ES2897668T3 - Sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico y procedimiento para la detección, del factor biológico o químico en la muestra utilizando dicho sensor - Google Patents

Sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico y procedimiento para la detección, del factor biológico o químico en la muestra utilizando dicho sensor Download PDF

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Abstract

Sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico en el sistema potenciostato que comprende el electrodo de referencia RE y el electrodo de recuento CE con los contactos eléctricos conduciendo hacia el borde del sensor en forma de conector de borde, caracterizado por el hecho de que contiene n electrodos de trabajo WEn (7), donde n >= 2 y preferiblemente n se encuentra en el rango entre 2 y 256, y el electrodo de referencia RE (3) es común para todos los electrodos de trabajo WEn (7) y el fragmento del mismo presente por el electrodo de trabajo WEn (7) forma el segmento de medición (8) RE-CE-Wen, en el que los electrodos de trabajo WEn (7) tienen forma de círculos uniformes y están situados simétricamente respecto al electrodo de recuento CE (4), en el que los bordes del electrodo de recuento CE (4) tienen forma de circunferencias que son concéntricas con estos círculos, encontrándose el electrodo de referencia RE (3) entre el electrodo de recuento CE (4) y los electrodos de trabajo WEn (7) y la forma del electrodo de referencia RE (3) es igual que el contorno del electrodo de recuento CE (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico y procedimiento para la detección del factor biológico o químico en la muestra utilizando dicho sensor
El objeto de la invención es el sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico en el sistema potenciostato que comprende el electrodo de referencia (RE) y el electrodo de recuento (CE) con los contactos eléctricos conduciendo hacia el borde del sensor en forma del conector de borde.
Antecedentes
En el estado de la técnica existen diversas invenciones que resuelven el problema de las mediciones sensibles de los agentes en las muestras biológicas. La solicitud US2014273549A1 presenta la solución que se refiere al sensor biométrico mono-canal de múltiples electrodos (por ejemplo, para la medición de la glucosa en sangre) en forma de una tira conectada al dispositivo de medición utilizando una ranura. La tira contiene muchos campos formados por un conductor y el borde de la tira está formado de manera que se ajusta a la ranura del sensor y va equipado con muchos contactos. El dispositivo descrito contiene un segmento de medición que consiste en unos pocos electrodos. La solicitud WO2013114291A1 se refiere al sensor de temperatura multicanal en forma de placa con las pistas formadas conduciendo hacia el conector de borde para la conexión a la ranura del dispositivo sensor. La placa contiene muchos campos formados por un conductor y el borde está formado para encajar en la ranura del sensor y la placa está equipada con muchos campos de contacto (conectores de borde). Las mediciones se realizan simultáneamente y en paralelo. En la solución descrita, cada campo de medición es un sistema de medición independiente, y el carácter multicanal se logra mediante la multiplicación de sistemas de medición; también se multiplica el número de líneas del circuito. Cada uno de estos sistemas de medición funciona de manera independiente, por lo que la medición de la muestra no se realiza en las mismas condiciones en cada canal. Además, dicha distribución de electrodos aumenta el tiempo de medición y no ofrece la posibilidad de eliminar los errores de medición.
La patente US6391558B1 presenta el sistema de detección de ácidos nucleicos basado en el procedimiento electroquímico. El sistema utiliza el electrodo en la superficie de la PCB que incluye la matriz de electrodos de trabajo y de referencia. El potencial eléctrico aplicado al electrodo de trabajo se multiplexa, lo que permite la detección de varios ligandos en una muestra. El electrodo sensor está conectado al analizador que detecta los pulsos eléctricos y los cambios de señal causados por las interacciones en el electrodo.
La solicitud de patente US20030042150A1 describe el sensor electroquímico para la detección de parámetros sanguíneos, tales como concentración de glucosa, nivel de colesterol y otros. El sistema consiste en muchos electrodos que permiten la medición simultánea de múltiples parámetros.
Por otra parte, la patente US6391558B1 describe el procedimiento de detección de ácido nucleico utilizando los electrodos en las placas impresas. El electrodo puede estar realizado en carbono o metales, incluyendo cobre, níquel, oro, platino, paladio y otros. Las placas impresas se fabrican mediante serigrafía y posteriormente se someten a la fotolitografía. La descripción no cubre la posibilidad de realizar las mediciones simultáneas en una serie de electrodos sin multiplexación.
Los biosensores basados en las mediciones electroquímicas se utilizan a menudo en los dispositivos de punto de atención (PoC). Ward y otros, en la publicación PLOS ONE 201493 e91732. "Detecting P. aeruginosa with a Novel Biosensor' describió el procedimiento para la determinación de Pseudomonas aeruginosa utilizando espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). La medición y el análisis de resultados se basan en la variación de la impedancia después de la conexión de los microorganismos a través de los pelos, flagelos o proteínas extracelulares con la biopelícula en la superficie del electrodo que causa la transferencia de carga, o por la detección de los metabolitos producidos por los microorganismos.
La solicitud de patente internacional WO2001083674A1 describe el procedimiento para la detección de los reactivos utilizando el biosensor electroquímico realizado con los electrodos cubiertos con la monocapa de las moléculas biológicas, preferiblemente la biotina interactuando selectivamente con la estreptavidina. Por otra parte, Moreira y col. (Sensors and Actuators B 223 (2016) 927-935) describen la utilización de la tecnología de serigrafía para fabricar los sensores basados en los electrodos de plata. El sensor incluía anticuerpos artificiales que reconocen biomarcadores de cáncer. La señal de detección de anticuerpos se midió utilizando varios procedimientos tales como voltamperometría cíclica (CV), espectroscopia de impedancia electroquímica (ESI), voltamperometría de onda cuadrada (SWV).
El inconveniente de las invenciones descritas en el estado de la técnica es la falta de posibilidad para llevar a cabo una medición multicanal en paralelo para todos los segmentos de medición, lo que influye negativamente en la velocidad de medición y su precisión. Para realizar las mediciones multicanal utilizando las soluciones descritas en el estado de la técnica, se utiliza un sistema de sensores con la multiplexación de señal donde, en un momento determinado, sólo se alimenta y se registra un único segmento de medición, y posteriormente el sistema conmuta la potencia y la medición al siguiente segmento de medición. Finalmente, no existe la posibilidad de realizar la medición simultánea. Cada segmento de medición tiene su conjunto separado de electrodos, los errores de medición generados, constantes y aleatorios, detectados en los electrodos de referencia no pueden compensarse de ninguna manera dado que cada electrodo de referencia es un circuito eléctrico separado (error constante de cada electrodo) y los errores aleatorios son imposibles de definir debido a las mediciones de segmentos en varios instantes.
Inesperadamente, resultó que la invención presentada resuelve este problema.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es el sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico en el sistema potenciostato que comprende el electrodo de referencia RE y el electrodo de recuento CE con los contactos eléctricos conduciendo hacia el borde del sensor en forma de conector de borde que preferiblemente comprende n electrodos de trabajo WEn, donde n > 2 y preferiblemente n se encuentra en el rango entre 2 y 256, y el electrodo de referencia RE es común para todos los electrodos de trabajo WEn y el fragmento del mismo presente por el electrodo de trabajo WEn forma el segmento de medición RE-CE-WEn.
Preferiblemente, por lo menos dos, y más preferiblemente todos los electrodos WEn, están cubiertos en la superficie exterior con la capa del material sensorial - el material que reacciona sólo con un tipo de factor biológico o químico en la muestra.
Preferiblemente, por lo menos dos electrodos WEn están cubiertos con diferentes materiales sensoriales.
Preferiblemente, el material sensorial es el material de tipo biológico o sintético, y especialmente estos son anticuerpos, fragmentos de anticuerpos, péptidos, secuencias de ácido nucleico para la detección de factor biológico o químico en la muestra.
Preferiblemente, los electrodos de trabajo WEn tienen forma de círculos uniformes y están situados simétricamente respecto al electrodo de recuento CE, donde los bordes del electrodo de recuento CE tienen forma de secciones de circunferencia que son concéntricas con estos círculos, en el que el electrodo de referencia RE está situado entre el electrodo de recuento CE y los electrodos de trabajo WEn y la forma del electrodo de referencia RE es igual que el contorno del electrodo de recuento CE.
Preferiblemente, comprende los electrodos de conexión y/o no conexión adicionales para codificar el número del electrodo de trabajo WEn, donde n > 2 y preferiblemente n se encuentra en el rango entre 2 y 256.
Preferiblemente, la disposición de los electrodos de trabajo WEn, el electrodo de recuento CE y el electrodo de referencia RE constituyen segmentos de medición repetidos de idéntica forma y las distancias en cada segmento de medición entre el electrodo de trabajo WEn, el electrodo de recuento CE y el electrodo de referencia RE son iguales y, además, el área del electrodo de trabajo WEn, el fragmento CE del electrodo de recuento y el fragmento RE del electrodo de referencia son respectivamente iguales en cada segmento. La forma del electrodo de referencia RE incluye la distribución del gradiente de campo eléctrico en el sensor polarizado que refleja un valor de potencial esencialmente idéntico en un electrolito polarizado.
Preferiblemente, la disposición y la forma de los electrodos de trabajo WEn, el electrodo de referencia RE y el electrodo de recuento CE tienen su eje de simetría.
Preferiblemente, el conector de borde tiene los campos de contacto que constituyen un circuito eléctrico independiente de los electrodos WEn, RE y CE destinados a la identificación de la posición correcta del sensor en la ranura del sistema de medición conectando los contactos de la ranura de medición durante la inserción del sensor en la ranura. Preferiblemente, contiene 9 puntos de contacto que se utilizan para codificar el número de sensor.
Preferiblemente, el conector de borde es el conector HDMI (interfaz multimedia de alta definición) o el conector DisplayPort (interfaz digital universal).
El objeto de la presente invención es el procedimiento de detección de factor biológico o químico en la muestra caracterizado por el hecho de que la muestra de factor biológico o químico en forma de electrolito o solución se coloca en el dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11 en el que todos los electrodos de trabajo WEn, el electrodo de recuento CE y el electrodo de referencia RE se cubren con la muestra mencionada en forma de solución, y posteriormente se realizan entre 2 y 256 mediciones de muestra simultáneamente, especialmente utilizando la técnica de espectroscopia de impedancia o la voltamperometría y en base a los resultados de estas mediciones se determina la presencia de factor biológico o químico en la muestra.
Preferiblemente, la medición se lleva a cabo en la configuración inversa donde el electrodo de referencia RE funciona como electrodo de recuento CE, y el electrodo de recuento CE funciona como electrodo de referencia RE.
Preferiblemente, las mediciones se realizan en la configuración inversa donde la señal de estimulación se aplica a los electrodos WEn en lugar del electrodo CE. La inversión de la configuración del electrodo permite obtener varias características de resultado de la impedancia del electrodo en comparación con la configuración estándar. Las diferencias presentes son el resultado de la falta de linealidad de los efectos que se producen en el sistema de muestras analizadas de capa bio-sensible al sensor. Aquí, tanto la posibilidad de invertir la polarización del electrodo (y, por lo tanto, la dirección del movimiento de la carga eléctrica, incluyendo los iones en la solución), así como el cambio en la configuración del sistema de medición (el procedimiento de medición de las corrientes para los electrodos individuales) son cruciales. En particular, es posible de esta manera medir la falta de linealidad de las características de impedancia que es el resultado de la presencia de uniones p-n en los sistemas medidos.
Preferiblemente, los factores biológicos o químicos son los patógenos, especialmente virus, bacterias, hongos, proteínas y fragmentos de los mismos, incluyendo enzimas, anticuerpos, proteínas estructurales, fragmentos de anticuerpos, péptidos, afficuerpos, ácidos nucleicos y secuencias de nucleótidos, incluyendo ADN, ARN de cadena única y de doble cadena, aptámeros, secuencias cortas de nucleótidos, ácidos grasos, carbohidratos, glicolípidos, glicopéptidos y otros compuestos químicos orgánicos tales como pesticidas, antibióticos, compuestos no orgánicos, incluyendo metales pesados.
Realizaciones preferidas
La invención se explicará con más detalle en realizaciones preferidas, con referencias a las figuras incluidas, en las cuales:
La figura 1 presenta el sensor 1 para las mediciones de impedancia en el sistema potenciostato que comprende el electrodo de referencia RE 3 y el electrodo de recuento CE 4 con los contactos eléctricos 5 conduciendo hacia el borde 6 del sensor 1 en forma de conector de borde. El sensor 1 presentado está equipado con el electrodo de trabajo WEn 7 donde n = 8 y el electrodo de referencia RE 3 es común para todos los electrodos de trabajo WEn 7 y su fragmento situado cerca del electrodo de trabajo WEn 7 forma el segmento de detección 8 de tipo RE-CE-WEn.
La figura 2 presenta el borde 6 del sensor 1 en forma de conector de borde con los puntos de contacto 11 formando el circuito eléctrico separado de los electrodos WEn7, RE 3 y CE 4 destinados a la identificación de la colocación correcta del sensor en la ranura de medición y 13 electrodos de conexión y/o no conexión adicionales al código del número del electrodo de trabajo WEn 7.
La figura 3 presenta el ideograma del sistema de identificación del sensor con el número codificado "11001". El número posible de combinaciones es 32 (2AM para M = 4).
La figura 4 presenta el ideograma del sistema en la versión simplificada; el subconjunto de 3 contactos eléctricos 5 se utiliza para la identificación, por lo que el número de combinaciones es 2AM = 8.
La figura 5 muestra la medición de la interacción del sensor con la muestra positiva, el producto lactosa. La figura 6 muestra la medición de la interacción del sensor con la muestra negativa, el producto sin lactosa. La figura 7 muestra la interacción del sensor modificado con ssDNA con una secuencia complementaria.
La figura 8 muestra el resultado de la medición de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica para el electrodo de cobre recubierto con la capa biológica tratada sucesivamente con NaCl 0,5 M, saliva artificial con tampón Triton X (1%), virus H1N1 en tampón Triton X con aditivo NaCl 0,5 M.
La figura 9 es una vista superior y en sección transversal del sensor 1 cubierto con el material sensorial 9 (capa biológica) y la muestra aplicada 2 de factor biológico o sintético.
En la realización preferida, los electrodos de trabajo WEn 7 están cubiertos con el material sensorial 9, por lo tanto, la sustancia responsable de la detección de las sustancias y partículas biológicas y químicas específicas en la muestra 2 , preferiblemente en forma de solución o suspensión. El electrodo de trabajo R e 3 y el electrodo de recuento CE 4 son los electrodos auxiliares que se comparten durante la medición con todos los electrodos WEn 7 y se utilizan para realizar las mediciones de las cantidades eléctricas que varían debido a los procesos químicos que ocurren en el material sensorial 9 colocado en los electrodos WEn7 debido al factor biológico o químico destinado a la detección en la muestra 2.
El conector de borde del sensor 1 es mecánica y parcialmente compatible eléctricamente con el puerto HDMI estándar o DisplayPort. En uso típico, los puertos de tipo HDMI y DisplayPort se utilizan para la transmisión de datos digitales y contienen dos filas de contactos en la cubierta que mantienen la conexión eléctrica entre el puerto y el conector insertado. La configuración mecánica de los puertos y conectores HDMI/DP evita su conexión inversa.
Sin embargo, en la solución presentada, el sensor 1 no está equipado con el puerto HDMI/DP y no se dispone ningún elemento mecánico que proporcione una funcionalidad similar que impida la inserción inversa del sensor en la ranura del sensor. De este modo, sin ninguna protección mecánica adicional es posible la inserción inversa del sensor 1 en la ranura de medición, evitando la medición. En tal situación, un problema adicional es la configuración del puerto HDMI/DP estándar - los contactos quedan situados de manera alterna en lugar de disponerse de manera opuesta, lo cual, en la práctica, hace que sea imposible utilizar los contactos eléctricos 5 en el borde 6 del conector de borde para una detección inequívoca de la inserción inversa del sensor 1 en la ranura del sensor. Esto se debe al hecho de que, mediante la inserción inversa, los puntos de conexión de la ranura del sensor y los centros de los contactos eléctricos 5 no se superponen - el punto de conexión queda desplazado hacia la zona aislada entre los contactos eléctricos 5. Como efecto, es posible obtener el cortocircuito de los contactos eléctricos 5 cercanos por el contacto de la ranura, así como obtener la conexión eléctrica con cualquiera de estos contactos eléctricos 5. Este fenómeno es prácticamente impredecible y el resultado obtenido puede ser completamente diferente a siguientes intentos por insertar el sensor 1 en la ranura del sensor en la orientación inversa. Esto es el resultado del desajuste de holguras entre la carcasa del enchufe y el conector de borde y la desviación del borde 6 del conector de borde del ángulo recto respecto al eje de simetría del enchufe. Inesperadamente, resultó que, aunque la exclusión de esta situación no es posible, es posible, sin embargo, detectar la orientación correcta o incorrecta del sensor 1 mientras éste se inserta en la ranura del sensor en base exclusivamente a las mediciones eléctricas. Es necesario diseñar los puntos de conexión 11 de manera que la parte más cercana al borde 6 del sensor 1 se utilice como puntos de conexión 11 para la detección de la orientación del sensor en el enchufe, mientras que la otra zona del conector de borde mantiene el contacto eléctrico de las conexiones del enchufe con los contactos eléctricos 5 conectados a los electrodos sensores individuales. La realización se presenta en la figura 2. Durante la inserción del sensor 1 en el enchufe, se produce la conexión temporal de los contactos 1-2-3-4 y 6-7-8-9 del enchufe de conexión a través de los puntos de conexión sin la conexión con el contacto 5. El procedimiento inventado para la detección de la orientación del sensor 1 respecto a la ranura se basa completamente en las mediciones eléctricas controlando los cortocircuitos entre los grupos de conectores eléctricos durante la inserción del sensor 1 en el enchufe del sensor y no limita funcionalmente ni afecta al funcionamiento del sensor 1 después de su inserción completa. Las variantes de la solución descrita cubren el aislamiento de los puntos de conexión 11 en la parte superior, inferior o en ambos lados del conector de borde en varias configuraciones de las conexiones en circuito de la ranura del sensor.
Sólo después de la detección de la correcta orientación del sensor 1 en la ranura del sensor, se activan las señales eléctricas utilizadas para la identificación del sensor 1 y necesarias para la medición correcta.
Ejemplo 1
Identificación del tipo de sensor
La versatilidad del sensor incluye su uso para la detección de diversas sustancias biológicas o químicas. El sensor 1 puede fabricarse en muchas versiones que difieran en los tipos de materiales sensoriales 9 del electrodo de trabajo WEn 7 sensibles a los patógenos u otras sustancias específicas seleccionadas. Era necesario, por lo tanto, habilitar la posibilidad de una identificación inequívoca del tipo de sensor 1 situado en el sensor y, en base a éste, seleccionar las condiciones de medición, tales como los valores de la señal de estimulación y el tiempo de medición, que podrían variar para los tipos individuales de sensor 1. Las soluciones más comunes se basan en la identificación colorimétrica, la utilización de los códigos basados en el análisis de imágenes ópticas (por ejemplo, códigos de barras, códigos QR) o sistemas electrónicos especializados utilizados para la identificación por cable o inalámbrica (por ejemplo, RFID). La identificación del tipo del sensor 1 es posible utilizando los mismos contactos eléctricos 5 que se utilizan para las mediciones de los electrodos de trabajo WEn 7. La codificación del tipo de sensor 1 se realiza mediante la selección del subconjunto de N contactos eléctricos 5 de M disponibles, donde N < M. La combinación seleccionada de N contactos eléctricos 5 se asocia, además, al electrodo de referencia RE 3 o al electrodo de recuento CE 4 o al electrodo de protección GE 14. El circuito eléctrico sensor detecta qué contactos eléctricos 5 están conectados y los contactos eléctricos 5 conectados de manera que no se utilizan durante etapas posteriores de la medición adecuada.
De acuerdo con la figura 3, los contactos eléctricos 5 número 1, 2 que conducen hacia los electrodos de trabajo WE1 y WE27 y el contacto eléctrico 5 número 5 no estaban conectados eléctricamente a ninguna línea de los contactos eléctricos 5 del electrodo CE 4, el electrodo RE3, GE 14, por lo que estos electrodos se utilizan para realizar la medición del contenido de factor biológico o químico. Los contactos eléctricos 5 número 3 y 4 están conectados al electrodo GE 14 situado en el centro. Una polarización de voltaje inicial VPOL en un rango entre 500 mV y 5V de todos los contactos eléctricos 5 en referencia a GE14 o RE, CE da un resultado de medición similar a VGE sólo para los contactos eléctricos 5, 3 y 4, y el resultado de la medición de voltaje es similar a VPOL para los contactos eléctricos 5 número 1, 2 y 5. El código "11001" se obtiene mientras de asigna el potencial similar a VGE con el símbolo "0" y uno similar a VPOL con el símbolo "1".
La solución presentada con el subconjunto seleccionado de los contactos eléctricos 5 del conjunto de conectores de borde en cualquier combinación conectados o no conectados a los electrodos GE 14, los electrodos RE 3 o los electrodos de recuento CE 4 permite la codificación de 2AN varias combinaciones. Para la solución de ejemplo, el subconjunto de los contactos eléctricos 5 utilizados para la identificación con N = 3 de los contactos eléctricos 5 permite la identificación inequívoca de 8 tipos diferentes de sensor 1. De manera similar, para el N = 8 es posible identificar 256 tipos de sensor 1. La solución que permite la utilización de todos los contactos eléctricos 5 para la identificación del tipo de sensor 1 proporciona un mayor número de combinaciones, a saber, 32 combinaciones (2AM para M = 4). La figura 4 presenta el diseño en la versión simplificada; el subconjunto contiene 3 contactos eléctricos 5, por lo que el número de combinaciones es 2AM = 8.
Funcionamiento del sensor
En el caso de la solución presentada, cada segmento de medición individual 8 compuesto por el electrodo de trabajo WEn 7 y el fragmento correspondiente del electrodo de referencia RE 3 y el electrodo de recuento CE 4 son idénticos, es decir, se mantienen las distancias idénticas entre estos elementos y los valores del área se mantienen constantes. El potencial del electrodo de referencia RE 3 es constante en todo el sistema, lo que da como resultado las condiciones de medición perfectas para todo el sistema. Todos los demás pares de electrodos funcionan de manera idéntica y el electrodo de referencia RE 3 iguala el potencial en el entorno de otros electrodos.
Los electrodos de trabajo WEn 7, los electrodos de referencia RE3, el electrodo de recuento CE4 están realizados en un material de baja resistividad, por ejemplo, cobre, que es despreciable en comparación con la resistividad de la muestra 2 o material sensorial 9 que reacciona con las sustancias químicas y biológicas particulares, por ejemplo, detectándose patógenos.
Los sistemas multicanal presentan una influencia negativa del gradiente de potencial eléctrico sobre los resultados obtenidos de los canales individuales. En la solución presentada del sensor multicanal 1, los sensores de medición 8 se utilizan formando el sistema del electrodo de trabajo WEn 7, el electrodo de trabajo 3 y el electrodo de recuento 4, en el que cada uno de los segmentos de medición 8 mantiene la idéntica geometría, especialmente idéntica área de los electrodos individuales, las distancias entre los electrodos y las formas de los electrodos asignados de manera que la trayectoria del electrodo RE corresponde al cierto potencial fijo en la distribución de las líneas del campo de fuerza eléctrica en el sensor polarizado 1.
Inesperadamente, durante las pruebas realizadas, se descubrió que el sistema de electrodos diseñado de esta manera proporciona una muy buena repetibilidad de los resultados independientemente del electrodo WEn 7 analizado y también permite la utilización de nuevos procedimientos de medición de impedancia.
Procedimiento de medición N1
En comparación con la espectroscopia de impedancia clásica con el sistema potenciostato, el electrodo de referencia RE 7 es para medir el potencial en la solución de la muestra 2 en forma de electrolito para compensar (eliminar) la impedancia del electrolito del resultado final que es el valor de impedancia dentro del sistema de electrodos CE-WEn en lugar de alcanzar el potencial establecido debido a los cambios en el potencial CE 4 del electrodo de recuento. Procedimiento N2
En comparación con el procedimiento de medición clásico utilizado en la espectroscopia de impedancia con el potenciostato, existe un cambio en las funciones del electrodo de trabajo WEn 7 y el electrodo de recuento CE 4 - las estimulaciones se generan en dicho sistema por los electrodos de trabajo WEn 7 en lugar del electrodo de recuento CE 4. El papel del electrodo de trabajo RE7 de manera similar al procedimiento N1 es la medición de la distribución de potencial en el electrolito. Inesperadamente, resultó que los valores de impedancia medidos con el procedimiento N2 son diferentes a los valores obtenidos con el procedimiento tradicional o el procedimiento N1, mientras que la conmutación cíclica del modo de operación para el sistema de medición entre N1 y N2 proporciona información adicional sobre las muestras mediciones.
Ambos procedimientos, N1 y N2, se caracterizan por la falta de limitaciones típicas de las mediciones de impedancia comúnmente realizadas con el sistema potenciostato; especialmente, es posible la ejecución simultánea de la medición para todos los electrodos de trabajo WEn 7.
Resultó que, además del aumento beneficioso en la cantidad de datos sobre la muestra 2 obtenida al cambiar los procedimientos N1 y N2, hay la ventaja adicional de una reducción significativa del tiempo de medición en comparación con las mediciones multiplexadas en cuanto al tiempo, en base a la realización de las mediciones separadas para los electrodos individuales. La ganancia en la reducción del tiempo de medición utilizando tanto el procedimiento N1 como el N2 es directamente proporcional al número de canales y para los 8 canales medidos simultáneamente es 8 veces más corta que la medición análoga con el procedimiento tradicional, es decir, con el multiplexado de tiempo.
El electrolito, a diferencia de lo que ocurre con las mediciones electroquímicas clásicas, es sólo un agente humectante y auxiliar para la conducción de la electricidad y la geometría de los electrodos elimina la influencia del propio electrolito sobre la impedancia.
La configuración y disposición mutua de los electrodos también permite el uso del modo de detección inversa. En el sistema clásico, la estimulación se produce en el electrodo de recuento CE 4 y la señal se registra con el electrodo de trabajo WEn 7. En el caso de la solución dada, la medición puede realizarse de manera que la estimulación en el electrodo de trabajo WEn 7 y el electrodo de recuento CE 4 se utiliza como referencia para todo el sistema de medición. La inversión de la dirección de la corriente iónica a través del electrolito da un resultado que difiere en algún rango de frecuencia del resultado obtenido con un procedimiento tradicional, lo que mejora la sensibilidad del dispositivo y aumenta sus capacidades en cuanto a la detección automática de averías para el sensor 1 o los electrodos individuales.
Ejemplo 2
Análisis de las interacciones lactosa-electrodo
La superficie del electrodo de trabajo WEn 7 se modifica con la enzima beta-galactosidasa. Posteriormente, el electrodo de trabajo WEn 7 se pone a cero con el tampón (preparado para el trabajo, humedecido así con la solución de puesta a cero utilizada para la activación del electrodo) y posteriormente se aplica la muestra 2 como solución que contiene lactosa. La figura 5 muestra la distinta variación de la impedancia en caso de presencia de lactosa.
La muestra sin lactosa se utilizó como experimento de control. Tal como se muestra en la figura 6, el sensor 1 no presenta cambios durante la presencia de la muestra de control.
Ejemplo 3
Análisis de las interacciones de ADN en los electrodos.
Los electrodos de trabajo WEn 7 número 1 a 8 se lavan con H2SO4 antes de la medición. En primer lugar, se realiza la medición con electrodos de trabajo WEn 7 limpios y posteriormente se prepara el material sensorial 9 sobre los mismos. El material sensorial 9 se prepara mediante:
- Deposición de la forma SH-DNA modificadora (ssDNA) e incubación a temperatura ambiente durante 2 a 24 h. - Posteriormente, se lleva a cabo la aplicación de 10 pl de solución de MCH (ADN complementario, CssDNA) y se realiza lavado con tampón PBS, pH 7,4 para eliminar moléculas no enlazadas.
El sensor 1 preparado de esta manera con el material sensorial 9 permite la realización de las mediciones, por ejemplo, con la espectroscopia de impedancia electroquímica que muestra la interacción de ADN-SH modificador (unido a la superficie del electrodo) con el ADN complementario presente en la muestra medida.
Los resultados se muestran en la gráfica (figura 7) donde el aumento de la impedancia está provocado por la interacción del ADN complementario con el ADN modificador.
Ejemplo 4
Análisis de las interacciones del sensor con superficie de cobre - virus H1N1560:
- modificación de la superficie del sensor con la capa biológica (con el anticuerpo anti-M1)
- la denominada "puesta a cero" del sensor modificado con el anticuerpo - etapa uno de la medición adecuada de la actividad biológica del sensor como resultado de lo cual se prepara la capa de péptido seca para las pruebas, - análisis de las interacciones del sensor con la muestra negativa en forma de saliva artificial con un aditivo de Tritón X al 1%
- análisis de las interacciones del sensor con la muestra que contiene virus H1N1
Los resultados se muestran en la figura 8.
Resultados: el sensor realizado a base de cobre modificado con el anticuerpo:
- muestra una ligera variación de la impedancia durante la interacción con la muestra negativa, saliva artificial con la adición de Triton X al 1%;
- muestra un cambio (aumento) distinto en la impedancia durante la interacción del péptido con la muestra que contiene virus.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Sensor para mediciones de la impedancia de la muestra de factor biológico o químico en el sistema potenciostato que comprende el electrodo de referencia RE y el electrodo de recuento CE con los contactos eléctricos conduciendo hacia el borde del sensor en forma de conector de borde, caracterizado por el hecho de que contiene n electrodos de trabajo WEn (7), donde n > 2 y preferiblemente n se encuentra en el rango entre 2 y 256, y el electrodo de referencia RE (3) es común para todos los electrodos de trabajo WEn (7) y el fragmento del mismo presente por el electrodo de trabajo WEn (7) forma el segmento de medición (8) RE-CE-Wen, en el que los electrodos de trabajo WEn (7) tienen forma de círculos uniformes y están situados simétricamente respecto al electrodo de recuento CE (4), en el que los bordes del electrodo de recuento CE (4) tienen forma de circunferencias que son concéntricas con estos círculos, encontrándose el electrodo de referencia RE (3) entre el electrodo de recuento CE (4) y los electrodos de trabajo WEn (7) y la forma del electrodo de referencia RE (3) es igual que el contorno del electrodo de recuento CE (4).
2. Sensor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que por lo menos dos y preferiblemente todos los electrodos WEn (7) están cubiertos en la superficie exterior con la capa del material sensorial (9), por lo tanto, el material que reacciona sólo con un tipo de factor biológico o químico en la muestra (2).
3. Sensor de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que por lo menos dos electrodos WEn (7) están cubiertos con diversos materiales sensoriales (9).
4. Sensor de acuerdo con la reivindicación 1,2 o 3, caracterizado por el hecho de que el material sensorial (9) es el material de tipo biológico o sintético, y especialmente éstos son anticuerpos selectivos, fragmentos de anticuerpos, péptidos, secuencias de ácidos nucleicos para la detección de factor biológico o químico en la muestra (2).
5. Sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que contiene electrodos de conexión y/o no de conexión adicionales (13) para codificar el número del electrodo de trabajo WEn (7), en el que n > 2 y preferiblemente n se encuentra en el rango entre 2 y 256.
6. Sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la disposición de los electrodos de trabajo WEn (7), el electrodo de recuento CE (4), y el electrodo de referencia RE (7) constituye segmentos de medición repetidos (8) de idéntica forma y en cada segmento de medición (8) las distancias entre el electrodo de trabajo WEn (7), el electrodo de recuento CE (4), y el electrodo de referencia RE (3) son iguales y, además, el área del electrodo de trabajo WEn (7), el fragmento de electrodo de recuento CE (4), y el fragmento de electrodo de referencia RE (3) son respectivamente iguales en cada segmento.
7. Sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que la disposición y forma de los electrodos de trabajo WEn (7), el electrodo de referencia RE (3), y el electrodo de recuento CE (4) tienen el eje de simetría.
8. Sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que el conector de borde tiene los puntos de contacto (11) que constituyen un circuito eléctrico independiente de los electrodos WEn (7), el electrodo de referencia RE (3), y el electrodo de recuento CE (4) destinados a la identificación de la posición correcta del sensor (1) en la ranura del sistema de medición mediante conexión de los contactos de la ranura de medición mientras se coloca el sensor (1) en la ranura.
9. Sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que el conector de borde es el puerto HDMI (interfaz multimedia de alta definición) o el DisplayPort (interfaz digital universal).
10. Procedimiento de detección de factor biológico o químico en la muestra. caracterizado por el hecho de que la muestra (2) de factor biológico o químico en forma de suspensión o solución se coloca en el dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9 en el que todos los electrodos de trabajo WEn (7), el electrodo de recuento CE (4), y el electrodo de referencia RE (3) se cubren con la muestra mencionada (2) en forma de suspensión o solución, y posteriormente se realizan entre 2 y 256 mediciones de impedancia de muestra (2) simultáneamente, especialmente utilizando la técnica de espectroscopia de impedancia o la voltamperometría, y en base a los resultados de estas mediciones se determina la presencia de factor biológico o químico en la muestra (2).
11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que la medición se lleva a cabo en la configuración inversa donde el electrodo de referencia RE (3) funciona como electrodo de recuento CE (4) y el electrodo de recuento CE (4) funciona como electrodo de referencia RE (3).
12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que la medición se realiza en la configuración inversa donde el electrodo de trabajo WEn (3) funciona como electrodo de recuento CE (4) y el electrodo de recuento CE (4) funciona como electrodo de trabajo WEn (7).
13. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 10, 11 o 12, caracterizado por el hecho de que los factores biológicos o químicos son los patógenos, especialmente virus, bacterias, hongos, proteínas, y fragmentos de los mismos, incluyendo enzimas, anticuerpos, proteínas estructurales, fragmentos de anticuerpos, péptidos, afficuerpos, ácidos nucleicos, y secuencias de nucleótidos, incluyendo ADN, ARN de cadena única y de doble cadena, aptámeros, secuencias cortas de nucleótidos, ácidos grasos, carbohidratos, glicolípidos, glicopéptidos, y otros compuestos químicos orgánicos tales como pesticidas, antibióticos, compuestos no orgánicos, incluyendo metales pesados.
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