Малобюджетний електродний чип
Номер патенту: 93084
Опубліковано: 25.09.2014
Автори: Нісканен Антті, Кулмала Аія, Кулмала Сакарі, Лоікас Карі, Пуса Матті
Формула / Реферат
1. Пристрій для досліджень біологічних матеріалів з використанням електрохемілюмінесценції, який містить електроізольовані між собою анод і набір катодів або набір анодів і катод, або набір анодів і катодів, які поєднані на одній опорній для електродів основі в чип, установлений у картридж, всі аноди і катоди мають електричні контакти для з'єднання чипа з блоком збудження люмінесценції, оптичним блоком вимірювання люмінесценції, при цьому чип має щонайменше одну пористу мембрану для введення реагентів і (або) зразка до картриджа.
2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що опорна основа для електродів виконана з ізолюючого матеріалу або частково з провідного та з ізолюючого матеріалу.
3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що катод виготовлений з провідника або з високодомішкового напівпровідника, наприклад з алюмінію або з силікону, з надтонким електроізолюючим шаром оксиду на поверхні товщиною 0,5-50 нм.
4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що анод виготовлений на основі з ізолюючої плівки товщиною не менше 200 нм з покриттям провідною плівкою, яку нанесено шляхом напилення або вакуумного випаровування, або струминного нанесення, або друкування провідною фарбою, або занурення у провідну фарбу.
5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що анод і катод виготовлені з вуглецевої пасти або зі сріблястої фарби чи з будь-якої іншої провідної фарби з фінішним покриттям шаром вуглецевої пасти.
6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пориста мембрана виконана у вигляді пористої плівки для введення реагентів та зразка, яка має товщину менше 100 мкм і розміщена на кожному електроді із забезпеченням гідрофільного контакту.
7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пориста мембрана виконана у вигляді куполоподібної кришки з полімерного матеріалу з якістю пневмоніки, наприклад з ПДМС, і розміщена у верхній частині картриджа чипа.
8. Пристрій за будь-яким з пп. 1, 6 або 7, який відрізняється тим, що пориста мембрана оснащена оптичною збиральною лінзою, оптична вісь якої орієнтована у напрямку оптичного блока вимірювання люмінесценції.
Текст
Реферат: Пристрій для досліджень біологічних матеріалів з використанням електрохемілюмінесценції, який містить електроізольовані між собою анод і набір катодів або набір анодів і катод, або набір анодів і катодів, які поєднані на одній опорній для електродів основі в чип, установлений у картридж, всі аноди і катоди мають електричні контакти для з'єднання чипа з блоком збудження люмінесценції, оптичним блоком вимірювання люмінесценції, при цьому чип має щонайменше одну пористу мембрану для введення реагентів і (або) зразка до картриджа. UA 93084 U (12) UA 93084 U UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ОБЛАСТЬ КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Корисна модель відноситься до аналітичних способів і пристроїв, що використовують явище електрохемілюмінесценції та особливо придатна для проведення окремих видів аналізів та експрес скринінг-тестувань. ПЕРЕДУМОВИ КОРИСНОЇ МОДЕЛІ У теперішній час існує настійна необхідність у швидких, чутливих і кількісних технологіях діагностики. Такі технології широко застосовні в ринкових умовах, включаючи охорону здоров'я, дослідження, сільське господарство, охорону навколишнього середовища, ветеринарну медицину й окремі галузі промислового виробництва. Підвищення чутливості, швидкості, надійності, стабільності та зниження вартості аналізів є чинниками, які після реалізації їх в діагностичних технологіях можуть знайти застосування в абсолютно нових областях. Будь-яка технологія, що відповідає таким вимогам, в майбутньому матиме важливе місце у діагностиці та великий ринковий потенціал. Існує велике кількість різних аналітичних засобів, що використовують у практиці діагностики, наприклад, радіоактивні дослідження, колориметричні дослідження, імунохроматографічні дослідження та дослідження, засновані на флуоресценції і хемілюмінесценції, включаючи електролюмінесценцію (ЕЛ). Тут ЕЛ розглядається як еквівалентна до анодної, так і катодної (індукованої гарячими електронами) електрохемілюмінесценції (ЕХЛ). Індукована гарячими електронами ЕХЛ (КЕХЛ) детально описана в патенті US 6251690 [Kulmala S., та ін.]. Кожний з цих засобів грає певну роль щодо сукупності таких характеристик, як чутливість, надійність, стабільність, швидкість і вартість. Відмінності між існуючими засобами відображають їх залежність від фізичних обмежень або переваг. Так, недоліком застосувань, заснованих на використанні радіоактивних сполук, є розпад міток з часом і надто висока вартість радіоактивних відходів як з точки зору безпеки, так і впливу на навколишнє середовище. Застосування найбільш чутливих досліджень у діагностиці обмежується складною природою тестів і приладів, і лише фахівці можуть виконувати такі дослідження. Складність дослідження зазвичай прямо пропорційна вартості приладу і (або) тесту. Складністю приладів відрізняється технологія, заснована на анодній електрохемілюмінесценції, що набуває зростаючої популярності - прилад є складним лабораторним роботом, поводження з яким вимагає знання справи, а процес вимірювань включає багатократні промивання та підготовчі етапи. Це чинники, які призводять до зростання об'єму відходів, збільшують вартість дослідження і, отже, недоступні для малих лабораторій, лікарських кабінетів тощо (обстеження лежачих хворих або в пунктах надання допомоги). Комерційно вигідні засоби засновані на тому принципі, що аналізовані речовини ідентифікують та вимірюють у сумішах з так званими речовинами-маркерами. У вимірюваннях, що засновані на унікальних властивостях біологічних молекул як, наприклад, в імунних дослідженнях, вимірюваний аналіт (X) може бути селективне сорбований із суміші молекул на пов'язані з ним антитіла у твердій фазі, а потім зв'язані молекули вимірюються за допомогою іншого маркованого антитіла, яке селективне зв'язується з (X). Речовинами-маркерами можуть бути радіоактивні ізотопи, ферменти, молекули, що поглинають світло, флуоресціюють чи фосфоресціюють, хелати деяких металів тощо, які ковалентними зв'язками з'єднуються з антитілом. І навпаки, очищений (X) можна маркувати, а об'єм невідомого немаркованого зразка (X) може бути зміряний шляхом реакції порівняння. Дослідження ДНК і PHK також можуть бути засновані на селективному зв'язуванні (біосхожості). На таких самих принципах можуть бути проведені багато інших хімічних і біохімічних досліджень. У теперішній час для зниження вартості і (або) збільшення точності вимірювань існує тенденція одночасного вимірювання декількох різних параметрів зразка. Однією з можливостей є використання маркерів, які виявляють властивості флуоресценції чи фосфоресценції на різних довжинах хвиль або мають різний час життя люмінесценції. Засоби вимірювань, що використовують в імунодіагностиці, описані у книзі "Керівництво з імунного аналізу" [The Immunoassay Handbook. Edited by David Wild, Stockton Press Ltd., New York, 1994, 618 c]. З рівня техніки відомо, що органічні речовини та хелати металів можуть виступати як речовини-маркери, можуть збуджуватися під дією світла, під електрохімічною дією та люмінесціювати відповідно до специфіки маркера. Засновані на цих явищах засоби особливо чутливі і добре підходять для багатьох типів досліджень біологічних властивостей. Проте, через гранично малі вимірювані концентрації існують певні труднощі - використання флуоресценції може бути ускладнене тиндалевським, релеєвським і раманівським розсіянням. Під час аналізу біологічних матеріалів після прикладання імпульсу збудження, майже без виключення, виникає швидкорозрядна флуоресценція високого рівня. Фосфоресценція у фазі розчину може бути використана, переважно, тільки за наявності хелатів іонів лантанідів зі спеціально 1 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 синтезованими органічними молекулами. Недоліком методів збудження з використанням фотолюмінесцентних маркерів є складність приладів та висока вартість чутливих оптичних компонент. У загальному випадку, перевагою ЕХЛ є низька вартість компонент устаткування для електричного збудження та проста оптика. Порівняно з фотолюмінесценцією, можна уникнути деяких недоліків. Традиційна анодна електрохемілюмінесценція з електродами з інертного металу може бути одержана відносно простими приладами з використанням органічних люмінофорів в неводних розчинниках. Проте, в дослідженнях біологічних властивостей, на яких сконцентровані найбільші комерційні очікування, застосовуються водні розчини. Біологічні зразки майже завжди вводяться в неорганічні розчини, тому вимірювальна система повинна працювати у водних або, в крайньому випадку, у міцелярних водних розчинах. Лише вельми обмежена кількість хелатів металів перехідної групи працює у водних або міцелярних розчинах як ЕХЛ-маркери в анодній ЕХЛ. Найбільш комерційно важливим застосуванням анодної ЕХЛ в аналітичній хімії є 2+ використання похідних хелатів рутенію Ru(bpy)3 , коли визначення маркера відбувається у міцелярній фазі. З літератури відомо, що міцелярні суміші унаслідок неконтрольованої складності міцелярної рівноваги завжди схильні до різних дратівливих ефектів. Подібні системи можуть бути використані у вельми малих комірках детектування у капілярних системах електрофорезу [A. Aurora et al. Anal. Comm. 34 (1997), 303-395]. КЕХЛ, що не залежить від міцел, має багато істотних переваг перед анодною ЕХЛ, її можна застосовувати до імуно- та ДНК гібридизації [Blackburn, G., та ін., 1991, Clin. Chem. 37: 15341539; Kenten, J., та ін. Clin. Chem. 33: 837-879]. В імунних дослідженнях і застосуваннях ДНК- і РНК-проб, що здійснила фірма Roche Diagnostics Ltd., використані магнітні частинки, за допомогою яких речовину-маркер наносять на золотий робочий електрод [Massey; Richard J. та ін. US 5746974; Leland; Jonathan K., та ін. US 5705402]. Проте, відтворюваність обробки магнітолатексних частинок у багатьох випадках утруднена, тому даний спосіб придатний лише для дорогих лабораторних роботів (тобто Elecsys 1010 та 2010), які мають складну і точну систему обробки рідини. Крім цього, постійно працюючий масивний золотий електрод потребує тривалого очищення і попередньої обробки між послідовними аналізами [Elecsys Service Manual (Керівництво з обслуговування Elecsys), с. 70]. Хоча КЕХЛ у багатьох відношеннях є чудовим методом, його недолік у дослідженнях біологічних властивостей полягає у необхідності тривалого інкубаційного періоду для приведення взаємодіючих молекул у рівноважний стан, що необхідний для отримання оптимальної точності аналізу. Встановлено, що значне поліпшення результатів можна досягнути, якщо на робочому електроді розмістити тонку пористу плівку і цим виготовити CIPF (Conductor/Insulator/Porous Film) пристрій [US 2009178924 (A1), Ala-Kleme та ін.]. У традиційній електрохімії електроди іноді встановлюють на одній площині, але теоретично це не працюватиме в електрохімії гарячих електронів, оскільки КЕХЛ випромінюватиметься лише із зовнішніх країв робочого електроду (катода), найближчого до протилежного електроду. Проте під час тестування виявлено, що з ряду причин в електролітичній комірці з достатньо великим об'ємом розчину електроліту КЕХЛ випромінюється рівномірно зі всієї робочої поверхні електроду, навіть якщо протилежні електроди розміщені на тій самій площині на електродному чипі (інтегровані електродні чипи, IE-чип), який зазвичай виготовляють з ізолюючого матеріалу, наприклад скла, кераміки або органічних полімерів. Фірма Labmaster Ltd. (Турку, Фінляндія) працювала зі своїми діагностичними смужками майже десять років, і одержали рішення достатньо простого приладу для досліджень біологічних властивостей, який містить покритий оксидом і поміщений в пластик єдиний шматок силікону та багатоцільову мембрану для введення зразків і реагентів [US 20091789246, AlaKleme та ін.]. Основний недолік цих смужок полягає в тому, що всі вимірювання проводяться в інструментальній комірці, яка повинна бути ретельно вимита та вичищена перед кожним вимірюванням для того, щоб уникнути накладення результатів, проблемним також є псування вбудованого у прилад протилежного електроду. Нещодавно створені одноразові картриджи з виключно точними і відтворними електродами, які забезпечують високу точність результатів в практичних аналізах [FI 20100246, S. Kumala та ін.; FI 20100251, S. Kumala та ін.; FI 20100253, S. Kumala та ін.]. Основою цих винаходів є або використання чипів з Інтегрованими Електродами (ІЕ-чипи), які для використання при детектуванні КЕХЛ містять поєднані на одній площині анод і катод, або Електрод/Електрод-чипи (ЕЕ-чипи), які містять виготовлену з вуглецевої пасти пару електродів будь-якої полярності, і придатні для збудження електролюмінесценції (ЕЛ) маркерів з хелатів лантанідів. ІЕ-чипи та ЕЕ-чипи використовують для біологічних досліджень в одноразових картриджах, таких як 2 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 картриджі для імунних аналізів або ДНК-зондування. ІЕ-чипи та ЕЕ-чипи називатимуться далі однією назвою - електродний чип, Е-чип. Також виявлена можливість визначення двох аналізованих речовин, якщо в КЕХЛ використовувати оптично прозорий робочий електрод та оптично прозорий протилежний електрод [M. Hakansson та ін., Anal. Chim. Acta 541 (2005) 137-141]. Проте включення в один прилад двох лічильників фотонів для детектування виявляється витратною мірою. Набагато кращим рішенням є створення електролітичної комірки, що дозволяє використовувати лише один пристрій детектування світла. Проблемою недавніх винаходів є те, що за допомогою єдиного детектора оптичного випромінювання можна було визначити лише одну аналізовану речовину [FI 20100246, S. Kumala та ін.; FI 20100251, S. Kumala та ін.] або два аналіта [FI 20100253, S. Kumala та ін.]. Дана корисна модель розкриває, як можна виготовити нові багатоцільові E-чипи і використовувати їх як при визначенні багатьох аналізованих речовин, так і однієї аналізованої речовини, за допомогою внутрішніх стандартів чи стандартних домішок або інших способів оцінювання [FI 20100248, S. Kumala та ін.]. Пріоритет, що просять, заснований на патентних заявках FI20100248, S. Kumala та ін.; FI 20100246, S. Kumala та ін.; FI 20100251, S. Kumala та ін.; FI 20100253, S. Kumala та ін. і будь-яка з них є підтвердженням новизни винаходу, що заявляється. Відповідно до даної корисної моделі можна виготовити Ε-чип для багатоцільового використання, що завдяки використання одноразових КЕХЛ та ЕЛ картриджів, які містять згадані Е-чипи, є суттєвим удосконаленням CIPF-приладів [US 2009178924 Al, Ala-Kleme та ін.]. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Фіг. 1 (а). Ε-чип, утворений шляхом розділення диску більшого розміру або пластини на шматочки прямокутної форми. (1) Основа. (2) Протилежний електрод. (3) Робочий електрод. (4) Гідрофобна область або адгезивна стрічка, що охоплює область комірки. (5) Детектор оптичного випромінювання, такий як лавинний фотодіод або труба фотопомножувача. Фіг. 1 (b) Ε-чип, розміщений на круглій основі з ізолюючого матеріалу (нумерація відповідає наведеній вище). Фіг. 1 (с) Ε-чип, в якому контактні накладки зібрані на тільки на одному кінці, (нумерація збережена). Фіг. 1 (d) Ε-чип з дзеркалом увігнутої форми для електродних областей. (1) Основа, (2) Дзеркало увігнутої форми, (3) Детектор оптичного випромінювання. Фіг. 1 (e) Ε-чип з дзеркалом увігнутої форми з набором точкових електродів, електронні контакти яких проходять через Ε-чип (мережа електронних контактів на нижній поверхні чипу). (1) Основа, (2) Робочі електроди, що проходять через чип, (3) Протилежний електрод в середині чипу, (4) Детектор оптичного випромінювання. Фіг. 1 (f) Ε-чип з набором точкових електродів, електронні контакти яких проходять через Εчип, а кришка якого служить збираючою оптичною лінзою для спрямування світла до центру фоточутливої області детектора. (1) Основа, (2) Робочі електроди, (3) Протилежний електрод, (4) ПДМС-кришка, що має форму лінзи, (5) Детектор оптичного випромінювання. Фіг. 2. Дослідження КЕХЛ (TSH) за допомогою Е-чипу з використанням стандартних домішок. Фіг. 3. Результати подвійного імунного аналізу КЕХЛ (TSH) за допомогою E-чипу з робочим електродом з силікону. Фіг. 4. Результати подвійного імунного аналізу КЕХЛ (TSH) за допомогою E-чипу з робочим електродом з силікону. Фіг. 5. 20-позиційний Ε-чип для цілей скринінг-тестування, (а) вигляд збоку, (b) вигляд зверху. (1) Ізолююча або провідна основа, (2) Отримана шляхом напилення або вакуумного випаровування плівка алюмінію або наклеєна на основу алюмінієва фольга, (3) Ізолююча плівка (товщиною більше 300 нм), що утворена способом друкування або адгезією ізолюючої стрічки і має отвори у відповідних місцях, (4) Електроди, які виконані з вуглецевої пасти на поверхні сріблястої фарби, нанесеної на товсту ізолюючу плівку навколо порожнин робочих електродів, з контактними накладками по сторонах чипу. (5) Товстий нанесений друкуванням полімерний шар або укріплений на верхній частині Е-чипу ПДМС-чип, що залишає відкритими робочий електрод і протилежний електрод навколо робочого електроду і визначає остаточний розмір порожнини для зразка. Фіг. 6. Результати імунного аналізу КЕХЛ (TSH) за допомогою 20-позиційного Е-чипу з робочими електродами з алюмінієвої фольги. Фіг. 7. 4-позиційний картридж Е-чипів на основі силікону з ПДМС-камерою, що заповнюється капілярно. (1)Чип з силікону, (2) Товстий захисний шар оксиду (всі сірі області), (3) Надтонка 4нм плівка оксиду на областях робочих електродів (всі світлосірі області), (4) Протилежні 3 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 електроди з контактними накладками на верхній частині захисного шару оксиду (чорний колір), (5) ПДМС-кришка, яка залишає відкритими кути чипу для електричних контактів з окремими протилежними електродами, (6) Мікроканали впускання в камеру зразка (поодинці на кожну камеру зразка), (7) Мікроканали випуску повітря (зображений тільки один з трьох). Фіг. 8. Дослідження КЕХЛ (хелат Tb(III)) за допомогою 4-позиційного картриджа E-чипів з робочим електродом з силікону з використанням стандартних домішок стандартними домішками. ДОКЛАДНИЙ ОПИС КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Відповідно до даної корисної моделі можна проводити аналізи як за допомогою простих і недорогих пристроїв, так і за допомогою більш складних пристроїв, або безпосередньо, або з використанням пористої плівки на поверхні E-чипів незалежно від того проводиться імунний аналіз чи ДНК-гібридизація, застосовуючи внутрішні стандарти чи спеціальні стандартні домішки. Тобто більш ранні пристрої можна значно вдосконалити і в ході єдиного дослідження визначати декілька аналітів. При цьому вимірювальні прилад і картридж можуть бути виготовлені повністю одноразовими, що запобігатиме накладенню результатів аналізів, а виготовлення одноразових картриджів не потребуватиме окремого введення до них робочих та протилежних електродів, як це робилося раніше. У даній корисній моделі запропоновано декілька альтернативних конструкцій. По-перше, всі електроди можуть бути виготовлені шляхом одностадійного напилення або вакуумного випаровування через маску на ізолюючу основу, наприклад, зі скла, кераміки, пластику тощо, після чого електрод, обраний як анод, покривають вуглецевою пастою, наприклад, шляхом трафаретного чи струминного друкування, і зрештою матеріал ділять на чипи. В іншому випадку, можна здійснити двостадійне чи тристадійне напилення або вакуумне випаровування. Для деяких матеріалів зручно на першій стадії виготовити шар з хрому як адгезивний, а потім на хром помістити обраний для робочого чи протилежного електроду матеріал. Водночас хром може бути використаний безпосередньо як протилежний електрод. У цих випадках найбільш зручне те, що у вакуумних камерах існує можливість введення інших масок без підвищення тиску до нормального атмосферного, проте, якщо тривалість знаходження там не дуже важлива, другу маску для покриття областей протилежного електроду (але не для покриття областей робочого електроду) вводять уручну, і на області робочого електроду додають алюміній або високо домішковий кремній - в результаті одержують плівки робочого електроду з силікону або алюмінію та протилежні електроди з хрому. Якщо хром не є достатньо хорошим матеріалом для протилежного електроду, його можна покрити тонкою плівкою вуглецевої пасти і як альтернативу здійснити третю стадію виготовлення, де маски заміщають третьою маскою, яка залишає відкритими лише області протилежного електроду, і додають тонку плівку платини - в результаті робочі електроди з алюмінію або силікону і протилежний електрод/електроди з платини. Найзручніше використовувати електроди з алюмінію, оскільки досить забезпечити їх окислення в атмосфері кисню або навіть в атмосферному повітрі, і Ε-чип підготовлений до покриття гідрофобним матеріалом, щоб забезпечити гідрофобну оболонку областей комірки для покриття біоматеріалами або прямого введення в картридж, який виконаний, наприклад, з пластику/полімерів. У випадку робочих електродів з силікону, їх поверхні спочатку повинні бути окислені або нетривалою дією плазми, або хімічно, або, що більш незручно, шляхом анодного окислення, використовуючи виготовлений анод (у остаточному вигляді) як катод під час анодування силікону. Альтернативно силікон окислюється анодуванням in situ, під час вимірювання КЕХЛ при подачі анодних імпульсів. Іноді кращим рішенням після виготовлення на основі плівки хрому є покриття з алюмінію або високо домішкового кремнію, нанесене на всі обрані області електроду, з додаванням на обрані області протилежного електроду (анодні області) шляхом трафаретного або струминного друкування шару вуглецевої пасти. Коли фарбу з вуглецевої пасти обирають як фінішний шар на всіх електродах, хорошим вибором є використання у якості першого шару з високою провідністю під шаром вуглецевої пасти тільки алюмінію або тільки хрому. Електроди з алюмінію/вуглецевої пасти вигідно використовувати й у разі, якщо вуглецева паста витікає через отвори або порожнини, оскільки алюміній сам по собі може служити електродом. Проте хром не може викликати КЕХЛ або ЕЛ хелатів лантанідів, навіть маючи окислену поверхню і достатньо тонку оксидну плівку. На відповідному етапі матеріал основи ділять на чипи. Звичайно, розділення здійснюють одразу після розміщення на диску основи, виконаної з ізолюючого матеріалу, наприклад із скла 4 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 або пластику, фінішного шару електроду. Іноді до розділення на елементи на робочі електроди краще додати біоматеріали, наприклад шляхом трафаретного чи струминного друкування. Нарізані чипи після покриття області робочого електроду біологічним матеріалом вносять до підготовлених картриджів або половину картриджа, як правило, його нижню частину може безпосередньо утворити сам чип, при цьому друга половина картриджа, що містить пневмоніку, камери, впускні і випускні капали, поміщається на верхню частину чипу. Все це зручно виготовляти, наприклад з полідиметилсилоксана (ПДМС). Якщо велика кількість робочих електродів зібрана на одній пластині, наприклад, для скринінг-тестування, найкраще, щоб верхня частина картриджа була виконана у формі лінзи або містила оптично прозоре вікно у формі лінзи, що збирає світло від усіх окремих робочих електродів, спрямовуючи його на оптичний детектор. Це має сенс також у разі малої кількості світлових плям або смуг від робочих електродів, оскільки чим менше область світлочутливості оптичного детектора, тим нижче в ньому рівень шуму. Такий тип лінз дозволяє використовувати більш дешеві і менш галасливі прилади детектування. ПДМС є прекрасним матеріалом для недорогих лінз такого типу, але звичайно можна також використовувати й багато інших оптично прозорих полімерних матеріалів, наприклад полістирол, поліетилентерефталат та ін. Коли у скринінг-тестуваннях застосовують фотолюмінесценцію з безліччю світлових плям, побудова джерела світла та системи детектування, яка може достатньо точно сканувати всі плями, виявляється вельми дорогою. Стосовно цього Е-чипи на основі КЕХЛ та ЕЛ з безліччю світлових плям або смуг від робочих електродів мають на порядок меншу вартість. Водночас у застосуваннях фотолюмінесценції, якщо світло збудження має проходити через матеріал картриджа, для картриджів слід обирати пластик, оптично прозорий в УФ-діапазоні. Відповідно до даної корисної моделі, цілком достатньо того, щоб вікно картриджа або кришка були достатньо оптично прозорими в діапазоні довжин хвиль випромінювання. Альтернативним рішенням для ефективного фокусування світла є виготовлення основи Ечипу у формі увігнутого дзеркала, що також призводить до об'єднання світлових потоків на детекторі з малою світлочутливою областю, яка розташована у фокусі "увігнутого дзеркала", як описано в одному з прикладів. Інший шлях створення Е-чипів з високо домішкового кремнію заснований на використанні у якості матеріалу основи високо домішкового кремнію, (і) на якому виконують області робочого електроду з оксидними плівками товщиною 4 нм та (іі) спочатку інші частини чипу покривають товстим захисним ізолюючим шаром кремнію, поверх якого (ііі) шляхом напилення, вакуумного випаровування або друкування сріблястою фарбою чи фарбою з вуглецевої пасти, або комбінацією їх шарів виконують протилежні електроди. При цьому утворюється єдиний електричний контакт до всіх робочих електродів, але окремі контакти до кожного протилежного електроду. Недоліком тут є те, що реальна конструкція комірки при використанні має запобігти помилковому протіканню струму до робочого електроду, а це потребує використання оптично прозорої кришки, яка б відокремлювала кожну камеру робочого електроду від інших. Щодо скринінг-тестування, якщо потрібна висока точність і повторюваність, найкращим є використання силіконової основи та покриття шляхом трафаретного або струминного друкування шпичаків робочого електроду. Для скринінг-тестування хорошою альтернативою є виготовлення одноадресних лунок КЕХЛ шляхом (і) початкового одержання товстого шару термостійкого оксиду на високо домішковому кремнії, (іі) подальшого травлення порожнин робочого електроду і виготовлення надтонкого 4нм шару оксиду на дні лунок, (ііі) встановлення окремих електродів з платини або іншого провідника поверх захисного шару оксиду (протилежні електроди), (iv) додавання на верхню частину всієї пластини шару SU-8 та витравлення SU-8 з достатньою великих порівняно з порожнинами робочого електроду порожнин для зразка, так що всі пари робочий електрод/протилежний електрод залишаються непокритими, a SU-8 в результаті формує окремі лунки, які можуть бути використані при електричному збудженні просто правильним вибором протилежного електроду. Аналогічно можна почати (і) з одержання на основі зі скла чи пластику алюмінієвої плівки або наклеювання на основу алюмінієвої фольги, потім (іі) друкуванням ізолюючого полімеру, лакової плівки або плівки з фарби, не чипаючи області обраних робочих електродів або додаючи адгезивну стрічку з отворами в місцях, що відповідають областям обраних робочих електродів формують області робочих електродів, після чого (ііі) на ізолюючому субшарі друкуванням як описане вище (іі) виконують протилежні електроди та (iv) друкуванням з використанням іншої ізолюючої плівки (товще, ніж попередня), формують порожнини для зразка з парами робочий електрод/протилежний електрод при роздільній адресації до них; це може бути виконано також з використанням смуги товстої адгезивної стрічки, що має потрібні розміри 5 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отворів для порожнин при заданому розташуванні. Проте при масовому виробництві цей метод не може бути конкурентним, але він достатній для попередніх випробувань. Третій шлях виготовлення дуже простий, всі області електродів виконують трафаретним або струминним друкуванням в один етап із застосуванням вуглецевої пасти з достатньою провідністю. Якщо провідність вуглецевої пасти обмежена, задачу вирішують шляхом друкування спочатку шару з високою провідністю, наприклад шару сріблястої фарби або шару провідного полімеру тощо, а потім поверх шару вуглецевої пасти. Далі корисну модель пояснюють приклади і пов'язані з ними креслення та діаграми. ПРИКЛАД 1. Виготовлення Е-чипів для імунного аналізу гетерогенного TSH. На Фіг. 1 показані деякі варіанти Е-чипів. Зазвичай чипи виготовляють на основах у вигляді великих пластин або дисків - їх зручніше ділити на прямокутні чипи (Фіг. 1 (а)). Кругла пластикова основа (Фіг. 1 (b)) зручна тим, що надає можливість розділити область комірки на вузькі сектори з електронними контактами на краях дугових чипів - чим менше робочий електрод, тим краще наносити шляхом струминного друкування покриття з таких біологічних матеріалів, як антитіла, антигени, олігонуклеотиди тощо. У реальному тестуванні обрані зразки з достатньо великими шпичаками робочих електродів. Для перших досліджень біологічних властивостей використали виконані на скляній пластині Е-чипи з робочими електродами, що мали вельми великі розміри шпичаків Фіг. 1 (с). Спочатку пластину гравірували плазмою протягом короткого проміжку часу, після чого на всі області електродів через маску напилили шар хрому (99,99 %, Alpha Ventron) (2 і 3 на Фіг. 1 (с)); на плівку хрому через іншу маску, що екранувала область протилежних електродів, напилили тонкий шар алюмінію (99,99 %, Alpha Ventron) (3 на Фіг. 1 (с)); потім через третю маску, що екранувала області робочих електродів, напилили платину, тобто з платини сформували протилежні електроди (2 на Фіг. 1 (с)). Наприкінці пластину розділили на прямокутні частини розміром 20 мм × 20 мм, після чого чипи були відправлені до ексикатору, а алюмінієві електроди помістили на ніч в атмосферу кисню при кімнатній температурі. Після цього область комірки Е-чипів (5 на Фіг. 1 (с)) покрили гідрофобним кільцем, виконаним з адгезивної стрічки з отворами, що обмежували область комірки діаметром 11,0 мм. Області робочих електродів Е-чипів були занурені у покриваючий розчин (180 мкл), що складався з 0,1M MES, 0,03М Н3ВО3, 0,5 мМ К-цитрату, 0,025 % глутаральдегіду, 0,05 % бичачого гама-глобуліну та 10 мкг/мл антитіла (МІТ0406 MOAB анти-hTSH Medix Biotech Inc. USA). Після витримки протягом двох годин у закритому пластиковому об'ємі при кімнатній температурі покриваючий розчин видалили, а комірки двічі промили миючим розчином (50 мм Tris-HCl, pH 7,8, що містив 0,9 % NaCl, 0,09 % NaN3, 0,05 % Tween 20). Потім комірки насичували додаванням 180 мкл розчину (основа 50 мМ Trizma, 0,1 % NaN3, 0,1 % Tween 20, рН 7,5, скоректований H2SO4). Наприкінці Е-чипи висушували протягом 2,5 годин при 30 °C. Марковане антитіло (моноклональний анти-hTSH, клон 5404, 5,5 мг/мл Medix Biochemica Oy Ab) було приготоване реакцією похідних ізотіоцианата хелату Tb(III) (Tb-2,6-біс[N,Nбіс(карбоксиметил)амінометил]-4-бензоілфенол хелат) в 80-кратному молярному надлишку при рН 9,5 протягом ночі при кімнатній температурі. Для відділення кон'югата білкової фракції від надлишку реагенту колонку діаметром 1 см на висоту 5,5 см заповнювали Сефадексом G-50, а подальші 52 см - Сефарозой 6В. 5 Імунний аналіз проведений з використанням пористої плівки (товщиною 6-11 нм, 1 × 10 - 6 × 8 2 10 пор/см , Whatman). Ha мембрани розміром 11 мм × 11 мм піпеткою вводили марковане антитіло (0,5 мкл, 80 мкг/мл) в 50 мм Tris-HCl-буферу, рН7,7, що містило 0,05 % NaN3, 0,9 % NaCl, 0,5 % BSA, 0,05 % бичачого гама-глобуліну та 0,01 %Tween20) та висушували протягом ночі при кімнатній температурі. В тестових пробірках розбавленням стандартного розчину TSH (Wallac, комплект DELFIA hTSH, 324 мм Е/мл TSH) розчином (основа 50мМ Trizma, 0,05 % NaN3, 0,9 % NaCl, 0,5 % BSA, 1 мм CaCl2 * H2O, рН 7,7, скоректований HCl) були приготовані стандартні зразки (концентрація TSH 10,0, 30,0 і 100,0 мм Е/л). Частини мембрани, що містили висушене повторно марковане антитіло, розмістили на гідрофільній області електроду, яка для утворення електролітичної комірки була виконана краплею розчину електроліту. В центр пористої плівки на Е-чипі піпеткою вводили 10 мкл зразка стандартного розчину TSH (30 ммЕ/л). Зразок розчинив марковане антитіло і швидко заповнив порожнину між мембраною та мережею електродів. Через 8 хвилин імунна реакція була достатньо близька до рівноважної і мембрану видалили пінцетом. Ε-чип двічі промили комбінованим промивочно/вимірювальним розчином (50 мм Na2B4O7, 0,1 % NaN3, 0,003 % Tween, рН 7,8, скоректований H2SO4). Додали 120 мкл вимірювального буферу і за допомогою електрохемілюмінометра виміряли тимчасову залежність інтенсивності КЕХЛ при підключенні імпульсного генератора по черзі до кожного робочого електроду. 6 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вимірювальний прилад містив керований лічильник фотонів SR 400 (Stanford Research Instruments), багатоканальний перелічувальний пристрій Nucleus MCS та виготовлені розробником кулоностатичний генератор імпульсів і камеру з комірками (пластик чорного кольору), а також модуль лічильника фотонів CPM (Perkin Elmer). Амплітуда імпульсів дорівнювала - 25 В, заряд в імпульсі 15 мкКл/імп., частота імпульсів 20 Гц, тимчасовий дозвіл інтенсивності КЕХЛ з інтеграцією по 100 циклах збудження, час затримки 0,05 мс та вікно вимірювання 6,0 мс. В результаті швидко були отримані 5 повторних вимірювань одного об'єкта. Сигнали лічильника фотонів дорівнювали 875, 814, 856, 802 та 819 фотонів. Середнє значення складало 832,2 з погрішністю 3,7 %. Отже, 5 повторними вимірюваннями при кожній концентрації можна швидко отримати калібрувальні криві. При використанні електродів з дуже малими шпичаками (скринінг-тестування) при відносно великій площі комірки краще використовувати основу, виконану шляхом формування, гарячого тиснення тощо у формі увігнутого дзеркала (1 Фіг. 1 (d)), а оптичний детектор розміщувати у фокусі уявного дзеркала (3 Фіг. 1 (d)). Для таких пристроїв добре підходять вбудовані у ПДМС провідні штирі, кінці яких покривають вуглецевою пастою. У пристрої такого типу пучок проводів з алюмінію (30 проводів навколо одного, трохи більшого, центрального дроту з неіржавіючої сталі) (анод) ввели у форму для відливання ПДМС (діаметром 20 мм). Щоб переконатися, що всі електроди не мають покриття ПДМС, внутрішню поверхню "увігнутого дзеркала" механічно відполірували за допомогою гладкої піщаної шліфувальної шкірки та остаточно - гідросумішшю оксиду алюмінію, після чого електроди залишили для окислення протягом ночі на повітрі. При випробуваннях з 1 мкМ розчином хелату Tb(III) дослідили роботу кожного з точкових робочих електродів, виконаних з алюмінієвого дроту, але CV виявився 12 %, що вказало на недосконалість форми "увігнутого дзеркала". Простими засобами виготовлення точкових електродів в ПДМС чи в інших типах полімерів є виготовлення спочатку отворів у чипі з подальшим їх заповненням провідною фарбою, наприклад вуглецевою пастою з достатньою провідністю або сріблястою фарбою, яку, щоб отримати електрод з вуглецевої пасти на чипі з контактом до чипу зі сріблястої фарби, фінішно покривають вуглецевою фарбою. Виготовити безліч дуже маленьких точкових, призначених для КЕХЛ електродів дозволяє пористий керамічний матеріал, наприклад пористі фільтри з оксиду алюмінію, шляхом відливання алюмінію у пори і встановлення контактів знизу, що, проте, не дуже легко. Коли встановлення точкових робочих електродів відповідно до Фіг. 1 (е) та Фіг. 1 (f) було випробуване у розчині хелатів Tb(III), виявлено, що при встановленні електродів на увігнуту основу порівняно з їх встановленням їх на плоскій основі можна отримати лише незначне поліпшення. Декілька кращі результати отримані з відносно великими ПДМС лінзами при встановленні, як показано на Фіг. 1 (f). ПРИКЛАД 2. Виготовлення Е-чипів для використання зі стандартними домішками. Е-чипи були виготовлені як у Прикладі 1, але замість прикріплення адгезивної стрічки з єдиним круглим отвором в ній на електродний чип була прикріплена наклейка з тефлону (Irpola Oy, Турку, Фінляндія), товщиною 0,25 мм з п'ятьма круглими отворами, точно співпадаючими за розміром з розмірами робочих електродів (діаметр 3,0 мм). Області робочих електродів Е-чипів були занурені у покриваючий розчин (50 мкл), що складався з 0,1 M MES, 0,03MH3BO3, 0,5 мм K-цитрату, 0,025 % глутаральдегіду, 0,05 % бичачого гама-глобуліну та 10 мкг/мл антитіла (МІТ0406 MOAB анти-hTSH Medix Biotech Inc. USA). Після витримки протягом однієї години в закритому пластиковому об'ємі при кімнатній температурі покриваючий розчин видалили, а лунки в адгезивній плівці двічі промили промивальним розчином (50 мм Tris-HCl, pH 7,8, що містив 0,9 % NaCl, 0.09 % NaN3 та 0,05 % Tween 20). Потім лунки насичували додаванням 50 мкл розчину (основа 50 мМ Trizma, 0,1 % NaN3, 0,1 % Tween 20, pH 7,5, скоректований H2SO4). Після насичення Е-чипи висушили протягом 2,5 годин при 30 °C. Зі стандартного розчину hTSH 30 ммЕ/л відібрали зразок та розділили його на п'ять порцій по 30 мкл в тестові пробірки. До двох з них додали лише по 10 мкл вимірювального буферу та перемішали; до наступної порції додали 3,0 мкл 324 ммЕ/л стандартного hTSH та 7,0 мкл вимірювального буферу та перемішали; до наступної порції додали 6 мкл 324 ммЕ/л стандартного hTSH та 4,0 мкл вимірювального буферу і перемішали; а до останньої порції - 9 мкл 324 ммЕ/л стандартного hTSH та 1,0 мкл вимірювального буферу і перемішали. Потім у мініатюрні лунки в адгезивній плівці піпеткою вводили по 25 мкл зразків з кожної пробірки разом з 1,0 мкл маркованого антитіла (40 мкг/мл 50 мм Tris-HCl буферу, рН7,7, що містило 0,05 % NaN3, 0,9 % NaCl, 0,05 % BSA, 0,05 % бичачого гама-глобуліну та 0,01 %Tween 20). Після витримки протягом 15 хвилин чип промили струменем промивального розчину (50 мм 7 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Tris-HCl, pH 7,8, що містив 0,09 % NaN3 та 0,05 % Tween 20), а стрічку видалили та замінили плівкою ПДМС (товщиною 2 мм) з круглими отворами через ПДМС-чип, остаточно формуючи вимірювальну комірку, яку приєднали до Е-чипу та додали 200 мкл вимірювального буферу (50 мм Na2B4O7, 0,1 % NaN3, 0,003 % Tween, pH 7,8, скорегований H2SO4.). Інтенсивність КЕХЛ від кожного робочого електроду була по черзі виміряна з тими ж параметрами вимірювання, що в Прикладі 1. Результати представлені на Фіг. 2. ПРИКЛАД 3. Виготовлення Е-чипів для одночасного визначення TSH і CRP. Одночасно визначали С-реактивний білок (hCRP) та тіреотропний гормон (hTSH). Один з робочих електродів був покритий обома антитілами для їх виявлення, два робочих електрода були покриті антитілами, захоплюючими hTSH, а решта два - антитілами, захоплюючими hCRP. Анті-hTSH та анти-hCRP були марковані похідними ізотіоцианата хелату Tb(III) (Tb-2,6-бic[N,Nбic (карбоксиметил)амінометил]-4-бензоілфенол хелат) по аналогії з Прикладом 1. Е-чипи типу представленого на Фіг. 1 (с) з силіконовими електродами були виготовлені на скляній пластині шляхом напилення і використання у якості джерела високо домішкового 2 кремнію пластин кремнію n-типа (питомий опір 0,005-0,018 ОM/cм тa орієнтація (1 1 1), Okmetic Oy, Фінляндія). Електроди помістили па ніч в ексикатор для окислення в атмосфері кисню при кімнатній температурі. Після цього протилежний електрод уручну покрили через маску вуглецевою пастою (Creative Materials 110-04 Carbon Ink. Tyngsboro, Ma, USA) і залишили для витримки на ніч. Покриття основними антитілами проводили з використанням тефлонових спікерів з утворенням мікролунок для етапів витримки як у Прикладі 2. У кожну обрану мікролунку піпеткою вводили 30 мкл анти-hTSH (125 мкг в 30 мкл анти-hTSH, МІТ0406 Medix Biotech Inc. USA, 0,1MMES, 0,03 M борату, 0,5мМК-цитрату, 0,025 % глутаральдегіду, 0,05 % бичачого гамаглобуліну) та витримували разом з покриттям анти-CRP протягом 2 годин при кімнатній температурі (нижче). Три мікролунки покрили, як сказано вище, анти-hTSH, а дві - анти-hCRP. У мікролунки, що залишилися піпеткою вводили 30 мкл анти-hCRP (анти-hCRP, 6404, Medix Biochemica Oy, Фінляндія, 100 мкг в 30 мкл, 50 мм Tris-HCl буферу, pH 7,8, що містив 0,05 % NaN3, 0,9 % NaCl, 0,05 % бичачого гама-глобуліну). Час витримки складав, як вказано вище, 2 години. Після цього мікролунки двічі промили промивальним розчином (50 мм Tris-HCl буферу, рН7,8, що містив 0,09 % NaN3, 0,9 % NaCl, 0,05 % Tween 20), а електроди піпетували 30 мкл насичувальним розчином (50 мм Tris-HCl буферу, рН 7,8, що містив 0,9 % NaCl, 0,05 % NaN3, 0,1 % BSA, 6 % D-сорбітол) та витримували протягом 45 хвилин. Наприкінці мікролунки аспірували до спустошення та залишили висихати протягом 2,5 годин при 30 °C. Для подвійного імунного аналізу приготували наступний стандартний розчин: hCRP 0 нг/мл та hTSH 0 ммЕ/мл (чистий розчин); hTSH 10 ммЕ/мл; hTSH 100 ммЕ/мл; hCRP 10 нг/мл; hCRP 100 нг/мл. На етапі імунного аналізу в лунки 2-3 додавали 20 мкл стандартного розчину hTSH та 1,0 мкл маркованого анти-hTSH (80 мкг/мл, клон 5404, Medix Biochemica OyAb, 50мМ Tris-HCl буферу, рН 7,7, що містив 0,9 % NaCl, 0,05 % NaN3, 0,5 % BSA, 0,05 % бичачого гама-глобуліну, 0,01 % Tween 20,1 мм CaCl2 * H2O), а в лунки 4-5-20 мкл стандартних розчинів hCRP та 1,0 мкл маркованого хелатом Tb розчину анти-hCRP (74 мкг/мл, Medix Biochemica Oy Ab, анти-hCRP клон 6404, рН 7,7, що містив 0,9 % NaCl, 0,05 % NaN3, 0,5 % BSA, 0,05 % бичачого гамаглобуліну, 0,01 % Tween 20, ImM CaCl2 * H2O). Так само у лунку 1 був доданий чистий розчин. Через 15 хвилин витримки лунки промили вимірювальним буфером (0,05 M тетра борату натрію, буфер, доведений сірчаною кислотою до рН 7,8, 0,1 % NaN3), а початкові тефлонові стікери обережно видалили та замістили адгезивною стрічкою, залишаючи для використання круглу комірку діаметром 11,0 мм. Додали 120 мкл вимірювального буферу та вимірювали інтенсивність КЕХЛ по черзі для кожного електроду, встановивши ті ж вимірювальні параметри як у Прикладі 1, за винятком того, що безпосередньо перед вимірюваннями 20 анодних 6 В імпульсів (20 мкКл/імп.) були подані на робочі електроди. Результати представлені на Фіг. 3. При випробуваннях Е-чипів за Прикладом 1 отримані декілька кращі результати, ніж з використанням силіконових електродів за цим прикладом. ПРИКЛАД 4. Виготовлення Е-чипів з електродами з вуглецевої пасти для одночасного визначення TSH і CRP. Відмічено, що Tb(III)-маркери можна збуджувати при використанні електродів з вуглецевої пасти [FI 20100253, S. Kumala та ін.], та представлені нижче вимірювання підтверджують, що ЕЛ з невідомим механізмом, очевидно, має катодне походження. Потужність цих електродів та ця ЕЛ такі, що електроди можуть бути успішно використані і як катоди, і як аноди, отже, обидві 8 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 полярності можуть бути використані під час єдиного вимірювання, якщо для цього є якісь причини. Для експерименту спочатку був виготовлений чип за Прикладом 1. Вже присутні на чипі електроди через маску покрили вуглецевою пастою (Creative Materials 110-04 Carbon Ink, Tyngsboro, MA, USA), імітуючи трафаретне друкування. Вуглецеву пасту залишили для витримки протягом 24 годин при кімнатній температурі. Після чого провели подвійні імунні дослідження hTSH і hCRP як у Прикладі 3, за винятком -4 того, що вимірювальним буфером був 0,05 M Na2B4O7 (рН 9,2, що містив 2 × 10 M K2S2O8), а напруга в імпульсі - 35 В. Ці результати представлені на Фіг. 4. ПРИКЛАД 5. Виготовлення Е-чипів для цілей скринінг-тестування. Простий Ε-чип для скринінг-тестування виготовлений шляхом наклеювання на пластиковий чип (10 мм × 36 мм) алюмінієвої фольги (Pirkka Vahva Alumiinifolio, Kesko Oyj, Фінляндія). На адгезивну плівку, призначену для книжкових обкладинок, через маску нанесли сріблясту фарбу (Bison electro G-22, Bison Inc., Нідерланди), так були створені форми протилежних електродів (4, Фіг. 5). Після отвердження сріблястої фарби через ту саму маску був доданий інший шар, але тепер з вуглецевої пасти (Creative Materials 110-04 Carbon Ink, Tyngsboro, MA, USA). Після того, як так само, методом трафаретного друкування, були виконані протилежні електроди, в покритій протилежними електродами адгезивній стрічці з використанням маски як інструменту позиціонування просвердлили отвори (діаметром 3,0 мм). Потім плівку з перфорованої стрічки закріпили на алюмінієвій фользі так, що відповідний край алюмінієвої фольги залишився непокритим для виконання на нім електронних контактів до робочого електроду. Після цього тефлоновий стікер (товщиною 0,25 мм, Irpola Oy, Турку, Фінляндія) з отворами, що були виконані 4-мм свердлом, розмістили поверх раніше виконаного адгезивного шару. Таким чином, були створені порожнини для зразка, висотою 0,25 мм і діаметром 4,0 мм. На дні порожнини знаходився круглий робочий електрод діаметром 3,0 мм, а навколо нього - круглий протилежний електрод з вуглецевої пасти, шириною 0,5 мм. Єдиною проблемою, що пов'язана з даним чипом, була необхідність переміщати чип у відповідне положення в оптичній вимірювальній камері електрохемілюмінометра, тобто в одному положенні можна було провести тільки два вимірювання, після чого чип знову необхідно було переустанавлювати в потрібне положення. У реальній продукції це можна легко забезпечити за допомогою крокового двигуна. Такий вид роздільних електрично визначених порожнин можна спочатку покривати необхідним біоматеріалом, або такий вид чипів може бути також добре використаний у кількісних багатокомпонентних дослідженнях, при використанні стандартних додаткових вимірювань або отриманні великої кількості повторних вимірювань від одного аналіту. У нашому випадку порожнини для зразка були покриті антитілами анти-hTSH та проведені вимірювання hTSH як у Прикладі 1 з використанням тих самих стандартних розчинів, але тепер здійснюючи два окремих чистих вимірювання з калібрувальною кривою трьох стандартів з подвійними вимірюваннями "невідомого" зразка, що отриманий сумішшю стандартів 10 ммЕ/л та 100 ммЕ/л у співвідношенні 1: 1 (тобто концентрація зразка складала 55 ммЕ/л або 55 мкМЕ/мл. Графік калібрування і вимірювання зразка наведений на Фіг. 6. ПРИКЛАД 6. Виготовлення Е-чипів з парами електродів з вуглецевої пасти для цілей скринінг-тестування. Спочатку був виготовлений чип за Прикладом 5, з тією відмінністю, що поверхню алюмінієвої фольги спочатку повністю покрили тією ж вуглецевою настою, як у попередньому прикладі. Так, були створені пари вуглець/вуглецевих електродів у роздільних порожнинах, що мають роздільну адресацію. Їх функціональність була тестували 1,0 мкМ розчином Tb(III)-2,6-4 біс[N,N-біс (карбоксиметил)амінометил]-4-бензоілфенол хелат (рН9,2, 2 × 10 M K2S2O8), а напруга в імпульсі 65 В, заряд в імпульсі 25 мкКл/імп., частота імпульсів 20 Гц, інтенсивність ЕЛ інтегрована по 1000 циклах збудження, час затримки 0,05 мс, вікно вимірювання 6,0 мс. Погрішність вимірювань складала 9,2 %, що непогано для саморобних пристроїв. Електроди легко витримували 1000 циклів збудження без втрати початкової інтенсивності ЕЛ. ПРИКЛАД 7. Виготовлення картриджів з Е-чипів, в яких не вимагається покриття електродів біоактивним матеріалом, на основі силікону для використання зі стандартними домішками. Чип виконаний з силікону з високою провідністю (1, Фіг. 7), який для отримання оксидної плівки на поверхні товщиною більше 300 нм окислений термічним шляхом (2, Фіг. 7). Ця оксидна плівка є електричною ізоляцією між металізацією протилежного електроду та силіконовою основою. Проводили травлення областей робочого електроду, в яких шляхом термічного окислення сформований оксид з тунелями товщиною 4 нм. Області темно-сірого кольору на цьому кресленні вказують, де зберігся захисний шар оксиду. 9 UA 93084 U 5 10 15 20 25 30 35 Чотири протилежні електроди дротяного типу виготовлені шляхом осадження шару платини товщиною 200 нм поверх шару хрому товщиною 10 нм (4, Фіг. 7). Такому металізованому шару додана форма піднятої ділянки для формування протилежних електродів в областях комірки для зразка та контактних накладок на кожному розі чипу. Металізація на кресленні відображена чорним кольором. Зворотну сторону чипу очистили травленням від оксиду і для поліпшення електричного контакту металізували алюмінієм, після чого пластину нарізали на чипи розміром 20 мм × 20 мм. ПДМС-кришку утворили відливанням ПДМС основи разом з доданою сумішшю домішок. Після затвердіння кришку вийняли з форми та закріпили на електродному чипі для утворення камер зразка (3, Фіг. 7), каналів введення зразка (6, Фіг. 7) та каналів відведення повітря (7, Фіг. 7). Області, що на кресленні обмежені переривистою лінією, показують ПДМС-кришку (5, Фіг. 7), яка залишає незакритими контактні накладки протилежних електродів по кутах чипу. У межах кришки ПДМС безпосередньо контактує з електродним чипом, виключаючи області каналів або камер для зразка. У круглих камерах для зразка (3, Фіг. 7) прямокутні опори, що контактують з чипом, підтримують перекриття камери. Об'єм камери для зразка складав 15,0 мкл. Модельною аналізованою речовиною у даному експерименті обрали хелат Tb(III)-2,6біс[N,N-біс(карбоксиметил)амінометил]-4-бензоілфенол. "Невідома" концентрація аналізованої речовини у зразку складала 100 nM. При випробуваннях перша камера для зразка була залишена порожньою, а три інші камери піпетували розчином хелату Tb(III) з концентрацією 1,0 мкМ об'ємами 3,0, 6,0 та 9,0 мкл відповідно, а кришка була висушена (тобто в камери було додано 3,0, 6,0 та 9,0 nM хелату). Кришку встановили на Ε-чип на рамці, що забезпечувало достатній тиск між ПДМС-кришкою та Е-чипом для додання йому герметичності. Правий і лівий краї ПДМС-Е-чипу по черзі занурювали у розчин зразка (100 nM розчину хелату Tb(III)), і в чотирьох камерах для зразка рідина під дією капілярних сил рухалася по впускних каналах (6, на Фіг. 7). Коли камери були заповнені, повітря пішло по тонших каналах до краю ПДМС-кришки (7, Фіг. 7, на кресленні приведений тільки один з трьох каналів випуску повітря в кожній камері). Таким чином, одна з камер містила тільки зразок, а інші - зразок з добавкою стандартів. Чип витримали протягом 8 хвилин для розчинення доданих стандартів, виміряли інтенсивність КЕХЛ як у Прикладі 2, за винятком того, що в даному випробуванні імпульсна напруга дорівнювала 30 В, заряд імпульса 20,0 мкК/пульс, a КЕХЛ інтегрували по 1000 циклах збудження. Області робочого електроду в даному чипі були настільки великі, що для кожного вимірювання потрібно було заново встановлювати чип у вимірювальній камері. Фіг. 8 показує графік стандартних домішок в експерименті. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Пристрій для досліджень біологічних матеріалів з використанням електрохемілюмінесценції, який містить електроізольовані між собою анод і набір катодів або набір анодів і катод, або набір анодів і катодів, які поєднані на одній опорній для електродів основі в чип, установлений у картридж, всі аноди і катоди мають електричні контакти для з'єднання чипа з блоком збудження люмінесценції, оптичним блоком вимірювання люмінесценції, при цьому чип має щонайменше одну пористу мембрану для введення реагентів і (або) зразка до картриджа. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що опорна основа для електродів виконана з ізолюючого матеріалу або частково з провідного та з ізолюючого матеріалу. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що катод виготовлений з провідника або з високодомішкового напівпровідника, наприклад з алюмінію або з силікону, з надтонким електроізолюючим шаром оксиду на поверхні товщиною 0,5-50 нм. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що анод виготовлений на основі з ізолюючої плівки товщиною не менше 200 нм з покриттям провідною плівкою, яку нанесено шляхом напилення або вакуумного випаровування, або струминного нанесення, або друкування провідною фарбою, або занурення у провідну фарбу. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що анод і катод виготовлені з вуглецевої пасти або зі сріблястої фарби чи з будь-якої іншої провідної фарби з фінішним покриттям шаром вуглецевої пасти. 6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пориста мембрана виконана у вигляді пористої плівки для введення реагентів та зразка, яка має товщину менше 100 мкм і розміщена на кожному електроді із забезпеченням гідрофільного контакту. 10 UA 93084 U 5 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пориста мембрана виконана у вигляді куполоподібної кришки з полімерного матеріалу з якістю пневмоніки, наприклад з ПДМС, і розміщена у верхній частині картриджа чипа. 8. Пристрій за будь-яким з пп. 1, 6 або 7, який відрізняється тим, що пориста мембрана оснащена оптичною збиральною лінзою, оптична вісь якої орієнтована у напрямку оптичного блока вимірювання люмінесценції. 11 UA 93084 U 12 UA 93084 U 13 UA 93084 U 14 UA 93084 U 15 UA 93084 U 16 UA 93084 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 17
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюLow-cost electrode chip variants and methods for multi analyte analysis and referencing based on cathodic electroluminescence
Автори англійськоюKulmala, Sakari, Niskanen, Antti, Kilmala, Aija, Loikas, Kari, Pusa, Matti
Автори російськоюКулмала Сакари, Нисканен Антти, Кулмала Аия, Лоикас Кари, Пуса Матти
МПК / Мітки
МПК: G01N 21/66, G01N 21/76
Мітки: чіп, електродний, малобюджетний
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/19-93084-malobyudzhetnijj-elektrodnijj-chip.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Малобюджетний електродний чип</a>
Попередній патент: Інтегрований вуглецевий електродний чип для електричного збудження хелатів лантанідів
Наступний патент: Спосіб контролю теплопровідності чавунів
Випадковий патент: Концентратор космічної енергії "сніжинка"