ES2971975T3 - Sensor con autorreferencia - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un sensor que comprende al menos un resonador en modo de galería susurrante, en donde el resonador comprende una rejilla de Bragg dispuesta sobre al menos una parte del perímetro del resonador y en donde el resonador está funcionalizado selectivamente para la unión de receptores de analitos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sensor con autorreferencia

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sensor con autorreferencia sin marcadores configurado para detectar un analito en una muestra, que usa receptores de analito y análisis de muestra de fluido no invasivo. Más en particular, la presente invención se refiere a un sensor que usa el principio de microanillos resonantes que se hacen funcionar al monitorizar el desplazamiento de longitud de onda de resonancia inducido sobre biomarcadores que se unen a su superficie.

Antecedentes

En diagnósticos médicos hay una demanda creciente de biosensores que puedan detectar específicamente analitos biológicos en un fluido, tales como compuestos de fármacos, oligómeros de ADN, proteínas y anticuerpos. Los analitos a menudo tienen un tamaño de solo algunos nanómetros, desde algunos kDa bajando hasta algunas decenas de Da en peso, pueden tener concentraciones bajando hasta el intervalo de fg/ml y normalmente están presentes en un fluido que contiene muchas otras moléculas en concentraciones que son de varios órdenes de magnitud mayores. El desarrollo de nuevas tecnologías de detección es un desafío.

Actualmente, la investigación biológica normalmente depende de la detección indirecta de un analito fijando en él un marcador fácil de medir, tal como un colorante fluorescente. Sin embargo, este método requiere a menudo estrategias de marcado que normalmente implican múltiples etapas en el ensayo. Es por tanto un método muy laborioso. Por tanto, últimamente los biosensores de afinidad sin marcador han sido objeto de mucha atención. Consisten en un transductor con moléculas receptoras inmovilizadas sobre su superficie. Al contrario que en métodos de detección con marcador, el transductor responderá directamente a una interacción de afinidad selectiva entre moléculas de analito y las moléculas receptoras inmovilizadas, permitiendo mediciones continuas y cuantitativas. Los resonadores de anillo son buenos transductores para la biodetección sin marcador, ya que son resonadores con alta capacidad de fabricación cuyo espectro de transmisión depende considerablemente del entorno directo del resonador y que pueden hacerse con un factor de gran calidad, gran extinción y baja pérdida por inserción. Adicionalmente, pueden hacerse muy compactos, permitiendo que muchos de ellos se incorporen en un único chip para realizar la detección simultánea de múltiples analitos diferentes, junto con mediciones de sus concentraciones respectivas. También pueden hacerse económicos cuando se fabrican en volúmenes altos con procesos compatibles con CMOS, de manera que los chips de sensor puedan ser desechables, lo que significa que el chip solo se usa una vez, evitando una limpieza compleja de la superficie de sensor después del uso.

Un resonador de anillo comprende una guía de ondas óptica de bucle y un mecanismo de acoplamiento para acceder al bucle. Cuando las ondas en el bucle componen un desplazamiento de fase de ida y vuelta que es igual a un entero multiplicado por2n, las ondas interfieren constructivamente y el resonador está en resonancia. Antes de la medición, los receptores de analito que son selectivos para el analito están inmovilizados sobre el resonador modificando químicamente su superficie. En primer lugar, una disolución tampón acuosa se hace fluir sobre el sensor para determinar las longitudes de onda de resonancia de referencia que son proporcionales a la longitud del resonador de ida y vuelta efectiva. Después, la solución de prueba se hace fluir sobre el sensor, permitiendo que las moléculas de analito se unan específicamente a los receptores inmovilizados. El cambio resultante de la longitud de ida y vuelta efectiva provoca un aumento de cada longitud de onda de resonancia proporcional al número de episodios de unión. Mediante la exploración del espectro de transmisión del resonador de manera reiterada con un láser sintonizable y medición del desplazamiento de longitud de onda de resonancia como función de tiempo puede determinarse la concentración del analito e información cinética sobre la unión del analito con el receptor. Para eliminar los efectos de las variaciones de índice de refracción de volumen y temperatura, debería utilizarse en principio un segundo anillo de “referencia”, que está expuesto al analito, pero bloqueado por un “agente de pasivación” evitando la adsorción de proteína sin especificar.

La necesidad de usar un láser sintonizable y/o el uso de un espectrómetro para monitorizar desplazamientos en la frecuencia de resonancia asociada a la unión de analito hace que el método usual de funcionamiento sea muy costoso. De hecho, un láser sintonizable y un analizador de espectro con suficiente resolución de longitud de onda son aparatos caros. Por esta razón, este método de detección sigue limitado al laboratorio especializado y no puede llevarse al análisis de diagnóstico inmediato (véase, Sasi Mudumbaet al., “Photonic ring resonance is a versatile platform for performing multiplex immunoassays in real time",Journal of Immunological Methods, 2017, vol. 448, pág.

34-43, https://doi.org/10.1016/Mim.2017.05.005).

Como respuesta a este asunto, Heet al.(He, Lina,et al. “Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers." Nature nanotechnology6.7 (2011): 428.) concibieron un láser de microanillo sobre el que podrían fijarse nanopartículas. Comenzando con un resonador de láser virgen, la unión de una partícula en el reborde del resonador provoca que la frecuencia de láser se divida en dos frecuencias estrechamente separadas. La combinación de las dos salidas en las frecuencias vecinas conduce a una señal de batido en el intervalo de radiofrecuencia que puede registrarse con dispositivos electrónicos listos para usar. Esto puede rebajar potencialmente el coste del funcionamiento y hacer que el sensor sea portátil. Sin embargo, la deposición adicional de partículas sobre la superficie del resonador cambia la frecuencia de batido de manera impredecible, a veces aumentándola, a veces disminuyéndola. Por tanto, el método anterior no es adecuado para determinar la concentración de analito en el entorno del sensor.

El documento US7796262 divulga un sensor y sistema correspondiente con lector que comprende al menos un resonador en modo galería susurrante, en el que el resonador se funcionaliza selectivamente para la fijación de receptores de analito. No comprende una rejilla de Bragg dispuesta sobre al menos una porción del perímetro del resonador.

MUELLNER PET AL:. “Sillicon photonic MZI sensor array employing on-chip wavelength multiplexing’’OPTICAL AND QUANTUM ELECTRONICS, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, BO, vol. 44, núm. 12-13, 5 de febrero de 2012, páginas 557-562, da a conocer una combinación de rejilla de Bragg y un resonador WGM en un biosensor. La rejilla de Bragg no está dispuesta sobre al menos una porción del perímetro del resonador, sino que está dispuesta más bien separada del mismo en series.

Sumario

La presente invención proporciona una solución para los problemas anteriormente mencionados mediante un sensor según la reivindicación 1 y un sistema de detección según la reivindicación 14. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.

En un primer aspecto inventivo un sensor comprende al menos un resonador en modo galería susurrante, en el que el resonador comprende una rejilla de Bragg dispuesta sobre al menos una porción del perímetro del resonador y en el que el resonador se hace funcionar selectivamente para la fijación de receptores de analito.

A lo largo de la descripción, el término analito se usa en un sentido general para referirse a una sustancia que se somete a un análisis y que, en la presente invención, se realizará como una molécula que puede fijarse a los resonadores. En una realización preferida los analitos son biomarcadores. En una realización más preferida los analitos son biomarcadores característicos de al menos un tipo de cáncer. A lo largo de todo este documento un biomarcador debería entenderse como un indicador biológico distintivo o derivado biológicamente de un proceso, episodio, o estado.

Tal como se ha expuesto en los antecedentes de la invención, la división del modo láser puede detectarse como una nota de batido mediante un fotodetector rápido y electrónica de RF (radiofrecuencia), a partir del MHz hasta algunas decenas de GHz. Una desventaja principal de los biosensores de la técnica anterior que usan resonadores para detectar cambios en la frecuencia de batido es que, a medida que las partículas adicionales se fijan al resonador, la división de frecuencia puede disminuir o aumentar de manera impredecible. Por tanto, los sensores de la técnica anterior pueden detectar episodios de unión individuales, pero no pueden deducir la concentración.

Ventajosamente, en un microrresonador con una rejilla de Bragg, la división de resonancia aumenta de forma monótona con el número de episodios de unión, siendo así indicativa de concentración de analito.

Por tanto, la aplicación de una rejilla de Bragg hace que el sensor sea de autorreferencia en el sentido de que cualquier perturbación de temperatura o ambiente con respecto al sensor (p.ej., variación del índice de refracción de volumen) no inducirá ninguna respuesta en el sensor, reduciendo el nivel de ruido y por tanto disminuyendo el límite de detección.

Una rejilla de Bragg es una perturbación periódica de la estructura guiada, lo que da lugar a una perturbación periódica del índice de refracción efectivoneffdel modo guiado. Debido a la perturbación periódica, una determinada cantidad de la luz en el modo de propagación hacia adelante se acopla al modo de propagación hacia atrás o, dicho de otro modo, se refleja. Para una determinada modulación periódica del medio, existe la posibilidad de interferencia constructiva para determinadas longitudes de onda.

En particular, las rejillas de Bragg alteran la relación de dispersión que enlaza la constante de propagación, p, y el número de onda vacío ko= 2n/A o frecuencia v=c/ A. Los modos propios de un microanillo están marcados por el número orbital entero l y forman un conjunto discreto. Al valor l le corresponde la constante de propagación local p = l / R, siendo R el radio del microanillo.

La rejilla de Bragg se consigue por una modulación periódica 0 del índice de refracción efectivo del anillo (0. ángulo azimutal). El periodo de la rejilla a lo largo del perímetro es d. En el número de onda crítico pc=n/d, la relación de dispersión sin perturbar se divide. Para las rejillas de Bragg de modulaciones profundas, se abre un hueco en el espectro de frecuencia y se estabiliza la curva de dispersión.

La apertura del hueco es proporcional a la profundidad de la modulación del índice de refracción asociado a la rejilla. Para modulaciones más superficiales, aparece el modo de división, en vez de un hueco completo. En cualquiera de los casos, la división en frecuencia o la apertura del hueco en el dominio de frecuencia es proporcional a la profundidad de la modulación de índice de refracción. Como esta profundidad de modulación está asociada a la unión del analito, el sensor de la presente invención permite la monitorización de la modificación del espectro y así la monitorización de la unión del analito. En el caso de una división de frecuencia suficientemente pequeña, el batido asociado puede estar en el intervalo de GHz y, por tanto, registrado por la electrónica convencional.

En una realización el sensor comprende receptores de analito inmovilizados sobre el resonador. En una realización preferida los receptores de analito están configurados para la unión de al menos un biomarcador. En una realización más preferida los receptores de analito están configurados para la unión de al menos un biomarcador característico de al menos un tipo de cáncer, preferiblemente cáncer de riñón, próstata y/o vejiga. En una realización los receptores de analito comprenden anticuerpos.

En una realización, los receptores de analito inmovilizados sobre el resonador son anticuerpos configurados para la unión de uno de los siguientes biomarcadores:

PSA, para cáncer de próstata

Engrailed 2, para cáncer de próstata

MSMbeta para cáncer de próstata

HAS-1, para cáncer de vejiga:

HAS-2, para cáncer de vejiga:

HYAL-3, para cáncer de vejiga:

Citoqueratina 20 (CK20), para cáncer de vejiga:

CAIX, para cáncer de riñón:

Acuaporina1, cáncer de riñón:

Adipofilina, cáncer de riñón:

IL8, para cáncer de vejiga

MMP9, para cáncer de vejiga

MMP10, para cáncer de vejiga

SERPINA1, para cáncer de vejiga

VEGFA, para cáncer de vejiga

ANG, para cáncer de vejiga

CA9, para cáncer de vejiga

APOE, para cáncer de vejiga

SDC1, para cáncer de vejiga

SERPINA1, para cáncer de vejiga

HYAL1, para cáncer de vejiga

CXCL 1, para cáncer de vejiga

CXCR7, para cáncer de vejiga

SDF1beta para cáncer de vejiga

En otra realización, los receptores de analito inmovilizados sobre el resonador son anticuerpos configurados para la unión de uno de los siguientes biomarcadores:

• ADN

• Péptido C

• Insulina

• PCR

En una realización el resonador está realizado de un primer material y la rejilla está realizada de un segundo material diferente al primer material. Así, según esta realización la rejilla puede imprimirse en primer lugar sobre el resonador en un material tal como SiO2, o material de polímero, diferente al material de resonador, y después o bien la superficie de resonador o bien la superficie de rejilla se funcionaliza selectivamente para la fijación posterior de receptores de analito, tales como anticuerpos. El resonador puede funcionalizarse de tal manera que los receptores de analito cubran todo el resonador o solo una parte del mismo.

En una realización, el resonador está realizado de al menos un material seleccionado a partir de AI2O3, Si3N4, SiO2, SiON, TiO2, Ta2O5, Te2O5, vidrio de fosfato, KY(WO4)2, YAG, ZBLAN.

En una realización, la rejilla está realizada de un material que comprende al menos un material de polímero tal como PMMA, SiO2, SiOn, SiN, TO2.

En una realización la rejilla es una rejilla de receptores de analito dispuestos directamente sobre una superficie del resonador. En esta realización la superficie de resonador se funcionaliza selectivamente de tal manera que los receptores de analito se fijan sobre la superficie de resonador en forma de rejilla, en la que la rejilla se extiende sobre todo el resonador o sobre solo una parte del mismo.

Una cavidad circular con un radio de curvatura grande puede modelarse adecuadamente como guía de ondas de placa con un índice de refracción efectivo que proporciona un confinamiento en la dirección x para las ondas que se propagan en la dirección z. Dado el radio R de la cavidad, la guía de onda se cierra en sí misma después de una distancia igual al perímetro de la cavidad. Por tanto, la onda electromagnética es periódica en z con el periodo L=2nR.

La rejilla de Bragg consiste en una pequeña modulación periódica del índice de refracción efectivo en regiones de la guía de onda. El periodo de cada sección modulada es d y la rejilla contiene N periodos. El número máximo de periodo es N_max=L/d en cuyo caso la rejilla cubre todo el perímetro de la cavidad.

Como alternativa, o complementariamente a una estructura de Bragg que cubre todo el perímetro de la cavidad, podría cubrirse solo una fracción del perímetro de anillo eligiendo el periodo d de manera que el modo de interésles tal que p=l /R está a alguna distancia del valor crítico pc = n/d. De esta manera la modulación de Bragg induce solo una pequeña división de modo para el valor l de interés. En una realización, el periodo de la rejilla corresponde sustancialmente a dicho valor crítico, es decir, la mitad de la longitud de onda operativa.

Al modelar apropiadamente el anillo con un receptor de analito, tal como un ligando biomarcador es posible dejar que la modulación de índice de refracción, y por tanto la división de modo dependan de la concentración de biomarcador.

Una ventaja de esto es que solo un pequeño número N de periodos de modulación son necesarios. En una simulación llevada a cabo, con datos:

• R=200|jm,

• índice de refracción del entorno: n1=1,33 (agua),

• índice de refracción en el anillo: modulación de onda cuadrada entre n2=1,65 y n3=1,635,

• periodo de modulación d=0,305jm,

se determinó que solo eran necesarios N=10 periodos de modulación, mientras que se necesitaría N=4120 para una cobertura total.

Ventajosamente, mediante el uso de un pequeño número de periodos de modulación la duración y complejidad de la fabricación de la rejilla se reducen.

En una realización, el material de resonador está dopado con un material que proporciona ganancia de láser, preferiblemente un material de tierras raras, un material semiconductor, o un material dopado con iones de metal de transición.

En una realización, el resonador es un resonador de anillo realizado como una guía de ondas óptica de bucle y el sensor comprende además un mecanismo de acoplamiento para acceder a la guía de ondas óptica de bucle. A lo largo de todo este documento “anillo” y microanillo se usan como sinónimos cuando se refieren a un resonador de anillo.

En otra realización, el resonador tiene forma de disco y el sensor comprende además un mecanismo de acoplamiento para acceder al disco.

Preferiblemente, el mecanismo de acoplamiento comprende una guía de ondas óptica posicionada para conseguir el acoplamiento óptico con la guía de ondas óptica de bucle o el disco.

En una realización, la guía de ondas óptica de bucle tiene una forma circular.

En una realización, el resonador tiene una configuración de bucle cerrado que comprende una pluralidad de secciones, estando configurada cada sección para el acoplamiento con una guía de ondas óptica en una longitud de onda. Un anillo diseñado según esta realización permite diseñar de manera independiente la cantidad de acoplamiento de bomba y señal. Adicionalmente, la longitud del anillo puede sintonizarse sin afectar a la región de acoplamiento.

En una realización el núcleo entero del resonador está realizado de AI2O3. En esta realización, y en contraste con la técnica anterior, el sensor no está basado en un resonador cubierto con AI2O3, sino que el núcleo entero está realizado de AI2O3. Ventajosamente, se consiguen guías de onda de menos pérdidas en esta realización, lo que se traduce en factores Q más altos. El AI2O3 puede doparse también de manera eficaz con iones de tierras raras, lo que convierte el resonador en un láser resonador. También, aplicar ganancia a un resonador aumenta el factor Q. Tras la aplicación del láser, el aumento adicional del factor Q puede llevar a una reducción del límite de detección. Tras los episodios de unión sobre la superficie del resonador activo, puede detectarse un desplazamiento en la longitud de onda de emisión.

En una realización el resonador está fabricada de AI2O3 dopado con iones de tierras raras, en la que los iones de tierras raras proporcionan emisión fuera de las bandas de absorción de agua, estando seleccionados preferiblemente los iones de tierras raras del grupo que consiste en Yb3+, Nd3+, Er3+, Tm3+, y Ho3+.

El resonador puede usarse o bien como un dispositivo pasivo o bien como un dispositivo activo. Si funciona como un dispositivo pasivo, durante el funcionamiento del sensor el resonador se excita mediante un láser con un ancho de banda espectral que es suficientemente grande para incluir las dos resonancias divididas. Entonces, las dos resonancias se extraen de la salida del resonador y se combinan para formar una señal de batido.

En la configuración activa, el material de resonador está dopado con un medio de ganancia y es capaz de funcionar como un láser. Entonces, funcionando como un láser, el resonador emite una o varias frecuencias que están asociadas a modos de resonador dentro del espectro de ganancia del material de dopado.

En una realización el resonador se funcionaliza con heptano con un ácido fosfónico terminado con ácido carboxílico. En una realización el sensor comprende una pluralidad de resonadores y una pluralidad de cámaras, en la que los resonadores están dispuestos de tal manera que cada cámara comprende un resonador, en la que el sensor comprende una pluralidad de aberturas, proporcionando cada abertura comunicación de fluido entre dos cámaras adyacentes, y en la que las aberturas tienen diferente tamaño.

En un segundo aspecto inventivo un sistema de detección comprende:

un sensor según cualquiera de las realizaciones según el primer aspecto inventivo, y

una unidad de lectura configurada para alojar el sensor y que comprende medios de alineación para alinear el sensor.

En una realización el sistema de detección comprende un láser configurado para bombear ópticamente el al menos un resonador cuando el sensor está alojado en la unidad de lectura, un fotodetector y electrónica de procesamiento. Todas las características descritas en esta memoria descriptiva (incluyendo las reivindicaciones, la descripción y los dibujos) y/o todas las etapas del método descrito pueden combinarse en cualquier combinación, con la excepción de combinaciones de tales características y/o etapas que se excluyen mutuamente.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción y proporcionar una mejor comprensión de la invención se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos ilustran una realización preferida de la invención que no debería interpretarse como restrictiva del ámbito de la invención, sino solo como un ejemplo de cómo puede llevarse a cabo la invención.

La figura 1 muestra los espectros de un resonador de anillo con una rejilla.

La figura 2 muestra<¥ W ± ^ c - l | 2>como una función de 0. La función escalonada representa la distribución de moléculas a lo largo del perímetro

La figura 3 muestra esquemáticamente el levantamiento de degeneración de los espectros cuando las moléculas de analito están fijadas a parte de la rejilla.

La figura 4 muestra las diferentes respuestas tras la detección de biomarcador de las realizaciones pasiva y activa del biosensor según la invención.

La figura 5 muestra resultados experimentales en la división de modo de un sensor con autorreferencia según la invención.

La figura 6 muestra resultados experimentales en la división de modo de un sensor con autorreferencia según la invención.

La figura 7 muestra el perfil de división de modo para la rejilla, junto con la sensibilidad del sensor para concentraciones de biomarcadores diferentes.

La figura 8 muestra esquemáticamente un sensor según una realización de la presente invención.

La figura 9 muestra esquemáticamente una realización en la que la rejilla se genera añadiendo al resonador una capa de un material diferente sobre una superficie superior del resonador.

La figura 10 muestra esquemáticamente una realización en la que la rejilla se fabrica imprimiendo directamente los anticuerpos sobre la superficie superior del resonador.

La figura 11 muestra esquemáticamente un sensor según una realización de la presente invención. En esta realización el resonador de microanillo tiene una rejilla en la pared lateral sobre una parte de su perímetro.

La figura 12 muestra un sensor según una realización de la invención.

La figura 13 muestra un esquema de lectura para un resonador activo según la invención.

La figura 14 muestra una realización de un sistema de detección según una realización de la invención.

La figura 15 muestra un diagrama de flujo de una realización de un método de funcionamiento de la invención. La figura 16 muestra un diagrama de flujo de una realización de un método de funcionamiento de la invención. La figura 17 muestra una realización del sensor en la que el resonador está formado como un bucle no circular.Descripción detallada

La figura 1 (a) muestra esquemáticamente un resonador de microanillo de ancho w y radioRcon una rejilla. Eld

índice de refracción varía periódicamente entren,ynr+ An con un periodo c

Una rugosidad de superficie aleatoria da lugar finalmente al cambio del índice de refracción del anillo desdenan+ An(0). Al ser periódico, el índice de fluctuación puede descomponerse como

En el caso más aleatorio, donde An(0) es ruido blanco, todos los coeficientes de Fourier que aparecen antes tienen los mismos módulos. Sin embargo, en la práctica, puede ser que algunos coeficientes de Fourier sean significativamente más grandes que otros. Esto se esperaría si el proceso que induce la rugosidad de superficie tiene alguna componente sistemática con escala de longitud bien definida.

En este caso se supone que hay una rejilla en el anillo, lo que da lugar a una modulación efectiva An(0) del índice de refracción dado por

Arriba, los términos omitidos son armónicos más altos en la descomposición de Fourier de An(0) y5es pequeño comparado con 1 de manera que puede tratarse como una perturbación. El índice de refracción modulado desempeña con el campo electromagnético un papel análogo al que desempeña un potencial periódico para los electrones en un cristal. Por tanto, esto da lugar a una banda prohibida en el espectro de frecuencia cerca del borde de la zona de Brillouin,l= lc

En la banda más baja de frecuencias, el espectro se da cerca del=lcpor

donde Aw = 0 (5) es el hueco de frecuencia.

Los modos propios correspondiente se dan en este caso por

^ * <í>(<Pt_2lc

donde0 mes un modo propio de número azimutalmdel resonador en ausencia de la modulación de índice de refracción que es cuando An(0) = 0.

De manera similar, en el lado superior de la banda prohibida, el espectro se da por

con los correspondientes modos propios dados por aproximadamente

Centrando ahora en la banda inferior, los modos con marcadores0 ic+py0 ic-pse degeneran, tal como se muestra en la figura 1 (b). Por tanto, cualquier combinación dea0 ic+p+ b0 c-pforma un modo propio con frecuencia aproximadao>(lc + p)dada por

La figura 1 (b) muestra los espectros de un resonador de anillo de ancho w y radioRcon una rejilla, donde el índice de refracción varía periódicamente entrenrynr+ An, como se muestra en la figura 1(a). En este caso, R=50pm,w = 700nm,nr= 1,65, An = -0,02 ylc= 490. La rama superior de resonancias corresponde a modos propios de la formaX imientras que la rama inferior corresponde a

Para modelar un microanillo como los usados en las realizaciones de la presente invención se considera un modo de cavidad, con campo eléctrico £, campo magnético H y frecuencia w. Si la cavidad se ve perturbada por un material con polarizabilidad distribuidaa,una polarización

P — a£

sería el resultado. Entonces, un desplazamiento de frecuencia5wy desplazamiento de longitud de onda5kse producirá según la fórmula

Para evaluar el desplazamiento de frecuencia, se ha usado la siguiente integral

En una realización particular, se ha hecho fluir orina solo sobre un cuarto del perímetro de anillo, en particular en el intervalo 3n/4 < 0 < 5n/4. Entonces, los modos propios

Í W V'íc-i y ^ c+ i-^ c-1

experimentan el desplazamiento de frecuencia máximo y mínimo, respectivamente. Estas dos combinaciones particulares son los nuevos modos propios en presencia de la polarización de orina P y su diferencia de frecuencia(U+ - U~)es la división de modo.

Para derivar este resultado, se consideras un microaniNo virgen sin rejilla, con una superficie perfectamente lisa cuya dependencia azimutal se caracteriza por su número angularl.

Esta ecuación puede simplificarse en el límite de gran/c, con ^Lc p y p 0 (1 ) .De hecho en ese límite,

y, por consiguiente

Por tanto, con un campo dado por

se encuentra

Por otro lado, con

se obtiene

La diferencia es

Finalmente, la división se da por

81+ - 8X_2 JJ E¡c(r,z) ■ aElc(r,z)rdrdz

A J//(e|E¡c(r ,z ) |2 /í|H ¡c(r ,z ) |2)rdrdz

(i/ViPara ¡lustrar la diferencia entreU+yU-,se podría simplemente trazar el módulo cuadrado de ic+1 —lc~1a lo largo del perímetro y compararlo con la distribución de a a lo largo de ese perímetro.

Dicha diferencia se muestra esquemáticamente en la figura 2.

La figura 3 (a) muestra un anillo funcionalizado según una realización de la invención, al que se está suministrando agua a través de dos canales diferentes, cada uno comunicando una muestra de fluido a una mitad diferente del anillo. En esta realización, el agua fluye a través de ambos canales superior e inferior. Por tanto, no se ha producido ningún episodio de unión de moléculas de analito. Como consecuencia, la figura 3 (c) muestra la degeneración de los espectros en ausencia de moléculas de analito.

La figura 3 (b) muestra el anillo funcionalizado de la figura 3 (a) al que se está suministrando una disolución de agua y moléculas a través de uno de los canales, mostrando así moléculas de analito fijadas a su perímetro. En consecuencia, la figura 3 (d) muestra el levantamiento de degeneración de los espectros cuando se fijan moléculas de analito a una mitad del anillo.

La figura 4 muestra el contraste en el ancho de línea de emisión entre las realizaciones pasiva y activa de un sensor con autorreferencia según la presente invención. Aparte de la división en el dominio de frecuencia (nota de batido) debido a la presencia de la rejilla, el caso activo (esto es, resonadores con material dopado que proporciona un medio de ganancia que los hace capaces de funcionar como un láser) muestra picos más estrechos, lo que lleva a una precisión más alta en la detección de la nota de batido.

La figura 5 muestra los resultados de un experimento que somete a prueba las capacidades de autorreferencia de un sensor según la invención. En un lado, se muestra cómo se desplazan los picos en los que la señal se divide mediante la división de modo (pico 1 y pico 2). En este caso particular, solamente se muestra el pico 1 como un ejemplo. Como función de tiempo, la RIU (unidad de índice de refracción) se modifica al incrementar cada 500s la concentración del líquido que fluye por el sensor. Puede observarse que el pico 1 desplaza su frecuencia de resonancia en consecuencia.

Por otro lado, la división de modo del sensor, esto es, la variación de la nota de batido que resulta de sustraer la frecuencia de pico 2 a pico 1 se visualiza como función de tiempo. Por el contrario, con la variación de pico 1 con el índice de refracción de volumen como consecuencia del incremento en la concentración de líquido que fluye por el sensor, dicha nota de batido no varía.

La figura 6 muestra un experimento en el que la temperatura se hace variar de manera similar en la que RIU se hizo variar en el experimento llevado a cabo en la figura 5. Puede observarse que mientras el pico 1 se desplaza posteriormente con la variación de temperatura, de nuevo, la nota de batido permanece sustancialmente constante. La figura 7 muestra los resultados de diferentes simulaciones de división de modo para un resonador según una realización de la presente invención. Para probar la respuesta del resonador con una rejilla tras la concentración de biomarcadores se han considerado varias biocapas con diferentes espesores. Como puede verse en los dos gráficos correlacionados (a) y (b), la división aumenta de manera monótona con el número de episodios de unión. Es decir, a medida que el espesor de capa aumenta, como se muestra con el ajuste lineal en el gráfico (b) (para los valores seleccionados de grosor de capa (nm) (0, 2, 4, 6, 8, 10)), la división de modo también aumenta (con los valores máximos mostrados en el gráfico (a) para los valores seleccionados del grosor de capa).

La figura 8 muestra esquemáticamente un sensor (1) según una realización de la presente invención. Concretamente, el sensor (1) comprende un resonador de microanillo (2) realizado como una guía de ondas óptica de bucle, concretamente una guía de ondas óptica circular, y una guía de ondas óptica (3) para el acoplamiento con la guía de ondas óptica de bucle (2). En esta realización el resonador de microanillo (2) tiene parte del perímetro de anillo cubierta por una rejilla (5). Esta rejilla (5) induce una división de modo que varía tras la unión de moléculas a secciones predeterminadas de la rejilla (5). En la figura la rejilla (5) se representa esquemáticamente con cuadrados grises.

En esta realización el anillo resonador (2) está realizado de AI2O3 dopado con iterbio, lo que permite el uso del resonador de microanillo (2) en un modo activo. En el modo activo el resonador de microanillo (2) funciona como un láser, emitiendo una o varias frecuencias que están asociadas a los modos de resonador dentro del espectro de ganancia del material de dopado (en esta realización iterbio). El estrechamiento del ancho de línea de emisión ocurre después del umbral de láser. Un ancho de línea de ~200 kHz se midió para un dispositivo con potencia de salida en las decenas de microvatios.

Existen muchas maneras en las que puede proporcionarse la rejilla (5).

La figura 9 muestra esquemáticamente una realización en la que la rejilla (5) se genera añadiendo a una superficie superior del resonador de microanillo (2) una capa de un material diferente. En esta realización el resonador de microanillo (2) está realizado de AI2O3 y el material de la rejilla (5) es SO2. La rejilla (5) puede cubrir toda la circunferencia del resonador de microanillo (2) o solo una porción de la misma.

La funcionalización selectiva (6) de la rejilla (5), ya sea por materiales diferentes o un proceso de despegue(lifí-off)de la funcionalización (6), permite la inmovilización de receptores de analito y la fijación posterior de moléculas de analito a solo parte de la rejilla (5), induciendo así una variación de la división inducida como una función del número de moléculas de analito fijadas a la superficie de la rejilla (5). En esta realización la rejilla (5) se funcionaliza selectivamente con silano (6) para conseguir inmovilización selectiva de anticuerpos sobre la rejilla (5). Los receptores de analito, que en esta realización son anticuerpos, pueden inmovilizarse por todo el perímetro del resonador de microanillo (2) o por solo una parte de él. Una biocapa (7) también se muestra en la figura 9, la biocapa (7) que comprende los anticuerpos inmovilizados sobre la rejilla (5) y proteínas capturadas.

La figura 10 muestra esquemáticamente una realización en la que la rejilla (5) se proporciona sobre el resonador de microanillo (2) mediante impresión directa de receptores de analito sobre una superficie superior del resonador (2) de microanillo funcionalizado (6). Así, en esta realización la funcionalización (6) está dispuesta sobre el resonador de microanillo (2) para formar una rejilla (5). La rejilla (5) de receptores de analito puede cubrir todo el perímetro del resonador de microanillo (2) o solo una parte de él. En esta realización el resonador de microanillo (2) está realizado de A^O3y los receptores de analito son anticuerpos. Una biocapa (7) también se muestra en la figura 10, comprendiendo la biocapa (7) los anticuerpos inmovilizados sobre la rejilla (5) y biomarcadores capturados.

En las realizaciones de las figuras 8 a 10 la rejilla (5) está dispuesta sobre la superficie superior del resonador de microanillo (2). La figura 11 muestra esquemáticamente un sensor (1) según una realización en la que la rejilla (5) está dispuesta en una pared lateral por una parte del perímetro de un resonador de microanillo (2). La corrugación de la pared lateral, correspondiente a la rejilla (5), se representa mediante rectángulos en la figura.

La figura 12 muestra un sensor (1) según una realización de la invención. En esta realización un resonador de microanillo (2) tiene una rejilla (5) cubriendo todo su perímetro. Sin embargo, solo una cuarta parte de la rejilla (5) se funcionaliza (6) y se cubre con receptores de analito.

En la figura 12 la rejilla (5) está representado con cuadros grises y la funcionalización (6) está representada con triángulos blancos.

La figura 13 muestra esquemáticamente una unidad de lectura para los sensores (1) de las figuras 8, 11 y 12 cuando se trabaja en un modo activo. La unidad de lectura comprende una bomba de diodo láser (21) para bombear ópticamente el láser de resonador de microanillo/microdisco (2) y un fotodetector rápido (23) seguido por un analizador de espectro RF (REF) (33). El sistema comprende adicionalmente una unidad de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) (34) que permite la transmisión bidireccional a través de la guía de ondas óptica (3) recta, multiplexando el láser de bombeo (21) y la potencia de laser hacia atrás (31). En una realización el fotodetector (23) es un fotodiodo. Si la división está dentro o por debajo del intervalo de GHz entonces puede usarse la electrónica convencional para detectar el batido entre los modos divididos. De esta manera, la unidad de lectura puede hacerse portátil y económica. En las figuras 8, 11 y 12 el láser de bombeo (21), la potencia de laser hacia atrás (31) y la potencia de laser hacia delante (32) se representan esquemáticamente con flechas. En estas figuras también se muestra una guía de ondas óptica recta (3), separada del resonador de microanillo (2) por un hueco (4), pero lo suficientemente cerca para permitir el acoplamiento óptico.

Aunque la realización de la figura 13 funciona en un modo activo, en otras realizaciones los sensores (1) trabajan en un modo pasivo. En una realización particular, si se hace funcionar como dispositivo pasivo, durante el funcionamiento del sensor (1), el resonador (2) puede excitarse mediante un láser con un ancho de banda espectral que sea lo suficientemente grande para incluir las resonancias divididas. En esta realización la unidad de lectura comprende el láser y un fotodetector.

En otra realización particular del modo pasivo, la unidad de lectura comprende un láser sintonizable junto con un fotodetector (23) para explorar las resonancias del resonador (2), de manera que la posición de pico de las dos resonancias divididas puede detectarse. Aunque las realizaciones de las figuras 8, 11 y 12 se han descrito haciendo referencia a un resonador de microanillo (2), en otras realizaciones el resonador (2) está realizado como un disco y la descripción anterior puede aplicarse también a dichos resonadores de disco (2).

La figura 14 muestra una realización de un sistema de detección (100).

El sistema de detección (100) comprende un sensor (1) y una unidad de lectura (20) configurada para alojar el sensor (1).

En esta realización el sensor (1) es un cartucho desechable configurado para la detección de una pluralidad de N biomarcadores relacionados con la indicación de cáncer, preferiblemente siendo N 4 o más. El sensor (1) tiene un resonador (2.1, 2.2, ... 2.N) por biomarcador, es decir, un número total de N resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N). Cada resonador (2.1,2.2, ... 2.N) está realizado como una guía de ondas óptica de bucle con forma de anillo circular (2.1, 2.2, ... 2.N). El sensor (1) comprende además N guías de ondas ópticas sustancialmente rectas (3.1, 3.2, ... 3.N) para el acoplamiento óptico con los anillos circulares (2.1, 2.2, ... 2.N). Los anillos de resonador (2.1, 2.2, ... 2.N) comprenden una rejilla (no mostrada en la figura 14) y están funcionalizados (6) para la inmovilización de receptores de analito para la unión de biomarcadores asociados al tipo de cáncer respectivo (un tipo de biomarcador por resonador).

El número N de resonadores en el sensor (1) proporciona el número de biomarcadores que pueden analizarse simultáneamente, con un sensor (1) y una muestra de fluido. Un número más alto de resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) permite que se analicen más biomarcadores simultáneamente con una muestra, lo que da lugar a más información y mejor calidad para el usuario en la forma de indicación de diferentes clases de cáncer y/o etapas de desarrollo de cáncer por diferentes biomarcadores con una medición. También, da como resultado un incremento de la probabilidad de detección de una clase de cáncer específico y estado de cáncer específico, usando un número más alto de diferentes biomarcadores para detectar la misma clase o etapa específica de cáncer. Por otro lado, un número de resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) más alto implicaría que anticuerpos diferentes para biomarcadores diferentes reúnan moléculas de biomarcador a diferentes velocidades de manera que en el caso de un número más alto de biomarcadores sería más difícil disponer del tiempo óptimo de contacto con la muestra, haciendo por tanto la calibración de sistema (100) más compleja. Por tanto, un número preferido de resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) está entre 8 y 16.

La unidad de lectura (20) es la parte no desechable del sistema de detección (100). En esta realización la unidad de lectura (20) contiene N fuentes ópticas (21.1, 21.2, ... 21.N) y N detectores ópticos (23.1,23.2, ... 23.N). Las fuentes ópticas (21.1, 21.2, ... 21.N) son preferiblemente componentes de láser integrados. En esta realización la unidad de lectura (20) comprende una fuente óptica (21.1, 21.2, ... 21.N) por resonador (2.1, 2.2, ... 2.N). En otra realización, la unidad de lectura (20) comprende una única fuente de láser (21.1,21.2, ... 21.N) y la luz se divide en N número de canales ya sea por una fibra basada en 1xN divisores o un 1xN divisor integrado en el sensor (1) o en la unidad de lectura (20).

En esta realización el sensor (1) se proporciona con un puerto de entrada (11) para la entrada de una muestra de fluido en el sensor (1) y un receptáculo (12) para recoger la muestra de fluido después de que la muestra de fluido pase a través de los resonadores de anillo (2.1, 2.2, ... 2.N). En esta realización el sensor (1) comprende una pluralidad de cámaras de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N) y los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) están dispuestos de tal manera que cada cámara de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N) comprende un resonador (2.1, 2.2, ... 2.N). El sensor (1) tiene una pluralidad de aberturas (19), proporcionando cada abertura (19) comunicación de fluido entre dos cámaras de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N) adyacentes. El puerto de entrada (11), las cámaras de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N) y el receptáculo (12) están dispuestos de tal manera que después de la introducción de la muestra de fluido a través del puerto de entrada (11), la muestra de fluido pasa a través de las cámaras de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N) hasta llegar al receptáculo (12). El paso de la muestra de fluido desde el puerto de entrada (11) al receptáculo (12) dentro del sensor (1) puede conseguirse y/o facilitarse por el efecto de la gravedad, al poner al sensor (1) en una posición tal que el puerto de entrada (1 1) y el receptáculo (12) estén colocados sustancialmente en un plano vertical, con el puerto de entrada (11) colocado en una posición más alta que el receptáculo (12). En una realización las aberturas (19) que proporcionan comunicación de fluido entre dos cámaras de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N) adyacentes tienen diferentes tamaños para regular el tiempo de exposición de la muestra de fluido a los receptores de analito en cada cámara de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N). Sin embargo, pueden proporcionarse otros medios para regular el tiempo de exposición de la muestra de fluido a los receptores de analito en cada cámara de análisis (22.1, 22.2, ... 22.N). La muestra de fluido puede ser de origen humano o animal. Esta incluye sangre, secreción o emulsiones compuestas por material biológico sólido y es preferiblemente, aunque no necesariamente orina. Las fuentes ópticas (21.1, 21.2, ... 21.N) introducen luz en cada N guía de ondas óptica (3.1, 3.2, ... 3.N), que pasa a través de los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) y que inicia la resonancia en cada resonador (2.1, 2.2, ... 2.N). Los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) tienen receptores de analito, específicamente anticuerpos relacionados con el biomarcador específico, y la presencia del biomarcador relacionado provoca un desplazamiento en la frecuencia de resonancia óptica. N guías de ondas ópticas (3.1, 3.2, ... 3.N) se aproximan a N detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N), en este ejemplo particular diodos detectores de láser. En esta realización N fuentes ópticas (21.1,21.2, ... 21.N) y N detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N), están dentro de la unidad de lectura (20). En otras realizaciones, las fuentes ópticas (21.1, 21.2, ... 21.N) y/o los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N) pueden disponerse en el sensor (1).

Los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N) son capaces de detectar el nivel y frecuencia de señales ópticas. En el caso de los sensores pasivos (1), las fuentes de láser (21.1, 21.2, ... 21.N) pueden sintonizarse para permitir explorar por la resonancia. Los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N) se usan para detectar la luz de láser hacia atrás (31). En una realización preferida el sensor desechable (1) tiene medios mecánicos que van a conectarse a la unidad de lectura (20) no desechable del sistema de detección (100) de manera que la alineación óptica activa no es necesaria. Los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N) tienen un intervalo dinámico específico para detectar el mínimo y el máximo del espectro de señal esperado.

En esta realización la unidad de lectura (20) contiene un módulo de procesamiento de señal (24), una interfaz de comunicación (25) y una unidad electrónica de soporte (26). En esta realización la unidad de lectura (20) comprende adicionalmente un botón de inicio de funcionamiento (28) y un indicador de finalizado de procesamiento de datos (29).

En esta realización el módulo de procesamiento de señal (24) incluye una unidad de acondicionamiento de señal (241), una unidad de conversión analógica a digital (ADC) (242) y una unidad de procesamiento digital (243). El módulo de procesamiento de señal (24) está configurado para medir la variación de la nota de batido procedente de los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N).

La unidad de acondicionamiento de señal (241) contiene amplificación de la señal analógica procedente de los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N), así como filtrado analógico. El propósito de la unidad de acondicionamiento de señal (241) es proporcionar una señal analógica libre de ruido para que sea capturada adecuadamente por la unidad de conversión analógica a digital (242), de tal manera que el intervalo dinámico completo de la señal puede cubrirse correctamente con la mejor resolución posible. La unidad de acondicionamiento de señal (241) puede tener también funcionalidades de conversión descendente analógica si la variación realizada de la nota de batido es demasiado grande para que se detecte mediante la electrónica de conversión analógica a digital.

Para cada resonador específico (2.1, 2.2, ... 2.N), los resultados de procesamiento proporcionan información sobre la variación de la nota de batido, estando asociada con la probabilidad de detección que se analiza adicionalmente. Para cada biomarcador, estando relacionado con cada resonador (2.1, 2.2, ... 2.N), el sistema de detección (100) tiene una estructura de mapeo predefinida para realizar la clasificación de datos obtenidos del sensor (1). Esto significa que para cada tipo de biomarcador el sistema de detección (100) conoce el mapeo entre la variación de la nota de batido, la probabilidad de detección y la información sobre la concentración de biomarcadores. Por tanto, la variación de la nota de batido se monitoriza a lo largo del tiempo y se correlaciona con la concentración de analito. En una realización el mapeo resulta de una calibración previa del sistema de detección y/o del sensor. En una realización el mapeo se almacena en una memoria de la unidad de lectura y/o se almacena en remoto como un dispositivo separado al que puede accederse desde la unidad de lectura.

En una realización los receptores de analito fijados a los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) son N anticuerpos configurados para la unión de un biomarcador de cáncer, en la que los biomarcadores de cáncer están seleccionados a partir de la siguiente lista de biomarcadores:

• PSA, para cáncer de próstata

• Engrailed 2, para cáncer de próstata

• MSMbeta para cáncer de próstata

• HAS-1, para cáncer de vejiga:

• HAS-2, para cáncer de vejiga:

• HYAL-3, para cáncer de vejiga:

• Citoqueratina 20 (CK20), para cáncer de vejiga:

• CAIX, para cáncer de riñón:

• Acuaporina1, para cáncer de riñón:

• Adipofilina para cáncer de riñón:

• IL8, para cáncer de vejiga

• MMP9, para cáncer de vejiga

• MMP10, para cáncer de vejiga

• SERPINA1, para cáncer de vejiga

• VEGFA, para cáncer de vejiga

• ANG, para cáncer de vejiga

• CA9, para cáncer de vejiga

• APOE, para cáncer de vejiga

• SDC1, para cáncer de vejiga

• SERPINA1, para cáncer de vejiga

• HYAL1, para cáncer de vejiga

• CXCL 1, para cáncer de vejiga

• CXCR7, para cáncer de vejiga

• SDF1 beta, para cáncer de vejiga.

La información adquirida a partir del sensor (1) se clasifica y se proporciona, preferiblemente junto con muestra de fluido biológico e identificación de sensor (1) a la unidad electrónica de soporte (26). En esta realización la unidad electrónica de soporte (26) incluye una unidad de interfaz hombre-máquina (HMI) (261), un suministro de potencia (262) y una unidad de control (263). En la unidad electrónica de soporte (26) la información puede:

- almacenarse en la memoria asociada, donde una de las opciones puede ser una realización de memoria desmontable como una tarjeta (SD) digital de seguridad o memoria flash;

- proporcionarse a la interfaz de comunicación (25); y/

- proporcionarse a la unidad HMI (261).

La unidad HMI (261) proporciona interacción con el usuario mediante multimedia o medios mecánicos, que incluyen la interacción con una pantalla de la unidad de lectura (20) no desechable, que visualiza una o más de los siguientes resultados: detección de biomarcador, probabilidad de detección de biomarcador específico, resultados de probabilidad o indicación de clase de cáncer, información de tiempo, información de entorno tal como temperatura, identificación de parte desechable, estado de aparato, tal como estado de batería, disposición del aparato para actuar y/o actividad de aparato, usando cualquier medio gráfico y/o de texto aplicable. La unidad HMI (261) puede proporcionar también información mediante sonido generado por electricidad, tal como información sobre el sistema de detección (100) información de estado y/o sobre resultados de actividad, usando un altavoz que es parte de la unidad de lectura (20). Así se abordan los avisos o indicaciones de estado como “proceso de análisis de datos iniciado”, “proceso de análisis de datos completado”, “batería baja” o “disponible para actuar”. También, las vibraciones mecánicas podrían realizarse como avisos de estado o indicaciones de estado como “proceso de análisis de datos iniciado”, “proceso de análisis de datos completado”, “batería baja” o “disponible para actuar”. La unidad de control (263) puede implementarse como código de software de microcontrolador o puede integrarse como un código de software adicional de la unidad de procesador (24) que realiza procesamiento de señales digitales (243), que preferiblemente es una CPU, como un microprocesador de clase ARM. Como alternativa, la unidad de control (263) puede implementarse como una unidad separada de la unidad de procesamiento de señales digitales (243). La unidad de control (263) forma parte del estado de sistema de detección (100), incluyendo control de estado de entorno y potencia, así como control de bloques funcionales (100) del sistema de detección. También interactúa con la unidad HMI (261). La unidad de control (263) proporciona información sobre la presencia del sensor desechable (1) insertado en la unidad de lectura (20) no desechable, información sobre el tipo del sensor desechable (1), así como sobre el funcionamiento del botón de inicio (28) e indicador de finalizado de procesamiento de datos (29).

El botón de inicio de funcionamiento (28) se realiza ventajosamente mediante tecnología de botón de sistema de presión suave lo que permite una realización con buena impermeabilidad. El botón de inicio de funcionamiento (28) se realiza ventajosamente con un sistema de indicador óptico que muestra en un color la señal de “estado finalizado”, en otro color la señal de “disponible para adquisición por parte del sensor”, y en un tercer color la señal de “cartucho sin fijar”.

En esta realización la interfaz de comunicación (25) comprende una interfaz de conexión inalámbrica (251) y una interfaz de conexión por cable (252). Esto permite la comunicación desde la unidad de lectura (20) al mundo fuera del sistema de detección (100). En una realización preferida, la interfaz de conexión por cable (252) tiene uno o más de los siguientes medios de comunicación por cable: conector USB, conexión de Ethernet, conexión por cable basada en CAN, conexión por cable de conector basada en LIN, conexión por cable SPI, conexión por cable UART. La interfaz de conexión por cable (252) puede habilitar la comunicación a la nube o una memoria remota en el ordenador del usuario o la red de usuario. La interfaz de conexión inalámbrica (251) puede realizarse por una pluralidad de medios inalámbricos de corto alcance y de largo alcance, que incluyen: interfaz de comunicación móvil 2G, 3G, LTE y/u otros métodos de comunicación de largo alcance, celular; LAN inalámbrica, Bluetooth, métodos de comunicación de corto alcance en bandas ISM.

La unidad de lectura (20) puede incluir una memoria para el almacenamiento de información, tal como un número de referencia de cartucho y/o conclusiones de la adquisición de datos ejecutada y procedimientos de procesamiento de datos cuando la muestra se analiza. Esto puede permitir un mejor seguimiento y optimización de sistema (100). También la unidad de lectura (20) puede incluir un detector, preferiblemente basado en tecnología RFID, para la detección de un identificador (16), preferiblemente una etiqueta de identificación RF pasiva, ubicada sobre el sensor (1).

La figura 15 muestra un diagrama de flujo que muestra el método de funcionamiento del sistema de detección (100), comprendiendo el método las siguientes etapas desde la perspectiva del usuario:

• Insertar (1010) el sensor (1) en la unidad de lectura (20) del sistema de detección (100).

• Poner (1020) una muestra de fluido en el puerto de entrada (11) del sensor (1).

• Iniciar (1030) la electrónica de la unidad de lectura (20) junto con las fuentes ópticas (21) y detectores ópticos (23) presionando el botón de inicio de funcionamiento (28).

• Permitir que la detección de biomarcador se realice hasta que se muestre una indicación visual de procesamiento completado (1040) mediante el indicador de finalizado de procesamiento de datos (29) de la unidad de lectura (20).

• Adquirir (1050) desde la unidad HMI (261) los resultados de análisis, específicamente la indicación de presencia o ausencia de biomarcadores de cáncer en la muestra de fluido, estando acompañada la indicación de presencia preferiblemente con una indicación de probabilidad.

• Opcionalmente, los resultados de análisis y/o detalles de datos de procesamiento de señales de biomarcador del cáncer se proveen en un dispositivo externo como un ordenador, ordenador portátil, tableta, teléfono móvil y/o nube de datos, transmitiéndose (1060) los datos desde la unidad de lectura (20) a través de la interfaz de comunicación (25), a través de medios inalámbricos (251) y/o por cable (252). La concentración de biomarcadores se determinará desde el sensor calibrado (1).

• El usuario retira (1070) el sensor (1) de la unidad de lectura (20), desechándose opcionalmente la muestra de fluido restante a través de una salida del container (12). El sensor (1) puede desecharse también y/o reciclarse.

Opcionalmente, los ajustes de funcionamiento inicial pueden obtenerse (1001) desde un sistema externo tal como una nube de datos, un ordenador o una plataforma móvil, o pueden insertarse (1002) usando la entidad HMI (261). Con referencia a la figura 16, el método de funcionamiento del sistema de detección (100) comprende las siguientes etapas desde la perspectiva funcional:

• Las fuentes ópticas (21.1, 21.2, ... 21.N) generan (2010) emisiones de señal óptica con una longitud de onda asignada. Las fuentes ópticas (21.1, 21.2, ... 21.N) son preferiblemente láseres.

• La muestra de fluido, influida por la gravedad, pasa (2020) desde el puerto de entrada (11) hasta la primera cámara (22.1), donde el primer resonador (2.1) está presente, y pasa posteriormente a través de las otras cámaras (22.2, ...

22.N) hasta que termina en el receptáculo (12).

• Las guías de ondas óptica (3.1, 3.2, ... 3.N) están acopladas con los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N), induciendo los procesos de resonancia (2030). Los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) tienen anticuerpos relacionados con el biomarcador específico, estando inmovilizados los anticuerpos sobre la superficie de los resonadores (2.1, 2.2, ...

2.N).

• Los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) interactúan con la muestra de fluido introducida en el sensor (1). Si la muestra de fluido contiene moléculas de biomarcador que se corresponden con anticuerpos inmovilizados en el resonador (2.1, 2.2, ... 2.N), las moléculas de biomarcador se fijarán selectivamente a la parte del resonador (2.1, 2.2, ... 2.N) donde los anticuerpos están inmovilizados, induciendo (2040) una variación de la nota de batido que es proporcional a la concentración de biomarcadores en la muestra de fluido.

• Los detectores ópticos (23.1, 23.2, ... 23.N) detectan (2050) la variación de la nota de batido y proporcionan información de señal analógica.

• El módulo de procesamiento de señal (24) realiza (2060) acondicionamiento de señal analógica secuencial, conversión de señal analógica a digital y procesamiento de señales digitales para detectar para cada resonador (2.1, 2.2, ... 2.N) la existencia de la variación de la nota de batido y el valor de la variación de la nota de batido.

• La unidad HMI (261) muestra (2070) los resultados de análisis.

• Opcionalmente, la interfaz de comunicación (25) envía (2080) los resultados de análisis y/o detalles de datos de procesamiento de señales de biomarcador del cáncer a un dispositivo externo como un ordenador, ordenador portátil, tableta, teléfono móvil y/o nube de datos, estando transmitidos los datos (2080) desde la unidad de lectura (20) a través de la interfaz de comunicación (25), a través de medios inalámbricos (251) y/o por cable (252).

En resumen, pueden obtenerse los dos casos siguientes:

• La señal óptica que pasa por los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) no presentará ningún cambio de la nota de batido, si la muestra de fluido no contiene biomarcadores específicos.

• Por el contrario, si se observa el cambio de la nota de batido, se detecta un biomarcador específico en una muestra de fluido. La evaluación del valor de la variación de la nota de batido aplicando algoritmos de procesamiento de calibración específicos, combinada con la duración del intercambio de la muestra de fluido con los resonadores (2.1, 2.2, ... 2.N) llevará a la información de concentración de moléculas de biomarcador relevante en la muestra de fluido. Esta información de concentración de moléculas de biomarcador en la muestra de fluido arroja indirectamente información sobre la probabilidad de la detección de cáncer relevante.

La figura 17 muestra una realización del sensor en la que el resonador (2) está formado como un bucle no circular.

También se muestra una guía de ondas óptica (3) que no es recta para el acoplamiento con el resonador (2). El resonador (2) y la guía de ondas (3) pueden diseñarse con diferentes secciones, lo que dota al proceso de diseño de más flexibilidad. Es decir, la forma del resonador (2) permite diseñar la sensibilidad y tolerancia para errores en la capacidad de fabricación, así como adaptar el acoplamiento de bomba y señal de manera independiente, y sintonizar la longitud del resonador (2), todo sin afectar a la región de acoplamiento. Con líneas discontinuas en la figura 17 se identifican secciones del resonador (2) y la guía de onda (3).

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i.Un sensor que comprende al menos un resonador en modo galería susurrante, en el que el resonador comprende una rejilla de Bragg dispuesta sobre al menos una porción del perímetro del resonador y en el que el resonador se funcionaliza selectivamente para la fijación de receptores de analito.
2. 2. El sensor según la reivindicación 1, en el que la rejilla se funcionaliza para la fijación de receptores de analito.
3. 3. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el resonador está realizado de un primer material y la rejilla está realizada de un segundo material diferente al primer material.
4. 4. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la rejilla es una rejilla de receptores de analito directamente dispuestos sobre una superficie del resonador.
5. 5. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el resonador está realizado de al menos un material seleccionado a partir de AI2O3, Si3N4, SiO2, SiOn, TiO2, Ta2O5, Te2O5, vidrio de fosfato, KY(WO4)2, YAG, ZBLAN.
6. 6. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la rejilla está realizada de un material que comprende al menos uno de un polímero, preferiblemente PMMA, SO2, SiOn, SiN o TiO2.
7. 7. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el periodo de la rejilla tiene sustancialmente la mitad de la longitud de onda de funcionamiento.
8. 8. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de resonador está dopado con un material que proporciona ganancia de láser, preferiblemente un material de tierras raras, un material semiconductor, o un material dopado con iones de metal de transición.
9. 9. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor se funcionaliza sobre solo una parte de su perímetro, preferiblemente sobre un cuarto del perímetro o sobre una mitad del perímetro.
10. 10. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

    el resonador es un resonador de anillo realizado como una guía de ondas óptica de bucle y el sensor comprende además un mecanismo de acoplamiento para acceder a la guía de ondas óptica de bucle, o el resonador tiene forma de disco y el sensor comprende además un mecanismo de acoplamiento para acceder al disco.
11. 11. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el resonador tiene una configuración de bucle cerrado que comprende una pluralidad de secciones, estando configurada cada sección para el acoplamiento con una guía de ondas óptica a una longitud de onda.
12. 12. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el resonador está fabricado en AI2O3 dopado con tierras raras, en el que los iones de tierras raras proporcionan emisión fuera de las bandas de absorción de agua, estando los iones de tierras raras seleccionados preferiblemente del grupo que consiste en Yb3+, Nd3+, Er3+, Tm3+ y Ho3+.
13. 13. El sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor comprende una pluralidad de resonadores y una pluralidad de cámaras, en el que los resonadores están dispuestos de tal manera que cada cámara comprende un resonador, en el que el sensor comprende una pluralidad de aberturas, proporcionando cada abertura comunicación de fluido entre dos cámaras adyacentes, y en el que las aberturas tienen diferente tamaño.
14. 14. Un sistema de detección que comprende:

    un sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y

    una unidad de lectura configurada para alojar el sensor y que comprende medios de alineación para alinear el sensor.
15. 15.El sistema de detección según la reivindicación 14, que comprende además un láser configurado para bombear ópticamente el al menos un resonador cuando el sensor está alojado en la unidad de lectura, un fotodetector y electrónica de procesamiento.