CN1922478A - 微流体检测装置 - Google Patents

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林镇南
王嘉麟
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    • B01L3/5023—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures with a sample being transported to, and subsequently stored in an absorbent for analysis

Abstract

本发明提供了分析生物样品中是否存在被分析物或其含量的检测装置。该装置包括一个具有电极系统(103，105，107)的底板(101)和一个位于底板(101)上的亲水多孔材料层(115)。一个疏水保护层(117)位于亲水多孔材料层(115)上，最后放置覆盖层(119)在疏水保护层(117)上完成整个装置。一些实施例还包括一个处于底板(101)和亲水的多孔材料层(115)之间的绝缘层(111)。装置的覆盖层(119)有一个开口(125)，位于电极(103，105，107)上面，使得电极能通过开口(125)与装置外界相气连通。绝缘层(111)上也可以有一个凹槽(113)，在一个实施例中，与覆盖层(119)上的开口(125)相对应。本发明还提供了制造和使用本装置的方法。

Description

微流体检测装置
本申请要求美国临时专利申请第60/547,274号(申请日为2004.2.23)的优先权。该美国临时专利申请的全部内容，包括所有表格、附图和权利要求，构成本申请的技术揭示。
技术领域
本发明涉及一种具有改进的样品采集和检测特性的生物传感器及其制造和使用方法。
背景技术
以下的背景技术旨在帮助读者理解本发明创造，而不应当被认为是现有技术。
近年来，从最初利用临床实验室样本检测，到只需在医生办公室或患者身边即可实现的快速检测，医学保健发生了巨大的变化。抛弃型酶学生物传感器经常被用于快速检测当中。以葡萄糖检测为例，现在患者在家中进行测量是十分平常的，并且也是适时地进行疾病监控所必需。使用家庭用葡萄糖生物传感器进行检测时，糖尿病患者需要刺破手指取少量血液加入到生物传感器的测试条中，几秒钟之内，与测试条搭配使用的测量仪即可根据传感器记录的电子数据计算出患者血液中的葡萄糖浓度。这些信息被用来确定应该何时使用胰岛素和使用多少胰岛素。
尽管快速精确的代谢物测量取得了很大的进步，但因为采血时的疼痛，患者在使用上仍然存在很大的问题。为了减少疼痛和增强病人的舒适感，从前臂或大腿采血的新的装置正在被使用。因为在身体的这些部位神经末梢较少，这些采血装置会使疼痛减轻。然而，在这些部位更少的表面血管要获得足够的检测用血量变得很困难。一般地，病人发现如果采血装置引起的疼痛越轻则得到的血量越少。因为现有的生物传感器需要几微升的血量才能满足毛细管通道和作用，所以存在这样的一个问题。若样品量太低，则无法适的毛细管通道。检测也将失效或给出不精确的结果，患者不得不丢弃测试条后重新检测，并且不得不再次使用采血针采血和取一根测试条重新检测一次。这样的情形十分困难，并使一些患者极为苦恼，从而可能降低他们在血液监测中的积极性。因而，这些患者难于监控并适当地治疗他们的疾病。
一些生物传感器的例子是可用的。例如，发明人为Nankai的美国专利US5,120,420和US5,320,732，发明人为Shanks的美国专利US5,141,868，发明人为Cai的美国专利申请US2003/0196894都揭示了抛弃型的葡萄糖生物传感器。这些传感器由碾压在一起的两个塑料片组成。这种构造形成的排气毛细管通道能够将样品引入到内部的反应区域。排气构造是毛细管通道产生作用所必需的。当样品通过毛细管流动进入毛细通道时，样品与酶层和电极接触，然后进行检测和选择性地分析样品中的被分析物质。
因此，改进现有生物传感器的采样和检测方法及设备是十分必要的。
发明内容
本发明提供了分析生物样品中是否存在被分析物及其含量的检测装置。该检测装置含有通过装配构成装置的各种材料组分。这些装置需要最少量体积的样品，能够用来精确地检测液体样品中被分析物的含量。该装置包括：一个上面植入有电极系统的底板；一个位于底板上方的亲水多孔材料层；一个位于亲水多孔材料层上面的疏水保护层；和一个位于疏水保护层上面的覆盖层。在一个具体的实施方案中，保护层是多孔的，并且允许空气从反应室排放到装置外。一些具体的实施例中还使用了一个位于底板和亲水多孔材料层之间的绝缘层。装置的覆盖层上有一个开口，开口位于电极上方，使电极通过开口与装置外界相连。绝缘层上也可以有一个开口，在一个具体的实施方案中，这个开口是相应于覆盖层上开口的凹槽。因此，在一些具体的实施例中，电极通过绝缘层上的凹槽和覆盖层上的开口与装置外界相连。亲水多孔材料层和疏水保护层不必覆盖整个底板，但至少覆盖绝缘层(当存在时)上的凹槽区域或覆盖层开口以下的区域。本发明还提供了该装置的制造方法及其使用方法。
本发明一方面提供检测样品中被分析物含量的微流体装置。该装置包含一个具有电极系统的绝缘底板，该电极系统在绝缘底板性材料上至少有两个电极。在至少一个电极上具有反应层，其中的反应试剂依据样品中被测物的含量产生可测信号。该装置还包括一个亲水多孔材料层及位于该亲水多孔材料层上的疏水保护层，其中该亲水多孔材料层可以吸纳液体样品并使之与底板相接触。该装置还包括一个用绝缘材料制成、具有一个远端和一个近端的覆盖层。覆盖层位于疏水保护层上，具有一个使电极与装置外界相气连通(即与电极接触的气体可以排放到外界大气中去并且外界大气也可以进入该装置与电极接触)的开口。在一个具体实施例中，开口是从装置近端向远端延伸的凹槽。
在一个具体实施例中，该装置还包括一个处在底板和亲水多孔材料层之间并具有一个凹槽的绝缘层。该凹槽的位置与覆盖层上的开口相应。覆盖层上的开口也可以凹槽的形式存在，这两个凹槽是相对应的。至少有两个电极的装置可以有三个电极，例如，一个工作电极，一个参考电极，一个对电极。在各实施例中，底板可用各种材料制造，比如碳、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚酯。亲水多孔材料层也可用各种材料制成，比如凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、纤维质材料、或聚酯。亲水多孔材料层可以是网织物。在一个具体实施例中，聚酯可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在一个具体实施例中，亲水多孔材料层有一个亲水的表面。
在不同的实施例中，装置中的疏水保护层可以用各种材料制成，例如凝胶、玻璃纤维、多孔塑料、纤维质材料或聚酯。在一个具体实施例中，疏水保护层可以是网织物的形式。
在各具体实施例中，覆盖层及/或绝缘层用疏水的非导电材料制成，例如墨水、粘合剂、胶带、塑料、塞璐珞材料、玻璃或非导电片。
在一个具体实施例中，亲水的多孔材料层和疏水保护层覆盖住底板的近端，至少两个电极通过覆盖层近端的开口与装置外界相气连通。在另外一个实施例中，亲水多孔材料层或疏水保护层延伸越过凹槽和覆盖层上的开口(在一个实施例中为第二个凹槽)。疏水保护层可以位于亲水多孔材料层和覆盖层之间，延伸越过覆盖层上开口。装置上的反应层含有酶或其他检测液体样品中被测物质的试剂。在一个实施例中，反应层含有葡糖氧化酶。
电极可按任何合适的顺序排列。在一个具体实施例中，对电极最接近底板的近端，参考电极离底板的近端最远，工作电极可以处在对电极和参考电极之间。在本装置的一个具体实施例中，亲水多孔材料层被放置于底板上面，疏水保护层放置于亲水多孔材料层上面，覆盖层放置于疏水保护层上面。
本发明的另一部分内容是提供微流体装置的制造方法。该方法包括：放置执行检测的反应试剂于底板的至少一个电极之上，该底板上的电极系统在非导电性材料上至少有两个电极；将亲水多孔材料层放置在底板上面；粘贴疏水保护层至亲水多孔材料层上；粘贴由绝缘材料制成、并具有近端和远端的覆盖层至疏水保护层上面。覆盖层上有一个开口(例如凹槽)，使电极与装置外界相气连通。在一个具体实施例中，开口是从近端向远端延伸的凹槽，装置上的电极通过覆盖层上的凹槽和绝缘层上的凹槽与装置外界相气连通。
在一个具体实施例中，在将亲水多孔材料层放置在底板上面之前，该方法还包括放置一个绝缘层到底板上的步骤，绝缘层由疏水绝缘的材料制成，并在其上有一个凹槽(其位置与覆盖层上的第一个凹槽相应)。绝缘层可用不同的方法放置，例如，丝网印刷、喷墨印刷、粘合剂或胶带、材料层的迭片结构、热封和超声焊接都可以用来放置各结构层，也可以使用该技术领域的其它公知方法。这些方法在放置任何结构层时都是可用的。亲水多孔材料层和疏水保护层的放置可以覆盖住底板的近端部分，底板包含至少两个电极，电极通过覆盖层上近端的开口与装置外界相气连通。在各具体实施例中，亲水多孔材料层、疏水保护层和覆盖层可用任何如上所述的合适的方式放置在底板上。
本发明的另一部分内容是提供检测液体样品中被分析物浓度的方法。该方法包括：滴一部分样品在本发明的装置上；将测试装置插入电子检测系统，使测试装置通过装置的接触导线与检测系统相接触；测出液体样品中被分析物的浓度。
对本发明的概述并不仅限定在上述说明中，本发明的其他特征和益处将从以下详细的描述和权利要求中体现。
附图说明
图1示出了本发明装置各结构层的排列以及由底板101、凹槽113的侧边和亲水多孔材料层115包围形成的反应室。
图2示出了本发明装置结构层的排列。
图3是图2装置的另一个图解，上面的各层用轮廓线画出，显示出接触导线123在一个
具体实施例中的位置。
图4是图1装置的顶视图以及截面视图。
图5是使用本发明装置的检测结果的图表说明。
具体实施方式
本发明的装置包括一个底板、一个亲水多孔材料层、一个疏水保护层、和一个覆盖层。在一些具体实施例中，装置还包括一个绝缘层。装置的各组成部分可以碾压在一起或在其它的实施例中用印刷的方式印在底板上以构成装置，或用粘和剂粘贴。底板101、绝缘层111(假如存在)和亲水多孔材料层115组成了一个样品入口201，液体样品通过该入口被导入装置。样品入口可以存在于装置的近端，使被导入入口的样品保持在装置反应室的电极上。
使用时，具有样品入口的近端109与一小滴样品接触。在一个具体实施例中，测试样品是全血，使用者可以用刺破手指的方式获得。当样品入口与一小滴样品接触时，样品被导入装置的反应室，并保持在装置的电极上。然后将装置插入电子读数计，读数计引导电流通过电极，通过测量电流即可确定样品中被分析物的含量。
底板
如图1所示，装置的底板101包括用来电子化检测液体样品中被分析物存在与否或含量的电极(103，105，107)。装置至少具有两个电极，但底板也可以有如前所述的三个(或更多)电极。底板101可用各种材料制造，比如碳、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯树脂和聚酯。在一个具体实施例中，底板可用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。厚度为5密耳(mil，密耳，长度单位，1密耳等于千分之一英寸，即0.0254毫米)的PET条带可以提供适宜的支撑，14密耳的PET白膜同样适用。当然，许多不同的厚度在本发明中也可起到很好的作用。底板为接收电极和电极导线提供支持。
在一个具体实施例中，电极和电极导线可以被印在底板上。银或者氯化银(Ag/AgCl)、碳素墨水(石墨)、钯、金、铂、铱、掺铟的锡氧化物、不锈钢和其它适宜的导电性材料都可使用。电极也可以由这些材料组合而成。例如，电极的一部分可使用一种材料，而该电极的另一部分使用另一种材料。电极在底板上可以用任何适宜的方式的排列。在一个具体实施例中，装置有三个电极——一个工作电极、一个对电极和一个参考电极。在一个具体实施例中，对电极107最接近装置的近端109，参考电极105离装置的近端最远，工作电极103可以处在对电极107和参考电极105之间。在另外的实施例中，可以是两个电极(或更多)，电极也可以以其它的方式排列。底板还包括电极导线121，在一端还有连接导线123。在一个实施例中，连接导线在装置的远端。连接导线被用来连接装置和读数计，读数计引导电流通过电极并测出液体样品中目的分析物存在与否或其含量。在这里，“近”端是指电极处在的装置末端，而“远”端是指连接导线处在的装置末端。除了图1描述的电极系统，其它的设计也是可能的，并且处在本发明的范围之内。例如，电极设计成在感应器两端都有样品入口。在一些实施例中，样品入口可以只在感应器的近端，而并不一定非要在末端的边缘。
在一个具体实施例中，亲水多孔材料层和疏水保护层覆盖住整个感应器，但在其它的实施例中，它们可以只覆盖装置的近端。装置的“近端”指离连接导线最远并有电极存在的装置末端。在各实施例中，从纵向上看，近端是最接近电极和最远离连接导线的整个装置的那三分之一部分。在其它各实施例中，近端还可以是最接近电极和最远离连接导线的整个装置的那四分之一、五分之一或二分之一部分。在一个具体实施例中，亲水多孔材料层和疏水保护层至少要覆盖绝缘层(若存在)的凹槽区域和覆盖层开口下的区域。
反应层
反应层可以放在至少一个电极上，但也可以覆盖两个或所有的电极。反应层含有一种或多种检测液体样品中被分析物存在与否或其含量的试剂。反应层中的试剂取决于所进行的特异性分析。当有被分析物存在时，可使反应试剂产生可测信号的被分析物也可以包括在反应层中。在一个具体实施例中，反应层包括氧化还原酶和电子接收体，二者用来检测样品和产生一种电极系统可测的反应产物。反应层最好处在底板上面，但也可以存在于反应室中的任何地方，反应室是由底板101、绝缘层113(当其存在时)上凹槽的内表面和亲水多孔材料层包围而成的空间。“凹槽“指的是通道、凹陷或凹口。凹槽可以是任何形状，但在一个具体实施例中，它是一个如图中所示的圆形通道。凹槽可从绝缘层的任意一边延伸并覆盖装置的至少一个电极。
在一个具体实施例中，目的分析物是血液(如全血)中的葡萄糖，反应层含有葡糖氧化酶。试剂还可以包括粘合剂。在一个实施例中，粘合剂是羟乙基纤维素(HEC)，NATROSOLaDHEC M聚合物也可用来粘合反应层的各组分。粘合剂是亲水的并可用来与导入的血液样品混合，使得在几秒种之内建立一个电化电池。其它的材料也可用来作为粘合剂，例如羟甲基纤维素和羟丙酯纤维素。稳定剂可被包括在试剂内。在一个实施例中，试剂可包含聚乙二醇(PEG)。PEG有利于检测的快速反应。在其它的实施例中，反应层还可包含调节物、表面活性剂、稳定剂和聚合体以及有利于进行检测进行的其它试剂。
绝缘层
在一些具体实施例中，绝缘层111在底板101的上面。但在其它的实施例中，装置没有绝缘层同样可以产生作用。当绝缘层存在时，绝缘层在装置近端109可包括一个凹槽113，以形成反应室的边界。在那些没有绝缘层的实施例中，反应室是亲水多孔材料层网孔的内部空间。绝缘层上的凹槽可以开在装置的任意一边，而不需要在所有的实施例中都从装置的近端向远端延伸。
在一些具体实施例中，绝缘层可以是塑料或其它的绝缘材料。适合用来作绝缘层材料的有：绝缘墨水、黏合剂、胶带或粘合膜、塑料、塞璐珞、玻璃和绝缘片。在一些具体实施例中，绝缘层还可以含有粘合剂以确保将其粘合至底板。绝缘层可以是双面胶带，一面确保与底板粘合，另一面确保与亲水多孔材料层及/或覆盖层粘合。
在一个具体实施例中，绝缘层是美国宾夕法尼亚州的一家粘合剂研究公司(AdhesivesResearch，Inc.，Glen Rock，PA)提供的产品型号为ARcare 7840的胶带，该胶带的正反两面涂有型号为AS-110的丙烯酸树脂。胶带贴于2mil白色PET塑料支持板上形成底板和绝缘层。每边涂布的黏合剂厚度为0.7mil。在这个实施例中，凹槽的厚度是3.4mil。当绝缘层存在时，绝缘层的凹槽可帮助将液体样品引入并与电极接触。
亲水多孔材料层
亲水多孔材料层115可由各种材料制成，例如，凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、多孔薄膜、聚酯、聚酰胺和纤维质材料(如纤维素或醋酸纤维素)。亲水多孔材料层可起到保持液体样品与反应室接触的作用，也可以因毛细作用力引导液体样品进入反应室。亲水多孔材料层可以是具有亲水表面的网织物。因此，亲水多孔材料层可以用疏水材料制成，但需通过处理使其表面具有亲水特性。亲水多孔材料层可由具有天然亲水特性的材料制成。在一个实施例中，亲水多孔材料层上有粘合剂，可将其与底板或绝缘层表面粘合。它也可以含有使其粘附于疏水保护层的粘合层。
在一个实施例中，亲水多孔材料层可以是由聚酯制成的网织物，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)织成的聚酯网织物。材料层表面可以用化学方法吸附亲水分子来处理。例如，在亲水多孔材料层是PET聚酯的实施例中，可以用化学方法将一种表面活性剂附于PET使在PET上形成亲水表面。表面活性剂可以是任何能包裹亲水多孔材料层表面并具有亲水末端的表面活性剂。适宜的表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、TRITON X-100°、聚乙二醇、二氧杂环乙烷(如1，4-二氧杂环乙烷)。亲水多孔材料层是能吸引液体并沿着该材料层传送液体的材料。网织物就是这种材料的一种形式。在一个具体实施例中，网织物是形成亲水多孔材料层的松散缠绕或编织的纤维束。然而，网织物可以是任何允许形成空气通道的多孔材料。网织物也支持液体样品在其上流动和传输。
保护层
在一个具体实施例中，保护层117处于亲水多孔材料层115和覆盖层119之间。因此，它可以位于亲水多孔材料层的上面。使用者手持装置时，保护层能保护反应区域不受外来物质污染。在一个具体实施例中，保护层是多孔的以允许排放空气。保护层可以是疏水的，以保持样品处在反应区，并阻止样品向上移动流出反应区域。保护层可用任何合适的材料制成，包括凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料和纤维质材料。在一个具体实施例中，保护层是疏水的，可以是网织物的形式。在一些实施例中，保护层还含有粘合剂，使其与底板和亲水多孔材料层粘合。在一个具体实施例中，保护层没有包被表面活性剂和任何其它使保护层表面有疏水特性的物质。“疏水的”指的是一种含有不能与水实质性地形成氢键的表面基团的材料。疏水材料不溶于水(尽管它们具有微弱的溶解性)。一般地，当将水置于疏水材料上时，由于材料和水分子之间的排斥力，水会形成水珠状。“亲水”的材料具有能与水实质性地形成氢键的表面基团。当把水放在这种材料上时，水将被吸并保持在材料里面，或者沿着该材料流动。当氢键构成分子间的吸引力的重要部分时，就被认为是实质性地形成了氢键。
覆盖层
在一个具体实施例中，装置的覆盖层119由绝缘材料制成。该材料的选择与绝缘层材料的选择相同。在一个实施例中，覆盖层也有一个在装置近端的开口，这个开口可使反应室和装置外界的空气相流通。开口可以是凹槽125(如图1实施例中所示)，但在其它的实施例中，开口可以是允许空气在反应室与装置外部流通的任何形状。在一些实施例中，覆盖层可以是被印刷到装置上的绝缘墨水。覆盖层还可以含有粘合剂，使其可以粘附至疏水保护层、绝缘层(若存在)、和底板。覆盖层上的开口可以从近端向远端延伸，如图1中所示。但开口也可以位于覆盖层的每一边上，或者是允许空气在反应室与装置外部流通以排除反应室内空气的洞。开口可以与绝缘层上的凹槽相对应，使电极与装置外界相气连通。
反应区
反应室201包括位于至少一个电极上的反应层。反应室由底板、绝缘层(若存在)的侧边和亲水多孔材料层包围而成。当液体样品通过样品入口被引入到反应室，反应试剂就溶解在样品中，启动了电化反应。
被分析物和样品流液
任何存在于能进行电化学检验的液体样品中的被分析物质都可以使用本发明进行检测。使用本发明装置可以检测的一些被分析物的例子是葡萄糖、乳酸盐、尿素、重碳酸盐、3-羟基丁酸、(3-HBA)、氨基酸(如L-谷氨酸盐、天冬氨酸盐、L-赖氨酸)、铵、钠、钙、痕量金属、和其它能进行电化学检验的任何被分析物。反应层包括何种反应试剂取决于要检测的目的分析物。当3-HBA是待测物质时，反应层包括调节物(例如K3Fe(CN)6，二茂铁)，hexacyanpferrate，酶(如3-HBA脱氢酶和硫锌酰胺脱氢酶)、和NAD辅助因子。
用本装置可以检测任何液体样品(或液化样品)。例如，被测样品包括全血、血清、血浆、尿和唾液。也可检测临床样品，生物样品和环境样品，这些样品在检测之前必须液化。液体样品可以是缓冲液或含有固态或气态生物物质的悬浮液。
本发明的生物传感器和使用方法可以用来定性或定量检测任何被分析物和酶。例如，被分析物可以是大分子，如肽、蛋白质(如抗体或接收体)，寡核苷酸，核酸、维生素、低聚糖、碳水化合物、脂，也可以是小分子，或它们的混合物。典型的蛋白质和肽包括酶、离子通道和离子泵的运输蛋白、营养和贮存蛋白、收缩和运动蛋白(如肌动蛋白和阻凝蛋白)、结构蛋白、防御蛋白、调节蛋白(如抗体、激素和生长因子)。典型的核酸包括DNA(如A-，B-，Z-DNA)、RNA(如mRNA，tRNA和rRNA)。核酸可以是单链、双链和三链核酸。典型的维生素包括水溶性维生素(如硫胺，核黄素、烟酸、泛酸、VB6、生物素、叶酸、VB12和VC)和脂溶性微生物(VA，VD，VE，VK)。典型的脂包括甘油三酸酯(如硬脂酸甘油酯、棕榈酸甘油酯和三油精)、蜡、磷酸甘油酯(如磷酸酯酰乙醇胺)、卵磷脂、磷酸酰丝氨酸、磷脂酰纤维醇和心磷脂、鞘脂类(如鞘磷脂)、脑苷脂和神经节苷脂、固醇(如胆固醇和豆固醇)、固醇脂肪酸酯。脂肪酸可以是饱和脂肪酸(如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、二十碳饱和脂肪酸和二十四碳酸)，也可以是不饱和脂肪酸(如棕榈油酸，油酸，亚油酸，亚麻酸和花生四烯酸)。
被检测的物质或酶可能是生物路径、细胞周期的一个阶段、细胞类型、组织类型、器官列型、发育阶段、疾病紊乱或感染类型、药物或其它治疗的标志物。典型的组织包括连接组织、上皮、肌肉或神经组织、典型的器官包括眼睛的附属器官、环缠器官、听觉器官、奇比兹(Chievitz)器官、室周器官，科蒂氏(Corti)器官，要害器官、釉质器官，传感器官，女性外生殖器官，男性外生殖器官，流动器官，Ruffini散形器官，生殖器官，高尔基腱器官，味觉器官、听觉器官、女性内生殖器官、男性内生殖器官、插入器官、犁鼻(Jacobson)器官、神经体液器官，神经腱器官，嗅觉器官，耳石器官，下垂器官，洛森米勒(Rosenmuller)器官，感觉器官，螺旋器官，连合下器官，穹窿下器官，过剩器官，触觉器官，靶器官，泌尿器官，叶片终端脉管器官，前庭器官，前庭窝(vestibulocochlear)器官，退化器官、视觉器官，犁鼻器官，游走器官，韦伯(Weber)器官和嗜铬体(Zuckerkandl)器官。典型的动物内部器官包括脑，肺，肝，脾，骨髓，胸腺，心脏，淋巴腺，血液，骨，软骨，胰腺，肾，胆囊，胃，肠，睾丸，卵巢，子宫，直肠，神经系统，腺体，内血管。典型的疾病或紊乱包括肿瘤，癌症，免疫系统疾病或紊乱，代谢疾病或紊乱，肌肉和骨骼疾病及紊乱，神经系统疾病及紊乱，信号疾病及紊乱，运输疾病及紊乱。
使用方法
本发明装置可用来检测液体中被测物质的浓度。当液体样品是血液时，目的分析物是葡萄糖，在一些具体实施例中，通常是用刺破病人手指的方式获取少量血液。将一小滴样品滴至本装置的样品入口201处，然后把装置插入电子读数计(如VMP稳压器)的读数端口并施加电压，读数计的电子接触端与本装置的连接导线接触。样品通过毛细管作用从亲水多孔材料层进入到反应室。最后读数计给出读数，操作人员便可以确定检测结果。
制造方法
首先获取材料制备底板，在底板上布置电极。电极可以使用在前描述的材料，通过丝网印刷或任何合适的方法布置在底板上。电极可以作为胶水或者另一种适宜的形式。在一些具体实施例中，绝缘层被粘贴于底板上，尽管并不是每个实施例都使用绝缘层。当绝缘层是绝缘墨水时，可以通过丝网印刷或在前描述的方法印于底板。绝缘层可有一个凹槽，粘贴于底板时，电极出现在被绝缘层包围的凹槽处。
然后将亲水多孔材料层放在底板或绝缘层上。亲水多孔材料层可以覆盖整个或者部分底板或绝缘层。如果仅覆盖它们的一部分，则应该覆盖反应区域上反应试剂处在的位置和绝缘层(若存在)上的凹槽，当放上覆盖层后，它还应该盖住覆盖层上的开口。当绝缘层和覆盖层都有凹槽时，凹槽可以相对应。然后，同样可以通过亲水多孔材料层和/或保护层上的黏合剂，将疏水绝缘层粘附于亲水多孔材料层上。最后在装置上粘上覆盖层，要求其上的开口与绝缘层(若存在)上的凹槽相对应，以使电极和装置外界相气连通。当覆盖层是绝缘墨水时，可以用丝网印刷的方式印于疏水保护层上，或者用如在前所述的其它方式。本装置还可以这样来配置，亲水多孔材料层和疏水保护层本身没有黏合剂层，但覆盖层是绝缘墨水，则覆盖层可以在疏水保护层和亲水多孔材料层下面(如果存在绝缘层)。覆盖层可以被设计成渗透到疏水保护层和亲水多孔材料层上的小孔内，从而将这些组分粘贴于装置上。
具体实施例1——感应器的构造
这个实施例阐述了本发明感应器的构造。经过印刷处理的约14密耳厚的PET片材被选来作为底板。Ag/AgCl墨水被印在PET底板上形成接点引线，导电线和电极系统的参考电极，加热烘干。导电碳墨被印在底板上形成导电线、接触端、电极系统的计算和工作电极，加热烘干(如图1)。被夹在丙烯酸压力敏感黏合剂(PSA)和硅树脂双面胶之间的PET绝缘层被激光切割形成绝缘层111。剥去双面胶的一面，将压力敏感黏合剂(PSA)PET绝缘层贴附在具有导电电极的底板上。选择性地，压力敏感黏合剂PET可以被有凹槽113的丝网印刷碳绝缘层代替。剥去绝缘层双面胶的另一面，露出上面的凹槽。液体的反应试剂混合物被喷洒在凹槽内表面，65℃干燥5分钟，形成反应层(图1未示出)。
亲水多孔编织层115和疏水保护编织层117被放置盖住微流体通路。可选择性地，也可以使用综合亲水/疏水功能的材料替代亲水多孔材料层和疏水保护层。接着，另一层PET压力敏感黏合剂构成感应器的覆盖层(如图1)。一个黑碳印刷层也可用来代替PET压力敏感黏合剂形成覆盖层。
具体实施例2
这个实施例阐述了本装置在检测血液中葡萄糖水平的应用。首先，制备如具体实施例1中所述的装置，在反应室中含有干燥的反应试剂，具有以下成分：溶解有至少一种亲水聚合物(如纤维素)的磷酸缓冲液，低海藻二糖稳定剂，型号为Triton X-100的表面活性剂，铁氰化物调节物和葡糖氧化酶。选择这些试剂用来检测全血中葡萄糖的含量。
在这个有三电极系统的实施例中，反应试剂层盖住全部的三个电极。当样品应用于感应器时，估计约在1秒钟之内便与三个电极接触。疏水保护层可以防止样品被操作者手上汗或者油污染。
感应器被插入到VMP稳压器的插孔，在工作电极与参考电极之间施加0.4V电压，加入全血样品。20秒后样品到达工作电极，通过工作和对电极的电流被测量出。
从含有不同葡萄糖浓度的各种样品中得到电流值。图5给出的是不同样品溶液的葡萄糖感应器相应特征的图表。如图5所示，得出了一个线性关系和统计相关性。
在缺少本文中所具体公开的任何元件、限制的情况下，可以实现本文所示和所述的发明。所采用的术语和表达法被用作说明的术语而非限制，并且不希望在这些术语和表达法的使用中排除所示和所述的特征或其部分的任何等同物，而且应该认识到各种改型在本发明的范围内都是可行的。因此应该理解，尽管通过各种实施例和可选的特征具体公开了本发明，但是本文所述的概念的修改和变型可以被本领域普通技术人员所采用，并且认为这些修改和变型落入所附权利要求书限定的本发明的范围之内。
文章、专利、专利申请和所有其它文档的内容以及本文中提到的和引证的有用的电子化信息是结合在一起的，必须作为一个完整的内容来参考，发表其中任何一个部分都要特别指明这点。申请者具有将任何和全部的这些文章、专利、专利申请或其它文档的信息和材料合并入该申请书作为本专利说明书揭示的一部分权利。

Claims (31)

1.一种检测样品中被分析物质含量的微流体装置，包括：
一个底板，包含一个电极系统，其在绝缘材料上至少有两个电极；
一个反应层，处在至少一个电极上，含有依据样品中被测物质含量而产生可测信号的反应试剂；
一个亲水多孔材料层，用以保持液体样品与底板接触；
一个放置在亲水多孔材料层上的疏水保护层；
一个用绝缘材料制成的覆盖层，具有近端和远端，该覆盖层被安置在疏水保护层上并有一个使电极和装置外界相气连通的开口。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括一个处在底板和亲水多孔材料层之间由疏水的绝缘材料制成的绝缘层，该绝缘层包含一个凹槽；以及
其中，亲水多孔材料层被放置在绝缘层和疏水保护层之间。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述至少两个电极包括一个工作电极，一个参考电极和一个对电极。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：底板的材料选自：碳、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚酯。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：吸水多孔材料选自：凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、网织品、纤维质材料、和聚酯。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：吸水多孔材料层是网织物。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：保护层包含的材料选自：凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、纤维质材料、聚酯、和网织物。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：保护层是以网织物的形式存在。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：覆盖层由疏水的、非导电材料组成，该材料选自于：墨水、粘合剂、胶带、塑料、塞璐珞材料、玻璃或非导电片；以及
其中，覆盖层上的开口包括一个从覆盖层近端向远端延伸的凹槽。
10.如权利要求2所述的装置，其特征在于：覆盖层和绝缘层由非导电材料组成，该材料选自于：墨水、粘合剂、胶带、塑料、塞璐珞材料、玻璃或非导电片；以及
其中，覆盖层上的开口包括从装置近端向远端延伸并与绝缘层上凹槽相对应的第二个凹槽。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于：亲水多孔材料层和保护层至少覆盖住底板的近端部分，所述至少两个电极通过覆盖层近端的凹槽与装置外界相气连通。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于：保护层位于亲水多孔材料层和覆盖层之间，越过覆盖层上的开口延伸。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于：反应层包括葡糖氧化酶。
14.如权利要求3所述的装置，其特征在于：对电极最靠近底板的近端，参考电极离底板近端最远。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于：亲水多孔材料层置于底板之上，疏水保护层位于亲水多孔材料层之上，覆盖层至少位于疏水保护层之上。
16.如权利要求2所述的装置，其特征在于：底板、凹槽和亲水多孔材料层围成了一个反应室，反应层处在此反应室内。
17.一种微流体装置的制造方法，包括：
放置执行检测的反应试剂于底板的至少一个电极之上，该底板上的电极系统在非导电性材料上至少有两个电极；
将亲水多孔材料层放置在底板上面；
粘贴疏水保护层至亲水多孔材料层上；
粘贴由绝缘材料制成、并具有一个近端和一个远端的覆盖层至疏水保护层上面，覆盖层上有一个开口，使电极与装置外界相气连通。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：该方法还包括在摆放亲水多孔材料层之前放置一个绝缘层到底板上，绝缘层上有一个凹槽，且由疏水绝缘的材料制成。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：绝缘层的放置选用以下的方法：丝网印刷、喷墨印刷、粘合剂或胶带、材料层的迭片结构、热封和超声焊接。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述的至少两个电极是三个电极，包括一个工作电极，一个参考电极和一个对电极。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于：制作底板的材料选自：碳、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚酯。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于：吸水多孔材料选自：凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、纤维素、网织品、纤维质材料、和聚酯。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于：疏水保护层包含的材料选自：凝胶、玻璃纤维、多孔塑料、纤维质材料、聚酯、疏水网织物、疏水凝胶、疏水玻璃纤维、疏水多孔渗水塑料、疏水纤维质材料、或疏水聚酯；
疏水保护层位于亲水多孔材料层和覆盖层之间；以及
覆盖层近端的开口是一个凹槽，疏水保护层延伸越过凹槽。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于：覆盖层由疏水的、非导电材料组成，该材料选自于：墨水、粘合剂、胶带、塑料、塞璐珞材料、玻璃或非导电片。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于：亲水多孔材料层和疏水保护层至少覆盖住底板的近端部分，所述至少两个电极通过覆盖层近端的开口与装置外界相气连通。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于：亲水多孔材料层选用以下的方法放置在底板上：丝网印刷、喷墨印刷、粘合剂或胶带、材料层的迭片结构、热封和超声焊接。
27.如权利要求17所述的方法，其特征在于：疏水保护层选用以下的方法放置在亲水多孔材料层上：丝网印刷、喷墨印刷、粘合剂或胶带、材料层的迭片结构、热封和超声焊接。
28.如权利要求17所述的方法，其特征在于：疏水保护层和/或覆盖层选用以下方法放置：丝网印刷、喷墨印刷、粘合剂或胶带、材料层的迭片结构、热封和超声焊接。
29.一种检测液体样品中被分析物浓度的方法，包括：
滴一部分样品在检测装置上，该检测装置包括：
一个底板，包含一个电极系统，其在绝缘材料上至少有两个电极；
一个反应层，位于至少一个电极上，含有依据样品中被测物质含量而产生可测信号的反应试剂；
一个亲水多孔材料层，用以吸收液体样品与第一层接触；
一个疏水保护层，处在亲水多孔材料层上；以及
一个用疏水绝缘材料制成的覆盖层，具有近端和远端，该覆盖层处在疏水保护层上并具有一个使电极与检测装置外界相气连通的开口；
将检测装置插入电子检测系统，使检测装置通过其接触导线与电子检测系统相接触；
测出液体样品中被分析物的浓度。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于：检测装置还包括一个处在底板和亲水多孔材料层之间的绝缘层，绝缘层由疏水的绝缘材料组成，且包含一个与覆盖层上开口相对应的凹槽。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于：
所述至少两个电极是三个电极，包括一个工作电极，一个参考电极和一个对电极；
制作底板的材料选自：碳、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚酯；
吸水多孔材料选自：凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、纤维素、网织物、纤维质材料、和聚酯；
疏水保护层包含的材料选自：凝胶、玻璃纤维、多孔渗水塑料、纤维质材料、和聚酯；以及
覆盖层和绝缘层包括疏水、非导电材料，选自于：墨水、粘合剂、胶带、塑料、塞璐珞材料、玻璃或非导电片。
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