Procedimiento de detección por resonancia de plasmones superficiales y sistema de detección.

Procedimiento de detección por SPR, que comprende las etapas siguientes:

proporcionar un sensor de SPR que comprende una superficie de sensor que soporta SPR;

poner una muestra que va a analizarse en contacto con dicha superficie de sensor y monitorizar por lo menos una condición de resonancia en dicha superficie de sensor que soporta SPR iluminando dicha superficie de sensor con un haz de luz de prueba que excita SPR y detectando el haz de luz de prueba reflejado o transmitido;

determinar por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido;

caracterizado por que comprende

iluminar dicha superficie de sensor con un haz de luz de referencia en condiciones seleccionadas para no excitar SPR en dicha superficie de sensor y detectar la intensidad del haz de luz de referencia reflejado o transmitido;

en el que la determinación de dicha por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido tiene en cuenta la intensidad detectada del haz de luz de referencia reflejado o transmitido

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Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/058647.

Solicitante: THE EUROPEAN UNION, REPRESENTED BY THE EUROPEAN COMMISSION.

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: RUE DE LA LOI, 200 1049 BRUSSELS BELGICA.

Inventor/es: COLPO, PASCAL, ROSSI, FRANCOIS, VALSESIA,ANDREA, MARABELLI,FRANCO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/55 (Reflexión especular)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/27 (utilizando la detección fotoeléctrica (G01N 21/31 tiene prioridad))

PDF original: ES-2543464_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de detección por resonancia de plasmones superficiales y sistema de detección.

Campo técnico

La presente invención se refiere, en general, a un procedimiento de detección por resonancia de plasmones superficiales (SPR) y a un sistema de detección por SPR. La invención se refiere, más particularmente, a un procedimiento de detección por SPR y a un sistema de detección por SPR adecuados para su utilización, entre otras, en pruebas químicas, bioquímicas, biológicas, biomédicas, farmacéuticas y físicas.

Antecedentes de la técnica Existen muchos sensores conocidos que utilizan la excitación de plasmones superficiales, denominados sensores de resonancia de plasmones superficiales (SPR) , para detectar cambios en el índice de refracción en una muestra de manera adyacente a una superficie de sensor. Tales sensores de SPR se utilizan, por ejemplo, para cuantificar concentraciones de sustancias en la investigación química, bioquímica, biológica, biomédica o farmacéutica, en diagnóstico clínico o alimentario o en mediciones ambientales (por ejemplo detección de gas o aguas residuales) , etc. Muchos sensores de SPR pueden realizar inspecciones rápidas, paralelas y masivas, lo que hace que estos sensores también sean convenientes para cuantificar interacciones moleculares, en particular para estudiar la afinidad y la cinética de reacción en tiempo real entre dos o más moléculas que interaccionan.

Los sensores de SPR se basan en el fenómeno ampliamente conocido de SPR, que implica una o más ondas electromagnéticas asociadas a la superficie que se propagan por una superficie de contacto entre un material metálico (normalmente, oro o plata) y un material dieléctrico. Cada onda electromagnética asociada a la superficie, que se debe a una oscilación colectiva de electrones libres por la superficie de contacto metal-dieléctrico, se propaga con su mayor intensidad en paralelo a esta superficie de contacto y decae exponencialmente a medida que se aleja de esta superficie de contacto.

De manera convencional, un sensor de SPR comprende una superficie de sensor que soporta plasmones superficiales, en la que puede excitarse ópticamente SPR. Es ampliamente conocido que la luz puede excitar la resonancia de plasmones superficiales en una superficie de contacto metal-dieléctrico si una componente paralela a la superficie de contacto de la luz incidente y una onda electromagnética asociada a la superficie de SPR presentan ambas frecuencias coincidentes y longitudes de onda coincidentes. En la condición de resonancia, la luz incidente se absorbe por la superficie de contacto metal-dieléctrico de manera que se acopla con la onda electromagnética asociada a la superficie. Es posible entonces observar esta absorción detectando, por ejemplo, una reducción en la intensidad de la luz que se transmite o refleja por la superficie de contacto metal-dieléctrico. Puesto que la condición de acoplamiento entre la luz y las ondas de plasmones superficiales es muy sensible a cambios en el índice de refracción del medio dieléctrico de manera próxima a la superficie de contacto metal-dieléctrico, los sensores de SPR aprovechan esta sensibilidad en la condición de acoplamiento de resonancia para detectar cambios en el índice de refracción de un medio dieléctrico midiendo la disminución de la intensidad de la luz reflejada desde la superficie de contacto metal-dieléctrico, mientras esta última se ilumina con un haz de luz de excitación de SPR.

La SPR encuentra aplicación particular en sistemas de biosensor que pueden detectar interacciones entre biomoléculas o moléculas bioquímicas, por ejemplo interacciones entre antígenos y anticuerpos, enzimas y sustancias básicas, glándulas endocrinas y receptores, ácidos nucleicos y ácidos nucleicos, etc. En particular, muchos sistemas de biosensor de SPR presentan receptores o ligandos unidos a su superficie de sensor de modo que detectan cambios en la condición de acoplamiento luz-SPR provocada por cambios en el índice de refracción en la superficie de sensor cuando moléculas bioquímicas o biomoléculas interaccionan con (se unen a) esos receptores o ligandos. Tales sistemas de biosensor son adecuados para medir, por ejemplo, concentraciones de biomoléculas o moléculas bioquímicas en disoluciones, etc.

Actualmente existen una variedad de equipos de laboratorio basados en tal detección por SPR. La solicitud de patente US n.º 2009/021.727, por ejemplo, describe un procedimiento y dispositivo de detección por SPR para detectar cambios en el índice de refracción de un medio dieléctrico, en particular para detectar biomoléculas. Según el procedimiento de detección descrito en este documento, se dirige una luz polarizada magnética transversal hacia una capa metálica magnetizada para excitar SPR sobre esta capa metálica, en el que la luz se refleja por lo menos en parte por la capa metálica hacia un detector. El detector detecta entonces una característica de la luz reflejada y produce una señal que se analiza a continuación para determinar un valor absoluto de un índice de refracción, una magnitud y/o una indicación de aparición de un cambio en el índice de refracción de un medio dieléctrico adyacente a la capa metálica.

Otro sistema de biosensor de SPR para detectar moléculas bioquímicas se conoce a partir del documento US°2008/316.490. Este sistema comprende un sensor q ue presenta una película de detección metálica dispuesta sobre un sustrato de vidrio, en el que la película de detección metálica está cubierta con una estructura de rejilla metálica. El material metálico utilizado para este sensor comprende oro, plata o cobre. Se depositan micelas sobre la

superficie de sensor formada por la película de detección y la estructura de rejilla para permitir la reacción con biomoléculas. Se dispone entonces una muestra líquida que contiene biomoléculas sobre esta superficie, de modo que las biomoléculas de analito reaccionarán con estas micelas e inducirán de este modo un cambio en el índice de refracción en la superficie de sensor. Este cambio en el índice de refracción se detecta iluminando la superficie de sensor para excitar SPR sobre la misma y detectando un cambio en la intensidad de la luz reflejada.

El documento EP 1729110 da a conocer un biosensor óptico que presenta nanopartículas de metal noble. Se irradia luz desde una fuente de luz a las nanopartículas de metal noble a través de una fibra óptica y se introduce la luz reflejada en una o más unidades de detección ópticas a través de otra fibra óptica. Las unidades de detección óptica miden por separado la intensidad de la luz de entrada en una banda principal que incluye una longitud de onda de absorción máxima, así como en un par de bandas auxiliares que presentan respectivamente longitud de onda más larga y más corta. Las bandas auxiliares se encuentran en proximidad espectral a la banda principal y se utilizan para evaluar la cantidad de desplazamiento de la longitud de onda resonante de las nanopartículas de metal noble debido al cambio en el índice de refracción.

Sin embargo, los sistemas de detección por SPR mencionados anteriormente están sujetos a múltiples errores de detección y/o de medición de las propiedades de interés, tales como índices de refracción o cambios en el índice de refracción, etc. Tales errores pueden estar provocados por efectos externos tales como, por ejemplo, variaciones en la temperatura de una superficie de sensor y/o de un medio examinado, cambios o fluctuaciones en la intensidad de una luz medida y/o en la polarización medida de un haz de luz a lo largo de su trayectoria óptica, inestabilidades de fuentes de luz, señales de ruido que interfieren con una señal detectada, choques mecánicos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de detección por SPR, que comprende las etapas siguientes:

proporcionar un sensor de SPR que comprende una superficie de sensor que soporta SPR;

poner una muestra que va a analizarse en contacto con dicha superficie de sensor y monitorizar por lo menos una condición de resonancia en dicha superficie de sensor que soporta SPR iluminando dicha superficie de sensor con un haz de luz de prueba que excita SPR y detectando el haz de luz de prueba reflejado o transmitido;

determinar por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido;

caracterizado por que comprende iluminar dicha superficie de sensor con un haz de luz de referencia en condiciones seleccionadas para no excitar SPR en dicha superficie de sensor y detectar la intensidad del haz de luz de referencia reflejado o transmitido;

en el que la determinación de dicha por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido tiene en cuenta la intensidad detectada del haz de luz de referencia reflejado o transmitido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido se filtra o se corrige basándose en dicha intensidad detectada del haz de luz de referencia reflejado o transmitido.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que se determina un valor de deriva indicativo de una desviación de dicha intensidad detectada de dicho haz de luz de referencia con respecto a datos de referencia, y dicho valor de deriva se utiliza en la determinación de dicha por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dichos datos de referencia son indicativos de una intensidad previamente monitorizada de dicho por lo menos un haz de luz de referencia y dicho valor de deriva es indicativo de una desviación de dicha intensidad monitorizada con respecto a dicha intensidad previamente monitorizada.

5. Procedimiento según la reivindicación 3 o 4, en el que dicho valor de deriva se utiliza para concluir la aparición de un artefacto de dicha propiedad medida de la luz, y en el que dicha propiedad medida de la luz se examina en cuanto a si es correcta o incorrecta basándose en la aparición de un artefacto.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la propiedad medida de la luz de por lo menos un haz de luz de prueba es una intensidad medida, en particular una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, medida o un cambio en una intensidad medida, en particular un cambio en una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, medida de dicho por lo menos un haz de luz de prueba.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que utiliza dicho valor de deriva 45 para corregir una intensidad medida, en particular una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, medida, o un cambio en una intensidad medida, en particular un cambio en una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, medida de dicho por lo menos un haz de luz de prueba reflejado o transmitido.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que dicho valor de deriva es indicativo de una 50 amplitud de variación de dicho haz de luz de referencia reflejado o transmitido y dicha por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido es un valor de intensidad obtenido restando dicho valor de deriva del valor de intensidad medido de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha superficie de 55 sensor comprende una nanorrejilla periódica de un metal noble.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se fijan restos de selección como diana sobre dicha superficie de sensor, los cuales presentan especificidad de unión a analitos deseados, estando organizados dichos restos de selección como diana preferentemente como una microrred.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho haz de luz de prueba y dicho haz de luz de referencia se producen, cada uno, mediante una respectiva fuente de luz monocromática.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada condición de resonancia se monitoriza utilizando por lo menos dos haces de luz de prueba centrados sobre unas respectivas posiciones espectrales que motivan SPR.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho haz de luz de referencia emite luz de referencia que abarca una banda espectral, cuyos límites espectrales se encuentran en una posición espectral alejada por lo menos el doble de la anchura a media altura de la resonancia de plasmones superficiales del pico de resonancia de plasmones superficiales.

14. Sistema de detección por SPR, que comprende:

un sensor de SPR que comprende una superficie de sensor que soporta SPR;

por lo menos una fuente de luz de prueba que emite por lo menos un haz de luz de prueba para iluminar la 15 superficie de sensor en condiciones seleccionadas para excitar SPR en la superficie de sensor, un fotosensor para medir una propiedad de la luz de dicho por lo menos un haz de luz de prueba según se transmite o se refleja por la superficie de sensor para monitorizar una condición de resonancia en la superficie de sensor, caracterizado por que comprende por lo menos una fuente de luz de referencia que emite por lo menos un haz de luz de referencia para iluminar la muestra en condiciones seleccionadas para no excitar la resonancia de plasmones superficiales en dicha superficie de sensor, en el que dicho fotosensor también está adaptado para monitorizar una intensidad de por lo menos un haz de luz de referencia según se transmite o se refleja por dicha superficie de sensor; y unos medios de procesador configurados para determinar por lo menos una propiedad de dicho haz de luz de prueba reflejado o transmitido teniendo en cuenta la intensidad detectada del haz de luz de referencia reflejado o transmitido.

15. Sistema de detección por SPR según la reivindicación 14, caracterizado por que dicho haz de luz de referencia emite luz de referencia que abarca una banda espectral, cuyos límites espectrales se encuentran en una posición espectral alejada por lo menos el doble de la anchura a media altura de la resonancia de plasmones superficiales del pico de resonancia de plasmones superficiales.

16. Sistema de detección por SPR según la reivindicación 14 o 15, caracterizado por que el fotosensor está adaptado para medir una intensidad, en particular una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, o un cambio en la intensidad, en particular un cambio en una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, de por lo menos un haz de luz de prueba según se transmite o se refleja por la superficie de sensor.

17. Sistema de detección por SPR según la reivindicación 14, 15 o 16, caracterizado por que el fotosensor está adaptado para monitorizar una intensidad, preferentemente una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, de dicho por lo menos un haz de luz de referencia según se refleja o se transmite por la superficie de 45 sensor, y por que dicho procesador está configurado para utilizar un valor de deriva para corregir la intensidad medida, la intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, medida o un cambio en la misma.

18. Sistema de detección por SPR según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado por que los medios de procesador están conectados operativamente a unos medios de almacenamiento para almacenar o leer 50 datos de calibración, estando los medios de procesador adaptados para estimar un cambio en el índice de refracción en la superficie de sensor comparando los datos de calibración con un cambio en una intensidad medida, en particular con un cambio en una intensidad promedio, ponderada en tiempo o en frecuencia, medida de dicho por lo menos un haz de luz de prueba.

19. Sistema de detección por SPR según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado por que dicha por lo menos una fuente de haz de luz de prueba es una fuente de luz monocromática que emite a una o más frecuencias que coinciden con una o más frecuencias de SPR en la superficie de sensor para excitar SPR, y por que dicha por lo menos una fuente de haz de luz de referencia es una fuente de luz monocromática configurada para emitir a una o más frecuencias que no coinciden con una o más frecuencias de SPR en la superficie de sensor para 60 no excitar SPR.