ES2716898T3 - Punta detectora con sensor de impedancia eléctrica - Google Patents

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Description

DESCRIPCIÓN
Punta detectora con sensor de impedancia eléctrica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la detección de partículas dentro de un líquido, en particular a la detección de partículas tales como células dentro de un líquido.
Técnica anterior
Las pipetas se utilizan ampliamente en el laboratorio para manejar líquidos con precisión. Por lo general, están hechas de una bomba para líquidos accionada por un émbolo que controla el volumen del líquido manipulado. La punta de la pipeta que está en contacto con el líquido está hecha de un material plástico de un solo uso. Aunque las pipetas normales son muy precisas para controlar el volumen del líquido manipulado, no proporcionan información ni control sobre las partículas contenidas en el líquido.
Un método para detectar partículas en un líquido se describió por primera vez en el diseño del contador Coulter (US2656508A). Este método permite caracterizar partículas dieléctricas en un líquido en términos de número y tamaño. Sin embargo, esta técnica anterior no describe una realización adecuada para su integración en una punta de pipeta. Más tarde, el acoplamiento de un contador Coulter a una punta de pipeta fue propuesto por Gascoyne et al. (WO2005/121780). Esto permite caracterizar y medir partículas contenidas en un líquido. Sin embargo, no hay una descripción de la realización del sensor.
Una realización para el sensor en la punta fue descrita más tarde por Ayliffe et al. (US2010/0199788A1). Esta punta puede incorporarse para contar partículas, verificar la integridad de la muestra, supervisar la tasa de flujo y confirmar un volumen aspirado. La punta está hecha de una pluralidad de capas que comprenden una trayectoria del líquido por donde fluyen las partículas. El sensor se encuentra en la trayectoria del líquido. Hay un volumen muerto en la trayectoria del líquido entre la extremidad de la punta y el sensor. Con este diseño, se requiere muestrear un número suficiente de partículas para llenar el volumen muerto. Por lo tanto, este diseño hace imposible el análisis de un pequeño número de partículas. Además, las partículas perdidas en el volumen muerto después de la detección hacen este diseño inadecuado para dispensar estas partículas
Un sensor de impedancia de partículas que comprende un electrodo sensor que comprende una primera y una segunda membranas dieléctricas se describe en WO03048728A2.
Una punta de pipeta de plástico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta se describe en el documento US3714565A
Descripción general de la invención
La presente invención resuelve los problemas mencionados en el capítulo anterior.
La invención se refiere a una punta de pipeta de plástico de acuerdo con la reivindicación 1 y al uso de una punta de pipeta de acuerdo con la reivindicación 4. Las realizaciones preferidas se han definido en las reivindicaciones dependientes. En la punta de la pipeta de plástico de acuerdo con la invención, el área de detección está localizada dentro de la abertura de la punta, en la frontera con el líquido externo, lo que da lugar a la ausencia de cualquier volumen muerto. Por lo tanto, se puede detectar cada partícula individual que fluye dentro o fuera de la punta. Dicha configuración puede usarse ventajosamente para analizar y dispensar partículas individuales
Descripción detallada de la invención
La invención se entenderá mejor en el presente capítulo, por medio de ejemplos ilustrativos no limitativos.
Breve descripción de las figuras
Figura 1: Vista en sección transversal de la extremidad de una punta detectora de acuerdo con la invención (modo de electrodo interno de cable)
Figura 2: Vista en sección transversal de la extremidad de otra punta de acuerdo con la invención (modo de electrodo interno de película delgada)
Figura 3: Pipeta que funciona con una punta detectora de acuerdo con la invención.
Figura 4: Una primera vista en despiece de una punta detectora de acuerdo con la invención.
Figura 5: Una segunda vista en despiece de la punta de la figura 4
Figura 6: Una forma específica de la abertura que permite la desobstrucción automática.
Números de referencia utilizados en las figuras
1 punta convencional
2 membrana dieléctrica
3 apertura
4 electrodo externo
5 electrodo interno
6 electrodo de hilos internos (modo opcional)
7 instrumento
8 punta detectora
9 solución
10 pantalla
11 orificio circular
12 orificio ranurado
Estructura de la punta
La punta detectora ilustrada en los ejemplos de las figuras 1 y 2 incluye una punta convencional 1 cubierta por una membrana dieléctrica 2 en el extremo distal de la punta. La membrana 2 está provista de una abertura 3. Un electrodo externo 4 está colocado en la membrana y un electrodo interno 5 (figura 2) o 6 (figura 1) está colocado dentro de la punta convencional 1.
En las figuras 4 y 5 se ilustran vistas en despiece de estas puntas detectoras.
Los electrodos 4 y 5 se utilizan para establecer un campo eléctrico determinado. En un medio conductor, por ejemplo, una solución que contiene partículas (por ejemplo, células), fluye una corriente entre los electrodos interno (5,6) y externo (4). Debido a este diseño, tanto la corriente como las partículas son forzadas a fluir a través de la abertura 3. Como consecuencia, la corriente se ve influenciada principalmente por la partícula en la abertura 3 de acuerdo con el principio del contador Coulter. Conociendo el campo eléctrico y midiendo la corriente, se pueden realizar espectroscopias de impedancia o recuentos Coulter en las partículas en la abertura 3. Para este propósito, se conecta un analizador de impedancia de resolución temporal a los electrodos 4 y 5 o alternativamente a 4 y 6. Por lo tanto, se pueden medir las propiedades dieléctricas y estructurales de la partícula en la abertura 3.
El diseño de la abertura 3 debe ajustarse con precisión con respecto a la partícula a analizar.
En particular, es mejor adaptar el diámetro de la abertura 3 al diámetro de la partícula para evitar la obstrucción y maximizar la relación señal/ruido.
Es mejor adaptar el grosor de la membrana 2 para maximizar el tiempo de desplazamiento de la partícula en la abertura 3 al tiempo que se maximiza la relación señal/ruido.
Los electrodos 4, 5 o 6 deben tener un área suficiente para mantener la corriente en la frecuencia de interés para la medida.
Los electrodos 4, 5 están unidos a la estructura. El electrodo 6 se deja flotante. De todos modos, es mejor trabajar con los electrodos 4, 5 o 6 lo más cerca posible de la abertura 3, ya que permite trabajar con una mínima humectación de la punta.
Fabricación de la punta
El uso de una membrana 2 permite controlar mejor la abertura 3. La membrana 2 está preferiblemente recubierta en el extremo distal de la punta 1 convencional mediante el proceso normal de deposición química de vapor (CVD). El recubrimiento es un polímero libre de orificios y conforme (como el poli(p-xilileno con el nombre comercial de Parileno). Se deposita con un grosor preciso que varía de 50 nm a 1 mm de acuerdo con la aplicación. Se utiliza un polímero biocompatible para manejar muestras biológicas (Parileno USP clase VI). Antes de la deposición química de vapor, la punta 1 se llena con un tapón de sacrificio. El tapón está hecho de un polímero soluble, por ejemplo, poli(etilenglicol) que es soluble en agua. Después del CVD, el polímero cierra la abertura de la punta. El tapón se disuelve en disolvente. Por lo tanto, el polímero forma una membrana que cierra la punta 1. Alternativamente, la membrana 2 está hecha de un material polímero que está unido a la punta 1, por ejemplo, mediante soldadura ultrasónica u otro pegamento químico. Alternativamente, la punta 1, la membrana 2 y la abertura 3 se moldean como un solo elemento.
Se abre una abertura 3 a través de la membrana 2 en el extremo de la punta 1. Este proceso se realiza mediante ablación por láser, punzonado, grabado o perforación. El diámetro de apertura 3 varía de 50nm a 1mm.
La abertura 3 puede ser un orificio circular simple 11 o puede estar formada por formas más complejas, como un orificio ranurado 12 para evitar que la abertura 3 se obstruya (véase la figura 6).
Los electrodos se depositan dentro y fuera de la punta convencional 1 para permitir la creación de una abertura de paso del campo eléctrico 3. Los electrodos interno y externo están hechos de metal o material conductor depositado en la superficie de la punta 1 por pulverización catódica o cualquier otro método de deposición. El electrodo interno también puede ser un cable conductor 6.
Instrumento
La punta detectora 8 se puede acoplar a un instrumento (ver figura 3) dispuesto para conectarse al extremo proximal de la punta 8. El instrumento está compuesto al menos por un aparato de manejo de líquidos, un analizador de impedancia eléctrica y una unidad de control. El aparato de manejo de líquidos controla el flujo del líquido dentro de la punta, que puede detenerse, fluir dentro o fluir fuera de la punta. El analizador de impedancia eléctrica mide la impedancia proporcionada por el sensor de la punta detectora. La unidad de control se comunica con el analizador de impedancia eléctrica y con el aparato de manejo de líquidos. La unidad de control interpreta los datos enviados por el analizador de impedancia eléctrica y, en respuesta, controla el aparato de manejo de líquidos. La unidad de control puede tener un interfaz de usuario para recibir órdenes del usuario y puede transferir los datos a una pantalla de visualización y/o a un ordenador para su posterior análisis. El instrumento puede ser, por ejemplo, una pipeta adaptada, una pipeta múltiple o un robot de manejo de pipetas, así como cualquier otro instrumento que incluya las funciones mencionadas anteriormente.
Ejemplos de uso
En una realización preferida, la punta detectora 8 se usa para captar un conjunto controlado de partículas dentro de una solución 9. Al pasar el sensor, las partículas se cuentan y analizan en términos de número y tamaño. Las propiedades dieléctricas y estructurales de las muestras biológicas se analizan para evaluar la viabilidad celular, las propiedades de la membrana, la granularidad y cualquier otra información biológica relevante. La punta detectora se maneja con un instrumento 7, como una pipeta como ejemplo, que incluye un sistema líquido, un sistema electrónico incorporado y una pantalla 10. La punta detectora está conectada al instrumento 7. La extremidad de la punta está sumergida en una solución 9 que contiene partículas. El usuario presiona un botón en la pantalla del instrumento para comenzar a absorber las partículas de la solución. El sistema líquido del instrumento genera una presión negativa que aspira las partículas. Las partículas que fluyen en la punta se detectan y analizan mediante la medición de la impedancia cuando pasan por el sensor colocado en el extremo de la punta. Las mediciones de la impedancia se procesan en el instrumento y se muestran en la pantalla 10. Los datos también se pueden transferir a otros ordenadores o dispositivos portátiles.
En otra realización, la punta detectora se usa para dispensar una parte o todas las partículas previamente recogidas de una solución de acuerdo con una realización preferida. El análisis de las partículas se realiza de la misma manera que se describe en la realización preferida. La dispensación de partículas se realiza sumergiendo primero la punta en el contenedor inicial 9 o en cualquier contenedor con solución reciente. El usuario presiona un botón en la pantalla del instrumento para comenzar a dispensar las partículas. El sistema líquido del instrumento genera una presión positiva que expulsa las partículas. Las partículas que fluyen por la punta se detectan y analizan mediante la medición de la impedancia cuando pasan a través del sensor colocado en la extremidad de la punta. Las mediciones de la impedancia se procesan en el instrumento 7 y se muestran en una pantalla 10. Los datos también se pueden transferir a otros ordenadores o dispositivos portátiles
En otra realización, la punta detectora se usa para dispensar secuencialmente un subconjunto o todas las partículas previamente recogidas de la solución 9 de acuerdo con la realización preferida. El usuario define el número de partículas a dispensar. Puede dispensar tan solo una partícula cada vez. Las partículas pueden transferirse de un contenedor a otro contenedor o a otros contenedores sin pérdida de partículas durante la transferencia. La dispensación de partículas se realiza sumergiendo primero la punta en el contenedor inicial 9 o en cualquier contenedor con solución reciente. Este paso se puede repetir para cada nueva dispensación de partículas. El usuario define el número de partículas que se dispensarán en cada dispensación secuencial. El usuario presiona un botón para comenzar a dispensar las partículas. El sistema líquido del instrumento genera una presión positiva que expulsa las partículas. Las partículas que salen de la punta se detectan y analizan mediante la medición de la impedancia cuando pasan a través del sensor. Un circuito de retroalimentación en el caudal detiene la dispensación una vez que se alcanza el número de partículas a dispensar. Las mediciones de impedancia se procesan en el instrumento y se muestran en una pantalla. Los datos también se pueden transferir a otros ordenadores o dispositivos portátiles.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una punta de pipeta de plástico (1) que comprende una cavidad que se comunica con el entorno externo a través de una abertura (3) localizada en el extremo distal de la punta de la pipeta de plástico (1), y que comprende un sensor de impedancia eléctrica compuesto de al menos un primer electrodo externo (4) situado fuera de dicha punta de pipeta de plástico (1) y un segundo electrodo interno (5, 6) situado dentro de dicha punta de pipeta de plástico (1), y en la que el área de detección está dispuesta dentro de dicha abertura (3); estando caracterizada la punta de la pipeta de plástico (1) por que el exterior del extremo distal de la punta de la pipeta de plástico (1) está cubierto con una membrana dieléctrica (2), en la que el electrodo externo (4) se coloca sobre la membrana dieléctrica (2) a lo largo del lateral del extremo distal de la punta de pipeta de plástico (1), y en la que la abertura (3) se encuentra localizada en la membrana (2) en el extremo de la punta de la pipeta de plástico (1).
2. Punta de pipeta de plástico (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el interior del electrodo (5) es un electrodo flotante.
3. Punta detectora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha abertura (3) es un orificio ranurado.
4. El uso de una punta de pipeta (1) como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores para detectar partículas que fluyen a través de dicha abertura (3), realizándose la detección de partículas a una resolución de partícula única y comprende la caracterización de las partículas, por ejemplo, en términos de número y tamaño.
5. El uso de acuerdo con la reivindicación 4 para la evaluación de la viabilidad celular, propiedades de la membrana u otras propiedades celulares.
6. El uso de acuerdo con la reivindicación 4 o 5 para analizar la densidad celular en uno o varias células.
7. El uso de acuerdo con la reivindicación 4, 5 o 6 para captar y detectar un conjunto de control de partículas dentro de una solución.
8. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 4 a 7 para dispensar secuencialmente un subconjunto de partículas previamente recogidas de una solución.
9. El uso de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, en el que el conjunto o subconjunto de partículas está compuesto por una sola partícula.
10. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9 para dispensar secuencialmente un conjunto o subconjunto de partículas con una resolución de partícula única.
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