PROCEDIMIENTO DE MODIFICACION QUIMICA DE SUPERFICIES DE PENTOXIDO DE TANTALO.
Procedimiento de modificación química de superficies de pentóxido de tántalo.
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la modificación de al menos una superficie de pentóxido de tántalo, caracterizado porque comprende, al menos, las siguientes etapas:a) la preparación de una disolución de al menos un organosilano que comprende en su estructura al menos un grupo seleccionado entre un grupo tiol, un grupo amino primario o secundario y un grupo isocianato o isotiocianato;b) la introducción en dicha disolución de la superficie de pentóxido de tántalo hasta obtenerse la superficie de pentóxido de tántalo modificada.Asimismo, será objeto de esta invención la aplicación de dichas superficies de pentóxido de tántalo modificadas, preferentemente, en dispositivos ópticos de detección basados en guías de onda y anclaje covalente de biomoléculas
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200902108.
Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: VALENCIA.
Inventor/es: MAQUIEIRA CATALA, ANGEL, PUCHADES PLA, ROSA, GONZALEZ PEDRO,MARIA VICTORIA, BAÑULS POLO,MARIA JOSE.
Fecha de Solicitud: 4 de Noviembre de 2009.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 3 de Febrero de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01N33/552 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. › Vidrio o sílice.
- G01N33/553 G01N 33/00 […] › Soporte metálico o recubierto de un metal.
Clasificación PCT:
- G01N33/552 G01N 33/00 […] › Vidrio o sílice.
- G01N33/553 G01N 33/00 […] › Soporte metálico o recubierto de un metal.
Fragmento de la descripción:
Procedimiento de modificación química de superficies de pentóxido de tántalo.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento de modificación química de superficies a base de pentóxido de tántalo (Ta2O5). La modificación es aplicable a cualquier tipo de superficie de óxido de tántalo como, por ejemplo, soportes sólidos para inmovilizar sustancias, tales como ácidos nucleicos o proteínas, con aplicación en el desarrollo de técnicas de detección basadas en guías de onda ópticas.
Antecedentes de la invención
La detección de ADN y ARN, así como de interacciones antígeno-anticuerpo con elevada sensibilidad es cada vez más interesante para el desarrollo de dispositivos de diagnóstico precoz como por ejemplo, en genómica, proteómica, detección de enfermedades, etc.
La tecnología de micromatrices (del inglés, microarrays), basada en la interacción receptor-analito, está reemplazando a los ensayos tradicionales que utilizan geles, filtros y columnas, por chips de diferentes materiales capaces de almacenar decenas de miles de sondas (secuencias de ácidos nucleicos, proteínas, etc.), que proporcionan información sobre los niveles de expresión génica, síntesis de proteínas, polimorfismos de un solo nucleótido (Single Nucleotide Polymorphisms o SNPs), fármacos, etc.
Las superficies empleadas para microarrays deben ser, preferentemente, planas y uniformes, de modo que permitan el anclaje de un elevado número, del orden de hasta centenares o miles, de sustancias dispuestas espacialmente. La detección y cuantificación de resultados se efectúa mediante fluorescencia o colorimetría y, en menor medida, por espectroscopia de masas, utilizando para ello sustancias funcionalizadas con un marcador adecuado. Los marcadores más frecuentes son fluoróforos con longitudes de onda de excitación en el UV/visible y emisiones entre 500 y 800 nm.
En este sentido, las tecnologías que emplean guías de onda planas se basan en la excitación del marcador fluorescente a través de un campo evanescente, con lo que la excitación y detección del fluoróforo se restringe a la superficie sensora, mientras que la señal debida a sustancias no ancladas o en disolución, no es detectada. Esto se traduce en un incremento significativo de la relación señal/ruido en comparación con los métodos de detección óptica convencionales. En definitiva, esta tecnología aprovecha la alta intensidad del campo y su confinamiento en la proximidad de las guías de onda, para proporcionar una detección altamente sensible y selectiva.
Las guías de onda planas consisten en una fina capa de un material con elevado Índice de refracción como pentóxido de tántalo u óxido de titanio, depositado en un soporte sólido, preferentemente transparente y con bajo índice de refracción (como vidrio o determinados polímeros).
Adaptar esta tecnología para aplicaciones analíticas, requiere inmovilizar sondas receptoras del analito de interés sobre la superficie de la guía de onda. Así, para mantener una alta sensibilidad y selectividad en los ensayos, es necesario desarrollar modificaciones químicas de la superficie de pentóxido de tántalo que permitan:
• una inmovilización estable de los elementos de reconocimiento biológico (ácidos nucleicos, proteínas, hidratos de carbono, receptores de membrana, etc.);
• el mantenimiento de una capacidad bioreceptora similar a la presentada en disolución;
• maximizar el número posible de sitios activos; y
• minimizar las adsorciones inespecíficas.
Hasta el momento, la mayor parte de las modificaciones químicas de óxidos metálicos que se han llevado a cabo se han centrado en la formación de SAMs (del inglés, Self Assembled Monolayers) sobre óxido de silicio (en adelante, SiO) mediante silanización con clorosilanos (Wang, Y., Lieberman, M., Langmuir, 2003, 19, 1159), y organosilanos (Rozlosnik, N., et al., Langmuir, 2003, 19, 1182).
La formación de SAMs sobre SiO con alquiltriclorosilanos fue introducida por primera vez por Bigelow en el año 1946 (Bigelow, W. C., et al., J. Colloid Sci., 1946, 1, 513) y posteriormente fue desarrollada por Maoz y Sagiv (Maoz, R., Sagiv, J. J. Colloid Sci., 1984, 100, 465). Desde entonces, la bibliografía recoge muchos trabajos acerca de la modificación química superficial de SiO principalmente mediante silanos, organometálicos y alcoholes (Böcking, T., et al., Langmuir, 2005, 21, 10522-10529).
En la última década, el empleo de esta química para la fabricación de biosensores ha sido muy desarrollada (Lee L. M., et al., Nanotechnology, 2006, 17, S29-S33).
Existen también técnicas alternativas para recubrir superficies de óxidos, entre las que cabe citar: ácidos hidroxámicos sobre óxidos de cobre, plata, titanio, aluminio, zirconio y hierro (Folkers, J.P., et al., Langmuir, 1995, 11, 813-824); ácidos carboxílicos sobre óxidos de aluminio (Aronoff, Y. G., et al., J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 259); ácidos fosfónicos sobre mica (Woodward, J. T., et al., Langmuir, 1996, 12, 3626), óxidos de circonio, titanio o silicio circonizado (Gao, W., et al., Langmuir, 1996, 12, 6429) y óxido de silicio (Midwood, K. S., et al., Langmuir, 2004, 20, 5501-5505).
En el caso del pentóxido de tántalo, sin embargo, se conocen pocas modificaciones superficiales dirigidas a la inmovilización de sondas. La más conocida se basa en el empleo de alean-fosfatos y alcan-fosfonatos ω-sustituidos, que han demostrado ser compuestos muy efectivos para la formación de SAMs sobre superficies de óxidos de metales de transición como óxido de titanio (Tosatti, S. et al, Langmuir, 2002), óxido de niobio y pentóxido de tántalo (Textor, M. et al. Langmuir, 2000, 16, 3257-3271).
Los grupos funcionales situados en el otro extremo de la cadena permiten la modificación de las propiedades de la superficie (hidrofobicidad, carga eléctrica, etc.), así como la adsorción o unión covalente de proteínas.
Otra alternativa interesante consiste en la adsorción de polímeros multifuncionales (polilisina, polietilenglicol) que permitan inmovilizar los elementos de captura requeridos para los ensayos.
El empleo de la alternativa de los fosfonatos está bien establecida para la fabricación de dispositivos basados en guías de onda planas. Sin embargo, para aplicaciones bioanalíticas, la búsqueda de nuevas alternativas para la superficie de Ta2O5 que mejoren las prestaciones de las hasta ahora empleadas basadas en fosfonatos, sigue teniendo una gran demanda.
Por tanto, es objeto de esta invención presentar un nuevo procedimiento de modificación de la superficie de pentóxido de tántalo con organosilanos, que permita la inmovilización de receptores para la realización de distintos tipos de ensayos como, por ejemplo, los basados en micromatrices (microarraying) de alta densidad (Rebecca L. et al., Chem. Biol., 2007, 2 (1), 24-30).
Gracias a este procedimiento, es posible obtener superficies con baja fluorescencia de fondo y alta capacidad de carga de muestra y al mismo tiempo, se consiguen mejorar otros procedimientos ya conocidos respecto a la sencillez del procedimiento, así como al número de etapas necesarias para conseguir la inmovilización del receptor.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la modificación de al menos una superficie de pentóxido de tántalo, caracterizado porque comprende, al menos, las siguientes etapas:
De manera particular, la superficie de pentóxido de tántalo...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de modificación de al menos una superficie de pentóxido de tántalo, caracterizado porque comprende, al menos, las siguientes etapas:
y donde, cuando el organosilano se trata de trimetoxililpropil etilendiamina, el procedimiento comprende una etapa adicional posterior al secado de tratamiento de la superficie de pentóxido de tántalo modificada con una disolución que comprende al menos un compuesto con al menos dos grupos isotiocianato.
2. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de pentóxido de tántalo se encuentra depositada sobre al menos una cara de un soporte sólido.
3. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte sólido se trata de un soporte de vidrio.
4. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el organosilano se trata de 3-mercaptopropil trietoxisilano.
5. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizado porque la disolución comprende de un 1 a un 4% de 3-mercaptopropil trietoxisilano y de un 2 a un 5% de agua en una mezcla 0,05 a 0,25M de ácido acético en metanol.
6. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque la disolución comprende de un 1 a un 4% de trimetoxisililpropil etilendiamina y de un 2 a un 5% de agua en una mezcla 0,05 a 0,25M de ácido acético en metanol.
7. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque la disolución que comprende al menos un compuesto con al menos dos grupos isocianato consiste en una disolución de un 0,5 a un 1% de p-fenilendiisotiocianato en un disolvente aprótico.
8. Superficie de pentóxido de tántalo modificada obtenible a partir de un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Uso de una superficie de pentóxido de tántalo modificada de acuerdo a la reivindicación 8 para la realización de ensayos.
10. Uso de una superficie de pentóxido de tántalo modificada, de acuerdo a la reivindicación 9, donde dichos ensayos consisten en ensayos de hibridación.
11. Uso de una superficie de pentóxido de tántalo modificada, de acuerdo a la reivindicación 9, donde dichos ensayos consisten en inmunoensayos.
12. Método de inmovilización de al menos una sustancia sobre una superficie de pentóxido de tántalo modificada de acuerdo a la reivindicación 8.
13. Método, de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizado porque dicha sustancia es un ácido nucleico.
14. Método, de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizado porque dicha sustancia es una proteína.
15. Método, de acuerdo a la reivindicación 12, donde dicha superficie de pentóxido de tántalo modificada comprende al menos un grupo tiol.
16. Método, de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizado porque la sustancia es un ácido nucleico cuya inmovilización se produce mediante la formación de enlaces covalentes entre la superficie de pentóxido de tántalo modificada y al menos un grupo tiol de dicho ácido nucleico.
17. Método, de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizado porque la sustancia es una proteína cuya inmovilización se produce mediante la formación de puentes disulfuro entre la superficie de pentóxido de tántalo modificada y al menos un residuo de cisteína de dicha proteína.
18. Soporte caracterizado porque comprende al menos una superficie de pentóxido de tántalo modificada de acuerdo a la reivindicación 8.
19. Soporte, de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque la superficie de pentóxido de tántalo depositada se encuentra formando una capa de 100 a 200 nm de espesor.
20. Soporte, de acuerdo a una de las reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado porque comprende, además, al menos una sustancia inmovilizada sobre dicho soporte.
21. Soporte, de acuerdo a la reivindicación 20, caracterizado porque dicha sustancia es una proteína o un ácido nucleico inmovilizada de manera biodisponible para el reconocimiento específico posterior de al menos un analito.
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