Dispositivo sensible, químico-físico, para diagnóstico químico-toxicológico en matrices reales.

Dispositivo de detección (1) para detectar agentes químicos de composición y/o contaminantes en una matriz real, particularmente en un líquido ambiental, en un alimento o en un fluido biológico, dicho dispositivo comprende:

- un alojamiento

(2)

- por lo menos un material (MS1, MS2) que responde a por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante presente en dicha matriz real,

- unos medios de soporte (3) para soportar dicho por lo menos un material (MS1, MS2),

- una unidad de detección (8) para detectar dicho agente químico de composición y/o contaminante a través de cambios en las propiedades eléctricas y/u ópticas de dicho material (MS1, MS2), y que para cada material (MS1, MS2) que responde a por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante comprende además:

- por lo menos un emisor o fuente de luz (4) capaces de emitir una o más radiaciones luminosas sobre dicho material respondedor (MS1, MS2), dicha fuente de luz se conecta a dicha unidad de detección (8),

- un receptor óptico (5) para recibir la radiación de luz reflejada desde dicho material (MS1, MS2) y/o emitida por él, dicho receptor óptico se conecta a dicha unidad de detección (8) y le transmite una o más señales que contienen información acerca de las propiedades ópticas de dicho material (MS1, MS2), y

- un par de electrodos (6, 7, 6', 7'), cada uno de los cuales tiene un extremo en contacto con dicho material (MS1, MS2), y el otro extremo se conecta eléctricamente a dicha unidad de detección (8), dicha unidad de detección (8) es capaz de aplicar, a través de dichos electrodos, una diferencia de potencial sobre dicho material respondedor (MS1, MS2) de modo que el último genere una o más señales de respuesta que contienen información acerca de sus propiedades eléctricas, dicho dispositivo comprende además que dicha fuente de luz (4) es capaz de emitir secuencialmente dichas radiaciones luminosas y cada radiación luminosa tiene una respectiva longitud de onda predeterminada;

y por que

dicha unidad de detección (8) comprende una base de datos (22), dentro de la cual se almacena:

- una pluralidad de materiales respondedores predeterminados;

- una pluralidad de espectros ópticos asociados con cada uno de dichos materiales respondedores predeterminados, obtenidos en ausencia y en presencia de una diferencia de potencial predeterminada aplicada a cada uno de ellos, cada espectro óptico se asocia a la interacción con uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes predeterminados,

- una pluralidad de cambios de las propiedades eléctricas asociadas con cada uno de dichos materiales respondedores predeterminados, cada cambio de propiedad eléctrica se asocia a la interacción con uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes,

en donde dicha unidad de detección (8) se configura para recibir unas señales que contienen información acerca de las propiedades ópticas de dicho material respondedor (MS1, MS2), y/o una señales que contienen información acerca de las propiedades eléctricas del mismo material respondedor, para obtener unos espectros ópticos de cada material respondedor (MS1, MS2), en presencia y en ausencia de una diferencia de potencial aplicada por dicha unidad de detección (8), empezando desde radiaciones luminosas recibidas desde dicho receptor óptico, y para llevar a cabo una primera comparación entre cada espectro óptico de dicho agente químico de composición y/o contaminante que será detectado y el respectivo espectro óptico almacenado dentro de dicha base de datos (22), y/o llevar a cabo una segunda comparación entre los cambios de las propiedades eléctricas de cada material respondedor (MS1, MS2) y los cambios de las propiedades eléctricas de cada material respondedor (MS1, MS2) almacenado dentro de dicha base de datos (22), de modo que a partir de una de dichas comparaciones o de una combinación de dichas comparaciones se identifica uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes en dicha matriz real.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IT2012/000110.

Solicitante: CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Piazzale Aldo Moro 7 Roma ITALIA.

Inventor/es: DRAGONE,ROBERTO, FRAZZOLI,CHIARA, MONACELLI,FABRIZIO.

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... > G01N21/77 (observando el efecto sobre un reactivo químico)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales mediante... > G01N27/12 (de un cuerpo sólido que depende de la absorción de un fluido; de un cuerpo sólido que depende de la reacción con un fluido)

PDF original: ES-2539687_T3.pdf

 

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Dispositivo sensible, químico-físico, para diagnóstico químico-toxicológico en matrices reales.
Dispositivo sensible, químico-físico, para diagnóstico químico-toxicológico en matrices reales.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo sensible, químico-físico, para diagnóstico químico-toxicológico en matrices reales La presente invención está relacionada con un dispositivo sensible de detección, a continuación también se indica como SNOOP, para detectar agentes químicos contaminantes y/o agentes químicos de composición en matrices reales, tales como líquidos ambientales, productos alimenticios o fluidos biológicos humanos o animales.

Más específicamente, la invención está relacionada con la estructura de un dispositivo el tipo anterior que permite la identificación de agentes químicos contaminantes, tales como residuos xenobióticos y agrozootécnicos, y/o agentes de composición, así como que permite definir su cantidad mediante cambios de las propiedades eléctricas y/u ópticas de un material que responde a dichos agentes químicos y/o las propiedades electroquímicas de los agentes químicos contaminantes y/o agentes químicos de composición de la matriz real a examinar.

Actualmente, las políticas medioambientales de los diferentes países industrializados pretenden promover los procesos químicos no dañinos para el medio ambiente (la denominada "química verde" o ecológica) , con el fin de reducir la contaminación antrópica. Sin embargo, la contaminación del medio ambiente y de la interfaz de la producción alimentaria con el medio ambiente, debido a la continua y pesada admisión de agentes químicos, de síntesis antigua y nueva, sigue siendo una emergencia ambiental y alimenticia existente actualmente.

Con el fin de comprobar el grado y el daño de los cambios de componentes y/o de contaminación en las matrices reales, se han desarrollado muchos dispositivos, y métodos analíticos de los mismos, para el diagnóstico y la monitorización de dichos agentes químicos de composición y/o contaminantes.

La mayoría de los dispositivos tradicionales para identificar y cuantificar agentes químicos de composición y/o contaminantes son unos dispositivos que se utilizan en un laboratorio. Sin embargo, dichos dispositivos tradicionales tienen algunos inconvenientes.

Un primer inconveniente es que, para la detección de dichos agentes químicos y/o de composición es necesario estar presente en el lugar en el que se ha de detectar la presencia de agentes químicos, tomar una muestra y llevar dicha muestra a un laboratorio para su análisis, desperdiciando de este modo tiempo, también a la vista de posibles acciones correctoras.

Otro inconveniente es que dichos dispositivos no permiten una monitorización in situ de dichos agentes o sustancias.

Un inconveniente adicional se debe al hecho de que para analizar dicha muestra se utilizan métodos analíticos engorrosos y caros.

También se conocen dispositivos para la detección de agentes químicos que pueden utilizarse in situ. El documento WO2010/068653 A2 describe un aparato para detectar una sustancia química particular con una celda de flujo que tiene una ventana ópticamente transparente y un material semiconductor dispuesto dentro de la celda de flujo, en la que se ubica la ventana ópticamente transparente. El aparato incluye además por lo menos un electrodo entrecruzado dispuesto dentro de la celda de flujo en contacto con el material semiconductor. En el exterior se dispone una fuente de luz y un fotodetector en lados opuestos de la celda de flujo. Al electrodo y al fotodetector se les conecta eléctricamente un procesador y recibe una primera y una segunda señal respectivamente que salen del electrodo y del fotodetector con respecto a una banda particular. El procesador determina si en la muestra hay incluida o no una sustancia química particular.

Sin embargo, también dichos dispositivos tienen algunos inconvenientes.

Un inconveniente es que cada dispositivo puede detectar un solo agente químico contaminante o un agente químico de composición, o, cuando se detecta más de un agente con una pluralidad de dispositivos, no se proporciona un procesamiento automático de los datos obtenidos considerados en conjunto.

Un inconveniente adicional es que usualmente son voluminosos, y de este modo no pueden ser transportados o manejados fácilmente.

Todavía otro inconveniente es que son posibles unas interfaces químico-físicas debido a la presencia de muchos tipos diferentes de agentes químicos en las matrices reales, esto es incluso peor para los agentes contaminantes debido a su nivel de concentración, que generalmente es un nivel de concentración muy bajo.

Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar dispositivos que puedan detectar en tiempo real la presencia de agentes químicos de composición y/o contaminantes, teniendo en consideración posibles interferencias derivadas de la complejidad de la matriz real a examinar, de modo que puedan tomarse a tiempo precauciones necesarias y/o introducir acciones correctoras para preservar la salud humana.

El objeto de la presente invención es vencer dichos inconvenientes, al proporcionar un dispositivo sensible, también indicado como SNOOP, que permita detectar sin ambigüedades la presencia de uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes en una matriz real, tal como un líquido ambiental, un alimento o un fluido biológico, que se utilizará in situ, dicho dispositivo funciona en tiempo real y con bajos costes, y al mismo tiempo previene posibles interferencias con otros agentes químicos de composición y/o contaminantes, usualmente presentes en la misma matriz real. Estos resultados se han obtenido al proporcionar un dispositivo de detección que detecta la presencia de dichos agentes químicos de composición y/o contaminantes por los cambios de las propiedades ópticas, tales como la luminiscencia o la reflectancia, y/o las propiedades eléctricas de por lo menos un material que responde a uno o más de dichos agentes químicos de composición y/o contaminantes, dicho material se proporciona dentro de dicho dispositivo, por una comparación y/o una combinación de comparaciones entre los datos recibidos y procesados por dicho dispositivo y unos datos almacenados, los últimos se obtienen mediante pruebas simuladas en laboratorio.

Por lo tanto, un objeto específico de la presente invención es un dispositivo de detección para detectar agentes químicos y/o contaminantes en una matriz real, particularmente en un líquido ambiental, en un alimento o en un fluido biológico, dicho dispositivo comprende:

- un alojamiento -por lo menos un material que responde a por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante presente en dicha matriz real, -unos medios de soporte para soportar dicho por lo menos un material, -una unidad de detección para detectar dicho agente químico de composición y/o contaminante mediante los cambios en las propiedades eléctricas y/u ópticas de dicho material.

Dicho dispositivo comprende además, para cada material que responde al por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante:

- por lo menos un emisor o fuente de luz para emitir una o más radiaciones luminosas sobre dicho material respondedor, dicha fuente de luz se conecta a dicha unidad de detección, -un receptor óptico para recibir la radiación de luz reflejada desde dicho material y/o emitida por ella, dicho receptor óptico se conecta a dicha unidad de detección y le transmite una o más señales que contienen información acerca de las propiedades ópticas de dicho material, -un par de electrodos, cada uno de los cuales tiene un extremo en contacto con dicho material, y el otro extremo se conecta eléctricamente a dicha unidad de detección, dicha unidad de detección aplica, a través de dichos electrodos, una diferencia de potencial sobre dicho material respondedor de modo que el último genere una o más señales de respuesta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de detección (1) para detectar agentes químicos de composición y/o contaminantes en una matriz real, particularmente en un líquido ambiental, en un alimento o en un fluido biológico, dicho dispositivo comprende:

- un alojamiento (2)

- por lo menos un material (MS1, MS2) que responde a por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante presente en dicha matriz real, -unos medios de soporte (3) para soportar dicho por lo menos un material (MS1, MS2) , -una unidad de detección (8) para detectar dicho agente químico de composición y/o contaminante a través de cambios en las propiedades eléctricas y/u ópticas de dicho material (MS1, MS2) , y que para cada material 10 (MS1, MS2) que responde a por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante comprende además:

- por lo menos un emisor o fuente de luz (4) capaces de emitir una o más radiaciones luminosas sobre dicho material respondedor (MS1, MS2) , dicha fuente de luz se conecta a dicha unidad de detección (8) , -un receptor óptico (5) para recibir la radiación de luz reflejada desde dicho material (MS1, MS2) y/o emitida por 15 él, dicho receptor óptico se conecta a dicha unidad de detección (8) y le transmite una o más señales que contienen información acerca de las propiedades ópticas de dicho material (MS1, MS2) , y -un par de electrodos (6, 7, 6, 7) , cada uno de los cuales tiene un extremo en contacto con dicho material (MS1, MS2) , y el otro extremo se conecta eléctricamente a dicha unidad de detección (8) , dicha unidad de detección (8) es capaz de aplicar, a través de dichos electrodos, una diferencia de potencial sobre dicho material respondedor (MS1, MS2) de modo que el último genere una o más señales de respuesta que contienen información acerca de sus propiedades eléctricas, dicho dispositivo comprende además que dicha fuente de luz

(4) es capaz de emitir secuencialmente dichas radiaciones luminosas y cada radiación luminosa tiene una respectiva longitud de onda predeterminada;

y por que dicha unidad de detección (8) comprende una base de datos (22) , dentro de la cual se almacena:

- una pluralidad de materiales respondedores predeterminados;

- una pluralidad de espectros ópticos asociados con cada uno de dichos materiales respondedores predeterminados, obtenidos en ausencia y en presencia de una diferencia de potencial predeterminada aplicada a cada uno de ellos, cada espectro óptico se asocia a la interacción con uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes predeterminados, -una pluralidad de cambios de las propiedades eléctricas asociadas con cada uno de dichos materiales respondedores predeterminados, cada cambio de propiedad eléctrica se asocia a la interacción con uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes, en donde dicha unidad de detección (8) se configura para recibir unas señales que contienen información acerca de las propiedades ópticas de dicho material respondedor (MS1, MS2) , y/o una señales que contienen información acerca de las propiedades eléctricas del mismo material respondedor, para obtener unos espectros ópticos de cada material respondedor (MS1, MS2) , en presencia y en ausencia de una diferencia de potencial aplicada por dicha unidad de detección (8) , empezando desde radiaciones luminosas recibidas desde dicho receptor óptico, y para llevar a cabo una primera comparación entre cada espectro óptico de dicho agente químico de composición y/o contaminante que será detectado y el respectivo espectro óptico almacenado dentro de dicha base de datos (22) , y/o llevar a cabo una segunda comparación entre los cambios de las propiedades eléctricas de cada material respondedor (MS1, MS2) y los cambios de las propiedades eléctricas de cada material respondedor (MS1, MS2) almacenado dentro de dicha base de datos (22) , de modo que a partir de una de dichas comparaciones o de una combinación de dichas comparaciones se identifica uno o más agentes químicos de composición y/o contaminantes 45 en dicha matriz real.

2. Dispositivo (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por que comprende además un par adicional de electrodos (66, 77) , espaciados entre sí, cada uno de ellos tiene un primer extremo fijado a dicho alojamiento (2) y un segundo extremo que está enfrentado dentro de dicho dispositivo y conectado eléctricamente con dicha unidad de detección, 50 por que 5

una pluralidad de curvas predeterminadas de tensión-corriente se almacena dentro de la base de datos (22) de dicha unidad de detección (8) , cada una asociada con por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante predeterminado, y por que dicha unidad de detección (8) se configura para aplicar una o más diferencias de potencial predeterminadas, constantes y/o variables, en dicho par adicional de electrodos (66, 77) , para medir una respectiva señal de corriente eléctrica recibida, y para llevar a cabo una tercera comparación entre la curva de tensión-corriente obtenida y las curvas predeterminadas de tensión-corriente, de modo que, mediante dicha tercera comparación, se identifican las características electroquímicas de dichos agentes químicos de composición y/o contaminantes y de modo que la combinación con dicha primera y segunda comparación, se eliminan posibles ambigüedades de identificación y se cuantifican dichos agentes químicos de composición y/o contaminantes.

3. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende una pluralidad de fuentes de luz (4) y por que dicha unidad de detección (8) activa, sucesivamente, una fuente de luz (4) cada vez.

4. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la radiación emitida por una fuente de luz (4) tiene una longitud de onda mayor hasta un máximo de 50 nm con respecto a la longitud de onda de la radiación de luz emitida desde una fuente de luz (4) activada antes por la unidad de detección (8) .

5. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que por lo menos una fuente de luz (4) comprende unos medios de soporte (41) y una pluralidad de ledes o diodos emisores de luz (42) dispuestos en dichos medios de soporte (41) , y por que dicha unidad de detección (8) activa, sucesivamente, una fuente de luz cada vez.

6. Dispositivo (1) según la reivindicación precedente, caracterizado por que dichos medios de soporte (41) comprenden una base rotatoria, y por que dichos ledes (42) se disponen cerca de la orilla de dicha base rotatoria.

7. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, cuando comprende una pluralidad de materiales (MS1, MS2) que responden a por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante, dichos materiales se disponen en uno o más medios de soporte (3) , para cada material respondedor (MS1, MS2) el par respectivo, que comprende una fuente de luz (4) y un receptor óptico (5) , se desacopla ópticamente de los otros pares mediante unos medios de separación, opacos y no conductivos, (13) , y el par de electrodos de un respectivo material respondedor se desacopla eléctricamente de los otros pares de electrodos mediante un aislamiento eléctrico.

8. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicha unidad de detección (8) comprende una memoria (19) para almacenar propiedades eléctricas y/o ópticas de materiales respondedores (MS1, MS2) y/o propiedades electroquímicas de la matriz a examinar en ausencia y/o presencia de por lo menos un agente químico de composición y/o contaminante.

9. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichos medios de soporte (3) se fijan de manera desmontable a una superficie interior del dispositivo mediante unos medios de acoplamiento/desacoplamiento.

10. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende, para cada fuente de luz (4) y para cada receptor óptico (5) , unos respectivos medios de ajuste (4A, 5A) para ajustar la posición y la orientación de dicha fuente de luz (4) y dicho receptor óptico (5) con respecto al material; dichos medios de ajuste (4A, 5A) son controlados por dicha unidad de detección (8) .

11. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende unos medios de exposición (20) para exponer los resultados del procesamiento de dicha unidad de detección (8) .

12. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicha unidad de detección (8) se conecta a un ordenador (12) para la monitorización remota de dicha matriz real, y/o establecer uno

o más parámetros de dicha unidad de detección (8) y/o para almacenar la información acerca de las propiedades eléctricas y/u ópticas del material (MS1, MS2) en ausencia y/o en presencia de por lo menos un agente químico contaminante.

13. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que cada material (MS1, MS2) es un material orgánico sintético, tal como un material orgánico que pertenece a la clase de macrociclos tetrapirrólicos o un material para OLED, o un material para LED, o un sistema biológico.

14. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichos medios de soporte (3) se componen de Teflon®, vidrio, cuarzo o cualquier otro material inerte.

15. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende un elemento de filtro (9) para separar las partículas sólidas suspendidas y/o las sustancias disueltas en dicha matriz

real; dicho elemento de filtro se fija a dicho dispositivo (1) para disponerse entre dicha matriz real, fuera de dicho dispositivo de detección y con el que está en contacto, y dichos medios de soporte.

16. Dispositivo (1) según la reivindicación precedente, caracterizado por que dicho elemento de filtro (9) comprende acetato de celulosa o Teflon®, o se compone de poliéter sulfona, o se compone de cualquier otro material con una permeabilidad selectiva.

17. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicho elemento de filtro (9) es una membrana.

18. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que está provisto de una abertura o agujero (23) y un elemento desmontable de cierre (24) para dicha abertura, para permitir el paso de aire al exterior del dispositivo con el fin del facilitar, dentro de dicho dispositivo, que el elemento de filtro (9) sea atravesado por un fluido (A) que contiene el agente químico de composición y/o contaminante.

19. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende además unos medios de señalización acústica y/o visual para emitir alarmas acústicas y/o visuales cuando el valor de la concentración de un agente químico contaminante supera un umbral predeterminado.