BR112019012738A2 - dispositivo de matriz de micro-elétrodo multiplanar e métodos de fabricação e uso do mesmo - Google Patents

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Abstract

a presente invenção fornece dispositivos para a matriz de micro-elétrodo e método de fazer e usar o mesmo com a finalidade de isolar e analisar micro- e nanopartículas contidas dentro de uma solução de fluido. em vários aspectos, a presente invenção foi concebido para tirar vantagem de electrocinética e a separação de certas forças a fim de influenciar e controlar a pequenas partículas numa solução de fluido, permitindo desse modo que uma análise mais aprofundada a ser conduzida em tais partículas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO DE MATRIZ DE MICROELETRODOS MULTIPLANARES E MÉTODOS DE FABRICAÇÃO E DE UTILIZAÇÃO DO MESMO. PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Este pedido reivindica prioridade do Pedido de Patente Norte-americano No. 15/383.343, depositado em 19 de dezembro de 2016, os conteúdos do qual são aqui incorporados para referência.
CAMPO DA INVENÇÃO [0002] Este pedido refere-se, de modo geral, ao campo de dispositivos que utilizam a eletrocinética dentro de um dispositivo de plataforma para influenciar e controlar o movimento de partículas em fluidos. Especificamente, este pedido permite a quantificação ou a recuperação de partículas com base em suas propriedades inerentes.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0003] Designs experimentais no campo de diagnóstico molecular evoluíram a um ritmo incrível nas últimas duas décadas. Análises que historicamente levavam semanas ou meses para serem completadas podem agora ser completadas dentro de um dia, resultando em economizas substanciais tanto de tempo quanto de custos. Além destas vantagens espetaculares, a tecnologia progrediu em outro parâmetro importante, que é o de escala. Através de uma melhor compreensão da eletroquímica, da termodinâmica e da física, os técnicos conseguiram agora a capacidade de isolar e observar partículas em nanoescala, e além.
[0004] Tipicamente, uma determinada amostra biológica deve ser cuidadosamente preparada antes da análise, com tal preparação sendo onerosa e, na pior das hipóteses, afetando involuntariamente a integridade da amostra a ser analisada. Por exemplo, muitos ensaios diagnósticos sobre amostras clínicas contendo componentes biológicos, tais como sangue, tecido ou células, requerem a separação das
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2/32 partículas de interesse da amostra bruta com a ruptura e a lise das células para liberar tais moléculas incluindo proteínas e ácidos nucleicos de interesse, seguida pela purificação de tais proteínas e/ou ácido nucleicos. Somente após a conclusão de tais etapas de processamento, pode-se iniciar a análise das moléculas de interesse.
[0005] É bem conhecido que certas forças podem ser aplicadas a uma amostra em solução durante o processamento a fim de separar tal amostra em suas partes componentes. Uma das forças é conhecida como dieletroforese (DEP) e é particularmente útil, uma vez que a escala experimental é executada na faixa de micro- ou nanoescala, ou se as células forem utilizadas na amostra. A DEP ocorrerá quando uma partícula polarizável for suspensa ou submetida a um campo elétrico não uniforme (Kirby, BJ, Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices, Cambridge Univ Press (2010)). Todas as partículas exibem alguma atividade de DEP na presença de um campo elétrico não uniforme, com a resistência de tal força de DEP sendo altamente correlacionada com diversos fatores incluindo, entre outros, o tamanho, a forma e as propriedades elétricas das partículas, a frequência do campo elétrico e a solução na qual as partículas de amostra que estão sendo examinadas. Submeter as partículas em solução submetidas a um campo elétrico, onde um campo elétrico é ajustado em uma frequência específica, permite um processamento específico e seletivo das partículas em solução, permitindo assim que medições muito precisas sejam obtidas das partículas.
[0006] Os dispositivos da técnica anterior que utilizam forças de DEP para isolar e examinar partículas na microescala são bem conhecidos. Tais dispositivos incluem o uso de uma lâmina de vidro apresentando eletrodos expostos chapeados na superfície da lâmina, através dos quais fluem quantidades de microlitro de fluido contendo partículas para análise.
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3/32 [0007] Estas partículas variam de células ou proteínas a ácidos nucleicos, com tais partículas sendo capazes de separação usando forças de DEP com base nas respectivas propriedades dielétricas de cada partícula através do uso de tampões de separação apresentando uma condutividade específica e uma corrente externa (sinal AC) apresentando uma amplitude e uma frequência apropriadas.
[0008] Estes dispositivos da técnica anterior, contudo, apresentam vários problemas, incluindo a ligação de partículas às porções expostas da superfície de vidro e, por vezes, aos próprios eletrodos. Adicionalmente, as superfícies e os eletrodos dos dispositivos da técnica anterior são bastante pequenos, resultando no potencial de agregados até mesmo das partículas menores que interferem com o fluxo de fluido que bloqueiem certas etapas do processamento entre ciclos de lavagem.
[0009] Os dispositivos da técnica anterior acima mencionados se baseiam em matrizes de microchips que tentam fazer medições de quantidades de microlitro. Existem dispositivos de macroescala que empregavam pulsos DC de alta tensão a fim de separar e analisar proteínas e ácidos nucleicos. Enquanto tais dispositivos geralmente superam as limitações de bloqueio de matrizes de microescala em um chip, os dispositivos de macroescala vêm com seu próprio conjunto de desvantagens exclusivas. Por exemplo, alguns dispositivos de macroescala comerciais usam condições de lise que limitam o peso molecular de ácidos nucleicos permitido para a passagem através de poros criados nas membranas das células. Adicionalmente, os ácidos nucleicos liberados são frequentemente perdidos devido a sua ligação não específica à superfície da câmara de lise. Além disso, a maior parte dos dispositivos de macroescalas requerem o uso de uma membrana ou hidrogel que se assenta entre a solução e os eletrodos, resultando em limitações adicionais para trais dispositivos.
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4/32 [0010] Dispositivos mais avançados na técnica anterior tentaram tirar proveito dos vários fenômenos encontrados no campo da eletrocinética com relação à microfluídica. A eletrocinética descreve a combinação de forças de DEP, de fluxo eletrotérmico (ETF), de fluxo eletroosmótico (EOF) e outras forças que atuam sobre as partículas encontradas em um fluido como uma função de frequência e amplitude de um campo elétrico aplicado. Uma limitação encontrada até mesmo nos dispositivos mais sofisticados na técnica anterior é a exigência de que as forças DEP/ETF/EOF sejam acopladas entre si. Outras limitações incluem uma configuração geométrica restritiva de matrizes de eletrodos com base em um sistema de dois condutores, uma incapacidade de superar as limitações de frequência e amplitude encontradas em sistemas de salinidade elevada (tais como fluidos biológicos) e um processamento pobre de fluido à medida que os níveis de salinidade diminuem para aquele da água desionizada.
[0011] Há um limite de frequência (de menos de 30 kHz) e de amplitude (de menos de 20 Vpp) para a captação de que usam eletrocinética em fluidos com uma condutividade maior do que 1 mS/cm.
[0012] O limite de frequência reduz a quantidade de mistura possível na solução. Como resultado, há uma diminuição exponencial na concentração disponível de partículas presentes na zona de depleção de DEP como uma função do tempo. A zona de depleção de DEP é onde as partículas podem ser influenciadas pela força de DEP. Este decréscimo exponencial na concentração negativamente influencia a eficiência da captura dos dispositivos que exploram a eletrocinética para isolamento, quantificação e recuperação de partículas.
[0013] O limite de amplitude reduz a força potencial de aprisionamento de DEP, pois em baixas frequências, a destruição de eletrodos é causada pela eletrólise (fortes mudanças no pH nas localizações de eletrodo) e destrói os eletrodos, eliminando assim sua capacidade de
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5/32 funcionar. As fortes mudanças no pH podem também causar alterações nas partículas que podem ser capturadas alterando seu estado nativo ou destruindo-as. O limite de amplitude é também requerido para equilibrar a capacidade de as forças DEP neutralizarem as forças de fluxo geradas por ETF e EOF. À medida que a tensão (V) aumenta, a força de DEP aumenta como uma função de V2, ao passo que as forças de fluxo aumentam como uma função de V4 ou V5 dependendo da condutividade de fluido ((Loire et al., A theoretical and experimental study of ac electrothermal flows, J. Phys. D: Appl. Phys., 45: 185301 (2012); Hong et aL, Numerical simulation of AC electrothermal micropump using a fully coupled model, Microfluid Nanofluid, 13: 411-420 (2012)).
[0014] Há um limite à quantidade de mistura que é possível em fluidos com condutividade inferior a 1 mS/cm gerada por um fluxo eletrotérmico devido à grande redução no aquecimento Joule. Isto também limita a concentração disponível de partículas na zona de depleção de DEP. O aumento da amplitude do campo elétrico ajuda a aumentar 0 efetivo tamanho da zona de depleção de DEP, mas isto tem um limite devido à geração de eletrólise.
[0015] Permanece a necessidade na técnica de dispositivos de macroescala capazes de processar amostras até ao nível de nanoescala, enquanto resolvem as limitações acima descritas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0016] A presente invenção provê um novo dispositivo de matriz de microeletrodos construído de maneira a resolver as limitações de frequência e de amplitude através do desacoplamento de forças de DEP e de ETF e EOF. Em concretizações alternativas, a presente invenção provê um dispositivo de matriz de microeletrodos que altera um gradiente de um campo elétrico que circunda pelo menos um eletrodo com relação a pelo menos um eletrodo adjacente, onde a dispo
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6/32 sição de eletrodos é configurada usando três ou mais sinais de entrada separados para independentemente operar pelo menos três configurações de polaridade diferentes em qualquer tempo determinado. Em uma concretização preferida, há pelo menos três sinais de entrada separados liberados na disposição de eletrodos, resultando em pelo menos três configurações de carga diferentes aplicadas a cada eletrodo.
[0017] Em um aspecto, a presente invenção provê um dispositivo de matriz de microeletrodos que compreende um substrato que adicionalmente compreende uma pluralidade e eletrodos dispostos em um padrão geométrico, a pluralidade de eletrodos depositados usando um meio selecionado do grupo que consiste em fotolitografia, deposição de vapor, pulverização catódica, serigrafia, impressão tridimensional (3D) e galvanoplastia. Preferivelmente, o substrato é composto de pelo menos vidro, silício ou um polímero não condutivo.
[0018] Em outro aspecto, a pluralidade de eletrodos é feita de metal ou de um material condutivo não metálico. Preferivelmente, a espessura dos eletrodos da presente invenção é de cerca de 10 nm a cerca de 10 pm. Em outro aspecto, os eletrodos são configurados para permitir campos elétricos isolados e não isolados. Alternativamente, a disposição de eletrodos consiste em eletrodos isolados e eletrodos não isolados. Mais preferivelmente, a configuração de eletrodos é geometricamente disposta para facilitar o desacoplamento das forças de DEP dessas forças derivadas do fluxo de ET e EO. Alternativamente, os eletrodos podem ter uma forma circular com ângulo de orientação entre eletrodos adjacentes que varia de cerca de 0 a cerca de 90 graus.
[0019] Outra concretização alternativa dos métodos e dispositivos da presente invenção inclui um dispositivo de matriz de microeletrodos capaz de suportar até cerca de 3 amps (3A) para energizar a configu
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7/32 ração de eletrodos. Minimamente, eletrodos individuais são configurados para acomodar até cerca de 0,1 A ou 100 miliamperes (100mA).
[0020] Em outro aspecto, a presente invenção provê um dispositivo de matriz de microeletrodos que compreende pelo menos três eletrodos independentes, onde cada eletrodo pode conduzir uma carga que é positiva (+), negativa (-) ou neutra.
[0021] Em ainda outro aspecto, há pelo menos dois planos diferentes em uma dimensão Z entre eletrodos independentes e adjacentes para impactar a não uniformidade do campo elétrico através da disposição de eletrodos. Além disso, a dimensão Z entre eletrodos independentes pode variar de pelo menos 1 nm a mais de 5 nm. Preferivelmente, cada eletrodo na disposição de eletrodos apresenta guinada, inclinação e rotação independentes entre si.
[0022] Em certas concretizações, os dispositivos de matriz de microeletrodos aqui descritos compreendem eletrodos flutuantes multiplanares dentro do substrato dielétrico, onde os eletrodos flutuantes não são conectados a nenhuma fonte de energia.
[0023] Em outros aspectos, os dispositivos da presente invenção proveem um circuito de ponte de impedância entre eletrodos para modular a capacitância com o substrato. Adicionalmente, há cavidades dentro do substrato para gerar gradientes de temperatura por todo o dispositivo na presença de um campo elétrico, onde a forma das cavidades são covas ou vales dentro do substrato.
[0024] Em outro aspecto, os dispositivos da presente invenção adicionalmente proveem uma camada de passivação dielétrica para cobrir material de eletrodo depositado e seletivamente expor certas regiões de cada eletrodo dentro da matriz.
[0025] Em outro aspecto, os dispositivos da presente invenção adicionalmente proveem uma camada de passivação dielétrica porosa dilatável ou não dilatável para cobrir o material de eletrodos expostos
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8/32 depositado. Esta camada de passivação dielétrica permite que moléculas de água atravessem os eletrodos expostos e façam contato com os mesmos.
[0026] Em outro aspecto preferido, os dispositivos de matriz de microeletrodos aqui descritos adicionalmente compreendem um transistor de efeito de campo para permitir a quantificação de partículas influenciadas pelo campo elétrico e desempenho de eletrodo. Preferivelmente, o dispositivo compreende pelo menos um transistor de efeito de campo por eletrodo exposto. Em outra concretização, o dispositivo de matriz de microeletrodos compreende sensores de impedância capazes de quantificar partículas em solução influenciadas pelo campo elétrico. Preferivelmente, o dispositivo compreende pelo menos um sensor de impedância por eletrodo exposto.
[0027] Em ainda outro aspecto, a presente invenção adicionalmente provê uma câmara fluídica que contém uma solução diretamente sobre a disposição de eletrodos, onde a câmara fluídica compreende canais capazes de expandir ou colapsar com base em pelo menos um estímulo.
[0028] Em uma concretização preferida, a presente invenção provê métodos de fabricar um dispositivo de matriz de microeletrodos que compreende prover um dispositivo compreendendo estruturas planares não planas, em que as estruturas são configuradas para facilitar os fenômenos eletrocinéticos, e adicionalmente em que o dispositivo é criado usando uma técnica selecionada do grupo que consiste em impressão 3D, serigrafia, sinterização a laser, ablação de laser e fotolitrografia MEMS.
[0029] Preferivelmente, os dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção são capazes de gerar um campo elétrico não uniforme quando originados de um sinal de corrente selecionado do grupo que consiste em uma corrente alternada, corrente contínua e
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9/32 corrente contínua pulsada. O sinal de corrente está em uma forma de onda selecionada do grupo que consiste em uma forma de onda senoidal, quadrada, triangular, contínua e qualquer combinação das opções acima.
[0030] Em uma concretização preferida, os dispositivos da presente invenção são capazes de processar soluções fluidas com condutividade variando de cerca de 0 Siemen/metro (S/m) a cerca de 5 S/m, de cerca de 0 S/cm a cerca de 0,05 S/cm ou de cerca de 0 mS/cm a cerca de 50 mS/cm. Opcionalmente, os fluidos de amostra podem compreender água desionizada, fluidos fisiológicos ou água salobra, com viscosidade do fluido de amostra variando de cerca de 1 centiPoise (cP) a cerca 100 cP e de cerca de 0,001 Pascal-segundo a cerca de 0,1 Pascal-segundo. Preferivelmente, os dispositivos da presente invenção são capazes de influenciar partículas que variam de cerca de 10 nm a cerca de 50.000 nm e de cerca de 0,01 micron (pm) a cerca de 50 pm. As partículas podem incluir partículas subcelulares e subcelulares, bem como partículas sintéticas selecionadas do grupo que consiste em dextranos, microesferas de poliestireno, nanoesferas de poliestireno e outros polímeros.
[0031] Preferivelmente, os dispositivos da presente invenção proveem dispositivos de matriz de microeletrodos capazes de gerar uma região dieletroforética de alto campo e uma região de baixo campo, onde cada região é seletivamente determinada com base na resistência do campo elétrico e na geometria específica de disposição de eletrodos, em que os eletrodos são adicionalmente compreendidos de eletrodos isolados e eletrodos não isolados. Opcionalmente, os dispositivos da presente invenção são capazes de gerar forças de ETF e EOF. Mais preferivelmente, os dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção usam o desacoplamento das forças de DEP e de ETF/EOD a fim de separar partículas com base em um raio de Stokes
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10/32 efetivo específico e nas propriedades dielétricas de cada partícula dentro de um fluido.
[0032] Em ainda outra concretização, a presente invenção provê dispositivos de matriz de microeletrodos configurados para quantificar pelo menos uma partícula em uma solução que compreende (1) prover um campo elétrico não uniforme; (2) medir uma mudança na corrente ou impedância usando um transistor de efeito de campo em um momento selecionado do grupo que consiste em tempo real, durante ou após pelo menos uma partícula influenciada pelo campo elétrico não uniforme (i) entrar em uma zona de depleção dieletroforética, (ii) ser imobilizada em uma região dieletroforética de alto campo ou uma região de baixo campo ou (iii) ser liberada na região dieletroforética de alto campo ou região de baixo campo, respectivamente. Opcionalmente, os dispositivos de matriz de microeletrodos são configurados para quantificar pelo menos uma partícula em uma solução que compreende (1) prover um campo elétrico não uniforme; e (2) medir uma mudança em impedância usando tomografia de impedância elétrica (EIT) ou espectroscopia de impedância em um momento selecionado do grupo que consiste em tempo real, durante ou após pelo menos uma partícula influenciada por um campo elétrico não uniforme (a) entrar em uma zona de depleção dieletroforética, (b) ser imobilizada em uma região dieletroforética de alto campo ou região de baixo campo ou (c) ser liberada na região dieletroforética de alto campo ou região de baixo campo, respectivamente. Em outro aspecto, os dispositivos de matriz de microeletrodos são configurados para quantificar pelo menos uma partícula em uma solução que compreende (1) prover um campo elétrico não uniforme, e (2) medir uma mudança na fluorescência usando microscopia óptica em um momento selecionado do grupo que consiste em tempo real, durante ou após pelo menos uma partícula influenciada por um campo elétrico não uniforme (a) entrar em uma zona de deple
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11/32 ção dieletroforética, (b) ser imobilizada em uma região dieletroforética de alto campo ou região de baixo campo ou (c) ser liberada na região dieletroforética de alto campo ou região de baixo campo, respectivamente.
[0033] Em outro aspecto, os dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção proveem uma pluralidade de sinais de entrada elétrica para operar a disposição de eletrodos contida em cada dispositivo, o sinal de entrada elétrica sendo pelo menos um sinal selecionado do grupo que consiste em uma forma de onda senoidal, quadrada ou triangular. Preferivelmente, a disposição de eletrodos compreende eletrodos de independência capazes de serem ajustados em uma carga selecionada do grupo que consiste em uma carga positiva (+), negativa (-) e neutra.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0034] As novas características da presente invenção são mostradas aqui concretizadas na forma das reivindicações da invenção. As características e vantagens da presente invenção podem ser mais bem entendidas por meio de referência à seguinte descrição detalhada da invenção, mostrando concretizações ilustrativas e características preferidas da invenção, bem como dos desenhos anexos, dos quais: [0035] as Figuras 1A-1C mostram vistas de uma concretização do dispositivo da presente invenção. (A) sendo uma vista explodida de uma concretização de fabricação preferida dos dispositivos de microeletrodos da presente invenção que consistem em camadas; (B) sendo uma vista ampliada do elemento de cartucho da presente invenção; e (C) sendo uma vista ampliada adicional do elemento de cartucho que detalha a matriz de microeletrodos embutida no cartucho;
[0036] a Figura 2 mostra um esquema detalhado da matriz de microeletrodos de acordo com uma concretização de variar pelo menos três eletrodos apresentando cargas separadas independentes. A vista
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12/32 detalhada representa a localização de sensores de impedância em torno de eletrodos isolados, limitados por pontes de impedância;
[0037] a Figura 3 mostra um exemplo das cargas interrelacionadas através de três microeletrodos em proximidade entre si em uma concretização dos dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção;
[0038] a Figura 4 mostra uma vista de topo de uma concretização da matriz de microeletrodos, que representa eletrodos expostos embutidos em uma camada de material dielétrico;
[0039] a Figura 5 mostra uma vista de topo da concretização da matriz de microeletrodos da Figura 4, exceto que a camada de material dielétrico é removida, revelando uma configuração exemplificativa de padrões de traços para eletrodos adicionais isolados da amostra de fluido;
[0040] a Figura 6 mostra uma vista de topo da concretização da matriz de microeletrodos da Figura 5 com a configuração dos padrões de traço para os eletrodos independentes acoplados com a ponte de impedância (magenta) embutida no substrato da matriz de microeletrodos;
[0041] as Figuras 7A-7C mostram o elemento de ponte de impedância dos dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção. (A) mostrando uma vista de topo ampliada da ponte de impedância no meio de dois eletrodos; (B) representando uma vista em seção transversal (A) que detalha a câmara microfluídica cheia de líquido e a direção da corrente que flui através do líquido; (C) mostrando um modelo de circuito equivalente do percurso fluídico dentro do dispositivo;
[0042] as Figuras 8A-8B mostram uma concretização das diferentes alturas Z de eletrodos dentro da matriz. (A) representando uma vista em perspectiva da matriz de ponte de impedância através dos ele
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13/32 trodos, onde o eletrodo central apresenta uma altura diferente na dimensão Z; e (B) mostrando uma vista em seção transversal juntamente com um exemplo das diferentes alturas de dimensão Z de um dos eletrodos;
[0043] as Figuras 9A-9D mostram a relação entre a altura Z e os gradientes de campo elétrico (VE2) entre eletrodos. (A) mostrando um traçado de dimensão X e Z do campo elétrico com base em eletrodos vizinhos; (B) sendo um gráfico do gradiente de campo elétrico (VE2) para altura Z média; (C) a altura Z longa; (D) a altura Z mais curta. (B)(D) fazendo referência à linha tracejada em cada eletrodo de (A), movendo-se da esquerda para a direita;
[0044] as Figuras 10A-10C mostram evidência de padrões de gradiente de campo elétrico quando da comparação dos dispositivos da presente invenção com aqueles encontrados na técnica anterior. (A) sendo um gráfico de linha que mostra o campo elétrico dentro de uma matriz compreendida de eletrodos apresentando uma altura Z uniforme, juntamente com o respectivo traçado XZ do padrão de eletrodo; (B) sendo um gráfico de linha que representa a altura Z não uniforme de eletrodos e mudanças correspondentes no gradiente de campo elétrico, juntamente com o respectivo traçado XZ do padrão de eletrodo de altura Z não uniforme; (C) sendo um gráfico de linha que representa eletrodos de altura Z não uniforme acoplados com rotação em dois eletrodos e as mudanças correspondentes no gradiente de campo elétrico, juntamente com o respectivo traçado XZ dos eletrodos de altura Z não uniforme com rotação; e [0045] a Figura 11 mostra uma disposição preferida entre um conjunto de três eletrodos independentes adjacentes dentro de uma matriz de microeletrodos de um dispositivo da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Definições
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14/32 [0046] Conforme usado aqui, o termo dieletroforese ou DEP refere-se a um fenômeno no qual uma força é exercida em uma partícula dielétrica na presença de um campo elétrico. A partícula não tem que conter nenhuma carga específica e o campo elétrico pode ser não uniforme. Enquanto todas as partículas exibem uma atividade dieletroforética na presença de campos elétricos, a resistência da força de DEP depende das inúmeras variáveis, incluindo propriedades físicas da partícula a ser medida, bem como certos parâmetros do campo elétrico que circunda a partícula. A força de DEP de tempo médio é expressa por:
Figure BR112019012738A2_D0001
Ems sendo a raiz quadrada média (ERMS) do campo elétrico. Re(P), teoricamente variando de -0,5 a 1, representa a parte real do fator de Clausius Mossotti (CM) e é expresso como:
Figure BR112019012738A2_D0002
[0047] Conforme aqui usado, o termo fluxo eletrotérmico, ETF ou fluxo ET refere-se a uma força eletrocinética presente na escala de submicrons onde a flutuação apresenta uma menor influência e onde gradientes de alto campo são possíveis em condições de baixa tensão. ETF é útil em fluidos de maior condutividade e surge do aquecimento Joule de um fluido em um dispositivo microfluídico com um potencial AC aplicado. Quando a condutividade dependente da temperatura estiver presente através do aquecimento de Joule de um fluido, tais interações, dentro de um campo elétrico aplicado dentro de um dispositivo microfluídico, resultam em movimento de fluido na forma de um padrão circulante previsível. A força devido ao fluxo eletrotérmico é
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15/32 expressa como:
Figure BR112019012738A2_D0003
[0048] Conforme usado aqui, o termo fluxo eletro-osmótico, EOF ou fluxo EO refere-se ao movimento de um líquido induzido por um potencial aplicado através de um microcanal, ou qualquer outro conduto de fluido. EOF é particularmente útil em dispositivos microfluídicos, que envolvem sistemas contendo superfícies altamente carregadas, o que permite que campos elétricos ajudem na separação de partículas de acordo com taxas de fluxo eletro-osmóticas (Morgan, H., & Green, N. G., AC electrokinetics: Colloids and nanoparticles. Baldock, Hertfordshire, England: Research Studies Press (2003)).
[0049] Conforme aqui usado, o termo dispositivo de matriz de microeletrodos refere-se a um dispositivo que compreende uma disposição geométrica de uma pluralidade de eletrodos, contidos dentro de um substrato adequado, a fim de isolar partículas dentro de uma solução fluida.
[0050] Aqui são descritos métodos, dispositivos e sistemas especificamente configurados para processar, quantificar e analisar partículas de micro- e nanoescala contidas em uma solução de amostra de acordo com as concretizações específicas, conforme aqui descrito. Em certas concretizações, aqui são providos dispositivos e métodos configurados para quantificar, isolar e adicionalmente analisar partículas dimensionadas na micro- a nanoescala dentro de uma solução fluida. Em concretizações específicas, a presente invenção provê dispositivos de matriz de microeletrodos multiplanares capazes de usar a eletrocinética para influenciar e controlar o movimento de partículas em flui
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16/32 dos para a quantificação e a recuperação de tais partículas. O dispositivo de matriz de microeletrodos da presente invenção, através da configuração e da disposição dos eletrodos dentro do dispositivo, recupera as partículas com base em parâmetros, tal como permissividade de raio (tamanho) de Stokes efetiva e propriedades dielétricas inerentes específicas às partículas do que as propriedades do fluido circundante. Em outros aspectos, os dispositivos de matriz de microeletrodos multiplanares são compreendidos de técnicas de fabricação não padronizadas que resultam em disposições de eletrodos únicas, as geometrias das quais permitindo um melhor desempenho dos dispositivos com relação ao isolamento de partículas. Em outro aspecto, os dispositivos de matriz de microeletrodos multiplanares da presente invenção superam limitações de frequência e amplitude presentes nos dispositivos da técnica anterior na medida em que a condutividade ou a salinidade aumenta para aquela de fluidos fisiológicos ou biológicos. Similarmente, os dispositivos da presente invenção eliminam limitações associadas com a mistura de soluções de amostra à medida que a condutividade ou a salinidade diminui para aquela da água desionizada.
[0051] Em algumas concretizações, os dispositivos da presente invenção contêm um substrato dielétrico ou semicondutor com o qual os eletrodos são dispostos usando certas técnicas, incluindo, mas não limitadas à fotolitografia, deposição de vapor, pulverização catódica, serigrafia, impressão 3D ou galvanoplastia. A composição do substrato é pelo menos vidro, silício ou um polímero não condutivo selecionado do grupo que consiste em acrílico, tereftalato de polietileno e copolímero de olefina cíclica.
[0052] Conforme descrito na Figura 1 A, uma concretização preferida consiste em um modelo de fabricação do tipo sólido onde os dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção são gerados usando técnicas de fabricação personalizadas e não padroniza
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17/32 das. Tais técnicas permitem que geometrias de eletrodos únicas sejam criadas, as quais permitem novas e melhores características de desempenho não consideradas possíveis na técnica anterior.
[0053] Os dispositivos da presente invenção são preferivelmente dispostos em camadas, onde cada camada pode ser disposta de acordo com uma fabricação personalizada determinada de antemão. Em uma concretização preferida, conforme descrito na Figura 1B, um alojamento 10 compreende pelo menos um cartucho 40 contendo uma pluralidade de eletrodos 20 dispostos em um padrão geométrico que pode ser embutida no alojamento 10 para acomodar um fluido que passa através do cartucho 40 por meio de canais 50. Conforme evidenciado na Figura 1, é uma concretização preferida ter uma série de cartuchos, cada cartucho 40 contendo uma pluralidade de eletrodos 20 compreendendo um padrão geométrico único, embutido em um alojamento 10 para acomodar um fluido que passa sobre a pluralidade de eletrodos 20 por meio de canais 50.
[0054] Em concretizações preferidas, conforme mostrado na Figura 2, uma pluralidade de eletrodos 20 é depositada ou disposta em localizações específicas em ou dentro de um substrato 30 embutido com um cartucho 40 apresentando os canais 50. Em um aspecto, a pluralidade de eletrodos 20 é formada de um metal ou, opcionalmente, de um material condutor não metálico. Em outro aspecto, o material de eletrodo compreende pelo menos um metal selecionado do grupo que consiste em ouro, platina, paládio, irídio, carbono, carbono platinado e óxido de estanho de índio. Em um aspecto preferido, cada eletrodo 20 apresenta uma faixa de espessura de cerca de 10 nm a cerca de 1000 nm. Disposições de eletrodos são configuradas para prover campos tanto isolados quanto não isolados. Preferivelmente, os eletrodos isolados e não isolados são ativados independentemente entre si e podem ser simultaneamente ativos. Opcionalmente, os eletrodos isola
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18/32 dos e não isolados são retardados em fase em até cerca de 90 graus. [0055] A vista ampliada da Figura 2 representa uma vista de perto da disposição preferida dos eletrodos 20. Especificamente, cada eletrodo 20 dentro desta vista de três pode acomodar uma carga diferente (ou a mesma carga) relativa a seu vizinho. Os três eletrodos 20 são posicionados dentro de um substrato 30. As pontes de impedância 22 são posicionadas em cada lado de cada eletrodo 20. Uma série de sensores de impedância 24 é disposta dentro da borda de traços isolados 26 que podem correr horizontal ou diagonal através dos eletrodos 20.
[0056] Em ainda outra concretização, a disposição de eletrodos permite o desacoplamento das forças de DEP das forças ETF e EOF. Em um aspecto, este desacoplamento é alcançado através da remoção espacial das regiões de DEP de alto campo e de baixo campo das regiões de alta resistência e de baixa resistência das forças ETF e EOF. Preferivelmente, a disposição de eletrodos provê uma translocação da região de DEP de alto campo a uma posição proximal ao início da zona morta de fluxo descendente a fim de isolar uma partícula contida no fluido. A faixa desta área preferida está dentro de cerca de 0 nm a cerca de 10000 nm. Em ainda outro aspecto, os eletrodos podem ser contínuos, circulares ou elípticos em forma física, com um ângulo de orientação entre eletrodos adjacentes sendo de 0, 30, 60 ou 90 graus.
[0057] Em outra concretização preferida, os dispositivos de matriz de microeletrodos multiplanares da presente invenção são acoplados a uma fonte de energia, em que os dispositivos podem suportar cerca de 3 A ou 3000 mA. Preferivelmente, cada eletrodo individual é energizado até cerca de 0,1 A ou 100 mA, ou bem antes de a integridade de sinal ficar comprometida devido à eletrólise e à degradação no eletrodo.
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19/32 [0058] Conforme adicionalmente descrito na Figura 3, os três eletrodos 20 (da vista ampliada da Figura 2) terão preferivelmente pelo menos três polaridades separadas, onde a carga em cada eletrodo 20 pode ser modificada independente dos outros eletrodos proximamente posicionados 20, com cada carga sendo positiva (+), negativa(-) ou neutra. Preferivelmente, os eletrodos 20 permitem um campo elétrico não uniforme (setas negras) com base na polaridade dependente de tempo de cada eletrodo com relação a cada eletrodo. A disposição de eletrodos pode ser configurada de tal modo que a carga de cada eletrodo 20 possa ser modificada independente de qualquer outro eletrodo 20, com cada carga podendo exibir uma carga positiva, negativa ou neutra em qualquer tempo determinado. Exemplos de disposição de eletrodos de polaridade dentro de um determinado conjunto de três eletrodos 20 podem ser os seguintes, a partir do topo, a maioria dos eletrodos se movendo no sentido horário: (+), (-), neutro; (+), neutro, (); (-), (+), neutro; (-), neutro, (+); neutro, (+), (-); neutro, (-), (+); (+), (+), (-);(+),(-),(+);(-),(-),(+); θ (-),(+), (-) [0059] Em uma concretização mais preferida, há pelo menos dois planos diferentes na dimensão Z entre eletrodos adjacentes independentes, modificando assim a não uniformidade do campo elétrico. Na presença de pelo menos dois planos diferentes na dimensão Z entre cada eletrodo adjacente, é provido adicionalmente um deslocamento para remover o gradiente uniforme do campo elétrico em torno de cada eletrodo, o que altera então a dinâmica de fluido das forças de ETF e EOF. Similarmente, a provisão de pelo menos dois planos diferentes em torno da dimensão Z entre cada eletrodo adjacente resulta em mudanças nas forças de DEP de alto campo e de baixo campo. A distância da dimensão Z entre eletrodos adjacentes pode estar entre cerca de 10 nm a cerca de 100 nm. Preferivelmente, os eletrodos na disposição de eletrodos apresentam guinada, inclinação e rotação entre si.
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Mais preferivelmente, a guinada pode variar de cerca de 0 grau a cerca de 179,9 graus entre eletrodos adjacentes e a inclinação e a rotação podem variar de cerca de 0 grau a cerca de 89,9 graus a partir do plano de substrato. Em uma concretização preferida, os três eletrodos adjacentes independentes teriam todos uma inclinação em um ângulo de 89,9 graus com relação ao plano de substrato, com uma guinada angulada de tal modo que os picos dos eletrodos adjacentes independentes (conforme determinado pela inclinação) ficassem voltados para dentro um na direção do outro. A concretização preferida do ângulo de rotação seria disposta de tal forma que os picos dos eletrodos adjacentes independentes (determinados pela inclinação) ficassem em um ângulo de cerca de 45 gruas com relação ao plano de substrato.
[0060] Conforme mostrado na Figura 4, a pluralidade de eletrodos 20 está presente em uma matriz geométrica preferida, em que os eletrodos 20 são embutidos com um substrato 30 compreendendo um material dielétrico. Nesta vista de topo da primeira camada, apenas os eletrodos expostos 20 são mostrados circundados pelo substrato dielétrico 30.
[0061] A Figura 5 mostra a vista de topo da matriz de microeletrodos da Figura 4, mas com o material dielétrico removido, revelando uma configuração exemplificativa de traços isolados 26 dispostos horizontais às fileiras de eletrodos 20. Os eletrodos expostos 20 estão presentes circundados pelos traços isolados 26.
[0062] Em algumas concretizações, os dispositivos da presente invenção proveem eletrodos flutuantes multiplanares na dimensão Z dentro de um substrato dielétrico, em que os eletrodos flutuantes não são conectados a nenhuma fonte de energia. Isto resulta em uma produção em cascata do campo elétrico à medida ele passa através dos eletrodos flutuantes. Preferivelmente, a distância entre os eletrodos flutuantes na dimensão Z varia de cerca de 10 nm a cerca de 100 nm.
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21/32 [0063] Em alguns aspectos, os dispositivos e os métodos da presente invenção adicionalmente proveem pelo menos um circuito de ponte de impedância entre os eletrodos para modular a capacitância com o substrato. Conforme mostrado na Figura 6, uma vista de topo de uma concretização alternativa representa uma fileira vertical de traços isolados 26 com a presença de pontes de impedância 22 em cada lado de cada eletrodo individual 20 dentro da matriz. A presença do circuito de ponte de impedância elimina o acoplamento de capacitância por todo o substrato e adicionalmente provê uma fonte de calor através do substrato.
[0064] Conforme evidenciado na Figura 7A, uma vista ampliada de uma ponte de impedância 22 é mostrada entre um par de eletrodos 20. Os traços isolados 26 correm em uma direção vertical em torno de cada eletrodo 20 dentro do material dielétrico. No meio de cada ponte de impedância 22 é provido um traço isolado 26. Uma vista em seção transversal (Figura 7B) mostra a presença de fluido acima da matriz de microeletrodos e as relativas distâncias entre cada eletrodo 20, bem como sua altura acima da base. A Figura 7C mostra um modelo de circuito equivalente de corrente alternada do percurso fluídico dentro do dispositivo.
[0065] Em certas concretizações, os métodos de fabricar dispositivos da presente invenção compreendem prover cavidades incorporados no substrato, tais cavidades tendo a forma de covas, vales ou canais a fim de gerar certos gradientes de temperatura por todo o dispositivo. Em um aspecto, os métodos de fabricar dispositivos da presente invenção adicionalmente compreendem uma camada de passivação dielétrica que cobre o material de eletrodo depositado. Preferivelmente, a camada de passivação dielétrica seletivamente expõe certas regiões do substrato. Em outro aspecto, os materiais de passivação podem ser compreendidos de pelo menos uma substância selecionada
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22/32 do grupo que consiste em dióxido de silício, nitreto de silício, óxido de alumínio e qualquer outro substrato apresentando uma constante dielétrica (valor k) de menos de 4,0. A espessura da camada de passivação pode variar de cerca de 0,1 pm a cerca de 20 pm.
[0066] Em algumas concretizações, os métodos e os dispositivos da presente invenção incluem um transistor de efeito de campo, que permite a quantificação de partículas influenciadas pelo campo elétrico e o desempenho de eletrodo dentro do dispositivo. Preferivelmente, os dispositivos da presente invenção são fabricados para incluir pelo menos um ou mais transistores de efeito de campo por cada eletrodo exposto. Isto irá permitir a medição de qualquer degradação na superfície de cada eletrodo. O transistor de efeito de campo irá também rastrear e medir as mudanças de pH na superfície de cada eletrodo na disposição.
[0067] Em concretizações adicionais, os métodos e os dispositivos da presente invenção adicionalmente proveem sensores de impedância a serem integrados dentro do substrato do dispositivo. A presença dos sensores de impedância permite a quantificação de partículas influenciadas pelo campo elétrico. Adicionalmente, os sensores de impedância podem rastrear e medir o desempenho de eletrodo. Preferivelmente, há pelo menos um ou mais sensores de impedância por eletrodo exposto na disposição dentro do dispositivo. Mais preferivelmente, os sensores de impedância podem rastrear o pH de eletrodo e a degradação de superfície de cada eletrodo.
[0068] Conforme mostrado na Figura 8A, uma vista em perspectiva da matriz de microeletrodos exibe uma diferença na altura na dimensão Z entre não apenas eletrodos adjacentes, mas até mesmo com relação aos lados opostos do mesmo eletrodo 20. Uma vista em seção transversal (Figura 8B) adicionalmente mostra a diferença na altura Z entre os lados opostos de cada eletrodo 20.
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23/32 [0069] Os dispositivos da presente invenção não requerem a presença de uma camada de passivação porosa dilatável sobre os eletrodos expostos, o que é uma característica do dispositivo dentro da técnica anterior. Preferivelmente, os dispositivos da presente invenção compreendem uma câmara fluídica que retém uma solução de amostra diretamente sobre a matriz de microeletrodos. Os canais fluídicos proveem canalização da solução de amostra diretamente sobre a disposição de eletrodos. Mais preferivelmente, os canais fluídicos podem se expandir ou se romper com base em estímulo eletrônico ou de temperatura.
[0070] Em certas concretizações, os métodos de fabricação para criar dispositivos da presente invenção compreendem o uso de impressão 3D, serigrafia, sinterização a laser, ablação a laser ou técnicas de fotolitografia em criando estruturas planares não planas dentro de cada dispositivo. A utilização de pelo menos uma das técnicas identificadas acima permite que geometrias de eletrodo únicas sejam aplicadas dentro do subtrato dos dispositivos da presente invenção. Preferivelmente, estes processos de fabricação permitem influenciar, isolar, quantificar ou recuperar partículas em uma variedade de composições de fluido, com um desempenho consistente de dispositivo em medições de condutividade de fluido de até 50 mS/cm.
[0071] Em concretizações preferidas, os dispositivos da presente invenção podem gerar campos elétricos não uniformes quando fornecidos com um suprimento de energia que libera um sinal selecionado do grupo que consiste em uma corrente alternada, corrente contínua e corrente contínua pulsada. Os sinais liberados para os dispositivos da presente invenção podem ser qualquer forma de onda arbitrária, incluindo senoidal, quadrada, triangular, contínua ou qualquer combinação destas, que adicionalmente compreende um ciclo de trabalho modificado com frequência de acompanhamento.
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24/32 [0072] Em outros aspectos, os dispositivos da presente invenção podem funcionar em fluidos ou soluções de amostra com condutividade variando de cerca de 0 S/m a cerca de 5 S/m, de cerca de 0 S/m a cerca de 0,05 S/cm e de cerca de 0 mS/cm a cerca de 50 mS/cm. Opcionalmente, os fluidos podem ser de fontes naturais ou fisiológicas. Os fluidos podem também compreender componentes sintéticos ou adulterados a fim de reduzir a condutividade dos fluidos. Os fluidos podem se originar de um item selecionado do grupo que consiste em água desionizada, água fisiológica, biológica e salobra. Em outros aspectos, a viscosidade de fluido dentro de uma solução de amostra pode variar de cerca de 1 cP a cerca de 100 cP ou de cerca de 0,0001 Pascal-segundo a cerca de 0,1 Pascal-segundo.
[0073] Em outro aspecto, os dispositivos da presente invenção podem compreender matrizes geométricas específicas de microeletrodos que compreendem a capacidade de influenciar partículas que variam, em diâmetro, de cerca de 10 nm a cerca de 50.000 nm. As partículas a serem identificadas pelos dispositivos da presente invenção podem incluir partículas celulares e subcelulares, bem como partículas sintéticas ou não biológicas, incluindo dextrano, microesferas de poliestireno, nanoesferas de poliestireno e outros polímeros naturais ou sintéticos.
[0074] Em ainda outro aspecto, os dispositivos de matriz de microeletrodos da presente invenção compreendem a geração de uma região de DEP de alto campo e de baixo campo através de um fluido ou solução de amostra, em que a região de alto campo e a região de baixo campo são determinadas com base em uma resistência de campo elétrico e na geometria específica de eletrodos isolados e não isolados. A geometria dos eletrodos permite que os dispositivos da presente invenção gerem forças ETF e EOF dentro do fluxo de fluido, com taxas de fluxo variando de cerca de 0,01 pL/min a cerca de 1ml_/min.
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Em uma concretização mais preferida, os dispositivos da presente invenção podem separar partículas com base em seu raio de Stokes efetivos e propriedades dieléticas específicas a cada partícula dentro do ambiente microfluídico. Em outro aspecto preferido, a separação das partículas se baseia na frequência e na amplitude aplicadas do sinal da fonte de energia, o sinal selecionado do grupo que consiste em corrente alternada, corrente contínua e corrente contínua pulsada. A faixa de amplitude para os eletrodos isolados compreende cerca de 1 Volt de pico a pico (Vpp) a cerca de 3000 Vpp. A faixa de magnitude para os eletrodos não isolados compreende de cerca de 1 a cerca de 30 Vpp. A faixa de frequência liberada na matriz de microeletrodos pode variar de cerca de 1 Hz a cerca de 1 MHz.
[0075] Em um aspecto, os métodos e os dispositivos da presente invenção compreendem quantificação de partículas em uma solução que compreende medir uma mudança na corrente ou impedância usando um transistor de efeito de campo. Opcionalmente, esta quantificação pode ocorrer em tempo real, tal como quando as partículas influenciadas por um campo elétrico entrarem na zona de depleção de DEP. Alternativamente, esta quantificação pode ocorrer durante um evento específico, qual como quando as partículas forem imobilizadas em uma região de DEP de alto campo ou uma região de baixo campo. Similarmente, a quantificação pode ocorrer depois de um evento específico, tal como quando partículas forem liberadas em uma região de DEP de alto campo ou uma região de baixo campo.
[0076] Em outro aspecto, os métodos e os dispositivos da presente invenção compreendem a quantificação de partículas em uma solução que compreende medir uma mudança em impedância usando tomografia de impedância elétrica ou espectroscopia de impedância. Opcionalmente, esta quantificação pode ocorrer em tempo real, tal como quanto as partículas influenciadas por um campo elétrico entra
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26/32 rem na zona de depleção de DEP. Alternativamente, esta quantificação pode ocorrer durante um evento específico, tal como quando as partículas forem imobilizadas em uma região de DEP de alto campo ou uma região de baixo campo. Similarmente, a quantificação pode ocorrer depois de um evento específico, tal como quando partículas forem liberadas em uma região de DEP de alto campo ou região de baixo campo.
[0077] Em ainda outro aspecto, os métodos e dispositivos da presente invenção compreendem a quantificação de partículas em uma solução que compreende medir uma mudança na fluorescência usando a microscopia óptica. Opcionalmente, esta quantificação pode ocorrer em tempo real, tal como quando partículas influenciadas por um campo elétrico entrarem an zona de depleção de DEP. Alternativamente, esta quantificação pode ocorrer durante um evento específico, tal como quando as partículas forem imobilizadas em uma região de DEP de alto campo ou uma região de baixo campo. Similarmente, a quantificação poderá ocorrer depois de um evento específico, tal como quando partículas forem liberadas em uma região de DEP de alto campo ou uma região de baixo campo. Preferivelmente, a medição de microscopia óptica é feita usando um monocromador optoacústico ou filtros a fim de selecionar comprimentos de onda específicos de luz. Opcionalmente, um tubo fotomultiplicador, um fotodiodo de avalanche ou pelo menos um membro selecionado do grupo que consiste em microscopia de fluorescência de campo amplo, confocal e de super resolução acoplada com um dispositivo acoplado de carga ou detector semicondutor de óxido metálico complementar é usado para quantificar ainda quaisquer partículas isoladas. Em uma concretização mais preferida, medições ópticas são formadas usando comprimentos de onda que variam de cerca de 360 nm a cerca de 900 nm.
[0078] Em certas concretizações, os dispositivos da presente in
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27/32 venção compreendem uma fonte de energia que libera pelo menos um sinal de entrada na disposição de eletrodos dentro do substrato de cada dispositivo, pelo menos um sinal de entrada compreendendo uma forma de onda selecionada do grupo que consiste em uma forma de onda senoidal, quadrada e triangular. Preferivelmente, sinais de entrada elétrica para eletrodos isolados podem ser iguais ou diferentes daqueles sinais para eletrodos não isolados com relação à frequência, à fase e à amplitude. Além disso, os sinais de entrada elétrica podem ser uma combinação de diferentes frequências aplicadas simultaneamente, e independentemente através de cada eletrodo. Opcionalmente, os sinais de entrada elétrica podem se alternar entre baixas e altas frequências. Em uma concretização preferida, as disposições de eletrodos que recebem os sinais de entrada elétrica podem ser todas independentemente ajustadas em positivo, negativo ou neutro durante a liberação de sinal. Em uma concretização alternativa, a polaridade do sinal varia em cada eletrodo em padrões aleatórios ou programáveis. Isto permite a modificação de fluxo de fluido em massa por toda a câmara fluídica, criando assim uma forma adicional ou suplementar de mistura fluídica que é capaz de reabastecer a zona de depleção de partícula e o aperfeiçoamento de toda a eficiência de captura de partículas dentro do dispositivo.
Exemplos
I. Gradientes representativos e alterações no campo elétrico com base em uma altura Z diferente de eletrodos individuais [0079] Conforme mostrado nas Figuras 9A-9D, evidência experimental foi reunida por mapeamento de mudanças no gradiente do campo elétrico, conforme expresso por V E2, com relação a diferentes alturas de eletrodo na dimensão Z. A Figura 9A é um traçado da matriz de microeletrodos que mostra as dimensões de substrato, com posições de eletrodo através da dimensão X (em microns) com relação à
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28/32 altura do eletrodo na dimensão Z (altura Z em microns).
[0080] A medição do gradiente das alterações no campo elétrico varia com base na mudança da altura do eletrodo na direção Z. Movendo-se da esquerda para a direita através do traçado XZ da Figura 9A, foram tomadas observações de um eletrodo apresentando uma altura média (Figura 9B), uma altura mais longa (Figura 9C) e a relativa altura mais curta (Figura 9D). É claro que a magnitude da mudança através do gradiente de campo elétrico é correlacionada com a altura do eletrodo na dimensão Z, de tal maneira que a intensidade mais forte se origine de uma altura de eletrodo mais curta com relação a uma altura mais longa.
II. Experimento mostrando mudanças de gradiente de campo elétrico para diferentes opções de eletrodo em comparação com a altura uniforme do eletrodo [0081] Os dispositivos da técnica anterior apresentam todos uma altura uniforme de cada eletrodo na matriz a fim de padronizar protocolos experimentais. Os dispositivos da presente invenção, por um lado, têm a capacidade de alterar cada eletrodo individual na altura Z a fim de tirar vantagem de maiores taxas de captura de partículas através da separação de forças de DEP das forças que derivam do fluxo de ET e EO.
[0082] Conforme mostrado na Figura 10A, é apresentado um gráfico de linha mostrando que o gradiente de campo elétrico constante através de eletrodos tem uma altura Z uniforme através da matriz. Em contraste, a Figura 10B mostra dados de gráfico de linha que descrevem a altura Z não uniforme de eletrodos e as mudanças correspondentes no gradiente de campo elétrico com base na diferente altura de eletrodo. A Figura 10C vai ainda mais longe quando incorpora o aspecto de rotação a dois eletrodos e as respectivas mudanças no campo elétrico com base nos mesmos. Conforme pode ser mostrado nes
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29/32 tes gráficos de linhas, o campo elétrico é capaz de ser severamente alterado com base nas concretizações preferidas dentro da presente invenção, resultando em taxas de captura mais eficientes para partículas contidas em um fluido.
III. Protocolos experimentais para a utilização do dispositivo [0083] A. Protocolo específico para captura, liberação e eluição de partículas contidas na solução fluida:
[0084] (1) carregar o espécime de fluido em câmara microfluídica e aplicar um campo elétrico de 30 Vpp aos eletrodos não isolados em uma frequência de 50 kHz;
[0085] (2) aplicar um campo elétrico de 1500 Vpp aos eletrodos isolados em uma frequência de 1000 Hz;
[0086] (3) permitir a captura por 10 minutos;
[0087] (4) depois dos 10 minutos, aplicar um fluxo acionado por pressão de 10 qL/min e remover o espécime de fluido com tampão de recuperação desejado;
[0088] (5) depois de o espécime de fluido original ser removido, desativar o campo elétrico aplicado a eletrodos isolados e não isolados e liberar as partículas imobilizadas em tampão de recuperação; e [0089] (6) remover o tampão de recuperação da câmara microfluídica para análise secundária.
[0090] B. Protocolo específico para captura e quantificação de partículas contidas em solução fluida:
[0091] (1) carregar espécime de fluido em câmara microfluídica e aplicar um campo elétrico de 30 Vpp para os eletrodos não isolados em uma frequência de 50 kHz;
[0092] (2) aplicar um campo elétrico de 1500 Vpp aos eletrodos isolados em uma frequência de 1000 Hz;
[0093] (3) permitir a captura por 10 minutos;
[0094] (4) durante 10 minutos de captura, monitorar a mudança
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30/32 em impedância sobre os sensores de impedância para determinar a taxa de imobilização ou taxa de partícula de influência de DEP sobre as partículas encontradas no fluido.
IV. Posições preferidas com relação à quinada, à inclinação e à rotação de três eletrodos adjacentes independentes dentro de uma matriz [0095] A matriz de microeletrodos dentro dos dispositivos da presente invenção inclui uma pluralidade de eletrodos, com cada eletrodo sendo capaz de manipulação independente de uma variedade de parâmetros, incluindo alterar certos ângulos de guinada, inclinação e rotação com relação ao plano de substrato. A relação entre este movimento multiplanar e a posição de cada eletrodo vizinho é fundamental para o processamento de amostras através de ótima uma agitação/mistura a fim de isolar as partículas dentro de cada amostra de fluido.
[0096] A Figura 11 mostra a ótima orientação através de uma série de três eletrodos adjacentes independentes um com relação ao outro. O eletrodo 1 (E1) é posicionado para ficar voltado para o eletrodo 2 (E2) que é angulado para ficar voltado para o eletrodo 3 (E3), que, por sua vez, é posicionado para ficar voltado para E1. Esta disposição de E1 a E2 a E3 e de volta para E1 cria uma ótima agitação em torno do centro dos três eletrodos na dimensão Z.
[0097] Todas as características descritas nesta especificação podem ser combinadas em qualquer combinação. Cada característica descrita nesta especificação pode ser substituída por uma característica alternativa que serve ao mesmo propósito, a um propósito equivalente ou a um fim similar. Desse modo, a menos que expressamente mencionado o contrário, cada característica descrita é apenas um exemplo de uma série genérica de características equivalentes ou similares. Conforme usadas nesta especifica e nas reivindicações ane
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31/32 xas, as formas singulares incluem as formas plurais. Por exemplo, os termos um/uma e o/a incluem referências no plural, a menos que ο conteúdo claramente dite o contrário. Adicionalmente, o termo pelo menos que precede uma série de elementos deve ser entendido como se referindo a cada elemento na série. As invenções ilustrativamente descritas aqui podem adequadamente ser praticadas na ausência de qualquer elemento ou elementos, limitação ou limitações, não especificamente aqui descritas. Desse modo, por exemplo, os termos compreendendo, incluindo, contendo, etc. serão lidos de forma expansiva e sem limitação. Adicionalmente, os termos e expressões empregados aqui foram usados como termos de descrição e não de limitação, e não há nenhuma intenção no uso de tais termos e expressões de excluir quaisquer equivalentes do futuro mostrado e descrito ou qualquer parte dele, e é reconhecido que várias modificações são possíveis dentro do escopo da invenção reivindicada. Desse modo, será entendido que embora a presente invenção tenha sido especificamente descrita pelas concretizações preferidas e características opcionais, a modificação e a variação das invenções aqui descritas podem ser utilizadas por aqueles versados na técnica, e que tais modificações e variações são consideradas como estando dentro do escopo das invenções aqui descritas. As invenções foram descritas de forma ampla e genérica aqui. Cada uma das espécies mais restritas e agrupamentos subgenéricos que estão dentro do escopo da descrição genéricas também faz parte destas invenções. Isto inclui a descrição genérica de cada invenção com uma condição ou limitação negativa, removendo qualquer assunto do gênero, independentemente de os materiais excisados residirem ou não nele especificamente. Além disso, quando características ou aspectos de uma invenção forem descritos em termos do grupo Markush, aqueles versados na técnica irão reconhecer que a invenção também é assim descrita em termos de qual
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32/32 quer membro individual ou subgrupo de membros do grupo Markush. Também é entendido que a descrição acima se destina a ser ilustrativa e não restritiva. Muitas concretizações ficarão evidentes àqueles versados na técnica com a revisão da descrição acima. O escopo da invenção deve, portanto, ser determinado não com referência à descrição acima, mas deve, pelo contrário, ser determinada com referência às reivindicações anexas, juntamente com todo o escopo de equivalentes para os quais se intitulam tais reivindicações. Aqueles versados na técnica irão reconhecer, ou poderão determinar utilizando não mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes às concretizações específicas da invenção descrita. Tais equivalentes se destinam a ser abrangidos pelas seguintes reivindicações.

Claims (23)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo de matriz de microeletrodos, caracterizado pelo fato de compreender:
    (a) um alojamento;
    (b) pelo menos um cartucho que compreende pelo menos um canal, onde um fluido pode ser passado através de pelo menos um orifício de entrada e emitido através de pelo menos um orifício de saída; e (c) um substrato dielétrico, onde o substrato dielétrico adicionalmente compreende uma pluralidade de eletrodos dispostos em um padrão geométrico e é depositado dentro de pelo menos um cartucho.
  2. 2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o alojamento conter mais de um cartucho.
  3. 3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a matriz de microeletrodos ser compreendida de uma disposição de eletrodos, onde a disposição de eletrodos é configurada usando três ou mais sinais de entrada separados para independentemente operar pelo menos três configurações de polaridade diferente em qualquer tempo determinado.
  4. 4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos um canal ser disposto para acomodar o fluido que passa sobre a matriz de microeletrodos.
  5. 5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de eletrodos ser depositada dentro do substrato dielétrico usando um meio selecionado do grupo que consistem em fotolitografia, deposição de vapor, pulverização catódica, serigrafia, impresssão tridimensional (3D) e galvanoplastia.
  6. 6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o substrato dielétrico ser composto de pelo menos
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    2/4 vidro, silício ou um polímero não condutor.
  7. 7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de eletrodos ser formada de metal ou de um material condutor não metálico.
  8. 8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de eletrodos apresentar uma espessura de cerca de 10 nm a cerca de 10 pm.
  9. 9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os eletrodos serem configurados para prover campos elétricos isolados e não isolados.
  10. 10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de eletrodos ser geometricamente configurada para facilitar o desacoplamento das forças dieletroforéticas provenientes das forças derivadas do fluxo eletrotérmico e eletroosmótico.
  11. 11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de eletrodos ser substancialmente circular na forma com um ângulo de orientação entre eletrodos adjacentes de cerca de 0 grau a cerca de 90 graus.
  12. 12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada eletrodo individual dentro da pluralidade de eletrodos poder conduzir uma carga que é positiva (+), negativa (-) ou neutra.
  13. 13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de cada eletrodo individual poder variar a carga com relação ao eletrodo mais próximo na matriz.
  14. 14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a matriz de microeletrodos compreender pelo menos dois planos diferentes em uma dimensão Z entre eletrodos adjacentes independentes.
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    3/4
  15. 15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a dimensão Z entre eletrodos adjacentes independentes variar de pelo menos 1 nm a mais de 5 nm.
  16. 16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada eletrodo individual dentro da pluralidade de eletrodos apresentar guinada, inclinação e rotação independentes entre si.
  17. 17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente um circuito de ponte de impedância ser embutido entre os eletrodos.
  18. 18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicional mente pelo menos um transistor de efeito de campo ser embutido em cada eletrodo exposto.
  19. 19. Método de processar fluido a fim de analisar e extrair partículas dentro do fluido, caracterizado pelo fato de compreender:
    (a) prover um dispositivo que compreende um alojamento, onde em que pelo menos um cartucho compreende pelo menos um canal dentro do alojamento e um substrato dielétrico, e onde o substrato dielétrico adicionalmente compreende uma pluralidade de eletrodos disposta em um padrão geométrico e depositada dentro de pelo menos um cartucho;
    (b) expor a pluralidade de eletrodos ao fluido;
    (c) prover um campo elétrico não uniforme por todo o fluido;
    (d) medir uma mudança na corrente ou impedância usando um transistor de efeito de campo em um momento específico; e (e) quantificar as partículas, uma vez que as partículas tenham introduzido uma zona de depleção dieletroforética.
  20. 20. Método de quantificar pelo menos uma partícula em uma solução fluida, caracterizado pelo fato de compreender:
    (a) prover um dispositivo de matriz de microeletrodos que
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    4/4 compreende um campo elétrico não uniforme;
    (b) medir uma mudança na corrente ou impedância usando um transistor de efeito de campo em um momento selecionado do grupo que consiste em tempo real, durante ou após pelo menos uma partícula influenciada pelo campo elétrico não uniforme (i) entrar em uma zona de depleção dieletroforética, (ii) ser imobilizada em uma região dieletroforética de alto campo ou uma região de baixo campo, ou (iii) ser liberada na região dieletroforética de alto campo ou região de baixo campo, respectivamente.
  21. 21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de a solução fluida apresentar uma condutividade que varia de cerca de 0 S/m a cerca de 5 S/m.
  22. 22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de a solução fluida apresentar uma viscosidade de cerca de 1 cP a cerca de 100 cP ou de cerca de 0,0001 Pascal-segundo a cerca de 0,1 Pascal-segundo.
  23. 23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o dispositivo de matriz de microeletrodos ser capaz de influenciar partículas que variam, em diâmetro, de cerca de 10 nm a cerca de 50.000 nm.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11877857B2 (en) 2017-09-13 2024-01-23 Hologic, Inc. Wireless active monitoring implant system
JP7190129B2 (ja) * 2018-10-01 2022-12-15 ヒューグルエレクトロニクス株式会社 イオン分布可視化装置及びイオン分布可視化システム
CN111300812A (zh) * 2020-04-04 2020-06-19 南开大学 一种数码可控打印P（VDF-TrFE）纳米线阵列的方法
CN112034029B (zh) * 2020-09-11 2022-12-20 华南师范大学 微流体介电泳分离装置及微流体介电泳分离装置制作方法
TWI784869B (zh) * 2021-03-19 2022-11-21 國立陽明交通大學 微流體檢測系統及微流體檢測方法
JP2023005958A (ja) * 2021-06-30 2023-01-18 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 流路チップおよび誘電泳動装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9301122D0 (en) * 1993-01-21 1993-03-10 Scient Generics Ltd Method of analysis/separation
US5989402A (en) * 1997-08-29 1999-11-23 Caliper Technologies Corp. Controller/detector interfaces for microfluidic systems
US7306924B2 (en) * 2000-04-17 2007-12-11 Purdue Research Foundation Biosensor and related method
US7635420B1 (en) 2006-11-21 2009-12-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Dielectrophoresis-based particle sensor using nanoelectrode arrays
US20140367260A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Nanophoretics Llc Method and Apparatus for Identifying Objects in a Plurality of Objects Using Dielectrophoresis
CA2945146A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-15 Biological Dynamics, Inc. Improved devices for separation of biological materials

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