PL69458Y1 - Mikrosystem przepływowy dooznaczania bioanalitów - Google Patents

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest mikrosystem przepływowy do oznaczeń bioanalitów metodą optyczną w próbkach wieloskładnikowych, w szczególności płynów fizjologicznych.

Metody i narzędzia, które wykorzystuje się w laboratoriach analitycznych (m.in. w medycynie, ochronie środowiska, kontroli żywności i przemyśle) wymagają ciągłego udoskonalania, a także opracowywania i wprowadzania na rynek nowych urządzeń ze względu na wymagania, jakie są obecnie stawiane prowadzonym pomiarom. Zapotrzebowanie rynku w zakresie diagnostyki medycznej, rozwój nauk biologicznych, a także względy ekonomiczne przyczyniają się do miniaturyzacji urządzeń analitycznych. Jest to możliwe dzięki szerokiej gamie dostępnych materiałów a także opracowanym nowym technologiom. Dzięki temu możliwe jest prowadzenie analiz z wykorzystaniem niewielkich (μΙ) ilości odczynników, gdyż przenośne systemy o małych rozmiarach umożliwiają wykonanie pomiarów przy łóżku pacjenta co jest znacznie wygodniejsze w porównaniu do klasycznie prowadzonych oznaczeń w laboratorium analitycznym.

Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego CN1928534A mikrosystem składający się z elementu polimerowego (PDMS) oraz elementu ceramicznego. W elemencie polimerowym znajduje się meandryczny mikrokanał o długości dostosowanej do prowadzonej reakcji analitycznej z rozgałęzieniem w kształcie litery „Y”. Na końcach mikrokanału znajdują się otwory wlotowe i otwór wylotowy.

Mikrosystem przepływowy według wzoru składa się z elementu polimerowego - poli(dimetylo-siloksanu) (PDMS) oraz elementu ceramicznego. W mikrosystemie, w elemencie polimerowym znajduje się meandryczny mikrokanał o długości odpowiednio dostosowanej do prowadzonej reakcji analitycznej z rozgałęzieniem w kształcie litery „Y”. Na końcach kanału znajdują się wywiercone otwory wlotowe i otwór wylotowy. Element polimerowy połączony jest z elementem ceramicznym poprzez warstwę szkliwa. Element ceramiczny stanowi uszczelnienie mikrokanału. Przed otworem wylotowym znajduje się celka światłowodowa wraz ze światłowodami. W celu zapewnienia stabilnej i ściśle określonej temperatury w mikrosystemie znajduje się grzałka. Umieszczona jest ona na spodniej stronie elementu ceramicznego.

Do wykonania mikrosystemu wykorzystano polimer - poli(dimetylosiloksan) (PDMS) oraz ceramikę. Meandryczny mikrokanał o długości odpowiednio dostosowanej do prowadzonej reakcji analitycznej z rozgałęzieniem w kształcie litery „Y” został otrzymany metodą odlewu, z wykorzystaniem pieczątki (wypukłej struktury o kształcie kanału, który ma być uzyskany w mikrosystemie). Pieczątka po umieszczeniu w plastikowym pojemniku została zalana płynnym polimerem, który następnie ulega usieciowaniu, w wyniku czego uzyskuje się utwardzony polimer, w którym w kolejnym etapie po zdjęciu z pieczątki wywiercane są otwory wlotowe i otwór wylotowy umiejscowione na końcach kanału. Tak przygotowany element polimerowy połączony jest z płytką ceramiczną uprzednio pokrytą warstwą szkliwa. Płytka ta stanowi uszczelnienie mikrokanału. Wytworzony mikrosystem posiada dwa otwory wlotowe służące do wprowadzenia roztworów/próbki oraz reagentów do mikroukładu, a także otwór wylotowy, przed którym znajduje się celka światłowodowa. Otworem wylotowym usuwany jest roztwór po przeprowadzonym pomiarze. W mikrokanale następuje wymieszanie próbki/roztworów kalibracyj-nych z reagentem a następnie podczas przepływu roztworów przez mikrokanał przebiega reakcja analityczna. W celu zapewnienia stabilnej i ściśle określonej temperatury w mikrosystemie znajduje się grzałka. Umieszczona jest ona na spodniej stronie podłoża ceramicznego.

Na końcu mikrokanału w gotowym układzie znajduje się światłowodowa celka optyczna, w której dokonywany jest pomiar absorbancji lub fluorescencji przepływającego roztworu. Długość drogi optycznej w celce pomiarowej mikrosystemu zależna jest od odległości pomiędzy dwoma światłowodami ograniczającymi kanał z obu stron. Długość drogi optycznej może być jednak dostosowywana do różnych metod oznaczania bioanalitów przez zmianę położenia światłowodów.

Mikrosystem umożliwia wykonanie oznaczeń wybranego bioanalitu z wykorzystaniem metody optycznej, w której w wyniku prowadzonej w mikrosystemie reakcji powstaje barwny produkt lub produkt o właściwościach fluorescencyjnych. Ilość powstającego produktu jest proporcjonalna do ilości bioanalitu w oznaczanej próbce. Poprzez pomiar absorbancji/fluorescencji oznaczane jest stężenie analitu w analizowanej próbce.

Podstawową zaletą opisanej konstrukcji mikrosystemu jest jej uniwersalność polegająca na możliwości prowadzenia oznaczeń wybranych bioanalitów przy wykorzystaniu wybranej metody optycznej (spektrofotometrycznej lub fluorometrycznej) i zastosowaniu odpowiednich reagentów biorących udział w reakcji analitycznej. Wybór materiałów, z których wytworzono mikrosystem podykto- wany był ich właściwościami, jak również możliwością wykonania systemu z wykorzystaniem względnie tanich technologii, co w perspektywie prowadzenia analiz klinicznych jest niezwykle istotne.

Przedmiot wzoru został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia mikrosystem w rzucie ukośnym, Fig. 2 przedstawia ceramiczny element mikroukładu w rzucie ukośnym z góry a Fig. 3 przedstawia ceramiczny element mikroukładu w rzucie ukośnym z dołu wraz z widokiem grzałki.

Przykład. W mikrosystemie, w polimerowej strukturze 1 o wymiarach 5 cm x 5 cm znajdował się meandryczny mikrokanał 3 z rozgałęzieniem w kształcie litery „Y” o wymiarach 50 μΐη x 100 μΐη i długości 23 cm. Został on otrzymany metodą odlewu, z wykorzystaniem pieczątki (wypukłej struktury 0 kształcie kanału, który ma być uzyskany w mikrosystemie). Pieczątka po umieszczeniu w plastikowym pojemniku została zalana płynnym polimerem, który następnie pozostawiony w temperaturze 70°C (ok. 2h) uległ usieciowaniu. Uzyskano utwardzony polimer, w którym w kolejnym etapie po zdjęciu z pieczątki wywiercono otwory wlotowe 4 i otwór wylotowy 5, umiejscowione na końcach kanału 3. Tak przygotowany element polimerowy połączono z elementem ceramicznym 2 uprzednio pokrytym warstwą szkliwa. Element 2 stanowi uszczelnienie mikrokanału 3. Powierzchnie obu łączonych elementów przed połączeniem poddano modyfikacji w plazmie tlenowej. Wytworzony mikrosystem posiada 2 otwory wlotowe 4 służące do wprowadzenia roztworów/próbki oraz reagentów do mikroukładu, a także otwór wylotowy 5, znajdujący się za celką światłowodową 6 ze światłowodami 7, za pomocą którego z układu usuwany jest roztwór po przeprowadzonym pomiarze. W mikrokanale 3 następuje wymieszanie próbki/roztworów kalibracyjnych z reagentem a następnie podczas przepływu roztworów przez mikrokanał przebiega reakcja analityczna. W celu zapewnienia stabilnej i ściśle określonej temperatury w mikrosystemie znajduje się grzałka 8 o wymiarach 2 cm x 4 cm wykonana metodą sitodruku. Umieszczona jest ona na spodniej stronie elementu ceramicznego 2, który miał wymiary 5 cm x 5 cm i grubość 0.63 mm, zawierał 96% Al203 (nazwa handlowa Rubalit 708 S).

Następnie na elemencie ceramicznym 2 wytworzono grzałkę 9 z przewodami 10. Grzałka 9 przygotowywana jest w dwóch etapach. W pierwszym, drukowane są ścieżki z pasty przewodzącej (pasta srebrna, o nazwie handlowej P-120), które po wysuszeniu w 120°C (15 min.) są następnie wypalane w temp. 850°C (1 h). Drugi etap przygotowywania grzałki 9 to nadrukowanie pasty węglowej 1 jej wysuszenie w temp. 80°C. Aby umożliwić połączenie ceramiki z materiałem polimerowym, element ceramiczny pokrywany jest pastą szkliwiącą (D-201, ITME) a następnie wypalany w temperaturze 700°C. W związku z tym, że uzyskanie warstwy szkliwa na podłożu ceramicznym wymaga wypalenia pasty w temperaturze wyższej niż wypalana jest pasta węglowa, to etap szkliwienia poprzedza drugi etap przygotowywania grzałki. Dzięki uzyskanej warstwie szkliwa możliwe jest trwałe połączenie obu elementów mikrosystemu i uszczelnienie mikrokanału 3.

Na końcu mikrokanału 3 w gotowym układzie znajduje się światłowodowa celka optyczna, w której dokonywany jest pomiar absorbancji lub fluorescencji przepływającego roztworu. Długość drogi optycznej w celce pomiarowej mikrosystemu zależna jest od odległości pomiędzy dwoma światłowodami ograniczającymi kanał z obu stron. Podczas wykonywania oznaczeń bioanalitów długość ta wynosiła 1 cm. Długość drogi optycznej może być jednak dostosowywana do różnych metod oznaczania bioanalitów przez zmianę położenia światłowodów, zależnie od wartości molowego współczynnika absorpcji produktu powstającego w wyniku reakcji analitycznej, a tym samym intensywności zabarwienia badanej próbki.

Mikrosystem umożliwia wykonanie oznaczeń wybranego bioanalitu z wykorzystaniem metody optycznej, w której w wyniku prowadzonej w mikrosystemie reakcji powstaje barwny produkt lub produkt o właściwościach fluorescencyjnych. Ilość powstającego produktu jest proporcjonalna do ilości bioanalitu w oznaczanej próbce. Poprzez pomiar absorbancji/fluorescencji oznaczane jest stężenie analitu w analizowanej próbce.

Przykładowe wyniki pomiarów wykonanych z wykorzystaniem mikrosystemu - zmiany absorbancji rejestrowane w czasie oraz wyznaczoną na tej podstawie krzywą kalibracji przedstawiono na wykresie 1. a)

b)

Wykres 1. a) Przebieg zmian sygnału w czasie zarejestrowany podczas pomiarów spektrofoto-metrycznych dla roztworów mocznika o stężeniach 50-250 mg/l, b) krzywa kalibracji wyznaczona na podstawie wykonanych pomiarów.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie ochronne

   1. Mikrosystem przepływowy do oznaczania bioanalitów metodą optyczną, zawierający element polimerowy (1) z poli(dimetylosiloksanu) (PDMS) oraz połączony z nim element ceramiczny (2), przy czym w elemencie polimerowym (1) znajduje się meandryczny mikrokanał (3) o długości odpowiednio dostosowanej do prowadzonej reakcji analitycznej z rozgałęzieniem w kształcie litery „Y” a na końcach mikrokanału (3) znajdują się otwory wlotowe (4) i otwór wylotowy (5), znamienny tym, że przed otworem wylotowym znajduje się celka światłowodowa (6) wraz ze światłowodami (7), przy czym na spodniej stronie elementu ceramicznego (2) umieszczona jest grzałka (9) a element polimerowy (1) połączony jest z elementem ceramicznym (2) poprzez warstwę szkliwa (8).