Dispositivo del tipo de una cámara electroquímica así como procedimiento para la producción y la utilización del dispositivo.

Dispositivo para verificar sustancias químicas o bioquímicas en líquidos (1) con un primer y un segundo portador(2,

4), en donde una superficie del primer portador (2) comprende una matriz de sensores con varios sensoreselectroquímicos (3), y en donde el segundo portador presenta una capa porosa (4) con al menos una regiónfuncional (5), en la que están inmovilizadas moléculas de retención (8) que enlazan específicamente, en donde la almenos una región funcional (5) está dispuesta de forma directamente adyacente al menos a una región no funcional(6), y en donde la superficie del primer portador (2) y la capa porosa del segundo portador (4) están mutuamente encontacto directa o indirectamente, a través de un medio líquido, caracterizado porque a la al menos una regiónfuncional (5) y a la al menos una región no funcional (6) están asociados en cada caso varios sensores (10) de lamatriz de sensores (3).

Dispositivo del tipo de una cámara electroquímica así como procedimiento para la producción y la utilización del dispositivo.

La presente invención se refiere a un dispositivo del tipo de una cámara electroquímica para la verificación de sustancias químicas o bioquímicas en líquidos, así como a un procedimiento para la producción del dispositivo y su utilización.

La verificación de sustancias en líquidos tiene cada vez más importancia tanto en la química como en la bioquímica. Con ello se usan de forma creciente sensores electroquímicos, como por ejemplo se conoce del documento DE 10 2004 019 357 A1, que están dispuestos por motivos de espacio sobre un portador en forma de una matriz. Posibles materiales para los portadores son materiales semiconductores, como por ejemplo silicio Si, germanio Ge o arseniuro de galio GaAs. Si se usan estos materiales, la técnica de semiconductores hace posible la integración de circuitos para el tratamiento de señales y la valoración de las señales de los sensores electroquímicos sobre el mismo portador, sobre el cual se encuentra la matriz de sensores.

Debido a que el material portador Si, Ge o GaAs es caro y complicado de producir, se intenta configurar las estructuras como por ejemplo sensores lo más pequeñas posibles. Con ello es necesario prestar atención a que se garantice un modo de funcionamiento fiable. Normalmente un sensor se compone de electrodos interdigitales en forma de dedo, con una anchura estructural mínima en el margen de los micrómetros. Como materiales de electrodos se plantean entre otros oro, platino, plata/cloruro de plata u otros materiales. Los sensores están dispuestos normalmente sobre la superficie del portador, con separaciones entre ellos en un margen de unos cientos de nanómetros hasta varios milímetros.

Para poder verificar electroquímicamente sustancias químicas o bioquímicas en un líquido los electrodos se recubren con moléculas, que interactúan con las sustancias. La interacción se verifica electroquímicamente, directa o indirectamente. Diferentes sensores están recubiertos con diferentes moléculas, de tal modo que en el líquido pueden verificarse diferentes sustancias químicas o bioquímicas.

El recubrimiento de los sensores o de electrodos aislados se realiza con frecuencia mediante moteado de molecúlas sobre los sensores. Sin embargo, conforme disminuye el tamaño estructural de los sensores y electrodos, esto se hace cada vez más complicado. En el caso de tamaños de electrodos en el margen de nanómetros un recubrimiento ya no puede realizarse mediante moteado. Se utilizan procedimientos caros y complicados como por ejemplo fotolitografía, para aplicar sobre los electrodos moléculas específicas. Es necesario un ajuste preciso de las instalaciones durante el recubrimiento, lo que hace propenso a los fallos y caro el procedimiento de producción de las matrices de sensores.

La tarea de la presente invención consiste en indicar un procedimiento que, en comparación con el estado de la técnica, pueda producirse de forma más sencilla y barata. En especial la tarea de la invención consiste en indicar un procedimiento, en el que pueda prescindirse de un ajuste complicado durante una puesta en unión de las moléculas para verificar sustancias químicas o bioquímicas. Asimismo la tarea de la invención consiste en indicar un procedimiento para producir el dispositivo y una utilización del dispositivo, en los que sin un ajuste complicado, con ayuda de moléculas que enlazan específicamente con las sustancias a verificar, los sensores puedan llevarse a una unión directa o indirecta con las moléculas, por ejemplo a través del líquido, y a la hora de verificar los sensores puedan verificar específicamente las sustancias electroquímicamente.

La tarea indicada es resuelta con relación al dispositivo con las particularidades de la reivindicación 1, con relación al procedimiento para producir el dispositivo con las particularidades de la reivindicación 15 y con relación a la utilización del dispositivo con las particularidades de la reivindicación 17.

De las reivindicaciones dependientes asociadas en cada caso se deducen configuraciones ventajosas del dispositivo conforme a la invención, del procedimiento conforme a la invención y de la utilización conforme a la invención. Con ello las particularidades de las reivindicaciones siguientes pueden combinarse con particularidades de una reivindicación subordinada asociada en cada caso o, de forma preferida, también con particularidades de varias reivindicaciones subordinadas asociadas.

El dispositivo conforme a la invención para verificar sustancias químicas o bioquímicas en líquidos presenta un primer portador y un segundo portador. Una superficie del primer portador comprende una matriz de sensores con varios sensores electroquímicos. El segundo portador presenta una capa porosa con al menos una región funcional, en la que están inmovilizadas moléculas de retención que enlazan específicamente. La al menos una región funcional está dispuesta de forma directamente adyacente al menos a una región no funcional. La superficie del primer portador y la capa porosa del segundo portador están mutuamente en contacto directa o indirectamente, a través de un medio líquido. A la al menos una región funcional y a la al menos una región no funcional están asociados en cada caso varios sensores de la matriz de sensores.

Mediante la disposición de los sensores en forma de matriz sobre el primer portador y mediante la asociación en cada caso de varios sensores al menos a una región funcional y al menos a una región no funcional del segundo portador, durante una medición electroquímica es posible diferenciar con resolución espacial entre diferentes regiones. Puede prescindirse de un ajuste exacto del primer portador con relación al segundo durante una puesta en contacto.

Durante la introducción del líquido con sustancias a verificar en el segundo portador y durante una medición electroquímica con ayuda de los sensores de la matriz de sensores, los sensores que están en contacto con una región funcional producen una señal de medición más intensa. Esto es causado por la interacción entre las sustancias a verificar y las moléculas de retención. Los sensores que están en contacto con regiones no funcionales no producen ninguna señal o sólo una pequeña pequeña, normal para las reacciones secundarias.

Cuantos más sensores estén asociados a las respectivas regiones, con mayor precisión podrá realizarse la resolución espacial de las regiones y la asociación de las reacciones químicas o bioquímicas a regiones. La resolución es análoga a la resolución de una cámara óptica. Con un mayor número de pixeles ópticamente activos de una cámara óptica se consigue una mayor resolución de una imagen óptica captada. No es necesario un ajuste exacto de la cámara sobre el objeto a captar. Los valores de luminosidad o color de los pixeles de la imagen captada producen en el examen total unos contornos del objeto, con los éste puede identificarse claramente dentro de la imagen. Después de la identificación del objeto, es decir la diferenciación del fondo, pueden valorarse con mayor precisión sus características.

Análogamente a la cámara óptica funciona el dispositivo conforme a la invención, el cual puede denominarse cámara electroquímica. En cada caso a una región están asociados varios sensores. Las reacciones químicas o bioquímicas en la región respectiva son medidas por varios sensores y reproducidas. Las reacciones muy diferentes en una región funcional en comparación con una región no funcional conducen a señales en los sensores asociados a regiones no funcionales, que son diferentes a las señales, medidas en sensores asociados a una región no funcional. Mediante la disposición de los sensores en forma de matriz y el conocimiento ligado a ello de su posición espacial sobre el primer portador, mediante la asociación de los sensores a las regiones, puede diferenciarse entre la posición de diferentes regiones. A través de la disposición espacial de los sensores sobre el primer portador puede establecerse la posición espacial de las regiones en la capa porosa del segundo portador.

La capa porosa del segundo portador del dispositivo conforme a la invención presenta, de forma especialmente preferida, al menos dos regiones funcionales diferentes, distanciadas entre sí espacialmente. Con ello puede diferenciarse al menos una región de al menos otra región, en cuanto a sus moléculas de retención. Por medio de esto se hace posible la verificación de diferentes sustancias químicas o bioquímicas.

Se obtienen una estructura especialmente sencilla del dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para verificar sustancias químicas o bioquímicas en líquidos (1) con un primer y un segundo portador (2, 4) , en donde una superficie del primer portador (2) comprende una matriz de sensores con varios sensores electroquímicos (3) , y en donde el segundo portador presenta una capa porosa (4) con al menos una región funcional (5) , en la que están inmovilizadas moléculas de retención (8) que enlazan específicamente, en donde la al menos una región funcional (5) está dispuesta de forma directamente adyacente al menos a una región no funcional (6) , y en donde la superficie del primer portador (2) y la capa porosa del segundo portador (4) están mutuamente en contacto directa o indirectamente, a través de un medio líquido, caracterizado porque a la al menos una región funcional (5) y a la al menos una región no funcional (6) están asociados en cada caso varios sensores (10) de la matriz de sensores (3) .

2. Dispositivo (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa porosa (4) presenta al menos dos regiones funcionales (5) diferentes, distanciadas entre sí espacialmente, en donde en especial se diferencia al menos una región de al menos otra región, en cuanto a sus moléculas de retención (8) .

3. Dispositivo (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque cada sensor (10) de la matriz de sensores (3) presenta una superficie activa y las superficies activas de los sensores están dispuestas en un primer plano, y superficies de las al menos dos regiones funcionales (5) configuran un segundo plano, que está dispuesto enfrente del primer plano, en donde en cada caso la superficie de una región funcional (5) en el segundo plano es mayor que la suma de las superficies de sensores (10) presentes en el primer plano, que están asociados en cada caso a la región funcional (5) .

4. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las moléculas de retención (8) están inmovilizadas en el material poroso, distribuidas tridimensionalmente en el espacio.

5. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores (10) presentan un perímetro rectangular, en especial cuadrado y/o están dispuestos en forma de una matriz de pixeles, regularmente sobre la superficie del primer portador (2) .

6. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque regiones funcionales (5) distanciadas en forma de un matriz están dispuestas en y/o sobre la capa porosa (4) , con un número m de diferentes regiones funcionales (5) con una separación espacial fundamentalmente igual en cada caso mutua.

7. Dispositivo (1) según la reivindicación 6, caracterizado porque la matriz de sensores (3) presenta un número de n sensores (10) , que están asociados a regiones funcionales (5) , y el número n de sensores (10) asociados a regiones funcionales (5) es x veces el número m de regiones funcionales (5) , siendo x mayor que o igual a dos.

8. Dispositivo (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque el número m de regiones funcionales (5) es de 8 y el número n de sensores (10) es de 32, y a cada región funcional (5) están asociados 4 sensores (10) , o porque el número m de regiones funcionales (5) es de 24 y el número n de sensores (10) de 384, y a cada región funcional (5) están asociados 16 sensores (10) , o el número m de regiones funcionales (5) es de 8 a 24 y el número n de sensores (10) es de 32 a 384.

9. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las regiones funcionales (5) están configuradas en forma de tiras o barras, en especial barras paralelepipédicas, que se limitan mediante dos superficies de corte fundamentalmente paralelas, distanciadas entre sí, a lo largo de ejes de sección transversal de la capa porosa (4) a través de la capa porosa (4) .

10. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores (10) están estructurados con electrodos interdigitales y/o están estructurados con electrodos de oro no recubiertos.

11. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa porosa del segundo portador (4) comprende una membrana, en especial de celulosa, nitro-celulosa, papel de lateral-flow o un tejido.

12. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa porosa (4) tiene la forma de una hoja, en especial la forma de una tira de papel.

13. Dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las moléculas de retención (8) comprenden anticuerpos o antígenos, aptámeros, fragmentos de DNA, fragmentos de RNA, o péptidos.

14. Procedimiento para la producción de un dispositivo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque sobre un primer portador (2) , con una matriz de sensores (3) que está estructurada con varios sensores electroquímicos (10) , se aplica un segundo portador, en donde el segundo portador comprende al menos

una región funcional (5) en o sobre una capa porosa (4) , en la que están inmovilizadas moléculas de retención (8) que enlazan específicamente, y en donde la al menos una región funcional (5) se dispone directamente de forma adyacente al menos a una región no funcional (6) en o sobre la capa porosa (4) , y en donde mediante la aplicación se asocian a la al menos una región funcional (5) y a la al menos una región no funcional (6) en cada caso varios sensores (10) de la matriz de sensores (3) .

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque la al menos una región funcional (5) se introduce en un primer paso en la capa porosa (4) mediante dispensación, presión y/o moteado, y en un segundo paso, temporalmente subsiguiente, la capa porosa (4) se lleva a unión directa o indirecta con la matriz de sensores (3) del primer portador (2) , en especial mediante la colocación del segundo portador sobre el primer portador (2) , y al

introducir liquido en la capa porosa (4) , la al menos una región funcional (5) y la al menos una región no funcional (6) , en cada caso con los varios sensores (10) asociados, entran en unión mutua a través del líquido.

16. Utilización de un dispositivo (1) según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque se aplica un líquido con sustancias a verificar (9) sobre un segundo portador (2) , el cual comprende una capa porosa (4) con al menos una región funcional (5) , en la que están inmovilizadas moléculas de retención (8) que enlazan 15 específicamente para enlazar con las sustancias a verificar (9) , en donde la al menos una región funcional (5) está dispuesta directamente de forma adyacente al menos a una región no funcional (6) en la capa porosa (4) , y el líquido es transportado en especial mediante fuerzas capilares, al menos parcialmente, a través de la capa porosa (4) , en donde las sustancias a verificar (9) enlazan específicamente con las moléculas de retención (8) , y con ayuda de sensores (10) de una matriz de sensores (3) sobre un segundo portador, que están asociados a la al menos una región funcional (5) , las sustancias enlazadas (9) se verifican electroquímicamente directa o indirectamente, y en donde los sensores (10) de la matriz de sensores (3) sobre el segundo portador, que están asociados a la al menos una región no funcional (6) , verifican que en la región no funcional (6) no se ha enlazado ninguna sustancia a verificar (9) .