Disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química.

Disposición de medición (1) para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química,

que comprende un soporte de muestra (2) con un estrato de soporte (3) y un estrato de muestra (4), un sensor fotosensible (5) con una multitud de fotodetectores (6) sobre un cuerpo sustentador y con una capa de cubierta (7) transparente dispuesta sobre los fotodetectores (6), presentando el estrato de soporte (3) una sección de emisión (22), una unidad microfluídica (10) y un depósito colector (24), estando unida la sección de emisión (22) a través de la unidad microfluídica (10) con el depósito colector (24) y comprendiendo la unidad microfluídica (10) un canal (23) y presentando el estrato de muestra (4) un lado de análisis (8) y, frente al mismo, un lado de salida de luz (14), estando dispuestas en el lado de análisis (8) separadas unas de otras en una dirección longitudinal del estrato de muestra (2) múltiples secciones de ensayo (9) y estando dispuesto el estrato de muestra (4) con el lado de análisis (8) de tal manera sobre el estrato de soporte (3) que las secciones de ensayo (9) están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica (10) y estando dispuesto el soporte de muestra (2), de forma que se puede soltar, en un dispositivo de alojamiento (20), de tal manera que el lado de salida de luz (14) está dirigido hacia el sensor fotosensible (5) y las secciones de ensayo (9) están dispuestas sobre los fotodetectores (6), siendo la separación (11) entre las secciones de ensayo (9) y los fotodetectores (6) menor de 700 μm e incidiendo al menos el 99,5 % de la radiación electromagnética que parte de una sección de ensayo (9) y que incide sobre el sensor fotosensible (5) sobre como máximo tres fotodetectores (6).

Disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química La invención se refiere a una disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química.

En el caso de una reacción química se puede producir, como resultado de la reacción, un cambio de color o una modificación de la transmisión, además es posible que, a causa de la reacción química, se produzca una emisión de radiación electromagnética. En el procedimiento de medición que se aplica aquí, una muestra que debe analizarse, que está presente la mayoría de las veces en forma líquida, dentro de una unidad microfluídica se mueve pasando al lado de al menos una sección de ensayo, produciéndose, en caso de presencia de un analito en la muestra y un reactivo respectivamente correspondiente en la sección de ensayo, una reacción química que se manifiesta en un cambio de la transmitancia de la sección de ensayo o en la emisión de radiación electromagnética de la sección de ensayo.

Para la evaluación del resultado de la reacción que está directamente relacionado con la presencia cuantitativa del analito en la muestra, es sabido cómo registrar la sección ensayo con un sensor fotosensible y evaluar el comportamiento en el tiempo de la señal óptica registrada. Ya que los efectos ópticos que deben evaluarse con frecuencia resultan solo muy reducidos, es de particular importancia que el detector óptico presente una elevada sensibilidad para conseguir, de este modo, la mayor relación de señal a ruido (SNR) posible, lo que da como resultado, a su vez, directamente un umbral de registro (LOD) lo más reducido posible. En dispositivos de evaluación conocidos, delante de la sección de ensayo se dispone un conjunto de fotodiodos, registrándose una sección de ensayo por varios fotodetectores, por ejemplo, de 5 a 7 fotodetectores. Sin embargo, esto tiene la desventaja de que se reduce la radiación electromagnética correspondiente a cada fotodetector individual y, por tanto, la señal incidente o registrada con frecuencia solo es ligeramente mayor que el ruido propio inevitable del fotodetector, por lo que, por tanto, se produce una SNR muy pequeña. Para conseguir una resolución lo más elevada posible con un umbral de detección al mismo tiempo muy reducido, en cualquier caso es desventajoso que la señal de una sección de ensayo se reparta en varios fotodetectores. Además, también es desventajoso que la reacción óptica, una modificación de la transmitancia o una luminiscencia, a causa de efectos de dispersión incida en fotodetectores adyacentes, es decir, no en los asignados originalmente a la sección de ensayo relevante.

Por ejemplo, el documento WO 02/08458 A1 desvela un procedimiento para la detección con resolución espacial de radiación electromagnética. Para esto se desvela disponer un sensor de superficie fotoeléctrico formador de imágenes con una separación lo más reducida posible con respecto a la superficie del biochip, de tal manera que la radiación electromagnética que parte de una zona de la superficie del biochip se puede asignar de forma inequívoca a una zona determinada del sensor de superficie. Por ello se consigue que a cada elemento fotoselectivo del sensor de superficie esté asignada una zona definida del biosensor y, por tanto, el correspondiente elemento no se tenga que apantallar contra luz de dispersión de zonas adyacentes del sensor de superficie. Esto, mediante evaluación de la señal de reacción óptica, posibilita una asignación en el espacio inequívoca de la sustancia a un elemento de campo del biochip. Gracias a la proximidad en el espacio directa de generación de señal y detección es posible prescindir de cualquier tipo de óptica de reproducción. En una forma de realización preferente se aplica el biochip directamente sobre la superficie del sensor. En otra realización se dispone entre el sensor de superficie y el biochip un separador y, por ello, se define un espacio de reacción. Para la detección se usan típicamente sensores planos con más de 10.000 píxeles, realizándose gracias al contacto directo o la separación muy reducida entre el sensor de superficie y la superficie del biochip una especie de exposición de contacto. Debido a la disposición directa sobre la superficie del sensor o gracias a la disposición separada para la formación de un espacio de reacción se produce la contaminación del sensor de superficie con material de muestra, de tal manera que el sensor de superficie o todo el sistema de detección en el que está integrado el sensor de superficie se tiene que lavar y secar después de la medición para poder volverse a usar de nuevo. Si entre el sensor de superficie y el biochip está previsto un espacio de reacción, se consigue una capacidad de resolución espacial de 20 μm o mejor. En caso de un contacto directo de sensor de superficie y biochip, la capacidad de resolución se corresponde con el tamaño de píxeles del sensor. La separación entre la superficie del biochip y el sensor de superficie está seleccionada de tal manera que cada elemento de píxel del sensor recibe esencialmente solo luz de zonas directamente opuestas del biochip. Por tanto, la separación entre sensor de superficie y biochip no debería ser sustancialmente mayor que la longitud de cantos de un píxel del sensor de superficie.

Por el documento US 2003/0235924 A1 es conocido un dispositivo espectroscópico en el que están configurados de forma integrada la unidad optoelectrónica y la unidad microfluídica. También este dispositivo trabaja sin un sistema de lentes entre la unidad microfluídica y el sistema de detector. A este respecto, el dispositivo de toma de muestras está configurado de tal manera que la muestra que debe analizarse está dispuesta con una separación de hasta 50 veces la dimensión del píxel. La máxima resolución del sistema de detector se determina por el tamaño del píxel y, por ello, asciende a menos de 10 μm. Por ejemplo, la superficie activa de un píxel puede ser de 3 μm x 3 μm. La unidad microfluídica puede estar dispuesta, por ejemplo, directamente en el sistema de detector, con o sin un estrato intermedio, además, la unidad microfluídica puede estar dispuesta también en proximidad directa.

Por el documento US 2006/0063160 A1 es conocido además un sistema de medición de micromatriz con una unidad microfluídica. También en este caso se realiza el registro de la imagen mediante un conjunto de CCD de muchos

píxeles.

El documento WO 2007/054710 A2 muestra un dispositivo de medición al trasluz basado en elementos constructivos semiconductores orgánicos. De un oLED se emite luz a un canal, luz que atraviesa el canal y es registrada por un fotodiodo dispuesto frente al oLED.

Por el documento US 2002/123059 A1 además es conocido un sistema de detección que comprende un biochip de un solo uso que comprende una disposición de secciones de ensayo cerradas y una unidad microfluídica.

Partiendo del documento WO 02/08458 A1, el objetivo de la invención consiste en crear una disposición de medición con una unidad fluídica para muestras alternativa.

Este objetivo se resuelve mediante una disposición de medición de acuerdo con la reivindicación 1. La disposición de medición comprende un soporte de muestra y un sensor fotosensible, siendo la separación entre las secciones de ensayo dispuestas sobre un estrato de muestra de soporte de muestra y los fotodetectores menor de 700 μm. El soporte de muestra presenta un estrato de soporte y un estrato de muestra, presentando además el estrato de soporte una sección de emisión que está unida a través de una unidad microfluídica con un depósito colector. El estrato de muestra presenta un lado de análisis y, frente a esto, un lado de salida de luz, estando dispuestas en el lado de análisis en una dirección longitudinal del estrato de muestra separadas entre sí una multitud de secciones de ensayo y estando dispuesto, además, el estrato de muestra con el lado de análisis de tal manera sobre el estrato de soporte que las secciones de ensayo están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica. Esta disposición tiene la ventaja de que las secciones de ensayo se ponen en contacto con el material de muestra transportado en la unidad microfluídica, en particular un material de muestra líquido y, por tanto, puede tener lugar la reacción química.

A este respecto se aplica el material de muestra en la sección de emisión, se lleva a través de la unidad microfluídica pasando al lado de las secciones de ensayo a un depósito colector. El depósito colector, en particular, tiene suficiente tamaño para alojar la cantidad total de las muestras o los reactivos necesarios para llevar a cabo la medición,... [Seguir leyendo]

1. Disposición de medición (1) para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química, que comprende un soporte de muestra (2) con un estrato de soporte (3) y un estrato de muestra (4) , un sensor fotosensible (5) con una multitud de fotodetectores (6) sobre un cuerpo sustentador y con una capa de cubierta (7) transparente dispuesta sobre los fotodetectores (6) , presentando el estrato de soporte (3) una sección de emisión (22) , una unidad microfluídica (10) y un depósito colector (24) , estando unida la sección de emisión (22) a través de la unidad microfluídica (10) con el depósito colector (24) y comprendiendo la unidad microfluídica (10) un canal (23) y presentando el estrato de muestra (4) un lado de análisis (8) y, frente al mismo, un lado de salida de luz (14) , estando dispuestas en el lado de análisis (8) separadas unas de otras en una dirección longitudinal del estrato de muestra (2) múltiples secciones de ensayo (9) y estando dispuesto el estrato de muestra (4) con el lado de análisis

(8) de tal manera sobre el estrato de soporte (3) que las secciones de ensayo (9) están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica (10) y estando dispuesto el soporte de muestra (2) , de forma que se puede soltar, en un dispositivo de alojamiento (20) , de tal manera que el lado de salida de luz (14) está dirigido hacia el sensor fotosensible (5) y las secciones de ensayo (9) están dispuestas sobre los fotodetectores (6) , siendo la separación

(11) entre las secciones de ensayo (9) y los fotodetectores (6) menor de 700 μm e incidiendo al menos el 99, 5 % de la radiación electromagnética que parte de una sección de ensayo (9) y que incide sobre el sensor fotosensible (5) sobre como máximo tres fotodetectores (6) .

2. Disposición de medición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el espesor (12) de la capa de cubierta (7) asciende a menos de 500 μm.

3. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque el espesor (13) del estrato de muestra (4) asciende a menos de 200 μm.

4. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el intersticio entre dos fotodetectores (6) adyacentes es menor de 150 μm.

5. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el canal (23) de la unidad microfluídica (10) dispuesto sobre el fotodetector (5) presenta una longitud d.

3. 50 mm, una anchura de 1-4 mm y una altura de 10-200 μm.

6. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque durante la emisión de una muestra en la sección de emisión (22) en el canal (23) se forma un gradiente de presión con una fuerza capilar resultante a partir de esto en dirección del depósito colector (24) .

7. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la separación media entre dos secciones de ensayo (9) adyacentes es mayor o igual a 3 veces la separación media de los fotodetectores (6) .

8. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la superficie limitante (43) , dispuesta frente al sensor fotosensible (5) , del canal (23) está configurada ópticamente reflectante y/o porque el estrato de soporte (3) está configurado ópticamente reflectante.

9. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el canal (23) presenta un corte transversal cóncavo orientado hacia el sensor fotosensible (5) o el canal (23) está configurado de forma cóncava por secciones en la extensión longitudinal.

10. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el lado de salida de luz (14) presenta, al menos por secciones, una estructura de conducción de luz.

11. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el estrato de muestra (4) presenta en dirección de su espesor, al menos por secciones, un perfil escalonado de índice de refracción o un perfil de gradiente de índice de refracción.

12. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque en el lado de salida de luz (14) o sobre la capa de cubierta (7) está aplicada una capa de inmersión.

13. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque en el soporte de muestra (2) está dispuesta una característica de identidad o identificación (41) .

14. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el estrato de muestra (4) y/o el estrato de soporte (3) está configurado como polarizador óptico.

15. Aparato de medición (26) para la evaluación óptica de una reacción química que comprende una disposición de medición (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14 con un sensor fotosensible (5) y un soporte de muestra (2) , un cuerpo de base (27) , una tapa de cobertura (28) que puede pivotar alrededor de un eje de pivotado

(29) entre una posición de medición y una posición de suministro y extracción (30) , además un módulo de control

(37) para el tratamiento de la información de luminosidad registrada por el sensor (5) , estando dispuesto el sensor

fotosensible (5) en el cuerpo de base (27) y cerrando la tapa de cobertura (28) en la posición de medición el soporte de muestra (2) y una sección del cuerpo de base (27) de forma impermeable a la luz frente al entorno.

16. Aparato de medición de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque en la tapa de cobertura (28) está presente un dispositivo de iluminación (40) .

17. Aparato de medición de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque el dispositivo de iluminación (49) emite luz controlable selectivamente en varias longitudes de onda y/o a distintas posiciones.

18. Aparato de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 o 17, caracterizado porque el dispositivo de iluminación (49) presenta un polarizador.

19. Aparato de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque en la tapa de 10 cobertura (28) o en el cuerpo de base (27) está dispuesto un dispositivo de emisión (35) para reactivos.

20. Aparato de medición de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque el dispositivo de emisión (35) presenta un elemento de activación (36) y un depósito (33) para reactivos.

21. Aparato de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque la tapa de

cobertura (28) presenta una sección de suministro (34) que se pone en contacto con la sección de emisión (22) del 15 soporte de muestra (2) .