Sistema de detección.

Un sistema de detección microfabricado, que comprende:

un chip de sustrato (2);



un canal de flujo (4) definido por el chip de sustrato al que, durante el uso, se le suministra una muestra de fluido; y al menos un detector (6a a 6j) que comprende al menos un diodo emisor de luz (8a a 8j) que incluye un elemento semiconductor orgánico (12) para emitir luz en el canal de flujo y al menos una fotocélula (10a a 10j) que incluye un elemento semiconductor orgánico (12) para recibir luz desde el canal de flujo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2001/004521.

Solicitante: Molecular Vision Limited.

Inventor/es: BRADLEY,DONAL, DE MELLO,JOHN, DE MELLO,ANDREW.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01J19/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos en general (tratamiento físico de las fibras, hilos, hilados, tejidos, plumas o artículos fibrosos hechos de estas materias, ver los lugares apropiados para dicho tratamiento, p. ej. D06M 10/00 ); Aparatos apropiados (accesorios, cargas o rejillas especialmente adaptadas para el tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla C02F 3/10; placas o rejillas de chapoteo especialmente adaptadas para los enfriadores por chorreo F28F 25/08).
  • B81B1/00 B […] › B81 TECNOLOGIA DE LAS MICROESTRUCTURAS.B81B DISPOSITIVOS O SISTEMAS DE MICROESTRUCTURA, p. ej. DISPOSITIVOS MICROMECANICOS (elementos piezoeléctricos, electroestrictivos o magnetoestrictivos en sí H01L 41/00). › Dispositivos sin elementos móviles o flexibles, p.ej. dispositivos capilares microscópicos.
  • G01N21/03 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Detalles estructurales de las cubetas.
  • G01N21/05 G01N 21/00 […] › Cubetas con circulación de fluidos (G01N 21/09 tiene prioridad).
  • G01N21/25 G01N 21/00 […] › Color; Propiedades espectrales, es decir, comparación del efecto del material sobre la luz para varias longitudes de ondas o varias bandas de longitudes de ondas diferentes.
  • G01N21/27 G01N 21/00 […] › utilizando la detección fotoeléctrica (G01N 21/31 tiene prioridad).
  • G01N21/31 G01N 21/00 […] › investigando el efecto relativo del material para las longitudes de ondas características de elementos o de moléculas específicas, p. ej. espectrometría de absorción atómica.
  • G01N21/64 G01N 21/00 […] › Fluorescencia; Fosforescencia.
  • G01N33/483 G01N […] › G01N 33/00 Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00. › Análisis físico de material biológico.
  • G01N37/00 G01N […] › Detalles no cubiertos por ningún grupo de esta subclase.

PDF original: ES-2453902_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de detección La presente invención se refiere a un sistema de detección óptica.

La determinación precisa de parámetros químicos y biológicos ha sido siempre de vital importancia en la ciencia. Sin embargo, recientemente ha surgido una verdadera necesidad de mediciones rápidas, en línea y a bajas concentraciones en campos tales como la producción química, el análisis de ADN, el descubrimiento de fármacos, la investigación farmacéutica, los diagnósticos médicos y el análisis medioambiental [1].

En estos campos, los analitos, ya sean pequeñas moléculas orgánicas o biopolímeros mucho mayores, están presentes normalmente como componentes menores. Como resultado, la identificación de los analitos con respecto a otros componentes, que tienden a interferir en la detección de los analitos, es normalmente la etapa crítica en cualquier análisis.

Se han desarrollado sensores químicos que permiten un análisis directo, convirtiendo información molecular de un analito particular en información electrónica. Estos sensores proporcionan información en tiempo real que excluye a todos los demás componentes. El análisis puede perfeccionarse añadiendo una etapa de separación antes de la conversión, separación que reduce los requisitos de selección en la detección y mejora la sensibilidad.

Se han desarrollado sistemas de análisis total (químico) (TAS) que proporcionan todas las fases de un análisis completo de manera integrada y automatizada. Estas fases incluyen muestreo, tratamiento previo, reacciones químicas, separaciones analíticas, detección de analitos, aislamiento de productos y análisis de datos. Tales TAShan permitido mejoras en los análisis en línea, pero tienen varios inconvenientes importantes. Éstos incluyen un lento transporte de las muestras, un alto consumo de reactivos y la necesidad de fabricar interfaces entre cada uno de los componentes del sistema.

Más recientemente se han desarrollado sistemas de análisis total (químico) miniaturizados (μ-TAS) [2] que presentan un mayor rendimiento analítico gracias a su reducido tamaño. Normalmente, un μ-TAS es un dispositivo microfabricado que se fabrica usando tecnologías de micromecanizado convencionales, por ejemplo fotolitografía, grabado químico, deposición de película delgada y unión, donde canales, reactores, filtros, inyectores y detectores se crean sobre sustratos planos de vidrio, silicio o polímeros. Se han observado mejoras en el rendimiento tanto en la teoría como de manera experimental [3]. En particular, la miniaturización de los colectores de flujo da lugar a un menor consumo de reactivos, una mayor eficacia de separación y tiempos de análisis más cortos.

En los μ-TAS, por ejemplo en chips de electroforesis capilar (CE) , los volúmenes de inyección están comprendidos normalmente entre 10-14 y 10-10 dm3. A una concentración objetivo de 1 nanomolar, relevante para el diagnóstico, estos volúmenes incluyen solamente entre 10 y 104 moléculas detectables aproximadamente. Por tanto, una detección de alta sensibilidad es un prerrequisito previo para llevar a cabo un microanálisis.

Hasta ahora, la detección de pequeños volúmenes en los sistemas analíticos ha necesitado, por lo general, mediciones ópticas. Esto se debe principalmente a que la mayoría de dispositivos con chips planos se fabrican a partir de materiales de vidriosos que son transparentes en la región visible del espectro electromagnético. Las dos técnicas más comunes de detección óptica son la absorción y la fluorescencia.

Las técnicas de absorción presentan varios problemas, ya que los pequeños volúmenes utilizados no pueden adaptarse fácilmente al requisito de longitudes de trayectoria ópticas suficientemente largas. Se han propuesto soluciones para el problema de la longitud de trayectoria [5-6]. Sin embargo, cualquier ganancia de sensibilidad se obtiene normalmente a expensas de la resolución de los componentes, en particular cuando se aplican para la detección en dispositivos electroforéticos o cromatográficos.

Por lo general, se ha observado que las técnicas de fluorescencia son mejores que las técnicas de absorción. Por ejemplo, las mediciones de fluorescencia inducidas con láser pueden detectar de manera rutinaria 105 moléculas, y desarrollos recientes en la detección de fluorescencia de sensibilidad ultra alta han permitido la detección de una sola molécula en sistemas con chips planos. Sin embargo, aunque las técnicas de fluorescencia son intrínsecamente sensibles, estas técnicas sufren algunas limitaciones en lo que se refiere al coste, la portabilidad y la aplicabilidad.

Se han desarrollado técnicas alternativas que permiten la detección de moléculas no fluorescentes. Estas técnicas incluyen electroquimioluminiscencia [7], fluorescencia indirecta [8] y técnicas electroquímicas y de variación de índice de refracción [1, 9]. Además, microchips de electroforesis capilar se han acoplado con éxito mediante espectrometría de masas (MS) con electropulverización [10].

El documento WO 00/05166 da a conocer un sistema de microanálisis que comprende un microtubo, por ejemplouna microcubeta, formado en una oblea de silicio, una fuente de luz (un LED o un LÁSER) y un detector. El sistema de microanálisis puede comprender una serie de microcubetas.

Aunque estas técnicas proporcionan por separado mejoras en la miniaturización, el coste y la aplicabilidad, ninguna técnica proporciona un sistema de detección miniaturizado de alta sensibilidad y bajo coste. Un sistema de detección que posea estas características, aunque no sean esenciales para un análisis realizado en laboratorio, es un prerrequisito para desarrollar μ-TAS portátiles capaces de realizar mediciones de alta sensibilidad en aplicaciones de centro de atención y aplicaciones sobre el terreno. Aplicaciones típicas incluyen el control medioambiental, diagnósticos clínicos y médicos, control de procesos industriales y análisis forense.

Por tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de detección microfabricado que tenga una alta sensibilidad y bajos límites de detección. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de detección que tenga un bajo coste.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema de detección microfabricado, definido en la reivindicación 1.

Preferentemente, la cámara tiene una profundidad comprendida entre 10 μm aproximadamente y 500 μm aproximadamente.

Más preferentemente, la cámara tiene una profundidad comprendida entre 50 μm aproximadamente y 100 μm aproximadamente.

Preferentemente, la cámara tiene una anchura comprendida entre 10 μm aproximadamente y 100 μm aproximadamente.

Más preferentemente, la cámara tiene una anchura comprendida entre 10 μm aproximadamente y 50 μm aproximadamente.

Preferentemente, la cámara tiene una relación de aspecto entre profundidad y anchura mayor que 1.

Más preferentemente, la cámara tiene una relación de aspecto entre profundidad y anchura de al menos 10 aproximadamente.

Preferentemente, la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector está orientada hacia la profundidad de la cámara.

Más preferentemente, la al menos una fotocélula de cada detector está orientada hacia la profundidad de la cámara.

Preferentemente, el al menos un diodo emisor de luz y la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector están en relación opuesta.

Más preferentemente, el al menos un diodo emisor de luz y la al menos una fotocélula de cada detector están en relación opuesta.

Preferentemente, el al menos un diodo emisor de luz de al menos uno del al menos un detector está incluido en una microcavidad.

Más preferentemente, el al menos un diodo emisor de luz de cada detector está incluido en una microcavidad.

Preferentemente, la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector está configurada para seleccionar una longitud de onda.

Más preferentemente, la al menos una fotocélula de cada detector está configurada para seleccionar una longitud de onda.

Preferentemente, la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector incluye un filtro aguas arriba de su elemento semiconductor orgánico.

Más preferentemente, la al menos una fotocélula de cada detector incluye un filtro aguas arriba de su elemento semiconductor orgánico.

En una realización, el o cada filtro es un filtro de muesca.

Preferentemente, al menos uno del al menos un detector incluye una pluralidad de fotocélulas, donde los elementos semiconductores... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de detección microfabricado, que comprende:

un chip de sustrato (2) ;

un canal de flujo (4) definido por el chip de sustrato al que, durante el uso, se le suministra una muestra de fluido; y

al menos un detector (6a a 6j) que comprende al menos un diodo emisor de luz (8a a 8j) que incluye un elemento semiconductor orgánico (12) para emitir luz en el canal de flujo y al menos una fotocélula (10a a 10j) que incluye un elemento semiconductor orgánico (12) para recibir luz desde el canal de flujo.

2. El sistema de detección según la reivindicación 1, en el que el canal de flujo tiene una profundidad comprendida entre 10 μm aproximadamente y 500 μm aproximadamente, preferentemente en el que canal de flujo tiene una profundidad comprendida entre 50 μm aproximadamente y 100 μm aproximadamente.

3. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el canal de flujo tiene una anchura comprendida entre 10 μm aproximadamente y 100 μm aproximadamente, preferentemente en el que el canal de flujo tiene una anchura comprendida entre 10 μm aproximadamente y 50 μm aproximadamente.

4. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el canal de flujo tiene una relación de aspecto entre profundidad y anchura mayor que 1, preferentemente en el que el canal de flujo tiene una relación de aspecto entre profundidad y anchura de al menos 10 aproximadamente.

5. El sistema de detección según la reivindicación 4, en el que la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector está orientada hacia la profundidad del canal de flujo, preferentemente en el que la al menos una fotocélula de cada detector está orientada hacia la profundidad del canal de flujo.

6. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el al menos un diodo emisor de luz y la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector están en relación opuesta, preferentemente en el que el al menos un diodo emisor de luz y la al menos una fotocélula de cada detector están en relación opuesta.

7. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el al menos un diodo emisor de luz de al menos uno del al menos un detector está incluido en una microcavidad, preferentemente en el que el al menos un diodo emisor de luz de cada detector está incluido en una microcavidad.

8. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector está configurada para seleccionar una longitud de onda, preferentemente en el que la al menos una fotocélula de cada detector está configurada para seleccionar una longitud de onda.

9. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector incluye un filtro aguas arriba de su elemento semiconductor orgánico, preferentemente en el que la al menos una fotocélula de cada detector incluye un filtro aguas arriba de su elemento semiconductor orgánico.

10. El sistema de detección según la reivindicación 9, en el que el o cada filtro es un filtro de muesca.

11. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que al menos uno del al menos un detector incluye una pluralidad de fotocélulas, donde los elementos semiconductores orgánicos de las fotocélulas presentan diferentes espectros de absorción y proporcionan una respuesta diferencial en el espacio cromático.

12. El sistema de detección según la reivindicación 11, en el que cada detector incluye una pluralidad de fotocélulas.

13. El sistema de detección según la reivindicación 11 ó 12, en el que el o cada detector incluye tres fotocélulas.

14. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el al menos un diodo emisor de luz de al menos uno del al menos un detector es una estructura multicapa depositada sobre una superficie del chip de sustrato, preferentemente en el que el al menos un diodo emisor de luz de cada detector es una estructura multicapa depositada sobre una superficie del chip de sustrato.

15. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la al menos una fotocélula de al menos uno del al menos un detector es una estructura multicapa depositada sobre una superficie del chip de sustrato, preferentemente en el que la al menos una fotocélula de cada detector es una estructura multicapa depositada sobre una superficie del chip de sustrato.

16. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende una pluralidad de detectores espaciados.

17. El sistema de detección según la reivindicación 16, en el que la separación de los detectores es inferior a 500 μm aproximadamente.

18. El sistema de detección según la reivindicación 16 ó 17, en el que los detectores están espaciados de manera uniforme.

1.

19. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que los detectores están espaciados a lo largo del canal de flujo.

20. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, que comprende además una unidad de 15 activación para activar el o cada diodo emisor de luz para que emita luz.

21. El sistema de detección según la reivindicación 20, en el que la unidad de activación está configurada para activar el o cada diodo emisor de luz en un modo pulsado para que emita luz de un elevado brillo instantáneo, preferentemente en el que la unidad de activación está configurada para activar el o cada diodo emisor de luz para que emita luz que tenga un brillo instantáneo de al menos 107 cdm-2 aproximadamente.

22. El sistema de detección según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, que comprende además una unidad de detección para recibir señales procedentes de la o cada fotocélula.


 

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