Dispositivo de detección dinámica basado en el efecto de resonancia de plasmón superficial,

que comprende:

(i) un emisor (20) de radiación y un detector (30) de radiación;

(ii) un sustrato (40) fluido, que contiene canales (43) y al menos una zona (41) de detección, en la que una superficie (42) de detección DS está construida de tal manera que permite que se produzca el efecto de resonancia de plasmón superficial, mediante lo cual dicho sustrato está colocado en la trayectoria de la radiación entre el emisor (20) de radiación y el detector (30) de radiación X;

(iii) una capa (80) de cristal líquido, colocada entre el emisor (20) de radiación y el detector (30) de radiación, que puede presentar al menos dos estados de orientación, con el fin de inducir diferentes modificaciones de la radiación (101) incidente sobre la superficie (42) de detección DS o de la radiación (102) saliente desde la superficie de detección;

(iv) medios de control para controlar la orientación promedio de las moléculas (83) de cristal líquido de la capa (80) de cristal líquido con el fin de ajustar de manera dinámica las propiedades de la radiación con el fin de optimizar la detección de la señal de resonancia de plasmón superficial;

en el que los medios de control controlan la capa (80) de cristal líquido para que se comporte como una lente convergente o divergente, permitiendo el control y el ajuste de la distancia focal equivalente de la capa (80) de cristal líquido por medio de un campo aplicado externo, y en el que el dispositivo permite la determinación de acontecimientos químicos y/o biológicos a través del efecto de resonancia de plasmón superficial que se produce en las proximidades de la superficie (42) de detección de la zona (41) de detección

Dispositivo de detección dinámica basado en el efecto de resonancia de plasmón superficial.

Campo técnico

La presente invención se refiere a sensores electroópticos basados en el efecto de resonancia de plasmón superficial (SPR, Un plasmón superficial Resonance), en particular a procedimientos y dispositivos usados para la detección de acontecimientos químicos y/o biológicos que comprenden los siguientes elementos: (1) un emisor (20) de radiación y un detector (30) de radiación; (2) una zona (41) de detección (DZ) que contiene una superficie (42) de detección (DS) que incorpora una capa conductora delgada construida para permitir que se produzca el efecto de SPR, para al menos un ángulo de incidencia y al menos una longitud de onda de la radiación incidente sobre la DS (42); (3) un sustrato (40) fluido que incluye canales (43) y al menos una DZ descrita en (2); (4) un mecanismo de control de fluido usado para suministrar un volumen de fluido predefinido a un depósito inicial en una DZ y desde allí a un depósito final; (5) una capa (80) de cristal líquido (LCL), colocada entre el emisor (20) de radiación y el detector (30) de radiación, controlada mediante medios eléctricos, magnéticos u ópticos, y que se usa de tal manera que permite el control de las propiedades de la radiación y que conduce a una señal de SPR optimizada, mejorando de esta manera la precisión y sensibilidad del dispositivo de detección.

Dispositivos de detección química/biológica

Un dispositivo de detección química/biológica se compone de tres elementos principales: (A) elementos de reconocimiento, que pueden reconocer una sustancia química o biológica específica; (B) mecanismos de transducción, que pueden convertir los acontecimientos adversos de reconocimiento químicos/biológicos en información cuantitativa; (C) mecanismos fluidos, que pueden suministrar muestras de fluido a los elementos de reconocimiento de manera controlada.

(A) Elemento de reconocimiento

Los elementos de reconocimiento se basan normalmente en el principio de llave-cerradura, y comprenden regiones moleculares o combinaciones de las mismas que puede reconocer sustancias químicas o biológicas específicas, a partir de ahora denominadas el analito. Existen diferentes maneras de lograr este efecto, concretamente: enzimas, lecitinas o anticuerpos orientados o al azar. El rendimiento de este elemento de reconocimiento depende de varios parámetros, concretamente: (i) la sensibilidad (definida por el límite de detección); (ii) la especificidad (definida por el grado de sensibilidad para detectar otras sustancias presentes en el mismo medio del analito específico que va a detectarse); (iii) su estabilidad con el tiempo. En el caso de dispositivos de detección química/biológica usados para determinaciones que implican proteínas o enzimas, los elementos de reconocimiento habitualmente consisten en capas inmovilizadas que contienen anticuerpos específicos y orientados.

El elemento de reconocimiento químico/biológico puede obtenerse usando varios mecanismos diferentes, concretamente: (i) adsorción química a la superficie; (ii) encapsulación en una matriz polimérica; (iii) enlaces covalentes a un sustrato sólido. Aunque la elección del elemento de reconocimiento químico/biológico está más allá del alcance de la presente invención, la descripción presentada anteriormente sólo sirve como una revisión del marco de las posibilidades más comunes para construir este elemento de biodetección.

(B) Mecanismo de transducción

Existen varios mecanismos de transducción que pueden convertir acontecimientos químicos/biológicos en información cuantitativa para su posterior tratamiento y análisis, concretamente transductores electroquímicos, vibratorios, magnéticos y ópticos. La detección óptica del efecto de SPR es esencialmente una técnica de medición del índice de refracción cerca de una superficie eléctricamente conductora. La diferencia más significativa de la detección por SPR en comparación con refractómetros convencionales se refiere a la escala de medición y al procedimiento de detección: en las técnicas convencionales, todo el volumen de fluido contribuye a la respuesta óptica que da como resultado una medida promedio del índice de refracción; al contrario, en el caso de la detección por SPR, sólo es relevante el volumen del fluido próximo a una superficie conductora. Además, en este último caso, la medida corresponde a un promedio ponderado del índice de refracción con un peso decreciente cuando se mueve alejándose de la capa conductora en la que se produce el efecto de SPR.

Efecto de SPR

El efecto de SPR es un fenómeno óptico que resulta de la oscilación de la densidad de carga local en una interfase entre dos medios de diferentes propiedades dieléctricas. En particular, el efecto de SPR se produce en la interfase entre un medio dieléctrico y uno metálico (véase la referencia 1). En este caso, la onda de plasmón superficial es una onda electromagnética con polarización TM (el vector magnético de la onda es perpendicular a la dirección de propagación y paralelo al plano interfacial). La constante de propagación de SPR ß puede describirse mediante la ecuación (1):

en la que A es la longitud de onda incidente, varepsilon_m es la constante dieléctrica del metal (varepsilon_m=varepsilon_mr +ivarepsilon_mi) y varepsilon_d es la constante dieléctrica del medio dieléctrico. La SPR sólo se produce si varepsilon_mr<0 y |varepsilon_m|<varepsilon_d. En este caso, el efecto de SPR se propagará en la interfase entre los dos medios y disminuirá exponencialmente desde la interfase hacia la masa de cada medio. Por otro lado, el efecto de SPR sólo es detectable para películas metálicas con espesores en el intervalo de decenas a centenas de nanometros (en el caso de una película de oro, el efecto de SPR normalmente se produce con espesores de entre 25 nm y 150 nm).

Debido a estos hechos y según la ecuación (1), la constante de propagación ß de la SPR es extremadamente sensible a variaciones del índice de refracción en el medio dieléctrico cerca de la interfase. Como consecuencia, el efecto de SPR puede aprovecharse para aplicaciones de detección, por ejemplo la inmovilización de un determinado material biológico (proteína, enzima, etc.) cerca de la interfase dará como resultado una variación local (en la escala de longitud de los nanometros) del índice de refracción (puesto que normalmente el índice de refracción de disoluciones a base de agua es de aproximadamente 1,33 y el índice de refracción de compuestos biológicos es próximo a 1,54). Este cambio en el índice de refracción induce un cambio en la constante de propagación del plasmón superficial que puede detectarse con precisión mediante medios ópticos, según se describe en las siguientes secciones.

Configuraciones de SPR

Existen tres métodos básicos para detectar el efecto de SPR:

Pueden usarse diferentes configuraciones ópticas con el fin de detectar apropiadamente el efecto de SPR (véase la referencia 2), usando normalmente un sistema óptico que tanto crea un plasmón superficial (usando un elemento de iluminación,...

1. Dispositivo de detección dinámica basado en el efecto de resonancia de plasmón superficial, que comprende:

(i) un emisor (20) de radiación y un detector (30) de radiación;

(ii) un sustrato (40) fluido, que contiene canales (43) y al menos una zona (41) de detección, en la que una superficie (42) de detección DS está construida de tal manera que permite que se produzca el efecto de resonancia de plasmón superficial, mediante lo cual dicho sustrato está colocado en la trayectoria de la radiación entre el emisor (20) de radiación y el detector (30) de radiación X;

(iii) una capa (80) de cristal líquido, colocada entre el emisor (20) de radiación y el detector (30) de radiación, que puede presentar al menos dos estados de orientación, con el fin de inducir diferentes modificaciones de la radiación (101) incidente sobre la superficie (42) de detección DS o de la radiación (102) saliente desde la superficie de detección;

(iv) medios de control para controlar la orientación promedio de las moléculas (83) de cristal líquido de la capa (80) de cristal líquido con el fin de ajustar de manera dinámica las propiedades de la radiación con el fin de optimizar la detección de la señal de resonancia de plasmón superficial;

en el que los medios de control controlan la capa (80) de cristal líquido para que se comporte como una lente convergente o divergente, permitiendo el control y el ajuste de la distancia focal equivalente de la capa (80) de cristal líquido por medio de un campo aplicado externo, y en el que el dispositivo permite la determinación de acontecimientos químicos y/o biológicos a través del efecto de resonancia de plasmón superficial que se produce en las proximidades de la superficie (42) de detección de la zona (41) de detección.

2. Dispositivo de detección según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa (80) de cristal líquido se comporta como una lente convergente o divergente a través de uno de los siguientes mecanismos:

(i) un cambio uniforme y gradual del espesor de la capa (80) de cristal líquido;

(ii) un cambio uniforme y gradual de la orientación de las moléculas (83) de cristal líquido en las proximidades de los límites de la capa (80) de cristal líquido;

(iii) un cambio uniforme y gradual de la fuerza de anclaje de las moléculas (83) de cristal líquido en las proximidades de los límites de la capa (80) de cristal líquido.