BRPI0720269A2

BRPI0720269A2 - Sistemas e métodos para coletar filme lacrimal e medir a osmolaridade do filme lacrimal.

Info

Publication number: BRPI0720269A2
Application number: BRPI0720269-5A
Authority: BR
Inventors: Eric Donsky; Benjamin Sullivan
Original assignee: Ocusense Inc
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2014-01-28
Also published as: BRPI0720269A8; EP2100155B1; EP2100155A4; HK1224379A1; EP3015874A1; ES2911114T3; EP2100155A1; WO2008073399A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMAS E MÉTODOS PARA COLETAR FILME LACRIMAL E MEDIR A OSMOLARI- DADE DO FILME LACRIMAL".

DE PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C. 119(e) do pe- dido de patente provisório U.S. 60/869,543, intitulado "Systems and Methods for Collecting Tear Film and Measuring Tear Film Osmolarity," de Eric Donsky et al., depositado em 11 de dezembro de 2006. Este pedido também reivindica o benefício, como uma continuação parcial sob 35 U.S.C. 120 do pedido de patente copendente U.S. 10/400,617 intitulado "Tear Film Osmo- metry", de Benjamin D. Sullivan, depositado em 25 de março de 2003. Am- bos os pedidos de patente mencionados acima são incorporados no presen- te relatório descritivo por referência na sua totalidade. ANTECEDENTES

1. CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se de uma maneira geral, à medida da pressão osmótica de fluidos e, mais particularmente, à medida da osmo- Iaridade de filme lacrimal.

2. TÉCNICA SEMELHANTE

As lágrimas desempenham um papel essencial na manutenção da integridade superficial ocular, proteção contra desafio microbiano, e pre- servação da acuidade visual. Essas funções, por sua vez, são criticamente dependentes da composição e da estabilidade da estrutura do filme lacrimal, que inclui uma base de mucina subjacente, um componente aquoso inter- mediário e uma camada lipídica sobrejacente. A ruptura, a deficiência ou a ausência do filme lacrimal podem ter um grave impacto no olho. Se não con- troladas com substitutos da lágrima artificiais ou por terapia de conservação de filme lacrimal, esses distúrbios podem acarretar uma dessecação intratá- vel do epitélio corneano, ulceração e perfuração da córnea, uma maior inci- dência de doença infecciosa, e, finalmente, comprometimento visual pronun- ciado e cegueira.

A ceratoconiuntivite seca (KCS), ou "olho seco", é uma condição na qual um ou mais dos componentes estruturais do filme Iacrimal listados acima estão presentes em um volume insuficiente, ou estão, de outro modo, fora de equilíbrio com os outros componentes. É conhecido que a tonicidade do fluido ou a osmolaridade das lágrimas aumenta em pacientes com KCS.

A KCS é associada com condições que afetam a saúde geral do corpo, tais como síndrome de Sjogren1 envelhecimento e deficiência androgênica. Por- tanto, a osmolaridade de um filme Iacrimal pode ser um indicador sensível e específico para a diagnose de KCS e de outras condições.

A osmolaridade de uma amostra fluida, por exemplo, uma lágri- ma, pode ser determinada por uma técnica ex vivo chamada "depressão do ponto de congelamento", na qual os solutos ou íons em um solvente, isto é, água, provocam um abaixamento do ponto de congelamento do fluido da- quele que seria sem os íons. Na análise da diminuição do ponto de conge- lamento, o ponto de congelamento do fluido de amostra ionizado é verificado por detecção da temperatura na qual a quantidade da amostra, tipicamente da ordem de vários mililitros, começa primeiro a congelar em um recipiente, por exemplo, um tubo. Para medir o ponto de congelamento, um volume do fluido de amostra é coletado em um recipiente, tal como um tubo. A seguir, uma sonda de temperatura é imersa no fluido de amostra, e o recipiente é colocado em contato com um banho de congelamento ou dispositivo de res- friamento de Peltier. A amostra é agitada continuamente de modo a obter em um estado de líquido superresfriado abaixo do seu ponto de congelamento. Por meio de indução mecânica, a amostra solidifica, subindo para o seu pon- to de congelamento, devido ao calor de fusão termodinâmico. O desvio do ponto de congelamento da amostra de O0C é proporcional ao nível de soluto no fluido de amostra. Esse tipo de dispositivo de medida é algumas vezes referido como um osmômetro de diminuição de ponto de congelamento.

Atualmente, as medidas de diminuição de ponto de congelamen- to são feitas ex vivo por remoção das amostras de lágrimas do olho usando uma micropipeta ou tubo capilar, expelindo as amostras de lagrimas para um cálice, e medida da diminuição do ponto de congelamento que resulta da maior osmolaridade. No entanto, essas medidas ex vivo são freqüentemente prejudicadas por muitas dificuldades. Por exemplo, para conduzir a análise da diminuição do ponto de congelamento da amostra de lágrima, um volume relativamente grande deve ser coletado, tipicamente da ordem de 1 - 5 mi- crolitros (μΙ_) de filme lacrimal. Em virtude de que não mais do que cerca de 10 a 100 nanolitros (nL) de amostra de lágrima podem ser obtidos a qual- quer momento de um paciente com KCS1 a coleta de quantidades suficientes de fluido para técnicas ex vivo convencionais requer um médico para induzir lacrimação por reflexo no paciente. A lacrimação por reflexo é provocada por uma irritação aguda ou irritação prolongada na superfície ocular, semelhante a quando um grande pedaço de pó fica alojado no olho de alguém. As lágri- mas por reflexo são mais diluídas, isto é, têm menos íons de soluto do que as lágrimas que são normalmente encontradas no olho. Qualquer diluição do filme lacrimal invalida a capacidade diagnostica de um teste de osmolaridade para olho seco, e, portanto, tornam os métodos ex vivo atualmente disponí- veis proibitivos em um cenário clínico.

Uma técnica ex vivo similar é a osmometria de pressão de va- por, na qual uma peça circular, pequena de papel é filtro é alojada abaixo de uma pálpebra de paciente, até fluido suficiente ser absorvido. O disco de papel de filtro é colocado em uma câmara selada, na qual um sensor de temperatura resfriada mede a condensação de vapor na sua superfície. E- ventualmente, a temperatura é aumentada ao ponto de orvalho da amostra. A redução no ponto de orvalho proporcional à água é então convertida em osmolaridade. Em virtude da indução de lacrimação por reflexo e dos gran- des requisitos de volume para os osmômetros de pressão de vapor existen- tes, eles são atualmente impraticáveis para determinação de olho seco.

O osmômetro de nanolitros de Clifton, disponível da Clifton Te- chnical Physics de Hartford, N.Y., EUA, é um osmômetro de diminuição de ponto de congelamento e vem sendo usado intensamente em cenários de laboratório, para quantificar as concentrações de soluto em pacientes com KCS, mas a máquina requer um grau de treinamento significativo para que seja operada. Requer, geralmente, calibrações de longa duração e um técni- co versado para gerar dados aceitáveis. O osmômetro de nanolitros de Clif- ton é também volumoso e relativamente oneroso. Essas características inva- lidam o seu uso como um osmômetro clínico.

Em comparação com as técnicas ex vivo, que medem a osmola- ridade de amostras de lágrimas removidas da superfície ocular, uma técnica in vivo, que tem por objetivo medir diretamente a osmolaridade na superfície ocular, usa um par flexível de eletrodos, que são colocados diretamente a- baixo da pálpebra do paciente. Os eletrodos são então ligados a um medidor LCR, para determinar a condutividade do fluido circundando-os. Ainda que se conheça que a condutividade seja diretamente semelhante com a con- centração iônica, e, por conseguinte, a osmolaridade das soluções, a colo- cação do sensor sob a pálpebra por meio minuto induziu igualmente Iacri- mação por reflexo. Além do mais, os eletrodos são de difícil manutenção e apresentam maiores riscos à saúde para o paciente, em comparação com a simples coleta das lágrimas com um capilar. Além do mais, muitos pacientes DES apresentam um lago Iacrimal descontínuo, de modo que a curvatura da descontinuidade alteraria substancialmente a condutividade medida por uso de uma sonda exposta, aumentando a variabilidade de usuário para usuário.

É evidente da discussão apresentada acima que as técnicas a- tuais de medida de osmolaridade são indisponíveis em um cenário clínico e não podem atingir os volumes necessários para pacientes com olho seco. Desse modo, há uma necessidade para uma medida de osmolaridade em escala de nanolitros, clinicamente viável, aperfeiçoada. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A medida de osmolaridade de uma amostra fluida, tal como um filme lacrimal, é obtida por coleta de um volume de alíquota do fluido de a- mostra e fazendo-se com que o volume de alíquota do fluido de amostra fi- que em contato com um circuito integrado para recebimento de amostra, que compreende um substrato que recebe um volume de alíquota de um fluido de amostra, uma região de amostra do substrato, dimensionada de modo que o volume de fluido de amostra seja suficiente para cobrir operacional- mente uma parte da região de amostra, com o que as propriedades energé- ticas do fluido de amostra possam ser detectadas da região de amostra, pa- ra produzir uma leitura de fluido de amostra, em que a leitura de fluido de amostra indica a osmolaridade do fluido de amostra.

Em um aspecto, uma medida de osmolaridade do fluido de a- mostra pode ser obtida das propriedades energéticas detectadas do volume de amostra.

Em outro aspecto, o volume dimensionado da alíquota pode ser rápida e facilmente obtido, mesmo de pacientes com olho seco, por uso de um substrato de recebimento de amostra formado dentro de um circuito inte- grado miniaturizado. Em uma concretização, o substrato de recebimento de amostra é compreendido de um microcanal para fluido construído especial- mente, que absorve diretamente a lágrima pela região de amostra. Essa concretização elimina a necessidade para transferência de fluido, limita o grau de evaporação, e ajuda a reduzir a variabilidade de usuário para usuá- rio.

Um volume de alíquota pode compreender, por exemplo, um

volume de não mais do que 20 microlitros (μΙ_), mas pode ser tão pouco quanto 1 nL. Um sistema sensor de osmolaridade pode receber o microcir- cuito integrado e o volume de amostra, e pode detectar energia do volume de amostra para exibir uma medida de osmolaridade precisa. Desse modo, uma medida de osmolaridade confiável pode ser obtida com um mínimo de inconveniência e desconforto para um paciente, sem necessitar um grande grau de habilidade para obter a medida, e com um alto grau de repetibilidade e precisão.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção devem ser evidentes da descrição apresentada a seguir da concretização preferida, que ilustra, por meio de exemplo, os princípios da invenção. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra um circuito integrado para recebimento de a- mostra de dimensão de amostra para medir a osmolaridade de um fluido de amostra, de acordo com uma concretização.

A Figura 2 ilustra uma concretização alternativa de um circuito integrado para recebimento de amostra, que inclui uma região de circuito com uma disposição de eletrodos impressos com técnicas de fotolitografia.

A Figura 3 ilustra uma outra concretização alternativa do circuito integrado da Figura 1, em que uma região de circuito inclui eletrodos impres- sos dispostos em uma pluralidade de círculos concêntricos.

A Figura 4 é uma vista de topo do circuito integrado mostrado na

Figura 2.

A Figura 5 é uma vista de topo do circuito integrado mostrado na

Figura 3.

A Figura 6 é um diagrama de blocos de um sistema de medida de osmolaridade, configurado de acordo com uma concretização.

A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um sistema de medida de osmolaridade de filme lacrimal, construído de acordo com uma concreti- zação.

A Figura 8 é uma seção lateral do circuito integrado para rece- bimento de amostra mostrando a abertura no acondicionamento externo, de acordo com uma concretização.

A Figura 9 é uma curva de calibração relativa ao teor de sódio do fluido de amostra com a condutividade elétrica.

A Figura 10 ilustra uma unidade de base articulada do osmôme- tro que utiliza os circuitos integrados receptores de amostra descritos nas Figuras 1 a 5.

A Figura 11 ilustra uma configuração de cartão de sonda para o circuito integrado para recebimento de amostra e a unidade de processa- mento.

A Figura 12 ilustra um sistema de medida de osmolaridade ópti-

ca, construído de acordo com uma concretização.

A Figura 13 é um fluxograma descrevendo uma técnica de me- dida de osmolaridade exemplificativa, de acordo com uma concretização.

A Figura 14 é uma seção lateral do circuito integrado para rece- bimento de amostra mostrando a abertura no acondicionamento externo, de acordo com uma outra concretização.

A Figura 15 ilustra um dispositivo de coleta exemplificativo, que pode reter o circuito integrado para recebimento da Figura 14.

A Figura 16 é uma vista em seção transversal de um canal que pode ser formado no circuito integrado para recebimento da Figura 14.

A Figura 17A ilustra um microdispositivo de coleta de fluido, de acordo com uma concretização.

A Figura 17B ilustra uma vista mais detalhada do dispositivo da

Figura 17A.

A Figura 17C ilustra uma vista detalhada de uma parte do dispo- sitivo da Figura 17B.

A Figura 18 é um diagrama ilustrando outra concretização e-

xemplificativa de um microdispositivo de coleta de fluido.

A Figura 19 é um gráfico ilustrando a variação em osmolaridade com o tempo dentro de um substrato de recebimento.

A Figura 20 é um gráfico ilustrando a variação em osmolaridade com o tempo para três diferentes interfaces de coleta de lágrima. DESCRIÇÃO DETALHADA

As concretizações exemplificativas são descritas para medida da osmolaridade de um volume de alíquota de um fluido de amostra (por exem- plo, filme lacrimal, suor, sangue ou outros fluidos). As concretizações exem- plificativas são configuradas para serem relativamente rápidas, não invasi- vas, econômicas e de fácil uso, com risco mínimo de lesão para o paciente. As medidas precisas podem ser proporcionadas com pouco volume em na- nolitros de um filme lacrimal. Por exemplo, um dispositivo de medida, confi- gurado de acordo com as concretizações descritas no presente relatório descritivo, pode propiciar a medida de osmolaridade sem mais de 20 μΙ_ de fluido de amostra, e, tipicamente, volumes muito menores podem ser medi- dos bem-sucedidamente. Em uma concretização descrita adicionalmente abaixo, a precisão da medida de osmolaridade não é comprometida por va- riações no volume de fluido de amostra coletado, de modo que a medida de osmolaridade é substancialmente independente do volume coletado. O fluido de amostra pode incluir filme lacrimal, suor, sangue, urina ou outros fluidos corpóreos. Deve-se notar, no entanto, que o fluido de amostra pode compre- ender outros fluidos, tais como leite e outras bebidas.

A Figura 1 ilustra uma concretização exemplificativa de um cir- cuito integrado de osmolaridade 100, que pode ser usado para medir a os- molaridade de um fluido de amostra 102, tal como uma amostra de filme Ia- crimal. No exemplo da Figura 1, o circuito integrado 100 inclui um substrato 104 com uma região de amostra tendo os eletrodos sensores 108 e 109 e conexões de circuito 110 impressas no substrato. Os eletrodos 108 e 109 e as conexões de circuito 110 são, de preferência, impressos por uso de técni- cas fotolitográficas bem conhecidas. Por exemplo, as técnicas atuais permi- tem que os eletrodos 108 e 109 tenham um diâmetro na faixa de aproxima- damente um (1) a oitenta (80) mícrons e espaçados suficientemente entre si, de modo que não exista nenhuma rota condutora na ausência de fluido de amostra. As técnicas atualmente disponíveis, no entanto, podem proporcio- nar eletrodos de diâmetros inferiores a um mícron, e esses são suficientes para um circuito integrado construído de acordo com as concretizações des- critas no presente relatório descritivo.

A quantidade de fluido de amostra necessária para medida não é mais do que a necessária para estender-se de um eletrodo para o outro, proporcionando, desse modo, uma rota condutora operacional. A escala fo- tolitográfica do circuito integrado 100 permite que a medida seja feita para amostras dimensionadas para alíquotas em um nível de micro- ou nanoesca- la. Por exemplo, a medida de osmolaridade confiável pode ser obtida com um volume de amostra inferior a 20 μΙ_ de filme lacrimal. Um volume de a- mostra típico pode ser inferior a cem nanolitros (100 nL). Espera-se que seja relativamente fácil de coletar 10 nL de uma amostra de filme lacrimal, mes- mo de pacientes sofrendo de olho seco.

O circuito integrado 100 pode ser configurado para transferir e- nergia para o fluido de amostra 102 e permitir a detecção das propriedades energéticas do fluido de amostra. Nesse aspecto, uma fonte de corrente po- de ser aplicada pelos eletrodos 108 e 109 pelas conexões 110. A osmolari- dade do fluido de amostra pode ser medida por detecção das propriedades de transferência de energia do fluido de amostra 102. As propriedades de transferência de energia podem incluir, por exemplo, a condutividade elétri- ca, de modo que a impedância do fluido de amostra seja medida, admitindo uma quantidade particular de energia elétrica, por exemplo, corrente, que é transferida para a amostra pelas conexões 110 e pelos eletrodos 108 e 109.

Se a condutividade do fluido de amostra vai ser medida, então, de preferência, um sinal senoidal da ordem de dez volts, a aproximadamente kHz, é aplicado. As partes real e imaginária da impedância complexa da rota do circuito de um eletrodo 108, pelo fluido de amostra 102, para o outro eletrodo 109 são medidas. Nas freqüências de interesse, é provável que a maior parte do sinal elétrico esteja na metade real do plano complexo, o que reduz à condutividade do fluido de amostra. Esse sinal elétrico (a seguir, re- ferido como condutividade) pode ser diretamente relacionado com a concen- tração iônica do fluido de amostra 102, e a osmolaridade pode ser determi- nada. Além do mais, se a concentração iônica do fluido de amostra 102 vari- ar, a condutividade elétrica e a osmolaridade do fluido vão variar de uma maneira correspondente. Portanto, a osmolaridade pode ser obtida com se- gurança. Além disso, em virtude do valor de impedância não depender do volume do fluido de amostra 102, a medida de osmolaridade pode ser feita substancialmente independente do volume da amostra.

Como uma alternativa para o sinal de entrada descrito acima, sinais mais complexos podem ser aplicados no fluido de amostra, cuja res- posta vai contribuir para uma estimativa mais perfeita da osmolaridade. Por exemplo, a calibração pode ser atingida por medida de impedâncias por uma gama de freqüências. Essas impedâncias podem ser medidas simultanea- mente, por meio de entrada de forma de onda e decomposição de Fourier combinadas, ou seqüencialmente. Os dados de freqüência versus impedân- cia vão proporcionar informações sobre a amostra e o desempenho relativo do circuito de medida de fluido de amostra.

A Figura 2 ilustra uma concretização alternativa de um circuito integrado para recebimento de amostra 200, que pode ser configurado para medir a osmolaridade de um fluido de amostra 202, em que o circuito inte- grado compreende uma camada de substrato 204 com uma região de amos- tra 206, que compreende um circuito impresso que inclui uma disposição de eletrodos 208. Na concretização ilustrada da Figura 2, a região de amostra 206 tem uma disposição de 5 por 5 de eletrodos, que são impressos com técnicas fotolitográficas, com cada eletrodo 208 tendo uma conexão 210 em um lado do substrato 204. Nem todos os eletrodos 208 na Figura 2 são mos- trados com uma conexão, para simplicidade de ilustração. O eletrodo pode proporcionar medidas a uma unidade de processamento separada, descrita adicionalmente abaixo.

A disposição de eletrodos da Figura 2 pode proporcionar um meio para medir o tamanho da gotícula Iacrimal 202, por detecção da exten- são dos eletrodos condutores 208, para desse modo determinar a extensão da gota. Em particular, o conjunto de circuitos de processamento pode de- terminar o número de eletrodos que são condutores e, portanto, o número de eletrodos adjacentes que são cobertos pela gotícula 202 pode ser determi- nado. A área plana do substrato, que é coberta pelo fluido de amostra, pode ser, desse modo, determinada. Com uma tensão superficial nominal conhe- cida do fluido de amostra, a altura do volume de fluido de amostra sobre a área plana pode ser também estimado com segurança, e, portanto, o volume da gotícula 202 pode ser determinado. A Figura 3 ilustra outra concretização alternativa de um circuito

integrado para recebimento de amostra 300, no qual um fluido de amostra 302 é depositado. O circuito integrado compreende uma camada de substra- to 304, na qual uma região de amostra 306 é dotada com eletrodos 308, que são configurados em uma pluralidade de círculos concêntricos. Em uma ma- neira similar à disposição quadrada da Figura 2, o arranjo circular dos ele- trodos da Figura 3 308 pode proporcionar uma estimativa do tamanho do volume de fluido de amostra 302, porque a gotícula cobre tipicamente uma área circular ou oval da região da amostra 302. O conjunto de circuitos de processamento pode ser configurado para detectar o maior (mais externo) círculo de eletrodos, que são condutores, e, desse modo, determinar uma área de cobertura plana pelo fluido de amostra. Como antes, a área plana determinada pode proporcionar uma estimativa de volume, em conjunto com uma tensão superficial conhecida e a altura do volume correspondente do fluido de amostra 302. No exemplo da Figura 3, os eletrodos 308 podem ser impressos por uso de técnicas fotolitográficas bem conhecidas, que permi- tem atualmente que os eletrodos tenham um diâmetro na faixa de um (1) a oitenta (80) mícrons. Isso permite que a gotícula abaixo de microlitro cubra substancialmente os eletrodos. Os eletrodos podem ser impressos em uma área dimensionada para receber o fluido de amostra, cobrindo, geralmente, de 1 mm2 a 1 cm2.

Os eletrodos e as conexões mostrados nas Figuras 1, 2 e 3 po- dem ser impressos nas respectivas camadas de substrato, como eletrodos com apoios de contato, usando técnicas fotolitográficas. Por exemplo, os eletrodos podem ser formados com uma metalização condutora diferente, tal como de alumínio, platina, titânio, titânio - tungstênio e outro material similar. Em uma concretização, os eletrodos podem ser formados com um aro dielé- trico, para proteger as densidades de campo nas bordas dos eletrodos. Isso pode reduzir um campo elétrico de outro modo instável no aro do eletrodo.

As vistas de topo das concretizações exemplificativas dos circui- tos integrados 200 e 300 são ilustradas nas Figuras 4 e 5, respectivamente. As concretizações mostram a disposição detalhada dos eletrodos e das co- nexões e ilustram como cada eletrodo pode ser conectado eletricamente para medir as propriedades elétricas de uma gotícula de amostra. Como mencionado acima, a disposição dos eletrodos e das conexões pode ser impressa no substrato 100, 200, 300, usando técnicas fotolitográficas bem conhecidas.

A Figura 6 é um diagrama de blocos de um sistema de osmome- tria 600, configurado de acordo com uma concretização, mostrando como as informações são determinadas e usadas em um processo que determina a osmolaridade de um fluido de amostra. O sistema de osmometria 600 pode incluir um dispositivo de medida 604 e um dispositivo de processamento 606. O dispositivo de medida pode receber um volume de fluido de amostra de um dispositivo de coleta 608. O dispositivo de coleta 608 pode compre- ender, por exemplo, uma micropipeta ou um tubo capilar. O dispositivo de coleta 608 pode ser configurado para coletar um filme Iacrimal de amostra de um paciente, tal como por uso de pressão negativa de uma micropipeta de volume fixo, ou de uma atração de carga de um tubo capilar, para extrair um pequeno volume de lágrima das vizinhanças da superfície ocular de um paciente.

O dispositivo de medida 604 pode compreender um sistema, que transfere energia para o fluido na região de amostra e detecta a energia con- ferida. Por exemplo, o dispositivo de medida 604 pode compreender um con- junto de circuitos, que proporciona energia elétrica em uma forma de onda específica, tal como de um gerador de função, para a rota elétrica compre- endendo dois eletrodos ligados em ponte pelo fluido de amostra. O dispositi- vo de processamento 606 pode ser configurado para detectar a energia con- ferida ao fluido de amostra e determinar a osmolaridade. O dispositivo de processamento pode compreender, por exemplo, um sistema incluindo um multímetro RLC, que produz dados relativos à reatância do fluido, que forma a rota condutora entre os dois eletrodos, e incluindo um processador que determina a osmolaridade por um esquema de consulta a tabela. Se deseja- do, o dispositivo de processamento pode ser alojado em uma unidade de base, que recebe um dos circuitos integrados descritos acima. Como mencionado acima, uma amostra suficiente para propor-

cionar uma medida de osmolaridade pode conter menos de 20 microlitros (μΙ_) de fluido. Uma amostra típica de filme Iacrimal pode ser coletada por um coletor de fluido, tal como um tubo capilar, que contém, freqüentemente, menos de um microlitro de filme lacrimal. Os profissionais da medicina vão estar familiares com o uso de micropipetas e tubos capilares, e vão ser ca- pazes de coletar facilmente os pequenos volumes de amostra descritos no presente relatório descritivo, mesmo no caso daqueles que sofrem de olho seco.

O fluido de amostra coletado pode ser expelido do dispositivo de coleta 608 para o dispositivo de processamento 604. O dispositivo de coleta pode ser posicionado acima da região de amostra do substrato de circuito integrado, ou manualmente por um profissional de medicina ou por orienta- ção mecânica pela região de amostra. Em uma concretização, por exemplo, o dispositivo de coleta, por exemplo, um tubo capilar, é orientado mecanica- mente para posição com um furo plástico moldado por injeção em uma uni- dade de base, ou é encaixado em um conjunto de grampos com parafusos de precisão, por exemplo, um micromanipulador com agulhas para as inter- faces do microcircuito integrado. Em outra concretização, o guia é um con- junto de circuitos de controle de realimentação orientado por computador, que retém o tubo capilar e o baixa automaticamente na posição adequada.

Os eletrodos e conexões dos circuitos integrados medem as propriedades energéticas do fluido de amostra, tal como condutividade, e permitem que as propriedades medidas sejam recebidas pelo dispositivo de processamento 606. As propriedades energéticas medidas do fluido de a- mostra incluem a condutividade elétrica e também podem incluir outros pa- râmetros, tais como ambas as partes da impedância complexa da amostra, a variança do ruído no sinal de saída, e o desvio da medida devido ao aque- cimento resistivo do fluido de amostra. As propriedades energéticas medidas são processadas no dispositivo de processamento 606, para proporcionar a osmolaridade da amostra. Em uma concretização, o dispositivo de coleta 606 compreende uma unidade de base que pode aceitar um circuito integra- do e pode proporcionar conexão elétrica entre o circuito integrado e o dispo- sitivo de processamento 606. Em outra concretização, a unidade de base pode incluir uma unidade de exibição para exibir valores de osmolaridade. Deve-se notar que o dispositivo de processamento 606 e, em particular, a unidade de base podem ser uma unidade portátil. A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um sistema de medida

de osmolaridade de filme Iacrimal 700, construído de acordo com uma con- cretização. Na concretização ilustrada da Figura 7, o sistema exemplificativo 700 inclui uma unidade de medida 701, que compreende um circuito integra- do, tal como um dos circuitos integrados descritos acima, e um conector ou uma base de soquete 710, que proporciona a saída de medida adequada. O sistema 700 pode ser configurado para determinar a osmolaridade por medi- da da condutividade elétrica do fluido de amostra. Portanto, o circuito inte- grado de medida 701 pode compreender um circuito integrado (IC), com um substrato tendo uma construção similar àquela dos circuitos integrados des- critos acima em conjunto com as Figuras 1 a 5. Desse modo, o circuito inte- grado 701 pode incluir uma camada de substrato com uma região de amos- tra, que é definida por pelo menos dois eletrodos impressos na camada de substrato. Deve-se entender que esses detalhes são de uma escala muito pequena para ser visíveis na Figura 7, mas consultar as Figuras 1 a 5 para exemplos desses detalhes. O substrato e a região de amostra podem ser encerrados dentro de um acondicionamento inerte, em uma maneira que vai ser conhecida por aqueles versados na técnica. Em particular, o circuito in- tegrado 701 pode ser fabricado por uso de técnicas de fabricação de semi- condutores convencionais em um acondicionamento de circuito integrado 707, que inclui pernas de conexão elétrica 708, que permitem que sinais elé- tricos sejam recebidos pelo circuito integrado 701 e saiam para ser comuni- cados fora do circuito integrado. O acondicionamento 707 pode proporcionar um acondicionamento, que propicia o manuseio mais conveniente e ajuda a reduzir a evaporação do fluido de amostra.

A Figura 8 mostra que o circuito integrado de medida 701 pode ser fabricado com um furo de abertura externo 720, no qual o fluido de a- mostra 702 pode ser inserido. Desse modo, o furo 720 pode ser formado no acondicionamento do semicondutor 707, para proporcionar uma rota pelo circuito integrado externa ao substrato 804 e à região de amostra 806. O dispositivo de coleta, tal como uma micropipeta ou um tubo capilar, 808 pode ser posicionado no furo 720, de modo que o fluido de amostra 702 seja ex- pelido do dispositivo de coleta diretamente na região de amostra 806 do substrato 804. O furo 720 pode ser dimensionado para receber a ponta do dispositivo de coleta. O furo 720 forma uma abertura ou funil, que leva da parte externa do circuito integrado para a região de amostra 806 do substra- to 804. Desse modo, o fluido de amostra 702 pode ser expelido do dispositi- vo de coleta 808 e pode ser diretamente depositado na região de amostra 806 do substrato 804. A região de amostra pode ser dimensionada para re- ceber o volume do fluido de amostra do dispositivo de coleta. Na Figura 8, por exemplo, os eletrodos podem formar uma região de amostra 806, que é geralmente em uma faixa de aproximadamente 1 mm2 a 1 cm2 em área.

Retornando à Figura 7, o circuito integrado 701 pode incluir um conjunto de circuitos de processamento 704, que compreende, por exemplo, 5 um gerador de função que gera um sinal de uma forma de onda desejada, que pode ser aplicada aos eletrodos da região de amostra do circuito inte- grado, e um dispositivo de medida de voltagem para medir o valor da volta- gem média eficaz (RMS), que é lido dos eletrodos do circuito integrado. O gerador de função pode ser configurado para produzir corrente alternada de 10 alta frequência (AC), para evitar os efeitos indesejáveis de corrente contínua (CC) no processo de medida. O dispositivo de medida de voltagem pode incorporar a funcionalidade de um dispositivo de medida RLC. Desse modo,

o circuito integrado 701 pode incorporar o conjunto de circuitos de medida, bem como os eletrodos da região de amostra. O conjunto de circuitos de processamento pode incluir uma unidade de processamento central ( CPU) e uma memória associada, que pode armazenar instru- ções de programação (tal como programação em hardware) e também pode armazenar dados. Desse modo, um único circuito integrado pode incluir os eletrodos e as conexões associadas para a região de amostra, e em uma região separada do circuito integrado, pode também incluir o conjunto de circuitos de medida. Essa configuração pode minimizar as resistências errá- ticas associadas das estruturas de circuito.

Como mencionado acima, o conjunto de circuitos de processa- mento 704 pode ser configurado para aplicar uma forma de onda de sinal 25 nos eletrodos da região de amostra. O conjunto de circuitos de processa- mento pode também receber os sinais de propriedades energéticas dos ele- trodos e determinar o valor da osmolaridade do fluido de amostra. Por e- xemplo, a unidade de processamento pode receber os valores da condutivi- dade elétrica de um conjunto de pares de eletrodos. Aqueles versados na 30 técnica vão ser familiares com as técnicas e o conjunto de circuitos para de- terminar a condutividade de um fluido de amostra, que forma uma rota con- dutora entre dois ou mais eletrodos. No exemplo da Figura 7, a unidade de processamento 704 pode ser configurada para produzir formas de onda de sinais a uma única fre- quência, tais como 100 kHz e 10 volts pico a pico. O conjunto de circuitos de processamento 704 pode então determinar o valor de osmolaridade do teor 5 de sódio, correlacionado com a condutividade elétrica, usando uma curva de calibração, tal como a curva mostrada na Figura 9. Nesse caso, a curva de calibração pode ser construída como uma função de transferência entre a condutividade elétrica (voltagem) e o valor de osmolaridade, isto é, o teor de sódio. Deve-se notar, no entanto, que outras curvas de calibração podem ser 10 também construídas para proporcionar funções de transferência entre outras propriedades energéticas e o valor de osmolaridade. Por exemplo, a varian- ça, a autocorrelação e o desvio do sinal podem ser incluídos em um cálculo de osmolaridade. Se desejado, o valor de osmolaridade pode ser também incorporado nos diagramas de coeficientes de correlação de variáveis múlti- 15 pias ou em interpretação de rede neural, de modo que o valor da osmolari- dade possa ser otimizado com um conjunto arbitrariamente grande de variá- veis medidas.

Em uma alternativa à concretização mostrada na Figura 7, a u- nidade de processamento 704 pode ser configurada para produzir formas de onda de sinais de uma varredura de frequência predeterminada, tal como de

1 kHz a 100 kHz em incrementos de 1 kHz, e armazenar os valores de con- dutividade e variança recebidos do conjunto de pares de eletrodos a cada frequência. A curva do sinal de saída versus a frequência ser então usada para proporcionar informações de ordem mais alta sobre a amostra, que po- 25 dem ser usadas com as funções de transferência mencionadas acima, para produzir uma leitura de osmolaridade ideal.

Como mostrado na Figura 7, o conector de soquete de base 710 pode receber os pinos 708 do circuito integrado 701 nos soquetes corres- pondentes 711. O conector 710 pode, por exemplo, suprir a energia elétrica 30 necessária ao conjunto de circuitos de processamento 704 e aos eletrodos do circuito integrado. Desse modo, o circuito integrado 701 pode incluir os eletrodos, o gerador de sinais e o conjunto de circuitos de processamento da região de amostra, necessários para determinação da osmolaridade, e a sa- ída, compreendendo o valor da osmolaridade, pode ser comunicada para fora do circuito integrado pelos pinos 708, pelo conector 710, e a um disposi- tivo de leitura com visor.

5 Se desejado, o soquete do conector de base 710 pode incluir

uma camada de Peltier 712, localizada abaixo dos soquetes que recebem os pinos 708 do circuito integrado 701. Aqueles versados na técnica vão enten- der que uma camada de Peltier compreende uma junção elétrica/cerâmica, de modo que a corrente aplicada adequadamente pode resfriar ou aquecer a 10 camada de Peltier. Desse modo, o circuito integrado da amostra 701 pode ser aquecido ou resfriado, desse modo, controlando ainda mais a evapora- ção do fluido de amostra. Deve ser evidente que a evaporação do fluido de amostra deve ser controlada cuidadosamente, para garantir os valores de osmolaridade precisos sejam obtidos do fluido de amostra.

A Figura 10 mostra uma concretização alternativa de um osmô-

metro, no qual o circuito integrado não inclui uma unidade de processamento no circuito integrado, tal como descrito acima, mas inclui, em vez disso, um conjunto de circuitos limitado compreendendo, basicamente, os eletrodos e as interconexões da região de amostra. Isto é, a unidade de processamento 20 é localizada separadamente do circuito integrado e pode ser proporcionada, por exemplo, na unidade de base.

A Figura 10 mostra em detalhes um osmômetro 1000, que inclui uma unidade de base 1004, que aloja o conector de base 710, e uma cober- tura articulada 1006, que se fecha no conector de base 710, e um circuito 25 integrado de medida recebido 701. Desse modo, após o fluido de amostra ter sido dispensado no circuito integrado, o circuito integrado pode ser inse- rido no conector de soquete 710 da unidade de base 1004, e a cobertura articulada 1006 pode ser fechada no circuito integrado, para reduzir a taxa de evaporação do fluido de amostra.

Deve-se notar que o problema com a evaporação relativamente

rápida do fluido de amostra pode ser geralmente controlado de dois modos. Um modo é medir rapidamente a voltaqem do fluido de amostra e tão Ioqo possível após a gotícula ser colocada na região de amostra do circuito inte- grado. Outro modo é propiciar que a unidade de medida meça a taxa de e- vaporação, juntamente com as variações correspondentes nos valores de condutividade. A unidade de processamento pode então pós-processar a 5 saída, para estimar o valor de osmolaridade. O processamento pode ser conduzido no hardware e/ou no software armazenado no hardware. Desse modo, a unidade de processamento pode incorporar diferentes técnicas de processamento, tal como o uso de redes neurais para coletar e instruir-se sobre as características das amostras de fluido sendo medidas para osmola- 10 ridade, bem como variações de temperatura, mudanças volumétricas e ou- tros parâmetros relacionados, de modo que o sistema possa ser treinado de acordo com as técnicas de redes neurais, para tornar as medias de osmola- ridade mais rápidas e mais precisas.

A Figura 11 mostra uma outra construção alternativa, na qual o sistema de osmolaridade usa um circuito integrado para recebimento de a- mostra 1102, que não inclui um acondicionamento IC, tal como mostrado na Figura 7. Em vez disso, o circuito integrado de medida 1102 da Figura 11 é configurado como um circuito integrado, com uma região de amostra expos- ta compreendendo os eletrodos e as conexões associadas, mas o conjunto de circuitos de processamento é localizado na unidade de base, para medir as propriedades energéticas do fluido de amostra. Nessa construção alterna- tiva, um conector similar ao soquete de conector 710 pode permitir a trans- missão de propriedades energéticas medidas para a unidade de processa- mento na unidade de base. Aqueles versados na técnica vão entender que essa configuração é comumente referida com uma estrutura de cartão de sonda.

A Figura 11 mostra uma unidade de base de cartão de sonda 1100, que pode receber um cartão de sonda de circuito integrado de amos- tra 1102, que compreende um substrato 1104, com uma região de amostra 30 1106 na qual são formados os eletrodos 1108, que podem ser ligados por fio aos conectores de borda 1100 do cartão de sonda. Quando o tampo articu- lado 1112 da unidade de base é fechado no cartão de sonda, dentes de co- nexão 1114 no lado inferior do tampo podem ser configurados para entrar em contato de acoplamento com os conectores de borda 1110. Desse modo, os eletrodos da região de amostra 1106 podem ser acoplados ao conjunto de circuitos de processamento e a medida pode ocorrer. O conjunto de cir- 5 cuitos de processamento da concretização do cartão de sonda da Figura 11 pode ser, por exemplo, configurada em quaisquer das configurações descri- tas acima. Isto é, o processamento para aplicar corrente aos eletrodos e pa- ra detectar as propriedades energéticas do fluido de amostra e determinar a osmolaridade pode ser localizado no circuito integrado, no substrato do car- 10 tão de sonda 1102, ou o conjunto de circuitos de processamento pode ser localizado fora do circuito integrado, na unidade de base 1100.

Em todas as concretizações alternativas descritas acima, o os- mômetro com um novo circuito integrado de medida pode ser colocado na unidade de base, enquanto a parte de topo articulada está aberta. Após co- 15 locação na unidade de base, o circuito integrado pode ser energizado e co- meçar a monitorar o seu meio físico. A gravação dos sinais de saída do cir- cuito integrado a uma taxa de, por exemplo, 1 kHz, deve capturar inteira- mente o comportamento do sistema. A colocação de uma amostra em qual- quer parte da disposição de eletrodos deve gerar uma alta relação sinal - 20 ruído e um aumento em condutividade entre qualquer par de eletrodos co- berto pelo fluido de amostra. A unidade de processamento pode então reco- nhecer a variação na condutividade como sendo diretamente semelhante à adição de fluido de amostra, e pode começar a conversão dos sinais eletrô- nicos em dados de osmolaridade, uma vez que esse tipo de variação seja 25 identificada. Essa estratégia pode ocorrer sem intervenção por profissionais de medicina. Isto é, o processamento do circuito integrado pode ser iniciado por acoplamento à unidade de processamento e não é necessariamente de- pendente da operação do tampo da unidade de base ou de qualquer outra intervenção de usuário.

Em quaisquer das configurações descritas acima, o "circuito in-

tegrado inteligente" com o conjunto de circuitos de processamento no circui- to integrado (Figura 7) ou a configuração apenas de eletrodos com o conjun- to de circuitos de processamento fora do circuito integrado (Figura 10), em um circuito integrado acondicionado (Figuras 7 e 10), ou em um cartão de sonda (Figura 11), o circuito integrado para recebimento de amostra pode ser descartado após cada uso, de modo que a unidade de base serve como 5 uma plataforma para fazer interface com o circuito integrado de medida des- cartável. Como mencionado, a unidade de base pode incluir circuitos de con- trole, comunicação e exibição relevantes (não mostrados), bem como soft- ware, ou esses itens podem ser proporcionados fora do circuito integrado na unidade de base ou em qualquer outro lugar. Nesse aspecto, o conjunto de 10 circuitos de processamento pode ser configurado para proporcionar automa- ticamente energia suficiente para os eletrodos da região de amostra, para oxidá-los irreversivelmente após um ciclo de medida, de modo que os ele- trodos sejam tornados inoperantes para qualquer ciclo de medida subse- quente. Ao inserir um circuito integrado usado na unidade de base, o usuário 15 vai receber uma indicação de que os eletrodos estão inoperantes. Isso ajuda a impedir o uso múltiplo inadvertido de um circuito integrado de amostra, o que pode levar a leituras imprecisas de osmolaridade e condição potencial- mente anti-higiênicas.

Uma abordagem secundária para garantir que um circuito inte- grado usado previamente não seja colocado de volta na máquina inclui a codificação de números de série, ou códigos diretamente no circuito integra- do. A unidade de base vai armazenar os números dos circuitos integrados usados na memória e fazer uma remissão recíproca deles contra os novos circuitos integrados colocados no conector de base. Se a unidade de base verificar que o número de série do circuito integrado usado é o mesmo que o do circuito integrado velho, então o sistema vai se recusar a medir a osmola- ridade, até que um novo circuito integrado seja inserido. É importante garan- tir o uso de um novo circuito integrado para cada teste, porque as proteínas são adsorvidas e cristais de sais se formam nos eletrodos, após a evapora- ção tiver transcorrido, o que corrompe a integridade dos eletrodos de medi- da.

Em uma outra concretização mostrada, na Figura 12, a osmola- ridade de um fluido de amostra pode ser medida opticamente em um siste- ma de medido óptico 1200, por uso de indicadores ópticos 1202 dispostos em uma região de medida 1212 do substrato do circuito integrado 1204. Os indicadores ópticos 1202 podem compreender, por exemplo, esferas em na- noescala, também chamadas nanocontas, que são revestidas com substân- cias químicas cuja luminescência varia com a exposição a fluido de amostra de osmolaridade variável, isto é, ionóforos, ou ressonâncias de plasmônio. As nanocontas 1202 podem ser depositadas no substrato do circuito inte- grado 1204 na parte de topo dos eletrodos descritos acima para os circuitos integrados de medida de condutividade. Os eletrodos podem ser úteis, por exemplo, para determinar o volume do fluido de amostra, como descrito aci- ma. No entanto, outros elementos de medida volumétrica podem ser usados para determinar o volume do fluido de amostra. De preferência, mas não necessariamente, o circuito integrado óptico é produzido com acondiciona- mento inerte, tal como descrito acima em conjunto com a Figura 7, incluindo um furo de abertura de circuito integrado, pelo qual a ponta do dispositivo de coleta pode ser inserida. O fluido de amostra pode ser então expelido do dispositivo de coleta e o fluido de amostra pode entrar em contato com um número fixo, predeterminado das nanocontas por sítio de eletrodo, que ficam imersas no fluido de amostra.

Quando as nanocontas 1202 são iluminadas com uma fonte de energia óptica 1210, tal como um laser, as contas 1202 vão fluorescer de acordo com a osmolaridade do fluido de amostra 1206. A fluorescência pode ser detectada por uso de um dispositivo receptor de Iuz de detector óptico 25 adequado 1208, tal como uma disposição de dispositivo acoplado a carga (CCD) convencional, um fotodiodo, ou similares. O sinal de saída resultante da disposição de recebimento de Iuz pode indicar o valor de osmolaridade do fluido de amostra. Deve-se notar que as contas em nanoescala são di- mensionadas de modo que uma amostra de fluido de tamanho de alíquota 30 1206, isto é, não mais do que 20 microlitros do fluido, vão produzir, usual- mente, uma fluorescência suficiente para proporcionar um sinal de saída, que pode ser detectado pelo dispositivo receptor de Iuz 1208 e que pode indicar a osmolaridade do fluido de amostra. O grau de fluorescência pode ser normalizado por cálculo de quantas nanocontas foram ativadas pelo flui- do e por medida de que pares de eletrodos foram ativados pelo fluido de amostra. Essa normalização considera o volume da amostra e permite que o 5 aspecto de independência do volume da concretização anterior seja manti- do.

A Figura 13 é um fluxograma descrevendo uma técnica de me- dida de osmolaridade exemplificativa de acordo com uma concretização. Primeiro, uma amostra de fluido corpóreo, tal como um filme lacrimal, é cole- 10 tada na etapa 1300. A amostra contém, tipicamente, por exemplo, menos de um microlitro. Na etapa 1302, a amostra coletada pode ser depositada em uma região de amostra de um substrato de circuito integrado. As proprieda- des energéticas da amostra podem ser então medidas na etapa 1304. As propriedades energéticas medidas podem ser então processadas, na etapa 15 1306, para determinar a osmolaridade da amostra. Se o circuito integrado opera de acordo com a medida de condutividade elétrica, então o processa- mento de medida, na etapa 1306, pode incluir a operação de "oxidação do eletrodo" descrita acima, que torna os eletrodos do circuito integrado inope- rantes para quaisquer ciclos de medida subsequentes.

No processo de medida para um sistema de medida de conduti-

vidade, um deslocamento substancialmente instantâneo é observado da vol- tagem do circuito aberto a um valor que representa estreitamente o estado da amostra no momento da coleta, por colocação de uma amostra de filme lacrimal em uma disposição de eletrodos do substrato. Subsequentemente, 25 um desvio na condutividade da amostra vai ser refletido como uma variação contínua na saída.

A saída do circuito integrado de medida pode ser uma voltagem variável com o tempo, que é traduzida em um valor de osmolaridade. Desse modo, em um sistema baseado em condutividade, mais informações do que 30 apenas a "condutividade elétrica" da amostra podem ser obtidas por medida da resposta de frequência por uma ampla gama de sinais de entrada, o que aperfeiçoa o processamento de estágio final. Por exemplo, a calibração pode ser feita por múltiplas frequências, por exemplo, medir a razão dos sinais a 10, 20, 30, 40, 50, 100 Hz, etc., para fazer do processo de medida um cálcu- lo relativo. Isso torna pequeno o desvio de voltagem de circuito integrado para circuito integrado. O método padrão para as medidas baseadas em ele- 5 trodos em macroescala, isto é, em um medidor de pH, ou uma técnica mi- crocapilar, é basear-se nos tampões conhecidos, para ajustar uma curva de calibração linear. Em virtude da fotolitografia ser uma técnica de manufatura extremamente reprodutível, quando acoplada a uma varredura de frequên- cia, a calibração pode ser conduzida sem intervenção de operador.

Como mencionado acima, o processamento das propriedades

energéticas pode ser conduzido em uma configuração de rede neural, em que os pontos de dados medidos aparentemente desiguais obtidos das pro- priedades energéticas podem ser usados para proporcionar uma leitura de osmolaridade mais precisa do que de uma única medida de propriedade e- 15 nergética. Por exemplo, se apenas a condutividade elétrica da amostra for medida, então a curva de calibração pode ser usada para obter simplesmen- te o valor de osmolaridade correspondente à condutividade. Esse valor de osmolaridade, no entanto, não vai ser geralmente tão preciso quanto a saída da rede neural.

A rede neural pode ser projetada para operar em uma coleção

de curvas de calibração, que reflete uma função de transferência substanci- almente otimizada entre as propriedades energéticas do fluido de amostra e a osmolaridade. Desse modo, em uma concretização, a rede neural pode ser configurada para construir uma coleção de curvas de calibração para todas 25 as variáveis de interesse, tais como voltagem, taxa de evaporação e varia- ção volumétrica. A rede neural pode também construir ou receber, como uma entrada, uma lista de prioridades que atribui um fator de importância a cada variável para indicar a importância da variável para o resultado final, ou o valor de osmolaridade. A rede neural pode ser configurada para construir 30 as curvas de calibração por treino em exemplos de dados reais, nos quais o resultado final é conhecido a priori. Consequentemente, a rede neural pode ser treinada para prever o resultado final da melhor combinação possível de variáveis. Essa configuração de rede neural, que processa as variáveis em uma combinação eficiente, pode ser então carregada na unidade de proces- samento residindo, por exemplo, no circuito integrado de medida 701 ou na unidade de base. Uma vez treinada, a rede neural pode ser configurada em 5 software e/ou hardware.

Embora as concretizações descritas acima para medida de os- molaridade proporcionem uma vantagem substancial em relação às técnicas de medida de osmolaridade convencionais, tal como uma técnica de abai- xamento do ponto de congelamento, as concretizações descritas no presen- 10 te relatório descritivo podem ser usadas para determinar a osmolaridade de uma amostra, de acordo com a técnica de abaixamento do ponto de conge- lamento. Consequentemente, o sistema de osmometria exemplificativo 600 da Figura 6 pode ser usado para proporcionar um valor de osmolaridade ba- seado na técnica de abaixamento do ponto de congelamento.

Esse sistema de abaixamento do ponto de congelamento envol-

ve a coleta e a deposição do fluido de amostra de uma maneira similar como nas etapas 1300 e 1302, ilustradas no fluxograma na Figura 13. Como men- cionado acima, no entanto, o osmômetro do sistema osmométrico pode in- cluir um dispositivo de resfriamento, tal como um dispositivo de resfriamento 20 de Peltier. Na concretização da Figura 7 descrita acima, o dispositivo de Pel- tier pode ser disposto no soquete 710 ou no circuito integrado 701 (consultar a Figura 7), para resfriar a amostra. Se desejado, o dispositivo de resfria- mento de Peltier pode ser usado para resfriar o fluido de amostra ao ponto de congelamento do fluido de amostra. Uma junção metálica fotolitografada, 25 ou junção p-n, conhecida como um termopar, pode ser usada para monitorar a temperatura das amostras de tamanho de alíquota. O termopar pode ser configurado para operar em paralelo à disposição de eletrodos ao dispositivo de resfriamento de Peltier, em que o circuito integrado vai ser resfriado abai- xo do congelamento, de modo que a amostra fique sólida. Por solidificação, 30 a condutividade elétrica da amostra vai mudar drasticamente. Em virtude do termopar estar medindo continuamente a temperatura, o ponto no qual as pontas de condutividade podem ser correlacionadas com o ponto de conge- lamento diminuído. Alternativamente, o circuito integrado pode ser superres- friado, imediatamente antes da introdução da amostra, pela unidade de Pel- tier, e depois por uso do aquecimento resistivo inerente aos eletrodos, uma corrente pode ser passada ao longo do material em fase sólida. Por fusão, a 5 condutividade vai de novo variar drasticamente. Na segunda técnica de me- dida, é provável que a evaporação vá representar menos do que um fator. Desse modo, as concretizações descritas no presente relatório descritivo permitem que a diminuição do ponto de congelamento seja feita em volumes significativamente menores de fluido de amostra do que anteriormente pos- 10 sível.

Com referência à Figura 8 mencionada acima, uma concretiza- ção de um circuito integrado compreendendo um furo 720 foi ilustrada e descrita. Como descrito, um furo 720 pode ser usado para propiciar um vo- lume de alíquota do fluido de amostra 702, por exemplo, fluido lacrimal, para 15 ser depositado na região de amostra 806. No exemplo da Figura 8, o furo é configurado de modo que um dispositivo de coleta, por exemplo, um capilar 808, pode ser usado para depositar o fluido de amostra 702 no substrato 806. Em outras concretizações, no entanto, o furo 720 pode compreender um canal configurado para receber o fluido de amostra 702 por ação capilar 20 ou pressão negativa e fazer com que seja transferido para a região de amos- tra 806.

A capacidade para incluir esse canal pode ser importante, por- que pode eliminar uma etapa no processo. Por exemplo, para a concretiza- ção ilustrada na Figura 8, um processo de duas etapas é necessário, no qual 25 o fluido de amostra 702 é primeiro coletado e depois depositado no substrato de amostra 806. Esse processo de duas etapas pode ser suficiente para muitas aplicações, embora, para algumas aplicações, envolvendo, por e- xemplo, filme lacrimal, esse processo de duas etapas pode não ser suficien- te. Por exemplo, em aplicações de filme lacrimal, a quantidade de fluido po- 30 de ser muito pequena. Consequentemente, quaisquer perdas que ocorrem durante o processo de duas etapas, por exemplo, devido à evaporação, erro de operador, ou ao próprio processo, podem provocar resultados errôneos. Consequentemente, a limitação das chances para essas perdas pode, em certas concretizações, aumentar significativamente a eficiência e a precisão do teste, enquanto simplificando o processo.

Para incluir esse microcanal para fluido, a seleção do material para o acondicionamento 707 pode desempenhar um papel importante. Isso é porque a capacidade do substrato em receber o fluido de amostra vai de- pender, substancialmente, do material selecionado. Desse modo, o material selecionado deve permitir a coleta e a transferência rápidas do fluido de a- mostra, por exemplo, lágrimas. Consequentemente, em certas concretiza- ções, um material de vidro ou polimérico adequado pode ser selecionado para permitir a rápida coleta necessária do fluido de amostra associado, en- quanto propiciando ao mesmo tempo tolerâncias de manufatura suficientes, de modo que o IC pode ser manufaturado convenientemente. Por exemplo, materiais ou tratamentos superficiais, que diminuem o ângulo de contato en- tre o fluido, por exemplo, lágrimas, e o substrato, de preferência, abaixo de 909°. Uma descrição mais detalhada dos materiais e das suas característi- cas, que podem ser usados, é apresentada abaixo.

Consequentemente, um furo ou um canal 720 pode se converter em uma interface de coleta de fluido, ou lágrima, que pode ser usada para receber um fluido de amostra e transferi-lo para a região de amostra 806. Deve-se notar que a posição e a geometria do furo, ou do canal 720, pode variar para otimizar a coleta e a medida do fluido de amostra 702. Por exem- plo, a Figura 14 é um diagrama ilustrando um IC 1400, compreendendo uma região de amostra 701, um transdutor dentro da região de amostra 806, por exemplo, eletrodos, indicadores ópticos, etc., com os estratos superiores do substrato 707 encapsulando a região de amostra 701 e os estratos inferiores do substrato 804. No exemplo da Figura 14, um canal 1402 é formado no substrato 804, de modo a receber as lágrimas, por exemplo, por ação capi- lar. Por exemplo, um canal 1402 pode ser formado no substrato 804 usando várias técnicas de manufatura de semicondutores. Como descrito acima, as dimensões e o material selecionado para o substrato 707 devem ser sele- cionados para garantir coleta e transferência rápidas do fluido de amostra 702 para a região de amostra 806.

As técnicas de processamento de semicondutores pode ser u- sada para formar o canal 1402 residindo nos estratos inferiores do substrato 804. De novo, as dimensões e o projeto do canal 1402 devem ser seleciona- 5 dos considerando as tolerâncias de manufatura das técnicas de fabricação de semicondutores usadas para otimizar a capacidade de manufatura. O projeto do substrato deve também promover coleta de lágrimas. Por exem- plo, os capilares de vidro tradicionais, que promovem a coleta de lágrimas, são frequentemente puxados para que tenham uma seção transversal circu- 10 lar, com um diâmetro inferior a 300 micrômetros (μιη) com diâmetros exter- nos de aproximadamente 1 mm. Essa seção transversal circular, no entanto, pode não ser ótima para, por exemplo, coleta de lágrimas.

Consequentemente, o canal 1402 pode ser afunilado em cada extremidade, para aperfeiçoar a ação capilar. Isso também pode ser obtido por uso de uma construção em sanduíche. Essa construção em sanduíche é mostrada na Figura 16, que ilustra uma vista em seção transversal do canal 1402, de acordo com uma concretização. Na concretização da Figura 16, o canal inclinado 1402 pode ser um de dimensão máxima de metade de toda a largura inferior a aproximadamente 200 μιη, com um aumento uniforme nas bordas do canal 1602 e 1604. Dependendo da concretização, o aumento pode ser senoidal, sigmoide ou gaussiano. Essas concretizações proporcio- nam geometrias de canais drasticamente mais rasas próximas ao limite late- ral do canal do que no centro dele. Consequentemente, essas concretiza- ções devem apresentar uma maior força capilar nesses limites, baixando a barreira para ação capilar. Isso proporciona um benefício adicional em rela- ção aos capilares de vidro tradicionais, que apresentam lúmens cilíndricos.

As vantagens dessas geometrias incluem um menor volume total por comprimento do microcanal, comparado com os canais cilíndricos, bem com a capacidade de promover uma coleta de lágrimas do fórnice inferior, 30 também conhecido como o lago de lágrimas inferior, que é compreendido do menisco fino de fluido encontrado na interface entre o tampo inferior e túnica conjuntiva/córnea. Essas concretizações permitem que a tensão superficial do fluido lacrimal se ligue em ponte com a abertura do canal, quando a inter- face de coleta de lágrimas é colocada no lago de lágrimas; o fluido vai "pu- lar" para cobrir a parte frontal do microcanal. Diferentemente de uma cons- trução cilíndrica na qual é frequentemente necessário aproximar o lago de 5 lágrimas para que fique perpendicular à seção transversal do lúmen, essas concretizações promovem a rotação para o lago de lágrimas ou apoio na interface de coleta de lágrimas no tampo inferior, que então permite que a tensão superficial faça uma ligação em ponte com a abertura do lúmen.

Em outras concretizações, o canal 1402 pode compreender uma seção transversal triangular, uma seção transversal triangular arredondada, uma seção transversal em meio círculo, etc. De fato, o canal 1402 pode compreender qualquer geometria que promova coleta de fluido.

Outras limitações dos capilares tradicionais são também supera- das pelas configurações de substrato mencionadas no presente relatório descritivo. Por exemplo, a aparência em forma de agulha de um capilar de vidro está abaixo da ótima para interação com paciente. De acordo com as concretizações descritas no presente relatório descritivo, o substrato pode ser feito redondo ou de bordas mais rombudas, para que seja mais confortá- vel para o paciente, e pode ser feito de materiais mais macios, isto é, polí- mero, para eliminar a possibilidade de lesão na superfície comeana. Além do mais, a borda do substrato pode ser configurada para ser muito fina próxima à abertura do canal para promover a entrada no lago de lágrimas. Por e- xemplo, em uma concretização, o circuito integrado para recebimento de amostra pode ser colocado paralelo ao tampo inferior e depois girado as- cendentemente, de modo que a ponta do substrato toque no lago de lágri- mas. Ajustando-se o substrato de modo que os estratos superiores cobrindo o canal sejam minimizados na extensão vertical, de preferência, inferior a aproximadamente 100 μίτι, o substrato pode ser girado para o lago de lágri- mas e o lúmen do canal pode ser completamente coberto com lágrima, mesmo se todo o substrato não fique molhado. Os estratos inferiores do substrato podem ser também configurados para estabilidade mecânica.

Essas técnicas não são possíveis com os capilares de vidro tra- dicionais, que são radialmente simétricos e perdem estabilidade mecânica na medida em que o lúmen do capilar 100 se aproxima de 100 μιη. Nesse caso, a coleta de pequenos volumes em nanolitros apresenta um risco inde- vido ao paciente, pois uma piscadela sincronizada adequadamente pode 5 romper a ponta do capilar de vidro e introduzir cacos de vidro no olho do pa- ciente. Configurando-se assimetricamente os estratos do substrato, propor- ciona-se também a capacidade de usar coleta rotativa de lágrimas, bem co- mo estabilidade mecânica, ação capilar e interação com o paciente superio- res, em comparação com as metodologias de coleta de lágrimas tradicionais. 10 Essas concretizações são particularmente úteis quando o paciente carece de um volume substancial de lágrima nas suas superfícies oculares.

O substrato pode ser também configurado para promover ação capilar por ter uma forma curva, tendo um ápice ou pico arredondado, de modo que o substrato possa ser movimentado próximo da superfície do olho, 15 para puxar fluido lacrimal por ação capilar. A forma curva pode ser configu- rada para minimizar a área do substrato que fica próxima ao olho, minimi- zando, desse modo, qualquer contato com o olho e facilitando que o médico fique próximo do olho e colete o fluido. O ápice da curva pode incluir um item para promover ação capilar e receber o fluido. Por exemplo, a Figura 17B 20 mostra que o canal 1402 no substrato 1704 se estenda para a borda da for- ma, no ápice. Colocando-se a borda do substrato 1704 próxima da superfície do olho, permite-se que o fluido lacrimal entre no canal 1402, utilizando uma ação capilar.

Deve-se entender que as técnicas de manufatura de semicondu- tores convencionais podem manipular essas dimensões e características. Desse modo, o canal 1402 pode ser modelado e formado usando, por e- xemplo, um laser de excímero, laser de Nd-YAG, ou fotolitografia. O material selecionado deve ser então receptivo ao processo em uso.

Deve-se notar que os estratos superiores do substrato 707 po- dem ser formados de modo que o canal 1402 se estenda para a borda do substrato. Desse modo, o IC 1400 pode agir como o substrato receptor para coletar o fluido de amostra 702. Desse modo, em vez de usar um dispositivo de coleta separado, tal como um capilar de vidro, para coletar o fluido, o IC 1400 pode ser usado para coleta e medida. Desse modo, o IC 1400 pode compreender um substrato que promove coleta de lágrima. O IC 1400 pode ser então voltado para um dispositivo de processamento, tal como um dispo- 5 sitivo 606, ou, em outras concretizações, removido do dispositivo de coleta e voltado para um dispositivo de processamento.

As Figuras 17A - 17C são diagramas ilustrando as concretiza- ções exemplificativas de um circuito integrado para recebimento de amostra 1700, configurado de acordo com uma concretização. O circuito integrado 10 1700 pode compreender um substrato 1704, que pode incluir uma região de amostra 1706, que é mostrada em mais detalhes na Figura 17C. O substrato 1704 pode também incluir um canal 1402 e os eletrodos 1710. Os estratos superiores do substrato 1702 podem ser colocados sobre os estratos inferio- res do substrato 1704, como ilustrado na Figura 17A. Como pode-se notar 15 na Figura 17B, o canal 1402 pode se estender para a borda do dispositivo 1700, de modo que o substrato 1704 pode receber um volume de alíquota e lágrima e transferir o fluido para a região de amostra 1706, para medida. No- tar que o substrato 1704 é moldado para promover ação capilar do lago de lágrimas, como descrito acima. A borda curva do substrato 1704, com o ca- 20 nal 1402 colocado perpendicular à tangente da borda curva, promove ação capilar dentro do lago de lágrimas, com risco mínimo ao paciente. A forma do substrato inclui a borda curva do substrato 1704, a espessura adequada dos estratos 1702 e 1704, e a seção transversal do canal do substrato 1402. A forma do substrato pode também compreender uma extremidade rombu- 25 da, curta com o canal 1402 perpendicular à extremidade rombuda, e então um substrato recuado linearmente, para formar uma forma recuada retangu- lar ou triangularmente para o substrato 1704.

O substrato 1704 pode ser também moldado para promover a fácil colocação próximo à superfície do olho, de modo que o circuito integra- do para recebimento de amostra possa ser girado, imerso, comprimido ou transladado linearmente para o lago de lágrimas, enquanto expondo a borda do canal do substrato ao lago de lágrimas. O substrato pode ser também moldado de modo que seja suavemente angulado para permitir que o canal se projete ligeiramente, o que permite uma extensão mais fina que faz conta- to com o lago de lágrimas. Uma vez que o canal 1402 se estende da região de amostra 1706 para a borda do substrato na borda arredondada, a forma 5 do substrato promove, portanto, absorção por ação capilar da borda para a região de amostra.

A Figura 17B é um diagrama ilustrando uma vista detalhada da área 1706 na Figura 17A. Como se pode notar, os eletrodos 1710 podem ser formados no substrato 1704 e em contato com o canal 1402 na região de 10 amostra. A Figura 17B também ilustra mais claramente que o canal 1402 se estende para a borda do substrato 1402, e, portanto, para a borda do dispo- sitivo 1700.

Deve-se notar que o canal 1402 não precisa ter necessariamen- te a forma e a geometria ilustradas nas Figuras 17A e 17B. Como mencio- 15 nado acima, o canal 1402 pode compreender quaisquer de várias dimensões de seção transversal, e, em geral, o canal 1402 pode compreender qualquer geometria que promova coleta de fluido. Além do mais, o canal 1402 pode compreender de fato qualquer modificação na superfície do substrato 1702, que execute as funções de coleta de fluido.

Na concretização exemplificativa das Figuras 17A e 17B, os es-

tratos superiores do substrato 1704 podem ser feitos de um filme de poliés- ter e presos por meio de um adesivo hidrofílico, aplicado no lado de fundo do substrato 1704. O substrato 1704 pode ser formado de um material de poli- carbonato ou outro material compatível com as técnicas de fabricação de 25 semicondutores. Os materiais do substrato são, de preferência, hidrofílicos, embora uma construção de sanduíche (consultar a Figura 16), na qual uma camada hidrofílica sela um canal mais hidrofóbico, ou um selante hidrofóbico de um canal hidrofílico, pode ser também feita para absorver lágrimas; vidro em poli-imida, por exemplo. A classe de materiais, que é preferível para o 30 substrato, inclui vidro, polímeros hidrofílicos, silício, copolímeros de dois e três blocos com amidas, aminas, sulfatos, fosfatos ou outros grupos carre- gados. Por exemplo, poli (éteres - blocos de amida) (PEBA), copoli (éteres - ésteres em bloco (ΡΕΕ), poli (ácido láctico), poliuretanos (PU) incluindo poli- uretanos alifáticos e termoplásticos, poli (ácido glicólico) (PGA) e outros poli- ésteres (PE), policaprolactona (PCL), poli (éteres - sulfonas) (PES), policar- bonato (PC) ou qualquer outra combinação de copolímeros hidrofílicos que demonstre estabilidade de manufatura adequada e ângulo de contato que promova coleta de lágrimas.

Outros meios de construção de um substrato heterogêneo inclu- em uma pilha estratificada de materiais que promovem molhamento na inter- face do filme lacrimal, bem como hidrofobia ao longo da região receptora de amostra do substrato 1402. Por exemplo, em uma concretização, um adesi- vo sensível a pressão (PSA) hidrofílico é usado para selar um canal de poli- carbonato em uma rampa de cobertura de vidro, de modo que os estratos (vidro, PSA, policarbonato) tenham a hidrofilia diminuída, mesmo quando colocado no lago de lágrimas, o fluido lacrimal molha facilmente de um lado a outro do lúmen do canal 1402. Nessa concretização, os estratos superio- res do substrato 1702 podem ser feitos de quaisquer dos materiais mencio- nados acima, o que reduz a tensão superficial e promove o molhamento, quando colocados em contato com o filme lacrimal. Configurações similares são possíveis quando os estratos inferiores do substrato 1704 são tornados hidrofílicos por propriedades materiais intrínsecas ou tratamentos superfici- ais.

Em outras concretizações, um substrato de policarbonato aderi- do a um PSA hidrofílico compreendeu de, por exemplo, 25 μηι de adesivo hidrofílico à base de poliéster, com, por exemplo, uma base de poli (tereftala- to de etileno) (PET), pode ser usado. Para completar a pilha, um adesivo hidrofóbico pode ser aplicado em torno da parte externa do substrato 1714, para eliminar o fluxo de lágrimas em torno da parte externa do substrato 1704. Essa concretização é ilustrada na Figura 18, com o substrato 1704, o PSA hidrofílico 1702 e o adesivo hidrofóbico 1800 ilustrados. O adesivo hi- drofóbico pode ser compreendido de, por exemplo, cera de abelha, resinas epóxi, ou resinas curáveis por UV, tal como de (met)acrilato de uretano, e similares. A ausência de adesivo 1800 pode permitir que as lágrimas esco- em em torno da parte externa do substrato 1704 e deixem os eletrodos na parte posterior do PSA 1702.

Em outra concretização, a interface de coleta de lágrimas pode usar o canal sigmoide, senoidal ou semicircular da base de PSA e do adesi- vo de PSA hidrofílico, com os eletrodos residindo em uma substrato de poli- carbonato plano.

Outra concretização de estratos hidrofílicos usa material idêntico nos estratos superior e inferior, mas inclui uma camada hidrofílica na parte intermediária, em contato direto com o lúmen do canal 1402. Essa pode ser uma construção mais barata. As construções de polímeros anfifílicos tam- bém podem ser usadas, nas quais cadeias laterais hidrofóbicas são usadas para unir os estratos, enquanto expondo as cadeias laterais hidrofílicas à parte interna do canal.

As modificações para uma ou mais das camadas de materiais também podem promover coleta de lágrima, tais como decapagem por plasma, com nitrogênio, oxigênio, argônio ou outros plasmas aquosos, tra- tamento ácido, revestimento externo, aumentos em rugosidade superficial em micro- ou nanoescala, ou métodos comparáveis que reduzem o ângulo de contato. Por exemplo, os revestimentos com polieletrólitos compreenden- do polietilenoimina, poli (amino - metacrilato de alquila), polivinilpiridina, poli- lisina, poli (ácido acrílico), poli (ácido metacrílico), poli (ácido sulfônico), poli (sulfato de vinila), poli (ácido acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico), e poli (estireno - ácido sulfônico), ou outros revestimentos ou aditivos de resina conhecidos por aumentar a densidade de carga na interface. Em geral, qual- quer material, por exemplo, polímero, resina, vidro, etc., pode ser usado para o substrato 1702, que possa promover ação capilar na borda de um circuito integrado para recebimento de amostra.

A Figura 15 é um diagrama ilustrando um exemplo do dispositivo de coleta 1500 compreendendo, por exemplo, um circuito integrado para recebimento de amostra 1700, de acordo com uma concretização. O disposi- tivo 1500 pode ser, por exemplo, dimensionado e moldado um pouco como caneta e pode compreender uma parte base 1502 e uma parte ponta 1504, configurado para alojar o circuito integrado para recebimento de amostra 1700. A parte ponta 1504 pode ser configurada de modo que possa ser co- locada em contato com o fluido de amostra, propiciando que o canal 1402 colete um volume de alíquota do fluido de amostra para teste. A parte ponta 1504 pode ser configurada de modo que possa ser depois removida e volta- da para uma unidade de base 606, desse modo, colocando o dispositivo 1700 voltado para a unidade de base 606, de modo que a osmolaridade do fluido de amostra pode ser medida como descrito acima. Desse modo, o dis- positivo de coleta 1500 pode incluir um mecanismo (não mostrado) para de- sacoplar ou ejetar a parte ponta 1504. O dispositivo de coleta 1500 pode ser também um dispositivo plano de extremidade rombuda, que dá menos im- pressão de ser uma agulha para o paciente e que usa um mecanismo de articulação para receber o dispositivo 1700.

Em certas concretizações, a parte ponta 1504 e/ou o dispositivo 1700 podem ser então descartados e a parte base 1502 pode ser reutilizada com outra parte ponta 1504 e/ou dispositivo 1700. Os métodos, tais como aqueles descritos acima, podem ser usados para garantir que um dispositivo usado anteriormente 1700 não seja reutilizado.

Além disso, um sinal informativo 1508 pode ser integrado dentro do dispositivo de coleta 1500 e configurado para indicar se o substrato está conectado adequadamente e se fluido de amostra suficiente foi coletado. Por exemplo, os eletrodos cheios de fluido, por exemplo, os eletrodos mais ex- ternos mostrados na Figura 17A, isto é, mais próximos à abertura de canal, e mais próximos ao furo de ventilação, podem proporcionar um transdutor conveniente dentro do substrato. Uma medida de impedância de 2 pontos ao longo desses eletrodos pode distinguir entre um dispositivo de circuito aber- to, e um substrato preso com um canal vazio, com valores de impedância típicos variando de cerca de 5 Mohm a em torno de 1 Mohm por conexão do substrato ao dispositivo. A coleta de lágrima reduz a impedância entre os eletrodos cheios de fluido a geralmente abaixo de 100 kohm a 100 kHz, pro- porcionando dois limiares claros para hardware, para proporcionar realimen- tação ao usuário. O indicador 1508 pode também incluir ou ser acoplado com um indicador auditivo, para indicar se fluido de amostra suficiente foi coletado. Por exemplo, um Diodo Emissor de Luz (LED) ou outro indicador pode ser ativado quando fluido de amostra suficiente está presente. Um bipe ou outro tom, em conjunto com a realimentação visível, pode ser usado como uma indicação paralela de enchimento do canal. Alternativamente, um indicador, tal como um LED vermelho, pode ser incluído para indicar que fluido de a- mostra suficiente não está presente, e um segundo indicador, tal como um LED verde, pode ser usado para indicar quando fluido de amostra suficiente está presente. Desse modo, por exemplo, o LED vermelho pode ser ativo até que fluido de amostra suficiente esteja presente, em cujo ponto o LED ver- melho é desligado e o LED verde é ativado.

Em outras concretizações, indicadores audíveis podem ser usa- dos. Em mais outras concretizações, visores tais como visores de LED ou de Cristal Líquido (LCDs) podem ser usados para transmitir o estado do fluido de amostra.

As concretizações descritas acima são geralmente relacionadas a sistemas e métodos para detectar, ou determinar, a osmolaridade para um fluido de amostra; embora, se vá considerar que os sistemas e métodos des- critos no presente relatório descritivo não são limitados à detec- ção/determinação de osmolaridade. Em vez disso, os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo podem ser empregados para detec- tar outros parâmetros associados com um fluido de amostra. Por exemplo, nas concretizações descritas abaixo, os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo podem ser usados para detectar qualquer anali- sado de interesse contido no fluido de amostra. Por exemplo, os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo podem ser usados para detectar analisados, tais como proteínas, peptídeos e oligonucleotídeos. Mais especificamente, os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo podem ser usados para detectar, ou medir, qualquer imunoglobuli- na, tal como Imunoglobulina E (IgE)1 que pode ser útil para testar para aler- gias, Imunoglobulina M (IgM), Imunoglobulina A (IgA), etc. Os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo também podem ser usa- dos para detectar qualquer citocina, proteína ou mucina, tal como TGF-Beta, TNF-alfa, Interleucina 1-A, MUC5 ou PRG4.

De um modo geral, os sistema e métodos descritos no presente relatório descritivo podem ser usados para detectar, ou medir, vários bio- marcadores no fluido de amostra. Por exemplo, os sistemas e métodos des- critos no presente relatório descritivo podem ser usados para detectar bio- marcadores em lágrimas, tais como osmolaridade, IgE, lactoferrina, citoci- nas, etc. Por exemplo, em certas concretizações, os sinais elétricos, produ- zidos pelos eletrodos na região de amostra 806, podem ser usados para de- tectar analisados, tais como proteínas. Em outras concretizações, no entan- to, métodos de detecção ópticos podem ser usados para detectar os anali- sados de interesse. Em geral, quaisquer das várias técnicas de transdução podem ser usadas para detectar, ou medir, um analisado de interesse. Por exemplo, métodos eletroquímicos, optoentrópicos, optomecânicos, fluores- centes, quimioluminescentes, cromatográficos, e de transdução ressonante de plasmônio superficial (SPR) podem ser usados para detectar analisados em um fluido de amostra incidente na região de amostra 806. Em outras concretizações, nanocontas podem ser usadas para detectar o analisado de interesse no fluido de amostra. Por exemplo, as nanocontas podem ser re- vestidas com uma substância química, que varia a fluorescência com base na quantidade do analisado alvo presente no fluido de amostra. Em outras concretizações, as nanocontas podem ser revestidas com uma substância biológica, que se liga ao analisado de interesse. Luz pode ser então usada para iluminar as contas e detectar a presença do analisado, usando, por e- xemplo, SPR, ou por detecção de fluorescência, luminescência ou outras variações nas propriedades energéticas da região de amostra. Outros me- canismos de transdução, tais como métodos de transdução eletroquímicos, incluindo potenciométricos, amperométricos, de capacitância, e espectros- copia de impedância, voltametria, voltametria de pulso, etc., podem ser usa- dos em conjunto com os eletrodos dentro da região de amostra. As reações de oxirredução eletroquímicas modificadas por enzimas, tais como marcado- res de peroxidase de rábano-bastardo, marcadores de nanopartículas de ouro, e outros marcadores eletroquimicamente ativos podem ser usados dentro do mecanismo de transdução. Outras concretizações podem incluir a medida de variações em polímero condutores potenciométricos, tal como polipirrol, após exposição a fluido lacrimal.

Os polímeros condutores e os outros sistemas de transdução descritos no presente relatório descritivo podem ser diretamente incorpora- dos na região de amostra do substrato, para atenuar os efeitos da evapora- ção em um sistema aberto.

Além de localizar fisicamente o sistema de transdução dentro da interface de coleta, dois outros métodos de atenuação da evaporação, du- rante a medida de analisados de interesse, incluem uma tampa de selagem para a interface de coleta de lágrimas, bem como o uso de software para normalizar o analisado de interesse contra a osmolaridade da amostra. A tampa pode ser compreendida de um plástico encaixado por interferência, ou selo dotado com gaxeta, muito como uma tampa de caneta normal, que desliza por ambos o furo de ventilação do substrato e a abertura do canal 1402. O desenho da tampa pode permitir um deslocamento muito pequeno de ar, na medida em que o movimento de fluido dentro do canal é indeseja- do. Por exemplo, os furos de ventilação, que são entalhados ao longo do lado externo da tampa de caneta, podem terminar um pouco antes da sela- gem, de modo que uma estabilidade mecânica suficiente é obtida, minimi- zando simultaneamente o deslocamento de ar.

A normalização da osmolaridade pode ser calculada para com- pensar a evaporação intrínseca, enquanto as lágrimas estão dentro do filme lacrimal do paciente, bem como as variações de osmolaridade durante resi- dência dentro do canal. Durante a medida de analisados de interesse, os ensaios bioquímicos requerem, freqüentemente, tempos de incubação que podem ser significativamente mais longos do que os tempos necessários para medir a impedância do fluido lacrimal. A Figura 19 demonstra uma vari- ação típica em osmolaridade com o tempo dentro de um substrato receptor, medido por um método de impedância de quatro pontos. O período transien- te inicial, dentro dos primeiros 10 s, observa o aumento de impedância em conseqüência do equilíbrio (retardamento) do fluido Iacrimal sendo puxado para o canal capilar. Freqüentemente, um pequeno volume de lágrima resi- dual se mantém fora do substrato, imediatamente após a coleta de lágrima.

Como essas lágrimas são expostas ao meio físico com uma grande área superficial, essas lágrimas são de maior osmolaridade do que aquelas origi- nalmente residentes no canal. A ação capilar contínua retira esse fluido de concentração mais alta para o canal e mistura os fluidos, diminuindo gradu- almente a impedância do fluido na medida em que a concentração varia. Na medida em que a fonte de lágrima residual é perdida, o fluxo do fluido come- ça a ficar de novo retardado, por exemplo, cerca de 140 segundos, aumen- tando a impedância. Se o furo de ventilação contém um reservatório ou flui- do, é, tipicamente, hipo-osmótico na base da coluna, o fluido não exposto ao ar. Uma vez que a ventilação começa a colocar o fluido de volta no canal, o fluido hipo-osmótico baixa a concentração do fluido e aumenta a impedância. Após todas as fontes terem sido esvaziadas, a impedância cai em modo quase que linear, indicativo de evaporação constante.

A Figura 20 apresenta essa dinâmica por três diferentes geome- trias de interface de coleta de lágrima. Quando menor o canal, maior o ga- nho da dinâmica. Como pode-se notar, um canal senoidal de 100 μητι de lar- gura, por 75 μιη de profundidade, por 2,5 mm de comprimento, construído de PSA de poliéster, ligado termicamente a policarbonato, tem a maior vari- ação percentual em osmolaridade durante a incubação, com uma variação de cerca de 34% por 150 segundos. Um canal de 300 μιτι de largura, por 75 μιη de profundidade, por 5 mm de comprimento percebe apenas uma varia- ção de uns poucos por cento com o tempo de incubação.

A transdução de analisados de interesse pode ser normalizada contra essa dinâmica. Por exemplo, uma medida potenciométrica instantâ- nea pode ser normalizada contra a razão do valor do estado constante inici- al, por exemplo, em torno de 10 segundos, versus a impedância instantânea no tempo da medida, como um dos métodos de normalização. Os métodos amperométricos integrais podem ser normalizados contra a média do deslo- camento da curva de impedância. Em geral, muitas normalizações podem ser feitas para ajustar o nível registrado do analisado de interesse, para a- perfeiçoar o padrão de cuidado.

Os sistemas e os métodos descritos no presente relatório descri- tivo foram descritos acima em termos de concretizações exemplificativas, de modo que um entendimento da presente invenção pode ser transmitido. Qualquer concretização descrita no presente relatório descritivo como "e- xemplificativa" não deve ser necessariamente considerada como preferida ou vantajosa em relação às outras concretizações. Além do mais, há muitas configurações para os sistemas e os componentes associados não descritos especificamente no presente relatório descritivo, mas com os quais a pre- sente invenção é aplicável. Os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo não devem ser, portanto, limitados às concretizações par- ticulares descritas no presente relatório descritivo, mas, em vez disso, deve- se entender que a presente invenção tem uma aplicabilidade ampla. Por e- xemplo, além de para filme Iacrimal e osmolaridade, os sistemas e métodos descritos no presente relatório descritivo podem ser usados para qualquer fluido, por exemplo, soro, e para detectar uma variedade de parâmetros, in- cluindo osmolaridade e a presença, ou a quantidade, de um analisado de interesse. Todas as modificações, variações, ou disposições e implementa- ções equivalentes, que estão dentro do âmbito das reivindicações em anexo devem ser portanto consideradas dentro do âmbito da invenção.

Claims

1. Circuito integrado para recebimento de amostra, compreen- dendo: um substrato, que recebe um volume de alíquota de uma amos- tra fluida, em que o substrato é moldado operativamente para receber o vo- lume de alíquota de amostra fluida por ação capilar; uma região de amostra do substrato, dimensionada de modo que o volume do fluido de amostra seja suficiente para cobrir operativamente uma parte da região da amostra, em que as propriedades energéticas do fluido de amostra podem ser transduzidas para produzir uma leitura de a- mostra fluida, que indica a osmolaridade do fluido de amostra.

2. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 1, em que o substrato é moldado operativamente para receber o volume de alíquota do fluido de amostra na borda do substrato, para agir como uma interface de coleta de fluido, ou uma combinação deles.

3. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 1, em que a osmolaridade do fluido de amostra indica a presença ou proporção de um analisado de interesse.

4. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 1, em que o substrato é formado de um material que é propenso a ter características criadas por uso de um laser de excímero, ou por meio de outras técnicas de processamento de semicondutores.

5. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 1, em que o substrato é moldado operativamente para compreender uma seção transversal híbrida espacial, híbrida porque se ori- gina de duas ou mais das seguintes: sinusoidal, sigmoide, triangular, retan- gular e gaussiana truncada, ou uma seção transversal híbrida espacial for- mada de uma combinação de dois ou mais deles.

6. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 1, em que os polímeros hidrofílicos compreendem um ou mais dos seguintes: poli (éteres - amidas) em bloco (PEBA), copoli (éte- res - ésteres) em bloco (ΡΕΕ), poli (ácido láctico), poliuretanos (PU) incluin do poliuretanos alifáticos e termoplásticos, poli (ácido glicólico) (PGA) e ou- tros poliésteres (PE), policaprolactona (PCL), poli (éteres - sulfonas) (PES), policarbonato (PC), ou uma combinação deles.

7. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 6, em que os estratos são formados de copolímeros de dois e três blocos, construídos com pelo menos um dos blocos compreen- dendo amidas, aminas, sulfatos, fosfatos ou outros grupos carregados.

8. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 6, em que um ou mais dos estratos incluem um adesivo sensível a pressão hidrofílico.

9. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 6, em que os estratos compreendem uma camada hi- drofílica selando uma camada menos hidrofílica ou uma camada hidrofílica selando uma camada hidrofóbica.

10. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 6, em que pelo menos um dos estratos é modificado para promover coleta de fluido, para diminuir o ângulo de contato na borda do substrato ou na parte interna do substrato.

11. Circuito integrado para recebimento de amostra de acordo com a reivindicação 6, em que pelo menos um dos estratos é modificado por uso de um dos seguintes: ataque por plasma, tratamento ácido, revestimento externo e aumento de rugosidade superficial.

12. Circuito integrado de acordo com a reivindicação 1, em que a região de amostra inclui uma pluralidade de eletrodos dispostos para conta- tar o fluido de amostra.

13. Circuito integrado de acordo com a reivindicação 12, em que a pluralidade de eletrodos, ou a pluralidade de indicadores ópticos, é dispos- ta em uma disposição de linhas e colunas.

14. Circuito integrado de acordo com a reivindicação 1, em que o fluido de amostra compreende um fluido corpóreo selecionado do grupo consistindo em um filme lacrimal, suor, sangue e urina.

15. Circuito intearado de acordo com a reivindicação 3, em aue o analisado de interesse é uma imunoglobulina, citocina ou mucina.