Соединённые Штаты Америки

Публикация патента

№US 2009/0242429А

Дата публикации :1 октября 2009

Электрохимический биосенсор

Изобретатели: Равиль Ситдиков, Альбукерке, (США)

Дмитрий Ивницкий, Альбукерке (США)

Габриэль Лопез ,Альбукерке (США)

Брайана Рамирез ,Лима, (США),

Пламен Атанасов. Альбукерке,(США)

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Простой, быстрый, исключительный и высоко чувствительный метод анализа и доступное устройство для определения вирусов, бактерий, протеинов, ДНК, и/или органических /неорганических составляющих. Конструкция сенсора многослойная, в которой каждый последующий слой выполняет свою функцию. Конструкция также позволяет расположить множество микроскопических электродных преобразователей (датчиков) на маленькой площади биочипа, что приводит к высоко плотному выстраиванию сенсоров.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ БИОСЕНСОР

ЗАЯВЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ФИНАНСИРОВАНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРАВИТЕЛЬСТВОМ

Это исследование сделано при поддержке Правительства по

Грантам DMR -0611616 и CTS-0332315, предоставленных Национальным Фондом Науки. Правительство США обладает соответствующими правами на это изобретение.

СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Изобретение относится к областям технологии электрохимических пропускающих сенсоров и молекулярной диагностики. Точнее, изобретение относится к сенсорам для определения вирусов, бактерий,

протиенов, ДНК и таких составов, как загрязняющие вещества, запрещённые лекарства и т.д. в воздухе, воде, пище и сложных биологических составах, таких как кровь или слюна, в режиме реального времени.

2. Описание технологии

Необходимость улучшить качество и доступность медицинской помощи при одновременном сокращении расходов

щироко известна , как серьезный вызов , с которым сталкиваются национальные системы здравоохранения . Такие важные улучшения в здравоохранении, как доступность, качество и низкая стоимость возможны

при применении системы научной экспертизы для уменьшения посредством знания необходимых клинических действий в децентрализованных учреждениях здравоохранения.

Хорошо известны обычные системы анализирования , которые могут распознавать вирусы . Однако многие известные системы анализирования страдают от помех , вызванных материалами образцов. Время и труд, необходимые для выполнения анализа так велики, что анализ становится безполезным и , поэтому, применяют менее чувствительные средства для анализа. Например, стандартный метод диагностики гриппа – изоляция вируса от культуры , сбор которой занимает несколько дней. Иммунодиагностический подход основан на сборе вируса гриппа с основного субстрата , который взаимосвязан с антителами , специфичными для этих целей, и затем привязка показателей, которые производят тип опредленного сигнала, соответствующий искомым молекулам. Обычно такой анализ выполняется с использованием биомолекулярного распознавания между искомыми молекулами и антителами с отметками в виде энзимов или окрашенных молекул. Один быстрый тест на определение вируса гриппа требует около четырёх часов, требует флюоресцентный микроскоп и специалистов, имеющих опыт в чтении флюоресцентных слайдов. Тесты быстрой диагностики вирусов гриппа А и В путём прямого/непрямого иммунофлюоресцентного анализа на отшелушенных носонёбных клетках показывает вариативную чувтвительность (от 40 до 100 %) с учётом специфических условии (86 -99%) и требуют сложных и дорогих инструментов .Эти анализы сложно проводить в нелабораторных условиях…

… Существующие диагностические тесты ELSA недостаточно чувствительны и определяют протеины на уровне, соотвествующем уровню заболевания. Следовательно, эти виды средств диагностики имеют некоторые ограничения, которые должны быть преодолены:

1) они медленно распознают наличие искомого вируса

2) им недостаёт адекватной чувствительности

3) биоаналитические системы редко бывают портативными и требуют подготовленного персонала для правильного управления ими.

Другие ограничения:

Сложность оснащения , многоступенчатость , высокая стоимость и

трудоёмкость. В здравоохранении требуется создание новых диагностических систем для преодоления этих пробелов. Маленькие, быстрые и дешёвые биосенсорные устройства с высокой чувствительностью и производительностью очень необходимы для замены требующих времени лабораторных анализов.

Например, быстрая детекция и идентификация обоих типов гриппов (А и В) в клинических пробах, воде, пище и воздухе имеет большое значение при медицинских, пищевых и водных тестах безопасности и в области экологического мониторинга. Быстрая детекция гриппа позволила бы применять антивирусную терапию и, что очень важно, антитела, активные против А и В.

Быстрая детекция также может уменьшить использование антибиотиков у пациентов с респираторными инфекциями.

Возможность использовать одну пробу для многоцелевых тестов предпочтительнее для пациентов и профессионалов здравоохранения.

Переносные , личного использования, высоко чувствительные и быстрые биоаналитические устройства/сенсоры срочно требуются для ранней диагностики и лечения разных болезней. Возможность получить результаты анализов у постели пациента в течение нескольких минут улучшают мониторинг развития болезни и терапию пациента.

На протяжении последних нескольких лет появилось большое количество публикаций по альтернативным электрохимическим иммуноаналитическим техникам. Электрохимические биосенсоры играют

ведущую роль в движении к упрощённым тестам, включающим устройства

для домашнего использования. Например, простые в использовании глюкозные считыватели доминируют на рынке больных сахарным диабетом. Эти доступные энзимные электроды генерируют аналитическую информацию за 5-10 секунд . Таким образом, привлекательные возможности электрохимических биоустройств являются многообещающими для достижения эффективной диагностики и мониторинга терапии. Более

быстрые, меньшего размера и дешёвые биоаналитические устройства остро требуются для замены долговременных лабораторных анализов.

ОБОБЩЕНИЕ

Разные варианты конструкции настоящего открытия обезпечивают простой, быстрый, исключительный и высокочувствуительный химический метод анализа и устройство для определения вирусов, бактерий, протеинов, ДНК и/или органически/неорганических составов. Сенсор в данном изобретении является многослойной конструкцией, в которой каждый слой выполняет свою функцию. Уменьшенные размеры позволяют располагать множество микроскопических электродных датчиков на малой площади биочипового устройства, что делает конструкцию высоко плотной. Настоящее открытие обезпечивает определение специальных цели поиска при низкой концентрации, за небольшое время. Устройство может быть использовано в полевых условиях, за пределами хорошо оснащённой лаборатории. Не требуется сложное оборудование…