ES2334318B2 - Sistema de deteccion optica para bio-ensayos de alta sensibilidad sinmarcado. - Google Patents
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Abstract
Sistema de detección óptica para
bio-ensayos de alta sensibilidad sin marcado que
comprende el uso de técnicas de caracterización óptica que permiten
la interrogación vertical en dominios micro y
sub-micrométricos así como al menos una celda
resonante o interferométrica bio-fotónica de
interrogación vertical caracterizado porque además comprende, al
menos:
(i) un sistema óptico de medida que comprende, a
su vez, y al menos una fuente de excitación, medios ópticos de
detección de la señal procedente de un cabezal óptico; y un cabezal
óptico; y
(ii) un elemento para la integración de
múltiples analitos comprendiendo, a su vez y al menos, una
pluralidad de celdas bio-sensibles, una pluralidad
de conexiones fluídicas conectadas con las celdas; y un sustrato
sobre el que reposan tanto las celdas bio-sensibles
como las conexiones fluídicas;
y donde dicho cabezal óptico está configurado
para analizar cada una de dichas celdas
bio-sensibles y los analitos contenidos en
ellas.
Description
Sistema de detección óptica para
bio-ensayos de alta sensibilidad sin marcado.
El objeto de la invención está basado en el
diseño. y desarrollo holístico del sistema de
bio-detección al conjuntar las ventajas
interferométricas y resonantes de estructuras fotónicas novedosas
con técnicas de interrogación óptica como espectrometría,
elipsometría así como reflectancia y/o transmitancia resuelta en
ángulo de forma simultánea en micro/sub-micro
dominios, haciendo que el sistema en su conjunto ofrezca máxima
sensibilidad y robustez, eliminando ambigüedades en el proceso de
interrogación óptica. Dichas cavidades son compatibles y están
adaptadas a los requerimientos fluídicos necesarios para llevar a
cabo bio-ensayos sin marcado. Además, el resultado
de la medida se podrá obtener en un corto intervalo de tiempo, en
pocos segundos. El campo de aplicación de la presente invención se
enmarca dentro de la ingeniería y la fisica, y en concreto, dentro
del área bio-fotónica, materiales, óptica y
micro-nanotecnología.
Sectores como el biomédico y clínico están
demandando continuamente mejores y más eficaces técnicas y
herramientas de análisis para la identificación de enfermedades,
desarrollo de nuevos medicamentos y mejoras de rendimiento en el
diagnóstico. Para lograr este objetivo, los sistemas de detección
compuestos por materiales ópticos y componentes fotónicos, como
base para el desarrollo de sistemas de
bio-detección óptica, se están posicionando como una
alternativa significativa de gran potencial (Sensitive optical
biosensors for unlabeled targets: A review, Anal. Chim. Acta 620,
pp. 8-26, 2008. doi:10.1016/j.aca.2008.05.022.).
Además del alto grado de sensibilidad que estos sistemas pueden
llegar a alcanzar, ofrecen otras ventajas como: no son invasivos,
ausencia de riesgo de descargas eléctricas o explosiones y su
inmunidad a interferencias electromagnéticas. Un aspecto clave para
el desarrollo de estos sistemas se sustenta en el grado de
desarrollo de la tecnología de miniaturización a micro y nano
escala, capaz de integrar componentes mecánicos, fluídicos y
fotónicos para desarrollar eficientes bio-sistemas
de detección.
El proceso de averiguar si determinados
patógenos o proteínas se encuentran en un determinado analito en
los sistemas ópticos de bio-detección es realizado
mediante la inmovilización de bioreceptores sobre áreas específicas
del sensor. Una vez realizado el proceso de inmovilización es
cuando se introducen los analitos de prueba en dichas áreas, los
cuales reaccionaran si tienen contenidos determinados patógenos o
proteínas que sean captados por los ya comentados receptores
moleculares inmovilizados, en un proceso que se denomina
reconocimiento molecular (RM). Este proceso de reconocimiento es
monitorizado la mayoría de las veces mediante técnicas que
requieren para su transducción elementos de marcado tales como
colorantes fluorescentes, isótopos radioactivos o partículas
magnéticas, entre otros. Sin embargo, la química asociada al
proceso de marcaje implica mayor tiempo y coste económico. Por el
contrario, los bio-sensores ópticos refractométritos
no requieren este tipo marcaje para la detección, lo que se
denomina sistemas de bio-detección sin marcado
(label-free biosensing). Se espera que los
sistemas de bio-detección sin marcado crezcan más en
importancia en sectores como el clínico, biofarmaceútico,
medioambiental, seguridad, entre otros debido a su sensibilidad y
capacidad para la realización de análisis en tiempo real, ahorro de
reactivos y analitos y en definitiva menor coste por análisis.
La tecnología de miniaturización e integración a
micro-nano escala está logrando resultados
prometedores para el desarrollo de nuevos sensores para
bio-detección sin marcado. Se han desarrollado
dispositivos nano-mecánicos como por ejemplo
microvoladizos resonantes (resonant microcantilevers), y
resonadores acústicos basados en MEMS (Micro Electro Mechanical
Systems). Sin embargo, la sensibilidad que ofrecen es
considerablemente menor que los dispositivos fotónicos integrados.
Los dispositivos fotónicos integrados para su aplicación como
biosensores refractométritos son especialmente relevantes cuando
son fabricados utilizando técnicas convencionales de tecnología
plana de micro-nano-fabricación, lo
que permite la miniaturización, reducción de coste, fabricación a
gran escala, estabilidad mecánica y posibilidad de fabricar
componentes ópticos, fluídicos, eléctricos y fotónicos necesarios
para conseguir dispositivos monolíticos y compactos de alta
sensibilidad, y con capacidad para medir diferentes analitos de
forma simultánea. Los sistemas de detección óptica refractométritos
utilizan como transducción el efecto que provoca tanto la
inmovilización de biomoléculas como el reconocimiento molecular en
variaciones de índice de refracción. En la actualidad se han
desarrollado y demostrado bio-sensores ópticos
refractométritos en tecnología plana de micro/nano fabricación que
suelen emplear el campo evanescente de un modo de luz guiado por
una guía de onda de alto índice de refracción y están basados en
estructuras fotónicas tales como el plasmón de resonancia
superficial (SPR), interferométros, resonadores, redes de difracción
y cristales fotónicos. Sin embargo, este tipo de dispositivos
fotónicos suele necesitar de técnicas complejas de acoplamiento por
ejemplo entre la guía de onda y la fibra óptica (p.e. guías de
estrechamiento invertido y acopladores basados en redes de
difracción) para obtener la información, lo cual dificulta el
encapsulado y empaquetamiento de los mismos y repercute
drásticamente en el coste del dispositivo.
Algunos de estos sensores han sido ya
comercializados, otros están en fase de comercialización, y algunos
todavía no han sido comercializados, que se describen a
continuación:
Desde sus descubrimiento en 1983, es una de las
técnicas ópticas más exitosas para biosensores sin marcado, está
aceptada comercialmente y es distribuida por ejemplo por las firmas
comerciales Biacore (www.biacore.com) e Ibis Technologies
(www.ibis-spr.nl) entre otras. La técnica SPR
es utilizada ampliamente para la determinación de muchos tipos de
interacciones biológicas y cientos de publicaciones aparecen en la
literatura cada año. También existe un elevado número de patentes, a
modo de ejemplo se referencia algunas de ellas: US5492840,
US2008193965, US2064090630, WO2008101348, WO2008054282, al igual
que referencias científicas (Analysis of the performance of
interferometry, surface plasmon resonance and luminescente as
biosensors and chemosensors, Review. Anal. Chim. Acta 569
(1-2), pp. 1-20, 2006.
doi:10.1016/j.aca.2006.03.058.) y (Surface plasmon resonance
sensors: review, Sensors and Actuators B: Chemical 54
(1-2), pp. 3-15, 1999.
doi:10.1016/S0925-4005(98)00321-9.).
La desventaja de este sistema con el que se propone en la presente
invención se funda en que estos sistemas son más lentos, no se
pueden miniaturizar tanto para alcanzar una alta integración en
dispositivos, no son de alta cadencia de medida, y por tanto son de
mayor coste económico por análisis.
Existen varios tipos de biosensores
refractometrícos basados en interferometría, de los cuales se
destacan: Ineterferómetro de Young, los basados en redes de
difracción y los interferómetros Mach-Zehnder:
2.1.- Interferómetro de Young
(I-Y): Comercializado por la empresa Farfield
Group (www.farfield-scientific.com) ofrece
alta sensibilidad. Consiste en cuatro láminas dieléctricas, dos de
ellas son el área sensible y las otras dos como referencia. La
interferometría entre las dos señales permite determinar la
detección (US 7050176B1) y (A new quantitative optical biosensor
for protein characterisation, Biosensors and Bioelectronics 19 (4),
pp. 383-390, 2003.
doi:10.1016/S0956-5663(03)00203-3).
También puede utilizar la polarización para la excitación. Sin
embargo, es una técnica en la que la posibilidad de integrar
múltiples chips es más complejo en comparación con otras técnicas,
siendo por tanto la capacidad de integración y la cadencia de medida
inferior y el coste por análisis mayor en comparación con el
sistema de bio-detección que se propone en la
presente invención.
2.2.- Basados en redes de difracción: Por
ejemplo los Acopladores de guías de onda basados en redes de
difracción (Waveguide grating couplers) (WGC): que se han
utilizado para comercializar varios sistemas de
bio-detección sin marcado. Hay varias firmas
comerciales que han comercializado este sistema (p.e. Microvacum:
www.microvacuum. com, entre otras). En estos sistemas
se utilizan guías de onda como elemento básico de sus estructuras
para la propagación de la luz y están basados también en el campo
evanescente para la detección. Dentro de este grupo destaca el
sistema de alta cadencia de medida comercializado recientemente por
Corning (http://www.corning.com/) basado en acopladores de redes de
difracción. Este sistema es capaz de hacer una medida cada pocos
segundos en pozos estándar de capacidad del orden de
micro-litros por pozo. A continuación se referencia
algunas patentes existentes relativas a biosensores basados en
acopladores y redes de difracción: US2008219892, EP1892518,
GB2227089, así como alguna referencia científica (Optical grating
coupler biosensors, Biomaterials 23 (17), pp.
3699-3710, 2002.
doi:10.1016/S0142-9612(02)00103-5),
(Wavelength-Interrogated optical sensor for
biomedical applications, Opt. Lett. 25 (7), pp.
463-465, 2000. doi:10.1364/OL.25.000463). Este
sistema ofrece una solución de alta cadencia pero en comparación con
la presente invención, es menos robusto, sensible y los pozos de
medida son de mayor volumen que los que se pueden lograr con la
presente invención, pudiéndose llegar a medir volúmenes del orden
de femto litros.
2.3.- Interferómetros
Mach-Zehnder (M-Z): Ofrecen
potencialmente una alta sensibilidad como biosensores sin marcado
al disponer de una referencia interna para compensar las
fluctuaciones del índice de refracción debidas a adsorción
inespecífica. Los sensores interferométricos proporcionan un amplio
rango dinámico en comparación con otros sensores integrados. Sin
embargo, la mayoría del trabajo realizado parece todavía estar
confinado a nivel de laboratorio y hasta donde llega nuestro
conocimiento no han sido explotados comercialmente. Estos
dispositivos tienen la desventaja del costoso encapsulado y
empaquetado al requerir un acoplamiento guía de
onda-fibra óptica. Como referencias científicas se
pueden consultar: J. Lightwave Technol. 16 (4), pp.
583-592, 1998), Sensors and actuators B: Chemical
92, pp.151-158, 2003.
doi:10.1016/S092514005(03)00257-0 y
Journal of Nanotechnology 14, pp. 907-912, 2003.
doi: 10.1088/0957-4484/14/8/312. Un caso
particular son los Interferómetros Mach-Zehnder
(M-Z) basados en Guías ARROW (Anti resonant
reflecting optical waveguides) (GA): En este caso el campo
eléctrico es confinado en una guía de onda y el campo evanescente
interacciona con las biomoléculas(Sensors and actuators B:
Chemical 92, pp.151-158, 2003.
doi:10.1016/S0925-4005(03)00257-0)..
Guías huecas ARROW han sido demostradas, con alta sensibilidad.
Hasta la fecha no han sido desarrolladas para aplicación comercial
hasta donde llega el conocimiento de los autores de la presente
invención.
El fenómeno de la resonancia es un concepto que
se puede explotar para la bio-detección sin
marcado. En este tipo de dispositivos, la sensibilidad viene
determinada por el factor de calidad de las cavidades resonantes y
de su respuesta ante las reacciones de afinidad y reconocimiento
molecular que se provocan en las mismas. Entre ellos destacan como
técnica emergente los dispositivos integrados basados en
micro-anillos y micro-discos
resonadores (p.e. US2004023396) en los que el factor de calidad
reportado en la bibliografia es muy elevado. (p.e. Integrated
optics ring-resonator sensors for protein
detection, Opt. Lett. 30 (24), pp. 3344-3346, 2005.
doi:10.1364/OL.303344). Otras configuraciones pueden utilizar
micro-esferas resonantes u otro tipo de cavidades,
y recientemente se han demostrado guías de
nano-canal en donde las biomoléculas son ancladas
en su interior para mejorar su repuesta
(Label-free optical biosensing with
slot-waveguides. Opt. Lett. 33, (7), pp.
708-710, 2008. doi:10.1364/OL.33.000708). Hasta
donde llega el conocimiento de los autores no existen firmas
comerciales que exploten esta tecnología comercialmente. La
principal desventaja de estos dispositivos con respecto a la
presente invención es que están desarrollados sobre tecnología
plana, lo cual requiere costosos sistemas de acoplamiento,
encapsulado y empaquetamiento para obtener la información. Además
requieren de técnicas de micro-fabricación muy bien
desarrolladas ya que las cavidades resonantes son muy sensibles a
defectos de fabricación, se pueden integrar mucho menos
dispositivos que con la tecnología alternativa que se propone en la
presente invención y la capacidad para crear dispositivos con alta
cadencia de medida es muy compleja.
Se destacan las Microcavidades basadas en
cristales fotónicos (PCM). Estos biosensores utilizan las
propiedades de los cristales fotónicos donde existen un amplio
número de patentes (p.e. US2008252890, US2008219615) y aplicaciones
para crear dispositivos interferométricos o cavidades resonantes de
alto factor de calidad mediante la inclusión de defectos en la
estructura fotónica (p.e. Ultracompact biochemical sensor built
with two dimensional photonic crystal microcavity, Opt. Lett. 29,
(10), pp.1093-1095, 2004.
doi:10.1364/OL.29.001093). Se reportan valores sensibilidad
elevados, aunque los requerimientos de fabricación necesarios para
su aplicación comercial parecen ser demasiado exigentes, además de
influir negativamente otros aspectos como integración, encapsulado,
empaquetamiento para conseguir reducción de coste y alta cadencia
de medida.
Finalmente se ha de remarcar que la actividad
investigadora en el campo de la detección sin marcado como método
para el reconocimiento molecular es muy intensa dado que el evitar
el marcado mediante fluorescencia, radioactividad o magnetismo
mejorará drásticamente el coste por análisis, la calidad de la
detección y la capacidad para el desarrollo de nuevos medicamentos
y la identificación de enfermedades con el impacto que ello
significará en el futuro. Se están proponiendo de forma continua
estructuras fotónicas innovadoras como por ejemplo cavidades
resonantes de alto factor de calidad incluso para la detección de
una sola biomolécula (Label-Free,
Single-Molecule Detection with Optical
Microcavities, Science Volumen 317, pagina 783, año 2007).
La presente invención es novedosa y mejora el
estado de la ciencia y tecnología en el mercado actual en el campo
los biosensores ópticos integrados con respecto a los últimos
avances por su enfoque de integración de tecnología para conseguir
que la bio-detección sin marcado se pueda explotar
tanto a nivel de bio-chips desechables como a nivel
de detección de alta cadencia de medida en sustratos de gran tamaño,
para ofrecer unas métricas de sensibilidad y robustez que ningún
sistema actual es capaz de proporcionar, debido al hecho de
combinar avanzadas técnicas ópticas de interrogación vertical y
estructuras bio-fotónicas novedosas como se
explicará más adelante.
Dado que el sistema de medida no sólo está
basado en el diseño de estructuras bio-fotónicas de
alta sensibilidad, sino también en técnicas de interrogación óptica
avanzada, es conveniente destacar que en la actualidad existen
firmas comerciales que parcialmente ofrecen técnicas de
interrogación óptica complementarias utilizadas tanto en el campo
de la investigación o en la fabricación de dispositivos en el sector
de la micro-nano electrónica, pero ninguno de ellos
es un sistema integrado para el análisis de
bio-chips y estructuras fotónicas para
bio-ensayos sin marcado. Entre ellas, se puede
destacar espectrometría, que se puede realizar a nivel de micro
dominios, bien mediante espectrómetros dispersivos donde existen
numerosos fabricantes que ofrecen esta técnica (p.e. HORIBA
Jobin Yvon www jobinyvon.com), o por Transformada de Fourier
donde también existen suministradores que ofrecen equipos de gran
calidad (p.e. Bruker-Optics,
www.brukeroptics.com), o incluso
micro-espectrómetros, aunque éstos suelen ofrecer
muy poca resolución para ser utilizados para
bio-detección. Es de destacar también el número de
fabricantes que ofrece sistemas ópticos basados en tecnología
confocal como por ejemplo Olympus, Leica, Zeiss, Nikon,
Perkin-Elmer, Nanofocus AG, etc. que permiten
observar micro y sub-microdominios de muestras para
su análisis. En cuanto a la existencia de equipos que integren más
de una tecnología óptica para aplicaciones de alta cadencia cabe
destacar los proveedores en el sector de la microelectrónica, por
ejemplo KLA-Tencor
(http://www.kla-Tencor.com/) que comercializa
una gran variedad de sistemas para la caracterización óptica en
línea en la fabricación de dispositivos en el sector de la
microelectrónica y semiconductores. Tecnologías ópticas como
elipsometría, espectrometría y reflectometría en función del ángulo
de incidencia son muy útiles y han sido adaptadas para conseguir una
alta cadencia y evaluar cientos de dispositivos y estructuras
dentro de micro dominios en obleas normalmente de silicio,
pudiéndose evaluar sustratos de gran tamaño como por ejemplo obleas
de Si de 300 mm de diámetro. A continuación se referencia alguna de
estas patentes como: "Method and apparatus for evaluating the
thickness of thin films (EP0549166"), "High resolution
ellipsometric apparatus (EP0396409)" y
"Self-calibrating beam profile ellipsometer
(US2004233436)". Las patentes existentes en este ámbito
están enmarcadas únicamente en el sector de la microelectrónica,
sólo para caracterizar propiedades físicas de estructuras
electrónicas por reflexión fabricadas normalmente con materiales
dieléctricos y en tecnología de Si en general, y sobre sustratos de
obleas de Si (no contemplan transmisión como en la presente
invención), y nunca se ha contemplado ni se han diseñado técnicas
avanzadas de medida de evaluación vertical para
bio-detección basadas en el análisis de respuesta de
bio-chips formados por estructuras
interferométricas y resonantes bio-fotónicas.
En conclusión, ni existe ni está reportado
ningún sistema de bio-detección basado en el
concepto descrito en la presente invención hasta donde los autores
han podido investigar, y ningún fabricante en la actualidad ofrece
un sistema de detección óptico integrado para el análisis de micro
y sub-micro dominios que integre soluciones en
transmisión y reflexión para análisis mediante elipsometría,
espectrometría y transmitancia/reflectancia resuelta en ángulo, y
mucho menos para el análisis de celdas resonantes y/o
interferométricas bio-fotónicas como sistema óptico
de detección para bio-ensayos sin marcado. Además,
en la presente invención se propone utilizar un sistema de
detección matricial tipo CCD que permitirá analizar espacialmente
todo el perfil de reflexión y transmisión para obtener una
información más precisa y con más resolución de la diferencia de
fase de las ondas polarizadas, respuesta espectral y
reflectancia/transmitancia resuelta en ángulo. El análisis óptico
del perfil de reflexión y transmisión de las
micro-celdas bio-fotónicas, nunca
antes contemplado, supondrán un avance significativo en el
desarrollo y eficacia de bio-detección sin marcado.
Dicho sistema de bio-detección óptico no está ni
ideado ni mucho menos desarrollado en la actualidad por ningún
fabricante.
La presente invención consiste en un novedoso
sistema de detección óptico para bio-ensayos sin
marcado de alta sensibilidad. Dicho sistema está basado en celdas
bio- fotónicas de interrogación óptica vertical fabricadas con
tecnología de micro-nano- fabricación que pueden ser
integradas en sustratos de gran tamaño (por ejemplo, obleas de
silicio, vidrio, etc.) para aplicaciones de alta cadencia de medida,
o individualmente para la realización de chips desechables. Dichas
celdas ofrecen una respuesta de alta sensibilidad a minúsculos
cambios del índice de refracción de las biomoléculas adosadas en
las cavidades de sus estructuras. La interrogación se realiza
analizando el perfil de reflexión y/o transmisión del haz de luz de
las celdas bio-fotónicas verticalmente mediante
técnicas de elipsometría, espectrosmetría, y de transmitancia o
reflectancia en función del ángulo de incidencia de forma
simultánea, evitándose el elevado coste que supone el encapsulado
de los chips fotónicos convencionales al evitarse el acoplamiento
guía de onda-fibra óptica.
Más concretamente, la presente invención
describe el desarrollo de un sistema biosensor óptico de alta
sensibilidad que evita la necesidad de marcado (p.e. fluorescencia,
radioactividad o magnetismo) y que además ofrece alta cadencia de
medida para el reconocimiento molecular, como por ejemplo la
detección de patógenos o proteínas mediante reacciones de afinidad
anticuerpo-antígeno. Los beneficios y
características clave de la presente invención subyacen en un nuevo
concepto de sistema biosensor que combina, por un lado, el uso de
técnicas avanzadas de caracterización óptica que permiten la
interrogación vertical en dominios micro y
sub-micrométricos y, por otra parte, el desarrollo
estructuras bio-fotónicas resonantes y/o
interferométricas altamente sensibles para aumentar la capacidad de
detección de minúsculas variaciones del índice de refracción.
Además, los materiales que se pueden utilizar para la realización
de las celdas bio-fotónicas sensibles son
compatibles con los procesos de micro-nano
fabricación a gran escala como óxido de silicio, nitruro de silicio,
polidimetil siloxano (PDMS), resina SU8, óxido de titanio, o
cualquier dieléctrico, así como laminas delgadas de metales como
aluminio, cobre, etc.
Mediante la observación del perfil de reflexión
o transmisión de varias técnicas complementarias de interrogación
óptica de forma simultánea (p.e. elipsometría, espectrometría y
reflectancia o transmitancia resuelta en ángulo) y la amplificación
para bio-ensayos sin marcado de las estructuras
bio-fotónicas será posible determinar con mayor
fiabilidad y sensibilidad la interacción molecular con los
receptores moleculares inmovilizados en las áreas sensibles de las
celdas bio-fotónicas. El hecho de que la
interrogación sea realizada verticalmente por varias técnicas de
detección óptica de alta sensibilidad de forma simultánea, elimina
las incertidumbres y ambigüedades de medida normalmente presentes
en lo sistemas de detección óptica.
El sistema biosensor propuesto funciona como un
sistema ultra sensible a mínimas variaciones del índice de
refracción durante el proceso de reconocimiento molecular, y por lo
tanto tiene claras aplicaciones potenciales en aquellos campos en
los cuales un bio-ensayo pueda ser desarrollado,
como por ejemplo los sectores biomédico, bioquímico, farmacéutico,
clínico medioambiental y seguridad, ya que las variaciones de el
índice de refracción de las interacciones moleculares están en el
rango de índices de refracción que pueden ser fácilmente detectadas
con este sistema.
El sistema óptico biosensor propuesto también
soluciona un problema inherente a los chips fotónicos
convencionales micro-nano fabricados en tecnología
plana, al ofrecer una solución de bajo coste para la integración,
encapsulado y empaquetamieto de los chips. Esto es así porque la
interrogación de las celdas sensibles biofotónicas es vertical,
bien sea en reflexión o en transmisión, evitándose la necesidad de
utilizar costosos sistemas de acoplamiento guía de
onda-fibra óptica (p.e. guías de estrechamiento
invertido y acopladores basados en redes de difracción) para obtener
la información. Para ello se utilizará una o varias fuentes de
excitación dentro del rango visible e infrarrojo, coherentes o no,
como por ejemplo un haz de luz láser.
Así, la interrogación de las celdas
bio-sensibles se realizará mediante luz altamente
focalizada a través de un objetivo óptico de alta apertura numérica,
permitiendo el análisis en micro y sub-micro
dominios. El tamaño de dominio de análisis viene determinado por el
límite de difracción, lo cual implica que para longitudes de onda
más larga los dominios serán de mayor tamaño que para longitudes de
onda mas corta (p.ej. para una longitud de onda de 633 nm y un
objetivo de microscopio estándar de apertura numérica 0,8 permitirá
analizar dominios de unos 0,8 micrómetros). Se debe destacar que
los objetivos de alta apertura numérica permitirán la observación
del perfil de reflexión o transmisión directamente través de un
detector matricial tipo CCD, lo cual también implicará la obtención
de la transmitancia o reflectancia resuelta en ángulo de forma
simultánea. A su vez, si la luz de excitación es polarizada, se
podrá obtener del mismo perfil información sobre el estado de
polarización de la luz reflejada y/o transmitida, obteniéndose así
información elipsométrica de forma simultánea a la transmitancia y
reflectancia resuelta en ángulo. Finalmente para la obtención de la
respuesta espectral será necesario contar con una fuente de luz
multi-longitud de onda y contar, por ejemplo, con un
elemento dispersivo tipo red de difracción para la detección
respuesta de la reflectancia/transmitancia resuelta en longitud de
onda.
Los dominios donde se integran las celdas
bio-sensibles se podrán fabricar directamente en
chips desechables, o en sustratos de gran tamaño como puedan ser por
ejemplo obleas de silicio, vidrio o cualquier otro material. A su
vez, el sistema podrá llevar un sub-sistema de
reconocimiento de imágenes y geometrías que permitirá que el
cabezal de medida se posicione en las áreas
bio-sensibles con la resolución y precisión
suficiente, haciendo posible no solamente que el número de celdas
por unidad de superficie se pueda aumentar, es decir la integración
de celdas bio-sensibles se pueda incrementar, sino
también que la cadencia y acceso a las celdas sensibles
bio-fotónicas pueda ser automático. Es de destacar
que para aumentar la robustez del sistema, la respuesta óptica
tanto en reflexión y/o transmisión de las celdas
bio-fotónicas se podrá utilizar también como
información de control y herramienta para determinar el correcto
posicionamiento, ya que el perfil de simetría de la intensidad
óptica tanto en transmisión como en reflexión puede ser diseñado a
partir de la geometría de las estructuras
bio-fotónicas. Por ejemplo, en el caso de celdas
bio-fotónicas formadas por redes periódicas de
micro-pilares, pozos cilíndricos u otro tipo de
simetría, el perfil de reflexión/transmisión será también simétrico
cuando el cabezal óptico está bien posicionado.
En definitiva, mediante la realización de este
sistema, será posible lograr que la rutina de medida y análisis de
analitos sea más eficiente desde un punto de vista de coste y
adaptada a realizar cientos de medidas sobre un único o varios
analitos. Por tanto, el sistema ofrece la capacidad única de
múltiples medidas de un único analito o bien de varios analitos.
Además, el uso simultáneo de varias técnicas de interrogación
óptica en pocos segundos hace que el sistema sea muy robusto
permitiendo al sistema ser capaz de ofrecer una alta cadencia de
medida y productividad en comparación con otras técnicas de
análisis alternativas para bio-detección.
El sistema será capaz de medir tanto
bio-chips desechables para aplicaciones donde la
demanda del análisis requiera la cercanía al punto de cuidado (p.e.
un centro de salud), o al punto de interés en general (p.e. el
análisis de contaminantes de un río), o en sustratos de gran tamaño
para aplicaciones de alta cadencia de medida para por ejemplo, el
desarrollo de nuevos medicamentos y receptores farmacológicos para
el desarrollo de dianas terapéuticas.
El sistema óptico de detección de
bio-ensayos sin marcado propuesto en la presente
invención ofrece un sistema de detección sin precedentes al ser una
solución holística que incorpora todas las cualidades que ofrecen
por un lado las celdas bio-fotonicas y por otro las
técnicas avanzadas de interrogación óptica propuestas:
- Las celdas
bio-fotonicas: Las estructuras fotónicas
diseñadas que conforman las celdas bio-fotónicas de
interrogación óptica vertical ofrecerán las ventajas de los
fenómenos fisicos ya mencionados como la resonancia,
interferometría. Además pueden ofrecer la capacidad de
confinamiento y concentración del campo eléctrico en aquellas zonas
sensibles donde se inmovilizaran las biomoléculas para mejorar la
sensibilidad. Por ejemplo, en uno de los diseños propuestos en la
presente invención, las celdas bio-fotónicas
formadas por una distribución periódica de
micro-pilares resonantes como la que se propone,
concentrará el campo eléctrico evanescente en la superficie de
dichos pilares donde serán inmovilizados las biomoléculas, haciendo
por tanto, que la respuesta de los micro-pilares
resonantes incremente ostensiblemente la sensibilidad de las celdas
bio-fotónicas.
- Las técnicas ópticas de interrogación
vertical: La eficacia de las técnicas ópticas de alta
resolución, capacidad de caracterización y detección como las que se
proponen para la interrogación vertical de las celdas
bio-fotónicas ofrecerán una solución única y
avanzada porque a la alta sensibilidad de respuesta de las celdas
bio-fotónicas se unen las técnicas de análisis
óptico mas sensibles a variaciones de índice de refracción. La
respuesta óptica resonante y/o interferométrica ante a las
reacciones de afinidad y reconocimiento molecular de las
correspondientes celdas bio-fotónicas, se verá
amplificada cuando son interrogadas haciendo uso del cambio de la
polarización de la luz (elipsometría), la respuesta de reflectancia
y/o transmitancia resuelta en: longitud de onda (espectrometría) y
en ángulo de incidencia. Además, las técnicas propuestas permitirán:
el análisis en micro y sub-micro dominios, la
localización de dichos dominios mediante reconocimiento de imágenes
y geometrías, y por tanto, la capacidad de integrar múltiples
celdas sensibles por unidad de áreas. Se unen a estas ventajas el
tiempo de análisis en pocos segundos y la robustez de analizar cada
celda bio-fotónica con técnicas ópticas de alta
sensibilidad de forma simultánea, haciendo más fiable el proceso de
interrogación óptica.
En definitiva, el concepto único propuesto en la
presente invención permitirá desarrollar sistemas de
bio-detección sin marcado competitivos en términos
de comercialización industrial, sensibilidad, cadencia de medida,
robustez y costo.
En la presente invención, las cavidades de
interrogación vertical que se proponen ofrecen las ventajas:
1º.- Alta sensibilidad, ya que hacen uso
de los fenómenos interferométricos y resonantes de las estructuras
fotónicas propuestas cuando son evaluados por técnicas de medida de
alta sensibilidad (p.e. elipsometría)
2º.- Robustez, ya que las estructuras
fotónicas son analizadas simultáneamente con varias técnicas de
medida, lo cual reduce la incertidumbre y ambigüedad de la medida
en el proceso de interrogación.
3º.- Sistema de acoplamiento sencillo, la
evaluación vertical en micro y sub-micro- dominios
es fácilmente realizable utilizando un objetivo de microscopio de
alta apertura numérica, lo cual permite acceder a las estructuras
de forma sencilla, donde un simple sistema óptico de reconocimiento
de imágenes puede ser implementado para la localización de las
áreas de medida.
4º.- Reducción de coste, ya que aprovecha
todas las ventajas de la tecnología de micro-nano
fabricación y permite la integración de múltiples dispositivos para
análisis simultaneo de varios analitos. Además, el coste por
análisis se reduce ya que las celdas de detección pueden ser
altamente integradas, por ejemplo es viable integrar 100 celdas
sensible por 1 cm^{2}, lo que indicaría un coste por análisis de
10 céntimos de euro, que es despreciable frente al coste al coste
de reactivos y material biológico. Además, el hecho de no tener que
utilizar técnicas de marcado (por ejemplo, fluorescencia o
radioactividad) en la preparación de las muestras reduce también el
coste. Finalmente este sistema de detección optica en micro y
sub-micro dominios permite analizar volúmenes de
analitos extremadamente pequeños (muy por debajo de los
nano-litros) en comparación con los sistemas
actuales (del orden de micro-litros) reduciéndose
también la cantidad de reactivos para llevar a cabo los
análisis.
5º.- Alta cadencia de medida, la duración
de una medida óptica se realiza en un corto intervalo de tiempo, en
pocos segundos, y el desarrollo de la tecnología actual permite que
el movimiento para el posicionamiento de la sonda óptica pueda ir
dispositivo por dispositivo para su evaluación de forma muy precisa
y en poco tiempo.
6º.- Aplicaciones: el número de
aplicaciones son múltiples desde un punto de vista de
bio-detección, ya que dependen de las aplicaciones
biológicas correspondientes que continuamente se están
desarrollando. El sistema de detección se podrá aplicar por tanto
para todas aquellas aplicaciones en las que se pueda desarrollar un
bioensayo, y por lo tanto como cualquier sistema de
bio-detección será relevante en sectores de alto
impacto como el clínico, biomédico, medioambiental, farmacéutico,
seguridad, etc. Es reseñable que el sistema de la presente
invención será capaz de medir tanto o en sustratos de gran tamaño
para aplicaciones donde la cadencia de medida es esencial para
aumentar la eficiencia, reducir el coste y el tiempo en el
desarrollo, por ejemplo de nuevos medicamentos, así como para
aplicaciones en las que el punto de análisis requiere de un acceso
complicado (p.e. para aplicaciones medioambientales) o para reducir
el tiempo y coste al poderse realizar el análisis cerca del punto de
cuidado como pueda ser un centro de salud. Esta paliación se podrá
realizar mediante bio-chips desechables de bajo
coste.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
- Figura 1. Representación esquemática del
sistema bio-detección óptica sin marcado a escala
de sustratos de gran tamaño como pueden ser obleas de silicio o
vidrio transparente.
- Figura 2. Representación esquemática del
sistema bio-detección óptica escala de chips
desechables.
- figura 3. Vista de un ejemplo de celda
fotónica bio-sensible basada en una cavidad
resonante tipo Fabry-Perot de interrogación
vertical por reflexión.
- Figura 4. Vista de un ejemplo de celda
fotónica bio-sensible basada en una cavidad
resonante tipo Fabry-Perot de interrogación
vertical por transmisión.
- Figura 5. Vista de un ejemplo de celda
fotónica bio-sensible basada en micropilares
resonantes de interrogación vertical por reflexión.
- Figura 6. Ejemplo de celda fotónica
bio-sensible basada en una red de micropilares
resonantes de interrogación vertical por transmisión.
- Figura 7. Ejemplo de sistema óptico de
interrogación de celdas bio-fotónicas basado en el
análisis de reflexión de la luz incidente.
- Figura 8. Ejemplo de sistema óptico de
interrogación de celdas bio-fotónicas basado en el
análisis de transmisión.
- Figura 9. Bio-detección
mediante la respuesta de reflectancia resuelta en ángulo para una
celda bio-fotónica tipo cavidad resonante
Fabry-Perot. Se representa la respuesta del
resonador para dos situaciones: sin ningún anclaje biomolecular
(respuesta fotónica de la celda) y para un cierto reconocimiento
molecular equivalente a 0,01 Unidades de Índice de Refracción
(R.I.U.)
- Figura 10. Bio-detección
mediante la respuesta de espectrometría para una celda
bio-fotónica tipo cavidad resonante
Fabry-Perot. Se representa el movimiento el pico de
resonancia en función de la longitud de onda para dos situaciones:
sin ningún anclaje biomolecular (respuesta fotónica de la celda) y
para un cierto reconocimiento molecular equivalente a 0,01
R.I.U.
- Figura 11. Bio-detección
mediante la respuesta elipsométrica de una celda
bio-fotónica tipo cavidad resonante tipo
Fary-Perot. Se representa la diferencia de fase
entre los estados de polarización vertical y horizontal en función
del reconocimiento molecular provocado pro el incremento de índice
de refracción.
- Figura 12. Ejemplo de un Proceso de
micro-fabricación de una celda bio- fotónica de
evaluación vertical.
- Figura 13. Representación esquemática de un
ejemplo de integración completo de interrogación óptica vertical de
una celda biofotónica.
Como se ha indicado anteriormente, constituye el
objeto de la presente invención el desarrollo de un sistema de
bio-detección óptica de alta sensibilidad y
capacidad para bio-ensayos sin marcado. Los
beneficios y características clave de la presente invención
subyacen en un nuevo concepto de sistema biosensor que combina por
un lado el uso de técnicas avanzadas de caracterización óptica que
permiten la interrogación vertical en dominios micro y
sub-micrométricos (tal y como se observa en las
figuras 1, 2, 7 y 8), y por otra parte el desarrollo celdas
bio-fotónicas (tal y como se observa en las figuras
3, 4, 5 y 6) que serán extremadamente sensibles a minúsculas
variaciones del índice de refracción que se produzcan por el anclaje
de biomoléculas en las superficies sensibles de las cavidades de
dichas celdas bio-fotónicas, haciendo posible el
reconocimiento molecular y detectando, por ejemplo, reacciones de
afinidad anticuerpo-antígeno de forma
considerablemente sensible. Las celdas bio-fotónicas
podrán ser fabricadas en materiales compatibles con los procesos de
micro-nano fabricación a gran escala como óxido de
silicio, nitruro de silicio, polidimetil siloxano (PDMS), SU8, o
cualquier dieléctrico, así como láminas delgadas de metales como
aluminio, oro, etc.
Mediante la observación espacial de la
intensidad de luz reflejada (figura 7) o transmitida (figura 8) de
por ejemplo tres técnicas complementarias de interrogación óptica
de forma simultánea (elipsometría, espectrometría y reflectancia o
transmitancia resuelta en ángulo) y la amplificación para
bio-ensayos sin marcado de las estructuras
resonantes o interferométricas bio-fotónicas de
interrogación vertical integradas en celdas
opto-fluídicas, será posible determinar con mayor
fiabilidad y sensibilidad la interacción molecular con los
receptores moleculares inmovilizados en las áreas sensibles,
eliminado todas la incertidumbres y ambigüedades de análisis
normalmente presentes en los sistemas de detección óptica.
El sistema óptico biosensor propuesto funciona
como un sistema ultra sensible a mínimas variaciones del índice de
refracción provocada por la interacción biomolecular del ensayo
correspondiente, y por lo tanto tiene claras aplicaciones
potenciales en aquellos campos en los cuales un
bio-ensayo pueda ser desarrollado, como por ejemplo
los sectores biomédico, bioquímico, farmacéutico, clínico
medioambiental y seguridad, ya que las variaciones de el índice de
refracción de las interacciones moleculares están en el rango de
índices de refracción que pueden ser fácilmente detectadas con este
sistema.
El sistema de bio-detección
óptica propuesto también soluciona un problema inherente a los
chips fotónicos convencionales fabricados en tecnología plana al
ofrecer un solución más eficiente y de bajo coste para la
integración, encapsulado y empaquetamieto de los
bio-chips al ser la interrogación de las celdas
sensibles bio-fotónicas vertical, bien en
trasmisión (figuras 4 y 6) o en reflexión (figuras 3 y 5) evitándose
los costosos sistemas de acoplamiento guía de
onda-fibra óptica necesarios en los
bio-chips fotónicos implementados en tecnología
plana (p.e. guías de estrechamiento invertido y acopiadores basados
en redes de difracción) para obtener la información. Para ello
(figuras 7 y 8) se utilizará un haz de luz láser u otra fuente de
luz coherente o no, altamente focalizado mediante un objetivo de
apertura numérica alta, permitiendo el análisis en micro y
sub-micro dominios tanto en chips desechables
(figura 2), o en sustratos de gran tamaño (figura 1) como puedan
ser obleas de silicio. El sistema puede llevar un sistema de
reconocimiento de imágenes incorporado en el sistema de detección
para localizar y posicionar el cabezal de medida en las áreas de
detección, haciendo así posible que la cadencia y acceso a las
celdas sensibles bio-fotónicas sea automático. Los
perfiles recogidos de intensidad de luz reflejada (ver 78 en figura
7) y transmitida (ver 88 en figura 8) pueden también ser utilizados
como herramienta de ajuste para determinar el correcto
posicionamiento debido a la simetría espacial del perfil de
intensidad óptica (figura 7 y 8). Esto puede ser así debido a que
las celdas bio- fotonicas pueden ser diseñadas para que la respuesta
óptica tanto de transmisión o reflexión sea simétrica, como por
ejemplo redes periódicas de micro-pilares (figura 5
y 6), pozos cilíndricos o cualquier otra simetría diseñada en la
celda bio-fotónica. Estas técnicas permitirán que
se pueda incrementar la densidad de celdas sensibles para
proporcionar un sistema óptico de bio-detección
capaz de hacer que la rutina y secuencia de medida de analitos se
pueda adaptar a realizar cientos de medidas sobre un único o varios
analitos. El uso simultáneo de varias técnicas de interrogación
óptica en pocos segundos permitirá al sistema ser capaz de ofrecer
una alta cadencia de medida y productividad en comparación con
otras técnicas de análisis alternativas, haciendo el proceso más
eficiente.
El sistema será capaz de medir tanto
bio-chips desechables para aplicaciones en las que
sea necesario acercar el análisis al punto de demanda, por ejemplo:
el punto de cuidado (aplicación clínica), el punto de detección
medioambiental (p.e. detección de pureza de agua, pesticidas,
etc.), o en sustratos de gran tamaño para aplicaciones donde la
alta cadencia de medida pueda ser crucial, como por ejemplo en el
desarrollo de nuevos fármacos. Así, de una forma más concreta, el
sistema de detección óptica para bio-ensayos de
alta sensibilidad sin marcado, objeto de la presente patente de
invención comprende, al menos:
- (i)
- un sistema óptico de medida (100) que comprende, a su vez y al menos:
- a.
- una o varias fuentes de excitación (101), preferentemente o al menos un láser de excitación;
- b.
- medios ópticos de detección para obtener respuestas ópticas de las celdas bio-fotónicas por varias técnicas de medida (elipsometría y reflectancialtransmitancia resuelta en ángulo y en longitud de onda (102) de la señal procedente de un cabezal óptico (103); y
- c.
- un cabezal óptico emisor-receptor (103) de un haz óptico de medida;
- (ii)
- un elemento para la integración de múltiples analitos (200), comprendiendo, a su vez y al menos:
- a.
- una pluralidad de celdas fotónicas biosensibles (201);
- b.
- una pluralidad de conexiones fluídicas (202) conectadas con las celdas (201); y
- c.
- un sustrato (203) sobre el que reposan tanto las celdas bio-sensibles (201) como las conexiones fluídicas (202);
Y donde dicho cabezal óptico (103) está
configurado para analizar cada una de dichas celdas biosensibles
(201) y los analitos contenidos en ellas.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 1 dicho elemento para la
integración de múltiples analitos (200) es un elemento de gran
tamaño, mientras que en la figura 2 dicho elemento (200) es un
bio-chip (20) conteniendo igualmente los elementos
propios del elemento (200) en un espacio reducido.
En la figura 3 se puede observar un ejemplo de
celda biosensible (201) basada, en esta realización práctica,
cavidad resonante tipo "Fabry-Perot" de
interrogación mediante la obtención del perfil de reflexión del
cual se obtiene la información de reflectancia resuelta en ángulo y
en longitud de onda, y donde la información elipsométrica se
obtiene mediante el análisis del mismo perfil de reflexión para la
obtención de la diferencia de fase de los estados de polarización
horizontal y vertical. La información de reflectancia resuelta en
ángulo y elipsométrica es obtenida de forma simultánea, mientras
que la espectrométrica es obtenida de forma continuada. Dicha celda
bio-sensible (201) comprende, al menos:
- (a)
- una pluralidad de reflectores de Bragg (32);
- (b)
- una cavidad resonante (33);
- (c)
- una pluralidad de receptores biomoleculares (34), preferentemente proteínas (p.e. anticuerpos/antígenos) inmovilizados en la cavidad. El analito entra por una entrada de fluidos (35) y salen por una salida de fluidos (36); el reconocimiento molecular se produce y se detecta cuando el analito se introduce y distribuye por la cavidad (33);
estando, además, dichos elementos (32,33,34)
integrados sobre el sustrato (37).
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 4 sobre la misma celda biosensible
(201) de la figura 3 se observa como la interrogación se produce
por transmisión, donde se obtiene la información de transmitancia
resuelta en ángulo y en longitud de onda, y donde la información
elipsométrica se obtiene mediante el análisis del mismo perfil de
transmisión para la obtención de la diferencia de fase de los
estados de polarización horizontal y vertical. La información de
transmitancia resuelta en ángulo y elipsométrica es obtenida de
forma simultánea, mientras que la espectrométrica es obtenida de
forma continuada. En esta configuración, el haz óptico emitido por
un cabezal óptico emisor (103a) conectado a la fuente de excitación
(101) es recibido por un cabezal óptico receptor (103b).
En la figura 5 se muestra una segunda
realización práctica de la celda bio-sensible (201)
basada en una red periódica de micro-pilares
resonantes y de interrogación vertical por reflexión, donde se
obtiene la información de reflectancia resuelta en ángulo y en
longitud de onda, y donde la información elipsométrica se obtiene
mediante el análisis del mismo perfil de reflexión para la obtención
de la diferencia de fase de los estados de polarización horizontal
y vertical. La información de reflectancia resuelta en ángulo y
elipsométrica es obtenida de forma simultánea, mientras que la
espectrométrica es obtenida de forma continuada. Dicha celda (201)
comprende, al menos:
- (a)
- una pluralidad de cavidades resonantes (53);
- (b)
- una pluralidad de bio-receptores moleculares (p.e. anticuerpos/antígenos) (54) adheridos a la superficie de las cavidades resonantes (53), el reconocimiento molecular se produce y se detecta cuando el analito se introduce y distribuye en la red periódica de micro-pilares resonantes de la celda bio-fótonica (201);
- (c)
- una pluralidad de reflectores de Bragg (52), al menos dos por cavidad resonante (53);
estando además dichos elementos (52,53,54)
depositados sobre el sustrato (55).
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 6 sobre la misma celda fotónica
biosensible (201) de la figura 5 se observa como la interrogación
se produce por transmisión, donde se obtiene la información de
transmitancia resuelta en ángulo y en longitud de onda, y donde la
información elipsométrica se obtiene mediante el análisis del mismo
perfil de transmisión para la obtención de la diferencia de fase de
los estados de polarización horizontal y vertical. La información de
transmitancia resuelta en ángulo y elipsométrica es obtenida de
forma simultánea, mientras que la espectrométrica es obtenida de
forma continuada. En esta configuración, el haz óptico emitido por
un cabezal óptico emisor (103a) conectado a la fuente de excitación
(101) es recibido por un cabezal óptico receptor (103b).
En la figura 7 se muestra una realización
práctica para la realización de un sistema óptico de interrogación
vertical por reflexión de celdas bio-fotónicas,
valido tanto para sustratos grandes o bio-chips. El
haz de luz (73) que proveniente del sistema de excitación (101) es
reflejado por un partidor de haz (75) y se enfoca en la celda
biofotónica (201) mediante un cabezal óptico (103) compuesto por un
objetivo de alta apertura numérica (74) capaz de enfocar en
dominios micro y sub-micro métricos. Debido a la
alta apertura numérica del objetivo (74), la luz reflejada se puede
analizar para varios ángulos de incidencia, el rango de ángulos de
incidencia viene determinado por la propia apertura del objetivo,
siendo factible analizar un rango de ángulos de incidencia de \pm
64º con un objetivo de Apertura numérica 0,9 fácilmente disponible
en le mercado. La luz reflejada que proviene del la celda
bio-fotónica se hace pasar por una lente (76) que
se enfoca en un agujero micro-métrico (77) que
ejerce las funciones de filtro espacial. Los diferentes ángulos de
incidencia se recogen a través de un detector matricial tipo CCD
(78) de forma simultánea y que conforman el perfil de reflexión de
respuesta de la celda bio-fotonica. Si la luz
incidente es linealmente polarizada a 45º se pueden obtener las dos
componentes correspondientes al estado de polarización vertical (s)
y horizontal (p). Esto por ejemplo se puede conseguir haciendo que
la luz de excitación sea linealmente polarizada y utilizando un
retardador y un analizador para la detección. De este perfil de
reflexión se puede obtener de forma simultánea la reflectancia
resuelta en ángulo y en función del estado de polarización, y por
ende la respuesta elipsométrica.
La figura 8 muestra una muestra una realización
práctica para la realización de un sistema óptico de interrogación
horizontal por transmisión de celdas bio-fotónicas,
valido tanto para sustratos grandes o bio-chips. El
haz de luz (83) que proveniente del sistema de excitación (101) es
se enfoca en la celda biofotónica (201) que está alojada en un
sustrato (200) transparente mediante un cabezal óptico (103)
compuesto por un objetivo de alta apertura numérica (84,85) capaz
de enfocar en dominios micro y sub-micro métricos.
Debido a la alta apertura numérica del objetivo (84), la luz
incidente se puede analizar para varios ángulos de incidencia, el
rango de ángulos de incidencia viene determinado por la propia
apertura del objetivo, siendo factible analizar por ejemplo un
rango de ángulos de incidencia de \pm 64º con un objetivo de
apertura numérica 0,9 fácilmente disponible en le mercado. La luz
transmitida que proviene del la celda bio-fotónica
se hace pasar por una lente (86) que se enfoca en un agujero
micro-métrico (87) que ejerce las funciones de
filtro espacial. Los diferentes ángulos transmitidos se recogen a
través de un detector matricial tipo CCD (88) de forma simultánea y
que conforman el perfil de transmisión de respuesta de la celda bio-
fotonica. Si la luz incidente es linealmente polarizada a 45º se
pueden obtener las dos componentes correspondientes al estado de
polarización vertical (s) y horizontal (p). Esto se conseguiría
mediante un simple polarizador a la salida de la fuente de luz. De
este perfil de transmisión se puede obtener de forma simultánea la
reflectancia resuelta en ángulo y en función del estado de
polarización mediante la utilización por ejemplo de un retardador y
un analizador para la detección, y por ende la respuesta
elipsométrica.
En cuanto al posicionamiento, las celdas
bio-fótonicas con bio-cavidad
Fabry-Perot (figuras 3 y 4) el posicionamiento del
cabezal óptico será menos crítico al ser las dimensiones en el
plano de mayor tamaño. Se pueden realizar marcas de alineamiento
para que un sistema de reconocimiento de imágenes pueda determinar
el lugar de medida, usadas convencionalmente en
micro-fabricación para localizar determinadas
estructuras. Esto se realiza mediante la inclusión de determinados
motivos y patrones en la cara superior de los chips. Para las
celdas basadas en redes periódicas de micro- pilares (figuras 5 y 6)
las dimensiones de enfoque son más críticas, pero este tipo de
celdas permite ayudarse para posicionar el cabezal óptico de
detección mediante el análisis de simetría de la intensidad del
perfil de reflexión.
La figura 9 representa la respuesta la respuesta
teórica de detección mediante el análisis del perfil de reflexión
por reflectancia resuelta en ángulo de una celda
bio-fotónica (figura 3). La celda biofotónica de la
figura 3 está formada en su conjunto por reflectores de Bragg y una
cavidad por donde se introducirán los diferentes analitos. Dicha
celda se comporta ópticamente como un resonador tipo
Fabry-Perot de detección bioquímica. Se puede
observar que la respuesta de reflectancia resuelta en ángulo donde
aparecen dos mínimos de reflexión (95) debidos a la respuesta
resonante de la celda bio- fotónica, siendo la respuesta muy similar
para los dos estados de polarización: vertical (91) y horizontal
(92). La posición angular de dichos mínimos depende fuertemente del
índice de refracción dentro de la bio-cavidad, este
índice variará en función de la interacción molecular dentro de la
cavidad. La curva (93, 96) representa la respuesta fotónica de la
cavidad resonante para polarización vertical, mientras que la curva
(94,97) representa la respuesta de la celda
bio-fotónica para un porcentaje de biomoléculas
reconocidas equivalentes a 0,01 Unidades de Índice de Refracción
(R.I.U.).
La figura 10 representa la respuesta teórica de
detección mediante el análisis del perfil de reflexión por
reflectancia resuelta en longitud de onda (espectrometría) para una
celda biofotónica (figura 3). Para espectrometría aparece un mínimo
de resonancia (300) de gran pendiente en torno a 810 nm, separado
en más de 50 nm del siguiente mínimo. Este mínimo se moverá a
mayores o menores longitudes de onda al variar el índice efectivo
de la bio-cavidad debido a la interacción
biomolecular dentro de la misma. La posición angular de dicho
mínimo depende fuertemente del índice de refracción dentro de la
bio-cavidad, y por ende del reconocimiento molecular
dentro de la cavidad. La curva 1001 representa la respuesta
fotónica de la cavidad resonante, mientras que la curva 1002
representa la respuesta de la celda bio-fotónica
para un porcentaje de biomoléculas reconocidas equivalentes a 0,01
Unidades de Índice de Refracción (R.I.U.).
La figura 11 representa la respuesta teórica de
detección mediante el análisis del perfil de reflexión por
elipsometría. La figura muestra se muestra la diferencia de fase
(1101) teórica entre las polarizaciones vertical (s) y horizontal
(p) y el modulo (1102) para diferentes índices de refracción de la
cavidad, los cuales se corresponden con la concentración de
biomoléculas reconocidas. Estas curvas son una estimación teórica de
la respuesta y rango dinámico de la celda biofotónica. En torno a n
= 1,33, dicha fase varía muy rápidamente en función del índice de
la bio-cavidad.
Para esta celda, las estimaciones calculadas
demuestran que para estas estructuras el límite de detección que se
puede lograr es de 10^{-7} Unidades de Índice de Refracción
(R.I.U.). En el caso de la celda bio-fotónica
basadas en micro-pilares resonantes (figuras 5 y
6), los resultados obtenidos teóricamente son semejantes, aunque
este tipo de estructuras permite concentrar el campo evanescente en
las superficies donde se anclarán las biomoléculas. También, otras
celdas bio-fotónicas pueden ser objeto de la
invención, como por ejemplo membranas de sub-micro
agujeros que permitirían la concentración del campo evanescente y
flujo continuo.
La figura 12 representa un ejemplo de
realización de la invención para fabricar una celda
bio-fotónica basado en una cavidad resonante tipo
Fabry-Perot (figura 3 y 4) en cinco pasos de
fabricación (P1, P2, P3, P4, P5), aunque otras celdas
bio-fotonicas (figuras 5, 6) pueden ser fabricadas
utilizando métodos semejantes de micro-fabricación.
Para la fabricación de esta estructura tomada como ejemplo se pueden
seguir los siguientes pasos (figura 12):
- -
- Proceso de fabricación P1: Fabricación de los reflectores de Bragg (32) inferiores: Los reflectores de Bragg se pueden realizar en pares de óxido (SiO_{2} de bajo índice de refracción) y nitruro de silicio (Si_{3}N_{4} de alto índice de refracción) sobre un sustrato (128) para mejorar la respuesta. El depósito de los reflectores tiene que asegurar la uniformidad de las capas depositadas. Para este proceso se puede utilizar técnicas ampliamente utilizadas como LPCVD (Deposición química en fase vapor a baja presión, o PECVD (Deposición química en fase vapor asistida por plasma) de uso común en tecnología de micro-fabricación. Una capa intermedia de silicio amorfo (126) se deposita después de la fabricación de los reflectores mediante PECVD, que será utilizada para la fabricación de la bio-cavidad utilizando técnicas de fotolitografía convencional.
- -
- Proceso de fabricación P2: Capa de sacrificio (129). Una vez definida el tamaño de la cavidad, se puede depositar una capa de SiO_{2} de sacrificio para posteriormente poder ser eliminada y crear una cavidad hueca. Se puede utilizar también PECVD.
- -
- Proceso de fabricación P3: Definición de la cavidad. Utilizando técnicas de fotolitografia convencionales y técnicas de ataque convencionales como por ejemplo ataque seco por plasma (dry etching) una lámina delgada de SiO_{2} puede ser definida sólo en la cavidad. Esta capa de SiO_{2} será eliminada posteriormente para crear una cavidad hueca.
- -
- Proceso de fabricación P4: Fabricación de los reflectores de Bragg superiores (1210). Los reflectores de Bragg superiores se puede fabricar mediante depósitos alternativos de óxido y nitruro por las mismas técnicas anteriormente descritas.
- -
- Proceso de fabricación P5: Creación de la cavidad hueca. Para la eliminación de la capa de sacrificio de SiO_{2} que define la cavidad se puede utilizar ataque húmedo utilizado convencionalmente.
\vskip1.000000\baselineskip
Los accesos fluídicos de las diferentes a las
celdas bio-fotónicas se pueden realizar de forma
simultánea utilizando técnicas de micro-fabricación
estándar y siguiendo procesos similares. Por ejemplo para crear los
canales en la parte inferior de la oblea se puede utilizar técnicas
de ataque seco profundo tipo DRIE (Deep Reactive ion etching)
o ataque húmedo por ejemplo utilizando ácido fluorhídrico (HF) o
hidróxido de potasio (KOH). Otras posibilidades pasan por utilizar
sustratos transparentes, como obleas de vidrio, utilización y
deposito de laminas delgadas de polímeros y resinas como por
ejemplo PDMS (Polidimetil Siloxano) o SU-8 mediante
técnicas de recubrimientos giratorios de precisión tipo "spin
coating" o utilizando técnicas de procesado adecuadas en
función del material. Los canales fluídicos a nivel de oblea también
pueden ser procesados por litografia directa ablación láser, por
ejemplo procesos de ablación mediante láser de excímero con ancho
de pulso de pico y nano-segundos, láseres de femto
segundos, por fotolitografia láser o por
foto-polimerización, etc. Otras técnicas de micro
fabricación como fotolitografia por haz de electrones, etc. pueden
ser también utilizadas, aunque las estructuras de las celdas
bio-fotónicas se pueden fabricar técnicas de
micro-fabricación maduras que Dado el progreso de la
tecnología de micro-nano fabricación en los últimos
años, existen varias posibilidades para la realización tanto de las
celdas bio-fotónicas como de los canales y accesos
fluídicos de forma competitiva.
En la figura 13 se muestra una solución
esquemática tecnológicamente viable basada en las técnicas de
micro-fabricación estándar como las que se han
descrito anteriormente. En este caso se puede utilizar una capa
transparente de PDMS (131), donde existe un canal fluídico de
acceso (132) sobre un soporte (133) en PMMA
(Poli-metil-metacrilato) donde
reposa el sustrato (202) donde se alojan las celdas sensibles
bio-fotónicas, en este caso formadas por una
pluralidad de reflectores de Bragg (32), superiores (134) e
inferiores (136) y una cavidad fluídica resonante (135) por donde se
introduce el analito correspondiente. El acceso para obtener la
información de la respuesta al reconocimiento molecular de la
cavidad se realiza mediante un cabezal óptico (103).
Finalmente la aplicación biológica de detección
estará supeditada al desarrollo de bio-ensayo
concreto para la detección de patógenos, determinadas proteínas o
fragmento de de ADN para detección de virus. Una ventaja de este
sistema de bio-detección es que podrá utilizarse
con la mayoría de bio-ensayos comerciales existentes
u otros por desarrollar, ya que permiten el flujo continuo y la
posibilidad de introducir secuencialmente los reactivos necesarios
para desarrollar la aplicación biológica correspondiente, por tanto
puede ser también utilizando como herramienta para el desarrollo de
nuevos bio-ensayos. Para poder llevar a cabo dicha
aplicación biológica existen ya desarrolladas técnicas de
funcionalización de superficies donde inmovilizar y adherir los
bio-receptores moleculares
((Label-free optical biosensing with
slot-waveguides. Opt. Lett. 33, (7), pp.
708-710, 2008. doi:10.1364/OL.33.000708) que
serán responsables de la selectividad del biosensor. Una vez
realizado este proceso el sistema biosensor estará preparado para
la detección final. Los analitos objetivo se introducirán por
el/los canales fluídicos correspondientes y la respuesta de
interacción molecular o reconocimiento molecular será monitorizada
óptimamente por el sistema óptico de detección. Esta respuesta se
amplificará debido a la respuesta fotónica de las celdas
bio-sensoras (figuras 9,10 y 11). El uso simultáneo
de las técnicas ópticas propuestas (figuras 7 y 8) reducirá
drásticamente la incertidumbre y hará el sistema mucho más fiable.
Sistemas cognitivos orientados a usuarios y profesionales del sector
correspondiente podrán ser desarrollados mediante aplicaciones
software que hagan que el sistema sea muy fácil de utilizar.
Claims (8)
1. Sistema de detección óptica para
bio-ensayos de alta sensibilidad sin marcado que
comprende:
- un elemento para la integración de múltiples
analitos que comprende una pluralidad de celdas
bio-fotónicas sensibles, seleccionadas entre
resonantes o interferométricas o combinaciones de ambas, depositadas
sobre un sustrato, y
- un sistema óptico de medida que comprende al
menos una fuente de excitación (101), y medios ópticos de detección
(102) de la señal procedente de al menos un cabezal óptico (103,
103a, 103b) emisor y/o receptor de un haz óptico de medida,
caracterizado por que las celdas
bio-fotónicas son celdas de interrogación óptica
vertical por reflexión o transmisión basadas en dominios micro y
submicrométricos, que comprenden:
- (a)
- una pluralidad de reflectores (32, 52, 134, 136)
- (b)
- al menos una cavidad seleccionada entre micro-nano pilar (53) o micro-nano cavidad fluídica (33, 135),
- (c)
- una pluralidad de biomoléculas (34, 54) adheridas a la superficie de la al menos una cavidad,
- estando, además, la pluralidad de reflectores, la al menos una cavidad y la pluralidad de biomoléculas, depositados sobre un sustrato;
y donde dicho cabezal óptico (103, 103a, 103b)
está configurado para analizar cada una de dichas celdas
bio-fotónicas sensibles y los analitos contenidos en
ellas por lectura de interrogación vertical por reflexión o
trasmisión, en función del ángulo de incidencia o de la longitud de
onda o la diferencia de fase.
2. Sistema según reivindicación 1
caracterizado porque las celdas bio-sensibles
comprenden una pluralidad de
micro-nano-pilares como cavidades
resonantes, seleccionadas entre resonantes o interferométricas, con
al menos dos reflectores por cavidad resonante.
3. Sistema según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque la fuente de excitación (101) es una
fuente seleccionada entre un láser, fuentes coherentes o fuentes no
coherentes de excitación, en longitudes de onda visible e
infrarrojo.
4. Sistema según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque el elemento de integración con múltiples
analitos es un sustrato de gran tamaño seleccionado entre oblea de
silicio o vidrio transparente o similar.
5. Sistema según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque el elemento de integración de múltiples
analitos es un bio-chip desechable.
6. Sistema según reivindicación 1
caracterizado porque el elemento de integración de múltiples
analitos comprende una pluralidad de conexiones fluídicas conectadas
a las celdas bio-fotónica sensible.
7. Sistema según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque comprende dos cabezales ópticos, un
cabezal óptico emisor (103 a) conectado a la fuente de excitación
(101) y un cabezal óptico receptor (103b), conectado a los medios
ópticos de detección (102).
8. Sistema según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque comprende un cabezal óptico (103)
emisor-receptor.
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| US5181080A (en) | 1991-12-23 | 1993-01-19 | Therma-Wave, Inc. | Method and apparatus for evaluating the thickness of thin films |
| GB9927248D0 (en) | 1999-11-18 | 2000-01-12 | Farfield Sensors Ltd | Sensor device |
| EP1892518A3 (en) * | 2000-10-30 | 2008-03-12 | SRU Biosystems, Inc. | A label-free high throughput optical technique for detecting bio-molecular interactions |
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| DE10055655C2 (de) | 2000-11-10 | 2003-06-12 | Jandratek Gmbh | Plasmonenresonanzsensor, insbesondere für die Biosensorik |
| US7440110B2 (en) * | 2001-10-19 | 2008-10-21 | Invivosense Asa | Optical sensing of measurands |
| US20040023396A1 (en) | 2001-11-14 | 2004-02-05 | Boyd Robert W. | Ring or disk resonator photonic biosensor and its use |
| US7054006B2 (en) | 2003-05-20 | 2006-05-30 | Therma-Wave, Inc. | Self-calibrating beam profile ellipsometer |
| JP4511857B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2010-07-28 | 国立大学法人京都大学 | フォトニック結晶を応用したセンサおよび検出対象物質の検出方法 |
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