Procedimiento para recoger, y opcionalmente también detectar, una partícula biológica del aire, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

1) disponer una cámara de muestra y un primer y un segundo electrodo, quedando situados el primer y el segundo electrodo y la cámara de muestra de manera que por lo menos una parte de la cámara de muestra queda entre el primer y el segundo electrodo, y el primer y el segundo electrodo quedan separados una distancia que es como máximo 3 mm, presentando la citada cámara de muestra un volumen de cómo máximo 500 μL, 2) disponer una muestra gaseosa en la cámara de muestra, 3) aplicar un primer potencial al primer electrodo y un segundo potencial al segundo electrodo, produciéndose así una diferencia de potencial y un campo eléctrico entre el primer y el segundo electrodo, para ayudar a la recogida electrostática, en la cámara de muestra, de una partícula biológica en la muestra gaseosa, 4) poner la partícula biológica recogida en la cámara de muestra en contacto con un primer reactivo líquido, y 5) someter la partícula biológica recogida a un análisis posterior

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento, un chip, y un sistema para la recogida de partículas biológicas. El procedimiento utiliza la atracción electrostática de partículas biológicas hacia electrodos cargados y preferiblemente funciona con muestras gaseosas.

ANTECEDENTES

Para facilitar una detección rápida de patógenos transportados por el aire que pueden provocar epidemias naturales o intencionadas, es de mayor importancia recoger partículas que contienen material biológico directamente del aire en una forma adecuada para un análisis posterior. Típicamente, las partículas que contienen o consisten en uno o más organismos biológicos (biopartículas), son capturadas haciendo pasar (muestras de) aire a través de unos filtros porosos. Para fraccionar el tamaño en intervalos de partículas seleccionados, se utiliza una serie de filtros para seleccionar partículas de un tamaño adecuado, que posteriormente son recogidas en placas de cultivo y pueden cultivarse en las mismas en el dispositivo de recogida (muestreador de Andersen).

Cuando las biopartículas contienen organismos vivos o esporas, éstos pueden dar lugar al crecimiento (colonias) en la placa de cultivo, que posteriormente pueden recogerse y analizarse fácilmente. Sin embargo, el investigador tendrá que esperar a que las colonias (unidades formadoras de colonias o CFU) lleguen a ser visibles, lo que, en función del organismo cultivado, puede tardar de días a semanas. Además, existe la posibilidad de que un organismo biológico de interés no pueda prosperar en el medio de cultivo. También es posible que las partículas de interés sean capturadas en el interior o se adhieran al sistema de filtrado y por lo tanto no sean detectadas.

Para compensar la pérdida de muestras es necesario procesar un gran volumen de aire a través del sistema. Un procedimiento complementario, que puede utilizarse en combinación con el muestreo con filtrado, es maximizar el número de partículas en un volumen de aire determinado, utilizando, por ejemplo, ciclones u otros muestreadores gaseosos de tipo vórtex que faciliten una concentración inicial de partículas. Esta última técnica también se ha utilizado para concentrar partículas en un volumen de líquido, dando acceso inmediato a las biopartículas capturadas para una variedad de análisis microbiológicos, bioquímicos, y moleculares diferentes.

La concentración de partículas en un líquido está asociada al calentamiento y la evaporación del líquido y a menudo se requieren volúmenes de líquido (mayores de 1 ml) para evitar que el sistema se seque durante el procedimiento de captura. Posteriormente, el líquido puede procesarse por centrifugación para realizar un concentrado final de la muestra.

El muestreo de biopartículas puede realizarse mediante procedimientos aire aire, aire -superficie o aire -líquido. Los procedimientos en líquido pueden resultar incómodos debido a efectos de congelación a temperaturas por debajo de 0ºC. Los aspectos clave del muestreo son el volumen de muestreo, la eficacia de la captura, y la eficacia de la concentración de la tecnología de muestreo. Un ciclón estándar puede admitir un m3 de aire por segundo y concentrar partículas capturadas en 1-2 ml de fluido, lo cual es un gran volumen en análisis bioquímicos. En este intervalo, un volumen llenaría una placa de 96 cavidades y consumiría reactivos equivalentes a aproximadamente 14 € por placa por segundo. Es obvio que el muestreo rápido de aire por el ciclón se ve rápidamente comprometido por la posterior preparación de la muestra.

En una aproximación, se utilizó la precipitación electrostática de partículas biológicas transportadas por el aire para el muestreo de bacterias sobre placas de agar en dispositivos convencionales a gran escala (Mainelis y otros, 1999; Mainelis y otros 2002a, Mainelis y otros 2002b) y para la descontaminación de una práctica dental (Iversen & Tolo 1975).

DESCRIPCIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de la presente invención se refiriere a la disposición de procedimientos, chips, y sistemas para la recogida directa de partículas biológicas de muestras gaseosas tales como muestras de aire.

Otro objetivo de la presente invención se refiere a la disposición de procedimientos, chips, y sistemas para concentrar partículas biológicas de una gran muestra gaseosa en un volumen mucho más pequeño, es decir, aumentar la concentración de las partículas biológicas.

Todavía otro objetivo de la presente invención se refiere a la disposición de procedimientos, chips, y sistemas en los cuales la recogida y la concentración de las partículas biológicas se realiza en la misma estructura y preferiblemente también en la misma etapa.

Todavía otro objetivo de la presente invención se refiere a la disposición procedimientos, chips, y sistemas que permiten fácilmente análisis posteriores de partículas biológicas recogidas.

Otro objetivo de la presente invención se refiere a la disposición procedimientos, chips, y sistemas que permiten fácilmente un análisis posterior de partículas biológicas recogidas.

También, otro objetivo de la presente invención se refiere a la disposición procedimientos, chips, y sistemas que recogen partículas biológicas con una alta eficacia de captura.

Otros objetivos de la invención resultarán claros de la lectura de la descripción y los ejemplos.

La presente invención se refiere a un procedimiento, un chip, y un sistema que permiten procesar grandes volúmenes de aire, sin someter la muestra recogida a un medio o bien a un líquido, para maximizar el rendimiento y minimizar el número de etapas concomitantes para realizar la optimización de la extracción de la muestra en un concentrado. La invención describe un sistema biológico que puede implicar la recogida electrostática de partículas, por ejemplo, realizada en una microestructura, es decir, un chip, que permita flujos de hasta varios cientos de ml de aire por minuto. La presente invención permite la captura de partículas biológicas con una eficacia muy elevada y en un formato que es altamente adecuado para distintos análisis posteriores.

Una importante implicación de la presente invención es que las partículas biológicas ahora pueden concentrarse, por ejemplo, de una muestra de aire. Se trata de un hallazgo importante ya que el microsistema a base de líquido utilizado actualmente, es decir, chips o biochips, por naturaleza solamente puede tratar tamaños de muestra de líquido en el intervalo de microlitros. Por lo tanto, los microsistemas no son adecuados para tratar muestras de líquido recogidas, por ejemplo, de un ciclón que produzca 1-2 ml/s. De acuerdo con la presente invención, los microsistemas son ahora útiles como tecnología de muestreo de bioaerosol, si el muestreo de partículas biológicas se realiza directamente en el microsistema.

Un aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para recoger, y opcionalmente también detectar, una partícula biológica del aire, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

1) disponer una cámara de muestra y un primer y un segundo electrodo, quedando situados el primer y el segundo electrodo y la cámara de muestra de manera que por lo menos una parte de la cámara de muestra queda entre el primer y el segundo electrodo, y el primer y el segundo electrodo quedan separados una distancia que es como máximo 3 mm, presentando la citada cámara de muestra un volumen de cómo máximo 500 μL, 2) disponer una muestra gaseosa en la cámara de muestra, 3) aplicar un primer potencial al primer electrodo y un segundo potencial al segundo electrodo, produciéndose así una diferencia de potencial y un campo eléctrico entre el primer y el segundo electrodo, para ayudar a la recogida electrostática, en la cámara de muestra, de una partícula biológica en la muestra gaseosa, 4) poner la partícula biológica recogida en la cámara de muestra en contacto con un primer reactivo líquido, y 5) someter la partícula biológica recogida a un análisis posterior.

Todavía otro aspecto de la invención es un chip para la recogida de partículas biológicas, comprendiendo el chip una cámara de muestra que comprende:

- una cámara de muestra con una primera abertura en conexión para el fluido con el aire circundante y -una segunda abertura para formar una conexión para el fluido con un dispositivo, comprendiendo la cámara de muestra...

1. Procedimiento para recoger, y opcionalmente también detectar, una partícula biológica del aire, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

1) disponer una cámara de muestra y un primer y un segundo electrodo, quedando situados el primer y el segundo electrodo y la cámara de muestra de manera que por lo menos una parte de la cámara de muestra queda entre el primer y el segundo electrodo, y el primer y el segundo electrodo quedan separados una distancia que es como máximo 3 mm, presentando la citada cámara de muestra un volumen de cómo máximo 500 μL, 2) disponer una muestra gaseosa en la cámara de muestra, 3) aplicar un primer potencial al primer electrodo y un segundo potencial al segundo electrodo, produciéndose así una diferencia de potencial y un campo eléctrico entre el primer y el segundo electrodo, para ayudar a la recogida electrostática, en la cámara de muestra, de una partícula biológica en la muestra gaseosa, 4) poner la partícula biológica recogida en la cámara de muestra en contacto con un primer reactivo líquido, y 5) someter la partícula biológica recogida a un análisis posterior.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el primer potencial del primer electrodo y el segundo potencial del segundo electrodo, y así el campo eléctrico entre el primer y el segundo electrodo, se seleccionan para proporcionar una eficacia de captura de por lo menos un 50% para partículas biológicas que tengan una longitud efectiva en el intervalo de 1-10 micrómetros.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el primer y/o el segundo electrodo presentan una forma sustancial seleccionada del grupo de: una lámina, una placa, un disco, un alambre, una barra, un punto; o cualquier combinación de los mismos.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el primer y segundo electrodo están separados una distancia que es como máximo de 0,5 mm.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que por lo menos una parte de la muestra gaseosa en la cámara de muestra queda situada o fluye entre el primer y el segundo electrodo.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la partícula biológica comprende un componente seleccionado del grupo que consiste en un microorganismo, un virus, una espora de planta, y un fragmento de los mismos.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el microorganismo es una espora bacteriana.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la espora bacteriana está formada por una bacteria seleccionada del género Bacillus y/o el género Clostridium.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que la espora bacteriana es una espora formada por Bacillus anthracis.

10. Chip para la recogida de partículas biológicas, comprendiendo el chip una cámara de muestra que comprende:

- una cámara de muestra con una primera abertura en conexión para el fluido con el aire circundante y -una segunda abertura para formar una conexión para el fluido con un dispositivo, comprendiendo la cámara de muestra una muestra gaseosa, presentando dicha cámara de muestra un volumen de como máximo 500 μL, -un primer y un segundo electrodo situados en lados opuestos de la cámara de muestra, quedando separados el primer y el segundo electrodo una distancia de como máximo 3 mm, y -una partícula biológica unida al primer o al segundo electrodo.

11. Chip según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que la magnitud del campo eléctrico se encuentra en el intervalo de 50-2000 V/mm.

12. Sistema para recoger partículas biológicas, comprendiendo el sistema un

5 chip según cualquiera de las reivindicaciones 10-11 asociado funcionalmente a un dispositivo, comprendiendo dicho dispositivo:

- un lugar para el chip donde se coloca el chip para quedar asociado funcionalmente al dispositivo, -una interfaz eléctrica entre el dispositivo y el chip para aplicar un campo electrostático entre los electrodos de la cámara de muestra, y

- una unidad programable que comprende un software que hace que el dispositivo realice una o más acciones seleccionadas del grupo que consiste en: -aplicar un campo eléctrico entre el primer y el segundo electrodo para ayudar a la captura electrostática, en la cámara de muestra, de partículas biológicas en la muestra gaseosa, -poner las partículas biológicas recogidas en la cámara de muestra en contacto con un primer reactivo líquido, y -realizar otro análisis de las partículas biológicas recogidas llevando a cabo una amplificación de adición de ácidos nucleicos accionando un electrodo calefactor.