BG110556A - Method and sensor for immune metric nano analysis - Google Patents

Method and sensor for immune metric nano analysis Download PDF

Info

Publication number
BG110556A
BG110556A BG10110556A BG11055609A BG110556A BG 110556 A BG110556 A BG 110556A BG 10110556 A BG10110556 A BG 10110556A BG 11055609 A BG11055609 A BG 11055609A BG 110556 A BG110556 A BG 110556A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
micro
microconsoles
sensor
carrier
action
Prior art date
Application number
BG10110556A
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Генчо МИНЧЕВ
Татяна МИНЧЕВА
Original Assignee
"Вг Обединени" Оод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Вг Обединени" Оод filed Critical "Вг Обединени" Оод
Priority to BG10110556A priority Critical patent/BG110556A/en
Publication of BG110556A publication Critical patent/BG110556A/en

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

The method and the sensor can be applied in medical clinical diagnosis, life sciences, control of organic production, ecological biological control, bio safety, etc. The biochemical method with calculation procedures, the micro-sensor with a high sensitivity, the equipment (laboratory and field) with specific calculation procedures and measurement method combined in a functional relation, jointly achieve measurement of the immune responses, habitual for the specialists and with accuracy preset only by the fundamental limitations arising from the very nature of the task, as well as detection of microscopic biological particles - viruses bio nano-particles, bacteria and bacterial spores, cell organelles, etc. The advantage is the individual measurement of irreversible immune reactions in their natural environment, using amounts of molecules of only one individual living cell.

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението е приложимо: за клинична диагностика в медицината; в научно-изследователската и развойна дейност в науките за живота; за контрол в био-технологичните производства; за контрол и опазване на околната био-среда; за контрол при обезпечаване на био-безопасгността и т.н.The invention is applicable: for clinical diagnostics in medicine; in life sciences research and development; for control in bio-technological production; for control and protection of the environment bio-environment; for biosecurity control, etc.

Живота, в по-голямата си част, е базиран на ограничен клас стереоконформни биохимични реакции (имунни) и има еднотипна първична организация (клетъчна). Милиардите години еволюция обаче, са породили невероятно разнообразие от биомолекули, регулаторни цикли и реакции. Анализът на имунните реакции с цел тяхното измерване, разбиране и каталогизиране е основна текуща дейност в тази област, а основната трудност е в наномолните количества биомолекули, които трябва да се измерят/регистрират, за да се анализират процесите в отделната жива клетка.For the most part, life is based on a limited class of stereoconform biochemical reactions (immune) and has a single primary organization (cellular). The billions of years of evolution, however, have generated an incredible variety of biomolecules, regulatory cycles, and reactions. The analysis of immune responses for their measurement, understanding and cataloging is a major ongoing activity in this field, and the main difficulty is in the anomalous amounts of biomolecules that need to be measured / recorded in order to analyze the processes in a single living cell.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА ©Науките за живота са в центъра на съвременното технологично и научно развитие и за тях се отделят най-много средства. Всяка година изследователите, медиците и биолозите каталогизират хиляди нови биомакромолекули (антитела, биомаркери, антигени и т.н.) използвайки имунните биохимични реакции [1]. Тази активност (по исторически причини) е базирана на молекулярно-биологични химични методи, които вече не са съвсем адекватни. В тях се използват значителни количества биомолекули и/или био-частици и тяхното събиране/набавяне налага сепариране или намножаване, които са многоетапни, продължителни и сложни процедури добавящи най-различни несвойствени влияния, артефакти, промени и др. Отделянето на резултатите става също чрез несвойствени за имунните реакции процеси - дифузия, електрофореза, свързване с оптически активни молекули, гравитационна/инерционна сепарация и т.н. - които допълнително добавят нови артефакти, селективности, химични промени и др. Регистрацията се извършва със слабо чувствителни методи, исторически ориентирани в крайна сметка, към наблюдаване с човешко око или негови съвременни еквиваленти: изображения от CCD камери; сканирани микрофотографии или микропластини и др.BACKGROUND OF THE INVENTION © The life sciences are at the heart of modern technological and scientific development and are being given the most resources. Each year, thousands of new biomacromolecules (antibodies, biomarkers, antigens, etc.) are cataloged by researchers, medical professionals, and biologists using immune biochemical reactions [1]. This activity (for historical reasons) is based on molecular biological methods that are no longer quite adequate. They use significant amounts of biomolecules and / or bio-particles and their collection / acquisition requires separation or multiplication, which are multi-stage, lengthy and complex procedures adding a variety of intrinsic effects, artifacts, changes and more. Separation of the results is also done by processes that are not peculiar to the immune reactions - diffusion, electrophoresis, binding to optically active molecules, gravitational / inertial separation, etc. - which further add new artifacts, selectivity, chemical changes, etc. The registration is performed with poorly sensitive methods, historically oriented eventually to human eye observation or its modern equivalents: images from CCD cameras; scanned micrographs or microplates, etc.

Био-сензорите [2,3] са съвременното направление на развитие. Понастоящем, най-перспективните и най-чувствителните сензори за откриване и измерване на наноразмерни биоагенти (био-макромолекули, вируси, бактериални спори и т.н.) са микроконзолните MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) сензори [4]. Интензивно се развиват и технологиите за функционализирането на тези сензори.Bio-sensors [2,3] are the current trend of development. Currently, the most promising and sensitive sensors for detecting and measuring nanoscale bioagents (bio-macromolecules, viruses, bacterial spores, etc.) are micro-console MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) sensors [4]. Technologies for the functionalization of these sensors are also being developed intensively.

Патентовани са редица сходни по наименования устройства, които обаче са съществено различни от настоящото изобретение. Известен е “Пиезоимуносензор” [9] имащ близката задача за имунно химично детектиране на “аналити”, но използващ напълно различен тип сензор. Известен е и “Автоматичен имунен анализатор” [10], който е сложна роботизирана инсталация имаща задачата да автоматизира работата на оператора (да замести оператора) и в който се прилагат ортодоксалните молекулярно биологични тестове. Известен е също така и “Имуноанализатор” [11], който е компютъризирано лабораторно оборудване (“интелигентна мебел”) имащ задачата да предотвратява неправилното опериране и да обезпечи безопасността на оператора.A number of similarly named devices have been patented, but they are substantially different from the present invention. There is a known "Piezo Immune Sensor" [9], which has a similar task for immune chemical detection of "analytes" but uses a completely different type of sensor. Also known is the "Automatic Immune Analyzer" [10], which is a complex robotic installation that has the task of automating the operation of the operator (to replace the operator) and in which orthodox molecular biological tests are applied. Also known is the Immunoassay Analyzer [11], which is computerized laboratory equipment ("smart furniture") designed to prevent improper operation and to ensure the safety of the operator.

Известни са много химични и биохимични реакции, които са използвани за детектиране, анализиране и измерване на био молекулите и техните реакции в различни методи и методики за различни типове микро кантилевърни сензори. Известни са и много способи за функционализация [4, 6, 7, 8] на сензори, но никой от тях не се предвижда да се извършва от оператора, а не от производителя, за еднократна функционализация на сензора преди всяко едно измерване за целите на конкретно изследване Q непосредствено от изследователя в неговата собствена лаборатория, нито пък да позволява изследването на необратими реакции.Many chemical and biochemical reactions are known that are used to detect, analyze and measure bio molecules and their reactions in different methods and procedures for different types of micro cantilever sensors. Many methods are known for the functionalization [4, 6, 7, 8] of sensors, but none of them are intended to be performed by the operator, not the manufacturer, for the single functionalization of the sensor before each measurement for the purpose of specific study Q directly from the researcher at his or her own laboratory, nor allow the investigation of irreversible reactions.

Всички ОТДЕЛНИ елементи на сензора са известни: сензори с няколко микроконзоли (от 2 до 256) [7, 8], но при тези сензори микроконзолите или са всичките еднакви или всичките различни; микроконзоли във формата на издължена буква “П” [13];All INDIVIDUAL elements of the sensor are known: sensors with several microconsoles (2 to 256) [7, 8], but for these sensors the microconsoles are either all the same or all different; microconsoles in the form of an elongated letter "P" [13];

микроконзоли с активни участъци [6, 7]; вградени пиезорезистори [6] и микроконзоли самите те едновременно пиезорезистори [13]; сензори с референтни микроконзоли [6], но не и сензори с референтна двойка микроконзоли чието отношение да е референтната величина; възбуждащи резонансните колебания на микроконзолите отделни актуатори (вибратори, излъчватели ...), както и магнитни или електромагнитни микроактуатори [14].active-section microconsoles [6, 7]; Built-in piezoresistors [6] and microconsoles themselves piezoresistors [13]; Sensors with reference microcontrollers [6] but not sensors with reference microcontroller pair whose ratio is the reference value; Individual actuators (vibrators, transmitters ...), as well as magnetic or electromagnetic micro-actuators, which excite the resonant oscillations of the micro-consoles [14].

Известни са най-различни конструкции на носачи на микроконзолните структури [6]. Известни са и методи за създаване на хидрофилни зони [12] върху хидрофобна повърхност с найразлични предназначения, но използването им за фиксиране/задържане на подходящото място на реакционен обем, в който се извършват биохимични действия необходими за работата на сензор, не са публикувани.A variety of support structures of micro-cantilever structures are known [6]. Methods for creating hydrophilic zones [12] on a hydrophobic surface for various purposes are known, but their use for fixing / retaining at the appropriate site the reaction volume in which the biochemical actions necessary for the operation of a sensor are performed have not been published.

КОМПЛЕКСНА ЦЕЛ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОOBJECTIVE OF THE INVENTION

Универсално и комплексно решение за имунометричен анализ, което точно да съответства, и на утвърдилите се привични начини на работа на специалистите, и на естеството на биохимичните процеси в природата.A universal and complex solution for immunometric analysis, which exactly matches, and the well-established habitual ways of work of specialists, and the nature of biochemical processes in nature.

Съществена съпътстваща цел е регистрацията на микроскопични биочастици (вируси, бактерии и бактериални спори, © био-наночастици, клетъчни органели и т.н.), чрез имунни реакции между разположени на повърхността на биочастиците структурни групи и антитела специфични към тези групи.An essential concomitant goal is the registration of microscopic bioparticles (viruses, bacteria and bacterial spores, © bio-nanoparticles, cellular organelles, etc.) by immune responses between structural groups located on the surface of the bioparticles and antibodies specific to these groups.

ЗАДАЧА НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОThe object of the invention

Постигането на комплексната цел на изобретението чрез съчетани във функционална връзка: Сензор с висока чувствителност; Метод с пресмятаща процедура; Апаратура със специфични метод на мерене и пресмятащи процедури; които ©съвместно да постигат нов единен ефект - “привично” измерване на имунните реакции, както и регистрация на микроскопични биочастици с точност зададена само от фундаменталните ограничения произтичащи от самата природа на задачата. Подчертаните елементи от задачата са съществени за изобретението, а именно:Achieving the complex object of the invention by means of a functional combination: High sensitivity sensor; Method with calculation procedure; Apparatus with specific measuring methods and calculation procedures; jointly to achieve a new unified effect - the "habitual" measurement of immune responses, as well as the registration of microscopic bioparticles with an accuracy set only by the fundamental constraints arising from the very nature of the task. The following elements of the task are essential to the invention, namely:

Универсален, сменяем, многократно-използваем, резонансен микроконзолен сензор, който оперативно и на място се подготвя (функционализира) за всяко измерване и/или диагностика самостоятелно от оператора (а не от производителя!!) непосредствено преди използване/измерване и се възстановява веднага след това.Universal, replaceable, reusable, resonant microcontroller sensor that is operationally and locally prepared (functionalized) for each measurement and / or diagnosis independently by the operator (not the manufacturer !!) immediately before use / measurement and restores immediately after this.

Метод използващ такъв сензор за поединично измерване на необратими имунни реакции изхабяващи предхождащата функционализация, в естествената им реакционна среда (разтвори, серуми, плазма), като се използват нано-размерни образци съдържащи количества молекули съответстващи на количествата намиращи се в само една отделна жива клетка.A method using such a sensor to individually measure irreversible immune responses that deplete prior functionalization in their natural reaction medium (solutions, sera, plasma), using nano-sized samples containing amounts of molecules corresponding to the amounts present in only one single living cell.

Малогабаритна, надеждна и проста в употреба апаратура [5] работеща при полеви условия и в лаборатории, която използва специфичен метод на мерене и пресмятащ алгоритъм, чиято точност е ограничена само и единствено от случайния неотстраним природен фазов шум на сензора.A small, reliable and easy-to-use instrumentation [5] operating in the field and in laboratories, employing a specific method of measurement and calculation algorithm whose accuracy is limited only by the random, irreversible natural phase noise of the sensor.

“РЕШАВАЩ” ПРОБЛЕМ И ТРУДНОСТ"SOLVING" PROBLEM AND DIFFICULTY

Имунните реакции са високо специфични стереоконформни биохимични реакции - т.е. реакции между два реагента, чиято пространствена структура/форма е точно “тримерно” огледална (точно съответстваща в пространството), като всяка разлика и/или несъответствие предотвратяват реакцията. От своя страна пространствената структура на био-реагентите (антитела, антигени, био-макромолекули и т.н.) често е много променлива и силно зависи от околната среда (температура, разтворени йони, рн, примеси, физични условия, други активни био-молекули и т.н.).Immune reactions are highly specific stereoconform biochemical reactions - ie. reactions between two reagents whose spatial structure / shape is exactly "three-dimensional" mirror (exactly corresponding in space), with any difference and / or discrepancy preventing the reaction. For their part, the spatial structure of bio-reagents (antibodies, antigens, bio-macromolecules, etc.) is often very variable and highly dependent on the environment (temperature, dissolved ions, pH, impurities, physical conditions, other active bio- molecules, etc.).

Общото при всички имунни реакции е техният резултат двата реагента се обединяват (необратимо) в нова обща пространствена структура. Безкрайното разнообразие от имунни реакции обаче, поражда безкрайно разнообразие от резултатни пространствени структури, всяка от които има свой специфични характеристики и химичен афинитет и изисква индивидуален, високо специфичен начин на регистрация. Единствения универсален резултат от стерео конформните (обединяващи) реакции е възникването на структури с маса равна на сумата от масите на двата реагента и това е единствената възможна база за универсален подход.In common with all immune responses, their result is that the two reagents merge (irreversibly) into a new common spatial structure. However, the infinite variety of immune responses gives rise to an infinite variety of resultant spatial structures, each with its own specific characteristics and chemical affinity and requiring an individual, highly specific mode of registration. The only universal result of stereo conformal (unifying) reactions is the emergence of structures with masses equal to the sum of the masses of the two reagents, and this is the only possible basis for a universal approach.

Изобретението измерва имунните реакции именно чрез тази тяхна универсална черта. Трудността обаче е в това, че въпреки че имаме “двойно” увеличение на масата на обединената структура спрямо реагентите, в абсолютен смисъл увеличението на масата си остава свръх-малко. Масата и на най-големите биомакромолекули е нищожна в сравнение с привичните лабораторни обеми (микро литри), както и в сравнение с масата на сензорите. О Необходими са микро сензори от най-чувствителния вид, като отклика им трябва да се измерва с възможно най-високата точност - т.е. точност ограничена само от неотстранимия природен шум.The invention measures immune responses precisely through this universal feature. The difficulty, however, is that although we have a "double" mass increase in the aggregate structure relative to the reagents, in absolute terms the mass increase remains very small. The mass of the largest biomacromolecules is also negligible compared to the usual laboratory volumes (micro liters), as well as to the mass of the sensors. О Micro sensors of the most sensitive type are required and their response must be measured with the highest possible accuracy - ie. accuracy limited only by the irreversible natural noise.

Комплексния характер и на целта и на решението е втората половина от “решаващата” трудност - т.е. трудно е намирането на балансиран подход към толкова разнороден набор елементи. Използваните действия, биохимични процедури, похвати, изчисления, сензори, конструкции и т.н. въпреки различията си е необходимо да бъдат съчетани изравнено във функционалната си ©връзка, така че да се обезпечи “съгласувано обединяване”.The complex nature of both purpose and decision is the second half of the "decisive" difficulty - ie. finding a balanced approach to such a diverse set of elements is difficult. Actions used, biochemical procedures, techniques, calculations, sensors, structures, etc. in spite of their differences, they need to be aligned evenly in their functional relationship, so as to ensure "coherent integration".

СЪЩНОСТ И ДЕЙСТВИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОSUMMARY AND EFFECT OF THE INVENTION

Задачата на изобретението се решава чрез метод състоящ се от четири последователни действия от биохимичен характер, сензор представляващ микроконзолна структура (фигура 1) върху носач (фигура 2), измерваща сензора апаратура [5] реализираща точност ограничена само от неотстранимия природен фазов шум на сензора и процедура (пето действие от метода) за пресмятане на търсения краен резултат (неизвестните параметри на имунната реакция).The object of the invention is solved by a method consisting of four sequential actions of a biochemical nature, a sensor representing a micro-console structure (figure 1) on a carrier (figure 2), measuring the sensor apparatus [5] realizing the accuracy limited only by the irreversible natural phase noise of the sensor and a procedure (the fifth action of the method) to calculate the desired end result (unknown parameters of the immune response).

Биохимичните протоколи (наборите от операции) на всяко от ДЕЙСТВИЯТА НА МЕТОДА, макар и ясно специфицирани се характеризират главно със своята цел/задача, и не са фиксирани във всички свой детайли. Това е пряко следствие от универсалната приложимост на изобретението към имунните реакции - т.е. към всяка възможна двойка “антиген-антитяло” от безкрайното природно разнообразие. Така например, за някои от приложенията на изобретението, задължителните операции може да се извършват със специфични реагенти и/или да се извършват на два или повече етапа, без това да променя тяхната същност или предназначение. Възможни са и приложения на изобретението, при които да са необходими допълнителни, специфични операции от спомагателен характер спрямо задължителните операции. Тези два типа допълнения обаче, не се явяват изменение на метода, а само специфично детайлизиране за конкретно приложение, за конкретна двойка биомолекули. Тази характерна за този универсален метод особеност е съществено предимство на изобретението - операторът има свободата да нагласява операциите на метода съобразно текущото конкретно изследване.The biochemical protocols (sets of operations) of each of the METHODS of the METHOD, although clearly specified, are mainly characterized by their purpose / purpose and are not fixed in all their details. This is a direct consequence of the universal applicability of the invention to immune responses - i.e. to every possible “antigen-antibody” pair of infinite natural diversity. For example, for some of the applications of the invention, the binding operations can be performed with specific reagents and / or performed in two or more steps without changing their nature or purpose. There are also possible applications of the invention that may require additional, specific operations of ancillary nature to the mandatory operations. However, these two types of additions are not a modification of the method, but merely a specific detailing for a particular application, for a particular pair of biomolecules. This feature of this universal method is a major advantage of the invention - the operator has the freedom to adjust the operations of the method according to the current concrete study.

Всяко от биохимичните действия на метода се състой от една или повече операции, всяка последвана от триетапно, биохимически неактивно, еднотипно ПРОМИВАНЕ за отстраняване на остатъците от химикали и ненужни реакционни продукти от повърхността на работната зона, от цялата микроконзолна структура, както и от държателя на сензора. Първия етап е промиване със струя от реагент отмиващ всички не химичносвързани молекули (протеини, полипептиди, олигонуклеотиди и т.п.) от повърхността. Следва двуетапно промиване със струя от двойно дестилирана (дейонизирана) вода.Each of the biochemical actions of the method consists of one or more operations, each followed by a three-step, biochemically inactive, one-step WASH to remove chemical residues and unnecessary reaction products from the surface of the work area, from the entire micro-console structure, and from the holder of the sensor. The first step is washing with a jet of reagent washing all non-chemically bound molecules (proteins, polypeptides, oligonucleotides, etc.) from the surface. This is followed by a two-step wash with a stream of double-distilled (deionized) water.

Всяко от биохимичните действия на метода завършва с отстраняване на задържаната от капилярните сили вода ПОДСУШАВАНЕ, чрез промиване със струя от алкохол, като остатъците от алкохола се самоизпаряват.Each of the biochemical actions of the method ends with the removal of the water retained by the capillary forces DRYING, by flushing with an alcohol stream, leaving the alcohol residues self-evaporating.

След всяко действие на метода, промитият и подсушен сензор се ИЗМЕРВА от апаратурата описана в [51 по еднотипна, но сложна и многостъпкова автоматична измерителна процедура (съгласно метода описан в [51), като събраните резултати (осреднени отделни измервания) се използват в пресмятащ алгоритъм [5] до получаване на коригиран “обобщен резултат” отнасящ се за приключилата биохимична стъпка.After each operation of the method, the rinsed and dried sensor is MEASURED by the apparatus described in [51 by the same-type but complex and multi-step automatic measurement procedure (according to the method described in [51), using the collected results (averaged individual measurements) in the calculation algorithm [5] to obtain a corrected "summary result" relating to the completed biochemical step.

За повишаване на точността, измерванията и пресмятанията за дадено действие могат да бъдат многократно повтаряни, като получения набор “обобщени резултати” на свой ред се осреднят.To improve accuracy, the measurements and calculations for an action can be repeated many times, averaging the resulting set of “summary results”.

Всички биохимични действия на метода се извършват с използването на точни реакционни количества/обеми доставяни към сензора чрез (ръчна или автоматична) микропипета. Тези количества реагенти се захващат/фиксират/задържат от капилярни сили като капка течност върху една хидрофилна зона (9) позиционирана върху повърхността на носача (7) на сензора (фигура 2). Останалата част от повърхността на носача (7) е направена хидрофобна - например покрита с тънък, но цялостен тефлонов слой. Размерите на хидрофилната зона са подбрани така, че работното количество течност (воден разтвор, серум, плазма и т.п.) е достатъчно да омокря цялата зона, но да не надхвърля максималният възможен обем на една, оформена от капилярните сили, капка покриващата цялата хидрофилна зона (9).All biochemical actions of the method are performed using accurate reaction quantities / volumes delivered to the sensor by (manual or automatic) micropipette. These quantities of reagents are captured / fixed / retained by capillary forces as a drop of liquid on a hydrophilic zone (9) positioned on the surface of the carrier (7) of the sensor (Figure 2). The rest of the carrier surface (7) is made hydrophobic - for example, covered with a thin but complete Teflon layer. The dimensions of the hydrophilic zone are chosen such that the working amount of fluid (aqueous solution, serum, plasma, etc.) is sufficient to wet the entire area, but not to exceed the maximum possible volume of one formed by capillary forces, a drop covering the whole hydrophilic zone (9).

Така, реакционните количества/обеми БЕЗ ЗАГУБИ се задържат надеждно, на точното място върху носача (7).Thus, the L / L reaction volumes / volumes are held securely in the correct place on the carrier (7).

Микроконзолната структура (10) е монтирана на подходящо място върху носача (7) на сензора (фигура 2), така че всичките й четири микроконзоли (двете двойки) навлизат в хидрофилната (9) зона (надвисват над нея), и се покриват от (проникват във) капилярната капка. Така, повърхностите на микроконзолите стават директно изложени на въздействието на биохимичните реакции протичащи в обема на капилярната капка.The micro-console structure (10) is mounted in a suitable place on the sensor carrier (7) (Figure 2) so that all four of its micro-consoles (two pairs) enter the hydrophilic (9) zone (overhang it) and are covered by ( penetrate into the) capillary drop. Thus, the surfaces of the microconsoles become directly exposed to the biochemical reactions occurring in the volume of the capillary droplet.

Обема на капилярната капка е реакционния обем, в който се извършват биохимичните действия на метода.Capillary drop volume is the reaction volume in which the biochemical actions of the method are performed.

Всички действия на метода се осъществяват/извършват непосредствено от ОПЕРАТОРА използващ апаратурата и това представлява важно предимство на изобретението.All the steps of the method are performed / performed directly by the OPERATOR using the apparatus and this is an important advantage of the invention.

Методът започва с това, че почистеният (промития) и подсушен сензор се измерва, а получения резултат се регистрира като началното, стартовото му състояние (т.е. - началните маси на микроконзолите). Всяко от следващите биохимични действия увеличава МАСИТЕ на двете микроконзоли на “измерителната” двойка-микроконзоли, а съответните измервания регистрират тези увеличения. Масите на двете микроконзоли на “референтната” двойка-микроконзоли остават постоянни.The method starts with the fact that the cleaned (washed) and dried sensor is measured and the result obtained is recorded as its initial, starting state (ie - the initial masses of the microcontroller). Each of the following biochemical actions increases the masses of the two microconsoles of the "measuring" microconsole pair, and the corresponding measurements record these increases. The masses of the two microconsoles of the "reference" microconsole pair remain constant.

Първото биохимично действие на метода има за цел АКТИВАЦИЯ на повърхностите на работните зони на двете микроконзоли на “измерителната” двойка-микроконзоли и съдържа две задължителни операции:The first biochemical action of the method aims at ACTIVATION of the surfaces of the working zones of the two microconsoles of the "measuring" microconsole pair and contains two mandatory operations:

· Активация на неорганичната (металната) повърхност само на работните зони на двете микроконзоли на “измерителната” двойка-микроконзоли на сензора непосредствено последвана от;· Activation of the inorganic (metal) surface only in the working zones of the two microcontrolls of the "measuring" pair of microcontrollers of the sensor immediately followed by;

2. Изграждане върху така активираната повърхност на органичен базов слой (протеинов) в един или повече етапа.2. Building on the surface thus activated an organic base layer (protein) in one or more steps.

Това действие не трябва да повлиява никоя повърхност извън работните зони, нито повърхностите на двете микроконзоли на “референтната” двойка-микроконзоли, нито пък да създава базов слой върху някоя от тях.This action should not affect any surface outside the work areas, nor the surfaces of the two microconsoles of the "reference" microconsole pair, or create a base layer on any of them.

Второто биохимично действие има за цел специфична ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ на работните зони на двете микроконзоли на “измерителната” двойка-микроконзоли и съдържа също две задължителни операции:The second biochemical action aims at a specific FUNCTIONALIZATION of the working zones of the two microconsoles of the "measuring" microconsole pair and also contains two mandatory operations:

1. Изграждане/активиране на специфичен междинен слой, закрепващ антителата (или антигените, или първия реагент) върху покритите с базовия слой повърхности на работните зони;1. Construction / activation of a specific intermediate layer securing the antibodies (or antigens or first reagent) to the surfaces of the working areas coated with the base layer;

2. Закрепване върху работните зони на конкретни антитела (или антигени, или първия реагент) от точен работен обем с известна концентрация.2. Attachment of specific antibodies (or antigens or first reagent) to the working areas of a precise working volume of known concentration.

Това действие не трябва да повлиява никаква част от повърхността на двете микроконзоли на “референтната” двойкамикроконзоли, нито да прикрепва молекули на реагента върху тях.This action must neither affect any part of the surface of the two microconsoles of the "reference" dual microconsoles nor attach molecules of the reagent to them.

Третото биохимично измерващо действие провежда между закрепените върху работните зони антитела (или антигени, или първия реагент) на ИМУННА РЕАКЦИЯ с антигените (или антителата, или втория реагент) и фиксира резултата от нея. Реакцията протича в точен работен обем от изследвания разтвор, или серум, или плазма, при точен контрол на температурата в работния обем и прецизно регистриране на времето, през което реакцията протича.The third biochemical measuring action is carried out between antibodies (or antigens or the first reagent) affixed to the work areas by an IMMUNE REACTION with the antigens (or antibodies or the second reagent) and fixes the result thereof. The reaction proceeds in the exact working volume of the test solution, or serum or plasma, with precise control of the temperature in the working volume and accurate recording of the time during which the reaction takes place.

Реакцията се прекратява (т.е. текущия резултат се фиксира) чрез рязко промиване със струя от двойно дестилирана (дейонизирана) вода с много по-ниска температура от тази в работния обем, като точното времетраене на реакцията се определя по момента на рязкото спадане на температурата на микроконзолите на сензора.The reaction is terminated (i.e., the current result is fixed) by abruptly flushing with a stream of double-distilled (deionized) water at a much lower temperature than that of the working volume, the exact duration of the reaction being determined at the time of the abrupt fall of the reaction. the temperature of the microconsoles of the sensor.

Това действие и имунната реакция не трябва да въздействат върху никаква част от повърхността на двете микроконзоли на “референтната” двойка-микроконзоли, тъй като върху тяхната повърхност няма прикрепени молекули от първия реагент.This action and the immune response should not affect any part of the surface of the two microconsoles of the "reference" micro-console pair, since no molecules of the first reagent are attached to their surface.

ф Четвъртото химично действие на метода има за целu The fourth chemical action of the method is intended

ВЪЗСТАНОВЯВАНЕ на сензора чрез отстраняване на всички биомолекули заедно с образувалите се през предходните действия био-структури от повърхностите на работните зони, от цялата микроконзолна структура, както и от държателя на сензора. Действието възстановява сензора в състоянието му от преди първото действие на метода - приготвя го за ново използване.Restoration of the sensor by removal of all biomolecules together with the bio-structures formed in the previous steps from the surfaces of the working areas, from the whole micro-console structure, as well as from the sensor holder. The action restores the sensor to its state from before the first operation of the method - preparing it for new use.

Допълнително се осъществява и КОНТРОЛ, като ако след почистването на сензора, резултата от измерването му се различава значимо от резултата от първоначалното му измерване w от преди първото действие, то това е индикация или за необратимо изменение/повреда на сензора, или за съществена грешка на оператора при извършването на действията на метода. В такъв случай, събраните от предходните три действия резултати се отхвърлят, сензора се подменя ако е повреден и действията на метода се повтарят от началото.In addition, a CONTROL is performed, and if, after cleaning the sensor, the measurement result differs significantly from the result of its initial measurement w from before the first action, it is an indication of either irreversible change / damage to the sensor or a significant error of the sensor. the operator when performing the method actions. In this case, the results from the previous three actions are rejected, the sensor is replaced if it is damaged and the method actions are repeated from the beginning.

Петото действие на метода е ИЗЧИСЛЯВАНЕ на търсения краен резултат (неизвестните параметри на имунната реакция) чрез процедура за пресмятане. В тази процедура се използват вече събраните пет “обобщени резултата”, които са 3 “измерителни” резултата характеризиращи първите три биохимични действия, и 2 “контролни” резултата (преди първото и след четвъртото действие) получени от апаратурата [5].The fifth action of the method is CALCULATION of the desired end result (unknown parameters of the immune response) by a calculation procedure. This procedure uses the already collected five “summarized results”, which are 3 “measurement” results characterizing the first three biochemical actions, and 2 “control” results (before the first and after the fourth action) obtained from the apparatus [5].

Връзката между периода ( Р ) на основния резонанс на една микроконзола и нейната ефективна маса ( М) е: Μ = α Р2, където “а” е събирателен коефициент специфичен за конструкцията на сензора и едновременно отразяващ (като поправки) моментното влияние на околната среда и производствените отклонения на конкретния екземпляр. Тъй като всичките четири микроконзоли на сензора са създадени едновременно в един и същ производствен процес и се измерват едновременно в обща околна среда, то те имат еднакъв коефициент а (но ефективните им маси са съществено различни). Всяко от първите три биохимични действия увеличава в различна степен (или не увеличава) масата на всяка от микроконзолите, а четвъртото “почистващо” действие възстановява първоначалните им значения.The relation between the period (P) of the fundamental resonance of a micro-console and its effective mass (M) is: Μ = α P 2 , where "a" is a collecting factor specific to the sensor construction and simultaneously reflecting (as corrections) the momentary influence of the environment the environment and production variations of the particular copy. Since all four sensor microcontrollers are created simultaneously in the same production process and measured simultaneously in a common environment, they have the same coefficient a (but their effective masses are substantially different). Each of the first three biochemical actions increases (or does not increase) the mass of each of the microconsoles to a different degree, and the fourth "cleansing" action restores their original meaning.

При всяко измерване на сензора се определят точните отношения на квадратите на периодите на резонансните честоти на всичките 4 микроконзоли. Тези отношения директно съответстват на моментните отношения на масите, така че събраните след първите 3 биохимични действия 12 “измерени” периода пораждат система от 12 уравнения (доста обемисти и не напълно независими, но очевидни равенства). В тази система уравнения експерименталните значения на периодите са свързани с масите чрез 15 величини от различен тип:For each sensor measurement, the exact ratio of the squares of the resonance frequency periods of all 4 microconsoles is determined. These relationships directly correspond to the instantaneous relationships of the masses, so that after the first 3 biochemical actions, the 12 "measured" periods give rise to a system of 12 equations (quite voluminous and not completely independent, but obvious equations). In this system of equations, the experimental meanings of periods are related to masses by 15 quantities of different types:

а) 5 бр. величини характеризиращи изследваната имунна реакция - молекулярната маса на антителата “mb”; молекулярната маса на антигените “ml” ; брой антитела имобилизирани върху активните участъци “N” ; общия брой молекули антиген в изследвания реакционния обем “Т” ; и константата на реакцията антитяло - антиген “С” .a) 5 pcs. values characterizing the immune response investigated - the molecular weight of the antibodies "mb"; the molecular weight of the "ml" antigens; number of antibodies immobilized on active sites "N"; the total number of antigen molecules in the reaction volume T tested; and the reaction constant antibody-antigen "C".

б) 3 бр. коефициенти си , а2 и а3 отразяващи влиянието на околната среда в моментите на извършване на трите измервания, като всеки от тях участва по еднакъв начин и в четирите уравнения произлезли от съответното измерване;b) 3 pcs. their coefficients, a 2 and a 3, reflecting the environmental impact at the time of the three measurements, each of which participates equally and in the four equations derived from the respective measurement;

в) 3 бр. съобщавани от производителя на сензори константи специфични за конкретната конструкция и 2 бр. измерими от производителя индивидуални константи отразяващи евентуалните малки (<1%) индивидуални вариации на всеки екземпляр сензор;c) 3 pcs. Constants specific to the specific construction reported by the sensor manufacturer and 2 pcs. Manufacturer-measurable individual constants reflecting possible small (<1%) individual variations of each sensor instance;

г) 2 бр. много малки величини (« 0.1%) от случаен характер и нулево средно значение (статистически флуктуации на експеримента), които могат да се направят произволно малки чрез многократното му повтаряне.d) 2 pcs. very small quantities («0.1%) of random nature and zero mean (statistical fluctuations of the experiment), which can be made arbitrarily small by repeating it repeatedly.

Трите коефициента от точка “б” се самоизключват при използване на отношения. Петте константи от точка “в” са известни и се въвеждат в компютъра на апаратурата [5] (но могат и да се определят от оператора в серия измервания без биохимични действия). Флуктуационните величини от точка “г” оказват слабо влияние или въобще могат да се пренебрегнат. Така системата от 12 не_независими_уравнения се редуцира до 9 уравнения свързващи петте съществени величини от точка “а” и двете от точка “г” с експерименталните значения на периодите, като поне една от величините от точка “а” е известна предварително. В резултат, системата става преопределена и се решава лесно (от компютъра в [5]), което дава неизвестните параметри на имунната реакция заедно с грешката с която те са определени.The three coefficients of point “b” are self-exclusive when using relationships. The five constants of point “c” are known and are entered into the computer of the apparatus [5] (but can also be determined by the operator in a series of measurements without biochemical action). The fluctuation values of point “d” have little influence or can be neglected at all. Thus, the system of 12 non-independent_ equations is reduced to 9 equations linking the five essential quantities of point “a” and both of point “d” with the experimental meanings of the periods, with at least one of the quantities of point “a” known in advance. As a result, the system becomes overridden and easily solved (by the computer in [5]), which gives unknown parameters of the immune response along with the error with which they were determined.

Микроконзолната структура на СЕНЗОРА (Фигура 1) се състои от две еднакви двойки-микроконзоли (1 и 2) създадени едновременно в един и същ производствен процес. Всяка от четирите микроконзоли може да е изградена от един или повече сегменти с форма на паралелепипед, например от Збр. във формата на издължена буква “П”. Всяка от двойкитемикроконзоли (1 и 2) се състои от две отделни микроконзоли различаващи се само по своята дължина. Резонансната честота на микроконзолите намалява с увеличаването на тяхната дължина и/или тяхната маса. Разликата в дължините на двете отделни микроконзоли от двойките-микроконзоли (1 и 2) трябва да е такава, че да обезпечава необходимата разлика в резонансните честоти за премахване на акустичното взаимовлияние/взаимовръзка между тях. Двете еднакви двойки-микроконзоли (1 и 2) са разположени на разстояние помежду им върху обща основа (6). Само на едната от двойките-микроконзоли (2 - измерителната), върху подходящо място върху двете й отделни микроконзоли, се създават два напълно еднакви активни участъка (3), повърхността на които участъци позволява (или е подходяща за) прикрепване на биомолекулите или микроскопичните био-частици от интерес. Останалата част от повърхността на тези две микроконзоли, както и цялата повърхност на двете микроконзоли на другата (1 референтната) двойка-микроконзоли не позволява (не е подходяща за) прикрепване на био-молекулите или микроскопичните био-частици от интерес.The micro-console structure of the SENSOR (Figure 1) consists of two identical pairs of micro-consoles (1 and 2) created simultaneously in the same production process. Each of the four microconsoles can be made up of one or more parallelepiped-shaped segments, e.g. in the form of an elongated letter "P". Each pair of microconsoles (1 and 2) consists of two separate microconsoles differing only in length. The resonance frequency of the microcontrollers decreases as their length and / or mass increases. The difference in the lengths of the two separate microconsoles from the pairs of microconsoles (1 and 2) must be such as to provide the necessary difference in the resonance frequencies to eliminate the acoustic interference / interconnection between them. The two identical pairs of micro-brackets (1 and 2) are spaced apart on a common base (6). Only one of the micro-console pairs (2-measuring), at an appropriate location on its two separate micro-consoles, creates two exactly identical active regions (3) whose surface allows (or is suitable for) the attachment of biomolecules or microscopic bio -particles of interest. The rest of the surface of these two micro-consoles, as well as the entire surface of the two micro-consoles of the other (1 reference) micro-console pair, does not allow (not suitable for) the attachment of bio-molecules or microscopic bio-particles of interest.

Създаването на активните участъци (3) се извършва едновременно в един производствен процес еднакво за двата участъка (чрез селективно добавяне на един или няколко допълнителни слоя от подходящи материали/вещества) по начин, който съществено увеличава масата на микроконзолите на тази (измерителната) двойна-микроконзола, така че резонансната честота и на двете нейни микроконзоли да се понижи достатъчно, с което да се обезпечи необходимата разлика в резонансните честоти за премахване на акустичното взаимодействие с микроконзолите на другата (референтната) двойна-микроконзола.The creation of the active sites (3) is carried out simultaneously in one production process equally for the two sites (by selectively adding one or more additional layers of suitable materials / substances) in a way that substantially increases the mass of the microconsoles of this (measuring) double- so that the resonant frequency of both its microcontrolls is lowered enough to provide the necessary difference in the resonant frequencies to eliminate the acoustic interaction with the microcontroller of the other a (reference) double-micro-console.

На Фигура 2 е показано как микроконзолната структура (10) е монтирана върху носача (7), така че двете еднакви двойкимикроконзоли (1 и 2) да се разположат непосредствено над хидрофилната зона (9), която е с подходяща форма и размери.Figure 2 shows how the micro-console structure (10) is mounted on the carrier (7) so that the two identical two-micro-consoles (1 and 2) are located directly above the hydrophilic zone (9), which is of suitable shape and size.

Резонансните колебания на всяка от четирите микроконзоли трябва да се регистрират чрез “сензорни устройства”, които да изработват сигнал, пропорционален на тяхното огъване. Те могат да бъдат реализирани като отделни устройства (оптични/лазерни измерители на преместване, капацитивни сензори за дистанция/разстояние и др.), както и да бъдат създадени/разположени непосредствено върху или вътре в микроконзолите. Микроконзолната структура (10) има четири “сензорни устройства” във вид на вградени в четирите микроконзоли “индивидуални” пиезорезистори (4) или самите структурни елементи на микроконзолите могат да изпълняват функциите на пиезорезистори. Пиезорезисторите могат да имат отделни електрически изводи (8 броя изводи) или изводите им да бъдат частично свързани помежду си като образуват схема с намален брой изводи (“звезда” с 5 извода, “мост” с 4 извода и т.н.). Електрическите изводи от пиезорезисторите (4) достигат до контактните площадки (5) и от там се прехвърлят върху носача (7) и се свързват с неговите електрически изводи (8) - позлатените контактни пера в неговия край.The resonance oscillations of each of the four microconsoles must be recorded by "sensing devices" that produce a signal proportional to their bending. They can be implemented as separate devices (optical / laser displacement meters, capacitive distance / distance sensors, etc.), and can be created / positioned directly on or inside the microcontroller. The micro-console structure (10) has four "sensor devices" in the form of built-in "four" individual piezoresisters (4), or the structural elements of the microconsoles themselves, can perform the functions of piezoresistors. Piezoresistors may have separate electrical terminals (8 pins) or their pins may be partially interconnected to form a circuit with a reduced number of pins (5-pin star, 4-bridge bridge, etc.). The electrical terminals of the piezo resistors (4) reach the contact pads (5) and from there they are transferred to the carrier (7) and connected to its electrical terminals (8) - the gold-plated contact feathers at its end.

Прехвърлянето на електрическите изводи от пиезорезисторите (4) към контактни площадки върху долната повърхност на общата основа (6) може да става чрез изолирани (например с р-п преходи) вертикални проводящи “стълбчета” или “отвори с проводящи стени” разположени вътре в нея. Тези непоказани на фигурите “долни” контактни площадки могат директно да се запояват към съответни контактни площадки върху повърхността на носача (7), а от там да се свързват към електрическите му изводи (8). Така може да се осъществи едновременно и електрическо свързване и механично закрепване на микроконзолна структура към носача.The transfer of electrical terminals from the piezo resistors (4) to contact pads on the lower surface of the common base (6) can be done by means of insulated (eg p-n transitions) vertical conductive "columns" or "openings with conductive walls" located therein. . These lower contact pads, not shown in the figures, can be soldered directly to the respective contact pads on the surface of the carrier (7) and from there to be connected to its electrical terminals (8). In this way, both electrical connection and mechanical attachment of the micro-console structure to the carrier can be carried out simultaneously.

Като сменяем елемент, носача (7) се вкарва в държател, който едновременно е електрически съединител свързващ контактите (8) с измерващата Апаратура [5].As a replaceable element, the carrier (7) is inserted into a holder which is simultaneously an electrical connector connecting the contacts (8) to the measuring apparatus [5].

Възбудителят (не показан на фигурите) създава акустични вълни с контролируема честота, които вълни възбуждат във всяка от микроконзолите на двойките микроконзоли (1 и 2) механични трептения, включително и необходимите за работата на сензора трептения на резонансната честота на отделните микроконзоли. Възбудителят може да е отделно устройство в акустична връзка с микроконзолната структура (10) или с носача (7) - например: пиезоизлъчвател, високоговорител, електромагнитен вибратор, електростатичен вибратор и т.н., или да бъде разположен/създаден непосредствено върху микроконзолната структура - например: магнитен микроактуатор, електромагнитен микроактуатор, биморфен термоактуатор, електростатичен или пиезомеханичен микроактуатор и т.н.The exciter (not shown in the figures) generates controlled-frequency acoustic waves that excite mechanical vibrations in each of the microcontroller pairs (1 and 2), including the oscillations of the resonant frequency of the individual microcircuits required for the sensor to operate. The exciter can be a separate device in acoustic connection with the micro-console structure (10) or with the carrier (7) - for example: piezo radiator, loudspeaker, electromagnetic vibrator, electrostatic vibrator, etc., or placed / created directly on the micro-console structure - for example: magnetic micro-actuator, electromagnetic micro-actuator, bimorphic thermo-actuator, electrostatic or piezomechanical micro-actuator, etc.

Носача (7) заедно с микроконзолната структура (10) се поставя в реактор свързан с компютърната апаратура [5], която автоматично многократно измерва сензора с точност ограничена само от неговия неотстраним природен фазов шум и допълнително извършва изчисляване на неизвестните параметри на имунната реакция от събраните междинни резултати чрез процедурата за пресмятане от петото действие на метода от това изобретение.The carrier (7), together with the micro-console structure (10), is placed in a reactor connected to the computer equipment [5], which automatically measures the sensor repeatedly with accuracy limited only by its irreversible natural phase noise and additionally performs the calculation of the unknown immune response parameters from the collected intermediate results by the calculation procedure of the fifth action of the method of this invention.

ПРИЗНАЦИ ЗА ИЗОБРЕТЕНИЕSUMMARY OF THE INVENTION

Изобретението несъмнено е промишлено приложимо и вече е реализирано.The invention is undoubtedly industrially applicable and has already been realized.

Стъпка напред е разработването на метод за еднократна индивидуална функционализация на сензори, директно от изследователя, в неговата собствена лаборатория и за конкретното негово изследване.A step forward is to develop a method for one-off individual functionalization of sensors, directly from the researcher, in his own laboratory and for his specific research.

Универсален, сменяем и многократно използваем сензор съдържащ вграден еталон от типа “разлика между две разлики” и съответна апаратура [5] ограничена само от неотстранимия природен фазов шум, съвместно достигащи чувствителност от няколко БРОЙКИ от молекулите на използваните реагенти (например < 10 антитела) е значима стъпка.A versatile, replaceable and reusable sensor incorporating a "difference between two differences" type standard and related apparatus [5] limited only by the indistinguishable natural phase noise, jointly reaching a sensitivity of several NUMBERS of the molecules of the reagents used (eg <10 antibodies) is a significant step.

Поотделно, всеки от елементите на конструкцията на сензора е известен. Микроконзолите, микроконзолите във формата на буква “П”, пиезорезисторите (обикновени и от микросегменти), допълнителните участъци и слоеве вкл. контактните площадки, “вертикални” съединения, най-различните микроактуатори и носачи, хидрофилни и хидрофобни участъци и др. - всички те могат да се намерят в известни конструкции. Познати са и много от отделните елементи (похватите) на метода: химичните реакции почистващи, повърхностни полимеризации, активиращи, функционализиращи; изчислителните процедури; и т.н.Separately, each of the elements of the sensor structure is known. Microconsoles, P-shaped microcontrollers, piezoresistors (common from microsegments), additional sections and layers incl. contact pads, “vertical” joints, various micro-actuators and carriers, hydrophilic and hydrophobic regions, etc. - they can all be found in known structures. Many of the individual elements (methods) of the method are also known: chemical reactions cleaning, surface polymerisations, activating, functionalizing; computing procedures; etc.

Новостта на изобретението е в балансираната комбинация от известни елементи и (методични) похвати съчетани във функционална връзка и съответстващи на специфичния набор изисквания и особености, характерен само за тази задача. Съвместното прилагане на биохимичния метод, сензора, измерителната апаратура [5] и пресмятащите процедури води до постигането на нов единен ефект - измерване на стереоконформни реакции между количества молекули съдържащи се в само една единствена жива клетка.The novelty of the invention is in the balanced combination of known elements and (methodical) techniques combined in a functional connection and corresponding to the specific set of requirements and features specific to this task only. The combined application of the biochemical method, the sensor, the measuring apparatus [5] and the calculating procedures leads to a new unified effect - the measurement of stereo-conformal reactions between quantities of molecules contained in a single living cell.

Новост е и самата постановка на задачата - “личен” универсален прибор за всички молекулярно биологични задачи.What is new is the formulation of the task itself - a "personal" universal device for all molecular biological tasks.

ПРЕДИМСТВА НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОADVANTAGES OF THE INVENTION

Изобретението е универсално - т.е. МЕТОДЪТ е приложим към всякакви стереоконформни реакции в тяхната естествена реакционна среда, а СЕНЗОРЪТ е подходящ за всякакви варианти на биохимичните действия (протоколи) на метода.The invention is universal - i.e. The METHOD is applicable to any stereo conform reactions in their natural reaction environment, and the SENSOR is suitable for any variant of the biochemical actions (protocols) of the method.

Изобретението може да се прилага и за регистрация на микроскопични биочастици - вируси, бактерии и бактериални спори, био наночастици, клетъчни органели и т.н.The invention can also be applied to the registration of microscopic bioparticles - viruses, bacteria and bacterial spores, bio nanoparticles, cellular organelles, etc.

Предимство на изобретението е възможността за провеждане на всички стандартни (стандартизирани) клинични изследвания с лесно сравними “абсолютни” стойности на резултатите.An advantage of the invention is the ability to conduct all standard (standardized) clinical trials with easily comparable "absolute" results.

Изобретението създава и възможност за самостоятелност при прилагането му за изследвания и/или измервания, тъй като не е задължително биохимичните реагенти (антигени, антитела ....) вече да се произвеждат и продават, а могат да се създават за целите на дадено конкретно изследване непосредствено в процеса на работата (събират, изолират, намножават...) директно от изследователя, при това в неговата собствена лаборатория.The invention also creates the possibility of autonomy in its application for research and / or measurements, since it is not necessary for biochemical reagents (antigens, antibodies ....) to be produced and sold anymore, but may be created for the purposes of a particular study directly in the process of work (collect, isolate, multiply ...) directly by the researcher, and in his own laboratory.

Предимство на изобретението е извършването от оператора, а не от производителя, на еднократна функционализация на сензора преди всяко едно измерване, което обезпечава възможността за изследване на необратими реакции, реакции които иначе биха веднага изхабили един перманентно функционализиран сензор.An advantage of the invention is that the operator, rather than the manufacturer, performs a single functionalization of the sensor prior to each measurement, which provides the opportunity to investigate irreversible reactions, reactions that would otherwise immediately wear out a permanently functionalized sensor.

Важно предимство на изобретението, прилагано съвместно с измерителната апаратура [5], е достижимата чувствителност от единици БРОЙКИ от молекулите на използваните реагенти - сензор специално конструиран за максимална чувствителност може да обезпечи ±1 антитяло. Такава висока чувствителност позволява да се изследват нано размерни образци съдържащи количества молекули съответстващи на количествата намиращи се в само една единствена жива клетка.An important advantage of the invention, applied in conjunction with the measuring apparatus [5], is the achievable sensitivity of UNITS of the molecules of the reagents used - a sensor specially designed for maximum sensitivity can provide ± 1 antibody. Such high sensitivity makes it possible to study nano-sized samples containing amounts of molecules corresponding to the quantities present in only one living cell.

Изобретението обезпечава и съществени експлоатационни предимства: 1) сензора е универсален, сменяем, многократно използваем и самокалибрируем; 2) действията на метода са привични за специалистите, работи се със стандартни реакционни обеми, не е необходимо специално обучение или тренировка на оператора, използват се обикновени лабораторни приспособления; 3) реактора в който се поставя сензора и измерителната апаратура [5] са автоматични, малогабаритни и икономични, пригодни са както за лабораторна употреба така и за полеви (експедиционни) условия, а компютърната система на измерителната апаратура [5] позволява оперативното добавяне на нови методики и усъвършенстване на измерителните действия и/или процедури.The invention also provides significant operational advantages: 1) the sensor is versatile, replaceable, reusable and self-calibrating; 2) the operation of the method is familiar to the specialists, working with standard reaction volumes, no special training or training of the operator is needed, ordinary laboratory devices are used; 3) the reactor in which the sensor and the measuring equipment [5] are placed are automatic, small and economical, suitable for both laboratory and field (expedition) conditions, and the computer system of the measuring equipment [5] allows for the rapid addition of new ones. methodologies and refinement of measurement actions and / or procedures.

ПРИМЕР ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXAMPLE FOR THE IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Задачата на това “не оптимизирано” примерно изпълнение е провеждането и измерването на имунната реакция между имобилизирани върху сензора антитела (Rabbit IgG) и серум съдържащ човешки албумин (Human Serum Albumin - HSA).The object of this "not optimized" embodiment is to perform and measure the immune response between sensor-immobilized antibodies (Rabbit IgG) and human serum serum albumin (HSA).

Всяка операция в биохимичните действия на примерното изпълнение се следва от триетапно Промиване - с първи етап измиване със струя от 1% разтвор на натриев додецил сулфат (sodium dodecyl sulphate - SDS), и два етапа на измиване със струя от двойно дестилирана и дейонизирана вода. Непосредствено следва Подсушаване с метилов алкохол (СН3ОН) и Измерване промените в масите на микроконзолите на сензора по метода и с устройството съгласно Г51.Each operation in the biochemical actions of the exemplary embodiment is followed by a three-stage wash - first wash with a 1% solution of sodium dodecyl sulphate (SDS) and two wash steps with double-distilled and deionized water spray. Immediately followed by methyl alcohol drying (CH 3 OH) and Measurement of changes in masses of the sensor micro-consoles by the method and apparatus according to G51.

Използван е биохимичен протокол, при който първата операция на Активационното действие се осъществява с първи етап протичащ в реакционен обем от 25μΙ активационен разтвор съдържащ 1% от бета-меркаптоетанол (β-mercaptoetanol - ВМЕ) последван от втори етап протичащ в реакционен обем от 25μΙ съдържащ редуциращ разтвор от Tris(2-carboxy-ethyl)phosphine hydrochloride (ТСЕР) в 5тМ концентрация. Втората операция (изграждането на базовия протеинов слой) се осъществява/протича в реакционен обем от 30μΙ (15μΙ + 15μΙ) чрез полимеризационна повърхностна реакция между два протеина: 1) мономерен външномембранен пурин намножен от плазмида pOR-LA18 E.coli BL21 (DE3); 2) Z-domain на Staphylococcus aureus protein A (SpA), в съвместна концентрация от 0.2 и 0.5 mg/ml съответно. Достатъчното време за полимеризация при 37°С е 20 минути.A biochemical protocol was used in which the first operation of the Activation Action is carried out with a first step flowing in a reaction volume of 25μΙ of an activation solution containing 1% of beta-mercaptoethanol (β-mercaptoethanol - BME) followed by a second stage flowing in a reaction volume of 25µΙ reducing solution of Tris (2-carboxy-ethyl) phosphine hydrochloride (TCEP) at 5mM concentration. The second operation (the construction of the basic protein layer) is carried out / is carried out in a reaction volume of 30μΙ (15μΙ + 15μΙ) by polymerization surface reaction between two proteins: 1) monomeric outer membrane purine multiplied by plasmid pOR-LA18 E.coli BL21 (DE3); 2) Z-domain of Staphylococcus aureus protein A (SpA), at a combined concentration of 0.2 and 0.5 mg / ml, respectively. Sufficient polymerization time at 37 ° C is 20 minutes.

Първата операция на Функционализиращото действие (създаване на активиран свързващ слой) се извършва в продължение на 10 минути при 37°С в реакционен обем от 25μΙ от 1% разтвор от n-Octylglucoside към който е добавено 0.25mg/ml HS-(CH2)ir(OCH2CH2)3-OH (trioPEG), който разтвор е активиран в процеса на приготвянето му чрез повишаване на температурата до 55°С и последващо естествено изстиване до 37°С. Втората операция (закрепване на антителата) се осъществява в продължение на 20 минути при 37°С в реакционен обем от 20μΙ съдържащ фосфатен буфер с разреден до 1:100 препарат от антитела - в това примерно изпълнение от антителата Rabbit IgG against HSA.The first operation of the Functionalizing Action (creating an activated bonding layer) was carried out for 10 minutes at 37 ° C in a reaction volume of 25μΙ of a 1% solution of n-Octylglucoside to which 0.25mg / ml HS- (CH 2 ) was added. ir (OCH 2 CH 2 ) 3 -OH (trioPEG) which solution is activated during its preparation by raising the temperature to 55 ° C and subsequent natural cooling to 37 ° C. The second operation (antibody fixation) was performed for 20 minutes at 37 ° C in a reaction volume of 20μΙ containing phosphate buffer diluted to 1: 100 antibody preparation in this exemplary embodiment of Rabbit IgG against HSA antibodies.

Реализиращото Имунната реакция действие се провежда в реакционен обем от 10μΙ на изследвания серум, съдържащ човешки албумин (HSA), приготвен/обработен съобразно произхода му. Температурата и времето за протичане на реакцията са експериментални променливи, които всеки път се подбират съобразно целите на изследването. Реакцията се прекратява чрез струя охладена дейонизирана вода с температура под 10°С .The Immune Reaction Action is carried out in a reaction volume of 10μΙ of test serum containing human albumin (HSA) prepared / processed according to its origin. The reaction temperature and time are experimental variables that are selected each time according to the objectives of the study. The reaction was terminated by a stream of cooled deionized water at a temperature below 10 ° C.

Възстановяващото сензора действие се осъществява чрез измиване със слаба струя от 2.5М разтвор от citric acid - (pH 3.2) в продължение на 2-3 минути.The restorative action of the sensor is accomplished by washing with a gentle jet of 2.5M citric acid solution (pH 3.2) for 2-3 minutes.

Използва се MEMS сензор с размери на общата основа 4900x3200x250 pm, и микроконзоли с дължини от 310 и 325 pm, ширини от 76 pm и дебелини от 3.5 pm. Площта на всеки от активните участъци е 50x50 pm с нанесен слой злато (Au) с дебелина от ~0.4 pm. Еластичността на микроконзолите е около ~3.5 N/m. Резонансните честоти на четирите микроконзоли са в диапазона 50-80 kHz (средно -65kHz). Пиезорезисторите са поA MEMS sensor with a common base size of 4900x3200x250 pm is used, and microcontrolls with 310 and 325 pm lengths, 76 pm widths and 3.5 pm thicknesses. The area of each of the active sites is 50x50 pm with a deposited layer of gold (Au) with a thickness of ~ 0.4 pm. The elasticity of the microconsoles is about ~ 3.5 N / m. The resonance frequencies of the four microconsoles are in the 50-80 kHz range (average -65kHz). Piezo resistors are on

1.5 kOhm ±10% с максимално ниво на генерирания сигнал от ~1mV/V/pm. Измерената с 24-битова точност температурна промяна на съпротивлението на пиезорезисторите, след калибровка, се използва за определяне на индивидуалните температури на микроконзолите и температурата на протичане на биохимичните реакции, като се постига точност по-добра от ±0.1°С.1.5 kOhm ± 10% with a maximum signal level of ~ 1mV / V / pm. The temperature change of the resistance of the piezo resistors, measured after 24-bit accuracy after calibration, is used to determine the individual microcontroller temperatures and the flow temperature of the biochemical reactions, achieving an accuracy better than ± 0.1 ° C.

Носача е тефлонова (PTFE) платка с размери 25x10x0.8 mm имаща девет (1 от основата и 8 от пиезорезисторите) електрически изводи - позлатени контактни пера в задния край. Микроконзолната структура на сензора е запоена с долната си страна, чрез безоловен SMD припой, към позлатена площадка (по-малка от долната страна) в предния му край. Позлатените контактни площадки върху горната страна на микроконзолната структура (изводите от пиезорезисторите) се бондират със златни (Au) жички към позлатени площадки за бондиране свързани с позлатените контактни пера в задния край на носача. Оголения метал получил се при това свързване (злато Au) се покрива с химически неактивен изолиращ слой (силиконова солдер маска - “240 SB”).The carrier is a Teflon (PTFE) board measuring 25x10x0.8 mm, with nine (1 base and 8 piezo resistors) electrical outlets - gold-plated contact points at the rear. The micro-console structure of the sensor is soldered to its underside, through unleaded SMD solder, to a gilded pad (smaller than the underside) at its front end. The gold-plated pads on the upper side of the micro-console structure (piezo resistor terminals) are bonded with gold (Au) wires to the gold plated bonding pins connected to the gold plated pins at the rear end of the carrier. The naked metal resulting from this bonding (Au gold) is covered with a chemically inactive insulating layer (silicone solder mask - “240 SB”).

Носача се вкарва в 9-контактен, газово-плътен куплунг, монтиран наклонено и по X, и по Y, на ъгли от 30°, така че при измиване със струя същата да се стича от предния ляв ъгъл. Върху хидрофобната повърхност на носача е създадена, чрез локална електрохимична обработка [12], хидрофилна зона с капкообразна форма и площ от 20mm2, което обезпечава използването/фиксацията на удобните работни обеми от 10 - 30μΙ.The carrier is inserted into a 9-pin, gas-tight plug, mounted inclined at both X and Y, at angles of 30 °, so that the jet flows from the front left corner when flushed. On the hydrophobic surface of the carrier, a hydrophilic zone with a droplet shape and an area of 20mm 2 was created, by means of local electrochemical treatment [12], which ensures the use / fixation of convenient working volumes of 10 - 30μΙ.

Възбуждането на колебанията на микроконзолите се осъществява от ултразвуков капацитивен пиезоизлъчвател (USP-1nF), плътно притиснат към носача за добра акустична връзка, който излъчва едновременно, но с различна амплитуда, всичките резонанси и честоти.The excitation of the oscillations of the micro-consoles is performed by an ultrasonic capacitive piezo radiator (USP-1nF), tightly pressed against the carrier for good acoustic coupling, which emits simultaneously, but with different amplitude, all resonances and frequencies.

Апаратурата [5] измерва резонансните честоти на сензора с точност от 0.56ррт, която се определя само от неотстранимия природен фазов шум (-114dBc/Hz @ ~65kHz) на колебанията на микроконзолите. С автоматични повторения точността може да се увеличи до -0.1 ppm (~10‘7 или ~7mHz @~65 kHz). Микроконзолите на сензора променят резонансната се честота с около 3 Hz при увеличение на масата им с 10’15 грама - т.е. имат чувствителност от - 3 Hz/fg (- 3.3 10’16 g за 1Hz), което означава че е достижима чувствителност от 2.3 10‘18 g (7mHz при 3 Hz/fg).The instrumentation [5] measures the resonant frequencies of the sensor to an accuracy of 0.56 ppm, which is determined only by the unbroken natural phase noise (-114dBc / Hz @ ~ 65kHz) of the microcontroller oscillations. With automatic repetitions, the accuracy can be increased to -0.1 ppm (~ 10 ' 7 or ~ 7mHz @ ~ 65 kHz). The sensor microcontrollers change the resonant frequency by about 3 Hz by increasing their mass by 10 '15 grams - ie. have a sensitivity of - 3 Hz / fg (- 3.3 10 '16 g for 1Hz), which means that a sensitivity of 2.3 10' 18 g (7mHz at 3 Hz / fg) is achievable.

Молекулите на използваните антитела - мономерен имуноглобулин “Rabbit IgG against HSA” имат приблизително триъгълна форма със страни от -15 nm и дебелина от -4 nm. Те се прикрепват под ъгъл от -45° спрямо повърхността на активните участъци покривайки площ от -140 nm2, но се разполагат на разстояние помежду си. Върху площта от 50x50 pm на всеки от активните участъци се прикрепват само около 1.8 106 броя, директно покривайки само около 10% от площта им.The molecules of the antibodies used - the monomeric immunoglobulin “Rabbit IgG against HSA” have an approximately triangular shape with sides of -15 nm and a thickness of -4 nm. They attach at an angle of -45 ° to the surface of the active regions, covering an area of -140 nm 2 , but are spaced apart. Only about 1.8 10 6 pieces are attached to the area of 50x50 pm on each of the active sections, directly covering only about 10% of their area.

Масата на мономерния имуноглобулин “Rabbit IgG against HSA” е -150 kDa (-2.5 10’19 g), а масата на протеина-антиген човешки албумин “HSA” е 67 kDa (1.1 10'19g). Изследваната имунна реакция IgG + HSA създава нова молекулна структура с маса от -217 kDa (-3.6 10'19g) - т.е. увеличава масата с - 44%.The Rabbit IgG against HSA monomeric immunoglobulin mass was -150 kDa (-2.5 10 '19 g) and the human albumin antigen HSA mass was 67 kDa (1.1 10' 19 g). The IgG + HSA immune response investigated created a new molecular structure with a mass of -217 kDa (-3.6 10 '19 g) - i. increases the mass by - 44%.

За молекулите от примерното изпълнение максималната чувствителност от 2.3 10'18 g означава точност от ± 9 броя антитела и ± 20 броя протеинови молекули.For the molecules of the exemplary embodiment, a maximum sensitivity of 2.3 10 '18 g means an accuracy of ± 9 antibodies and ± 20 protein molecules.

Случайните статистически флуктуации на броя на прикрепените антитела (при второто действие на метода) са едва ±0.075% или ±3 10‘16д (при пълно покритие от-1.8 106 антитела), които 130 пъти надхвърлят разделителната способност на примерното изпълнение ( 2.3 10'18 д) - т.е. ограниченията за изобретението са фундаменталните природни граници.Random statistical fluctuations in the number of antibodies attached (in the second method) are only ± 0.075% or ± 3 10 '16 g (with a full coverage of-1.8 10 6 antibodies), which is 130 times the resolution of the exemplary embodiment (2.3 10 '18 d) - i.e. the limitations of the invention are fundamental natural boundaries.

ЦИТИРАНА ЛИТЕРАТУРАREFERENCES

1. “The Immunoassay Handbook”, Third Edition, Ed. by D. Wild, Elsevier, 2005, 930 p.1. The Immunoassay Handbook, Third Edition, Ed. by D. Wild, Elsevier, 2005, 930 p.

2. “Biosensors”, Second Edition, Eds. by J. Cooper and T. Cass, Oxford University Press, 2004,251 p.2. “Biosensors”, Second Edition, Eds. by J. Cooper and T. Cass, Oxford University Press, 2004,251 p.

3. “Fluorescence Sensors and Biosensors”, Ed. by R.B. Thompson, Taylor & Francis, 2006, 394 p.3. “Fluorescence Sensors and Biosensors,” Ed. by R.B. Thompson, Taylor & Francis, 2006, 394 p.

4. Sapsford K.E., et al., 2008, Sensors for detecting biological agents”, Materials Today 11 (2): 38-49.4. Sapsford K.E., et al., 2008, Sensors for detecting biological agents ”, Materials Today 11 (2): 38-49.

5. Минчев Г., Минчева T., Заявка за патент №110557/17.12.2009г., “Метод и устройство за пределно точно измерване на отношения на честоти на еднотипни периодични процеси”.5. Minchev G., Mincheva T., Patent Application No. 110557 / 17.12.2009, “Method and device for extremely accurate measurement of frequency ratios of one-type periodic processes”.

6. Baller М.К. et al., “Cantilever sensors and transducers”, Patent WO 01/33226 A1, 2001.6. Baller M.K. et al., “Cantilever sensors and transducers”, Patent WO 01/33226 A1, 2001.

7. Boisen A. and Thundat T., 2009, “Design & fabrication of cantilever array biosensors”, Materials Today 12 (9): 32-38.7. Boisen A. and Thundat T., 2009, “Design & fabrication of cantilever array biosensors”, Materials Today 12 (9): 32-38.

8. Lang H. et al., 2005, ’’Cantilever array sensors”, Materials Today 8 (4): 30-36.8. Lang H. et al., 2005, 'Cantilever array sensors', Materials Today 8 (4): 30-36.

9. Zong et al., “Piezoimmunosensor”, USA Patent 7,329,536 B2, 2008.9. Zong et al., “Piezoimmunosensor”, USA Patent 7,329,536 B2, 2008.

10. Babson et al., “Automated immunoassay analizer”, USA Patent 5,885,530, 1999.10. Babson et al., “Automated immunoassay analyzer”, USA Patent 5,885,530, 1999.

11. Mitsuru O. et al., “Immunoanalyzer”, Japan Patent 11316234 A, 1999.11. Mitsuru O. et al., “Immunoanalyzer”, Japan Patent 11316234 A, 1999.

12. Combellas C. et al., “Method for Electrochemically Realizing a Hydrophilic Area on a Hydrophobic Substrate”, Patent application US2009/0101508A1.12. Combellas C. et al., “Method for Electrochemically Realizing a Hydrophilic Area on a Hydrophobic Substrate,” Patent Application US2009 / 0101508A1.

13. Harkey J. et al., “High-sensitivity piezoresistive cantilevers under 1000 angstrom thick”, Appl. Phys. Lett., 75,289-291 (1999).13. Harkey J. et al., “High-sensitivity piezoresistive cantilevers under 1000 angstrom thick,” Appl. Phys. Lett., 75,289-291 (1999).

14. Then D. et al., “A higly sensitive self-oscilating cantilever array for the quantitative and qualitative analysis of organic vapor mixtures”, Sensors and Actuators B, 117,1-9 (2006).14. Then D. et al., “A highly sensitive self-oscillating cantilever array for the quantitative and qualitative analysis of organic vapor mixtures,” Sensors and Actuators B, 117, 1-9 (2006).

Claims (8)

АВТОРСКИ ПРЕТЕНЦИИCOPYRIGHT CLAIMS 1. Метод за имунометричен анализ използващ универсален, сменяем, многократно използваем и самокалибрируем сензор съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че се състои от пет действия, като първите четири от тях имат биохимичен характер и се извършват в точен реакционен микро обем фиксиран като капилярна капка на точно място (9) върху носача (7) на сензора, като първото действие химически активира повърхностите на активните участъци (3) на измерителната двойка микроконзоли (1) , второто действие създава върху активните участъци (3) една изразходваща се, еднократна за всяко изпълнение на метода, функционализация на сензора, в третото действие в реакционен микро обем се осъществява анализираната имунна реакция при точно подържане на температурата и при точно отчитане на протеклото реакционно време, а четвъртото действие премахва остатъците от първите три действия и възстановява сензора в първоначалното му състояние, като всяко от биохимичните действия се последва от еднотипно мерене [5] на сензора, резултатите на което измерване се отнасят за това биохимично действие, като резултатите за четвъртото действие служат за контрол, а резултатите за първите три биохимични действия се използват в петото действие в пресмятаща процедура за неизвестните параметри на имунната реакция, която процедура използва като еталон постоянното отношение на резонансните честоти на двете микроконзоли от еталонната двойка микроконзоли (2) , чиито маси не се променят от биохимичните действия, тъй като повърхността им не е подходяща за прикрепване на биомолекули и/или микроскопични био частици.An immunometric analysis method using a universal, replaceable, reusable and self-calibrating sensor according to claim 2, characterized in that it consists of five actions, the first four of them being biochemical in nature and carried out in a precise reaction micro volume fixed as capillary drop at the exact location (9) on the sensor carrier (7), with the first action chemically activating the surfaces of the active sections (3) of the measuring pair of microconsoles (1), the second action creating an active point on the active sections (3) a sensible, one-off for each implementation of the method, functionalization of the sensor, in the third action in the reaction micro volume, the analyzed immune reaction is carried out with accurate keeping of temperature and with accurate reading of the elapsed reaction time, and the fourth action removes the residues from the first three actions and restores the sensor to its original state, each of the biochemical actions being followed by a single measurement [5] of the sensor, the measurement results of which relate to that biochemical action, such as p the results for the fourth action serve as a control, and the results for the first three biochemical actions are used in the fifth action in a calculation procedure for unknown parameters of the immune response, which uses as a standard the constant ratio of the resonance frequencies of the two microconsoles from the reference pair of microconsoles (2) , whose masses are not altered by biochemical actions because their surface is not suitable for attachment of biomolecules and / or microscopic bio particles. 2. Сензор използван в метода съгласно претенция 1 представляващ микроконзолна структура (10) върху носач (7) характеризираща се с това, че се състои от четири микроконзоли групирани в две еднакви двойки-микроконзоли (1 и 2) създадени едновременно в един и същ производствен процес, като всяка от двойките-микроконзоли (1 и 2) се състои от две различаващи се само по своята дължина отделни микроконзоли, която разлика в дължините е достатъчна да обезпечи различие в резонансните честоти изключващо акустичното взаимовлияние между микроконзолите, като двете еднакви двойки-микроконзоли (1 и 2) са симетрично разположени на подходящо разстояние върху обща основа (6), като само на едната от двойките-микроконзоли (2), на едно и също място върху повърхностите и на двете нейни микроконзоли, се произвеждат, чрез селективно добавяне на един или няколко допълнителни слоя от подходящи материали, два напълно еднакви активни участъка (3), повърхността на които участъци (3) е подходяща за прикрепване на биомолекули и/или микроскопични биочастици от интерес, докато останалата част от повърхността на тази двойка микроконзоли (2), както и цялата повърхност на двете микроконзоли на другата двойка микроконзоли (1) се произвежда такава, че да не е подходяща за прикрепване на биомолекули и/или микроскопични биочастици от интерес, като всяка от четирите микроконзоли притежава вграден пиезорезистор (4) изработващ сигнал, пропорционален на нейното огъване, които пиезорезистори (4) имат по два електрически извода свързани към изолирани контактни площадки (5) върху горната повърхност на общата основа (6), а електрическият извод от проводящата обща основа (6) е изведен на изолирана контактна площадка върху долната повърхност на общата основа (6), като микроконзолната структура (10) е разположена върху носач (7), който е плосък сменяем елемент с подходяща форма, хидрофобна повърхност и контактни пера (8) вкарващ се в електрически съединител контактуващ към перата (8), имащ контактни площадки електрически свързани с контактните пера (8), към една от които контактни площадки се запоява и с това механично се закрепва общата основа (6), а към останалите контактни площадки се свързват изводите (5) от пиезорезисторите (4), като върху хидрофобната повърхност на носача (7) на подходящо място е създадена хидрофилна зона (9) с подходяща форма и размери, над която се намират двойките микроконзоли (1 и 2) и върху която Q хидрофилна зона (9) да се задържа от капилярните сили работния обем течност в който протичат химичните реакции от действията на метода от претенция 1.A sensor used in the method of claim 1, representing a micro-console structure (10) on a carrier (7), characterized in that it consists of four micro-consoles grouped in two identical pairs of micro-consoles (1 and 2) created simultaneously in the same production process, each of the pairs of micro-consoles (1 and 2) consists of two different micro-consoles differing only in their length, which difference in length is sufficient to provide a difference in the resonant frequencies excluding the acoustic interplay between the micro-consoles, such as all identical pairs of micro-brackets (1 and 2) are symmetrically arranged at a suitable distance on a common base (6), with only one of the pairs of micro-brackets (2) being produced at the same place on the surfaces of both its micro-brackets. , by selectively adding one or more additional layers of suitable materials, two completely identical active regions (3), the surface of which regions (3) are suitable for attaching biomolecules and / or microscopic bioparticles of interest, while the rest of the surface this two The microconsoles (2) and the entire surface of the two microconsoles of the other pair of microconsoles (1) are manufactured in such a way that they are not suitable for attaching biomolecules and / or microscopic bioparticles of interest, with each of the four microconsoles having a built-in piezoresistor ( 4) a manufacturing signal proportional to its bending, which piezoresistors (4) have two electrical terminals connected to isolated contact pads (5) on the upper surface of the common base (6), and the electrical output of the conducting common base (6) is erected on an insulated contact surface on the lower surface of the common base (6), the micro-console structure (10) being disposed on a support (7) which is a flat replaceable element of suitable shape, a hydrophobic surface and contact feathers (8) being inserted into electrical a clutch contacting the feathers (8) having contact pads electrically connected to the contact feathers (8), to which the contact surfaces are soldered and the common base (6) is mechanically attached and the terminals (5 are connected to the other contact surfaces) ) by piezoresist (4), whereby a hydrophilic zone (9) of a suitable shape and size above which the pairs of microconsoles (1 and 2) are located and on which Q is a hydrophilic zone (9) is created on the hydrophobic surface of the carrier (7) in an appropriate place. to retain by the capillary forces the working volume of the fluid in which the chemical reactions of the process of claim 1 proceed. 3. Сензор съгласно претенция 2, представляващ микроконзолна структура (10) характеризираща се с това, че всяка от четирите микроконзоли на двете й двойки-микроконзоли (1 и 2) е изградена от по три проводящи структурни елемента образуващи издължена буква “П” с по два изолирани електрически • извода (5) от двата края на “буквите” и активни участъци (3) разположени върху напречните елементи на едната двойка микроконзоли (2), като при протичане на ток през трите структурни елемента се изработва сигнал пропорционален на огъването им и следователно на огъването на цялата микроконзола, с което структурните елементи функционират и като пиезорезистори.A sensor according to claim 2, comprising a micro-console structure (10), characterized in that each of the four micro-consoles of its two micro-console pairs (1 and 2) is made up of three conductive structural elements forming an elongated letter "P" with two insulated electrical terminals (5) at the two ends of the letters and active sections (3) arranged on the transverse members of one pair of microcontroller (2), producing a signal proportional to their bending as current flows through the three structural elements; therefore n and the bending of the entire micro-console, with which the structural elements also function as piezoresistors. 4. Сензор съгласно претенция 2 характеризиращ се с това, че върху всичките четири микроконзоли от двойките микроконзоли (1 и 2), върху цялата им повърхност или само върху част от нея, допълнително са нанесени слой от магнитен материал и последваш изолиращ слой, като слоя от магнитен материал, в променливо магнитно поле с подходяща честота, създава променлива сила с която се възбуждат резонансните колебания на микроконзолите.A sensor according to claim 2, characterized in that a layer of magnetic material and a subsequent insulating layer, such as the layer, are additionally applied to all four microconsoles of the pairs of microconsoles (1 and 2), to their entire surface or only part of it. of magnetic material, in an alternating magnetic field at an appropriate frequency, creates a variable force by which the resonant oscillations of the microconsoles are excited. 5. Сензор съгласно претенция 2 характеризиращ се с това, че по повърхността на всичките четири микроконзоли от двойките микроконзоли (1 и 2) последователно преминава една изолирана проводяща допълнителна пътечка разположена така, че протичащия по тази пътечка променлив ток с подходяща честота, в едно подходящо постоянно магнитно поле, създава променлива сила с която се възбуждат резонансните колебания на микроконзолите.A sensor according to claim 2, characterized in that one isolated conductive auxiliary path is arranged along the surface of all four microconsoles of the pairs of microconsoles (1 and 2) in such a way that an alternating current flowing therefrom at an appropriate frequency into one suitable constant magnetic field, creates a variable force with which to excite the resonant oscillations of the microconsoles. 6. Сензор съгласно претенция 2 характеризиращ се с това, че възбуждането на резонансните колебания на четирите му микроконзоли се извършва от излъчващо акустични вълни отделно устройство в акустична връзка с носача (7) и чрез него в акустична връзка с микроконзолната структура (10).A sensor according to claim 2, characterized in that the excitation of the resonance oscillations of its four microconsoles is carried out by an acoustic wave emitting a separate device in acoustic connection with the carrier (7) and through it in acoustic connection with the microconsole structure (10). 7. Сензор съгласно претенция 2, представляващ микроконзолна структура (10) върху носач (7) характеризираща се с това, че електрическите изводи от пиезорезисторите (4) са съединени към контактни площадки върху долната повърхност на общата основа (6) чрез изолирани вертикални електрически връзки, като контактните площадки върху долната повърхност директно се запояват към съответни контактни площадки разположени върху горната повърхност на носача (7), с което се осъществява електрическо свързване на пиезорезисторите (4) към електрическите изводи от носача (8) и механично закрепване на общата основа (6) към носача (7).A sensor according to claim 2, comprising a micro-console structure (10) on a support (7), characterized in that the electrical terminals of the piezo-resistors (4) are connected to contact pads on the lower surface of the common base (6) by isolated vertical electrical connections by contacting the pads on the lower surface directly with the corresponding pads located on the upper surface of the carrier (7), thereby electrically connecting the piezo resistors (4) to the electrical terminals from the carrier (8) and mechanical attachment of the common base (6) to the carrier (7). 8. Сензор съгласно претенция 2, представляващ микроконзолна структура (10) характеризираща се с това, че електрическите изводи от пиезорезисторите (4) са частично свързани помежду си като образуват схема “звезда” с един общ извод и по един индивидуален извод от всеки пиезорезистор (4).A sensor according to claim 2, comprising a micro-console structure (10), characterized in that the electrical terminals of the piezoresistors (4) are partially connected to each other to form a "star" circuit with one common terminal and one individual terminal from each piezoresistor ( 4).
BG10110556A 2009-03-18 2009-12-17 Method and sensor for immune metric nano analysis BG110556A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG10110556A BG110556A (en) 2009-03-18 2009-12-17 Method and sensor for immune metric nano analysis

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG11035009 2009-03-18
BG10110556A BG110556A (en) 2009-03-18 2009-12-17 Method and sensor for immune metric nano analysis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG110556A true BG110556A (en) 2010-10-29

Family

ID=44906710

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG10110557A BG110557A (en) 2009-03-18 2009-12-17 Method and device for limit accuracy measurement of frequencies of equitype periodic processes
BG10110556A BG110556A (en) 2009-03-18 2009-12-17 Method and sensor for immune metric nano analysis

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG10110557A BG110557A (en) 2009-03-18 2009-12-17 Method and device for limit accuracy measurement of frequencies of equitype periodic processes

Country Status (1)

Country Link
BG (2) BG110557A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG110557A (en) 2010-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100975010B1 (en) Physical sensor using piezoelectric microcantilever and manufacturing method thereof
US7993854B2 (en) Detection and quantification of biomarkers via a piezoelectric cantilever sensor
ES2691647T3 (en) Method and apparatus for detecting targets using viruses attached to electrodes
Birnbaumer et al. Detection of viruses with molecularly imprinted polymers integrated on a microfluidic biochip using contact-less dielectric microsensors
US8349611B2 (en) Resonant sensors and methods of use thereof for the determination of analytes
US20040126814A1 (en) Sensor having molecularly imprinted polymers
US20090117571A1 (en) Impedance spectroscopy of biomolecules using functionalized nanoparticles
JP4913032B2 (en) Electrostatic measurement of chemical reactions based on stress
US8689614B2 (en) Apparatus and method for determining the results of assays
CA2721799C (en) Integrated shear-vertical surface acoustic wave and surface plasmon resonance sensing device and method
CN104884953B (en) The apparatus and method for monitoring the deposition parameter in fluid media (medium) sample
JP2009533658A5 (en)
JP2016512335A (en) Device and method for accurately monitoring pH with a transparent microarray
JP2001507454A (en) Microsystems for biological analysis and uses and methods for the production of analytes
JP2010286465A (en) Saw (surface acoustic wave) sensor device
WO2011038112A1 (en) Devices and methods for detecting and monitoring hiv and other infections and diseases
US20140364325A1 (en) Array of Sensors Functionalized with Systematically Varying Receptor Materials
KR20090085913A (en) Impedimetric biosensor for the detection of foodborne pathogens and the method thereof
Basso et al. A immunosensor for the diagnosis of canine distemper virus infection using SPR and EIS
BG110556A (en) Method and sensor for immune metric nano analysis
WO2008019694A2 (en) Bio surface acoustic wave (saw) resonator design for detection of a target analyte
RU168546U1 (en) Macromolecule Registration Device for Medical Diagnostics
KR100833389B1 (en) Bio-sensor and method for manufacturing the same
Guha Studying resonant frequency and dissipation shifts in a mechanical resonator using a fixed-frequency drive
Kangarshahi et al. Label-free Electrochemical Nanobiosensors Using Au-SPE for COVID-19 Detection: A Comparative Review of Different Biomarkers and Recognition Elements