic device 100 will be clear from the description below.
Con riferimento alla figura 6, à ̈ possibile visualizzare un gruppo ottico 16 di un’unità 1 secondo la presente invenzione. Tale gruppo ottico 16 à ̈ concepito per ricevere il fascio luminoso 120 prodotto dai mezzi di illuminazione 181 e focalizzare un corrispondente secondo fascio luminoso 130, emesso dal dispositivo 10 (in particolare dalla superficie attiva 10a) in risposta al primo fascio 120 ricevuto, sui mezzi di acquisizione 182. Si ottiene quindi un’immagine del campione in condizioni di rilevazione. A questo scopo, sui mezzi di memorizzazione dell’apparecchio mobile 100 à ̈ caricato un apposito programma, eseguito dai rispettivi mezzi di elaborazione, per gestire i mezzi di illuminazione 181 e acquisire le corrispondenti immagini mediante i mezzi di acquisizione 182. Le immagini acquisite possono essere memorizzate nei mezzi di memorizzazione dell’apparecchio mobile 100, per essere successivamente elaborate (dall’apparecchio mobile 100 stesso, oppure da un’altra unità di elaborazione, a cui vengono inviate) per determinare la presenza e la concentrazione di uno o più analiti. With reference to figure 6, it is possible to visualize an optical group 16 of a unit 1 according to the present invention. This optical group 16 is designed to receive the light beam 120 produced by the lighting means 181 and focus a corresponding second light beam 130, emitted by the device 10 (in particular from the active surface 10a) in response to the first beam 120 received, on the means 182 acquisition. An image of the sample is then obtained under detection conditions. For this purpose, a special program is loaded on the storage means of the mobile device 100, executed by the respective processing means, to manage the lighting means 181 and acquire the corresponding images by means of the acquisition means 182. The acquired images can be stored in the storage means of the mobile device 100, to be subsequently processed (by the mobile device 100 itself, or by another processing unit, to which they are sent) to determine the presence and concentration of one or more analytes.
Con riferimento alla figura 5, à ̈ possibile visualizzare una forma di realizzazione del gruppo ottico 16. E’ bene precisare che i mezzi di illuminazione e i mezzi di acquisizione sono tipicamente disposti in due punti distinti e tra loro spaziati dell’involucro esterno di uno smartphone. A questo scopo, il gruppo ottico 16 à ̈ sostanzialmente suddiviso in due porzioni di focalizzazione 29 e 30: la prima porzione 29 per cooperare con i mezzi di illuminazione 181, la seconda porzione 30 per cooperare con i mezzi di acquisizione 182. In particolare, la prima porzione 29 comprende una prima lente 18 di collimazione, un primo beam splitter 19 e una seconda lente di collimazione 20; tali tre elementi sono allineati lungo un primo asse 50 rettilineo coincidente con l’asse di simmetria del fascio 120 prodotto dai mezzi di illuminazione 181. La seconda porzione 30 comprende un secondo beam splitter 21 e una terza lente 28; questi due elementi sono allineati lungo un secondo asse 60 rettilineo coincidente con l’asse di simmetria del fascio riflesso 130, diretto verso i mezzi di acquisizione 182 e prodotto in risposta all’illuminazione della superficie 10a con il fascio 120. With reference to figure 5, it is possible to visualize an embodiment of the optical group 16. It should be pointed out that the lighting means and the acquisition means are typically arranged in two distinct and spaced points of the external casing of a smartphone. For this purpose, the optical group 16 is substantially divided into two focusing portions 29 and 30: the first portion 29 to cooperate with the illumination means 181, the second portion 30 to cooperate with the acquisition means 182. In particular, the first portion 29 comprises a first collimating lens 18, a first beam splitter 19 and a second collimating lens 20; these three elements are aligned along a first rectilinear axis 50 coinciding with the symmetry axis of the beam 120 produced by the lighting means 181. The second portion 30 comprises a second beam splitter 21 and a third lens 28; these two elements are aligned along a second straight axis 60 coinciding with the symmetry axis of the reflected beam 130, directed towards the acquisition means 182 and produced in response to the illumination of the surface 10a with the beam 120.
Il primo asse 50 lungo cui sono allineati gli elementi ottici della prima porzione 29 (perpendicolare alla superficie attiva 10a del dispositivo 10) Ã ̈ parallelo e distanziato rispetto al secondo asse 60 lungo cui sono allineati gli elementi ottici della seconda porzione 30. The first axis 50 along which the optical elements of the first portion 29 are aligned (perpendicular to the active surface 10a of the device 10) is parallel and spaced apart from the second axis 60 along which the optical elements of the second portion 30 are aligned.
Tra la prima porzione 29 e la seconda porzione 30 Ã ̈ presente un filtro 27 ottico passivo, disposto di modo che risulti allineato con il primo beam splitter 19 e con il secondo beam splitter 21 lungo un terzo asse 70, sostanzialmente perpendicolare al primo e secondo asse 50 e 60. Between the first portion 29 and the second portion 30 there is a passive optical filter 27, arranged so that it is aligned with the first beam splitter 19 and with the second beam splitter 21 along a third axis 70, substantially perpendicular to the first and second axis 50 and 60.
Di preferenza la prima porzione comprende gli elementi ottici disposti nella seguente successione, valutata dalla porzione di unità 1, in uso, più prossima rispetto l’apparecchio 100: Preferably the first portion comprises the optical elements arranged in the following succession, evaluated by the portion of unit 1, in use, closest to the apparatus 100:
- la prima lente 18; - the first lens 18;
- il primo beam splitter 19; - the first beam splitter 19;
- la seconda lente di collimazione 20; - the second collimating lens 20;
pertanto il fascio 120 irraggia la superficie attiva 10a del dispositivo 10 attraversando nella citata successione gli elementi ottici (la rappresentazione del fascio 120 in figura 5 Ã ̈ puramente indicativa). therefore the beam 120 irradiates the active surface 10a of the device 10 passing through the optical elements in the aforementioned succession (the representation of the beam 120 in Figure 5 is purely indicative).
In risposta all’illuminazione della superficie 10a con il fascio 120, viene prodotto un fascio riflesso 130 (che trasporta un'immagine, più precisamente una sequenza di immagine se si considera tale fascio in un intervallo di tempo): tale fascio riflesso deve essere catturato dalla camera 182, à ̈ infatti indicativo degli analiti immobilizzati sulla superficie attiva 10a. In response to the illumination of the surface 10a with the beam 120, a reflected beam 130 is produced (which carries an image, more precisely an image sequence if this beam is considered over a time interval): this reflected beam must be captured by chamber 182, it is in fact indicative of the immobilized analytes on the active surface 10a.
il fascio 130 pertanto attraversa, nell'ordine, la seconda lente di collimazione 20 e il primo beam splitter 19. La configurazione ottica del primo beam splitter 19 permette di modificare l’asse di focalizzazione del fascio 130, che viene così focalizzato lungo il terzo asse 70. Pertanto, il fascio 130 attraversa il filtro 27 e il secondo beam splitter 21, e analogamente al precedente attraversamento, viene focalizzato lungo il secondo asse 60, sostanzialmente perpendicolare al terzo asse 70. Successivamente, il fascio 130 attraversa la terza lente 28 per propagarsi fino ai mezzi di acquisizione 182. the beam 130 therefore passes through, in order, the second collimation lens 20 and the first beam splitter 19. The optical configuration of the first beam splitter 19 allows to modify the focusing axis of the beam 130, which is thus focused along the third axis 70. Therefore, the beam 130 passes through the filter 27 and the second beam splitter 21, and similarly to the previous crossing, is focused along the second axis 60, substantially perpendicular to the third axis 70. Subsequently, the beam 130 passes through the third lens 28 to propagate up to the acquisition means 182.
In questo esempio di realizzazione, i mezzi di illuminazione 181 e i mezzi di acquisizione 182 con cui l’apparecchio mobile 100, che à ̈ uno smartphone, à ̈ equipaggiato non sono espressamente progettati per effettuare analisi SPR a immagini secondo la presente invenzione. Infatti, il fascio 120 prodotto presenta uno spettro adatto per applicazioni fotografiche, quindi non ottimizzato per eccitare la superficie attiva 10a; la presenza del filtro 27 permette di selezionare le lunghezze d’onda di interesse del fascio 130, cioà ̈ quelle più significative e affette da meno rumore creato dalla presenza di lunghezze d’onda non idonee all'impiego secondo la presente invenzione. Ad esempio, il filtro 27 può filtrare il fascio 130 intorno ai 750 nm, tale valore à ̈ da interpretare in modo non tassativo e variabile a seconda della reale applicazione. In this exemplary embodiment, the illumination means 181 and the acquisition means 182 with which the mobile device 100, which is a smartphone, is equipped are not expressly designed to perform image SPR analyzes according to the present invention. In fact, the beam 120 produced has a spectrum suitable for photographic applications, therefore not optimized to excite the active surface 10a; the presence of the filter 27 makes it possible to select the wavelengths of interest of the beam 130, that is the most significant and affected by the least noise created by the presence of wavelengths unsuitable for use according to the present invention. For example, the filter 27 can filter the beam 130 around 750 nm, this value is to be interpreted in a non-exhaustive and variable way according to the actual application.
Tuttavia, lo spettro di illuminazione del fascio 120 prodotto dai mezzi di illuminazione 181 può essere del tutto inadatto per determinate applicazioni. Infatti, il picco di illuminazione di tali sorgenti, nel caso ad esempio di smartphone, à ̈ tipicamente centrato intorno ai 550 nm, con code fino ai 750nm. Alcune applicazioni possono necessitare di un fascio di fotoni centrato intorno ai 1000 nm (o in taluni casi anche oltre). A questo scopo, à ̈ possibile prevedere che la prima lente 18 sia opportunamente configurata per traslare la lunghezza d’onda del primo fascio 120 intorno alla lunghezza d’onda ottica di interesse. Per realizzare tale effetto, di preferenza, la lente 18 può essere drogata con sostanze in grado di assorbire la luce prodotta dai mezzi 181 ed emetterla a una (diversa) lunghezza d’onda desiderata. Tali sostanze possono comprendere molecole fluorescenti, elementi appartenenti al gruppo delle terre rare, “quantum dots†. In particolare, à ̈ possibile drogare la lente 18 con erbio (elemento appartenente al gruppo dei lantanoidi) per ottenere questo effetto. Il fascio 120 che si propaga attraverso una lente progettata in questo modo viene portato alla lunghezza d’onda desiderata. Con riferimento alle figure dalla 7 alla 9, à ̈ possibile visualizzare tre diverse forme di realizzazione di mezzi attivatori 14 dell’elemento di pompaggio 13. However, the illumination spectrum of the beam 120 produced by the illumination means 181 may be wholly unsuitable for certain applications. In fact, the peak of illumination of these sources, in the case of smartphones, for example, is typically centered around 550nm, with tails up to 750nm. Some applications may require a photon beam centered around 1000 nm (or in some cases even beyond). For this purpose, it is possible to provide that the first lens 18 is suitably configured to translate the wavelength of the first beam 120 around the optical wavelength of interest. To achieve this effect, the lens 18 can preferably be doped with substances capable of absorbing the light produced by the means 181 and emitting it at a desired (different) wavelength. These substances may include fluorescent molecules, elements belonging to the rare earth group, â € œquantum dotsâ €. In particular, lens 18 can be doped with erbium (an element belonging to the lanthanid group) to obtain this effect. The beam 120 which propagates through a lens designed in this way is brought to the desired wavelength. With reference to figures 7 to 9, it is possible to view three different embodiments of activating means 14 of the pumping element 13.
Le forme di realizzazione descritte nel seguito implementano l'insegnamento tecnico generale che prevede l’elemento di pompaggio 13 mobile tra una prima posizione (indicata nelle figure 7, 8 e 9 con il riferimento A), e una seconda posizione (indicata nelle stesse figure con il riferimento B) in cui il movimento dalla prima posizione alla seconda posizione genera una forza di spinta per movimentare almeno parte del liquido di riferimento e almeno parte del campione. L’elemento di pompaggio 13 à ̈ mobile tra la prima e la seconda posizione per effetto dei mezzi attivatori 14. The embodiments described below implement the general technical teaching which provides for the pumping element 13 movable between a first position (indicated in Figures 7, 8 and 9 with the reference A), and a second position (indicated in the same figures with reference B) in which the movement from the first position to the second position generates a thrust force to move at least part of the reference liquid and at least part of the sample. The pumping element 13 is movable between the first and second position due to the effect of the activating means 14.
Tutte e tre le forme di realizzazione sono progettate per sfruttare le vibrazioni prodotte dai mezzi vibranti dell’apparecchio mobile 100 per attuare i mezzi attivatori 14 e dare inizio al pompaggio del campione e dell'elemento di riferimento. A questo scopo à ̈ previsto un modulo di accoppiamento all’apparecchio 100 atto a trasferire le vibrazioni prodotte dalla relativa unità di vibrazione all’unità 1 secondo la presente invenzione. Secondo un esempio di realizzazione, il modulo di accoppiamento à ̈ ricavato in parte del telaio 150 di supporto stesso, in questo modo oltre a rendere solidale l’unità 1 all’apparecchio 100 vengono anche trasmesse le vibrazioni prodotte da quest’ultimo ai mezzi attivatori 14. All three embodiments are designed to exploit the vibrations produced by the vibrating means of the mobile device 100 to actuate the activating means 14 and to start pumping the sample and the reference element. For this purpose, a coupling module is provided to the apparatus 100 adapted to transfer the vibrations produced by the relative vibration unit to the unit 1 according to the present invention. According to an example of embodiment, the coupling module is obtained in part of the support frame 150 itself, in this way, in addition to making unit 1 integral with the apparatus 100, the vibrations produced by the latter are also transmitted to the activating means 14.
In figura 7 Ã ̈ mostrata la prima forma di realizzazione dei mezzi attivatori 14, comprendenti: Figure 7 shows the first embodiment of the activating means 14, comprising:
- il citato modulo di accoppiamento; - the aforementioned coupling module;
- una batteria atta a immagazzinare energia elettrica; - a battery suitable for storing electrical energy;
- un primo convertitore collegato al modulo di accoppiamento e alla batteria e atto a convertire l’energia meccanica delle vibrazioni prodotte dai mezzi vibranti in energia elettrica che viene immagazzinata nella batteria, - a first converter connected to the coupling module and to the battery and able to convert the mechanical energy of the vibrations produced by the vibrating means into electrical energy which is stored in the battery,
- un secondo convertitore collegato elettricamente alla batteria e collegato meccanicamente all’elemento di pompaggio 13 per movimentare così l'elemento di pompaggio dalla prima posizione A alla seconda posizione B. - a second converter electrically connected to the battery and mechanically connected to the pumping element 13 to thus move the pumping element from the first position A to the second position B.
Ad esempio, sia il primo che il secondo convertitore possono essere cristalli piezoelettrici, ma usati in modo un po’ diverso. Nel caso del primo convertitore, la vibrazione può causare una deformazione meccanica ripetuta del cristallo ed una conseguente differenza alternata di potenziale ai suoi terminali (da raddrizzare). Nel caso del secondo convertitore, la differenza continua di potenziale, disponibile grazie alla batteria, viene applicata ai terminali del cristallo piezoelettrico. In risposta all'applicazione di tale differenza continua di potenziale, il cristallo piezoelettrico subisce una deformazione meccanica, che viene sfruttata per movimentare l’elemento di pompaggio 13. For example, both the first and the second converter can be piezoelectric crystals, but used a little differently. In the case of the first converter, the vibration can cause a repeated mechanical deformation of the crystal and a consequent alternating potential difference at its terminals (to be rectified). In the case of the second converter, the continuous potential difference, available thanks to the battery, is applied to the terminals of the piezoelectric crystal. In response to the application of this continuous potential difference, the piezoelectric crystal undergoes a mechanical deformation, which is exploited to move the pumping element 13.
In figura 8 Ã ̈ mostrata la seconda forma di realizzazione dei mezzi attivatori 14, comprendenti: Figure 8 shows the second embodiment of the activating means 14, comprising:
- il citato modulo di accoppiamento; - the aforementioned coupling module;
- un convertitore micromeccanico collegato al modulo di accoppiamento e all’elemento di pompaggio 13 e configurato per convertire le vibrazioni ricevute, ossia un moto rettilineo alternato, in movimento, ossia un moto traslatorio, dell’elemento di pompaggio 13 dalla prima posizione A alla seconda posizione B. In figura 9 à ̈ mostrata la terza forma di realizzazione dei mezzi attivatori 14, comprendenti: - a micromechanical converter connected to the coupling module and to the pumping element 13 and configured to convert the vibrations received, i.e. an alternating rectilinear motion, into motion, i.e. a translational motion, of the pumping element 13 from the first position A to the second position B. Figure 9 shows the third embodiment of the activating means 14, comprising:
- il citato modulo di accoppiamento; - the aforementioned coupling module;
- un primo vano contenente un liquido di reazione e un secondo vano, diviso dal primo da una membrana di separazione in corrispondenza di un primo estremo e delimitato dall’elemento di pompaggio 13 in corrispondenza di un secondo estremo opposto al primo, contenente un polimero espansibile. - a first compartment containing a reaction liquid and a second compartment, divided from the first by a separation membrane at a first end and delimited by the pumping element 13 at a second opposite end to the first, containing a polymer expandable.
Il modulo di accoppiamento à ̈ collegato al primo vano e trasmette a questo le vibrazioni dell’apparecchio mobile 100. Le vibrazioni indotte dal modulo di accoppiamento permettono al liquido contenuto nel primo vano di lacerare la membrana ed entrare in contatto con il polimero espansibile. Il risultato della reazione chimica in seguito al contatto tra il liquido di reazione e il polimero espansibile porta quest’ultimo ad aumentare il suo volume. Il polimero agisce sull’elemento 13, un suo aumento del volume muove quest’ultimo dalla prima posizione A alla seconda posizione B. The coupling module is connected to the first compartment and transmits to this the vibrations of the mobile device 100. The vibrations induced by the coupling module allow the liquid contained in the first compartment to tear the membrane and come into contact with the expandable polymer. The result of the chemical reaction following the contact between the reaction liquid and the expandable polymer leads the latter to increase its volume. The polymer acts on the element 13, an increase in its volume moves the latter from the first position A to the second position B.
Con riferimento alle figure dalla 10 alla 12 à ̈ possibile visualizzare tre fasi successive del pompaggio del campione e del liquido di riferimento per effettuare analisi mediante un’unità secondo la presente invenzione. With reference to figures 10 to 12, it is possible to view three successive stages of pumping the sample and the reference liquid to carry out analyzes by means of a unit according to the present invention.
In figura 10 à ̈ illustrata la prima fase: la lìnea 25 che si estende sino alla superficie attiva 10a del dispositivo 10 à ̈ precaricata con del liquido di riferimento 230. Secondo questa forma di realizzazione, la prima misura sarà pertanto quella di riferimento. Figure 10 illustrates the first phase: the line 25 which extends up to the active surface 10a of the device 10 is preloaded with the reference liquid 230. According to this embodiment, the first measurement will therefore be the reference one. .
La figura 11 mostra una fase successiva a quella di figura 10; il passaggio dalla fase precedente a quella presente avviene in cooperazione con l’apparecchio mobile 100. Come accennato sull’apparecchio mobile 100 à ̈ caricato e viene eseguito un programma per effettuare analisi mediante un’unità secondo la presente invenzione. In particolare, tale programma può prevedere un’interfaccia (con cui interagire dall’apparecchio 100 stesso) per attivare i mezzi vibranti e quindi attuare i mezzi attivatori, e per attivare i mezzi di illuminazione 181 e i mezzi di acquisizione 182 in modo sincronizzato con il tempo di analisi del campione. Pertanto, secondo una forma di realizzazione à ̈ previsto che un operatore introduca il campione da analizzare attraverso il elemento di inserimento 19 e mediante il programma caricato sull’apparecchio 100 attivi la procedura di analisi. La vibrazione prodotta dall’apparecchio 100 viene trasmessa all’unità 1, come già descritto, e l’elemento 13 di pompaggio esercita la sua forza di spinta sul liquido di riferimento 230 contenuto nel primo serbatoio 23. Tale azione produce un’eguale spinta sul campione 240 contenuto nel secondo serbatoio 24 a cui il primo à ̈ fluidicamente connesso. A sua volta il campione 240 esercita una corrispondente spinta sul liquido di riferimento contenuto nella linea 25 in corrispondenza della superficie attiva 10a. Il liquido di riferimento 230 in precedenza lì contenuto viene spinto entro il serbatoio di scarico 26. Il campione 240, in corrispondenza della superficie attiva 10a, viene quindi sottoposto ad analisi, secondo le modalità già descritte. Figure 11 shows a step subsequent to that of Figure 10; the passage from the previous phase to the present one takes place in cooperation with the mobile device 100. As mentioned, the mobile device 100 is loaded and a program is executed for carrying out analyzes by means of a unit according to the present invention. In particular, this program can provide an interface (with which to interact from the apparatus 100 itself) to activate the vibrating means and therefore to activate the activating means, and to activate the lighting means 181 and the acquisition means 182 in a synchronized manner. with sample analysis time. Therefore, according to an embodiment, an operator introduces the sample to be analyzed through the insertion element 19 and activates the analysis procedure by means of the program loaded on the apparatus 100. The vibration produced by the apparatus 100 is transmitted to the unit 1, as already described, and the pumping element 13 exerts its thrust force on the reference liquid 230 contained in the first tank 23. This action produces a ™ equal thrust on the sample 240 contained in the second tank 24 to which the first is fluidically connected. In turn, the sample 240 exerts a corresponding thrust on the reference liquid contained in the line 25 at the active surface 10a. The reference liquid 230 previously contained therein is pushed into the discharge tank 26. The sample 240, in correspondence with the active surface 10a, is then subjected to analysis, according to the methods already described.
La figura 12 mostra la fase successiva rispetto a quella illustrata in figura 11. In tale fase viene eseguita un’ulteriore misura di riferimento effettuando l’analisi del liquido di riferimento 230. E’ bene precisare che tale fase viene effettuata qualora risulti necessario effettuare un’ulteriore misura di riferimento, in caso contrario (cioà ̈, nel caso in cui la precedente misura di riferimento, figura 10, sia sufficiente per determinare una misura degli analiti) tale fase può essere evitata. Analogamente a quanto descritto in figura 11, la spinta prodotta dall’elemento 13 sul liquido 230 permette di condurre quest’ultimo in corrispondenza della superficie attiva 10a ed effettuare l’analisi. Il campione 240 (nella fase precedente in corrispondenza della superficie attiva 10a) viene condotto, per la spinta prodotta dal liquido 230 nel serbatoio di scarico 26. Figure 12 shows the next phase with respect to that illustrated in figure 11. In this phase, a further reference measurement is carried out by analyzing the reference liquid 230. It should be specified that this phase is carried out if it results It is necessary to carry out a further reference measurement, otherwise (that is, if the previous reference measurement, figure 10, is sufficient to determine a measurement of the analytes) this step can be avoided. Similarly to what is described in figure 11, the thrust produced by the element 13 on the liquid 230 allows the latter to be conducted in correspondence with the active surface 10a and to carry out the analysis. The sample 240 (in the previous step in correspondence with the active surface 10a) is conducted, due to the thrust produced by the liquid 230 in the discharge tank 26.
Le figure 13 e 14 permettono di visualizzare due possibili immagini ottenute catturando il fascio 130 secondo due diverse forme di realizzazione dell’unità 1, e di mostrare come tali immagini siano misura diretta degli analiti contenuti nei rispettivi campioni analizzati. Figures 13 and 14 allow to view two possible images obtained by capturing the beam 130 according to two different embodiments of the unit 1, and to show how these images are a direct measurement of the analytes contained in the respective analyzed samples.
Con riferimento alla figura 13 à ̈ possibile visualizzare il risultato ottenuto con la cattura del fascio 130, ottenuta in seguito all’eccitazione della superficie attiva 10a mediante illuminazione con il fascio luminoso 120. Come accennato, la cattura del fascio 130 produce immagini in grado di fornire una misura diretta della presenza di determinati analiti nel campione. La figura 13 mostra una possibile immagine 300 prodotta analizzando un campione con un’unità 1 integrante un dispositivo 10 del tipo indicato in figura 3. E’ possibile infatti visualizzare l’immagine di una pluralità di celle di rilevazione 301: il colore dell’immagine di ciascuna cella indica se à ̈ stato rilevato il corrispondente analita a cui à ̈ associata. Il numero di celle di rilevazione può andare a seconda dei casi, ad esempio, da 400 a 40000; il lìmite inferiore deriva da celle di rilevazione di lato pari a 200 micron e un campo visivo di lato pari a 4 mm; il limite inferiore deriva da celle di rilevazione di lato pari a 20 micron e un campo visivo di lato pari a 4 mm. Ad esempio, la cella 302 (di colore nero) indica che non à ̈ stato rilevato nel campione la presenza di un analita corrispondente, mentre la cella 303 (di colore chiaro) indica che l’analita corrispondente à ̈ stato rilevato. E’ bene precisare che il colore chiaro in caso di rilevazione di un’analita à ̈ così indicato per semplicità , invero il colore di una cella che ha rilevato la presenza di un analita viene rappresentato mediante una scala di grigi, in cui dall’intensità del grigio à ̈ possibile ricavare la concentrazione di quell’analita nel campione. With reference to figure 13 it is possible to visualize the result obtained with the capture of the beam 130, obtained following the excitation of the active surface 10a by illumination with the light beam 120. As mentioned, the capture of the beam 130 produces images capable of to provide a direct measure of the presence of certain analytes in the sample. Figure 13 shows a possible image 300 produced by analyzing a sample with a unit 1 integrating a device 10 of the type indicated in figure 3. It is in fact possible to display the image of a plurality of detection cells 301: the color of the image of each cell indicates whether the corresponding analyte to which it is associated has been detected. The number of detection cells can go according to the case, for example, from 400 to 40000; the lower limit derives from detection cells with a side equal to 200 microns and a field of view on the side equal to 4 mm; the lower limit derives from detection cells with a side equal to 20 microns and a field of view on the side equal to 4 mm. For example, cell 302 (colored black) indicates that the presence of a matching analyte has not been detected in the sample, while cell 303 (light colored) indicates that the corresponding analyte has been detected. It should be noted that the light color in case of detection of an analyte is thus indicated for simplicity, indeed the color of a cell that has detected the presence of an analyte is represented by a gray scale, in which from the intensity of the gray it is possible to obtain the concentration of that analyte in the sample.
Ad esempio, le fotocamere con cui sono comunemente equipaggiati gli smartphone (e quindi adatti a essere utilizzati per gli scopi secondo la presente invenzione) presentano profondità di colore di almeno 8 bit. Nel caso di rappresentazione in scala di grigi, à ̈ quindi possibile rappresentare una cella con una tra almeno 256 tonalità di grigio, ciascuna indicativa del grado concentrazione di quell’analita nel campione. Pertanto ogni cella 301 indica la presenza di un analita e ne rappresenta la relativa concentrazione nel campione. For example, the cameras with which smartphones are commonly equipped (and therefore suitable for use for the purposes according to the present invention) have color depths of at least 8 bits. In the case of gray scale representation, it is therefore possible to represent a cell with one of at least 256 shades of gray, each indicative of the degree of concentration of that analyte in the sample. Therefore each cell 301 indicates the presence of an analyte and represents its relative concentration in the sample.
Con riferimento alla figura 14, à ̈ mostrato il risultato ottenuto con la cattura del fascio 130, analogamente a quello di figura 13, impiegando un'unità 1 con dispositivo 10 del tipo indicato in figura 2. In questo caso, gli analiti vengono rilevati individuando le zone sensibili 301 della superficie attiva 10a. Nella forma di realizzazione in figura, sono rappresentate 7 zone sensibili, ciascuna adibita a individuare uno specifico analita. Il colore di ciascuna zona sensibile rilevato mediante la cattura deH’immagine indica la presenza, o meno, del relativo analita. Così come per il caso di figura 13, il colore di ciascuna zona sensibile può essere rappresentato mediante una scala di grigi, per avere una misura diretta sulla presenza di un analita e la relativa concentrazione nel campione. With reference to figure 14, the result obtained with the capture of the beam 130 is shown, similarly to that of figure 13, using a unit 1 with device 10 of the type indicated in figure 2. In this case, the analytes are detected by identifying the sensitive areas 301 of the active surface 10a. In the embodiment in the figure, 7 sensitive areas are represented, each used to identify a specific analyte. The color of each sensitive area detected by capturing the image indicates the presence, or not, of the relevant analyte. As in the case of figure 13, the color of each sensitive area can be represented by means of a gray scale, to have a direct measure of the presence of an analyte and its concentration in the sample.
Un aspetto secondo la presente invenzione, prevede pertanto che il programma caricato sull'apparecchio mobile 100 acquisisca le immagini 300 e sulla base di tali immagini calcoli la presenza e la concentrazione di analiti nel campione. An aspect according to the present invention therefore provides that the program loaded on the mobile device 100 acquires the images 300 and on the basis of these images calculates the presence and concentration of analytes in the sample.
Con riferimento alla figura 15 à ̈ possibile visualizzare una forma di realizzazione di un’unità 1 secondo la presente invenzione, avente sostanzialmente la forma di una piastra e in cui l’elemento di inserimento definito sulla superficie esterna dell’involucro comprende una micro-vaschetta 21 collegata al secondo serbatoio 24: il campione inserito nella micro-vaschetta 21 fluisce nel serbatoio 24 per essere successivamente trasportato in corrispondenza della superficie attiva 10a e analizzato (secondo le diverse modalità testé descritte). With reference to figure 15 it is possible to visualize an embodiment of a unit 1 according to the present invention, substantially having the shape of a plate and in which the insertion element defined on the external surface of the casing comprises a micro-tank 21 connected to the second tank 24: the sample inserted in the micro-tank 21 flows into the tank 24 to be subsequently transported to the active surface 10a and analyzed (according to the different methods described above).
Con riferimento alla figura 16 à ̈ possibile visualizzare una forma di realizzazione di un’unità 1 secondo la presente invenzione, in cui il elemento di inserimento comprende una interfaccia di prelievo 22 a sua volta comprendente una pluralità di aghi 22a, 22b, 22c, 22d ciascuno dei quali à ̈ collegato al secondo serbatoio 24. Tale configurazione à ̈ particolarmente vantaggiosa nel caso in cui il campione 240 da prelevare sia un fluido organico (ad esempio, sangue di un mammifero): mediante l’applicazione dei citati aghi all’individuo (o animale) sotto esame à ̈ possibile prelevare il campione e contestualmente condurlo nel secondo serbatoio 24 per essere successivamente trasportato in corrispondenza della superficie attiva 10a e analizzato. With reference to Figure 16 it is possible to view an embodiment of a unit 1 according to the present invention, in which the insertion element comprises a withdrawal interface 22 in turn comprising a plurality of needles 22a, 22b, 22c, 22d each of which is connected to the second tank 24. This configuration is particularly advantageous if the sample 240 to be taken is an organic fluid (for example, mammalian blood): by applying the aforementioned needles to the Individual (or animal) under examination It is possible to take the sample and at the same time lead it to the second tank 24 to be subsequently transported to the active surface 10a and analyzed.
Con riferimento alla figura 17 à ̈ possibile visualizzare una forma di realizzazione di un’unità 1 secondo la presente invenzione, dotata di un involucro 90 di contenimento per il dispositivo 10 rivelatore, il gruppo di microfluidica 12 e il gruppo ottico 16. Di preferenza, l’elemento 19 di inserimento viene ricavato a filo della superficie esterna dell’involucro 90 (prevedendo la pluralità di aghi che sporge da tale superficie nella relativa forma di realizzazione in cui questi sono previsti). Come detto, secondo una forma di realizzazione preferita, tale involucro à ̈ conformato sostanzialmente a piastra, e può avere, ad esempio, spessore di 2-8 mm e superficie di 2000-6000 mm2, compatibili quindi per affinché in uso venga affiancato all'apparecchio mobile 100. Può quindi essere facilmente accoppiato al telaio 150 di supporto. A questo scopo, il telaio 150 riceve stabilmente l’apparecchio mobile 100 e l’unità 1, il telaio inoltre si fissa all’apparecchio 100 mediante mezzi di fissaggio 151, mentre riceve stabilmente l’unità 1 mediante sulla superfice 152 di accoppiamento, in uso sostanzialmente parallela e distanziata alla superficie dell’apparecchio 100 dove à ̈ presente la camera 180. In uso, l’unità 1 viene applicata sulla superficie 152 del telaio 150; per garantire un corretto accoppiamento su tale superficie 152 à ̈ prevista almeno un’apertura 153 di riscontro ricavata al fine di allineare, in uso, il gruppo ottico 16 dell'unità 1 alla camera 180 dell’apparecchio mobile 100. Le dimensioni del telaio 150 sono progettate considerando le caratteristiche del gruppo ottico 16 e dei mezzi di acquisizione 180. In particolare, le dimensioni dei mezzi di fissaggio 151 definiscono la distanza tra il gruppo ottico 16 e i mezzi di acquisizione 180, mentre le dimensioni dell’apertura 153 permettono il passaggio del fascio luminoso prodotto dai mezzi di illuminazione e il successivo passaggio del fascio riflesso catturato dai mezzi di acquisizione. Tali dimensioni sono pertanto opportunamente progettate a seconda della tipologia di apparecchio 100 impiegato e delle caratteristiche del gruppo ottico 16 dell’unità 1. With reference to Figure 17 it is possible to view an embodiment of a unit 1 according to the present invention, equipped with a containment casing 90 for the detector device 10, the microfluidics group 12 and the optical group 16. Preferably , the insertion element 19 is obtained flush with the outer surface of the casing 90 (providing for the plurality of needles protruding from this surface in the relative embodiment in which these are provided). As said, according to a preferred embodiment, this casing is substantially shaped like a plate, and can have, for example, a thickness of 2-8 mm and a surface of 2000-6000 mm2, therefore compatible so that in use it is placed side by side with the mobile device 100. It can therefore be easily coupled to the support frame 150. For this purpose, the frame 150 stably receives the mobile device 100 and the unit 1, the frame is also fixed to the apparatus 100 by means of fixing means 151, while it stably receives the unit 1 by means of the surface 152 coupling, in use substantially parallel and spaced apart from the surface of the apparatus 100 where the chamber 180 is present. In use, the unit 1 is applied on the surface 152 of the frame 150; to ensure correct coupling on this surface 152 there is at least one matching opening 153 obtained in order to align, in use, the optical group 16 of the unit 1 to the chamber 180 of the mobile device 100. The dimensions of the frame 150 are designed considering the characteristics of the optical unit 16 and of the acquisition means 180. In particular, the dimensions of the fixing means 151 define the distance between the optical unit 16 and the acquisition means 180, while the dimensions of the aperture 153 they allow the passage of the light beam produced by the lighting means and the subsequent passage of the reflected beam captured by the acquisition means. These dimensions are therefore suitably designed according to the type of luminaire 100 used and the characteristics of the optical group 16 of unit 1.
E’ bene precisare che mediante un’unità 1 secondo la presente invenzione à ̈ possibile determinare il grado di multiplazione di rilevazione degli analiti in funzione delle caratteristiche dell’apparecchio mobile 100 che verrà utilizzato. Infatti, l’unità 1 può essere progettata avendo come vincolo le prestazioni della camera dell’apparecchio mobile (in particolare la sua risoluzione e il suo campo visivo); in funzione di tale vincolo può essere determinato il grado di multiplazione degli analiti (ad esempio, progettando un dispositivo la cui superficie attiva 10a consenta la simultanea analisi di molte centinaia o addirittura molte migliaia di analiti in un campione). It should be pointed out that by means of a unit 1 according to the present invention it is possible to determine the degree of detection multiplexing of the analytes according to the characteristics of the mobile device 100 that will be used. In fact, unit 1 can be designed having as a constraint the performance of the camera of the mobile device (in particular its resolution and its field of view); depending on this constraint, the degree of multiplexing of the analytes can be determined (for example, by designing a device whose active surface 10a allows the simultaneous analysis of many hundreds or even many thousands of analytes in a sample).
Con riferimento alla figura 18, à ̈ possibile visualizzare un’ulteriore forma di realizzazione di un’unità 1 secondo la presente invenzione. Tale unità 1 prevede il gruppo ottico 16 e il gruppo di microfluidica 12 realizzati in due distinti corpi, successivamente accoppiati. Secondo una forma di realizzazione preferita, il gruppo ottico 16 à ̈ realizzato mediante componenti ottici discreti tra loro uniti per formare il gruppo ottico stesso. In pratica, il gruppo ottico comprende una pluralità di elementi ottici passivi, del tipo già descritto con riferimento alla figura 5, reciprocamente disposti in modo opportuno e accoppiati alla basetta 80 per focalizzare il fascio 120 prodotto dalla sorgente luminosa 181 sul dispositivo 10 (in particolare, sulla superficie attiva 10a) e successivamente focalizzare il fascio riflesso 130 sulla camera 182. With reference to figure 18, it is possible to visualize a further embodiment of a unit 1 according to the present invention. This unit 1 provides for the optical group 16 and the microfluidic group 12 made in two distinct bodies, subsequently coupled. According to a preferred embodiment, the optical group 16 is made by means of discrete optical components joined together to form the optical group itself. In practice, the optical group comprises a plurality of passive optical elements, of the type already described with reference to Figure 5, mutually arranged in an appropriate manner and coupled to the base 80 to focus the beam 120 produced by the light source 181 on the device 10 (in particular , on the active surface 10a) and subsequently focus the reflected beam 130 on the chamber 182.
Il gruppo di microfluidica 12 e il dispositivo 10 sono invece integrati in una basetta 80, resa successivamente solidale al gruppo ottico 16. The microfluidic group 12 and the device 10 are instead integrated in a base 80, subsequently made integral with the optical group 16.
Con riferimento alla figura 19, à ̈ possibile visualizzare l’unità 1 nella forma di realizzazione a componenti discreti (cioà ̈ gruppo ottico 16 ricavato separatamente rispetto alla basetta 80 che integra gruppo di microfluidica e dispositivo 10 rilevatore) applicata a un apparecchio 100 mediante un apposito telaio 150. Di preferenza, il telaio 150 à ̈ collegato all'apparecchio mobile 100 mediante due pozioni di fissaggio 151, e mantiene in una posizione fissa e predeterminata la basetta 80, unendosi a questa in corrispondenza di due suoi punti opposti. Il telaio 150 di questa forma di realizzazione à ̈ progettato affinché nella posizione fissa e predeterminata di uso, il gruppo ottico 16 sia allineato rispetto alla camera 180, affinché cooperi correttamente con quest'ultimi. With reference to Figure 19, it is possible to visualize the unit 1 in the embodiment with discrete components (i.e. optical group 16 obtained separately with respect to the base 80 which integrates microfluidics group and detector device 10) applied to an apparatus 100 by means of a suitable frame 150. Preferably, the frame 150 is connected to the mobile device 100 by means of two fixing positions 151, and keeps the base 80 in a fixed and predetermined position, joining it at its two opposite points. The frame 150 of this embodiment is designed so that in the fixed and predetermined position of use, the optical group 16 is aligned with respect to the chamber 180, in order to cooperate correctly with the latter.
Da quanto detto, si comprende che l’unità analisi biochimiche a immagini di tipo SPR secondo la presente invenzione può essere definita “passiva†in quanto non richiede una fonte di energia (elettrica) interna. Il termine “passivo†à ̈ particolarmente applicabile nelle forme di realizzazione della presente invenzione che comprendono una pompa (capillare) passiva perché, in questo caso, l’unità non richiede alcuna energia per funzionare. From what has been said, it can be understood that the SPR type biochemical analysis unit according to the present invention can be defined as â € œpassiveâ € as it does not require an internal (electrical) energy source. The term â € œpassiveâ € is particularly applicable in embodiments of the present invention which include a passive (capillary) pump because, in this case, the unit does not require any energy to operate.
Tipicamente, l’unità di analisi biochimiche a immagini di tipo SPR secondo la presente invenzione verrà realizzata in forma di piastrina, ossia di piastra con spessore di 2-8 mm e superficie di 2000-6000 mm2. Typically, the SPR type biochemical imaging unit according to the present invention will be made in the form of a plate, ie a plate with a thickness of 2-8 mm and a surface of 2000-6000 mm2.
Si può prevedere che l’unità di analisi biochimiche a immagini di tipo SPR secondo la presente invenzione venga utilizzata in combinazione con uno smartphone; tuttavia, per certe applicazioni e/o in certi settori, non à ̈ da escludere che venga progettato e realizzato un particolare apparecchio elettronico mobile dedicato all’utilizzo in combinazione con tale unità . Nel caso di apparecchio dedicato, il gruppo ottico della unità potrebbe essere molto semplice; il gruppo ottico potrebbe comprendere solamente due beam splitter ad esempio se i mezzi di illuminazione e i mezzi di acquisizione dell’apparecchio fossero su una medesima faccia dell’involucro dell'apparecchio; il gruppo ottico potrebbe comprendere solamente un beam splitter ad esempio se i mezzi di illuminazione e i mezzi di acquisizione dell’apparecchio fossero su due facce perpendicolari dell'involucro dell’apparecchio. Peraltro, non si può escludere che, mediante opportuni mezzi di illuminazione e mezzi di acquisizione dell’apparecchio, il gruppo ottico si riduca solamente ad un spazio in cui si propagano il fascio illuminante ed il fascio risultante. The SPR type biochemical imaging unit according to the present invention can be expected to be used in combination with a smartphone; however, for certain applications and / or in certain sectors, it cannot be ruled out that a particular mobile electronic device is designed and built for use in combination with this unit. In the case of a dedicated luminaire, the optical group of the unit could be very simple; the optical group could comprise only two beam splitters, for example if the lighting means and the acquisition means of the luminaire were on the same face of the casing of the luminaire; the optical group could only comprise a beam splitter, for example if the lighting means and the acquisition means of the luminaire were on two perpendicular faces of the casing of the luminaire. Moreover, it cannot be excluded that, by means of suitable lighting means and means of acquiring the luminaire, the optical unit is reduced only to a space in which the illuminating beam and the resulting beam propagate.
Non à ̈ affatto da escludere che l’unità di analisi biochimiche a immagini di tipo SPR secondo la presente invenzione possa anche essa implementa come articolo usa e getta per predeterminate analisi in certi ambienti. It is by no means to be excluded that the SPR type biochemical imaging unit according to the present invention may also implement it as a disposable article for predetermined analyzes in certain environments.
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