Biosensor con nanoparticulas metálicas.

Biosensor con nanopartículas metálicas.

La presente invención se refiere a un biosensor donde la detección del analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente producido por las nanopartículas al ser irradiadas con una fuente de luz externa.

Biosensor con nanopartículas metálicas.

Campo de la técnica

La presente invención se refiere al campo de la biotecnología, concretamente al campo de los biosensores, más concretamente al campo de los biosensores con nanopartículas metálicas como sistema de transducción de la señal.

Antecedentes de la invención En los últimos años los biosensores se han contemplado como alternativas analíticas a los métodos convencionales en diferentes campos. Un biosensor es un dispositivo de análisis compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (un anticuerpo, una sonda de DNA, o una célula...) preparado para detectar específicamente una sustancia aprovechando la especificidad de las interacciones biomoleculares y un transductor o sensor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y "traducirla" en una señal cuantificable, óptica o eléctrica. Las características más destacables de estos dispositivos, que los convierten en opciones altamente atractivas como herramientas analíticas son: su especificidad, alta sensibilidad, capacidad de respuesta que conduce a un corto tiempo de análisis, su capacidad de inclusión en sistemas integrados, facilidad de automatización, capacidad de trabajar en tiempo real, su versatilidad y bajo coste.

El avance en el campo de los biosensores se apoya en la experiencia adquirida durante años sobre las propiedades y capacidad de reconocimiento de diversas biomoléculas. Como elementos de reconocimiento se han utilizado numerosos instrumentos biológicos, desde los más simples como enzimas o anticuerpos, hasta los más complejos productos de la ingeniería genética. Por otro lado, los últimos avances en la microelectrónica, la nanotecnología y las propiedades únicas de determinados materiales han sido claves para este tipo de dispositivos.

A pesar de ello, los actuales métodos de sensado no siempre pueden responder a las demandas de fiabilidad y rapidez. El tiempo necesario para la realización del ensayo y la sensibilidad de la técnica son algunas de las limitaciones más importantes. Aunque el desarrollo de estos dispositivos se ha centrado principalmente en el campo del diagnóstico clínico; hoy en día está aumentado su interés en otros ámbitos de aplicación que incluyen el medioambiental, agroalimentario, químico, farmacéutico y militar.

La presente invención propone un nuevo biosensor basado en las propiedades de conversión de luz a calor de las partículas metálicas.

Breve descripción de la invención Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un biosensor que comprende:

a. Una molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana;

b. Un soporte con una superficie termosensible donde inmovilizar o donde se encuentra inmovilizada la molécula de reconocimiento de la etapa a) ;

c. Una fuente de luz externa;

d. Una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana; y

e. Una nanopartícula metálica que presenta banda de plasmón de superficie;

donde la detección del analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

En una realización preferida del primer aspecto de la invención, el biosensor comprende:

a. Una molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana, inmovilizada sobre un soporte con una superficie termosensible;

b. Una fuente de luz externa; y

c. Una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana, unida a la superficie de una nanopartícula metálica que presenta banda de plasmón de superficie;

donde la detección del analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un biosensor que comprende:

a. Una molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana;

b. Un soporte con una superficie termosensible;

c. Una fuente de luz externa;

d. Una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana, opcionalmente unida a una molécula etiqueta; y

e. Nanopartículas metálicas con banda de plasmón de superficie funcionalizadas con biomoléculas que reconocen específicamente a la biomolécula de detección o la molécula etiqueta con la que fue modificada la biomolécula de detección;

donde la detección del analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un biosensor tal y como se define en el segundo aspecto de la invención, que comprende:

a. Una molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana;

b. Un soporte con una superficie termosensible;

c. Una fuente de luz externa;

d. Una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana, unida a una o varias moléculas de biotina; y

e. Nanopartículas metálicas con banda de plasmón de superficie funcionalizadas con moléculas de estreptavidina, avidina o similares, que reconocen específicamente a las moléculas de biotina;

donde la detección del analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente, producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere a un biosensor tal y como se define en el segundo aspecto de la invención, que comprende:

a. Una molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana;

b. Un soporte con una superficie termosensible;

c. Una fuente de luz externa;

d. Una segunda molécula de reconocimiento donde la molécula es un anticuerpo (anticuerpo de detección) , capaz de reconocer el analito diana; y

e. Nanopartículas metálicas con banda de plasmón de superficie funcionalizadas con anticuerpos anti-Fc que se unen al anticuerpo de detección;

donde la detección del analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente, producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

En una realización particular de cualquiera de los aspectos de la invención, las moléculas de reconocimiento (biomoléculas de captura y detección) se seleccionan de la lista que consiste en anticuerpos, péptidos, enzimas, polisacáridos, ácidos nucleicos (ADN, ARN) , aptámeros o ácidos nucleicos peptídicos (PNAs) . Preferiblemente moléculas de DNA y anticuerpos.

En otra realización de cualquiera de los aspectos de la invención, la fuente de luz externa es un láser, donde el láser presenta una longitud de onda igual a la longitud de onda del máximo de la banda del plasmón de superficie de la nanopartícula metálica.

En otra realización de cualquiera de los dos aspectos de la invención, la nanopartícula metálica se selecciona de la lista que consiste en:

a. Nanopartículas de oro;

b. Nanopartículas de plata; o

c. Nanopartículas de cobre

Preferiblemente la nanopartícula metálica es un nanoprisma triangular de oro.

En otra realización de cualquiera de los dos aspectos de la invención, la superficie del soporte comprende un papel termosensible o una membrana de celulosa, nitrato de celulosa o acetato de celulosa. Preferiblemente, el papel termosensible presenta adherido un segundo soporte seleccionado de la lista que consiste en membranas de celulosa, nitrato de celulosa, acetato de celulosa, poliestireno, cerámica, silicio o vidrio.

Un quinto aspecto de la presente invención se refiere al uso de un biosensor según el primer aspecto de la invención, para la detección de un analito que comprende:

a. Añadir la muestra, donde está presente el analito a determinar, a un soporte que presente inmovilizada la molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de captura) ;

b. Incubar el soporte de la etapa a) con nanopartículas metálicas funcionalizadas... [Seguir leyendo]

1. Un biosensor adecuado para la detección visual de un analito, que comprende:

a. Una molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana;

b. Un soporte con una superficie termosensible donde inmovilizar la molécula de reconocimiento de la etapa a) ;

c. Una fuente de luz externa;

d. Una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana; y

e. Una nanopartícula metálica que presenta banda de plasmón de superficie y que da lugar al cambio de color en las zonas del soporte en que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

2. Un biosensor según la reivindicación 1, donde la molécula de reconocimiento (biomolécula de captura) , capaz de reconocer el analito diana, está inmovilizada sobre el soporte con una superficie termosensible y la nanopartícula metálica que presenta banda de plasmón de superficie está funcionalizada con una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana.

3. Un biosensor según la reivindicación 1, donde la segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) , capaz de reconocer el analito diana, está opcionalmente unida a al menos una molécula receptora y la nanopartícula metálica que presenta banda de plasmón de superficie está funcionalizada con al menos una molécula ligando capaz de unirse de forma selectiva a la molécula receptora.

4. Un biosensor según la reivindicación 3, donde la molécula receptora es biotina y la molécula ligando es avidina o estreptavidina o donde la molécula receptora es avidina o estreptavidina y la molécula ligando es biotina.

5. Un biosensor según la reivindicación 3, donde la segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) es un anticuerpo y la nanopartícula metálica que presenta banda de plasmón de superficie está funcionalizada con un anticuerpo anti-Fc capaz de reconocer la región Fc de la biomolécula de detección.

6. Un biosensor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde las moléculas de reconocimiento se seleccionan de la lista que consiste en anticuerpos, péptidos, enzimas, polisacáridos, ácidos nucleicos (DNA) , aptámeros o ácidos nucleicos peptídicos (PNAs) .

7. Un biosensor según reivindicación 6, donde las moléculas de reconocimiento son anticuerpos, DNAs o PNAs.

8. Un biosensor según reivindicaciones 1-7, donde la fuente de luz externa es una luz monocromática.

9. Un biosensor según reivindicaciones 1-8, donde la nanopartícula metálica se selecciona de la lista que consiste en:

a. Nanopartículas de oro

b. Nanopartículas de plata; o

c. Nanopartículas de cobre.

10. Un biosensor según la reivindicación 9, donde la nanopartícula metálica es un nanoprisma triangular de oro.

11. Un biosensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la superficie termosensible del soporte es un papel termosensible.

12. Un biosensor según la reivindicación 11 donde el papel termosensible se combina con un soporte seleccionado de la lista que consiste en membranas de celulosa, nitrato de celulosa, acetato de celulosa, poliestireno, cerámica, silicio o vidrio.

13. Procedimiento para la detección de un analito que comprende:

a. Añadir la muestra, donde está presente el analito a determinar, a un soporte que presente inmovilizada la molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de captura) ;

b. Incubar el soporte de la etapa a) con nanopartículas metálicas que presenten banda de plasmón de superficie funcionalizadas con una segunda molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de detección) ; y

c. Opcionalmente, colocar el soporte sobre una superficie termosensible si el soporte no comprendiese ya dicha superficie; e

d. Irradiar el soporte de la etapa b) o c) con la fuente de luz externa;

donde la detección de analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas de soporte en el que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

14. Procedimiento para la detección de un analito que comprende:

a. Añadir la muestra, donde está presente el analito a determinar, a un soporte que presente inmovilizada la molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de captura) ;

b. Incubar el soporte de la etapa a) con una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) del analito unida al menos a una molécula receptora;

c. Incubar el soporte de la etapa b) con nanopartículas metálicas que presenten banda de plasmón de superficie funcionalizadas con al menos una molécula ligando; y

d. Opcionalmente, colocar el soporte sobre una superficie termosensible si el soporte no comprendiese ya dicha superficie; e

e. Irradiar el soporte de la etapa c) o d) con la fuente de luz externa;

donde la detección de analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas de soporte en el que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, donde la molécula receptora es biotina y la molécula ligando es avidina o estreptavidina o donde la molécula receptora es avidina o estreptavidina y la molécula ligando es biotina.

16. Procedimiento para la detección de un analito que comprende:

a. Añadir la muestra, donde está presente el analito a determinar, a un soporte que presente inmovilizada la molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de captura) ;

b. Incubar el soporte de la etapa a) con una segunda molécula de reconocimiento (biomolécula de detección) que se trata de un anticuerpo de detección;

c. Incubar el soporte de la etapa b) con nanopartículas metálicas que presenten banda de plasmón de superficie funcionalizadas con anticuerpos anti-Fc; y

d. Opcionalmente, colocar el soporte sobre una superficie termosensible si el soporte no comprendiese ya dicha superficie; e

e. Irradiar el soporte de la etapa c) o d) con la fuente de luz externa;

donde la detección de analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas de soporte en el que el analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

17. Procedimiento para la detección de un analito que comprende:

a. Añadir a una muestra, donde esté presente el analito a determinar, nanopartículas metálicas que presenten banda de plasmón de superficie funcionalizadas con una segunda molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de detección) ;

b. Extraer el analito con las nanopartículas de la muestra de la etapa a) ;

c. Añadir la extracción de la etapa b, a un soporte que presente inmovilizada la molécula de reconocimiento del analito (biomolécula de captura) ;

d. Opcionalmente, colocar el soporte sobre una superficie termosensible si el soporte no comprendiese ya dicha5 superficie; e e. Irradiar el soporte de la etapa c) o d) con la fuente de luz externa;

donde la detección de analito se realiza de forma visual por el cambio de color en las zonas de soporte en el que el 10 analito esté presente producido por las nanopartículas metálicas al ser irradiadas con la fuente de luz externa.

18. Uso de un biosensor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, para la detección de aditivos, fármacos, microorganismos patógenos, componentes de los alimentos, pesticidas, compuestos tóxicos o en el análisis de la demanda bioquímica de oxígeno.

Fig. 1

Fig.2

Fig. 2a

Fig. 2b

Fig.3

Fig. 3a

Fig. 3b

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 5a

Fig. 5b

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 7a

Fig. 7b