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ES2612507T3 - Dispositivos microfluídicos y electroquímicos - Google Patents

Dispositivos microfluídicos y electroquímicos Download PDF

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ES2612507T3
ES2612507T3 ES10712600.5T ES10712600T ES2612507T3 ES 2612507 T3 ES2612507 T3 ES 2612507T3 ES 10712600 T ES10712600 T ES 10712600T ES 2612507 T3 ES2612507 T3 ES 2612507T3
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ES
Spain
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hydrophilic
layer
electrode
fluid
electrochemical
Prior art date
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Active
Application number
ES10712600.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Zhihong Nie
Christian Nijhuis
Xin Chen
Andres W. Martinez
Max Narovlyansky
George M. Whitesides
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harvard University
Original Assignee
Harvard University
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Publication date
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • 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
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    • G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

Un dispositivo microfluídico y electroquímico que comprende: un primer ensamble de electrodo que comprende una primera capa de sustrato (103) que soporta uno o más electrodos (101); y una primera capa hidrófila porosa (107) que se superpone al ensamble de electrodo, en donde la capa hidrófila comprende un límite impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrófila y define uno o más canales hidrófilos(108) dentro de la capa hidrófila, en donde uno o más canales hidrófilos comprenden una primera región hidrófila (104) que está en comunicación fluídica con uno o más electrodos.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivos microflmdicos y electroqmmicos
Solicitudes relacionadas
Antecedentes
La materia descrita se refiere generalmente a dispositivos microflmdicos.
En los ultimos anos, los sistemas microflmdicos han a^do intereses crecientes debido a sus aplicaciones potenciales diversas y generalizadas. Por ejemplo, mediante el uso de volumenes muy pequenos de muestras, los sistemas microflmdicos podnan llevar a cabo complicadas reacciones bioqmmicas para adquirir informacion qmmica y biologica importante. Entre otras ventajas, los sistemas microflmdicos reducen la cantidad requerida de muestras y reactivos, acortan el tiempo de respuesta de las reacciones y disminuyen la cantidad de residuos de riesgo biologico para su eliminacion.
Desarrollados por primera vez a principios de la decada de los 1990, los dispositivos microflmdicos se fabricaron inicialmente en silicio y vidrio mediante el uso de tecnicas de fotolitograffa y grabado adaptadas de la industria de la microelectronica. Los dispositivos microflmdicos actuales se construyen de plastico, silicona u otros materiales polimericos, p. ej. polidimetilsiloxano (PDMS). Tales dispositivos son generalmente caros, inflexibles y diffciles de construir.
El analisis electroqmmico implica metodos para medir el potencial y/o la corriente de una muestra flmdica que contiene analitos, que se usa ampliamente en el campo de la medicina o en estudios ambientales. El analisis electroqmmico usualmente utiliza instrumentos sofisticados y se lleva a cabo por tecnicos especialmente entrenados. Sin embargo, para su uso en los pafses en desarrollo, en el campo, o en los contextos de cuidados de salud en el hogar, existe una necesidad de dispositivos analfticos que sean baratos, portatiles y faciles de construir y usar.
Resumen de la invencion
Se describen dispositivos microflmdicos y electroqmmicos.
En un aspecto, se describe un dispositivo microflmdico y electroqmmico, que incluye:
un primer ensamble de electrodo que incluye una primera capa de sustrato que soporta uno o mas electrodos; y una primera capa hidrofila porosa que se superpone al ensamble de electrodo, en donde la capa hidrofila incluye un lfmite impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila y define uno o mas canales hidrofilos dentro de la capa hidrofila, en donde uno o mas canales hidrofilos incluyen una primera region hidrofila que esta en comunicacion flmdica con uno o mas electrodos.
En algunas modalidades, el ensamble de electrodo incluye ademas un material de barrera que rodea al menos una porcion del electrodo.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el dispositivo microflmdico y electroqmmico incluye ademas:
una capa impermeable a los fluidos que se superpone y entra en contacto con al menos una porcion de la primera capa hidrofila; y
una segunda capa hidrofila porosa que se superpone y entra en contacto con al menos una porcion de la capa impermeable a los fluidos, en donde la segunda capa hidrofila incluye un lfmite impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la segunda capa hidrofila y define uno o mas canales hidrofilos dentro de la segunda capa hidrofila,
en donde la capa impermeable a los fluidos incluye una o mas aberturas en alineacion y en comunicacion flmdica con al menos una porcion de un canal hidrofilo dentro de cada capa hidrofila.
En cualquiera de las modalidades precedentes, un medio hidrofilo poroso se dispone en la abertura de la primera capa impermeable a los fluidos y esta en comunicacion flmdica con al menos una porcion de un canal hidrofilo dentro de las capas hidrofilas.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el ensamble de electrodo incluye un electrodo de trabajo y un contraelectrodo.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el primer ensamble de electrodo incluye un electrodo de trabajo, y el dispositivo microflmdico y electroqmmico incluye ademas un segundo ensamble de electrodo que incluye un contraelectrodo que incluye una segunda capa de sustrato que soporta el contraelectrodo, en donde el contraelectrodo se rodea sustancialmente por un material de barrera.
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En cualquiera de las modalidades precedentes, la primera capa hidrofila porosa que incluye la primera region hidrofila se dispone entre los primer y segundo ensambles de electrodo y en donde la primera region hidrofila esta en comunicacion flmdica con el electrodo de trabajo y el contrelectrodo.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el dispositivo microflmdico y electroqmmico incluye ademas un colector de fluido, en donde el colector de fluido esta en comunicacion flmdica con un extremo del canal hidrofilo que incluye la primera region hidrofila.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el colector de fluido incluye un papel de celulosa secante.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el medio hidrofilo poroso incluye papel.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la primera o segunda capa hidrofila porosa incluye papel.
En cualquiera de las modalidades anteriores, la primera o segunda capa de sustrato incluye un papel o una pelfcula de plastico.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el material de barrera incluye material fotorresistente polimerizado dispuesto sobre la pelfcula de papel o de plastico y que rodea sustancialmente el electrodo.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el material de barrera incluye una lamina impermeable a los fluidos que tiene aberturas de una dimension para recibir el electrodo, dicha lamina impermeable a los fluidos dispuesta sobre la primera o segunda capa de sustrato y que rodea sustancialmente el electrodo.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la primera o segunda capa de sustrato son integrales y forman un cuerpo unitario con el material de barrera.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la lamina impermeable a los fluidos incluye una cinta adhesiva de doble cara.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la capa impermeable a los fluidos incluye una cinta adhesiva.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el primer o segundo ensamble de electrodo incluye ademas un electrodo de referencia.
En otro aspecto, se describe un metodo de preparacion de un dispositivo microflmdico y electroqmmico, que incluye:
disponer una capa de barrera hidrofoba que incluye una plantilla que incluye una o mas aberturas a una capa de soporte;
depositar material electroconductivo en la(s) abertura(s) para formar uno o mas electrodos; y
unir una capa hidrofila porosa que incluye una barrera impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila porosa con patrones y define un lfmite de uno o mas canales hidrofilos en la capa hidrofila porosa; en donde
el canal hidrofilo incluye una primera region hidrofila; y la primera region hidrofila esta en comunicacion flmdica con el(los) electrodo(s).
En cualquiera de las modalidades precedentes, el metodo incluye ademas:
unir una o mas capas hidrofilas porosas que incluyen una barrera impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila porosa con patrones y define un lfmite de uno o mas canales hidrofilos en la capa hidrofila porosa con patrones; y
disponer una segunda capa impermeable a los fluidos entre las capas hidrofilas porosas con patrones adyacentes; en donde la segunda capa impermeable a los fluidos incluye una o mas aberturas; y cada abertura esta en alineacion y en comunicacion flmdica con una o mas porciones de uno de los canales hidrofilos.
En otro aspecto mas, un metodo para determinar la presencia de uno o mas analitos en una muestra flmdica mediante el uso de un dispositivo microflmdico y electroqmmico de cualquiera de las modalidades precedentes, que incluye:
depositar una muestra flmdica en uno de uno o mas canales hidrofilos de la capa hidrofila porosa para proporcionar el
contacto flmdico de la muestra con el(los) electrodo(s); y
medir una senal electroqmmica mediante el uso del(de los) electrodo(s).
En cualquiera de las modalidades precedentes, la senal electroqmmica se correlaciona con una concentracion del(de los) analito(s).
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En cualquiera de las modalidades precedentes, la senal electroqmmica se correlaciona con la presencia del(de los) analito(s).
En cualquiera de las modalidades precedentes, la muestra flmdica se deposita en una region del canal hidrofilo situado sustancialmente sobre uno o mas electrodos.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el dispositivo microflmdico y electroqmmico incluye ademas un colector de fluido en comunicacion flmdica con un extremo distal del canal hidrofilo que incluye la primera region hidrofila; y el metodo que incluye ademas:
depositar la muestra flmdica en un extremo proximal del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila; en donde la muestra flmdica se transporta por accion capilar sobre el electrodo y dentro del colector de fluido; y en donde se mantiene un flujo flmdico constante de la muestra flmdica a traves del(de los) electrodo(s).
En cualquiera de las modalidades precedentes, la medicion de una senal electroqmmica incluye medicion de impedancia, medicion de corriente o tension.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la medicion electroqmmica se selecciona del grupo que consiste en amperometna, biamperometna, voltamperometna de redisolucion, voltamperometna de pulso diferencial, voltamperometna dclica, coulometna, cronoamperometna y potenciometna.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la medicion electroqmmica es cronoamperometna y el analito incluye glucosa, colesterol, acido urico, lactato, gases en sangre, ADN, hemoglobina, oxido mtrico y cetonas en sangre.
En cualquiera de las modalidades precedentes, la medicion de una senal electroqmmica incluye voltamperometna de redisolucion anodica.
En cualquiera de las modalidades precedentes, el analito incluye un ion de metal pesado o una mezcla de iones de metales pesados.
Como se usa en la presente descripcion, "3-D" y "tridimensional" se usan indistintamente.
Como se usa en la presente descripcion, "|jPED" se refiere a un dispositivo microflmdico y electroqmmico de papel. Como se usa en la presente descripcion, "F-F jPED" se refiere a un dispositivo microflmdico y electroqmmico de papel, frente a frente. Como se usa en la presente descripcion, "S-S jPED" se refiere a un dispositivo microflmdico y electroqmmico de papel, uno junto al otro.
Breve descripcion de las figuras
Las modalidades no limitantes de la presente invencion se describiran a manera de ejemplo con referencia a las figuras acompanantes, en las cuales:
La Figura 1 es una ilustracion de un dispositivo microflmdico y electroqmmico fabricado por apilamiento de una capa de sustrato con electrodos, una capa impermeable a los fluidos y una capa de capa hidrofila porosa con patrones que comprende una primera region hidrofila; la Figura 1(a) ilustra una vista en perspectiva del dispositivo; la Figura 1(b) ilustra una vista superior del dispositivo;
La Figura 2 es una ilustracion de un dispositivo microflmdico tridimensional fabricado por apilamiento de una primera capa de sustrato con electrodo(s), una primera capa impermeable a los fluidos, una capa de capa hidrofila porosa con patrones que comprende una primera region hidrofila, una segunda capa impermeable a los fluidos, y una segunda capa de sustrato con electrodo(s); la Figura 2(a) ilustra una vista superior del dispositivo; la Figura 1(b) ilustra una vista lateral del dispositivo;
La Figura 3 es una ilustracion de un dispositivo microflmdico y electroqmmico fabricado por el apilamiento de una capa de sustrato con electrodos, una capa impermeable a los fluidos, una capa de capa hidrofila porosa con patrones que comprende una primera region hidrofila y un colector de fluido; la Figura 3(a) ilustra una vista esquematica del dispositivo; la Figura 3(b) ilustra una vista superior del dispositivo;
Las Figuras 4(a) y 4(c) son ilustraciones de un dispositivo microflmdico y electroqmmico fabricado por apilamiento de una capa de sustrato con electrodos y multiples capas de capas hidrofilas porosas con patrones con una capa impermeable a los fluidos dispuesta entre cada dos capas hidrofilas porosas con patrones adyacentes y entre la capa de sustrato adyacente y la capa hidrofila porosa con patrones; las Figuras 4(b) y 4(d) son ilustraciones de un dispositivo microflmdico fabricado por el apilamiento de multiples capas de capas hidrofilas porosas con patrones con una capa impermeable a los fluidos dispuesta entre cada dos capas hidrofilas porosas con patrones adyacentes;
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La Figura 5 (a) ilustra voltamogramas dclicos de 2.0 mM de acido carbox^lico de ferroceno en una solucion acuosa de 0.5 M de KCl (pH = 7.0) en un pPED a varias velocidades de exploracion (ascendente a lo largo del eje y): 50, 100, 200, 300, 400, y 500 mV/s; (b) ilustra la grafica de la corriente de pico anodico frente a la rafz cuadrada de la velocidad de exploracion (v1/2) para los experimentos CV realizados en un dispositivo de papel (•) y en una solucion a granel (o); las lmeas continuas representan un ajuste lineal a (•) con la ecuacion de regresion: y=-3.6+3.5x (R2= 0.998, n=8) y un ajuste lineal a (o) con la ecuacion de regresion: y=-7.1+5.6x (R2 = 0.999, n=8);
La Figura 6(a) ilustra curvas cronoamperometricas representativas para las concentraciones de glucosa (mM): (mM): 0
(I) , 0.2 (2), 2.8 (3), 5.6 (4), 13.9 (5) y 22.2 (6) en los pPEDs; (b) ilustra graficas de calibracion de la corriente en funcion de la concentracion de glucosa para la deteccion de glucosa en los pPEDs (□) y en soluciones a granel (o);
La Figura 7 ilustra un grafico de la corriente de pico anodico contra la rafz cuadrada de la velocidad de exploracion, v1/2, para los experimentos CV realizados en los F-F pPEDs (cuadrado vado), los S-S pPEDs (drculos rellenos) y en las soluciones a granel (drculos vados);
La Figura 8 ilustra los voltamogramas de redisolucion anodica de onda cuadrada para 25 ppb de solucion de Pb(II) en 0.1 M de tampon de acetato (pH 4.5) en presencia de 25 ppb de Zn(II): (A) una solucion de 100 pl colocada directamente sobre los electrodos; (B) una solucion de 100 pL anadida a los pPEDs estancados (sin una almohadilla de papel secante como colector); (C, D) una solucion de analitos que absorbe de manera continua el canal de papel de los pPEDs hidrodinamicos. El tiempo de deposicion fue de 120 s (A, B, C) o 360 s (D);
La Figura 9 ilustra: (a) los voltamogramas de redisolucion anodica de onda cuadrada para el analisis de la traza de Pb
(II) en 0.1 M de tampon de acetato (pH 4.5) en presencia de Zn(II) (relacion molar 1:1 de Pb(II) a Zn(II)) en los pPEDs con una solucion de analitos que se absorbe continuamente a lo largo del canal de papel. Las concentraciones (ppb) de Pb(II) (ascendente a lo largo del eje y) son 5, 10, 25, 50 y 100. Los datos no se suavizan. (b) Los graficos de calibracion resultantes para el analisis de la traza de Pb(II): una solucion de 100 pl de analitos colocada en los electrodos (o), y una solucion de analitos que se absorbe continuamente a lo largo del canal de papel en los pPEDs (□);
La Figura 10 ilustra reacciones electroqmmicas reversibles que usan Au como electrodos en los pPEDs.
Descripcion detallada
En un aspecto, se describe un dispositivo microflmdico y electroqmmico. El dispositivo microflmdico y electroqmmico comprende un primer ensamble de electrodo y una primera capa hidrofila porosa. El primer ensamble de electrodo comprende una primera capa de sustrato que soporta uno o mas electrodos. En algunas modalidades, el dispositivo microflmdico y electroqmmico comprende ademas un segundo ensamble de electrodo que comprende una segunda capa de sustrato que soporta uno o mas electrodos. En algunas modalidades, el primer o segundo ensamble de electrodo comprende ademas un material de barrera que rodea al menos una porcion del electrodo. En algunas modalidades, el electrodo se rodea substancialmente por el material de barrera. En algunas modalidades, la primera o segunda capa de sustrato tiene una estructura de dos capas que comprende un papel o pelfcula de plastico y una capa del material de barrera. En algunas modalidades espedficas, el material de barrera comprende un material fotorresistente polimerizado dispuesto sobre la capa de soporte y que rodea sustancialmente el electrodo. En otras modalidades espedficas, el material de barrera comprende una lamina impermeable a fluidos que tiene aberturas de una dimension para recibir el electrodo. La lamina impermeable a los fluidos se coloca sobre la primera o segunda capa de sustrato y rodea sustancialmente el electrodo. En algunas modalidades espedficas, la lamina impermeable a los fluidos comprende una cinta adhesiva de doble cara. En otras modalidades, la primera o segunda capa de sustrato son integrales y forman un cuerpo unitario con el material de barrera. El material de barrera proporciona una barrera al flujo de fluido y puede evitar el mal funcionamiento del dispositivo electroqmmico, por ejemplo, al cortocircuitar los electrodos.
La primera capa hidrofila porosa se superpone con el ensamble de electrodo, en donde la capa hidrofila comprende una barrera impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila y define un Kmite de uno o mas canales hidrofilos dentro de la capa hidrofila, en donde uno o mas canales hidrofilos comprenden una primera region hidrofila que esta en comunicacion flmdica con uno o mas electrodos.
En un aspecto, un dispositivo microflmdico y electroqmmico descrito en la presente descripcion se describe con referencia a la Figura 1 y muestra los principios generales del dispositivo. La Figura 1(a) ilustra esquematicamente una vista en perspectiva de un dispositivo microflmdico y electroqmmico 100 que incluye un ensamble de electrodo 110 y una capa hidrofila porosa con patrones 107. El ensamble de electrodo 110 comprende una capa de sustrato 103 que soporta los electrodos 101. El ensamble de electrodo comprende ademas un material de barrera 102 dispuesto entre los electrodos 101. En algunas modalidades, el material de barrera 102 rodea al menos una porcion de los electrodos 101. En algunas modalidades, los electrodos 101 se rodean sustancialmente por el material de barrera 102. En algunas modalidades espedficas, el material de barrera 102 comprende un material fotorresistente polimerizado dispuesto sobre la capa de soporte 103 y que rodea sustancialmente los electrodos 101. En otras modalidades espedficas, el material de barrera 102 comprende una lamina impermeable a fluidos que tiene aberturas de una dimension para recibir el electrodo. En algunas modalidades espedficas, el material de barrera 102 comprende una cinta adhesiva de doble cara. La capa hidrofila porosa con patrones 107 comprende una barrera impermeable a los fluidos 105 que permea
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sustancialmente el grosor de la capa hidrofila porosa con patrones y define un Ifmite de un canal hidrofilo 108. El canal hidrofilo 108 comprende una primera region hidrofila 104 que esta en comunicacion flmdica con los electrodos 101. En algunas modalidades, el dispositivo microflmdico y electroqmmico comprende ademas una region aplicadora 106, que esta en comunicacion flmdica con la primera region hidrofila 104. Una vez que se deposita una muestra flmdica en la region de deposito 106, el fluido se absorbera en el canal hidrofilo 108 a traves del mecanismo capilar. Una vez que la muestra alcanza la primera region hidrofila 104, el analito de la muestra entra en contacto con los electrodos dispuestos por debajo de la region hidrofila para crear una celda electroqmmica. Una senal electroqmmica puede medirse a traves de reacciones electroqmmicas realizadas a traves de los electrodos 101. La Figura 1 (b) ilustra una fotograffa de una vista superior del dispositivo microflmdico y electroqmmico 100.
La capa de sustrato 103 en la que se construye(n) el(los) electrodo(s) 101 puede ser una capa hidrofila porosa, o una capa de plastico. En algunas modalidades, la capa de sustrato es papel. En otras modalidades, la capa de sustrato es una pelfcula de plastico. En algunas otras modalidades, la capa de sustrato 103 es integral y forma un cuerpo unitario con el material de barrera 102. A manera de ejemplo, el sustrato puede ser plastico, en el que se graban los canales para proporcionar una depresion en la que se forma el electrodo. Los electrodos pueden localizarse en el sustrato segun sea necesario o deseado. A manera de ejemplo, los electrodos pueden alinearse uno junto al otro (como se muestra en la Figura 1) o frente a frente (como se muestra en la Figura 3). Se contemplan otras disposiciones de electrodos.
Los electrodos se fabrican mediante los metodos y materiales conocidos en la tecnica. Los ejemplos no limitantes de material electroconductivo adecuado para la construccion de electrodos sobre la capa de sustrato incluyen tinta de carbono, tinta de plata, tinta Ag/AgCl, cobre, mquel, estano, oro o platino. En algunas modalidades, se usa tinta de carbono para construir el electrodo sobre la capa de sustrato. En otras modalidades, se usa tinta Ag/AgCl para construir el electrodo sobre la capa de sustrato. En otras modalidades, se usa oro para construir el electrodo sobre la capa de sustrato. En algunas modalidades espedficas, la tinta de carbono se imprime por serigraffa sobre una capa de papel como la capa de sustrato. En otras modalidades espedficas, la tinta de carbono se imprime por serigraffa sobre una capa de pelfcula de poliester como la capa de sustrato. En otras modalidades espedficas, la tinta de carbono se imprime por serigraffa sobre una capa de pelfcula de poliester como la capa de sustrato. En aun otras modalidades espedficas, la tinta Ag/AgCl se imprime por serigraffa sobre una capa de papel como la capa de sustrato. En aun otras modalidades espedficas, la tinta Ag/AgCl se imprime por serigraffa sobre una capa de pelfcula de poliester como la capa de sustrato.
Las capas hidrofilas porosas que pueden usarse en los dispositivos microflmdicos y electroqmmicos descritos en la presente descripcion incluyen cualquier capa hidrofila que absorbe los fluidos por accion capilar. En una o mas modalidades, la capa hidrofila porosa es papel. Los ejemplos no limitantes de capas hidrofilas porosas incluyen papel cromatografico, papel de filtro, nitrocelulosa y acetato de celulosa, papel celulosico, papel de filtro, toallas de papel, papel higienico, papel tisu, papel de cuaderno, KimWipes, toallitas humedas VWR Light-Duty, toallitas humedas Technicloth, periodico, cualquier otro papel que no incluya aglutinantes, tela y pelfcula polimerica porosa. En general, puede usarse cualquier papel que sea compatible con el metodo de formacion de patrones seleccionado. En ciertas modalidades, las capas hidrofilas porosas incluyen el papel de cromatograffa Whatman No. 1.
En una o mas modalidades, la capa hidrofila puede disenarse al seguir los procedimientos descritos en, p. ej., WO 2008/049083 y WO 2009/121037. En ciertas modalidades, el papel hidrofilo se impregna en material fotorresistente y se usa fotolitograffa para modelar el material fotorresistente para formar las barreras al seguir los procedimientos descritos en la patente num. WO 2008/049083. El material fotorresistente usada para disenar el material hidrofilo poroso incluye material fotorresistente SU-8, material fotorresistente SC (Fuji Film), poli(metilmetacrilato), casi todos los acrilatos, poliestireno, polietileno, cloruro de polivinilo y cualquier monomero fotopolimerizable que forme un polfmero hidrofobo.
Otros materiales hidrofilos tales como nitrocelulosa y acetato de celulosa se usan comunmente y las membranas bien conocidas para su uso en diagnostico de fluidos, pero no son compatibles con disolventes usados tfpicamente en fotolitograffa. En algunas otras modalidades, el papel hidrofilo con patrones se fabrica mediante el uso del metodo ilustrado en la Solicitud PCT en tramitacion, titulada "Methods Of Micropatterning Paper-Based Microfluidics," presentada el 8 de marzo de 2010, la Publicacion de patente num. WO 2010102294 A1. Otros metodos, tales como tamizado, estampado o impresion, son adecuados para formar patrones en tales materiales. Ademas, la capa hidrofila y las regiones de barrera impermeables a los fluidos podnan prepararse mediante el uso de materiales que son compatibles con las condiciones de prueba, p. ej., temperatura, pH y/o fuerza ionica.
Despues del proceso de formacion de patrones, la capa hidrofila porosa con patrones resultante contiene uno o mas canales hidrofilos definidos que permite que los microfluidos fluyan por accion capilar.
Fabricacion del dispositivo microflmdico y electroqmmico
En algunas modalidades, el ensamble de electrodo incluye un material de barrera y una pelfcula de papel o de plastico. En un metodo ilustrativo, se fabrica un dispositivo microflmdico y electroqmmico, al hacer primero una plantilla mediante el uso de una capa impermeable a los fluidos. La plantilla hecha de la capa impermeable a los fluidos puede hacerse mediante el uso de cualquier metodo conocido comunmente en la tecnica. En algunas modalidades, la plantilla se disena mediante un software de computadora y despues se corta mediante un cortador laser. En algunas modalidades,
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la plantilla se hace de un tipo de doble cara y se disena por software de computadora como Adobe Freehand®. La plantilla se corta entonces en la configuracion disenada mediante el uso de un cortador laser. A continuacion, la plantilla se une a una capa de sustrato con areas predeterminadas expuestas de la capa de sustrato. Las areas expuestas definen la ubicacion de los electrodos del ensamble de electrodo.
La plantilla puede servir como un material de relleno entre electrodos y tambien puede proporcionar una barrera al flujo de fluido en el espacio entre electrodos que podna impedir el proceso de medicion. En una o mas modalidades, la plantilla se prepara a partir de un material impermeable a los fluidos tal como una lamina de plastico. En ciertas modalidades, la capa impermeable a los fluidos es una lamina o cinta adhesiva. Entre los ejemplos no limitantes de la capa impermeable a los fluidos se incluyen la cinta adhesiva de doble cara Scotch®, las barreras impermeables al agua incluyen la cinta de doble cara 3M, la cinta de doble cara Tapeworks, la cinta de doble cara negra CR Laurence, la cinta de doble cara 3M Scotch Foam Mounting, la cinta de doble cara 3M Scotch (transparente), la cinta de empalme QuickSeam, la cinta de costura de doble cara, la cinta de doble cara resistente a la intemperie para exterior 3M, la cinta de doble cara de PVC transparente CR Laurence CRL, la cinta de doble cara Pure Style Girlfriends Stay-Put, la cinta adhesiva de doble cara Duck Duck y la cinta de doble cara Electriduct.
En algunas modalidades, a continuacion se construyen uno o mas electrodos sobre las areas expuestas de la capa de sustrato. En algunas modalidades espedficas, el material electroconductivo se imprime por serigraffa sobre las areas expuestas de la capa de sustrato para formar el electrodo. En algunas modalidades, el(los) electrodo(s) se imprime(n) por serigraffa sobre la capa de sustrato. En otras modalidades, pueden usarse otros metodos de construccion de los electrodos sobre la capa de sustrato. Los ejemplos no limitantes de construccion de los electrodos en la capa de sustrato incluyen deposicion de metal (tal como pulverizacion catodica y deposicion catodica, deposicion de vapor, revestimiento por pulverizacion termica y tecnicas de haz de iones), revestimiento por electrodeposicion, grabado y autoensamblaje. En algunas otras modalidades, la tinta conductiva se usa para rellenar la abertura de la plantilla. Opcionalmente, la capa de sustrato puede someterse a un calentamiento que facilite el secado de la tinta. Subsecuentemente, puede eliminarse la capa protectora del tipo de doble cara y una capa hidrofila porosa con patrones que contiene una primera region hidrofila puede unirse sobre el tipo de doble cara de manera que permita que la primera region hidrofila entre en contacto con al menos una porcion del electrodo.
En otras modalidades, la capa de sustrato es integral y forma un cuerpo unitario con el material de barrera. Los ejemplos no limitantes de fabricacion de dicha capa de sustrato incluyen el grabado de una pelfcula que comprende un material plastico u otro material adecuado para el metodo de grabado para formar canales para proporcionar una depresion en la que se forma el electrodo.
Configuracion de los electrodos
En algunas modalidades, los electrodos comprenden un electrodo de trabajo, un electrodo de referencia y un contraelectrodo. La Figura 1 muestra una disposicion de los electrodos en los que los tres electrodos estan uno junto al otro en un unico ensamble de electrodo. Dicha disposicion de electrodo puede denominarse la disposicion uno junto al otro ("S-S").
La Figura 2 ilustra un dispositivo microflmdico y electroqmmico 200 con una disposicion de los electrodos donde el electrodo de trabajo y el contraelectrodo se colocan frente a frente ("F-F"). El dispositivo microflmdico y electroqmmico 200 se construye mediante el uso de cualquiera de los metodos descritos en la presente descripcion. La Figura 2(b) ilustra una vista lateral en seccion transversal del dispositivo. Como muestra la Figura 2(b), un ensamble de electrodo 211 con una estructura de dos capas que comprende un electrodo de referencia 201, un electrodo de trabajo 202, una capa de sustrato 209, p. ej., una capa de poliester o una capa de papel 209 sobre la que se disponen los electrodos y un material de barrera 208 situado al menos entre el electrodo de referencia 201 y el electrodo de trabajo 202. En algunas modalidades, el material de barrera comprende una lamina impermeable a los fluidos 208 que tiene aberturas de una dimension para recibir el electrodo, donde la lamina impermeable a los fluidos se dispone sobre la capa de sustrato y que rodea sustancialmente al electrodo. Los ejemplos no limitantes de la lamina impermeable a los fluidos incluyen cinta adhesiva de doble cara. La Figura 2(b) ilustra tambien un segundo ensamble de electrodo 212 que comprende una segunda capa de sustrato 206 que soporta un contraelectrodo 205. El material de barrera 207 rodea al electrodo 205. Una capa hidrofila con patrones 210 se dispone entre el ensamble de electrodo superior 212 que aloja el contraelectrodo 205 y el ensamble de electrodo inferior 210 aloja el electrodo de trabajo 202 y el electrodo de referencia 201. La capa hidrofila 212 incluye un canal hidrofilo 204 y una region de barrera hidrofoba 203. La capa de sustrato 206 que contiene el contraelectrodo 205 se une a un lado de la capa hidrofila 210 por medio de una plantilla impermeable a los fluidos 207. La capa de sustrato 209, que contiene el electrodo de referencia 201 y el electrodo de trabajo 202, se une al otro lado de la capa hidrofila 210 a traves de una capa impermeable hidrofoba de plantilla 208. El dispositivo se construye de manera que el contraelectrodo 205 y el electrodo de trabajo 202 se enfrentan entre sf Tal disposicion de electrodo se denomina disposicion frente a frente ("F-F"). Sin ligarse a ninguna teona espedfica, se cree que la configuracion F-F tendra un area de superficie efectiva mas alta para que se produzcan reacciones electroqmmicas que la configuracion S-S, puesto que las reacciones electroqmmicas tienen lugar entre las caras de los dos electrodos. En comparacion, la configuracion S-S permitira un area superficial efectiva mas pequena. En la Figura 2(a) se muestra una vista superior del dispositivo F-F 200, que demuestra que el contraelectrodo 205 y el electrodo de trabajo 202 estan uno frente al otro lo que resulta en un area de superficie de reaccion electroqmmica grande.
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En algunas otras modalidades, la primera o segunda capa de sustrato son integrales y forman un cuerpo unitario con el material de barrera. Por consiguiente, el material de barrera 209 y la capa de sustrato 208 forman un cuerpo unitario. En algunas otras modalidades, similarmente, el material de barrera 207 y la capa de sustrato 206 forman un cuerpo unitario.
Dispositivo microflmdico y electroqmmico con un colector de fluido
En algunas modalidades, se describe un dispositivo microflmdico y electroqmmico con un colector de fluido. El colector de fluido esta en comunicacion flmdica con un extremo del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila dentro de la capa hidrofila porosa con patrones y funciona como colector para permitir que la muestra flmdica fluya continuamente a traves de la primera region hidrofila y pase a traves de los electrodos. Sin ligarse a ninguna teona espedfica, se cree que el flujo flmdico continuo que pasa por los electrodos puede dar como resultado un mayor volumen de muestra que se pone en contacto con la superficie de los electrodos, lo que resulta de esta manera en un dispositivo microflmdico y electroqmmico con una mayor sensibilidad y reproducibilidad. El colector de fluido incluye cualquier capa hidrofila que absorbe los fluidos por accion capilar. El colector de fluido puede ser cualquiera del material usado para las capas porosas hidrofilas descritas en la presente descripcion. En una o mas modalidades, el colector de fluido es uno de los canales o regiones hidrofilas dentro de la capa hidrofila porosa con patrones. En otras modalidades, el colector de fluido es papel. En otras modalidades, el colector de fluido es una almohadilla de papel secante de celulosa.
Un dispositivo microflmdico y electroqmmico 300 con un colector de fluido 301 se describe con referencia a la Figura 3. La Figura 3(a) muestra una vista esquematica simplificada del dispositivo 300. El electrodo de referencia 305, el contraelectrodo 303 y el electrodo de trabajo 304 estan en contacto y comunicacion flmdica con una primera region hidrofila 312 dentro del canal hidrofilo 302. El canal hidrofilo 302 esta en comunicacion flmdica con una almohadilla absorbente 301. Durante el uso, despues de que se deposita una muestra flmdica en el area inferior 313 del canal hidrofilo 302, el fluido se absorbera continuamente en la almohadilla absorbente 301, lo que genera de esta manera un gran volumen de flujo flmdico a traves de los electrodos 303, 304 y 305. La Figura 3(b) muestra una vista fotografica de un dispositivo microflmdico y electroqmmico 300 con un sustrato de colector de fluido 301. La capa hidrofila con patrones 314 comprende el canal hidrofilo 302 y una region de barrera 306. Los tres electrodos 303, 304 y 305 se construyen sobre una capa de sustrato (omitida por simplificacion) y se unen a la capa hidrofila con patrones 314 mediante el uso de una capa adhesiva impermeable a los fluido 307. El colector de fluido 301 esta dentro de una capa 310 por debajo de la capa hidrofila 314. La capa 310 tambien comprende una region hidrofoba 311. En algunas modalidades, la capa 310 tambien puede ser una capa hidrofila con patrones y el colector de fluido 301 es uno de los canales o regiones hidrofilas dentro de la capa 311 y el area 311 comprende el sustrato hidrofobo descrito en la presente descripcion.
Dispositivo microflmdico y electroqmmico tridimensional con flujo flmdico vertical
En algunas modalidades, el dispositivo microflmdico y electroqmmico es tridimensional lo que permite el flujo flmdico vertical ademas del flujo fluidico bidimensional dentro de la capa hidrofila porosa con patrones. El dispositivo microflmdico y electroqmmico tridimensional comprende una capa hidrofila porosa con patrones alterna y capas impermeables al fluido ademas del sustrato con el(los) electrodo(s) unido(s). Las capas impermeables a los fluidos comprenden aberturas y el dispositivo microflmdico se basa en esas aberturas para dirigir el flujo microflmdico vertical en el que los canales se graban para proporcionar una depresion en la que se forma el electrodo. La capa impermeable a los fluidos puede ser una lamina que no es soluble en el fluido analizado por el dispositivo microflmdico y electroqmmico y que proporciona el nivel deseado de estabilidad y flexibilidad del dispositivo. La capa impermeable a los fluidos puede comprender una o mas aberturas que estan en alineacion con al menos una porcion de los canales hidrofilos definidos dentro de la capa hidrofila porosa con patrones. Cuando esta se dispone entre la capa de sustrato con el(los) electrodo(s) y la capa hidrofila porosa con patrones que contiene la primera region hidrofila, la abertura dentro de la capa impermeable a los fluidos se alineara con ambas porciones de los electrodos y la primera region hidrofila. De esta manera, al depositar una muestra flmdica, el fluido fluye a traves de los canales hidrofilos para alcanzar la primera region hidrofila, lo que resulta en su contacto con los electrodos y permite las reacciones electroqmmicas apropiadas.
En una o mas modalidades, la capa impermeable a los fluidos es una lamina de plastico. En ciertas modalidades, la capa impermeable a los fluidos es una lamina o cinta adhesiva. Entre los ejemplos no limitantes de la capa impermeable a los fluidos se incluyen la cinta adhesiva de doble cara Scotch®, las barreras impermeables al agua incluyen la cinta de doble cara 3M, la cinta de doble cara Tapeworks, la cinta de doble cara negra CR Laurence, la cinta de doble cara 3M Scotch Foam Mounting, la cinta de doble cara 3MS Scotch (transparente), la cinta de empalme QuickSeam, la cinta de costura de doble cara, la cinta de doble cara resistente a la intemperie para exterior 3M, la cinta de doble cara de PVC transparente CR Laurence CRL, la cinta de doble cara Pure Style Girlfriends Stay-Put, la cinta adhesiva de doble cara Duck Duck y la cinta de doble cara de Electriduct. En ciertas modalidades espedficas, la cinta de doble cara se usa como la capa impermeable a los fluidos. La cinta de doble cara se adhiere a dos capas adyacentes de papel con patrones y puede unirse a otros componentes del dispositivo microflmdico y electroqmmico. Es impermeable al agua, y afsla corrientes de fluido separadas por menos de 200 pm. Ademas, tambien es suficientemente delgada para permitir
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que las capas adyacentes de capas hidrofilas porosas entren en contacto a traves de las aberturas de la cinta. Puede separarse facilmente del papel al que se adhiere y de esta manera permitir el desmontaje de dispositivos apilados y es barato y ampliamente disponible.
Como alternativa a la cinta de doble cara, puede usarse un adhesivo activado por calor para sellar juntas las capas portadoras de fluido. De hecho, puede usarse cualquier material impermeable a los fluidos que pueda conformarse y adherirse a las capas hidrofilas con patron. Ademas, tambien es posible usar el mismo material que se usa para formar patrones en las capas de papel para unir las capas de papel juntas. En una o mas modalidades, una capa de material fotorresistente se dispone entre dos capas hidrofilas porosas con patrones adyacentes.
El dispositivo microflmdico tridimensional se describe con referencia a la Figura 4. La Figura 4(a) ilustra un dispositivo microflmdico y electroqmmico tridimensional 400 ensamblado mediante el uso de capas hidrofilas porosas con patrones 410, 430, 450, las capas impermeables a los fluidos 420, 440, 460, y la capa de sustrato 470 con los electrodos 471 unidos. En algunas modalidades, las capas hidrofilas con patrones comprenden papel que comprende canales o regiones hidrofilas definidas por la barrera hidrofoba tales como material fotorresistente sobre el papel. En algunas modalidades, las capas impermeables a los fluidos comprenden cintas de doble cara que tienen aberturas para dirigir el flujo flmdico. Como se ilustra en la Figura 4(a), la primera capa de papel hidrofilo 410 comprende una region hidrofila 411 y un area hidrofoba 412 formada por material fotorresistente. Una vez que una muestra flmdica se deposita en la region hidrofila 411, el fluido puede fluir a traves de la capa de cinta de doble cara 420 a traves de la abertura 421 y hacia el centro del canal hidrofilo 433 dentro de la segunda capa de papel hidrofilo con patrones 430. Mediante acciones capilares, a continuacion el fluido alcanzara regiones hidrofilas en forma de bloque 431. Opcionalmente, en ciertas regiones hidrofilas 432, puede depositarse un agente de filtracion u otro reactivo para tratar previamente la muestra flmdica. Otros ejemplos no limitantes de reactivos de ensayo incluyen otros reactivos de ensayo de protemas, otros reactivos de ensayo de glucosa, reactivos de ensayo de acetoacetato de sodio, reactivos de ensayo de nitrito de sodio o una combinacion de los mismos. Otros reactivos de ensayo adecuados seran evidentes para un experto en latecnica.
Una vez que alcanza la region hidrofila 431, la muestra flmdica puede fluir a traves de las aberturas 441 en la capa de cinta de doble cara 440 y en la primera region hidrofila 451, que esta en comunicacion flmdica con el electrodo 471 sobre el sustrato 470, a traves de la abertura 461 de la capa de cinta 460. Parte de la muestra flmdica depositada tambien alcanzara la region hidrofila 473 sobre la capa de sustrato 470 al pasar secuencialmente a traves de la abertura 442, la region hidrofila 452 y la abertura 462.
En algunas otras modalidades, se describe un dispositivo microflmdico tridimensional 500 para realizar el ensayo colorimetrico con referencia a la Figura 4(b). El dispositivo se ensambla por capas alternadas de cinta de doble cara 480, 500, 520 y papel con patrones 490, 510 y 530. Cuando una muestra flmdica se deposita en la abertura 481 de la capa de cinta 480, el fluido fluira hacia la region central del canal hidrofilo en forma de cruz 492 sobre la capa de papel con patrones 490 definida por el material fotorresistente 491 y alcanza el borde del canal hidrofilo 493. A su vez, el fluido fluira a traves de la abertura 501 de la capa de cinta de doble cara 500 y dentro del canal hidrofilo en forma de cruz 511 mas pequeno sobre la capa de papel con patrones 500. El flujo del fluido alcanza entonces el borde del canal hidrofilo 512, pasa a traves de la abertura 521 de la capa de cinta 520 y llega a las regiones hidrofilas 531 sobre la capa hidrofila con patrones inferior 530. Las regiones 531 son zonas de prueba previamente marcadas con reactivos para uno o mas ensayos colorimetricos. En la patente num. WO 2009/121037, presentada el 27 de marzo de 2009 puede encontrarse una descripcion mas detallada del dispositivo microflmdico tridimensional para realizar el ensayo colorimetrico.
La incorporacion de multiples metodos de deteccion en un solo dispositivo microflmdico tridimensional tiene multiples ventajas: i) extiende la gama de analitos que el dispositivo puede detectar; ii) mejora la fiabilidad del diagnostico; iii) tiene la capacidad de detectar cuantitativamente multiples analitos con seleccion optima del metodo de deteccion para cada uno; iv) permite la integracion de sensores de alta densidad; v) disminuye el costo de cada deteccion, ya que comparte el costo de la preparacion de muestras, la introduccion y los sistemas de distribucion microflmdica en multiples ensayos.
El dispositivo microflmdico puede usar aberturas o perforaciones dentro de la capa de separacion impermeable a los fluidos para dirigir el flujo microflmdico vertical. En algunas modalidades, la abertura o perforacion dentro de la capa impermeable a los fluidos se llena con un medio hidrofilo para mejorar el flujo vertical (o flujo a traves). El medio hidrofilo llena la abertura dentro de la capa de separacion para puentear el espacio entre las capas hidrofilas adyacentes. Como resultado, las dos regiones microflmdicas dentro de dos capas hidrofilas porosas con patrones adyacentes que se solapan parcialmente con la abertura estaran en contacto directo con el material hidrofilo en la abertura, lo que permite de esta manera un flujo microflmdico optimizado por capilaridad. En una o mas modalidades, el material hidrofilo poroso sustancialmente llena el hueco dentro de la capa de separacion creado por la abertura. En una o mas modalidades, el material hidrofilo poroso coincide sustancialmente con la forma de la abertura. El material hidrofilo poroso que llena la abertura puede ser, por ejemplo, almohadillas de papel porosas o "puntos" que tienen un grosor similar al grosor de la capa impermeable a los fluidos. El papel puede cortarse en forma para que coincida con las dimensiones del espacio vacfo creado por la abertura en la capa impermeable a los fluidos.
Como se describe en la presente descripcion tambien se contemplan otros materiales, adecuados para su uso como la capa hidrofila porosa con patrones y la capa impermeable a los fluidos.
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Metodos de deteccion para el analisis electroqmmico mediante el uso de los dispositivos microflmdicos y electroqmmicos
En algunas modalidades, una muestra flmdica se deposita en uno de uno o mas canales hidrofilos para permitir que la muestra de fluido fluya a traves del canal hidrofilo para entrar en contacto con el electrodo. En algunas modalidades, la muestra flmdica puede depositarse sobre la parte superior del electrodo. En alguna otra modalidad, la muestra flmdica se deposita en un extremo de un canal hidrofilo y se absorbe a traves del canal para entrar en contacto con el electrodo. En algunas modalidades, la muestra flmdica se deposita en un extremo del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila y el dispositivo microflmdico y electroqmmico comprende ademas un colector de fluido en comunicacion flmdica con el otro extremo del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila para mantener una baja flmdica constante de la muestra flmdica a traves del(de los) electrodo(s).
Los dispositivos electroqmmicos pueden configurarse para usarse en una variedad de metodos analfticos. Los metodos no limitantes incluyen la medicion de impedancia, amperometna (medicion de corrientes electricas), biamperometna, voltamperometna de redisolucion, voltamperometna diferencial, voltamperometna dclica, coulometna y potenciometna. En algunas modalidades, los analitos dentro de la muestra flmdica se detectan por el metodo cronoamperometrico. En algunas modalidades espedficas, el analito es glucosa. Otros ejemplos no limitantes de analito que pueden detectarse por metodo cronoamperometrico incluyen metabolitos tales como colesterol, acido urico y lactato, gases en sangre tales como oxfgeno, ADN y otros analitos tales como hemoglobina, oxido mtrico y cetonas en sangre.
En algunas modalidades, la glucosa en la muestra se detecta mediante el uso de los dispositivos microflmdicos y electroqmmicos por el metodo de cronoamperometrico. La cronoamperometna es una tecnica electroqmmica en la que el potencial del electrodo de trabajo se escalona y la corriente resultante de los procesos faradicos que ocurren en el electrodo (causada por el paso de potencial) se monitorea en funcion del tiempo. La informacion sobre la identidad de los espedmenes electrolizados puede obtenerse a partir de la relacion entre el pico de la corriente de oxidacion y el pico de corriente de reduccion. Las reacciones para la deteccion de glucosa son
Glucosa 1- 2Kj[(CN)6] + H30
^ Glucosa oxidasa Acido gluconico + 2K4[(CN)c]
. a Electrodo anodico •» _
(2) 2Fe(CN)64' ---------* 2Fe(CN)63 + 2e‘
(3) 2Fe(CN)63- + 2e‘ E-c--°-ocatod'c» 2Fe(CN)64’
En la primera etapa, la glucosa oxidasa catalizo la oxidacion de la glucosa a acido gluconico con reduccion concomitante de Fe III) a Fe(II) (eq 1); los iones Fe(CN)64 generados se detectaron cronoamperometricamente (ec 2). La reaccion catodica correspondiente se describio en (ec. 3).
En algunas modalidades, la deteccion de glucosa mediante el uso de un dispositivo microflmdico y electroqmmico demuestra sensibilidad y lfmites de deteccion comparables en comparacion con la deteccion usada en las soluciones a granel. El dispositivo microflmdico y electroqmmico, sin embargo, presenta varias ventajas: i) estabiliza la geometna del electrodo; ii) reduce el efecto de la conveccion de lfquidos debido a movimientos, vibracion y calentamiento aleatorios; iii) minimiza el volumen total de solucion requerido para el analisis.
Sin pretender ligarse a ninguna teona en particular, se cree que el uso de un dispositivo microflmdico y electroqmmico confina los fluidos en el canal hidrofilo, inhibe el movimiento convectivo de fluidos y facilita de esta manera las mediciones cronoamperometricas al minimizar las perturbaciones de la capa lfmite estacionaria en la proximidad de los electrodos debido a la vibracion, la conveccion termica o basada en densidad, y otras fuentes perturbadoras. Ademas, el nivel normal de glucosa en orina es 0.1-0.8 mM, y 3.5-5.3 mM en sangre total. En algunas modalidades, el lfmite de deteccion de glucosa en el dispositivo microflmdico y electroqmmico es de aproximadamente 0.22 mM (correspondiente a 4 mg/mL). Este valor es inferior al valor aproximado de 1.0 mM reivindicado en las especificaciones de los glucometros convencionales.
En otras modalidades, los analitos dentro de la muestra flmdica se detectan y miden por voltamperometna de redisolucion anodica (ASV) mediante el uso del dispositivo microflmdico y electroqmmico descrito en la presente descripcion. La voltamperometna de redisolucion anodica es un metodo voltamperometrico para la determinacion cuantitativa de espedmenes ionicos espedficos. El analito de interes se galvaniza sobre el electrodo de trabajo durante una etapa de deposicion, y se oxida desde el electrodo durante la etapa de separacion. La corriente se mide durante la etapa de separacion. En algunas modalidades espedficas, los iones de metales pesados en una muestra flmdica pueden detectarse por voltamperometna de redisolucion anodica, mediante el uso del dispositivo microflmdico y
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electroqmmico. Los ejemplos no limitantes de iones de metales pesados incluyen mercurio, plomo, cobre, zinc, bismuto y cadmio.
La contaminacion de los iones de metales pesados en el suelo y el agua presenta un problema global y representa una grave amenaza tanto para el ecosistema como para los seres humanos. La voltamperometna de redisolucion anodica de onda cuadrada (SWASV) es un metodo ASV frecuentemente usado para la medicion de trazas de metales pesados porque reduce grandemente el ruido de fondo que viene de la corriente de carga durante la exploracion de potencial. Las mediciones de ASV convencionales de iones de metales pesados se realizan usualmente mediante la inmersion de electrodos en una solucion de muestra bajo condiciones de agitacion controlada o mediante la colocacion de una gotita de muestra sobre los electrodos. El primer enfoque no es practico en las mediciones de campo debido a la dificultad de sincronizar los procedimientos de agitacion y la ASV. El ultimo muestra una sensibilidad limitada de la medicion porque la preacumulacion de analitos en la separacion se limita por difusion. Adicionalmente, en este caso, usualmente se requieren nuevos electrodos para cada medida, ya que es diffcil eliminar el residuo de metales depositados en una gota de solucion estancada antes del siguiente ciclo de la ASV.
En algunas modalidades, los iones de metales pesados se detectan mediante voltamperometna de redisolucion anodica (ASV) mediante el uso del dispositivo microflmdico y electroqmmico descrito en la presente descripcion. En algunas modalidades espedficas, el Pb(lI) se detecta mediante el uso del dispositivo microflmdico y electroqmmico descrito en la presente descripcion. En algunas modalidades, se incluye un colector de fluido en los dispositivos microflmdicos y electroqmmicos. En algunas modalidades espedficas, el colector de fluido es una almohadilla de papel secante de celulosa como un colector en la salida del canal hidrofilo (vease la Figura 3). El uso de una almohadilla absorbente permite que la absorcion continua de fluidos pase a traves de los electrodos, y facilita el enchapado de metales, asf como la limpieza de los electrodos. En algunas modalidades, el tamano del papel secante de celulosa se ajusta para optimizar el tiempo de absorcion de fluidos en el canal hidrofilo de manera que el flujo se detenga antes de que el sistema entre en la etapa de equilibrado en el proceso de SWASV, lo que resulta en una mayor sensibilidad y reproducibilidad de la medicion. Sin pretender ligarse a ninguna teona en particular, se cree que la sensibilidad mejorada puede atribuirse a la alta eficiencia de la acumulacion de metales sobre los electrodos por conveccion de los fluidos que fluyen en los canales hidrofilos porosos sobre los electrodos y al gran volumen (~ 800 |jL) de muestra que fluye a traves de la superficie de los electrodos.
El siguiente ejemplo se proporciona para ilustrar la invencion, que no pretende ser limitante de la invencion, cuyo alcance se expone en las reivindicaciones que siguen.
Reactivos qmmicos
Se adquirieron de Ercon Inc (Wareham, MA) tinta de carbono (E3456) y tinta Ag/AgCl (AGCL-675C), y Compuesto Conductivo (Hudson, NH), respectivamente. Se adquirieron de Aldrich glucosa oxidasa (136,300 U/mg, Aspergillus nigger), y ferrocianuro de potasio y se usaron tal como se recibieron. Se prepararon soluciones madre de p-D-glucosa en un tampon PBS (pH 7.0) y se dejaron mutarrotar durante la noche antes de su uso. Se obtuvieron de Aldrich, EE.UU., soluciones estandar de absorcion atomica de Pb(II) (104 mg/L), Zn(II) (103 mg/L), y Bismuto(III) (103 mg/L) y se diluyeron segun se requirio. Se uso 0.1 M de tampon de acetato (pH 4.5) como electrolito de soporte.
Aparato
Todas las mediciones cronoamperometricas se realizaron con un bipotenciostato (PINE Instrument Company, Modelo AFCBP1). Se uso un sistema electroqmmico modular AUTOLAB equipado con PGSTAT12 en combinacion con el software GPES (Eco Chemie) para las mediciones voltamperometricas de redisolucion anodica de los iones de metales pesados.
Fabricacion de los dispositivos Electrodos
Se fabrico un dispositivo electroqmmico de papel microfludico (jPEDs) mediante tinta de carbono de serigraffa (o tinta Ag/AgCl para un electrodo de referenda) sobre un trozo de papel o una pelfcula de poliester. Se genero una plantilla para la impresion mediante el diseno de patrones de electrodos mediante el uso de Adobe Freehand®, seguido por el corte del patron en cinta adhesiva de doble cara mediante el uso de un cortador laser (VersaLASER VLS3.50, Universal Laser Systems Inc.). La plantilla se pego con cinta adhesiva en la parte superior de un sustrato de papel o plastico y las aberturas de la plantilla se llenaron con tinta. Los electrodos se hornearon en una placa caliente a 100 °C durante 30 minutos. Despues de que se seco la tinta, la capa de refuerzo protector de la cinta se retiro y la capa adhesiva sobre el sustrato para el ensamblaje de un canal de papel se dejo en la parte superior de los electrodos. El grosor de los electrodos fue de aproximadamente 100 jm. Un electrodo de trabajo y un contralectrodo tfpicos tuvieron dimensiones de 1.5 cm de longitud y 4 mm de ancho, y un electrodo de referencia tfpico tuvo dimensiones de 1.5 cm de longitud y 3 mm de ancho.
Canales microflmdicos
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Las capas de papel hidrofilo con patrones se construyeron al seguir los procedimientos descritos en la patente num. WO 2008/049083. Los patrones para los dispositivos microflmdicos de papel se disenaron mediante el uso del editor de disenos CleWin. Espedficamente, los canales microflmdicos de papel se fabricaron mediante la formacion de patrones en el papel de cromatograffa (Whatman 1 Chr) o papel de mezcla de poliester/celulosa (VWR®Spec-Wip) por fotolitograffa o impresion de cera. Brevemente, un trozo de papel se empapo con unmaterial fotorresistente SU-8 2010, se horneo a 95 °C durante 5 minutos para eliminar los disolventes, y se sometio a fotoexposicion a la luz UV durante 10 s a traves de una fotomascara. El material fotorresistente no polimerizado se retiro al remojar el papel en acetona y lavar tres veces con isopropanol. Los polfmeros que formaron patrones en el papel forman barreras hidrofobas para confinar lfquidos en el microcanal. El canal microflmdico de papel tuvo dimensiones de 4 mm de ancho y 100 pm de altura (determinada por el grosor del papel), Figura 1. Los canales de papel se ensamblaron sobre los electrodos mediante el uso de cintas adhesivas de doble cara. El area de contacto entre un canal de papel y un electrodo de trabajo fue de 4 mm por 4 mm.
Mediciones cronoamperometricas
Se realizaron experimentos cronoamperometricos mediante el uso de un potencial de paso de 500 mV (frente a un electrodo de pseudoreferencia de carbono) para generar la curva de calibracion; estos experimentos usaron glucosa con concentraciones de 0 a 22.2 mM (correspondiente a 400 mg/dL). Se midieron soluciones (glucosa oxidasa 250 U/mL, K3[Fe(CN)6] 600 mM de KCl, 1.0 M en tampon PBS pH 7.0) que conteman glucosa con diferentes concentraciones (cada muestra se examino ocho veces). La solucion de enzima se mancho en la parte superior del microcanal de papel. La solucion de enzima se distribuyo uniformemente en el canal de papel debido a la absorcion capilar. Despues de secar la solucion, la enzima se absorbio uniformemente en el papel. Cuando se anadio una solucion de analitos en el microcanal, la solucion se distribuyo y se mezclo bien con la enzima precargada. En otro conjunto de experimentos, la solucion de enzima se premezclo con muestras de glucosa antes de las mediciones cronoperimetricas. No se observo ninguna diferencia evidente entre los dos metodos. El papel tambien puede modificarse facilmente para inmovilizar las enzimas si es necesario. Todas las mediciones se realizaron a temperatura ambiente bajo condiciones ambientales. Se uso un electrodo de trabajo de carbono (sobre un sustrato plastico) con un area superficial de 16 mm2 en contacto con el fluido para la deteccion de glucosa en la solucion a granel. Se registro una media de las ocho mediciones de lectura de corriente y se calculo la desviacion estandar correspondiente.
Voltamperometna de redisolucion anodica
Las mediciones voltamperometricas de redisolucion se realizaron mediante deposicion in situ del bismuto (500 pg/L) y los iones metalicos objetivos con concentraciones de 0 a 100 ppb (pg/L). Se usaron soluciones no desaireadas para todas las mediciones, y cada muestra se midio ocho veces. Todas las mediciones se realizaron mediante el uso de la voltamperometna de redisolucion anodica de onda cuadrada (SWASV) con una frecuencia de 20 Hz, un paso potencial de 5 mV y una amplitud de 25 mV. Los experimentos SWASV comprendieron una etapa de deposicion electroqmmica a -1.2 V durante 120 s, un penodo de equilibrio de 30 s y una exploracion voltaperometrica de redisolucion de onda cuadrada generalmente de -1.2 a -0.5 V. Antes de cada medicion se realizo una etapa de preacondicionamiento (para limpiar el electrodo) a un potencial de +0.5 V durante 60 s.
Para la medicion de iones de metales pesados en los pPEDs se uso voltamperometna de redisolucion anodica de onda cuadrada. Las mediciones de los metales traza se basaron en el enchapado simultaneo (in situ) de metales objetivos y bismuto sobre electrodos serigraffados de carbono, que formaron aleaciones seguidas de la redisolucion anodica de metales desde el electrodo.
Caracterizacion electroqmmica de los dispositivos electroqmmicos de papel
Se uso acido carboxflico de ferroceno como compuesto activo modelo redox para caracterizar el comportamiento electroqmmico de los pPEDs (Figura 5a). La forma de pico de los CVs mostro una reaccion electroqmmica reversible tfpica (Nernstian) en la que la velocidad de reaccion se rige por la difusion de los espedmenes electroactivos a la superficie de un electrodo plano. La diferencia de potencial entre los picos de las curvas de reduccion (Epc) y las curvas de oxidacion (Epa) fue de 0.068 V (un valor cercano al valor teorico de 0.059 V para el par redox de ferroceno) para todas las velocidades de exploracion entre 50 y 500 mV/S, y la relacion de corriente pico (ipa/ipc) fue igual a 1.0.14 Este comportamiento reversible indico que no se producen reacciones secundarias y que, como se esperaba, la cinetica de transferencia de electrones fue suficientemente rapida para mantener las concentraciones superficiales de especies activas redox en los valores requeridos por la ecuacion de Nernst.
La Figura 5b muestra que la corriente de pico anodico, Ip, fue linealmente proporcional a la rafz cuadrada de la velocidad de exploracion (v1/2) tanto en la solucion a granel como en el pPED. El valor del coeficiente de difusion evaluado mediante el analisis de la pendiente observada en la solucion a granel fue de 4.3*10'6 cm2/seg, lo cual fue bastante similar al valor reportado de 5.7*10'6 cm2/seg. La lectura de corriente (Figura 2b) medida mediante el uso del dispositivo de papel es aproximadamente 30 % menor que la medida en solucion a granel. Se supoma que esta diferencia se debfa al hecho de que el 30-40 % del volumen en contacto difusional con los electrodos se ocupa por la fibra de celulosa del papel. Estos resultados que conteman el especimen redox activo, no ralentizaron la velocidad de transferencia de carga limitada en masa con relacion a la solucion.
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Analisis cronoamperometrico de glucosa en orina
El uso de un pPED en el analisis de la glucosa en la orina artificial se demostro mediante cronoamperometna. La cronoamperometna ofrece una mejor relacion senal/ruido que otras tecnicas electroqmmicas en este tipo de experimentos y el uso de una delgada capa de fluidos sujetos mecanicamente a los electrodos es mas resistente a la vibracion que el analisis en un volumen mayor de solucion. La medicion cronoamperometrica de la transferencia de carga que refleja la corriente hacia/desde el especimen redox activo en funcion del tiempo a tensiones aplicadas constantes - comienza con una corriente capacitiva inicialmente grande. Al decaer la corriente capacitiva inicial dentro de uno a dos segundos, predomina la corriente Faradica (la corriente que es proporcional a la concentracion del analito). La corriente I, decae como t'1/2 como se describe por la ecuacion de Cottrell (eq 4) donde n es el numero de electrones, t es el
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tiempo, F es la constante de Faraday, A es el area del electrodo, D es el coeficiente de difusion de los analitos, y C es la concentracion inicial de los reactivos.
El pPED confina los fluidos en el canal de papel, inhibe el movimiento convectivo de los fluidos y facilita las mediciones cronoamperometricas al minimizar las perturbaciones de la capa lfmite estacionaria en la vecindad de los electrodos debido a vibracion, conveccion termica o basada en densidad y otras fuentes de perturbacion. La Figura 6a muestra una respuesta cronoamperometrica representativa de las mediciones de glucosa mediante el uso de un pPED. A lo largo del intervalo de concentraciones de glucosa examinado (0-22.2 mM), todas las curvas de respuesta alcanzaron un estado estable dos segundos despues del potencial escalonado (vease tambien el diagrama Cottrell en la informacion suplementaria). La Figura 6b muestra una curva de calibracion para la deteccion de glucosa. Cuando la concentracion de glucosa estaba en el intervalo de 0-22.2 mM, la corriente era linealmente proporcional a la concentracion de glucosa en la orina artificial.
La interferencia del dispositivo de deteccion con albumina de suero bovino (BSA) como protema globular tfpica; las albuminas sericas estan presentes en concentraciones mas elevadas en el suero y, por lo tanto, son relevantes para el bioanalisis. Se encontro que la presencia de 40 pM de BSA no interfirio con la medicion de la glucosa; esta selectividad se debe a la especificidad de la oxidacion enzimatica de la glucosa; la BSA aparentemente no ensucia los electrodos. Al comparar los resultados de la deteccion de glucosa en los pPEDs con los de las soluciones a granel (Figura 6b), se observo que los dos metodos mostraron sensibilidad y lfmites de deteccion comparables; la matriz de papel no interfiere con la deteccion. La matriz de papel en los pPED tiene, sin embargo, varias ventajas: i) estabiliza la geometna del electrodo; ii) reduce el efecto de la conveccion de lfquidos debido a movimientos, vibracion y calentamiento aleatorios; iii) minimiza el volumen total de solucion requerido para el analisis. El nivel normal de glucosa en orina es 0.1-0.8 mM, y 3.5-5.3 mM en sangre total. Por lo tanto, el dispositivo pPED debe ser capaz de medir la glucosa en otros fluidos biologicos tales como suero y sangre. El lfmite de deteccion de glucosa en el pPED actual fue de aproximadamente 0.22 mM (correspondiente a 4 mg/mL). Este valor esta por debajo de aproximadamente 1.0 mM reivindicado en las especificaciones de glucometros convencionales, y 0.5 mM obtenido por el metodo de deteccion colorimetrico informado anteriormente. Se estimo que la sensibilidad del analisis de glucosa era de 0.43 pAmM'1mirr2. En principio, otros espedmenes en orina y sangre reales pueden interferir cuando se usan potenciales de 500 mV para el analisis de la glucosa. El potencial puede reducirse a alrededor de 300 mV para las mediciones en fluidos biologicos, gracias a la selectividad enzimatica de la glucosa oxidasa. El dispositivo de papel tambien tiene el potencial de integrarse con diversas tecnicas de separacion tales como cromatograffa de papel para minimizar las interferencias.
Analisis voltamperometrico de redisolucion anodica de iones de metales pesados
Los iones de metales pesados como el mercurio, el plomo y el cadmio son toxicos, no biodegradables y tienden a acumularse en plantas y animales. La contaminacion de los iones de metales pesados en el suelo y el agua presenta un problema global y representa una grave amenaza tanto para el ecosistema como para los seres humanos. La voltamperometna de redisolucion anodica de onda cuadrada (SWASV) es un metodo ASV frecuentemente usado para la medicion de trazas de metales pesados porque reduce grandemente el ruido de fondo que viene de la corriente de carga durante la exploracion de potencial. Las mediciones de ASV convencionales de iones de metales pesados se realizan usualmente mediante la inmersion de electrodos en una solucion de muestra bajo condiciones de agitacion controlada o al colocar una gotita de muestra sobre los electrodos. El primer enfoque no es practico en las mediciones de campo debido a la dificultad de sincronizar los procedimientos de agitacion y ASV. Este ultimo muestra una sensibilidad limitada de la medicion porque la preacumulacion de analitos en la separacion se limita por difusion. Adicionalmente, en este caso, usualmente se requieren nuevos electrodos para cada medicion, ya que es diffcil eliminar el residuo de metales depositados en una gota estancada de solucion antes del siguiente ciclo de aSv.
Se demostro que los pPEDs pueden usarse en la medicion selectiva de Pb(II) en una mezcla acuosa de Pb(II) y Zn(II) mediante el uso de SWASV. El diseno de pPEDs se modifico al introducir una almohadilla de papel secante de celulosa
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como un colector en la salida del canal de papel (Figura 3c). El pPED permitio la absorcion continua de fluidos a traves de los electrodos, y facilito el enchapado de metales, as^ como la limpieza de electrodos. Al ajustar el tamano del papel secante de celulosa, se optimizo el tiempo de absorcion de fluidos en el canal de papel de los pPEDs de manera que el flujo se detuvo antes de que el sistema entrara en la etapa de equilibrio en el proceso de SWASV.
La Figura 8 muestra voltamperogramas representativos para la medicion de 25 ppb (pg/L) de Pb(II) en solucion de tampon acetato en presencia de Zn(II). Los voltamperogramas en los pPEDs hidrodinamicos, en los que el fluido de la solucion de muestra se absorbe continuamente en el microcanal de papel, mostro un pico agudo bien definido para Pb(II) en aprox. 780 mV frente al electrodo de referencia Ag/AgCl (C y D en la Figura 8). Por el contrario, en las mismas condiciones de SWASV, una solucion estancada de analitos, tanto en los pPEDs (sin una almohadilla de papel secante como colector) como en un experimento que coloco una gotita de solucion de muestra sobre los electrodos, resulto en una senal mucho mas debil (A en la Figura 8) o una respuesta pobremente definida (B en la Figura 8). Los pPEDs hidrodinamicos mostraron de esta manera una sensibilidad mucho mayor por un factor de cinco que los sistemas estancados.
En los pPEDs hidrodinamicos, la corriente de pico del analisis de Pb(II) aumento dramaticamente con el aumento del tiempo de deposicion (Figura 8). La corriente maxima aumento de 3.9 pA a 10.3 pA con el aumento del tiempo de deposicion de 120 s a 360 s. Este aumento no fue obvio en los sistemas estancados, ya que la eficiencia de deposicion decae rapidamente con el tiempo debido a la reaccion de transferencia de masa limitada en la proximidad de la superficie de los electrodos. Por otra parte, se encontro que los pPEDs estancados mostraron una senal mas pobremente definida, en comparacion con el sistema con una gota de solucion de muestra directamente colocada en los electrodos (Figura 8). Se supone que esto se debe a que la matriz de celulosa en los pPEDs estancados inhibe el movimiento convectivo de las soluciones, y por lo tanto afecta el comportamiento de separacion del Pb(II).
Los voltamperogramas de redisolucion para el analisis de Pb(II) en los pPEDs hidrodinamicos mostraron picos bien definidos y una senal fuerte en una amplia gama de concentraciones de Pb(II); este nivel de rendimiento ofrece una cuantificacion conveniente de los bajos niveles de ppb de plomo (Figura 9a). La intensidad de pico aumento proporcionalmente con la concentracion de Pb(II), lo que produjo un grafico de calibracion altamente lineal con una pendiente de 0.17 pA ppb-1 para el plomo (coeficiente de correlacion, 0.996) (Figura 9b). El lfmite de deteccion de plomo se estimo a partir de las caractensticas de senal a ruido de los datos a aproximadamente 1.0 ppb (pg/L); este valor es incluso inferior a 2.5 ppb obtenido en sistemas convencionales con agitacion controlada. Este valor es tambien mucho mas bajo que el valor de referencia de la OMS 10 ppb (pg/L) para la concentracion de plomo en el agua potable. Se cree que incluso se podnan detectar concentraciones mas bajas de plomo si se usaban penodos de deposicion mas largos. La medicion sensible de Pb(II) en los pPEDs hidrodinamicos es altamente reproducible, como se indica por la baja desviacion estandar relativa.
El rendimiento de los pPEDs hidrodinamicos para el analisis de plomo se comparo con el sistema estancado, en el que se coloco una gota de solucion de muestra sobre los electrodos (Figura 9b). El sistema estancado mostro una sensibilidad mucho menor de 0.05 pA ppb-1 para el plomo (coeficiente de correlacion, 0.978), y un mayor lfmite de deteccion de 4.3 ppb, que la medicion dinamica. A diferencia del sistema estancado, pequenas perturbaciones (p. ej., vibracion, calentamiento) no interfirieron con el analisis de plomo en los pPED hidrodinamicos debido a la estabilizacion del flujo de la solucion de muestra por la matriz de papel; esta estabilizacion dio como resultado una alta fiabilidad y reproducibilidad de las mediciones. El dispositivo puede reusarse al simplemente reemplazar la almohadilla de papel secante, ya que la absorcion continua elimina los analitos disueltos antes del siguiente ciclo de deposicion de metales.
La optimizacion del arreglo de electrodos en el dispositivo de papel
Se comparo el rendimiento de la pPED con diferentes disposiciones del electrodo de trabajo y el contraelectrodo. La Figura 7 muestra un dispositivo de papel con otra geometna en la que el electrodo de trabajo y el contraelectrodo se colocaron frente a frente en la parte superior e inferior del canal de papel ("F-F pPED"). El dispositivo donde el electrodo de trabajo y el contraelectrodo se colocaron uno junto al otro por debajo del canal de papel se denomina "S-S pPED".
La Figura 7 muestra la corriente de pico en experimentos CV en funcion de la rafz cuadrada de la velocidad de exploracion, v1/2. Bajo las mismas condiciones experimentales, el F-F pPED mostro mayores corrientes de respuesta en experimentos CV, que el correspondiente S-S pPED. La configuracion F-F tiene probablemente un area superficial efectiva mas alta para reacciones electroqmmicas que la configuracion S-S, ya que las reacciones electroqmmicas tienen lugar entre los dos electrodos. La pendiente del grafico del F-F pPED fue cercana a la de las mediciones en solucion a granel. Estos resultados demuestran que la configuracion de electrodos influye en el rendimiento del pPED, y que el material de papel no interfiere con la electroqmmica. En terminos de la disposicion espacial de los electrodos, el flujo pasa al mismo tiempo a traves del electrodo de trabajo y el contraeletrodo en el F-F pPED, en lugar de en secuencia como en el S-S pPED. Se cree que el F-F pPED debe mostrar un rendimiento superior en el seguimiento de la concentracion de analitos que fluye continuamente en los canales de papel. La organizacion F-F de los electrodos tambien permite el embalaje compacto de los sensores que la S-S.
Rendimiento de los electrodos de oro en los dispositivos de papel
Otros tipos de electrodos, por ejemplo, rayas de oro recubiertas de plastico, son tambien adecuados para el dispositivo electroqmmico de papel, y pueden usarse para aplicaciones espedficas. Los dispositivos de papel con electrodos hechos de rayas de oro mostraron un excelente rendimiento en la voltamperometna dclica, pero fueron menos robustos 5 que los electrodos a base de carbono. La Figura 10 muestra que las reacciones electroqmmicas fueron reversibles sobre los electrodos de Au en los pPEDs.
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Claims (19)

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    Reivindicaciones
    1. Un dispositivo microflmdico y electroqmmico que comprende:
    un primer ensamble de electrodo que comprende una primera capa de sustrato (103) que soporta uno o mas electrodos (101); y
    una primera capa hidrofila porosa (107) que se superpone al ensamble de electrodo, en donde la capa hidrofila comprende un lfmite impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila y define uno o mas canales hidrofilos(108) dentro de la capa hidrofila, en donde uno o mas canales hidrofilos comprenden una primera region hidrofila (104) que esta en comunicacion flmdica con uno o mas electrodos.
  2. 2. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el ensamble de electrodo comprende ademas un material de barrera que rodea al menos una porcion del electrodo.
  3. 3. El dispositivo electrocromico y microflmdico de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, que comprende ademas:
    una capa impermeable a los fluidos que se superpone y entra en contacto con al menos una porcion de la primera capa hidrofila; y
    una segunda capa hidrofila porosa que se superpone y entra en contacto con al menos una porcion de la capa impermeable a los fluidos, en donde la segunda capa hidrofila comprende un lfmite impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la segunda capa hidrofila y define uno o mas canales hidrofilos dentro de la segunda capa hidrofila,
    en donde la capa impermeable a los fluidos comprende una o mas aberturas en alineacion y en comunicacion flmdica con al menos una porcion de un canal hidrofilo dentro de cada capa hidrofila.
  4. 4. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con la reivindicacion 3, en donde un medio hidrofilo poroso se dispone en la abertura de la primera capa impermeable a los fluidos y esta en comunicacion flmdica con al menos una porcion de un canal hidrofilo dentro de las capas hidrofilas.
  5. 5. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en donde el ensamble de electrodo comprende un electrodo de trabajo y un contraelectrodo.
  6. 6. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en donde el primer ensamble de electrodo comprende un electrodo de trabajo y el dispositivo microflmdico y electroqmmico comprende ademas un segundo ensamble de electrodo que comprende un contraelectrodo que comprende una segunda capa de sustrato que soporta el contraelectrodo, en donde el electrodo se rodea substancialmente por un material de barrera.
  7. 7. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con la reivindicacion 6, en donde la primera capa hidrofila porosa que comprende la primera region hidrofila se dispone entre los primer y segundo ensambles de electrodo y en donde la primera region hidrofila esta en comunicacion flmdica con el electrodo de trabajo y el contraelectrodo.
  8. 8. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, que comprende ademas un colector de fluido, en donde el colector de fluido esta en comunicacion flmdica con un extremo del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila.
  9. 9. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con la reivindicacion 8, en donde el colector de fluido comprende un papel secante de celulosa.
  10. 10. El dispositivo microflmdico, electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en donde el medio hidrofilo poroso comprende papel; y/o
    en donde la primera o segunda capa porosa hidrofila comprende papel; y/o
    en donde la primera o segunda capa de sustrato comprende un papel o una pelfcula de plastico.
  11. 11. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en donde la primera o segunda capa comprende un papel o una pelfcula de plastico y un material de barrera que comprende un material fotorresistente polimerizado dispuesto sobre la pelfcula de papel o de plastico y que rodea sustancialmente el electrodo; o
    en donde el dispositivo comprende un material de barrera que comprende una lamina impermeable a los fluidos que tiene aberturas de una dimension para recibir el electrodo, dicha lamina impermeable a los fluidos dispuesta sobre la primera o segunda capa de sustrato y que rodea sustancialmente el electrodo.
  12. 12. El dispositivo microflmdico, electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en donde la primera o segunda capa de sustrato son integrales y forman un cuerpo unitario con el material de barrera.
  13. 13. El dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en donde el primer o segundo ensamble de electrodo comprende ademas un electrodo de referencia.
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  14. 14. Un metodo para preparar un dispositivo microflmdico y electroqmmico, que comprende:
    disponer una capa de barrera hidrofoba que comprende una plantilla que incluye una o mas aberturas a una capa de soporte;
    depositar material electroconductivo en la(s) abertura(s) para formar uno o mas electrodos; y unir una capa hidrofila porosa que comprende una barrera impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila porosa con patrones y define un lfmite de uno o mas canales hidrofilos en la capa porosa hidrofila; en donde:
    el canal hidrofilo comprende una primera region hidrofila; y la primera region hidrofila esta en comunicacion flrndica con el(los) electrodo(s).
  15. 15. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 14, que comprende ademas:
    unir una o mas capas hidrofilas porosas que comprenden una barrera impermeable a los fluidos que permea sustancialmente el grosor de la capa hidrofila porosa con patrones y define un lfmite de uno o mas canales hidrofilos en la capa hidrofila porosa con patrones; y
    disponer una segunda capa impermeable a los fluidos entre las capas hidrofilas porosas con patrones adyacentes; en donde la segunda capa impermeable a los fluidos comprende una o mas aberturas; y cada abertura esta en alineacion y en comunicacion flrndica con una o mas porcion(es) de uno del(de los) canal(es) hidrofilo(s).
  16. 16. Un metodo para determinar la presencia de uno o mas analitos en una muestra de fluido mediante el uso de un dispositivo microflmdico y electroqmmico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, que comprende:
    depositar una muestra flrndica en uno de uno o mas canales hidrofilos de la capa hidrofila porosa para proporcionar el contacto flmdico de la muestra con el(los) electrodo(s); y medir una senal electroqmmica mediante el uso del(de los) electrodo(s).
  17. 17. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 16, en donde la senal electroqmmica se correlaciona con una concentracion del(de los) analito(s); o en donde la senal electroqmmica se correlaciona con la presencia del(de los) analito(s).
  18. 18. El metodo de acuerdo con las reivindicaciones 16 o 17, en donde la muestra flrndica se deposita en una region del canal hidrofilo situada sustancialmente sobre uno o mas electrodos; y/o
    en donde el dispositivo microflmdico y electroqmmico comprende ademas un colector de fluido en comunicacion flrndica con un extremo distal del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila; y el metodo que comprende ademas:
    depositar la muestra flrndica en un extremo proximal del canal hidrofilo que comprende la primera region hidrofila; en donde la muestra flrndica se transporta por accion capilar sobre el electrodo y dentro del colector de fluido; y en donde se mantiene un flujo flmdico constante de la muestra flrndica a traves del(de los) electrodo(s).
  19. 19. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en donde la medicion de una senal electroqmmica comprende la medicion de impedancia, la medicion de corriente o tension; y/o
    en donde la medicion electroqmmica se selecciona del grupo que consiste en amperometna, biamperometna, voltamperometna de redisolucion, voltamperometna diferencial, voltamperometna dclica, coulometna, cronoamperometna y potenciometna; y/o
    en donde la medicion electroqmmica es cronoamperometna y el analito comprende glucosa, colesterol, acido urico, lactato, gases en sangre, ADN, hemoglobina, oxido mtrico y cetonas en sangre.
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