BR112020015942A2

BR112020015942A2 - Sensor para as medições de impedância da amostra de fator biológico ou químico e método para detectar o fator biológico ou químico na amostra com o uso de tal sensor

Info

Publication number: BR112020015942A2
Application number: BR112020015942-5A
Authority: BR
Inventors: Artur Kupczunas; Dawid Nidzworski; Krzysztof Urbanski; Jakub Mnich; Katarzyna Pala; Tomasz Gondek; Elzbieta Czaczyk; Karolina Dziabowska
Original assignee: Sensdx S.A.
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2020-12-15
Also published as: CN111699267A; PL239378B1; JP2021515884A; ES2897668T3; EP3749780A2; JP7330519B2; KR20200117013A; LT3749780T; WO2019155366A3; PL424524A1; EP3749780B1; PL3749780T3; US20210025876A1; WO2019155366A2

Abstract

a matéria da presente invenção refere-se ao sensor para as medições de impedância da amostra de fator biológico ou químico no sistema de potenciostato que compreende o eletrodo de referência re e o eletrodo de contagem ce com os contatos elétricos conduzindo à borda do sensor sob a forma do conector de borda caracterizado pelo fato de que o mesmo contém n eletrodos de trabalho wen, em que n>2 e, preferencialmente, n está na faixa de 2 a 256, e o eletrodo de referência re é comum para todos os eletrodos de trabalho wen, e o fragmento do mesmo está presente através do eletrodo de trabalho wen que forma o segmento de medição re-ce-wen. a matéria da invenção também se refere ao método de detecção do fator químico ou biológico na amostra com o uso de tal sensor.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO SENSOR PARA AS MEDIÇÕES DE IMPEDÂNCIA DA AMOSTRA DE FATOR BIOLÓGICO OU QUÍMICO E MÉTODO PARA DETECTAR O FATOR BIOLÓGICO OU QUÍMICO NA AMOSTRA COM O USO DE TAL SENSOR

[001] A matéria da invenção refere-se ao sensor para as medições de impedância da amostra de fato biológico ou químico no sistema de potenciostato que compreende o eletrodo de referência (RE) e o eletrodo de contagem (CE) com os contatos elétricos que conduzem à borda do sensor sob a forma do conector de borda.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] No estado da técnica, há um número de invenções que soluciona o problema das medições sensitivas dos agentes nas amostras biológicas. O pedido nº US2014273549A1 apresenta a solução que se refere ao sensor biométrico de canal único e de multieletrodos (por exemplo, para a medição da glicose no sangue) sob a forma de uma tira conectada no dispositivo de medição com o uso de uma fenda. A tira contém vários campos produzidos a partir de um condutor, e o aro da tira é formado de tal maneira para se encaixar na fenda de sensor e é equipado com vários contatos. O dispositivo descrito contém um segmento de medição que consiste em poucos eletrodos. O pedido nº WO2013114291A1 refere-se ao sensor de temperatura de multicanais sob a forma de uma placa com as vias formadas que conduzem o conector de borda para a conexão com a fenda do dispositivo de sensoriamento. A placa contém vários campos produzidos a partir de um condutor, e o aro é formado para se encaixar na fenda de sensor, e a placa é equipada com vários campos de contato (conectores de borda). As medições são conduzidas simultaneamente e em paralelo. Na solução descrita, cada campo de medição é um sistema de medição independente, e o caráter de multicanais é alcançado pela multiplicação de sistemas de medição; o número das linhas de circuito também é multiplicado. Cada um dentre esses sistemas de medição opera independentemente, portanto a medição de amostra não é conduzida sob as mesmas condições em cada canal. Além do mais, tal distribuição de eletrodos aumenta o tempo de medição e não fornece a possibilidade de eliminar os erros de medição.

[003] A patente nº US6391558B1 apresenta o sistema para detectar os ácidos nucleicos com base no método eletroquímico. O sistema utiliza o eletrodo na superfície PCB que inclui o conjunto de eletrodos de referência e de trabalho. O potencial elétrico aplicado ao eletrodo de trabalho é multiplexado, o que permite a detecção de vários ligantes em uma amostra. O sensor de eletrodo é conectado ao analisador que detecta os pulsos elétricos e as mudanças de sinal causados pelas interações do eletrodo.

[004] O pedido de patente nº US20030042150A1 descreve o sensor eletroquímico para detectar os parâmetros de sangue, tais como a concentração de glicose, nível de colesterol e outros. O sistema consiste em vários eletrodos que permitem a medição simultânea de múltiplos parâmetros.

[005] Por outro lado, a patente nº US6391558B1 descreve o método para detectar ácido nucleico com o uso dos eletrodos nas placas impressas. O eletrodo pode ser produzido a partir de carbono ou metais, incluindo cobre, níquel, ouro, platina, paládio e outros. As placas impressas são fabricadas com o uso de serigrafia e são subsequentemente sujeitas à fotolitografia. A descrição não envolve a possibilidade de executar as medições simultâneas do número de eletrodos sem a multiplexação.

[006] Os biossensores, com base nas medições eletroquímicas, são geralmente usados nos dispositivos de Local de Atendimento (PoC). Ward et al. na publicação PLOS ONE 2014 9 3 e91732. “Detecting P. aeruginosa with a Novel Biosensor" descreveram o método para determinar Pseudomonas aeruginosa com o uso de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS). A medição e a análise de resultados são baseadas na mudança da impedância após a conexão dos microrganismos por meio de pili, flagelos ou proteínas extracelulares com o biofilme na superfície do eletrodo, o que pode causar a transferência de carga, ou por meio da detecção de metabólitos produzidos a partir dos microrganismos.

[007] O pedido de patente internacional nº W02001083674A1 descreve o método para detectar os reagentes com o uso do biossensor eletroquímico produzido a partir dos eletrodos cobertos com a monocamada das moléculas biológicas, preferencialmente, a biotina que seletivamente interage com a estreptavidina. Por outro lado, Moreira et al. (Sensors and Actuators B 223 (2016) 927 a 935) descrevem a utilização da tecnologia de serigrafia para fabricar os sensores com base nos eletrodos de prata. O sensor incluía anticorpos artificiais que reconheciam biomarcadores de câncer. O sinal de detecção de anticorpos foi medido com o uso de vários métodos, tais como voltametria cíclica (CV), espectroscopia de impedância eletroquímica (ESI) e voltametria de onda quadrada (SWV).

[008] A desvantagem das invenções descritas no estado da técnica é a falta da possibilidade de conduzir medição de multicanal paralela para todos os segmentos de medição, o que negativamente influencia na velocidade de medição e em sua precisão. Para conduzir as medições de multicanal com o uso das soluções descritas no estado da técnica, um sistema de sensor com a multiplexação de sinal é usado, em que, em um dado momento, apenas um segmento de medição é energizado e registrado, e subsequentemente o sistema comuta a energia e a medição para o próximo segmento de medição. Por último, não há possibilidade de executar a medição simultânea. Cada segmento de medição tem seu conjunto separado de eletrodos, os erros de medição gerados, constantes e aleatórios, detectados nos eletrodos de referência não podem ser compensados de nenhuma maneira porque cada eletrodo de referência é um circuito elétrico separado (erro constante de cada eletrodo) e os erros aleatórios são impossíveis de definir devido às medições de segmentos várias vezes.

[009] De maneira inesperada, constatou-se que a invenção apresentada soluciona esse problema.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] A matéria da presente invenção refere-se ao sensor para as medições de impedância da amostra de fator biológico ou químico no sistema de potenciostato que compreende o eletrodo de referência RE e o eletrodo de contagem CE com os contatos elétricos conduzindo à borda do sensor sob a forma do conector de borda, o qual preferencialmente compreende n eletrodos de trabalho WEn, em que n>2 e, preferencialmente, n está na faixa de 2 a 256, e o eletrodo de referência RE é comum para todos os eletrodos de trabalho WEn, e o fragmento do mesmo está presente através do eletrodo de trabalho WEn que forma o segmento de medição RE-CE-WEn.

[011] Preferencialmente, pelo menos dois e, mais preferencialmente, todos os eletrodos WEn são cobertos na superfície exterior com a camada do material sensorial - o material reage apenas com um tipo do fator químico ou biológico na amostra.

[012] Preferencialmente, pelo menos dois eletrodos WEn são cobertos com diferentes materiais sensoriais.

[013] Preferencialmente, o material sensorial é o material de um tipo biológico ou sintético, e, especificamente, esses são anticorpos, fragmentos de anticorpo, peptídeos, sequências de ácido nucleico para a detecção do fator biológico ou químico na amostra.

[014] Preferencialmente, os eletrodos de trabalho WEn (7) têm o formato de círculos uniformes e estão localizados simetricamente no eletrodo de contagem CE, em que as bordas do eletrodo de contagem CE têm o formato de circunferências que são concêntricas com esses círculos, sendo que o eletrodo de referência RE está localizado entre o eletrodo de contagem CE e os eletrodos de trabalho WEn, e o formato do eletrodo de referência RE é igual ao contorno do eletrodo de contagem CE.

[015] Preferencialmente, compreende a conexão adicional e/ou de não conexão para codificar o número do eletrodo de trabalho WEn, em que n>2 e,

preferencialmente, n está na faixa de 2 a 256.

[016] Preferencialmente, a disposição dos eletrodos de trabalho WEn, do eletrodo de contagem CE e do eletrodo de referência RE constitui uma repetição de segmentos de medição de formato e distâncias idênticos em cada um dentre os segmentos de medição, sendo que o eletrodo de trabalho WEn, o eletrodo de contagem CE e o eletrodo de referência RE são iguais e, além disso, a área do eletrodo de trabalho WEn (7), do fragmento de eletrodo de contagem CE (4) e do fragmento de eletrodo de referência RE (3) são respectivamente iguais em cada segmento. O formato do eletrodo de referência RE inclui a distribuição do campo elétrico gradiente no sensor polarizado que reflete, essencialmente, o valor de potencial idêntico em um eletrólito polarizado.

[017] Preferencialmente, a disposição e o formato dos eletrodos de trabalho WEn, do eletrodo de referência RE, e do eletrodo de contagem CE têm seu eixo geométrico de simetria.

[018] Preferencialmente, o conector de borda tem os campos de contato que constitui um circuito elétrico independente dos eletrodos WEn, RE e CE destinados à identificação da localização correta de sensor na fenda do sistema de medição através da conexão dos contatos de fenda de medição durante a inserção do sensor na fenda.

[019] Preferencialmente, o mesmo contém 9 pontos de contato usados para codificar o número de sensor.

[020] Preferencialmente, o conector de borda é o plugue HDMI (Interface Multimídia de Alta Resolução) ou o plugue DisplayPort (interface digital universal).

[021] A matéria da presente invenção refere-se ao método para detectar o fator biológico ou químico na amostra, sendo o método caracterizado pelo fato de que a amostra do fator biológico ou químico, sob a forma do eletrólito ou da solução, é colocada no dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1 a 11, em que todos os eletrodos de trabalho Wen, eletrodo de contagem CE e eletrodo de referência RE são cobertos com a amostra mencionada sob a forma de solução, e, subsequentemente, 2 a 256 de medições de amostra são conduzidas simultaneamente, especificamente com o uso da técnica de espectroscopia de impedância ou de voltametria, e com base nos resultados nessas medições, a presença do fator biológico ou químico na amostra é determinada.

[022] Preferencialmente, a medição é conduzida na configuração inversa, em que o eletrodo de referência RE opera como o eletrodo de contagem CE, e o eletrodo de contagem CE opera como o eletrodo de referência RE.

[023] Preferencialmente, as medições são conduzidas na configuração inversa, em que o sinal estimulante é aplicado nos eletrodos WEn em vez de ser aplicado no eletrodo CE. O inverso da configuração de eletrodo permite obter várias características de resultado da impedância de eletrodo em comparação à configuração padrão. As presentes diferenças são o resultado da não linearidade dos efeitos que ocorrem no sistema de amostra de camada testada de sensor biossensível. No presente documento, tanto a possibilidade de inverter a polarização de eletrodo (sendo assim, a direção do movimento de carga elétrica, incluindo íons na solução) quanto à mudança na configuração do sistema de medição (o método de medição das correntes para os eletrodos individuais) são necessárias. Particularmente, dessa forma, é possível medir a não linearidade das características de impedância, as quais são o resultado da presença de junções p-n nos sistemas medidos.

[024] Preferencialmente, os fatores biológico ou químico são os patógenos, especificamente, os vírus, bactérias, fungos, proteínas e fragmentos dos mesmos, incluindo as enzimas, os anticorpos, as proteínas estruturais, os fragmentos de anticorpo, os peptídeos, os aficorpos, os ácidos nucleicos e as sequências de nucleotídeo, incluindo DNA de filamento único e de filamento duplo, RNA, os aptâmeros, as sequências curtas de nucleotídeo, os ácidos graxos, os carboidratos, os glicolipídios, os glicopeptídios e outros compostos químicos orgânicos, tais como as pesticidas, os antibióticos, os compostos não orgânicos, incluindo metais pesados.

MODALIDADES PREFERENCIAIS

[025] A invenção será explicada, em mais detalhes, nas modalidades preferenciais, com referências às Figuras presentes, em que:

[026] A Figura 1 apresenta o sensor 1 para as medições de impedância no sistema de potenciostato que compreende o eletrodo de referência RE 3 e o eletrodo de contagem CE 4 com os contatos elétricos 5 que conduzem à borda 6 do sensor 1 sob a forma do conector de borda. O sensor apresentado 1 é equipado com o eletrodo de trabalho WEn 7, em que n=8, e o eletrodo de referência RE 3 é comum para todos os eletrodos de trabalho WEn 7 e seu fragmento está localizado próximo ao eletrodo de trabalho WEn 7 que forma o segmento de sensoriamento 8 do tipo RE-CE-WEn.

[027] A Figura 2 apresenta a borda 6 do sensor 1 sob a forma do conector de borda com os pontos de contato 11 que formam o circuito elétrico separado dos eletrodos WEn7, RE 3 e CE 4 destinados à identificação de colocação de sensor correta na fenda de medição e os eletrodos de conexão adicional 13 e/ou de não conexão para codificar o número do eletrodo de trabalho WEn 7.

[028] A Figura 3 apresenta o ideograma do sistema de identificação do sensor com o número codificado "11001". O possível número de combinações é 32 (2AM para M=4).

[029] A Figura 4 apresenta o ideograma do sistema na versão simplificada; o subconjunto de 3 contatos elétricos 5 é usado para a identificação, portanto o número de combinações é 2''M = 8.

[030] Na Figura 5, a medição da interação de sensor com a amostra positiva e com o produto com lactose.

[031] Na Figura 6, a medição da interação de sensor com a amostra negativa e com o produto livre de lactose.

[032] Na Figura 7, a interação do sensor de ssDNA-modificado com uma sequência complementar.

[033] Na Figura 8, o resultado da medição de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica para o eletrodo de cobre coberto com a camada biológica tratada sucessivamente com NaCl 0,5 M, saliva artificial com tampão Triton X (1%), vírus H1N1 no tampão Triton X com NaCl 0,5 M de aditivo.

[034] Na Figura 9, uma vista superior e em corte transversal do sensor 1 coberto com o material sensorial 9 (camada biológica) e a amostra aplicada 2 do fator biológico ou sintético.

[035] Na modalidade preferencial, os eletrodos de trabalho WEn 7 são cobertos com o material sensorial 9, portanto a substância é responsável pela detecção das partículas e substâncias biológicas e químicas específicas na amostra 2, preferencialmente, sob a forma de uma solução ou de uma suspensão.

[036] O eletrodo de trabalho RE 3 e o eletrodo de contagem CE 4 são os eletrodos auxiliares que são compartilhados durante a medição com todos os eletrodos WEn 7 e são usados para conduzir as medições das quantidades elétricas que mudam devido aos processos químicos que ocorrem no material sensorial 9 colocado nos eletrodos WEn7 devido ao fator biológico ou químico destinado à detecção na amostra 2.

[037] O sensor de conector de borda 1 é mecânica e parcialmente compatível eletricamente com a porta padrão de HDMI ou DisplayPort. Em uso típico, as portas de HDMI e de tipo DisplayPort são utilizadas para a transmissão dos dados digitais e contém duas fileiras de contatos no invólucro que mantém a conexão elétrica entre a porta e o plugue inserido. A construção mecânica das portas e plugues HDMI / DP evita sua conexão inversa.

[038] Entretanto, na solução apresentada do sensor 1, o mesmo não é encaixado na porta HDMI I DP e quaisquer elementos mecânicos fornecem funcionalidade similar, o que evita a inserção inversa do sensor na fenda de sensor. Portanto, sem qualquer proteção mecânica adicional, a inserção inversa do sensor 1 na fenda de medição é possível, evitando, assim, a medição. Em tal situação, um problema adicional é o da construção da porta padrão HDMI/DP - os contatos estão localizados de uma maneira alternativa, em vez de maneira oposta, o que, na prática, faz com que seja impossível usar os contatos elétricos 5 na borda 6 do conector de borda para uma detecção sem ambiguidade da inserção inversa do sensor 1 na fenda de sensor. Isso ocorre devido ao fato de que, por meio da inserção inversa, os pontos de conexão da fenda de sensor e os centros dos contatos elétricos 5 não se sobrepõem - o ponto de conexão é trocado pela área isolada entre os contatos elétricos 5. Como um efeito, é possível obter o curto-circuito dos contatos elétricos vizinhos 5 por meio do contato de fenda, assim como obter a conexão elétrica com qualquer um desses contatos elétricos 5. Esse fenômeno é praticamente imprevisível e o resultado obtido pode ser completamente diferente do que a tentativa a seguir de inserir o sensor 1 na fenda de sensor na orientação inversa. Esse é o resultado do desajuste de folgas entre o alojamento de encaixe e o conector de borda e do desvio da borda 6 do conector de borda do ângulo certo em relação ao eixo geométrico de simetria de encaixe.

[039] De maneira inesperada, constatou-se que, apesar de a exclusão de tal situação não ser possível, é possível detectar a orientação correta ou incorreta do sensor 1, embora a inserção do mesmo na fenda de sensor seja baseada exclusivamente nas medições elétricas. É necessário traçar os pontos de conexão 11 de tal maneira que a parte mais próxima à borda 6 do sensor 1 de conector de borda seja usada como os pontos de conexão 11 para a detecção da orientação de sensor no encaixe, enquanto as outras áreas do conector de borda mantêm o contato elétrico das conexões de encaixe com os contatos elétricos 5 conectados com os sensores de eletrodo individuais. A modalidade é apresentada na Figura 2. Durante a inserção do sensor 1 no encaixe, a conexão temporária dos contatos 1-2-3-4 e 6-7-8-9 do encaixe de conexão através dos pontos de conexão sem a conexão com o contato 5 ocorre. O método inventado para detectar a orientação de sensor 1 em relação à fenda é totalmente baseado nas medições elétricas monitorando-se os curtos-circuitos entre os grupos de conectores elétricos durante a inserção do sensor 1 no encaixe de sensor, e o mesmo não limita funcionalmente ou impacta a operação do sensor 1 após sua total inserção.

[040] As variantes da solução descrita cobrem o isolamento dos pontos de conexão 11 no lado superior, inferior, ou em ambos os lados do conector de borda em várias configurações das conexões com circuito da fenda de sensor.

[041] Apenas após a detecção da orientação correta de sensor 1 na fenda de sensor, os sinais elétricos usados para a identificação de sensor 1 e necessários para a medição correta são ativados. EXEMPLO 1

IDENTIFICAÇÃO DO TIPO DE SENSOR

[042] A versatilidade do sensor inclui seu uso para a detecção de várias substâncias biológica ou química. O sensor 1 pode ser produzido em várias versões que diferem em tipos de materiais sensoriais 9 do eletrodo de trabalho sensitivo WEn 7 aos patógenos selecionados específicos ou a outras substâncias. Portanto, fez-se necessário permitir a possibilidade da identificação sem ambiguidade do tipo de sensor 1 localizado no sensor e, com base no mesmo, selecionar as condições de medição, tais como os valores de sinal de estimulação e o tempo de medição que pudesse variar para os tipos de sensor individuais 1. Soluções comumente encontradas são baseadas na identificação colorimétrica, na utilização dos códigos com base na análise de imagem óptica (por exemplo, código de barras, códigos de QR) ou sistemas eletrônicos especializados usados para a identificação com ou sem fio (por exemplo, RFID).

[043] O tipo de identificação do sensor 1 é possível com o uso dos mesmos contatos elétricos 5 que são usados para as medições dos eletrodos de trabalho WEn 7. A codificação do tipo de sensor 1 é conduzida pela seleção do subconjunto de N contatos elétricos 5 a partir de M disponíveis, em que N < M. A combinação selecionada de N contatos elétricos 5 é adicionalmente conectada ao eletrodo de referência RE 3 ou ao eletrodo de contagem CE 4 ou ao eletrodo de proteção GE 14. O sensor de circuito elétrico detecta quais contatos elétricos 5 estão conectados, e os contatos elétricos 5 são conectados de tal maneira que não sejam usados durante as etapas adicionais da medição adequada.

[044] De acordo com a Figura 3, os contatos elétricos 5, números 1 e 2, que conduzem os eletrodos de trabalho WEI e WE2 7 e o contato elétrico 5, número 5, não foram conectados eletricamente com quaisquer linhas dos contatos elétricos 5 do eletrodo CE 4, do eletrodo RE3, GE 14, portanto esses eletrodos são usados para conduzir a medição do conteúdo de fator biológico ou químico. Os contatos elétricos 5, número 3 e 4, estão conectados com o eletrodo centralmente localizado GE 14. A polarização de tensão inicial VPOL na faixa de 500 mV a 5V de todo o contato elétrico 5 em referência a GE14 ou RE, CE fornece o resultado de medição similar a VGE apenas para os contatos elétricos 5, 3 e 4, e a resultado da medição de tensão é similar a VPOL para os contatos elétricos 5, números 1, 2 e 5. O código "11001" é obtido ao atribuir o potencial similar a VGE com o símbolo "0" e um similar a VPOL com o símbolo "1".

[045] A solução apresentada com o subconjunto selecionado dos contatos elétricos 5 do conjunto de conector de borda em qualquer combinação conectada ou não conectada com os eletrodos GE 14, os eletrodos RE 3, ou os eletrodos de contagem CE 4 permitem a decodificação de várias combinações 2AN. Para a solução exemplificativa, o subconjunto dos contatos elétricos 5 usados para a identificação com N=3 dos contatos elétricos 5 permite a identificação sem ambiguidade de 8 diferentes tipos de sensor 1. De maneira similar, para N=8, é possível identificar 256 tipos do sensor 1.

[046] A solução que permite a utilização de todos os contatos elétricos 5 para a identificação do tipo do sensor 1 fornece número maior de combinações, ou seja, 32 combinações (2AM para M=4).

[047] A Figura 4 apresenta o modelo na versão simplificada; o subconjunto contém 3 contatos elétricos 5, portanto o número de combinações é 2AM = 8.

OPERAÇÃO DE SENSOR

[048] No caso da solução apresentada, cada segmento individual de medição 8 composto pelo eletrodo de trabalho WEn 7 e o fragmento correspondente do eletrodo de referência RE 3 e do eletrodo de contagem CE 4 é idêntico, isto é, as distâncias idênticas entre esses elementos são mantidas e os valores de área são mantidos de forma constante. O potencial do eletrodo de referência RE 3 é constante no sistema todo, resultando, assim, em condições perfeitas de medição para o sistema todo. Todos os outros pares de eletrodo operam de maneira idêntica, e o eletrodo de referência RE 3 equaliza o potencial dentro das proximidades de outros eletrodos.

[049] Os eletrodos de trabalho WEn 7, os eletrodos de referência RE3 e o eletrodo de contagem CE4 são produzidos a partir do material de baixa resistividade, por exemplo, o cobre, que é insignificante em comparação à resistividade da amostra 2 ou do material sensorial 9 que reage com as substâncias química e biológica particulares, por exemplo, os patógenos que foram detectados.

[050] Os sistemas de multicanais demostram uma influência negativa do gradiente de potencial elétrico nos resultados obtidos a partir dos canais individuais.

[051] Na solução apresentada do sensor de multicanal 1, os sensores de medição 8 são usados para formar o sistema do eletrodo de trabalho WEn 7, do eletrodo de trabalho 3 e do eletrodo de contagem 4, em que cada um dentre os segmentos de medição 8 mantém a geometria idêntica, especificamente uma área idêntica dos eletrodos individuais, as distâncias entre os eletrodos e os formatos dos eletrodos atribuídos de tal maneira que o caminho do eletrodo RE corresponda ao potencial fixo certo na distribuição das linhas de campo de força elétrica no sensor polarizado 1.

[052] De maneira inesperada, constatou-se, durante os testes conduzidos, que o sistema de eletrodo projetado de tal maneira fornece tanto uma ótima repetibilidade de resultados independentemente do eletrodo analisado WEn 7 quanto permite a utilização de novos métodos de medição de impedância. MÉTODO DE MEDIÇÃO N1

[053] Comparando-se a espectroscopia de impedância clássica e o sistema de potenciostato, o propósito do eletrodo de referência RE 7 é o de medir o potencial na solução de amostra 2 sob a forma de eletrólito a fim de compensar (eliminar) a impedância de eletrólito do resultado final que é o valor de impedância dentro do sistema de eletrodo CE-WEn, em vez de alcançar o conjunto potencial devido às mudanças no potencial de eletrodo de contagem CE 4. MÉTODO N2

[054] Comparando-se o método de medição clássico usado na espectroscopia de impedância e o potenciostato, há uma mudança nos papéis do eletrodo de trabalho WEn 7 e do eletrodo de contagem CE 4 - as estimulações são geradas em tal sistema pelos eletrodos de trabalho WEn 7, em vez de ser pelo eletrodo de contagem CE 4. O papel do eletrodo de trabalho RE7 de maneira similar ao método N1 é o de medir a distribuição de potencial no eletrólito. De maneira inesperada, constatou-se que os valores de impedância medidos com o uso do método N2 são diferentes dos valores obtidos com o uso do método tradicional ou do método N1, embora a comutação cíclica do modo de operação para o sistema de medição entre N1 e N2 forneça informações adicionais sobre as amostras medidas.

[055] Ambos os métodos N1 e N2 são caracterizados pela falta de limitações típica para as medições de impedância comumente conduzidas com o sistema de potenciostato; especificamente, a execução simultânea da medição para todos os eletrodos de trabalho WEn 7 é possível.

[056] Constatou-se que, além do aumento benéfico da quantidade de dados sobre uma dada amostra 2 obtidos enquanto os métodos N1 e N2 são mudados, a vantagem adicional é uma redução significante do tempo de medição em comparação ao tempo relativo às medições multiplexadas, com base na condução das medições separadas para os eletrodos individuais. O ganho na redução do tempo de medição, usando-se tanto o método N1 quanto o método N2, é diretamente proporcional ao número de canais e para os 8 canais medidos simultaneamente é 8 vezes menor do que a medição análoga com o método tradicional, isto é, com o tempo de multiplexação.

[057] O eletrólito, diferentemente da situação com as medições eletroquímicas clássicas, é apenas um umectante e um agente auxiliar para a condução de eletricidade e a geometria de eletrodos que elimina a influência do próprio eletrólito na impedância.

[058] A construção e a disposição mutual dos eletrodos também permitem o uso do modo de detecção inverso. No sistema clássico, o estímulo ocorre no eletrodo de contagem CE 4 e o sinal é registrado pelo eletrodo de trabalho WEn 7. No caso da solução dada, a medição pode ser conduzida de tal maneira que o estímulo no eletrodo de trabalho WEn 7 e no eletrodo de contagem CE 4 seja usado como uma referência para o sistema todo de medição. Invertendo-se a direção de corrente de íons através do eletrólito, é possível fornecer o resultado que difere em certa faixa de frequência do resultado obtido com o uso de um método tradicional, o que aprimora a sensibilidade do dispositivo e aumenta suas capacidades relativas à detecção de mau funcionamento automática do sensor 1 ou dos eletrodos individuais. EXEMPLO 2

ANÁLISE DAS INTERAÇÕES DE ELETRODO DE LACTOSE

[059] A superfície do eletrodo de trabalho WEn 7 é modificada pela enzima beta- galactosidase. Subsequentemente, o eletrodo de trabalho WEn 7 é zerado com o tampão (preparado para o trabalho, portanto umedecido com a solução de zeragem usada para a ativação de eletrodo) e, subsequentemente, a amostra 2 é aplicada como a solução que contém lactose. A Figura 5 mostra a mudança distinta na impedância no caso da presença de lactose.

[060] A amostra livre de lactose foi usada como o experimento de controle.

Conforme mostrado na Figura 6, o sensor 1 não demonstra as mudanças durante a presença da amostra de controle. EXEMPLO 3

ANÁLISE DAS INTERAÇÕES DE DNA NOS ELETRODOS

[061] Os eletrodos de trabalho WEn 7, números 1 a 8, são lavados com H2SO4 antes da medição. Primeiro, a medição com os eletrodos de trabalho limpos WEn 7 é conduzida e, subsequentemente, o material sensorial 9 é preparado neles. O material sensorial 9 é preparado pela:

[062] • Deposição da forma modificadora de SH-DNA (ssDNA) e pela incubação na temperatura ambiente por 2 a 24 h.

[063] • Subsequentemente, a aplicação de 10 pi de solução MCH é conduzida (DNA complementar, CssDNA) e a lavagem com o tampão PBS, com o pH 7,4 é realizada para remover as moléculas não ligadas.

[064] O sensor 1 é preparado de tal maneira com o material sensorial 9 que permite a condução das medições, por exemplo, com a espectroscopia de impedância eletroquímica que mostra a interação de SH-DNA modificador (fixado à superfície do eletrodo) com o DNA complementar presente na amostra medida.

[065] Os resultados são mostrados no gráfico (na Figura 7), em que o aumento na impedância é causado pela interação do DNA complementar com o DNA modificador. EXEMPLO 4 ANÁLISE DAS INTERAÇÕES DE SENSOR DE SUPERFÍCIE DE COBRE - VÍRUS H1N1 560:

[066] • a modificação da superfície de sensor com a camada biológica (com o anticorpo anti-Ml)

[067] • denominada "zeragem" do sensor modificado com o anticorpo - etapa um da medição adequada da atividade de sensor biológico como o resultado, baseado na qual a camada de peptídeo seca é preparada para os testes,

[068] • a análise das interações de sensor com a amostra negativa sob a forma da saliva artificial com um aditivo com 1% de Triton X

[069] • a análise das interações de sensor com a amostra que contém vírus H1N1

[070] Os resultados são mostrados na Figura 8

[071] Resultados: o sensor produzido a partir da base de cobre modificada com o anticorpo:

[072] • mostra uma leve mudança na impedância durante a interação com a amostra negativa, a saliva artificial com a adição de 1% de Triton X;

[073] • mostra uma mudança distinta (aumenta) na impedância durante a interação do peptídeo com a amostra que contém vírus.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SENSOR PARA MEDIÇÕES DE IMPEDÂNCIA DA AMOSTRA DE FATOR

QUÍMICO OU BIOLÓGICO NO SISTEMA DE POTENCIOSTATO QUE

COMPREENDE O ELETRODO DE REFERÊNCIA RE E O ELETRODO DE

CONTAGEM CE COM OS CONTATOS ELÉTRICOS CONDUZINDO À BORDA DO SENSOR SOB A FORMA DO CONECTOR DE BORDA caracterizado pelo fato de que o mesmo contém n eletrodos de trabalho WEn (7), em que n>2 e, preferencialmente, n está na faixa de 2 a 256, e o eletrodo de referência RE (3) é comum para todos os eletrodos de trabalho WEn (7), e o fragmento do mesmo está presente através do eletrodo de trabalho WEn (7) que forma o segmento de medição (8) RE-CE-WEn.

2. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois e, preferencialmente, todos os eletrodos WEn (7) são cobertos na superfície exterior com a camada do material sensorial (9), assim, o material reage apenas com o um tipo do fator químico ou biológico na amostra (2).

3. SENSOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois eletrodos WEn (7) são cobertos com vários materiais sensoriais (9).

4. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o material sensorial (9) é o material do tipo biológico ou sintético e, especificamente, esses são anticorpos seletivos, fragmentos de anticorpo, peptídeos, sequências de ácido nucleico para a detecção do fator biológico ou químico na amostra (2).

5. SENSOR, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os eletrodos de trabalho WEn (7) estão conformados em círculos uniformes e estão localizados simetricamente no eletrodo de contagem CE (4), em que as bordas do eletrodo de contagem CE (4) estão conformadas em circunferências que são concêntricas com esses círculos, sendo que o eletrodo de referência RE (3) está localizado entre o eletrodo de contagem CE (4) e os eletrodos de trabalho WEn (7) e o formato do eletrodo de referência RE (3) é igual ao contorno do eletrodo de contagem CE (4).

6. SENSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o mesmo contém eletrodos de conexão adicional e/ou de não conexão (13) para codificar o número do eletrodo de trabalho WEn (7), em que n>2 e, preferencialmente, n está na faixa de 2 a 256.

7. SENSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a disposição dos eletrodos de trabalho WEn (7), do eletrodo de contagem CE (4) e do eletrodo de referência RE (7) constitui uma repetição de segmentos de medição (8) de formato idêntico, e em cada um dentre os segmentos de medição (8), as distâncias entre o eletrodo de trabalho WEn (7), o eletrodo de contagem CE (4) e o eletrodo de referência RE (3) são iguais e, além disso, a área do eletrodo de trabalho WEn (7), do fragmento de eletrodo de contagem CE (4) e do fragmento de eletrodo de referência RE (3) são respectivamente iguais em cada segmento.

8. SENSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a disposição e o formato dos eletrodos de trabalho WEn (7), do eletrodo de referência RE (3) e do eletrodo de contagem CE (4) têm o eixo geométrico de simetria.

9. SENSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o conector de borda tem os pontos de contato (11) que constituem um circuito elétrico independente dos eletrodos WEn (7), do eletrodo de referência RE (3) e do eletrodo de contagem CE (4) destinados para a identificação da localização correta do sensor (1) na fenda do sistema de medição através da conexão dos contatos de fenda de medição enquanto a colocação do sensor (1) ocorre na fenda.

10. SENSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 109, caracterizado pelo fato de que o conector de borda é a porta HDMI (Interface Multimídia de Alta Resolução) ou a DisplayPort (interface digital universal).

11. MÉTODO PARA DETECTAR O FATOR BIOLÓGICO OU QUÍMICO NA AMOSTRA caracterizado pelo fato de que a amostra (2) do fator biológico ou químico, sob a forma da suspensão ou da solução, é colocada no dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1 a 10, em que todos os eletrodos de trabalho WEn (7), o eletrodo de contagem CE (4), e o eletrodo de referência RE (3) são cobertos com a amostra mencionada (2) sob a forma de suspensão ou solução, e, subsequentemente, 2 a 256 de medições de impedância de amostra (2) são conduzidas simultaneamente, especificamente com o uso da técnica de espectroscopia de impedância ou de voltametria, e com base nos resultados nessas medições, a presença do fator biológico ou químico na amostra (2) é determinada.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a medição é conduzida na configuração inversa, em que o eletrodo de referência RE (3) opera como o eletrodo de contagem CE (4), e o eletrodo de contagem CE (4) opera como o eletrodo de referência RE (3).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a medição é conduzida na configuração inversa, em que o eletrodo de trabalho WEn (3) opera como o eletrodo de contagem CE (4), e o eletrodo de contagem CE (4) opera como o eletrodo de trabalho WEn (7).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que os fatores biológico ou químico são os patógenos, especificamente, os vírus, bactérias, fungos, proteínas e fragmentos dos mesmos, incluindo as enzimas, os anticorpos, as proteínas estruturais, os fragmentos de anticorpo, os peptídeos, os aficorpos, os ácidos nucleicos e as sequências de nucleotídeo, incluindo DNA de filamento único e de filamento duplo, RNA, os aptâmeros, as sequências curtas de nucleotídeo, os ácidos graxos, os carboidratos, os glicolipídios, os glicopeptídios e outros compostos químicos orgânicos, tais como pesticidas, antibióticos, compostos não orgânicos, incluindo metais pesados.