Un procedimiento para medir simultáneamente una pluralidad de analitos biológicos o químicos en un fluido,

comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

proporcionar un sustrato (350) que comprende una pluralidad de elementos sensores, respondiendo cada uno de dichos elementos sensores a al menos uno de dicha pluralidad de analitos;

proporcionar al menos una fuente de luz para dirigir la luz sobre dichos elementos sensores;

suministrar cantidades medidas de dicho fluido a cada uno de dichos elementos sensores;

detectar una respuesta desde dichos elementos sensores;

registrar dicha respuesta en un registro digital;

procesar dicho registro digital; y

utilizar dicho registro digital para determinar una concentración de cada uno de dichos analitos en dicho fluido, en el que dicha etapa de suministro comprende proporcionar un dispositivo de suministro que comprende una pluralidad de depósitos (352) que se comunican con y están próximos a dichos elementos sensores, comprendiendo adicionalmente dicho dispositivo de suministro un acceso de entrada de muestra (12) y una pluralidad de canales fluidos hidrófilos (5), estando conectados dichos canales entre dichos depósitos y dicho acceso de entrada de manera que transportan un volumen controlado de dicho fluido entre dicho acceso de entrada y dichos depósitos, comprendiendo adicionalmente dicho dispositivo de suministro una capa de cubierta (2), comprendiendo dicha capa de cubierta una pluralidad de orificios de purga sustancialmente hidrófobos dispuestos por encima de dichos depósitos, comprendiendo adicionalmente dicha capa de cubierta una superficie inferior sustancialmente hidrófila para proporcionar una parte de techo hidrófila por encima de dichos depósitos para facilitar el transporte de dicho fluido a dichos depósitos

Procedimiento y sistemas para suministrar muestras fluidas a series de sensores.

Referencia cruzada a la solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud de Patente de Estados Unidos con Nº de Serie 11/259.712, presentada el 26 de octubre de 2005, la Solicitud de Patente de Estados Unidos con Nº de Serie 11/259.643 presentada el 26 de octubre de 2005 y la Solicitud de Patente de Estados Unidos de Continuación Parcial con Nº de Serie 11/507.689 presentada el 22 de agosto de 2006.

Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, a una serie de sensores químicos y, más particularmente, se refiere a un sistema, procedimiento y aparato nuevos y mejorados para suministrar una muestra fluida a una serie de sensores químicos, al procesado en paralelo de la información química y bioquímica desde una multiplicidad de elementos sensores de la serie de sensores. La invención se refiere también, en general, al campo de los dispositivos microfluidos. Más particularmente, la invención se refiere a materiales para su uso en los dispositivos microfluidos y a procedimientos de fabricación de los dispositivos microfluidos.

Antecedentes de la invención

Muchas de las mediciones químicas y biológicas es necesario realizarlas en localizaciones fuera de una instalación analítica totalmente equipada. Esto requiere sistemas que sean portátiles y que estén miniaturizados, de manera que puedan transportarse a las localizaciones donde se requiere una respuesta de ensayo rápida para el control de calidad de los procedimientos o del agua, o que puedan desplegarse en un entorno médico para proporcionar resultados de ensayo rápidos para ciertas especies biológicas o bioquímicas de interés. Estos análisis químicos y biológicos pueden realizarse individualmente usando ensayos sencillos que se optimizan después del ensayo para potenciar la calidad o precisión de los resultados, pero este enfoque en serie tiene defectos inherentes debido a que es difícil compensar totalmente las interacciones multidimensionales usando un enfoque en serie. Adicionalmente, este enfoque puede consumir tiempo y puede producir resultados erróneos. La introducción de errores debidos al operario o al sistema cuando los ensayos se realizan en diferentes plataformas o en diferentes momentos complica adicionalmente este sistema. La mejor manera para superar esta limitación es realizar todas las mediciones deseadas simultáneamente en la misma plataforma, aunque el estado actual de la técnica no proporciona una plataforma totalmente integrada para dichas mediciones.

La tecnología de serie electroquímica actual permite a los operarios realizar un ensayo en serie de una sola vez, aunque esto está limitado a aquellos materiales que responden a un estímulo electroquímico. Esto normalmente implica técnicas de medición tales como procedimientos de voltametría de separación anódica o voltametría cíclica o incorpora un material sensible químicamente en un detector electroquímico, por ejemplo, un electrodo específico de ión (ISE). Este sistema, aunque productivo para algunos sistemas, está limitado por muchas de las limitaciones comunes de los sistemas electroquímicos, por ejemplo, problemas sistemáticos a potencia iónica baja y alta que afectan a los potenciales electroquímicos. Adicionalmente, algunos de estos sistemas pueden sufrir reactividades cruzadas o interferencias importantes, por ejemplo, reactividad cruzada de oxianiones comunes o cationes pequeños tales como sodio, litio y potasio.

Hay otras plataformas de ensayo que podrían proporcionar mediciones en serie a pequeña escala que están basadas en mediciones ópticas o espectrales. Esta puede ser la detección óptica a partir de análisis químico en húmedo multi-flujo o pueden ser versiones portátiles de medidas de laboratorio clásicas, por ejemplo, unidades espectrométricas de absorción atómica portátiles. Estos sistemas, a menudo, están limitados por la mecánica requerida para el flujo de fluidos y el mantenimiento o porque un equipo voluminoso como los sistemas espectrométricos de absorción atómica portátiles que, aunque teóricamente son transportables, en la práctica se ha demostrado que no son tan móviles. Se mencionan también sistemas de laboratorio adicionales miniaturizados como Espectroscopía de Masas o Espectroscopía de Emisión Atómica con Plasma Inductivamente Acoplado, aunque estos procedimientos son difíciles de adaptar a sistemas manuales portátiles o desplegables en el campo.

Una alternativa propuesta es usar una plataforma óptica basada en respuestas químicas bien caracterizadas de películas sensoras ópticas. Dicho sistema usa películas sólidas sensibles químicamente que responden a concentraciones de analito cambiando sus valores de absorbancia a una longitud de onda optimizada. Esta plataforma puede ampliarse para incorporar elementos de ensayo sensores para todas las especies interferentes o con reactividad cruzada conocidos para una matriz de ensayo particular, así como teniendo en cuenta las limitaciones del ensayo en los extremos de las condiciones de la muestra de ensayo, por ejemplo, potencia iónica alta y baja así como potencias de tampón alta y baja.

Este sistema tiene el beneficio añadido de proporcionar una pequeña plataforma de ensayo que puede formarse en una serie diseñada específicamente para medir elementos de ensayo que requieren un análisis de desconvolución específico.

Los sensores químicos ópticos también se dividen en dos clases generales, reversibles e irreversibles. Los sensores totalmente reversibles se equilibran rápidamente a la concentración del analito diana en el fluido de ensayo y su respuesta cambia cuando cambia la concentración de analito. Los ejemplos de sensores reversibles son sensores de pH de película polimérica y optodos selectivos de iones (ISO). En contraste, un sensor irreversible continuará respondiendo al analito en el fluido de ensayo hasta que el reactivo sensible en el sensor se haya agotado, es decir, la cantidad total de analito disponible en el sensor en lugar de la concentración de analito en la muestra. Muchos de los sensores que no son de tipo ISO pertenecen a esta categoría.

Como el reactivo en los sensores reversibles está en un equilibrio químico con el analito en la muestra, la exposición de la película sensora a la muestra altera la concentración de analito si el volumen de muestra es finito. Esto requiere que las películas sensoras reversibles se expongan a una gran cantidad en exceso de volumen de muestra o a una cantidad dada de volumen de muestra. En el último caso, puede hacerse una corrección para reducir los errores debidos al efecto de volumen finito. Similarmente, el sensor irreversible requiere el control del volumen de la muestra, de manera que la respuesta del sensor refleja la concentración de analito en el volumen controlado del fluido de ensayo.

Una serie de sensores diseñada para análisis cuantitativo puede no producir resultados satisfactorios simplemente sumergiendo los elementos de la serie en una muestra de líquido por las razones mencionadas anteriormente. Para una serie de sensores que consisten tanto en sensores reversibles como irreversibles, tiene que controlarse el volumen de muestra al que está expuesta cada región sensora. Además, la regulación del volumen también ayuda a evitar la contaminación cruzada de un sensor a otro. En la presente invención, las composiciones de película sensora están diseñadas para dar su rendimiento optimizado cuando se exponen a volúmenes de muestra fijos.

Las series de sensores ópticos que están compuestas por sensores irreversibles, o una combinación de sensores irreversibles y reversibles, deben tener alguna forma de control fluido que suministre un volumen controlado de fluido de ensayo a cada elemento sensor. La mayor parte de sistemas disponibles hoy en día usa alguna forma de bomba o sistema multi-adición mecánico para suministrar estos volúmenes controlados, por ejemplo, adición robótica a placas multi-pocillo. Estos sistemas, a menudo, son voluminosos y requieren componentes mecánicos y eléctricos que raramente resultan robustos y adecuados para el ensayo remoto en entornos difíciles. Se han desarrollado sistemas de muestreo especializados para instrumentos analíticos que difieren en su funcionalidad y capacidades dependiendo de su uso final. Se conocen diversos enfoques de muestreo para los sensores, por ejemplo, exposición secuencial de las regiones sensoras a compuestos químicos de interés como se divulga en nuestra Patente de Estados Unidos previa 6.360.585...

1. Un procedimiento para medir simultáneamente una pluralidad de analitos biológicos o químicos en un fluido, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

proporcionar un sustrato (350) que comprende una pluralidad de elementos sensores, respondiendo cada uno de dichos elementos sensores a al menos uno de dicha pluralidad de analitos;

proporcionar al menos una fuente de luz para dirigir la luz sobre dichos elementos sensores;

suministrar cantidades medidas de dicho fluido a cada uno de dichos elementos sensores;

detectar una respuesta desde dichos elementos sensores;

registrar dicha respuesta en un registro digital;

procesar dicho registro digital; y

utilizar dicho registro digital para determinar una concentración de cada uno de dichos analitos en dicho fluido, en el que dicha etapa de suministro comprende proporcionar un dispositivo de suministro que comprende una pluralidad de depósitos (352) que se comunican con y están próximos a dichos elementos sensores, comprendiendo adicionalmente dicho dispositivo de suministro un acceso de entrada de muestra (12) y una pluralidad de canales fluidos hidrófilos (5), estando conectados dichos canales entre dichos depósitos y dicho acceso de entrada de manera que transportan un volumen controlado de dicho fluido entre dicho acceso de entrada y dichos depósitos, comprendiendo adicionalmente dicho dispositivo de suministro una capa de cubierta (2), comprendiendo dicha capa de cubierta una pluralidad de orificios de purga sustancialmente hidrófobos dispuestos por encima de dichos depósitos, comprendiendo adicionalmente dicha capa de cubierta una superficie inferior sustancialmente hidrófila para proporcionar una parte de techo hidrófila por encima de dichos depósitos para facilitar el transporte de dicho fluido a dichos depósitos.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de suministro comprende adicionalmente una junta tórica asociada operativamente con dicho acceso de entrada (12), estando adaptada a dicha junta tórica para absorber el exceso de fluido que se derrama por la parte superior de dicho dispositivo de suministro.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2, que comprende adicionalmente la etapa de proporcionar una carcasa de disco para encerrar dicho sustrato (350), en el que dicho sustrato es un DVD, CD, CD súper audio, disco de doble capa o blu-ray.

4. Un sistema para medir simultáneamente una pluralidad de analitos biológicos o químicos en un fluido, comprendiendo dicho sistema:

un sustrato (350) que comprende una pluralidad de elementos sensores, respondiendo cada elemento sensor a al menos uno de dicha pluralidad de analitos;

al menos una fuente de luz para dirigir la luz sobre dichos elementos sensores;

un medio detector para detectar una respuesta desde dichos elementos sensores, estando adaptados dicho medio detector para convertir dicha respuesta en un registro digital;

un algoritmo de identificación de imágenes para identificar dicho al menos un analito basándose en dicho registro digital;

un algoritmo de optimización basado en un programa informático para utilizar dicho registro para producir un resultado de análisis; y

un medio de suministro para suministrar cantidades medidas de dicho fluido a cada uno de dichos elementos sensores, en el que dicho medio de suministro comprende un dispositivo de suministro que comprende una pluralidad de depósitos (352) que se comunican con y están próximos a dichos elementos sensores, comprendiendo adicionalmente dicho dispositivo de suministro un acceso de entrada de muestra (12) y una pluralidad de canales fluidos hidrófilos (5), estando conectados dichos canales entre dichos depósitos y dicho acceso de entrada de manera que transportan un volumen controlado de dicho fluido entre dicho acceso de entrada y dichos depósitos, comprendiendo adicionalmente dicho dispositivo de suministro una capa de cubierta (2) unida a dicho dispositivo de suministro, comprendiendo dicha capa de cubierta una pluralidad de orificios de purga sustancialmente hidrófobos (42) dispuestos por encima de dichos depósitos, comprendiendo adicionalmente dicha capa de cubierta una superficie inferior sustancialmente hidrófila para proporcionar una parte de techo hidrófila por encima de dichos depósitos para facilitar el transporte de dicho fluido a dichos depósitos.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que dicho dispositivo de suministro comprende adicionalmente una junta tórica asociada operativamente con dicho acceso de entrada (12), estando adaptada dicha junta tórica para absorber el exceso de fluido que se derrama por encima de la parte superior de dicho dispositivo de suministro.

6. El sistema de la reivindicación 4 ó 5, en el que dicho sustrato (350) es un DVD, CD, CD súper audio, disco de doble capa o blu-ray.

7. El sistema de la reivindicación 6, que comprende adicionalmente una unidad óptica para cuantificar dicha respuesta, en el que dicho medio de suministro comprende una carcasa de disco para encerrar dicho sustrato (350).

8. El sistema de la reivindicación 7, que comprende adicionalmente una capa de transferencia para retirar el exceso de fluido de dicho sustrato (350).