Sensores basados en dispositivos de ondas superficiales (SAW)
Las ondas superficiales en la superficie de un líquido al producir en ella una perturbación, se producen también en la superficie de los sólidos. Lord Rayleiigh analizó estas ondas en 1885 y las aplico a la interpretación de los sismogramas. Aunque estas ondas son distintas en los sólidos que en los líquidos, en ambos casos se atenúan con la profundidad.Una forma de producir una perturbación en la superficie de un sólido, ciertamente mucho menos convulsiva que los terremotos, consiste en disponer dos electrodos metálicos interdigitados en la superficie de un material piezoeléctrico, como muestra la figura 1.
Figura # 01. Sensores Saw
Si la distancia entre los electrodos es d, cuando se aplica una tensión alterna de frecuencia f entre los electrodos, se genera una deformación superficial que se propaga en ambas direcciones en forma de onda superficial y cuando v=2fd. Otro par de electrodos similar dará una tensión alterna de salida en cuando llegue a él la onda de deformación del material.Los elementos principales de un grupo de sensores SAW son los propios sensores SAW (OAS-Ondas Acústicas Superficiales). Ellos son implantados en una plaqueta de circuito electrónico con caminos conductores integrado y canal de flujo.Los sensores SAW con ondas transversales (shear waves) de superficie polarizada horizontalmente pueden ser operados en el agua. El principio operacional se muestra en la Figura 1.Una tensión alterna de alta frecuencia en los transductores interdigitales crea una onda acústica de superficie en el substrato piezo eléctrico.Esa onda se propaga para los transductores interdigitales al lado izquierdo donde se transforma de vuelta en una señal eléctrica.La integración del sensor SAW en un circuito oscilador lleva a una oscilación con una frecuencia de resonancia específica, donde los efectos de la atenuación y del cambio de fase son ajustados. Esa frecuencia es la señal de salida. Es altamente sensible a la presencia de cualquier masa o alteraciones de viscosidad causadas por interacciones con la superficie del sensor.
Construcción de un sensor SAW de aplicado a la biomedicina.Construir un biosensor con dispositivos SAW significa revestirlos con camadas diferentes para homogeneizar superficies, suprimir absorción no específica y proveer una camada intermedia para la inmovilización suave de moléculas receptivas. Para evitar que las moléculas receptivas como anticuerpos, oligo nucleótidos y otros sean damnificadas durante la unión a la superficie, utilizamos una camada intermedia de dextran. El dextran proporciona condiciones de reacción blandas durante la inmovilización y permite utilizar inmovilización tridimensional de receptores, lo que también resulta en una concentración mayor del receptor por cm² de lo que las monocamadas clásicas pueden proveer.Dependiendo de la concentración en la superficie de lugares de unión anti ureasa libres, la señal muestra un comportamiento diferente.En bajas concentraciones de la sustancia a analizar (ureasa), el cambio de frecuencia medida disminuye linealmente mientras la inclinación de la curva de unión es una medida de la concentración de sustancia a ser medida.En altas concentraciones de ureasa, el comportamiento de saturación es observado hasta ser alcanzado el cambio máximo de frecuencia de cerca de 20 kHz. Además de eso, se puede observar fácilmente que absorciones no específicas, como las estimuladas por la incubación con BSA - (Albúmina de Suero Bovino), son reversibles y también despreciables considerando la alteración de la diferencia observada durante la inmuno reacción de ureasa y anti ureasa inmovilizada. Reducir el volumen de las células mejora el desempeño del biosensor.Evitando los cables de ligación y conectando los sensores SAW de forma capacitiva y placa electrónica, fue obtenida una reducción del volumen de las células de 50 µl para aproximadamente 60 nl por sensor.La miniaturización no solo reduce el consumo de la muestra sino que también permite el acceso a la integración de más funciones en un área de substrato determinada. En ese sentido, la paralelización de los biosensores SAW es altamente soportada por un proyecto microfluídico integrado con tecnologías de micro fabricación de polímero posibilita el acceso a componentes bastante baratos, pues los polímeros constituyen uno de los materiales de menor precio que se puede pensar para la construcción de microsistemas.El concepto de un dispositivo médico basado en biosensores SAWEn términos de desarrollo de un dispositivo médico, los económicos híbridos de polímero SAW deberán ser proyectados como componentes de uso único para proveer sistemas estériles y también dedicados. "Dedicado" significa proveer cartuchos (y protocolos) específicos para aplicación o para la enfermedad que podrían ser descartables. Esos cartuchos podrán contener solamente de 2 a unos 8 biosensores SAW pre condicionados para permitir la detección de moléculas específicas como proteínas marcadoras de diagnóstico o secuencias de DNA, aún en exámenes complejos como de sangre, suero u otros líquidos biológicos.De modo general, el concepto básico permite la detección de casi toda enfermedad si hubiera moléculas específicas como marcadores de diagnóstico y receptores específicos altamente correspondientes disponibles que puedan ser anexados a la superficie del sensor.
Figura # 01. Sensores Saw
Si la distancia entre los electrodos es d, cuando se aplica una tensión alterna de frecuencia f entre los electrodos, se genera una deformación superficial que se propaga en ambas direcciones en forma de onda superficial y cuando v=2fd. Otro par de electrodos similar dará una tensión alterna de salida en cuando llegue a él la onda de deformación del material.Los elementos principales de un grupo de sensores SAW son los propios sensores SAW (OAS-Ondas Acústicas Superficiales). Ellos son implantados en una plaqueta de circuito electrónico con caminos conductores integrado y canal de flujo.Los sensores SAW con ondas transversales (shear waves) de superficie polarizada horizontalmente pueden ser operados en el agua. El principio operacional se muestra en la Figura 1.Una tensión alterna de alta frecuencia en los transductores interdigitales crea una onda acústica de superficie en el substrato piezo eléctrico.Esa onda se propaga para los transductores interdigitales al lado izquierdo donde se transforma de vuelta en una señal eléctrica.La integración del sensor SAW en un circuito oscilador lleva a una oscilación con una frecuencia de resonancia específica, donde los efectos de la atenuación y del cambio de fase son ajustados. Esa frecuencia es la señal de salida. Es altamente sensible a la presencia de cualquier masa o alteraciones de viscosidad causadas por interacciones con la superficie del sensor.
Construcción de un sensor SAW de aplicado a la biomedicina.Construir un biosensor con dispositivos SAW significa revestirlos con camadas diferentes para homogeneizar superficies, suprimir absorción no específica y proveer una camada intermedia para la inmovilización suave de moléculas receptivas. Para evitar que las moléculas receptivas como anticuerpos, oligo nucleótidos y otros sean damnificadas durante la unión a la superficie, utilizamos una camada intermedia de dextran. El dextran proporciona condiciones de reacción blandas durante la inmovilización y permite utilizar inmovilización tridimensional de receptores, lo que también resulta en una concentración mayor del receptor por cm² de lo que las monocamadas clásicas pueden proveer.Dependiendo de la concentración en la superficie de lugares de unión anti ureasa libres, la señal muestra un comportamiento diferente.En bajas concentraciones de la sustancia a analizar (ureasa), el cambio de frecuencia medida disminuye linealmente mientras la inclinación de la curva de unión es una medida de la concentración de sustancia a ser medida.En altas concentraciones de ureasa, el comportamiento de saturación es observado hasta ser alcanzado el cambio máximo de frecuencia de cerca de 20 kHz. Además de eso, se puede observar fácilmente que absorciones no específicas, como las estimuladas por la incubación con BSA - (Albúmina de Suero Bovino), son reversibles y también despreciables considerando la alteración de la diferencia observada durante la inmuno reacción de ureasa y anti ureasa inmovilizada. Reducir el volumen de las células mejora el desempeño del biosensor.Evitando los cables de ligación y conectando los sensores SAW de forma capacitiva y placa electrónica, fue obtenida una reducción del volumen de las células de 50 µl para aproximadamente 60 nl por sensor.La miniaturización no solo reduce el consumo de la muestra sino que también permite el acceso a la integración de más funciones en un área de substrato determinada. En ese sentido, la paralelización de los biosensores SAW es altamente soportada por un proyecto microfluídico integrado con tecnologías de micro fabricación de polímero posibilita el acceso a componentes bastante baratos, pues los polímeros constituyen uno de los materiales de menor precio que se puede pensar para la construcción de microsistemas.El concepto de un dispositivo médico basado en biosensores SAWEn términos de desarrollo de un dispositivo médico, los económicos híbridos de polímero SAW deberán ser proyectados como componentes de uso único para proveer sistemas estériles y también dedicados. "Dedicado" significa proveer cartuchos (y protocolos) específicos para aplicación o para la enfermedad que podrían ser descartables. Esos cartuchos podrán contener solamente de 2 a unos 8 biosensores SAW pre condicionados para permitir la detección de moléculas específicas como proteínas marcadoras de diagnóstico o secuencias de DNA, aún en exámenes complejos como de sangre, suero u otros líquidos biológicos.De modo general, el concepto básico permite la detección de casi toda enfermedad si hubiera moléculas específicas como marcadores de diagnóstico y receptores específicos altamente correspondientes disponibles que puedan ser anexados a la superficie del sensor.
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