BR112013013109B1 - dispositivo sensor para a detecção de partículas magnéticas em uma câmara de amostras com uma superfície de contato em que as partículas magnéticas podem ser coletadas - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO SENSOR E MÉTODO PARA A DETECÇÃO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS EM UMA CÂMARA DE AMOSTRAS COM UMA SUPERFÍCIE DE CONTATO EM QUE AS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS PODEM SER COLETADAS A invenção se refere a um dispositivo sensor (100) e um método para a detecção de partículas magnéticas (1) em uma câmara de amostras (2) com uma superfície de contato (11). O dispositivo sensor (100) compreende uma unidade sensora (120, 130) para a detecção de partículas magnéticas (10 em uma região alvo (TR) e/ou em pelo menos uma região de referência na superfície de contato. Além disso, compreende um gerador de campo magnético (1 40) para a geração de um campo magnético que guie as partículas magnéticas para uma superfície de contato. Com a ajuda desses componentes, é determinado um "parâmetro auxiliar" relacionado com as partículas magnéticas (1) e/ou seus movimentos, mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as partículas magnéticas e a superfície de contato. O parâmetro auxiliar pode, por exemplo, estar relacionado com o grau de descombinação entre as posições alcançadas pelas partículas magnéticas (1) sob a influência de um campo magnético e a região alvo (TR). Os resultados da avaliação podem ser usados para validar e/ou corrigir as medições obtidas na (...).

Description

A invenção refere-se a um dispositivo sensor e um método para a detecção de partículas magnéticas em uma câmara de amostras, em que as ditas partículas são guiadas por um campo magnético na direção de uma superfície de contato.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

É conhecido a partir da WO 2008/155716 AI um biossensor em que as componentes alvo rotuladas com contas magnéticas são detectadas por reflexão interna total frustrada (FTIR) na superfície sensora de um cartucho. O biossensor descrito é particularmente projetado e adaptado para aplicações nos locais de cuidados, por exemplo, testes de drogas em estradas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Com base nesse histórico, foi um objetivo da presente invenção prover meios para a detecção de partículas magnéticas em uma câmara de amostras com melhor precisão e/ou confiabilidade dos resultados de detecção.

Este objetivo é alcançado por um dispositivo sensor de acordo com a reivindicação 1 e um método de acordo com a reivindicação 2. As realizações preferidas são reveladas nas reivindicações dependentes.

De acordo com seu primeiro aspecto, a invenção se refere a um dispositivo sensor para a detecção de partículas magnéticas em uma câmara de amostras, em que a dita câmara de amostras tem uma superfície de contato em que as partículas magnéticas podem se depositar. O termo “partículas magnéticas” compreende tanto partículas permanentemente magnéticas assim como as partículas magnetizáveis, por exemplo, contas superparamagnéticas. 0 tamanho das partículas magnéticas varia tipicamente entre 3 nm e 50 μm. Além disso, as partículas magnéticas podem compreender componentes alvo de ligação (por exemplo, 5 biomoléculas) nas quais se esteja interessado. A "câmara de amostras" é normalmente uma cavidade vazia; pode ser uma cavidade aberta, uma cavidade fechada, ou uma cavidade ligada a outras cavidades por canais de conexão fluida. O dispositivo sensor compreende os seguintes componentes: 10 a) Uma unidade sensora para a detecção de partículas magnéticas em (pelo menos em parte) uma 30 sub- região de uma superfície de contato que será denominada "região alvo" a seguir.

Adicional e alternativamente, a unidade sensora 15 pode ser adaptada para detectar partículas magnéticas em pelo menos outra sub-região de uma superfície de contato, a dita outra sub-região sendo denominada a seguir "região de referência". Deve ser notado que a unidade sensora pode compreender várias subunidades ou pode ser um dispositivo 20 exclusivo (enquanto que seja provida a detecção em separado de partículas magnéticas em uma região alvo e na(s) região(ões) de referência). A unidade sensora pode, por exemplo, gerar uma imagem ótica que compreende tanto uma região alvo e como região(ões) de referência, em que sejam 25 processadas individualmente partes separadas dessa imagem. b) Um gerador de campo magnético para a geração de um campo magnético dentro de uma câmara de amostras, em que o dito campo magnético oriente as partículas magnéticas em 30 seu alcance na direção da superfície de contato (isto é, pelo menos uma sub-região de uma superfície de contato). O campo magnético tipicamente terá um gradiente não zero que permita exercer forças magnéticas nas partículas magnéticas (dipolo). c) üma unidade de avaliação para a determinação a partir dos sinais de detecção da unidade sensora de urn "parâmetro auxiliar" que esteja relacionado às particulas 5 magnéticas e/ou a seus movimentos dentro da câmara de amostras (isto é, seus movimentos através do meio na câmara de amostras), mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as particulas magnéticas e na superfície de contato. Também será 10 compreendido um processo tipico de ligação que ocorre na região alvo, por exemplo, a ligação covalente das particulas magnéticas a uma superfície de contato, por meio de outros tipos de ligação (por exemplo, por meio de ligações de hidrogênio). A unidade de avaliação pode ser feita em 15 hardware eletrônico dedicado, hardware de processamento de dados digitais com software associado, ou uma mistura de ambos. Está normalmente acoplado à unidade sensora (e também opcionalmente ao gerador de campo magnético) para a recepção de sinais e/ou para o controle do mesmo. 20 A invenção ainda se refere a um método associado para a detecção de particulas magnéticas em uma câmara de amostras com uma superfície de contato, em que as particulas magnéticas possam se depositar, em que o dito método compreende as seguintes etapas: 25 a) A geração de um campo magnético dentro da câmara de amostras que guie as particulas magnéticas para a superfície de contato. b) A detecção de particulas magnéticas em (pelo menos parte) de uma região alvo em uma superfície de contato 30 e/ou em pelo menos uma região de referência na superfície de contato. c) A determinação a partir dos sinais de detecção obtidos na etapa b) para uma região de referência e/ou a região alvo de um parâmetro auxiliar que esteja relacionado às partículas magnéticas e/ou a seus movimentos, mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as partículas magnéticas e a superfície de 5 contato. 0 método compreende em geral a formação de etapas que possam ser executadas por um dispositivo sensor do tipo acima descrito. Portanto, é feita referência à descrição acima do dispositivo sensor para maiores informações sobre 10 os detalhes do dito método.

O dispositivo sensor e o método acima descritos têm a vantagem de proverem, além da medição normal em uma região alvo, um "parâmetro auxiliar" que está relacionado às partículas magnéticas e/ou a seus movimentos, mas que seja 15 independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as partículas magnéticas e a superfície de contato. Portanto, o parâmetro auxiliar pode prover valiosas informações de fundo sobre as circunstâncias que podem afetar o resultado das "medições reais" em uma região alvo, 20 isto é, sobre as medições que dependem crucialmente dos processos (como ligações) que ocorrem entre as partículas magnéticas e a superfície de contato.

A seguir, serão descritas várias realizações preferidas da invenção que se referem tanto ao dispositivo 25 sensor e como ao método acima descrito.

De acordo com uma realização da invenção, o campo magnético que é gerado em uma câmara de amostras orienta as partículas magnéticas especificamente para uma região alvo, e o parâmetro auxiliar está relacionado à descombinação 30 entre as posições realmente alcançadas pelas partículas magnéticas e a região alvo. Como existe normalmente um grande número de partículas magnéticas em uma amostra e como o campo magnético não está normalmente restrito a determinadas sub-regiões da câmara de amostras, em geral sempre existirão algumas partículas que alcançam a região alvo e outras que não. Assim, a unidade de avaliação pode quantificar o parâmetro auxiliar (isto é, a descombinação entre as posições alcançadas e a região alvo), por exemplo, como a porcentagem de todas as partículas magneticamente atuadas que alcançam a região alvo. Além disso, o parâmetro auxiliar pode ser de preferência, obtido a partir dos sinais de detecção tanto da região alvo como pelo menos de uma região de referência.

Com a ajuda do parâmetro auxiliar supramencionado, o dispositivo sensor e o método permitem a verificação (automática) de se as partículas magnéticas de uma amostra estão corretamente orientadas por um campo magnético. Esta é uma vantagem significativa pelas seguintes razões: O resultado da detecção na região alvo é normalmente o sinal em que está normalmente interessado, desde que, por exemplo, as informações sobre a presença e/ou a quantidade de um determinado componente alvo no interior da amostra (o dito componente alvo pode ser, por exemplo, uma molécula rotulada com uma conta magnética) . No caso da existência, por qualquer motivo, de um desalinhamento entre o campo magnético e a região alvo, menos partículas magnéticas alcançarão a região alvo, podendo ocorrer uma subestimação da quantidade de partículas magnéticas na amostra. Esse comprometimento dos resultados da medição pode ser evitado por meio do dispositivo sensor e método descritos, por permitirem a verificação da chegada correta de partículas magnéticas na região alvo.

De acordo com outro desenvolvimento da realização supramencionada, pelo menos uma região de referência é colocada em uma posição fora da região alvo. No caso de uma adequada orientação de partículas, os sinais de detecção para essa região de referência devem ser zero ou pelo menos abaixo de um dado limite.

Em outra realização, há pelo menos uma região de referência que se sobrepõe (parcial ou completamente) à região alvo. Essa região de referência será alcançada pelas partículas magnéticas adequadamente guiadas. Portanto, sinais de detecção zero ou muito baixos para essa região de referência indicarão uma orientação incorreta das partículas.

É claro que pode ser usada qualquer combinação dos arranjos das regiões de referência mencionadas, compreendendo algumas regiões de referência que se sobrepõem e outras regiões de referência que são distintas da região alcançada pelas partículas magnéticas adequadamente guiadas.

Em outra realização da invenção, a região de referência pode, pelo menos circundar parcialmente a região alvo. No caso acima, em que as partículas magnéticas adequadamente guiadas alcançam a região alvo, o sinal de detecção nessa região de referência será normalmente zero. Entretanto, pode ser detectado o deslocamento de partículas magnéticas na direção da região de referência (aqui e a seguir, o "deslocamento de partículas magnéticas" é um atalho para um "deslocamento das posições alcançadas pelas partículas magnéticas atuadas" mais preciso). Se uma região de referência circundar totalmente a região alvo, pode ser detectado o deslocamento em qualquer direção.

A câmara de amostras em que a amostra com as partículas magnéticas é provida pode ser localizada em um cartucho substituível, isto é, em um componente individual separado do dispositivo sensor. Devido à sua contaminação com a amostra, esse cartucho será normalmente um item descartável feito, por exemplo, a partir de moldagem por injeção de plástico. De acordo existem pelo menos duas regiões de referência colocadas em diferentes lados de uma região alvo. De preferência, é distribuida uma pluralidade de regiões de referência à volta da região alvo, de maneira que qualquer desalinhamento entre as particulas magnéticas e a região alvo pode ser descoberta como particulas magnéticas que atingirão pelo menos uma das regiões de referência. Em outro desenvolvimento da realização com várias regiões de referência, os sinais de detecção de diferentes regiões de referência são avaliados individualmente. Essa avaliação individual permite, por exemplo, determinar em que direção as particulas magnéticas são deslocadas com relação à região alvo. Essas informações podem, por exemplo, ser exploradas para ajustar a montagem. Uma avaliação individual dos sinais de detecção de diferentes regiões de referência pode ainda ser usada para determinar um parâmetro auxiliar que esteja relacionado a um possivel aglomerado de particulas magnéticas. O aglomerado produz correntes de particulas magnéticas na direção das linhas do campo magnético, o que normalmente provoca uma anisotropia na distribuição de particulas magnéticas. Essa anisotropia pode ser detectada com a ajuda de várias regiões de referência.

Em um caso praticamente importante, a região alvo pode compreender uma (sub-)região de ligação com sitios de ligação nos quais particulas magnéticas possam ligar especificamente. Os sitios de ligação podem, por exemplo, ser moléculas (por exemplo, antigenos) que se ligam especificamente às particulas magnéticas (por exemplo, a anticorpos compreendidos pelas particulas magnéticas). A ligação especifica de particulas magnéticas aos sitios de ligação é então um exemplo tipico de um processo do qual o parâmetro auxiliar será independente. De preferência, não existe sobreposição entre a região de ligação e a(s) região(ões) de referência (ou processos de ligação que possam ter uma influência nos sinais de detecção nas regiões de referência; se o parâmetro auxiliar medir a orientação correta das particulas magnéticas, as regiões de referência 5 com sitios de ligação podem, por exemplo, mostrar uma concentração crescente de partículas magnéticas não indicativa da orientação correta das partículas para a região alvo).

De acordo com outra realização preferida da 10 invenção, o parâmetro auxiliar está relacionado à quantidade de partículas magnéticas (independente de estarem ligadas ou não a um componente alvo) na câmara de amostras. Esse parâmetro auxiliar pode ser particularmente expresso como uma concentração das partículas magnéticas, isto é, uma 15 quantidade por unidade de volume. Em um ensaio típico para a detecção de componentes alvo em uma amostra, a concentração de todas as partículas magnéticas em uma câmara de amostras e a concentração dos componentes alvo determinam, em conjunto, a quantidade de partículas magnéticas se ligarão 20 primeiro a um componente alvo e então ligarão a uma região de ligação (por meio dos ditos componentes alvo). A quantidade total de partículas magnéticas na câmara de _ amostras tem assim a mesma importância no resultado desse ensaio como a própria concentração dos componentes alvo. - 25 Portanto, é sempre tentado introduzir uma bem conhecida quantidade constante de partículas magnéticas em um ensaio. A determinação de um parâmetro auxiliar que corresponda à quantidade de partículas magnéticas permite verificar se essa importante pré-condição é obedecida ou não. 30 Em outra realização importante, o parâmetro auxiliar determinado está relacionado a um possível aglomerado de partículas magnéticas. O aglomerado de partículas magnéticas é normalmente induzido por um campo magnético, que faz as partículas alinharem-se em correntes ao longo das linhas do campo magnético. Esses aglomerados podem algumas vezes persistir, mesmo depois que o campo magnético tiver sido desligado. Por várias razões, este aglomerado (irreversível) de partículas magnéticas pode afetar os resultados de medição em uma região alvo. Portanto, a detecção de aglomerados por meio do parâmetro auxiliar determinado pode ajudar a melhorar os resultados da medição.

De acordo com a outra realização, o parâmetro auxiliar determinado pode compreender a viscosidade do meio na câmara de amostras, isto é, o meio em que as partículas magnéticas devem migrar para a superfície de contato. Por razões de eficiência, o tempo necessário para o ensaio deve ser o mais curto possível. Entretanto, para se obter os dados corretos de medição, uma quantidade suficiente de partículas magnéticas deve alcançar a superfície de contato da câmara de amostras no tempo disponível. Como esse requisito é, entre outras coisas, determinado pela velocidade de migração das partículas magnéticas, que por sua vez depende da viscosidade do meio circundante, o conhecimento da viscosidade pode fornecer valiosas informações sobre a confiabilidade de um ensaio.

Em ainda outra realização, o parâmetro auxiliar determinado pode estar relacionado com o campo magnético que é gerado dentro da câmara de amostras e que orientará as partículas magnéticas para a superfície de contato. Em particular, a resistência, a homogeneidade e/ou o alinhamento do campo magnético com a região alvo podem ser representados pelo parâmetro auxiliar. Assim, pode ser verificado outro parâmetro de fundamental influência nos resultados da detecção em uma região alvo. determinado pode representar uma condição de redispersão de particulas magnéticas. A redispersão de particulas magnéticas pode, por exemplo, ocorrer no inicio de um ensaio, quando um liquido (amostra liquida) tem contato com uma quantidade de particulas magnéticas secas. A redispersão pode ainda ocorrer durante um ensaio, quando aglomerados de particulas magnéticas dissolvem. 0 parâmetro auxiliar pode, por exemplo, indicar a porcentagem de particulas magnéticas que se dissolveram no liquido a partir de um estado previamente seco.

Em ainda outra realização, o parâmetro auxiliar determinado pode estar relacionado a uma distribuição espacial de particulas magnéticas. Esse parâmetro pode, por exemplo, representar a concentração de particulas magnéticas dentro da câmara de amostras ou de parte dela.

É claro que uma combinação de todos os parâmetros auxiliares acima mencionados e/ou outros parâmetros auxiliares pode ser determinada também dentro do mesmo ensaio. Como ficará aparente a partir da descrição detalhada das realizações da invenção, é também possivel obter uma pluralidade de diferentes parâmetros auxiliares a partir da mesma medição em uma região alvo e/ou de região (ões) de referência, obtendo-se assim várias visões de uma única medição.

O campo magnético que orientará as particulas magnéticas para a superfície de contato pode, de preferência, ser modulado, por exemplo, ser pulsado (isto é, ligado e desligado de forma repetitiva) . No caso de um campo magnético pulsado, a frequência do desligamento repetitivo do campo magnético está, de preferência, entre cerca de 10 Hz e cerca de 0,1 Hz (em que o período dessa alteração é definido como o tempo entre dois eventos consecutivos de ligação). 0 ciclo de trabalho do desligamento repetitivo do campo magnético, de preferência, está entre cerca de 5% e cerca de 90%, em que o dito ciclo de trabalho é definido como a duração do intervalo "ligado" em relação a todo o periodo de comutação (compreendendo ambos os intervalos "ligado" e "desligado'".). Pelo ciclo de trabalho pode ser controlado quanto tempo as particulas magnéticas têm para migrar livremente sem a influência de um campo magnético.

A modulação mencionada do campo magnético normalmente induz uma modulação dos sinais de detecção obtidos em uma região alvo e/ou em região (ões) de referência, respectivamente. Acontece que esses sinais modulados de detecção podem ter algumas características que proporcionam informações adicionais. Portanto, o parâmetro auxiliar pode ser opcionalmente determinado a partir dos sinais de detecção registrados durante a ação do campo magnético modulado.

Em um primeiro exemplo concreto da abordagem supramencionada, o parâmetro auxiliar é determinado a partir da amplitude local que ocorre nos sinais de detecção registrados, isto é, a diferença entre um máximo local e o minimo local nas vizinhanças do sinal de detecção obtido na região de referência ou na região alvo. Os ditos máximos e minimos locais do sinal de detecção normalmente ocorrem de forma síncrona com a pulsação do campo magnético. Como exemplo, a quantidade (total) de particulas magnéticas na câmara de amostras pode ser inferida a partir dessas amplitudes locais.

Em um segundo exemplo concreto, o parâmetro auxiliar é determinado a partir do formato dos pulsos do sinal registrado (em uma região alvo e/ou na(s) região(ões) de referência).

Os experimentos mostram que o formato dos pulsos de sinal que são induzidos por um campo magnético modulado são particularmente sensíveis a uma aglomeração de partículas magnéticas. Mais geralmente, o campo magnético modulado gera resultados da detecção modulados para as regiões de referência que se distinguem, no caso de um aglomerado 5 (irreversível) de partículas, com relação à amplitude, taxa de mudança e/ou fase.

De acordo com outra realização da invenção, o parâmetro auxiliar é determinado a partir da taxa de mudança (ou inclinação) do sinal registrado (em uma região alvo e/ou 10 na(s) região(Ões) de referência). Essa taxa de mudança pode ser determinada como uma média durante certos períodos (por exemplo, durante os períodos em que um campo magnético pulsado estiver ligado), ou como uma taxa de mudança durante uma determinada fase de um ensaio, por exemplo, é ligado. 15 Acontece que esse parâmetro auxiliar pode, particularmente dar informações sobre a viscosidade de uma amostra.

Em outra realização da invenção, o parâmetro auxiliar é obtido a partir de uma comparação dos sinais 20 de detecção em uma região alvo e da(s) região (ões) de referência. Se tanto a região alvo como a região de referência estiverem dentro do alcance do campo magnético gerado, a comparação entre os sinais de detecção associados pode, por exemplo, produzir um parâmetro 25 auxiliar relacionado à homogeneidade do dito campo. Se pelo menos uma região de referência estiver fora do alcance pretendido do campo magnético, uma comparação pode produzir informações sobre o alinhamento adequado entre o campo magnético e várias regiões na superfície de 30 contato.

Essas informações sobre o adequado alinhamento do campo magnético podem particularmente ser importantes, caso a câmara de amostras estiver colocada em um cartucho substituível.

O parâmetro auxiliar obtido pela avaliação dos sinais de detecção pode ser explorado de várias formas. De acordo com uma possibilidade, um sinal de alarme (ótico, acústico, etc.) é gerado (pela unidade de avaliação ou por outra unidade de alarme) se o parâmetro auxiliar estiver fora de uma dada faixa que seja considerada como "normal". Como exemplo, o parâmetro auxiliar pode, por exemplo, medir a descombinação entre as posições alcançadas pelas partículas magnéticas e a região alvo. Se então, digamos menos que 90 % (ou menos que 60 %, ou 50 %) das partículas magnéticas alcançarem região alvo, isto pode ser considerado como uma (significativa) descombinação que justifique a emissão de um sinal de alarme. Quando soar um sinal de alarme, o usuário pode decidir como reagir, por exemplo, descartando toda a medição, ajustando a montagem (por exemplo, melhorando o alinhamento entre as partículas magnéticas e a região alvo), fazendo uma medição de controle ou similar.

Em outra realização, os resultados da detecção que representam (a quantidade de) partículas magnéticas na região alvo são corrigidos de acordo com o parâmetro auxiliar determinado. Essa abordagem exige que seja conhecida alguma relação (uma "calibração") entre o parâmetro auxiliar e o resultado da medição em uma região alvo, que possa então ser explorado para corrigir as medições. Como exemplo, o parâmetro auxiliar pode, por exemplo, medir o grau de descombinação entre as posições alcançadas pelas partículas magnéticas e a região alvo (o "grau de descombinação" sendo expresso, por exemplo, como a porcentagem de partículas magnéticas que NÃO alcança a região alvo; o parâmetro deve ser escalar e não ser somente um valor binário ("descombinaçào/sem descombinação")). Se então, por exemplo, somente X% das particulas magnéticas alcançarem a região alvo, uma relação linear entre a descombinação e resultados da detecção implicaria que os resultados da detecção sejam somente X% de seus próprios valores. Assim, a medição deve ser corrigida por um fator 100/X.

A detecção de partículas magnéticas em uma região alvo e/ou na(s) região(ões) de referência pode, opcionalmente ser obtida por meio de um elemento sensor ótico, magnético, mecânico, acústico, térmico e/ou elétrico. Um elemento sensor magnético pode, particularmente compreender uma bobina, um sensor Hall, um sensor Hall planar, sensor de portão de fluxo, SQUID (Dispositivo Supercondutor de Interferência de Quântica), sensor de ressonância magnética, sensor magneto restritivo, ou sensor magneto restritivo do tipo descrito na WO 2005/010543 AI ou WO 2005/010542 A2, especialmente uma GMR (Resistência Magnética Gigante) , um TMR (Resistência Magnética de Túnel), ou uma AMR (Resistência Magnética Anisotrópica). Um elemento sensor ótico pode, particularmente ser adaptado para detectar variações em um feixe luminoso de saída que surja a partir de uma reflexão interna total frustrada devido às partículas magnéticas em uma superfície sensora. Em outra realização, o elemento sensor ótico pode ser adaptado para detectar diretamente a luz difundida pelas partículas magnéticas.

A invenção ainda se refere ao uso do dispositivo sensor acima descrito para diagnóstico molecular, análise de amostra biológica, análise de amostra química, análise alimentar e/ou análise forense. O diagnóstico molecular pode, por exemplo, ser feito com a ajuda de contas magnéticas ou de partículas fluorescentes que sejam fixadas, direta ou indiretamente às moléculas alvo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estes e outros aspectos da invenção ficarão aparentes e elucidados com referência à(s) realização(ões) doravante descrita(s). Essas realizações serão descritas por meio de exemplo com a ajuda dos desenhos de acompanhamento em que: A Figura 1 mostra esquematicamente uma vista lateral de um primeiro dispositivo sensor de acordo com a presente invenção, em que particulas magnéticas em um cartucho são detectadas por reflexão interna total frustrada (FTIR) e em que é detectado um desalinhamento entre as posições alcançadas pelas particulas magnéticas e uma região alvo ; A Figura 2 mostra uma vista sobre uma superficie de contato da câmara de amostras da Figura 1, ilustrando (a) um desalinhamento completo, (b) um desalinhamento parcial, e (c) um alinhamento perfeito de particulas magnéticas e da região alvo; A Figura 3 ilustra a disposição relativa de regiões de referência e da região alvo para as medições mostradas nas Figuras 4 e 5; A Figura 4 mostra os resultados da detecção nas quatro regiões de referência da Figura 3 no caso de um campo magnético modulado e uma amostra monodispersa; A Figura 5 mostra como os resultados da detecção da Figura 4 mudam no caso de uma amostra aglomerada; A Figura 6 mostra esquematicamente uma vista lateral de um segundo dispositivo sensor de acordo com a presente invenção, em que particulas magnéticas em um cartucho são detectadas por reflexão interna total frustrada (FTIR) e em que os resultados da detecção são obtidos para uma região alvo e pelo menos uma região de referência que estejam ambas no alcance de um campo magnético; A Figura 7 mostra esquematicamente um tipico sinal R de detecção FTIR registrado com o dispositivo sensor da Figura 6 na região alvo; A Figura 8 é um diagrama mostrando a mudança do sinal S FTIR obtido em uma região alvo para a detecção do 100 pM cTnl usando diferentes quantidades M de contas magnéticas; A Figura 9 ilustra os sinais de detecção R FTIR registrados em uma região alvo e nas regiões de referência durante a detecção de 100 pM cTnl usando contas magnéticas 1000 ng; A Figura 10 ilustra os sinais de detecção FTIR R registrados em uma região alvo e nas regiões de referência durante a detecção de 100 pM cTnl usando contas magnéticas 3000 ng; A Figura 11 mostra a amplitude do sinal médio A medida entre 3 e 4 minutos de ensaios como mostrado nas Figuras 9 e 10 para diferentes quantidades M de contas magnéticas usadas no ensaio; A Figura 12 mostra a correlação entre a mudança do sinal FTIR S observado em uma região alvo e a amplitude A do sinal para determinações 100 pM cTnl usando diferentes quantidades de partículas M no ensaio; A Figura 13 mostra alterações de sinal FTIR S das medições 100 pM cTnl usando diferentes quantidades de partículas M, ambas não corrigidas (barras esquerdas) e corrigidas usando amplitudes (barras direitas) A Figura 14 mostra alterações de sinal FTIR S obtidas para a detecção de 250 pM cTnl em amostras que exibem diferentes graus BP de aglomerações; A Figura 15 mostra amplitudes de sinal A obtidas para a detecção de 250 pM cTnl em amostras que exibem diferentes graus de aglomerações; A Figura 16 mostra a forma do sinal de detecção FTIR obtido em amostras que exibem plasma com alto grau de aglomeração (diagrama esquerdo) e plasma sem aglomeração 5 (diagrama direito); A Figura 17 mostra sinais de detecção FTIR S obtidos em três filas paralelas de regiões de detecção. Números similares de referência ou números que diferem por múltiplos inteiros de 1 a 5 se referem nas 10 Figuras a componentes idênticos ou similares.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

A invenção será descrita a seguir com relação à detecção ótica de particulas magnéticas em um biossensor, apesar de outros princípios e/ou aplicativos de detecção 15 também serem possiveis.

As realizações descritas da invenção têm em comum compreenderem (i) meios (unidade sensora) para a detecção de particulas magnéticas em uma região alvo em uma superfície de contato de uma câmara de amostras e/ou em pelo menos uma 20 região de referência, e (ii) um gerador de campo magnético para a geração de um campo magnético que guie as particulas magnéticas até a superfície de contato. Com a ajuda desses componentes, é determinado um "parâmetro auxiliar" que esteja relacionado às particulas magnéticas e/ou a seus 25 movimentos, mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as particulas magnéticas e a superfície de contato.

Serão descritas duas abordagens particulares que se aplicam ao principio supramencionado em maiores detalhes, 30 uma primeira abordagem em relação às Figuras 1 a 5, e uma segunda abordagem com relação às Figuras 6a 17. A Figura I mostra um dispositivo sensor exemplar 100 de acordo com a primeira abordagem. 0 dispositivo sensor 100 compreende uma fonte luminosa 120 para a emissão de um "feixe de luz de entrada" Ll, um detector luminoso 130 para a detecção e a medição de um "feixe de luz de saida" L2, e uma unidade de avaliação 5 150 que é acoplada ao detector luminoso (e opcionalmente também a outros componentes do dispositivo sensor) e que deles recebe sinais de detecção R(t). O feixe de luz de entrada Ll é emitido em um portador (descartável) ou cartucho 110 que pode, por exemplo, ser feito de vidro ou plástico 10 transparente como poliestireno. 0 cartucho 100 compreende uma câmara de amostras 2 em que pode ser provido um fluido de amostra com componentes alvo a serem detectados (por exemplo, drogas, anticorpos, DNA, etc.). A amostra ainda compreende particulas magnéticas 1, por exemplo, contas 15 superparamagnéticas, em que essas particulas 1 são normalmente ligadas como rótulos aos componentes alvo supramencionados (para simplicidade, somente as particulas magnéticas 1 são mostradas).

A interface (inferior) entre o material do 20 cartucho e a câmara de amostras 2 é formada por uma "superfície de contato" 111. Esta superfície de contato 111 é, de preferência revestida em pelo menos uma região de ligação BR com elementos de captura, por exemplo, anticorpos que podem ligar especificamente os componentes alvo às 25 particulas magnéticas 1.

O dispositivo sensor 100 ainda inclui um gerador de campo magnético, por exemplo, compreendendo um eletroimã 14 0 com uma bobina e um núcleo (e ainda imãs não mostrados na Figura) , para gerar de forma controlável um campo 30 magnético B em uma superfície de contato 111 e no espaço adjacente da câmara de amostras 2. Com a ajuda deste campo magnético B, as particulas magnéticas I podem ser manipuladas, isto é, magnetizadas e particularmente ser movimentadas (se for usado os campos magnéticos com gradientes) . Assim, é particularmente possivel atrair as particulas magnéticas 1 para uma "região alvo" TR na superficie de contato 111.

A fonte luminosa 120 pode compreender um LED, por exemplo, um LED vermelho 650 nm, que gere o feixe de luz de entrada LI que é transmitido para o cartucho 110. O feixe de luz de entrada LI chega à superficie de contato 111 em um ângulo maior que o ângulo critico de reflexão interna total (TIR) sendo, portanto totalmente refletido internamente como o feixe de luz de saida L2. A área coberta pelo feixe de luz de entrada LI compreende tanto a região alvo TR como as "regiões de referência" adjacentes RR que serão explicadas abaixo em maiores detalhes. O feixe de luz de saida L2 deixa o cartucho 110 por outra superficie, sendo detectado pelo detector luminoso, por exemplo, pelos pixels sensiveis à luz da câmara 130.

Apesar de o campo magnético B ser indicado na Figura 1 somente dentro da região alvo TR, deve ser notado que seu alcance não terá normalmente limites definidos, isto é, o campo também estará presente (com uma menor resistência de campo) nas regiões de referência RR vizinhas. Na prática, haverá na realidade um espaço muito limitado no cartucho miniaturizado 110, onde não existe absolutamente nenhum campo magnético.

O dispositivo sensor 100 descrito aplica meios óticos para a detecção de particulas magnéticas 1 e os componentes alvo em que se está realmente interessado. Para eliminar ou pelo menos minimizar a influência de fundo (por exemplo, do fluido amostra, como saliva, sangue, etc.), a técnica de detecção deve ser especifica da superficie. Como acima indicado, isto é feito usando o principio da reflexão interna total frustrada. Este principio se baseia no fato que uma onda evanescente se propaga (caindo exponencialmente) na amostra 2 quando o feixe de luz incidente LI for totalmente refletido internamente. Se esta onda evanescente interagir então com outro meio tendo um 5 diferente índice de refração da água como as partículas magnéticas 1, parte da luz de entrada se acoplará ao fluido amostra (isto é chamado "reflexão interna total frustrada"), e a intensidade refletida será reduzida (enquanto a intensidade refletida será 100% para uma interface limpa e 10 sem interação) . Outros detalhes deste procedimento podem ser encontrados no documento WO 2008/155723 Al, que segue incorporada ao texto presente por referência.

O dispositivo sensor 100 descrito na presente pode, por exemplo, ser usado para um diagnóstico molecular rápido, 15 sensível e fácil de usar para detectar alvos biológicos rotulados com partículas magnéticas. Como exemplo, o dispositivo sensor 100 pode fazer um exame (POC) de ponto de cuidado sensível e em 5 minutos de troponina cardíaca I (cTnl) . Este exame é um imunoensaio tipo sanduíche em uma 20 etapa realizado em um líquido estacionário em que todos os processos do ensaio são integrados pelo uso de forças magnéticas que atuam em rótulos de nanopartícuias magnéticas. Na primeira fase do ensaio, nanopartículas altamente carregadas com anticorpos se movimentam na solução 25 de amostra para a efetiva captura da molécula de troponina.

Subsequentemente, imãs atuantes 140 movimentam e transportam as partículas de alta velocidade para ligação na superfície do sensor 111. Depois, é aplicada uma sequência de pulsos magnéticos altamente sintonizados para facilitar a ligação 30 ideal e misturar as nanopartículas contendo moléculas cTnl na superfície funcionalizada do anticorpo na região de ligação BR. Após a reação das partículas na região de ligação BR, partículas livres e não especificamente ligadas são rapidamente removidas por meio de uma lavagem magnética, aplicando um campo magnético orientado contrariamente à superfície de detecção. A integração sem emenda das etapas do ensaio facilita o projeto de um cartucho simples, de câmara única, em que são depositados reagentes secos, incluindo particulas magnéticas.

Os exames do tipo descrito são geralmente direcionados para uso por pessoal não técnico. É desejável recusar os resultados dos exames que não tiverem sido feitos corretamente, por qualquer motivo. Além disso, mecanismos tipo fail-safe são especialmente importantes se o exame for usado para tomar decisões clinicas em situações de emergência e situações criticas, por exemplo, como um exame para o diagnóstico de ataques cardiacos.

Um importante tipo de defeito ocorre quando particulas magnéticas redispersam e não são colocadas de forma ideal (por atração magnética) acima da região de ligação BR onde ocorre o ensaio. Isto é geralmente uma consequência do desalinhamento do cartucho 110 que contém uma superfície de contato 111 relativa aos imãs 140. Como resultado, as partículas magnéticas são coletadas pelos imãs em uma região da superfície de contato que esteja inativa. As Figuras 2a-c mostram, a esse respeito, uma vista superior sobre uma superfície de contato 111 do cartucho 110 da Figura 1. São mostradas quatro regiões diferentes distintas: 1. A região de ligação BR que compreende sítios de ligação para partículas magnéticas (com moléculas alvo) e que tem o formato de estrela nesta realização. A medição real é feita dentro dessa região de ligação com uma unidade sensora associada. No dispositivo sensor 100, isto é feito avaliando os pixels que correspondem à região de ligação BR na imagem gerada pela câmara 130. 2. A "região alvo" TR representa as posições desejadas para as quais as particulas magnéticas serão orientadas pelas forças de atração do imã 140. Como mostrado no exemplo, a região alvo TR tipicamente cobre a região de 5 ligação BR. 3. "Regiões de referência" RR, onde é possivel a detecção em separado de particulas magnéticas. No dispositivo sensor 100, isso é feito avaliando separadamente os pixels correspondentes às regiões de referência RR na 10 imagem gerada pela câmara 130. 4. Uma região PG realmente atingida pela nuvem ou pelo grupo de particulas magnéticas sob o efeito das forças de atração do imã 140. Deve ser notado que, na prática, as particulas magnéticas atingirão a superficie de contato 15 também fora da região mostrada PG, porque a nuvem de particulas magnéticas, assim como o campo magnético normalmente terão limites imprecisos. Assim, a região PG pode ser mais adequadamente definida como parte de uma superficie de contato em que a concentração das particulas 20 magnéticas da nuvem está entre uma dada porcentagem (por exemplo, 30%) e 100% de seu máximo. Na Figura 2a, é mostrado o caso de um grave desalinhamento do cartucho 110 e do imã 140. A região PG normalmente atingida pelas particulas magnéticas não tem 25 sobreposição com a região alvo TR, a não ser a região de ligação BR. A Figura 2b ilustra o caso frequente de um pequeno desalinhamento (da ordem de 50 micron) de maneira que existam particulas magnéticas na região alvo TR, mas a maior 30 concentração das particulas não esteja na região de ligação BR. Isto leva a um resultado do sinal de ensaio menor que o esperado. Com base nesse sinal, pode ser extraida uma concentração diferente de analito da curva de calibração em relação à concentração real, dando um resultado incorreto. A Figura 2c ilustra o caso de um alinhamento correto, em que todas as particulas magnéticas são adequadamente orientadas para a região alvo TR. 5 Para tratar dos casos de desalinhamento mostrados nas Figuras 2a e 2b, é proposta a detecção das particulas magnéticas em pelo menos uma "região de referência" RR fora da região de ligação BR, enquanto as particulas são levadas para a superfície de contato 111 com o imã 140 e detectadas 10 na região de ligação BR usando uma técnica sensivel à presença de particulas na superfície, de preferência a reflexão interna total frustrada (FTIR). É preferível usar um conjunto de várias regiões de referência RR para mapear a localização exata do agrupamento de particulas magnéticas PG 15 relativo ao local de ligação BR, isto é, para determinar um "parâmetro auxiliar" que represente a descombinação entre as posições alcançadas pelas particulas magnéticas e a região alvo. Os sinais medidos nas regiões de referência RR obtidos quando as particulas são atraidas para a superfície 111 20 indicam a distribuição da densidade das particulas no agrupamento.

As regiões de referência RR podem ter as seguintes propriedades: a) Todas as regiões estão fora da região alvo TR 25 que se espera ser ocupada pela massa de particulas. b) Todas as regiões estão dentro da região alvo TR que se espera ser ocupada pela massa de particulas. c) Algumas regiões estão dentro e algumas estão fora da região alvo TR que se espera ser ocupada pela massa 30 de particulas.

Deve ser notado que a "região alvo TR que se espera ser ocupada pela massa de particulas" normalmente indica ou exige alguma definição com relação ao termo "esperado", porque na prática não existirão limites definidos das regiões alcançadas pelas particulas magnéticas. Assim, por exemplo, pode ser definido que a região alvo TR será ocupada por 90% de toda a massa de particulas no caso de as 5 particulas magnéticas terem sido adequadamente orientadas.

Na primeira alternativa a), que é mostrada na Figura 2, todas as regiões de referência RR são medidas fora da área que se espera ser ocupada pela massa de particulas, isto é, fora da região alvo TR. Deve ser observado um sinal 10 baixo em todas essas regiões indicativo da ausência de quantidades significativas de particulas. Dependendo da proximidade dessas regiões de referência RR em relação ao local de ligação BR e da extensão do agrupamento de particulas PG, a detecção de um sinal significativo em uma 15 dessas regiões de referência RR pode indicar um grande desalinhamento (por exemplo, de um pequeno agrupamento de particulas e de regiões de referência longe das regiões de ligação) ou um pequeno desalinhamento (por exemplo, de um grande agrupamento de particulas e de regiões de referência 20 próximas às regiões de ligação).

Em uma segunda alternativa b), todas as regiões de referência são medidas dentro da área que se espera ser ocupada pela massa de particulas, isto é, dentro da região alvo. Deve ser observado um sinal detectável em todas essas 25 regiões, indicativo da quantidade de particulas que alcança a superficie de contato. Dependendo da proximidade dessas regiões de referência com relação ao local de ligação e a extensão do agrupamento de particulas, a redução do sinal de uma dessas regiões de referência abaixo de um determinado 30 valor limite pode indicar um desalinhamento. Pode ser notado que a Figura 6 mostra uma realização dessa alternativa b) (desde que a região alvo TR ai indicada seja prolongada para também compreender as regiões adjacentes de referência RR).

Em outra realização, a amplitude do sinal, a taxa de mudança de sinal e/ou as diferenças de fase do sinal entre as diferentes regiões de referência podem ser usadas como um parâmetro auxiliar referente à monodispersão das particulas magnéticas que alcançam a superficie de contato 111. Os sinais das particulas, se estiverem monodispersos, seguem as linhas do campo magnético. Se as particulas forem aglomeradas (devido à interferência das proteinas da amostra, redispersão defeituosa, degradação dos reagentes etc.), geram uma diferente distribuição de sinal nas regiões de referência.

A situação supramencionada é ilustrada no exemplo das Figuras 3a 5, em que uma amostra contendo aglomerados é comparada com uma amostra monodispersa. Os diagramas nas Figuras 4 e 5 mostram sinais de detecção (eixo vertical: sinal R(t) FTIR. nas unidades relativas; eixo horizontal: tempo t) do sinal das particulas magnéticas (500 nm) que são repetidamente levadas para a superficie de contato usando um campo magnético e liberadas. Os sinais de detecção são obtidos a partir das quatro regiões de referência RR1, RR2, RR3 e RR4 definidas fora da região alvo TR como mostrado na Figura 3. Para uma amostra monodispersa (Figura 4), os sinais em todas as quatro regiões de referência se sobrepõem. Considerando que para a amostra aglomerada (Figura 5), os sinais nas regiões de referência horizontais (RR2, RR4) diferem substancialmente das regiões verticais (RR1, RR3) tanto em amplitude como em fase. Isso pode ser atribuido às linhas de campo que têm uma componente diferente fora do plano do sensor nas direções x e y, de maneira que as particulas estejam em diferentes distâncias da superfície de contato baseada na localização. Quando o campo magnético é desligado, as partículas redispersam de forma homogênea e se movem na direção da superfície. No caso de aglomerados, os aglomerados não redispersam, sendo exigido mais tempo para que os aglomerados mais distantes alcancem a superfície, sendo assim observada uma não homogeneidade na distribuição do sinal de referência.

Em resumo, a primeira abordagem acima descrita em relação às Figuras 1 a 5 compreende uma robusta medição de referência para determinar a orientação da massa coloidal de particulas magnéticas em solução em relação a uma superfície de ligação em um ensaio de afinidade. O objetivo é determinar se a massa coloidal está no local ideal para a geração de altos sinais de ensaio. A medição de referência deve ser feita em tempo real e simultaneamente nas mesmas condições que o ensaio real para dar informações sobre o funcionamento correto do ensaio real. Se em qualquer fase durante o ensaio ocorrerem desvios da orientação ideal, o analisador pode ser projetado para rejeitar os resultados dados para o ensaio real e automaticamente indicar o insucesso do exame.

As Figuras 6 a 17 ilustram uma segunda abordagem em que são determinados os parâmetros auxiliares de acordo com os princípios da presente invenção.

A Figura 6 mostra um dispositivo sensor exemplar 200 que pode ser usado na segunda abordagem. Como o dispositivo sensor 200 é fundamentalmente igual ao dispositivo sensor 100 da Figura 1, é feita referência à descrição acima em relação às componentes comuns como o cartucho 210, a fonte luminosa 220, o detector luminoso 230, e o imã 240. A principal diferença em. relação à realização anterior é que o campo magnético B que age nas particulas ou contas (nano—) magnéticas 1 na câmara de amostras 2 agora se prolonga tanto em uma região alvo TR como nas regiões de referência adjacentes RR (se presentes). Isto significa que as contas magnéticas 1 são atraídas tanto para a região alvo

TR como para as regiões de referência RR. Além disso, a região alvo TR está nesta realização congruente com a "região de ligação" BR que é coberta pelos sitios de ligação (por exemplo, anticorpos que sejam específicos para as componentes alvo nas partículas magnéticas 1). Outra diferença são os procedimentos que podem ser executados pela unidade de avaliação 250, como será explicado abaixo.

Novamente deve ser notado neste contexto que o campo magnético B na prática não terá limites exatos. Assim, uma definição adequada da "extensão" do campo magnético exigirá a provisão de algum limite (por exemplo, em termos de resistência de campo normalizada) abaixo do qual um ponto no espaço será considerado como sendo livre de campo. Além disso, a resistência de campo pode variar entre e/ou dentro da região alvo TR e das regiões de referência RR. Por exemplo, a maioria das partículas magnéticas será normalmente orientada para a região alvo TR, enquanto outras poucas serão direcionadas para regiões de referência RR. Assim, não é necessário que as partículas magnéticas sejam igualmente atraídas tanto para a região alvo TR como para as regiões de referência RR, enquanto houver uma correlação entre o parâmetro auxiliar e o resultado das medições reais.

Ao usar o dispositivo sensor 200 para um imunoensaio sanduíche com partículas magnéticas, o sinal R(t) (= intensidade luminosa FTIR refletida) registrado pelo detector luminoso 230 para uma região alvo TR pode parecer como mostrado na Figura 7. Podem ser distinguidas as seguintes fases neste diagrama: a) Uma fase de redispersão das contas magnéticas e de incubação. b) Uma fase de atração durante a qual as contas magnéticas são atraídas para a superfície de contato 211 por um campo magnético pulsado B. Partículas magnéticas com um alvo de ligação podem se ligar nessa fase aos sitios de ligação na região alvo/de ligação TR. c) Uma fase de lavagem durante a qual particulas não ligadas são removidas da superficie de contato 211. d) Uma fase de detecção em que é determinada a "mudança de sinal" S que representa a quantidade final de particulas magnéticas ligadas a uma região alvo TR.

Como pode ser visto pelas oscilações do sinal (bruto) R(t), as particulas magnéticas são geralmente atraidas de forma pulsada usando o eletroimã 240. Essas oscilações são principalmente causadas pelas particulas magnéticas que entram no campo evanescente, mas que não se ligam à superficie; portanto, podem deixar novamente o campo evanescente quando os imãs que atraem as contas para a superficie de contato forem desligados e opcionalmente um imã (superior) (não mostrado) que direciona as contas contrariamente à superficie for ligado. Como indicado no diagrama da Figura 7, uma "amplitude local" A(t) pode ser definida como a diferença entre o máximo e o minimo local do sinal R(t) que for mais próximo ao ponto considerado no tempo t.

No procedimento descrito, o desempenho do ensaio é dependente de vários fatores além da concentração do analito. Esses fatores compreendem, por exemplo, o protocolo de atuação (que é, por sua vez, influenciado pelas posições dos imãs, da resistência do campo magnético etc.), da quantidade total de particulas magnéticas disponível em uma câmara de amostras, da homogeneidade da redispersão das particulas magnéticas, do estado de agregação (aglomerado) das particulas magnéticas, da quantidade e da funcionalidade dos anticorpos nas particulas (anticorpos traçadores) e na superficie do sensor (anticorpos de captura), e de muitos outros fatores.

No desenvolvimento de um ensaio, é colocado muito esforço para minimizar as variações de todos esses fatores, de maneira que a partir do resultado do ensaio final S a concentração do analito possa ser determinada com precisão. Entretanto, quando qualquer dos fatores supramencionados for diferente do esperado (por exemplo, se um dos imãs não estiver funcionando, se desviar a quantidade de particulas magnéticas em um determinado cartucho, ou se as particulas estiverem formando aglomerados) isso pode levar a resultados errados do ensaio, o que pode ter graves consequências. Portanto, é importante que o dispositivo sensor que realize o ensaio possa detectar esses desvios, de preferência por meio de mecanismos de controle que exijam pouco ou nenhum desenvolvimento adicional e que simultaneamente possam detectar muitos desvios no ensaio.

Serão descritas a seguir várias propostas de como as informações sobre vários aspectos de um ensaio podem ser extraidas dos sinais que são registrados. Essas informações podem ser expressas como um "parâmetro auxiliar" e usadas principalmente de duas formas:

Como um controle: Se um aspecto do ensaio exibir um desvio do parâmetro auxiliar acima de um determinado limite, a medição é desqualificada e o dispositivo sensor devolve uma mensagem de erro. Isto é muito importante para excluir falsos negativos.

Como um calibrador: Quando se sabe quando um determinado desvio no parâmetro auxiliar leva a uma interação alterada de particulas magnéticas com a superficie (e, portanto um sinal final alterado S) , é possivel corrigir este efeito e, por exemplo, multiplicar o resultado da mudança de sinal S por um fator dependente da quantidade do desvio. Como as variações/oscilações no sinal de detecção

R obtidas para uma região alvo TR e/ou regiões de referência RR são dependentes da quantidade de particulas magnéticas 1 que entra e que sai do campo evanescente, a análise dessas oscilações pode fornecer importantes informações sobre: - a quantidade total de particulas magnéticas 1 na câmara de amostras; - o estado de agregação (aglomeração) de partículas magnéticas; - a correta redispersão das partículas magnéticas; - a resistência do campo magnético B; - a homogeneidade do campo magnético B; - a viscosidade do líquido na câmara de amostras.

Como um primeiro exemplo, a Figura 8 mostra em diagrama a mudança de sinal S obtida na região de ligação BR para a detecção de troponina cardíaca 100 pM I (cTnl) usando diferentes quantidades totais M de partículas magnéticas 1 na câmara de amostras 2 (a quantidade M compreende partículas magnéticas independente de estarem ligadas ou não a um componente alvo; para a definição da mudança de sinal S, ver a Fig. 7). 0 diagrama mostra que o desempenho do ensaio é claramente dependente da quantidade M de contas magnéticas usadas no ensaio.

As Figuras 9 e 10 também mostram duas imagens de sinais brutos R(t) (unidades relativas) registradas em uma região alvo TR e regiões de referência RR para quantidades totais de M = 1000 ng (Figura 9) e M = 3000 ng (Figura 10) de partículas magnéticas. 0 arranjo da região alvo TR e das quatro regiões de referência RR de onde provêm esses sinais são indicadas na parte direita das Figuras (por exemplo, a menor curva nas Figuras 9 e 10 indica o sinal detectado no local de ligação TR, considerando que as demais curvas mostram partículas que entram no campo evanescente nas regiões de referência RR próximas ao local) . Esses dados também mostram que a quantidade total M de particulas magnéticas no ensaio tem uma clara influência na quantidade de particulas magnéticas que interage na superficie de contato. Por exemplo, a amplitude A (local) (como definida na Figura 7) do sinal medido em uma área próxima ao local de ligação é claramente menor para uma menor quantidade de particulas.

A Figura 11 ilustra como a amplitude do sinal nas regiões de referência RR é dependente da quantidade total M de particulas magnéticas no ensaio. Em particular, o diagrama indica a amplitude média do sinal A medida entre 3 e 4 minutos do ensaio como mostrado nas Figuras 9 e 10 obtidos para diferentes quantidades M de particulas magnéticas. Além disso, cada ponto de dados é a média de três repetições; as barras de erro representam o desvio padrão.

Como pode ser visto na Figura 11, a quantidade total M de particulas magnéticas pode ser medida com precisão usando a amplitude de sinal A. A amplitude de sinal A pode assim servir como um "parâmetro auxiliar" que esteja relacionado às particulas magnéticas (isto é, à sua quantidade total), mas que seja independente dos processos (isto é, uma ligação) que ocorrem na região alvo. Se uma amplitude A (seja medida na região de referência RR ou na própria região de ligação TR/BR) desviar de um valor esperado, isto pode ser usado para desqualificar a medição, isto é, a mudança de sinal finalmente medida S em uma região alvo TR. Entretanto, a amplitude A também pode ser usada como um calibrador para corrigir o valor obtido S.

A Figura 12 mostra que as Figuras 8 e 11 podem ser combinadas para mostrar a relação entre a mudança de sinal S medida em uma região alvo TR e a amplitude de sinal A (medida, por exemplo, na(s) região(ões) de referência RR) para determinações 100 pM cTnl usando diferentes quantidades de particulas magnéticas no ensaio.

A partir dessa correlação determinada, pode ser corrigida a mudança de sinal medida S. Isto é ilustrado na Figura 13, que mostra as mudanças de sinais S das medições 100 pM cTnl usando diferentes quantidades M de particulas magnéticas, tanto não corrigidas (barras esquerdas) como corrigidas (barras direitas) usando a amplitude medida simultaneamente A.

Se desejado, a precisão das medições corrigidas pode ser mais aperfeiçoada, por exemplo, usando um processamento de sinal diferente, usando mais regiões de referência, etc.

Outro aperfeiçoamento pode se basear na observação de que o sinal obtido em uma medição (por exemplo, FTIR, medições simples de contas, medição da luz dispersa, etc.) em qualquer ponto dado do tempo é diretamente proporcional à quantidade de particulas que tenham intima interação com a superficie naquela ocasião. Portanto, em principio, a soma de todos os sinais obtidos em um ensaio é proporcional à quantidade total de particulas que interagiram com a superficie durante aquele ensaio. Assim, a precisão das medições pode ser melhorada com a correção da quantidade total das interações observadas (a mudança cumulativa de sinal).

Outro aspecto que pode ser observado com o dispositivo sensor 200 é o problema da aglomeração das particulas magnéticas. Em resumo, os fluidos da amostra, como o plasma humano parecem conter fatores de interferência que provocam agregação irreversível ("aglomeração") das particulas magnéticas, o que conduz a um desempenho reduzido do ensaio.

Isso está ilustrado na Figura 14, que mostra a mudança de sinal S (endpoint) obtida na região alvo para a detecção de 250 pM cTnl em amostras que exibem diferentes graus BP de aglomeração (irreversível). As ditas amostras foram obtidas misturando um primeiro plasma com alto grau de aglomeração com um segundo plasma sem aglomeração, em que o valor BP representa a quantidade relativa do primeiro plasma. O diagrama mostra claramente que a mudança de sinal S é reduzida com o aumento do grau BP de aglomeração.

Mesmo que as medidas sejam tomadas para evitar a aglomeração irreversível de partículas magnéticas, pode ainda haver um aglomerado presente na amostra final, por exemplo, devido à prolongada armazenagem das particulas magnéticas em um formato seco. Portanto, seria valiosa uma maneira para a precisa determinação de um "parâmetro auxiliar" que está relacionado à quantidade de aglomeração em um ensaio de partículas magnéticas.

O diagrama da Figura 15 indica uma maneira de como o parâmetro auxiliar acima mencionado pode ser obtido. O diagrama mostra a amplitude do sinal A (como acima definida, de acordo com as Figuras 7, 9, 10) medida para amostras 250 pM cTnl em uma região de referência na dependência do grau BP de aglomeração (o dito grau sendo determinado como na Figura 14). Por este diagrama, pode ser concluído que as variações do sinal FTIR bruto R(t) também contém informações sobre o estado de agregação das partículas em um ensaio. Assim, a amplitude do sinal A (ou um valor dela derivado) pode ser usada como o desejado parâmetro auxiliar, indicando o grau de aglomeração.

Outra abordagem para a determinação de um parâmetro auxiliar relativo ao estado de agregação de partículas magnéticas está ilustrada na Figura 16. No diagrama esquerdo desta Figura, são mostrados os pulsos do sinal (bruto) R(t) obtidos nas amostras que exibem plasma com alto grau de aglomeração em alta resolução temporal. No diagrama da direita, são mostrados os pulsos correspondentes de R(t) que foram obtidos nas amostras sem aglomeração. A comparação dos diagramas revela que a presença de picos agudos (diagrama da direita) durante a mudança entre a parte atrativa do pulso do campo magnético e a parte de difusão livre das contas indica que a amostra está livre de aglomerados e as contas estão monodispersas. A ausência dos picos supramencionados, ao contrário, é um sinal de aglomeração das contas (diagrama esquerdo). Assim, um "parâmetro auxiliar" associado pode ser definido como o grau que esses picos são expressos nas curvas do sinal de medição R(t) (esse grau, por exemplo, pode ser automaticamente calculado por um adequado software de detecção de características).

O diagrama da Figura 17 mostra a variação dos sinais (brutos) R(t) no tempo t para seis regiões de referência RR e três regiões alvo TR que estão dispostas como indicado no lado direito do diagrama. O exemplo mostra um caso em que o cartucho (área de detecção) foi posicionado de forma a ser obtida uma distribuição homogênea de contas na superficie. A simetria do campo magnético é evidente a partir dos sinais comparáveis das fileiras de fundo e superiores das regiões de referência RR. Apesar de os sinais da fileira do meio das regiões alvo TR serem diferentes dos das fileiras de fundo e superiores em um dado momento no tempo, na média, a interação das contas é a mesma para todas as regiões de detecção (para as quais o protocolo de atuação foi especialmente projetado). De acordo com este diagrama, pode ser obtida a determinação de um parâmetro auxiliar relacionado à homogeneidade/simetria do campo magnético a partir da comparação dos sinais R(t) obtidos em regiões de detecção espacialmente distribuídas. Retornando à Figura 7, é tomada atenção à linha G que indica a inclinação inicial do sinal R(t) durante a fase de concentração b) . É sabido que a viscosidade rt de uma amostra é determinada pela fórmula:

em que D é o diâmetro médio das particulas magnéticas, Fmag é a força magnética exercida pelo campo magnético B, X é a susceptibilidade magnética das contas, e

V é a velocidade das contas. A velocidade V das contas é diretamente proporcional à mudança do sinal R(t) dentro dos primeiros poucos segundos, isto é, à inclinação G = ΔR/Δt. Assim, acontece que a inclinação G pode servir como um parâmetro auxiliar que dá informações sobre a viscosidade r] da amostra.

Em resumo, foi descrito como os diferentes tipos de informações podem ser extraídos dos sinais obtidos durante um ensaio usando particulas magnéticas atuadas e detecção de reflexão interna total frustrada. Essas informações podem ser usadas, por exemplo, como controle, para desqualificar uma medição, se um aspecto da medição estiver desviando de um valor esperado (por exemplo, quando a quantidade de particulas em um cartucho estiver incorreta). Além disso, se for conhecido como esse desvio afeta o resultado do ensaio, as informações podem ser usadas como um calibrador, para corrigir a mudança de sinal obtida.

Apesar de a invenção ter sido acima descrita com referência a determinadas realizações, são possiveis várias modificações e extensões, por exemplo: - O dispositivo sensor pode compreender qualquer sensor adequado para detectar a presença de particulas magnéticas na superfície ou próximas à superfície do sensor, com base em qualquer propriedade das partículas, por exemplo, pode detectar por meio de métodos magnéticos (por exemplo, magnetorresistivo, Hall, bobinas), métodos óticos (por exemplo, imagens, fluorescência, quimioluminescência, absorção, difusão, técnicas de campo evanescente, ressonância plasmon superficial, Raman, etc.), detecção sônica (por exemplo, onda acústica superficial, onda acústica superficial, cantilever, cristal de quartzo, etc.), detecção elétrica (por exemplo, condução, impedância, amperométrica, ciclagem redox), suas combinações, etc. - além dos ensaios moleculares, também podem ser detectadas maiores parcelas com dispositivos sensores de acordo com a invenção, por exemplo, células, vírus, ou frações de células ou de vírus, extrato de tecidos, etc. - A detecção pode ocorrer com ou sem a varredura do elemento com relação à superfície do sensor. - Os dados de medição podem ser obtidos como uma medição endpoint, assim como pelo registro dos sinais, cineticamente ou de forma intermitente.

As partículas que servem como rótulos podem ser detectadas diretamente pelo método sensor. Também, as partículas podem ainda ser processadas antes da detecção. Um exemplo de outro processamento, é que os materiais são adicionados ou que as propriedades (bio)químicas ou físicas do rótulo são modificadas para facilitar a detecção. - O dispositivo e o método podem ser usados com vários tipos de ensaios bioquímicos, por exemplo, ensaio de ligação/remoção, ensaio sanduíche, ensaio de competição, ensaio de deslocamento, ensaio enzimático, etc. É especialmente adequado para a detecção de DNA, por ser a multiplexação de grande escala facilmente possível e diferentes oligos podem ser detectados por meio de impressão de jato de tinta em um substrato. - 0 dispositivo e o método são adequados para a multiplexação de sensor (isto é, o uso paralelo de 5 diferentes sensores e de superficies de sensores), multiplexação de rótulos (isto é, o uso paralelo de diferentes tipos de rótulos) e multiplexação de câmara (isto é, o uso paralelo de diferentes câmaras de reação). É finalmente indicado que no presente pedido, o 10 termo "compreendendo" não exclui outros elementos ou etapas, que "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade, e que um único processador ou outra unidade pode realizar as funções de vários meios. A invenção reside em todas as novas características e em todas as combinações de 15 características. Além disso, os sinais de referência nas reivindicações não serão entendidos como limitadores do escopo.

Claims (18)

1. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200) PARA A DETECÇÃO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS (1) EM UMA CÂMARA DE AMOSTRAS (2) COM UMA SUPERFÍCIE DE CONTATO (111, 211) EM QUE AS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS PODEM SER COLETADAS, caracterizado por compreender: a) uma unidade sensora (120, 130, 220, 230) para a detecção de partículas magnéticas em uma região alvo (TR) em uma superfície de contato e/ou em pelo menos uma região de referência (RR, RR1-RR4) na superfície de contato; b) um gerador de campo magnético (140, 240) para a geração de um campo magnético (B) que guie as partículas magnéticas para a superfície de contato (111, 211); e c) uma unidade de avaliação (50) para a determinação a partir dos sinais de detecção (R(t)) da unidade sensora de um parâmetro auxiliar que esteja relacionado às partículas magnéticas e/ou seus movimentos, mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as partículas magnéticas e a superfície de contato (111, 211); em que o gerador de campo magnético (140, 240) é configurado para guiar partículas magnéticas para a região alvo, e em que o parâmetro auxiliar mede um grau de descombinação entre as posições alcançadas pelas partículas magnéticas e a região alvo.

2. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma região de referência (RR, RR1-RR4) estar colocada fora da região alvo (TR) e/ou que pelo menos uma região de referência se sobrepõe à região alvo (TR).

3. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela câmara de amostras (2) estar colocada em um cartucho substituível (110, 210).

4. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200) PARA A DETECÇÃO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS (1) EM UMA CÂMARA DE AMOSTRAS (2) COM UMA SUPERFÍCIE DE CONTATO (111, 211) EM QUE AS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS PODEM SER COLETADAS, caracterizado por compreender: a) uma unidade sensora (120, 130, 220, 230) para a detecção de partículas magnéticas em uma região alvo (TR) em uma superfície de contato e/ou em pelo menos uma região de referência (RR, RR1-RR4) na superfície de contato; b) um gerador de campo magnético (140, 240) para a geração de um campo magnético (B) que guie as partículas magnéticas para a superfície de contato (111, 211); e c) uma unidade de avaliação (50) para a determinação a partir dos sinais de detecção (R(t)) da unidade sensora de um parâmetro auxiliar que esteja relacionado às partículas magnéticas e/ou seus movimentos, mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as partículas magnéticas e a superfície de contato (111, 211); em que existem pelo menos duas regiões de referência (RR, RR1-RR4) colocadas em diferentes lados de uma região alvo (TR), e que os sinais de detecção (R(t)) obtidos a partir dessas regiões de referência (RR, RR1-RR4) são avaliados individualmente com relação a uma possível aglomeração de partículas magnéticas (1).

5. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela região alvo (TR) compreender uma região de ligação (BR) com sítios de ligação para as partículas magnéticas (1).

6. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo parâmetro auxiliar estar relacionado: a) à quantidade de partículas magnéticas (1) na câmara de amostras (2), b) a uma aglomeração de partículas magnéticas, c) à viscosidade do meio na câmara de amostras, d) ao campo magnético gerado(B), e) às condições de redispersão das partículas magnéticas, e/ou f) à distribuição espacial das partículas magnéticas.

7. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo magnético (B) que guia as partículas magnéticas (1) ser pulsado.

8. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo parâmetro auxiliar ser determinado a partir dos sinais de detecção (R(t)) registrados durante a ação do campo magnético modulado (B).

9. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo parâmetro auxiliar ser determinado a partir das amplitudes locais (A) dos sinais de detecção registrados (R(t)) e/ou do formato dos pulsos dos sinais de detecção registrados (R(t)).

10. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo parâmetro auxiliar ser determinado a partir da taxa (G) de mudança dos resultados de detecção registrados.

11. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser gerado um sinal de alarme se o parâmetro auxiliar estiver fora de uma dada faixa.

12. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos resultados da detecção (S) de uma região alvo (TR) são corrigidos de acordo com o parâmetro auxiliar.

13. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de sensor ser adicionalmente para detecção de partículas magnéticas (1) com um elemento sensor ótico, magnético, mecânico, acústico, térmico ou elétrico.

14. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200) PARA A DETECÇÃO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS (1) EM UMA CÂMARA DE AMOSTRAS (2) COM UMA SUPERFÍCIE DE CONTATO (111, 211) EM QUE AS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS PODEM SER COLETADAS, caracterizado por compreender: a) uma unidade sensora (120, 130, 220, 230) para a detecção de partículas magnéticas em uma região alvo (TR) em uma superfície de contato e/ou em pelo menos uma região de referência (RR, RR1-RR4) na superfície de contato; b) um gerador de campo magnético (140, 240) para a geração de um campo magnético (B) que guie as partículas magnéticas para a superfície de contato (111, 211); e c) uma unidade de avaliação (50) para a determinação a partir dos sinais de detecção (R(t)) da unidade sensora de um parâmetro auxiliar que esteja relacionado às partículas magnéticas e/ou seus movimentos, mas que seja independente dos processos de ligação que ocorrem na região alvo entre as partículas magnéticas e a superfície de contato (111, 211); em que pelo menos uma região de referência (RR, RR1-RR4) estará colocada fora da região alvo (TR), e pelo menos uma região de referência se sobrepõe à região alvo (TR).

15. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo parâmetro auxiliar estar relacionado pelo menos a três dos seguintes: a) à quantidade de partículas magnéticas (1) na câmara de amostras (2), b) a uma aglomeração de partículas magnéticas, c) à viscosidade do meio na câmara de amostras, d) ao campo magnético gerado(B), e) às condições de redispersão das partículas magnéticas, e/ou f) à distribuição espacial das partículas magnéticas.

16. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo parâmetro auxiliar estar relacionado pelo menos a: a) à quantidade de partículas magnéticas (1) na câmara de amostras (2), b) a uma aglomeração de partículas magnéticas, c) à viscosidade do meio na câmara de amostras, d) ao campo magnético gerado(B), e) às condições de redispersão das partículas magnéticas, e/ou f) à distribuição espacial das partículas magnéticas.

17. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo parâmetro auxiliar ser determinado a partir de uma comparação dos resultados de detecção em uma região alvo (TR) e em pelo menos uma região de referência (RR).

18. DISPOSITIVO SENSOR (100, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo grau de descombinação ser expresso como uma porcentagem de partículas magnéticas que não atingem a região alvo.

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