Dispositivo óptico de detección química con transductor piroeléctrico o piezoeléctrico.

Un dispositivo (1) para detectar la energía generada mediante la desintegración no radiativa en un analito o un complejo o derivado del analito (2,

11) al irradiar con radiación electromagnética que comprende

una fuente de radiación (6) adaptada para generar una serie de pulsos de radiación electromagnética,

un transductor que tiene un elemento piroeléctrico o piezoeléctrico (3) y electrodos (4, 5) que es capaz de transducir la energía generada por el analito o un complejo o derivado del analito (2, 11) en una señal eléctrica,

al menos un reactivo (2, 12) proximal a la superficie del transductor (3); teniendo el reactivo (2, 12) un sitio de unión que es capaz de unirse con el analito o el complejo o el derivado del analito (2, 11),

un pocillo (9) para contener un líquido (10) que tiene el analito o un complejo o derivado del analito (2, 11) disuelto o suspendido en el mismo en contacto con el transductor (3),

un detector (7) que es capaz de detectar la señal eléctrica generada por el transductor (3), y un controlador (8) para controlar la fuente de luz (6) y el detector (7),

donde el detector (7) está adaptado para determinar el tiempo de retardo entre cada pulso de radiación electromagnética desde la fuente de radiación (6) y la generación de la señal eléctrica y donde el detector (7) está colocado para detectar solamente la señal eléctrica generada por el transductor (3) hasta un tiempo de retardo seleccionado para distinguir la concentración del analito o de un complejo o derivado del analito (2, 11) a diferentes distancias desde la superficie del transductor (3).

Dispositivo óptico de detección química con transductor piroeléctrico o piezoeléctrico La presente invención se refiere a un dispositivo de detección química que usa un transductor.

El control de analitos en solución, tales como compuestos biológicamente importantes en bioensayos, tiene una amplia aplicabilidad. En consecuencia, una amplia diversidad de dispositivos analíticos y para diagnóstico está disponible. Muchos dispositivos usan un reactivo que experimenta un cambio de color detectable por el ojo en presencia de las especies que se están detectando. El reactivo se lleva a menudo a una tira reactiva y se puede proporcionar la óptica para ayudar en la medida del cambio de color.

El documento WO 90/13017 desvela un elemento transductor termoeléctrico piroeléctrico o de otro tipo en forma de tira. Se proporcionan electrodos de película delgada y uno o más reactivos se depositan sobre la superficie del transductor. El reactivo experimenta un cambio colorimétrico selectivo cuando se pone en contacto con las especies que se están detectando. A continuación, el dispositivo se inserta típicamente en un detector en el que el transductor se ilumina normalmente desde abajo mediante una fuente de luz LED y la absorción de luz por el reactivo se detecta como calefacción microscópica en la superficie del transductor. La salida de señal eléctrica desde el transductor se procesa para derivar la concentración de las especies que se están detectando.

El sistema del documento WO 90/13017 proporciona el análisis de especies que producen un cambio de color en el reactivo en la reacción o combinación con el reactivo. Por ejemplo, los reactivos incluyen el pH y colorantes indicadores de metales pesados, reactivos (por ejemplo, o-cresol en solución de cobre amoniacal) para la detección de aminofenol en un ensayo de paracetamol, y un colorante de tetrazolio para la detección de una enzima oxidorreductasa en un ensayo inmunosorbente ligado a enzimas (ELISA) . Sin embargo, mientras que este sistema es útil en determinadas aplicaciones, se ha considerado adecuado solamente para análisis donde la especies que se está analizando genera un cambio de color en el reactivo ya que es el reactivo que está situado en la superficie del transductor. Por lo tanto, este sistema no se puede aplicar al análisis de especies que no causan un cambio de color en el reactivo o cuando el cambio de color no está en la superficie del transductor. En el campo de bioensayos, ésto le da al sistema una aplicabilidad limitada.

J.D. Wright et al, Sensors and Actuators B 51 (1998) 121-130 desvela un sistema de control químico medioambiental y ocupacional basado en una placa de película polimérica piezoeléctrica. Los cambios de color en los puntos reactivos sobre la película de polímero se miden por iluminación con un LED intermitente. La desintegración no radiativa es transducida por la película polimérica piezoeléctrica hasta una carga que se mide usando un amplificador síncrono. El estudio adicional de los factores genéticos en este sistema de control se establece en C.A. Gibson et al, Sensors and Actuators B 51 (1998) 238-243.

El documento FR 2 715 226 desvela una disposición para el análisis fototérmico de un material con una estructura en capas para determinar un parámetro físico de una de estas capas. La disposición incluye un sensor piroeléctrico en contacto térmico con las capas.

En consecuencia, la presente invención proporciona un dispositivo para detectar la energía generada por la desintegración no radiativa en un analito o un complejo o derivado del analito al irradiar con radiación electromagnética que comprende una fuente de radiación adaptada para generar una serie de pulsos de radiación electromagnética, un transductor que tiene un elemento piroeléctrico o piezoeléctrico y electrodos que es capaz de transducir la energía generada por el analito o complejo o derivado del analito en una señal eléctrica, al menos un reactivo proximal a la superficie del transductor, reactivo que tiene un sitio de unión que es capaz de unirse al analito o al complejo o derivado del analito, un pocillo para contener un líquido que tiene el analito o un complejo o derivado del analito disuelto o suspendido en el mismo en contacto con el transductor, un detector que es capaz de detectar la señal eléctrica generada por el transductor, y un controlador para controlar la fuente de luz y el detector, donde el detector está adaptado para determinar el tiempo de retardo entre cada pulso de radiación electromagnética desde la fuente de radiación y la generación de la señal eléctrica y donde el detector está colocado para detectar solamente la señal eléctrica generada por el transductor hasta un tiempo de retardo seleccionado para distinguir la concentración del analito o de un complejo o derivado del analito a diferentes distancias desde la superficie del transductor.

La presente invención se basa en el descubrimiento por el solicitante de que la energía, típicamente calor, generada por la desintegración no radiativa en una sustancia al irradiar con radiación electromagnética, denominada en el presente documento "luz", se puede detectar con un transductor incluso cuando la sustancia no está en contacto con el transductor y además, que el tiempo de retardo entre la irradiación con radiación electromagnética y la señal eléctrica producida por el transductor es una función de la distancia de la sustancia desde la superficie de la película. Este hallazgo tiene una amplia aplicabilidad en los campos de los ensayos y el control.

La presente invención también proporciona un método para detectar un analito o un complejo o derivado del analito disuelto o suspendido en una muestra líquida, que comprende las etapas de exponer la muestra líquida a un transductor que tiene un elemento piroeléctrico o piezoeléctrico y electrodos que es capaz de transducir un cambio en la energía a una señal eléctrica, transductor que tiene al menos un reactivo proximal al mismo, reactivo que tiene un sitio de unión que es capaz de unirse al analito o al complejo o derivado del analito, siendo capaces el analito o el complejo o derivado del analito de absorber la radiación electromagnética generada por una fuente de radiación para generar energía mediante desintegración no radiativa; irradiar el reactivo con una serie de pulsos de radiación electromagnética, transducir la energía generada en una señal eléctrica; detectar la señal eléctrica y el tiempo de retardo entre cada pulso de radiación electromagnética desde la fuente de radiación y la generación de la señal eléctrica, donde el tiempo de retardo entre cada uno de los pulsos de radiación electromagnética y la generación de la señal eléctrica corresponde a la posición del analito o de un complejo o derivado del analito en una cualquiera o más posiciones a diferentes distancias desde la superficie del transductor y donde el tiempo de retardo se selecciona para distinguir la concentración del analito o de un complejo o derivado del analito a diferentes distancias desde la superficie del transductor.

Las realizaciones preferentes de la presente invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos, en los que la Figura 1 muestra una representación esquemática del dispositivo de detección química de la presente invención; la Figura 2 muestra un inmunoensayo de tipo sándwich que usa el dispositivo de la presente invención; la Figura 3 muestra un gráfico del valor lector frente al tiempo para (a) un anticuerpo marcado en una película piezoeléctrica y (b) un anticuerpo marcado en solución, siendo ambos reforzados por deposición catalítica de plata metálica; la Figura 4 muestra los resultados del ensayo de tipo sándwich que usa un anticuerpo marcado con oro coloidal que está potenciado por deposición catalítica de plata metálica sobre la superficie de la película piezoeléctrica; la Figura 5 muestra los resultados de un ensayo de tipo sándwich que usa un anticuerpo marcado con oro seguido de la deposición de plata metálica sobre la superficie de la película piezoeléctrica usando cinco concentraciones de analito diferentes; la Figura 6 muestra un gráfico de los recuentos frente al espesor de la película que demuestran transferencia de energía a través de una capa de color por encima de una capa incolora que transfiere energía a una película piezoeléctrica; y la Figura 7 muestra un gráfico de los recuentos frente al retardo de correlación que demuestran transferencia de energía a través de la capa de color y de una capa sin colorear que transfiere energía a la película piezoeléctrica.

La Figura 1 muestra una parte de un dispositivo de detección química I de acuerdo con la presente invención... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (1) para detectar la energía generada mediante la desintegración no radiativa en un analito o un complejo o derivado del analito (2, 11) al irradiar con radiación electromagnética que comprende una fuente de radiación (6) adaptada para generar una serie de pulsos de radiación electromagnética, un transductor que tiene un elemento piroeléctrico o piezoeléctrico (3) y electrodos (4, 5) que es capaz de transducir la energía generada por el analito o un complejo o derivado del analito (2, 11) en una señal eléctrica, al menos un reactivo (2, 12) proximal a la superficie del transductor (3) ; teniendo el reactivo (2, 12) un sitio de unión que es capaz de unirse con el analito o el complejo o el derivado del analito (2, 11) , un pocillo (9) para contener un líquido (10) que tiene el analito o un complejo o derivado del analito (2, 11) disuelto o suspendido en el mismo en contacto con el transductor (3) , un detector (7) que es capaz de detectar la señal eléctrica generada por el transductor (3) , y un controlador (8) para controlar la fuente de luz (6) y el detector (7) , donde el detector (7) está adaptado para determinar el tiempo de retardo entre cada pulso de radiación electromagnética desde la fuente de radiación (6) y la generación de la señal eléctrica y donde el detector (7) está colocado para detectar solamente la señal eléctrica generada por el transductor (3) hasta un tiempo de retardo seleccionado para distinguir la concentración del analito o de un complejo o derivado del analito (2, 11) a diferentes distancias desde la superficie del transductor (3) .

2. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1, donde el reactivo es un anticuerpo (12) y el analito es un antígeno (11) .

3. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 2, donde el complejo o derivado del analito (2, 11) es un complejo con un anticuerpo marcado (13a) .

4. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 2, donde el analito (2, 11) es un antígeno marcado y la señal eléctrica detectada por el detector (7) es inversamente proporcional a la presencia de un antígeno sin marcar en la muestra.

5. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 3 o 4, donde el anticuerpo marcado (13a, 13b) o el antígeno está marcado con una marca seleccionada entre una molécula de colorante, una partícula de oro, una partícula de polímero coloreado, una molécula fluorescente, una enzima, un glóbulo rojo, una molécula de hemoglobina, una partícula magnética y una partícula de carbono.

6. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1, donde el reactivo (2, 12) es un primer ácido nucleico y el analito (2, 11) es un segundo ácido nucleico y el primer y el segundo ácidos nucleicos son complementarios.

7. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1, donde el reactivo (2, 12) contiene avidina o derivados de la misma y el analito (2, 11) contiene biotina o derivados de la misma, o viceversa.

8. Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, donde el tiempo de retardo es de al menos 5 milisegundos, preferentemente de al menos 10 milisegundos.

9. Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, donde la radiación electromagnética es luz, preferentemente luz visible.

10. Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, donde el reactivo (2, 12) es adsorbido sobre el transductor (3) .

11. Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, que comprende adicionalmente una cámara para almacenar uno o más reactivos adicionales.

12. Un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 11, donde el reactivo adicional es un anticuerpo marcado para producir el complejo o derivado del analito formado posteriormente.

13. Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, donde la frecuencia de los pulsos de la radiación electromagnética es 2-50 Hz.

14. Un método para detectar un analito o un complejo o derivado del analito (2, 11) disuelto o suspendido en una muestra líquida, que comprende las etapas de exponer la muestra líquida a un transductor (3) que tiene un elemento piroeléctrico o piezoeléctrico y electrodos (4, 5) que es capaz de transducir un cambio de energía a una señal eléctrica, teniendo la superficie del transductor (3) al menos un reactivo (2, 12) proximal al mismo, teniendo el reactivo (2, 12) un sitio de unión que es capaz de unirse al analito o a un complejo o derivado del analito (2, 11) , el analito o el complejo o el derivado del analito (2, 11) siendo capaz de absorber la radiación electromagnética generada por la fuente de radiación (6) para generar energía mediante desintegración no radiativa; irradiar el reactivo (2, 12) con una serie de pulsos de radiación electromagnética,

transducir la energía generada en una señal eléctrica; detectar la señal eléctrica y el tiempo de retardo entre cada pulso de radiación electromagnética desde la fuente de radiación (6) y la generación de la señal eléctrica, donde el tiempo de retardo entre cada uno de los pulsos de radiación electromagnética y la generación de la señal eléctrica corresponde a la posición del analito o de un complejo o derivado del analito (2, 11) en cualquiera de una o más posiciones a distancias diferentes desde la superficie del transductor (3) y donde el tiempo de retardo está seleccionado para distinguir la concentración del analito o de un complejo o derivado del analito (2, 11) a diferentes distancias desde la superficie del transductor (3) .

15. Un método como se reivindica en la reivindicación 14, donde el reactivo es un anticuerpo (12) y el analito es un antígeno (11) .

16. Un método como se reivindica en la reivindicación 15, donde el complejo o el derivado del analito (2, 11) es un complejo con un anticuerpo marcado (13a) .

17. Un método como se reivindica en la reivindicación 15, donde el analito (2, 11) es un antígeno marcado y la señal eléctrica detectada por el detector (7) es inversamente proporcional a la presencia de un antígeno sin marcar en la muestra.

18. Un método como se reivindica en la reivindicación 16 o 17, donde el anticuerpo marcado (13a, 13b) o el antígeno está marcado con una marca seleccionada entre una molécula de colorante, una partícula de oro, una partícula de polímero coloreado, una molécula fluorescente, una enzima, un glóbulo rojo, una molécula de hemoglobina, una partícula magnética y una partícula de carbono.

19. Un método como se reivindica en la reivindicación 14, donde el reactivo (2, 12) es un primer ácido nucleico y el analito es un segundo ácido nucleico y el primer y el segundo ácidos nucleicos son complementarios.

20. Un método como se reivindica en la reivindicación 14, donde el reactivo (2, 12) contiene avidina o derivados de la misma y el analito contiene biotina o derivados de la misma, o viceversa.

21. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, donde el método se realiza sin retirar la muestra del transductor (3) entre las etapas de exponer la muestra al transductor (3) e irradiar el reactivo.

22. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, donde la frecuencia de los pulsos de radiación electromagnética es 2-50 Hz.