Método y aparato para la amplificación de la quimioluminiscencia electrogenerada por nanopartículas.

Un método para analizar una muestra que comprende:

poner en contacto una muestra líquida con un electrodo de trabajo;

donde la muestra líquida comprende una pluralidad de restos quimioluminiscentes electrogenerados (ECL) y una o más nanopartículas activas conductivas o redox;

detectar una o más propiedades ópticas resultantes de la interacción de una o más nanopartículas y la muestra en el electrodo de trabajo;

donde detectar una o más propiedades ópticas comprende medir la intensidad de ECL versus transientes de tiempo

Método y aparato para la amplificación de la quimioluminiscencia electrogenerada por nanopartículas Antecedentes Las propiedades físicas de nanopartículas (“NPs”) , p.ej., gran relación superficie/volumen, elevada energía superficial, ductilidad incrementada después de carga de presión, mayor dureza, mayor calor específico, y similares, han conducido a mayores aplicaciones en la industria dirigida a los materiales y la ciencia de materiales. Por ejemplo, se ha usado una variedad de NPs metálicas para catalizar numerosas reacciones.

El intervalo de tamaño de NPs de menos de 1 nm a aproximadamente 100 nm y la configuración de la banda de energía electrónica son una propiedad dependiente del tamaño, que a su vez puede afectar a las propiedades físicas y químicas. Una distinción fundamental entre los NPs y materiales a granel es que la fracción de átomos superficiales y el radio de curvatura de la superficie de NPs es comparable con la constante reticular. Como resultado, los catalizadores nanoestructurados generalmente tienen una actividad catalítica mayor comparada con sus análogos basados en materiales a granel. Se conocen varios métodos de formación de NPs por el experto en la técnica e incluyen la formación por combinación de átomos (o radicales y moléculas más complejos) y por dispersión de materiales a granel, p.ej., evaporación térmica, pulverización iónica, reducción en solución, reducción en microemulsiones, y condensación.

Se han descrito partículas coloidales usadas en matrices de detección. Estos son sensores químicos para detectar analitos en fluidos via matrices que tienen una pluralidad de regiones no conductivas y regiones conductivas alternantes de materiales NP conductivas. La variabilidad de la sensibilidad química de sensor a sensor se ha descrito que se proporciona al variar cualitativamente o cuantitativamente la composición de las regiones conductivas y/o no conductivas. Guo et al., describe el comportamiento de la quimioluminiscencia electrogenerada (ECL por sus siglas en inglés) de la lucigenina en un electrodo de vidrio en presencia de nanopartículas de platino dispersadas en una solución acuosa usando voltamperometría cíclica convencional. La voltamperometría cíclica convencional reveló que en presencia de las nanopartículas de platino se observaba un nuevo pico de ECL que surgía en la región de potencial de evolución de hidrógeno además del pico de ECL convencional observado en ausencia de nanopartículas de platino.

Xiao et al., J Am Chem Soc, 129, 9610-9612 (2007) describen un método para observar colisiones de nanopartículas metálicas únicas en un electrodo electroquímicamente. La colisión se caracteriza por la corriente generada a través de una reacción catalizada por partículas de un indicador presente en la solución produciendo un único perfil corriente-tiempo que es una función de la interacción de las partículas con la superficie del electrodo.

Wilson et al., Electroanalysis, 13 (13) , páginas 1083-1092, (2001) describe una comparación de la electroquimioluminiscencia de un éster de acridina (2’, 3’, 6’-trifluorofenil-10-metilacridan-9-carboxilato) , luminol, y un quelato de rutenio (tris 2, 2’-bipiridil de rutenio) usando electrodos de óxido de estaño e indio transparentes (ITO por sus siglas en inglés) .

Chovin et al., Meas. Sci. Technol. 17, 1211 (2006) describen una micromatiz de nanosensores para electroquimioluminiscencia (ECL) por detección remota, que se crearon en la cara distal de haces de fibra óptica coherentes al adaptar las metodologías de sonda óptica de campo cercano y nanoelectrodos. El procedimiento de fabricación permite la producción de micromatrices de alta densidad de nanosensores donde cada apertura óptica está rodeada por un electrodo de nanoanillo de oro.

Henglein et al., J. Phys. Chem., 99 (38) , 14129-14136 (1995) describen el espectro de absorción y algunas reacciones químicas de platino coloidal en solución acuosa y describen que los coloides pueden tender a formar agrupaciones cuyo espectro de absorción es bastante plano.

Los sensores electroquímicos de partícula única, que emplean un dispositivo electroquímico para detectar partículas únicas, también han sido descritos. También han sido descritos métodos para usar tal dispositivo para lograr una alta sensibilidad para detectar partículas como bacterias, virus, agregados, inmunocomplejos, moléculas, o especies iónicas.

Sumario La presente aplicación se refiere en general al campo de las nanopartículas (“NPs”) , y en particular, se refiere a instrumentos, métodos y reactivos para amplificar una señal de quimioluminiscencia electrogenerada (“ECL”) de una reacción catalítica usando NPs. Se han reconocido las dificultades al generar, localizar, y caracterizar una NP única, especialmente en la escala nm y al medir la corriente muy pequeña e intensidad de ECL generadas por estas reacciones con electrodo sobre NPs. La presente tecnología puede aplicarse potencialmente para determinar distribuciones de tamaño de partículas, porosidad de la película superficial, y como una técnica electroanalítica muy sensible.

La adsorción de otras especies en la matriz sobre la superficie del electrodo puede interferir al pasivar el electrodo, como lo puede hacer una adsorción no específica. El problema puede solventarse típicamente al usar sistemas electroquímicos limpios (célula y electrolito) , pretratamiento de muestra, y/o al modificar las superficies del electrodo auxiliar.

El presente método y aparato pueden emplearse para detectar un evento único de colisión de nanopartícula con un electrodo mediante esquemas de reacción de de quimioluminiscencia electrogenerada (“ECL”) . Este evento único de colisión de nanopartícula produce una ráfaga de luz que puede tener implicaciones analíticas altamente sensibles. Esto ocurre típicamente al tomar una muestra líquida, que incluye una pluralidad de nanopartículas activas conductivas o redox y una pluralidad de restos de quimioluminiscencia electrogenerada (“ECL”) , en contacto con uno o más electrodos en una cámara de muestra. Mediante estas reacciones, se pueden llevar a cabo grandes factores de amplificación de la intensidad de ECL asociada con estos eventos. Por ejemplo, la oxidación de tri-n-propilamina (“TPrA”) en presencia de Ru (bpy) 32+ occure rápidamente en una superficie de nanopartícula de platino, pero a una velocidad mucho más lenta en una superficie de electrodo de estaño e indio (“ITO”) dentro de una cierta ventana de potencial. Como resultado, cada colisión de una partícula en la superficie del electrodo produce un único perfil de ECL-tiempo que se correlaciona con el tamaño de partícula, el tiempo de residencia de la partícula, y la naturaleza de la interacción de la partícula con la superficie del electrodo. Esta tecnología puede usarse para determinar distribuciones de tamaño de nanopartículas, para examinar cinéticas de transferencia de electrón, y especialmente como una técnica electroanalítica muy sensible. Podría tener aplicaciones en nanotecnología, biotecnología y análisis clínico como un método analítico sencillo, de bajo coste, rápido, y ultra sensible al explorar y detectar eventos únicos de unión entre biomoléculas (hibridación de ADN, interacciones entre proteína-ADN, anticuerpoantígeno, moléculas pequeñas de proteína) . Podrían ser posibles niveles de detección de molécula única.

La presente aplicación proporciona un método y aparato, que pueden usarse para observar la ECL generada durante las colisiones de NPs sencillas en un electrodo. El método y aparato pueden proporcionar información de procesos electroquímicos en NPs únicas, al igual que la base de los métodos electroanalíticos altamente sensibles. Las NPs han mostrado tener una gran variedad de aplicaciones en electrónica, óptica, catálisis, y biotecnología.

En una realización, la presente aplicación proporciona un método y dispositivo para analizar una muestra en una cámara de muestra. En esta realización, el presente método puede incluir típicamente la adición de una o más NPs activas conductivas o redox a una muestra líquida en una cámara de muestra, y observar la corriente y/o ECL generadas por la interacción de las NPs activas conductivas o redox y la muestra líquida usando uno o más electrodos. Típicamente, la propiedad electroanalítica observada es una amplificación de la intensidad de ECL de una reacción con electrodo catalizada por las NPs activas conductivas o redox. La propiedad observada, sin embargo, no está limitada a una corriente y puede incluir otros parámetros, como... [Seguir leyendo]

1. Un método para analizar una muestra que comprende:

poner en contacto una muestra líquida con un electrodo de trabajo; donde la muestra líquida comprende una pluralidad de restos quimioluminiscentes electrogenerados (ECL) y una o más nanopartículas activas conductivas o redox;

detectar una o más propiedades ópticas resultantes de la interacción de una o más nanopartículas y la muestra en el electrodo de trabajo;

donde detectar una o más propiedades ópticas comprende medir la intensidad de ECL versus transientes de tiempo.

2. El método de la reivindicación 1, donde una o más propiedades ópticas comprende la intensidad de ECL versus transientes de tiempo resultantes de reacciones redox de los restos ECL, con o sin coreactantes, catalizada por una o más nanopartículas.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el electrodo de trabajo comprende ITO, Pt, Ir, Rh, Au, carbono, Ni o una de sus combinaciones.

4. El método de la reivindicación 1, donde una o más nanopartículas activas conductivas o redox comprende nanopartículas de platino, nanopartículas de oro, nanopartículas de plata, nanopartículas de cobre, nanopartículas de paladio, nanopartículas de carbono, o una de sus combinaciones.

5. El método de la reivindicación 1, donde una o más nanopartículas tienen una dimensión mayor de no más de aproximadamente 50 nm.

6. El método de la reivindicación 1, donde una o más nanopartículas activas conductivas o redox comprenden nanopartículas de platino; y el electrodo de trabajo es un electrodo de óxido de estaño e indio (ITO) o de oro.

7. El método de la reivindicación 1, donde los restos ECL comprenden un complejo metálico polidentado electroquimioluminiscente.

8. El método de la reivindicación 7, donde el complejo metálico polidentado comprende ligandos polidentados heteroatómicos y un metal elegido entre rutenio, osmio, renio, cerio, europio, terbio e iterbio.

9. El método de la reivindicación 7, donde el complejo metálico polidentado comprende rutenio y al menos un ligando polidentado elegido entre bipiridilo, bipiridilo sustituido, 1, 10-fenantrolina y/o 1, 10-fenantrolina sustituida.

10. El método de la reivindicación 1, donde la muestra además comprende un coreactante ECL.

11. El método de la reivindicación 1, donde el electrodo de trabajo es un electrodo de óxido de estaño e indio; las nanopartículas son nanopartículas de platino; la muestra líquida comprende amina alifática terciaria; y los restos ECL comprenden un compuesto orgánico que contiene rutenio.

12. El método de la reivindicación 1, donde la superficie del electrodo de trabajo está a un potencial que no produce quimioluminiscencia electrogenerada significativa en ausencia de una o más nanopartículas.

13. El método de la reivindicación 1, donde los restos ECL comprenden un complejo que contiene rutenio incluyendo al menos un ligando polidentado heteroaromático elegido entre bipiridilo, bipiridilo sustituido, 1, 10fenantrolina y/o 1, 10-fenantrolina sustituida

14. El método de la reivindicación 1, donde los restos quimioluminiscentes electrogenerados pueden estimularse electroquímicamente repetidamente para producir especies derivadas de restos ECL que generan luminiscencia.

15. El método de la reivindicación 14, donde los restos ECL comprenden compuestos que contienen rutenio que incluyen ligandos polidentados.