PL239378B1 - Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika - Google Patents
Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika Download PDFInfo
- Publication number
- PL239378B1 PL239378B1 PL424524A PL42452418A PL239378B1 PL 239378 B1 PL239378 B1 PL 239378B1 PL 424524 A PL424524 A PL 424524A PL 42452418 A PL42452418 A PL 42452418A PL 239378 B1 PL239378 B1 PL 239378B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrode
- wen
- sensor
- electrodes
- sample
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 title claims description 18
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 title claims description 18
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 title claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims description 8
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 claims description 6
- 150000007523 nucleic acids Chemical group 0.000 claims description 6
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 6
- 108010021625 Immunoglobulin Fragments Proteins 0.000 claims description 4
- 102000008394 Immunoglobulin Fragments Human genes 0.000 claims description 4
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims description 4
- 241000700605 Viruses Species 0.000 claims description 4
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 claims description 4
- 244000052769 pathogen Species 0.000 claims description 4
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 3
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 3
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 claims description 2
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 claims description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 claims description 2
- 229930186217 Glycolipid Natural products 0.000 claims description 2
- 102000002068 Glycopeptides Human genes 0.000 claims description 2
- 108010015899 Glycopeptides Proteins 0.000 claims description 2
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 claims description 2
- -1 affibody Proteins 0.000 claims description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 claims description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000004832 voltammetry Methods 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 4
- 229920002113 octoxynol Polymers 0.000 description 4
- 239000000120 Artificial Saliva Substances 0.000 description 3
- 108020004635 Complementary DNA Proteins 0.000 description 3
- 238000010804 cDNA synthesis Methods 0.000 description 3
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 3
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 150000002597 lactoses Chemical class 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108050001049 Extracellular proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000589517 Pseudomonas aeruginosa Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010090804 Streptavidin Proteins 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 102000005936 beta-Galactosidase Human genes 0.000 description 1
- 108010005774 beta-Galactosidase Proteins 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 1
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 210000003495 flagella Anatomy 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004365 square wave voltammetry Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000000107 tumor biomarker Substances 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/447—Systems using electrophoresis
- G01N27/44704—Details; Accessories
- G01N27/44717—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
- G01N27/4473—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by electric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
- G01N33/5438—Electrodes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego w układzie potencjostatu zawierający elektrodę odniesienia RE i elektrodę zliczającą CE, z wyprowadzonymi kontaktami elektrycznymi na krawędź czujnika w formie złącza krawędziowego.
Stan Techniki
W stanie techniki można znaleźć wiele wynalazków, które rozwiązują problem czułych pomiarów czynników w próbkach biologicznych. W zgłoszeniu US2014273549A1 przedstawiono rozwiązanie, które dotyczy wieloelektrodowego sensora biometrycznego (np. do pomiaru glukozy we krwi) jednokanałowego w postaci paska przyłączanego do urządzenia odczytowego za pomocą gniazda. Na pasku znajduje się wiele pól wykonanych z przewodnika, a krawędź paska jest uformowana tak, aby pasować do gniazda odczytowego i jest wyposażona w wiele kontaktów. Opisane urządzenie posiada jeden segment pomiarowy złożony z kilku elektrod. Zgłoszenie WO2013114291A1 dotyczy wielokanałowego sensora temperatury w postaci płytki z wyprowadzonymi ścieżkami przewodzącymi na ukształtowaną w formie złącza krawędziowego do połączenia z gniazdem urządzenia odczytowego. Na płytce znajduje się wiele pól wykonanych z przewodnika, a krawędź jest uformowana tak, żeby pasować do gniazda odczytowego i jest wyposażona w wiele kontaktów (styków na krawędziach). Pomiary wykonywane są równolegle i jednocześnie. W opisanym rozwiązaniu każde z pól pomiarowych stanowi oddzielny układ pomiarowy, a wielokanałowość osiągnięta jest przez zwielokrotnienie układów pomiarowych, liczba linii obwodów jest również zwielokrotniona. Każdy z układów pomiarowych pracuje oddzielnie, przez co pomiar próbki nie odbywa się w takich samych warunkach na każdym kanale. Takie rozłożenie elektrod wydłuża ponadto czas pomiaru i nie daje możliwości wyeliminowania błędów pomiarowych.
Patent US6391558B1 pokazuje system do detekcji sekwencji kwasów nukleinowych, bazujący na metodzie elektrochemicznej. System wykorzystuje elektrodę na podłożu PCB, składającą się z macierzy elektrod pracujących i referencyjnych. Potencjał elektryczny przyłożony do elektrody pracującej jest multipleksowany, co pozwala na detekcję różnych ligandów w jednej próbce. Elektroda sensora połączona jest z analizatorem, który odczytuje pulsy elektryczne i zmiany sygnału spowodowane oddziaływaniem na elektrodzie.
W zgłoszeniu patentowym US20030042150A1 opisano czujnik elektrochemiczny do detekcji parametrów krwi takich jak stężenie glukozy, poziom cholesterolu i innych. System składa się z wielu elektrod, co pozwala na jednoczesny ilościowy pomiar wielu parametrów.
Z kolei w patencie US6391558B1 opisano metodę detekcji kwasów nukleinowych na elektrodach umieszczonych na płytkach drukowanych. Elektroda wykonana może być z węgla lub metali, w tym miedzi, niklu, złota, platyny, palladu i innych. Płytki drukowane są wytwarzane metodą sitodruku, a następnie poddane fotolitografii. W opisie brak jest możliwości pomiaru na wielu elektrodach jednocześnie, bez multipleksowania.
Biosensory oparte o pomiary elektrochemiczne są często stosowane w urządzeniach typu PoC (Point of Care). Ward i wsp. w publikacji PLOS ONE 2014 9 3 e91732. „Detecting P. aeruginosa with a Novel Biosensor”, opisali metodę oznaczania Pseudomonas aeruginosa na elektrodach za pomocą ESI (Elektrochemicznej Spektroskopii Impedacyjnej). Pomiar i analiza wyników polegają na zmianie impedancji po przyłączeniu do biofilmu na powierzchni elektrody mikroorganizmów za pomocą pilii, flagelli lub białek zewnątrzkomórkowych, które powodują transfer ładunku lub poprzez wykrywanie metabolitów wytwarzanych przez mikroorganizmy.
Międzynarodowe zgłoszenie patentowe W O2001083674A1 opisuje metodę wykrywania reagentów za pomocą biosensora elektrochemicznego, zbudowanego z elektrod pokrytych monowarstwą cząsteczek biologicznych, korzystnie biotyną oddziałującą selektywnie ze streptawidyną. Z kolei Moreira i wsp. (Sensors and Actuators B 223 (2016) 927-935) opisują zastosowanie metody sitodruku do wytworzenie sensorów bazujących na elektrodach srebrowych. W sensorze wykorzystano sztuczne przeciwciała rozpoznające biomarkery nowotworowe. Sygnał wykrywania przeciwciał mierzony był różnymi metodami, takimi jak woltamperometria cykliczna (CV), elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (ESI), woltamperometria fali prostokątnej (SVW).
Dokument DE10332804 ujawnia czujnik zawierający przeciwelektrodę (elektrodę zliczającą), wiele elektrod pracujących i elektrodę odniesienia oddzielająca elektrody pracujące od przeciwelektrody. Dokument ten opisuje klika postaci wykonania, z których przedmiotowemu wynalazkowi najbliższa jest postać przedstawiona na Figurze 4. Jednakże, żaden z ujawnionych w D1 wariantów rozwią
PL 239 378 B1 zania nie ujawnia elektrody zliczającej o mającej brzegi w kształcie wycinków okręgów współśrodkowych z kołami tworzącymi elektrody robocze, ani elektrody odniesienia o kształcie odpowiadającym obrysowi elektrody zliczającej.
Wadą wynalazków opisanych wstanie techniki jest brak możliwości równoczesnego pomiaru wielokanałowego, wszystkich segmentów pomiarowych, co wpływa negatywnie na szybkość pomiaru i jego dokładność. Do wykonania pomiarów wielokanałowych za pomocą opisanych wstanie techniki rozwiązań stosuje jeden układ odczytowy z multipleksacją sygnału, gdzie w danej chwili zasilany i odczytywany jest tylko jeden segment pomiarowy, następnie układ przełącza zasilanie i odczyt do następnego segmentu pomiarowego. W efekcie nie ma możliwości dokonania pomiaru jednoczesnego. Każdy segment pomiarowy ma swój oddzielny zestaw elektrod, generowane błędy pomiarowe stałe i losowe pojawiające się na elektrodach odniesienia nie mogą być w żaden sposób kompensowane z uwagi na to, że każda z elektrod odniesienia jest oddzielnym obwodem elektrycznym (błąd stały każdej elektrody), a z uwagi na to, że pomiary segmentów są wykonywane w różnym czasie, błędy losowe są niedookreślenia.
Nieoczekiwanie okazało się, że prezentowany wynalazek rozwiązuje ten problem.
Istota Wynalazku
Przedmiotem obecnego wynalazku jest czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego w układzie potencjostatu zawierający elektrodę odniesienia RE i elektrodę zliczającą CE, z wyprowadzonymi kontaktami elektrycznymi na krawędź czujnika w formie złącza krawędziowego, który posiada n elektrod roboczych WEn, gdzie n > 2, przy czym elektroda odniesienia RE jest wspólna dla wszystkich elektrod roboczych WEn, a jej fragment znajdujący się obok elektrody roboczej WEn tworzy segment pomiarowy RE-CE-Wen, przy czym elektrody robocze WEn mają kształt jednakowych kół i są położone symetrycznie względem elektrody zliczającej CE, przy czym elektroda odniesienia RE jest położona między elektrodą zliczającą CE a elektrodami roboczymi WEn, charakteryzujący się tym, że brzegi elektrody zliczającej CE mają kształt wycinków okręgów współśrodkowych z kołami tworzącymi elektrody robocze WEn, kształt elektrody odniesienia RE odpowiada obrysowi elektrody zliczającej CE, przy czym korzystnie n jest w zakresie od 2 do 256.
Korzystnie, co najmniej dwie, a korzystniej wszystkie elektrody WEn pokryte są od strony wierzchniej warstwą materiału sensorycznego, to jest materiału, który reaguje tylko z jednym rodzajem czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce.
Korzystnie, co najmniej dwie elektrody WEn pokryte są różnymi materiałami sensorycznymi.
Korzystnie materiał sensoryczny jest materiałem typu biologicznego lub syntetycznego, a zwłaszcza stanowi przeciwciała, fragmenty przeciwciał, peptydy, sekwencje kwasów nukleinowych do wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce.
Korzystnie posiada dodatkowe elektrody zwierane i/lub niezwierane do kodowania numeru elektrody roboczej WEn, gdzie n > 2 a korzystnie n jest w zakresie od 2 do 256.
Korzystnie układ elektrod roboczych WEn, elektrody zliczającej CE i elektrody odniesienia RE tworzą powtarzające się segmenty pomiarowe o identycznym kształcie, a w każdym segmencie pomiarowym odległości między elektrodą roboczą WEn, elektrodą zliczającą CE i elektrodą odniesienia RE są takie same, a ponadto pola powierzchni elektrod roboczych WEn, fragmentu elektrody zliczającej CE i fragmentu elektrody odniesienia RE są odpowiednio takie same w każdym segmencie.
Korzystnie układ i kształt elektrod roboczych WEn, elektrody odniesienia RE i elektrody zliczającej CE posiada oś symetrii.
Korzystnie złącze krawędziowe posiada pola stykowe tworzące obwód elektryczny oddzielny od elektrod WEn, RE i CE, przeznaczony do identyfikacji prawidłowego umieszczenia czujnika w gnieździe układu pomiarowego przez zwarcie styków gniazda pomiarowego podczas umieszczania czujnika w tym gnieździe.
Korzystnie złącze krawędziowe jest wtykiem HDMI (ang. High Definition Multimedia Interface, multimedialny interfejs wysokiej rozdzielczości) lub DisplayPort (uniwersalny interfejs cyfrowy).
Przedmiotem obecnego wynalazku jest również sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce, charakteryzujący się tym, że próbkę czynnika biologicznego lub chemicznego w postaci elektrolitu lub roztworu umieszcza się w czujniku według wynalazku tak, że wszystkie elektrody robocze WEn, elektrodę zliczającą CE i elektrodę odniesienia RE pokrywa się wspomnianą próbką w postaci zawiesiny lub roztworu, a następnie prowadzi się jednocześnie od 2 do 256 pomiarów próbki, zwłaszcza techniką spektroskopii impedancyjnej lub woltamperometrii i na podstawie wyników tych pomiarów stwierdza się obecność czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce.
PL 239 378 B1
Korzystnie pomiary prowadzi się w konfiguracji odwróconej, w której elektroda odniesienia RE pracuje, jako elektroda zliczająca CE, a elektroda zliczająca CE pracuje jako elektroda odniesienia RE.
Korzystnie, pomiary prowadzi się w konfiguracji odwróconej, w której elektroda robocza WEn pracuje jako elektroda zliczająca CE, a elektroda zliczająca CE pracuje jako elektroda robocza WEn.
Korzystnie czynnikiem biologicznym lub chemicznym są patogeny, zwłaszcza wirusy, bakterie, grzyby białka i ich fragmenty w tym enzymy, przeciwciała, białka budulcowe, fragmenty przeciwciał, peptydy, affibody, kwasy nukleinowe i sekwencje nukleotydowe w tym jedno i dwuniciowe DNA, RNA, aptamery, krótkie sekwencje nukleotydowe kwasy tłuszczowe, cukry, glikolipidy, glikopeptydy, inne organiczne związki chemiczne takie jak pestycydy, antybiotyki, związki nieorganiczne, w tym metale ciężkie.
Korzystne przykłady wykonania wynalazku
Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:
fig. 1 Przedstawia czujnik 1 do pomiarów impedancyjnych w układzie potencjostatu zawiera- jący elektrodę odniesienia RE 3 i elektrodę zliczającą CE 4, z wyprowadzonymi kontaktami elektrycznymi 5 na krawędź 6 czujnika 1 w formie złącza krawędziowego. Przedstawiony czujnik 1 posiada elektrody robocze WEn 7, gdzie n = 8 a elektroda odniesienia RE 3 jest wspólna dla wszystkich elektrod roboczych WEn 7 i jej fragment znajdujący się obok elektrody roboczej WEn 7 tworzy segment pomiarowy 8 typu RE-CE-WEn.
fig. 2 Przedstawia krawędź 6 czujnika 1 w formie złącza krawędziowego z polami stykowymi tworzącymi obwód elektryczny oddzielny od elektrod WEn 7, RE 3 i CE 4, przeznaczony do identyfikacji prawidłowego umieszczenia czujnika w gnieździe pomiarowym oraz dodatkowe elektrody 13 zwierane i/lub niezwierane do kodowania numeru elektrody roboczej WEn 7.
fig. 3 Przedstawia schemat ideowy układu do identyfikacji czujnika z zakodowanym numerem „11001”. Możliwa liczba kombinacji, równa 32 (2ΛΜ dla M = 4).
fig. 4 Przedstawia schemat ideowy układu w wersji uproszczonej, do identyfikacji używany jest podzbiór 3 kontaktów elektrycznych 5, zatem liczba kombinacji wynosi 2ΛΜ = 8.
fig. 5 Badanie oddziaływania sensora z próbką pozytywną w postaci produktu z laktozą.
fig. 6 Badanie oddziaływania sensora z próbką negatywną w postaci produktu bez laktozy.
fig. 7 Oddziaływanie sensora zmodyfikowanego ssDNA z sekwencją komplementarną.
fig. 8 Wynik pomiaru Elektrochemicznej Spektroskopii Impedancyjnej dla elektrody miedzio- wej pokrytej warstwą biologiczną, traktowanej kolejno 0,5 M NaCl, sztuczną śliną z buforem Triton X (1%), wirusem H1N1 w buforze Triton X z dodatkiem 0,5M NaCl.
fig. 9 Widok z góry oraz przekrój poprzeczny czujnika 1 pokrytego materiałem sensorycznym 9 (warstwą biologiczną) oraz naniesioną próbką 2 czynnika biologicznego lub syntetycznego.
W korzystnym przykładzie wykonania elektrody robocze WEn 7 pokryte są materiałem sensorycznym 9 czyli substancją odpowiedzialną za wykrywanie określonych substancji i cząsteczek biologicznych i chemicznych w próbce 2, korzystnie w postaci roztworu lub zawiesiny.
Elektroda robocza RE 3 i zliczająca CE 4 są elektrodami pomocniczymi, współdzielonymi w trakcie pomiaru ze wszystkimi elektrodami WEn 7 i służą do przeprowadzenia pomiarów wielkości elektrycznych zmieniających się w wyniku procesów chemicznych zachodzących w materiale sensorycznym 9 umieszonym na elektrodach WEn 7 pod wpływem czynników biologicznych lub chemicznych, które zamierzamy wykrywać w próbce 2.
Złącze krawędziowe czujnika 1 jest mechanicznie i częściowo elektrycznie zgodne ze standardowym gniazdem HDMI lub DisplayPort. W typowych zastosowaniach gniazda HDMI oraz DisplayPort służą do transmisji danych cyfrowych i zawierają w obudowie 2 rzędy styków zapewniających połączenie elektryczne między gniazdem a umieszczanym w nim wtykiem. Mechaniczna budowa wtyków i gniazd HDMI/DP uniemożliwia odwrotne ich połączenie.
Tymczasem w przedstawionym rozwiązaniu czujnik 1 nie posiada wtyku HDMI/DP ani innych mechanicznych elementów zapewniających podobną funkcjonalność czyli zabezpieczenie przed odwrotnym umieszczeniem czujnika w szczelinie gniazda czytnika. Bez dodatkowych mechanicznych zabezpieczeń możliwe jest zatem odwrotne umieszczenie czujnika 1 w gnieździe pomiarowym, co uniemożliwia przeprowadzenie pomiaru. W takiej sytuacji dodatkowym problemem jest budowa standardo
PL 239 378 B1 wego gniazda HDMI/DP - kontakty umieszczone są naprzemianlegle a nie naprzeciwległe, co w praktyce uniemożliwia zastosowanie istniejących kontaktów elektrycznych 5 na krawędzi 6 złącza krawędziowego do jednoznacznej detekcji faktu odwrotnego umieszczenia czujnika 1 w gnieździe pomiarowym. Wynika to z faktu, iż przy odwrotnym umieszczeniu punkty styku gniazda pomiarowego i środki kontaktów elektrycznych 5 nie pokrywają się - punkt styku zostaje przesunięty na izolowany obszar między kontaktami elektrycznymi 5. W efekcie tego możliwe jest pojawienie się zwarcia sąsiadujących kontaktów elektrycznych 5 przez styk gniazda, jak też pojawienie się połączenia elektrycznego z dowolnym z tych kontaktów elektrycznych 5. Jest to praktycznie nieprzewidywalne i uzyskany wynik może być zupełnie różny dla kolejnych prób umieszczenia czujnika 1 w gnieździe pomiarowym w orientacji odwrotnej. Wynika to wprost z niedopasowania luzów między obudową gniazda a złączem krawędziowym oraz odchyleniu krawędzi 6 złącza krawędziowego od kąta prostego względem osi symetrii gniazda.
Nieoczekiwanie okazało się, że chociaż nie jest możliwe wykluczenie takiej sytuacji, to możliwe jest jednak wykrycie prawidłowej lub błędnej orientacji czujnika 1 w chwili umieszczania go w szczelinie gniazda pomiarowego czytnika bazując wyłącznie na pomiarach elektrycznych. Wymagane jest zaprojektowanie pól stykowych 11 w taki sposób, że część obszaru bliższa krawędzi 6 złącza krawędziowego czujnika 1 stanowi pola stykowe 11 służące do detekcji orientacji czujnika w gnieździe, zaś pozostały obszar złącza krawędziowego zapewnia elektryczny kontakt styków gniazda z kontaktami elektrycznymi 5 podłączonymi do poszczególnych elektrod czujnika. Przykład realizacji przedstawiono na fig. 2. W trakcie wsuwania czujnika 1 do gniazda wystąpi chwilowe zwarcie przez pola stykowe 11 styków 1-2-3-4 i 6-7-8-9 gniazda pomiarowego, bez zwarcia ze stykiem 5. Wynaleziony sposób detekcji orientacji czujnika 1 względem gniazda opiera się w pełni na pomiarach elektrycznych poprzez monitorowanie zwarć między wybranymi grupami styków elektrycznych w trakcie wsuwania czujnika 1 w szczelinę gniazda pomiarowego i nie ogranicza funkcjonalnie lub nie wpływa na działanie czujnika 1 po jego pełnym wsunięciu.
Warianty przedstawionego rozwiązania obejmują wydzielenie pól stykowych 11 na górnej, dolnej lub obu stronach złącza krawędziowego, w różnych konfiguracjach zwieranych styków gniazda pomiarowego.
W korzystnym wariancie czujnik posiada 9 pól stykowych służących do kodowania numeru czujnika.
Dopiero po wykryciu właściwej orientacji czujnika 1 w gnieździe pomiarowym aktywowane są sygnały elektryczne służące identyfikacji typu czujnika 1 oraz wymagane do przeprowadzenia właściwego pomiaru.
P r z y k ł a d 1
Identyfikacja typu czujnika
Uniwersalność czytnika zakłada możliwość użycia go do wykrywania różnych substancji biologicznych lub chemicznych. Czujnik 1 może być wykonany w wielu wersjach różniących się rodzajami materiałów sensorycznych 9 elektrod roboczych WEn 7 wrażliwych na konkretne wybrane patogeny lub inne substancje. Należało w związku z tym zapewnić możliwość jednoznacznej identyfikacji typu czujnika 1 umieszczonego w czytniku, aby na tej podstawie dobrać warunki przeprowadzenia pomiaru takie jak wartości sygnałów pobudzających oraz czas wykonania pomiaru, które mogą różnić się dla poszczególnych typów czujnika 1. Powszechnie spotykane rozwiązania bazują na identyfikacji kolorymetrycznej, zastosowaniu kodów bazujących na optycznej analizie obrazu (np. kody kreskowe, kody QR) czy też wyspecjalizowanych układów elektronicznych służących do przewodowej bądź bezprzewodowej identyfikacji (np. RFID).
Możliwa jest identyfikacja typu czujnika 1 przy użyciu tych samych kontaktów elektrycznych 5, które są stosowanie do przeprowadzania pomiarów elektrod roboczych WEn 7. Kodowanie typu czujnika 1 odbywa się poprzez wyodrębnienie podzbioru N kontaktów elektrycznych 5 spośród M dostępnych, przy czym N < M. Wyodrębniona kombinacja N kontaktów elektrycznych 5 zostaje zwarta do elektrody odniesienia RE 3, lub elektrody zliczającej CE 4, lub elektrody ekranującej GE 14. Układ elektroniczny czytnika wykrywa, które z kontaktów elektrycznych 5 zostały zwarte, zaś zwarte w ten sposób kontakty elektryczne 5 nie są używane na dalszych etapach właściwego pomiaru.
Zgodnie z rysunkiem fig. 3 kontakty elektryczne 5 o numerach 1,2 prowadzące do elektrod roboczych WE1 i WE2 7 oraz kontakt elektryczny 5 o numerze 5 nie zostały elektrycznie zwarte do żadnego z linii kontaktów elektrycznych 5 elektrody CE 4, elektrody RE3, GE 14, zatem za ich pomocą zostanie przeprowadzony pomiar zawartości czynnika biologicznego lub chemicznego. Kontakty elektryczne 5
PL 239 378 B1 o numerach 3 i 4 zostały zwarte do centralnie umieszczonej elektrody GE 14. Wstępna polaryzacja napięciem VPOL w zakresie od 500 mV do 5V wszystkich kontaktów elektrycznych 5 względem GE14 lub RE, CE daje wynik pomiaru napięcia bliski VGE tylko dla kontaktów elektrycznych 5 3 i 4 oraz wynik pomiaru napięcia bliski VPOL dla kontaktów elektrycznych 5 1, 2 i 5. Oznaczając potencjał bliski VGE symbolem '0', a bliski napięciu polaryzującemu VPOL symbolem '1', otrzymujemy kod „11001.
Przedstawione rozwiązanie, w którym wybrany podzbiór kontaktów elektrycznych 5 złącza krawędziowego może być w dowolnej kombinacji zwarty bądź nie z elektrodami GE 14, elektrodami roboczymi RE 3 lub elektrodami zliczającymi CE 4 pozwala zakodować 2λΝ różnych kombinacji. Dla przykładowego rozwiązania podzbiór kontaktów elektrycznych 5 służących do identyfikacji liczący N = 3 kontakty elektryczne 5 pozwala jednoznacznie zidentyfikować 8 różnych typów czujników 1. Analogicznie, dla N = 8 byłoby to 256 rozróżniaInych typów czujników 1.
Rozwiązanie pozwalające na użycie wszystkich kontaktów elektrycznych 5 do identyfikacji typ czujnika 1, zapewnia większą liczbę kombinacji, równą 32 (2ΛΜ dla M = 4).
Na rysunku fig. 4 przedstawiono układ w wersji uproszczonej, do identyfikacji używany jest podzbiór 3 kontaktów elektrycznych 5, zatem liczba kombinacji wynosi 2ΛΜ = 8.
Działanie czujnika
W przypadku prezentowanego rozwiązania, każdy indywidualny segment pomiarowy 8 złożony z elektrody roboczej WEn7 oraz korespondującego fragmentu elektrody odniesienia RE 3 i elektrody zliczającej CE 4 są identyczne, tj. zachowane są identyczne odległości między tymi elementami i zachowują stałe wielkości pola powierzchni. Potencjał elektrody odniesienia RE 3 jest taki sam w całym układzie, co zapewnia identyczne warunki pomiarowe dla całego układu. Wszystkie inne pary elektrod działają identycznie, a elektroda odniesienia RE 3 wyrównuje potencjał w sąsiedztwie innych elektrod.
Elektrody robocze WEn 7, elektrody odniesienia RE 3, elektroda zliczająca CE 4 wykonane są z materiału o niskiej rezystywności np. miedzi, pomijalnie małej w porównaniu do rezystywności próbki 2 lub materiału sensorycznego 9 reagującego z określonymi substancjami chemicznymi i biologicznymi np. patogenami podlegającymi wykrywaniu.
W systemach wielokanałowych istnieje niekorzystny wpływ gradientu potencjału elektrycznego na wyniki pozyskiwane z poszczególnych kanałów.
W przedstawionym rozwiązaniu czujnika 1 wielokanałowego zastosowano segmenty pomiarowe 8 stanowiące układ elektrody roboczej WEn 7, elektrody odniesienia 3 i elektrody zliczającej 4 taki, że każdy z segmentów pomiarowych 8 zachowuje identyczną geometrię, w szczególności identyczne pola powierzchni poszczególnych elektrod, odległości między nimi oraz kształty elektrod dobrane w taki sposób, aby przebieg elektrody RE odpowiadał pewnemu stałemu potencjałowi w rozkładzie linii sił pola elektrycznego w spolaryzowanym czujniku 1.
Kształt elektrody odniesienia RE uwzględnia rozkład gradientu pola elektrycznego w spolaryzowanym czujniku odwzorowując zasadniczo identyczną wartość potencjału w spolaryzowanym elektrolicie.
Nieoczekiwanie okazało się w przeprowadzonych testach, że tak zaprojektowany układ elektrod nie tylko zapewnia bardzo dobrą powtarzalność wyników niezależnie od analizowanej elektrody WEn 7, ale pozwala na zastosowanie nowych metod pomiaru impedancji.
Metoda pomiarowa N1. W porównaniu do klasycznej spektroskopii impedancyjnej z układem potencjostatu, rolą elektrody odniesienia RE 7 nie jest uzyskanie zadanego potencjału w wyniku zmian wartości potencjału elektrody zliczającej 4 CE, lecz pomiar potencjału w roztworze próbki 2 w postaci elektrolitu, celem skompensowania (wyeliminowania) impedancji elektrolitu z wyniku końcowego będącego wartością impedancji w układzie elektrod CE-WEn.
Metoda N2. W porównaniu z klasyczną metodą pomiaru stosowaną w spektroskopii impedancyjnej z potencjostatem, następuje zamiana ról elektrody roboczej WEn 7 i elektrody zliczającej CE 4 pobudzenia są w takim układzie generowane przez elektrody robocze WEn 7 zamiast elektrody zliczające CE 4. Rolą elektrody roboczej RE 7 podobnie jak metodzie N1 jest pomiar rozkładu potencjału w elektrolicie. Nieoczekiwanie okazało się, że wartości impedancji zmierzone metodą N2 są inne niż mierzone metodą tradycyjną lub metodą N1, zaś cykliczne przełączanie trybu działania układu pomiarowego między N1 i N2 dostarcza dodatkowych informacji o mierzonych próbkach.
Obie metody N1 i N2 charakteryzują się brakiem ograniczeń typowych dla powszechnie wykonywanych pomiarów impedancji w układach potencjostatu, a w szczególności możliwe jest jednoczesne wykonywanie pomiarów dla wszystkich elektrod roboczych WEn 7 jednocześnie.
PL 239 378 B1
Okazało się, że oprócz korzystnego zwiększenia ilości danych o badanej próbce 2 pozyskanych w trakcie przełączania metod N1 i N2 dodatkową korzyścią jest istotne skrócenie czasu pomiaru w porównaniu do pomiarów multipleksowanych w dziedzinie czasu, bazujących na wykonaniu odrębnych pomiarów dla poszczególnych elektrod. Uzysk polegający na skróceniu czasu pomiarów zarówno metodą N1 jak N2 jest wprost proporcjonalny do liczby kanałów, i dla 8 kanałów mierzonych jednocześnie jest 8-krotnie krótszy niż analogiczny pomiar wykonany metodą tradycyjną, t.j. z multipleksowaniem czasowym.
Elektrolit, inaczej jak w przypadku klasycznych pomiarów elektrochemicznych, jest tylko czynnikiem zwilżalnym i pomocniczym do przewodzenia prądu, a geometria elektrod likwiduje wpływ samego elektrolitu na impedancje.
Budowa i wzajemne ułożenie elektrod pozwala także na używanie odwróconego trybu pomiarowego. W klasycznych układach pobudzenie następuje na elektrodzie zliczającej CE 4 a sygnał rejestrowany jest na elektrodzie roboczej WEn 7. W przypadku opisywanego rozwiązania, pomiar może być przeprowadzony w taki sposób, że pobudzenie następuje na elektrodzie roboczej WEn 7, a elektroda zliczająca CE 4 stanowi punkt odniesienia dla całego układu pomiarowego. Odwrócenie kierunku przepływu prądu jonowego przez elektrolit daje wynik różniący się w pewnym zakresie częstotliwości od wyniku uzyskanego metodą tradycyjną, co poprawia czułość urządzenia oraz zwiększa jego możliwości w zakresie automatycznego wykrywania wadliwego działania czujnika 1 lub poszczególnych elektrod.
Odwrócenie konfiguracji elektrod pozwala na uzyskanie różnych wynikowych charakterystyk impedancji elektrod w porównaniu do typowej konfiguracji. Występujące różnice są wynikiem nieliniowości zjawisk występujących w układzie czujnik-warstwa bioczuła-badana próbka. Istotna jest tutaj zarówno możliwość odwrócenia polaryzacji elektrod (a więc kierunku przemieszczania ładunków elektrycznych, w tym jonów w roztworze), jak też zmiana konfiguracji układu pomiarowego (sposobu pomiaru prądów poszczególnych elektrod). W szczególności możliwy jest dzięki temu pomiar nieliniowości charakterystyk impedancji wynikający z występowania złącz typu p-n w mierzonych układach.
P r z y k ł a d 2
Badanie oddziaływania laktozy z elektrodą
Powierzchnia elektrody roboczej WEn 7 została zmodyfikowana enzymem beta-galaktozydazą. Następnie elektroda robocza WEn 7 została wyzerowana buforem (została przygotowana do pracy, czyli zwilżona roztworem zerującym służącym do aktywowania elektrody), a następnie naniesiono na nią próbkę 2 w postaci roztworu zawierającego laktozę, fig. 5 pokazuje wyraźną zmianę impedancji pod wpływem obecności laktozy.
Jako eksperyment kontrolny zastosowano próbkę bez laktozy. Jak pokazuje rysunek fig. 6, czujnik 1 nie wykazuje zmian pod wpływem obecności próbki kontrolnej.
P r z y k ł a d 3
Badanie oddziaływania DNA na elektrodach
Elektrody robocze WEn 7 od 1 do 8 przed pomiarem czyszczono H2SO4. Przeprowadzono pomiar elektrod roboczych WEn 7 czystych, a następnie wytworzono na nich materiał sensoryczny 9. Materiał sensoryczny 9 wykonano poprzez:
• Naniesienie postaci SH-DNA (ssDNA) modyfikującego i pozostawiano w temp. pokojowej na czas od 2-24 h.
• Następnie naniesienie 10 μl roztworu MCH (DNA komplementarne, CssDNA) i przemycie buforem PBSo pH 7.4 w celu usunięcia niezwiązanych molekuł.
Tak przygotowany czujnik 1 z materiałem sensorycznym 9 umożliwia przeprowadzenie pomiarów, np. metodą Elektrochemicznej Spektroskopii Impedancyjnej, które wykazują oddziaływanie SH-DNA modyfikującego (który jest przyłączony do powierzchni elektrody) z DNA komplementarnym, które znajduje się w mierzonej próbce.
W yniki przedstawiono na wykresie (fig. 7) na którym widać wzrost impedancji spowodowany oddziaływaniem DNA komplementarnego z DNA modyfikującym.
P r z y k ł a d 4
Badanie oddziaływania sensora na podłożu miedzianym - wirus H1N1 560:
• modyfikacja powierzchni sensora warstwą biologiczną (przeciwciałem anty-M1) • tzw. „zerowanie” sensora zmodyfikowanego przeciwciałem - etap pierwszy właściwego pomiaru aktywności biologicznej sensora, w wyniku którego wysuszona warstwa peptydu zostaje przygotowana do testów,
PL 239 378 B1 • badanie oddziaływania sensora z próbką negatywną w postaci sztucznej śliny w połączeniu z 1% tritonem X • badanie oddziaływania sensora z próbką zawierającą wirusa H1N1
Wyniki przedstawiono na fig. 8
Wnioski: sensor zbudowany na podłożu miedzianym, zmodyfikowanym przeciwciałem:
• wykazuje niewielką zmianę impedancji pod wpływem oddziaływania z próbką negatywną w postaci sztucznej śliny w połączeniu z 1% tritonem X;
• wykazuje wyraźną zmianę (wzrost) impedancji pod wpływem oddziaływania peptydu z próbką zawierającą wirusa.
Claims (13)
1. Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego w układzie potencjostatu zawierający elektrodę odniesienia RE i elektrodę zliczającą CE, z wyprowadzonymi kontaktami elektrycznymi na krawędź czujnika w formie złącza krawędziowego, który posiada n elektrod roboczych WEn (7), gdzie n > 2, przy czym elektroda odniesienia RE (3) jest wspólna dla wszystkich elektrod roboczych WEn (7), a jej fragment znajdujący się obok elektrody roboczej WEn (7) tworzy segment pomiarowy (8) RE-CE-Wen, przy czym elektrody robocze WEn (7) mają kształt jednakowych kół i są położone symetrycznie względem elektrody zliczającej CE (4), przy czym elektroda odniesienia RE (3) jest położona między elektrodą zliczającą CE (4) a elektrodami roboczymi WEn (7), znamienny tym, że brzegi elektrody zliczającej CE (4) mają kształt wycinków okręgów współśrodkowych z kołami tworzącymi elektrody robocze WEn (7), kształt elektrody odniesienia RE (3) odpowiada obrysowi elektrody zliczającej CE (4), przy czym korzystnie n jest w zakresie od 2 do 256.
2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej dwie, a korzystnie wszystkie elektrody WEn (7) pokryte są od strony wierzchniej warstwą materiału sensorycznego (9), to jest materiału, który reaguje tylko z jednym rodzajem czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce (2).
3. Czujnik według zastrz. 2 znamienny tym, że co najmniej dwie elektrody WEn (7) pokryte są różnymi materiałami sensorycznymi (9).
4. Czujnik według zastrz. 1,2 albo 3, znamienny tym, że materiał sensoryczny (9) jest materiałem typu biologicznego lub syntetycznego, a zwłaszcza stanowi przeciwciała selektywne, fragmenty przeciwciał, peptydy, sekwencje kwasów nukleinowych do wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce (2).
5. Czujnik według dowolnego z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że posiada dodatkowe elektrody (13) zwierane i/lub niezwierane do kodowania numeru elektrody roboczej WEn (7), gdzie n > 2 a korzystnie n jest w zakresie od 2 do 256.
6. Czujnik według dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że układ elektrod roboczych WEn (7), elektrody zliczającej CE (4) i elektrody odniesienia RE (7) tworzą powtarzające się segmenty pomiarowe (8) o identycznym kształcie, a w każdym segmencie pomiarowym (8) odległości między elektrodą roboczą WEn (7), elektrodą zliczającą CE (4) i elektrodą odniesienia RE (3) są takie same, a ponadto pola powierzchni elektrod roboczych WEn (7), fragmentu elektrody zliczającej CE (4) i fragmentu elektrody odniesienia RE (3) są odpowiednio takie same w każdym segmencie.
7. Czujnik według dowolnego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że układ i kształt elektrod roboczych WEn (7), elektrody odniesienia RE (3) i elektrody zliczającej CE (4) posiada oś symetrii.
8. Czujnik według dowolnego z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że złącze krawędziowe posiada pola stykowe (11) tworzące obwód elektryczny oddzielny od elektrod WEn (7), elektrody odniesienia RE (3) i elektrody zliczającej CE (4), przeznaczony do identyfikacji prawidłowego umieszczenia czujnika (1) w gnieździe układu pomiarowego przez zwarcie styków gniazda pomiarowego podczas umieszczania czujnika (1) w tym gnieździe.
9. Czujnik według dowolnego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że złącze krawędziowe jest wtykiem HDMI (ang. High Definition Multimedia Interface, multimedialny interfejs wysokiej rozdzielczości) lub DisplayPort (uniwersalny interfejs cyfrowy).
PL 239 378 B1
10. Sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce, znamienny tym, że próbkę (2) czynnika biologicznego lub chemicznego w postaci zawiesiny lub roztworu umieszcza się w czujniku określonym w dowolnym z poprzedzających zastrzeżeń od 1 do 10 tak, że wszystkie elektrody robocze WEn (7), elektrodę zliczającą CE (4) i elektrodę odniesienia RE (3) pokrywa się wspomnianą próbką (2) w postaci zawiesiny lub roztworu, a następnie prowadzi się jednocześnie od 2 do 256 pomiarów impedancyjnych próbki (2), zwłaszcza techniką spektroskopii impedancyjnej lub woltamperometrii i na podstawie wyników tych pomiarów stwierdza się obecność czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce (2).
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że pomiary prowadzi się w konfiguracji odwróconej, w której elektroda odniesienia RE (3) pracuje jako elektroda zliczająca CE (4), a elektroda zliczająca CE (4) pracuje jako elektroda odniesienia RE (3).
12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że pomiary prowadzi się w konfiguracji odwróconej, w której elektroda robocza WEn (3) pracuje jako elektroda zliczająca CE (4), a elektroda zliczająca CE (4) pracuje jako elektroda robocza WEn (7).
13. Sposób według zastrz. 10, 11 albo 12, znamienny tym, że czynnikiem biologicznym lub chemicznym są patogeny, zwłaszcza wirusy, bakterie, grzyby białka i ich fragmenty w tym enzymy, przeciwciała, białka budulcowe, fragmenty przeciwciał, peptydy, affibody, kwasy nukleinowe i sekwencje nukleotydowe w tym jedno i dwuniciowe DNA, RNA, aptamery, krótkie sekwencje nukleotydowe kwasy tłuszczowe, cukry, glikolipidy, glikopeptydy, inne organiczne związki chemiczne takie jak pestycydy, antybiotyki, związki nieorganiczne, w tym metale ciężkie.
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424524A PL239378B1 (pl) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika |
| PL19718195T PL3749780T3 (pl) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika |
| KR1020207025783A KR20200117013A (ko) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | 생물학적 또는 화학적 팩터 샘플의 임피던스 측정을 위한 센서 및 이러한 센서를 사용하여 샘플의 생물학적 또는 화학적 팩터를 검출하는 방법 |
| ES19718195T ES2897668T3 (es) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | 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 |
| PCT/IB2019/050935 WO2019155366A2 (en) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Sensor for the impedance measurements of the biological or chemical factor sample and the method for the detection of the biological or chemical factor in the sample using such a sensor |
| BR112020015942-5A BR112020015942A2 (pt) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Sensor para as medições de impedância da amostra de fator biológico ou químico e método para detectar o fator biológico ou químico na amostra com o uso de tal sensor |
| JP2020542757A JP7330519B2 (ja) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | 生物学的または化学的因子試料のインピーダンス測定のためのセンサ、およびこのようなセンサを使用する、試料における生物学的または化学的因子の検出方法 |
| LTEPPCT/IB2019/050935T LT3749780T (lt) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Jutiklis, skirtas biologinio ar cheminio faktoriaus mėginio impedanso matavimams, ir biologinio ar cheminio faktoriaus aptikimo mėginyje naudojant tokį jutiklį būdas |
| EP19718195.1A EP3749780B1 (en) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Sensor for the impedance measurements of the biological or chemical factor sample and the method for the detection of the biological or chemical factor in the sample using such a sensor |
| US16/968,203 US12066395B2 (en) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Sensor for the impedance measurements of the biological or chemical factor sample and the method for the detection of the biological or chemical factor in the sample using such a sensor |
| CN201980012544.0A CN111699267B (zh) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | 用于生物或化学因子样本阻抗测量的传感器及使用传感器检测样本中生物或化学因子的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424524A PL239378B1 (pl) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL424524A1 PL424524A1 (pl) | 2019-08-12 |
| PL239378B1 true PL239378B1 (pl) | 2021-11-29 |
Family
ID=66218278
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL424524A PL239378B1 (pl) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika |
| PL19718195T PL3749780T3 (pl) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL19718195T PL3749780T3 (pl) | 2018-02-07 | 2019-02-06 | Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US12066395B2 (pl) |
| EP (1) | EP3749780B1 (pl) |
| JP (1) | JP7330519B2 (pl) |
| KR (1) | KR20200117013A (pl) |
| CN (1) | CN111699267B (pl) |
| BR (1) | BR112020015942A2 (pl) |
| ES (1) | ES2897668T3 (pl) |
| LT (1) | LT3749780T (pl) |
| PL (2) | PL239378B1 (pl) |
| WO (1) | WO2019155366A2 (pl) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL431093A1 (pl) * | 2019-09-09 | 2021-03-22 | Sensdx Spółka Akcyjna | Cząsteczki bioreceptora, zastosowanie cząsteczek bioreceptora, czujniki zawierające elektrody modyfikowane tymi cząsteczkami bioreceptora, oraz sposób wykrywania bakterii i wirusów |
| KR20210112137A (ko) * | 2020-03-04 | 2021-09-14 | 동우 화인켐 주식회사 | 전기화학센서 및 이의 제조방법 |
| KR102538223B1 (ko) * | 2020-12-09 | 2023-05-31 | 재단법인대구경북과학기술원 | 일체형 생화학 센서 및 그 제조방법 |
| CA3208258A1 (en) * | 2021-02-13 | 2022-08-18 | Brian Scott Ferguson | Systems and methods for sample analysis |
| JP2023000748A (ja) * | 2021-06-18 | 2023-01-04 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | 塩基配列検出チップ、塩基配列検出カートリッジおよびチップ製造方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1033280B (de) * | 1955-03-17 | 1958-07-03 | Csf | Funkpeileinrichtung mit Amplitudenvergleich bei elektrisch geschwenkter Minimumcharakteristik |
| JPS63317097A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイオセンサ |
| US6391558B1 (en) * | 1997-03-18 | 2002-05-21 | Andcare, Inc. | Electrochemical detection of nucleic acid sequences |
| US7125510B2 (en) * | 2002-05-15 | 2006-10-24 | Zhili Huang | Microstructure fabrication and microsystem integration |
| WO2004001405A1 (de) * | 2002-06-24 | 2003-12-31 | Infineon Technologies Ag | Biosensor-array und verfahren zum betreiben eines biosensor-arrays |
| JP2004117342A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-04-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイオセンサ及びそれを用いた測定法 |
| WO2004113915A1 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Roche Diagnostics Gmbh | System and method for coding information on a biosensor test strip |
| WO2005095991A1 (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-13 | Nanyang Technological University | Addressable chem/bio chip array |
| US7751864B2 (en) * | 2007-03-01 | 2010-07-06 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | System and method for operating an electrochemical analyte sensor |
| EP2204651A1 (en) * | 2009-01-06 | 2010-07-07 | Shiming Lin | Electrosensing antibody-probe detection and measurement sensor and method |
| CN101581692B (zh) * | 2009-06-03 | 2012-01-11 | 北京农产品质量检测与农田环境监测技术研究中心 | 一种快速检测果蔬表面微量农药残留的基于阵列电极的生物传感器 |
| WO2011006677A1 (en) * | 2009-07-13 | 2011-01-20 | Hochschule Lausitz | Multi-electrode chemiresistor |
| JP2015513068A (ja) * | 2012-01-30 | 2015-04-30 | ピーエスティ・センサーズ・（プロプライエタリー）・リミテッドＰｓｔ Ｓｅｎｓｏｒｓ （Ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ） Ｌｉｍｉｔｅｄ | 熱画像センサ |
| GB201218555D0 (en) * | 2012-10-16 | 2012-11-28 | Mode Diagnostics Ltd | Immunoassay using electrochemical detection |
| CN105067685B (zh) * | 2015-07-23 | 2019-01-04 | 武汉大学 | 一种血液多组分检测试纸及其制备方法 |
-
2018
- 2018-02-07 PL PL424524A patent/PL239378B1/pl unknown
-
2019
- 2019-02-06 EP EP19718195.1A patent/EP3749780B1/en active Active
- 2019-02-06 LT LTEPPCT/IB2019/050935T patent/LT3749780T/lt unknown
- 2019-02-06 JP JP2020542757A patent/JP7330519B2/ja active Active
- 2019-02-06 ES ES19718195T patent/ES2897668T3/es active Active
- 2019-02-06 BR BR112020015942-5A patent/BR112020015942A2/pt unknown
- 2019-02-06 PL PL19718195T patent/PL3749780T3/pl unknown
- 2019-02-06 WO PCT/IB2019/050935 patent/WO2019155366A2/en not_active Ceased
- 2019-02-06 CN CN201980012544.0A patent/CN111699267B/zh active Active
- 2019-02-06 KR KR1020207025783A patent/KR20200117013A/ko not_active Ceased
- 2019-02-06 US US16/968,203 patent/US12066395B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US12066395B2 (en) | 2024-08-20 |
| PL424524A1 (pl) | 2019-08-12 |
| ES2897668T3 (es) | 2022-03-02 |
| WO2019155366A3 (en) | 2019-10-17 |
| CN111699267A (zh) | 2020-09-22 |
| CN111699267B (zh) | 2025-02-25 |
| JP7330519B2 (ja) | 2023-08-22 |
| PL3749780T3 (pl) | 2022-01-03 |
| BR112020015942A2 (pt) | 2020-12-15 |
| US20210025876A1 (en) | 2021-01-28 |
| LT3749780T (lt) | 2021-11-25 |
| WO2019155366A2 (en) | 2019-08-15 |
| KR20200117013A (ko) | 2020-10-13 |
| JP2021515884A (ja) | 2021-06-24 |
| EP3749780B1 (en) | 2021-08-18 |
| EP3749780A2 (en) | 2020-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3749780B1 (en) | Sensor for the impedance measurements of the biological or chemical factor sample and the method for the detection of the biological or chemical factor in the sample using such a sensor | |
| US9012232B2 (en) | Diagnostic strip coding system and related methods of use | |
| Duarte-Guevara et al. | Characterization of a 1024× 1024 DG-BioFET platform | |
| US8505819B2 (en) | Methods of increasing coding information for biosensors and devices for same | |
| KR101668382B1 (ko) | 테스트 스트립들을 부호화하는 방법 및 장치 | |
| JP4287819B2 (ja) | マイクロ電極システムからなるマイクロアレイを有するｄｎａチップ | |
| WO2017003126A1 (ko) | 바이오 센서 및 바이오 센서 어레이 | |
| US10488361B2 (en) | Capacitive autocoding | |
| US20250130196A1 (en) | Electrochemical Aptamer Sensors with Strong Sensor Response to Large Analytes | |
| KR102145676B1 (ko) | 테스트 엘리먼트 분석 시스템 | |
| US7615343B2 (en) | Electrical readout of the binding of analyte molecules to probe molecules | |
| US7553402B2 (en) | Method and device for developing an electrochemical measuring system | |
| KR100789651B1 (ko) | 일회용 바이오센서 | |
| KR20250034236A (ko) | Dna 프로브를 활용한 시아노 박테리아 검출센서 | |
| CN109406606A (zh) | 利用量测装置量测分析物浓度的方法及通用型的测试片 | |
| TWI668440B (zh) | 用於電化學阻抗式生物晶片品管之電極組件以及對電化學阻抗式生物晶片進行品管之方法 | |
| Prasek et al. | Reference electrodes for thick-film sensors | |
| WO2023101568A1 (en) | Sensor for electrochemical detection |