BR112020020523A2 - Sistemas de amplificação de luminescência - Google Patents
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Abstract
um sistema de amplificação de luminescência pode incluir um sensor de amplificação de luminescência tendo um substrato e um grupo de nanofingers com nanofingers individuais que podem ser flexíveis e incluem uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato, e parte intermediária entre a extremidade do suporte e a ponta distal. um revestimento de um metal ou liga metálica pode ser aplicado ao substrato e à ponta distal que é condutivamente contínua. a parte intermediária pode ser desprovida de revestimento ou o revestimento da parte intermediária é condutivamente descontínuo. um ejetor de líquido pode estar presente e pode incluir um bocal de jateamento para ejetar uma gotícula de líquido com um volume de 2 pl a 10 µl. o grupo de nanofingers e o bocal de jateamento podem ser posicionados um em relação ao outro, para que a gotícula seja depositada no grupo de nanofingers.
Description
[001] Os sistemas de detecção de luminescência podem medir a ressonância de plasmônio em superfície localizada, espalhamento de fótons e semelhantes. Por exemplo, a ressonância pode ocorrer quando os elétrons, na superfície de um substrato, que em alguns contextos podem ser referidos como um sensor, oscilam em resposta a comprimentos de onda de luz específicos. Os sistemas de detecção de luminescência geralmente podem ser utilizados para determinar a identidade química e/ou informação estrutural de uma molécula nos campos das ciências de polímeros e materiais, bioquímica, biodetecção, catálise, eletroquímica, etc. Mais especificamente, esses tipos de sistemas podem ser usados na detecção de moléculas em amostras biológicas, doenças e explosivos, bem como na determinação do arranjo físico dos átomos em uma molécula.
[002] Entende-se que as figuras no presente documento são representativas dos exemplos apresentados e não devem ser consideradas como particularmente limitantes. Além disso, as figuras não estão necessariamente em escala, mas representam exemplos.
[003] A figura 1A representa esquematicamente um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência de acordo com exemplos do presente documento; a figura 1B representa esquematicamente um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência de acordo com os exemplos do presente documento; a figura 2A representa, esquematicamente, uma vista superior de um substrato com nanofingers flexíveis dispostos em um grupo de acordo com exemplos do presente documento; a figura 2B representa, esquematicamente, uma vista superior de um substrato com nanofingers flexíveis dispostos em um grupo de acordo com exemplos neste documento; a figura 2C representa esquematicamente uma vista superior de um substrato com nanofingers flexíveis dispostos em um grupo de acordo com exemplos neste documento; a figura 3 representa, esquematicamente, uma vista superior de um substrato com vários grupos de nanofingers flexíveis dispostos em grupos de acordo com os exemplos deste documento; a figura 4 representa, esquematicamente, um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência distribuindo uma pequena gotícula que assenta em uma ponta distal de um nanofinger, sem atingir o substrato de acordo com os exemplos do presente documento; a figura 5 representa, esquematicamente, um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência ilustrando um exemplo de ejeção cronometrada das gotículas de acordo com exemplos neste documento; a figura 6 representa, esquematicamente, um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência ilustrando um exemplo de uma ejeção temporizada alternativa das gotículas de acordo com exemplos do presente documento; a figura 7 representa, esquematicamente, um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência de acordo com exemplos do presente documento; a figura 8 representa, esquematicamente, um exemplo de um sistema de amplificação de luminescência de acordo com exemplos do presente documento; e a figura 9 representa, esquematicamente, um exemplo de um método de detecção de um analito de acordo com exemplos do presente documento.
[004] Sensores de luminescência para detecção de analito e/ou detecção de arranjo molecular podem ser preparados embebendo o sensor em uma solução contendo composto alvo para adsorver a solução na superfície do sensor e, em muitos casos, enxágue do sensor para remover moléculas fracamente ligadas e/ou para evitar que um gradiente de concentração se forme no sensor, geralmente seguido de secagem do mesmo. Este processo pode ser demorado e, em alguns casos, etapas adicionais de enxágue e secagem podem ser acrescidas para melhorar as características do sensor, por exemplo, para controlar o fechamento do nanofinger ou para outra metodologia. Por exemplo, para aumentar a sensibilidade de um sensor, tal como para uso com líquidos contendo uma baixa concentração de um composto ou analito alvo, por exemplo, às vezes até mesmo detecção de molécula única, uma metodologia de fechamento de nanofinger mais precisamente controlada, previsível e/ou uniforme pode ser útil na prática. Por conseguinte, os sistemas de amplificação de luminescência descritos neste documento podem permitir a preparação menos tediosa e demorada de um sensor de amplificação de luminescência e tais sensores de amplificação de luminescência podem exibir boa sensibilidade quando usados com os sistemas descritos neste documento.
[005] De acordo com isso, um sistema de amplificação de luminescência pode incluir um sensor de amplificação de luminescência incluindo um substrato, um grupo de nanofingers e um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao mesmo. O grupo de nanofingers pode incluir nanofingers individuais (dentro do grupo) que podem ser flexíveis e incluir uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal. O revestimento, mais especificamente, pode ser aplicado ao substrato e à ponta distal de uma maneira que seja condutivamente contínua, por exemplo, um revestimento de continuação ou revestimento efetivamente contínuo em relação à condutividade elétrica. Por outro lado, a parte intermediária (dos nanofingers) pode ser desprovida do revestimento ou o revestimento da parte intermediária pode ser condutivamente descontínuo, por exemplo, a parte intermediária não é condutora. O sistema também pode incluir um ejetor de líquido incluindo um bocal de jateamento para ejetar um líquido a partir do mesmo na forma de uma gotícula com um volume de 2 pL a 10 µL. O grupo de nanofingers e o bocal de jateamento podem ser posicionados um em relação ao outro, para que a gotícula seja depositada no grupo de nanofingers. Em um exemplo, nanofingers individuais dentro do grupo de nanofingers são espaçados na extremidade do suporte de 20 nm a 500 nm, têm um comprimento médio de 0,05 µm a 2 µm e uma largura transversal média na extremidade do suporte de 50 nm a 500 nm.
Em outro exemplo, o ejetor de líquido pode incluir ainda o líquido carregado no mesmo.
O líquido e os nanofingers flexíveis podem, assim, ser emparelhados de modo que a gotícula ejetada pelo ejetor de líquido no grupo de nanofingers gere forças para fazer com que os nanofingers individuais adjacentes do grupo de nanofingers convirjam em suas respectivas pontas distais, mas ainda deixem um espaçamento entre as pontas distais adjacentes.
Em um exemplo específico, o líquido pode ter uma tensão superficial e pode ser ejetável do ejetor de líquido em um volume de gotícula em relação ao espaçamento entre nanofingers individuais do grupo de nanofingers, de modo que nanofingers individuais do grupo de nanofingers sejam contatados pela gotícula em suas respectivas pontas distais sem umedecer a extremidade de suporte do nanofinger.
Em outro exemplo, a gotícula pode umedecer tanto a ponta distal quanto o substrato.
O ejetor de líquido pode ser ajustado para cronometrar a ejeção das gotículas para o grupo de nanofingers, em relação a uma taxa de evaporação de líquido da gotícula de líquido.
Em um exemplo, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir um segundo ejetor de líquido incluindo um segundo bocal de jateamento para ejetar um segundo líquido a partir do mesmo, na forma de uma segunda gotícula com um volume de 2 pL a 10 µL.
Neste exemplo, o ejetor de líquido pode incluir o líquido carregado no mesmo e o segundo ejetor de líquido pode incluir o segundo líquido carregado no mesmo.
O líquido pode incluir um analito a ser carregado no grupo de nanofingers, por meio da gotícula e o segundo líquido pode fazer com que os nanofingers individuais adjacentes do grupo de nanofingers convirjam em suas respectivas pontas distais após o contato ou evaporação da gotícula, mas ainda deixem um lacuna entre as pontas distais adjacentes. Em outro exemplo, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir um estágio móvel que suporta o sensor de amplificação de luminescência para alinhar o grupo de nanofingers com o bocal de jateamento, um detector óptico (que pode estar presente para detectar espalhamento, ressonância, etc.), ou uma combinação dos mesmos. O sistema também pode incluir uma pluralidade de grupos espaçados periodicamente de nanofingers com grupos adjacentes de nanofingers espaçados de 0,5 µm a 5 µm. Por exemplo, pode haver vários grupos de nanofingers que podem ser usados para detecção independente um do outro, ou os grupos podem estar em pequenos agrupamentos, por exemplo, 2 grupos, 3 grupos, 10 grupos, 50 grupos, etc., ou todos dos grupos podem ser avaliados como um campo de grupos.
[006] Em outro exemplo, um sistema de amplificação de luminescência pode incluir um sensor de amplificação de luminescência, um ejetor de líquido, uma fonte de radiação e um detector óptico. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um substrato, um grupo de nanofingers e um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao mesmo. O grupo de nanofingers pode incluir nanofingers individuais (dentro do grupo) que podem ser flexíveis e incluir uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal. O revestimento,
mais especificamente, pode ser aplicado ao substrato e à ponta distal de uma maneira que seja condutivamente contínua, por exemplo, um revestimento de continuação ou revestimento efetivamente contínuo em relação à condutividade elétrica.
Por outro lado, a parte intermediária (os nanofingers) pode ser desprovida do revestimento ou o revestimento da parte intermediária pode ser condutivamente descontínuo, por exemplo, a parte intermediária não é condutora.
O sistema também pode incluir um ejetor de líquido incluindo um bocal de jateamento para ejetar um líquido dele na forma de uma gotícula com um volume de 2 pL a 10 µL.
O grupo de nanofingers e o bocal de jateamento podem ser posicionados um em relação ao outro para que a gotícula seja depositada no grupo de nanofingers.
Por exemplo, o bocal de jateamento pode se mover ao longo de um carro linearmente, ou no espaço 2D planar ou no espaço 3D para se posicionar em relação a um grupo alvo de nanofingers.
O sensor de amplificação de luminescência pode estar em uma plataforma que é lateralmente móvel, no espaço 2D plano ou no espaço 3D para se posicionar em relação ao bocal de jateamento.
Em outro exemplo, tanto o bocal de jateamento quanto o sensor podem ser móveis para se tornarem alinhados para a deposição de gotículas de fluido do bocal em um grupo de nanofingers ou mesmo em um único nanofinger.
A fonte de radiação eletromagnética pode emitir radiação eletromagnética em direção ao grupo de nanofingers e o detector óptico pode detectar a luminescência emitida a partir de uma região de luminescência amplificada, gerada pela aplicação da gotícula no grupo de nanofingers.
A luminescência emitida (da região de luminescência amplificada) pode se dever à interação com a radiação eletromagnética. Novamente, pode haver mais de um grupo de nanofingers. Em um exemplo, o sistema de amplificação de luminescência é um sistema de espectroscopia Raman de amplificada em superfície (SERS) ou um sistema de fluorescência amplificada em superfície (SEF).
[007] Em outro exemplo, o método de detecção de um analito pode incluir ejetar uma gotícula de um líquido com um analito de um bocal de jateamento em um sensor de amplificação de luminescência incluindo um grupo de nanofingers anexados a um substrato. Nanofingers individuais podem ser flexíveis e incluir uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao substrato e a ponta distal que é condutivamente contínua e a parte intermediária pode ser desprovida do revestimento ou o revestimento na parte intermediária é condutivamente descontínuo. Etapas adicionais podem incluir a convergência de nanofingers individuais do grupo de nanofingers para formar uma região de luminescência amplificada (ou "ponto quente"), onde as respectivas pontas distais dos nanofingers individuais podem ser convergidas, embora ainda deixando um pequeno intervalo entre as mesmas; e detectar opticamente um sinal emitido a partir do analito posicionado na região de luminescência amplificada. Isso pode fornecer informações, por exemplo, para detectar o analito. Em um exemplo, convergir pode incluir ejetar uma segunda gotícula de um segundo líquido de um segundo bocal de jateamento para o grupo de nanofingers. Em outro exemplo, a convergência pode ocorrer devido a forças capilares que podem ser causadas pela evaporação de gotículas de contato com o grupo de nanofingers e o analito pode ser depositado do líquido na região de luminescência amplificada.
[008] Note-se que ao discutir os vários sistemas e métodos, cada uma dessas discussões pode ser considerada aplicável a outros exemplos, sejam eles explicitamente discutidos ou não no contexto desse exemplo. Assim, por exemplo, ao discutir um sensor de amplificação de luminescência relacionado a um sistema de amplificação de luminescência, tal discussão também é relevante e diretamente apoiada no contexto de outros tipos de sistemas e em um método de detecção de um analito usando um sistema de amplificação de sensor e vice versa.
[009] Conforme mencionado, os presentes exemplos referem-se aos sistemas de amplificação de luminescência e métodos de detecção de um analito. Os sistemas e métodos de amplificação de luminescência neste documento podem ser utilizados para medir a luminescência amplificada de superfície. Tal como empregado no presente documento, quando se refere à luminescência que é "amplificada em superfície", os exemplos podem incluir emissão Raman amplificada em superfície, fluorescência amplificada em superfície, emissões de Rayliegh, etc. Por exemplo, espectroscopia Raman de amplificada em superfície (SERS) e fluorescência amplificada em superfície incluem o uso de um metal ou superfície metalizada que é áspera e, de acordo com a presente revelação, a superfície rugosa inclui um substrato metalizado com nanofingers flexíveis com pontas metalizadas. Essas estruturas específicas podem ser referidas, neste documento, como um "sensor" de amplificação de luminescência.
[0010] Voltando ao sistema propriamente, como mostrado nas figuras 1A e 1B, o sistema 100 pode incluir um sensor de amplificação de luminescência 102 e um ejetor de líquido
110. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um substrato 104 e nanofingers flexíveis 106 dispostas em um grupo (ou vários grupos, como mostrado na figura 1B). Os nanofingers individuais podem incluir uma extremidade de suporte 118A anexada ao substrato, uma ponta distal 118B e uma parte intermediária 118C entre as mesmas. Um metal condutor ou liga de metal pode revestir o substrato 108B e uma ponta distal 108A dos nanofingers, e a parte intermediária pode permanecer não revestida ou pode ser revestida descontinuamente, de modo que o revestimento não seja condutor ao longo daquela parte dos nanofingers (por exemplo, descontínuo o suficiente para ser funcionalmente não condutor em relação ao substrato e aos revestimentos da ponta distal). O ejetor de líquido 110 pode incluir um bocal de jateamento 112 para ejetar um líquido como gotículas no sensor de amplificação de luminescência, grupos individuais de nanofingers, uma pluralidade ou agrupamento de grupos de nanofingers ou pontas de nanofingers sem umedecer o substrato, etc.
[0011] O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um substrato. O substrato pode ser uma superfície plana variando de 10 µm2 a 25 mm2 em tamanho, em um exemplo, mas também pode ser não uniforme ou de uma configuração diferente da plana. Em alguns exemplos, o substrato pode estar na forma de uma folha, bolacha, filme ou uma trama. O substrato pode ser rígido ou flexível e pode ser composto de um material selecionado de silício, vidro, quartzo, nitreto de silício, safira, óxido de alumínio, diamante, carbono semelhante a diamante, polímeros, metais, ligas metálicas ou uma combinação dos mesmos. Em um exemplo, o substrato pode ser composto de um polímero, como uma poliamida, polietileno, polipropileno ou uma combinação dos mesmos. O substrato pode ser rígido ou flexível.
[0012] O sensor de amplificação de luminescência pode incluir ainda nanofingers flexíveis que se estendem perpendicularmente ao substrato. Os nanofingers podem ser uma estrutura colunar que pode incluir uma extremidade de suporte anexada ao substrato e uma ponta distal. A forma de nanofingers individuais pode variar. Por exemplo, os nanofingers individuais podem ter a forma de colunas, cones, pirâmides, hastes, barras ou semelhantes. Em um exemplo, nanofingers individuais podem ter um comprimento da extremidade do substrato à ponta distal variando de 0,05 µm a 2 µm. Ainda em outros exemplos, o comprimento pode variar de 0,05 µm a 0,9 µm, de 0,25 µm a 2 µm, de 0,50 µm às 1 µm, ou de 0,75 µm a 1,5 µm. Em alguns exemplos, os nanofingers podem afunilar na largura da seção transversal com uma circunferência na extremidade do suporte mais larga do que uma circunferência na ponta distal. Ainda em outros exemplos, uma largura de seção transversal de nanofingers individuais pode ser substancialmente consistente ao longo do comprimento dos nanofingers. Em alguns exemplos, a largura da seção transversal pode variar de 50 nm a 500 nm. Ainda em outros exemplos, a largura da seção transversal pode variar de 100 nm a 500 nm, de 100 nm a 300 nm, de 50 nm a 250 nm ou de 75 nm a 450 nm. Em alguns exemplos, a largura da seção transversal pode ser uma média ao longo do comprimento de um nanofinger; enquanto em outros exemplos, a largura da seção transversal pode ser a largura na ponta distal de um nanofinger.
[0013] O espaçamento entre nanofingers individuais também pode variar. Em um exemplo, o espaçamento entre nanofingers individuais na extremidade do suporte pode variar de 20 nm a 500 nm. Ainda em outros exemplos, o espaçamento entre nanofingers individuais na extremidade do suporte pode variar de 50 nm a 400 nm, de 100 nm a 300 nm, de 75 nm a 350 nm, de 200 nm a 500 nm ou de 150 nm a 400 nm.
[0014] Conforme mencionado, os nanofingers podem ser dispostos em um grupo no substrato. Em um exemplo, o grupo pode ser uma matriz, como várias linhas alinhadas de nanofingers individuais. Em outros exemplos, o grupo pode ser um agrupamento geométrico onde os nanofingers podem ser dispostos perifericamente em um ponto central. Por exemplo, os nanofingers podem ser dispostos na forma de um triângulo, um quadrado, um pentágono, um hexágono, um heptágono, um octógono, um nonágono, um decágono, etc. Uma vista superior de diferentes configurações geométricas para um grupo é mostrada nas figuras 2A-2C, incluindo uma vista parcial superior de um substrato 204 e uma vista superior dos nanofingers 206. Em um exemplo específico, o grupo pentágono pode ser um bom arranjo para uso de acordo com a presente revelação.
[0015] O espaçamento entre nanofingers individuais dentro de um grupo também pode variar. Por exemplo, nanofingers individuais dentro de um grupo podem ser espaçados na extremidade de suporte um do outro de 50 nm a 400 nm. Em outros exemplos, os nanofingers individuais dentro de um grupo podem ser espaçados na extremidade do suporte uns dos outros de 100 nm a 350 nm, de 50 nm a 250 nm ou de 75 nm a 300 nm. Em um exemplo, nanofingers individuais dentro de um grupo podem ser espaçados na extremidade do suporte de 50 nm a 400 nm, e os nanofingers podem ter um comprimento médio de 0,25 µm a 2 µm e uma largura média da seção transversal na extremidade do suporte de 50 nm a 500 nm. Em alguns exemplos, espaçamento, comprimento e largura de nanofingers podem ser relacionais entre si, a fim de atingir um espaçamento especificado entre as pontas distais após a convergência.
[0016] Em outros exemplos, o substrato pode incluir vários grupos de nanofingers, ou "agrupamentos" de grupos de nanofingers. Um exemplo esquemático de uma vista superior de um substrato (parcial) 304 e o topo de nanofingers individuais 306 dispostos em um grupo, juntamente com grupos adjacentes, é mostrado na figura 3. Também é mostrada na figura 3 uma gotícula 320 de um líquido suspenso através da ponta distal dos nanofingers dentro de um dos grupos de nanofingers mostrados. Em um exemplo, a tensão superficial da gotícula e uma hidrofobicidade das pontas distais pode permitir que a gotícula permaneça suspensa nas pontas distais dos nanofingers dentro de um grupo até que ocorra a evaporação. Por exemplo, o substrato pode incluir uma pluralidade de grupos espaçados periodicamente de nanofingers. Em um exemplo, o espaçamento entre grupos adjacentes pode ser de 0,5 µm a 5 µm. Em outros exemplos, o espaçamento entre grupos adjacentes de nanofingers pode variar de 1 µm a 5 µm, de 0,5 µm a 4 µm, ou de 0,75 µm a 3 µm.
[0017] Os nanofingers podem ser compostos do mesmo material que o substrato ou um material diferente. Em um exemplo, os nanofingers podem incluir um material dielétrico, um material não dielétrico, um material semicondutor, etc. Em um exemplo, a condutividade da parte intermediária dos nanofingers pode ser menor do que a condutividade do metal ou liga metálica revestida no substrato e nas pontas distais dos nanofingers. Os nanofingers podem ser compostos de um polissiloxano, silício, dióxido de silício, nitreto de silício, vidro spin-on, sol-gel, diamante, carbono, óxido de alumínio, safira, óxido de zinco, dióxido de titânio, copolímeros ou combinações dos mesmos. Uma composição flexível pode permitir que uma ponta distal de um nanofinger individual convirja em direção a uma ponta distal de outro nanofinger ou para um ponto central quando os nanofingers estão dispostos em um grupo de nanofingers.
[0018] O substrato e a ponta distal dos nanofingers podem ser revestidos com um metal condutor ou liga de metal. Conforme usado neste documento, "liga de metal" se destina a incluir uma combinação de vários metais, ou mesmo uma combinação de metal(is) e não metal (is). Uma liga de metal também pode incluir a coaplicação de dois metais no substrato e na ponta distal de nanofingers ou pode incluir um metal misturado de vários metais (ou metal e não metal). Em um exemplo, o metal ou liga de metal pode incluir cobre, prata, alumínio ou ouro. O revestimento pode aperfeiçoar a luminescência de um analito que pode estar próximo ao mesmo, como quando aplicado usando o ejetor de líquido descrito no presente documento.
[0019] Em alguns exemplos, os nanofingers do grupo, quando em contato com a gotícula, podem convergir, porém deixam um espaçamento entre os nanofingers em sua ponta distal. Em um exemplo, isso pode ser devido ao contato ou evaporação do líquido da gotícula. Por exemplo, um líquido pode se acumular ou permanecer preso entre os nanofingers e pode exercer forças microcapilares sobre os nanofingers. As forças microcapilares podem atrair nanofingers flexíveis individuais juntos e conforme o líquido evapora, permitindo que os nanofingers flexíveis convirjam para um local central do grupo. A localização central de convergência pode ser pelo menos parcialmente dirigida por forças de Van der Waal entre o metal ou liga de metal que reveste a ponta distal dos nanofingers e um analito no líquido.
[0020] Passando agora para o ejetor de líquido. Um ejetor de líquido pode permitir a deposição precisa de um líquido, como um líquido contendo um analito e/ou um líquido de fechamento. Em um exemplo, o ejetor de líquido pode ser um ejetor piezoelétrico, um ejetor térmico, um ejetor eletrostático ou um ejetor acústico. Em um exemplo, o ejetor pode ser um ejetor térmico. Ainda em outro exemplo, o ejetor pode ser um ejetor piezoelétrico. O ejetor de líquido, independentemente do tipo, pode permitir tamanho de gotícula controlado, consistência de gotícula amplificada e eliminação de gotas satélite. Conforme usado neste documento, as gotículas de satélite referem-se a uma gotícula ou gotas do líquido que se espalham e aterrissam em uma área autônoma do sensor.
[0021] Como mencionado anteriormente, o ejetor de líquido pode permitir um tamanho de gotícula controlado. Em um exemplo, um bocal de jateamento do ejetor de líquido pode permitir a ejeção de uma gotícula de líquido que pode ter um volume de 2 pL a 10 µL. Em outros exemplos, a gotícula de líquido pode ter um volume de 25 pL a 5 µL, de 5 pL a 5 µL, de 15 pL a 1 µL, de 50 pL a 500 pL, de 10 pL a
1.000 pL, ou de 20 pL a 500 pL. Uma gotícula dentro desta faixa de tamanho pode, em alguns exemplos, ser depositada com precisão na ponta distal do nanofinger e pode permitir a concentração de um analito no líquido a ser depositado na ponta distal. A figura 4 ilustra esquematicamente um ejetor de líquido 410 e bocal de jateamento 412 que pode ser usado para ejetar uma gotícula 420 de líquido em um sensor de amplificação de luminescência 402. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um substrato 404 com nanofingers 406 e um metal condutor ou liga de metal revestindo o substrato 408B e a ponta distal 408A dos nanofingers. Neste exemplo, a gotícula pode ser depositada apenas na ponta de um único nanofinger, como mostrado, ou pode ser aplicada a várias pontas adjacentes (não mostradas). Em certos exemplos, a tensão superficial do líquido, o tamanho da gota, o tamanho do(s) nanofinger(s), o espaçamento entre os nanofingers, etc., podem fornecer eventos de deposição que são aplicados principalmente na ponta distal e não umectam o substrato abaixo dos mesmos.
[0022] Ainda em outro exemplo, o ejetor de líquido pode ser ajustado para cronometrar a ejeção das gotículas nos nanofingers para corresponder com uma evaporação mínima de líquido da gotícula. Por exemplo, a ejeção de gotículas pode ser programada para corresponder com a taxa de evaporação do líquido, de modo que uma fina película do líquido permaneça na superfície do sensor. Em um exemplo, a ejeção pode ser cronometrada, de modo que uma fina película do líquido permaneça na ponta distal dos nanofingers ou abaixo dela. A manutenção do líquido na ponta distal dos nanofingers ou abaixo dela pode aplicar forças microcapilares durante todo o período de dispensa. A figura 5 ilustra um ejetor de líquido 510 e o bocal de jateamento 512 usados para ejetar gotículas 520 em um sensor de amplificação de luminescência 502. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um substrato 504 com nanofingers 506 e uma liga de metal ou metal condutor que reveste o substrato 508B e a ponta distal 508A dos nanofingers. O líquido 522 neste exemplo pode permanecer na superfície do sensor, mas abaixo de uma ponta distal dos nanofingers. A evaporação, mostrada em (e), pode ocorrer removendo o líquido e, em seguida, novas gotículas de líquido podem ser aplicadas a uma taxa que retém o nível do líquido abaixo do revestimento de metal da ponta distal.
[0023] Ainda em outro exemplo, o tempo pode ser espaçado para permitir a evaporação essencialmente completa ou completa (e) antes que uma gotícula subsequente seja ejetada ou antes que uma gotícula subsequente atinja o sensor. Um exemplo é esquematicamente ilustrado na figura
6. Como mostrado na figura 6, um ejetor de líquido 610 e o bocal de jateamento 612 são usados para ejetar as gotículas 620 em um sensor de amplificação de luminescência 602. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um substrato 604 com nanofingers 606 e um metal condutor ou liga de metal revestindo uma parte do substrato 608B e a ponta distal 608A dos nanofingers. Como mostrado, o líquido pode evaporar do substrato antes que uma gotícula subsequente toque o substrato. Esse tempo pode resultar em uma série de eventos locais de secagem.
[0024] Em alguns exemplos, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir ainda um segundo ejetor de líquido com um segundo bocal de jateamento. O segundo ejetor de líquido e o segundo bocal de jateamento podem ser posicionados em relação ao sensor de amplificação de luminescência, para ejetar uma segunda gotícula de um segundo líquido no grupo de nanofingers. Como mostrado na figura 7 em um exemplo, o sistema de amplificação de luminescência 700 pode incluir um ejetor de líquido 710 e bocal de jateamento 712; um segundo ejetor de líquido 714 e segundo bocal de jateamento 716; um sensor de amplificação de luminescência 702 incluindo um substrato 704, nanofingers 706 e revestimento de metal ou liga de metal nas pontas distais dos nanofingers 708A e o substrato 708B; e um estágio móvel 730. Notavelmente, o estágio móvel pode ser relevante para outros exemplos neste documento com apenas um único ejetor de líquido ou com outros sensores ou sistemas de amplificação de luminescência. Um sistema ejetor de líquido duplo pode ser útil quando o líquido que contém o analito não resultar em uma convergência dos nanofingers. Por exemplo, o ejetor de líquido e o bocal de injeção podem dispensar um líquido que pode depositar um analito nos nanofingers. O segundo ejetor de líquido e o segundo bocal de jateamento podem dispensar gotículas de um segundo líquido que pode fazer com que os nanofingers do grupo em contato com o segundo líquido convirjam, mas deixam um espaçamento entre os nanofingers na ponta distal devido ao contato ou evaporação do líquido da gotícula. O segundo líquido pode ser um líquido de fechamento. Conforme usado neste documento, um "líquido de fechamento" se refere a um líquido que é operável para fazer com que as pontas distais dos nanofingers dispostas em um grupo convirjam devido ao contato ou evaporação do líquido. Em alguns exemplos, a lacuna entre as pontas distais de nanofingers pode ser inferior a 2 nm após o fechamento.
[0025] Em outro exemplo, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir vários reservatórios de líquido que podem compartilhar um único ejetor de líquido e bocal de jateamento. Como antes, este tipo de sistema pode permitir que um líquido contendo um analito seja dispensado no sensor e, em seguida, pode permitir que um líquido de fechamento seja subsequentemente ejetado no sensor. Ainda em outros exemplos, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir vários reservatórios de líquido, a fim de permitir que vários líquidos contendo um analito sejam dispensados em diferentes grupos de nanofingers no sensor.
[0026] Em outro exemplo, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir um estágio móvel para suportar o sensor de amplificação de luminescência, como mostrado em 730 na figura 7. O estágio móvel pode ser usado para mover a localização do sensor a fim de alinhar um grupo de nanofingers com o bocal de jateamento do ejetor de líquido, um segundo bocal de jateamento de um segundo ejetor de líquido e/ou um sistema de detecção óptica. Em um exemplo, um estágio móvel pode ser operável para permitir um deslocamento preciso ao longo de um estágio, por exemplo, estágio de 100 nm a 100 mm ao longo de um ou dois eixos. Isso pode permitir que o sensor seja movido previamente para expor um grupo diferente de nanofingers no sensor para o ejetor de líquido e o bocal de jateamento. Em um exemplo adicional, um estágio móvel pode ser usado para um movimento maior, a fim de transportar um sensor de uma área onde ele está alinhado com um ejetor de líquido e bocal de jateamento para uma segunda área para alinhar o sensor com um detector óptico. O estágio pode ser qualquer estágio capaz de permitir um percurso preciso.
[0027] Ainda em outro exemplo, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir ainda um detector óptico que pode ser direcionável ou direcionado para o sensor de amplificação de luminescência. Conforme usado neste documento, um "detector óptico" se refere a um dispositivo para medir uma mudança na luminescência de uma molécula que pode ser devido a vibrações moleculares. Um exemplo é ilustrado na figura 8. Como mostrado na figura 8, o sistema de amplificação de luminescência 800 pode incluir um ejetor de líquido 810 e bocal de jateamento 812, um sensor de amplificação de luminescência 802 incluindo um substrato 804, nanofingers 806 e revestimento de metal ou liga de metal nas pontas distais dos nanofingers 808A e o substrato 808B. O sistema também pode incluir uma fonte de radiação eletromagnética 840, como um laser de alta energia, por exemplo, perto de UV, perto de IR, luz visível que interage com vibrações moleculares, fótons ou outras excitações. Um detector óptico 850 também pode estar presente para detectar espalhamento, excitações de fótons, ressonância molecular, etc. Em alguns exemplos, o detector óptico pode incluir ainda um detector e um analisador para detectar e analisar a radiação eletromagnética emitida. Em um exemplo, o sistema de amplificação de luminescência pode incluir a fonte de radiação eletromagnética, o sensor de amplificação de luminescência e o detector óptico como parte de um dispositivo de espectroscopia Raman de amplificada em superfície (SERS) ou um dispositivo de fluorescência amplificada em superfície (SEF).
[0028] Em um exemplo adicional, como mostrado na figura 9, um método 900 de detecção de um analito pode incluir ejetar 910 uma gotícula de um líquido com um analito de um bocal de jateamento em um sensor de amplificação de luminescência incluindo um grupo de nanofingers anexado a um substrato. Nanofingers individuais podem ser flexíveis e incluir uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal. O sensor de amplificação de luminescência pode incluir um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao substrato e a ponta distal que é condutivamente contínua, e a parte intermediária pode ser desprovida do revestimento ou o revestimento na parte intermediária é condutivamente descontínuo. O método também pode incluir convergir 920 nanofingers individuais do grupo de nanofingers para formar uma região de luminescência amplificada, ou ponto quente de luminescência, onde as respectivas pontas distais dos nanofingers individuais podem ser convergidas, deixando um espaçamento entre as respectivas pontas distais e, opticamente, 930 detectar o sinal emitido a partir do analito posicionado na região de luminescência amplificada.
[0029] Tal como em0pregado no presente documento, uma "região de luminescência amplificada", também por vezes referida como um "ponto quente" de luminescência refere-se a uma área do sensor onde ocorre a luminescência amplificada. Em um exemplo, a luminescência amplificada pode ocorrer devido à convergência das pontas distais de um grupo de nanofingers. Quando o analito está localizado ou preso nesses locais e a região de luminescência amplificada é interrogada com uma fonte de radiação eletromagnética, o sinal do analito detectado por um detector óptico pode ser intensificado, por exemplo, amplificação amplificada. Assim, a luminescência amplificada pode permitir uma detecção mais sensível.
[0030] Em um exemplo, o analito no líquido pode não resultar na convergência da ponta distal dos nanofingers dentro da convergência do grupo. Por exemplo, isso pode ocorrer quando a gotícula do líquido tem um volume que repousa sobre uma ponta distal de um nanofinger, como mostrado na figura 4, e não penetra uma extremidade de suporte de um nanofinger. Isso também pode ocorrer em um exemplo, onde um soluto que contém um analito não resulta em forças capilares fortes o suficiente para fazer com que as pontas distais dos nanofingers convirjam. Isso pode ocorrer em um exemplo onde o soluto evapora rapidamente. Quando a convergência não ocorre ou não ocorre na extensão desejada, então, em um exemplo, convergir pode incluir a ejeção de uma segunda gotícula de um segundo líquido de um segundo bocal de jateamento para o grupo de nanofingers. Como a segunda gotícula do segundo líquido penetra no grupo dos nanofingers e evapora as forças capilares da penetração e evaporação, pode ocorrer convergência. Em outro exemplo, a convergência pode ocorrer devido a forças capilares causadas pela evaporação de gotículas de contato com o grupo de nanofingers e o analito pode ser depositado do líquido na região de luminescência amplificada. Por exemplo, a gotícula que é ejetada pode incluir o analito e a penetração e evaporação do soluto que contém o analito pode resultar em convergência.
[0031] Note-se que, conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um, uma" e "o, a" incluem referências ao plural, a menos que o conteúdo indique claramente o contrário.
[0032] Conforme usado neste documento, uma pluralidade de itens, elementos estruturais, elementos de composição e/ou materiais podem ser apresentados em uma lista comum por conveniência. No entanto, essas listas devem ser interpretadas como se cada elemento da lista fosse identificado individualmente como um elemento separado e único. Assim, nenhum elemento individual de tal lista deve ser interpretado como um equivalente de fato a qualquer outro elemento da mesma lista, unicamente com base na sua apresentação em um grupo comum, sem indicação em contrário.
[0033] Concentrações, dimensões, quantidades e outros dados numéricos podem ser apresentados neste documento em um formato de intervalo. Deve ser entendido que tal formato de intervalo é usado apenas por conveniência e brevidade e deve ser interpretado de forma flexível para incluir não apenas os valores numéricos explicitamente citados como os limites do intervalo, mas também valores numéricos individuais ou subfaixas englobados dentro desse intervalo como se cada valor numérico e subfaixa fosse explicitamente citado. Por exemplo, uma faixa de volume de 25 pL a 75 µL deve ser interpretada para incluir não apenas os limites explicitamente citados de 25 pL e 75 pL, mas também para incluir pesos individuais, como 50 pL, 100 pL, 25 µL e subfaixas entre eles, tal como de 40 pL a 15 µL, ou de 100 pL a 1 µL e etc.
Claims (15)
1. Sistema de amplificação de luminescência, caracterizado pelo fato de que compreende: um sensor de amplificação de luminescência, incluindo: um substrato, um grupo de nanofingers, em que nanofingers individuais são flexíveis e incluem uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada, distalmente, em relação ao substrato, e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal, e um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao substrato e a ponta distal que é condutivamente contínua, em que a parte intermediária é desprovida do revestimento ou o revestimento na parte intermediária é condutivamente descontínua; e um ejetor de líquido incluindo um bocal de jateamento para ejetar um líquido do mesmo, na forma de uma gotícula com um volume de 2 pL a 10 µL, em que o grupo de nanofingers e o bocal de jateamento são posicionáveis um em relação ao outro para a gotícula a ser depositada no grupo de nanofingers.
2. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que nanofingers individuais dentro do grupo de nanofingers são espaçados na extremidade do suporte de 20 nm a 500 nm, tendo um comprimento médio de 0,05 µm a 2 µm e tendo uma largura média na extremidade de suporte de 50 nm a 500 nm.
3. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ejetor de líquido compreende ainda o líquido carregado no mesmo.
4. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o líquido e os nanofingers flexíveis são pareados, em que a gotícula ejetada pelo ejetor de líquido no grupo de nanofingers gera forças para fazer com que os nanofingers individuais adjacentes do grupo de nanofingers convergem em suas respectivas pontas distais, mas ainda deixa um espaçamento entre as pontas distais adjacentes.
5. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o líquido tem uma tensão superficial e é ejetável do ejetor de líquido em um volume de gotícula, em relação ao espaçamento entre nanofingers individuais do grupo de nanofingers, de tal modo que nanofingers individuais do grupo de nanofingers são contatados por uma gotícula em suas respectivas pontas distais, sem umectar a extremidade de suporte dos mesmos.
6. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ejetor de líquido é ajustável para cronometrar a ejeção das gotículas no grupo de nanofingers em relação a uma taxa de evaporação de líquido da gotícula de líquido.
7. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo ejetor de líquido incluindo um segundo bocal de jateamento para ejetar um segundo líquido a partir dele na forma de uma segunda gotícula com um volume de 2 pL a 10 µL.
8. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o ejetor de líquido inclui o líquido carregado no mesmo, e em que o segundo ejetor de líquido inclui ainda o segundo líquido carregado no mesmo, o líquido incluindo um analito a ser carregado no grupo de nanofingers, através da gotícula, e o segundo líquido para fazer com que nanofingers individuais adjacentes do grupo de nanofingers convirjam em suas respectivas pontas distais, mas ainda deixando um espaçamento entre as pontas distais adjacentes.
9. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um estágio móvel que suporta o sensor de amplificação de luminescência para alinhar o grupo de nanofingers com o bocal de jateamento, um detector óptico ou uma combinação dos mesmos.
10. Sistema de amplificação de luminescência, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de grupos espaçados periodicamente de nanofingers, com grupos adjacentes de nanofingers espaçados de 0,5 µm a 5 µm.
11. Sistema de amplificação de luminescência, caracterizado pelo fato de que compreende: um sensor de amplificação de luminescência, incluindo: um substrato, um grupo de nanofingers, em que nanofingers individuais são flexíveis e incluem uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato, e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal, e um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao substrato e a ponta distal que é condutivamente contínua, em que a parte intermediária é desprovida do revestimento ou do revestimento na parte intermediária é condutivamente descontínuo; um ejetor de líquido incluindo um bocal de jateamento para ejetar um líquido do mesmo, na forma de uma gotícula com um volume de 2 pL a 10 µL para o grupo de nanofingers, em que o grupo de nanofingers e o bocal de jateamento são posicionáveis um em relação ao outro para a gotícula a ser depositada no grupo de nanofingers; uma fonte de radiação eletromagnética para emitir radiação eletromagnética em direção ao grupo de nanofingers e um detector óptico para detectar luminescência emitida a partir de uma região de luminescência amplificada gerada por aplicação da gotícula no grupo de nanofingers, em que a luminescência emitida se deve à interação com a radiação eletromagnética.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sistema de amplificação de luminescência é um sistema de espectroscopia Raman amplificada em superfície (SERS) ou um sistema de fluorescência amplificada em superfície (SEF).
13. Método de detecção de um analito, caracterizado pelo fato de que compreende: ejetar uma gotícula de um líquido com um analito de um bocal de jateamento em um sensor de amplificação de luminescência incluindo um grupo de nanofingers anexados a um substrato, em que nanofingers individuais são flexíveis e incluem uma extremidade de suporte anexada ao substrato, uma ponta distal posicionada distalmente em relação ao substrato e uma parte intermediária entre a extremidade de suporte e a ponta distal, o sensor de amplificação de luminescência incluindo um revestimento de um metal ou liga de metal aplicado ao substrato e a ponta distal que é condutivamente contínua, e em que a parte intermediária é desprovida do revestimento ou o revestimento na parte intermediária é condutivamente descontínuo; e convergir nanofingers individuais do grupo de nanofingers para formar uma região de luminescência amplificada, em que as respectivas pontas distais dos nanofingers individuais são convergidas, embora deixando um espaçamento entre as respectivas pontas distais; e detectar opticamente um sinal emitido a partir do analito posicionado na região de luminescência amplificada.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a convergência inclui ejetar uma segunda gotícula de um segundo líquido de um segundo bocal de jateamento para o grupo de nanofingers.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a convergência ocorre devido a forças capilares causadas pela evaporação de gotículas de contato com o grupo de nanofingers e, em que, o analito é depositado do líquido na região de luminescência amplificada.
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