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ES2906212B2 - Biosensor y virusometro de deteccion de patogenos en aire y en muestras liquidas - Google Patents
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Biosensor y virusometro de deteccion de patogenos en aire y en muestras liquidas Download PDF

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Benito María Isabel Lucio
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Description

DESCRIPCIÓN
BIOSENSOR Y VIRUSÓMETRO DE DETECCIÓN DE PATÓGENOS EN AIRE Y EN
MUESTRAS LÍQUIDAS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere al desarrollo de un biosensor y un virusómetro para llevar a cabo la detección, en continuo y a tiempo real, de partículas virales de patógenos, especialmente SARS-CoV-2 (o de otros tipos de virus), que puedan estar presentes en el aire formando aerosoles o en un medio líquido, en espacios interiores y exteriores.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los mecanismos de contagio del SARS-CoV-2 y otros virus contemplan la transmisión a través de gotículas exhaladas directamente por enfermos, contacto con superficies contaminadas, y a través de la inhalación de aerosoles, especialmente en ambientes interiores.
Esta última se ha revelado como la vía principal de propagación del SARS-CoV-2 por aerosoles en ambientes interiores. La evidencia de los estudios de laboratorio ha demostrado la transmisión aérea del virus de la COVID-19, siendo infeccioso en el aire durante periodos prolongados de tiempo.
El virus se viene detectando por PCR (Polymeríc Chain Reaction, reacción en cadena de la polimerasa) en el aire y en agua. Los investigadores han reportado valores para la carga viral de SARS-CoV-2 en la boca que abarcan desde 102 a 1011 copias por mL de fluido respiratorio. Las cargas varían a lo largo del curso de la enfermedad, tendiendo a alcanzar un máximo cerca del inicio de los síntomas.
Actualmente, no hay ningún estudio que demuestre contagio por gotículas y, en cambio, hay varios estudios que demuestran su transmisión por aerosoles. El caso más conocido es el del coro de Sakgit (EE.UU.) en el que se contagiaron cincuenta y dos personas de las sesenta que participaron en un ensayo. Consecuentemente, las estrategias de control preventivo deben considerar la transmisión por aerosol para la mitigación eficaz del SARS-CoV-2.
En plena carrera por conseguir una vacunación generalizada de la población mundial contra este coronavirus, es posible que estemos protegidos de los síntomas, pero no de la infección. Puede suceder entonces, que una persona vacunada se comporte como un paciente asintomático y transmita el SARS-CoV-2.
Por tanto, es necesario que se continúe con la detección de casos, el rastreo activo y el control preventivo, ya que es la forma más efectiva de controlar la pandemia de COVID-19, así como futuras pandemias.
Los métodos de detección deben ser:
- Sensibles a infecciones leves y sintomáticas para promover un aislamiento efectivo y reducir la transmisión dentro de los grupos de riesgo;
- Consistentes para monitorear confiablemente la presencia del virus y ayudar en la toma de decisiones clínicas; y
- Escalables para informar las políticas de salud pública locales y nacionales, como cuando las medidas de distanciamiento social se pueden relajar de manera segura.
Sin embargo, las estrategias actuales de detección del SARS-CoV-2 a menudo no cumplen con estos criterios, en parte debido a que dependen de los hisopados nasofaríngeos y orofaríngeos como el tipo de muestra más utilizado para detectar el virus mediante la RT-PCR (Reverse Transcnption Polymeric Chain Reaction, transcripción reversa reacción en cadena de la polimerasa).
Aunque los hisopos faríngeos se usan comúnmente en el muestreo para diagnóstico de COVID-19, es una práctica incómoda para los pacientes debido a la invasividad del procedimiento que limita el cumplimiento de la repetición de pruebas, dificulta el muestreo y presenta un riesgo considerable para los sanitarios.
La RT-PCR no determina directamente la presencia de viriones de SARS-CoV-2 lo que dificulta estimar la carga de SARS-CoV-2 en aerosoles atmosféricos y por extensión ser una herramienta eficaz de alerta.
En cuanto al análisis de otros virus en aire, por ejemplo, Influenza A y B, existen métodos de cultivo cuantitativos para conocer la carga viral infectiva en muestras recolectadas de aire. Este método, aunque es utilizado como referencia no es el más adecuado para monitorización ambiental y presenta múltiples inconvenientes, ya que requiere varios días para el cultivo y es laborioso.
Se describen a continuación una serie de documentos conocidos del estado de la técnica, relacionados con el problema planteado y la propuesta de patente en estudio.
El documento de Do Nascimento NM et al., (Label-free piezoelectric biosensor forprognosis and diagnosis of Systemic Lupus Erythematosus), describe el desarrollo de un biosensor útil para el diagnóstico y la predicción del lupus eritematoso sistémico. El biosensor consta de una microbalanza de cristal de cuarzo con disipación para la monitorización de anticuerpos circulantes anti-TRIM21 o anti-TROVE2. El auto-antígeno capaz de unirse a los anticuerpos anteriores se inmoviliza mediante anclaje covalente, formando una monocapa autoensamblada.
Este es un trabajo que se realiza íntegramente en disolución, como la mayoría de los trabajos que se realizan en microbalanza de cristal de cuarzo.
El documento de Pandey LM (Design of engineered surfaces forprospective detection of SARS-CoV-2 using quartz crystalmicrobalance-basedtechniques) divulga un dispositivo basado en una microbalanza de cristal de cuarzo para la detección de SARS-CoV-2 en muestras orales tomadas con una torunda. Los autores se basan en el conocimiento previo de la estructura de la proteína viral Spike y sugieren el empleo de una monocapa autoensamblada con grupos COOH y CH3 CH3, para favorecer una unión fuerte y específica con la región S1 de dicha proteína Spike.
Este trabajo estudia diferentes estrategias para la detección de SARS-CoV-2 en disolución. Entre ellas, especifica la detección de influenza A y Ben muestras clínicas y preparados cultivados, pero siempre en disolución.
El artículo de Narita F et al. (A Review of Piezoelectric and Magnetostrictive Biosensor Materials for Detection of COVID-19 and Other Viruses) contiene una revisión de la aplicación de inmunosensores piezoeléctricos que comprenden microbalanzas de cristal de cuarzo (con o sin disipación) a la detección de distintos tipos de virus, y sugiere el empleo de esta tecnología para desarrollar dispositivos portátiles útiles para la detección de SARS-CoV-2.
Al igual que en los casos anteriores, se refiere a la detección de virus en disolución. Para la medida de los virus se aplican disoluciones de antígeno.
Owen TW et al. (Microgravimetric immunosensor for direct detection of aerosolized influenza A virus particles) divulgan un inmunosensor piezoeléctrico para detección del virus de la influenza A (H3N2) en aerosoles. Para la captura del virus en la superficie del transductor emplean anticuerpos policlonales específicos contra el virus. Para construir la superficie del sensor, forman una monocapa autoensamblada sobre el electrodo de oro de una microbalanza de cristal de cuarzo y emplean EDC/NHS para el anclaje covalente del anticuerpo.
En este artículo se utiliza la microbalanza de cristal de cuarzo para la detección directa de los viriones de influenza A aerolizados. Para ello, muestras acuosas del virus Influenza se aerosolizan usando un nebulizador. Este fluido se lleva a la celda de medida de la QCM. El sistema no permite discriminar entre virus presentes en la atmósfera.
Verreault D et al. (Methods for sampling of airborne viruses) y McDermott HJ (Air monitoring for toxic exposures) describen dispositivos comerciales de muestreo para capturar en líquido partículas virales presentes en el aire. Estos dispositivos operan por medio de la introducción del aire a alta velocidad en un recipiente en el que las partículas son captadas por el líquido.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Los virus en la atmósfera deben ser controlados especialmente para tomar medidas contra infecciones naturales e incluso controlar posibles ataques bioterroristas. Bajo esta perspectiva, se describe a continuación, como objetos de la presente invención, un biosensor, un dispositivo y un virusómetro de detección de patógenos en aire, como por ejemplo SARS-CoV-2, que presentan una alta sensibilidad y selectividad en un corto período de tiempo.
Por lo tanto, un primer objeto de la presente invención es un biosensor para la detección directa de patógenos en el aire, que comprende una microbalanza de cristal de cuarzo o balanza piezoeléctrica, que comprende a su vez una capa con uno o varios anticuerpos específicos para el patógeno a detectar. Los anticuerpos específicos se encuentran preferiblemente anclados covalentemente sobre la superficie de la microbalanza o, alternativamente, inmovilizado por otro anticuerpo genérico anti-anticuerpo específico o una proteína, hapteno o bioreceptor, capaz de inmovilizar el anticuerpo específico. Por ejemplo, proteína A o similar, lectinas, etc. Preferentemente, serán anticuerpos específicos anti-SARS-CoV-2.
Las microbalanzas de este tipo, miden masa mediante los cambios de frecuencia de un cristal de cuarzo piezoeléctrico al ser perturbado por el cambio de masa debido al producto, que se pretenda medir. Además, las microbalanzas de cristal de cuarzo también son capaces de aportar información sobre las propiedades viscoelásticas del material depositado, las cuales vienen determinadas por el registro del factor de disipación.
El biosensor de la invención se utiliza especialmente para la medición del virus en un ambiente preferentemente cerrado. Registra la cantidad de viriones presentes en los espacios ocupados y ofrece una prueba de la presencia de estos en el aire.
El biosensor permite una triple verificación, puesto que puede estar vinculado a un módulo de procesado, que permite la medida de tres parámetros: variación de frecuencia(N), y variación del factor de disipación (AD) y el coeficiente
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De esta manera, cuando el virión aerotransportado interactúa con los anticuerpos, provoca un cambio en la frecuencia de resonancia y en el factor de disipación de la microbalanza. Dicho cambio, para un mismo virus, debe proporcionar un coeficiente Af/AD constante con el tiempo y específico del patógeno interactuante.
De esta manera, se puede discernir y cuantificar el patógeno de interés, particularmente el SARS-CoV-2, de posibles interferentes. Una detección del virus SARS-CoV-2 involucra un cambio simultáneo de frecuencia de resonancia y factor de disipación. Para aumentar la sensibilidad del biosensor, no se determinan directamente los valores absolutos de frecuencia ni de disipación, se determinan las velocidades de cambio de ambos parámetros.
Por su parte, el segundo objeto de la invención es un dispositivo de detección de patógenos en aire, que hace uso del biosensor descrito, y que se basa en la detección del patógeno, a partir de un equipo de muestreo activo de captura de microrganismos en un medio líquido absorbente.
Concretamente, el dispositivo comprende un módulo de muestreo, y un módulo de colección de muestra y un módulo de detección del virus, vinculados entre sí y asociados al módulo de colección de muestra.
El módulo de muestreo comprende un primer conducto, con una entrada de aire y una salida de aire, una unidad de medición de flujo de aire y unos medios de movilización del aire, preferentemente una bomba de vacío, dispuestas ambas en el primer conducto.
Por su parte, el módulo de colección de muestra, conectado al primer conducto del módulo de muestreo, comprende un colector de aerosoles; esto es, un borboteador, como por ejemplo un VIVAS (viable virus aerosol sampier, muestreador de aerosoles de virus viables) o un biosampler.
Finalmente, el módulo de detección de virus comprende un segundo conducto, conectado al colector de aerosoles en el que se disponen medios de movilización de fluidos, preferentemente una bomba peristáltica, y un transductor acústico, que comprende un biosensor, como el descrito en el primer objeto de la invención.
El funcionamiento del dispositivo es tal que el aire entra por la entrada de aire del módulo de muestreo. A continuación, se dispone el colector de aerosoles y la bomba de vacío que fuerza la corriente de aire a atravesar el módulo de colección. Por último, en el primer conducto se sitúa la unidad de medición de flujo de aire, para medir el flujo volumétrico lineal del aire que atraviesa el módulo de colección.
El primer conducto deberá ser lo más corto posible, evitándose codos y partes con restricciones donde pudiera acumularse material particulado o líquido.
La bomba de vacío se utiliza para captar los patógenos de interés en un líquido de recolección situado en el colector de aerosoles. A continuación, los patógenos recolectados son transportados por el segundo conducto, gracias a la bomba peristáltica, al transductor acústico, que monitoriza el flujo a periodos de tiempo controlados.
El transductor acústico comprende un biosensor como el descrito en el primer objeto de la presente invención, que comprende una balanza de cristal de cuarzo, con una capa de anticuerpo derivado o relacionado con el patógeno cuya presencia se quiere detectar en el aire.
De esta manera, cuando el patógeno interactúa con los anticuerpos provoca un cambio en la frecuencia de resonancia y el factor de disipación del transductor acústico. El transductor acústico de la invención puede asociarse a un módulo de procesado de datos, y es de triple verificación.
Dicho cambio, para un mismo patógeno, debe proporcionar un coeficiente Af/AD constante con el tiempo y específico del virus interactuante. Esta razón proporciona así un sistema de control de la señal adquirida, pues permite discernir y cuantificar el virus SARS-CoV-2 de posibles interferentes.
La concentración previa en el líquido del colector de aerosoles de los patógenos presentes en el aire permite alcanzar una mayor sensibilidad en la detección, siendo el dispositivo apto para mediciones incluso en exteriores.
El dispositivo funciona en un entorno de recirculación del líquido de recolección, haciéndolo así útil para determinar la concentración del virión SARS-CoV-2. La medida de frecuencias se hace con gran precisión, de forma sencilla, por tanto, es fácil medir concentraciones bajas.
En consecuencia, el virus SARS-CoV-2 contenido en la atmósfera se puede detectar en tiempo real, preferentemente en ambientes cerrados como hospitales, aulas, locales comerciales e incluso medios de transporte, permitiendo tomar las medidas adecuadas.
Finalmente, un tercer objeto de la presente invención es un virusómetro para la detección de patógenos en el aire exhalado por un usuario, preferentemente para detectar SARS-CoV-2 en aire exhalado, en un corto período de tiempo, atrapando el virus directamente en un biosensor de cuarzo piezoeléctrico, como el descrito en el primer objeto de la invención, recubierto con un anticuerpo específico. El anticuerpo se inmoviliza preferiblemente mediante anclaje covalente, tal y como se ha descrito anteriormente. Ver detalle de este procedimiento en página 5, párrafo 5 y en página 11, párrafo 5.
El virusómetro detecta un patógeno, preferentemente SARS-CoV-2, midiendo la carga viral directamente en el aire exhalado. Registra la cantidad de viriones presentes en el aire exhalado por el paciente y ofrece una medida, en tiempo real, de la presencia de patógenos.
El virusómetro comprende una boquilla por la cual el usuario sopla una o dos veces. El virusómetro comprende además un receptáculo, dividido por una pieza de separación desplazable en una primera cavidad y una segunda cavidad. La boquilla está conectada a la primera cavidad, de modo que el aire llena esta primera cavidad cuando el usuario exhala. De esta manera, se facilita la homogeneización y preconcentración del patógeno antes de la medida.
Así, cuando se finaliza el soplo, se desplaza el elemento de separación, de manera que el aire llena la segunda cavidad, en la que se dispone un biosensor de detección de patógenos en el aire, como el descrito en el primer objeto de la invención.
El biosensor, que puede estar conectado a medios de procesado para almacenar y enviar datos, identifica la carga de patógeno contenida en el aire exhalado, efectuándose la medida en un intervalo de dos minutos.
Al igual que en el biosensor y en el dispositivo descritos anteriormente, cuando el patógeno o el virión aerotransportado interactúa con los anticuerpos, provoca un cambio en la frecuencia de resonancia y en el factor de disipación del biosensor.
Como se ha indicado, el virusómetro permite efectuar la detección de otros virus y microrganismos aerotransportados, principalmente en aerosoles, utilizando anticuerpos u otros bioreceptores específicos para el patógeno deseado. Además, inmovilizando bioreceptores con diferente especificidad se pueden determinar varios patógenos simultáneamente
En la presente invención se entiende por “patógeno” cualquier virus o microrganismo, procariota o eucariota, incluyendo, pero sin limitarnos, bacterias, levaduras y hongos, así como partes de los mismos (por ejemplo, proteínas, esporas, partículas similares a virus, etc.), que son aerotransportados, preferiblemente en aerosoles, y que son capaces de infectar a seres humanos y/o animales, desencadenando una enfermedad. Ejemplos de patógenos que pueden ser detectados mediante los objetos de la presente invención son aquellos causantes de, pero sin limitarnos, sarampión, Covid-19, SARM, gripe, gripe aviar, varicela o tuberculosis. Ejemplos de estos patógenos son Varícella zoster, Mycobacterium tuberculosis, Aspergillus spp., Influenzavirus, SARS-CoV-2, etc.
El término “anticuerpo” se refiere tanto a inmunoglobulinas como a porciones inmunológicamente activas de las mismas, por ejemplo, moléculas que contienen un sitio de fijación de antígeno que se une específicamente (inmunoreacciona) con el antígeno. Ejemplos de estas porciones incluyen fragmentos F(ab) y F(ab')2, las cuales pueden generarse tratando al anticuerpo con una enzima tal como la pepsina o de manera recombinante. Los anticuerpos a los que se refiere la presente invención pueden ser también recombinantes, quiméricos o sintéticos. Opcionalmente, el anticuerpo al que se refiere la invención puede estar conjugado con un marcador detectable. Por lo tanto, los tres objetos de la presente invención resuelven los problemas existentes en la detección en continuo de antígenos de SARS-CoV-2 en ambientes interiores y exteriores sin recurrir al análisis por PCR.
Este tipo de mediciones son imprescindibles en un entorno como el actual de pandemia. La ventilación y concretamente la calidad del aire interior son aspectos primordiales relacionados con la salud y el confort de viviendas y espacios de trabajo u ocio. Con la utilización de los biosensores propuestos se pueden identificar las zonas o estancias insalubres, debido a niveles excesivos de SARS-CoV-2
Además, los dispositivos son muy versátiles y permiten detectar simultáneamente varios microrganismos; por ejemplo, virus aerotransportados como sarampión, gripe, gripe aviar y otras patologías producidas por bacterias como tuberculosis. En todos los casos, la detección se realiza mediante el uso de receptores específicos o selectivos del patógeno o patógenos.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una representación esquemática del dispositivo de detección de SARS-CoV-2 en aire.
Figura 2.- Muestra la señal del transductor acústico después de ocho minutos de muestreo en una cámara en la que se ha nebulizado PBS 1x.
Figura 3.- Muestra la señal del transductor acústico después de ocho minutos de muestreo en una cámara en la que se ha nebulizado PBS 1x [VPLs] = 108pfu/mL.
Figura 4.- Muestra una vista general del virusómetro.
Figura 5.- Muestra la señal del transductor acústico (factor de disipación D) comparando la respuesta de un paciente COVID-19 con PCR y un sujeto control (PCR -).
Figura 6.- Muestra la señal del transductor acústico (factor de disipación D) comparando la respuesta de un paciente COVID-19 con PCR y un paciente con neumonía (PCR -)
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación, con ayuda de las figuras 1 a 6, una realización preferente del biosensor (8), el dispositivo (1) y el virusómetro de detección de SARS CoV-2 en aire, objetos de la presente invención.
Un primer objeto de la presente invención es un biosensor (8) para la detección directa de viriones en el aire, que comprende una microbalanza de cristal de cuarzo o balanza piezoeléctrica, que comprende a su vez una capa con uno o varios anticuerpos anti-SARS-CoV-2.
El biosensor (8) permite una triple verificación. De esta manera, cuando el virión aerotransportado interactúa con los anticuerpos, provoca un cambio en la frecuencia de resonancia (/) y en el factor de disipación (D) de la microbalanza. Dicho cambio, para un mismo virus, proporciona un coeficiente Af/AD constante con el tiempo y específico del patógeno interactuante.
Una detección del virus SARS-CoV-2 involucra un cambio simultáneo de frecuencia de resonancia y factor de disipación. El valor Af/AD debe corresponder aproximadamente a -12.8 MHz, valor optimizado mediante el uso de partículas similares a virus (VLPs) de SARS-CoV-2.
El anticuerpo específico se inmoviliza sobre la microbalanza mediante anclaje covalente, formando una monocapa autoensamblada. Para formar la monocapa y anclar el bioreceptor, anticuerpos en este caso, se pueden emplear diferentes estrategias recogidas ampliamente en la bibliografía. En este caso concreto, la monocapa se creó sumergiendo la superficie piezoeléctrica durante 16 h en una disolución de ácido mercaptopropiónico 10 mM y posterior activación mediante EDC/NHS 10 mM durante 60 min.
A continuación, la superficie se trata con carbohidrazida 5 mM durante 60 min. Después, se dispersan 100 μL de anticuerpo específico (33 mg/L) sobre la superficie del chip de la microbalanza, incubándose durante 60 min.
Por su parte, es un segundo objeto de la presente invención es un dispositivo (1) de detección de patógenos en aire, que tal y como se muestra en la figura 1, comprende un módulo de muestreo, y un módulo de colección de muestra y un módulo de detección del virus, vinculados entre sí y asociados al módulo de colección de muestra. Además, el dispositivo (1) está destinado a conectarse a un dispositivo externo (11) de control y recogida de datos remoto.
El módulo de muestreo comprende un primer conducto (3), con una entrada (2) de aire y una salida (10) de aire, una unidad de medición de flujo de aire (4), como puede ser un caudalímetro, y unos medios de movilización de aire (9), como una bomba de vacío o conexión a una línea general, dispuestos ambos en el primer conducto (3).
La entrada (2) de aire comprende un embudo o pieza similar que previene que penetren partículas groseras en el primer conducto (3). El primer conducto (3) es un tubo de PVC plastificado monocapa, con un diámetro de diez milímetros.
Por su parte, el módulo de colección de muestra, conectado al primer conducto (3) del módulo de muestreo, comprende un colector de aerosoles (5) que contiene un líquido de recolección. El colector de aerosoles (5) que recibe el aire recogido por la entrada (2) del primer conducto (3) es de una altura D~18cm. No obstante, esta altura debe ajustarse si se cambia el caudal de aire.
Finalmente, el módulo de detección de virus comprende un segundo conducto (6), conectado al colector de aerosoles (5), y en el que se disponen unos medios de movilización de fluido (7), como una bomba peristáltica, y un transductor acústico. El caudal de la bomba peristáltica es de aproximadamente 50 μL/min.
El segundo conducto (6) se divide en una primera sección (E) que va desde el colector de aerosoles (5) hasta la bomba peristáltica y es de 20cm aproximadamente, una segunda sección (F) desde la bomba peristáltica hasta el transductor acústico de 15cm aproximadamente, y una tercera sección (G) entre el transductor acústico y el colector de aerosoles (5) de 20cm aproximadamente.
Por su parte, el primer conducto (3) se divide así mismo en tres secciones. Una primera sección entre la entrada (2) y el colector de aerosoles (5) de 2m aproximadamente, una segunda sección entre el colector de aerosoles (5) y la unidad de medición de flujo de aire (4) de 0.4m aproximadamente, y una tercera sección entre la unidad de medición de flujo de aire (4) y la bomba de vacío de 0.4m aproximadamente.
Tal y como se muestra en la figura 1, el funcionamiento del dispositivo (1) es tal que el aire entra por la entrada (2) de aire del módulo de muestreo. A continuación, se dispone el colector de aerosoles (5) y la bomba de vacío que fuerza la corriente de aire a atravesar el módulo de colección. Por último, en el primer conducto (3) se sitúa la unidad de medición de flujo de aire (4) para medir el flujo volumétrico lineal del gas que atraviesa el módulo de colección.
Los medios de movilización del aire (9), en este caso la bomba de vacío, posicionada en el primer conducto (3), a continuación de la unidad de medición de flujo (4) se utiliza para captar los viriones de interés en el líquido de recolección situado en el colector de aerosoles (5). A continuación, los viriones recolectados son transportados por el segundo conducto (6), gracias a la bomba peristáltica, al transductor acústico, que monitoriza el flujo a periodos de tiempo controlados.
El transductor acústico comprende un biosensor (8) como el primer objeto de la invención, que comprende una capa con uno o varios anticuerpos específicos anti-SARS-CoV-2. El transductor acústico de la invención es de triple verificación. De esta manera, cuando el virión autotransportado interactúa con los anticuerpos provoca un cambio en la frecuencia de resonancia y el factor de disipación del biosensor (8). Dicho cambio, para un mismo virus, debe proporcionar un coeficiente Af/AD constante con el tiempo y específico del virus interactuante.
Una detección del virus SARS-CoV-2 involucra un cambio simultáneo de frecuencia de resonancia y factor de disipación. Además, el valor Af/AD debe corresponderá» -5 * 106, valor optimizado mediante el uso de VLPs (Virus-like Partióles, VLPs) de SARS-CoV-2.
En las figuras 2 y 3, se muestra la señal del transductor acústico después de 8 minutos de muestreo en una cámara en la que se ha nebulizado (figura 2): PBS 1x; y (figura 3): PBS 1x [VLPs] = 108 pfu/mL. En línea continua se representan los cambios de la frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo del biosensor (8) mientras que en línea discontinua están representados los cambios en el factor de disipación.
Finalmente, un tercer objeto de la presente invención es un virusómetro para la detección de patógenos en el aire exhalado por un usuario, preferentemente para detectar SARS-CoV-2 en aire exhalado, en un corto período de tiempo, atrapando el virus directamente en un biosensor (8), como el descrito en el primer objeto de la invención, que comprende una capa de un anticuerpo específico. El anticuerpo se inmoviliza preferentemente mediante anclaje covalente, tal y como se ha descrito anteriormente.
El virusómetro detecta un patógeno, preferentemente SARS-CoV-2, midiendo la carga viral directamente en el aire exhalado. Registra la cantidad de viriones presentes en el aire exhalado por el usuario y ofrece una medida, en tiempo real, de la presencia de virus.
Tal y como se muestra en la figura 4, el virusómetro comprende una boquilla (12) por la cual sopla el usuario, además de un receptáculo (14), dividido por una pieza de separación (17) desplazable en una primera cavidad (15) y una segunda cavidad (16). La boquilla (12) está conectada a la primera cavidad (15) a través de un tubo (13) de 67cm, de modo que el aire llena esta primera cavidad (15) cuando el usuario sopla. De esta manera, se facilita la homogeneización y preconcentración del patógeno antes de la medida.
Así, cuando se finaliza el soplo se desplaza el elemento de separación (17), de manera que el aire llega a la segunda cavidad (16), en la que se dispone el biosensor (8).
El biosensor (8), que puede estar conectado a unos medios de procesado para almacenar y enviar datos, identifica la carga de patógenos contenida en el aire exhalado, efectuándose la medida en un intervalo de 2 min.
Al igual que en el biosensor (8) y en el dispositivo (1) descritos anteriormente, cuando el patógeno o el virión aerotransportado interactúa con los anticuerpos, provoca un cambio en la frecuencia de resonancia y en el factor de disipación del biosensor (8) situado en la segunda cavidad (16).
Para aumentar su sensibilidad, el módulo de procesado no determina directamente los valores absolutos de disipación, sino las velocidades de cambio de este parámetro.
Como se ha indicado, el virusómetro permite efectuar la detección de otros virus y microrganismos aerotransportados, principalmente en aerosoles, utilizando biorreceptores naturales o sintéticos específicos para el patógeno deseado.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo (1) de detección de patógenos en aire, que comprende:
- un módulo de muestreo, que comprende:
- un primer conducto (3), con una entrada (2) de aire y una salida (10) de aire, - una unidad de medición de flujo de aire (4), posicionada en el primer conducto (3),
- unos medios de movilización de aire (9), posicionados en el primer conducto (3), - un módulo de colección de muestra, que comprende:
- un colector de aerosoles (5), conectado al primer conducto (3), que contiene un líquido de recolección de patógenos,
- un módulo de detección de virus, que comprende:
- un segundo conducto (6), conectado al colector de aerosoles (5), - unos medios de movilización de fluido (7), dispuestos en el segundo conducto (6), y
- y un transductor acústico, que comprende un biosensor (8) de detección de patógenos en aire, que comprende una microbalanza de cristal de cuarzo recubierta con uno o varios anticuerpos específicos para al menos un patógeno a detectar, anclados a la microbalanza mediante un elemento seleccionado entre un anticuerpo genérico, un anticuerpo específico, una proteína, un hapteno y un biorreceptor..
2. - El dispositivo (1) de la reivindicación 1, en el que los anticuerpos del biosensor (8) son específicos anti-SARS-CoV-2.
3. - El dispositivo (1) de la reivindicación 1, en el que la unidad de medición de flujo de aire (4) es un caudalímetro.
4. - El dispositivo (1) de la reivindicación 1, en el que los medios de movilización de aire (9) comprenden una bomba de vacío.
5. - El dispositivo (1) de la reivindicación 1, en el que los medios de movilización de fluido (7) comprenden una bomba peristáltica.
6.- El dispositivo (1) de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un embudo de prevención de acceso de partículas groseras, posicionado en la entrada (2) del primer conducto (3).
7.- Virusómetro para la detección de patógenos en el aire exhalado por un usuario, que comprende:
- un receptáculo (14),
- una pieza de separación (17) desplazable en el receptáculo (14), de manera que lo divide en una primera cavidad (15) y una segunda cavidad (16),
- una boquilla (12), destinada a recibir el aire exhalado por un usuario, conectada a la primera cavidad (15) del receptáculo (14),
- un biosensor (8), de detección de patógenos en aire, que comprende una microbalanza de cristal de cuarzo recubierta con uno o varios anticuerpos específicos para al menos un patógeno a detectar, anclados a la microbalanza mediante un elemento seleccionado entre un anticuerpo genérico, un anticuerpo específico, una proteína, un hapteno y un biorreceptor, estando el biosensor (8) posicionado en la segunda cavidad (16) del receptáculo (14)
- unos medios de procesado, conectados al biosensor (8).
8.- El virusómetro de la reivindicación 7, en el que los anticuerpos del biosensor (8) son específicos anti-SARS-CoV-2.
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU4694499A (en) * 1998-06-19 2000-01-05 California Institute Of Technology Trace level detection of analytes using artificial olfactometry
US20040002126A1 (en) * 2002-06-28 2004-01-01 Michel Houde Method, device and system for detecting the presence of microorganisms
US10226201B2 (en) * 2015-10-29 2019-03-12 Invoy Holdings, Llc Flow regulation device for breath analysis and related method
WO2020049438A2 (en) * 2018-09-03 2020-03-12 Kozhnosys Private Limited System for detection of volatile organic compounds (voc) in exhaled breath for health monitoring
WO2021028928A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-18 Respiration Scan Ltd System and method for determining onset and disease progression
CN117883121A (zh) * 2019-08-26 2024-04-16 泽特奥科技公司 利用呼出气诊断结核病和其他疾病

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