ES2334486B1 - Soporte de biosensor. - Google Patents
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Abstract
Soporte de biosensor, que consta de un cilindro
(1) de material no-conductor de la electricidad, que
dispone un orificio (2) pasante coaxial con el eje del cilindro (1);
una varilla de metal (3) dispuesta en dicho orificio (2) con su
extremo superior (31) al ras de la base superior (11) del cilindro
(1); una capa/recubrimiento de metal noble (4), de entre 1 a 1000
nanómetros, dispuesta sobre dicha base superior (11) y un protector
(5) de un material no-conductor de la electricidad
dispuesto sobre la capa/recubrimiento de metal noble (4) en la zona
de conjunción de dicha capa (4) con la varilla de metal (3) y
recubriendo una superficie de diámetro (\diameter_{2}) mayor que
el diámetro de la varilla (3).
De aplicación para la detección específica de
sustancias en medios acuosos.
Description
Soporte de biosensor.
La presente invención se basa en un dispositivo
que sirve de base para la colocación de una sustancia enzimática u
otra de cualquier índole con la finalidad de crear un biosensor
para la detección específica de sustancias en medios acuosos.
En el estado de la técnica ya se conocen
soportes similares, pero están basados en láminas macizas,
preferiblemente circulares, de oro, carbón o platino. Dichas
láminas están fabricadas de metal puro con un espesor de uno o
varios milímetros. La parte exterior, donde se depositan las
enzimas, está pulida y está al mismo nivel que el cilindro de
plástico que lo aloja. En la parte interior de dicho cilindro de
plástico, en la cara interna de la lámina de metal, se coloca
normalmente una resistencia construida con carbón en polvo
prensado. La impedancia típica de este carbón en polvo suele ser
inferior a una decena de ohmnios. A continuación de este carbón
prensado, se coloca una varilla de latón preferiblemente para que,
una vez asome por el extremo opuesto a la lámina de oro, a través
del cilindro de plástico que lo aloja, pueda recibirse la señal
eléctrica procedente de la enzima depositada sobre la lámina.
La lámina, preferiblemente de oro, tiene un
diámetro comprendido entre 3 y 6 mm.
Este tipo de soportes para la construcción de
biosensores, tiene el inconveniente de que la señal eléctrica
proveniente de la reacción química de la enzima es muy baja. Las
pruebas hechas con enzimas, preferiblemente gluconasa, para la
determinación del ácido glucónico, demostraron que para una lámina
de 3 mm de diámetro y 0,1 mm de espesor, la respuesta a la enzima
era de apenas 5 nanoamperios.
Aumentando el diámetro de la lámina de oro a 5
mm de diámetro, apenas se incrementó la señal otros 2
nanoamperios.
El biosensor así construido, una vez introducido
en el circuito electrónico potenciostático, presenta problemas de
medición por la muy baja señal de respuesta eléctrica de la enzima
y además, un aumento de la temperatura del medio acuoso donde se
realiza la medición falsea los datos al variar aproximadamente 2
nanoamperios por cada grado centígrado. Esto obliga a mantener
rigurosamente el medio acuoso a una temperatura lo más constante
posible.
La presente invención soluciona este problema de
respuesta baja de señal de la enzima en presencia de la sustancia
química para la que se ha diseñado. De igual forma, es válido para
cualquier sustancia enzimática, pues la alta respuesta a la señal
procede principalmente de la forma en que está construido el
soporte objeto de esta patente.
Las sustancias enzimáticas necesitan un metal
noble o carbón, donde colocarse para dar una respuesta a la
sustancia para la que se diseñó. Este soporte, preferentemente de
oro, no puede conectarse directamente mediante un cable o varilla
conductora de electricidad al circuito electrónico potenciostático.
Se debe colocar una impedancia que, en los sensores comerciales
hasta el momento, está realizado mediante carbón prensado. Este
carbón tiene que estar en contacto directo a la lámina,
principalmente de oro, y no puede colocarse una resistencia
electrónica convencional. Pero como la lámina de oro donde se
deposita la encima es perfectamente conductora de la electricidad,
por lo que la señal electrónica que produce la enzima es
enmascarada frente a la alta señal parásita o de base generada por
el circuito electrónico potenciostático.
El soporte de biosensor objeto del invento se
caracteriza porque consta de:
- -
- un cilindro de material no-conductor de la electricidad, que dispone un orificio pasante coaxial con el eje del cilindro
- -
- una varilla de metal, dispuesta en dicho orificio con su extremo superior al ras de la base superior del cilindro
- -
- una capa/recubrimiento de metal noble, de entre 1 a 1000 nanómetros, dispuesta sobre dicha base superior
- -
- un protector de un material no-conductor de la electricidad, dispuesto sobre la capa/recubrimiento de metal noble en la zona de conjunción de dicha capa con la varilla de metal y recubriendo una superficie de diámetro mayor que el diámetro de la varilla.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención resuelve el problema de la
baja señal que entrega la encima depositada sobre el soporte del
biosensor a la presencia de la sustancia química para la que se
diseñó. Además, reduce enormemente la señal parásita o de línea
base generada por el circuito electrónico potenciostático. Debido a
la topología aplicada para su manufacturado, el precio de
fabricación es unas 300 veces menor que lo que hay en el mercado
actualmente. La señal eléctrica que entrega la enzima es unas 30
veces superior a cualquier soporte actual para biosensores,
pudiéndose aumentar de forma exponencial aumentando su
diámetro.
\newpage
El presente soporte para biosensores está
orientado a un solo uso. Una vez agotada la función de la enzima,
éste se desecha.
Para comprender mejor el objeto de la presente
invención, se representa en los planos una forma preferente de
realización práctica, susceptible de cambios accesorios que no
desvirtúen su fundamento.
La figura 1 es una vista esquemática en alzado
del biosensor objeto del invento.
La figura 2 es una vista en sección y muy
ampliada de la zona de conjunción varilla (3)/capa de metal noble
(4).
Se describe a continuación un ejemplo de
realización práctica, no limitativa, del presente invento.
El soporte del biosensor comprende un cilindro
(1) de plástico, preferiblemente policloruro de vinilo, con un
orificio pasante (2) en su centro, haciendo de éste un tubo. El
diámetro del cilindro (1) puede ser de cualquier diámetro
(\diameter_{3}) pero es preferible 10 mm. En el orificio
pasante (2) se introduce una varilla metálica (3), por ejemplo,
acero inoxidale, cobre, latón, etc. (de latón preferiblemente) con
el único fin de transportar el flujo de electrones generado por las
enzimas (e) que se colocarán sobre la base superior (1_{1}) del
cilindro de plástico (1) hasta el circuito electrónico
potenciostático (no representado).
Dicha varilla de metal (3) debe ser de un
diámetro (\diameter_{1}) mucho más pequeño que el diámetro del
cilindro de plástico, preferiblemente de 3 mm ó menor
\diameter_{1} << \diameter_{3}.
El extremo superior (3_{1}) de esta varilla de
latón (3) se deja al ras del cilindro de plástico (1) y por el otro
extremo (3_{2}) de deja asomar unos 5 mm o cualquier otra medida
para su posterior amarre al circuito electrónico potencios-
tático.
tático.
La zona del cilindro de plástico (1) donde la
varilla de latón (3) se ha dejado al ras está refrendada/pulida.
Para ello se empleará preferiblemente una máquina herramienta tal
como un torno de revolución a baja velocidad para no fundir el
cilindro de plástico con la fricción. La superficie así pulida debe
quedar lo más lisa posible y sin quemar el plástico en el
mecanizado debido a un exceso de velocidad de la máquina
herramienta de torneado o pulido.
A su vez, en el cilindro de plástico (1) en su
superficie lateral (10) y a una distancia preferiblemente de 2 mm
desde el borde superior de la zona pulida, se practica una
hendidura (7) en forma toroidal a modo de sujeción futura de una
junta (8) de goma tórica para amarrar una membrana (6) permeable u
osmótica como las utilizadas en diálisis.
Una vez torneado y preparado el soporte del
biosensor, se le da una capa de oro de entre 1 y 1000 nanómetros,
siendo preferiblemente de entre 30 y 100 nanómetros, en función del
comportamiento de otras enzimas en cuanto a la respuesta de
generación del flujo de electrones o corriente eléctrica frente a
la presencia de la sustancia para la que ha sido diseñada. Este
baño de oro se aplica mediante sputtering a través de un equipo
comercial para tal fin.
Mediante este recubrimiento se hace conductora
de electricidad toda la zona pulida del cilindro de plástico (1)
más la varilla de latón (3).
Este oro, al ser una capa tan delgada, del orden
de nanómetros, presenta una impedancia al paso de la corriente
eléctrica que puede ser de unos 10 ohmnios desde la periferia hasta
su centro.
La zona bañada de oro problemática es la del
centro del cilindro de plástico (1), justo la zona donde está la
varilla de latón (3) alojada. Si la enzima (e) depositada sobre el
oro toca esta zona, producirá una señal residual base o parásita no
deseada del orden de unas 50 ó 100 veces la señal que produciría la
enzima (e) a la presencia de la sustancia para la que se diseñó,
dando como resultado un funcionamiento muy anómalo. La señal
eléctrica producida por la enzima sería enmascarada por esta señal
parásita.
Para evitar la exposición de la encima (e) a la
zona central donde está la varilla de latón (3) bajo el
recubrimiento de oro (4), se deposita un protector, pegamento o una
pequeña gota (5) de resina epoxídica preferiblemente, pudiendo ser
cualquier otra sustancia no conductora adherente al material del
cilindro o incluso un tapón diseñado para tal fin. De esta forma,
la enzima solo se depositará en toda la corona pulida del cilindro
de plástico (1) bañado de oro (4) excepto en su zona central
cubierta por una gota (5) de resina epoxídica preferiblemente.
La gota o protector (5) preferentemente, será de
un material adherente al oro.
La enzima (e) depositada sobre este soporte
objeto de patente, se recubre mediante una membrana (6) permeable u
osmótica como las usadas en diálisis, y se amarra al lateral del
cilindro de plástico (1) mediante una junta tórica (8) de goma que
a su vez se encaja en el rebaje lateral (7) en forma tórica que se
practicó en el cilindro de plástico (1) que forma el soporte del
biosensor. La membrana permeable (6) debe quedar perfectamente
apretada contra la cara pulida (1_{1}) del cilindro de plástico
(1) para inmovilizar así la enzima (e) y obligarla a permanecer lo
más cerca posible de la zona bañada de oro preferiblemente.
\newpage
Sin medios de sujeción/apriete de la membrana
(6) como por ejemplo este rebaje para la colocación de la junta
tórica (8), la membrana permeable (6) podría moverse y hacer que el
biosensor así diseñado no funcione correctamente al no obligar a la
enzima (e) a permanecer lo más próxima a la zona bañada de oro.
También podría sustituirse la membrana permeable
(6) por una membrana permeable líquida.
Claims (5)
1. Soporte de biosensor, caracterizado
porque consta de:
- a)
- un cilindro (1) de material no-conductor de la electricidad, que dispone un orificio (2) pasante coaxial con el eje del cilindro (1)
- b)
- una varilla de metal (3) dispuesta en dicho orificio (2) con su extremo superior (3_{1}) al ras de la base superior (1_{1}) del cilindro (1)
- c)
- una capa/recubrimiento de metal noble (4), de entre 1 a 1000 nanómetros, dispuesta sobre dicha base superior (1_{1})
- d)
- un protector (5) de un material no-conductor de la electricidad dispuesto sobre la capa/recubrimiento de metal noble (4) en la zona de conjunción de dicha capa (4) con la varilla de metal (3) y recubriendo una superficie de diámetro (\diameter_{2}) mayor que el diámetro de la varilla (3).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Soporte de biosensor, según reivindicación 1,
caracterizado porque el cilindro (1) de material
no-conductor dispone en su superficie lateral (10)
de medios de sujeción de una membrana (6).
3. Soporte de biosensor, según reivindicación 1,
caracterizado porque la capa/recubrimiento (4) es de oro con
un espesor de entre 30 y 100 nanómetros.
4. Soporte de biosensor, según reivindicación 2,
caracterizado porque la membrana 6 puede ser una membrana
permeable o una membrana permeable líquida.
5. Soporte de biosensor, según reivindicación 1,
caracterizado porque el protector (5) es una gota de una
resina adherente a la capa/recubrimiento de metal noble (4).
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