ES2225531T3

ES2225531T3 - Biosensor y procedimniento para la deteccion de biopolimeros macromoleculares con un biosensor.

Info

Publication number: ES2225531T3
Application number: ES01929289T
Authority: ES
Inventors: Alexander Frey; Roland Thewes
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: WO2001075437A1; EP1272842B1; JP2003529764A; JP3725478B2; US7432068B2; US20030186263A1; DE50102538D1; EP1272842A1; DE10015818A1; ATE268902T1

Abstract

Biosensor, u con un primer electrodo que presenta una zona de sujeción para el inmovilizado de moléculas de sonda, que pueden enlazar biopolímeros macromoleculares, u con un segundo electrodo, u en el que el primer electrodo y/o el segundo electrodo está/están subdividido/s en una pluralidad de segmentos de electrodo aislados eléctricamente entre sí, con medios para el acoplamiento eléctrico independiente entre sí, de segmentos de electrodo seleccionados a voluntad, de modo que es ajustable una superficie de electrodo efectiva en su tamaño, dependiendo de los segmentos de electrodos seleccionados.

Description

Biosensor y procedimiento para la detección de biopolimeros macromoleculares con un biosensor.

Se conoce tal chip biosensor por [1].

La figura 2a y la figura 2b muestran tal chip biosensor, como se describe en [1]. El sensor 200 presenta dos electrodos 201, 202 de oro, que están alojados en una capa de aislante 203 constituida por material aislante. En los electrodos 201, 202, están conectadas tomas de electrodos 204, 205, a las que se puede alimentar el potencial eléctrico ajustado en los electrodos 201, 202. Los electrodos 201, 202 están dispuestos como electrodos planos. En cada electrodo 201, 202 están inmovilizadas moléculas de sonda de ADN 206 (véase la figura 2a). El inmovilizado se efectúa según el acoplamiento de oro-azufre. Sobre los electrodos 201, 202 está aplicado el producto a analizar, a modo de ejemplo un electrolito 207.

Si en el electrolito 207 están contenidas hebras de ADN 208 con una secuencia que es complementaria a la secuencia de la sonda ADN 206, estás hebras de ADN 208 hibridan con las moléculas de sonda de ADN 206 (véase figura 2b).

Una hibridación de una molécula de sonda de ADN 206 y una hebra de ADN 208 tiene lugar sólo si las secuencias de la respectiva molécula de sonda de ADN 206 y de la correspondiente hebra de ADN 208 son complementarias entre sí. Si este no es el caso, no tiene lugar una hibridación. Por consiguiente, una molécula de sonda de ADN de una secuencia predeterminada es apta sólo para enlazar, es decir, hibridar una hebra determinada, esto es, la hebra de ADN, con secuencia complementaria en cada caso.

Si tiene lugar una hibridación, como se desprende de la figura 2b, se modifica el valor de impedancia entre los electrodos 201 y 202. Esta impedancia modificada se determina mediante aplicación de una tensión alterna por una amplitud de aproximadamente 50 mV en las tomas de electrodo 204, 205, y la corriente resultante de este modo por medio de un aparato de medida conectado (no representado).

En el caso de una hibridación se reduce la fracción capacitiva de impedancia entre los electrodos 201, 202. Esto se debe atribuir a que, tanto las moléculas de sonda de ADN 206, como también las hebras de ADN 208, que hibridan eventualmente con las moléculas de sonda de ADN 206, no son conductoras, y, por consiguiente, según parece, apantallan eléctricamente los electrodos respectivos 201, 202 en cierta medida.

Para la mejora de la exactitud de medida, por [4] se conoce la posibilidad de emplear una pluralidad de pares de electrodos 201, 202, y conectar éstos en paralelo, estando estos dispuestos claramente en engranaje, de modo que resulta un denominado electrodo interdigital 300. Las dimensiones de los electrodos y las distancias entre los electrodos se sitúan en el orden de magnitud de la longitud de las moléculas a detectar, es decir, de las hebras de ADN 208 o por debajo, a modo de ejemplo en el intervalo de 200 nm y por debajo.

Además son conocidas bases a través de un proceso de reciclaje por reducción/oxidación para la detección de biopolímeros macromoleculares a partir de [2] y [3]. El proceso de reciclaje por reducción/oxidación, a continuación denominado también proceso de reciclaje redox, se explica más detalladamente a continuación por medio de la figura 4a a la figura 4c.

La figura 4a muestra un chip biosensor 400 con un primer electrodo 401 y un segundo electrodo 402, que están aplicados sobre un substrato 403 como capa aislante.

En el primer electrodo 401 de oro está aplicada una zona de sujeción, desconectada como capa de sujeción 404. La zona de sujeción sirve para el inmovilizado de moléculas de sonda de ADN 405 sobre el primer electrodo 401.

Sobre el segundo electrodo no está prevista una zona de sujeción.

Si por medio del biosensor 400 se registraran hebras de ADN con una secuencia que es complementaria para la secuencia de las moléculas de sonda ADN inmovilizadas 405, se pone en contacto el sensor 400 con la disolución 406 a analizar, a modo de ejemplo un electrolito, de modo que se pueden hibridar las hebras de ADN, contenidas eventualmente en la disolución 406 a analizar, con la secuencia complementaria a la secuencia de las moléculas de sonda de ADN 405.

La figura 4b muestra el caso de que, en la disolución 406 a analizar, estén contenidas las hebras de ADN 407 a registrar, y estén hibridadas con las moléculas de sonda de ADN 405.

Las hebras de ADN 407 en la disolución a analizar están marcadas con un enzima 408, con el que es posible disociar moléculas descritas a continuación en moléculas parciales.

Habitualmente, está previsto un número de moléculas de sonda de ADN 405 considerablemente mayor que las hebras de ADN 407 a determinar en la disolución 406 a analizar.

Una vez se hibridan las moléculas de sonda 407 inmovilizada con el enzima 408, contenidas eventualmente en la disolución 406 a analizar, se efectúa un lavado del chip biosensor, mediante lo cual se eliminan las hebras de ADN no hibridadas, y se depura el chip biosensor 400 de la disolución 406 a analizar.

A esta disolución de lavado, empleada para el lavado, o a una disolución adicional alimentada ex profeso en una fase subsiguiente, se añade una substancia sin carga eléctrica, que contiene moléculas que, mediante el enzima, se pueden configurar en las hebras de ADN 407 hibridadas en una primera molécula parcial 410 con una carga eléctrica negativa, y una segunda molécula parcial con una carga eléctrica positiva.

Las primeras moléculas parciales cargadas negativamente 410, como se muestra en la figura 4c, se atraen al ánodo cargado positivamente, es decir al primer electrodo 401, como se indica mediante la flecha 411 en la figura 4c.

Las primeras moléculas parciales 410 cargadas negativamente se oxidan en el primer electrodo 401, que presenta un potencial eléctrico positivo como ánodo, y se atraen como moléculas parciales oxidadas 413 al cátodo cargado negativamente, es decir, el segundo electrodo 402, donde se reducen de nuevo. Las moléculas parciales reducidas 414 migran de nuevo al primer electrodo 401, es decir, al ánodo.

De este modo se genera una corriente circular eléctrica, que es proporcional al número de soportes de carga generados respectivamente mediante los enzimas 408.

El parámetro eléctrico que se valora en este método es la modificación de la corriente eléctrica ^{dl}/_{dt} como función del tiempo t, como se representa esquemáticamente en el diagrama 500 en la figura 5.

La figura 5 muestra la función de la corriente eléctrica 501 dependientemente del tiempo 502. El desarrollo de curva que resulta 503 presenta una corriente offset I_{offset}504, que es independiente del transcurso del tiempo.

La corriente offset I_{offset}504 se genera mediante fracciones parasitarias debido a no idealidades del biosensor 400.

Una causa esencial de la corriente offset I_{offset}504 consiste en que la cobertura del primer electrodo 401 con moléculas de sonda de ADN 405 no se efectúa de manera ideal, es decir, de manera completamente densa.

En el caso de una cobertura completamente densa del primer electrodo 401 con moléculas de sonda ADN 405, debido a la denominada capacidad de capa doble, que se produce mediante las moléculas de sonda de ADN 405 inmovilizadas, entre el primer electrodo 401 y la disolución 406 eléctricamente conductiva, a analizar, se produciría sólo un acoplamiento eléctrico puramente capacitivo.

No obstante, la cobertura incompleta conduce a circuitos de corriente parasitarios entre el primer electrodo 401 y la disolución 406 a analizar, que presentan, entre otros, también componentes resistivos.

No obstante, para posibilitar el proceso de oxidación/reducción, la cobertura del primer electrodo 401 con las moléculas de sonda de ADN 405 no debe ser completa, para que las moléculas parciales con carga eléctrica, es decir, las primeras moléculas parciales cargadas negativamente, se atraerán absolutamente al primer electrodo 401.

Por otra parte, para conseguir una sensitividad lo mayor posible de tal biosensor, combinada con efectos parasitarios reducidos, la cobertura del primer electrodo 401 con moléculas de sonda de ADN 405 deberá ser lo más densa posible.

Para conseguir una alta reproducibilidad de los valores de medida determinados con tal biosensor 400, ambos electrodos 401, 402, deben disponer ya de una oferta de superficies suficientemente grande para el proceso de oxidación/reducción en el ámbito de un proceso de reciclaje redox.

En el caso del biosensor según el estado de la técnica, por consiguiente, resulta una cierta inseguridad de medida en la determinación de hebras de ADN en una disolución a analizar.

A modo de ejemplo, se debe entender por biopolímeros macromoleculares proteínas o péptidos, o también hebras de ADN de una secuencia predeterminada en cada caso.

Si se comprenden como biopolímeros macromoleculares proteínas o péptidos, las primeras moléculas y las segundas moléculas son ligandos, a modo de ejemplo productos activos con una posible actividad de enlace, que enlazan las proteínas o péptidos a registrar a los respectivos electrodos, en los que están dispuestos los ligandos correspondientes.

Entran en consideración como ligandos agonistas enzimáticos o antagonistas enzimáticos productos farmacéuticos, azúcares o anticuerpos, o cualquier molécula, que posee la capacidad de enlazar específicamente proteínas o péptidos.

Si se emplean como biopolímeros macromoleculares hebras de ADN de una secuencia predeterminada, que se deben registrar por medio de un biosensor, por medio del biosensor se pueden hibridar hebras ADN de una secuencia predeterminada con moléculas de sonda de ADN con la secuencia complementaria a la secuencia de las hebras de ADN, como moléculas sobre el primer electrodo.

En el ámbito de esta descripción se debe entender por una molécula de sonda tanto un ligando, como también una molécula de sonda de ADN.

El valor ^{dl}/_{dt} es proporcional a la superficie de electrodo de los electrodos empleados para la detección de la corriente de medida. En el caso de anchura de electrodos constante, por consiguiente, el valor ^{dl}/_{dt} es proporcional al alargamiento longitudinal de los electrodos empleados, a modo de ejemplo, en el caso del primer electrodo 201 y del segundo electrodo 202, su longitud perpendicularmente al plano del dibujo en al figura 2a y en la figura 2b.

Si están conectados en paralelo varios electrodos, a modo de ejemplo en la disposición de electrodos interdigital conocida, una modificación de la corriente de medida ^{dl}/_{dt} es además proporcional al número de electrodos conectados en paralelo en cada caso.

El valor de modificación de la corriente de medida ^{dl}/_{dt}, no obstante, puede presentar un intervalo de valores fuertemente fluctuante debido a diversas influencias, en especial para diferentes disoluciones a analizar.

Podía ser causa de las fuertes fluctuaciones, por una parte, el intervalo de dinámicas requerido para las hebras ADN a identificar de una secuencia predeterminada, para posibilitar su registro generalmente.

No obstante, por otra parte, también es posible que diferentes biopolímeros macromoleculares a identificar, de diferentes tipos, conduzcan a intervalos de valores diferentes en gran medida para la señal de medición resultante, es decir, en especial la corriente de medida y su modificación temporal ^{dl}/_{dt}, lo que conduce de nuevo a un ensanchamiento del intervalo de dinámicas total necesario para una configuración de electrodos predeterminada con subsiguiente electrónica de medida unitaria, es decir, con subsiguiente conexión de medida unitaria.

La electrónica de medida, que registra y elabora de modo subsiguiente la modificación temporal entre los electrodos, es decir, entre ánodo y cátodo, debe funcionar de manera segura y exacta en los intervalos de valores requeridos. Los requisitos en el gran intervalo de dinámicas de tal conexión conducen a que la electrónica de medida presente configuración costosa y complicada para poner a disposición el intervalo de dinámicas necesario.

También en otros procedimientos, como son conocidos, a modo de ejemplo, por [4], [5], [6]. [7], [8], se puede presentar el caso de que las señales de medida eléctricas a detectar deban ser mensurables a través de un gran intervalo de dinámicas.

También aquí se pueden producir requisitos extremos en la electrónica de medida, es decir, la conexión de valoración respecto a su dinámica. En especial en el caso de diseño de conexión se consideran las no idealidades de los elementos de construcción empleados, es decir, un ruido, la variación de parámetros de elementos de construcción, de forma que, para estos elementos de construcción en la conexión diseñada, se selecciona un punto de trabajo en el que estas no idealidades tienen una influencia lo más reducida posible sobre la calidad del resultado de medida. En tanto se deba accionar una conexión a través de un mayor intervalo de dinámicas, el cumplimiento de un punto de trabajo óptimo para todas las zonas será cada vez más complicado y costoso.

Por consiguiente, la invención toma como base el problema de indicar un biosensor en el que se posibilite requisitos más reducidos para una electrónica post-conectada para el registro de señales de medida, también fuertemente oscilantes en su valor.

Se soluciona el problema mediante el biosensor, así como el procedimiento para la detección de biopolímeros macromoleculares con un biosensor, con las características según las reivindicaciones independientes.

Un biosensor presenta un primer electrodo, que presenta una zona de sujeción para la sujeción de moléculas de sonda, que pueden formar biopolímeros macromoleculares. Además, el biosensor presenta un segundo electrodo. El primer electrodo y/o el segundo electrodo están subdivididos en una pluralidad de segmentos de electrodo aislados eléctricamente entre sí, siendo acoplables eléctricamente segmentos de electrodos seleccionados a voluntad, de modo independiente entre sí, de modo que es ajustable una superficie de electrodos efectiva en su tamaño, independientemente en los segmentos de electrodos seleccionados.

Entran en consideración como ligandos agonistas enzimáticos o antagonistas enzimáticos, productos farmacéuticos, azúcares o anticuerpos, o cualquier molécula, que posea la capacidad de enlazar específicamente proteínas o péptidos.

Si se emplean como biopolímeros macromoleculares hebras de ADN de una secuencia predeterminada, que se deben registrar por medio de un biosensor, por medio del biosensor se pueden hibridar hebras de ADN de una secuencia predeterminada con moléculas de sonda de ADN con la secuencia complementaria a la secuencia de las hebras de ADN, como moléculas sobre el primer electrodo.

En el ámbito de un procedimiento para la determinación de un biopolímeros macromoleculares se emplea tal sensor.

En este procedimiento se pone en contacto una disolución a analizar con el biosensor, pudiendo contener la disolución los biopolímeros macromoleculares a registrar. Se enlazan a las moléculas de sonda inmovilizadas en el primer electrodo los biopolímeros macromoleculares contenidos en la disolución a analizar, estando marcados los biopolímeros macromoleculares enlazados con un enzima.

El biosensor se lava con una disolución de lavado, de modo que se elimina la disolución a analizar, así como biopolímeros macromoleculares eventualmente no hibridados, es decir, no enlazados, del biosensor, es decir, en especial de los electrodos.

Se pone en contacto con el biosensor otra disolución con las moléculas disociables mediante el enzima. Respectivamente una molécula disociable se separa, por medio del enzima, en una primera molécula parcial de una primera carga, y en una segunda molécula parcial de una segunda carga. La primera molécula parcial se oxida o se reduce en una de los electrodos, y se reduce u oxida correspondientemente en el otro electrodo en cada caso, mediante lo cual se genera una corriente de medida.

La corriente de medida es la corriente circular descrita anteriormente, conocida según el estado de la técnica, en el ámbito del proceso de reciclaje por reducción/oxidación.

Dependientemente de la corriente de medida se seleccionan elementos de electrodo, y se acoplan entre sí eléctricamente, de modo que se ajusta la superficie de electrodo efectiva del biosensor en su tamaño, dependiente de los segmentos de los electrodos seleccionados. Dependiendo de la corriente de medida determinada se detectan los biopolímeros macromoleculares.

En otras palabras, esto significa que se puede determinar si los polímeros macromoleculares a registrar estaban contenidos generalmente en la disolución a analizar. Debido a la exactitud del procedimiento de medida, incluso es posible informar sobre el número de biopolímeros macromoleculares enlazados en la disolución a analizar, que se enlazaron con las moléculas de sonda.

Esto es posible debido a que, para el caso de que muchas hebras de ADN marcadas con el enzima hibriden con moléculas de sonda de ADN inmovilizadas en una zona predeterminada del primer electrodo, correspondientemente muchos de estos enzimas estén concentrados en esta zona, y la velocidad de aumento de la corriente circular generada sea más elevada que en una zona donde están hibridadas menos hebras de ADN marcadas con el enzima activo.

Mediante comparaciones de las velocidades de aumento entre zonas diferentes de electrodos de un biosensor, de este modo se puede determinar no sólo si las hebras de ADN en la disolución a analizar hibridan con las moléculas de sonda de ADN de una secuencia predeterminada, sino también en que medida, es decir, con que eficiencia frente a moléculas de sonda de ADN diferentes, se efectúa esta hibridación.

Con otras palabras, por medio del biosensor se puede determinar una información tanto cualitativa, como también cuantitativa sobre el contenido en ADN, generalmente a través del contenido de biopolímeros macromoleculares en la disolución a analizar.

En el biosensor pueden estar contenidas conexiones eléctricas, de las que una conexión está acoplada con un segmento de electrodo asignado, de manera que, en una primera posición de conexión de un conector es seleccionado el correspondiente segmento de electrodo, y el segmento de electrodo está acoplado eléctricamente con una línea colectiva. En una segunda posición de conexión, no es seleccionado el correspondiente segmento de electrodo. En este caso, el correspondiente segmento de electrodo está acoplado con un potencial eléctrico predeterminado.

Con el biosensor puede estar acoplada una electrónica de medida para la medición de una señal eléctrica puesta a disposición por los segmentos de electrodos seleccionados, estando acoplada eléctricamente la entrada de la electrónica de medida con los segmentos de electrodos seleccionados. La electrónica de medida puede estar integrada en el mismo chip que los electrodos del biosensor, o también puede estar dispuesta por encima del biosensor.

Además, una unidad de control de conexión acoplada con la electrónica de medida puede estar acoplada para el control del interruptor, generalmente para el control de las unidades de selección.

Según un acondicionamiento de la invención, la unidad de control de interruptor está ajustada de tal manera que el interruptor puede controlar la señal eléctrica registrada dependiendo de la electrónica de medida.

El segundo electrodo puede estar subdividido en una pluralidad de segmentos de electrodo aislados eléctricamente entre sí, siendo acoplables eléctricamente, de modo independiente entre sí, los segmentos de electrodo seleccionados a voluntad del segundo electrodo, de modo que la superficie de electrodos efectiva es ajustable en su tamaño dependiendo de los segmentos de electrodo seleccionados. Según este perfeccionamiento, el segmento de electrodo no seleccionado está acoplado con el potencial eléctrico predeterminado, de modo que se puede efectuar un proceso de reciclaje por reducción/oxidación en los electrodos.

Además, en el biosensor puede estar previsto un tercer electrodo, estando configurado el segundo electrodo y el tercer electrodo de manera diferente al primer electrodo, y de tal manera que el proceso de reducción/oxidación se efectúe en el ámbito de un proceso de reciclaje por reducción/oxidación en el segundo electrodo y en el tercer electrodo.

A modo de ejemplo, se puede garantizar esto presentando el primer electrodo un primer potencial eléctrico, el segundo electrodo un segundo potencial eléctrico y el tercer electrodo un tercer potencial eléctrico. Se selecciona el tercer potencial eléctrico de modo que, durante el proceso de reciclaje por reducción/oxidación, se efectúa la reducción u oxidación esencialmente sólo en el segundo electrodo y en el tercer electrodo.

A modo de ejemplo, se puede efectuar esta selección de modo que se seleccione el tercer potencial eléctrico mayor que el primer potencial eléctrico, y que el primer potencial eléctrico aplicado al primer electrodo sea mayor que el segundo potencial eléctrico aplicado al segundo electrodo.

La zona de sujeción del primer electrodo puede estar revestida con un material que puede inmovilizar las moléculas de sonda.

La zona de sujeción del primer electrodo puede estar configurada además para la sujeción de ligandos, con los que se puede enlazar péptidos o proteínas.

La zona de sujeción del primer electrodo puede estar configurada además para la sujeción de moléculas de sonda de ADN, con las que se pueden enlazar moléculas de ADN.

La primera zona de sujeción puede contener al menos uno de los siguientes materiales:

\bullet: restos hidroxilo,

\bullet: restos epóxido,

\bullet: restos amina,

\bullet: restos acetoxi,

\bullet: restos isocianato,

\bullet: restos succinimidiléster,

\bullet: restos tiol,

\bullet: oro,

\bullet: plata,

\bullet: platino, titanio.

Se pueden emplear como enzima, a modo de ejemplo,

\bullet: a-galactosidasa,

\bullet: b-galactosidasa,

\bullet: b-glucosidasa,

\bullet: a-manosidasa,

\bullet: fosfatasa alcalina,

\bullet: fosfatasa ácida,

\bullet: dehidrogenasa de oligosacárido,

\bullet: dehidrogenasa de glucosa,

\bullet: lacasa,

\bullet: tirosinasa,

\bullet: o enzimas análogas.

Se debe observar que los enzimas de bajo peso molecular pueden garantizar la máxima eficiencia de conversión y, por consiguiente, también la máxima sensibilidad.

Por consiguiente, en la solución subsiguiente están contenidas moléculas que se pueden disociar a través del enzima en una primera molécula parcial con carga eléctrica negativa, y en una segunda molécula parcial con carga eléctrica positiva.

Como molécula disociable se pueden emplear, sobre todo, a modo de ejemplo,

\bullet: p-aminofenil-hexapiranóxidos,

\bullet: p-aminofenil-fosfatos,

\bullet: p-nitrofenil-hexapiranósidos,

\bullet: p-nitrofenil-fosfatos, o

\bullet: derivados apropiados de

a): diaminas,

b): catecolaminas,

c): Fe(CN)_{6}^{4-},

d): Ferroceno,

e): ácido dicarboxílico

f): ferrocenlisina,

g): osmiobipiridil-NH, o

h): PEG-ferroceno 2.

En las figuras se representa, y se explica más detalladamente a continuación, un ejemplo de ejecución de la invención.

Muestran

las figuras 1a a 1c una representación de diversas disposiciones de electrodos en vista en planta, representando la figura 1A un bosquejo de una disposición de electrodos según un primer ejemplo de ejecución de la invención, la figura 1b una disposición de electrodos según un segundo ejemplo de ejecución de la invención, y la figura 1c una disposición de electrodos interdigital según un ejemplo de ejecución de la invención.

las figuras 2a y 2b un bosquejo de dos electrodos planos, por medio de los cuales se puede identificar la existencia de hebras de ADN a registrar en un electrolito (figura 2a), o bien su no existencia (figura 2b);

la figura 3 electrodos interdigitales según el estado de la técnica,

las figuras 4a a 4c bosquejos de un biosensor según el estado de la técnica, por medio de los cuales se explican estados aislados en el ámbito del proceso de reciclaje redox;

la figura 5 un desarrollo de función de una corriente circular según el estado de la técnica en el ámbito de un proceso de reciclaje redox;

las figuras 6a y 6b un bosquejo de una disposición de electrodos adicional según otro ejemplo de ejecución de la invención;

la figura 7 un biosensor con interruptores y electrónica de medida acoplada con los interruptores según un ejemplo de ejecución de la invención;

las figuras 8a y 8b un bosquejo de un biosensor con una electrónica de medida y una unidad de selección de interruptor acoplada con la electrónica de medida según un ejemplo de ejecución de la invención (figura 8a), y un elemento seleccionado de la unidad de selección de interruptor (figura 8b);

la figura 9 un biosensor según un ejemplo de ejecución de la invención;

la figura 10 una sección transversal de un biosensor con dos electrodos que están dispuestos como disposición de electrodos interdigital;

las figuras 11a a 11d vistas de sección transversal de un electrodo interdigital en cuatro estados de procedimiento en un procedimiento de obtención de un biosensor según un ejemplo de ejecución de la invención;

las figuras 12a a 12c vistas de sección transversal de un biosensor durante pasos de procedimiento aislados del procedimiento de obtención de un electrodo del biosensor según otro ejemplo de ejecución de la invención;

las figuras 13a a 13c vistas de sección transversal de un biosensor durante pasos de procedimiento aislados del procedimiento de obtención de un electrodo del biosensor según otro ejemplo de ejecución de la invención;

las figuras 14a a 14c respectivamente una sección transversal de un biosensor en diferentes momentos durante el procedimiento de obtención según otro ejemplo de ejecución de la invención;

la figura 15 una vista en planta de un conjunto ordenado de biosensores según un ejemplo de ejecución de la invención con electrodos cilíndricos;

la figura 16 una vista en planta de un conjunto ordenado de biosensores según un ejemplo de ejecución de la invención con electrodos en forma de paralelepípedo;

la figura 17 una vista de sección transversal de un biosensor según otro ejemplo de ejecución de la invención;

la figura 18 una vista de sección transversal de un biosensor según otro ejemplo de ejecución de la invención; y

las figuras 19a a 19g vistas de sección transversal de un biosensor durante pasos de procedimientos aislados de un procedimiento de obtención según otro ejemplo de ejecución de la invención.

La figura 1a muestra un biosensor 100 según un primer ejemplo de ejecución de la invención.

El biosensor 100 presenta un primer electrodo 101, que está acoplado eléctricamente con una primera toma eléctrica 102.

El segundo electrodo 103 del biosensor presenta un primer segmento de electrodo 104, y un segundo segmento de electrodo 105.

El primer electrodo 101, así como el segundo electrodo 103, son elaborados a partir de oro.

Ambos segmentos de electrodo 104, 105 del segundo electrodo 103 están aislados eléctricamente por medio de una capa aislante 106, por medio de la que están aislados eléctricamente entre sí, además, el primer electrodo 101 y el segundo electrodo 103.

El primer segmento de electrodo 104 está acoplado eléctricamente con una segunda toma eléctrica 107, y el segundo segmento de electrodo 105 del segundo electrodo 103 está acoplado con una tercera toma eléctrica 108.

El primer segmento de electrodo 104 y el segundo segmento de electrodo 105, de manera opcional, son acoplables eléctricamente entre sí, o aislables eléctricamente entre sí.

El segundo electrodo total 103 se divide claramente, en general, en un número arbitrario de segmentos de electrodo 104, 105, mediante lo cual se dividen los electrodos en segmentos de electrodo independientes, aislados eléctricamente entre sí.

Mediante la selección independiente y el acoplamiento eléctrico de los segmentos de electrodo aislados 104, 105 del segundo electrodo 103, se puede variar y controlar de manera muy sencilla y flexible la superficie de electrodos efectiva, que se selecciona para el registro de la señal de medida, en su tamaño.

De este modo se posibilita claramente, a modo de ejemplo en dependencia de la magnitud de la corriente de medida del sensor total, es decir, el segundo electrodo total 103, o sólo una zona parcial, es decir, uno o varios segmentos de electrodo del segundo electrodo 103 se acoplan eléctricamente con el electrodo de medida.

Con ello se puede garantizar un ajuste de la conexión total para el registro de la corriente de medida en el sector de dinámicas de electrónica de medida que se encuentra disponible.

En especial se posibilita generalmente una representación del intervalo de medida sobre un intervalo de dinámica considerablemente más reducido en comparación con el estado de la técnica, en el que la conexión trabaja según criterios predeterminados.

Debido a la proporcionalidad, representada anteriormente, de la modificación de la corriente de medida durante el tiempo respecto a la superficie de electrodo efectiva, por consiguiente, es posible una toma variable de la señal de medida del segundo electrodo 103.

La figura 1b muestra una forma de ejecución generalizada del biosensor 100 representada en la figura 1a.

En el caso del biosensor 110 representado en la figura 1b están previstos, adicionalmente el primer electrodo 111 con una primera toma eléctrica 112, n segmentos de electrodo de un segundo electrodo 113.

Los primeros electrodos 111, así como los segundos electrodos 113 contienen de nuevo oro.

Cada uno de los n segmentos de electrodos 114, 115, 116, está acoplado eléctricamente con una toma eléctrica 117, 118, 119. Los segmentos de electrodo 114, 115, 116, están aislados eléctricamente entre sí, así como del primer electrodo 111, por medio de una capa aislante 120.

Las tomas eléctricas 117, 118, 119, son acoplables eléctricamente entre sí de manera libremente seleccionable de modo arbitrario.

Correspondientemente a tamaños predeterminables de segmentos de electrodos aislados 114, 115, 116, una corriente de medida proporcional correspondientemente a la superficie de electrodo de los segmentos de electrodos seleccionados se pueden reunir en una toma colectiva descrita a continuación, y alimentar por consiguiente, a una electrónica de medida.

Según un ejemplo de ejecución, que está representado según la figura 1b, se seleccionó una proporción de longitudes del primer electrodo respecto a la longitud total de todos los segmentos de electrodos 114, 115, 116 del segundo electrodo 113 de 1 : 9, es decir, según este ejemplo de ejecución, el segundo electrodo 113 presentan nueve segmentos de electrodo 114, 115, 116 (n = 9), correspondiendo la suma de las superficies de electrodo de los segmentos de electrodo 114, 115, 116 del segundo electrodo 113 a la superficie de electrodo del primer electrodo 111.

Esto significa que, en el caso de conexión de todos los segmentos de electrodo 114, 115, 116 del segundo electrodo 113, se mide un 100% de corriente de medida generada, que se crea según el proceso de reciclaje por reducción /oxidación representados en la figura 4a a la figura 4c, en una electrónica de medida para la valoración de la corriente de medida, o bien su diferenciación temporal.

El acondicionamiento descrito a continuación se refiere a todos los ejemplos de ejecución de la invención.

En el primer electrodo están previstas zonas de sujeción para el inmovilizado de moléculas de sonda de ADN. En las zonas de sujeción están inmovilizadas moléculas de ADN según el acoplamiento de oro-azufre.

En un primer paso se pone en contacto una disolución a analizar, en la secuencia complementaria a las hebras de ADN a registrar con la secuencia de moléculas de sonda de ADN, con al menos el primer electrodo.

Si en la disolución a analizar están contenidas hebras de ADN con secuencia complementaria a la secuencia de las moléculas de sonda de ADN, estas hibridan con las moléculas de sonda de ADN.

En otro paso se aplica una disolución de lavado sobre un biosensor, en especial sobre el primer electrodo, mediante lo cual se eliminan la disolución a analizar, así como hebras de ADN no hibridadas, generalmente biopolímeros macromoleculares no enlazados, del biosensor, en especial del primer electrodo.

Las hebras de ADN están marcadas con un enzima.

Como enzimas se emplean las siguientes substancias:

Se pueden emplear como enzima a modo de ejemplo,

\bullet: a-galactosidasa,

\bullet: b-galactosidasa,

\bullet: b-glucosidasa,

\bullet: a-manosidasa,

\bullet: fosfatasa alcalina,

\bullet: fosfatasa ácida,

\bullet: dehidrogenasa de oligosacárido,

\bullet: dehidrogenasa de glucosa,

\bullet: lacasa,

\bullet: tirosinasa,

\bullet: o enzimas análogas.

Con los enzimas es posible disociar moléculas, que se ponen en contacto con el primer electrodo en una disolución adicional, en una primera molécula parcial de una primera carga eléctrica, y en una segunda molécula parcial de una segunda carga eléctrica.

Como monómeros disociables, según estos ejemplos de ejecución se emplean las siguientes moléculas:

\bullet: p-aminofenil-hexapiranósidos,

\bullet: p-aminofenil-fosfatos,

\bullet: p-nitrofenil-hexapiranósidos,

\bullet: p-nitrofenil-fosfatos, o

\bullet: derivados apropiados de

a): diaminas,

b): catecolaminas,

c): Fe(CN)_{6}^{4-},

d): Ferroceno,

e): ácido dicarboxílico

f): ferrocenlisina,

g): osmiobipiridil-NH, o

h): PEG-ferroceno 2.

En el primer electrodo se aplica un primer potencial V1, y en el segundo electrodo se aplica un segundo potencial eléctrico V2. El primer potencial eléctrico V1 es mayor que el segundo potencial eléctrico V2.

Por consiguiente, según el proceso de reciclaje por reducción/oxidación representado en la figura 4a a la figura 4c, se generan soportes de carga en la disolución adicional, mediante lo cual se genera una corriente circular, que se denomina corriente de medida a continuación.

La figura 1c muestra un tercer ejemplo de ejecución de un biosensor 130, en el que se forma el primer electrodo total 131 mediante una pluralidad de primeros electrodos parciales conectados en paralelo, que están dispuestos en engranaje con una pluralidad de segmentos de electrodo que forman, conectados en paralelo, el segundo electrodo total 132.

Los primeros electrodos parciales 131 están acoplados respectivamente con una primera toma eléctrica 133. Los primeros segmentos de electrodo 134 del segundo electrodo total 132 están conectados en paralelo, y acoplados eléctricamente con una segunda toma eléctrica 135.

Los segundos segmentos de electrodo 136 del segundo electrodo total 132 están conectados en paralelo, y acoplados eléctricamente con una tercera toma eléctrica 137 en cada caso.

La disposición de electrodos interdigital corresponde en principio a la disposición de electrodos conocidas por [4], con la diferencia de que los segundos electrodos están ahora subdivididos en dos segmentos de electrodo, aislados eléctricamente entre sí, en general en un número n arbitrario, que están conectados en paralelo, y son acoplables eléctricamente de modo seleccionable independientemente entre sí en cada caso.

La figura 6a muestra un ejemplo de una disposición de electrodos con un número de dos segmentos de electrodo del segundo electrodo.

El biosensor 600 según este ejemplo de ejecución presenta, por consiguiente, una pluralidad de primeros electrodos 601, y una pluralidad de segundos electrodos 602.

Los segundos electrodos 602 presentan una pluralidad de primeros segmentos de electrodos 603, una pluralidad de segundos segmentos de electrodo 604, así como una pluralidad de terceros segmentos de electrodo 605, estando dispuestos con aislamiento eléctrico entre sí, los segmentos de electrodos aislados por medio de una capa de aislante 606.

Como se representa en la figura 6b, los primeros electrodos 601 están acoplados respectivamente con una primera toma eléctrica 607, y por consiguiente, están conectados en paralelo.

Además, los primeros segmentos de electrodos 603 de los segundos electrodos 602 están conectados en paralelo, y acoplados respectivamente con una segunda toma eléctrica 608.

Además, los segundos segmentos de electrodos 604 de los segundos electrodos 602 están conectados en paralelo, y acoplados eléctricamente con una tercera toma eléctrica 609.

Además, los terceros segmentos de electrodos 605 están igualmente conectados en paralelo, y acoplados eléctricamente con una cuarta toma eléctrica 610.

Mediante correspondiente selección de los segmentos de electrodo 603, 604, 605, y su conexión eléctrica, como se explica más detalladamente a continuación, se puede variar y ajustar muy exactamente las superficies de electrodo efectivas en su tamaño, de modo que se puede mantener la corriente de medida en un intervalo de dinámica definido muy exactamente.

La figura 7 muestra una conexión del biosensor 110 representado en la figura 1b.

Las tomas eléctricas 117, 118, 119 de los segmentos de electrodo 114, 115, 116 del segundo electrodo 113 están acoplados eléctricamente, a través de uniones eléctricas 701, 702, 703, con interruptores eléctricos 704, 705, 706, estando acoplado eléctricamente, en cada caso, uno de los interruptores eléctricos 704, 705, 706, con una toma eléctrica 117, 118, 119.

Cada interruptor eléctrico 704, 705, 706, está acoplado eléctricamente, en una posición de conmutación, con una primera toma de conmutación 707, 708, 709, y en una segunda posición de conmutación respectivamente con una segunda toma de conmutación 710, 711, 712.

Las primeras tomas de conmutación 707, 708, 709 están acopladas eléctricamente entre sí por medio de una primera toma colectiva, 713 y, la primera toma colectiva 713 está acoplada eléctricamente, además, con la entrada 714 de una electrónica de medidas 715.

Además, la figura 7 muestra una fuente de tensión 716, que está acoplada con la primera toma eléctrica 112 del primer electrodo 111, de modo que el primer potencial eléctrico V1 está aplicado al primer electrodo 111.

Las segundas tomas de conmutación 710, 711, 712 están acopladas eléctricamente entre sí con una segunda toma colectiva 717, que está acoplada eléctricamente con una segunda fuente de tensión 718, mediante lo cual se aplica el segundo potencial eléctrico V2 en los segmentos de electrodo, que están acoplados respectivamente con la segunda toma de conmutación 710, 711, 712 por medio del interruptor 704, 705, 706.

Mediante el acoplado eléctrico de la segunda fuente de tensión 718 a la segunda toma de conmutación 710, 711, 712, se garantiza que el proceso de reciclaje por reducción/oxidación permanezca inalterado por la respectiva posición de interruptor de los interruptores 704, 705, 706. También mediante la disposición de conmutación representada se garantiza que la conexión se accione en un punto de trabajo constante, independientemente de la posición de interruptor de los interruptores aislados 704, 705, 706.

Además, se aplica el segundo potencial eléctrico V2 también en la primera toma colectiva 713, y por consiguiente bien en los segmentos de electrodos seleccionados, que están acoplados por medio de los interruptores 704, 705, 706, a través de las tomas de conmutación 707, 708, 709, con la entrada 714 de la electrónica de medida 715.

Según este ejemplo de ejecución, como se representa en la figura 7, el primer segmento de electrodo 114 y el segundo segmento de electrodo 115 del segundo electrodo 113 están conectados eléctricamente por medio del primer interruptor 704 y del segundo interruptor 705 con las primeras tomas de conmutación 707, 708, y con ello están acoplados con la electrónica de medida 715.

Esto significa que la corriente generada en el primer segmento de electrodo 114 y el segundo segmento de electrodo 115 se mide por el segundo electrodo 113, y se alimenta a la electrónica de medida 715 a través del interruptor 704, 705.

Como se representa en la figura 8a, con la electrónica de medida 715 puede estar acoplada una unidad de selección de conmutación 801 a través de su entrada 802, de modo que la salida 803 de la electrónica de medida está acoplada tanto con una toma externa 804, en la que es mensurable una tensión inicial V_{out}, como también con la entrada 802 de la unidad de selección de conmutación 801.

La electrónica de medida 715 presenta un transformador de corriente 805, que presenta un intensificador de operación 806, así como una resistencia eléctrica 807.

La entrada 808 no inversora del intensificador de operación 806 está acoplada eléctricamente con la segunda fuente de tensión 718.

Además, la salida del intensificador de operación 806 está acoplada eléctricamente, a través de la resistencia eléctrica 807 con la entrada inversora 810 del intensificador de operación 806, así como con la primera toma colectiva 713.

La unidad de selección de conmutación 801 está configurada de tal manera que, por medio de comparadores, están predeterminados diversos intervalos de valores, y correspondientemente a la tensión inicial V_{out}, los interruptores 704, 705, 706, con sus salidas 811, 812, 813, están acopladas a la unidad de selección de conmutación 801, de modo que los interruptores 704, 705, 706 son controlables por medio de una respectiva señal de salida, simbolizada en la figura 8 por medio de líneas discontinuas 814, 815, 816, que el respectivo interruptor 704, 705, 706, se puede conectar en la primera posición de conmutación o en la segunda posición de conmutación, y permanece en esta posición de conmutación hasta que, debido a la señal de partida, es decir, se aplica una señal de control modificada a la señal de control en la correspondiente salida 811, 812, 813 de la unidad de selección de conmutación 801.

La unidad de selección de conmutación 801 presenta, a modo de ejemplo, n elementos seleccionados 817, cuyo número n corresponde al número de segmentos de electrodos seleccionables.

Cada elemento de selección 817 presenta respectivamente el acondicionamiento representado en la figura 8b.

La tensión de salida V_{out} se presenta en la entrada inversora 818 de un intensificador 819 del respectivo elemento de selección 817. En la entrada no inversora 820 del intensificador de operación 819 está aplicada una tensión de comparador de referencia V_{ref}, predeterminada ex profeso para cada elemento seleccionado 817, en la figura 8b simbolizada mediante una fuente de referencia 821.

La salida 822 del intensificador de operación 819 está acoplada con una entrada 823 de un diodo 824. La salida 825 de los diodos 824 está acoplada con un condensador 826, que está acoplado con el potencial másico con su otra toma.

Además, la salida 825 de los diodos 824 está acoplada con la toma de ánodo 827 de un transistor de inicializado 828. La toma de fuente 829 del transistor de inicializado 828 está acoplada con el potencial másico. Por medio de salida 830 del transistor de inicializado 828 se inicializa el elemento seleccionado 817 con ayuda de una señal de inicializado.

Además, la salida 825 del diodo 824 está acoplada con una entrada 831 de un inversor 832. La salida 833 del inversor 832 está acoplada con la respectiva salida 811, 812, 813 de la unidad de selección de conmutación 801.

Debido al elemento de selección 817 se conecta el correspondiente interruptor, por medio del aumento de la tensión inicial V_{out} por encima del valor de la tensión de comparador de referencia predeterminada respectivamente V_{ref}, que está acoplada con el respectivo elemento seleccionado 817, y se lleva a la segunda posición de conmutación, de modo que el segmento de electrodo correspondiente no contribuye ya a la corriente que fluye en la electrónica de medida 715.

De este modo se consiguen de manera muy sencilla y flexible una selección libre de manera arbitraria de segmentos de electrodo del segundo electrodo.

En una forma de ejecución alternativa está previsto que el primer electrodo esté subdividido en segmentos de electrodo, y la correspondiente electrónica de medida según el ejemplo de ejecución descrito anteriormente, y la unida de selección de conmutación con los segmentos de electrodos, sea acoplable eléctricamente.

Se debe observar que la invención no está limitada a un proceso de reducción/oxidación, sino que la disposición según la invención se puede emplear en cualquier sector en el que se deban cumplir de manera compensada los requisitos de un intervalo de dinámicas de una señal de medida, variable en gran medida.

Además, se debe notar que la invención está limitada no sólo a los electrodos planos conocidos por el estado de la técnica.

A modo de ejemplo, en una forma de ejecución alternativa puede estar previsto un tercer electrodo, que está dispuesto preferentemente entre el primer electrodo y el segundo electrodo, o bien su segmento de electrodo, que el proceso de reducción/oxidación del ámbito del proceso de reducción/oxidación se desarrolle entre el tercer electrodo y el segundo electrodo.

Esto se puede garantizar, en especial, aplicándose al tercer electrodo un tercer potencial eléctrico, que es mayor que el segundo potencial eléctrico V2, y que el primer potencial eléctrico V1. Además se aplica en el segundo electrodo un segundo potencial eléctrico V2, que es menor que el primer potencial eléctrico V1, que se aplica en el primer electrodo.

Además se pueden emplear electrodos en el ámbito de una forma de ejecución alternativa, que están dispuestos relativamente en yuxtaposición, de tal manera que, entre los electrodos, se pueden formar líneas de campo esencialmente no curvadas de un campo eléctrico generado entre los electrodos.

Esto se puede conseguir, a modo de ejemplo, mediante disposiciones de electrodos, como se explican más detalladamente a continuación por medio de las figuras 9 a 19A a G.

La figura 9 muestra un chip biosensor 900 con una configuración de electrodos adicional.

El chip biosensor 900 presenta un primer electrodo 901 y un segundo electrodo 902, que están dispuestos sobre una capa aislante 903, de tal manera que el primer electrodo 901 y el segundo electrodo 902 están aislados eléctricamente entre sí.

El primer electrodo 901 está conectado con una primera toma eléctrica 904, y el segundo electrodo 902 está acoplado con una segunda toma eléctrica 905.

Los electrodos 901, 902, presentan una estructura en forma de paralelepípedo, oponiéndose una primera superficie de electrodo 906 del primer electrodo 901, y una primera superficie de electrodo 907 del segundo electrodo 902, en orientación sensiblemente paralela.

Según este ejemplo de ejecución, se consigue esto presentando los electrodos 901, 902 paredes esencialmente perpendiculares 906, 907, con respecto a la superficie 108 de la capa aislante 903, que forman la primera superficie de electrodo 906 del primer electrodo 901, o bien la primera superficie de electrodo 907 del segundo electrodo 902.

Si se aplica un campo eléctrico entre el primer electrodo 901 y el segundo electrodo 902, de modo que, mediante las superficies de electrodo 906, 907, orientadas esencialmente en paralelo entre sí, se genera un desarrollo de línea de campo con líneas de campo 909, que no están sensiblemente curvadas entre las superficies 906, 907.

Las líneas de campo curvadas 910 resultan únicamente entre una segunda superficie de electrodo 911 del primer electrodo 901, y una segunda superficie de electrodo 912 del segundo electrodo 902, que forman las superficies superiores respectivamente para los electrodos 901, 902, así como en una zona marginal 913 entre los electrodos 901, 902.

Las primeras superficies de electrodo 906, 907 de los electrodos 901, 902, se deben registrar como zonas de sujeción para la sujeción de moléculas de sonda, los biopolímeros macromoleculares, que se pueden enlazar por medio del biosensor 900.

Los electrodos 901, 902, se obtienen a partir de oro según este ejemplo de ejecución.

Se obtienen enlaces covalentes entre los electrodos y las moléculas aisladas, estando presente el azufre en forma de un sulfuro o de un tiol para la formación de un acoplamiento de oro-azufre.

Para el caso de emplear moléculas de sonda de ADN como moléculas de sonda, tales funcionalidades de azufre son parte de un nucleótido modificado, que se incorpora por medio de la denominada química de amidita de fósforo, durante un procedimiento de síntesis de ADN automatizado, en el extremo 3' o en el extremo 5' de la hebra de ADN a inmovilizar. La molécula de sonda de ADN se inmoviliza, por consiguiente, en su extremo 3' o en su extremo 5'.

Para el caso de emplear ligandos como molécula de sonda, se forman las funcionalidades de azufre mediante un extremo de un cebador de alquilo o un cebador de alquileno, cuyo otro extremo presenta funcionalidad química apropiada para la unión covalente del ligando, a modo de ejemplo un resto hidroxilo, un resto cetoxi o un resto succinimidiléster.

Los electrodos, es decir, en especial las zonas de sujeción, se cubren con un electrolito 914, generalmente con una disolución a analizar, en la pieza de medida.

Si en la disolución 914 a analizar se encuentran los biopolímeros macromoleculares a registrar, a modo de ejemplo hebras de ADN a registrar, con una secuencia predeterminada, que pueden hibridar con las moléculas de sonda de ADN inmovilizadas sobre los electrodos, las hebras de ADN hibridan con las moléculas de sonda de ADN.

Si en la disolución 914 a analizar no están contenidas hebras de ADN con la secuencia complementaria a la secuencia de las moléculas de sonda de ADN, de este modo ninguna hebra de ADN de la disolución 914 a analizar puede hibridar con las moléculas de sonda de ADN en los electrodos 901, 902.

Entre los electrodos 901, 902, como se explicó anteriormente, se inicia un proceso de reciclaje de redox, y de este modo se determina el número de hebras de ADN marcadas hibridadas, generalmente los biopolímeros macromoleculares marcados enlazados.

La figura 10 muestra un biosensor 1000 con una configuración de electrodos adicional según otro ejemplo de ejecución de la invención.

En el caso de biosensor 1000, del mismo modo que en el caso del biosensor 900 según el ejemplo de ejecución mostrado en la figura 9, están previstos dos electrodos 901, 902, que están aplicados sobre la capa aislante 903.

A diferencia del biosensor 900, con únicamente dos electrodos en forma de paralelepípedo, los dos electrodos según el biosensor 1000 representando en la figura 10 están dispuestos como una pluralidad de electrodos conectados en paralelo, dispuesto alternantemente en cada caso, en forma de la conocida disposición de electrodos interdigital.

Para la ilustración adicional, la figura 10 muestra además un esquema equivalente eléctrico, que está dibujado en la representanción del biosensor 1000.

Ya que, entre las superficies de electrodo 906, 907, enfrentadas esencialmente en paralelo, de los electrodos 901, 902, como se representó en la figura 9, resultan líneas de campo esencialmente no curvadas respecto a la superficie 908 de la capa aislante 903, predominantemente la fracción de la primera capacidad 102 generada mediante las líneas de campo no curvadas, y del primer valor de conductividad 1003, con la segunda capacidad 1004 y el segundo valor de conductividad 1005, que se generaron mediante las líneas de campo curvadas 910.

Esta fracción, considerablemente mayor, de la primera capacidad 1002 y del segundo valor de conductividad 1003 en el valor de conductividad total, que resulta de la suma de la primera capacidad 1002 y de la segunda capacidad 1004, así como del primer valor de conductividad 1003 y del segundo valor de conductividad 1005, conduce a que la sensitividad del biosensor 1000, en el caso de modificación del estado del biosensor 1000, es decir, en el caso de hibridación de hebras de ADN en la disolución 914 a analizar, aumente considerablemente con las moléculas de sonda de ADN inmovilizadas en las zonas de sujeción sobre las superficies de electrodo 906, 907.

Por consiguiente, con las mismas dimensiones laterales de electrodo 901, 902, y con las mismas dimensiones de la zona activa introducida previamente, es decir, con la misma superficie de zonas de sujeción sobre las superficies de electrodo, está contenida claramente una fracción de líneas de campo de un campo eléctrico aplicado entre los electrodos 901, 902, en el volumen en el que tiene lugar la hibridación, sensiblemente mayor que en el caso de una disposición de electrodos planas si las hebras de ADN a registrar están contenidas en la disolución 914 a analizar.

En otras palabras, esto significa que la capacidad de la disposición según la invención por superficie de chip es claramente mayor que la capacidad por superficie de chip en una disposición de electrodos plana.

A continuación se explican algunas posibilidades alternativas para la obtención de un electrodo sensor en forma de paralelepípedo con paredes laterales esencialmente verticales.

Primer procedimiento para la obtención de electrodos metálicos con paredes laterales esencialmente verticales, que pueden inmovilizar moléculas de sonda

La figura 11a muestra un substrato de silicio 1100, como se obtiene para procesos de CMOS conocidos.

Sobre el substrato de silicio 1100, en el que se encuentran ya conexiones integradas y/o tomas eléctricas para los electrodos a formar, se aplica una capa aislante 1101, que sirve también como capa de pasivado, en grosor suficiente, según el ejemplo de ejecución en un grosor de 500 nm, por medio de un procedimiento de CVD.

La capa aislante 1101 puede estar constituida por óxido de silicio SiO_{2} o nitruro de silicio Si_{3}N_{4}.

La disposición interdigital del biosensor 1000 según el ejemplo de ejecución representado anteriormente se define por medio de fotolitografía sobre la capa aislante 1101.

A continuación, por medio de un procedimiento de corrosión en seco, por ejemplo el Reactive Ion Etching (RIE), se generan, es decir, se corroen etapas 1102 en la capa aislante 1101, según el ejemplo de ejecución en una altura mínima 1103 de aproximadamente 100 nm.

La altura 1103 de las etapas 1102 debe ser suficiente grande para un proceso que se auto ajusta a continuación para la formación de electrodos metálicos.

Se debe indicar que, para la aplicación de la capa aislante 1101, se puede emplear alternativamente también un procedimiento de vaporizado o un procedimiento de chisporroteo.

En el estructurado de las etapas 1102 se debe considerar que los flancos de las etapas 1102 sean suficientemente inclinados, de modo que formen cantos suficientemente agudos 1105. Un ángulo 1106 de los flancos de etapa, medido respecto a la superficie de la capa aislante 1101, debía ascender al menos a 50º según el ejemplo de
ejecución.

En otra capa se aplica por vaporizado una capa auxiliar 1104 (véase la figura 11b) del grosor de aproximadamente 10 nm, constituida por titanio, en la capa aislante gradual 1101.

La capa auxiliar 1104 puede presentar wolframio y/o níquel-cromo y/o molibdeno.

Esto es para garantizar que la capa metálica aplicada en otro paso, según el ejemplo de ejecución una capa metálica 1107, constituida por oro, se desarrolle en forma poroso en los cantos 1105 de las etapas 1102, de tal manera que sea posible, en un paso de procedimiento subsiguiente en las transicciones de etapas, corroer respectivamente una ranura 1108 en la capa de oro aplicada en superficie completa. En otro paso de procedimiento se aplica la capa de oro 1107 para el biosensor 1000.

Según el ejemplo de ejecución, la capa de oro presenta un grosor de aproximadamente 500 nm hasta aproximadamente 2000 nm.

Con respecto al grosor de la capa de oro 1107 se debe garantizar únicamente que el grosor de la capa de oro 1107 sea suficiente para que la capa de oro 1107 crezca en forma de columna porosa.

En otro paso se corroen orificios 1108 en la capa de oro 1107, de modo que se forman ranuras.

Para la corrosión en húmedo de los orificios se emplea una disolución corrosiva de 7,5 g de Super Strip 100™ (nombre de fábrica de la firma Lea Ronal GmbH, Deutschland) y 20 g de KCN en 1000 ml de agua H_{2}O.

Mediante el crecimiento en forma de columna de oro, generalmente de metal, durante la aplicación por vaporizado sobre la capa adhesiva 1104, se consigue un ataque corrosivo anisótropo, de modo que la descarga de la superficie de oro se efectúa aproximadamente en proporción 1 : 3.

Mediante la corrosión de la capa de oro 1107 se forman las ranuras 1108 dependiendo del tiempo de duración del proceso de corrosión.

Esto significa que el tiempo de duración del proceso de corrosión determina la anchura básica, es decir, la distancia 1109 entre los electrodos de oro 1110, 1111 que se forman.

Se concluye la corrosión en húmedo una vez los electrodos metálicos presentan una anchura suficiente, y se ha alcanzado la distancia 1109 entre los electrodos de oro 1110, 1111 que se forman.

Se debe observar que, debido a la aplicación por el vaporizado poroso, la corrosión en el sentido paralelo a la superficie de la capa aislante 1101 se efectúa sensiblemente de manera más rápida que en el sentido perpendicular a la superficie de la capa aislante 1101.

Se debe indicar que, alternativamente en una capa de oro, también se pueden emplear otros metales nobles, como por ejemplo platino, titanio o plata, ya que estos materiales pueden presentar igualmente zonas de sujeción, o bien pueden estar revestidos con un material apropiado, para la sujeción de moléculas de sonda de ADN inmovilizadas, o generalmente para la sujeción de moléculas de sonda, y presentan un crecimiento en forma de columna en el caso de aplicación por vaporizado.

Para el caso de que la capa adhesiva 1104 se deba eliminar en las ranuras abiertas 1102 entre los electrodos metálicos 1110, 1111, esto se efectúa de manera auto ajustable, empleándose los electrodos de oro 1110, 1111, como máscara de corrosión.

Frente a los electrodos interdigitales conocidos, la estructura según este ejemplo de ejecución presenta en especial la ventaja de que el orificio auto ajustable de la capa de oro 1107 no está unido a una resolución mínima del proceso de obtención a través de los cantos 1105 de la distancia entre los electrodos 1110, 1111, es decir, se puede mantener lo más estrecha posible la distancia 1109 entre los electrodos 1110, 1111.

Por consiguiente, según este procedimiento resulta el biosensor 1000 según el ejemplo de ejecución representado en la figura 10, con los correspondientes electrodos metálicos.

Segundo procedimiento para la obtención de electrodos metálicos con paredes laterales sensiblemente verticales, que pueden inmovilizar moléculas de sonda

En el procedimiento de obtención representado en la figura 12a y en la figura 12b se parte de un substrato 1201, a modo de ejemplo de una plaqueta substrato de silicio (véase la figura 12a), sobre la que está prevista ya un metalizado 1202 como conexión eléctrica, estando aplicada sobre el substrato 1201 ya una capa anticorrosiva 1203 constituida por nitruro de silicio Si_{3}N_{4}.

Sobre el substrato se aplica una capa metálica 1204, según el ejemplo de ejecución una capa de oro 1204, por medio de un procedimiento de vaporizado.

Alternativamente se puede emplear un procedimiento de chisporroteo o un procedimiento de CVD para la aplicación de la capa de oro 1204 sobre la capa anticorrosiva 1203.

Generalmente, la capa metálica 1204 presenta el metal, que se debe formar a partir del electrodo a constituir.

Sobre la capa de oro 1204 se aplica una capa auxiliar aislante eléctricamente 1205 constituida por óxido de silicio SiO_{2}, por medio de un procedimiento de CVD (alternativamente por medio de un procedimiento de vaporizado o un procedimiento de chisporroteo).

Mediante empleo de la tecnología de fotolitografía se forma una estructura de esmalte a partir de una capa de esmalte 1206, a modo de ejemplo una estructura en forma de paralelepípedo, que corresponde a la forma de los electrodos a constituir.

Un conjunto ordenado de biosensores descrito a continuación con una pluralidad de electrodos, por medio de fotolitografías se genera una estructura de esmalte, que corresponde, en su forma, a los electrodos a formar, que constituyen el conjunto ordenado de biosensores.

Expresado en otras palabras, esto significa que las dimensiones laterales de la estructura de esmalte formada corresponden a las dimensiones de los electrodos de sensor a generar.

Tras aplicación de la capa de esmalte 1206, y la correspondiente exposición, que predetermina las correspondientes estructuras de esmalte, se elimina la capa de esmalte en las zona no "desarrolladas", es decir, no respuestas, a modo de ejemplo por medio de incineración, o por vía química en húmedo.

También se elimina la capa auxiliar 1205 en las zonas no protegidas mediante la capa de fotoesmalte 1206, por medio de un procedimiento de corrosión en húmedo o un procedimiento de corrosión en seco.

En otro paso, tras eliminación de la capa de esmalte 1206, sobre la capa auxiliar remanente 1205, se aplica otra capa metálica 1207 como capa de electrodo, de tal manera que las superficies laterales 1208, 1209 de la restante capa auxiliar 1205 están cubiertas con el material de electrodo, según el ejemplo de ejecución con oro (véase la figura 12b).

La aplicación se puede efectuar por medio de un procedimiento de CVD, o de un procedimiento de chisporroteo, o con un procedimiento de plasma de ión metálico.

En un último paso (véase la figura 12c) se lleva a cabo una corrosión de espaciado, en el que se forma la estructura deseada de los electrodos 1210 mediante sobre corrosión selectiva de las capas metálicas 1204, 1207.

Por consiguiente, el electrodo 1210 presenta el espaciador 1211, 1212, no eliminado por corrosión en el paso de corrosión de capas metálicas 1204, 1207, así como la parte de la primera capa metálica 1204, dispuesta inmediatamente bajo la capa auxiliar restante 1205, que no se ha eliminado por corrosión por medio del procedimiento de corrosión.

El electrodo 1210 está acoplado eléctricamente con la toma eléctrica, es decir, el metalizado 1202.

La capa auxiliar 1205 constituida por óxido de silicio, en caso necesario, se puede eliminar mediante una corrosión adicional, a modo de ejemplo en plasma o por vía química en húmedo por medio de un procedimiento, en el que se da selectividad respecto a la capa anticorrosiva 1203.

Se garantiza esto, a modo de ejemplo, si la capa auxiliar 1205 está constituida por óxido de silicio, y la capa anticorrosión 1203 presentan nitruro de silicio.

La pendiente de las paredes de los electrodos en el chip biosensor 900, 1000, representada a través del ángulo 1213 entre el espaciador 1211, 1212, y la superficie 1214 de la capa anticorrosiva 1203, se determina, por consiguiente, mediante la pendiente de flancos de la capa auxiliar restante 1205, en especial de la pendiente de flancos de esmaltes 1215, 1216 de la capa de esmalte estructurada 1206.

Tercer procedimiento para la obtención de electrodos metálicos con paredes laterales sensiblemente verticales, que pueden inmovilizar moléculas de sonda

En la figura 13a a la figura 13c se representa otra posibilidad para la obtención de un electrodo con paredes esencialmente verticales.

Como se representan en el segundo ejemplo para la obtención de un electrodo, se parte de nuevo de un substrato 1301, sobre el que está previsto ya un metalizado 1302 para la toma eléctrica de electrodos de biosensor a formar.

Sobre el substrato 1301, constituido por silicio, se aplica por vaporizado una capa metálica 1303 como capa de electrodo, presentando la capa metálica 1303 el material a emplear para los electrodos, según este ejemplo de ejecución oro.

Alternativamente a la aplicación por vaporizado de la capa metálica 1303, la capa metálica 1303 se puede aplicar también por medio de un procedimiento de chisporroteo, o por medio de un procedimiento de CVD, sobre el substrato 1301.

Sobre la capa metálica 1303 se aplica una capa de fotoesmalte 1304, y se estructura por medio de tecnología de fotolitografía de tal manera que se produce una estructura de esmalte que, tras desarrollo y eliminación de las zonas no desarrolladas, corresponde a las dimensiones laterales de electrodos a formar, o bien generalmente del conjunto ordenado de biosensores a formar.

El grosor de la capa de fotoesmalte 1304 corresponde esencialmente a la altura de electrodos a generar.

En el caso de un estructurado en un plasma con gases de proceso, que no pueden conducir a una reacción del material de electrodo, en especial en un plano de gas inerte, a modo de ejemplo con argón como gas de proceso, el desgaste del material según este ejemplo de ejecución se efectúa por medio de desgaste físico por chiporro-
teo.

En este caso se chisporrotea el material de electrodo a partir de la capa metálica 1303 en un proceso de reposición en las paredes laterales 1305, 1306, esencialmente verticales, de los elementos de esmalte estructurados, no eliminados tras incineración de la estructura de esmalte desarrollada, donde ya no se exponen a ningún ataque por chisporroteo adicional.

Una redeposición del material de electrodo sobre la estructura de esmalte protege la estructura de esmalte ante el desgaste subsiguiente.

Debido al chisporroteo, en las paredes laterales 1305, 1306 de la estructura de esmalte se forman capas laterales 1307, 1308, a partir del material de electrodo, según el ejemplo de ejecución a partir de oro.

Las capas laterales 1307, 1308, están acopladas eléctricamente con una parte no eliminada 1309 de capa metálica 1303, que se encuentra inmediatamente por debajo de la estructura de esmalte restante 1306, así como, además, con el metalizado 1303 (véase la figura 13b).

En un último paso (véase la figura 13c) se elimina la estructura de esmalte 1306, es decir, la fotolaca, que se encuentra en el volumen formado por medio de las capas laterales 1307, 1308, así como la capa metálica 1309 remanente, por medio de incinerado o por vía química en húmedo.

El resultado es la estructura de electrodos 1310 representada en la figura 13c, que se forma con las paredes laterales 1307, 1308, así como la parte no eliminada 1309, que forma el fondo de la estructura de electrodos, y está acoplada eléctricamente con el metalizado 1303.

Como también en el procedimiento de obtención representado anteriormente, se determina la pendiente de las paredes laterales 1307, 1308 de los electrodos formados mediante la pendiente de los flancos del esmalte 1305, 1306, en este procedimiento.

En la figura 14a a la figura 14c se representa otro ejemplo de ejecución de la invención con electrodos cilíndricos, que sobresalen verticalmente al substrato.

Para la obtención del biosensor 1400 con electrodos cilíndricos, que están dispuestos esencialmente en vertical a un substrato 1401 constituido por óxido de silicio, se aplica una capa metálica 1402 como capa de electrodo a partir del material de electrodo deseado, según el ejemplo de ejecución a partir de oro, por medio de un procedimiento de vaporizado.

Sobre la capa metálica 1402 se aplica una capa de fotoesmalte, y se expone la capa de fotoesmalte por medio de una máscara, de modo que, tras eliminación de las zonas no expuestas, resulta la estructura cilíndrica 1403, representada en la figura 14a, sobre la capa metálica 1402.

La estructura cilíndrica 1403 presenta un toro fotoendurecible 1404, así como un anillo fotoendurecible cilíndrico 1405, que está dispuesto concentricamente alrededor del toro fotoendurecible 1404.

Entre el toro fotoendurecible 1404 y el anillo fotoendurecible 1405 se elimina el fotoesmalte, a modo de ejemplo por medio de incinerado o por vía química en húmedo.

Mediante empleo de un procedimiento de chisporroteo, como en el contexto con el procedimiento descrito anteriormente para la obtención de un electrodo por medio de un proceso de reposición, se aplica una capa metálica 1406 alrededor del toro de fotoesmalte 1404.

Del mismo modo se forma una capa metálica interna 1407 alrededor del anillo fotoendurecible 1405 (véase la figura 14b).

En otro paso se elimina el material de fotoesmalte estructurado por medio de incinerado o por vía química en húmedo, de modo que se forman dos electrodos cilíndricos 1408, 1409.

El substrato 1401 se elimina en un último paso, a modo de ejemplo por medio de un proceso de corrosión de plasma selectivo con el material de electrodo, de modo que los metalizados están liberados en el substrato, y se acoplan eléctricamente con electrodos cilíndricos.

Por consiguiente, el electrodo interno cilíndrico 1408 está acoplado eléctricamente con una toma eléctrica 1410, y el electrodo cilíndrico externo 1409 está acoplado eléctricamente con una segunda conexión eléctrica 1411.

La capa metálica 1402 restante, que no se eliminó aun mediante el chisporroteo entre los electrodos cilíndricos 1408, 1409, se elimina en un último paso por medio de un proceso de corrosión por chisporroteo. Del mismo modo se elimina así la capa metálica 1402.

En este contexto se debe observar que, también según este ejemplo de ejecución, los metalizados para las tomas eléctricas 1410, 1411, están ya previstos en el substrato 1401 al comienzo del procedimiento.

La figura 15 muestra una vista en planta de un conjunto ordenado de biosensores 1500, en el que están contenidos electrodos cilíndricos 1501, 1502.

Cada primer electrodo 1501 presenta un potencial eléctrico positivo.

Cada segundo electrodo 1502 del conjunto ordenado de biosensores 1500 presenta un potencial eléctrico negativo respecto al primer electrodo 1501, adyacente en cada caso.

Los electrodos 1501, 1502, están dispuestos en líneas 1503 y ranuras 1504.

En cada línea 1503 y en cada ranura 1504 están dispuestos alternantemente, en cada caso, los primeros electrodos 1501 y los segundos electrodos 1502, es decir, inmediatamente además de un primer electrodo 1501, en una línea 1503 o una ranura 1504, está dispuesto un segundo electrodo 1502, y además de un segundo electrodo, respectivamente en una línea 1503 o en una ranura 1504 está dispuesto un primer electrodo 1501.

De este modo se asegura que, entre los electrodos aislados, se pueda generar un campo eléctrico con líneas de campos esencialmente no curvadas, en el sentido de la altura de los electrodos cilíndricos 1501, 1502.

Sobre los electrodos está inmovilizado en cada caso, como se representa anteriormente, un gran número de moléculas de sonda de ADN.

Si se aplica ahora una disolución a analizar (no representada) sobre el conjunto ordenado de biosensores 1500, las hebras de ADN hibridan con las moléculas de sonda de ADN inmovilizadas sobre los electrodos, complementarias a las mismas.

De este modo, por medio del proceso de reciclaje redox descrito anteriormente, se puede registrar de nuevo la existencia o no existencia de hebras de ADN de una secuencia predeterminada en una disolución a analizar, por medio del conjunto ordenado de biosensores 1500.

La figura 16 muestra otro ejemplo de ejecución de un conjunto ordenado de biosensores 1600 con una pluralidad de electrodos en forma de paralelepípedo 1601, 1602.

La disposición de electrodos en forma de paralelepípedo 1601, 1602 es correspondiente a la disposición de electrodos cilíndricos 1501, 1502, como se ha representado en la figura 15, y como se explicó anteriormente.

La figura 17 muestra una disposición de electrodos de un chip biosensor 1700 según otro ejemplo de ejecución de la invención.

Sobre la capa aislante 903 está aplicado el primer electrodo 901, y acoplado eléctricamente con la primera toma eléctrica 904.

El segundo electrodo 902 está aplicado igualmente sobre la capa aislante 903, y acoplado eléctricamente con la segunda toma eléctrica 905.

Como se muestra en la figura 17, el segundo electrodo según este ejemplo de ejecución, frente al segundo electrodo descrito anteriormente, presenta una forma diferente.

El primer electrodo, como se desprende de la figura 17, es un electrodo plano, y el segundo electrodo presenta configuración en forma de T.

Para segundo electrodo en forma de T presenta un lado 1701, que está dispuesto esencialmente en vertical a la superficie 1707 de la capa aislante 903.

Además, el segundo electrodo 902 presenta segundos lados 1702 dispuestos verticalmente respecto al primer lado 1701, que están dispuestos, al menos parcialmente, por encima de la superficie 1703 del respectivo primer electrodo 901.

Como se puede extraer de la figura 17, están conectados en paralelo varios primeros electrodos 901 y varios segundos electrodos 902, de modo que, por medio de la estructura en forma de T, el segundo electrodo 902 forma una cavidad 1704, que se constituye mediante dos segundos electrodos 902 dispuestos en yuxtaposición, un primer electrodo 901, así como la capa aislante 903.

Los primeros y segundos electrodos aislados 901, 902, están aislados eléctricamente entre sí por medio de la capa aislante 903.

Entre los segundos lados aislados 1702 del segundo electrodo 902, para cada cavidad 1704 está previsto un orificio 1705, que es suficientemente grande, de modo que, en el caso de aplicación de un electrolito 1706 sobre el biosensor 1700, el electrolito, y hebras de ADN contenidas eventualmente en la disolución a analizar 1706, a modo de ejemplo un electrolito, pueden llegar a la cavidad 1704 a través del orificio 1705.

En zonas de sujeción de los primeros y segundos electrodos están inmovilizadas moléculas de sonda de ADN 1709, que pueden hibridar con las correspondientes hebras de ADN a registrar, de secuencia predeterminada.

Como se desprende de la figura 17, por medio de las superficies del segundo electrodo 1708, o bien del segundo electrodo 1703, enfrentadas entre sí, orientadas esencialmente en paralelo, en las que están previstas las zonas de sujeción para el inmovilizado de las moléculas de sonda de ADN 1709, en el caso de aplicación de un campo eléctrico entre el primer electrodo 901 y el segundo electrodo 902 se forman líneas de campo esencialmente no curvadas.

La figura 18 muestra un biosensor 1800 según otro ejemplo de ejecución de la invención.

El biosensor 1800 según el ejemplo de ejecución adicional corresponde esencialmente al biosensor 1700 explicado anteriormente, y mostrado en la figura 17, con la diferencia de que, en paredes laterales del primer lado 1701 del segundo electrodo 902, no están previstas zonas de sujeción con moléculas de sonda de ADN 1709, sino que la superficie 1801 del primer lado 1701 del segundo electrodo 902, está cubierta con material aislante de la capa aislante 903, u otra capa aislante.

Según el ejemplo de ejecución mostrado en la figura 18, se encuentran zonas de sujeción en el primer y en el segundo electrodo 901, 902, por consiguiente, únicamente en superficies de electrodos enfrentadas directamente, es decir, en la superficie 1802 del segundo lado del segundo electrodo 902, y en la superficie 1803 del primer electrodo 901.

En la figura 19a a la figura 19g se representan pasos de procedimiento para la obtención del primer electrodo 901, y del segundo electrodo 902 en los biosensores 1700, 1800.

En la capa aislante 903 como substrato, según el ejemplo de ejecución a partir de óxido de silicio, bajo empleo de una capa de enmascaramiento, a modo de ejemplo a partir de fotoesmalte, se corroe una estructura en la capa aislante 903, cuya forma corresponde a la del primer electrodo a formar 901.

Tras eliminación de la capa de enmascaramiento mediante incinerado, o mediante un procedimiento químico en húmedo, se aplica en toda la superficie una capa constituida por el material de electrodo deseado sobre la capa aislante 903, de modo que la estructura corroída previamente 1901 (véase la figura 19a) está cargada al menos por completo, pudiendo también estar sobrecargada la estructura 1901 (véase la figura 19b).

En otro paso, por medio de un procedimiento de pulido químico-mecánico (véase la figura 19c), se elimina el material de electrodo 1902 que se encuentra fuera de la estructura 1901 elaborada previamente, preferentemente oro.

Por consiguiente, una vez concluido el procedimiento de pulido químico-mecánico, el primer electrodo 901 está alojado a nivel en la capa aislante 903.

El material de electrodo 1902 fuera, es decir, entre los segundos electrodos adicionales 902, o bien entre los primeros electrodos 901, está eliminado sin residuos.

Sobre el primer electrodo 901 se puede aplicar además una capa cubriente 1903, a modo de ejemplo a partir de nitruro de silicio, por medio de un procedimiento de revestimiento apropiado, como por ejemplo un procedimiento de CVD, de un procedimiento de chisporroteo, o un procedimiento de vaporizado (véase la figura 19b).

La figura 19e muestra varios primeros electrodos 1901 de oro, que están alojados en la capa aislante 903 en yuxtaposición, y la capa cubriente 1903 que se encuentra sobre los mismos.

En otro paso (véase la figura 19f) se aplica sobre la capa cubriente 1903 una segunda capa de electrodo 1904.

Una vez efectuado el enmascarado, en el que se considera la abertura deseada entre los segundos electrodos, que se formará a partir de la segunda capa de electrodo 1904, se forman los orificios 1905 deseados, y por medio de un procedimiento de corrosión en seco en un plasma Downstream, se corroe la segunda capa de electrodo 1904, de modo que se forma la cavidad deseada 1704 según los biosensores 1700, 1800 representados en la figura 17 o la figura 18 (véase la figura 19g).

En este contexto se debe observar que la capa cubriente 1903 no es absolutamente necesaria, pero es ventajosa para proteger estos electrodos 901 ante la corrosión en la formación de la cavidad 1704.

En una forma de ejecución alternativa, la estructura en forma de T puede formar el segundo electrodo 902, formándose, tras generación del primer electrodo 901 según el procedimiento descrito anteriormente, una capa aislante adicional por medio de un procedimiento de CVD, u otro procedimiento de revestimiento apropiado, sobre la primera capa aislante o, en el caso de existencia de la capa cubriente 1903, sobre la capa cubriente 1903. A continuación se forman correspondientes orificios en la capa cubriente 1903, que sirven para el alojamiento del primer lado 1701 de la estructura en forma de T del segundo electrodo 902. Se llenan estos orificios con el material de electrodo oro, y, según el procedimiento de Damascene, por medio de un pulido químico-mecánico se elimina el material de electrodo que se ha formado en el orificio y por debajo de la segunda capa aislante, hasta una altura predeterminada, que corresponde al segundo lado 1702 del segundo electrodo en forma de T 902.

Por medio de fotolitografía se forma el orificio 1705 entre los segundos electrodos 902, y a continuación se elimina al menos parcialmente el material aislante por medio de un procedimiento de corrosión en seco en un plasma Downstream, a partir del volumen que se debe formar como calidad 1704.

Además, se debe indicar que las formas de ejecución descritas anteriormente no están limitadas a un electrodo cuya zona de sujeción está realizada por medio de oro. Alternativamente se pueden emplear electrodos de monóxido de silicio o dióxido de silicio, que están revestidos con materiales en las zonas de sujeción. Estos materiales -a modo de ejemplo derivados de alcoxisilano conocidos- pueden presentar funcionalidades amina, hidroxilo, epoxi, acetoxi, isocianato o succinimidiléster, que pueden formar un enlace covalente con moléculas de sonda a inmovilizar, en esta variante especialmente ligandos.

En este documento se citan las siguientes publicaciones:

[1] R. Hintsche et al., Microbiosensors Using Electrodes Made in Si-Technology, Frontiers in Biosensorics,
Fundamental Aspects, editado por F.W. Scheller et al., editorial Dirk Hauser, Basel, páginas 267-283, 1997

[2] M. Paeschke et al, Voltammetric Multichannel Measurements Using Silicon Fabricated Microelectrode Arrays, Electroanalysis, Vol. 7, Nº 1, páginas 1-8, 1996

[3] R. Hintsche et al, Microbiosensors using electrodes made in Si-technology, Frontiers in Biosensorics, Fundamental Aspects, editado por F.W. Scheller et al., editorial Birkhauser, Basel, Schweiz, 1997

[4] P. van Gerwen, Nanoscaled Interdigitated Electrode Arrays for Biochemical Sensors, IEEE, International Conference on Solid-State Sensors and Actuactors, Chicago, páginas 907-910, 16, -19. Juni 1997.

[5] WO 93/22678

[6] DE 19610115 A1

[7] C. Krause et al, Capacitive Detection od Surfactant Adsorption on Hydrophobized Gold Electrodes, Langmuir, Vol. 12, Nº 25, páginas 6059-6064, 1996.

[8] V. Mirsky et al, Capacitive Monitoring of Protein Immobilization and Antigen-Antibody Reactions on Monomolecular Alkylthiol Films on Gold Electrodes, Biosensors & Bioelectronics, Vol. 12, Nº 9-10,

\hbox{páginas 977-989,  1997 .}

Claims

1. Biosensor,

\bullet: con un primer electrodo que presenta una zona de sujeción para el inmovilizado de moléculas de sonda, que pueden enlazar biopolímeros macromoleculares,

\bullet: con un segundo electrodo,

\bullet: en el que el primer electrodo y/o el segundo electrodo está/están subdividido/s en una pluralidad de segmentos de electrodo aislados eléctricamente entre sí, con medios para el acoplamiento eléctrico independiente entre sí, de segmentos de electrodo seleccionados a voluntad, de modo que es ajustable una superficie de electrodo efectiva en su tamaño, dependiendo de los segmentos de electrodos seleccionados.

2. Biosensor según la reivindicación 1, con interruptores eléctricos de los que respectivamente un conmutador está acoplado con un segmento de electrodo asignado, de tal manera que

\bullet: en una primera posición de conmutación es seleccionado el correspondiente segmento de electrodo, y el segmento de electrodo está acoplado eléctricamente con una toma colectiva, y porque

\bullet: en una segunda posición de conmutación el segmento de electrodo correspondiente está acoplado con un potencial eléctrico predeterminado, y no es seleccionable.

3. Biosensor según la reivindicación 1 ó 2, con una electrónica de medida para la medida de una señal eléctrica que se pone a disposición de los segmentos de electrodos seleccionados, estando acoplada eléctricamente la entrada de la electrónica de medida con los segmentos de electrodos seleccionados.

4. Biosensor según la reivindicación 3, con una unidad de control de conmutación acoplada con la electrónica de medida para el control del interruptor, que está orientada de modo que se pueden controlar los interruptores dependiendo de las señal eléctrica registrada por la electrónica de medida.

5. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 4,

\bullet: en el que el segundo electrodo está subdividido en una pluralidad de segmentos de electrodo aislados eléctricamente entre sí, siendo los segmentos de electrodo del segundo electrodo seleccionables independientemente entre sí, y acopables eléctricamente, de modo que la superficie de electrodo efectiva es ajustable en su tamaño dependiendo de los segmentos de electrodos seleccionados y

\bullet: en el que un segmento de electrodo no seleccionado está acoplado con un potencial eléctrico predeterminado, de modo que se puede efectuar un proceso de reciclaje por reducción/oxidación en los electrodos.

6. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 5

\bullet: con un tercer electrodo,

\bullet: estando configurados el segundo electrodo y el tercer electrodo de manera diferente al primer electrodo, y de tal manera que el proceso de reducción/oxidación se efectúa en el ámbito de un proceso de reciclaje por reducción/oxidación en el segundo electrodo y en el tercer electrodo.

7. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 6

\bullet: en el que está aplicado un primer potencial eléctrico en el primer electrodo,

\bullet: en el que está aplicado un segundo potencial eléctrico en el segundo electrodo,

\bullet: en el que está aplicado un tercer potencial eléctrico en el tercer electrodo,

\bullet: seleccionándose el tercer potencial eléctrico de tal manera que, durante el proceso de reciclado por re- ducción/oxidación, la reducción u oxidación se efectúan sólo en el segundo electrodo y en el tercer electrodo.

8. Biosensor según la reivindicación 7

\bullet: en el que el tercer potencial eléctrico es mayor que el primer potencial eléctrico, y

\bullet: en el que el primer potencial eléctrico es mayor que el segundo potencial eléctrico.

9. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la zona de sujeción del primer electrodo está revestida con un material que puede inmovilizar las moléculas de sonda.

10. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la zona de sujeción del primer electrodo está configurada para la sujeción de ligandos, con los que pueden enlazar péptidos o proteínas.

11. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la zona de sujeción del primer electrodo está configurada para la sujeción de moléculas de sonda de ADN, con las que se pueden enlazar moléculas de ADN.

12. Biosensor según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la primera zona de sujeción presenta al menos uno de los siguientes materiales:

\bullet: restos hidroxilo,

\bullet: restos epóxido,

\bullet: restos amina,

\bullet: restos acetoxi,

\bullet: restos isocianato,

\bullet: restos succinimidiléster,

\bullet: restos tiol,

\bullet: oro,

\bullet: plata,

\bullet: platino, titanio.

13. Biosensor según una de las reivindicaciones 6 a 12, en el que los electrodos están dispuestos en una disposición de electrodos interdigital, estando dispuesto el tercer electrodo respectivamente entre el primer electrodo y el segundo electrodo.

14. Biosensor según una de las reivindicaciones 6 a 13, en el que el primer electrodo y el segundo electrodo y/o el tercer electrodo están dispuestos relativamente de modo que, entre el primer electrodo y el segundo electrodo y/o el tercer electrodo, se pueden formar líneas de campo esencialmente no curvadas de un campo eléctrico generado entre el primer electrodo y el segundo electrodo y/o el tercer electrodo.

15. Biosensor según una de las reivindicaciones 6 a 13,

\bullet: una pluralidad de primeros electrodos, que presentan una zona de sujeción para la sujeción de moléculas de sonda, que pueden enlazar biopolímeros macromoleculares,

\bullet: una pluralidad de segundos electrodos,

\bullet: una pluralidad de terceros electrodos,

\bullet: estando dispuestos los electrodos como conjunto ordenado, y

\bullet: estando configurados los segundos electrodos y los terceros electrodos de tal manera que se efectúa el proceso de reducción/oxidación en el ámbito de un proceso de reciclaje por reducción/oxidación en los segundos electrodos y en los terceros electrodos.

16. Procedimiento para la detección de biopolímeros macromoleculares con un biosensor, que presenta:

\bullet: un primer electrodo que presenta una zona de sujeción para el inmovilizado de moléculas de sonda, que pueden enlazar biopolímeros macromoleculares,

\bullet: un segundo electrodo,

\bullet: en el que el primer electrodo y/o el segundo electrodo está/están subdividido/s en una pluralidad de segmentos de electrodo aislados eléctricamente entre sí, siendo los elementos de electrodos seleccionables independientemente entre sí, y acoplables eléctricamente, de modo que es ajustable una superficie de electrodo efectiva dependiendo de los segmentos de electrodo seleccionados

a): en el que se pone en contacto una disolución a analizar con el biosensor, pudiendo contener la disolución los biopolímeros macromoleculares a registrar,

b): en el que los biopolímeros macromoleculares contenidos en la disolución a analizar se pueden enlazar a moléculas de sonda en el primer electrodo, estando marcados los biopolímeros macromoleculares enlazados con un enzima,

c): en el que se lava el biosensor con una disolución de lavado, de modo que se elimina la disolución a analizar,

d): en el que se pone en contacto con el biosensor una disolución adicional con moléculas disociables a través del enzima,

e): en el que se disocia respectivamente una molécula disociable en una primera molécula parcial de una primera carga, y en una segunda molécula parcial de una segunda carga,

f): en el que se oxida o se reduce la primera molécula parcial en uno de los electrodos, mediante lo cual se genera una corriente de medida, y

g): en el que, dependiendo de la corriente de medida, se seleccionan y se acoplan eléctricamente segmentos de electrodo de los respectivos electrodos, y

h): en el que se detectan los biopolímeros macromoleculares dependiendo de la corriente de medida.