專(zhuān)利名稱(chēng)：個(gè)人診斷裝置和相關(guān)方法
個(gè)人診斷裝置和相關(guān)方法
本申請(qǐng)是2004.09.02提交的CN200480032076.7，題為“個(gè)人診斷裝置和相關(guān)方法”的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域
此項(xiàng)發(fā)明總體上和個(gè)人診斷裝置例如皮膚貼片或者診斷手鐲相關(guān)，特別地說(shuō)， 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(shuō)，這項(xiàng)發(fā)明是與具有一個(gè)皮 膚/貼片界面、并至少有一個(gè)分析處理層和用戶(hù)輸入和/或用戶(hù)輸出界面的交互式粘性皮 膚貼片和個(gè)人診斷手鐲相關(guān)的。
背景技術(shù)：
在此之前，典型的皮膚貼片主要是用于人體的一種被動(dòng)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(guò)控制暈海寧(Dramamine)的使用劑量來(lái)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(jī)， 超聲波裝置，可以綜合平行的X射線斷層攝影來(lái)產(chǎn)生物體的三維模型的計(jì)算機(jī)層析X射 線攝影儀(CAT)，通過(guò)記載心臟的電信號(hào)來(lái)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.BerKn對(duì)相關(guān)的技術(shù) 有很大的貢獻(xiàn)。Sarassi等在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?003/0229276中公開(kāi)的裝置是對(duì)這樣的貢獻(xiàn) 的很好的說(shuō)明。這一專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種具有微處理器用來(lái)監(jiān)視血液成份的裝置。在 一種實(shí)現(xiàn)中，這個(gè)裝置包含一個(gè)可以在血液的某種成份低于某一預(yù)先決定的水平時(shí)自動(dòng) 觸發(fā)的警報(bào)器。在其它的實(shí)現(xiàn)中，這個(gè)裝置可能包含一個(gè)顯示器件，可以顯示輸出的信 號(hào)或者攜帶者得健康狀態(tài)。Sarassi的裝置可以放置在一個(gè)和皮膚表面附著的儀器盒中。 這個(gè)裝置還可以包含一個(gè)光源，例如一個(gè)發(fā)光二極管(LED)。
美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?002/0004640 (Conn等)中公開(kāi)了一種測(cè)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(gè)裝置中包含有用在皮膚上的傳感器。在這個(gè)裝 置的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)中，分析物是通過(guò)離子泳的方法來(lái)提取。通過(guò)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(cè)產(chǎn)物，這樣分析物就被檢測(cè)到了。此項(xiàng)發(fā)明也使 用了微處理器。
在授權(quán)給Stuart Berlin的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,585,646的公開(kāi)里，介紹和討論了一種皮膚 貼片，這種皮膚貼片可以用來(lái)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(gè)實(shí)施例中，BerKn貼片包含單克隆抗體或者其 它化合物，它們?cè)诤吞囟ǖ纳飿?biāo)記反應(yīng)之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可見(jiàn)的信號(hào)。在另外的一個(gè)實(shí) 施例中使用了 一個(gè)電子傳感器。
在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,251,083 (Yum等人)中公開(kāi)了一種用于體液分析的一次性貼片。這個(gè)貼片包括一個(gè)皮膚界面層，界面層里有一個(gè)用來(lái)附著皮膚的附件，許多測(cè)試區(qū)域， 和一個(gè)指示劑系統(tǒng)，指示劑系統(tǒng)是利用分光光度的變化來(lái)檢測(cè)被測(cè)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(guó)專(zhuān)利號(hào)5,443,080 (D’ Angelo等人)中公開(kāi)了一種帶有一個(gè)有皮膚界面膜 層、一個(gè)化學(xué)反應(yīng)物層、一個(gè)顯示色彩反應(yīng)的指示器、和一個(gè)電光解釋器的裝置。
在由Peek發(fā)表的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,821,733中公開(kāi)了一種皮膚檢測(cè)系統(tǒng)，它可以檢測(cè) 移動(dòng)到皮膚表面的目標(biāo)物質(zhì)。用一個(gè)附著構(gòu)件用來(lái)把系統(tǒng)附在皮膚表面。探測(cè)到的信 號(hào)能以顏色變化的形式來(lái)產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，這一系統(tǒng)用來(lái)在皮膚的表面上發(fā)現(xiàn)乙
在Berner等發(fā)表的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?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(shí)，可以測(cè)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(guò)皮膚來(lái)提取的。該裝置還包含一個(gè)用來(lái)獲得可探測(cè)的 特定分析物的信號(hào)傳感構(gòu)件，和一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多測(cè)量周期的微處理器。
由Phillips發(fā)表的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,732,153中公開(kāi)了一種劑量計(jì)，它是被附在皮膚上 來(lái)收集皮膚表面的物質(zhì)。當(dāng)收集的物質(zhì)和存儲(chǔ)在貼片中的化合物發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候，這個(gè) 裝置可以產(chǎn)生一種可觀測(cè)到的顏色變化?；?yàn)就可以在皮膚劑量計(jì)中進(jìn)行。
作為一個(gè)在此提到的技術(shù)貢獻(xiàn)的例子，在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?002/0099308中公 開(kāi)(Bojan等)了一個(gè)多層設(shè)備，這個(gè)設(shè)備可以收集和檢測(cè)間質(zhì)流體中的被檢測(cè)物。這 個(gè)設(shè)備包括一個(gè)皮膚接觸層和用來(lái)探測(cè)或測(cè)量分析物的一個(gè)探測(cè)層。一個(gè)光源被用來(lái) 透過(guò)皮膚吸取間質(zhì)流體。在授予Long等的美國(guó)專(zhuān)利權(quán)號(hào)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(huì)改變顏色，另外，在歐洲專(zhuān)利號(hào) U62559 (Deigner等)中也公開(kāi)了一種皮膚貼片，它包含一個(gè)附著構(gòu)件和一個(gè)試劑層。
盡管和此項(xiàng)發(fā)明相關(guān)的技術(shù)有許多進(jìn)展，但是并沒(méi)有任何具有交互式皮膚貼片 或診斷手鐲性質(zhì)的個(gè)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(gè)分 析處理層、集成處理器或計(jì)算機(jī)和一個(gè)用戶(hù)輸入和/或輸出界面。這個(gè)輸入輸出界面綜 合了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物微機(jī)電系統(tǒng)(bio-MEMS)、納米技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提供給病 人或者病人看護(hù)多樣的實(shí)時(shí)的病人信息或結(jié)果，而這些都不需要專(zhuān)業(yè)醫(yī)療人員的參與與 干涉。
因此，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和生物微機(jī)電系統(tǒng)(Bio-MEMS)及相關(guān)的微系 統(tǒng)和納米系統(tǒng)的到來(lái)，具有貼片或手鐲性質(zhì)的集成交互式個(gè)人診斷裝置是非常需要的。 普通用戶(hù)可以非常容易的利用它進(jìn)行多種多樣的臨床測(cè)試，而這些測(cè)試，通常需要復(fù)雜 的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)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(lái)的時(shí)間延誤，因?yàn)?血液或尿液樣品必須由實(shí)驗(yàn)室來(lái)處理。
作為對(duì)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(gè)人診斷裝置提供了多樣的實(shí)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(gè)分析或者處理層和一個(gè)集成了微電機(jī)械系統(tǒng)、生物微機(jī)電系統(tǒng)和/或 相關(guān)的微系統(tǒng)或納米系統(tǒng)的用戶(hù)輸出界面。病人可以通過(guò)皮膚接觸的方式使用這一裝 置，實(shí)時(shí)的進(jìn)行多樣的測(cè)試。生物貼片在實(shí)現(xiàn)中具有許多集成的靈活的層，從而使之成 為一個(gè)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(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)于硬的或半硬的容器中或者家用的類(lèi)似手鐲式的裝置，我們?cè)谶@里稱(chēng)之為“生物手鐲”。另外， 本發(fā)明并不只限用于人體。某些實(shí)施例可以直接用于動(dòng)物來(lái)實(shí)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)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種具有皮膚界面層，一個(gè)或更多的分析處理層和用戶(hù)輸出層的個(gè)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(cè)試，這使用了微電子機(jī)械系統(tǒng) (MEMS)和相關(guān)微和納米技術(shù)。在一個(gè)或更多的實(shí)施例中，貼片包括一個(gè)粘連層用來(lái)附 著到皮膚上。它還可能包含一種用來(lái)收集透皮生物樣品，例如血液和汗的構(gòu)件。收集來(lái) 的樣品可以經(jīng)過(guò)一次或更多的實(shí)時(shí)的定性或定量的分析來(lái)檢測(cè)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(lái)和生物樣品反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生可觀測(cè)的信 號(hào)。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(cè)到。在用戶(hù)輸出界面的可見(jiàn)信號(hào)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(gè)發(fā)光二極管(LED)或液晶顯示器 (LCD)上，或者也可以把信號(hào)傳送到一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)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(cè)納米線、低溫液體和 光發(fā)射器。
在另外的一個(gè)實(shí)施例，貼片或手鐲裝置可以用來(lái)檢測(cè)在被測(cè)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(diǎn)，這包括測(cè)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(mén)、試劑測(cè)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(gè) 可重用的附于測(cè)試貼片或手鐲表面的裝置中。
測(cè)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(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)、寬、高的組合，只要其范圍在1毫 米到30厘米之間。
測(cè)試貼片或手鐲可以進(jìn)行定性的和/或定量的測(cè)試，為了獲得測(cè)試邏輯結(jié)果， 還可以提供用戶(hù)輸出和/或用戶(hù)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(hù)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(hù)選擇按鈕 包括但不局限于，按鈕、劃塊(slider)、壓力開(kāi)關(guān)和遠(yuǎn)程用戶(hù)輸入設(shè)備例如無(wú)線界面和/ 或有線界面。
現(xiàn)在發(fā)明的個(gè)人診斷裝置和它的各種不同實(shí)施例可以包括一個(gè)或更多的定性的 或者定量的測(cè)試，他們可以是由邏輯和/或人工輸入控制的，間隔運(yùn)行的一些相同的測(cè) 試。測(cè)試的裝置也可以包括一些不同的測(cè)試，來(lái)分別實(shí)現(xiàn)定性和定量的測(cè)試。
此個(gè)人診斷的裝置也可以包括空腔，可以被用于壓力測(cè)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(shuō)，本發(fā)明提供這樣的個(gè)人診斷裝置，它包括一個(gè)用來(lái)從用戶(hù)獲得流 體樣品的樣品采集層；一個(gè)用來(lái)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(lái)探測(cè)從處理過(guò)的流體樣品所得的結(jié)果的構(gòu)件；和用來(lái)顯示診斷結(jié)果的構(gòu)件。 本裝置可以包含至少一個(gè)放置壓縮氣體的腔，或者至少一個(gè)真空腔。此裝置還可以包含 疏水的表面來(lái)減緩液體流動(dòng)，或者親水的表面來(lái)加速液體流動(dòng)。此裝置可以配備揚(yáng)聲器 來(lái)給用戶(hù)提供反饋。這一裝置還可以包括一個(gè)邏輯處理系統(tǒng)和一個(gè)互連網(wǎng)地址。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種個(gè)人診斷設(shè)備，其包括一個(gè)可以從用戶(hù)周?chē)h(huán) 境采集空氣樣品的空氣樣品采集構(gòu)件；用來(lái)測(cè)量空氣樣品中至少一種特定污染物的構(gòu) 件；一個(gè)用來(lái)從用戶(hù)獲得流體樣品的流體樣品采集層；一個(gè)用來(lái)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(gè)用來(lái)探測(cè)從處理層獲得的流體檢驗(yàn)結(jié)果的探 測(cè)器；和一個(gè)顯示器件用來(lái)顯示測(cè)試結(jié)果。這一裝置可以進(jìn)一步的包括一個(gè)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(gè)發(fā)送器和接收器一起來(lái)提供用戶(hù)位置的 遙感信息。這一裝置方便的提供了一個(gè)用來(lái)處理探測(cè)器探測(cè)到的診斷結(jié)果的處理器，它 可以根據(jù)用戶(hù)的醫(yī)療狀態(tài)產(chǎn)生輸出信息。用于存儲(chǔ)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(gè)方面，提供了另外一種使用個(gè)人診斷裝置的方法。這一 方法可以包括對(duì)用戶(hù)使用一個(gè)個(gè)人診斷裝置的步驟；允許個(gè)人診斷裝置從用戶(hù)獲得生物 樣品；在個(gè)人診斷裝置中處理生物樣品來(lái)獲得用戶(hù)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(gè)人診斷裝置中。接受裝置可以是個(gè)人診斷裝置，也可以是個(gè)人計(jì)算 機(jī)，或者是通訊網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的各個(gè)方面，將在下面同附圖一起詳細(xì)的說(shuō)明，這包括了定性和定量分 析生物和化學(xué)測(cè)試樣品的方法，這些測(cè)試或者是部分或者是全部的在本發(fā)明所提到的個(gè) 人診斷設(shè)備中進(jìn)行。測(cè)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(gè)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(lái)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(shí)施例，和 與之相關(guān)的方法和處理過(guò)程。


更多的本發(fā)明的目標(biāo)和那些對(duì)此有貢獻(xiàn)的附加的特點(diǎn)和由此而來(lái)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下 面這些優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明而變得明顯，此說(shuō)明伴隨著

，其中相同的引用號(hào)碼對(duì) 映著相同的構(gòu)件，說(shuō)明附圖如下
圖1是一個(gè)使用本發(fā)明的個(gè)人診斷裝置的用戶(hù)坐在個(gè)人電腦前的透視圖，其所描繪的是用戶(hù)用無(wú)線的方式把測(cè)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(gè)圖1所示分析個(gè)人診斷裝置的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，它包括一個(gè)剖視 圖部分來(lái)顯示各主要層的相關(guān)部件；
圖3A是一個(gè)另一種如圖1所示分析診斷裝置的實(shí)施例的分解視圖，它包括可以 可移動(dòng)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(gè)實(shí)施例的閱讀裝置的一個(gè)透視圖，圖中顯示了下載儲(chǔ)存在圖 3A所示的可移動(dòng)的頂端部分的結(jié)果；
圖4是圖1-3所示的個(gè)人診斷裝置的一種替代實(shí)施例的透視圖，它在表層上有一 個(gè)樣品收集輸入口。
圖5是如圖1所示的個(gè)人診斷裝置的另一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)分解圖，此實(shí)施例包括 聲學(xué)腔和聲音傳感麥克風(fēng)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音輸入輸出；
圖6是圖1所示的個(gè)人診斷裝置的又一個(gè)實(shí)施例的分解圖，此實(shí)施例包括一個(gè)低 溫腫瘤治療構(gòu)件，它帶另一個(gè)用來(lái)給治療過(guò)程成像的CCD。
圖7A是一個(gè)本發(fā)明的主要樣品獲取層，流體處理層和化驗(yàn)結(jié)果檢查層的分解 圖。
圖7B是一個(gè)分解圖，它描述了本發(fā)明所提到的個(gè)人診斷設(shè)備的主要的化驗(yàn)結(jié)果 檢測(cè)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(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所指的個(gè)人診斷裝置的透視圖8B是以生物貼片方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所指的個(gè)人診斷裝置的透視圖9是一個(gè)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(gè)人診斷裝置的各種實(shí)施例中；
圖10是和圖9類(lèi)似的視圖，但是除了微流體回路外，還包括一個(gè)發(fā)射探測(cè)器 件。
圖IlA是一個(gè)樣品獲取層、流體回路層、加熱清洗層、和結(jié)果檢測(cè)層的分解 視 圖，它們用于一個(gè)進(jìn)行DNA化驗(yàn)的個(gè)人診斷裝置的實(shí)施例中；
圖IlB是一個(gè)完全組裝好帶有剖視圖部分顯示圖IlA所示的進(jìn)行DNA化驗(yàn)個(gè)人 診斷裝置各個(gè)層的透視圖12A到12G展示了圖IlA和IlB所示的裝置進(jìn)行DNA化驗(yàn)時(shí)一系列相關(guān)橫 截面?zhèn)纫晥D，顯示了測(cè)試樣品在流體處理回路中的流動(dòng)過(guò)程；
圖13A是一個(gè)圖表表示的壓力閥，用在本發(fā)明的流體回路中，來(lái)控制流體的流 動(dòng)；
圖13B是一個(gè)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(lái)控制其中的流體的流動(dòng)；
圖13C是一個(gè)正常情況下打開(kāi)著的熔解閥的示意圖，它用于本發(fā)明的流體回路 中，來(lái)控制其中的流體的流動(dòng)；
圖13D是另一個(gè)正常情況下打開(kāi)著的熔解閥的示意圖，它用于本發(fā)明的流體回 路中，來(lái)控制其中的流體的流動(dòng)；
圖13E是一個(gè)圖表表示的溶解塞，用來(lái)做時(shí)控的流體閥，這里顯示了關(guān)閉的，8半溶解的，和打開(kāi)的允許液體流動(dòng)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?cè)诒景l(fā)明中被用做光發(fā)射器和探測(cè)器，用來(lái)給DNA，小分子，細(xì)胞化驗(yàn)結(jié)果來(lái) 照明，檢測(cè)和成像?；?yàn)結(jié)果是個(gè)人診斷裝置所獲得的；
圖15A是一個(gè)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(gè)診斷裝置的另一個(gè)實(shí)施例中，用來(lái)進(jìn)行細(xì)胞化驗(yàn)；
圖15B是圖15A所示的個(gè)人診斷裝置的洗滌緩沖蓄液池，微線探測(cè)器和捕集區(qū) 層的一個(gè)分解透視分離視圖15C是一個(gè)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(gè)層的，用來(lái)做細(xì)胞化驗(yàn)的個(gè)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(lái)做細(xì)胞化驗(yàn)的設(shè)備，化驗(yàn)的樣品在這個(gè)裝置中流動(dòng)的過(guò)程；
圖17A和17B是用來(lái)照明、檢測(cè)和成像從本個(gè)人診斷裝置中得到的細(xì)胞化驗(yàn)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(cè)器；
圖18A是用在另一個(gè)特定的本診斷裝置的實(shí)施例中，用來(lái)做小分子化驗(yàn)的樣品 采集層，流體處理層和另一種結(jié)果檢測(cè)層的一個(gè)分解透視圖18B是一個(gè)帶有剖視圖部分來(lái)表示一個(gè)完全組裝好的的個(gè)人診斷設(shè)備的透視 圖，其包含有圖18A所示的各個(gè)層，用來(lái)進(jìn)行小分子化驗(yàn)；
圖18C是一個(gè)圖18A和18B所示的個(gè)人診斷裝置的胰島素蓄液池和相關(guān)的補(bǔ)給 柳葉刀的分解透視分離視圖.19A和19B兩個(gè)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(yàn)的裝置的流體處理回路中流動(dòng)的過(guò)程；
圖20A是本個(gè)人診斷裝置的另一個(gè)進(jìn)行壓力測(cè)試的實(shí)施例的樣品采集層，結(jié)果 照明層，流體處理層，結(jié)果檢測(cè)層和洗滌緩沖液蓄液池層的分解透視圖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(gè)根據(jù) 本發(fā)明的某些方面進(jìn)行壓力分析的層的一個(gè)透視圖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(cè)試的裝置中的測(cè)試樣品流過(guò)流體控制回路的過(guò)程；
圖22A是一個(gè)本裝置的另一個(gè)實(shí)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(shí)施例是參照本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析的；
圖22B是一個(gè)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(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析的各個(gè)層的完全組裝好的個(gè)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(lái) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(dòng)的過(guò)程；
圖24A是一個(gè)另外一個(gè)個(gè)人診斷裝置的特定的實(shí)施例的樣品采集層、流體處理 層、和結(jié)果檢測(cè)層的分解透視圖，其是用來(lái)對(duì)年紀(jì)大的病人進(jìn)行老人看護(hù)用的；
圖MB —個(gè)帶有顯示完全組裝好的個(gè)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(gè)層，其是用來(lái)對(duì)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MB所示的用 來(lái)進(jìn)行對(duì)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(dòng)的過(guò)程。
具體實(shí)施方式
以下的說(shuō)明首先討論個(gè)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(shí)施的生物貼片和生物手鐲。接下來(lái)是DNA化驗(yàn)和相關(guān)方法的詳細(xì)說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明 的特定的實(shí)施例，這些方法被實(shí)現(xiàn)在個(gè)人診斷裝置的生物貼片和生物手鐲中。然后是關(guān) 于個(gè)人診斷裝置的細(xì)胞化驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)方法的詳細(xì)的討論。這之后，小分子化驗(yàn)的個(gè)人診斷 裝置實(shí)現(xiàn)和相關(guān)方法也會(huì)進(jìn)行深入的討論。然后介紹壓力監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)和各種相關(guān)方法。 接下來(lái)討論的是特定的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)方法，這展示了本發(fā)明的各種實(shí)時(shí)的 使用方面。最后，將詳細(xì)的討論老年人監(jiān)護(hù)個(gè)人診斷裝置實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用和相關(guān)方法，用來(lái) 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?qǐng)D1，一個(gè)用戶(hù)102帶著一個(gè)個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)(圖8B)。圖1所示的用戶(hù)102坐在一個(gè)包括個(gè)人電腦 108，鍵盤(pán)110和顯示器112的工作站106前。根據(jù)本個(gè)人診斷裝置104的一個(gè)主要實(shí)施 例，此裝置包括一個(gè)射頻發(fā)射器223(圖8A和8B)，可以把個(gè)人診斷裝置104的電子信 號(hào)傳送到配備有合適的射頻接收器114的個(gè)人電腦108中。使用這種方法，裝置104處 理和存儲(chǔ)的診斷測(cè)試結(jié)果可以無(wú)線地傳輸?shù)絺€(gè)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(gè)分析個(gè)人診斷裝置104的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，它包括剖視 圖部分來(lái)顯示與此相關(guān)的主要層的各個(gè)部件。此裝置104的這個(gè)實(shí)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(shuō)明 為視頻顯示器1 和單獨(dú)固定顯示結(jié)果窗126。視頻顯示器IM可以以電腦顯示器或電視 顯示器的方式顯示實(shí)時(shí)視頻信息。固定顯示結(jié)果窗126是一個(gè)一次性使用結(jié)果顯示窗， 它以固定格式顯示某個(gè)特定化驗(yàn)或者裝置104所進(jìn)行的化驗(yàn)的結(jié)果。顯示在顯示器IM 和窗口 1 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(gè)替代實(shí)施例的分解透視圖，此實(shí)施例包括一個(gè) 可移動(dòng)和可替換的頂部128。圖3A包括一個(gè)剖視圖部分來(lái)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(dòng)頂蓋部分128，它帶有處理控制層120， 視頻顯示器1 和固定結(jié)果顯示窗126。圖3A所示的裝置104還包括一個(gè)手鐲或帶有樣 品采集層116和流體處理層118的底部130。對(duì)于此處的生物手鐲實(shí)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(shí)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(gè)介面連接器132，這樣可移動(dòng)頂蓋部分1 可以容易地在底部130安上或取下。因此在本發(fā)明這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，用戶(hù)可以在一個(gè)時(shí)間周 期內(nèi)用帶有第一個(gè)可移動(dòng)頂蓋部分128的底部或者手鐲部分來(lái)獲得和處理結(jié)果。之后， 用戶(hù)可以移去第一個(gè)可移動(dòng)頂蓋部分128，換成第二個(gè)可移動(dòng)頂蓋部分1 來(lái)繼續(xù)收集和 處理用戶(hù)采集的生物樣品的診斷信息。在另一個(gè)替代實(shí)施例中，單獨(dú)的可移動(dòng)頂蓋部分1 可以插入到閱讀裝置129的一個(gè)插座131中，閱讀裝置可以以安全方式從可移動(dòng)的頂 128中下載其收集的診斷信息，如圖3B所示。在整個(gè)實(shí)施例中，病人可能不允許獲得收 集到的信息。例如，閱讀裝置1 會(huì)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(huì)由主治醫(yī)師或醫(yī)務(wù)人員來(lái)分析，而不是像圖3B那樣直接由病人通過(guò)電腦108和顯示器 112交互的使用。因此在本實(shí)施例的各種應(yīng)用中，可移動(dòng)的頂蓋部分1 可能并不包括視 頻顯示器1 和/或顯示窗126?；蛘?，視頻顯示器IM和/或顯示窗1 可能只能被部 分使用，這樣病人可以獲得某些測(cè)試結(jié)果，而另一些測(cè)試結(jié)果只能由醫(yī)生通過(guò)下載的方 法來(lái)分析使用。
參照?qǐng)D4，這是本發(fā)明所指的個(gè)人診斷裝置104的替代實(shí)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(cè)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IM和固定結(jié)果顯示窗126。除此之外，圖4所示的裝置104實(shí)施例還另外提供了第 一空氣樣品收集部分，探測(cè)器或組件134，和第二空氣樣品收集部分，探測(cè)器，或組件 136。在此實(shí)施例中，空氣樣品收集組件是用來(lái)收集，捕獲和探測(cè)各種可能存在于用戶(hù)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(duì)員；或者醫(yī)院或者實(shí)驗(yàn)室中的醫(yī)療工作者；各種化學(xué)處理工廠，煉油廠或類(lèi)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(wèn)題的物質(zhì) 的發(fā)電站的雇員和檢查員。于此的另外一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，軍人和警察可以使用這種空氣個(gè)人 診斷裝置來(lái)探測(cè)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(xiǎn)的生物，病毒或者 化學(xué)物質(zhì)。這樣，此個(gè)人診斷裝置104的實(shí)施例的用戶(hù)在周?chē)h(huán)境中的空氣粒子達(dá)到任 何危險(xiǎn)程度的時(shí)候，會(huì)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(yàn)等方面將被用來(lái)監(jiān)視用戶(hù)對(duì)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(cè)和識(shí)別出來(lái)。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的個(gè)人診斷裝置104的另外一個(gè)替代實(shí)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(hào)處理組件142。包括聲音腔 138，麥克風(fēng)140，和信號(hào)處理組件142在內(nèi)的系統(tǒng)組件是由一個(gè)小電池144來(lái)供電的，此 電池宜以集成的方式在底層實(shí)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(yáng)能電池類(lèi)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(shí)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IM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(gè)輸入選擇開(kāi)關(guān)146和一個(gè)on/off開(kāi) 關(guān)148。使用這種方法，圖5所示的個(gè)人診斷裝置104同時(shí)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(gè)人診斷裝置 的實(shí)施例一起使用，以實(shí)現(xiàn)某些特定的應(yīng)用。
圖6示意地表示了一個(gè)用于治療皮膚損傷的個(gè)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(guò)程的個(gè)人診斷裝置104的 一個(gè)透視圖。圖6所示的裝置104類(lèi)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(kāi)關(guān)148。圖6所示的裝置還帶有低溫腔150，用來(lái)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IM種的流動(dòng) 是由一系列閥門(mén)156所控制的，而閥門(mén)156可以電子的由信號(hào)處理組件142來(lái)控制，使流 體處于預(yù)定義的流動(dòng)方式或時(shí)間控制的流動(dòng)方式。低溫流體例如液氮可義通過(guò)輸入供應(yīng) 線158來(lái)提供給裝置104。可以預(yù)期，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)該應(yīng)用于診所種或者其它由專(zhuān) 業(yè)人員監(jiān)督的場(chǎng)所中。此裝置可以應(yīng)用到皮膚損傷的一個(gè)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(gè)步驟會(huì)被實(shí)時(shí)的監(jiān)視，同時(shí)顯 示在視頻顯示器124中。在本實(shí)現(xiàn)中，固定結(jié)果顯示窗1 可以在整個(gè)皮膚損傷的治療 過(guò)程中定期的顯示各種診斷結(jié)果。
參照?qǐng)D7A，這是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的個(gè)人診斷裝置104的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的分解 透視圖，其包括4個(gè)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(lái)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(lái)從用戶(hù)的皮膚表面獲 得汗液。在圖7A所示的特定實(shí)施例中，柳葉刀或微探針159是透皮地從用戶(hù)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(gè)穿透端160和一個(gè)排出端 161。穿透端160是用來(lái)穿透用戶(hù)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(guò)程。
圖7A所示的下一個(gè)是間隔層162。間隔層162可以由任何合適的柔軟塑料材料 來(lái)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(yàn)的要求。如圖7A所示，間隔層162帶 有蓄液池開(kāi)口 164。蓄液池開(kāi)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(duì)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(huì)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(hù)的 皮膚，血液因?yàn)槊?xì)作用開(kāi)始流動(dòng)，裝滿(mǎn)由蓄液池開(kāi)口 164和對(duì)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(jì)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(lèi)似的包括蓄液池開(kāi)口 164，其位置要與間隔 層162.中的對(duì)應(yīng)的蓄液池開(kāi)口 164相對(duì)應(yīng)。以此種方式，間隔層162的蓄液池開(kāi)口 164 同相應(yīng)的流體處理層118的蓄液池開(kāi)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(lèi)似的由任何合適的柔軟塑料材料來(lái)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(huì)是在25微米和500微米之間， 決定于化驗(yàn)應(yīng)用和相關(guān)再此行成的流體處理回路的體積和流動(dòng)的要求。更特別地，在圖 7A所示的實(shí)施例的流體處理層118中由一個(gè)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2M是由蓄液池開(kāi)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(guò)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(shí)施例中來(lái)進(jìn)行廣泛的化驗(yàn)應(yīng)用，在下面的圖IlA到25D中包括DNA，細(xì)胞，小分子或類(lèi)似的化驗(yàn)，它們和從用戶(hù)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(gè)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(lái)加速液體流動(dòng)和/或收集洗滌緩沖液。
圖7A所示的最后一個(gè)主要層是化驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)層178，其包括結(jié)果探測(cè)器180，每 一個(gè)結(jié)果探測(cè)器由一個(gè)輸入182和輸出184組成。探測(cè)器180可以實(shí)施為任何探測(cè)器類(lèi) 型，包括但不局限于，CCD成像設(shè)備，電子感應(yīng)或探測(cè)電極，光纖，硅基傳感器和生物 傳感器，和單獨(dú)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(cè)器和/或成像裝置，我們?cè)诤竺鏁?huì)做更詳細(xì)的討論。如圖所示，每個(gè)探測(cè)器180是放置 在對(duì)應(yīng)的反應(yīng)區(qū)174之上。使用這種方法，在化驗(yàn)結(jié)果在反應(yīng)區(qū)174得到之后，探測(cè)器 180可以被激活來(lái)探測(cè)，識(shí)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(yàn)結(jié)果的存在，出現(xiàn)和缺失。一個(gè)根據(jù)此處的結(jié)果探測(cè)器180的實(shí)現(xiàn)，包 括使用單獨(dú)或組合的納米線和微線，正在被處于PaloAlto，加利福尼亞的納米系統(tǒng)公司 (NanosysInc)開(kāi)發(fā)中。根據(jù)本發(fā)名的各種實(shí)施例中所使用的各種探測(cè)器和照明系統(tǒng)的細(xì) 節(jié)，特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)類(lèi)型，使用，會(huì)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(yàn)結(jié)果層組裝到一起，而且入口陣列166和蓄液池開(kāi)口 164對(duì) 齊放置時(shí)；樣品收集腔224(圖9和10)在頂部為結(jié)果檢測(cè)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(kāi)口。于此的一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)層的表面帶有粘合 劑，因此可以把各個(gè)層粘連在一起。在另外的實(shí)施例中，各個(gè)層可以以一種不透水的方 式組裝起來(lái)，通過(guò)使用合適的塑料熔解或微焊接技術(shù)。類(lèi)似地，當(dāng)樣品采集層116，間隔 層162，流體處理層118，和化驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)層178組裝在一起地時(shí)候，結(jié)果探測(cè)器180要 和對(duì)應(yīng)地反應(yīng)區(qū)174相對(duì)齊。
流體處理層118對(duì)于間隔層162的相對(duì)厚度可以變化來(lái)實(shí)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(duì)于某個(gè)特定的化驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，我們?cè)谇?24中需要相對(duì)大的樣品體積，而在流體回 路中需要相對(duì)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(yàn)結(jié)果檢測(cè)層178 組裝到一起，而且蓄液池開(kāi)口 164對(duì)好位置的話，樣品收集腔224的高度會(huì)是550微米 (500+25+25),而流體回路的部件的高度會(huì)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(huì)是150微米。在又另外的一個(gè)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9和10)蓄液池開(kāi)口 164，因此流體回路部件將會(huì)和樣品收集腔 2M具有相同的高度。因此，參照此處的討論，應(yīng)該理解對(duì)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(duì)體積或高度的組合， 可以通過(guò)改變間隔層162的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)，在其中增加切除部分的區(qū)域，來(lái)增加一個(gè)，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(lèi)似的，通過(guò)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(lái)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(guò)在化驗(yàn)結(jié)果 檢測(cè)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(gè)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(yàn)結(jié)果檢測(cè)層178，一個(gè)分離的信號(hào)處理層186， 一個(gè)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(guò)的輸出層122?；?yàn)結(jié)果檢測(cè)層178包括結(jié)果探測(cè)器180，其包括一個(gè)輸入182和一個(gè) 輸出184。如圖所示，信號(hào)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(jiàn)，稱(chēng)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(cè)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(diǎn)。如圖所示，處理器142包括相 應(yīng)的連接點(diǎn)192和194。更特別地，如圖中所示，每一個(gè)結(jié)果探測(cè)器180中的輸入連接 器182和輸出連接器184和對(duì)應(yīng)的處理器142中的連接點(diǎn)192或194相對(duì)齊。類(lèi)似的， 處理器142包括輸出連接器196和輸入連接器198，它們?cè)诤蛨D7B所示的各個(gè)層組裝在 一起的時(shí)候，會(huì)和控制層中的控制器190的對(duì)應(yīng)的輸出連接器196和輸入連接器198相連 接。在這個(gè)圖7B所示的裝置的實(shí)施例中，控制器190還包括幾個(gè)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202是放置在和輸出層122的輸入數(shù)字鍵“7”相連接 的位置。類(lèi)似的，輸入連接器200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(kāi)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(huì)介紹其它控制器 190提供的連接，來(lái)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(yàn)實(shí)現(xiàn)的討論中，這些連接和通訊網(wǎng)絡(luò)將會(huì)得到更詳細(xì)的討 論。因此使用這種方法，此個(gè)人診斷裝置104同時(shí)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(yàn)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(yáng)性” “陰性”的方式，也可以定量的以柱狀圖的樣式來(lái)顯示，也可以是半定量的， 如顯示“高”和“低”，這些都依賴(lài)于特定的化驗(yàn)實(shí)現(xiàn)和所需要的結(jié)果。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8A，這展示了本發(fā)明的個(gè)人診斷裝置以生物手鐲方式實(shí)現(xiàn)的透視 圖。在此實(shí)現(xiàn)中，此裝置帶有前面討論過(guò)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(lái)指出裝置104和電腦106之間通過(guò)圖1所示的射頻 接收器114的正確無(wú)線連接。圖8A所示的生物手鐲104帶有一個(gè)圈219和一個(gè)扣221， 所以用戶(hù)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(hù)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(gè)人診斷裝置104實(shí)現(xiàn)為生物貼片形式的透視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，裝置104 包括視頻顯示器124，單獨(dú)固定顯示結(jié)果窗126，一對(duì)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(shí)施例一樣，射頻發(fā)射器223同時(shí)具有發(fā)送和接收的功能， 可以使個(gè)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(lái)看圖9和10，這是一個(gè)放大詳細(xì)示意圖，表示了可以用在本發(fā)明的個(gè)人 診斷貼片104中的各個(gè)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(kāi)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2M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(huì)對(duì)各種化驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)討論， 大量的化驗(yàn)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(gè)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(dòng)控制，流體回路可以包括 微閥門(mén)226，它可以在多種多樣的構(gòu)造中實(shí)現(xiàn)。更多的關(guān)于閥門(mén)和流體控制元件及在此使 用的各種實(shí)施例中的方法會(huì)在之后于圖13A-13E—起討論，在討論過(guò)各種特定的化驗(yàn)實(shí) 現(xiàn)之后。
圖10是和圖9類(lèi)似的視圖，顯示了一個(gè)光學(xué)發(fā)射器2 和一個(gè)光學(xué)探測(cè)器230。 為了探測(cè)和顯示各種不同類(lèi)型的化驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)果探測(cè)器180實(shí)現(xiàn)為光學(xué)探測(cè)器230和光 學(xué)發(fā)射器2 的組合。各種可以為光學(xué)探測(cè)器230，或更廣泛的結(jié)果探測(cè)器180所能探測(cè) 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Christopher Price, Andrew St John,禾Π Jocelyn Hicks，2OO4 年所出的〃 PointofCareT^esting"，第二版中找到。
表1信號(hào)分類(lèi)類(lèi)型光學(xué)探測(cè)吸收，反射，透射，熒光，冷光,濁度和 和懸液度電化學(xué)信號(hào)電流，電阻，電壓光學(xué)運(yùn)動(dòng)光散射，順磁粒子，干涉圖案，圖像分析表面探測(cè)光學(xué)干涉，模式識(shí)別，表面加強(qiáng)，衍射， 橢圓光度法，表面等離子體共振
光學(xué)發(fā)射器2 和光學(xué)探測(cè)器230可以以多種不同的光學(xué)裝置或格式來(lái)實(shí)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(cè) 材料或者其他的合適的光發(fā)射和探測(cè)材料和裝置。
DNA化驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)和方法
使用核酸探針雜交法來(lái)探測(cè)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(dòng)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(lái)做人類(lèi) 的法庭或血緣測(cè)驗(yàn)，還有動(dòng)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(gè)低聚核苷酸或核酸碎片探針通過(guò)互補(bǔ)基配對(duì)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(yàn)的一個(gè)基本局限在于化驗(yàn)的敏感性，這依賴(lài)于探針結(jié)合到 目標(biāo)分子上的能力和在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)每一個(gè)結(jié)合到目標(biāo)分子上的探針?biāo)a(chǎn)生的用于探 測(cè)的信號(hào)的大小。本化驗(yàn)中已知的探測(cè)方法包括依賴(lài)于探針?biāo)a(chǎn)生的信號(hào)，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(guò)氧化物酶， 還有在探針雜化及從未雜化的探針?lè)蛛x之后，放置一種特定物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生特征顏色產(chǎn)物。 然而，這些化驗(yàn)的實(shí)際的探測(cè)極限是大概200,000個(gè)目標(biāo)分子(3費(fèi)(10_15)摩爾濃度在100 微升中)，這對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(yàn)的靈敏度上。
達(dá)到足夠的探測(cè)極限一直以來(lái)都是核酸雜交法的臨床應(yīng)用所面對(duì)的主要困難之 一。目前以研究出集中放大方法來(lái)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(qǐng)參考MolecularBiology， Suppl.4，Section 5, Unit 3.17中的目前協(xié)議部分，來(lái)獲得關(guān)于這個(gè)方法的基本說(shuō)明。其它 描述聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法的參考文獻(xiàn)包括，Erlich，H.Α., (Ed.) 1989，PCR技術(shù)，Stockton Press ； Erlich, H.Α.,等人.(1988)，自然雜志 331: 461-462; Mullis, Κ.Β.禾口 Faloona， F.A.(1987)，酶學(xué)方法，155 335-350 ； Saiki, R.K.，等人.(1986)，自然 324 163-166 ； Saiki, R.K.，等人.(1988)，科學(xué) 239 487-491 ； Saiki, R.K.，等人.(1985)， 科學(xué)230 1350-1354 ； Mullis等的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,683,1950 ；和Mullis等的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 4,683,202。所有以上的均被以參考的形式包括進(jìn)本說(shuō)明，就像它們?cè)谶@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(shí)，需要許多勞動(dòng)力，昂貴，而且容易被感染，產(chǎn)生錯(cuò)誤的陽(yáng)性結(jié)果 ο
因此，開(kāi)發(fā)快速，易于使用的，便宜的可以用來(lái)探測(cè)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(gè)人診斷裝置104的核酸分析裝置的的實(shí)現(xiàn)在此稱(chēng)為DNA貼片或手鐲，它提供 了一種快速，易行和自動(dòng)的核酸探測(cè)方法，只需要使用簡(jiǎn)單的具有個(gè)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?qǐng)D11A，這里顯示了用于核酸分析的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)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(gè)特定的 化驗(yàn)結(jié)果顯示層302。這些層和圖2到7B所描述過(guò)的層很相似。像前面提到的，這些層 會(huì)對(duì)齊放置，所以行成的流體回路會(huì)包含不同的腔來(lái)進(jìn)行樣品處理，探測(cè)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?cè)诒皇褂脮r(shí)同血液計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)互相連接形成了流體回路。腔308也可能是兩個(gè)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(shí)也包括加熱元件 317，它可以在樣品分析的時(shí)候加熱樣品來(lái)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(duì)齊放置的。圖IlA還顯示了層116中 的光源320，和層302中的探測(cè)器322。光源320，分析腔312和探測(cè)器322也是對(duì)齊放 置的，所以從光源320放出的光會(huì)穿過(guò)腔321為探測(cè)器322所檢測(cè)到。光源320和探測(cè) 器322是以納米線的形式實(shí)現(xiàn)的，下面將會(huì)做更詳細(xì)的介紹。
圖IlB是一個(gè)帶有剖視圖部分的透視圖，顯示了一個(gè)完全組裝好的個(gè)人診斷裝 置104，其包括圖IlA所示的各個(gè)層，并含有信號(hào)處理層186，控制層188和用來(lái)進(jìn)行和 報(bào)告DNA化驗(yàn)的輸入/輸出層122。在下面會(huì)更詳細(xì)的描述。
圖.12A到12G顯示了使用DNA貼片來(lái)探測(cè)感興趣的核酸序列的一種方法的步 驟。圖12A到12G顯示了簡(jiǎn)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(jì)量蓄液池或者具有預(yù)定義體積的腔304。當(dāng)計(jì)量腔 304中的血液達(dá)到某一預(yù)定的體積時(shí)，微探針159和計(jì)量腔304之間的連接會(huì)被關(guān)閉，使 用夾管閥或熔解閥的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在下面會(huì)介紹到。一個(gè)液體傳感器可以放置到計(jì)量蓄 液池304中，這樣當(dāng)血液觸及傳感器的時(shí)候，處理器142會(huì)收到一個(gè)信號(hào)，然后它會(huì)關(guān)閉 夾管閥或熔解閥的，如下及圖13A和13B所示。計(jì)量腔304中的血液因?yàn)橐粋€(gè)關(guān)閉的閥 門(mén)而不會(huì)進(jìn)入血紅細(xì)胞捕獲腔306。這一閥門(mén)可以是一個(gè)溶解塞(圖13E)，當(dāng)和流體接 觸的時(shí)候會(huì)溶解，也可以是熔解塞324(如圖所示)。熔解塞3 是有加溫熔解材料，例 如蠟制成的。塞3M宜由惰性的，不會(huì)起排斥的，且在加熱是熔化的材料制成。因?yàn)榇?開(kāi)塞324需要熱，一個(gè)加熱元件3 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(hào)也會(huì)使處理器激活加熱元件326，然后它會(huì)熔解掉塞324。這將打開(kāi)計(jì)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(cè)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(lái)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(lái)進(jìn)行，例 如一個(gè)允許橫向流動(dòng)的包含捕獲血紅細(xì)胞的反應(yīng)物的膜。一個(gè)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(guó)喬治亞的Fairbum市 的Porex hchnologies Corp.生產(chǎn)的。此膜具有開(kāi)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(kāi)口直徑是在1到250微米之間，通常來(lái)說(shuō)，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(mǎn)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(lèi)似的材料也可以被使用。一個(gè)類(lèi)似海綿的載體材料、一 個(gè)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(lái)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(duì)這領(lǐng)域的專(zhuān)家來(lái)說(shuō)是眾所周知的。放置在固體支撐載體中的用來(lái)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(duì)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?qǐng)D12B，計(jì)量的血液然后進(jìn)入血紅細(xì)胞捕獲腔306，制動(dòng)壓力閥330(在 之后與13A —起詳細(xì)介紹)將阻止血液樣品流回計(jì)量蓄液池。當(dāng)腔306充滿(mǎn)后，它可以 被熔解閥332所密封，圖12C所示的熔解閥處于一個(gè)關(guān)閉的位置。熔解閥332與閥3 相似，但是它是用來(lái)關(guān)閉流體回路，而不是打開(kāi)。熔解閥是由上面討論過(guò)的處理器通過(guò) 加熱元件3 來(lái)控制的，在化驗(yàn)過(guò)程中，閥門(mén)會(huì)在需要的時(shí)間點(diǎn)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(gè)腔都可以帶一個(gè)出氣口 340，以使腔中的空 氣流出。出氣口 340可以包括一個(gè)過(guò)濾器342，它可以交換空氣的同時(shí)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3 上被捕獲的。經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間的血紅細(xì)胞捕獲后，第二熔解閥 344(圖12D)會(huì)被打開(kāi)，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(dòng)壓力閥330會(huì)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(guò)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(duì) 于那些有經(jīng)驗(yàn)的本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，各種溶解過(guò)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(qǐng)見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利序列號(hào) 178,202，Higuchi提交于1988年4月6日，和歐洲專(zhuān)利-A-0428197，發(fā)表于1991年5月 22日)。作為沒(méi)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(lái)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(lái)，然后從溶解中提取出來(lái)。從白細(xì)胞中提取DNA可以使用商業(yè)的磁珠來(lái)進(jìn) 行，它可以不用有機(jī)溶劑進(jìn)行核酸提取。作為沒(méi)有限制的例子，DynabeadsDNADirects 可以快速的從小體積的血液中分離出DNA。于此的一個(gè)實(shí)施例中，這些磁珠會(huì)預(yù)載到 溶解腔中，在使用或去掉磁場(chǎng)的情況下，DNA會(huì)和其它細(xì)胞質(zhì)分離出來(lái)，并被洗提出來(lái) (此步驟沒(méi)有畫(huà)出來(lái))。在DNA被提取和分離后，通過(guò)打開(kāi)第三熔解閥350，包含分離 過(guò)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。基因體 DNA分解的方法對(duì)于此技術(shù)領(lǐng)域中的人來(lái)說(shuō)是眾所周知的。腔中的溫度可以通過(guò)加熱元 件316來(lái)控制?；蛘?，磁珠可以用來(lái)促進(jìn)基因體DNA的裁剪，從而加速目標(biāo)捕獲過(guò)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°C到75°C左右來(lái)做DNA 變性。經(jīng)過(guò)DNA變性之后，第四個(gè)熔解閥(圖12E)會(huì)被打開(kāi)，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(gè)單捕獲 區(qū)域。每個(gè)探針360都可以附接于一個(gè)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(lái)的探測(cè)用?？拷东@區(qū)連接點(diǎn)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)18區(qū)，這樣的安排是因?yàn)殡p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(gè)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(wú)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(duì)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(zhǎng)度可以是15到70個(gè)堿基之間，最佳的是25到40個(gè)堿基長(zhǎng)。DNA 探針和捕獲區(qū)的固體支撐之間的連接可以使用共價(jià)或非共價(jià)的連接方法，這些方法對(duì)于 此行業(yè)來(lái)說(shuō)是眾所周知的。
探針濃度，這一關(guān)鍵因素對(duì)于目標(biāo)捕獲來(lái)說(shuō)和目標(biāo)與捕獲或的雜交的動(dòng)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(核酸研究，2001，卷四， M期，5163-5168頁(yè))，探針密度強(qiáng)烈的影響雜交的效率。雜交效率在探針濃度低于 2xl012探針/平方厘米時(shí)是最佳，最好是處于IxlO11探針/平方厘米到IxlO12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(gè)捕獲組件371(圖14B)。每個(gè)捕獲 組件371可以在50納米x50納米的面積內(nèi)包括100個(gè)直徑為5納米的納米線，如圖14B 所示。每個(gè)捕獲組件的探針密度可以在1到100個(gè)探針之間，或者優(yōu)先的大概10個(gè)探 針/捕獲組件，組件的面積是50納米x50納米。在化驗(yàn)區(qū)的每個(gè)反應(yīng)區(qū)的捕獲組件的總 數(shù)可以是在106到&106之間，宜使用106。捕獲組件可以分布在一個(gè)大約的區(qū)域內(nèi)(例 如一個(gè)正方形區(qū)域，0.1毫米xO.l毫米)到10_2平方厘米(1毫米xl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(méi)有到10個(gè)，如圖14B所 示。在整個(gè)反應(yīng)區(qū)312(圖11A)的捕獲探針總數(shù)可以是從IO6到&107，優(yōu)選的個(gè)數(shù)是在 IO7的量級(jí)。
當(dāng)具有特定序列的目標(biāo)出現(xiàn)在測(cè)試樣品中時(shí)，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(huì)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(duì)此領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這是眾所周知 的。作為一個(gè)沒(méi)有限制的例子，一個(gè)包括fe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6DS)、阻斷劑的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液可以用于這一目 的。通過(guò)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(shí)之間。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12G，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(lái)去除任何未附著的單鏈核酸序列。這一洗滌過(guò)程可以通過(guò)打開(kāi)連接洗滌蓄液池316 和分析腔312的第5熔解閥368來(lái)開(kāi)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(lái)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(lái)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(kāi)，來(lái) 排空洗滌緩沖液和樣品到廢液腔314中(圖12G)。
繼續(xù)參照?qǐng)D12G，這是一個(gè)圖12A到12F所示流體回路的替代實(shí)施例。在圖 12G所示的實(shí)施例中，各個(gè)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(guò)表1所述的圖像分析、模式識(shí)別或光學(xué)干涉來(lái)實(shí)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(guò)使用本發(fā)明的納米線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì) 和圖14A到14G —起詳細(xì)說(shuō)明。圖12G還顯示了和每個(gè)探針相關(guān)聯(lián)的，用作光源和探 測(cè)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(guò)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?yàn)槁?lián)合體364比單鏈探針大得多，探測(cè)到的光學(xué)運(yùn)動(dòng)或 者表面探測(cè)模式會(huì)和單鏈探針顯著不同。這一區(qū)別可以被探測(cè)到，所以聯(lián)合體364的個(gè) 數(shù)可以被統(tǒng)計(jì)出。
參照?qǐng)D13A到13E，這顯示了幾個(gè)應(yīng)用于此的控制流體流動(dòng)的幾個(gè)流體控制元 件，流體控制可以是用定時(shí)控制也可以是預(yù)定義的方法，可以由信號(hào)處理組件142和邏 輯控制器190來(lái)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(dòng)的制動(dòng)壓力閥330的放大詳細(xì)圖標(biāo)表示。如圖所示，制動(dòng)壓力閥330包括 一對(duì)制動(dòng)唇331，其預(yù)先受壓力而處于一種正常的關(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(dòng)唇331的上流壓的時(shí)候，兩者間壓強(qiáng)差會(huì)大于用于使制動(dòng)唇331處于 關(guān)閉位置的預(yù)壓力，這樣，制動(dòng)唇331會(huì)打開(kāi)，允許液體的流動(dòng)，如圖13A-II所示。當(dāng) 制動(dòng)唇331的上下流壓力正?；?，預(yù)壓力會(huì)再次關(guān)閉閥門(mén)，如圖13A-III所示。制動(dòng) 唇331是采用的特定形狀來(lái)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(dòng)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3 中的加熱元件326。 在收到圖7B和IlB中所展示的信號(hào)處理組件142和/或邏輯控制器190的一個(gè)信號(hào)后， 加熱元件3 會(huì)接受到電流，加熱到一個(gè)預(yù)定的溫度，然后熔化掉熔解塞3M來(lái)打開(kāi)通 道，允許液體的流動(dòng)。
圖13C是本發(fā)明的流體回路中控制流體流動(dòng)的正常情況下處于打開(kāi)狀態(tài)的熔解 閥332的示意圖。正常情況下打開(kāi)的熔解閥332包括位于熔解塞3 中的加熱元件326。 如圖所示，熔解塞3M是放置在流體通道之上來(lái)在正常情況下允許流動(dòng)的。在收到圖7B 和IlB中所展示的信號(hào)處理組件142和/或邏輯控制器190的一個(gè)信號(hào)后，加熱元件3 會(huì)接受到電流，加熱到一個(gè)預(yù)定的溫度，然后熔化掉熔解塞324來(lái)關(guān)閉通道，阻止液體 的流動(dòng)。
圖13D是本發(fā)明的流體回路中控制流體流動(dòng)的正常情況下處于打開(kāi)狀態(tài)的另一 個(gè)熔解閥或夾管閥332的示意圖。在此實(shí)施例中，加熱元件3 環(huán)繞在流體通道上。流 體通道是由在加熱時(shí)會(huì)收縮的材料制成的。因此，到加熱元件3 收到圖7B和IlB中所 展示的信號(hào)處理組件142和/或邏輯控制器190的一個(gè)信號(hào)后，加熱元件3 會(huì)接受到電 流，加熱到一個(gè)預(yù)定的溫度，這會(huì)引起流體通道的收縮而關(guān)閉通道，阻止液體的流動(dòng)。
圖13E是一個(gè)溶解塞的示意圖，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)控的流體閥，圖中顯示了其處 于關(guān)閉、半溶解和允許流動(dòng)的打開(kāi)狀態(tài)的幾種情況。在本實(shí)施例中，一個(gè)在和流體接觸 時(shí)會(huì)溶解的生物適合的材料，干的預(yù)置在通道中，直到在用戶(hù)用特定方式使用裝104的 時(shí)候?yàn)橹?。在使用這個(gè)裝置的時(shí)候，例如用戶(hù)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(kāi)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(jì)成從在通道中第一次流體接觸之后經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)定義的 時(shí)間之后開(kāi)始溶解。在此實(shí)施例中，流體控制是被動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，而不是像在圖13B、13C和13D中的流體元件那樣，通過(guò)由信號(hào)處理組件142和/或邏輯控制器190的主動(dòng)干涉來(lái)實(shí) 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(gè)實(shí)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(lái)作為光發(fā)射器和探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)在 本發(fā)明的反應(yīng)區(qū)和捕獲區(qū)獲得的化驗(yàn)結(jié)果的照明，探測(cè)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(dú)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)，MEM，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(lái)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(cè)入射光。此無(wú)機(jī)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(lái)制作。目前在進(jìn)行商業(yè)開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)主 要包括三類(lèi)納米點(diǎn)，納米柱和納米線。另外，有報(bào)道說(shuō)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(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)照明和/或探 測(cè)。另外，納米線和微線可以通過(guò)化學(xué)處理和功能化表面來(lái)準(zhǔn)備。使用這種方法，就不 需要在分離的層中進(jìn)行化驗(yàn)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(lái)制 成。這是說(shuō)，如果發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的話，無(wú)論是吸熱還是放熱，納米線可以探測(cè)到局部的 溫度變化，并測(cè)定熱吸收和產(chǎn)生。還有，電化學(xué)結(jié)果化驗(yàn)時(shí)的電導(dǎo)變化可以被納米線或 微線實(shí)現(xiàn)的電極所探測(cè)到，然后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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IM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 5x5的納米線束365，其由單獨(dú)的直徑為納米級(jí)或微米級(jí)的半導(dǎo) 體線369組成。出于方便考慮，此處的單獨(dú)半導(dǎo)體線369將被稱(chēng)作“納米線369”或者“微線369”，這依賴(lài)于特定的應(yīng)用。
如以上所討論的，5x5束365可以用作捕獲組件371，圖14B。如圖14B所示， 在上述化驗(yàn)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(gè)捕獲組件371可以由在50納米X50納米面積 內(nèi)的100個(gè)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(yàn)中。 在本化驗(yàn)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(dú)的納米線369可以單獨(dú)尋址，這樣，每根納米線都可以為信號(hào)處理器 142和/或邏輯控制器190單獨(dú)處理。圖14E由一束納米線形成的一個(gè)發(fā)射組件和一個(gè) 探測(cè)器組件。在此布局中，發(fā)射器組件中的每個(gè)單獨(dú)的納米線369都可以發(fā)射一束波長(zhǎng) 預(yù)定的光或電磁能量373。更進(jìn)一步的，探測(cè)器組件中的單獨(dú)納米線369可以探測(cè)到入射 光373，而輸出相關(guān)的輸出信號(hào)。當(dāng)發(fā)射組件和探測(cè)器組件中沒(méi)有物質(zhì)的時(shí)候，入射能量 373會(huì)被轉(zhuǎn)化為基線輸出信號(hào)，其形式是一個(gè)穩(wěn)平輸出，如果14E所示。圖14F顯示了一 個(gè)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(gè)方面，當(dāng)入射能量373被應(yīng)用到發(fā)射組件時(shí)，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(gè)被 改變了的電磁波375會(huì)被探測(cè)器件的一些單獨(dú)納米線369所探測(cè)到，如圖14F所示。因 此，納米線探測(cè)器組件產(chǎn)生的輸出信號(hào)將在基線信號(hào)上帶有一個(gè)擾動(dòng)，如圖14F所示。 在各自的捕獲探針360和互補(bǔ)的目標(biāo)DNA362雜交后，一個(gè)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(bào)告的一個(gè)雙鏈DNA片段的 尺度。因?yàn)榧{米線可以小到只有5納米，而且雙鏈DNA片段是在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上，如圖 14H所示，因此由光/物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，對(duì)于單鏈和雙鏈DNA會(huì)由可探測(cè)到的 區(qū)別，如圖14F和14G所比較。
圖141和14J于圖14F和14G分別相似。在此實(shí)施例中，單獨(dú)半導(dǎo)體線369的 直徑是在微米的量級(jí)，首選的為1到5微米之間，便于進(jìn)行細(xì)胞探測(cè)和成像，如圖141和 14J所示，并會(huì)在下面詳細(xì)介紹。圖141所示The微線發(fā)射器組件類(lèi)似的可以產(chǎn)生入射電 磁能373，它可以為微線探測(cè)器組件探測(cè)到而產(chǎn)生輸出信號(hào)基線。在圖14J中，一個(gè)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(huì)被微線探測(cè)器組件探測(cè)到而產(chǎn)生一個(gè)指示出被捕獲的細(xì)胞406的 輸出信號(hào)。因?yàn)檠杭?xì)胞的大小是微米量級(jí)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(jí)的半導(dǎo)體線369示適合目前的細(xì)胞化驗(yàn)的，下面將再詳細(xì)討 論。
圖14K顯示了一個(gè)帶有細(xì)胞核407的被捕獲細(xì)胞406。作為另外一個(gè)微線的應(yīng) 用，微線被提議設(shè)計(jì)為穿透微探針發(fā)射器和穿透微探針探測(cè)器，它們可以穿透細(xì)胞壁而 能夠通過(guò)細(xì)胞內(nèi)照明和探測(cè)的方法得到信號(hào)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(lái)產(chǎn)生改變了的電磁能375，然后 被對(duì)應(yīng)的穿透微探針探測(cè)器所探測(cè)到，然后產(chǎn)生一個(gè)可以轉(zhuǎn)化為如圖所示圖像的信號(hào)。 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(yàn)的實(shí)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(lái)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(chóng)(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(shí)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(shí)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(chēng)作CD4細(xì)胞)和抑制T細(xì)胞(被 稱(chēng)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(huì)失去功能并被消耗掉。CD4+ 淋巴細(xì)胞的快速消耗會(huì)導(dǎo)致免疫抑制，病人變得容易因機(jī)會(huì)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(duì)數(shù)量，是目前監(jiān)視艾滋病 病毒感染到艾滋病的過(guò)程的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)。在感染的過(guò)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+禾Π CD8+細(xì) 胞的比例和CD4+T幫助細(xì)胞的絕對(duì)數(shù)量是一個(gè)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(duì)數(shù)目的測(cè)量需要使用價(jià)格昂貴的細(xì)胞分選機(jī) 或血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。另外，需要具有高級(jí)專(zhuān)業(yè)技能的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人來(lái)操作血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。因 此，開(kāi)發(fā)一種便攜、易用和便宜的可以實(shí)時(shí)的測(cè)量CD4+/CD8+的比例和絕對(duì)CD4+數(shù)量 的診斷裝置是非常有意義的。
本發(fā)明所指的個(gè)人診斷裝置104可以用來(lái)做細(xì)胞化驗(yàn)，例如CD4+和CD8+細(xì)胞 化驗(yàn)。細(xì)胞分析裝置，在此也被稱(chēng)為細(xì)胞貼片或手鐲，可以提供僅僅使用一個(gè)具有電腦 界面的簡(jiǎn)單貼片或手鐲就進(jìn)行的快速、易用和便宜方法來(lái)診斷和監(jiān)視艾滋病病毒感染的 過(guò)程。
現(xiàn)在參考現(xiàn)在圖15A，這是一個(gè)描繪了應(yīng)用在本發(fā)明的細(xì)胞貼片實(shí)施例中的樣 品采集層116、流體處理層118、結(jié)果檢測(cè)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(jì)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(gè)蓄液池都是運(yùn)行時(shí)連接在一起 的，還可以包括一個(gè)或更多的出氣口 340來(lái)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(dòng)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(lái)控制，這可以使樣品和緩沖液在各腔中的流動(dòng)得到控制。在一個(gè)特 定的實(shí)施例中，捕獲區(qū)312周?chē)梢杂卸鄠€(gè)廢液腔314來(lái)幫助廢液的收集。
圖15B是洗滌緩沖液蓄液池316、微線探測(cè)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3 的點(diǎn)膠嘴377，加熱元件 326可以在收到一個(gè)特定命令的時(shí)候被激活來(lái)打開(kāi)點(diǎn)膠嘴377而釋放洗滌緩沖液到捕獲腔 312。在此實(shí)施例中，微線探測(cè)器322帶有穿孔，這樣點(diǎn)膠嘴377可以穿過(guò)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(shí)施例的微線369、穿 孔379、微線發(fā)射器和探測(cè)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(zhǎng)而具有不同的直徑。
圖15C是一個(gè)帶有剖視圖部分的透視圖，其顯示了一個(gè)包含圖15A所示的細(xì)胞 化驗(yàn)的各個(gè)層的完全組裝好的個(gè)人診斷裝置。在這個(gè)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(kāi)口 164，血液計(jì)量腔304，血紅細(xì)胞捕獲腔306，微線發(fā)射 器320，捕獲區(qū)312，替代廢液腔314，微線探測(cè)器322，洗滌緩沖液蓄液池316，信號(hào)處 理器142，控制器190，輸出視頻顯示器IM和單獨(dú)固定顯示結(jié)果窗126。
接下來(lái)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(lái)探測(cè)和計(jì)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(jì)量腔304的采集過(guò)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(jì)量腔304 和血紅細(xì)胞捕獲腔306之間的熔解塞被打開(kāi)，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(guò)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(dòng)包含血紅細(xì)胞捕獲反應(yīng)物的膜。一個(gè)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(guó)喬治亞 的Fairbum市的Porex Bchnologies Corp.生產(chǎn)的。此膜具有開(kāi)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(kāi)口直徑是在1到250微米之間，通常來(lái)說(shuō)，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(mǎn)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(lèi)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(duì)這領(lǐng) 域的專(zhuān)家來(lái)說(shuō)是眾所周知的。放置在固體支撐載體中的用來(lái)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(duì)血紅細(xì)胞的?；蛘咭部梢允褂闷渌?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。
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(huì)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)?？贵w可以使用許多方法被固定在一個(gè)固體面上， 這些方法包括共價(jià)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(qǐng)看Silman，I.H.和Katchalski，E.生物化學(xué)年鑒，卷35，873頁(yè)(1966)； Melrose, G.J.H.,純化和應(yīng)用化學(xué)綜述，卷 21，p.83, (1971)；和 Cuatrecasas，P.和 Anfinsen, C.B.，酶學(xué)方法，卷22，(1971)。附著到涂有蛋白質(zhì)的表面的方法由Lai等公 開(kāi)(德國(guó)專(zhuān)利號(hào)2,539,657 ；美國(guó)專(zhuān)利號(hào)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(lái)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(lái)探 測(cè)非特異結(jié)合。捕獲抗體可以在活的有機(jī)體內(nèi)或在試管中產(chǎn)生。生產(chǎn)抗體的方法對(duì)此領(lǐng) 域的人來(lái)說(shuō)是眾所周知的?？梢詤⒖纯贵w生產(chǎn)必要技術(shù)(AntibodyProduction Essential Techniques), Peter Delves (編)，John Wiley&Son Ltd，ISBN 0471970107(1997)?；?者，抗體可以通過(guò)商業(yè)途徑購(gòu)買(mǎi)，例如研究診斷公司，Pleasant Hill路，福蘭德斯，NJ 07836和正交診斷系統(tǒng)公司。
在給足夠的時(shí)間讓細(xì)胞與對(duì)應(yīng)的俘獲劑相結(jié)合后，分析腔312會(huì)被清洗來(lái)去除 未結(jié)合的細(xì)胞。清洗是通過(guò)用洗滌緩沖液沖洗腔312來(lái)實(shí)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(kāi)，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(guò)程可以由連接蓄液池 316和腔312的溶解塞的時(shí)控打開(kāi)來(lái)啟動(dòng)，也可以由連接腔312和廢液腔314的熔解閥來(lái) 啟動(dòng)。
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(lái)定量化。程序算法來(lái)計(jì)數(shù)捕獲區(qū)的CD4+和CD8+細(xì)胞的個(gè)數(shù)，計(jì)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(lái)算出絕對(duì)數(shù)目。
小分子化驗(yàn)的實(shí)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(cè)量，特別對(duì)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(cè)量變得越來(lái)越重要。在醫(yī)療診斷和治療中，重要的應(yīng)用包括對(duì)藥品，麻醉劑，有毒化學(xué)品等的影響的定量測(cè)量。在某 些情況下，要測(cè)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(cè)量，必須要使用非常復(fù)雜的儀器，而且只能為經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)室人員所使 用。在這些情況下，結(jié)果通常要在取樣幾個(gè)小時(shí)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(shí)驗(yàn)室外能夠例行的、快速的和可重復(fù)的進(jìn)行測(cè)試并得到快速 或立刻的信息顯示是非常重要的。
一個(gè)常見(jiàn)的醫(yī)療測(cè)試是測(cè)試糖尿病病人的血糖濃度。糖尿病是一個(gè)主要的健康 問(wèn)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(huì)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(zhǎng)期效果相關(guān)，例如心臟病、動(dòng)脈硬化癥、失明、 中風(fēng)、高血壓和腎衰竭。
目前的學(xué)說(shuō)建議病人每天測(cè)量他們的血糖濃度2到7次，這依賴(lài)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(lái)調(diào)整飲食、鍛煉和胰島素的攝 取量來(lái)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(cè)試都提取血液樣品(例如，手指針試驗(yàn))， 然后使用一個(gè)能通過(guò)電化學(xué)或色度分析的方法讀出葡萄糖密度的儀器來(lái)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(cè)試。然而， 與此測(cè)量方法相關(guān)的不舒服和不方便，以及對(duì)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(zhǎng)期糖尿病的問(wèn)題。因此，在家庭測(cè)試領(lǐng)域，還 是需要一種易用的分析測(cè)試儀器，特別使那些連續(xù)和/或自動(dòng)的檢測(cè)是需要的情況。
現(xiàn)在參照?qǐng)D18A和18B，這是一個(gè)用于探測(cè)小分子的本發(fā)明所指的個(gè)人診斷裝 置104的分解和剖視圖，在此，此裝置被稱(chēng)作小分子貼片。此生物貼片提供了僅僅使用 一個(gè)具有電腦界面的簡(jiǎn)單貼片或手鐲就進(jìn)行的快速、易用和自動(dòng)的裝置和方法來(lái)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(cè)器層382或替代的(或者與此 組合的)光探測(cè)器層384。樣品處理是在生物適合的允許橫向流動(dòng)的預(yù)置了分析反應(yīng)物的 載體上進(jìn)行的，接下來(lái)將和圖19A和19B —起詳細(xì)描述。
樣品處理層380包括一個(gè)特別的帶有單獨(dú)流體部件的微流體回路227，下面將會(huì) 詳細(xì)介紹。樣品處理層380可以包含一個(gè)微流體回路227，或者替代的，可以包含多個(gè) 微流體回路227，流體回路由蓄液池開(kāi)口 164和對(duì)應(yīng)的第一流體通道168所組成，在這里 以斷線的形式表示。或者，裝置104可以包括多個(gè)樣品處理層380，每個(gè)具有單獨(dú)的或 多個(gè)微流體回路227。每一個(gè)單獨(dú)的血液樣品可以在單獨(dú)的微流體回路227中實(shí)時(shí)的處 理。例如，裝置104可以包括12個(gè)微流體回路227，它們可以都形成和處于一個(gè)樣品處 理層380中，或者每一個(gè)都處于一個(gè)單獨(dú)的樣品處理層380中，這樣，總共就有12個(gè)樣 品處理層。應(yīng)當(dāng)理解，這12個(gè)流體回路最好是相互之間不流體連通?；蛘?，這12個(gè)微 流體回路227可以以成對(duì)的形式或者三個(gè)一組，四個(gè)一組的形式，讓每一對(duì)或每一組處 于一個(gè)單獨(dú)的處理層380中。這樣，使用12個(gè)流體回路227和12個(gè)對(duì)應(yīng)的柳葉刀159， 用戶(hù)可以佩戴此裝置M小時(shí)，每?jī)蓚€(gè)小時(shí)取樣一次血液樣品。
微流體回路227包括血液計(jì)量腔304，單獨(dú)的血液分離區(qū)385和捕獲區(qū)312。在25此實(shí)施例的某些實(shí)現(xiàn)中，單獨(dú)的血液分離區(qū)385與捕獲區(qū)312可能合并為一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域 或者腔，此腔可以由幾個(gè)單獨(dú)的片或者片段組成的生物適合的運(yùn)行橫向流動(dòng)的支撐物或 膜組成，也可以替代的由一個(gè)帶有分級(jí)的，每級(jí)用來(lái)處理不同的流體處理的允許橫向流 動(dòng)的載體組成，順序的來(lái)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(gè)單個(gè)的膜或者支撐物386，它包括3個(gè)橫向流動(dòng)的片。
在此葡萄糖化驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)中，生物貼片或生物手鐲可以更便利的包括一個(gè)預(yù)裝好 的胰島素395的蓄液池，如圖18A和18C所示。在此，儲(chǔ)存在邏輯控制器190或信號(hào)處 理器142中的軟件會(huì)交互的指導(dǎo)控制系統(tǒng)來(lái)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(gè)單向的可變形的制動(dòng)片類(lèi)型的閥門(mén)，上面已經(jīng)討論過(guò)這種閥門(mén)了。 另外，一個(gè)塞子被用在這里來(lái)屏住蓄液池中的胰島素。這個(gè)塞子不能和液體接觸的時(shí)候 會(huì)發(fā)生熔解，因?yàn)樗恢钡钠磷⌒钜撼刂械囊葝u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(hào)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(huì)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(shí)的方法釋放的。計(jì)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(lái)控制，當(dāng)需要的時(shí)候，整個(gè)蓄液池的液體可以簡(jiǎn)單的 排空。各個(gè)蓄液池可以具有不同的體積，這樣需要的時(shí)候，控制系統(tǒng)會(huì)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?qǐng)D18A，光探測(cè)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(shí)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(gè)預(yù)裝滿(mǎn)的 蓄液池，也可以是分成幾個(gè)小的蓄液池，每個(gè)都跟據(jù)時(shí)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(gè)預(yù)定劑量的胰島素，然 后通過(guò)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(hù)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(guò)了。通過(guò)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(hù)。邏輯控制器190可以帶有專(zhuān)家軟件來(lái)根據(jù)葡萄糖化驗(yàn)的檢測(cè)結(jié) 果來(lái)決定用戶(hù)的胰島素需求，并給予用戶(hù)正確的劑量的胰島素。對(duì)于那些本行的專(zhuān)家來(lái) 說(shuō)，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(cè)試和根據(jù)測(cè)試用來(lái)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(yàn)及荷爾蒙或藥物的釋放治療中。
圖18B是完全組裝好的個(gè)人診斷裝置104帶有剖視圖部分顯示出圖18A所示的 各個(gè)進(jìn)行小分子化驗(yàn)的層的一個(gè)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(jì)量腔304，胰島素蓄液池395，補(bǔ)給柳葉刀397，信號(hào)處理器 142，控制器190，輸出視頻顯示器124，和單獨(dú)固定顯示結(jié)果窗126。
現(xiàn)在參考圖19A，這是一個(gè)橫截面的側(cè)視圖，顯示了血液計(jì)量腔304和生物適 合的允許橫向流動(dòng)的支撐物或膜386，它被分為三個(gè)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(gè)使用周期中，血液樣品由微探針159按照一定的 時(shí)間間隔來(lái)提取。這里可以有多個(gè)收集點(diǎn)和/或多個(gè)如上所述的入口管道。而且如上所 示，這里可以有多個(gè)微探針來(lái)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(yàn)將描述為只有一個(gè)這樣的流體回路。
最好在每一個(gè)特定的時(shí)間間隔提取5到10微升的血液。微探針159最好涂有抗凝血?jiǎng)﹣?lái)防止血液的凝結(jié)。微流體回路可以帶有一個(gè)具有可編程閥門(mén)的蓄液池來(lái)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 —起詳細(xì)描述。繼續(xù)參照?qǐng)D 19A，血液進(jìn)入計(jì)量腔304，當(dāng)血液達(dá)到某一需要或者預(yù)定的水平時(shí)，計(jì)量腔會(huì)被關(guān)閉。 此流體回路可以使用夾管閥372來(lái)關(guān)閉。通過(guò)打開(kāi)熔解塞374，計(jì)量過(guò)的血液被允許進(jìn)入 細(xì)胞分離片388。
使用電化學(xué)探測(cè)方法，葡萄糖可以在計(jì)量蓄液池304直接由全血中測(cè)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(lái)測(cè)量葡萄糖濃 度。在這種情況下，葡萄糖氧化酶被預(yù)置到計(jì)量腔304中，這會(huì)在葡萄糖存在的情況下 產(chǎn)生過(guò)氧化氫(H2O2),這可以使用電化學(xué)方法來(lái)探測(cè)。
然而，如果使用光學(xué)探測(cè)方法(例如吸收，反射，投射)來(lái)進(jìn)行探測(cè)的話，一個(gè) 細(xì)胞分離步驟可以包括進(jìn)來(lái)，如圖所示。在此實(shí)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(gè)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(guò)片388的時(shí)候，由纖維網(wǎng)絡(luò)材料制成的片388會(huì)減緩特 定物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，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(yàn)，反應(yīng)片包括葡萄糖氧化酶、過(guò)氧化物酶和一個(gè)可以在H2O2存在的情況下被過(guò)氧化物 酶轉(zhuǎn)化為可探測(cè)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(zhǎng)大約1毫米。每個(gè)片的吸收體積最好是在1到2微升之間。
葡萄糖化驗(yàn)
葡萄糖氧化酶葡萄糖+ H2O+ O2 - 葡萄糖酸+ H2O2過(guò)氧化物酶H2O2+還原顯色劑- 氧化顯色劑+ H2O
(無(wú)色)(有色)
當(dāng)探測(cè)方法是光學(xué)時(shí)，微線發(fā)射器320被激活來(lái)向可探測(cè)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(cè)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(cè)器322。然后進(jìn)行光學(xué)和/或影像分析來(lái)定量 化上述化驗(yàn)結(jié)果。在此使用電化學(xué)探測(cè)方法的替代實(shí)施例中，過(guò)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(lái)產(chǎn)生與樣品葡萄糖濃 度成比例的電流。
生成的過(guò)氧化氫的量或者通過(guò)一個(gè)顯色劑吸收，在被氧化的時(shí)候改變顏色，如 圖19B所示或經(jīng)過(guò)電極的電化學(xué)力的變化，如圖18A所示來(lái)量化。小分子貼片中的邏輯 控制器190帶有一個(gè)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(shí)會(huì)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(lái)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(gè)總的血清膽固醇的化驗(yàn)中，反應(yīng)片將包括 膽固醇酯酶、膽固醇氧化酶、過(guò)氧化物酶和一個(gè)可以在H2O2存在的情況下被過(guò)氧化物酶 轉(zhuǎn)化為可探測(cè)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(cè)方法，過(guò)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(gè)例子，小分子貼片可以用來(lái)測(cè)定血液樣品中的甘油三酸酯，在這 種情況下，反應(yīng)片會(huì)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(lái)產(chǎn)生H2O2，還有上述各種在H2O2存在情況下產(chǎn)生可探測(cè)的反應(yīng)物的成分。
壓力監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)和方法
在日常生活中，人們遇到各種來(lái)源的壓力。壓力對(duì)綜合健康的有害效果已經(jīng)被 很好的記載了。很多健康問(wèn)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(hù)一天的壓力水平的個(gè)人診斷裝置。在 一天結(jié)束的時(shí)候，用戶(hù)可以下載收集到的一天的用戶(hù)壓力信息分析，來(lái)發(fā)現(xiàn)在一天中的 什么時(shí)候用戶(hù)面對(duì)最高的壓力水平。
在此實(shí)現(xiàn)中，個(gè)人壓力監(jiān)視裝置的用戶(hù)需要做一份書(shū)寫(xiě)或聲音的一日活動(dòng)的記 錄。例如，簡(jiǎn)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(huì)見(jiàn)老板，9:45am” ； “和同事?tīng)?zhēng)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(jué)，9:00pm” ； “和配偶爭(zhēng)吵， 9:30pm” ； “做家庭理財(cái)，10:00to 11:15pm” ； “看晚間電視，11:30pm” ； “睡覺(jué)， 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(huì)導(dǎo)致最高的壓力水 平。通過(guò)咨詢(xún)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(lái)避免那些會(huì)導(dǎo)致不 健康的的壓力水平的活動(dòng)。如果和配偶接觸的時(shí)候，壓力水平非常的高，建議進(jìn)行婚姻 咨詢(xún)。如果壓力水平在與某個(gè)同事或老板一起時(shí)特別高的話，則雇員的公司可能附有使 員工處于敵對(duì)的環(huán)境的責(zé)任，需要采用相關(guān)的補(bǔ)救措施。
許多人現(xiàn)在具有可以M小時(shí)通過(guò)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(gè)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(gè)方法，如果壓力貼片的用戶(hù)需要藥， 用戶(hù)就坐到它的個(gè)人電腦前點(diǎn)擊LifePatch的圖標(biāo)，如圖1所示。電腦和相關(guān)的軟件就通 過(guò)射頻接收器114從個(gè)人診斷裝置104中下載儲(chǔ)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(huì)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(gè)命令給用戶(hù)的貼片來(lái) 釋放合適的預(yù)置的劑量的處方藥。使用這種方法，危險(xiǎn)的過(guò)量服藥和藥依賴(lài)性就可以得 到避免。
根據(jù)使用本發(fā)明的另外一個(gè)方法，上述方法被修改為遠(yuǎn)程的控制臨床藥品測(cè)試 的使用和劑量。藥的使用和劑量因此可以通過(guò)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(guò)貼片和電腦遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)的監(jiān)視病人對(duì)藥物的的生物和生理學(xué)反應(yīng)。
以類(lèi)似的方法，發(fā)明者于此提出本發(fā)明可以用來(lái)監(jiān)視和治療各種精神疾病，例 如抑郁癥等。在應(yīng)用的時(shí)候，生物貼片實(shí)時(shí)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(shí)候報(bào)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(bào)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(lái)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(lèi)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(lài)。在一個(gè)本實(shí)施例的替代的實(shí)現(xiàn)中，用戶(hù)/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(gè)人診斷裝 置就根據(jù)本發(fā)明的此方面實(shí)現(xiàn)為連續(xù)的或間斷的傳輸信號(hào)。在此裝置傳輸匯報(bào)信號(hào)的 時(shí)候，收集到的診斷信息就可以無(wú)線的傳輸給主治醫(yī)師，而不需要任何用戶(hù)/電腦的交 互。
現(xiàn)在回到本發(fā)明的壓力貼片的實(shí)現(xiàn)，在本領(lǐng)域的專(zhuān)家都了解單身體處于壓力或 激動(dòng)的狀態(tài)時(shí)會(huì)由腎上腺產(chǎn)生荷爾蒙可體松并被釋放出來(lái)。因此，可體松得到了廣泛的 關(guān)注，并被稱(chēng)為“壓力荷爾蒙”。可是這一荷爾蒙并不是簡(jiǎn)單的壓力水平標(biāo)志，它對(duì)身 體各個(gè)部位的功能都是必須的。過(guò)量或缺乏這種關(guān)鍵的荷爾蒙會(huì)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(kù)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(cè) 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(dòng)中。然 而，身體中的可體松水平在一天中是波動(dòng)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(dòng)。為了辨別和允許這些不同的波動(dòng)，就需要一 種實(shí)時(shí)檢測(cè)可體松水平的裝置，并且不需要使用昂貴和麻煩的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。因?yàn)榕R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(yàn)技術(shù)來(lái)測(cè)定的。
對(duì)于許多可體松的探測(cè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)一種便攜的，半侵入的傳感器裝置，具 有相對(duì)高的探測(cè)可體松的選擇性和敏感性，可以連續(xù)的實(shí)時(shí)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(gè) 人診斷裝置。此個(gè)人診斷裝置于此被稱(chēng)作壓力貼片，它提供了一種快速，易行和自動(dòng)的 裝置和方法來(lái)定量化可體松，僅僅使用一個(gè)帶有個(gè)人電腦界面或者射頻計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)界面 的簡(jiǎn)單的貼片或者手鐲。
下面轉(zhuǎn)到圖20A，這是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)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(gè)在此實(shí)施例中使用的單獨(dú)的 結(jié)果照明層117，流體處理層118，結(jié)果檢測(cè)層178和蓄液池層379，這些層應(yīng)用于此來(lái)實(shí) 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(gè)人診斷裝置的這 個(gè)實(shí)施例中，微線發(fā)射器320被用做光源來(lái)照亮化驗(yàn)結(jié)果，在此最好是作為一個(gè)單獨(dú)的 結(jié)果照明層117來(lái)實(shí)現(xiàn)。或者，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(shí)施例所討論的那樣。結(jié)果照明層117帶有蓄液池開(kāi)口 164，它和對(duì)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(duì)齊。使用這種方法，血 液樣品可以穿過(guò)結(jié)果照明層117而進(jìn)入對(duì)應(yīng)的流體處理層118中的蓄液池開(kāi)口 164。蓄液 池層379包括一個(gè)可選的洗滌緩沖液316，它是圖15A和15B所描述的類(lèi)型，和一個(gè)藥 劑釋放蓄液池389。結(jié)果檢測(cè)層178帶有微線探測(cè)器322，它是圖14A-14K中所描述的 類(lèi)型，并應(yīng)用于圖15A和18A所示的個(gè)裝置實(shí)施例中。
繼續(xù)參照?qǐng)D20A，流體處理層118包括微流體回路227。此特別的實(shí)施例的微流 體回路227帶有蓄液池開(kāi)口 164，抽取蓄液池或初始樣品收集腔394，血液計(jì)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(gè)微流體回路227或者更好的包含多個(gè)微流體回路 227，象這里的參照的兩個(gè)蓄液池開(kāi)口 164和他們對(duì)應(yīng)的流體通道168所示?；蛘撸b 置104可以包括多個(gè)樣品處理層118，每個(gè)具有單獨(dú)的或多個(gè)微流體回路227。使用這 種方法，幾個(gè)血液樣品可以在不同時(shí)間提取，通過(guò)在第一流體通道168使用流體控制的 方法，此方法請(qǐng)參照于圖13A到13E的描述。每一個(gè)單獨(dú)的血液樣品可以在單獨(dú)的微流 體回路227中實(shí)時(shí)的處理。例如，裝置104可以包括M個(gè)微流體回路227，它們可以都 形成和處于一個(gè)樣品處理層118中，或者每一個(gè)都處于一個(gè)單獨(dú)的樣品處理層118中， 這樣，總共就有M個(gè)樣品處理層。應(yīng)當(dāng)理解，這M個(gè)流體回路最好是相互之間不流體 連通?；蛘?，這M個(gè)微流體回路227可以以成對(duì)的形式或者三個(gè)一組，四個(gè)一組的形 式，讓每一對(duì)或每一組處于一個(gè)單獨(dú)的處理層118中。然后各個(gè)層再組合在一起達(dá)到所 需的功能。在這一特定的實(shí)施例中，每一個(gè)微流體回路227會(huì)和各自的上面討論過(guò)的柳 葉刀159流體連通。血液取樣和流體控制與計(jì)時(shí)是由控制器142來(lái)控制的，與每一個(gè)柳 葉刀159相關(guān)連的一個(gè)熔解塞可以定時(shí)激活來(lái)使各自的初步樣品收集腔394與對(duì)應(yīng)的柳葉 刀159進(jìn)行流體交換，這樣柳葉刀就可以通過(guò)毛細(xì)作用定時(shí)的提取新鮮的血液樣品。這 樣，使用M個(gè)流體回路227和M個(gè)對(duì)應(yīng)的柳葉刀159，用戶(hù)可以佩戴此裝置M小時(shí)，每 個(gè)小時(shí)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(kāi)口 164，抽取蓄液池或初步樣品收 集腔394，血液計(jì)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(shí)施例的某些實(shí)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(gè)單獨(dú)的區(qū)域或者腔，此腔可以由幾個(gè)單獨(dú)的片或者 片段組成的生物適合的運(yùn)行橫向流動(dòng)的支撐物或膜組成，也可以替代的由一個(gè)帶有分級(jí) 的，每級(jí)用來(lái)處理不同的流體處理的允許橫向流動(dòng)的載體組成，順序的來(lái)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(dòng)的片，在下面會(huì)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(shí)施 例中，抽取蓄液池394與一個(gè)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(gè)預(yù)先決定的時(shí)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(kāi)始使用貼片到此流體回 路227為控制器所需要的過(guò)程中所儲(chǔ)存的血液。在初始提取血液之后，抽取蓄液池就會(huì) 被使用上面描述過(guò)的一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)流體不連通。使用這種方法，當(dāng)樣品收集腔394被30控制器190激活后，一部分新鮮的具有實(shí)時(shí)或者用戶(hù)生物特征的血液通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入 計(jì)量腔304。對(duì)于那些本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的來(lái)說(shuō)是很容易理解的，根據(jù)目前的公開(kāi)， 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(gè)實(shí)施例中，而且最宜與 時(shí)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(shí)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(gè)預(yù)裝滿(mǎn)的蓄液池，也可以是分成幾個(gè)小的蓄液池，每個(gè)都跟據(jù)時(shí)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(gè)預(yù)定 劑量的處方藥，然后通過(guò)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(圖 18C)，然后進(jìn)入用戶(hù)的血液中。與圖18C所示的實(shí)施例的胰島素蓄液池395類(lèi)似，藥 劑釋放蓄液池389帶有點(diǎn)膠嘴377，它在收到控制器142的命令后，會(huì)通過(guò)使用加熱元件 3 的方法打開(kāi)，如前面所描述的。通過(guò)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(hù)。邏輯控制器190可以帶有專(zhuān)家軟件來(lái)根據(jù)壓力化驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果來(lái) 決定用戶(hù)的藥物需求，并給予用戶(hù)正確的劑量的藥劑。對(duì)于那些本行的專(zhuān)家來(lái)說(shuō)，很顯 然的，與此所描述的裝置并不僅僅限于進(jìn)行壓力測(cè)試和根據(jù)測(cè)試用來(lái)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(yàn)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(guò)貼片/電腦/網(wǎng)絡(luò)/醫(yī)生通訊來(lái)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(gè)根據(jù) 本發(fā)明的某些方面進(jìn)行壓力分析的層的一個(gè)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(bǔ)給細(xì)管或微探針397，蓄液池開(kāi)口 164，抽取蓄液池或 初步樣品收集腔394，血液計(jì)量腔304，微線探測(cè)器322，可選洗滌緩沖液316，信號(hào)處理 層186中的信號(hào)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(dú)固定顯示結(jié)果窗126。
接下來(lái)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(dòng)的過(guò)程。在 此壓力貼片的實(shí)現(xiàn)中，血液樣品在壓力貼片的整個(gè)使用周期中由微探針159按照一定的 時(shí)間間隔來(lái)提取。這里可以有獨(dú)個(gè)收集點(diǎn)和/或多個(gè)如上所述的入口管道和/或多個(gè)蓄 液池。而且，這里可以有多個(gè)微探針159來(lái)提取血液到貼片的一個(gè)微流體回路227中。
下面特別參照?qǐng)D21A，這顯示了一個(gè)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(dòng)壓力閥330，熔解閥332，初步樣品收集腔394，樣品計(jì)量腔 304，帶有過(guò)濾材料342的出氣口 340，和一個(gè)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?；?yàn)需要的反應(yīng)物被預(yù)載到反應(yīng)片400。這些反應(yīng)物可以包括信號(hào)劑398，由微粒 或者目標(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(guò)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(lái)做分析。
最好在每一個(gè)特定的時(shí)間間隔提取10到30微升的血液。微探針159最好涂有 抗凝血?jiǎng)﹣?lái)防止血液的凝結(jié)。當(dāng)熔解塞3M被打開(kāi)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(lái)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(lái)分析。下一步是打開(kāi)第二熔解閥344允許新鮮的血液進(jìn)入計(jì)量腔 304(圖.21B和21C)。當(dāng)樣品達(dá)到某一需要的體積時(shí)，通過(guò)關(guān)閉熔解閥332來(lái)使計(jì)量腔 304關(guān)閉。在計(jì)量過(guò)樣品之后，第三熔解塞350被打開(kāi)，計(jì)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(lái)，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(lái)移除樣品中的特定蛋白質(zhì)。樣 品繼續(xù)通過(guò)生物適合的膜中的反應(yīng)片400，在這里可體松410與信號(hào)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(hào)劑398的可體松410相結(jié)合。 一束入射電磁輻射373穿過(guò)片402到達(dá)探測(cè)器322，探測(cè)器322可以測(cè)量到通過(guò)片402改 變了的光。此壓力貼片的這個(gè)實(shí)施例中的光源320和探測(cè)器322最好是前面討論過(guò)的微 線發(fā)射器和探測(cè)器?？审w松的存在和含量就可以通過(guò)比較入射光在進(jìn)入樣品之前和之后 的強(qiáng)度區(qū)別，并和已知可體松濃度的樣品做比較來(lái)分析出來(lái)。
如上所述，血液或細(xì)胞分離是通過(guò)細(xì)胞分離片388進(jìn)行的，它會(huì)從血漿或血清 中分離血紅細(xì)胞和白細(xì)胞。在一個(gè)典型的操作中，10-30微升的血液樣品通過(guò)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(guò)過(guò)濾器的時(shí)候，由纖維網(wǎng)絡(luò)材料制成的分離片 388會(huì)減緩特定物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，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(huì)干擾可體松免疫化驗(yàn)。最常提到的干 擾蛋白質(zhì)就是皮質(zhì)素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Tc)?？审w松化驗(yàn)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(guò)毛細(xì)作用穿過(guò)蛋白質(zhì)結(jié)合片396的時(shí)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(mǎn)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(shí)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(lái)。
因?yàn)榭审w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(yàn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行的。在一個(gè)上面描述三明治免疫化驗(yàn)和相關(guān)方法 的替代實(shí)施例中，化驗(yàn)可以實(shí)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(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)化驗(yàn)。許多標(biāo)記和信號(hào)劑是已知的，而且可以 被使用于本發(fā)明。微粒可以象前面描述的一樣使用，Gross的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3,940,475中進(jìn) 行熒光免疫化驗(yàn)(FIA)中的熒光材料也可以用作一個(gè)替代的信號(hào)劑。另外的替代信號(hào)劑 包括和抗體或抗原相結(jié)合的酶標(biāo)記物，如在Schmirs等的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3,654,090中用來(lái)做酶 免疫化驗(yàn)(EIA)。在此使用的標(biāo)記物質(zhì)，追蹤物質(zhì)或者等價(jià)的物質(zhì)包括各種已知的標(biāo)記 物。作為一個(gè)沒(méi)有限制的例子，酶標(biāo)記物，例如可以產(chǎn)生可探測(cè)信號(hào)的辣根過(guò)氧化物酶 或堿磷酸酶可以用于進(jìn)行此化驗(yàn)。
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(chǎng)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(méi)有限制的例 子，吸水的聚醚砜可以用來(lái)達(dá)到這一目的。血清在這一層的運(yùn)動(dòng)會(huì)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(mǎn)了或固定了針 對(duì)可體松410的抗體俘獲劑378。作為沒(méi)有限制的例子，針對(duì)琥珀酸可體松(Cortisol 21 hemisuccinate)禾口可體豐公_3_羧甲基月虧(Cortisol 3carboxymethyloxime)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(yàn)?？贵w可以使用許多方法被固定在一個(gè)固體面上，這些方法包括共價(jià)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(qǐng)看Silman，I.H.和Katchalski，E.生物化學(xué)年 鑒(Annual Review offiiochemistry)，卷 35，p.873 (1966) ； Melrose，G.J.H.,純化和應(yīng)用 化學(xué)(ReviewofPure and Applied Chemistry)，卷 21，p.83, (1971)；和 Cuatrecasas，P.和 Anfinsen, C.B.，酶學(xué)方法，卷 22，(1971)。
在俘獲之后，分析片會(huì)被清洗來(lái)去處未結(jié)合的的信號(hào)劑和可體松。洗滌過(guò)程可 以由連接蓄液池316和分析片的一個(gè)塞子的時(shí)控打開(kāi)來(lái)啟動(dòng)，如圖20A所示。在酶化驗(yàn) 實(shí)現(xiàn)中，信號(hào)劑是酶，和酶反應(yīng)產(chǎn)生可探測(cè)信號(hào)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(huì)洗提未結(jié)合的酶標(biāo)記可體松，同時(shí)允許結(jié)合酶催化酶作用物分裂。洗 滌緩沖液會(huì)被排到吸收片中。
酶標(biāo)記的可體松的量可以通過(guò)光學(xué)探測(cè)(吸收，反射，透射，或熒光)方法來(lái)定 量測(cè)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(lái)計(jì)算 可體松的濃度。
運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)和方法
脫水，中暑或體溫過(guò)低的及時(shí)診斷對(duì)參加體育活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員是十分關(guān)鍵的，因 為這些情況有可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)相關(guān)的虛脫，而虛脫是和過(guò)量運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的疾病與死亡是緊密 相連的。兩個(gè)主要造成運(yùn)動(dòng)相關(guān)的虛脫的原因是運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(gè)小時(shí)之內(nèi)Mchmiechen，N.； Han, C.和 Milzman，D.Ann Emerg Med 1997 ； 30: 571-577)。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(duì)于那些出現(xiàn) 運(yùn)動(dòng)相關(guān)的虛脫的運(yùn)動(dòng)員來(lái)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(cè)試都提取血液樣品(例如，手指針 試驗(yàn))，測(cè)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(dòng)中就成為了問(wèn)題。因此，在野外或家庭測(cè)試領(lǐng)域，還是需要一種易用 的分析測(cè)試儀器，特別使那些連續(xù)和/或自動(dòng)的檢測(cè)是需要的情況。
下面參考圖22A，這是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)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(cè)層178和另外一個(gè)流體處理層118，這些層應(yīng)用于此來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(duì)電極414被分配給一個(gè)特定的分析 腔412并與其對(duì)齊，如圖所示。
圖22A所示的微流體回路227包括蓄液池開(kāi)口 164，抽取蓄液池或初步樣品收 集腔394，血液計(jì)量腔304和一系列分析腔412。樣品處理層118可以包括一個(gè)微流體 回路227或者更好的包含多個(gè)微流體回路227。或者，裝置104可以包括多個(gè)樣品處理層118(如圖所示的第二個(gè)層118)，每個(gè)具有單獨(dú)的或多個(gè)微流體回路227。使用這種 方法，幾個(gè)血液樣品可以在不同時(shí)間提取，通過(guò)在第一流體通道168使用流體控制的方 法，此方法請(qǐng)參照于圖13A到13E的描述。每一個(gè)單獨(dú)的血液樣品可以在單獨(dú)的微流體 回路227中實(shí)時(shí)的處理。
圖22B是完全組裝好的運(yùn)動(dòng)貼片帶有剖視圖部分顯示出圖22A所示的各個(gè)根據(jù) 本發(fā)明的某些方面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析的層的一個(gè)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(kāi)口 164，抽 取蓄液池或初步樣品收集腔394，結(jié)果檢測(cè)層178中的電極414，第二流體處理層118，信 號(hào)處理層186中的信號(hào)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(dú)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(yùn)動(dòng)表現(xiàn)貼片的流體回路227流 動(dòng)的過(guò)程，此后為了方便都稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)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(jì)量腔304，帶有過(guò) 濾器342的出氣口 340，第三熔解塞350，制動(dòng)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(lái) 分析。這一步驟如圖23B所示，熔解塞3M被打開(kāi)，允許血液進(jìn)入初步樣品收集腔394。 腔394將被通過(guò)關(guān)閉到腔四4的通道中的熔解閥332而關(guān)閉(圖23C)。下一步是打開(kāi)第 二熔解閥344允許新鮮的血液進(jìn)入計(jì)量腔304。當(dāng)計(jì)量腔304中的血液達(dá)到預(yù)定的量的 時(shí)候，流入腔304的血液會(huì)被關(guān)閉的熔解閥而切斷(圖23D)。然后第三熔解閥350被打 開(kāi)，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(guò)使用針對(duì)各 種反應(yīng)物的合適電極，使用電化學(xué)的方法來(lái)測(cè)定的。這些分析物包括過(guò)氧化氫(H2O2)， 氧氣(O2)，氯離子(CD ,鈉離子(Na+)和鉀離子(K+)，如圖23E所示。
更特別地，在此實(shí)現(xiàn)中，血液樣品在運(yùn)動(dòng)貼片的整個(gè)使用周期中由微探針159 按照一定的時(shí)間間隔來(lái)提取。這里可以有獨(dú)個(gè)收集點(diǎn)和/或多個(gè)如上所述的入口管道和/ 或多個(gè)蓄液池。而且，這里可以有多個(gè)微探針159來(lái)提取血液到運(yùn)動(dòng)貼片的一個(gè)微流體 回路227中。最好在每一個(gè)特定的時(shí)間間隔提取15到30微升的血液。微探針159最好 涂有抗凝血?jiǎng)﹣?lái)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(mén)來(lái)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(jì)量 腔304然后分配到分析腔412。
如以上所述，如果探測(cè)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(cè)方法(例如吸收，反射，投射)來(lái)進(jìn)行探測(cè)的話，一個(gè) 血液分離步驟可以包括進(jìn)來(lái)。在這個(gè)替代實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)貼片的第一層回事一個(gè)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(lèi)似于圖21A到21D 所描述的。在一個(gè)典型的操作中，15-30微升的血液樣品通過(guò)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(guò)分離片的時(shí)候，由纖維網(wǎng)絡(luò)材料制成的分離片388會(huì)減緩特定物 質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，這包括血液細(xì)胞，達(dá)到在樣品到達(dá)接下來(lái)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?qǐng)D23E，全血樣品進(jìn)入5個(gè)分析腔(以并列的方式放置)。用 來(lái)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(duì)于乳酸化驗(yàn)，34分析腔可以包含乳酸氧化酶，過(guò)氧化物酶和一個(gè)可以在H2O2存在的情況下被過(guò)氧化物酶 轉(zhuǎn)化為可探測(cè)的產(chǎn)物的酶作用反應(yīng)物。在此使用電化學(xué)探測(cè)方法的替代實(shí)施例中，過(guò)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(lái) 產(chǎn)生與樣品乳酸濃度成比例的電流。下面是和此運(yùn)動(dòng)貼片相關(guān)的乳酸化驗(yàn)反應(yīng)。
乳酸化驗(yàn)
權(quán)利要求
1.一種可佩戴個(gè)人診斷裝置，所述裝置包括在佩戴時(shí)，可以從用戶(hù)周?chē)h(huán)境采集空氣樣品的空氣樣品采集構(gòu)件；用來(lái)測(cè)量空氣樣品中至少一種特定污染物的構(gòu)件；所述構(gòu)件與空氣樣品采集構(gòu)件相連；用來(lái)從用戶(hù)獲得流體樣品的流體樣品采集層；用來(lái)處理所述從用戶(hù)獲得的流體樣品的流體樣品層，所述流體樣品層和所述樣品采 集層保持流體交換；所述流體樣品層包括分析流體樣品，從而確定用戶(hù)對(duì)所述至少一種 特定污染物的反應(yīng)的診斷區(qū)域；探測(cè)由所述流體樣品處理后得到的診斷結(jié)果的探測(cè)器；和 將所述診斷結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程位置的傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括互聯(lián)網(wǎng)地址。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括定位器，從而所述傳感器提供所述 用戶(hù)位置的遙感信息。
4.一種用于進(jìn)行DNA化驗(yàn)的可佩戴個(gè)人診斷裝置的光學(xué)裝置，所述裝置包括 光發(fā)射器，其包括多根半導(dǎo)體線，其具有排列成第一個(gè)平面陣列的末端；和 光學(xué)檢測(cè)器，其包括多根半導(dǎo)體線，其具有排列成第二個(gè)平面陣列的末端，所述第一平面陣列和所述第二平面陣列彼此基本平行，間隔預(yù)定的距離。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述光發(fā)射器中的半導(dǎo)體線是發(fā)射器納米 線，適合發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)的電磁能。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)探測(cè)器中的所述半導(dǎo)體線是檢測(cè) 器納米線，適合檢測(cè)與置于所述第一平面陣列和所述第二平面陣列之間的物質(zhì)相互作用 的電磁能。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括固定在所述發(fā)射器納米線鄰近的多 個(gè)單鏈DNA捕獲探針，以形成至少一個(gè)捕獲單元。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)射器納米線被激活，照亮所述多 個(gè)單鏈DNA捕獲探針時(shí)，所述光探測(cè)器單元檢測(cè)僅捕獲探針的輸出信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，每根發(fā)射器納米線和所述檢測(cè)器納米線單 獨(dú)尋址。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，當(dāng)多個(gè)單鏈DNA捕獲探針中的至少一個(gè) 與互補(bǔ)目標(biāo)探針雜交時(shí)，所述光檢測(cè)器單元檢測(cè)與目標(biāo)探針輸出信號(hào)雜交的捕獲探針， 所述目標(biāo)探針輸出信號(hào)可與所述僅捕獲探針的輸出信號(hào)分辨開(kāi)來(lái)。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，當(dāng)預(yù)定最小數(shù)量的所述多個(gè)單鏈DNA捕 獲探針與對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)目標(biāo)探針雜交時(shí)，所述光學(xué)檢測(cè)單元檢測(cè)與目標(biāo)探針輸出信號(hào)雜交 的捕獲探針，所述目標(biāo)探針輸出信號(hào)可與所述僅捕獲探針的輸出信號(hào)分辨開(kāi)來(lái)。
12.—種可佩戴個(gè)人診斷裝置，所述裝置是貼片，用于檢測(cè)用戶(hù)中感興趣的核酸序 列，其特征在于，所述裝置包含在個(gè)人診斷裝置中接受病人血液樣品的流體回路； 計(jì)量血液樣品獲得預(yù)定體積的計(jì)量腔； 第一流體回路，用于將預(yù)定體積的血液樣品傳遞到捕獲腔；在捕獲腔內(nèi)用于固定血紅細(xì)胞的俘獲劑；第二流體回路，用于將白細(xì)胞從所述捕獲腔轉(zhuǎn)移到細(xì)胞溶解和DNA提取腔； 固定在所述細(xì)胞溶解和DNA提取腔內(nèi)，用于溶解所述白細(xì)胞獲得分離的DNA的裂 解劑；第三流體回路，用于將所述分離的DNA轉(zhuǎn)移到DNA刻痕和變性腔，獲得單鏈DNA 片段；第四流體回路，將所述單鏈DNA片段轉(zhuǎn)移到分析腔內(nèi)，所述分析腔含有固定在捕獲 區(qū)域內(nèi)的已知序列的核酸捕獲探針，從而使任何互補(bǔ)單鏈DNA片段與捕獲探針雜交； 電磁能源，用于用入射能量照亮所述捕獲區(qū)域；和在所述能量與所述捕獲區(qū)域中的物質(zhì)相互作用以后，檢測(cè)所述能量的探測(cè)器，從而 確定是否任何互補(bǔ)單鏈DNA片段與捕獲探針雜交。
全文摘要
此個(gè)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(gè)皮膚/貼片界面，至少一個(gè)分析層，一個(gè)信號(hào)處理層和一個(gè)用戶(hù)輸出界面。此交互式診斷裝置的實(shí)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(cè)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(guò)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(gè)人診斷裝置替代實(shí)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(hào)B01L3/00GK102018496SQ201010290039
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者A·A·帕, B·C·范, D·博勒拉, R·M·巴倫西亞 申請(qǐng)人:生命修復(fù)國(guó)際股份有限公司