專利名稱：個人診斷裝置和相關(guān)方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明領(lǐng)域此項發(fā)明總體上和個人診斷裝置例如皮膚貼片或者診斷手鐲相關(guān)，特別地說，是和交互式粘性皮膚貼片和醫(yī)用診斷手鐲相關(guān)。更具體地說，這項發(fā)明是與具有一個皮膚/貼片界面、并至少有一個分析處理層和用戶輸入和/或用戶輸出界面的交互式粘性皮膚貼片和個人診斷手鐲相關(guān)的。
2.綜合討論和相關(guān)技術(shù)在此之前，典型的皮膚貼片主要是用于人體的一種被動的藥物釋放裝置。這樣的例子包括，用于戒煙的尼古丁貼片和通過控制暈海寧(Dramamine)的使用劑量來減輕暈船癥狀的暈船貼片。
用于診斷的目的醫(yī)學(xué)監(jiān)視裝置是很多的。這些廣為人知的裝置包括X光機，超聲波裝置，可以綜合平行的X射線斷層攝影來產(chǎn)生物體的三維模型的計算機層析X射線攝影儀(CAT)，通過記載心臟的電信號來研究心臟疾病的心電圖(ECG/EKG)監(jiān)視系統(tǒng)，用于腦映射和神經(jīng)反饋的腦電圖(EEG)系統(tǒng)，和用于腦成像和相關(guān)分析的正電子發(fā)射斷層攝影(PET)。
更特別的是，有幾位科學(xué)家，例如Sarussi等、Conn等及S.Berlin對相關(guān)的技術(shù)有很大的貢獻(xiàn)。Sarussi等在美國專利申請?zhí)?003/0229276中公開的裝置是對這樣的貢獻(xiàn)的很好的說明。這一專利申請中公開了一種具有微處理器用來監(jiān)視血液成份的裝置。在一種實現(xiàn)中，這個裝置包含一個可以在血液的某種成份低于某一預(yù)先決定的水平時自動觸發(fā)的警報器。在其它的實現(xiàn)中，這個裝置可能包含一個顯示器件，可以顯示輸出的信號或者攜帶者得健康狀態(tài)。Sarussi的裝置可以放置在一個和皮膚表面附著的儀器盒中。這個裝置還可以包含一個光源，例如一個發(fā)光二極管(LED)。
美國專利申請?zhí)?002/0004640(Conn等)中公開了一種測量出現(xiàn)在一種生物系統(tǒng)中的目標(biāo)化學(xué)分析物的濃度的裝置，這個裝置中包含有用在皮膚上的傳感器。在這個裝置的一個具體實現(xiàn)中，分析物是通過離子泳的方法來提取。通過在收集器中加入包含和特定分析物反應(yīng)的酶，可以產(chǎn)生可探測產(chǎn)物，這樣分析物就被檢測到了。此項發(fā)明也使用了微處理器。
在授權(quán)給Stuart Berlin的美國專利號6,585,646的公開里，介紹和討論了一種皮膚貼片，這種皮膚貼片可以用來收集和發(fā)現(xiàn)在分泌的汗水中的特定的生物標(biāo)志，而這些標(biāo)志可以證明各種不同疾病的存在。在一個實施例中，Berlin貼片包含單克隆抗體或者其它化合物，它們在和特定的生物標(biāo)記反應(yīng)之后會產(chǎn)生一個可見的信號。在另外的一個實施例中使用了一個電子傳感器。
在美國專利號6,251,083(Yum等人)中公開了一種用于體液分析的一次性貼片。這個貼片包括一個皮膚界面層，界面層里有一個用來附著皮膚的附件，許多測試區(qū)域，和一個指示劑系統(tǒng)，指示劑系統(tǒng)是利用分光光度的變化來檢測被測物的存在和濃度的。在其中使用的試劑可以包括指示劑顏料。在這里所使用的指示劑可以包括指示劑染料。
在美國專利號5,443,080(D′Angelo等人)中公開了一種帶有一個有皮膚界面膜層、一個化學(xué)反應(yīng)物層、一個顯示色彩反應(yīng)的指示器、和一個電光解釋器的裝置。
在由Peck發(fā)表的美國專利號4,821,733中公開了一種皮膚檢測系統(tǒng)，它可以檢測移動到皮膚表面的目標(biāo)物質(zhì)。用一個附著構(gòu)件用來把系統(tǒng)附在皮膚表面。探測到的信號能以顏色變化的形式來產(chǎn)生。在一個實施例中，這一系統(tǒng)用來在皮膚的表面上發(fā)現(xiàn)乙醇。
在Berner等發(fā)表的美國專利申請?zhí)?002/0091312中公布了一種裝置和方法，當(dāng)這種裝置和皮膚或粘膜表面保持有效接觸時，可以測量生物系統(tǒng)中分析物的濃度。分析物是利用離子泳抽樣的方法，透過皮膚來提取的。該裝置還包含一個用來獲得可探測的特定分析物的信號傳感構(gòu)件，和一個用來實現(xiàn)一個或更多測量周期的微處理器。
由Phillips發(fā)表的美國專利號4,732,153中公開了一種劑量計，它是被附在皮膚上來收集皮膚表面的物質(zhì)。當(dāng)收集的物質(zhì)和存儲在貼片中的化合物發(fā)生反應(yīng)的時候，這個裝置可以產(chǎn)生一種可觀測到的顏色變化?；灳涂梢栽谄つw劑量計中進(jìn)行。
作為一個在此提到的技術(shù)貢獻(xiàn)的例子，在美國專利申請?zhí)?002/0099308中公開(Bojan等)了一個多層設(shè)備，這個設(shè)備可以收集和檢測間質(zhì)流體中的被檢測物。這個設(shè)備包括一個皮膚接觸層和用來探測或測量分析物的一個探測層。一個光源被用來透過皮膚吸取間質(zhì)流體。在授予Long等的美國專利權(quán)號6,479,015中公布了一種帶有指示層的皮膚貼片，它在有乳酸鹽存在的情況下會改變顏色，另外，在歐洲專利號1262559(Deigner等)中也公開了一種皮膚貼片，它包含一個附著構(gòu)件和一個試劑層。
盡管和此項發(fā)明相關(guān)的技術(shù)有許多進(jìn)展，但是并沒有任何具有交互式皮膚貼片或診斷手鐲性質(zhì)的個人診斷裝置被提出。這種裝置應(yīng)當(dāng)包括皮膚貼片界面、至少一個分析處理層、集成處理器或計算機和一個用戶輸入和/或輸出界面。這個輸入輸出界面綜合了微機電系統(tǒng)(MEMS)、生物微機電系統(tǒng)(bio-MEMS)、納米技術(shù)的優(yōu)點，提供給病人或者病人看護(hù)多樣的實時的病人信息或結(jié)果，而這些都不需要專業(yè)醫(yī)療人員的參與與干涉。
因此，隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)和生物微機電系統(tǒng)(Bio-MEMS)及相關(guān)的微系統(tǒng)和納米系統(tǒng)的到來，具有貼片或手鐲性質(zhì)的集成交互式個人診斷裝置是非常需要的。普通用戶可以非常容易的利用它進(jìn)行多種多樣的臨床測試，而這些測試，通常需要復(fù)雜的醫(yī)學(xué)實驗室設(shè)備或者要去醫(yī)院才能進(jìn)行，而這通常意味著隨之而來的時間延誤，因為血液或尿液樣品必須由實驗室來處理。
作為對現(xiàn)有技術(shù)和相關(guān)儀器和方法的重要進(jìn)步，本發(fā)明為這種嵌在交互式貼片或生物貼片中的個人診斷裝置提供了多樣的實施例。而在這里提到的貼片應(yīng)具有皮膚貼片界面，至少一個分析或者處理層和一個集成了微電機械系統(tǒng)、生物微機電系統(tǒng)和/或相關(guān)的微系統(tǒng)或納米系統(tǒng)的用戶輸出界面。病人可以通過皮膚接觸的方式使用這一裝置，實時的進(jìn)行多樣的測試。生物貼片在實現(xiàn)中具有許多集成的靈活的層，從而使之成為一個輕質(zhì)的可粘連的應(yīng)用交互式皮膚貼片。本發(fā)明和它的實施例也可以實現(xiàn)于硬的或半硬的容器中或者家用的類似手鐲式的裝置，我們在這里稱之為“生物手鐲”。另外，本發(fā)明并不只限用于人體。某些實施例可以直接用于動物來實現(xiàn)某些特特定需要，例如牲畜、飼養(yǎng)或者奶制品工業(yè)。
發(fā)明目標(biāo)和總結(jié)本發(fā)明是一種具有皮膚界面層，一個或更多的分析處理層和用戶輸出層的個人診斷裝置。根據(jù)本發(fā)明，貼片和手鐲可以進(jìn)行許多原位測試，這使用了微電子機械系統(tǒng)(MEMS)和相關(guān)微和納米技術(shù)。在一個或更多的實施例中，貼片包括一個粘連層用來附著到皮膚上。它還可能包含一種用來收集透皮生物樣品，例如血液和汗的構(gòu)件。收集來的樣品可以經(jīng)過一次或更多的實時的定性或定量的分析來檢測和監(jiān)控身體的生理變化。貼片的處理層可以包含各種各樣的化學(xué)反應(yīng)物，用來和生物樣品反應(yīng)來產(chǎn)生可觀測的信號。所得的結(jié)果可以被電荷耦合裝置(CCD)，激光發(fā)射二極管(LED)或者納米線所檢測到。在用戶輸出界面的可見信號可以有如下形式，條碼、顏色改變、數(shù)值輸出，或者數(shù)字字母混合輸出，這可以被彩色或單色的顯示到一個發(fā)光二極管(LED)或液晶顯示器(LCD)上，或者也可以把信號傳送到一臺遠(yuǎn)程計算機中。貼片也可以包括其它的特性，包括微流體學(xué)、聲音功能、最小侵入管、光纖電纜、光發(fā)射或檢測納米線、低溫液體和光發(fā)射器。
在另外的一個實施例，貼片或手鐲裝置可以用來檢測在被測物表面收集的空氣中的生物物質(zhì)。
更特別的是，這確定了一種皮膚粘連和/或非皮膚粘連的貼片或者診斷手鐲，他們包含以下一種或全部的特點，這包括測量，分析，診斷，治療，輸入和輸出界面。皮膚貼片和手鐲包括一些可選部件，這些可選部件涉及到流體的、微流體的、微流體的閥門、試劑測試腔、感應(yīng)設(shè)備、流體電路邏輯處理、電子電路邏輯處理以及控制電路和輸入輸出界面之間的聯(lián)系。邏輯控制和/或輸入界面，和/或輸出界面可以放置在一個可重用的附于測試貼片或手鐲表面的裝置中。
測試貼片和/或可重用的處理界面可以是一下的任何一種形狀，例如長方形、圓形或者任意其它形狀。它也可以具有許多不同的尺寸，各個方向的尺度包括但不僅僅限于至少1毫米，至多30cm的外尺寸，或者任何長、寬、高的組合，只要其范圍在1毫米到30厘米之間。
測試貼片或手鐲可以進(jìn)行定性的和/或定量的測試，為了獲得測試邏輯結(jié)果，還可以提供用戶輸出和/或用戶輸入和/或處理能力。
這一界面可以包含可選的輸入和輸出，這包括可為用戶看到的定量的和定性的數(shù)據(jù)，可以顯示到許多構(gòu)件上。這些構(gòu)件包括但不局限于，在裝置上或者可重用表面上的可變型的或固定的發(fā)光二極管(LED)/液晶顯示器(LCD)等顯示設(shè)備。用戶選擇按鈕包括但不局限于，按鈕、劃塊(slider)、壓力開關(guān)和遠(yuǎn)程用戶輸入設(shè)備例如無線界面和/或有線界面。
現(xiàn)在發(fā)明的個人診斷裝置和它的各種不同實施例可以包括一個或更多的定性的或者定量的測試，他們可以是由邏輯和/或人工輸入控制的，間隔運行的一些相同的測試。測試的裝置也可以包括一些不同的測試，來分別實現(xiàn)定性和定量的測試。
此個人診斷的裝置也可以包括空腔，可以被用于壓力測試及/或給裝置以壓縮氣體或真空的方式提供能量。
更明確的說，本發(fā)明提供這樣的個人診斷裝置，它包括一個用來從用戶獲得流體樣品的樣品采集層；一個用來處理流體樣品的流體樣品層，它和樣品采集層保持流體交換；用來探測從處理過的流體樣品所得的結(jié)果的構(gòu)件；和用來顯示診斷結(jié)果的構(gòu)件。本裝置可以包含至少一個放置壓縮氣體的腔，或者至少一個真空腔。此裝置還可以包含疏水的表面來減緩液體流動，或者親水的表面來加速液體流動。此裝置可以配備揚聲器來給用戶提供反饋。這一裝置還可以包括一個邏輯處理系統(tǒng)和一個互連網(wǎng)地址。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種個人診斷設(shè)備，其包括一個可以從用戶周圍環(huán)境采集空氣樣品的空氣樣品采集構(gòu)件；用來測量空氣樣品中至少一種特定污染物的構(gòu)件；一個用來從用戶獲得流體樣品的流體樣品采集層；一個用來處理流體樣品的流體樣品層，它和樣品采集層保持流體交換；一個用來探測從處理層獲得的流體檢驗結(jié)果的探測器；和一個顯示器件用來顯示測試結(jié)果。這一裝置可以進(jìn)一步的包括一個帶有TCP/IP的邏輯處理系統(tǒng)，而且可以分體或組合的與一個發(fā)送器和接收器一起來提供用戶位置的遙感信息。這一裝置方便的提供了一個用來處理探測器探測到的診斷結(jié)果的處理器，它可以根據(jù)用戶的醫(yī)療狀態(tài)產(chǎn)生輸出信息。用于存儲輸出信息的內(nèi)存也可以用于裝置中或作為位置設(shè)備用于裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了另外一種使用個人診斷裝置的方法。這一方法可以包括對用戶使用一個個人診斷裝置的步驟；允許個人診斷裝置從用戶獲得生物樣品；在個人診斷裝置中處理生物樣品來獲得用戶的醫(yī)療和健康信息；將信息傳送到接受設(shè)備；和顯示和醫(yī)療信息相關(guān)的輸出結(jié)果。此方法還可以包括將輸出信息在傳送步驟進(jìn)行前先保存到個人診斷裝置中。接受裝置可以是個人診斷裝置，也可以是個人計算機，或者是通訊網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的各個方面，將在下面同附圖一起詳細(xì)的說明，這包括了定性和定量分析生物和化學(xué)測試樣品的方法，這些測試或者是部分或者是全部的在本發(fā)明所提到的個人診斷設(shè)備中進(jìn)行。測試樣品可以包括但不局限于血液、血清、血漿、唾液、尿液、痰、糞便、汗、組織樣品、瘤或活組織切片樣品、水和其它可能包含化學(xué)或生物目標(biāo)物的樣品。這些研究目標(biāo)可以包括，例如，特定的核酸序列、蛋白質(zhì)、抗體、有毒化學(xué)品、污染物質(zhì)、壓力標(biāo)記物、心臟健康標(biāo)記物、腫瘤標(biāo)志、細(xì)胞、細(xì)菌、病毒、生化武器和其它生活或化學(xué)性質(zhì)的目標(biāo)。
因此，本發(fā)明的一個目的就是取得超越目前技術(shù)限制的進(jìn)步。這些和其它目標(biāo)是依照本發(fā)明來達(dá)到，本發(fā)明中可以提供幾種交互式生物貼片，生物手鐲的實施例，和與之相關(guān)的方法和處理過程。


更多的本發(fā)明的目標(biāo)和那些對此有貢獻(xiàn)的附加的特點和由此而來的優(yōu)點通過下面這些優(yōu)選實施例的說明而變得明顯，此說明伴隨著

，其中相同的引用號碼對映著相同的構(gòu)件，說明附圖如下圖1是一個使用本發(fā)明的個人診斷裝置的用戶坐在個人電腦前的透視圖，其所描繪的是用戶用無線的方式把測試結(jié)果下載到電腦中以便在電腦顯示器中顯示。
圖2是一個圖1所示分析個人診斷裝置的一個實施例的透視圖，它包括一個剖視圖部分來顯示各主要層的相關(guān)部件；圖3A是一個另一種如圖1所示分析診斷裝置的實施例的分解視圖，它包括可以可移動的和可交換的部分，圖中的剖視圖描繪了這一部分，并顯示了各主要層和可交換部分的構(gòu)件。
圖3B是被用于一個實施例的閱讀裝置的一個透視圖，圖中顯示了下載儲存在圖3A所示的可移動的頂端部分的結(jié)果；圖4是圖1-3所示的個人診斷裝置的一種替代實施例的透視圖，它在表層上有一個樣品收集輸入口。
圖5是如圖1所示的個人診斷裝置的另一個實施例的一個分解圖，此實施例包括聲學(xué)腔和聲音傳感麥克風(fēng)，用來實現(xiàn)聲音輸入輸出；圖6是圖1所示的個人診斷裝置的又一個實施例的分解圖，此實施例包括一個低溫腫瘤治療構(gòu)件，它帶另一個用來給治療過程成像的CCD。
圖7A是一個本發(fā)明的主要樣品獲取層，流體處理層和化驗結(jié)果檢查層的分解圖。
圖7B是一個分解圖，它描述了本發(fā)明所提到的個人診斷設(shè)備的主要的化驗結(jié)果檢測層，電子處理層，邏輯控制層和輸入/輸出層；圖8A是以生物手鐲方式實現(xiàn)的本發(fā)明所指的個人診斷裝置的透視圖；圖8B是以生物貼片方式實現(xiàn)的本發(fā)明所指的個人診斷裝置的透視圖；圖9是一個單流體回路的放大的詳細(xì)平面圖，它可以應(yīng)用在本發(fā)明所指的交互式個人診斷裝置的各種實施例中；圖10是和圖9類似的視圖，但是除了微流體回路外，還包括一個發(fā)射探測器件。
圖11A是一個樣品獲取層、流體回路層、加熱清洗層、和結(jié)果檢測層的分解視圖，它們用于一個進(jìn)行DNA化驗的個人診斷裝置的實施例中；圖11B是一個完全組裝好帶有剖視圖部分顯示圖11A所示的進(jìn)行DNA化驗個人診斷裝置各個層的透視圖；圖12A到12G展示了圖11A和11B所示的裝置進(jìn)行DNA化驗時一系列相關(guān)橫截面?zhèn)纫晥D，顯示了測試樣品在流體處理回路中的流動過程；圖13A是一個圖表表示的壓力閥，用在本發(fā)明的流體回路中，來控制流體的流動；圖13B是一個正常情況下關(guān)閉著的熔解閥的示意圖，它用于本發(fā)明的流體回路中，來控制其中的流體的流動；圖13C是一個正常情況下打開著的熔解閥的示意圖，它用于本發(fā)明的流體回路中，來控制其中的流體的流動；圖13D是另一個正常情況下打開著的熔解閥的示意圖，它用于本發(fā)明的流體回路中，來控制其中的流體的流動；圖13E是一個圖表表示的溶解塞，用來做時控的流體閥，這里顯示了關(guān)閉的，半溶解的，和打開的允許液體流動的三種情況；圖14A到14K是詳細(xì)的半導(dǎo)體納米線和微線組裝部件的示意圖和圖表的隔離視圖，它們在本發(fā)明中被用做光發(fā)射器和探測器，用來給DNA，小分子，細(xì)胞化驗結(jié)果來照明，檢測和成像?；灲Y(jié)果是個人診斷裝置所獲得的；圖15A是一個樣品采集層、流體處理層、結(jié)果檢查層、和清洗緩存蓄水池層的分解透視圖，這些層被用在本個診斷裝置的另一個實施例中，用來進(jìn)行細(xì)胞化驗；圖15B是圖15A所示的個人診斷裝置的洗滌緩沖蓄液池，微線探測器和捕集區(qū)層的一個分解透視分離視圖；圖15C是一個帶有剖視圖區(qū)域的透視圖，剖視圖區(qū)域顯示了完全組裝好的，包括了圖15A所示的各個層的，用來做細(xì)胞化驗的個人診斷裝置；圖16A到16F是一系列橫截面?zhèn)仁疽鈭D，他們顯示了圖15A、15B、15C所示的用來做細(xì)胞化驗的設(shè)備，化驗的樣品在這個裝置中流動的過程；
圖17A和17B是用來照明、檢測和成像從本個人診斷裝置中得到的細(xì)胞化驗結(jié)果的半導(dǎo)體微線器件的平面示意圖，它在本裝置中被用作光發(fā)射器和檢測器；圖18A是用在另一個特定的本診斷裝置的實施例中，用來做小分子化驗的樣品采集層，流體處理層和另一種結(jié)果檢測層的一個分解透視圖；圖18B是一個帶有剖視圖部分來表示一個完全組裝好的的個人診斷設(shè)備的透視圖，其包含有圖18A所示的各個層，用來進(jìn)行小分子化驗；圖18C是一個圖18A和18B所示的個人診斷裝置的胰島素蓄液池和相關(guān)的補給柳葉刀的分解透視分離視圖；圖.19A和19B兩個相關(guān)橫截面?zhèn)纫晥D，顯示了樣品在圖18A和18B所示的進(jìn)行小分子化驗的裝置的流體處理回路中流動的過程；圖20A是本個人診斷裝置的另一個進(jìn)行壓力測試的實施例的樣品采集層，結(jié)果照明層，流體處理層，結(jié)果檢測層和洗滌緩沖液蓄液池層的分解透視圖；圖20B是完全組裝好的壓力貼片帶有剖視圖部分顯示出圖20A所示的各個根據(jù)本發(fā)明的某些方面進(jìn)行壓力分析的層的一個透視圖；圖21A到21D是一系列相關(guān)的橫截面?zhèn)纫晥D，他們描繪了圖20A和20B所示的進(jìn)行壓力測試的裝置中的測試樣品流過流體控制回路的過程；圖22A是一個本裝置的另一個實施例的樣品采集層、重復(fù)流體處理層和結(jié)果檢查層的分解透視圖，這一實施例是參照本發(fā)明所實現(xiàn)來進(jìn)行實時的運動表現(xiàn)分析的；圖22B是一個帶有剖視圖部分的透視圖，剖視圖部分顯示了帶有圖22A所示的用來進(jìn)行運動表現(xiàn)分析的各個層的完全組裝好的個人診斷裝置，根據(jù)本發(fā)明的一些特定方面；圖23A到23E表示了一系列橫截面?zhèn)纫晥D，其表現(xiàn)了圖22A和22B所示的用來進(jìn)行運動表現(xiàn)分析的裝置中的樣品在其中的流體處理回路中流動的過程；圖24A是一個另外一個個人診斷裝置的特定的實施例的樣品采集層、流體處理層、和結(jié)果檢測層的分解透視圖，其是用來對年紀(jì)大的病人進(jìn)行老人看護(hù)用的；圖24B一個帶有顯示完全組裝好的個人診斷裝置的剖視圖部分的透視圖，此裝置包括圖24A所示各個層，其是用來對年紀(jì)大的病人進(jìn)行老人監(jiān)護(hù)用的；圖25A到25D表示了一系列橫截面?zhèn)纫晥D，其表現(xiàn)了圖24A和24B所示的用來進(jìn)行對年紀(jì)大的病人進(jìn)行老人監(jiān)護(hù)的裝置中的樣品在其中的流體處理回路中流動的過程。
優(yōu)選實施例詳細(xì)說明以下的說明首先討論個人診斷裝置(PDD)的基本結(jié)構(gòu)和功能部件，根據(jù)本發(fā)明所實施的生物貼片和生物手鐲。接下來是DNA化驗和相關(guān)方法的詳細(xì)說明，根據(jù)本發(fā)明的特定的實施例，這些方法被實現(xiàn)在個人診斷裝置的生物貼片和生物手鐲中。然后是關(guān)于個人診斷裝置的細(xì)胞化驗和實現(xiàn)方法的詳細(xì)的討論。這之后，小分子化驗的個人診斷裝置實現(xiàn)和相關(guān)方法也會進(jìn)行深入的討論。然后介紹壓力監(jiān)視的實現(xiàn)和各種相關(guān)方法。接下來討論的是特定的運動表現(xiàn)監(jiān)視的實現(xiàn)和相關(guān)方法，這展示了本發(fā)明的各種實時的使用方面。最后，將詳細(xì)的討論老年人監(jiān)護(hù)個人診斷裝置實現(xiàn)，應(yīng)用和相關(guān)方法，用來詳細(xì)的展示本發(fā)明的另一方面。
結(jié)構(gòu)和功能部件參照圖1，一個用戶102帶著一個個人診斷裝置104，此裝置可以以生物手鐲的形式或者生物貼片的形式來實現(xiàn)(圖8B)。圖1所示的用戶102坐在一個包括個人電腦108，鍵盤110和顯示器112的工作站106前。根據(jù)本個人診斷裝置104的一個主要實施例，此裝置包括一個射頻發(fā)射器223(圖8A和8B)，可以把個人診斷裝置104的電子信號傳送到配備有合適的射頻接收器114的個人電腦108中。使用這種方法，裝置104處理和存儲的診斷測試結(jié)果可以無線地傳輸?shù)絺€人電腦108，然后方便地顯示在顯示器112中。
參考圖2，這是一個分析個人診斷裝置104的一個實施例的透視圖，它包括剖視圖部分來顯示與此相關(guān)的主要層的各個部件。此裝置104的這個實施例包括樣品采集層116，流體處理層118，結(jié)果處理和控制層120和輸出層122。輸出層122在此舉例說明為視頻顯示器124和單獨固定顯示結(jié)果窗126。視頻顯示器124可以以電腦顯示器或電視顯示器的方式顯示實時視頻信息。固定顯示結(jié)果窗126是一個一次性使用結(jié)果顯示窗，它以固定格式顯示某個特定化驗或者裝置104所進(jìn)行的化驗的結(jié)果。顯示在顯示器124和窗口126上的結(jié)果可以是定性，定量，或半定量的。
圖3A是分析診斷裝置104的一個替代實施例的分解透視圖，此實施例包括一個可移動和可替換的頂部128。圖3A包括一個剖視圖部分來顯示主要層和可替換的部分的部件。更特別地，圖3A所示裝置104包括可移動頂蓋部分128，它帶有處理控制層120，視頻顯示器124和固定結(jié)果顯示窗126。圖3A所示的裝置104還包括一個手鐲或帶有樣品采集層116和流體處理層118的底部130。對于此處的生物手鐲實施例，其手鐲部分或底部130可以由例如鋁的剛性材料制成，而在生物貼片實施例中，此手鐲或底部130是由柔軟的塑料層制成的。底部130還包括一個介面連接器132，這樣可移動頂蓋部分128可以容易地在底部130安上或取下。因此在本發(fā)明這個實現(xiàn)中，用戶可以在一個時間周期內(nèi)用帶有第一個可移動頂蓋部分128的底部或者手鐲部分來獲得和處理結(jié)果。之后，用戶可以移去第一個可移動頂蓋部分128，換成第二個可移動頂蓋部分128來繼續(xù)收集和處理用戶采集的生物樣品的診斷信息。在另一個替代實施例中，單獨的可移動頂蓋部分128可以插入到閱讀裝置129的一個插座131中，閱讀裝置可以以安全方式從可移動的頂128中下載其收集的診斷信息，如圖3B所示。在整個實施例中，病人可能不允許獲得收集到的信息。例如，閱讀裝置129會由診所或醫(yī)院的主治醫(yī)師或看護(hù)者看管，然后結(jié)果會由主治醫(yī)師或醫(yī)務(wù)人員來分析，而不是像圖3B那樣直接由病人通過電腦108和顯示器112交互的使用。因此在本實施例的各種應(yīng)用中，可移動的頂蓋部分128可能并不包括視頻顯示器124和/或顯示窗126?；蛘?，視頻顯示器124和/或顯示窗126可能只能被部分使用，這樣病人可以獲得某些測試結(jié)果，而另一些測試結(jié)果只能由醫(yī)生通過下載的方法來分析使用。
參照圖4，這是本發(fā)明所指的個人診斷裝置104的替代實施例的透視圖，在其表面上含有空氣樣品收集輸入口或探測器。如圖4所示，此裝置104包括了樣品收集層116、流體處理層118、結(jié)果處理和控制層120、和輸出層122，另外還可能包括視頻顯示器124和固定結(jié)果顯示窗126。除此之外，圖4所示的裝置104實施例還另外提供了第一空氣樣品收集部分，探測器或組件134，和第二空氣樣品收集部分，探測器，或組件136。在此實施例中，空氣樣品收集組件是用來收集，捕獲和探測各種可能存在于用戶工作或出現(xiàn)的環(huán)境中的空氣中的粒子。這樣的應(yīng)用包括救住宅火災(zāi)，建筑火災(zāi)或森林火災(zāi)的消防隊員；或者醫(yī)院或者實驗室中的醫(yī)療工作者；各種化學(xué)處理工廠，煉油廠或類似的處理工廠或者暴露于空氣中的化學(xué)品或者其他的某些可能成為健康或安全問題的物質(zhì)的發(fā)電站的雇員和檢查員。于此的另外一個實現(xiàn)中，軍人和警察可以使用這種空氣個人診斷裝置來探測被意外的進(jìn)入或被人有意的放入環(huán)境中的潛在的危險的生物，病毒或者化學(xué)物質(zhì)。這樣，此個人診斷裝置104的實施例的用戶在周圍環(huán)境中的空氣粒子達(dá)到任何危險程度的時候，會得到裝置的通知。除此之外，裝置104的各種樣品采集，處理和化驗等方面將被用來監(jiān)視用戶對這些空氣中到的物質(zhì)的的生物和生理學(xué)的反應(yīng)，這些物質(zhì)在此之前已經(jīng)為第一和/或第二空氣樣品收集組件134和136所探測和識別出來。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的個人診斷裝置104的另外一個替代實施例的分解透視圖。圖5所示的裝置104帶有聲音腔138，麥克風(fēng)140和信號處理組件142。包括聲音腔138，麥克風(fēng)140，和信號處理組件142在內(nèi)的系統(tǒng)組件是由一個小電池144來供電的，此電池宜以集成的方式在底層實現(xiàn)，如圖所示。作為電池144的一種替代的電源，裝置104可以配備太陽能電池類型的電源，它可以將入射光轉(zhuǎn)化為電腦為內(nèi)部裝置所用。作為另外的一種替代實施例，裝置104可以帶有內(nèi)在的可反應(yīng)的化學(xué)品，在得到控制命令的情況下，內(nèi)在地產(chǎn)生所需要的電能。
圖5所示的裝置104的頂層可以包含視頻顯示器124和固定結(jié)果顯示窗126。除此之外，圖5所示的裝置104的頂層還可以包含一個輸入選擇開關(guān)146和一個on/off開關(guān)148。使用這種方法，圖5所示的個人診斷裝置104同時具有輸出和輸入的能力。圖5所示的裝置的主要元素可以單一的或者組合的與其他任何在此公布的各種個人診斷裝置的實施例一起使用，以實現(xiàn)某些特定的應(yīng)用。
圖6示意地表示了一個用于治療皮膚損傷的個人診斷裝置104的例子。更特別的，圖6是帶有低溫腫瘤治療組件，并可以圖形化的顯示治療過程的個人診斷裝置104的一個透視圖。圖6所示的裝置104類似的包括視頻顯示器124，固定結(jié)果顯示窗126，輸入選擇器件146，和on/off開關(guān)148。圖6所示的裝置還帶有低溫腔150，用來成像的電耦合裝置(CCD)152，和低溫微流體通道154。低溫流體，例如液氮在通道154種的流動是由一系列閥門156所控制的，而閥門156可以電子的由信號處理組件142來控制，使流體處于預(yù)定義的流動方式或時間控制的流動方式。低溫流體例如液氮可義通過輸入供應(yīng)線158來提供給裝置104?？梢灶A(yù)期，本發(fā)明的這個實現(xiàn)應(yīng)該應(yīng)用于診所種或者其它由專業(yè)人員監(jiān)督的場所中。此裝置可以應(yīng)用到皮膚損傷的一個合適的診斷位置上，使用低溫流體如液氮進(jìn)行治療，隨著治療的進(jìn)行，皮膚治療的各個步驟會被實時的監(jiān)視，同時顯示在視頻顯示器124中。在本實現(xiàn)中，固定結(jié)果顯示窗126可以在整個皮膚損傷的治療過程中定期的顯示各種診斷結(jié)果。
參照圖7A，這是一個根據(jù)本發(fā)明的個人診斷裝置104的一個優(yōu)選實施例的分解透視圖，其包括4個主要層。更特別地，圖7A顯示了樣品采集層116，其帶有最小侵入細(xì)管，柳葉刀，或微探針，可以刺入皮膚表面來從靠近表皮的毛細(xì)血管獲得血液樣品。或者，細(xì)管，柳葉刀或微探針159可以是非侵入性的，他們被用來從用戶的皮膚表面獲得汗液。在圖7A所示的特定實施例中，柳葉刀或微探針159是透皮地從用戶獲得血液或細(xì)胞間質(zhì)液(ICF)的。細(xì)管，柳葉刀或微探針159包括一個穿透端160和一個排出端161。穿透端160是用來穿透用戶的表皮，利用毛細(xì)作用，用微探針或柳葉刀159獲得血液，并轉(zhuǎn)移到裝置中，下面將更詳細(xì)的描述這一過程。
圖7A所示的下一個是間隔層162。間隔層162可以由任何合適的柔軟塑料材料來制成，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯，聚四氟乙烯(TEFLONTM)，聚氯乙烯(PVC)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚砜等。間隔層162的厚度可以是在25微米到500微米之間，取決于樣品采集體積或其它化驗的要求。如圖7A所示，間隔層162帶有蓄液池開口164。蓄液池開口164是層162中切除的部分，它們井然有序的和樣品采集層116中的固有形成的入口陣列166相對應(yīng)。入口陣列166可以在樣品采集層116的表面，靠近柳葉刀或微探針排出端161的地方，以凹進(jìn)去的區(qū)域，洞，或凹痕的形式形成，但是它們不會穿透采集層的底面。因此，使用這種方法，當(dāng)微探針159穿透用戶的皮膚，血液因為毛細(xì)作用開始流動，裝滿由蓄液池開口164和對應(yīng)的入口陣列166所形成的樣品收集腔224(圖.9和10)。因此樣品收集腔可以計量的收集一定要求或需要的體積的血液。如圖7A所示，流體處理層118也類似的包括蓄液池開口164，其位置要與間隔層162.中的對應(yīng)的蓄液池開口164相對應(yīng)。以此種方式，間隔層162的蓄液池開口164同相應(yīng)的流體處理層118的蓄液池開口164及入口陣列166共同創(chuàng)建了樣品收集腔224，如圖9和圖10所示。
流體處理層118可以類似的由任何合適的柔軟塑料材料來制成，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯，聚四氟乙烯(TEFLONTM)，聚氯乙烯(PVC)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚砜等。流體處理層118的厚度也會是在25微米和500微米之間，決定于化驗應(yīng)用和相關(guān)再此行成的流體處理回路的體積和流動的要求。更特別地，在圖7A所示的實施例的流體處理層118中由一個第一流體通道168，它和樣品收集腔224，圖.9和10，進(jìn)行流體交換，樣品收集腔224是由蓄液池開口164和入口陣列166按前述方法所形成的。第一流體通道168與流體腔170進(jìn)行流體交換。為了繼續(xù)流過流體回路，流體腔170和第二流體通道172也進(jìn)行流體交換，第二流體通道172依次再和反應(yīng)區(qū)174進(jìn)行流體交換。反應(yīng)區(qū)174可以應(yīng)用于各種各樣的實施例中來進(jìn)行廣泛的化驗應(yīng)用，在下面的圖11A到25D中包括DNA，細(xì)胞，小分子或類似的化驗，它們和從用戶皮膚表面得到的血液樣品，DNA樣品和汗液樣品是一起進(jìn)行的。反應(yīng)區(qū)174可以和至少一個廢液腔或收集腔176進(jìn)行流體交換，以便在俘獲劑在反應(yīng)區(qū)174中已經(jīng)俘獲，束縛或辨別出目標(biāo)物之后來加速液體流動和/或收集洗滌緩沖液。
圖7A所示的最后一個主要層是化驗結(jié)果檢測層178，其包括結(jié)果探測器180，每一個結(jié)果探測器由一個輸入182和輸出184組成。探測器180可以實施為任何探測器類型，包括但不局限于，CCD成像設(shè)備，電子感應(yīng)或探測電極，光纖，硅基傳感器和生物傳感器，和單獨或組合的半導(dǎo)體納米線或半導(dǎo)體微線，可組合的應(yīng)用于此作為光源，探測器和/或成像裝置，我們在后面會做更詳細(xì)的討論。如圖所示，每個探測器180是放置在對應(yīng)的反應(yīng)區(qū)174之上。使用這種方法，在化驗結(jié)果在反應(yīng)區(qū)174得到之后，探測器180可以被激活來探測，識別或斷定期待的，不期待的，需要的，不需要的，預(yù)期的，未預(yù)料到的化驗結(jié)果的存在，出現(xiàn)和缺失。一個根據(jù)此處的結(jié)果探測器180的實現(xiàn)，包括使用單獨或組合的納米線和微線，正在被處于Palo Alto，加利福尼亞的納米系統(tǒng)公司(Nanosyslnc)開發(fā)中。根據(jù)本發(fā)名的各種實施例中所使用的各種探測器和照明系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，特點和實現(xiàn)類型，使用，會在此后更加詳細(xì)的討論。
回到圖7A所示的主要部件層，我們應(yīng)該明白當(dāng)我們把樣品采集層116，間隔層162，流體處理層118和化驗結(jié)果層組裝到一起，而且入口陣列166和蓄液池開口164對齊放置時；樣品收集腔224(圖9和10)在頂部為結(jié)果檢測層所封閉，并且密封住間隔層162和流體處理層118中的蓄液池開口。于此的一個實施例中，各個層的表面帶有粘合劑，因此可以把各個層粘連在一起。在另外的實施例中，各個層可以以一種不透水的方式組裝起來，通過使用合適的塑料熔解或微焊接技術(shù)。類似地，當(dāng)樣品采集層116，間隔層162，流體處理層118，和化驗結(jié)果檢測層178組裝在一起地時候，結(jié)果探測器180要和對應(yīng)地反應(yīng)區(qū)174相對齊。
流體處理層118對于間隔層162的相對厚度可以變化來實現(xiàn)各種需要的容積關(guān)系，樣品收集腔224(圖9和10)和流體處理層118中的各種流體回路部件的容積關(guān)系。例如，對于某個特定的化驗實現(xiàn)，我們在腔224中需要相對大的樣品體積，而在流體回路中需要相對小的尺度。在這種情況下，例如，分隔層可以是500微米厚，而流體處理層只有25微米厚。另外，樣品收集層116可以100微米厚，而此中的入口陣列只有25微米厚。因此當(dāng)樣品采集層116，間隔層162，流體處理層118，和化驗結(jié)果檢測層178組裝到一起，而且蓄液池開口164對好位置的話，樣品收集腔224的高度會是550微米(500+25+25)，而流體回路的部件的高度會是25微米?；蛘?，例如，流體處理層118可以是150微米厚，間隔層162不使用，樣品采集層116的厚度是150微米，其入口陣列的深度為50微米。在這種情況下，樣品收集腔224的高度是200微米(150+50)而流體回路的部件的高度會是150微米。在又另外的一個于此的替代組合中，間隔層162和入口陣列都不使用。在這種情況下，樣品收集腔224(圖.9和10)將只含有流體處理層18中的樣品收集腔224(圖.910)蓄液池開口164，因此流體回路部件將會和樣品收集腔224具有相同的高度。因此，參照此處的討論，應(yīng)該理解對于樣品收集腔224，第一和第二流體通道168和172，流體腔170和廢液腔176的任何需要的相對體積或高度的組合，可以通過改變間隔層162的厚度來實現(xiàn)，在其中增加切除部分的區(qū)域，來增加一個，全部，或任意組合的流體處理層118中的流體回路元件的深度。類似的，通過在樣品采集層116的表面，靠近柳葉刀或微探針的流出端161的位置制成凹進(jìn)去的區(qū)域，洞，或凹痕方式形成的入口陣列166，可以做成任意深度，或者不使用來增加樣品收集腔224的體積。另外，額外的體積可以加入流體處理層118中的分離的流體元件，通過在化驗結(jié)果檢測層178的底面使用凹進(jìn)去的區(qū)域，洞，或凹痕的方法。
圖7B和圖7A很相似，表示了根據(jù)本發(fā)明的個人診斷裝置104的更多的主要層。更特別的，圖7B顯示了圖7A所示的化驗結(jié)果檢測層178，一個分離的信號處理層186，一個分離的邏輯和輸入輸出控制器層188，和已經(jīng)在前面提到并且在圖2和圖4-6中描述過的輸出層122?；灲Y(jié)果檢測層178包括結(jié)果探測器180，其包括一個輸入182和一個輸出184。如圖所示，信號處理層186包括處理器142，邏輯和輸入輸出控制器層188包括另外的邏輯和輸入輸出控制器190，以后為方便起見，稱為″控制器190″。如圖所示，處理器142有許多的電子連接線，他們或者連接到結(jié)果探測器180中的輸入182和輸出184，或者連接到控制器190中的相關(guān)的電路連接點。如圖所示，處理器142包括相應(yīng)的連接點192和194。更特別地，如圖中所示，每一個結(jié)果探測器180中的輸入連接器182和輸出連接器184和對應(yīng)的處理器142中的連接點192或194相對齊。類似的，處理器142包括輸出連接器196和輸入連接器198，它們在和圖7B所示的各個層組裝在一起的時候，會和控制層中的控制器190的對應(yīng)的輸出連接器196和輸入連接器198相連接。在這個圖7B所示的裝置的實施例中，控制器190還包括幾個輸入連接器，它們被標(biāo)記為200，202，204，206，208，210，212，214，216，218，220，和222。像圖7B所指出的，控制器190的輸入連接器200是放置在和輸出層122的輸入數(shù)字鍵“7”相連接的位置。類似的，輸入連接器202和數(shù)字“8”鍵相連接，輸入連接器204和數(shù)字“9”鍵相連接，輸入連接器206和數(shù)字“4”鍵相連接，輸入連接器208和數(shù)字“5”鍵相連接，輸入連接器210和數(shù)字“6”鍵相連接，輸入連接器212和數(shù)字“1”鍵相連接，輸入連接器214和數(shù)字“2”鍵相連接，輸入連接器216和數(shù)字“3”鍵相連接，輸入連接器218和“start(開始)”鍵相連接，輸入連接器220和“stop(停止)”鍵相連接，輸入連接器222和“pause(暫停)”鍵相連接。下面的的更多描述將會介紹其它控制器190提供的連接，來提供需要的在輸入/輸出層122處理器142和控制器190之間的的通訊。在下面的關(guān)于特定的化驗實現(xiàn)的討論中，這些連接和通訊網(wǎng)絡(luò)將會得到更詳細(xì)的討論。因此使用這種方法，此個人診斷裝置104同時具有輸入和輸出功能，使使用它的病人可以交互的使用它。
如圖7B所示的輸入/輸出層122，化驗結(jié)果可以顯示到視頻顯示器124或者固定結(jié)果顯示窗126中。這些結(jié)果可以是定性的顯示，以“是”或“不是”的方式，或者“陽性”“陰性”的方式，也可以定量的以柱狀圖的樣式來顯示，也可以是半定量的，如顯示“高”和“低”，這些都依賴于特定的化驗實現(xiàn)和所需要的結(jié)果。
現(xiàn)在參照圖8A，這展示了本發(fā)明的個人診斷裝置以生物手鐲方式實現(xiàn)的透視圖。在此實現(xiàn)中，此裝置帶有前面討論過的射頻發(fā)射器223。圖中所示裝置104還包括連接指示燈225，它可以發(fā)光或閃爍來指出裝置104和電腦106之間通過圖1所示的射頻接收器114的正確無線連接。圖8A所示的生物手鐲104帶有一個圈219和一個扣221，所以用戶可以把它帶在手腕或腳腕上。圈219可以是由柔軟，可拉伸的材料制成，以提供裝置和用戶之間良好的支持力，也可以是由硬質(zhì)材料如不銹鋼或鋁所制成。圖8B根據(jù)本發(fā)明的個人診斷裝置104實現(xiàn)為生物貼片形式的透視圖。在這個實施例中，裝置104包括視頻顯示器124，單獨固定顯示結(jié)果窗126，一對射頻發(fā)射器223和連接指示燈225。和于此討論的任何裝置104的實施例一樣，射頻發(fā)射器223同時具有發(fā)送和接收的功能，可以使個人裝置104同電腦108建立雙向連接，而且更可以和同電腦108網(wǎng)絡(luò)連接的電腦進(jìn)行雙向連接。
下面來看圖9和10，這是一個放大詳細(xì)示意圖，表示了可以用在本發(fā)明的個人診斷貼片104中的各個層和元件的微流體回路127。圖9所示的微流體回路127包括由蓄液池開口164和入口陣列166形成的樣品收集腔224，如圖7A和7B所討論的。如圖9和10所示，樣品收集腔224和第一流體通道168進(jìn)行流體交換，然后第一流體通道168和流體腔170進(jìn)行流體交換，流體腔170又和第二流體通道172進(jìn)行流體交換，第二流體通道172又和反應(yīng)區(qū)174進(jìn)行流體交換。根據(jù)在下面會對各種化驗的實現(xiàn)的詳細(xì)討論，大量的化驗可以在反應(yīng)區(qū)174中進(jìn)行。反應(yīng)區(qū)174可以與至少一個廢液腔或收集腔176進(jìn)行流體交換。為了促進(jìn)圖9和10所示的流體回路127的流動控制，流體回路可以包括微閥門226，它可以在多種多樣的構(gòu)造中實現(xiàn)。更多的關(guān)于閥門和流體控制元件及在此使用的各種實施例中的方法會在之后于圖13A-13E一起討論，在討論過各種特定的化驗實現(xiàn)之后。
圖10是和圖9類似的視圖，顯示了一個光學(xué)發(fā)射器228和一個光學(xué)探測器230。為了探測和顯示各種不同類型的化驗的結(jié)果，結(jié)果探測器180實現(xiàn)為光學(xué)探測器230和光學(xué)發(fā)射器228的組合。各種可以為光學(xué)探測器230，或更廣泛的結(jié)果探測器180所能探測的光學(xué)或者電化學(xué)現(xiàn)象在表1中給予介紹。和此處相關(guān)的更詳細(xì)的解釋可以在ChristopherPrice，AndrewStJohn，and JocelynHicks，2004年所出的″PointofCareTesting″，第二版中找到。

光學(xué)發(fā)射器228和光學(xué)探測器230可以以多種不同的光學(xué)裝置或格式來實現(xiàn)，這包括又不局限于，電耦合裝置(CCD)，光纖，納米線，微線，半導(dǎo)體光發(fā)射和/或探測材料或者其他的合適的光發(fā)射和探測材料和裝置。
DNA化驗的實現(xiàn)和方法使用核酸探針雜交法來探測特定核酸序列的目標(biāo)核酸分析物有許多的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括，傳染或基因疾病的診斷，人或動物易感染癌癥的確定；化妝品，食物和水的病毒或微生物感染的確定；在基因的水平上確定，描述或分辨?zhèn)€人，可以用來做人類的法庭或血緣測驗，還有動植物的血統(tǒng)分析和嫁接分析。核酸探針雜交法的基礎(chǔ)是一個低聚核苷酸或核酸碎片探針通過互補基配對生成穩(wěn)定的，雙股的雜交物的能力，只和具有某些具有特別順序的特定核酸片段發(fā)生反應(yīng)，而且只是出現(xiàn)在特定的種群，特殊特征，或器官或者器官中的細(xì)胞中。
核酸探針雜交法化驗的一個基本局限在于化驗的敏感性，這依賴于探針結(jié)合到目標(biāo)分子上的能力和在一個時間周期內(nèi)每一個結(jié)合到目標(biāo)分子上的探針?biāo)a(chǎn)生的用于探測的信號的大小。本化驗中已知的探測方法包括依賴于探針?biāo)a(chǎn)生的信號，例如探針中所含的熒光體或放射性同位素，或者鏈接到探針上的酶，例如堿磷酸酶或過氧化物酶，還有在探針雜化及從未雜化的探針分離之后，放置一種特定物質(zhì)來產(chǎn)生特征顏色產(chǎn)物。然而，這些化驗的實際的探測極限是大概200,000個目標(biāo)分子(3費(10-15)摩爾濃度在100微升中)，這對許多應(yīng)用來說都是不夠敏感的。許多的研究努力都花在提高核酸探針雜交法化驗的靈敏度上。
達(dá)到足夠的探測極限一直以來都是核酸雜交法的臨床應(yīng)用所面對的主要困難之一。目前以研究出集中放大方法來增加樣品或探針以解決這一困難。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法(PCR)是最著名的也是應(yīng)用的最廣泛的方法。關(guān)于放大，請參考Molecular Biology，Suppl.4，Section 5，Unit 3.17中的目前協(xié)議部分，來獲得關(guān)于這個方法的基本說明。其它描述聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法的參考文獻(xiàn)包括，Erlich，H.A.，(Ed.)1989，PCR Technology，StocktonPress；Erlich，H.A.，等人.(1988)，Nature 331461-462；Mullis，K.B.and Faloona，F(xiàn).A.(1987)，Methods in Enzymology，155335-350；Saiki，R.K.，等人.(1986)，Nature324163-166；Saiki，R.K.，等人.(1988)，Science 239487-491；Saiki，R.K.，等人.(1985)，Science 2301350-1354；Mullis等的美國專利號4,683,195O；和Mullis等的美國專利號4,683,202。所有以上的均被以參考的形式包括進(jìn)本說明，就像它們在這里被完全重復(fù)一樣。
最早為Kary Mullis所發(fā)明，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的使用，而且被用于許多研究的方向，另外，商業(yè)的用于臨床診斷的套件現(xiàn)在也可以使用了。然而，這些放大方法非常耗時，需要許多勞動力，昂貴，而且容易被感染，產(chǎn)生錯誤的陽性結(jié)果。
因此，開發(fā)快速，易于使用的，便宜的可以用來探測非常低密度的目標(biāo)核酸，而不需要放大和做探針標(biāo)記的醫(yī)療裝置是非常重要的。
個人診斷裝置104的核酸分析裝置的的實現(xiàn)在此稱為DNA貼片或手鐲，它提供了一種快速，易行和自動的核酸探測方法，只需要使用簡單的具有個人電腦或數(shù)據(jù)顯示組件界面的貼片或者手鐲就可以進(jìn)行。
現(xiàn)在參照圖11A，這里顯示了用于核酸分析的本發(fā)明的一個實施例的各個成，其包括底部或樣品采集層116，流體處理層118，流體腔和樣品處理層300，一個特定的化驗結(jié)果顯示層302。這些層和圖2到7B所描述過的層很相似。像前面提到的，這些層會對齊放置，所以行成的流體回路會包含不同的腔來進(jìn)行樣品處理，探測和分析。DNA貼片的流體回路可以包括柳葉刀或微探針159，它們在被使用時同血液計量腔304，血紅細(xì)胞(RBC)捕獲腔306，細(xì)胞溶解和DNA提取腔308，DNA裁剪或DNA刻痕和變性腔310，捕獲或分析或反應(yīng)腔312，廢液腔314和洗滌緩沖液蓄液池316相連接。以上這些器件在運轉(zhuǎn)時互相連接形成了流體回路。腔308也可能是兩個分離的腔，分別進(jìn)行細(xì)胞溶解和DNA提取。如圖所示，洗滌緩沖液蓄液池316處于層300，同時也包括加熱元件317，它可以在樣品分析的時候加熱樣品來幫助細(xì)胞溶解和DNA變性。加熱元件317因此是和細(xì)胞溶解和DNA提取腔308和變性腔310對齊放置的。圖11A還顯示了層116中的光源320，和層302中的探測器322。光源320，分析腔312和探測器322也是對齊放置的，所以從光源320放出的光會穿過腔321為探測器322所檢測到。光源320和探測器322是以納米線的形式實現(xiàn)的，下面將會做更詳細(xì)的介紹。
圖11B是一個帶有剖視圖部分的透視圖，顯示了一個完全組裝好的個人診斷裝置104，其包括圖11A所示的各個層，并含有信號處理層186，控制層188和用來進(jìn)行和報告DNA化驗的輸入/輸出層122。在下面會更詳細(xì)的描述。
圖.12A到12G顯示了使用DNA貼片來探測感興趣的核酸序列的一種方法的步驟。圖12A到12G顯示了簡化的上述的流體回路的概略的橫截面視圖。
更特別的，第一步是圖12A所示的樣品采集。血液樣品是由微探針159(圖11A)所提取的。提取的樣品的大小可以從1微升到200微升之間，但是傾向于在5到10微升之間。血液樣品跟隨流體回路到達(dá)計量蓄液池或者具有預(yù)定義體積的腔304。當(dāng)計量腔304中的血液達(dá)到某一預(yù)定的體積時，微探針159和計量腔304之間的連接會被關(guān)閉，使用夾管閥或熔解閥的方法來實現(xiàn)，在下面會介紹到。一個液體傳感器可以放置到計量蓄液池304中，這樣當(dāng)血液觸及傳感器的時候，處理器142會收到一個信號，然后它會關(guān)閉夾管閥或熔解閥的，如下及圖13A和13B所示。計量腔304中的血液因為一個關(guān)閉的閥門而不會進(jìn)入血紅細(xì)胞捕獲腔306。這一閥門可以是一個溶解塞(圖13E)，當(dāng)和流體接觸的時候會溶解，也可以是熔解塞324(如圖所示)。熔解塞324是有加溫熔解材料，例如蠟制成的。塞324宜由惰性的，不會起排斥的，且在加熱是熔化的材料制成。因為打開塞324需要熱，一個加熱元件326被嵌于此處。當(dāng)蓄液池填充到預(yù)定的體積，上面提到的信號也會使處理器激活加熱元件326，然后它會熔解掉塞324。這將打開計量蓄液池和血紅細(xì)胞捕獲腔306之間的連接，如圖12B所示，圖13B中將有進(jìn)一步的描述。
為了有效的探測目標(biāo)核酸，通常將核酸從細(xì)胞或標(biāo)本的殘骸中分離出來是必要的。我們還知道許多全血中的目標(biāo)核酸出現(xiàn)在某些特定的細(xì)胞群中，例如處在在白細(xì)胞(WBC)中而不是血紅細(xì)胞(RBC)中。捕獲血紅細(xì)胞可以使用固體支撐載體來進(jìn)行，例如一個允許橫向流動的包含捕獲血紅細(xì)胞的反應(yīng)物的膜。一個可以在這里使用的膜材料的例子是高密度或超高分子重量的聚乙烯薄片材料，它是由位于美國喬治亞的Fairburn市的Porex Technologies Corp.生產(chǎn)的。此膜具有開口結(jié)構(gòu)，典型的密度在40％的空隙率下是0.57克/立方厘米，平均開口直徑是在1到250微米之間，通常來說，平均直徑是在3到100微米之間。此膜的厚度是在0.1到5.0毫米之間。雖然以聚乙烯制成的膜非常令人滿意，由其它熱塑性材料，例如聚氯乙烯、多乙酸乙烯酯、共聚醋酸乙烯、氯乙烯聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯和類似的材料也可以被使用。一個類似海綿的載體材料、一個三維柵格或和血紅細(xì)胞捕獲腔差不多寬或高的微柱子連接上血紅細(xì)胞俘獲劑，例如植物凝血素，也可以用來從血液樣品中移除血紅細(xì)胞。血紅細(xì)胞俘獲反應(yīng)物使用標(biāo)準(zhǔn)技巧固定在固體支撐載體上的，這一技巧對這領(lǐng)域的專家來說是眾所周知的。放置在固體支撐載體中的用來固定血紅細(xì)胞的血紅細(xì)胞捕獲劑，宜是單克隆或多克隆的抗體，它們是特別針對血紅細(xì)胞的。或者也可以使用其它結(jié)合血紅細(xì)胞的反應(yīng)物，例如植物凝血素，聚合氨基酸，多熔素和聚合精氨酸。
繼續(xù)參照圖12B，計量的血液然后進(jìn)入血紅細(xì)胞捕獲腔306，制動壓力閥330(在之后與13A一起詳細(xì)介紹)將阻止血液樣品流回計量蓄液池。當(dāng)腔306充滿后，它可以被熔解閥332所密封，圖12C所示的熔解閥處于一個關(guān)閉的位置。熔解閥332與閥324相似，但是它是用來關(guān)閉流體回路，而不是打開。熔解閥是由上面討論過的處理器通過加熱元件326來控制的，在化驗過程中，閥門會在需要的時間點熔解到流體回路中，有效的擋住部分流體回路。流體回路中的每一個腔都可以帶一個出氣口340，以使腔中的空氣流出。出氣口340可以包括一個過濾器342，它可以交換空氣的同時防止樣品污染。
血紅細(xì)胞在腔306中和樣品分離。在圖示的例子中，血紅細(xì)胞336是在涂有血紅細(xì)胞捕獲劑的微柱328上被捕獲的。經(jīng)過足夠時間的血紅細(xì)胞捕獲后，第二熔解閥344(圖12D)會被打開，允許腔306中的白細(xì)胞338流入細(xì)胞溶解和DNA提取腔308。腔306和308之間的制動壓力閥330會防止進(jìn)入腔306的含有白細(xì)胞的樣品的回流。包含有基因物質(zhì)的白細(xì)胞可以通過毛細(xì)作用流入含有預(yù)固定溶解反應(yīng)物的溶解腔308。對于那些有經(jīng)驗的本技術(shù)領(lǐng)域的人來說，各種溶解過程是眾所周知的，其包括冷凍，使用消化酶例如蛋白酶(舉例，蛋白酶K)，煮沸，和使用清潔劑(例子請見美國專利序列號178,202，Higuchi提交于1988年4月6日，和歐洲專利-A-0428197，發(fā)表于1991年5月22日)。作為沒有限制的例子，包含有異硫氰酸胍和曲拉通X-100清洗劑和蛋白酶K的溶解反應(yīng)物可以用來使溶解的白細(xì)胞346釋放出核酸。雙鏈DNA348從溶解白細(xì)胞346中釋放出來，然后從溶解中提取出來。從白細(xì)胞中提取DNA可以使用商業(yè)的磁珠來進(jìn)行，它可以不用有機溶劑進(jìn)行核酸提取。作為沒有限制的例子，Dynabeads DNA Directs可以快速的從小體積的血液中分離出DNA。于此的一個實施例中，這些磁珠會預(yù)載到溶解腔中，在使用或去掉磁場的情況下，DNA會和其它細(xì)胞質(zhì)分離出來，并被洗提出來(此步驟沒有畫出來)。在DNA被提取和分離后，通過打開第三熔解閥350，包含分離過的DNA的溶液就流入DNA刻痕和變性腔310，如圖12D和12E所示。圖12E還描繪了在上述的細(xì)胞溶解和DNA分離之后，腔308中剩下的白細(xì)胞膜352。在腔310中，雙鏈DNA348被剪裁和刻痕成短的雙鏈DNA片段354，然后再被變性成單鏈的DNA片段356。
提取出的基因體DNA可以被預(yù)載在刻痕腔310中的限制性酶所裁剪?；蝮wDNA分解的方法對于此技術(shù)領(lǐng)域中的人來說是眾所周知的。腔中的溫度可以通過加熱元件316來控制?；蛘?，磁珠可以用來促進(jìn)基因體DNA的裁剪，從而加速目標(biāo)捕獲過程。在刻痕腔的包含雙鏈DNA片段354的溶液可以被加熱到大約65℃到75℃左右來做DNA變性。經(jīng)過DNA變性之后，第四個熔解閥(圖12E)會被打開，允許含有單鏈DNA片段的樣品流入分析腔312。分析腔312帶有核酸捕獲探針360，它可以連接于一個單捕獲區(qū)域。每個探針360都可以附接于一個單捕獲區(qū)域。如圖12及其后的圖14A到14G所示，樣品中的任一目標(biāo)DNA362都允許和捕獲探針360雜交，這樣目標(biāo)核酸被捕獲在目標(biāo)區(qū)，為將來的探測用?？拷东@區(qū)連接點的捕獲DNA可以是單鏈的也可以是部分雙鏈的。雙鏈?zhǔn)俏挥谔结樀姆磻?yīng)端，例如氨基端，在這里探針附接到固體支撐中，例如反應(yīng)區(qū)，這樣的安排是因為雙鏈可以更有效的使探針從活性層直立，如果和單鏈DNA相比的話。一個擴(kuò)展或者間隔物，例如單鏈DNA或者PEG(聚乙二醇)，可以使探針更遠(yuǎn)離表面，從而增加捕獲探針和目標(biāo)的雜交效率。另外，為了防止捕獲探針?biāo)s到固體相，而且為了防止目標(biāo)和非目標(biāo)核酸序列無目標(biāo)的結(jié)合到捕獲區(qū)中，捕獲區(qū)的的表面可以做標(biāo)準(zhǔn)的阻塞緩沖區(qū)處理，這些方法對此領(lǐng)域的人是眾所周知的。捕獲DNA的序列被選擇為可以直接和目標(biāo)DNA或者RNA相雜交的，這樣可以形成部分雙鏈的聯(lián)合體364，其由捕獲DNA，目標(biāo)DNA或者RNA組成(圖12F)捕獲探針的長度可以是15到70個堿基之間，最佳的是25到40個堿基長。DNA探針和捕獲區(qū)的固體支撐之間的連接可以使用共價或非共價的連接方法，這些方法對于此行業(yè)來說是眾所周知的。
探針濃度，這一關(guān)鍵因素對于目標(biāo)捕獲來說和目標(biāo)與捕獲或的雜交的動力學(xué)是同等重要的。根據(jù)關(guān)于表面探針濃度和DNA雜交的研究表明(Nucleic Acid Research，2001，Vol.29，number24，pages 5163-5168)，探針密度強烈的影響雜交的效率。雜交效率在探針濃度低于2×1012探針/平方厘米時是最佳，最好是處于1×1011探針/平方厘米到1×1012探針/平方厘米之間。
捕獲探針可以直接固定到納米線上而形成一個捕獲組件371(圖14B)。每個捕獲組件371可以在50納米×50納米的面積內(nèi)包括100個直徑為5納米的納米線，如圖14B所示。每個捕獲組件的探針密度可以在1到100個探針之間，或者優(yōu)先的大概10個探針/捕獲組件，組件的面積是50納米×50納米。在化驗區(qū)的每個反應(yīng)區(qū)的捕獲組件的總數(shù)可以是在106到5×106之間，宜使用106。。捕獲組件可以分布在一個大約的區(qū)域內(nèi)(例如一個正方形區(qū)域，0.1毫米×0.1毫米)到10-2平方厘米(1毫米×1毫米)之間，宜使用10-4平方厘米。在捕獲區(qū)域中的捕獲組件之間的間隔可以是從沒有到10個，如圖14B所示。在整個反應(yīng)區(qū)312(圖11A)的捕獲探針總數(shù)可以是從106到5×107，優(yōu)選的個數(shù)是在107的量級。
當(dāng)具有特定序列的目標(biāo)出現(xiàn)在測試樣品中時，目標(biāo)RNA或DNA與捕獲DNA發(fā)生雜交。如上所討論的，使用這種方法，目標(biāo)DNA會被保留在反應(yīng)區(qū)312中。雜交步驟可以在室溫或更高溫度下，在任何標(biāo)準(zhǔn)緩沖液中進(jìn)行，對此領(lǐng)域來說，這是眾所周知的。作為一個沒有限制的例子，一個包括5x枸櫞酸鹽水(SSC)、0.1％(w/v)十二烷基肌氨酸、0.02％(w/v)十二烷基硫酸鈉(SDS)、1％阻斷劑的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液可以用于這一目的。通過加熱分析或反應(yīng)腔312可以進(jìn)一步促進(jìn)雜交。雜交的步驟可以進(jìn)行幾分鐘到幾小時之間。
現(xiàn)在參照圖12G，這是此分析方法的最后一步。在雜交之后，可以洗滌反應(yīng)區(qū)312來去除任何未附著的單鏈核酸序列。這一洗滌過程可以通過打開連接洗滌蓄液池316和分析腔312的第5熔解閥368來開始(圖12F)。然后，洗滌蓄液池316中的洗滌緩沖液366進(jìn)入分析腔，如圖所示，來洗滌捕獲區(qū)中未結(jié)合的DNA或RNA。洗滌可以在高溫下進(jìn)行，來減少或消除任何非確定的結(jié)合。第5熔解閥368(圖12F)其后被打開，來排空洗滌緩沖液和樣品到廢液腔314中(圖12G)。
繼續(xù)參照圖12G，這是一個圖12A到12F所示流體回路的替代實施例。在圖12G所示的實施例中，各個腔的出氣口是互相連接的。聯(lián)合體364的定量分析可以通過表1所述的圖像分析、模式識別或光學(xué)干涉來實現(xiàn)。從捕獲探針的單鏈DNA中分辨出捕獲到的雙鏈DNA所需的分辨率可以通過使用本發(fā)明的納米線技術(shù)來實現(xiàn)，這項技術(shù)將會和圖14A到14G一起詳細(xì)說明。圖12G還顯示了和每個探針相關(guān)聯(lián)的，用作光源和探測器的納米線束。如圖所示，在下面的納米線束發(fā)出一束通過含有單捕獲探針或聯(lián)合體364的捕獲和反應(yīng)區(qū)的匯聚光，因為聯(lián)合體364比單鏈探針大得多，探測到的光學(xué)運動或者表面探測模式會和單鏈探針顯著不同。這一區(qū)別可以被探測到，所以聯(lián)合體364的個數(shù)可以被統(tǒng)計出。
參照圖13A到13E，這顯示了幾個應(yīng)用于此的控制流體流動的幾個流體控制元件，流體控制可以是用定時控制也可以是預(yù)定義的方法，可以由信號處理組件142和邏輯控制器190來中央控制的，如前述的圖7B和11B。更特別地，圖13A是在本發(fā)明中控制流體流動的制動壓力閥330的放大詳細(xì)圖標(biāo)表示。如圖所示，制動壓力閥330包括一對帶有預(yù)張力制動壓力閥330，所以其處于一種正常的關(guān)緊狀態(tài)，如圖13A-I所示。當(dāng)流體通道中下流壓小于制動唇331的上流壓的時候，兩者間壓強差會大于用于使制動唇331處于關(guān)閉位置的預(yù)壓力，這樣，制動唇331會打開，允許液體的流動，如圖13A-II所示。當(dāng)制動唇331的上下流壓力正?；螅A(yù)壓力會再次關(guān)閉閥門，如圖13A-III所示。制動唇331是采用的特定形狀來防止通道中液體的回流。
圖13B是本發(fā)明的流體回路中控制流體流動的正常情況下處于關(guān)閉狀態(tài)的熔解閥332的示意圖。正常情況下關(guān)閉的熔解閥332包括位于熔解塞324中的加熱元件326。在收到圖7B和11B中所展示的信號處理組件142和/或邏輯控制器190的一個信號后，加熱元件326會接受到電流，加熱到一個預(yù)定的溫度，然后熔化掉熔解塞324來打開通道，允許液體的流動。
圖13C是本發(fā)明的流體回路中控制流體流動的正常情況下處于打開狀態(tài)的熔解閥332的示意圖。正常情況下打開的熔解閥332包括位于熔解塞324中的加熱元件326。如圖所示，熔解塞324是放置在流體通道之上來在正常情況下允許流動的。在收到圖7B和11B中所展示的信號處理組件142和/或邏輯控制器190的一個信號后，加熱元件326會接受到電流，加熱到一個預(yù)定的溫度，然后熔化掉熔解塞324來關(guān)閉通道，阻止液體的流動。
圖13D是本發(fā)明的流體回路中控制流體流動的正常情況下處于打開狀態(tài)的另一個熔解閥或夾管閥332的示意圖。在此實施例中，加熱元件326環(huán)繞在流體通道上。流體通道是由在加熱時會收縮的材料制成的。因此，到加熱元件326收到圖7B和11B中所展示的信號處理組件142和/或邏輯控制器190的一個信號后，加熱元件326會接受到電流，加熱到一個預(yù)定的溫度，這會引起流體通道的收縮而關(guān)閉通道，阻止液體的流動。
圖13E是一個溶解塞的示意圖，可以實現(xiàn)一個時控的流體閥，圖中顯示了其處于關(guān)閉、半溶解和允許流動的打開狀態(tài)的幾種情況。在本實施例中，一個在和流體接觸時會溶解的生物適合的材料，干的預(yù)置在通道中，直到在用戶用特定方式使用裝104的時候為止。在使用這個裝置的時候，例如用戶的血液，汗或細(xì)胞間質(zhì)液(ICF)等流體進(jìn)入通道中。一旦溶解閥和通道中的流體相接觸，溶解塞就開始溶解。如果能夠正確的選擇塞材料的組成，熔解閥可以設(shè)計成從在通道中第一次流體接觸之后經(jīng)過一個預(yù)定義的時間之后開始溶解。在此實施例中，流體控制是被動實現(xiàn)的，而不是像在圖13B、13C和13D中的流體元件那樣，通過由信號處理組件142和/或邏輯控制器190的主動干涉來實現(xiàn)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖14A到14K，這里顯示了應(yīng)用在本發(fā)明的各個實施例中的半導(dǎo)體納米線和微線組件的詳細(xì)的分離視圖，這些組件是用來作為光發(fā)射器和探測器來實現(xiàn)對在本發(fā)明的反應(yīng)區(qū)和捕獲區(qū)獲得的化驗結(jié)果的照明，探測和成像。
一般地，發(fā)明者于此建議把半導(dǎo)體納米線和微線作為一種獨特地可以研究低維生物化學(xué)的材料系統(tǒng)。這些納米線元件、部件和系統(tǒng)被期待著在納米電子學(xué)，光電子學(xué)，MEMS，生物bio-MEMS，和納米生化系統(tǒng)中作為連接或功能元件起越來越重要的作用。這些生物和生化應(yīng)用都使用于此。這些細(xì)線是由半導(dǎo)體材料制成的。它們包括硅(Si)與眾所周知的，傳統(tǒng)的或新創(chuàng)造的或新發(fā)現(xiàn)的摻雜劑相摻雜所產(chǎn)生的各種需要的半導(dǎo)體材料。納米線可以作為直徑只有5納米的光管或者光纖。納米線可以傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生激光或者探測入射光。此無機半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)可以使用任何需要的組成，大小，形狀，晶體結(jié)構(gòu)，摻雜和表面化學(xué)性質(zhì)來制作。目前在進(jìn)行商業(yè)開發(fā)的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)主要包括三類納米點，納米柱和納米線。另外，有報道說更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如錐，眼淚狀和四腳體也是可能的。
在某些特定應(yīng)用中，納米線可以用作納米穿透探針來實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)照明和/或探測。另外，納米線和微線可以通過化學(xué)處理和功能化表面來準(zhǔn)備。使用這種方法，就不需要在分離的層中進(jìn)行化驗和捕獲了。納米線可以由具有電化學(xué)響應(yīng)的半導(dǎo)體材料來制成。這是說，如果發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的話，無論是吸熱還是放熱，納米線可以探測到局部的溫度變化，并測定熱吸收和產(chǎn)生。還有，電化學(xué)結(jié)果化驗時的電導(dǎo)變化可以被納米線或微線實現(xiàn)的電極所探測到，然后轉(zhuǎn)換為電信號為處理器142和/或邏輯控制器190所處理(圖7B和11B)，并在視頻顯示器124或固定結(jié)果顯示窗126(圖2-6和圖7B)中產(chǎn)生可讀結(jié)果。
圖14A顯示了5×5的納米線束365，其由單獨的直徑為納米級或微米級的半導(dǎo)體線369組成。出于方便考慮，此處的單獨半導(dǎo)體線369將被稱作“納米線369”或者“微線369”，這依賴于特定的應(yīng)用。
如以上所討論的，5×5束365可以用作捕獲組件371，圖14B。如圖14B所示，在上述化驗中用到的DNA捕獲探針360可以直接固定到納米線上而形成捕獲組件371。捕獲組件371可以包括任意數(shù)量的使用任何優(yōu)選的基因組合的納米線369和任意需要數(shù)量的DNA捕獲探針360，如圖14C所示。每個捕獲組件371可以由在50納米×50納米面積內(nèi)的100個5納米直徑的納米線組成，如圖14B所示，而且宜用于上述的DNA化驗中。在本化驗反應(yīng)區(qū)中的捕獲組件之間的間隔可以是任何需要的或者優(yōu)選的密度和分布。如圖14D所示，單獨的納米線369可以單獨尋址，這樣，每根納米線都可以為信號處理器142和/或邏輯控制器190單獨處理。圖14E由一束納米線形成的一個發(fā)射組件和一個探測器組件。在此布局中，發(fā)射器組件中的每個單獨的納米線369都可以發(fā)射一束波長預(yù)定的光或電磁能量373。更進(jìn)一步的，探測器組件中的單獨納米線369可以探測到入射光373，而輸出相關(guān)的輸出信號。當(dāng)發(fā)射組件和探測器組件中沒有物質(zhì)的時候，入射能量373會被轉(zhuǎn)化為基線輸出信號，其形式是一個穩(wěn)平輸出，如果14E所示。圖14F顯示了一個放置了DNA捕獲探針360在中間的納米線發(fā)射組件。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，當(dāng)入射能量373被應(yīng)用到發(fā)射組件時，入射電磁能373將和DNA捕獲探針360產(chǎn)生光/物質(zhì)相互作用，因此而產(chǎn)生的電磁能量將為這一光/物質(zhì)相互作用所修改。因此一個被改變了的電磁波375會被探測器件的一些單獨納米線369所探測到，如圖14F所示。因此，納米線探測器組件產(chǎn)生的輸出信號將在基線信號上帶有一個擾動，如圖14F所示。在各自的捕獲探針360和互補的目標(biāo)DNA362雜交后，一個雙鏈DNA片段在捕獲組件371的區(qū)域內(nèi)形成，如圖14G所示。圖14H顯示了科學(xué)決定和報告的一個雙鏈DNA片段的尺度。因為納米線可以小到只有5納米，而且雙鏈DNA片段是在同一個數(shù)量級上，如圖14H所示，因此由光/物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信號，對于單鏈和雙鏈DNA會由可探測到的區(qū)別，如圖14F和14G所比較。
圖14I和14J于圖14F和14G分別相似。在此實施例中，單獨半導(dǎo)體線369的直徑是在微米的量級，首選的為1到5微米之間，便于進(jìn)行細(xì)胞探測和成像，如圖14I和14J所示，并會在下面詳細(xì)介紹。圖14I所示The微線發(fā)射器組件類似的可以產(chǎn)生入射電磁能373，它可以為微線探測器組件探測到而產(chǎn)生輸出信號基線。在圖14J中，一個被捕獲的細(xì)胞406被明確的結(jié)合到微線發(fā)射器組件上。如圖所示，微線發(fā)射器組件發(fā)射出入射能量373，部分能量于被捕獲的細(xì)胞406作用而產(chǎn)生改變的電磁能375。入射能373和改變的電磁能375都會被微線探測器組件探測到而產(chǎn)生一個指示出被捕獲的細(xì)胞406的輸出信號。因為血液細(xì)胞的大小是微米量級的(血紅細(xì)胞大概3到5微米，白細(xì)胞大概8到15微米)，所以微米量級的半導(dǎo)體線369示適合目前的細(xì)胞化驗的，下面將再詳細(xì)討論。
圖14K顯示了一個帶有細(xì)胞核407的被捕獲細(xì)胞406。作為另外一個微線的應(yīng)用，微線被提議設(shè)計為穿透微探針發(fā)射器和穿透微探針探測器，它們可以穿透細(xì)胞壁而能夠通過細(xì)胞內(nèi)照明和探測的方法得到信號信息。使用這種方法，穿透微探針發(fā)射器產(chǎn)生入射能373，它與例如細(xì)胞核的物質(zhì)發(fā)生相互作用，來產(chǎn)生改變了的電磁能375，然后被對應(yīng)的穿透微探針探測器所探測到，然后產(chǎn)生一個可以轉(zhuǎn)化為如圖所示圖像的信號。使用這種方法，有意義的細(xì)胞內(nèi)的信息，例如細(xì)胞核形態(tài)學(xué)信息，可以為這里描述的方法和設(shè)備所獲得。
細(xì)胞化驗的實現(xiàn)和方法免疫系統(tǒng)是由細(xì)胞和器官組成的，他們可以保護(hù)人體免受可能帶來感染、疾病甚至死亡的外部侵入者例如細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲(微生物)等的侵害。免疫系統(tǒng)還可以消滅那些反常的失去控制的癌癥細(xì)胞。當(dāng)工作正常的時候，免疫系統(tǒng)能夠擊退感染，保持人體健康。但當(dāng)它發(fā)生故障的時候，進(jìn)入體內(nèi)的微生物更容易導(dǎo)致疾病或死亡。兩種非常重要的免疫系統(tǒng)細(xì)胞是輔助T細(xì)胞(也被稱作CD4細(xì)胞)和抑制T細(xì)胞(被稱作CD8細(xì)胞)。人體獲得性免疫缺陷綜合癥(艾滋病AIDS)的主要特征是輔助T細(xì)胞(CD4+細(xì)胞)的損耗。感染艾滋病病毒后，CD4+T細(xì)胞會失去功能并被消耗掉。CD4+淋巴細(xì)胞的快速消耗會導(dǎo)致免疫抑制，病人變得容易因機會感染和惡性腫瘤而患病。
CD4+和CD8+細(xì)胞的比例，和CD4+T幫助細(xì)胞的絕對數(shù)量，是目前監(jiān)視艾滋病病毒感染到艾滋病的過程的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)。在感染的過程中，CD8+細(xì)胞的數(shù)目保持不變，而血液中的CD4+細(xì)胞的數(shù)目迅速下降。在接受藥物治療的病人體內(nèi)的CD4+和CD8+細(xì)胞的比例和CD4+T幫助細(xì)胞的絕對數(shù)量是一個重要指標(biāo)，它可以顯示是否病人的身體內(nèi)產(chǎn)生了抗藥病毒株。
CD4+/CD8+的比例和CD4+的絕對數(shù)目的測量需要使用價格昂貴的細(xì)胞分選機或血細(xì)胞計數(shù)器。另外，需要具有高級專業(yè)技能的專業(yè)技術(shù)人來操作血細(xì)胞計數(shù)器。因此，開發(fā)一種便攜、易用和便宜的可以實時的測量CD4+/CD8+的比例和絕對CD4+數(shù)量的診斷裝置是非常有意義的。
本發(fā)明所指的個人診斷裝置104可以用來做細(xì)胞化驗，例如CD4+和CD8+細(xì)胞化驗。細(xì)胞分析裝置，在此也被稱為細(xì)胞貼片或手鐲，可以提供僅僅使用一個具有電腦界面的簡單貼片或手鐲就進(jìn)行的快速、易用和便宜方法來診斷和監(jiān)視艾滋病病毒感染的過程。
現(xiàn)在參考現(xiàn)在圖15A，這是一個描繪了應(yīng)用在本發(fā)明的細(xì)胞貼片實施例中的樣品采集層116、流體處理層118、結(jié)果檢測層178和洗滌緩沖蓄液池層370的分解透視圖。細(xì)胞貼片的流體回路可以包括樣品計量腔304、和血紅細(xì)胞捕獲腔306、分析腔312、廢液腔314和洗滌緩沖液蓄液池316。這里的每個蓄液池都是運行時連接在一起的，還可以包括一個或更多的出氣口340來防止上述流體回路中的空氣阻塞。各腔間的連接和流體控制可以由熔解閥、制動壓力閥、溶解閥和夾管閥(圖13A-13E所示)以任何需要的組合形式來控制，這可以使樣品和緩沖液在各腔中的流動得到控制。在一個特定的實施例中，捕獲區(qū)312周圍可以有多個廢液腔314來幫助廢液的收集。
圖15B是洗滌緩沖液蓄液池316、微線探測器322和捕獲區(qū)312分解透視分離視圖。如圖所示，洗滌緩沖液蓄液池316配備了帶有加熱元件326的點膠嘴377，加熱元件326可以在收到一個特定命令的時候被激活來打開點膠嘴377而釋放洗滌緩沖液到捕獲腔312。在此實施例中，微線探測器322帶有穿孔，這樣點膠嘴377可以穿過它而直接釋放洗滌緩沖液到捕獲腔312。圖17A和17B顯示了根據(jù)本發(fā)明的此實施例的微線369、穿孔379、微線發(fā)射器和探測器組件320和322中被捕獲的細(xì)胞406的更大的細(xì)節(jié)示意圖。如圖17B所示，微線369可能因應(yīng)用和需要的波長而具有不同的直徑。
圖15C是一個帶有剖視圖部分的透視圖，其顯示了一個包含圖15A所示的細(xì)胞化驗的各個層的完全組裝好的個人診斷裝置。在這個視圖中，顯示了最小侵入細(xì)管、柳葉刀、或微探針159，蓄液池開口164，血液計量腔304，血紅細(xì)胞捕獲腔306，微線探測器320，捕獲區(qū)312，替代廢液腔314，微線探測器322，洗滌緩沖液蓄液池316，信號處理器142，控制器190，輸出視頻顯示器124和單獨固定顯示結(jié)果窗126。
接下來參考圖16A-16F，這是一系列圖15A所示的流體回路的橫截面?zhèn)纫晥D，并顯示了一種使用細(xì)胞貼片來探測和計量和CD4+和CD8+細(xì)胞的方法。更特別地，圖16A描繪了包含了血紅細(xì)胞和白細(xì)胞的血液樣品進(jìn)入計量腔304的采集過程。血液樣品是由微探針159獲得的。收集的樣品的大小可以不同，從1微升到200微升，首選的是5-10微升。當(dāng)腔304填充到預(yù)定義的體積，夾管閥372將被關(guān)閉(圖16B)。計量腔304和血紅細(xì)胞捕獲腔306之間的熔解塞被打開，這允許血液樣品流入血紅細(xì)胞捕獲腔306，并在這里血紅細(xì)胞336被捕獲住。如圖所示，可以允許細(xì)胞通過的網(wǎng)孔表面涂有血紅細(xì)胞捕獲劑。這樣，血紅細(xì)胞被在網(wǎng)孔上捕獲。
從血紅細(xì)胞中分離白細(xì)胞血紅細(xì)胞在固體支撐載體上被俘獲，這些固體支撐載體的例子包括網(wǎng)孔或允許橫向流動包含血紅細(xì)胞捕獲反應(yīng)物的膜。一個可以在這里使用的膜材料的例子是高密度或超高分子重量的聚乙烯薄片材料，它是由位于美國喬治亞的Fairburn市的Porex Technologies Corp.生產(chǎn)的。此膜具有開口結(jié)構(gòu)，典型的密度在40％的空隙率下是0.57克/立方厘米，平均開口直徑是在1到250微米之間，通常來說，平均直徑是在3到100微米之間。用于本發(fā)明的此膜的最佳孔徑在5到20微米之間。此膜的厚度是在0.1到5.0毫米之間。雖然以聚乙烯制成的膜非常令人滿意，由其它熱塑性材料，例如聚氯乙烯、多乙酸乙烯酯、共聚醋酸乙烯、氯乙烯聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯和類似的材料也可以被使用。
血紅細(xì)胞俘獲反應(yīng)物使用標(biāo)準(zhǔn)技巧固定在固體支撐載體上的，這一技巧對這領(lǐng)域的專家來說是眾所周知的。放置在固體支撐載體中的用來固定血紅細(xì)胞的血紅細(xì)胞捕獲劑，宜是單克隆或多克隆的抗體，它們是特別針對血紅細(xì)胞的?；蛘咭部梢允褂闷渌Y(jié)合血紅細(xì)胞的反應(yīng)物，例如植物凝血素，聚合氨基酸，多熔素和聚合精氨酸。
在血紅細(xì)胞從樣品中移除之后，在腔306和分析腔312之間的熔解塞374會熔解掉，從而允許含有白細(xì)胞338的樣品進(jìn)入分析腔312(圖16D)。腔312包含了固定的CD4+和CD8+細(xì)胞捕獲劑，他們宜是抗體(如圖所示)，但也可以是抗體片段或其它特別的結(jié)合到CD4或CD8標(biāo)記物的物質(zhì)。抗體可以使用許多方法被固定在一個固體面上，這些方法包括共價偶聯(lián)、直接吸附、物理誘捕和附著到涂有蛋白質(zhì)的表面。關(guān)于本方法的參考文獻(xiàn)，請看Silman，I.H.and Katchalski，E.Annual Review of Biochemistry，Vol.35，p.873(1966)；Melrose，G.J.H.，Review of Pure和Applied Chemistry，Vol.21，p.83，(1971)；和Cuatrecasas，P.and Anfinsen，C.B.，in Method in Enzymology，Vol.22，(1971)。附著到涂有蛋白質(zhì)的表面的方法由Lai等公開(德國專利號2,539,657；美國專利號4,066,512)。
特定的CD4和CD8抗體可以固定到分析腔312的離散區(qū)域內(nèi)來捕獲CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞。腔312中可以包括正控制區(qū)和負(fù)控制區(qū)。在負(fù)控制區(qū)的細(xì)胞結(jié)合來探測非特異結(jié)合。捕獲抗體可以在活的有機體內(nèi)或在試管中產(chǎn)生。生產(chǎn)抗體的方法對此領(lǐng)域的人來說是眾所周知的?？梢詤⒖碅ntibody ProductionEssential Techniques，Peter Delves(Ed.)，John Wiley & Son Ltd，ISBN0471970107(1997)?；蛘?，抗體可以通過商業(yè)途徑購買，例如Research Diagnostics Inc.，Pleasant Hill Road，F(xiàn)landers，NJ 07836和OrthoDiagnostic Systems公司。
在給足夠的時間讓細(xì)胞與對應(yīng)的俘獲劑相結(jié)合后，分析腔312會被清洗來去除未結(jié)合的細(xì)胞。清洗是通過用洗滌緩沖液沖洗腔312來實現(xiàn)的。如圖16D和16E所示，在蓄液池316、捕獲腔312和廢液腔314之間的熔解閥274被打開，然后洗滌緩沖液從蓄液池316進(jìn)入腔312，再攜帶未結(jié)合的細(xì)胞進(jìn)入廢液腔314。洗滌過程可以由連接蓄液池316和腔312的溶解塞的時控打開來啟動，也可以由連接腔312和廢液腔314的熔解閥來啟動。
在未結(jié)合的細(xì)胞被移除后(圖16F)，被捕獲的CD4+和CD8+細(xì)胞的數(shù)目可以由圖像分析來定量化。程序算法來計數(shù)捕獲區(qū)的CD4+和CD8+細(xì)胞的個數(shù)，計算出CD4+/CD8+的比例和使用在紅細(xì)胞捕獲之間的全血的體積來算出絕對數(shù)目。
小分子化驗的實現(xiàn)和方法有色水質(zhì)流體的化學(xué)和生化成分的定量測量，特別對于是有色的生物流體例如全血和尿液以及生物流體衍生物例如血清和血漿的定量測量變得越來越重要。在醫(yī)療診斷和治療中，重要的應(yīng)用包括對藥品，麻醉劑，有毒化學(xué)品等的影響的定量測量。在某些情況下，要測量物質(zhì)的量可能非常的小(在每100毫升中只有1微克或更少)或者非常難以精確測量，必須要使用非常復(fù)雜的儀器，而且只能為經(jīng)驗豐富的實驗室人員所使用。在這些情況下，結(jié)果通常要在取樣幾個小時或者幾天之后才能得到。在其它一些情況下，能夠讓操作人員在實驗室外能夠例行的、快速的和可重復(fù)的進(jìn)行測試并得到快速或立刻的信息顯示是非常重要的。
一個常見的醫(yī)療測試是測試糖尿病病人的血糖濃度。糖尿病是一個主要的健康問題，而治療嚴(yán)重一些的一型糖尿病需要每天至少注射一次胰島素。胰島素控制血液中葡萄糖和糖的利用而且能防止高血糖癥的出現(xiàn)，如果高血糖癥不被糾正，可以導(dǎo)致酮癥。另外一方面，不正確的使用胰島素會導(dǎo)致低血糖癥，這有可能導(dǎo)致昏迷或者死亡。糖尿病人的高血糖癥與許多糖尿病的長期效果相關(guān)，例如心臟病、動脈硬化癥、失明、中風(fēng)、高血壓和腎衰竭。
目前的學(xué)說建議病人每天測量他們的血糖濃度2到7次，這依賴于他們疾病的嚴(yán)重程度。根據(jù)觀察到的葡萄糖濃度，病人和醫(yī)生一起來調(diào)整飲食、鍛煉和胰島素的攝取量來控制疾病。很明顯的，這一信息應(yīng)該立刻顯示給病人。
傳統(tǒng)的血糖監(jiān)視方法一般需要每次測試都提取血液樣品(例如，手指針試驗)，然后使用一個能通過電化學(xué)或色度分析的方法讀出葡萄糖密度的儀器來讀出血糖濃度。一型糖尿病病人為了進(jìn)行密切的血糖控制每天必須藥進(jìn)行幾次手指針血糖測試。然而，與此測量方法相關(guān)的不舒服和不方便，以及對低血糖的恐懼，使病人遵從醫(yī)囑的效果很差，盡管緊密的控制可以大幅度的減少長期糖尿病的問題。因此，在家庭測試領(lǐng)域，還是需要一種易用的分析測試儀器，特別使那些連續(xù)和/或自動的檢測是需要的情況。
現(xiàn)在參照圖18A和18B，這是一個用于探測小分子的本發(fā)明所指的個人診斷裝置104的分解和剖視圖，在此，此裝置被稱作小分子貼片。此生物貼片提供了僅僅使用一個具有電腦界面的簡單貼片或手鐲就進(jìn)行的快速、易用和自動的裝置和方法來做定量分析。此小分子貼片可以包括樣品采集層116、電化學(xué)探測器層382或替代的(或者與此組合的)光探測器層384。樣品處理是在生物適合的允許橫向流動的預(yù)置了分析反應(yīng)物的載體上進(jìn)行的，接下來將和圖19A和19B一起詳細(xì)描述。
樣品處理層380包括一個特別的帶有單獨流體部件的微流體回路227，下面將會詳細(xì)介紹。樣品處理層380可以包含一個微流體回路227，或者替代的，可以包含多個微流體回路227，流體回路由蓄液池開口164和對應(yīng)的第一流體通道168所組成，在這里以斷線的形式表示?；蛘撸b置104可以包括多個樣品處理層380，每個具有單獨的或多個微流體回路227。每一個單獨的血液樣品可以在單獨的微流體回路227中實時的處理。例如，裝置104可以包括12個微流體回路227，它們可以都形成和處于一個樣品處理層380中，或者每一個都處于一個單獨的樣品處理層380中，這樣，總共就有12個樣品處理層。應(yīng)當(dāng)理解，這12個流體回路最好是相互之間不流體連通?；蛘撸@12個微流體回路227可以以成對的形式或者三個一組，四個一組的形式，讓每一對或每一組處于一個單獨的處理層380中。這樣，使用12個流體回路227和12個對應(yīng)的柳葉刀159，用戶可以佩戴此裝置24小時，每兩個小時取樣一次血液樣品。
微流體回路227包括血液計量腔304，單獨的血液分離區(qū)385和捕獲區(qū)312。在此實施例的某些實現(xiàn)中，單獨的血液分離區(qū)385與捕獲區(qū)312可能合并為一個單獨的區(qū)域或者腔，此腔可以由幾個單獨的片或者片段組成的生物適合的運行橫向流動的支撐物或膜組成，也可以替代的由一個帶有分級的，每級用來處理不同的流體處理的允許橫向流動的載體組成，順序的來處理樣品。在圖19A和19B中，血液分離區(qū)385和捕獲區(qū)312組合成為一個單個的膜或者支撐物386，它包括3個橫向流動的片。
在此葡萄糖化驗的實現(xiàn)中，生物貼片或生物手鐲可以更便利的包括一個預(yù)裝好的胰島素395的蓄液池，如圖18A和18C所示。在此，儲存在邏輯控制器190或信號處理器142中的軟件會交互的指導(dǎo)控制系統(tǒng)來釋放預(yù)定的量的胰島素。為了釋放胰島素，送液管可以帶有一個單向的可變形的制動片類型的閥門，上面已經(jīng)討論過這種閥門了。另外，一個塞子被用在這里來屏住蓄液池中的胰島素。這個塞子不能和液體接觸的時候會發(fā)生熔解，因為它要一直的屏住蓄液池中的胰島素直到得到控制系統(tǒng)釋放胰島素的指示為止。這里我們將由控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號送到塞子中，這種塑料塞子中有預(yù)固定的電阻材料，在收到電流之后，會熔化掉塞子。使用這種方法。蓄液池中的胰島素是以一種受控制的，定時的方法釋放的。計量釋放的液體和關(guān)閉通道或送液管也是可以做到的。劑量最好是由蓄液池的大小來控制，當(dāng)需要的時候，整個蓄液池的液體可以簡單的排空。各個蓄液池可以具有不同的體積，這樣需要的時候，控制系統(tǒng)會選擇正確的體積的蓄液池，并向其發(fā)出熔解電流。
繼續(xù)參照圖18A，光探測器層384包括胰島素蓄液池395，它可以預(yù)先裝好根據(jù)本發(fā)明的定時釋放方面所決定的量的胰島素。胰島素蓄液池395可以帶有一個預(yù)裝滿的蓄液池，也可以是分成幾個小的蓄液池，每個都跟據(jù)時間釋放應(yīng)用的要求具有預(yù)定的大小。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，從胰島素蓄液池395中釋放出一個預(yù)定劑量的胰島素，然后通過合適的流體回路被導(dǎo)入到供給柳葉刀、細(xì)管或微探針397，然后進(jìn)入用戶的血液中。圖18C是本發(fā)明的此方面的更詳細(xì)的示意圖。如圖所示，胰島素蓄液池395，此方法在上面與圖15B已經(jīng)一起描述過了。通過合適的流體供給回路，預(yù)定劑量的胰島素被傳給使用本裝置的用戶。邏輯控制器190可以帶有專家軟件來根據(jù)葡萄糖化驗的檢測結(jié)果來決定用戶的胰島素需求，并給予用戶正確的劑量的胰島素。對于那些本行的專家來說，很顯然的，與此所描述的裝置并不僅僅限于進(jìn)行葡萄糖測試和根據(jù)測試用來給予預(yù)定量的胰島素，還可以容易的應(yīng)用于許多不同的化驗及荷爾蒙或藥物的釋放治療中。
圖18B是完全組裝好的個人診斷裝置104帶有剖視圖部分顯示出圖18A所示的各個進(jìn)行小分子化驗的層的一個透視圖。在此視圖中，這里顯示了最小侵入細(xì)管、柳葉刀、或微探針159，血液計量腔304，胰島素蓄液池395，補給柳葉刀397，信號處理器142，控制器190，輸出視頻顯示器124，和單獨固定顯示結(jié)果窗126。
現(xiàn)在參考圖19A，這是一個橫截面的側(cè)視圖，顯示了血液計量腔304和生物適合的允許橫向流動的支撐物或膜386，它被分為三個部分，包括細(xì)胞分離片388、反應(yīng)片390和吸收片392。在小分子貼片的整個使用周期中，血液樣品由微探針159按照一定的時間間隔來提取。這里可以有多個收集點和/或多個如上所述的入口管道。而且如上所示，這里可以有多個微探針來提取血液到貼片的微流體回路中。為了能更清楚的解釋圖19A和19B，目前的化驗將描述為只有一個這樣的流體回路。
最好在每一個特定的時間間隔提取5到10微升的血液。微探針159最好涂有抗凝血劑來防止血液的凝結(jié)。微流體回路可以帶有一個具有可編程閥門的蓄液池來沖洗任何積聚在微探針尖上的舊血液，在下面或與圖20A和20B一起詳細(xì)描述。繼續(xù)參照圖19A，血液進(jìn)入計量腔304，當(dāng)血液達(dá)到某一需要或者預(yù)定的水平時，計量腔會被關(guān)閉。此流體回路可以使用夾管閥372來關(guān)閉。通過打開熔解塞374，計量過的血液被允許進(jìn)入細(xì)胞分離片388。
使用電化學(xué)探測方法，葡萄糖可以在計量蓄液池304直接由全血中測量，如圖18A中的層382所示意的，合適的電極放置在池304中和血液樣品相接觸來測量葡萄糖濃度。在這種情況下，葡萄糖氧化酶被預(yù)置到計量腔304中，這會在葡萄糖存在的情況下產(chǎn)生過氧化氫(H2O2)，這可以使用電化學(xué)方法來探測。
然而，如果使用光學(xué)探測方法(例如吸收，反射，投射)來進(jìn)行探測的話，一個細(xì)胞分離步驟可以包括進(jìn)來，如圖所示。在此實施例，細(xì)胞分離片388從血漿或血清中分離血紅細(xì)胞和白細(xì)胞。在一個典型的操作中，5-10微升的血液樣品被采集并被導(dǎo)入到細(xì)胞分離片388中。當(dāng)樣品穿過片388的時候，由纖維網(wǎng)絡(luò)材料制成的片388會減緩特定物質(zhì)的運動，這包括血液細(xì)胞，達(dá)到在樣品到達(dá)反應(yīng)片390前，部分的移除血液細(xì)胞的作用，如圖19A和19B所示。
所有葡萄糖反應(yīng)所需要的酶都被固定或預(yù)置在反應(yīng)片390中。關(guān)于葡萄糖化驗，反應(yīng)片包括葡萄糖氧化酶、過氧化物酶和一個可以在H2O2存在的情況下被過氧化物酶轉(zhuǎn)化為可探測的產(chǎn)物391的酶作用反應(yīng)物，如圖19B所示。此反應(yīng)在下面介紹。反應(yīng)片最好是有孔的、熔合的聚合物底層膜，其厚度(在完成流體穿透之后)為125微米，邊長大約1毫米。每個片的吸收體積最好是在1到2微升之間。
葡萄糖化驗
當(dāng)探測方法是光學(xué)時，微線發(fā)射器320被激活來向可探測的反應(yīng)產(chǎn)物391放出入射照明373，如圖19B所示。在入射能373和可探測的反應(yīng)物391發(fā)生光/物質(zhì)相互作用后，被改變了的電磁能被傳輸?shù)轿⒕€探測器322。然后進(jìn)行光學(xué)和/或影像分析來定量化上述化驗結(jié)果。在此使用電化學(xué)探測方法的替代實施例中，過氧化物酶和顯色酶反應(yīng)物被省略掉了。在這種情況下，產(chǎn)生的H2O2在白金電極上被氧化來產(chǎn)生與樣品葡萄糖濃度成比例的電流。
生成的過氧化氫的量或者通過一個顯色劑吸收，在被氧化的時候改變顏色，如圖19B所示或經(jīng)過電極的電化學(xué)力的變化，如圖18A所示來量化。小分子貼片中的邏輯控制器190帶有一個算法，當(dāng)分析物濃度低于預(yù)定的閾值或高于某一特定值時會產(chǎn)生嘟嘟聲，這樣病人就可以采取必要的措施。
此裝置可以容易的被用來和其它小分子一起使用，例如膽固醇、低密度脂蛋白或高密度脂蛋白和甘油三酸酯。例如，在一個總的血清膽固醇的化驗中，反應(yīng)片將包括膽固醇酯酶、膽固醇氧化酶、過氧化物酶和一個可以在H2O2存在的情況下被過氧化物酶轉(zhuǎn)化為可探測的產(chǎn)物391的酶作用反應(yīng)物。如果的方法是電化學(xué)探測方法，過氧化物酶和顯色酶反應(yīng)物被省略掉了，如上所討論的。
作為另外一個例子，小分子貼片可以用來測定血液樣品中的甘油三酸酯，在這種情況下，反應(yīng)片會包括脂肪酶，一種ATP源，甘油激酶，磷酸甘油氧化酶和磷酸甘油氧化酶來產(chǎn)生H2O2，還有上述各種在H2O2存在情況下產(chǎn)生可探測的反應(yīng)物的成分。
壓力監(jiān)視的實現(xiàn)和方法在日常生活中，人們遇到各種來源的壓力。壓力對綜合健康的有害效果已經(jīng)被很好的記載了。很多健康問題，例如心臟病，憂郁癥，精力不足，失眠和高血壓都和壓力相關(guān)。因此，發(fā)明者與此提出一種可以記錄用戶一天的壓力水平的個人診斷裝置。在一天結(jié)束的時候，用戶可以下載收集到的一天的用戶壓力信息分析，來發(fā)現(xiàn)在一天中的什么時候用戶面對最高的壓力水平。
在此實現(xiàn)中，個人壓力監(jiān)視裝置的用戶需要做一份書寫或聲音的一日活動的記錄。例如，簡單的記錄條目，象“起床，6:45am”；“做早餐，7:30am”；“送孩子去學(xué)校，8:00”；“會見老板，9:45am”；“和同事爭論，10:30am”；“午餐，中午到1:30pm”；“下午咖啡，3:15pm”；“從幼兒園接孩子，5:15pm”；“在健身房鍛煉，5:00到7:00pm”；“做晚餐，7:30pm”；“讓孩子睡覺，9:00pm”；“和配偶爭吵，9:30pm”；“做家庭理財，10:00to 11:15pm”；“看晚間電視，11:30pm”；“睡覺，12:15am”可以每天在醫(yī)生或其它健康看護(hù)人員的看護(hù)下進(jìn)行記錄。
使用這種方法，病人和醫(yī)生可以斷定哪種日常生活方式會導(dǎo)致最高的壓力水平。通過咨詢和醫(yī)療人員的干預(yù)，病人的生活方式可以改變或調(diào)整來避免那些會導(dǎo)致不健康的的壓力水平的活動。如果和配偶接觸的時候，壓力水平非常的高，建議進(jìn)行婚姻咨詢。如果壓力水平在與某個同事或老板一起時特別高的話，則雇員的公司可能附有使員工處于敵對的環(huán)境的責(zé)任，需要采用相關(guān)的補救措施。
許多人現(xiàn)在具有可以24小時通過電話或電子郵件聯(lián)系的私人醫(yī)生。下面描述的壓力貼片還可以帶有一個流體釋放蓄液池，它可以預(yù)置了某些處方藥，例如圖18A到18C所描述的胰島素蓄液池395。根據(jù)本方面的一個方法，如果壓力貼片的用戶需要藥，用戶就坐到它的個人電腦前點擊LifePatch的圖標(biāo)，如圖1所示。電腦和相關(guān)的軟件就通過射頻接收器114從個人診斷裝置104中下載儲存在其中的收集的當(dāng)日的壓力數(shù)據(jù)。壓力數(shù)據(jù)然后被傳遞到私人醫(yī)生那，他會決定病人所需要的藥品的劑量。醫(yī)生然后在他自己的電腦輸入命令并傳輸?shù)讲∪说碾娔X。病人的電腦然后發(fā)出一個命令給用戶的貼片來釋放合適的預(yù)置的劑量的處方藥。使用這種方法，危險的過量服藥和藥依賴性就可以得到避免。
根據(jù)使用本發(fā)明的另外一個方法，上述方法被修改為遠(yuǎn)程的控制臨床藥品測試的使用和劑量。藥的使用和劑量因此可以通過貼片而由醫(yī)生遠(yuǎn)程的控制，在醫(yī)生分析了下載的生物反饋信息之后。另外，醫(yī)生可以通過貼片和電腦遠(yuǎn)程的實時的監(jiān)視病人對藥物的的生物和生理學(xué)反應(yīng)。
以類似的方法，發(fā)明者于此提出本發(fā)明可以用來監(jiān)視和治療各種精神疾病，例如抑郁癥等。在應(yīng)用的時候，生物貼片實時的監(jiān)視病人的精神健康并在當(dāng)健康值超出正常范圍的時候報告給主治醫(yī)師或精神病醫(yī)生。在這種情況下，生物貼片或生物手鐲遠(yuǎn)程的報告給主治醫(yī)師或精神病醫(yī)生，他們就可以授權(quán)貼片來釋放一定劑量的反抑郁藥劑。根據(jù)本發(fā)明的此使用方法可以有利的應(yīng)用到其它精神失常中，例如需要使用重藥的精神分裂癥或偏執(zhí)狂。類似的，本發(fā)明的由醫(yī)生控制藥物釋放的方面可以被應(yīng)用于戒除可卡因和海洛因的毒品依賴。在一個本實施例的替代的實現(xiàn)中，用戶/電腦界面并不需要。替代的，在病人所處的家或醫(yī)院的環(huán)境中可以配備有遠(yuǎn)程的射頻接收器。此個人診斷裝置就根據(jù)本發(fā)明的此方面實現(xiàn)為連續(xù)的或間斷的傳輸信號。在此裝置傳輸匯報信號的時候，收集到的診斷信息就可以無線的傳輸給主治醫(yī)師，而不需要任何用戶/電腦的交互。
現(xiàn)在回到本發(fā)明的壓力貼片的實現(xiàn)，在本領(lǐng)域的專家都了解單身體處于壓力或激動的狀態(tài)時會由腎上腺產(chǎn)生荷爾蒙可體松并被釋放出來。因此，可體松得到了廣泛的關(guān)注，并被稱為“壓力荷爾蒙”?？墒沁@一荷爾蒙并不是簡單的壓力水平標(biāo)志，它對身體各個部位的功能都是必須的。過量或缺乏這種關(guān)鍵的荷爾蒙會導(dǎo)致各種生理癥狀或疾病狀態(tài)?？审w松已經(jīng)作為許多疾病例如庫欣病、慢性疲勞綜合癥和肌纖維痛——一種自身免疫混亂的生物標(biāo)志物被研究了?？审w松也被認(rèn)為和壓力水平是相關(guān)的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，唾液可體松的水平可以作為創(chuàng)傷后精神壓力混亂和行為混亂的生化標(biāo)志物。因此，測量體內(nèi)的可體松水平是一種重要的診斷工具——在臨床上和在一些壓力大的活動中。然而，身體中的可體松水平在一天中是波動的，在早上最高而在晚上最低。飲食攝入量和新陳代謝不平衡還可以導(dǎo)致進(jìn)一步的波動。為了辨別和允許這些不同的波動，就需要一種實時檢測可體松水平的裝置，并且不需要使用昂貴和麻煩的實驗室設(shè)備。因為臨床上的可體松顯著濃度的范圍非常小(例如大概12.5到800納克/毫升)，可體松濃度一般是用免疫化驗技術(shù)來測定的。
對于許多可體松的探測應(yīng)用來說，開發(fā)一種便攜的，半侵入的傳感器裝置，具有相對高的探測可體松的選擇性和敏感性，可以連續(xù)的實時監(jiān)視可體松水平的能力，是非常重要的。
鑒于以上提到的，發(fā)明者與此提出一種監(jiān)視壓力標(biāo)志物和指示劑如可體松的個人診斷裝置。此個人診斷裝置于此被稱作壓力貼片，它提供了一種快速，易行和自動的裝置和方法來定量化可體松，僅僅使用一個帶有個人電腦界面或者射頻計算機網(wǎng)絡(luò)界面的簡單的貼片或者手鐲。
下面轉(zhuǎn)到圖20A，這是一個根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的壓力貼片的主要流體樣品處理層的分解透視圖。這包括樣品采集層116，一個在此實施例中使用的單獨的結(jié)果照明層117，流體處理層118，結(jié)果檢測層178和蓄液池層379，這些層應(yīng)用于此來實現(xiàn)壓力監(jiān)視。如圖所示，樣品采集層116包括最小侵入細(xì)管，柳葉刀，或微探針159，他們可以穿透皮膚表面，從接近表皮的毛細(xì)血管中獲得血液樣品。在此個人診斷裝置的這個實施例中，微線發(fā)射器320被用做光源來照亮化驗結(jié)果，在此最好是作為一個單獨的結(jié)果照明層117來實現(xiàn)?；蛘?，應(yīng)用與此的微線發(fā)射器320可以和樣品采集層116集合在一起，象前面的實施例所討論的那樣。結(jié)果照明層117帶有蓄液池開口164，它和對應(yīng)的在柳葉刀或微探針159的排出端161形成的入口陣列166相對齊。使用這種方法，血液樣品可以穿過結(jié)果照明層117而進(jìn)入對應(yīng)的流體處理層118中的蓄液池開口164。蓄液池層379包括一個可選的洗滌緩沖液316，它是圖15A和15B所描述的類型，和一個藥劑釋放蓄液池389。結(jié)果檢測層178帶有微線探測器322，它是圖14A-14K中所描述的類型，并應(yīng)用于圖15A和18A所示的個裝置實施例中。
繼續(xù)參照圖20A，流體處理層118包括微流體回路227。此特別的實施例的微流體回路227帶有蓄液池開口164，抽取蓄液池或初始樣品收集腔394，血液計量腔304，血液分離區(qū)385，蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)399，抗體結(jié)合區(qū)401和捕獲區(qū)312。
樣品處理層118可以包括一個微流體回路227或者更好的包含多個微流體回路227，象這里的參照的兩個蓄液池開口164和他們對應(yīng)的流體通道168所示?；蛘?，裝置104可以包括多個樣品處理層118，每個具有單獨的或多個微流體回路227。使用這種方法，幾個血液樣品可以在不同時間提取，通過在第一流體通道168使用流體控制的方法，此方法請參照于圖13A到13E的描述。每一個單獨的血液樣品可以在單獨的微流體回路227中實時的處理。例如，裝置104可以包括24個微流體回路227，它們可以都形成和處于一個樣品處理層118中，或者每一個都處于一個單獨的樣品處理層118中，這樣，總共就有24個樣品處理層。應(yīng)當(dāng)理解，這24個流體回路最好是相互之間不流體連通?；蛘?，這24個微流體回路227可以以成對的形式或者三個一組，四個一組的形式，讓每一對或每一組處于一個單獨的處理層118中。然后各個層再組合在一起達(dá)到所需的功能。在這一特定的實施例中，每一個微流體回路227會和各自的上面討論過的柳葉刀159流體連通。血液取樣和流體控制與計時是由控制器142來控制的，與每一個柳葉刀159相關(guān)連的一個熔解塞可以定時激活來使各自的初步樣品收集腔394與對應(yīng)的柳葉刀159進(jìn)行流體交換，這樣柳葉刀就可以通過毛細(xì)作用定時的提取新鮮的血液樣品。這樣，使用24個流體回路227和24個對應(yīng)的柳葉刀159，用戶可以佩戴此裝置24小時，每個小時取樣一次血液樣品。
圖20A所示的微流體回路227包括蓄液池開口164，抽取蓄液池或初步樣品收集腔394，血液計量腔304，血液分離區(qū)385，蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)399，抗體結(jié)合區(qū)401和捕獲區(qū)312。在此實施例的某些實現(xiàn)中，血液分離區(qū)385，蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)399，抗體結(jié)合區(qū)401與捕獲區(qū)312可能合并為一個單獨的區(qū)域或者腔，此腔可以由幾個單獨的片或者片段組成的生物適合的運行橫向流動的支撐物或膜組成，也可以替代的由一個帶有分級的，每級用來處理不同的流體處理的允許橫向流動的載體組成，順序的來處理樣品。在圖.21A-21D中，血液分離區(qū)385，蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)399，抗體結(jié)合區(qū)401和捕獲區(qū)312組合成為一系列允許橫向流動的片，在下面會詳細(xì)描述。
如圖20A所示，微流體回路227帶有抽取蓄液池或初始樣品腔394。在此實施例中，抽取蓄液池394與一個熔解塞和出氣口相關(guān)。熔解塞是由處理器142和/或控制器190所控制的。在一個預(yù)先決定的時間，與抽取蓄液池394相關(guān)的熔解塞首先被激活，使與其相關(guān)的柳葉刀159處于流體交換，因此提取柳葉刀中從開始使用貼片到此流體回路227為控制器所需要的過程中所儲存的血液。在初始提取血液之后，抽取蓄液池就會被使用上面描述過的一種方法來實現(xiàn)流體不連通。使用這種方法，當(dāng)樣品收集腔394被控制器190激活后，一部分新鮮的具有實時或者用戶生物特征的血液通過毛細(xì)作用進(jìn)入計量腔304。對于那些本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)驗豐富的來說是很容易理解的，根據(jù)目前的公開，本發(fā)明的抽取蓄液池方面可以有利的利用的這里提到的任何一個實施例中，而且最宜與時間延遲樣品采集的方面的本發(fā)明相關(guān)的任何流體回路227。
如圖所示，蓄液池層379包括藥劑釋放蓄液池389。藥劑釋放蓄液池389可以預(yù)先裝好根據(jù)本發(fā)明的定時釋放方面所決定的量的處方藥。藥劑釋放蓄液池389可以帶有一個預(yù)裝滿的蓄液池，也可以是分成幾個小的蓄液池，每個都跟據(jù)時間釋放應(yīng)用的要求具有預(yù)定的大小。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，從藥劑釋放蓄液池389中釋放出一個預(yù)定劑量的處方藥，然后通過合適的流體回路被導(dǎo)入到供給柳葉刀、細(xì)管或微探針397，然后進(jìn)入用戶的血液中。與圖18C所示的實施例的胰島素蓄液池395類似，藥劑釋放蓄液池389帶有點膠嘴377，它在收到控制器142的命令后，會通過使用加熱元件326的方法打開，如前面所描述的。通過合適的流體供給回路，預(yù)定劑量的液體藥劑被傳給使用本裝置的用戶。邏輯控制器190可以帶有專家軟件來根據(jù)壓力化驗的檢測結(jié)果來決定用戶的藥物需求，并給予用戶正確的劑量的藥劑。對于那些本行的專家來說，很顯然的，與此所描述的裝置并不僅僅限于進(jìn)行壓力測試和根據(jù)測試用來給予預(yù)定量的液體藥劑，還可以容易的應(yīng)用于許多不同的化驗及荷爾蒙或藥物的釋放治療中。如上所述，藥物釋放是由醫(yī)生通過貼片/電腦/網(wǎng)絡(luò)/醫(yī)生通訊來管理的，而不是病人或貼片管理。
圖20B是完全組裝好的壓力貼片帶有剖視圖部分顯示出圖20A所示的各個根據(jù)本發(fā)明的某些方面進(jìn)行壓力分析的層的一個透視圖。更特別的，圖20B顯示了最小侵入細(xì)管，柳葉刀，或微探針159，補給細(xì)管或微探針397，蓄液池開口164，抽取蓄液池或初步樣品收集腔394，血液計量腔304，微線探測器322，可選洗滌緩沖液316，信號處理層186中的信號處理器142，邏輯和輸入輸出控制器層188中的控制器190，輸出視頻顯示器124，和單獨固定顯示結(jié)果窗126。
接下來參考圖21A，21B和21C，這是一系列圖20A和20B所示的進(jìn)行壓力分析的裝置的流體回路227的橫截面?zhèn)纫晥D，并顯示了樣品在流體回路227流動的過程。在此壓力貼片的實現(xiàn)中，血液樣品在壓力貼片的整個使用周期中由微探針159按照一定的時間間隔來提取。這里可以有獨個收集點和/或多個如上所述的入口管道和/或多個蓄液池。而且，這里可以有多個微探針159來提取血液到貼片的一個微流體回路227中。
下面特別參照圖21A，這顯示了一個可體松分析的流體回路。流體回路包括熔解閥324，344和350，制動壓力閥330，熔解閥332，初步樣品收集腔394，樣品計量腔304，帶有過濾材料342的出氣口340，和一個生物適合的分成不同部分的膜，包括細(xì)胞分離片388，蛋白質(zhì)捕獲和結(jié)合片396，反應(yīng)物片400，捕獲和樣品分析片402和吸收片392?；炐枰姆磻?yīng)物被預(yù)載到反應(yīng)片400。這些反應(yīng)物可以包括信號劑398，由微?；蛘吣繕?biāo)分子結(jié)合抗體構(gòu)成，例如特別結(jié)合可體松的抗體。具有可體松親和力的俘獲劑378置于分析片402中。俘獲劑378最好和分析片402綁定在一起，這樣當(dāng)目標(biāo)分子可體松通過分析片402并和俘獲劑378結(jié)合之后，它就被俘獲劑固定住來做分析。
最好在每一個特定的時間間隔提取10到30微升的血液。微探針159最好涂有抗凝血劑來防止血液的凝結(jié)。當(dāng)熔解塞324被打開后，微探針159中的血液進(jìn)入初步樣品收集腔394(圖21B)。以上這一步驟是用來沖洗在微探針針尖上積聚的舊血，從而提供新鮮的血液樣品來分析。下一步是打開第二熔解閥344允許新鮮的血液進(jìn)入計量腔304(圖.21B和21C)。當(dāng)樣品達(dá)到某一需要的體積時，通過關(guān)閉熔解閥332來使計量腔304關(guān)閉。在計量過樣品之后，第三熔解塞350被打開，計量的樣品進(jìn)入生物適合的膜(圖21D)，在這里，細(xì)胞在片388與樣品分來，而蛋白質(zhì)，特別使可體松結(jié)合蛋白質(zhì)，在片396中從樣品中移除。片396最好涂有蛋白質(zhì)俘獲劑來移除樣品中的特定蛋白質(zhì)。樣品繼續(xù)通過生物適合的膜中的反應(yīng)片400，在這里可體松410與信號劑398相結(jié)合。這一結(jié)合物就進(jìn)入分析片402，在這里俘獲劑與已經(jīng)附著了信號劑398的可體松410相結(jié)合。一束入射電磁輻射373穿過片402到達(dá)探測器322，探測器322可以測量到通過片402改變了的光。此壓力貼片的這個實施例中的光源320和探測器322最好是前面討論過的微線發(fā)射器和探測器?？审w松的存在和含量就可以通過比較入射光在進(jìn)入樣品之前和之后的強度區(qū)別，并和已知可體松濃度的樣品做比較來分析出來。
如上所述，血液或細(xì)胞分離是通過細(xì)胞分離片388進(jìn)行的，它會從血漿或血清中分離血紅細(xì)胞和白細(xì)胞。在一個典型的操作中，10-30微升的血液樣品通過毛細(xì)作用從收集細(xì)管進(jìn)入細(xì)胞分離片中。樣品穿過過濾器的時候，由纖維網(wǎng)絡(luò)材料制成的分離片388會減緩特定物質(zhì)的運動，這包括血液細(xì)胞，達(dá)到在樣品到達(dá)蛋白質(zhì)結(jié)合片396前，部分的移除血液細(xì)胞的作用。
在血清中存在幾種可體松結(jié)合蛋白質(zhì)，會干擾可體松免疫化驗。最常提到的干擾蛋白質(zhì)就是皮質(zhì)素轉(zhuǎn)運蛋白(TC)?？审w松化驗的第二步就是從結(jié)合的蛋白質(zhì)中移除這種蛋白質(zhì)，當(dāng)血漿或血清樣品通過毛細(xì)作用穿過蛋白質(zhì)結(jié)合片396的時候。蛋白質(zhì)結(jié)合片396由聯(lián)合片或這膜組成，在這里充滿了蛋白質(zhì)結(jié)合劑例如8-苯胺基-1-萘磺酸(ANS)；在低pH值的時候，它可以從血清可體松的內(nèi)在結(jié)合蛋白質(zhì)中釋放出可體松來。
因為可體松的臨床顯著濃度范圍非常小(例如12.5到800納克/毫升)，可體松的濃度通常是使用免疫化驗技術(shù)來進(jìn)行的。在一個上面描述三明治免疫化驗和相關(guān)方法的替代實施例中，化驗可以實現(xiàn)為預(yù)置的標(biāo)記可體松與樣品中的可體松在涂有抗體的分析片412表面的有限數(shù)目的結(jié)合點的競爭化驗。許多標(biāo)記和信號劑是已知的，而且可以被使用于本發(fā)明。微?？梢韵笄懊婷枋龅囊粯邮褂?，Gross的美國專利號3,940,475中進(jìn)行熒光免疫化驗(FIA)中的熒光材料也可以用作一個替代的信號劑。另外的替代信號劑包括和抗體或抗原相結(jié)合的酶標(biāo)記物，如在Schuurs等的美國專利號3,654,090中用來做酶免疫化驗(EIA)。在此使用的標(biāo)記物質(zhì)，追蹤物質(zhì)或者等價的物質(zhì)包括各種已知的標(biāo)記物。作為一個沒有限制的例子，酶標(biāo)記物，例如可以產(chǎn)生可探測信號的辣根過氧化物酶或堿磷酸酶可以用于進(jìn)行此化驗。
生物適合的膜最好是由聯(lián)合片或者膜帶組成，這些可以從市場上獲得。膜帶最好具有良好的釋放效率，這可以幫助標(biāo)記了的可體松進(jìn)入分析片。作為沒有限制的例子，吸水的聚醚砜可以用來達(dá)到這一目的。血清在這一層的運動會允許標(biāo)記的可體松進(jìn)入分析片。
如圖21A-21D所示，分析片402(硝化纖維或硼硅酸鹽紙型)充滿了或固定了針對可體松410的抗體俘獲劑378。作為沒有限制的例子，針對琥珀酸可體松(cortisol 21hemisuccinate)和可體松-3-羧甲基肟(cortisol 3carboxy methyloxime)聯(lián)合體培植的抗體血清被證明適合并被廣泛的用于不需要樣品提取的直接免疫化驗。抗體可以使用許多方法被固定在一個固體面上，這些方法包括共價偶聯(lián)、直接吸附、物理誘捕和附著到涂有蛋白質(zhì)的表面。關(guān)于本方法的參考文獻(xiàn)，請看Silman，I.H.and Katchalski，E.AnnualReview of Biochemistry，Vol.35，p.873(1966)；Melrose，G.J.H.，Review of Pure和Applied Chemistry，Vol.21，p.83，(1971)；和Cuatrecasas，P.and Anfinsen，C.B.，inMethod in Enzymology，Vol.22，(1971)。
在俘獲之后，分析片會被清洗來去處未結(jié)合的的信號劑和可體松。洗滌過程可以由連接蓄液池316和分析片的一個塞子的時控打開來啟動，如圖20A所示。在酶化驗實現(xiàn)中，信號劑是酶，和酶反應(yīng)產(chǎn)生可探測信號的現(xiàn)色酶反應(yīng)物可以與洗滌緩沖液相混合。洗滌緩沖液會洗提未結(jié)合的酶標(biāo)記可體松，同時允許結(jié)合酶催化酶作用物分裂。洗滌緩沖液會被排到吸收片中。
酶標(biāo)記的可體松的量可以通過光學(xué)探測(吸收，反射，透射，或熒光)方法來定量測量，這樣樣品中的可體松的濃度就可以算出?？梢允褂妙A(yù)先建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線來計算可體松的濃度。
運動表現(xiàn)監(jiān)視的實現(xiàn)和方法脫水，中暑或體溫過低的及時診斷對參加體育活動的運動員是十分關(guān)鍵的，因為這些情況有可能導(dǎo)致運動相關(guān)的虛脫，而虛脫是和過量運動導(dǎo)致的疾病與死亡是緊密相連的。兩個主要造成運動相關(guān)的虛脫的原因是運動引起的低鈉血癥和心臟紊亂，例如心率失常，心臟驟停和心肌缺血。
運動引起的低鈉血癥是由不正常的電解質(zhì)水平造成的，特別是下降的血漿中的鈉含量(＜136毫摩爾/升)。一些心臟紊亂是由不正常的乳酸濃度造成的。事實上，血液乳酸濃度在心肌缺血的診斷非常有用，在癥狀出現(xiàn)在三個小時之內(nèi)(Schmiechen，N.；Han，C.和Milzman，D.Ann Emerg Med 1997；30571-577)。另外，在危重病急救醫(yī)學(xué)中升高的乳酸值一般以為著組織缺氧。很多組織(例如腦，心，腎)的氧氣缺乏和疾病與死亡是非常相關(guān)的。因此，在很多重癥的情況下，升高的乳酸值需要快速的發(fā)現(xiàn)，一種氧氣缺乏的解釋和一種快速的治療方法。這樣，監(jiān)視乳酸和氧氣濃度對于那些出現(xiàn)運動相關(guān)的虛脫的運動員來防止急性心肌梗塞是非常有用的。
傳統(tǒng)的血液分析物監(jiān)視方法一般需要每次測試都提取血液樣品(例如，手指針試驗)，測定分析物得濃度需要特定得技術(shù)人員使用特定的診斷裝置。這在遠(yuǎn)離醫(yī)療器械的地區(qū)的體育活動中就成為了問題。因此，在野外或家庭測試領(lǐng)域，還是需要一種易用的分析測試儀器，特別使那些連續(xù)和/或自動的檢測是需要的情況。
下面參考圖22A，這是一個根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的運動貼片的主要流體樣品處理層的分解透視圖。這包括樣品采集層116，流體處理層118，包括電極414的結(jié)果檢測層178和另外一個流體處理層118，這些層應(yīng)用于此來實現(xiàn)運動表現(xiàn)監(jiān)視。如圖所示，樣品采集層116包括最小侵入細(xì)管，柳葉刀，或微探針159，他們可以穿透皮膚表面，從接近表皮的毛細(xì)血管中獲得血液樣品。每對電極414被分配給一個特定的分析腔412并與其對齊，如圖所示。
圖22A所示的微流體回路227包括蓄液池開口164，抽取蓄液池或初步樣品收集腔394，血液計量腔304和一系列分析腔412。樣品處理層118可以包括一個微流體回路227或者更好的包含多個微流體回路227?；蛘撸b置104可以包括多個樣品處理層118(如圖所示的第二個層118)，每個具有單獨的或多個微流體回路227。使用這種方法，幾個血液樣品可以在不同時間提取，通過在第一流體通道168使用流體控制的方法，此方法請參照于圖13A到13E的描述。每一個單獨的血液樣品可以在單獨的微流體回路227中實時的處理。
圖22B是完全組裝好的運動貼片帶有剖視圖部分顯示出圖22A所示的各個根據(jù)本發(fā)明的某些方面進(jìn)行運動表現(xiàn)分析的層的一個透視圖。更特別的，圖22B顯示了樣品采集層116中的最小侵入細(xì)管，柳葉刀，或微探針159，層118中的蓄液池開口164，抽取蓄液池或初步樣品收集腔394，結(jié)果檢測層178中的電極414，第二流體處理層118，信號處理層186中的信號處理器142，邏輯和輸入輸出控制器層188中的控制器190，輸出視頻顯示器124，和單獨固定顯示結(jié)果窗126。
圖.23A-23E是一系列橫截面?zhèn)纫晥D顯示樣品在運動表現(xiàn)貼片的流體回路227流動的過程，此后為了方便都稱為運動貼片。圖23A顯示了流體回路的典型部件，包括微探針159，第一熔解閥324，初步樣品收集腔394，第二熔解閥344，計量腔304，帶有過濾器342的出氣口340，第三熔解塞350，制動壓力閥330，分析腔412和電極414.
分析的第一步是沖洗在微探針針尖上積聚的舊血，從而提供新鮮的血液樣品來分析。這一步驟如圖23B所示，熔解塞324被打開，允許血液進(jìn)入初步樣品收集腔394。腔394將被通過關(guān)閉到腔294的通道中的熔解閥332而關(guān)閉(圖23C)。下一步是打開第二熔解閥344允許新鮮的血液進(jìn)入計量腔304。當(dāng)計量腔304中的血液達(dá)到預(yù)定的量的時候，流入腔304的血液會被關(guān)閉的熔解閥而切斷(圖23D)。然后第三熔解閥350被打開，允許樣品進(jìn)入分析腔412，如圖23D所示。樣品中的分析物的量是通過使用針對各種反應(yīng)物的合適電極，使用電化學(xué)的方法來測定的。這些分析物包括過氧化氫(H2O2)，氧氣(O2)，氯離子(Cl-)，鈉離子(Na+)和鉀離子(K+)，如圖23E所示。
更特別地，在此實現(xiàn)中，血液樣品在運動貼片的整個使用周期中由微探針159按照一定的時間間隔來提取。這里可以有獨個收集點和/或多個如上所述的入口管道和/或多個蓄液池。而且，這里可以有多個微探針159來提取血液到運動貼片的一個微流體回路227中。最好在每一個特定的時間間隔提取15到30微升的血液。微探針159最好涂有抗凝血劑來防止血液的凝結(jié)。微流體回路包括初步樣品收集腔或抽取蓄液池394，并帶有可編程的閥門來清洗聚集在微探針針尖的任何舊血。新鮮的血液樣品先進(jìn)入計量腔304然后分配到分析腔412。
如以上所述，如果探測分析物的是電化學(xué)方法方法，就不需要在分析前進(jìn)行血液分離。然而，如果使用光學(xué)探測方法(例如吸收，反射，投射)來進(jìn)行探測的話，一個血液分離步驟可以包括進(jìn)來。在這個替代實施例中，運動貼片的第一層回事一個血液或細(xì)胞的分離片，它可以從血漿或血清中分離出血紅細(xì)胞和白細(xì)胞，類似于圖21A到21D所描述的。在一個典型的操作中，15-30微升的血液樣品通過毛細(xì)作用從收集細(xì)管進(jìn)入細(xì)胞分離片中。樣品穿過分離片的時候，由纖維網(wǎng)絡(luò)材料制成的分離片388會減緩特定物質(zhì)的運動，這包括血液細(xì)胞，達(dá)到在樣品到達(dá)接下來的片之前，部分的移除血液細(xì)胞的作用。
如以上描述并參照圖23E，全血樣品進(jìn)入5個分析腔(以并列的方式放置)。用來定量分析乳酸的分析腔預(yù)置了各種下面的乳酸反應(yīng)圖所需的各種酶。對于乳酸化驗，分析腔可以包含乳酸氧化酶，過氧化物酶和一個可以在H2O2存在的情況下被過氧化物酶轉(zhuǎn)化為可探測的產(chǎn)物的酶作用反應(yīng)物。在此使用電化學(xué)探測方法的替代實施例中，過氧化物酶和現(xiàn)色酶反應(yīng)物被省略掉了。在這種情況下，產(chǎn)生的H2O2在白金電極上被氧化來產(chǎn)生與樣品乳酸濃度成比例的電流。下面是和此運動貼片相關(guān)的乳酸化驗反應(yīng)。
乳酸化驗
氧氣是通過電流方法來測定的。一個允許氧氣通過的膜使氧氣進(jìn)入一個內(nèi)部的電解質(zhì)溶液，然后在這里陰極發(fā)生還原反應(yīng)。氧還原電流使和溶解的氧氣密度成正比的。
氧氣電極被用來測量氧氣的濃度。氧氣電極的組成對此領(lǐng)域的專家是眾所周知的。一個典型的氧氣電極包括一個工作電極(陰極)，一個對電極(陽極)，電解液和允許氣體穿透的膜。電解液中溶解的氧氣穿過氣體通過膜和水與工作電極(陰極)上的氫氧化物離子(也就是)，并產(chǎn)生與溶解了的氧氣濃度成正比的電流，這樣通過測量電流，氧氣的濃度就可以被測定。
一個四氟乙烯/六氟乙烯共聚物(FEP)膜適宜用作這個透氣性膜，膜的厚度宜小于20微米。黃金電極，白金電極，炭電極和類似的電極可以用作工作電極(陰極)，類似的黃金電極，白金電極，炭電極和類似的電極也可以用作對電極(陽極)。另外，銀/銀氯電極適宜用于參照電極。氯化鉀的水溶液或者氫氧化鉀的水溶液或類似溶液可以被用作電解質(zhì)溶液。
鈉，鉀和氯是使用離子選擇性電極用電勢測定法來測定的。濃度可以使用測量到的電勢值并用能斯特方程計算出來。不同的離子由特定的離子選擇性電極來測量。如本方向的專家所知，離子選擇電極可以在市場上買到，是由組成不同的玻璃電極膜構(gòu)成的，對感興趣的離子有直接的選擇性。
一個計算機算法可以被包含在固件或者軟件中，這樣在分析物濃度低于或高于某一水平的時候，會法出嘟的一聲，使使用者可以采取必要的行動。運動貼片也可以在體育活動中實時的使用。這些體育活動可以包括普通人每日的健身房中的健身，或者專業(yè)運動員，例如馬拉松選手，游泳運動員，冰球運動員，棒球運動員，美式足球，足球運動員等進(jìn)行的專業(yè)的訓(xùn)練。
在健身俱樂部進(jìn)行日常的鍛煉的情況中，用戶可以監(jiān)視身體對各種鍛煉項目的反應(yīng)。通過健身教練的幫助，運動貼片的結(jié)果可以用來調(diào)整鍛煉項目和/或個人的日常飲食。使用這種方法，健康和健康保持的營養(yǎng)方面很好的結(jié)合在一起了，通過使用運動貼片。
在職業(yè)體育方面，運動貼片也可以類似的被使用。除此之外，此運動貼片可以象前面討論過的一樣配備射頻探測器和發(fā)射器。使用這種方法，教練員在比賽中可以使用線傳輸?shù)脑\斷信息來作出決定。例如，在職業(yè)冰球比賽中，隊員的替換是至關(guān)重要的。因此，發(fā)明者在此建議使用運動貼片監(jiān)視運動員在比賽中的表現(xiàn)水平。實時信息由體育場或者滑冰場傳遞給教練組。教練組就利用這些信息來作教練決定，例如更換冰球的全體隊員，籃球的美式足球或足球的換人等。運動貼片可以類似的在訓(xùn)練過程中使用。
老年看護(hù)監(jiān)視的實現(xiàn)和方法今日世界面對的一個主要挑戰(zhàn)是給我們?nèi)找胬淆g化的人口提供醫(yī)療保健。不僅更多的人會達(dá)到65歲退休年齡，而且他們會活得更長。與長壽而來的是很多慢性疾病，例如心臟并，腎病和糖尿病，他們影響了一個人的獨立性。為老年人提供經(jīng)濟(jì)的醫(yī)療保健因此變得越來越緊迫。
實時的測量心臟生化標(biāo)志物對于心臟疾病的診斷是非常關(guān)鍵的。另外，有腎病的病人有很高的風(fēng)險發(fā)展為心臟病。因此，早期對腎功能衰弱的診斷和干預(yù)可以改善病人的狀況。血清肌氨酸酐的測量可以用來探測腎功能減弱。貧血已知會影響80％有腎功能減弱的病人，會帶來生命弱化和早死。血紅蛋白的測量可以用來監(jiān)視貧血的狀態(tài)。
傳統(tǒng)上，對以上的血液分析物進(jìn)行定量分析一般需要病人由專門的醫(yī)療設(shè)備來提取血液，病由專業(yè)的技術(shù)人員使用特定的診斷裝置進(jìn)行分析。然而，與此測量方法相關(guān)的不舒服和不方便，使病人遵從醫(yī)囑的效果很差，最終導(dǎo)致不及時的診斷和治療。
因此，在家庭測試領(lǐng)域，還是需要一種易用的分析測試儀器，特別使那些連續(xù)和/或自動的檢測是需要的情況。
參照以上，發(fā)明者與此提出一種監(jiān)視心臟，腎和貧血標(biāo)記物的個人診斷裝置，在此被稱作老年看護(hù)貼片。在此提出的老年看護(hù)貼片允許對心臟標(biāo)記物(肌酸激酶同工酶CK-MB，肌鈣蛋白Tnl和肌球素)，腎標(biāo)記物(肌氨酸酐)和貧血標(biāo)記物(總血紅蛋白)的測量。老年看護(hù)貼片因此提供了一種快速，簡單的裝置和方法來做分析物檢測，只需要使用一種簡單的貼片或手鐲，其具有個人電腦或者無線界面，更可以在一種只能家庭環(huán)境中，可以和職業(yè)健康看護(hù)者進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。
下面參考圖24A，這是一個根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的老年看護(hù)貼片的主要流體樣品處理層和探測層的分解透視圖。這包括帶有光源320的樣品采集層116，流體處理層118和包括探測器322的結(jié)果檢測層178，這些層與此用來實現(xiàn)老年看護(hù)監(jiān)視。如圖所示，樣品采集層116包括最小侵入細(xì)管，柳葉刀，或微探針159，他們可以穿透皮膚表面，從接近表皮的毛細(xì)血管中獲得血液樣品。圖24A所示的流體回路包括蓄液池開口164，長方形的血液計量腔304和三個分析腔412。在此特定的實施例中，光源320實現(xiàn)為微線發(fā)射器，而探測器322則實現(xiàn)為對應(yīng)的微線探測器。
圖24B是完全組裝好的老年看護(hù)貼片帶有剖視圖部分顯示出圖24A所示的各個根據(jù)本發(fā)明的另外某些方面進(jìn)行老年看護(hù)監(jiān)視的層的一個透視圖。更特別的，圖24B顯示了樣品采集層116中的最小侵入細(xì)管，柳葉刀或微探針159，流體處理層118中的蓄液池開口164和分析腔412，結(jié)果檢測層178中的微線探測器322，信號處理層186中的信號處理器142，邏輯和輸入輸出控制器層188中的控制器190，輸出視頻顯示器124和單獨固定顯示結(jié)果窗126。
圖.25A-25D是一系列橫截面?zhèn)纫晥D顯示了樣品在圖24A和24B所示的進(jìn)行老年病人監(jiān)視的老年看護(hù)貼片中的流體處理回路中流動的過程。參考圖25A，這是進(jìn)行CK-MB，Troponin-I(Tn-I)，肌球素，肌氨酸酐，和血紅蛋白分析的流體回路。此處的流體回路包括微探針159，第一熔解塞324，熔解閥332，計量腔304，帶有過濾器342的出氣口340，第二熔解閥344，第一分析膜416，第二分析膜418和。第一分析膜416用來做血紅蛋白分析，第二分析膜418用來做肌氨酸酐分析，而第三分析膜420用來做心臟標(biāo)記物分析。各種進(jìn)行探測和定量測試的化驗和方法將在下面詳細(xì)描述。
下面移到圖25B，塞子324被打開從而允許血液進(jìn)入計量腔304。一旦腔中的血液達(dá)到預(yù)定的體積，閥門332將被關(guān)閉(圖25C)。然后第二熔解閥344被打開，允許血液樣品進(jìn)入分析膜416，418和420。圖25D接下來顯示了上面提到的各種分析物的處理和分析的步驟。
血紅蛋白分析實在膜316中進(jìn)行的，在這里血紅細(xì)胞在血紅細(xì)胞溶解片中溶解并釋放出血紅蛋白。包含有血紅蛋白樣品然后就進(jìn)入臨近的分析和反應(yīng)片，在那里，預(yù)置的反應(yīng)物與血紅蛋白相反應(yīng)生成可探測信號422。入射的電磁能量373就穿過分析片進(jìn)入光探測器322。分析光探測器322探測到的光的強度就可以決定樣品中的血紅蛋白濃度。
肌氨酸酐分析是在膜418中進(jìn)行的，在這里細(xì)胞在分離片中從血液樣品中分離出來，然后血清進(jìn)入反應(yīng)或者分析片，在那里預(yù)置的反應(yīng)物與肌氨酸酐進(jìn)行一系列反應(yīng)產(chǎn)生可探測的產(chǎn)物422。這些反應(yīng)的細(xì)節(jié)將在下面討論。肌氨酸酐的量然后可以通過光探測器的信號探測來計算出來。
繼續(xù)參照圖25D，心臟標(biāo)記物化驗是在膜420中進(jìn)行，在這里血漿在樣品穿過血液分離片時從樣品中的細(xì)胞分離出來。血液分離片最好是具有合適孔徑的篩子或濾網(wǎng)，防止細(xì)胞的通過。包含各種心臟標(biāo)記物分析物的血清然后就進(jìn)入標(biāo)記區(qū)，那里含有各種類型的針對各種分析物的信號劑。這些不同的信號劑可以包含一個結(jié)合半，它對各自的分析物具有特定的親和力。例如，第一信號劑可以是一種附著到一種會結(jié)合CK-MB的抗體的熒光微粒，第二信號劑可以是一種附著到一種會結(jié)合Tnl抗體的不透明微粒，而第三信號劑可以是一個附著了會結(jié)合肌球素抗體的紅外吸收微粒。在樣品流過標(biāo)記區(qū)時，各分析物會為各自的信號劑所標(biāo)記。膜420包括一系列的分析片，每個都包含對一種分析物的特定結(jié)合劑。例如，第一分析片可以包含針對CK-MB的捕獲抗體，針對Tnl的第二捕獲抗體和針對肌球素的第三捕獲抗體。這樣標(biāo)記的樣品通過各個分析和反應(yīng)片時，各標(biāo)記的分析物會與其各自的捕獲劑相結(jié)合。使用這種方法，各分析物的濃度就可以一通過分析各反應(yīng)區(qū)中的信號劑的濃度來測定。正像那象那些本領(lǐng)域的專家看到這個公開會問的，對于各個分析片，我們需要使用不同的光源。熒光微粒需要一種特定波長的光源來激發(fā)微粒的熒光標(biāo)記，并需要特定的光探測器來探測由熒光微粒放出的特定波長。而紅外微粒因此需要一種紅外光源，而不透明微粒需要另外的合適的光源。如圖17B所示，微線探測器可以實現(xiàn)為不同半徑的半導(dǎo)體微線，每根發(fā)出一種特定波長的光。任何需要的密度，大小，半徑和波長都可以達(dá)到。微線發(fā)射器320可以以類似的方法構(gòu)造，和對應(yīng)的微線探測器組合，以達(dá)到需要的結(jié)果。
下面是可能用在上面提到的本發(fā)明的老年看護(hù)貼片的反應(yīng)和探測系統(tǒng)的詳細(xì)介紹。
A.心臟標(biāo)記物CK-MB，Tnl和肌球素的定量分析針對感興趣的心臟標(biāo)記物第一抗體充滿標(biāo)記區(qū)或者聯(lián)合釋放片，此抗體具有獨特的信號標(biāo)記(有色的膠乳粒子或熒光標(biāo)記或酶標(biāo)記)。分析片中的捕獲抗體可以產(chǎn)生于活的有機體內(nèi)或在試管中。生產(chǎn)抗體的方法對本領(lǐng)域的專家是眾所周知的。請參照AntibodyProductionEssential Techniques，Peter Delves(Ed.)，John Wiley & Son Ltd，ISBN0471970107(1997)?；蛘撸贵w可以通過市場購買來獲得?？贵w可以使用許多方法被固定在一個固體面上，這些方法包括共價偶聯(lián)、直接吸附、物理誘捕和附著到涂有蛋白質(zhì)的表面。
心臟標(biāo)記物會結(jié)合到樣品層中的第一抗體。血清的運動會使分析物抗體結(jié)合體進(jìn)入分析片。
充滿分析片(硝化纖維或硼硅酸鹽紙型)的是捕獲抗體，通常以帶狀結(jié)構(gòu)耦合到分析片上形成捕獲區(qū)。捕獲抗體捕獲標(biāo)記了的分析物。分析物的存在在捕獲區(qū)產(chǎn)生了一個可探測的線或帶，并產(chǎn)生一個信號(熒光或者顏色)。過量的標(biāo)記抗體可以繼續(xù)在固體面上移動并被固定的抗體所俘獲，產(chǎn)生第二信號帶。這可以作為一種內(nèi)部的質(zhì)量控制來確定此裝置是否工作正常。
B.肌氨酸酐的定量分析下一部分介紹了用于本發(fā)明的老年看護(hù)貼片的肌氨酸酐的定量分析及化驗。
肌氨酸酐化驗
反應(yīng)區(qū)在反應(yīng)膜中充滿了各種肌氨酸酐反應(yīng)所需的酶。對于肌氨酸酐化驗，反應(yīng)片包括肌酸酐酶，肌酸酶，肌氨酸氧化酶，過氧化物酶和酶作用反應(yīng)物，它在H2O2存在的情況下，會被過氧化物酶轉(zhuǎn)化為可探測的反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)片最好是有孔的、熔合的聚合物底層膜，其厚度(在完成流體穿透之后)為125微米，邊長大約1毫米。每個片的吸收體積最好是在5到10微升之間。
肌氨酸酐定量分析在反應(yīng)區(qū)的末端是分析區(qū)，在這里生成的過氧化氫通過顯色劑吸收而被氧化改變顏色而被定量化了。
一個計算機算法可以被包含在固件或者軟件中，這樣在分析物濃度低于或高于某一水平的時候，會法出嘟的一聲，使病人可以采取必要的行動。除此之外，各種藥品，荷爾蒙，或其它液體治療都可以由此老年看護(hù)貼片的時間緩釋方面進(jìn)行監(jiān)督。
C.總血紅蛋白的定量分析血紅蛋白化驗是用來探測貧血的。貧血已知會影響80％有腎功能減弱的病人，會帶來生命弱化和早死。
血紅蛋白濃度的測量可以使用氰變性血紅蛋白法。使用這一方法，一個血紅細(xì)胞溶解劑被用來在血紅細(xì)胞溶解片中溶解血紅細(xì)胞。一些血紅細(xì)胞溶解反應(yīng)物和方法已經(jīng)為以前一些科學(xué)刊物及專利所描述，例如，美國專利號3,874,852；4,286,963；4,346,018；4,485,175；4,528,274；4,751,179；和5,731,206。細(xì)胞溶解反應(yīng)物可以由市場上獲得。血紅細(xì)胞溶解片還可以包括一個非離子表面活性劑來減少紅細(xì)胞膜所造成的混亂。釋放出的血紅蛋白在反應(yīng)片中為氧化劑所氧化，氧化劑包括鐵氰化鉀，來產(chǎn)生高鐵血紅蛋白。之后，氰離子結(jié)合到高鐵血紅蛋白來形成氰變性血紅蛋白(HiCN)，這就產(chǎn)生了一個穩(wěn)定的血紅蛋白測量樣品。氰變性血紅蛋白樣品的吸收是在預(yù)定波長下測量的。這一方法在世界范圍內(nèi)被接受為標(biāo)準(zhǔn)的檢測血紅蛋白濃度的方法。
對于血紅蛋白化驗，反應(yīng)片包括氰鐵化鉀，。在一個堿性環(huán)境中，氰鐵化鉀氧化血紅蛋白生成其衍生物。接下來與氰化鉀的反應(yīng)產(chǎn)生更穩(wěn)定的氰變性血紅蛋白，它的最大吸收波長是540納米。
在反應(yīng)區(qū)的末端是分析區(qū)，在這里有色產(chǎn)物的量被定量化。探測器測量反射或入射光在進(jìn)入血液前后的變化來測定總的血紅蛋白。
一個計算機算法可以被包含在固件或者軟件中，這樣在分析物濃度低于或高于某一水平的時候，會法出嘟的一聲，使病人可以采取必要的行動。
在本發(fā)明這一特定的實施例中，老年看護(hù)貼片或手鐲可以更加配備有和病人的智能家庭環(huán)境無線連接的聲音激活或聲音識別貼片子系統(tǒng)。因此根據(jù)另一種本發(fā)明的使用方法，如果帶有這一貼片的病人生活在一個退休社區(qū)中，此退休社區(qū)可以遙感的實時輸出所有社區(qū)中的用戶的信息，發(fā)明者可以預(yù)期，當(dāng)病人有某種不正常的健康狀況時，用戶只需要大聲說，例如“打911”。老年看護(hù)貼片就收到這一聲音命令，并通過與老人看護(hù)智能家庭環(huán)境的無線界面來撥打911，根部本發(fā)明的這些方面。根據(jù)本方法的其它步驟，主治醫(yī)師會很快的得到通知，病人重要的信息就實時的通過鐵派那傳給醫(yī)院，醫(yī)生的辦公室，和/或派往病人地點的救護(hù)車中的護(hù)理人員。老年看護(hù)貼片還可以具有更多的功能，此裝置更可以配有GPS定位器，這樣當(dāng)用武無法和醫(yī)療人員溝通它的位置的時候，他的位置可以有GPS定位器獲得，然后無線的傳輸給智能家庭環(huán)境以及與之相連的任何網(wǎng)絡(luò)。
總結(jié)方面和應(yīng)用發(fā)明者與此可以預(yù)期，本發(fā)明的某些方面可以實現(xiàn)于精神健康以及腦與認(rèn)知科學(xué)相關(guān)的個人診斷裝置中。在本發(fā)明的申請中，發(fā)明者預(yù)期一種可以監(jiān)視腦活動與功能和/或用戶神經(jīng)系統(tǒng)中的相關(guān)信號的生物貼片或生物手鐲。
當(dāng)病人覺得恐懼，傷感，或抑郁的時候，探測純生理血的參數(shù)例如血壓，心跳頻率這些和精神狀態(tài)相關(guān)的可以由于此公布的貼片科技來進(jìn)行。除此之外，發(fā)明者與此提出可能由生物貼片和生物手鐲探測到的精神過程的模式和神經(jīng)反應(yīng)可以和探測到的生物和生理學(xué)的參數(shù)一起使用，來更全面的處理病人。
加州大學(xué)爾灣分校(UCI)的腦工程實驗室的目標(biāo)是對大腦，其機能，運作和行為獲得基本的了解。關(guān)于大腦的信息目前呈現(xiàn)爆炸性的增長，這來自于很廣的領(lǐng)域包括神經(jīng)界片學(xué)，生理學(xué)，生物化學(xué)和生物習(xí)性，另外還有由數(shù)學(xué)，計算機科學(xué)和工程學(xué)所帶來的解釋這大量數(shù)據(jù)的信息。UCI實驗室和其它人在詳細(xì)的研究實際大腦區(qū)域的功能，并利用這爆炸性增長的新數(shù)據(jù)以及日益成長的神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域的新視點。
UCI的研究者發(fā)現(xiàn)了之前被忽略的腦電路的解剖線圖和生理運行機制的細(xì)節(jié)，這說明腦電路的強大算法大大與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同，而且從生理學(xué)與神經(jīng)科學(xué)的研究來說，顯得也是沒有料到的。例如，UCI關(guān)于大腦皮層進(jìn)行聚類分析的非常復(fù)雜任務(wù)的模型。請參照，Ambros-Ingerson，J.，Granger，R.，和Lynch，G.(1990)；Simulation of PaleocortexPerforms Hierarchical Clustering，Science vol.247，pgs1344-1348.
由大腦各個區(qū)域推導(dǎo)出的UCI算法被發(fā)現(xiàn)非常的有效，并可以應(yīng)用到許多的實際問題中。一個從UCI大腦皮層模型反展出的硬件和軟件系統(tǒng)已經(jīng)被用來做普通和早期阿爾茨海默氏癥腦電圖數(shù)據(jù)分析，并具有幫助臨床早期診斷阿爾茨海默氏癥的潛能。請參照，Benvenuto，J.，Jin，Y.，Casale，M.，Lynch，G.，Granger，R.(2002)，Identification ofDiagnostic Evoked Response Potential Segments in Alzheimer1s Disease，Exper.Neurology，176269-276；和Granger，R.(2001)，Method and Computer ProgramProduct for Assessing Neurological Conditions and Treatments using EvokedResponse Potentials，美國專利號6,223,074。
在麻省理工學(xué)院(MIT)，腦和認(rèn)知科學(xué)系的研究者在探測怎樣使用細(xì)胞和分子神經(jīng)生物學(xué)來從最基本的層面了解大腦，他們是通過檢查神經(jīng)系統(tǒng)的基本元素來進(jìn)行的。他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元膜的復(fù)雜分子系統(tǒng)和電勢動力學(xué)的相互影響對于理解突觸結(jié)點是至關(guān)重要的，突觸結(jié)點就是神經(jīng)元互相通信的地方。這些新的理解可以有利的利用于此處公開的發(fā)明。
因此，參照目前在認(rèn)知和腦科學(xué)領(lǐng)域的在一些領(lǐng)先的研究所進(jìn)行的一些基礎(chǔ)研究和試驗，例如UCI和MIT的工作，發(fā)明者與此預(yù)期一種在此提到的生物片和生物手在精神健康和腦科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，這還沒有被任何此相關(guān)領(lǐng)域的研究者所預(yù)期。例如，發(fā)明者與此預(yù)期，一旦大腦的信號被很好的理解了，一個包括探測這些信號的本發(fā)明就可以把信號通過無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)為有用的結(jié)果，象上面與力片，可控藥物釋放貼片和老年看護(hù)貼片一起描述的一樣。
所有本文提到的專利，專利申請，和其它提到的，應(yīng)用的，或參照的出版物，如果沒有被特別的包括與此，請看作他們以對他們?nèi)牡闹苯拥囊玫姆绞桨诒疚闹小?br> 雖然本發(fā)明與它的一些優(yōu)選實施例一起進(jìn)行的詳細(xì)描述，我們需要理解，本發(fā)明并不只限于這些實施例。更確切的說，關(guān)于本公開，它描述了實現(xiàn)本發(fā)明的目前最好的模式，而許多修正和變化對本領(lǐng)域的專家來說是很直接的，并不需要背離本發(fā)明的范圍和精神。例如，生物貼片的實現(xiàn)可以制成和身體任何表面區(qū)域相一致，并不局限于長方形的形狀和使用于手腕區(qū)域。任何不同的大小和形狀的構(gòu)造都可以使用。生物貼片還可以具有預(yù)定的輪廓來促進(jìn)吸附身體的表面，例如，用于下背部，下頸部，肩膀，胸口或頭顱。類似的，選多但測的層和層部件，例如流體回路，處理器和控制器，洗滌緩沖液蓄液池，藥物或荷爾蒙釋放蓄液池，閥門，流體通道，探測器，發(fā)射器，電極等，并部局限于圖中所示的布置和位置，他們可以置于任何合適的層活和結(jié)合成一個單獨的層來達(dá)到所需要的功能和結(jié)果。
本發(fā)明的范圍，是由下面的權(quán)利要求書所指出而不是由前面的說明所限定。任何對于權(quán)利要求的等價意義上的改變、修正，或變化都被認(rèn)為是在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.個人診斷裝置，包括用來從用戶采集流體樣品的樣品采集層；處理從用戶獲得的流體樣品的流體樣品層，該流體樣品層與所述樣品采集層處于流體交換中；探測由所述流體樣品處理后得到的診斷結(jié)果的構(gòu)件；和顯示所述診斷結(jié)果的構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，它還包括至少一個含有壓縮氣體的腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，它還包括至少一個真空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，它還包括疏水性表面來減弱流體的流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，它還包括親水表面來促進(jìn)流體流動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，它還包括揚聲器來給該用戶提供反饋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，它還包括一個邏輯處理系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，還在所述邏輯處理系統(tǒng)中包含一個互聯(lián)網(wǎng)地址。
9.個人診斷裝置，包括可以從用戶周圍環(huán)境采集空氣樣品的空氣樣品采集構(gòu)件；用來測量空氣樣品中至少一種特定污染物的構(gòu)件；用來從用戶獲得流體樣品的流體樣品采集層；用來處理所述從用戶獲得的流體樣品的流體樣品層，它和所述樣品采集層保持流體交換；用來探測從所述流體樣品處理的檢驗結(jié)果的探測器；和和顯示器件用來顯示所述測試結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，它還包括帶有TCP/IP的邏輯處理系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，它還包括發(fā)送器和接收器一起來提供所述用戶位置的遙感信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，它還包括用來處理所述探測器探測到的所述診斷結(jié)果的處理器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，其處理器根據(jù)用戶的醫(yī)療狀態(tài)產(chǎn)生輸出信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，它還包括內(nèi)存來存儲所述輸出信息。
15.一種使用個人診斷裝置的方法，該方法步驟包括對用戶使用某一個個人診斷裝置；允許所述個人診斷裝置從用戶獲得生物樣品；在個人診斷裝置中處理生物樣品來獲得用戶的醫(yī)療和健康信息；將所述信息傳送到接受設(shè)備；和顯示和所述醫(yī)療信息相關(guān)的輸出結(jié)果。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法，還可包括將輸出信息在所述傳送步驟進(jìn)行前先保存到所述個人診斷裝置中的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法，其中所述接受裝置是所述個人診斷裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法，其中所述接受裝置是個人電腦。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法，其中所述接受裝置連接到一個通訊網(wǎng)絡(luò)中。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法，其中生物樣品是血液。
全文摘要
此個人診斷裝置包括診斷貼片(生物貼片)和交互醫(yī)療手鐲(生物手鐲)，其帶有一個皮膚/貼片界面，至少一個分析層，一個信號處理層和一個用戶輸出界面。此交互式診斷裝置的實施例可以包括微流體回路，其包含反應(yīng)腔，分析腔，混合腔及各種進(jìn)行各種透皮的血液或汗的測試的預(yù)置的化學(xué)試劑或反應(yīng)物。流體回路的樣品收集腔可以包括刺入皮膚表面通過接近表皮的毛細(xì)血管獲得血液樣品的最小侵入細(xì)管。個人診斷裝置替代實現(xiàn)可以配備由邏輯處理，輸入/輸出裝置，聲學(xué)麥克風(fēng)，低溫回路，嵌入式處理器，電子控制電路和電池電源或用電能的光電源。
文檔編號B01L3/00GK1874720SQ200480032076
公開日2006年12月6日 申請日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者B·C·范, A·A·帕, R·M·巴倫西亞, D·博勒拉 申請人:生命修復(fù)國際股份有限公司