Dispositivo sensor interdigitado basado en anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras y procedimiento para la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos.
Dispositivo sensor interdigitado basado en anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras y procedimiento para la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos.
Comprende una matriz de electrodos (4.1.1) interdigitados tapizados con antígeno para reaccionar con unos anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras que se aportan después de unas sustancias a detectar y cuantificar, al sensor, siendo una parte de anticuerpos capturada por los electrodos y otra parte es capturada por las moléculas a detectar y cuantificar reaccionando competitivamente respecto al antígeno, con dichos anticuerpos marcados, incluyendo unos medios de detección de la variación en las propiedades eléctricas de la matriz de electrodos, provocada por los anticuerpos marcados capturados por dicha capa de antígeno.El método comprende realizar una primera medida de las propiedades eléctricas de los electrodos interdigitados con antígeno, aplicar una solución de anticuerpos marcados y de una sustancia a detectar, realizar una segunda medida y comparar las medidas
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200700282.
Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: BARCELONA.
Inventor/es: SANCHEZ BAEZA, FRANCISCO, RODRIGUEZ MARTINEZ,ANGEL, CASTAÑER MUÑOZ, LUIS, RAMON AZCON,JAVIER, VALERA CANO,ENRIQUE, MARCO COLAS,PILAR, RAMON RODRIGUEZ,JUAN.
Fecha de Solicitud: 29 de Enero de 2007.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 12 de Septiembre de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01N33/543 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 33/00 Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00. › con un soporte insoluble para la inmovilización de compuestos inmunoquímicos.
Clasificación PCT:
- G01N33/543 G01N 33/00 […] › con un soporte insoluble para la inmovilización de compuestos inmunoquímicos.
Fragmento de la descripción:
Dispositivo sensor interdigitado basado en anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras y procedimiento para la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos.
La presente solicitud de Patente de Invención consiste conforme indica su enunciado, en un dispositivo sensor interdigitado perfeccionado basado en anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras para la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos, cuyas nuevas características de construcción, conformación y diseño cumplen lo proyectado con una seguridad y eficacia máximas.
Más concretamente, la presente invención se refiere a un dispositivo sensor para la detección de compuestos o moléculas en líquidos, con aplicación en la detección de contaminantes en suelos, aguas, al control de calidad de diversos alimentos, y similares.
El dispositivo sensor permite realizar la medida en seco (medida de impedancia) una vez evacuado del dispositivo sensor el liquido conteniendo la sustancia a detectar y cuantificar, o bien en liquido (medida de conductividad) sumergiendo el dispositivo en una solución PBS (tampón).
Otro de los fines de la invención es la fabricación de dispositivos sensores de bajo coste que permitan la detección y/o cuantificación altamente selectiva de especies químicas en bajas concentraciones. Además puede ser actuado y leído automáticamente por medios electrónicos y automáticos.
El dispositivo sensor de la invención brinda la posibilidad de realizar las medidas en corriente continua lo que permite una fuerte reducción de costes en la circuitería de control. Así mismo, también podemos realizar las medidas a una única frecuencia o en un espectro de frecuencias.
El dispositivo sensor presentado combina una alta sensibilidad con una alta especificidad. El dispositivo sensor es altamente sensible pues se basa en la reacción competitiva entre un antígeno inmovilizado en la superficie del dispositivo sensor y unas moléculas a detectar, por la captura por dicho antígeno y por dichas moléculas de unos anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras que se aportan después de dichas moléculas a detectar. Como resultado de esta reacción competitiva, una cantidad de anticuerpo marcado con nanopartículas conductoras es capturado por el antígeno inmovilizado en la superficie del dispositivo y es medida, y otra parte, restante es evacuada del dispositivo por acción de las moléculas a detectar. En efecto, la cantidad de anticuerpo marcado capturado por el antígeno está en relación con la concentración de moléculas a detectar presentes en la solución de testeo. El dispositivo sensor es altamente selectivo gracias a la especificidad de los anticuerpos. Es un dispositivo de sencilla fabricación y por tanto de bajo coste. Es un dispositivo en el que la medida, al ser en corriente continua, es muy fácil de realizar, siendo muy sencillo automatizarla. Es un dispositivo sensor muy adecuado para detección y cuantificación en campo y cuando se requiere bajo coste del sistema.
La invención también comprende un procedimiento para la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos en el que se utiliza dicho dispositivo sensor.
Estado de la técnica
Existen en el estado de la técnica variedad de diseños propuestos en la literatura de sensores de moléculas en líquidos. Muchos de estos sensores se basan en procesos electroquímicos sobre células de detección. Estos sensores usualmente se basan en configuraciones de 3 electrodos, con uno de referencia y otro que lleva una capa sensible que aporta selectividad al sensor, en recipientes con soluciones líquidas. En estos sensores las medidas se basan frecuentemente en la interpretación de las curvas de histéresis de corriente en función de la tensión aplicada en ciclos periódicos. La obtención de las concentraciones de las moléculas objetivo es un proceso relativamente complicado donde se requiere personal entrenado y/o software de cierta complejidad. Las células de detección se pueden reducir en tamaño, pero existen límites a esta miniaturización.
El dispositivo sensor objeto de esta invención tiene su base en tres características principales:
Los sensores presentados en la literatura muestran generalmente mayor complejidad, tanto para la realización de la medida como para la interpretación. A continuación mostramos algunos ejemplos de sensores potenciométricos y amperométricos:
Entre los sensores potenciométricos encontramos el Light-addressable potentiometric sensor (LAPS), el cual es un sensor químico basado en un semiconductor con una estructura electrolyte-insulator-semiconductor (EIS). Si bien el uso de este sensor ha sido muy recurrente en la literatura para la detección de diferentes especies, el sistema de detección implica inicialmente aplicar un voltaje de corriente continua lo largo de la estructura EIS para conseguir un cambio en la capacidad en la interfaz aislante-semiconductor. Esta capacidad cambia con el potencial de la superficie, el cual es una función de la concentración de iones en la solución electrolito. Entonces, para que esta capacidad pueda ser leída hará falta iluminar el substrato semiconductor con una luz modulada y lo que se medirá será la fotocorriente alterna, ac, generada. Finalmente, la medida se deberá realizar mediante un circuito externo.
Como vemos, este sistema, a diferencia del que presentamos en esta patente implica una estructura compleja y con miniaturización limitada.
Entre los sensores amperométricos encontramos el Microsens Amperometric Sensor, de la firma MICROSENS S.A., el cual es un dispositivo electroquímico miniaturizado mediante tecnología microelectrónica. Este sensor puede ser usado para determinar la concentración de una amplia gama de especies químicas activas redox. Si bien este es un sensor de pequeño tamaño, bajo consumo de analito y bajo coste, utiliza un diseño de tres electrodos.
El principio de amperometría está basado en la medida de la corriente entre el electrodo de trabajo y el electrodo auxiliar, la cual es inducida por una reacción redox en el electrodo de trabajo. Las condiciones son escogidas de tal forma que la corriente es directamente proporcional a la concentración de una especie activa redox en la solución de analito. El potencial eléctrico del electrodo de trabajo hacia la solución medida es alcanzado por un electrodo de referencia separado y es controlado...
Reivindicaciones:
1. Un dispositivo sensor interdigitado basado en anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras, aplicable a la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos, que comprende:
- una matriz de electrodos interdigitados funcionalizados previamente con una capa de antígeno tapizado en la superficie de los electrodos, mediante una técnica de inmovilizado por absorción, estando dicha capa de antígeno prevista para reaccionar con unos anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras que se aportan después de dichas sustancias a detectar y cuantificar, contenidas en un líquido, al dispositivo sensor, de manera que una parte de dichos anticuerpos es capturada por dicha superficie de los electrodos funcionalizada y otra parte es capturada por las moléculas de la sustancia a detectar y cuantificar, las cuales reaccionan competitivamente respecto a la reacción de dicha capa de antígeno, con dichos anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras; y
- unos medios de detección previstos para detectar la variación en las propiedades eléctricas de dicha matriz de electrodos interdigitados, provocada por dicha parte de anticuerpos marcados capturados por dicha capa de antígeno.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una fuente de alimentación (4.1.4) prevista para excitar a dicha matriz de electrodos interdigitados con una tensión continua de amplitud moderada.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios de detección comprenden un amperímetro (4.2.1) previsto para la lectura de la corriente que pasa por los electrodos interdigitados antes y después de la captura, por parte de dicha capa de antígeno, de dicha parte de anticuerpos marcados.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una fuente de alimentación prevista para excitar a dicha matriz de electrodos interdigitados con una tensión alterna de baja amplitud.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos medios de detección se aplican a medir la impedancia de dicha matriz de electrodos interdigitados, estando éstos sumergidos en una solución tampón, para al menos una frecuencia eléctrica, antes y después de la captura, por parte de dicha capa de antígeno, de dicha parte de anticuerpos marcados.
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque dichos medios de detección se aplican a medir la impedancia de dicha matriz de electrodos interdigitados, estando éstos sumergidos en una solución buffer, para un espectro de frecuencias eléctricas, antes y después de la captura, por parte de dicha capa de antígeno, de dicha parte de anticuerpos marcados.
7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un sistema de micro-jeringas previsto para realizar el depósito sobre los electrodos interdigitados de unas soluciones de dicha capa de antígeno de funcionalización, y de una solución de una sustancia a analizar.
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque cada electrodo de dicha matriz de electrodos interdigitados integra un grupo propio de micro jeringas permitiendo inyectar diferentes soluciones a cada electrodo, o diferentes réplicas de la misma solución para mostrar un promedio de detección.
9. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un sistema fluídico previsto para realizar el depósito de unas soluciones de funcionalización de dicha capa de antígeno sobre los electrodos interdigitados, y de una solución de una sustancia a analizar.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho sistema fluídico dispone de un único canal de entrada y un único canal de salida para todos los electrodos interdigitados de la matriz, permitiendo introducir a través de dicho canal de entrada una solución contenedora de una o más moléculas a detectar.
11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos electrodos interdigitados tienen forma de barra y están dispuestos sobre un substrato de pirex.
12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque dichos electrodos interdigitados son de oro.
13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende una capa de cromo como metal de adhesión entre los electrodos de oro y dichos substrato de pirex.
14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por incorporar medios para aportación de un gas de secado para el secado de los electrodos interdigitados entre cada paso de su funcionalización.
15. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los terminales de los electrodos interdigitados se encuentran conectados a un equipo de medida mediante un sistema de conexión con contactos clip-on formado por dos piezas:
16. Dispositivo según la reivindicación 3, 5 ó 6, caracterizado por comprender un bloque de procesado de datos que incluye una tabla almacenada en un microcontrolador y una circuitería de control para determinar la concentración de la(s) sustancia(s) a detectar.
17. Procedimiento para la detección y cuantificación de sustancias presentes en líquidos, que comprende:
a) funcionalizar con una capa de antígeno la superficie de unos electrodos interdigitados, tapizando dicha superficie;
b) realizar una primera medida de las propiedades eléctricas de dichos electrodos interdigitados,
c) aplicar una solución con unas moléculas a detectar seguida de una solución con anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras sobre dichos electrodos interdigitados, para que dichos antígenos y dichas moléculas de la sustancia a detectar, que luego es evacuada, reaccionen competitivamente con dichos anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras;
d) realizar una segunda medida de las propiedades eléctricas de dichos electrodos interdigitados, una vez que una parte de los anticuerpos marcados con nanopartículas conductoras han sido capturados por dicha capa de antígeno;
e) comparar dichas segundas medidas con dichas primeras medidas; y
f) detectar, en función de la variación detectada en dicha comparación, a qué sustancia pertenecen dichas moléculas, por comparación con unas tablas de referencia para cada sustancia.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque dicha etapa f) comprende además cuantificar el número de moléculas incluidas en dicha solución de moléculas a detectar.
19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque dicha etapa f) comprende detectar simultáneamente varias sustancias mediante la aplicación, en dicha etapa c), de varias soluciones con anticuerpos específicos al antígeno inmovilizado en dicha etapa a), y el uso de matrices de electrodos integrables.
20. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque comprende, tras dicha etapa f), limpiar a los electrodos de todo agente biológico, así como de las nanopartículas conductoras, y reutilizar a dichos electrodos interdigitados realizando de nuevo dichas etapas a) a f).
Patentes similares o relacionadas:
Método de determinación de la presencia y/o cantidad de moléculas diana, del 22 de Julio de 2020, de Canopy Biosciences, LLC: Método para el análisis de células individuales en una muestra de sangre mediante la determinación de la presencia y/o cantidad de una o más moléculas […]
Kit de reactivos utilizado para detectar gastrina-17 y método de preparación y aplicación para el kit de reactivos, del 15 de Julio de 2020, de Shenzhen New Industries Biomedical Engineering Co., Ltd: Un kit para detectar gastrina-17, caracterizado porque comprende un componente A y un componente B, en donde el componente A es un primer […]
Un sustrato para inmovilizar sustancias funcionales y un método para preparar las mismas, del 15 de Julio de 2020, de Temasek Polytechnic: Un sustrato sólido que tiene compuestos dispuestos sobre el mismo, en donde se inmoviliza una molécula funcional sobre los compuestos, teniendo cada compuesto una cadena que […]
Chip de análisis y aparato de análisis de muestras, del 1 de Julio de 2020, de Takano Co., Ltd: Un chip de análisis que comprende: un sustrato conformado sustancialmente en forma de disco; un puerto de inyección formado […]
Dispositivo para la detección de analitos, del 1 de Julio de 2020, de TECHLAB, INC.: Un dispositivo para detectar por lo menos una sustancia de interés en una muestra líquida, comprendiendo el dispositivo: (a) una unidad que […]
Análisis biológico autónomo de alta densidad, del 1 de Julio de 2020, de BioFire Diagnostics, LLC: Recipiente para realizar reacciones de amplificación en un sistema cerrado que comprende una porción flexible que tiene una serie de blísteres […]
Estructuras para controlar la interacción de luz con dispositivos microfluídicos, del 3 de Junio de 2020, de Opko Diagnostics, LLC: Un sistema de ensayo múltiplex que comprende: un artículo que soporta ensayos en fase sólida, comprendiendo dicho artículo un sustrato plano rígido y comprendiendo […]
Uso de un estándar para la detección de agregados de proteínas de una enfermedad por plegamiento incorrecto de proteínas, del 27 de Mayo de 2020, de FORSCHUNGSZENTRUM JULICH GMBH: Uso de un estándar, que comprende una nanopartícula inorgánica con un tamaño de 2 a 200 nm, en cuya superficie ya sea mediante i) ácido carboxílico-espaciador-maleimida […]