ES2958785B2 - MEASURING DEVICE FOR THE ANALYSIS OF THE OPTICAL RESPONSE OF DIFFRACTIVE BIOSENSIVE MATERIALS - Google Patents
MEASURING DEVICE FOR THE ANALYSIS OF THE OPTICAL RESPONSE OF DIFFRACTIVE BIOSENSIVE MATERIALSInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO DE MEDIDA PARA EL ANÁLISIS DE LA RESPUESTA ÓPTICA DE MEASUREMENT DEVICE FOR THE ANALYSIS OF THE OPTICAL RESPONSE OF
MATERIALES BIOSENSIBLES DIFRACTIVOS DIFFRACTIVE BIOSENSITIVE MATERIALS
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La invención se refiere a un dispositivo de mano para registrar las señales ópticas generadas por materiales bionsensibles difractivos como resultado de ensayos de bioreconocimiento. Para ello, el dispositivo que se preconiza está constituido por un conjunto de elementos dispuestos para aislar y cuantificar las señales ópticas difractivas, determinar el resultado del análisis, y comunicarlo al usuario. The invention relates to a hand-held device for recording optical signals generated by diffractive biosensitive materials as a result of biorecognition tests. To this end, the device proposed consists of a set of elements arranged to isolate and quantify the diffractive optical signals, determine the result of the analysis, and communicate it to the user.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Es sabido que los sistemas de análisis químico y biológico son de gran importancia en el ámbito comercial y social, ya que se materializan en productos que mejoran la calidad de vida de la sociedad. Estas tecnologías tienen un papel central en ámbitos como la detección y prevención de enfermedades, la determinación de contaminantes, y el control de calidad en industria. La innovación en el campo de los sistemas de análisis químico y biológico es fundamental tanto para mejorar la calidad de vida y la salud de las personas, como para impulsar el desarrollo comercial e industrial a través de la creación de nuevos productos y tecnologías que satisfagan las necesidades y demandas del mercado. It is well known that chemical and biological analysis systems are of great importance in the commercial and social spheres, as they are materialized in products that improve the quality of life of society. These technologies play a central role in areas such as the detection and prevention of diseases, the determination of contaminants, and quality control in industry. Innovation in the field of chemical and biological analysis systems is essential both to improve the quality of life and health of people, and to promote commercial and industrial development through the creation of new products and technologies that satisfy the needs and demands of the market.
En este sentido, a modo de ejemplo, se conocen diversos sistemas de medida para el registro de señales ópticas generadas por biosensores difractivos, donde destacan: In this sense, as an example, various measurement systems are known for recording optical signals generated by diffractive biosensors, among which the following stand out:
Los sistemas montados en mesas ópticas, típicamente empleados para estudios de demostración de concepto en entornos de investigación que implican óptica aplicada La adaptación de la tecnología de disco compacto, con discos modificados para actuar como soportes de nanoestructuras periódicas de bioreceptores, y lectores de disco modificados para escanear su respuesta difractiva [10]. Systems mounted on optical tables, typically employed for proof-of-concept studies in research settings involving applied optics The adaptation of compact disc technology, with discs modified to act as carriers for periodic bioreceptor nanostructures, and disc readers modified to scan their diffractive response [10].
Equipos de sobremesa para análisis basados en nanoestructuras periódicas de biorreceptores, que son complejos y voluminosos, y se alejan de las directrices Pointof-care [7,8,11, 12]. Benchtop equipment for analysis based on periodic nanostructures of bioreceptors, which are complex and bulky, and deviate from Point-of-care guidelines [7,8,11, 12].
Referencias: References:
[1] Analytica Chimica Acta (2018), 1033, 173-179. https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.05.060 [1] Analytica Chimica Acta (2018), 1033, 173-179. https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.05.060
[2] Biosensors and Bioelectronics (2021), 176, 112916. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112916 [2] Biosensors and Bioelectronics (2021), 176, 112916. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112916
[3] ACS Applied Materials and Interfaces (2022), 14, 41640-41648. https://doi.org/10.1021/acsami.2c12808 [3] ACS Applied Materials and Interfaces (2022), 14, 41640-41648. https://doi.org/10.1021/acsami.2c12808
[4] Biosensors (2023), 13, 214. https://doi.org/10.3390/bios13020214 [5] Biosensors and Bioelectronics (2021) 193, 113561. https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113561 [4] Biosensors (2023), 13, 214. https://doi.org/10.3390/bios13020214 [5] Biosensors and Bioelectronics (2021) 193, 113561. https://doi.org/10.1016/j.bios. 2021.113561
[6] Biosensors (2023) 13, 312. https://doi.org/10.3390/bios13030312 [6] Biosensors (2023) 13, 312. https://doi.org/10.3390/bios13030312
[7] Nature Nanotechnology (2017) 12, 1089-1095. https://doi.org/10.1038/NNANO.2017.168 [7] Nature Nanotechnology (2017) 12, 1089-1095. https://doi.org/10.1038/NNANO.2017.168
[8] Sensors and Actuators B: Chemical (2021) 349, 130746. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130746 [9] Nature Microbiology (2019) 4, 46-54. https://doi.org/10.1038/s41564-018-0295-3 [8] Sensors and Actuators B: Chemical (2021) 349, 130746. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130746 [9] Nature Microbiology (2019) 4, 46-54. https://doi.org/10.1038/s41564-018-0295-3
[10] Analytical Chemistry (2017), 89, 9002-9008. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b01649 [10] Analytical Chemistry (2017), 89, 9002-9008. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b01649
[11] PLOS Neglected Tropical Diseases (2014), 8, 3002. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0003002 [11] PLOS Neglected Tropical Diseases (2014), 8, 3002. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0003002
[12] US 2022/0298555 A1 [12] US 2022/0298555 A1
Es sabido que una estrategia innovadora y ventajosa para desarrollar tecnologías de análisis químico y biológico consiste en la unión de biosensores con técnicas de difracción de luz. Entre otros aspectos, la integración de macromoléculas como anticuerpos, enzimas, o ácidos nucleicos permite el desarrollo de biosensores selectivos y sensibles. Por otro lado, es conocida la gran utilidad de las técnicas difractivas para llevar a cabo la detección de compuestos diana sin marcaje, en tiempo real, y resolviendo problemas importantes de adsorción inespecífica en el análisis directo de muestras biológicas sin tratar [1-6]. It is known that an innovative and advantageous strategy to develop chemical and biological analysis technologies consists of the union of biosensors with light diffraction techniques. Among other aspects, the integration of macromolecules such as antibodies, enzymes, or nucleic acids allows the development of selective and sensitive biosensors. On the other hand, the great utility of diffractive techniques is known to carry out the detection of target compounds without labeling, in real time, and solving important problems of nonspecific adsorption in the direct analysis of untreated biological samples [1-6].
Esta forma de combinar biosensado y difracción se basa en materiales estructurados en la escala micrométrica y/o nanométrica, que difractan la luz incidente y que integran biomacromoléculas encargadas del bioreconocimiento específico. Cuando estos materiales se ponen en contacto con la muestra a analizar, las macromoléculas que lo conforman interaccionan con los compuestos diana presentes en la muestra, y este fenómeno genera un cambio medible en su respuesta difractiva. A través de este cambio se puede conocer la presencia y/o concentración del compuesto diana. This way of combining biosensing and diffraction is based on materials structured on the micrometric and/or nanometric scale, which diffract the incident light and integrate biomacromolecules responsible for specific biorecognition. When these materials come into contact with the sample to be analyzed, the macromolecules that make them up interact with the target compounds present in the sample, and this phenomenon generates a measurable change in their diffractive response. Through this change, the presence and/or concentration of the target compound can be known.
En el estado del arte se encuentran dos métodos para abordar esta estrategia: In the state of the art there are two methods to address this strategy:
a través de nano/micro-estructuras periódicas de biorreceptores fabricadas sobre sustratos sólidos [1-4, 7, 8], y through periodic nano/micro-structures of bioreceptors fabricated on solid substrates [1-4, 7, 8], and
a través de biorreceptores incluidos en matrices tridimensionales estructuradas por medios holográficos [5-6]. through bioreceptors included in three-dimensional matrices structured by holographic means [5-6].
Un aspecto fundamental en las tecnologías de análisis químico y biológico es que sean baratas, simples, compactas, robustas, portables y fáciles de utilizar por usuarios no especializados, tal y como apunta la organización mundial para la salud [9]. Con la prevalencia de enfermedades infecciosas y crónicas, el aumento de población geriátrica, y las nuevas dinámicas post-pandemia, existe una gran demanda de sistemas analíticos con estas características, que va acompañada de un alto impacto social y económico. Frente a las tecnologías estándar de análisis químico y biológico, los dispositivos biosensores con estas características permiten realizar el análisis y obtener el resultado en el mismo lugar y momento en el que éste es necesario, y por parte de usuarios no especializados para la realización e interpretación del ensayo. Este tipo de dispositivos, como se ha adelantado previamente, se definen en el campo bioanalítico como sistemas Point-of-care o Point-of-need. A fundamental aspect of chemical and biological analysis technologies is that they are cheap, simple, compact, robust, portable and easy to use by non-specialized users, as pointed out by the World Health Organization [9]. With the prevalence of infectious and chronic diseases, the increase in the geriatric population, and the new post-pandemic dynamics, there is a great demand for analytical systems with these characteristics, which is accompanied by a high social and economic impact. Compared to standard chemical and biological analysis technologies, biosensor devices with these characteristics allow the analysis to be carried out and the result to be obtained in the same place and at the time when it is necessary, and by non-specialized users for the performance and interpretation of the test. This type of device, as previously mentioned, is defined in the bioanalytical field as Point-of-care or Point-of-need systems.
Frente a estos sistemas descritos y conocidos en el estado del arte, la tecnología objeto de la presente invención consiste en un dispositivo de mano, pequeño, portable, compacto y fácil de emplear por usuarios no especializados. Estas características permiten implementar las ventajas de los biosensores difractivos en escenarios Point-of-care. Es decir, permite el análisis directo de muestras biológicas complejas sin procesar y sin marcaje, en el mismo momento y lugar en el que se requiere el resultado, y por parte de usuarios no especializados. Compared to these systems described and known in the state of the art, the technology object of the present invention consists of a small, portable, compact and easy-to-use handheld device for non-specialized users. These characteristics allow the implementation of the advantages of diffractive biosensors in point-of-care scenarios. That is, it allows the direct analysis of complex biological samples without processing and without labeling, at the same time and place in which the result is required, and by non-specialized users.
En este sentido, se conoce lo divulgado en el documento US2019017938A1 donde se hace referencia a un biosensor difractivo para la detección de biomoléculas. In this regard, it is known what was disclosed in document US2019017938A1 where reference is made to a diffractive biosensor for the detection of biomolecules.
También se conoce lo descrito en el documento WO2021170601A1 donde se divulga un dispositivo portable de análisis difractivo para analizar interacciones moleculares. It is also known what is described in document WO2021170601A1 where a portable diffractive analysis device is disclosed to analyze molecular interactions.
Es conocido lo divulgado en el documento WO20200015872A1 donde se describe un bionsensor difractivo para la detección selectiva de moléculas en una rejilla con material biológico. It is known what was disclosed in document WO20200015872A1 where a diffractive biosensor is described for the selective detection of molecules in a grid with biological material.
Estos tres documentos mejoran la tecnología previamente indicada, sin embargo, con respecto a la presente invención, estos documentos presentan grandes diferencias en cuanto a los materiales y el principio de detección. Los dispositivos descritos en esos tres documentos se basan en guías de onda, mientras que la presente invención se basa en difracción en espacio libre. These three documents improve the previously mentioned technology, however, with respect to the present invention, these documents present great differences regarding the materials and the detection principle. The devices described in these three documents are based on waveguides, while the present invention is based on free space diffraction.
Entrando en un mayor grado de detalle, en las tres patentes previamente señaladas el material biosensible difractivo se dispone sobre una guía de ondas, que en la mayoría de los casos se representa como una guía de ondas plana (tipo slab). En estos casos, el material biosensible difractivo interacciona con el campo evanescente de la radiación guiada por la guía de ondas. Estos sistemas necesariamente requieren un acoplamiento y/o desacoplamiento de la luz en las guías de ondas. Going into greater detail, in the three patents previously mentioned the diffractive biosensitive material is arranged on a waveguide, which in most cases is represented as a flat waveguide (slab type). In these cases, the diffractive biosensitive material interacts with the evanescent field of the radiation guided by the waveguide. These systems necessarily require coupling and/or decoupling of the light in the waveguides.
Frente a estas tecnologías, la presente invención no se basa en guías de ondas, sino que la radiación se propaga de forma no guiada (espacio libre) e interacciona de esta forma con el material biosensible difractivo. Esta diferencia no es trivial desde el punto de vista técnico, conlleva diferencias significatives en la materialización de los dispositivos, y aporta significativas ventajas frente a lo divulgado en esas patentes. Compared to these technologies, the present invention is not based on waveguides, but the radiation propagates in an unguided manner (free space) and thus interacts with the diffractive biosensitive material. This difference is not trivial from a technical point of view, it entails significant differences in the materialization of the devices, and provides significant advantages over what is disclosed in these patents.
Se ha de tener en cuenta que las guías de onda son materiales nanoestructurados, que suelen involucrar materias primas y métodos de fabricación complejos y caros. La presente invención no requiere guías de ondas, por lo que, frente a los dispositivos planteados en las tres patentes, presenta ventajas importantes en cuanto a la simplicidad, versatilidad de manejo y coste. It should be noted that waveguides are nanostructured materials, which usually involve raw materials and complex and expensive manufacturing methods. The present invention does not require waveguides, so, compared to the devices proposed in the three patents, it presents important advantages in terms of simplicity, versatility of handling and cost.
También ha de tenerse en cuenta que este sector industrial es esencial el que se pueda analizar muestras biológicas en el campo médico. En este sector, suele ser un requisito que los materiales sean desechables y no reutilizables. En este sentido, utilizar sustratos simples y baratos como los sustratos planteados en la presente invención, en lugar de materiales más caros como las guías de onda planteadas en las tres patentes anteriores, supone una ventaja en cuanto a la posibilidad de materializarse en sistemas desechables. Asimismo, frente a desechar guías de onda, desechar sustratos simples aporta ventajas en cuanto a sostenibilidad ambiental y económica. It should also be noted that this industrial sector is essential for the analysis of biological samples in the medical field. In this sector, it is usually a requirement that the materials are disposable and not reusable. In this sense, using simple and cheap substrates such as the substrates proposed in the present invention, instead of more expensive materials such as the waveguides proposed in the three previous patents, represents an advantage in terms of the possibility of materializing disposable systems. Likewise, compared to discarding waveguides, discarding simple substrates provides advantages in terms of environmental and economic sustainability.
Adicionalmente, el acoplamiento y/o desacoplamiento de luz en guías de onda tiende a ser un proceso poco robusto y requiere de elementos ópticos adicionales que complican el dispositivo final y restringen su aplicabilidad. La presente invención no involucra acoplamiento/desacoplamiento, basta con irradiar en espacio libre, por lo que frente a las tres patentes aporta ventajas en cuanto a robustez y simplicidad del dispositivo final. Asimismo, este hecho repercute positivamente en la sensibilidad de los análisis resultantes. In addition, coupling and/or decoupling light in waveguides tends to be a less robust process and requires additional optical elements that complicate the final device and restrict its applicability. The present invention does not involve coupling/decoupling, it is enough to irradiate in free space, so compared to the three patents it provides advantages in terms of robustness and simplicity of the final device. Likewise, this fact has a positive impact on the sensitivity of the resulting analyses.
Finalmente, en los dispositivos sugeridos en esas tres patentes, la respuesta óptica difractiva se concentra en un punto microscópico, lo que requiere de elementos ópticos adicionales (lentes) para enfocar y cuantificar la respuesta óptica difractiva. En la presente invención, la respuesta óptica difractiva no está enfocada, y puede detectarse directamente con fotodetectores convencionales. Frente a las tres patentes, esto aporta simplicidad y reduce costes en el dispositivo final. Finally, in the devices suggested in these three patents, the diffractive optical response is concentrated in a microscopic spot, which requires additional optical elements (lenses) to focus and quantify the diffractive optical response. In the present invention, the diffractive optical response is not focused, and can be detected directly with conventional photodetectors. Compared to the three patents, this provides simplicity and reduces costs in the final device.
Teniendo en cuenta estos aspectos, el solicitante no conoce ningún dispositivo de medida para el análisis de la respuesta óptica de materiales biosensibles difractarios tan eficaz como la que se describe a continuación. Taking these aspects into account, the applicant is not aware of any measuring device for the analysis of the optical response of diffractive biosensitive materials as effective as the one described below.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
La invención consiste en un dispositivo de medida para el análisis de la respuesta óptica de materiales biosensibles, que es compacto y portátil, y que tiene la particularidad de comprender los siguientes componentes: The invention consists of a measuring device for the analysis of the optical response of biosensitive materials, which is compact and portable, and which has the particularity of comprising the following components:
Un material biosensible difractivo. Este material contiene receptores (anticuerpos, enzimas, ácidos nucleicos, u otros) que son capaces de interaccionar con compuestos diana presentes en una muestra. Cuando una muestra que contiene compuesto diana se pone en contacto con el material biosensible, el biorreceptor comprendido en el material biosensible interacciona con el compuesto diana, y esta interacción cambia la respuesta difractiva del material. Algunos ejemplos de material biosensible difractivo son capas de biorreceptores inmovilizadas sobre sustratos sólidos y estructuradas según un patrón de red de difracción, o matrices poliméricas tipo hidrogeles que incorporan bioreceptores y que contienen un patrón difractivo grabado en el seno o en la superficie del material. A diffractive biosensitive material. This material contains receptors (antibodies, enzymes, nucleic acids, or others) that are capable of interacting with target compounds present in a sample. When a sample containing a target compound comes into contact with the biosensitive material, the bioreceptor within the biosensitive material interacts with the target compound, and this interaction changes the diffractive response of the material. Examples of diffractive biosensitive material include layers of bioreceptors immobilized on solid substrates and structured according to a diffraction grating pattern, or polymeric hydrogel-type matrices incorporating bioreceptors and containing a diffractive pattern recorded within or on the surface of the material.
Un sustrato o soporte sobre el que se soporta el material biosensible difractivo. Este material puede ser transparentes, reflejante, parcialmente reflejante, o contener áreas reflejantes y áreas transparente. El soporte puede también ser opaco o contener zonas opacas para adecuar la respuesta óptica. Algunos ejemplos de materiales que pueden ser usados como sustratos son vidrio, plásticos sintéticos (poliestireno, policarbonato, poliolefinas cíclicas, polipropileno, u otros), metales (acero, oro, aluminio, u otros), fibras y membranas (celulosa, nitrocelulosa, u otros), silicio y derivados del silicio, así como los ejemplos anteriores con modificaciones fisicoquímicas para adecuar las propiedades ópticas y químicas del sustrato. Asimismo, el sustrato puede no estar incluido en materiales biosensibles difractivos que no lo requieran. También un único sustrato puede incluir varias porciones de material biosensible difractivo diferente, para realizar más de un análisis químico y/o biológico. A substrate or support on which the diffractive biosensitive material is supported. This material may be transparent, reflective, partially reflective, or contain reflective and transparent areas. The support may also be opaque or contain opaque areas to suit the optical response. Some examples of materials that can be used as substrates are glass, synthetic plastics (polystyrene, polycarbonate, cyclic polyolefins, polypropylene, or others), metals (steel, gold, aluminum, or others), fibers and membranes (cellulose, nitrocellulose, or others), silicon and silicon derivatives, as well as the previous examples with physicochemical modifications to suit the optical and chemical properties of the substrate. Likewise, the substrate may not be included in diffractive biosensitive materials that do not require it. Also, a single substrate may include several portions of different diffractive biosensitive material, to perform more than one chemical and/or biological analysis.
Una fuente de luz que irradia al material biosensible difractivo, para que este genere la respuesta óptica difractiva que permite determinar la cantidad de compuesto diana presente en la muestra. Algunos ejemplos de fuentes de luz adecuados para esta invención son sistemas láser (punteros, cabezales, u otros), fuentes LED y OLED, o lámparas policromáticas (incandescentes, halógenas, fluorescentes, u otros). La fuente de luz dirige su radiación hacia el material biosensible difractivo en un ángulo a de incidencia donde 0°<a<90°, es decir, puede variar desde los 0 grados (irradiación perpendicular) hasta los 90 grados. A light source that irradiates the diffractive biosensitive material, so that it generates the diffractive optical response that allows determining the amount of target compound present in the sample. Some examples of light sources suitable for this invention are laser systems (pointers, heads, or others), LED and OLED sources, or polychromatic lamps (incandescent, halogen, fluorescent, or others). The light source directs its radiation towards the diffractive biosensitive material at an angle a of incidence where 0°<a<90°, that is, it can vary from 0 degrees (perpendicular irradiation) to 90 degrees.
Una zona de transmisión y una zona de reflexión en la que tiene lugar la respuesta óptica difractiva, definida según la posición del material biosensible difractivo respecto de la fuente de luz. A transmission zone and a reflection zone in which the diffractive optical response takes place, defined according to the position of the diffractive biosensitive material relative to the light source.
Un sistema fluídico para poner en contacto muestras con el material biosensible difractivo. Algunos ejemplos de sistemas fluídicos incluyen cámaras de incubación, canales, u otros. A fluidic system for contacting samples with the diffractive biosensitive material. Examples of fluidic systems include incubation chambers, channels, or others.
Al menos un fotodetector, que están dispuestos para registrar la intensidad de la radiación incidente y/o la intensidad de la respuesta óptica difractiva en la zona de reflexión y/o o en la zona de transmisión. Puede integrar al menos uno que pueden estar en la zona de reflexión o en la zona de transmisión. Algunos ejemplos de fotodetectores adecuados para esta invención son fotodiodos, fotomultiplicadores, fototransistores, células fotovoltaicas, cámaras CCD (Charge-Coupled Device), cámaras CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), sensores de imagen de silicio (SIS), y cámaras de infrarrojos (IR). At least one photodetector, which is arranged to record the intensity of the incident radiation and/or the intensity of the diffractive optical response in the reflection zone and/or in the transmission zone. It may integrate at least one that can be in the reflection zone or in the transmission zone. Some examples of photodetectors suitable for this invention are photodiodes, photomultipliers, phototransistors, photovoltaic cells, CCD (Charge-Coupled Device) cameras, CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) cameras, silicon image sensors (SIS), and infrared (IR) cameras.
Unos elementos bloqueantes de la luz utilizados para aislar la respuesta óptica difractiva y eliminar posibles interferencias ópticas. Son barreras físicas de materiales opacos que se sitúan alrededor de los fotodiodos y/o la respuesta óptica difractada. Light blocking elements used to isolate the diffractive optical response and eliminate possible optical interference. They are physical barriers made of opaque materials placed around the photodiodes and/or the diffracted optical response.
Un código identificativo situado sobre el soporte, que permita identificar automáticamente el tipo de análisis empleando un detector/receptor compatible. Algunos ejemplos de códigos identificativos y detectores adecuados para esta investigación son códigos de barras junto con lectores de códigos de barras, etiquetas RFID junto con lectores RFID, o códigos QR junto con cámaras de dispositivos inteligentes (teléfonos móviles, tablets, ordenadores, o similares). Los códigos identificativos y/o sus lectores pueden también no estar incluidos en el dispositivo. An identification code placed on the support, which allows the type of analysis to be automatically identified using a compatible detector/receiver. Some examples of identification codes and detectors suitable for this investigation are barcodes together with barcode readers, RFID tags together with RFID readers, or QR codes together with cameras on smart devices (mobile phones, tablets, computers, or similar). Identification codes and/or their readers may also not be included in the device.
Un controlador electrónico, para controlar los elementos del sistema y computar la respuesta de los ensayos biológicos y químicos. Este controlador puede incluir elementos como una CPU, un conversor analógico-digital, una memoria, transistores, resistencias, conexiones de entrada y de salida, u otros. El controlador se conecta con los diferentes elementos que contiene el dispositivo a través de cables de transmisión de señales eléctricas. An electronic controller, to control the elements of the system and compute the response of biological and chemical tests. This controller may include elements such as a CPU, an analog-digital converter, a memory, transistors, resistors, input and output connections, or others. The controller is connected to the different elements contained in the device through cables for transmitting electrical signals.
Una batería o fuente de alimentación eléctrica que alimenta al controlador electrónico, la fuente de luz, los detectores, y demás elementos que conforman el dispositivo. Algunos ejemplos de baterías compatibles con este dispositivo son baterías de iones de litio, baterías de polímero de iones de litio, baterías de níquelmetal hidruro, baterías de níquel-cadmio, baterías alcalinas, y baterías de zinccarbono. A battery or power supply that powers the electronic controller, light source, detectors, and other components of the device. Examples of batteries compatible with this device include lithium-ion batteries, lithium-ion polymer batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-cadmium batteries, alkaline batteries, and zinc-carbon batteries.
Una carcasa que incorpora todos los elementos del sistema en su interior o en su superficie. La carcasa puede incluir orificios o aperturas para introducir el material biosensible difractivo en su interior y registrar su respuesta óptica. La carcasa está constituida por un material polimérico (policarbonato, poliestireno, polipropileno, acrilonitrilo butadieno estireno, ácido poliláctico, u otros), metálico (acero, aluminio, titanio, u otros), o una combinación de los anteriores. A housing that incorporates all the elements of the system within or on its surface. The housing may include holes or openings to introduce the diffractive biosensitive material into its interior and record its optical response. The housing is made of a polymeric material (polycarbonate, polystyrene, polypropylene, acrylonitrile butadiene styrene, polylactic acid, or others), metallic material (steel, aluminum, titanium, or others), or a combination of the above.
Unos conmutadores o botones para accionar y controlar manualmente el dispositivo y efectuar las medidas de los análisis químicos y biológicos. Switches or buttons to manually operate and control the device and perform chemical and biological analysis measurements.
Una pantalla como interfaz para comunicar datos (instrucciones, resultados, y y otros) al usuario del dispositivo. Algunos ejemplos de pantallas adecuadas para este dispositivo son pantallas de cristal líquido, pantallas LED, o pantallas táctiles. De forma alternativa, el controlador electrónico puede incluir un puerto de alguna tecnología inalámbrica (Bluethooth, NFC, wifi, u otros) que transfiera datos a un dispositivo externo (teléfono móvil, tableta, ordenador, relojes-smartwatch, u otros), y la pantalla puede ser omitida. A display as an interface to communicate data (instructions, results, and so on) to the user of the device. Examples of suitable displays for this device are liquid crystal displays, LED displays, or touch screens. Alternatively, the electronic controller may include a port for some wireless technology (Bluetooth, NFC, Wi-Fi, or others) that transfers data to an external device (mobile phone, tablet, computer, smartwatch, or others), and the display may be omitted.
Con todos estos elementos, como se ha comentado previamente, la presente invención, frente a las tecnologías conocidas, no se basa en guías de ondas, sino en que la radiación se propaga de forma no guiada (espacio libre) e interacciona de esta forma con el material biosensible difractivo, y se considera que esta diferencia no es trivial desde el punto de vista técnico, dado que conlleva diferencias significatives en la materialización de los dispositivos, y aporta significativas ventajas frente a esas otras tecnologías conocidas. With all these elements, as previously mentioned, the present invention, compared to known technologies, is not based on waveguides, but on the fact that the radiation propagates in an unguided manner (free space) and thus interacts with the diffractive biosensitive material, and it is considered that this difference is not trivial from a technical point of view, since it entails significant differences in the materialization of the devices, and provides significant advantages compared to these other known technologies.
Entrando en otro tipo de detalles, en unas posibles realizaciones de la invención, el dispositivo y la carcasa tiene unas dimensiones de entre 5 y 30 cm de largo, entre 3 y 20 cm de alto, y entre 3 y 30 cm de ancho, y la carcasa está compuesta por un polímero sintético. Going into other types of details, in some possible embodiments of the invention, the device and the casing have dimensions between 5 and 30 cm long, between 3 and 20 cm high, and between 3 and 30 cm wide, and the casing is composed of a synthetic polymer.
En una posible realización del invento, el material biosensible difractivo consiste en una biocapa de biorreceptores (proteínas y ácidos nucleicos) inmovilizada sobre un sustrato de vidrio según un patrón periódico monodimensional. In a possible embodiment of the invention, the diffractive biosensitive material consists of a biolayer of bioreceptors (proteins and nucleic acids) immobilized on a glass substrate according to a one-dimensional periodic pattern.
En otra realización del invento, el material biosensible difractivo consiste en una matriz tipo hidrogel con biorreceptores (proteínas o ácidos nucleicos) en su composición, y en el que se ha grabado una red periódica en su volumen o en su superficie por interferencia de dos láseres o por réplica de un máster con una red de relieve de superficie. In another embodiment of the invention, the diffractive biosensitive material consists of a hydrogel-type matrix with bioreceptors (proteins or nucleic acids) in its composition, and in which a periodic network has been recorded in its volume or on its surface by interference of two lasers or by replication of a master with a surface relief network.
En otra realización del invento, el material biosensible difractivo consiste en un soporte sólido compuesto por un polímero sintético (poliestireno, policarbonato, etc) o por un material basado en silicio (silicio, vidrio, nitruro de silicio, etc.), que contiene una red periódica en su superficie sobre la que se dispone una capa de bioreceptores (proteínas o ácidos nucleicos). In another embodiment of the invention, the diffractive biosensitive material consists of a solid support composed of a synthetic polymer (polystyrene, polycarbonate, etc.) or a silicon-based material (silicon, glass, silicon nitride, etc.), which contains a periodic network on its surface on which a layer of bioreceptors (proteins or nucleic acids) is arranged.
En una posible realización del invento, la fuente de luz es un láser con una longitud de onda comprendida entre los 400 nm y los 1000 nm, y los fotodetectores son fotodiodos situados en la zona de trasmisión. In a possible embodiment of the invention, the light source is a laser with a wavelength between 400 nm and 1000 nm, and the photodetectors are photodiodes located in the transmission zone.
En otra posible realización del invento, la fuente de luz es una lámpara halógena o un LED, y los fotodetectores son cámaras CCD situadas en la zona de reflexión. In another possible embodiment of the invention, the light source is a halogen lamp or an LED, and the photodetectors are CCD cameras located in the reflection zone.
En una posible realización del invento, la carcasa tiene una apertura lateral por donde se introduce un soporte con material biosensible difractivo irradiado perpendicularmente (0 grados). In a possible embodiment of the invention, the housing has a lateral opening through which a support with perpendicularly irradiated (0 degrees) diffractive biosensitive material is introduced.
En otra posible realización del invento, la carcasa tiene una apertura lateral alineada para introducir un soporte con material biosensible difractivo para ser irradiado de forma oblicua (entre 0 y 90 grados). In another possible embodiment of the invention, the housing has a lateral opening aligned to introduce a support with diffractive biosensitive material to be irradiated obliquely (between 0 and 90 degrees).
En una posible realización del invento, el soporte incluye un código de barras, el dispositivo incluye un lector de código de barras, y la carcasa incluye una pantalla LCD que actúa como interfaz para el usuario. In one possible embodiment of the invention, the holder includes a barcode, the device includes a barcode reader, and the housing includes an LCD screen that acts as a user interface.
En otra posible realización del invento, el soporte incluye un código QR, y el controlador electrónico incluye un puerto bluetooth para transmitir al usuario información referente al análisis a través de un dispositivo inteligente In another possible embodiment of the invention, the support includes a QR code, and the electronic controller includes a Bluetooth port to transmit information regarding the analysis to the user through a smart device.
Se ha de tener en cuenta que, a lo largo de la descripción y las reivindicaciones, el término “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas o elementos adicionales. It should be noted that throughout the description and claims, the term “comprises” and its variants are not intended to exclude other technical features or additional elements.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, 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: To complement the description being made and in order to help better understand the characteristics of the invention, a set of drawings is included as an integral part of said description, in which the following has been represented for illustrative and non-limiting purposes:
La Figura 1 muestra de forma esquemática un dispositivo de medida objeto del presente invento y los elementos que lo conforman. Figure 1 schematically shows a measuring device that is the object of the present invention and the elements that comprise it.
La Figura 2 muestra de forma detallada el esquema donde material biosensible difractivo, el sustrato y el sistema fluídico. Figure 2 shows in detail the scheme where diffractive biosensitive material, the substrate and the fluidic system.
La Figura 3 muestra una vista en perspectiva exterior de una posible realización del dispositivo objeto de la presente invención, concretamente donde el sustrato con el material biosensible difractivo es introducido lateralmente en el dispositivo para ser irradiado de forma perpendicular. Figure 3 shows an external perspective view of a possible embodiment of the device object of the present invention, specifically where the substrate with the diffractive biosensitive material is introduced laterally into the device to be irradiated perpendicularly.
DESCRIPCIÓN DE UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION
Tal como se puede observar en el juego de dibujos, una realización del dispositivo de medida para el análisis de la respuesta óptica de materiales biosensibles difractivos comprende una carcasa (17) que alberga todos los componentes del dispositivo y que comprende unos orificios o aperturas (18) para introducir un material biosensible difractivo (1) en su interior y registrar su respuesta óptica; que es un dispositivo de mano, pequeño, portable, compacto y fácil de emplear por usuarios no especializados; y tiene la particularidad de comprender: As can be seen in the set of drawings, one embodiment of the measuring device for the analysis of the optical response of diffractive biosensitive materials comprises a housing (17) that houses all the components of the device and that comprises holes or openings (18) for introducing a diffractive biosensitive material (1) into its interior and recording its optical response; which is a hand-held device, small, portable, compact and easy to use by non-specialized users; and has the particularity of comprising:
un material biosensible difractivo (1), que contiene receptores que son capaces de interaccionar con compuestos diana presentes en una muestra; a diffractive biosensitive material (1), containing receptors that are capable of interacting with target compounds present in a sample;
un sustrato (2) sobre el que se soporta el material biosensible difractivo; una fuente de luz (3) que irradia al material biosensible difractivo, para que este genere la respuesta óptica difractiva (4) que permite determinar la cantidad de compuesto diana presente en la muestra; y donde la fuente de luz dirige su radiación hacia el material biosensible difractivo en un ángulo a de incidencia (5), donde 0°<a<90°; a substrate (2) on which the diffractive biosensitive material is supported; a light source (3) that irradiates the diffractive biosensitive material, so that it generates the diffractive optical response (4) that allows determining the quantity of target compound present in the sample; and where the light source directs its radiation towards the diffractive biosensitive material at an angle a of incidence (5), where 0°<a<90°;
una zona de transmisión (6) y una zona de reflexión (7) en la que tiene lugar la respuesta óptica difractiva, definida según la posición del material biosensible difractivo respecto de la fuente de luz. a transmission zone (6) and a reflection zone (7) in which the diffractive optical response takes place, defined according to the position of the diffractive biosensitive material with respect to the light source.
un sistema fluídico (8) para poner en contacto muestras con el material biosensible difractivo; a fluidic system (8) for contacting samples with the diffractive biosensitive material;
unos fotodetectores (9), que están dispuestos para registrar la intensidad de la radiación incidente (10) y/o la intensidad de la respuesta óptica difractiva en la zona de reflexión y/o o en la zona de transmisión; photodetectors (9), which are arranged to record the intensity of the incident radiation (10) and/or the intensity of the diffractive optical response in the reflection zone and/or in the transmission zone;
unos elementos bloqueantes de la luz (11) utilizados para aislar la respuesta óptica difractiva y eliminar posibles interferencias ópticas, que son barreras físicas de materiales opacos que se sitúan alrededor de los fotodiodos y/o la respuesta óptica difractada. Light blocking elements (11) used to isolate the diffractive optical response and eliminate possible optical interferences, which are physical barriers of opaque materials located around the photodiodes and/or the diffracted optical response.
Adicionalmente a esos elementos esenciales para la resolución del problema técnico planteado en la presente invención, esta realización puede tener un código identificativo (12) situado sobre el sustrato, que permite identificar automáticamente el tipo de análisis empleando un detector/receptor compatible (13). In addition to these essential elements for solving the technical problem posed in the present invention, this embodiment may have an identification code (12) located on the substrate, which allows the type of analysis to be automatically identified using a compatible detector/receiver (13).
puede tener un controlador electrónico (14), para controlar los elementos del sistema y computar la respuesta de los ensayos biológicos y químicos. It may have an electronic controller (14), to control the elements of the system and compute the response of the biological and chemical tests.
puede tener una batería (16) o fuente de alimentación eléctrica que alimenta al controlador electrónico, la fuente de luz, los detectores, y demás elementos que conforman el dispositivo; It may have a battery (16) or power supply that feeds the electronic controller, the light source, the detectors, and other elements that make up the device;
la carcasa (17) puede tener unos conmutadores o botones (19) para accionar y controlar manualmente el dispositivo y efectuar las medidas de los análisis químicos y biológicos; y The housing (17) may have switches or buttons (19) to manually operate and control the device and perform chemical and biological analysis measurements; and
puede tener una pantalla (20) como interfaz para comunicar datos. may have a screen (20) as an interface to communicate data.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2958785 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20240214 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2958785 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20240724 |