Dispositivo de sensor microelectrónico para detectar partículas de marcador.

Dispositivo de sensor microelectrónico para la detección de componentes diana que comprenden partículas(1) de marcador,

que comprende

a) un portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) que comprende una cámara (2, 102) de muestra con una paredde inspección transparente que tiene en su lado interior una superficie (12, 112, 512) de unión en la quepueden recogerse componentes diana; y, en su lado exterior al menos una estructura (114, 214, 314a,314b, 414) óptica

b) una fuente (21, 121) de luz para emitir un haz (L1, L1a, L1b) luminoso de entrada al interior del portadorde tal manera que se refleja internamente de manera total en una zona (13, 313a, 313b) de investigación enla superficie de unión, frustrándose el haz luminoso reflejado internamente de manera total dando comoresultado una disminución de la intensidad de luz reflejada internamente de manera total cuando laspartículas (1) de marcador que están unidas a los componentes diana son 15 partículas de dispersión y/oabsorción macroscópicas;

c) un detector (31, 131) de luz para determinar la cantidad de luz en un haz (L2, L2a, L2b) luminoso desalida que comprende al menos algo de la luz reflejada internamente de manera total frustrada.

Dispositivo de sensor microelectrónico para detectar partículas de marcador.

La invención se refiere a un dispositivo de sensor microelectrónico y a un método para la detección de componentes diana, por ejemplo moléculas biológicas, que comprenden partículas de marcador. Además, se refiere a un portador y una placa de pocillos que son particularmente adecuados para un dispositivo de sensor de este tipo.

El documento US 2005/0048599 A1 da a conocer un método para la investigación de microorganismos que se marcan con etiqueta con partículas de tal manera que puede ejercerse una fuerza (por ejemplo magnética) sobre ellos. En una realización de este método, se dirige un haz luminoso a través de un material transparente a una superficie en la que se refleja internamente de manera total. La luz de este haz que abandona el material transparente como una onda evanescente se dispersa mediante los microorganismos y/u otros componentes en la superficie y entonces se detecta mediante un fotodetector o se usa para iluminar los microorganismos para observación visual.

El documento GB-A-2065298 da a conocer un método y un aparato para detectar partículas biológicas mediante una señal inducida. Por tanto, se proporcionan tres partículas biológicas, de las que la tercera es un marcador fluorescente. El aparato tiene una fuente de luz que se usa para inducir emisión fluorescente a partir del sustrato que va a detectarse.

El documento WO9931486 da a conocer un biosensor de difracción óptico en el que se une un analito diana que puede dispersar luz en áreas seleccionadas de una película de plástico sobre la que se imprime un receptor. La difracción de la luz transmitida y/o reflejada se produce por medio de las dimensiones físicas, el índice de refracción y la colocación precisa, definida del analito.

La invención sólo se limita por sus reivindicaciones.

Basándose en esta situación, un objeto de la presente invención era proporcionar medios para una detección mejorada de componentes diana que comprenden partículas de marcador. En particular, se desea que el método sea sencillo y que su sensibilidad y/o precisión se mejore con respecto al estado de la técnica.

Este objeto se consigue mediante un dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1, un portador según la reivindicación 11, una placa de pocillos según la reivindicación 12, y un método según la reivindicación 14. Se dan a conocer realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo de sensor microelectrónico según la presente invención sirve para la detección cualitativa o cuantitativa de componentes diana que comprenden partículas de marcador, en el que los componentes diana pueden ser por ejemplo sustancias biológicas tales como biomoléculas, complejos, fracciones celulares o células. El término “partícula de marcador” debe indicar una partícula (átomo, molécula, complejo, nanopartícula, micropartícula, etc.) que tiene alguna propiedad (por ejemplo densidad óptica, susceptibilidad magnética, carga eléctrica, fluorescencia, radioactividad, etc.) que puede detectarse, revelando así indirectamente la presencia del componente diana asociado. El dispositivo de sensor microelectrónico comprende los siguientes componentes:

a) un portador con una superficie de unión en la que pueden recogerse componentes diana. El término “superficie de unión” se elige en este caso principalmente como una única referencia a una parte particular de la superficie del portador, y aunque los componentes diana se unirán realmente en muchas aplicaciones a dicha superficie, este no tiene por qué ser necesariamente el caso. Todo lo que se requiere es que los componentes diana puedan alcanzar la superficie de unión para recogerlos allí (normalmente en concentraciones determinadas por parámetros asociados a los componentes diana, a su interacción con la superficie de unión, a su movilidad y similares) . El portador debe tener una alta transparencia para la luz de un intervalo espectral dado, particularmente la luz emitida por la fuente de luz que se definirá a continuación. El portador puede producirse por ejemplo a partir de vidrio o algún plástico transparente.

b) Una fuente de luz para emitir un haz luminoso, denominado “haz luminoso de entrada” a continuación, al interior del portador mencionado anteriormente de tal manera que se refleja internamente de manera total en una zona de investigación en la superficie de unión del portador. La fuente de luz puede ser por ejemplo un láser o un diodo emisor de luz (LED) , dotado opcionalmente de alguna óptica para conformar y dirigir el haz luminoso de entrada. La “zona de investigación” puede ser una subzona de la superficie de unión o comprender la superficie de unión completa; tendrá normalmente la forma de un punto sustancialmente circular que se ilumina mediante el haz luminoso de entrada. Además, debe observarse que la aparición de reflexión interna total requiere que el índice de refracción del portador sea mayor que el índice de refracción del material adyacente a la superficie de unión. Este es el caso por ejemplo si el portador se fabrica de vidrio (n = 1, 6) y el material adyacente es agua (n = 1, 3) . Debe observarse además que el término “reflexión interna total” debe incluir el caso denominado “reflexión interna total frustrada”, en el que se pierde algo de la luz incidente (se absorbe, se dispersa, etc.) durante el procedimiento de reflexión.

c) un detector de luz para determinar la cantidad de luz en un “haz luminoso de salida”, que comprende la luz que proviene de la reflexión interna total mencionada anteriormente del haz luminoso de entrada. No es necesario que el haz luminoso de salida comprenda toda la luz reflejada internamente de manera total (aunque este será preferiblemente el caso) , ya que algo de esta luz puede usarse por ejemplo para otros fines o simplemente perderse,

o que consista completamente en luz reflejada internamente de manera total, ya que puede también comprender por ejemplo luz dispersada o luz de fluorescencia.

El detector puede comprender cualquier sensor o pluralidad de sensores adecuados mediante los que puede detectarse luz de un espectro dado, por ejemplo un fotodiodo, un fotorresistor, una fotocélula, un chip CCD o un tubo fotomultiplicador.

El dispositivo de sensor microelectrónico descrito permite una detección cuantitativa o cualitativa sensible y precisa de componentes diana en una zona de investigación en la superficie de unión. Esto es debido al hecho de que el haz luminoso de entrada reflejado internamente de manera total genera una onda evanescente que se extiende desde la superficie de portador una corta distancia hasta el interior del material adyacente. Si la luz de esta onda evanescente se dispersa o absorbe mediante las partículas de marcador unidas a los componentes diana presentes en la superficie de unión, faltará en el haz luminoso de salida. La cantidad de luz en el haz luminoso de salida (más precisamente la cantidad de luz que falta en el haz luminoso de salida cuando se compara con el haz luminoso de entrada) es por tanto una indicación de la presencia y la cantidad de partículas de marcador en la superficie de unión. Una ventaja del procedimiento de detección óptica descrito comprende su precisión ya que las ondas evanescentes exploran sólo un volumen pequeño de normalmente 10 a 300 nm de espesor directamente por encima de la superficie de unión, evitando así alteraciones del material a granel detrás de este volumen. Se logra una alta sensibilidad cuando se mide la luz reflejada ya que se detectan todos los efectos que reducen la cantidad de luz reflejada internamente de manera total. Además, la detección óptica puede realizarse opcionalmente desde una distancia, es decir sin contacto mecánico entre el portador y la fuente de luz o detector de luz.

El dispositivo de sensor microelectrónico puede diseñarse particularmente de tal manera que se frustra el haz luminoso reflejado internamente de manera total dando como resultado una disminución de la intensidad de luz reflejada internamente de manera total cuando las partículas de marcador que están unidas a los componentes diana son partículas de dispersión y/o absorción macroscópicas.

En una realización preferida de la invención, el dispositivo de sensor microelectrónico comprende un generador de campo para generar un campo magnético... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de sensor microelectrónico para la detección de componentes diana que comprenden partículas

(1) de marcador, que comprende

a) un portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) que comprende una cámara (2, 102) de muestra con una pared de inspección transparente que tiene en su lado interior una superficie (12, 112, 512) de unión en la que pueden recogerse componentes diana; y, en su lado exterior al menos una estructura (114, 214, 314a, 314b, 414) óptica

b) una fuente (21, 121) de luz para emitir un haz (L1, L1a, L1b) luminoso de entrada al interior del portador de tal manera que se refleja internamente de manera total en una zona (13, 313a, 313b) de investigación en la superficie de unión, frustrándose el haz luminoso reflejado internamente de manera total dando como resultado una disminución de la intensidad de luz reflejada internamente de manera total cuando las partículas (1) de marcador que están unidas a los componentes diana son partículas de dispersión y/o absorción macroscópicas;

c) un detector (31, 131) de luz para determinar la cantidad de luz en un haz (L2, L2a, L2b) luminoso de salida que comprende al menos algo de la luz reflejada internamente de manera total frustrada.

2. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque comprende generadores (41, 141, 541) de campo para generar un campo (B) magnético y/o un campo eléctrico que puede afectar a las partículas (1) de marcador, y porque comprende una pluralidad de generadores (41, 141, 541) de campo controlables individualmente asociados a zonas de investigación diferentes.

3. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque comprende una cámara (2, 102) de muestra adyacente a la superficie (12, 112, 512) de unión en la que puede proporcionarse una muestra con componentes diana y porque comprende un módulo (32) de evaluación para determinar la cantidad de componentes diana en la zona (13, 313a, 313b) de investigación a partir del haz (L2, L2a, L2b) luminoso de salida medido.

4. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque comprende un módulo (32) de registro para monitorizar la cantidad determinada de luz reflejada a lo largo de un periodo de observación.

5. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque el portador comprende una pluralidad de zonas (313a, 313b) de investigación en las que pueden reflejarse internamente de manera total haces (L1a, L1b) luminosos de entrada diferentes y porque comprende un módulo de barrido para acoplar ópticamente la fuente de luz y/o el detector de luz a zonas (313a, 313b) de investigación diferentes en la superficie de unión, y porque comprende una pluralidad de fuentes de luz y/o una pluralidad de detectores de luz que están ópticamente acoplados a zonas (313a, 313b) de investigación diferentes en la superficie (12) de unión.

6. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque comprende partículas (1) de marcador con un manto de un material transparente, en particular un material con un índice de refracción similar al del portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) .

7. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque comprende un segundo detector (31’) de luz para determinar luz de fluorescencia emitida por componentes diana en la superficie de unión.

8. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque comprende un sensor (22, 22’) de monitorización de luz de entrada para determinar la cantidad de luz en el haz (L1) luminoso de entrada, y porque el sensor (22, 22’) de monitorización de luz de entrada está dispuesto dentro de la fuente (21) de luz o fuera de ella, y porque comprende un módulo (32) de evaluación para relacionar la cantidad determinada de luz en el haz (L2) luminoso de salida con la cantidad determinada de luz en el haz (L1) luminoso de entrada.

9. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque la fuente (21) de luz está adaptada para generar un haz (L1) luminoso de entrada polarizado, particularmente un haz (L1) luminoso de entrada polarizado linealmente, y porque el haz (L1) luminoso de entrada tiene una polarización (p) lineal en el plano de incidencia con respecto a una ventana

(14) de entrada en la que entra en el portador (11) y/o

porque el haz (L2) luminoso de salida tiene una polarización lineal en el plano de incidencia con respecto a una ventana (15) de salida en la que abandona el portador (11) .

10. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1,

caracterizado porque la ventana (14) de entrada en la que el haz (L1) luminoso de entrada entra en el portador (11) está a un ángulo (B1) de Brewster con respecto al haz (L1) luminoso de entrada y/o

porque la ventana (15) de salida en la que el haz (L2) luminoso de salida abandona el portador (11) está a un ángulo (B5) de Brewster con respecto al haz (L2) luminoso de salida.

11. Portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) para proporcionar una muestra que va a investigarse, para un dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1, que comprende una cámara (2, 102) de muestra con una pared de inspección transparente que tiene en su lado interior una superficie (12, 112, 512) de unión y en su lado exterior al menos una estructura (114, 214, 314a, 314b, 414) óptica, en el que la estructura óptica está diseñada de tal manera que un haz (L1, L1a, L1b) luminoso de entrada dirigido desde fuera del portador sobre la estructura óptica entra en la pared de inspección y se refleja internamente de manera total en una zona (13, 313a, 313b) de investigación en la superficie de unión, frustrándose el haz luminoso reflejado internamente de manera total dando como resultado una disminución de la intensidad de luz reflejada internamente de manera total cuando las partículas (1) de marcador que están unidas a los componentes diana son partículas de dispersión y/o absorción macroscópicas, y porque un haz (L2, L2a, L2b) luminoso de salida y/o luz de fluorescencia emitido por los componentes diana en la superficie de unión abandona la pared de inspección a través de la estructura óptica.

12. Placa de pocillos que comprende una pluralidad de portadores según la reivindicación 11.

13. Dispositivo de sensor microelectrónico según la reivindicación 1, portador según la reivindicación 11, o placa de pocillos según la reivindicación 12,

caracterizado porque el portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) consiste en un material transparente, porque la zona (13, 313a, 313b) de investigación tiene una rugosidad baja, preferiblemente una rugosidad de 0, 5 I, lo más preferiblemente de 0, 1 I, o menos, siendo I una longitud de onda característica del haz (L1) luminoso de entrada, porque la zona (13, 313a, 313b) de investigación está cubierta con al menos un elemento de captura que puede unirse a componentes diana, porque la superficie del portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) es sustancialmente perpendicular al haz (L1, L1a, L1b) luminoso de entrada y/o al haz (L2, L2a, L2b) luminoso de salida en la ventana (14) de entrada o la ventana (15) de salida en las que este haz entra en o abandona el portador, respectivamente, porque el portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) comprende al menos una parte de superficie con una forma como un hemisferio (114, 214, 314a, 314b) o una pirámide (414) truncada, porque el portador (511) comprende una cavidad (515) en la que puede disponerse al menos parcialmente un generador (541) de campo, y porque el portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) está diseñado como un componente intercambiable.

14. Método para la detección de componentes diana que comprenden partículas (1) de marcador, que comprende

a) recoger los componentes diana en una superficie (12, 112, 512) de unión de un portador (11, 111, 211, 311, 411, 511) que comprende una cámara (2, 102) de muestra con una pared de inspección transparente que tiene en su lado interior

b) dirigir un haz (L1, L1a, L1b) luminoso de entrada al interior del portador de tal manera que se refleja internamente de manera total en una zona (13, 313a, 313b) de investigación en la superficie (12, 112, 512) de unión, frustrándose el haz luminoso reflejado internamente de manera total dando como resultado una disminución de la intensidad de luz reflejada internamente de manera total cuando las partículas (1) de marcador que están unidas a los compuestos diana son partículas de dispersión y/o absorción macroscópicas

c) determinar la cantidad de luz de un haz (L2, L2a, L2b) luminoso de salida que comprende al menos algo de la luz reflejada internamente de manera total, y

caracterizado porque las partículas (1) de marcador se manipulan mediante un campo (B) magnético o eléctrico, particularmente se atraen o se repelen de la zona (13, 313a, 313b) de investigación, y porque se mide la cantidad de luz en el haz (L1) luminoso de entrada y se relaciona con la cantidad medida de luz en el haz (L2) luminoso de salida.