PT746773E

PT746773E - Deteccao de campos electromagneticos

Info

Publication number: PT746773E
Application number: PT95908850T
Authority: PT
Inventors: Carl Pinsky; Frank S Labella
Original assignee: Carl Pinsky; Frank S Labella
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 2001-02-28
Also published as: GR3034950T3; GB9403245D0; ES2152388T3; DK0746773T3; US6150812A; EP0746773B1; EP0746773A1; ATE196013T1; CA2183742C; CA2183742A1; WO1995023339A3; DE69518629D1; DE69518629T2; AU1703095A; WO1995023339A2

Description

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DESCRIÇÃO “Detecção de campos electromagnéticos”

Campo do invento O presente invento refere-se à detecção de campos electromagnéticos produzidos por determinados fenómenos, tais como uma reacção química, bem como a um dispositivo para manter a produção destes campos electromagnéticos.

Antecedentes do invento O movimento dos electrões dentro de um único átomo ou molécula isolados gera campos electromagnéticos, que podem ser detectados extemamente às fronteiras do átomo ou molécula. A magnitude e frequência destes campos externos dependem principalmente dos seguintes factores: (i) do momento angular do electrão à medida que ele gira em tomo do seu eixo (= momento angular de spin do electrão), (ii) do momento angular do electrão à medida que este se move em trajectórias orbitais quasicirculares em tomo do núcleo (= momento orbital do electrão), (iii) dos estados de energia quantizada das trajectórias orbitais do electrão e das velocidades angulares de spin, (iv) das interacções intra-atómicas e intramoleculares entre os movimentos do electrão, tal como são regidas pela lei de Lenz, (v) da velocidade das transições individuais entre estados de energia quantizada e da frequência dos fenómenos de transição, (vi) das interacções entre os momentos orbital e angular de spin do electrão e dos momentos magnéticos nucleares, e (vii) da intensidade, frequência e direcção dos campos magnéticos impostos extemamente.

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Os campos electromagnéticos gerados pelo movimento dos electrões dentro dos átomos ou moléculas são acompanhados pela emissão simultânea de fotões, cujas energias são características das frequências dos campos magnéticos externos associados, gerados atómica ou molecularmente. A gama de frequências electromagnéticas atómicas e moleculares vai desde a energia de microondas à do ultravioleta. Várias publicações descrevem a utilização de sistemas de detecção para medir fenómenos conhecidos, tais como reacções químicas. Por exemplo, IEE Transations on Magnetics, vol. 27, n°2, 1 de Março de 1991, páginas 3245-3247; M. Misra et al.\ “NDE Applications of SQUID Magnetometry to Electrochemical Systems”, IEE Transations on Magnetics, vol. 23, n°2, 1 de Março de 1987, páginas 477-479; J.G. Bellingham et al.\ “SQUID Technology Applied to the Study of Electrochemical Corrosion”, Cryogenics, vol. 29, 1 de Agosto de 1989, páginas 809-813; H.E. Hoenig et al.\ “Biomagnetic Multichannel System with Integrated SQUIDS and First Order Gradiometers Operating in a Shielded Room”, Patent Abstracts of Japan, vol. 14, n° 136 (P-1021), 14 de Março de 1990 & JP-A-02001580, Patent Abstracts of Japan, vol. 17, n° 7 (P-1465, 7 de Janeiro de 1993 & JP-A-04238281. Estes documentos referem-se à medição de fenómenos conhecidos únicos e não são portanto adequados para a identificação de fenómenos desconhecidos.

Sumário do invento

Tal como descrito com maior pormenor em seguida, o presente invento utiliza, entre vários fenómenos relacionados e exploráveis, as consequências electromagnéticas das interacções químicas entre moléculas e entre moléculas e átomos, para caracterizar tipos de reacções e identificar os químicos reagentes por (i) detecção magnetométrica directa de campos magnéticos externos aos reagentes e por (ii) detecção magnetométrica de configurações do domínio magnético, que são produzidas tanto por fotões de microondas, como por campos magnéticos de microondas em propagação, em substâncias que envolvem os reagentes e que se comportam como transdutores de oscilações de campo magnético atómico/molecular de alta frequência, em flutuações de domínio magnético, a frequências muito menores, e.g. de 0 a 104 Hertz (Hz).

As substâncias transdutoras podem estar na fase gasosa, líquida ou sólida e são fracamente ferromagnéticas, na gama de pelo menos algumas energias de microondas impostas. As substâncias transdutoras que são fortemente ferromagnéticas, devido a ligações iónicas de cristais metálicos iterativas, exibem o modo de ferromagnetismo fraco necessário à transdução, como um fenómeno de superfície, numa espessura de apenas alguns átomos,

85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ em concordância com a capacidade observada dos filmes finos de sistemas reagentes aumentarem a sensibilidade e reprodutibilidade do dispositivo aqui proporcionado.

Utilizam-se mecanismos de conversão de frequência semelhantes, inerentes em micro e nano-estruturas e sistemas ferromagnéticos, fracamente ferromagnéticos e paramagnéticos (e.g. átomos, moléculas, nano e microcavidades e estereosuperfícies, fios nano, micro e ultrafinos), para permitir a detecção, por magnetometria convencional, de fenómenos electromagnéticos e quânticos (fotões), gerados química e intra-atomicamente. Utilizando a mesma tecnologia de transdução de energia e magnetometria, tem-se explorado as partículas quânticas e a propagação de emissões electromagnéticas de alta frequência, libertadas durante o decaimento radioactivo, para detectar e medir emissões gama e beta (+) e (-), a partir de fontes radioactivas fracas. O invento representa, portanto, um detector universal de correntes electrónicas circulantes em todas as formas de matéria, cujas dimensões podem ir desde macroscópicas a ultrananoscópicas, e de translação e de spin axial mecânico quântico de electrões, em toda a matéria daquele tipo. O presente invento constitui assim um transdutor prático, de confiança das consequências magnéticas intra e extra-atómicas das interacções entre o movimento de electrões e campos electromagnéticos em propagação, numa vasta gama de forças e frequências de campo. O presente invento não requer quaisquer campos magnéticos externos gerados por meios técnicos, quer constantes, quer variáveis no tempo, mas inclui uma blindagem ferromagnética de permeabilidade elevada, simples, como um meio para reduzir o campo geomagnético ubíquo e as suas flutuações inerentes. Esta mesma blindagem serve, numa vasta gama de frequências, para reduzir os efeitos de campos magnéticos extraviados de origem não-geomagnética e é também um componente importante do mecanismo de transdução de alterações de frequência, em que as energias electromagnéticas com origem em frequências atómicas promovem a formação de domínios ferromagnéticos ou quasiferromagnéticos, detectáveis por magnetometria convencional.

Deste modo, num aspecto do presente invento, proporciona-se um método para a detecção de um fenómeno desconhecido, em que a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, em que o método compreende detectar alterações na força do campo electromagnético, o qual é produzido por campos magnéticos gerados atómica ou molecularmente, sendo as referidas

85 772 ΕΡ ο 746 773 / ΡΤ 4 alterações provocadas pela emissão de fotões que acompanham a translação de electrões no referido fenómeno desconhecido; registar a evolução temporal das referidas alterações na força do campo electromagnético; e comparar a referida evolução temporal registada, com evoluções temporais pré-determinadas, de alterações na força de campo electromagnético de fenómenos conhecidos, nos quais a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, de modo a determinar a causa do fenómeno desconhecido.

Uma aplicação específica do processo do invento é determinar as consequências electromagnéticas de reacções enzimáticas, por detecção e medição de alterações na força do campo electromagnético, a temperaturas que são óptimas para a reacção enzimática de interesse. O registo da alteração da força do campo electromagnético pode ser realizado de qualquer modo conveniente, que permita obter a evolução temporal característica do fenómeno e, se desejado, compará-la com evoluções temporais conhecidas, anteriormente registadas. Esta análise pode ser realizada por processos de Transformada Rápida de Fourier (FFT) e pode ser melhorada, aumentada e/ou auxiliada por outras formas de análise de sinais, tais como o reconhecimento de padrões e/ou previsão da orientação da onda.

De acordo com outro aspecto do presente invento, proporciona-se um aparelho para a detecção e registo de um fenómeno, em que a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, em que o aparelho compreende: meios magnetométricos para gerar um sinal eléctrico de força proporcional a um campo electromagnético produzido por alterações de campos magnéticos gerados atómica ou molecularmente, que são produzidos por fenómenos em que a transmissão de electrões é acompanhada pela emissão de fotões; meios de registo para reproduzir a evolução temporal do referido sinal eléctrico produzido pelos referidos meios magnetométricos, ao longo de um período de tempo durante o qual o referido sinal eléctrico é produzido pelo fenómeno; e meios de análise para analisar a evolução temporal do referido sinal eléctrico registado pelos referidos meios de registo, para determinar a causa do fenómeno e

85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ 5 para comparar a referida evolução temporal registada com evoluções temporais pré-determinadas de alterações na força de campo electromagnético de fenómenos conhecidos, em que a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, de modo a determinar a causa do fenómeno desconhecido. A alteração na força do campo electromagnético causada pelo fenómeno pode ser detectada de qualquer modo desejado. Como descrito aqui, em maior pormenor, a detecção pode ser realizada por uma sonda magnetométrica capaz de gerar um sinal eléctrico em resposta a um campo electromagnético, sendo o sinal eléctrico de uma força proporcional à força do campo electromagnético, sendo o registo da alteração da força do campo electromagnético realizada por registo da evolução temporal do sinal eléctrico produzido pelo magnetómetro.

Descrição sumária das figuras A Figura 1 é uma representação esquemática de um dispositivo proporcionado de acordo com um aspecto do invento.

As Figuras 2 a 23 são uma série de gráficos reais, gerados utilizando o aparelho da Figura 1, que ilustram algumas reacções típicas analisadas, mostrando as condições experimentais utilizadas e os resultados obtidos.

Descricão geral do invento Não é possível registar nenhum campo magnético total a frequências baixas (e.g. 0 a <104 Hz), excepto para intervalos muito curtos, de agregados macroscópicos de átomos ou moléculas em repouso. Isto porque os momentos magnéticos dos átomos ou moléculas individuais nestes agregados irão, em média, ter orientações cujas intensidades de campo magnético externo resultantes serão, para todos os fins práticos, zero. Apenas pela imposição de um agente coercivo externo é possível que um sistema macroscópico, em qualquer estado de matéria, incluindo estruturas de rede cristalina, crie campos magnéticos externos de variação global lenta, detectáveis, numa base não estocástica. O agente coercivo externo deverá ser capaz de alinhar os momentos magnéticos de vários átomos ou moléculas no agregado. A tecnologia anterior e as circunstâncias geo/cosmológicas naturais baseiam-se na aplicação de campos magnéticos ou eléctricos externos, radiação electromagnética (incluindo luz) ou extremos de calor (por vezes acoplados com forças mecânicas), para proporcionar a energia coerciva necessária para o alinhamento magnético. 85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ 6

Ο presente invento é inovador e único, na medida em que os fenómenos electrónicos dinâmicos quânticos, que acompanham as reacções químicas são explorados de modo a sincronizar os fenómenos descritos nos factores de (i) até, e incluindo (vii), acima discutidos. A sincronização é inicialmente temporal e irá ocorrer em qualquer estado de matéria ou meio, em que a(s) reacção(ões) química(s) ocorre(m). A sincronização temporal conduz rapidamente ao alinhamento espacial dos momentos atómicos ou moleculares, uma vez que as forças eléctricas e magnéticas geradas pela reacção química irão interagir de forma complexa para reduzir e manter a energia livre total do agregado para e num mínimo. Neste sentido, a sincronização inicial e mantida dos fenómenos electrónicos atómicos induzidos pela reacção química, substitui as restrições e interacções geométricas interatómicas ordenadas que ocorrem no estado cristalino sólido da matéria, e que originam a magnetização nas substâncias ferromagnéticas. Este ordenamento interatómico ou intermolecular, que se designa por “magneto-sincronismo induzido por reacção química”, ou CRIM, pode dar origem ao equivalente a campos enormes aplicados no agregado de material, e.g. no ferro magnetizado, um domínio sub-microscópico de 10l3 átomos pode ter alinhamentos interatómicos equivalentes a um campo aplicado de 103 T.cm'1 (ref. Ha49 - No final da descrição são dadas a identificação e uma lista das referências). Em muitas reacções químicas, a maior contribuição única que será feita pelo CRIM é a alteração quantizada no estado de spin do electrão, uma vez que a razão giromagnética, g (razão entre o momento angular de spin do electrão e o momento orbital do electrão) para substâncias ferromagnéticas, é característica do electrão em rotação (ref. Ha49). A este respeito, o presente invento, apesar de aplicável a todas as categorias de reacções químicas e interacções moleculares, é especialmente útil para a detecção e análise das reacções associadas com alterações nos estados de spin (níveis de energia quantizada para electrões em diferentes órbitas e orbitais) de um ou mais dos reagentes. Esta análise de bandas detectoras tem uma relevância particular na avaliação das características das reacções enzimáticas, uma vez que muitas das interacções enzima-substrato podem ser, grande ou totalmente, caracterizadas por fenómenos de spin electrónico induzidos por reacções, essencialmente os de transições no estado de spin do electrão, iniciados pela interacção enzima-substrato. O presente invento detecta estes fenómenos no vaso reaccional aqui proporcionado, através de magnetometria simples, que não requer a aplicação de um campo magnético externo, nem nenhuma exposição a alta-frequência ou sistema de detecção especializada de alta-frequência. O presente invento não requer um meio ambiente criogénico a baixa temperatura para a sua operação e pode ser utilizado a temperaturas laboratoriais não críticas, que vão normalmente de cerca de 15°C a cerca de 40°C, e mesmo numa gama maior, se desejado.

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Descrícão da concretização preferida

Na Figura 1 está ilustrada uma representação esquemática de um dispositivo para a detecção de reacções químicas e outras interacções moleculares, incluindo alterações no estado da matéria. Tal como se pode observar, o dispositivo inclui um vaso reaccional 10, que pode ser equipado com um agitador 12. O vaso reaccional 10 está equipado com uma camisa de água 14 para manter a temperatura desejada. Uma sonda magnetométrica 16 está posicionada no vaso reaccional. Numa concretização preferida do invento, a sonda magnetométrica é um gerador semicondutor de efeito-Hall. A camisa de água 14 permite regular a temperatura da área magneto-sensível da sonda magnetométrica 16.

No equipamento específico utilizado para gerar os gráficos magnetométricos das Figuras 2 a 23, a sonda magnetométrica 16 utiliza um gerador de efeito-Hall semicondutor com uma área magneto-sensível circular de 16 mm'. O tubo reaccional 10 consiste numa tubagem de vidro de borossilicato de 20 mm de comprimento e d.i. de 4 mm, e está fixado à lâmina plana da sonda e área magneto-sensível. O vaso reaccional 10 pode ser dimensionado de modo a acomodar qualquer volume de líquido desejado. No dispositivo específico acima descrito, podem-se adicionar volumes de solução até 1000 μΐ ao tubo reaccional 10, e podem-se analisar volumes tão pequenos quanto 0,1 μΐ, quando apresentados à superfície da lâmina da sonda ou a um filme fino ensanduichado entre dois discos de plástico finos, com um diâmetro ligeiramente inferior a 4 mm, ou de outras dimensões, dependendo da dimensão da área magneto-sensível da sonda magnetométrica. A utilização de um sistema reaccional de filme fino, tal como descrito, é de grande conveniência e origina respostas magnetométricas que são precisas e rapidamente analisadas. As amostras e as reacções e interacções químicas em curso podem ser analisadas de acordo com o invento, também quando localizadas na proximidade da área magneto-sensível da sonda magnetométrica, mesmo quando a amostra está localizada fora da camisa de água 14. A sonda magnetométrica 16 está ligada a um amplificador magnetométrico e caixa de controlo 18. Para uma sonda magnetométrica de efeito-Hall, a caixa de controlo 18 pode incluir um sistema amplificador e de controlo do efeito-Hall, convencional. A caixa de controlo 18 está ligada a um registador de gráficos 20 ou outro meio conveniente para o registo da saída da sonda magnetométrica.

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Nas experiências específicas aqui pormenorizadas, o sistema amplificador e de controlo do efeito-Hall, convencional, foi ajustado para trabalhar numa gama máxima de sensibilidade de 200 microgauss (20 nT) na escala total a ser registada no registador de gráficos do laboratório. A saída do sistema magnetométrico foi lida num gráfico de tempo vs. força de campo magnético, em microgauss (vejam-se Figuras 2 a 23).

Uma vez que se pode esperar que diferentes interacções moleculares produzam relações tempo vs. força de campo características, uma análise espectral auxiliada por Transformada Rápida de Fourier (FFT) do sinal de saída magnetométrico não processado, poderá fornecer informação respeitante à natureza da(s) interacção (ões) molecular(es) que ocorre no vaso reaccional, mesmo muito antes da cinética da reacção ter atingido o equilíbrio. A análise espectral fornece um espectro de frequência exclusivo para interacções químicas específicas. A produção de espectros de frequência específicos, de acordo com este aspecto do presente invento, permite identificar uma reacção desconhecida de forma rápida e precisa. Na Tabela 1 a seguir estão listados os vários tipos específicos de reacções químicas, cuja identificação é possível por meio destes espectros exclusivos, bem como aplicações específicas deste aspecto do invento em estudos de fenómenos biológicos, bioquímicos e biomédicos. A utilização de uma sonda supercondutora detectora de interferência quântica (SQUID), pode permitir razões entre sinal e ruído superiores, em muitas ordens de grandeza, às da sonda magnetométrica de efeito-Hall aqui descrita, e pode ser utilizada em vez desta. Cada melhoria na razão sinal-ruído permite medir as interacções químicas com volumes de reacção progressivamente menores. Assim, com a ligação da sonda magnetométrica SQUID, o invento seria capaz de analisar reacções químicas em volumes microscópicos, ou a maiores distâncias das substâncias reagentes. Esta última facilidade iria permitir que o presente invento fosse utilizado para detectar, identificar e analisar de forma não invasiva, em tempo real, as reacções químicas específicas que ocorrem no interior do corpo vivo, e.g. em humanos. Os aumentos nas razões entre sinal e ruído e os menores volumes reaccionais também diminuem os tempos de análise, uma vez que as rotinas de filtração virtual de FFT têm menos ruído para remover. Portanto, como componente do presente invento, uma sonda magnetométrica SQUID proporciona um método não invasivo, rápido, não confinado para o diagnóstico de estados de doença metabólicas a partir do exterior do corpo humano. A utilização de uma sonda magnetométrica SQUID no presente invento permite também a detecção de campos electromagnéticos produzidos na gama das microondas,

85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ durante as reacções químicas. Isto, por sua vez, permite que o presente invento detecte e analise fenómenos químicos que ocorrem em vasos reaccionais ou no corpo vivo, cuja actividade e natureza química específica são caracterizadas por radiação de microondas em regiões específicas do espectro de microondas. A adição ao dispositivo de um gerador de campo magnético simples, estático ou de variação lenta, em conjunção com um magnetómetro SQUID permite que o presente invento funcione, sob certas condições, como um espectrómetro de ressonância de spin electrónico (ESR), discernindo assim uma estrutura molecular, sem ser necessário submeter a amostra química a radiação de microondas. Uma condição em que isto se verificaria seria durante uma reacção química envolvendo entidades moleculares conhecidas ou desconhecidas. Este resultado é conseguido porque a forma de onda dos sinais de microondas de uma molécula em reacção química num campo magnético muda com a força do campo magnético imposto, de um modo único para moléculas individuais. Esta aplicação do invento pode, convenientemente, ser ainda melhorada ligando um sistema semicondutor de arrefecimento termoeléctrico de efeito Peltier, com um sistema de controlo electrónico adequado. Este dispositivo permite a análise da estrutura química a temperaturas criogénicas, uma circunstância que reduz a rotação dos protões em tomo de ligações simples na molécula de interesse, permitindo assim uma representação e resolução mais precisas da conformação molecular. A extensão do invento para proporcionar um dispositivo de ressonância magnética nuclear, envolve simplesmente a adição à sonda magnetométrica das espirais de campo magnético necessárias e de um sistema de controlo. O menor tempo de análise prático para a produção de um espectro de frequência específico, a partir de um determinado processo, é de aproximadamente dez vezes o período da menor frequência, presente na largura de banda de frequência escolhida para análise. Atendendo aos pequenos volumes e concentrações de reagentes necessários para alcançar os resultados utilizando o presente invento, este menor limite poderá ser próximo de não mais que cerca de um a dois minutos. Os modos de análise espectrais ou outros, por exemplo o reconhecimento de padrões e previsão da orientação de ondas, podem ser realizados com um computador digital programável pelo utilizador, que armazena o sinal não processado, o resultado analisado e as notações experimentais, em meios magnéticos. Os sinais de saída de todos os modos armazenados podem ser visualizados, como seleccionado, no ecrã do computador. Estes sinais de saída podem ser comparados por meios visuais e estatísticos, com padrões de resposta previamente obtidos para reacções conhecidas sob condições controladas, ou derivados a partir da teoria. Assim, podem-se construir bibliotecas gerais e especializadas de dados espectrais e de padrões de resposta, quando o invento é utilizado num laboratório individual, ou estas podem ser compiladas a partir de vários laboratórios,

85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ em diferentes áreas de investigação. Existiria assim um sistema especializado para auxiliar o investigador na interpretação dos resultados.

Descricão de outras aplicações do invento

Este pedido de patente refere-se a todas as aplicações dos princípios aqui descritos, para a detecção ou análise de reacções químicas, interacções moleculares, radioactividade e alterações no estado da matéria, incluindo a formação de plasmas, polímeros, vidros de spin (ref Vi 77), cristais líquidos e transições de fase em gases, líquidos, sólidos (ref Si82) e colóides constituídos por todos os estados de matéria. O presente invento, para além da utilidade específica acima descrita, é útil para a detecção e medição de: (i) radicais livres, em solução ou em suspensões coloidais gasosas, líquidas, sólidas ou gel, quer em estado estacionário quer em movimento em relação à sonda magnetométrica. (ii) todas as entidades químicas com electrões desemparelhados ou com momentos magnéticos nucleares assimétricos, quer estacionários quer em movimento em relação à sonda magnetométrica. (iii) reacções químicas, especialmente as de vias enzimáticas, dentro do corpo humano, por meio da ligação de uma sonda magnetométrica de forma, tamanho e sensibilidade adequados e uma razão entre sinal e ruído adequada, quer a reacção e interacções moleculares sob observação sejam o resultado de actividades corporais em curso, na saúde ou doença, ou sejam estimuladas para um magneto-sincronismo CRIM pela administração de substâncias exógenas, tais como substratos específicos para sistemas de enzimas seleccionados, ou por aplicação de energia electromagnética, tal como bioluminescência, quer coerente quer não coerente, luz coerente tal como energia laser, campos electromagnéticos a qualquer frequência, ou por energia ultra-sónica, térmica ou mecânica. (iv) reacções químicas e interacções moleculares observadas in vitro em tecidos excisados, de forma ética, de plantas, insectos, animais, pacientes e seus controlos, de modo a distinguir entre tecido saudável e doente e sob condições experimentais como as acima descritas.

85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ 11 (v) gases, líquidos, sólidos e suspensões efluentes industriais, quer sistemas coloidais, quasicoloidais ou grosseiramente macroscópicos. (vi) padrões de campos magnéticos a ser utilizados na pesquisa de combustíveis fósseis, quer gasosos, líquidos ou sólidos; água subterrânea e as suas constituições variantes modificadas por solutos; poluentes subterrâneos, em especial os prejudiciais aos trabalhadores subterrâneos, incluindo-se nos perigos o pó de carvão, gases explosivos e gases tóxicos; formações rochosas específicas que indicam espécies de minério, falhas e formações tectónicas e substâncias poluentes sólidas ou líquidas perigosas, no solo, água subterrânea e aquíferos. (vii) padrões de campo electromagnético que prevêem terramotos iminentes. (viii) reacções químicas e interacções moleculares em oceanos, rios, lagos e reservatórios, em que a análise ou detecção de reacções químicas pode dar informação, no que respeita a perigos de poluição ambiental em curso ou incipientes. (ix) reacções químicas e interacções moleculares no solo, em que a análise ou detecção das reacções químicas pode originar informação respeitante à actividade bioquímica em curso, de organismos do solo e respeitante a perigos de poluição ambiental, em curso, ou incipientes. (x) reacções químicas em processos industriais, em que é desejável uma informação em directo, em tempo real, relativamente à cinética e fases de reacções químicas contínuas, no processo em curso, em lotes ou em massa, com o objectivo de automatizar e regular os processos para uma produtividade e qualidade óptimas. Nas reacções de todos os tipos, a capacidade do invento para detectar e identificar intermediários no processo reaccional total, em lotes laboratoriais à escala micro, de bancada e industrial. O presente invento, apesar de particularmente útil para a monitorização das velocidades e cinéticas de reacção de reacções de polimerização, uma vez que a formação de estruturas ligadas polimerizantes origina domínios magnéticos moleculares semelhantes aos encontrados no mineral magnetizado e substâncias de ferrite, pode também ser utilizado para a detecção e monitorização de processos de polimerização. (xi) Formação de gelo incipiente e em curso, em portos de embarque, em rios e em lagos, em auto-estradas, estradas e linhas férreas, na superfície de veículos, em

85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ 12 especial em pára-brisas e janelas e nas asas, deflectores, coberturas, acessórios de rodas e outras áreas de naves aéreas e espaciais, sensíveis aos danos pelo gelo. (xii) O pulso electromagnético (EMP) que acompanha a detonação de um dispositivo nuclear, quer do tipo fissão quer de fusão e, por meio do dispositivo de análise espectral FFT do presente invento, a análise dos isótopos envolvidos nos fenómenos de fissão e/ou fusão. (xiii) Aplicação do presente invento para medir, ou monitorizar, quaisquer das reacções/interacções químicas, energias electromagnéticas, fenómenos atómicos ou nucleares mencionados acima, que podem ser monitorizados a partir de localizações tecnicamente remotas, em relação à região magneto-sensível da sonda magnetométrica.

Exemplos O dispositivo ilustrado na Figura 1 foi utilizado para produzir gráficos que mostram a evolução temporal de várias reacções, realizadas no vaso reaccional 10, e estes gráficos são apresentados nas Figuras 2 a 23. As reacções e condições específicas estão indicadas nas Figuras, utilizando algumas abreviaturas e estão listadas na Tabela 3, a seguir. Exemplos de algumas vias bioquímicas identificadas pelo dispositivo da Figura 1 e mostradas nalgumas das Figuras 2 a 23, estão pormenorizados na Tabela 2, a seguir, enquanto que a identificação específica das experiências ilustradas pelas Figuras 2 a 23 é apresentada na Tabela 4, a seguir.

Sumário da descrição

Em resumo, o presente invento proporciona um método inovador para a detecção ou análise de um fenómeno, tal como uma reacção química, interacção molecular e/ou alteração do estado de matéria, por detecção de uma alteração na força do campo electromagnético. São possíveis modificações dentro do âmbito do presente invento.

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Referências (Ha49) Hamwell, G.P. (1949). Principies of Electricity and Electromagnetism. McGraw-Hill, Nova Iorque. (Si82) Sinai, Ya G. (1982). Theory of Phase Transitions: Rigorous Results, Pergamon Press, Oxford. (Vi77) Villain, J. (1977), J. Phvs. CIO: 4793-4803.

Tabela 1

Algumas aplicações de espectros exclusivos e análise de padrões A. Reacções enzimáticas 1. Adição sequencial de substratos 2. Mistura de substratos 3. Optimização de condições: co-factores, iões, metais 4. Espectros de células e tecidos B. Interacções moleculares 1. Ligando/receptor 2. Antigénio/anticorpo 3. Substrato/enzima C. Tecido/perfis celulares 1. Condições basais ou em resposta ao ligando adicionado 2. Normal vs. doença 3. Espectro de frequência exclusivo específico

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Tabela 2

Exemplos de algumas vias bioquímicas que os requerentes identificaram utilizando o dispositivo descrito neste documento Substrato não Microssomas Metabolizado por denendente de NADPH de fígado de rato cromatina de fígado de porco1 histidina + ++ histidinol 3- + histamina -r + adenosina -Γ + omitina ++ + Dependente de NADPH aminopirina + - anilina + - putrescina + + testosterona - + estradiol - - progesterona + - cortisol _J_ - amitriptilina 4- + fluoxetina + Legenda: “+”= resposta da via facilmente aparente + “++”= resposta forte da via nenhuma resposta; nenhuma evidência para a via 1 A maioria destas observações e praticamente todas na cromatina, são originais dos laboratórios dos requerentes e podem ser realizadas com o dispositivo dos requerentes, no seu estado actual de desenvolvimento, num total de não mais de 10 horas experimentais. Os sistemas analíticos do estado da arte actualmente disponíveis, iriam necessitar de um mínimo de 2500 horas experimentais para alcançar os mesmos resultados. 15 85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ

Tabela 3

Abreviaturas nas Figuras (Os números em parêntesis indicam vol em μΐ concentrações de soluções-mãe adicionadas) AD = AN = AP = B = CHROM = CORT = adenosina (0,2 mM) anilina (0,2 mM) aminopirina (0,2 mM) tampão Tris-P04 0,1 M cromatina de núcleos de fígado de porco (1 mg proteína/ml) cortisol (1 μΜ) EST = β-estradiol (1 μΜ) GBT = Ha = RD = HOL = NADPH = ORN = PBT = PST = PL = PLase = PLN = tubo com fundo de vidro histamina (0,2 mM) histidina (0,2 mM) histidinol (0,2 mM) fosfato de dinucleótido reduzido de adenina-nicotinamida (0,5 mM) omitina (0,2 mM) a sonda é o fundo do tubo tubo de vidro de fundo plano na sonda substrato fosfolípido fosfolipase de veneno de abelha núcleos de fígado de porco (1 mg/proteína/ml) PROG = PU = Regen = progesterona (1 μΜ) putrescina (0,2 mM) sistema de regeneração de NADPH: glucose-6-fosfato, glucose-6-fosfato desidrogenase, NADP RLM = microssomas de fígado de rato (1 mg proteína/ml) TEST = testosterona (1 μΜ) 16 85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ

Tabela 4

Legendas das Figuras

Fig. 2 PBT(50) B 10 CHROM. Resposta a HD Fig. 3 PGT 100 CHROM (700)B. Resposta a HD

Fig. 4 RLM. Resposta a AP. Nenhuma alteração adicional no declive com AD

Fig. 5 CHROM. Resposta a TEST na presença de NADPH

Fig. 6 RLM. Resposta a ORN na presença de NADPH

Fig. 7 RLM + N. Duas respostas a HD, latência curta em ambos

Fig. 8 RLM. Resposta ligeira a ORN. Declive melhorado com HD. Resposta PU(10) N(10) vista no final do registo.

Fig. 9 RLM -í- N. Resposta a AN

Fig. 10 RLM. Nenhuma resposta a ORN (não usual). Nenhuma resposta a N. Resposta a PU.

Fig. 11 CHROM. Resposta a ORN

Fig. 12 Fosfolípido/tampão. A adição de PLase ("enzima 50", em registo) origina uma resposta Fig. 13 CHROM. Resposta a Regen

Fig. 14 PL/tampão. Resposta a PLase de veneno de abelha purificada Fig. 15 PLN. Resposta a HD

Fig. 16 CHROM. Nenhuma resposta a fluoxetina (0,2 mil; "prozac" em registo) até a adição de NADPH

Fig. 17 RLM. Resposta a HOL ("H'ol" em registo)

Fig. 18 RLM 3- N. Resposta a AP. Declive aumentado com PUTR Fig. 19 PLN. Nenhuma resposta a PUTR até a adição de NADPH

Fig. 20 A amostra não activa é 1500 μΐ de tampão ORN na forma de um filme fino E180K (em registo) é a isoenzima P450, 10'I6M (estimada como 0,1% da proteína total), filme fino.

Fig. 21 Suspensão de filme fino de células totais de fígado de rato. As mesmas 50 células em cada teste. As respostas controlo são do meio de cultura.

Fig. 22 l25I(NaI), catalisador. 105 DPM

Fig. 23 Trítio (3H-histamina uniformemente marcada), ca. 22 x 10J DPM

Calibracões: Salvo indicação em contrário, a deflecção vertical de uma divisão maior (linhas acentuadas paralelas ao eixo longo do registo) representam aproximadamente 50 microgauss (5 nT) na região magneto-sensível da sonda magnetométrica de efeito-Hall. Nas Figs. 20 a 23, todas as amostras estavam longe do conjunto sonda-vaso reaccional; as calibrações representam ambas 50 microgauss (5 nT) na região de efeito-Hall da sonda magnetométrica.

Por Cari Pinsky e Frank S. LaBella

Claims

ij 85 772 EP 0 746 773 / PT 1. Método para detectar um fenómeno desconhecido em que a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, em que o método compreende: detectar alterações na força do campo electromagnético, o qual é produzido por campos magnéticos, gerados atómica ou molecularmente, sendo as referidas alterações provocadas pela emissão de fotões que acompanham a translação de electrões no referido fenómeno desconhecido; registar a evolução temporal das referidas alterações na força do campo electromagnético; e comparar a referida evolução temporal registada com evoluções temporais pré-determinadas, das alterações na força de campo electromagnético de fenómenos conhecidos, nos quais a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, de modo a determinar a causa do fenómeno desconhecido.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o referido fenómeno compreende uma reacção química, uma interacção molecular e/ou uma alteração do estado da matéria.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o referido fenómeno é uma reacção enzimática e as consequências electromagnéticas desta reacção enzimática são detectadas e medidas a partir de amostras, a temperaturas que são óptimas para a reacção enzimática de interesse.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a referida análise é realizada por processos de Transformada Rápida de Fourier (FFT).
5. Método de acordo com a reivindicação 4, em que os referidos processos FFT são melhorados, aumentados e/ou assistidos por pelo menos uma outra forma de análise de sinais.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, em que as referidas outras formas de análise de sinal são o reconhecimento de padrões e/ou a previsão da orientação de ondas.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, em que a referida alteração na força do campo electromagnético é detectada por um magnetómetro capaz de 85 772 ΕΡ Ο 746 773 / ΡΤ 2/2 gerar um sinal eléctrico de força proporcional à força do campo electromagnético produzido pelo fenómeno.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, em que a referida alteração na força do campo electromagnético é registada fazendo o registo da alteração na força do sinal eléctrico produzido pelo magnetómetro.
9. Aparelho para a detecção e registo de um fenómeno desconhecido, em que a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, e em que o aparelho compreende: meios magnetométricos para a produção de um sinal eléctrico de força proporcional a um campo electromagnético produzido por alterações de campos magnéticos, gerados atómica ou molecularmente, que são produzidas por fenómenos em que a transmissão de electrões é acompanhada pela emissão de fotões; meios de registo para se obter a evolução temporal do referido sinal eléctrico, produzido pelos referidos meios magnetométricos, durante um período de tempo durante o qual o referido sinal eléctrico é produzido pelo fenómeno; e meios de análise para analisar a evolução temporal do referido sinal eléctrico, registado pelos referidos meios de registo, para determinar a causa do evento e para comparar a referida evolução temporal registada, com evoluções temporais pré-determinadas, de alterações na força de campo electromagnético de fenómenos conhecidos, em que a translação de electrões é acompanhada pela emissão de fotões, de modo a determinar a causa do fenómeno desconhecido.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, em que o referido meio magnetométrico é uma sonda de efeito-Hall.
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, em que o referido meio magnetométrico é uma sonda supercondutora detectora de interferência quântica. Lisboa, 20. ã 2000 Por Cari Pinsky e Frank S. LaBella