優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求于2014年9月26日提交的美國臨時(shí)申請no.62/055,922的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本發(fā)明涉及包括用于盒設(shè)備識(shí)別的電阻器的分析測試設(shè)備和用于基于盒設(shè)備識(shí)別來測定流體樣本中的凝結(jié)(coagulation)的方法，具體地，涉及使用護(hù)理點(diǎn)(pointofcare)測試盒中的用于盒設(shè)備識(shí)別的電阻器來執(zhí)行凝結(jié)測定。

背景技術(shù)：

血液凝塊(clotting)或止血是身體的重要保護(hù)機(jī)制，用于密封由身體損傷引起的傷口。止血發(fā)生在兩個(gè)階段。初期(細(xì)胞)止血用來快速停止出血并最小化失血。初期止血涉及內(nèi)皮的受損傷細(xì)胞和發(fā)射使得血小板(凝血細(xì)胞)積聚在受損傷血管的一個(gè)區(qū)域中從而形成臨時(shí)密封傷口的栓子(plug)的信號(hào)的細(xì)胞的下層。第二期(血漿)止血或凝結(jié)與初期止血同時(shí)啟動(dòng)并涉及血液凝塊的過程。更具體而言，凝結(jié)通過相互作用和相互活化的十三個(gè)凝結(jié)因子組成的信號(hào)傳導(dǎo)凝結(jié)級聯(lián)來控制。在凝結(jié)級聯(lián)結(jié)束時(shí)，纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白。纖維蛋白纖維的網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)傷口閉合，并且血小板和其它血細(xì)胞被捕獲在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中并形成血凝塊(血栓)。最后，血小板和內(nèi)皮釋放控制傷口愈合過程的生長因子。在這些過程結(jié)束時(shí)，纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)通過酶溶解在血漿中。

止血需要促凝劑和抗凝劑的微妙平衡，使得循環(huán)的血液保持是相對低粘度的流體，并且凝結(jié)僅僅是為了密封傷口而開始。促凝劑通過阻塞來自傷口或受損害血管的血液流動(dòng)來防止過度出血，而抗凝劑防止在循環(huán)系統(tǒng)中形成凝塊，否則凝塊會(huì)阻塞血管并導(dǎo)致心肌梗塞或中風(fēng)。

第二期止血的凝結(jié)級聯(lián)是基于纖維蛋白原(可溶性血漿蛋白)催化轉(zhuǎn)化為不溶性纖維蛋白。催化這個(gè)反應(yīng)的酶是凝血酶，凝血酶不是以活性形式在血液中永久循環(huán)，而是以凝血酶原(凝血酶的無活性前體(precursor))存在。導(dǎo)致活性凝血酶的凝結(jié)級聯(lián)由兩個(gè)途徑組成，即，外源途徑和內(nèi)源途徑，它們?nèi)诤系焦餐緩街?，共同途徑包括催化纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白的活性凝血酶。外源途徑是響應(yīng)于組織因子(因子iii)的釋放而在損傷部位處啟動(dòng)的，因此也被稱為組織因子途徑。組織因子是在因子x(無活性)到因子xa(活性)的因子viia-催化活化中的輔因子(cofactor)。第二個(gè)、更復(fù)雜的內(nèi)源途徑是通過與血小板相關(guān)聯(lián)的凝塊因子viii、ix、x、xi和xii來活化的。還需要蛋白質(zhì)前激肽釋放酶(pk)和高分子量激肽原(hk或hmwk)，以及從血小板分泌的鈣離子和磷脂。這些成分中的每一個(gè)都導(dǎo)致因子x到因子xa的轉(zhuǎn)化。兩個(gè)途徑中的共同點(diǎn)是因子x到因子xa的活化。因子xa是在兩個(gè)位置(arg-thr，然后是arg-ile鍵)上切割凝血酶原的酶(例如，絲氨酸內(nèi)肽酶)，其產(chǎn)生活性凝血酶并最終造成纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白。

稱為纖維蛋白溶解的血凝塊或纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)的分解需要將纖維蛋白轉(zhuǎn)化成可溶性產(chǎn)物。這種裂解由以無活性形式(纖溶酶原)循環(huán)的蛋白水解酶纖溶酶催化。組織纖溶酶原活化劑(tpa)、細(xì)菌溶血酶(例如鏈激酶)和在尿液中發(fā)現(xiàn)的蛋白水解的人酶(例如，尿激酶)都活化纖溶酶原。這些材料通常用于溶栓療法(thrombolytictherapy)。

因此，凝結(jié)級聯(lián)是用于診斷和治療涉及失調(diào)的血液凝塊或不存在凝塊的疾病的合適目標(biāo)。例如，對在凝結(jié)級聯(lián)中涉及的十三種血液凝塊因子中的一種或多種可能是有缺陷的出血性情況(諸如血友病)的診斷可以通過廣泛的多種凝結(jié)測試來實(shí)現(xiàn)。此外，已經(jīng)開發(fā)了若干測試來監(jiān)測溶栓療法的進(jìn)展。已經(jīng)開發(fā)了其它測試來信號(hào)傳導(dǎo)溶栓前(prethrombolytic)或高凝結(jié)狀態(tài)，或監(jiān)測在體外循環(huán)手術(shù)(cardiopulmonarybypasssurgery)期間向患者施用魚精蛋白的效果。但是，凝結(jié)測試的主要價(jià)值在于監(jiān)測口服和靜脈注射抗凝療法。三個(gè)關(guān)鍵的診斷性測試是凝血酶原時(shí)間(pt)、活化部分凝血活酶時(shí)間(aptt)和活化凝血時(shí)間(act)。

pt是在加入組織因子(從諸如兔子的動(dòng)物獲得的、或重組組織因子，或來自尸檢患者的大腦的)之后血漿凝塊所用的時(shí)間。這測量凝結(jié)的外源途徑(以及共同途徑)的質(zhì)量。pt最常用于監(jiān)測口服抗凝療法。口服抗凝劑(諸如)壓制凝血酶原的形成。傳統(tǒng)的pt測試包括將血液吸入包含液體檸檬酸鈉(其通過結(jié)合樣本中的鈣而充當(dāng)抗凝劑)的管中。因此，pt測試是基于向檸檬酸鹽血液樣本中加入鈣和組織凝血活酶，并測量樣本凝塊所用的時(shí)間。

aptt是形成纖維蛋白凝塊所用的時(shí)間。這測量凝結(jié)的內(nèi)源途徑(以及共同途徑)的質(zhì)量。aptt最常用于監(jiān)測靜脈注射肝素抗凝療法。施用肝素具有壓制凝塊形成的效果。傳統(tǒng)的aptt測試包括將血液吸入包含液體檸檬酸鈉(其通過結(jié)合樣本中的鈣而充當(dāng)抗凝劑)的管中。因此，aptt測試是基于向檸檬酸鹽血液樣本(例如，血小板不足的血漿)中加入活化劑、鈣和磷脂，并且測量樣本形成纖維蛋白凝塊所用的時(shí)間。

act是全血暴露于活化劑的情況下凝塊所用的時(shí)間。內(nèi)源途徑測試評估凝結(jié)的內(nèi)源途徑和共同途徑。act最常用于監(jiān)測在需要施用強(qiáng)力抗凝劑的過程(諸如體外循環(huán)、心臟血管成形術(shù)、溶栓、體外膜式氧合(ecmo)和連續(xù)透析)之前、期間和不久之后的高劑量肝素的效果。傳統(tǒng)的act測試包括將全血加入到包含表面活化劑(例如，硅藻土、高嶺土或玻璃球)的管中，其造成經(jīng)由內(nèi)源(因子xii)途徑來活化凝結(jié)級聯(lián)。因此，act測試是基于向沒有加入外源性抗凝劑的新鮮全血加入內(nèi)源途徑的活化劑，并且測量樣本形成纖維蛋白凝塊所用的時(shí)間。

已知用于分析全血的凝結(jié)監(jiān)測器。例如，在美國專利no.4,756，884中已經(jīng)描述了一種毛細(xì)管流動(dòng)設(shè)備，其中將干燥試劑放置于分析器中，然后在引入血液滴之前將分析器加熱至37℃。樣本通過毛細(xì)管抽吸而與試劑混合。檢測機(jī)制基于穿過樣本的激光。沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)的血細(xì)胞產(chǎn)生特定于未凝塊的血液的斑點(diǎn)圖案。當(dāng)血塊凝塊時(shí)，移動(dòng)停下，從而產(chǎn)生特定于凝塊的血液的圖案。已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種具有干燥的凝結(jié)試劑的吸水性基質(zhì)，用于在設(shè)備中進(jìn)行單次凝結(jié)測試(參見例如美國專利no.5,344,754)，該設(shè)備具有用于確定在將樣本加入到基質(zhì)中時(shí)電阻的改變的集成裝置。對反應(yīng)的檢測是基于與設(shè)備的吸水區(qū)域?qū)?zhǔn)并詢問該區(qū)域的單獨(dú)的光學(xué)組件。

凝結(jié)護(hù)理點(diǎn)測定對于分析流體樣本或生物樣本而言也是已知的。例如，用于響應(yīng)于流體樣本的粘度上的改變而進(jìn)行多種測定的護(hù)理點(diǎn)盒是已知的(參見例如美國專利no.5,447,440和no.5,628,961，其全部內(nèi)容通過引用并入本文)，多種測定包括涉及全血凝結(jié)、凝集(agglutination)、纖維蛋白溶解測試的測定以及一般而言用于獲得關(guān)于凝塊或溶解(裂解)過程的信息的測定。此外，已知提供了一種裝置的護(hù)理點(diǎn)盒，通過這種裝置，可以計(jì)量血液樣本并將其與活化凝結(jié)級聯(lián)的主要或次要途徑的試劑定量地混合，用于隨后使用微制造傳感器檢測凝塊形成(參見例如美國專利no.6,750,053；no.7,923,256；no.7,977,106和no.6,438,498，其全部內(nèi)容通過引用并入本文)。

但是，被配置為執(zhí)行上面提到的流體樣本的凝結(jié)測定的凝結(jié)護(hù)理點(diǎn)測定系統(tǒng)一般包括以可溶解形式印刷在護(hù)理點(diǎn)盒或測試設(shè)備的蓋子或基底上的試劑和底物。在分析期間，通過機(jī)械過程推動(dòng)和拉動(dòng)樣本，以將試劑和底物溶解并混合到樣本中。由于兩個(gè)不同的凝結(jié)級聯(lián)途徑的交叉活化的可能性，以這種形式印刷試劑和底物的這種布置與將試劑和底物混合到樣本中的要求相結(jié)合，阻礙了將凝結(jié)測試集成到單個(gè)護(hù)理點(diǎn)盒或測試設(shè)備中。因而，存在對允許在單個(gè)護(hù)理點(diǎn)盒或測試設(shè)備上執(zhí)行凝結(jié)測試的組合的改進(jìn)的護(hù)理點(diǎn)盒或測試設(shè)備設(shè)計(jì)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對一種芯片，其包括連接到第一連接引腳的分析物電極、連接到第二連接引腳的參考電極和連接到第二連接引腳和第三連接引腳的電阻器?？蛇x地，分析物電極是電流型電極，第一連接引腳是第一電流型連接引腳。

在一些實(shí)施例中，第二連接引腳是低電導(dǎo)率連接引腳，并且第三連接引腳是電阻器連接引腳?？蛇x地，電阻器是導(dǎo)線，并且至少該導(dǎo)線的幾何值或該導(dǎo)線的材料是基于可由分析物電極檢測的分析物來設(shè)定的。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對用于識(shí)別通過芯片測量的分析物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括連接到第一連接引腳的分析物電極、連接到第二連接引腳的參考電極、連接到第二連接引腳和第三連接引腳的具有預(yù)定電阻值的電阻器以及處理器，該處理器被配置為測量第二連接引腳和第三連接引腳之間的電阻，并將所測量的電阻與電子查找表內(nèi)的已知值進(jìn)行比較，以識(shí)別芯片測量的分析物。

在還有另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對一種識(shí)別通過芯片測量的一組分析物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：多個(gè)分析物電極，其中每個(gè)分析物電極連接到多個(gè)連接引腳中的一個(gè)；連接到第二連接引腳的參考電極；連接到第二連接引腳和第三連接引腳的具有預(yù)定電阻值的電阻器；以及處理器，該處理器被配置為測量第二連接引腳和第三連接引腳之間的電阻，并且將所測量的電阻與電子查找表內(nèi)的已知值進(jìn)行比較，以識(shí)別芯片測量的該組分析物。

附圖說明

考慮到下面的非限制性附圖，將更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的盒示意圖；

圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的包括可溶解試劑/底物以及換能器的導(dǎo)管；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的可擴(kuò)散試劑、固定化底物-聚合物層以及換能器；

圖5和圖6示出了為本發(fā)明的各方面提供經(jīng)驗(yàn)證據(jù)的圖；

圖7a、圖7b和圖7c例示了根據(jù)本發(fā)明一些方面的包括(固定在聚合物層中或不在聚合物層中的)試劑和/或底物以及換能器的微環(huán)境傳感器的操作原理；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的盒示意圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的固定化試劑/底物-聚合物層的制造的側(cè)視圖；

圖10-12示出了為本發(fā)明的各方面提供經(jīng)驗(yàn)證據(jù)的曲線圖；

圖13a、圖13b和圖13c示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的對于可擴(kuò)散試劑、固定化底物-聚合物層以及換能器的多種布置；

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的傳感器的制造的側(cè)視圖；

圖15和圖16示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的多種傳感器配置；

圖17示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的俯視圖；

圖18-20示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的多種傳感器配置；

圖21、圖22a和圖22b例示了根據(jù)本發(fā)明一些方面的用于電導(dǎo)型傳感器的操作原理；

圖23示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備和讀取設(shè)備的等距視圖；

圖24示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的俯視圖；

圖25和圖26示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的一部分的俯視圖；

圖27-29示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的先進(jìn)的微流體系統(tǒng)；

圖30示出了根據(jù)本發(fā)明各方面的獨(dú)立混合控制的曲線圖；

圖31示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的一部分的俯視圖；

圖32和圖33示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的先進(jìn)的微流體系統(tǒng)；

圖34示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的一部分的俯視圖；

圖35示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的先進(jìn)的微流體系統(tǒng)；

圖36示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的一部分的俯視圖；

圖37和圖38示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的先進(jìn)的微流體系統(tǒng)；

圖39示出了根據(jù)本發(fā)明一些方面的一次性感測設(shè)備的一部分的俯視圖；

圖40、圖41a和圖41b示出了為本發(fā)明的各方面提供經(jīng)驗(yàn)證據(jù)的曲線圖；以及

圖42和圖43例示了根據(jù)本發(fā)明一些方面的消除接地芯片的操作原理。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及包括用于盒設(shè)備識(shí)別的電阻器的分析測試設(shè)備和用于基于盒設(shè)備識(shí)別來測定流體樣本中的凝結(jié)(coagulation)的方法，具體地，涉及使用護(hù)理點(diǎn)(pointofcare)測試盒中的用于盒設(shè)備識(shí)別的電阻器來執(zhí)行凝結(jié)測定。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及具有一個(gè)或多個(gè)測試傳感器的集成電路芯片，該測試傳感器包括涂覆有聚合物層的至少一個(gè)換能器，聚合物層包括具有可檢測部分(moiety)的凝血酶可切割肽，使得一個(gè)或多個(gè)傳感器以局部方式操作并且能夠確定一個(gè)或多個(gè)診斷性凝塊時(shí)間(例如，pt、aptt和/或act)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種樣本分析盒，其包括被配置為接納生物樣本(例如，血液、血漿、血清、尿液及其改性和稀釋形式)的入口室以及流體連接到入口室并被配置為接納來自入口室的生物樣本的導(dǎo)管。導(dǎo)管可以包括第一微環(huán)境傳感器和第二微環(huán)境傳感器，這些傳感器被配置為以局部方式操作并且能夠分別確定第一診斷性凝塊時(shí)間(例如，pt)和與第一診斷性凝塊時(shí)間不同的第二診斷性凝塊時(shí)間(例如，aptt)。

在一些實(shí)施例中，第一微環(huán)境傳感器可以包括涂覆有基本上肝素中和聚合物層的至少一個(gè)換能器和具有信號(hào)部分的凝血酶可切割肽。在一些實(shí)施例中，第二微環(huán)境傳感器可以包括涂覆有基本上非肝素中和聚合物層的至少一個(gè)換能器和具有信號(hào)部分的凝血酶可切割肽。第一和第二微環(huán)境傳感器還可以分別包括第一和第二診斷性凝結(jié)時(shí)間試劑，這些試劑在聚合物層內(nèi)(例如，試劑集成在聚合物層內(nèi))、涂覆在聚合物層上方(例如，試劑是在聚合物層頂上配制的單獨(dú)的層)或者定位成基本上與聚合物層和/或至少一個(gè)換能器相鄰(例如，試劑被定位在導(dǎo)管內(nèi)，使得試劑鄰接聚合物層和/或至少一個(gè)換能器或者在其交互距離內(nèi)以便仍然彼此結(jié)合起作用)。

此外，本發(fā)明涉及用于在樣本分析盒內(nèi)控制生物樣本的先進(jìn)的微流體系統(tǒng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，樣本分析盒設(shè)計(jì)使得兩個(gè)物理上分開的測試(例如，pt和aptt)能夠同時(shí)在相同樣本分析盒內(nèi)的單個(gè)生物(例如，全血)樣本上進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，除了來自分析器(例如，泵)的主動(dòng)流體特征，先進(jìn)的微流體系統(tǒng)還可以包括被動(dòng)流體特征(例如，閥、電阻和流體鎖定元件)，以將生物樣本分離成樣本分析盒的分開的導(dǎo)管/區(qū)域，使得隨后每個(gè)樣本段可以被移動(dòng)到特定的傳感器(例如，如本文詳細(xì)討論的生物傳感器或微環(huán)境傳感器)。在附加或替代實(shí)施例中，集成電路芯片可以包括多導(dǎo)管電導(dǎo)型電極(例如，血細(xì)胞比容條)，其被配置為提供與生物樣本的多個(gè)接觸點(diǎn)，用于對傳感器或微環(huán)境傳感器進(jìn)行先進(jìn)的微流控制。

如本文所使用的，術(shù)語“微環(huán)境傳感器”是指被配置為使得以足以在該傳感器處實(shí)現(xiàn)期望信號(hào)的方式緊鄰該傳感器發(fā)生的任何反應(yīng)在正常使用期間都將不會(huì)可檢測地干擾(或沖擊)在相鄰傳感器處發(fā)生的另一個(gè)反應(yīng)的傳感器。

如本文所使用的，術(shù)語“肝素中和”是指傳感器的一個(gè)方面，其使得未分級肝素和低分子量肝素(lmwh)在足以跨越微環(huán)境傳感器區(qū)域的區(qū)域中的生物樣本中變成生物非活性的。相反，“非肝素中和”是指不沖擊/影響未分級肝素或lmwh在微環(huán)境傳感器區(qū)域中的生物活性的傳感器的一個(gè)方面。

如本文所使用的，術(shù)語“固定的”是指在移動(dòng)上基本上受限的微環(huán)境傳感器的一個(gè)方面，并且因此將微環(huán)境的這個(gè)方面定位到一般區(qū)域。

如本文所使用，術(shù)語“底物”是指作為酶反應(yīng)的目標(biāo)的分子或形成結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的物理實(shí)體。

血液凝結(jié)的概述

血液凝塊以及在受損傷的組織修復(fù)之后的凝塊隨后分解的過程被稱為止血。為了讓止血發(fā)生，血小板必須粘附于暴露的膠原、釋放其小顆粒(granule)的內(nèi)容物并聚集。血小板對暴露于內(nèi)皮細(xì)胞表面的膠原的粘附是由vonwillebrand因子(vwf)介導(dǎo)的。血小板經(jīng)由凝血酶的活化是血小板因而聚集成血小板栓子所必需的。但是，同樣重要的是活性血小板表面磷脂在凝結(jié)級聯(lián)的活化中的作用。

凝結(jié)級聯(lián)的內(nèi)源途徑需要凝塊因子viii、ix、x、xi和xii。還需要蛋白質(zhì)前激肽釋放酶(pk)和高分子量激肽原(hk或hmwk)，以及從血小板分泌的鈣離子和磷脂。這些內(nèi)源途徑成分中的每一個(gè)都導(dǎo)致因子x轉(zhuǎn)化為因子xa。當(dāng)前激肽釋放酶、高分子量激肽原、因子xi和因子xii暴露于帶負(fù)電的表面時(shí)，內(nèi)源途徑的啟動(dòng)發(fā)生。這被稱為接觸階段，并且可以作為與循環(huán)脂蛋白顆粒(諸如乳糜微粒、極低密度脂蛋白(vldl)和氧化低密度脂蛋白(ldl))的磷脂(主要是磷脂酰乙醇胺，pe)相互作用的結(jié)果發(fā)生。這是高脂血癥在促進(jìn)血栓形成前狀態(tài)中的作用的基礎(chǔ)。

內(nèi)源途徑中因子xa的活化需要在活性血小板的表面上組合tenase復(fù)合物(ca²⁺以及因子viiia、ixa和x)。血小板活化的反應(yīng)之一是在其表面上存在磷脂酰絲氨酸(ps)和磷脂酰肌醇(pi)。這些磷脂的暴露允許tenase復(fù)合物形成以及隨后因子xa的活化。

凝結(jié)級聯(lián)的外源途徑響應(yīng)于組織因子(因子iii)的釋放而在損傷的部位處啟動(dòng)，并因此也被稱為組織因子途徑。組織因子是因子x的因子viia-催化活化中的輔因子。因子viia，包含絲氨酸蛋白酶的gla殘基，以與內(nèi)源途徑的因子ixa一致的方式將因子x切割成因子xa。因子vii的活化通過凝血酶或因子xa的作用發(fā)生。因子xa的使因子vii活化的能力創(chuàng)建了內(nèi)源和外源途徑之間的聯(lián)系。

兩個(gè)途徑中的共同點(diǎn)是因子x到因子xa的活化。因子xa將凝血酶原(因子ii)活化成凝血酶(因子iia)。凝血酶進(jìn)而將纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白。凝血酶的活化發(fā)生在活性血小板的表面上并且需要形成凝血酶原酶復(fù)合物。這種復(fù)合物由血小板磷脂、磷脂酰肌醇和磷脂酰絲氨酸、ca²⁺、因子va和xa以及凝血酶原構(gòu)成。因子v是形成凝血酶原酶復(fù)合物的輔因子，類似于因子viii在tenase復(fù)合物形成中的作用。像因子viii活化一樣，因子v借助于微量凝血酶活化成因子va，并且通過增加凝血酶的水平而滅活。因子va與活性血小板的表面上的特異性(specific)受體結(jié)合并與凝血酶原和因子xa一起形成復(fù)合物。

凝血酶原是72kda的單鏈蛋白質(zhì)，在其n-末端區(qū)域中包含十個(gè)gla殘基。在凝血酶原酶復(fù)合物內(nèi)，凝血酶原在2個(gè)部位處被因子xa切割。這種切割生成包含通過單個(gè)二硫鍵保持在一起的a鏈和b鏈的2-鏈活性凝血酶分子。凝血酶結(jié)合到一類稱為蛋白酶活化受體(par)的g蛋白偶聯(lián)受體(gpcr)，具體而言是par-1、par-3和par-4。par利用獨(dú)特的機(jī)制將細(xì)胞外蛋白水解切割的結(jié)果轉(zhuǎn)化成細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)事件。par攜帶其自身的配體，在蛋白酶切割(諸如通過凝血酶)“揭露”配體之前保持無活性。在凝血酶切割之后，揭露的配體仍然是par的一部分，但現(xiàn)在能夠與par的配體結(jié)合域相互作用，從而造成眾多信號(hào)傳導(dǎo)級聯(lián)的活化。

凝結(jié)測試的概述

出血時(shí)間測定用于評估與止血相關(guān)聯(lián)的血管和血小板反應(yīng)。出血時(shí)間是對術(shù)前患者執(zhí)行的頻繁測定，以確保手術(shù)之前對血管損傷有足夠的反應(yīng)。如本文所討論的，對血管損傷的快速反應(yīng)(在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生)是血管收縮和血小板粘附到血管壁。用于確定出血時(shí)間的ivy方法涉及使用放置在前臂上并充氣至40mmhg的血壓袖帶(血壓計(jì))。然后在前臂進(jìn)行淺層切口并記錄出血停止所用的時(shí)間。利用ivy方法，出血應(yīng)當(dāng)在1-9分鐘內(nèi)停止。超過15分鐘的任何出血時(shí)間都將指示在血管和血小板對血管損傷的初始反應(yīng)上有缺陷。較少侵入性的出血時(shí)間測定涉及使用刺血針或特殊針，利用該裝置，在指尖或耳垂上進(jìn)行3-4mm深的刺扎。這種出血時(shí)間測定被稱為duke法，在這種測定中，出血應(yīng)當(dāng)在1-3分鐘內(nèi)停下。出血時(shí)間受血小板功能上的任何缺陷、血管疾病和血管性血友病的影響(延長)，但不受其它凝結(jié)因子的影響。通常與增加的出血時(shí)間相關(guān)聯(lián)的疾病包括血小板減少癥、彌散性血管內(nèi)凝血(dic)、巨大血小板綜合癥和血小板無力癥。也在具有cushing綜合征、嚴(yán)重肝病、白血病和骨髓衰竭的患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常出血時(shí)間。

與血液凝結(jié)途徑的因子相關(guān)聯(lián)的缺陷也可以利用特異性測定來評定。凝血酶原時(shí)間(pt)是一種設(shè)計(jì)用于篩選纖維蛋白原、凝血酶原以及因子ii、v、vii和x中的缺陷的測定，從而測量凝結(jié)的外源途徑的活性。當(dāng)這些因子中的任何一個(gè)有缺陷時(shí)，則pt延長。正常的pt為11.0-12.5秒。大于20秒的pt指示凝結(jié)功能缺陷。pt通常使用是在除去血細(xì)胞之后的血漿測量的。通常將血液樣本收集在包含檸檬酸鹽的管中，以結(jié)合任何鈣，從而抑制凝結(jié)，然后通過離心來分開細(xì)胞。將過量的鈣加入等離子體的等分試樣，以啟動(dòng)凝血。pt的最常見的測量是將患者血液的凝結(jié)時(shí)間除以平均正常pt值的時(shí)間，隨后將該比率提高到與正在使用的試劑的isi(國際靈敏度指數(shù))相對應(yīng)的冪。所得到的值被稱為國際標(biāo)準(zhǔn)化比率(inr)。正常值在0.8-1.2inr范圍內(nèi)。對于存在肝臟疾病或損傷的情況，pt被用來確定香豆素類抗凝藥物(例如)的正確劑量，并評估維生素k狀態(tài)。

活化部分凝血活酶時(shí)間(aptt)被用來測定凝結(jié)的內(nèi)源途徑中的缺陷。aptt測定包括加入縮短正常的凝塊時(shí)間以及通常開在具有不明原因出血或凝塊的患者的處方中的活化劑。該測定將評估纖維蛋白原，凝血酶原以及因子v、viii、ix、x、xi和xii的功能。在這些因子中的任何一個(gè)上的缺陷都將造成延長的aptt。正常的aptt是30-40秒。aptt是用來評定肝素抗凝療法功效的標(biāo)準(zhǔn)測定。aptt通常是在除去血細(xì)胞之后使用血漿來測量的。通常將血液樣本收集在包含檸檬酸鹽的管中以結(jié)合任何鈣，從而抑制凝血，然后通過離心分開細(xì)胞。向等離子體的等分試樣中加入過量的鈣，以逆轉(zhuǎn)檸檬酸鹽抗凝。延長的aptt與和凝血因子缺乏癥、維生素k缺乏癥、肝臟疾病、dic、血管性血友病、白血病、血友病和肝素施用期間相關(guān)聯(lián)的獲得性或先天性出血性疾病相關(guān)聯(lián)。

活化凝血時(shí)間(act)是用來監(jiān)測高劑量肝素療法或利用比伐盧定(bivalirudin)的治療的常見的護(hù)理點(diǎn)全血凝塊測試。在這些設(shè)置中所需的肝素或比伐盧定劑量超出了可以利用aptt測量的范圍。通常，將全血收集到包含凝結(jié)活化劑(例如，硅藻土、高嶺土或玻璃顆粒)和磁力攪拌棒的管或盒中，然后測量血液凝結(jié)所用的時(shí)間。對于act的參考值通常在70秒到180秒的范圍內(nèi)。對于抗凝的期望范圍取決于所使用的指示和測試方法。例如，在體外循環(huán)手術(shù)期間，利用肝素，期望的act范圍可以超過400秒至500秒。相比之下，在接受經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療的患者體內(nèi)，當(dāng)肝素與糖蛋白iib/iiia拮抗劑聯(lián)合施用時(shí)，提倡200秒的目標(biāo)act，而在不存在這種輔助療法的情況下，250秒到350秒之間的act被定為目標(biāo)。

用于確定診斷性凝塊時(shí)間的電化學(xué)系統(tǒng)

已經(jīng)使用顯色(chromogenic)測定通過開發(fā)特定于特別因子的人造可切割肽底物來測量特異性凝塊因子的酶活性。應(yīng)當(dāng)注意的是，基于凝塊時(shí)間的測定(諸如aptt、pt和act)是在存在抗凝劑(諸如華法林和肝素)或有缺陷凝結(jié)因子的情況下對凝血酶形成和抑制的基本功能測量。因此，可以在基于測量纖維蛋白形成的測定與直接基于通過使用恰當(dāng)?shù)碾牡孜飦頊y量凝血酶活性的測定之間作一類比，如在顯色測定中。

電化學(xué)檢測涉及使用工作電極(例如，電流型電極)和參考電極(例如，反參考電極)，其中將恒定電位施加到工作電極，從而導(dǎo)致可以被量化為可記錄的電流的氧化還原(redox)反應(yīng)。電化學(xué)傳感器被廣泛應(yīng)用于護(hù)理點(diǎn)(poc)和自測設(shè)備的開發(fā)，如葡萄糖測試條帶的開發(fā)所例示的，因?yàn)樗鼈兣c電子儀器的接口很簡單，并減少了設(shè)備成本。諸如系統(tǒng)(參見例如美國專利no.7,977,106，其全部內(nèi)容通過引用并入本文)的設(shè)備采用了起電(electrogenic)底物，起電底物導(dǎo)致與凝血酶活性成比例的電化學(xué)可檢測的切割產(chǎn)物的形成。然后這些設(shè)備被配置為基于凝血酶活性的測量返回凝塊時(shí)間，以允許與標(biāo)準(zhǔn)凝塊的比較。因而，在一些實(shí)施例中，電化學(xué)檢測系統(tǒng)被稱為“起電式”，因?yàn)樯呻娀瘜W(xué)可檢測的物質(zhì)，以允許確定速率測量或測試終點(diǎn)，例如，診斷性凝塊時(shí)間。這類似于顯色或熒光終點(diǎn)測試，其中樣本的光吸收或發(fā)射特性的改變指示速率測量或終點(diǎn)，例如診斷性凝塊時(shí)間。

圖1例示了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的用于確定診斷性凝塊時(shí)間的電化學(xué)檢測系統(tǒng)10(例如，電流型電化學(xué)檢測系統(tǒng))的原理。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然本文描述了針對診斷性凝塊時(shí)間測定(例如，pt、aptt和act測定)的具體實(shí)施例，但是本文描述的微環(huán)境傳感器結(jié)構(gòu)也可以用于檢測潛在感興趣的各種分析物。更具體而言，本發(fā)明的電化學(xué)檢測系統(tǒng)不限于凝結(jié)酶的測定。例如，酶切割底物分子以產(chǎn)生電活性部分的任何測定都可以使用本套方法。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以針對本領(lǐng)域中的各種其它已知的酶(諸如例如葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶和其它氧化還原酶、基于脫氫酶的酶和堿性磷酸酶和其它磷酸酶，以及絲氨酸蛋白酶)來設(shè)計(jì)測定。例如，本發(fā)明的一些方面可以包括磷酸酶測定，其中具有磷酸部分的二茂鐵(ferrocene)存在于微環(huán)境傳感器層中。存在于樣本中的酶磷酸酶可以滲透微環(huán)境傳感器并切割磷酸基團(tuán)，使得解放的二茂鐵分子在電極處被氧化。因而，測得的電流可以是切割反應(yīng)的速率的函數(shù)，因此與樣本中的磷酸酶活性成比例。

在示例性分析中，流體樣本15(例如，全血)可以被引入本發(fā)明的盒25的樣本保持室20中。其后，流體樣本15可以被引入到盒的分析區(qū)域30，例如，傳感器區(qū)域或者包括一個(gè)或多個(gè)傳感器的盒的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置，其中傳感器用于凝結(jié)檢測并且可選地用于檢測目標(biāo)分析物(例如，針對凝血酶原時(shí)間和肌鈣蛋白i的凝血酶活性)。分析區(qū)域30包括一個(gè)或多個(gè)微環(huán)境傳感器35，該一個(gè)或多個(gè)微環(huán)境傳感器35包括以任何數(shù)量的不同可能布置的一個(gè)或多個(gè)電極或換能器37、一種或多種試劑40以及一種或多種底物45。電極、試劑和底物的形式和取向可以取決于本發(fā)明的實(shí)施例而廣泛變化，這在下文中詳細(xì)描述。

根據(jù)本發(fā)明的一些方面，一種或多種試劑40可以包括用于經(jīng)由內(nèi)源或外源途徑誘導(dǎo)凝結(jié)的材料。適于誘導(dǎo)外源途徑(例如，pt分析)的材料可以包括選自非重組組織因子、重組組織因子、合成或天然脂質(zhì)、合成或天然磷脂、合成或天然脂質(zhì)的組合以及合成或天然磷脂的組合所組成的組中的一種或多種組分。在一些實(shí)施例中，多種其它組分可以包括在一種或多種試劑40內(nèi)，以有助于一種或多種試劑40的穩(wěn)定化和沉積/分解特點(diǎn)。例如，一種或多種試劑40還可以包括選自諸如牛血清白蛋白(bsa)的載體蛋白、穩(wěn)定劑、抗菌劑、鈣鹽、鉀鹽、水溶性聚合物、糖、明膠、瓊脂糖、多糖、糖類、蔗糖、聚乙二醇、磷酸鈉、甘氨酸、氨基酸、抗氧化劑、洗滌劑、緩沖鹽和緩沖劑(諸如4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸(hepes)緩沖劑)所組成的組中的一種或多種組分。

根據(jù)本發(fā)明的不同方面，一種或多種試劑40可以包括適于誘導(dǎo)內(nèi)源途徑的材料。適于誘導(dǎo)內(nèi)源途徑(例如，aptt或act分析)的材料可包括選自鞣花酸、硅藻土、高嶺土、硅藻土、粘土、二氧化硅、合成或天然脂質(zhì)以及合成或天然磷脂的一種或多種組分。在一些實(shí)施例中，多種其它組分可以包括在一種或多種試劑40內(nèi)，以有助于一種或多種試劑40的穩(wěn)定化和/或沉積/分解特點(diǎn)。例如，一種或多種試劑40還可以包括選自葡聚糖、糊精、表面活性劑(tergitol)、緩沖劑、載體蛋白、氨基酸、穩(wěn)定劑、抗菌劑、抗氧化劑、洗滌劑、糖類、多糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、甘氨酸、明膠、緩沖劑(諸如4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸(hepes)緩沖劑)、鼠李糖、海藻糖和糖所組成的組中的一種或多種組分。

根據(jù)本發(fā)明的一些方面，用在起電式測定中的一種或多種底物45可以具有模擬纖維蛋白原中凝血酶切割的酰胺鍵(amidelinkage)的酰胺鍵。具體來說，一種或多種底物45可以包括一種或多種凝血酶可切割肽，諸如選自h-d-phe-pip-arg、h-d-chg-abu-arg、cbz-gly-pro-arg、boc-val-pro-arg、h-d-phe-pro-arg、環(huán)己基甘氨酸-ala-arg、tos-gly-pro-arg、bz-phe-val-arg、boc-val-pro-arg、ac-val-pro-arg、ac-val-hyp-arg、ac-(8-氨基-3，6，二氧雜辛酰基-val-pro-arg、ac-gly-pro-arg、ac-(8-氨基-3，6，二氧雜辛?；?gly-pro-arg、ac-gly-hyp-arg和hd-chg-abu-arg所組成的組中的那些。凝血酶通常在精氨酸殘基殘基的羧基末端(carboxy-terminus)切割酰胺鍵，因?yàn)殒I結(jié)構(gòu)上與纖維蛋白原中的凝血酶切割的酰胺鍵相似。凝血酶-底物反應(yīng)的產(chǎn)物包括電化學(xué)惰性化合物，諸如tos-gly-pro-arg、h-d-phe-pip-arg和/或bz-phe-val-arg-以及電活性化合物或可檢測部分，優(yōu)選地選自對氨基苯酚、醌、二茂鐵、亞鐵氰化物衍生物、其它有機(jī)金屬物質(zhì)、對硝基苯胺、鄰聯(lián)茴香胺、4，4′-苯胺、4-甲氧基-2-萘胺、n-苯基-對苯二胺、n-[對甲氧基苯基]-對苯二胺以及吩嗪衍生物所組成的組。選擇三肽序列是因?yàn)樗沟玫孜锱c凝血酶以外的血液蛋白酶幾乎不反應(yīng)，并且凝血酶與分子中精氨酸酰胺鍵的反應(yīng)性非常類似于凝血酶與纖維蛋白原中的目標(biāo)酰胺鍵的反應(yīng)性。當(dāng)一種或多種底物45存在于血液或血液衍生物流體樣本或生物樣本中時(shí)，經(jīng)由一種或多種試劑40從(一個(gè)或多個(gè))凝結(jié)途徑的活化生成的活性凝血酶同時(shí)將一種或多種底物45和纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為它們的切割產(chǎn)品。電化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物由一個(gè)或多個(gè)換能器37(例如電化學(xué)換能器)檢測。

微環(huán)境傳感器結(jié)構(gòu)

如本文所討論的，微環(huán)境傳感器結(jié)構(gòu)包括以任何數(shù)量的不同布置的一種或多種試劑和一種或多種底物，使得流體樣本(例如，全血)向一種或多種試劑和一種或多種底物的引入被局部化到一個(gè)或多個(gè)傳感器。具體地，微環(huán)境傳感器結(jié)構(gòu)被配置為一旦一種或多種試劑已變成暴露于流體樣本就將一種或多種試劑和/或反應(yīng)產(chǎn)物在物理上彼此分開，以避免級聯(lián)途徑的交叉活化或其它交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_。

如圖2中所示，傳統(tǒng)的poc凝結(jié)測定已經(jīng)采用在導(dǎo)管的與傳感器70的表面相對的壁65(例如，蓋子)上印刷為干燥物的試劑/基底60。流體樣本75將需要與干燥物混合，例如通過泵振蕩，以將試劑/底物60溶解到流體樣本75中并生成混合物80，混合物80可以是從導(dǎo)管頂部到傳感器70的梯度形式。但是，這種配置具有至少三個(gè)問題或缺點(diǎn)。首先，將僅有經(jīng)由混合物80生成的電活性產(chǎn)物的一小部分抵達(dá)傳感器70的表面并被氧化，因此電活性產(chǎn)物中的大部分將沒有被利用。作為結(jié)果，試劑/底物60的使用不是高效的。另外，流體樣本75摻入試劑/底物60，這可能是不期望的，因?yàn)樵噭?底物60有可能沖擊可能與流體樣本75接觸的其它傳感器(例如，交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_)。其次，為了實(shí)現(xiàn)足夠的分析精度，試劑/底物60應(yīng)當(dāng)盡可能快地均勻地分散在流體樣本75中。對于空間和混合效率會(huì)受限的護(hù)理點(diǎn)設(shè)備，這可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。尤其是當(dāng)試劑/底物60為固體形式并且在相對于流體樣本75的體積的非常小的空間中時(shí)。第三，存在底物干擾試劑和/或凝結(jié)因子的可能性。例如，在凝結(jié)級聯(lián)已經(jīng)啟動(dòng)之前將底物與試劑一起混合到樣本75中會(huì)顯現(xiàn)出這種干擾。

與傳統(tǒng)的poc凝結(jié)測定相反，本發(fā)明的一些實(shí)施例(如圖3中所示)在傳感器95的表面附近給出以局部方式形成的、與底物層90相關(guān)聯(lián)的試劑85。例如，如圖3中所示，試劑85和底物90可以在傳感器95的表面上直接印刷為干燥物。流體樣本100可以與試劑85和底物90反應(yīng)而不用混合(例如，經(jīng)由被動(dòng)擴(kuò)散)(雖然可能期望一定程度的混合，例如流體振蕩)，從而以局部方式創(chuàng)建從傳感器95到導(dǎo)管頂部的梯度。有利地，直接在傳感器表面上給出的試劑和底物的這種布置允許電活性產(chǎn)物中的大部分在傳感器的表面處被氧化，并因此被利用。這種傳感器布置還由于在即時(shí)傳感器環(huán)境中需要的更小的樣本體積而是有益的，并因此產(chǎn)生更集中的試劑到樣本測定區(qū)。

盡管如此，在傳統(tǒng)的poc凝結(jié)測定內(nèi)明顯的問題中的一些(例如，交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_和底物干擾的減輕)可能無法被圖3中示出的布置克服。例如，緊鄰傳感器發(fā)生的任何反應(yīng)都會(huì)潛在地干擾試劑和/或凝結(jié)因子和/或有可能干擾在相鄰傳感器(即，在相同導(dǎo)管內(nèi)并且在圖3中示出的傳感器的大約3mm之內(nèi)的傳感器)處發(fā)生的另一個(gè)反應(yīng)。照此，這種類型的傳感器布置將不被表征為微環(huán)境傳感器。但是，這些遺留的問題可以經(jīng)由如下文中詳細(xì)討論的本發(fā)明的先進(jìn)的微流體系統(tǒng)(例如，將單個(gè)樣本分離成兩個(gè)或更多個(gè)部分并且控制那些部分到兩個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管中的移動(dòng))和/或傳感器彼此的恰當(dāng)間隔來克服。例如，在一些實(shí)施例中，在相鄰傳感器被相同的靜態(tài)樣本流體覆蓋的情況下，為了防止交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_低于給定閾值，例如低于1％，可能合適的是對干擾物和總體測定時(shí)間使用基于已知擴(kuò)散系數(shù)的模型，以確定傳感器之間的恰當(dāng)?shù)姆珠_距離。在其中樣本是非靜態(tài)的其它實(shí)施例中，針對動(dòng)態(tài)混合的其它模型對于用來選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅鞣珠_距離可能是合適的。

在附加的或替代實(shí)施例中，已經(jīng)意外地證明將襯底90固定在傳感器95上解決了以上提及的問題中的許多或全部。根據(jù)本發(fā)明的這些方面，固定可以通過交聯(lián)(例如，紫外光、戊二醛等)、包埋、共價(jià)結(jié)合等來實(shí)現(xiàn)。在圖4中示出這種微環(huán)境布置的一個(gè)示例，其中底物90通過使用聚合物層105固定在傳感器95的表面上。在一些實(shí)施例中，固定可以通過利用包括底物90的聚合物層105來涂覆傳感器95，使得底物90經(jīng)由聚合物層105固定在傳感器95的表面上來執(zhí)行。換句話說，底物90被形成為傳感器95的表面上的固定化多孔底物聚合物層，以創(chuàng)建用于維持流體樣本100、試劑85和底物90在傳感器95的表面上以局部方式的反應(yīng)的容器。流體樣本100可以在傳感器上形成的聚合物層105的限制內(nèi)(或上方，然后擴(kuò)散到其中)以局部方式與試劑85和底物90反應(yīng)而不用混合(雖然可能期望一定程度的混合，例如，流體振蕩)。

有利的是，直接在傳感器表面上給出的固定底物的這種布置允許電活性產(chǎn)物中的大多數(shù)在傳感器的表面處被氧化，并因此被利用。甚至更有利的是，固定底物的這種布置提供了能夠?qū)⒌孜锖碗娀钚援a(chǎn)品緊鄰傳感器維持并且因此在正常使用期間減輕了與相鄰傳感器的交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_的微環(huán)境。將底物固定在傳感器上的其它潛在益處包括經(jīng)由將底物與試劑分開來減輕底物干擾、減少材料使用、簡化硬件和傳感器設(shè)計(jì)，以及改進(jìn)產(chǎn)品魯棒性。

圖5和圖6提供了固定底物可以顯著增加響應(yīng)電流并提高分析物檢測的精度的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。具體而言，圖5示出了aptt響應(yīng)曲線，其中x軸是時(shí)間/秒，y軸是電流/pa。在這個(gè)示例中，底物被印刷在傳感器上，一個(gè)用pva固定(aptt響應(yīng)曲線106)，另一個(gè)未固定(aptt響應(yīng)曲線107)。aptt試劑被攙入全血中。在混合大約30秒之后，將樣本從樣本管中吸出并填充到用于測試的盒中。固定化底物傳感器的電流(aptt響應(yīng)曲線106)超過30na，而未固定化底物傳感器的電流(aptt響應(yīng)曲線107)僅為大約3na。它們的tmid(電流達(dá)到其中點(diǎn)時(shí)的時(shí)間)的變化系數(shù)分別為大約1％和2％。這個(gè)數(shù)據(jù)指示，直接在傳感器上給出固定化底物使得能夠從凝結(jié)底物離去基團(tuán)進(jìn)行立即、集中的氧化還原反應(yīng)。這進(jìn)而產(chǎn)生更快的凝塊時(shí)間和更可預(yù)測的傳感器響應(yīng)。

在圖6中示出另一個(gè)示例，其中x軸是時(shí)間/秒，y軸是電流/pa。pt響應(yīng)曲線108表示未固定化底物傳感器對控制流體水平2的響應(yīng)，而pt響應(yīng)曲線109表示固定化底物傳感器對相同的控制流體水平2的響應(yīng)。關(guān)于未固定化底物傳感器，底物和試劑二者被一起印刷在電極上，并在測試期間與樣本混合在一起。關(guān)于固定化底物傳感器，底物用pva固定在電極上并且試劑被印刷在固定化底物的頂上，并且在測試中沒有混合。使用具有血漿控制的固定化傳感器，產(chǎn)生性能上的顯著改進(jìn)，使得電流從大約4na增加到大約9na，并且變化系數(shù)從大約10％減少到大約3％。這個(gè)數(shù)據(jù)顯示了在凝結(jié)測試領(lǐng)域上的顯著改進(jìn)，使得護(hù)理點(diǎn)設(shè)備的性能現(xiàn)在可以接近中央實(shí)驗(yàn)室儀器的性能(2％-3％cv)。

如圖7a、圖7b和圖7c中所示，本發(fā)明的微環(huán)境傳感器可以具有以許多不同布置定位的試劑110和固定化底物-聚合物層115，其中組分不用混合就彼此相互作用，盡管可能還是期望一定程度的振蕩。例如，如圖7a中所示，試劑110可以定位于固定化底物-聚合物層115內(nèi)或由其封裝(例如，試劑集成在固定化底物-聚合物層內(nèi))。如圖7b中所示，試劑110可以涂覆在固定化底物-聚合物層115上方(例如，試劑是在固定化底物-聚合物層的頂上配制的單獨(dú)的層)。如圖7c中所示，試劑110可以被定位成基本上與固定化底物-聚合物層115以及傳感器120的至少一個(gè)換能器相鄰(例如，試劑被定位在導(dǎo)管內(nèi)，使得試劑鄰接底物-聚合物層和/或至少一個(gè)換能器，或在底物-聚合物層和/或至少一個(gè)換能器的相互作用距離內(nèi)，以便仍然彼此結(jié)合起作用)。如本文所使用的，相互作用距離意味著小于傳感器的最長尺寸，其中的約束是試劑被定位成與傳感器在相同的平面內(nèi)或在導(dǎo)管的相同壁/表面上。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，其它變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也將是清楚的，例如，試劑110可以形成為7b和圖7c中所示出的試劑110的組合，或者如圖7c中所示，具有圖7b中示出的試劑110的僅一部分。

如圖8中所示，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明可以針對分析盒125，分析盒125包括被配置為接納流體樣本135的入口室130和流體連接到入口室130并被配置為接納來自入口室130的流體樣本135的導(dǎo)管140。導(dǎo)管140可以包括微環(huán)境傳感器的陣列，例如，第一微環(huán)境傳感器145和第二微環(huán)境傳感器150。第一微環(huán)境傳感器145可以包括被配置為檢測第一診斷性凝塊時(shí)間的第一試劑155和第一底物160(例如，固定在聚合物層內(nèi)的底物)。例如，第一微環(huán)境傳感器145可以是包括第一試劑155和第一底物層160的pt傳感器，其中第一試劑155包括如本文討論的特定于觸發(fā)外源凝塊途徑的一種或多種組分，第一底物層160包括如本文所討論的具有可檢測部分的凝血酶可切割肽。第二微環(huán)境傳感器150可以包括被配置為檢測第二診斷性凝塊時(shí)間的第二試劑165和第二底物170(例如，固定在聚合物層內(nèi)的底物)。例如，第二微環(huán)境傳感器150可以是包括第二試劑165和第二底物層170(例如，固定在聚合物層內(nèi)的試劑和底物)的aptt傳感器，其中第二試劑165包括如本文所討論的特定于觸發(fā)內(nèi)源凝結(jié)途徑的一種或多種組分，第二底物層170包括具有可檢測部分的凝血酶可切割肽。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管是關(guān)于pt傳感器和aptt傳感器討論上述分析盒125，但是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，傳感器(例如，pt傳感器、aptt傳感器和act傳感器)的各種組合和數(shù)量是本發(fā)明預(yù)期的。例如，第一微環(huán)境傳感器145可以是pt傳感器，第二微環(huán)境傳感器150可以是aptt傳感器或act傳感器。另一方面，第一微環(huán)境傳感器145是aptt傳感器，第二微環(huán)境傳感器150是pt傳感器或act傳感器。另一方面，第一微環(huán)境傳感器145是act傳感器，第二微環(huán)境傳感器150可以是aptt傳感器或pt傳感器。在還有其它實(shí)施例中，微環(huán)境傳感器中的一個(gè)是pt傳感器、aptt傳感器或act傳感器，另一個(gè)傳感器是用于檢測分析物的、與凝結(jié)相關(guān)或不相關(guān)的傳感器。

有利地，本發(fā)明的微環(huán)境傳感器結(jié)構(gòu)被配置為物理上分開一種或多種試劑和底物，以避免一旦一種或多種試劑和底物已經(jīng)變成暴露于流體樣本就引起級聯(lián)途徑的交叉活化和/或干擾。甚至更有利的是，將固定化底物和/或試劑聚合物層結(jié)合到凝結(jié)測定中，提供了在不需要混合的情況下或在最小化混合(例如，振蕩導(dǎo)管中的樣本流體)時(shí)執(zhí)行凝結(jié)測定的能力，因?yàn)槟Y(jié)活化發(fā)生在傳感器上方的局部且集中的區(qū)域中，隨后測試反應(yīng)傳播到固定化層中，從而最終造成在換能器處的氧化。

固定化底物-聚合物層

在優(yōu)選實(shí)施例中，為了將一種或多種測定在物理上彼此分開以避免交叉活化并促進(jìn)電化學(xué)或光學(xué)信號(hào)在換能器上方的局部化，可以選擇性地將固定化底物和/或試劑-聚合物層圖案化在傳感器上(例如，涂覆在換能器或工作電極/光學(xué)檢測器上方)。如圖9中所示，固定化聚合物層175可以通過旋涂或通過微分配(microdispensing)形成。更具體而言，包括一種或多種試劑和底物以及聚合物(諸如可光成形聚合物(例如，聚乙烯醇(pva))的水性聚合物基質(zhì)可以被用于在換能器180上或換能器180附近固定一種或多種底物。包括但不限于蛋白質(zhì)(諸如bsa)、糖或糖醇(諸如蔗糖、山梨糖醇或甘露醇)的添加劑也可以包括在水性基質(zhì)中。對于聚合物化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員，向(一個(gè)或多個(gè))聚合物層中加入一些物質(zhì)造成對包括但不限于溶脹(swelling)反應(yīng)、擴(kuò)散系數(shù)、分子穩(wěn)定性、孔隙率、轉(zhuǎn)運(yùn)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等的許多變動(dòng)。這些變動(dòng)可以被用來根據(jù)需要調(diào)整微環(huán)境傳感器響應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的一些方面，一種或多種底物可以包括選自以下組成的組中的一種或多種凝血酶可切割肽：h-d-phe-pip-arg、h-d-chg-abu-arg、cbz-gly-pro-arg、boc-val-pro-arg、h-d-phe-pro-arg、環(huán)己基甘氨酸-ala-arg、tos-gly-pro-arg、bz-phe-val-arg、boc-val-pro-arg、ac-val-pro-arg、ac-val-hyp-arg、ac-(8-氨基-3，6，二氧雜辛?；?val-pro-arg、ac-gly-pro-arg、ac-(8-氨基-3，6，二氧雜辛酰基-gly-pro-arg、ac-gly-hyp-arg和hd-chg-abu-arg?？蛇x地，這些底物中的兩種或更多種可以混合，以獲得在固定化底物和/或試劑聚合物層中期望的凝血酶活性和擴(kuò)散特性。

根據(jù)本發(fā)明的一些方面，包含底物的聚合物可以包括可選地以矩陣形式的一種或多種材料。用于聚合物的材料例如可以選自pva、苯乙烯基吡啶聚乙烯醇(sbq-pva)、瓊脂糖、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、n-甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亞胺、成膜膠乳、瓊脂糖凝膠、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、聚乳酸、聚(乳酸乙醇酸)、羥丙基纖維素、纖維素、纖維素衍生物、羥丙基甲基纖維素醋酸琥珀酸、菊粉、果聚糖、果聚糖衍生物、聚乙醇酸、elvace、羧甲基纖維素、聚乳酸和聚(乳酸乙醇酸)所組成的組。在其中用于聚合物的材料包括纖維素(例如，羥丙基纖維素)的一些實(shí)施例中、諸如增塑劑(例如，檸檬酸三乙酯、乙?；鶛幟仕崛阴?、丙二醇、甘油、三羥甲基丙烷、聚乙二醇、脂肪酸及其衍生物)和/或交聯(lián)劑(例如，羧酸、乙二醛和與纖維素的可用羥基反應(yīng)的任何樹脂)的添加劑也可以包括在水性基質(zhì)中。材料的交聯(lián)也會(huì)影響聚合物層的溶脹、滲透性、擴(kuò)散、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等，以便根據(jù)需要調(diào)整傳感器響應(yīng)。

除了用于聚合物的材料的選擇，將底物和/或試劑固定的另一個(gè)益處還包括使用固定的基質(zhì)作為局部干擾物中和劑。例如，用于聚合物的材料的選擇可以取決于將通過使用固定化聚合物層執(zhí)行的診斷性凝塊測試的類型。例如，已經(jīng)有利地并且意外地發(fā)現(xiàn)，在固定化聚合物層中包括交聯(lián)或非交聯(lián)的sbq-pva將肝素中和特性或肝素不敏感性賦予到固定化聚合物層中。因此，在其中將通過使用固定化聚合物層執(zhí)行的診斷性凝塊測試是肝素敏感的測試(例如，已知pt測試對諸如肝素的凝塊抑制劑適度敏感)的實(shí)施例中，聚合物可以被選擇為肝素中和聚合物，諸如交聯(lián)或非交聯(lián)sbq-pva。在一些實(shí)施例中，pva可以是光活化的茋鹽(stilbizoniumsalt)。

圖10和圖11如下面那樣例示了這個(gè)概念。凝結(jié)傳感器直接印刷有大sbq-pva固定化凝結(jié)底物(圖10)或小sbq-pva固定化凝結(jié)底物。隨后，pt凝結(jié)活化劑被印刷在固定化底物基質(zhì)的頂上。然后用恰當(dāng)?shù)牧黧w測試這些傳感器，以評定凝結(jié)時(shí)間。如來自圖5和圖6的結(jié)果那樣，印刷更多的固定化底物基質(zhì)的一個(gè)益處是固定化底物基質(zhì)的數(shù)量增加導(dǎo)致pa的增加。而且，當(dāng)肝素?cái)v入到全血樣本中時(shí)，凝塊時(shí)間沒有如它們被預(yù)期的那樣延長(圖10和圖11(響應(yīng)曲線181)(肝素?cái)v入)應(yīng)當(dāng)更類似于響應(yīng)曲線182(異常長的對照流體)凝塊時(shí)間，但實(shí)際上表現(xiàn)得更像沒有肝素的全血(響應(yīng)曲線183))。這些結(jié)果反映了諸如sbq-pva的聚合物的肝素中和效應(yīng)。另外，施加更大量的固定的基質(zhì)造成更大的中和效應(yīng)(例如，比較圖10和圖11中的全血與具有肝素的全血之間的偏差)。圖10的數(shù)據(jù)表示大基質(zhì)印刷，并且顯示當(dāng)加入肝素到1iu/ml時(shí)存在14％的延長，而在圖11中，當(dāng)沉積更小印刷數(shù)量的中和基質(zhì)時(shí)，存在55％的延長。在圖10和圖11二者中，攙入肝素的血液表現(xiàn)得更像未改變的全血，而不是像異常長的對照流體，從而反映了存在干擾物/肝素中和效應(yīng)。這個(gè)數(shù)據(jù)顯示，增加pva印刷的面積減少了肝素對pt測定的干擾效應(yīng)。

圖12提供了可以使用交聯(lián)的sbq-pva向固定化底物pt測定賦予肝素中和特性或肝素不敏感性的進(jìn)一步的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。具體而言，圖12示出在全血樣本(響應(yīng)曲線184)和全血樣本(響應(yīng)曲線185)執(zhí)行pt測定的結(jié)果，其中全血樣本攙有0.4iu/ml(響應(yīng)曲線184)或1.2iu/ml(響應(yīng)曲線185)的肝素，沒有使用肝素酶(常規(guī)地包括在pt測試中的用于中和肝素的試劑)，但是對相同尺寸的印刷加入數(shù)量增加的sbq-pva。數(shù)據(jù)顯示，在肝素存在的情況下增加sbq-pva層的濃度造成相對全血的凝塊時(shí)間延長的降低。這顯示，不用使用昂貴的肝素酶，就可以調(diào)整pt微環(huán)境傳感器響應(yīng)以減少肝素的干擾。

不受理論的束縛，似乎交聯(lián)或非交聯(lián)的sbq-pva賦予的正電荷可以向固定化底物pt測定賦予肝素中和特性或肝素不敏感性。更具體地，sbq側(cè)基(pendentgroup)是陽離子，pva是陰離子，并且肝素是陰離子，因此假設(shè)在電極的局部區(qū)域中的經(jīng)由帶正電的sbq的排斥力將肝素從固定化傳感器微環(huán)境中排除，或帶正電的sbq與帶負(fù)電的肝素相互作用，使肝素作用于凝結(jié)因子的能力喪失。這個(gè)理論通過諸如羥丙基纖維素的陰離子聚合物可用于監(jiān)測肝素療法的診斷性凝塊時(shí)間測試(例如，aptt和act)而不對測定賦予肝素中和特性或肝素不敏感性的事實(shí)得以進(jìn)一步證實(shí)。

在附加或替代的實(shí)施例中，聚合物可以是非肝素中和聚合物，然后可以對其進(jìn)行隨后的處理或修改，以變成肝素中和聚合物。例如，在其中將通過使用固定化聚合物層執(zhí)行的診斷性凝塊測試是肝素敏感的實(shí)施例中，可以選擇聚合物以包括至少一種非肝素中和組分，例如選自羥丙基纖維素、elvace、羧甲基纖維素、聚乳酸、聚乳酸、聚(乳酸乙醇酸)、纖維素、纖維素衍生物、羥丙基甲基纖維素醋酸琥珀酸、菊糖、果糖、果聚糖、果聚糖衍生物和聚乙醇酸所組成的組。然后可以對非肝素中和聚合物的一種或多種組分進(jìn)行處理或修改，以生成肝素中和層。在一些實(shí)施例中，處理或修改可以包括改變非肝素中和聚合物的一種或多種組分的電荷、向聚合物基質(zhì)中加入肝素酶和/或配置聚合物層以優(yōu)先結(jié)合肝素上的硫酸基團(tuán)。

在附加或替代的實(shí)施例中，聚合物可以由非肝素中和聚合物形成。例如，在其中將通過使用固定化聚合物層執(zhí)行的診斷性凝塊測試是用于監(jiān)測肝素療法(例如，aptt和act測試)的實(shí)施例中，聚合物層可以包括至少一種非肝素中和組分，可選地，選自羥丙基纖維素、elvace、羧甲基纖維素、聚乳酸、聚乳酸、聚(乳酸乙醇酸)、纖維素、纖維素衍生物、羥丙基甲基纖維素醋酸琥珀酸、菊糖、果聚糖、果聚糖衍生物和聚乙醇酸所組成的組。

在包括旋涂的實(shí)施例中，固定化底物和/或試劑聚合物層可以通過使用紫外光來交聯(lián)使用掩模的材料，跟著除去未交聯(lián)的材料，使得固定化底物和/或試劑聚合物層被選擇性地涂覆，來進(jìn)行光刻圖案化。在包括微分配的實(shí)施例中(參見例如美國專利no.5,554,339，其全部內(nèi)容通過引用并入本文)，可將恰當(dāng)數(shù)量的每個(gè)涂層施加到可選地由配置為容納邊界的附加結(jié)構(gòu)部件所局限的區(qū)域?？商娲兀梢允褂帽砻嫣幚?例如，暴露于氣體等離子體)來控制表面能量，從而控制微分配材料的散布。

在一些實(shí)施例中，一種或多種試劑和底物187可以固定在聚合物層175內(nèi)，如圖13a中所示。根據(jù)本發(fā)明的這些方面，可以利用包括一種或多種底物、諸如可光成形聚合物(例如，pva)的聚合物以及一種或多種試劑的水性底物-聚合物-試劑基質(zhì)來將一種或多種底物和一種或多種試劑固定在換能器180上或其附近。固定化聚合物層175可以通過旋涂或通過微分配水性底物-聚合物-試劑基質(zhì)來形成。在優(yōu)選實(shí)施例中，用于aptt或act測試的一種或多種試劑或底物187可以固定在聚合物層175內(nèi)，并且包括一種或多種試劑或底物187的固定化試劑-底物-聚合物層175的干燥體積可以在大約0.55nl-2.0nl的范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約1.0nl-1.5nl的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，固定化聚合物層175基本上是平面的，并且具有在大約0.1μm-100μm的范圍內(nèi)的厚度。在附加或替代實(shí)施例中，固定化聚合物層175基本上是圓頂狀的，并且具有在大約0.1μm-100μm的范圍內(nèi)的圓頂?shù)淖畲蠛穸取１M管試劑在圖13a中被示為非均一地局部化在聚合物層175的中心區(qū)域，但是，在優(yōu)選實(shí)施例中，(一種或多種)試劑均一地分散在整個(gè)底物-聚合物層中。

在一些實(shí)施例中，一種或多種試劑或底物187可以形成為在固定化聚合物層175上方和/或與其相鄰的單獨(dú)的層，如圖13b和圖13c中所示。另外，一種或多種試劑或底物可以被局部化/固定化在一起或在分開的位置。根據(jù)本發(fā)明的這些方面，可以將一種或多種試劑或底物187旋涂或印刷在固定化聚合物層175(例如，pva層)上方和/或與其相鄰，以將電化學(xué)或光學(xué)信號(hào)局部化在換能器180上方或其附近。在優(yōu)選實(shí)施例中，用于pt測試的一種或多種試劑或底物187可以與固定化聚合物層175分開地形成，并且固定化聚合物層175的干燥體積可以在1.5nl-2.2nl的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在1.60nl-2.00nl的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，固定化聚合物層175基本上是平面的并且具有在大約0.1μm-100μm范圍內(nèi)的厚度。在附加或替代實(shí)施例中，固定化聚合物層175基本上是圓頂狀的，并且具有在大約0.1μm-100μm范圍內(nèi)的圓頂?shù)淖畲蠛穸取?/p>

傳感器和芯片設(shè)計(jì)

微制造傳感器陣列的優(yōu)選實(shí)施例包括至少一個(gè)換能器(例如，工作電極或光學(xué)檢測器)。例如，微制造傳感器陣列可以包括一對微環(huán)境傳感器或換能器，一對微環(huán)境傳感器或換能器包括第一微環(huán)境傳感器或換能器(例如，pt傳感器)以及可選的第二微環(huán)境傳感器或換能器(例如，aptt傳感器)。在一些實(shí)施例中，微環(huán)境傳感器或換能器可以分別制造為硅芯片上的相鄰結(jié)構(gòu)。

在附加或替代實(shí)施例中，除了第一微環(huán)境傳感器或換能器以及可選的第二微環(huán)境傳感器或換能器，微制造傳感器陣列還可以包括一個(gè)或多個(gè)血液化學(xué)傳感器。例如，傳感器陣列還可以包括被配置為測量鈉、鉀、鈣、氯、二氧化碳、葡萄糖、血液尿素氮(bun)、肌酐、ph、分壓力co2、分壓力o2、乳酸鹽、鎂或其它分析物中的一個(gè)或多個(gè)的一個(gè)或多個(gè)傳感器。

在一些實(shí)施例中，換能器可以形成為具有涂覆有光限定的聚酰亞胺層的金表面的電極。例如，可以實(shí)現(xiàn)傳感器陣列的優(yōu)選實(shí)施例的晶片級微制造，如圖14中所示?？梢允褂闷矫娣菍?dǎo)電襯底190作為傳感器陣列的基極。導(dǎo)電層195可以通過常規(guī)手段(例如導(dǎo)電印刷或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的微制造技術(shù))而沉積在襯底190上，以形成至少一個(gè)晶體管。導(dǎo)電層195可以包括貴金屬，諸如金、鉑、銀、鈀、銥或其合金，但也可以使用其它非反應(yīng)性金屬，諸如鈦和鎢或其合金，因?yàn)橐部梢允褂檬?、?dǎo)電聚合物或其它材料的許多非金屬電極。

例如，基極電極可以包括在15μm中心上的5μm-10μm金盤(例如，7μm金盤)的方形陣列。該陣列可以覆蓋區(qū)域(例如圓形區(qū)域，近似地直徑為300μm至900μm，可選地直徑為400μm-800μm或大約600μm)，并且可以通過光圖案化在由包括si、sio2、tiw和/或au或其組合的一系列層制成的襯底上方形成厚度高達(dá)1.5μm的聚酰亞胺或光致抗蝕劑的薄層。在一些實(shí)施例中，基極電極具有大約130,000平方微米至300,000平方微米的工作面積，樣本的直接在傳感器上方的體積可以為大約0.1μl-0.3μl，并且樣本在芯片上方的體積可以為1μl-3μl。根據(jù)本發(fā)明的這些方面，在基極電極的區(qū)域中的導(dǎo)管的體積與傳感器面積之比小于大約6μl比上大約1平方毫米，優(yōu)選地小于大約50毫米比上大約2平方毫米，更優(yōu)選地小于大約100μm比上大約500平方微米。因而，微電極陣列提供了作為電活性物質(zhì)的可檢測部分的高收集效率，伴隨著來自與暴露的金屬的電容相關(guān)聯(lián)的任何電化學(xué)背景電流的貢獻(xiàn)減少。具體地，絕緣聚酰亞胺或光致抗蝕劑層中的開口限定了金電極的可以氧化(諸如在每分子兩個(gè)電子反應(yīng)中)電活性物質(zhì)(例如，對氨基苯酚)的區(qū)域。

微制造技術(shù)(例如，光刻和等離子體沉積)可被用于在受限制的空間內(nèi)構(gòu)造多層傳感器結(jié)構(gòu)。例如，在美國專利no.5,200,051中公開了用于在硅襯底上微制造電化學(xué)免疫傳感器的方法，該專利全部內(nèi)容通過引用并入本文，并且包括例如配制方法、用于將底物和試劑附接到包括光成形層的表面的方法，以及用于執(zhí)行電化學(xué)測定的方法。

微制造的傳感器陣列還可以包括電連接件195和固定化聚合物層205(如以上關(guān)于圖4、圖7a、圖7b和圖7c所討論的)，固定化聚合物層205沉積在導(dǎo)電層195和/或非導(dǎo)電襯底190的至少一部分上。在本發(fā)明中，固定化聚合物層205可以是包括具有可檢測部分的凝血酶可切割肽的多孔聚合物層，可檢測部分被配置為通過產(chǎn)生能夠被測量的改變來響應(yīng)活性凝血酶的存在。

如圖15和圖16中所示，在一些實(shí)施例中，微制造的傳感器陣列可以包括硅芯片210，硅芯片210包括位于硅芯片210的不同垂直平面(a)和(b)上的微環(huán)境電流型傳感器或換能器215和220。傳感器215可以經(jīng)由布線225連接到第一電流型引腳230(例如，臨時(shí)電連接器)，并且傳感器220可以經(jīng)由布線235連接到第二電流型引腳240(例如，臨時(shí)電連接器)。在一些實(shí)施例中，傳感器215可以被配置為aptt傳感器，并且傳感器220可以被配置為pt傳感器，兩者都形成在單個(gè)硅芯片210上并且定位在護(hù)理點(diǎn)測試盒的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管內(nèi)。如圖15中所示，傳感器215可以被構(gòu)造成具有優(yōu)選地包括在硅芯片210的上部區(qū)域中的多個(gè)同心環(huán)(例如，2、3、4或更多個(gè)同心環(huán))的目標(biāo)分劃版設(shè)計(jì)，并且傳感器220可以被構(gòu)造成具有優(yōu)選地包括在硅芯片210的下部區(qū)域中的多個(gè)同心環(huán)(例如，2、3、4或更多個(gè)同心環(huán))的目標(biāo)分劃版設(shè)計(jì)。具體而言，芯片210上的傳感器215和220的設(shè)計(jì)和布置是基于針對傳感器215和220中的每一個(gè)的印刷和性能特點(diǎn)來選擇的。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對于傳感器的任何設(shè)計(jì)或布置都是預(yù)期的。此外，盡管圖15中的示例中的傳感器215和220是電流型傳感器，但是使用其它電化學(xué)或光學(xué)傳感器(例如光波導(dǎo)和電荷耦合器件(ccd)相機(jī)芯片)的其它電化學(xué)過程或光學(xué)過程可以被使用。例如，可以使用電位型傳感器來檢測離子物質(zhì)，諸如na⁺或k⁺。

如本文所述，電流型傳感器或換能器215和220可以形成為具有金表面的電極，其中金表面暴露(例如，沒有聚酰亞胺或光致抗蝕劑覆蓋)于導(dǎo)管的內(nèi)部環(huán)境并且配置為直接接觸部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本。布線225和235可以形成為具有涂覆有光限定的聚酰亞胺或光致抗蝕劑層的金表面，使得布線225和235不會(huì)暴露于部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本從而與其絕緣?？梢詫⒉季€225和235形成為包括被配置為容納固定化試劑-底物-聚合物層的容納環(huán)結(jié)構(gòu)245和250。例如，固定化試劑-底物-聚合物層(如以上關(guān)于圖4、圖7a、圖7b和圖7c所討論的)可以沉積在容納環(huán)結(jié)構(gòu)245和/或250內(nèi)的傳感器215和/或220的至少一部分上。布線225和235分別終止在用于與分析器或盒讀取器(例如，如美國專利no.4,954,087中描述的盒讀取器，其全部內(nèi)容通過引用并入本文)中的連接器接觸的第一電流型引腳230和第二電流型引腳240處。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，分析器經(jīng)由第一電流型引腳230和第二電流型引腳240在電流型傳感器215和220中的每一個(gè)與參考電極(以下關(guān)于圖17詳細(xì)描述)之間施加電位，并且測量由經(jīng)切割的底物生成的電流改變作為電化學(xué)信號(hào)。該電化學(xué)信號(hào)與生物樣本中的產(chǎn)物的濃度成比例。電流型傳感器215和220相對于參考電極具有近似+0.4v的施加電位，并且在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電流型傳感器215和220相對于參考電極具有近似+0.1v的施加電位。在近似+0.1v時(shí)由酶反應(yīng)產(chǎn)物生成的信號(hào)與在近似+0.4v時(shí)由未反應(yīng)的底物生成的信號(hào)是可區(qū)分的。

在使用附接到n-苯基-對苯二胺或n-[對甲氧基苯基-]-對苯二胺可檢測部分的凝血酶可切割肽tos-gly-pro-arg-、h-d-phe-pip-arg、或bz-phe-val-arg的本發(fā)明的實(shí)施例中，在電壓近似+0.4v時(shí)檢測完好的底物。在電壓近似+0.1v時(shí)檢測到起電反應(yīng)產(chǎn)物n-苯基-對苯二胺或n-[對甲氧基苯基-]-對苯二胺。因此，在這些實(shí)施例中，分析器通過生成與生物樣本中的底物的濃度成比例的電化學(xué)信號(hào)向電流型傳感器215和220施加電位。而且，分析器通過生成與生物樣本中產(chǎn)物的濃度成比例的電化學(xué)信號(hào)向電流型傳感器215和220施加電位。在通過凝血酶來水解底物之后，形成在電流型傳感器215和220處反應(yīng)的產(chǎn)物，該產(chǎn)物生成與底物所生成的信號(hào)可區(qū)分的信號(hào)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，用于電流上檢測底物和產(chǎn)物的確切電壓將取決于底物和產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)而變化。重要的是，用于檢測底物和產(chǎn)物的電壓上的差異大到足以防止讀數(shù)之間的干擾。對于一些底物，電化學(xué)檢測底物所需的電壓非常高，以至于超出水性緩沖溶液中的實(shí)際測量。在這些情況下，僅必需的是產(chǎn)物是電流型可檢測的。

在一些實(shí)施例中，圖15中所示的硅芯片210還可以包括多導(dǎo)管電導(dǎo)型傳感器255和260(例如，血細(xì)胞比容傳感器)。電導(dǎo)型傳感器255和260被配置為確定生物樣本在電流型傳感器215和220處的到達(dá)和/或離開。更具體而言，電導(dǎo)型傳感器255和260正交于導(dǎo)管或傳感器導(dǎo)管的長度，并且針對每個(gè)傳感器的電極對之間的電阻可以被用來監(jiān)測生物樣本的流體前沿的相對位置。在極端情況下，開路讀數(shù)指示生物樣本已經(jīng)被推離電流型傳感器215和220，閉路讀數(shù)指示電流型傳感器215和220被生物樣本覆蓋。

如圖15中所示，電導(dǎo)型傳感器255可以包括位于電流型傳感器215的中點(diǎn)的上游的至少兩個(gè)電極265和270(即，第一電極對)。電極265和270可以分別經(jīng)由布線275和280連接到電導(dǎo)型低引腳285和ac源或電導(dǎo)型高引腳290(例如，臨時(shí)電連接器)。布線275和280可以用金表面形成，其中金表面涂覆有光限定的聚酰亞胺或光致抗蝕劑層，使得布線275和280不會(huì)暴露于部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本從而與其絕緣。電導(dǎo)型傳感器260可以包括位于電流型傳感器220的中點(diǎn)的下游的至少兩個(gè)電極295和300(即，第二電極對)。電極295和300可以分別經(jīng)由布線275和280連接到電導(dǎo)型低引腳285和ac源或電導(dǎo)型高引腳290(例如，臨時(shí)電連接器)。照此，在一些實(shí)施例中，流體在第一流體導(dǎo)管中抵達(dá)第一電極對(例如，在到達(dá)電流型傳感器215之前)，然后，隨后在第二流體導(dǎo)管中到達(dá)第二電極對(例如，在到達(dá)電流型傳感器220之后)。

如圖16中所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，硅芯片210還可以包括第三電導(dǎo)型傳感器301，第三電導(dǎo)型傳感器301包括至少兩個(gè)電極302和303。電極302和303可以經(jīng)由布線304連接到第二ac源或電導(dǎo)型高引腳305(例如，臨時(shí)電連接器)。根據(jù)本發(fā)明的這些方面，第三傳感器的使用允許兩個(gè)二進(jìn)制流體檢測事件，例如兩者均為斷開/接通(off/on)，這在具有當(dāng)前電路系統(tǒng)和軟件限制的情況下是可以容易檢測的。在(圖15中示出的)兩個(gè)電導(dǎo)型傳感器的情況下，當(dāng)前電路系統(tǒng)和軟件依賴于快速連續(xù)地檢測樣本電阻上的兩次“下降”的能力。通常，第一次下降大，因?yàn)樗鼜母稍餇顟B(tài)變?yōu)闈櫇駹顟B(tài)并且電路是完整的。當(dāng)樣本到達(dá)第二流體導(dǎo)管時(shí)的電阻上的第二次下降小得多并且因此更加難以與信號(hào)噪聲和信號(hào)的小改變區(qū)別開。另外，每個(gè)電阻改變的振幅取決于樣本特性而變化。因此并且有利地，在一些實(shí)施例中，具有三個(gè)電導(dǎo)型傳感器的布置允許使用(圖15中示出的)電導(dǎo)型傳感器255和(圖16中示出的)電導(dǎo)型傳感器301的兩個(gè)可切換導(dǎo)電路徑。

如圖17中所示，在一些實(shí)施例中，微制造傳感器陣列還可以包括接地芯片306，接地芯片306包括參考傳感器或電極307。根據(jù)本發(fā)明的其中傳感器215和220是電流型傳感器的方面，參考電極307可以被配置為反電極，以使電路完整。在優(yōu)選實(shí)施例中，參考電極307可以包括沉積在固體襯底上的銀金屬(ag)及其銀鹽(agcl)(即，ag/agcl參考電極)。參考電極307可以經(jīng)由布線308連接到參考引腳309(例如，臨時(shí)電連接器)。微制造傳感器陣列可以被設(shè)計(jì)為使得接地芯片306位于半導(dǎo)體芯片210的上游，如關(guān)于圖15和圖16所進(jìn)一步詳細(xì)討論的。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對于傳感器和接地芯片的其它布置是可能的。例如，傳感器陣列還可以包括一個(gè)或多個(gè)附加的傳感器芯片(未示出)，它們被配置為檢測潛在感興趣的各種分析物，諸如肌鈣蛋白i、肌鈣蛋白t、ckmb、降鈣素原、bhcg、hcg、ntprobnp、probnp、bnp、肌紅蛋白、甲狀旁腺激素、d-二聚體、ngal、半乳凝素-3和/或psa以及其它分析物。

如圖18中所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，微制造傳感器陣列可以包括硅芯片310，其中硅芯片310包括位于硅芯片310的相同垂直平面(a)上的微環(huán)境電流型傳感器或換能器315和320。傳感器315可以經(jīng)由布線325連接到第一電流型引腳330(例如，臨時(shí)電連接器)，并且傳感器320可以經(jīng)由布線335連接到第二電流型引腳340(例如，臨時(shí)電連接器)。在一些實(shí)施例中，傳感器315可以被配置為aptt傳感器，并且傳感器320可以被配置為pt傳感器，兩者都形成在單個(gè)芯片310上并且定位于護(hù)理點(diǎn)測試盒的導(dǎo)管內(nèi)。如圖18中所例示的那樣，傳感器315可以在傳感器320的位置的上游位置以環(huán)形形狀設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)造，其中傳感器320以包括多個(gè)同心環(huán)(例如，2、3、4或更多個(gè)同心環(huán))的目標(biāo)分劃版設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)造。具體而言，芯片310上的傳感器315和320的設(shè)計(jì)和布置是基于針對傳感器315和320中的每一個(gè)的印刷和性能特點(diǎn)來選擇的。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對于傳感器的任何設(shè)計(jì)或布置都是預(yù)期的。此外，盡管圖18中的示例中的傳感器315和320是電流型傳感器，但是使用其它電化學(xué)或光學(xué)傳感器的其它電化學(xué)過程或光學(xué)過程可以被使用。例如，可以使用電位型傳感器來檢測離子物質(zhì)，諸如na⁺或k⁺。

如本文所述，可以將傳感器或換能器315和320形成為具有金表面的電極，其中金表面暴露(例如，沒有聚酰亞胺或光致抗蝕劑覆蓋)于導(dǎo)管的內(nèi)部環(huán)境并且被配置為直接接觸部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本。可以將布線325和335形成為具有涂覆有光限定的聚酰亞胺層的金表面，使得布線325和335不會(huì)暴露于部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本從而與其絕緣?？梢詫⒉季€325和335形成為包括被配置容納固定化試劑-底物-聚合物層的容納環(huán)結(jié)構(gòu)345和350。例如，固定化試劑-底物-聚合物層(如以上關(guān)于圖4、圖7a、圖7b和圖7c所討論的)可以沉積在容納環(huán)結(jié)構(gòu)345和/或350內(nèi)的傳感器315和/或320的至少一部分上。布線325和335分別終止在用來與分析器或讀取器中的連接器(例如，如美國專利no.4,954,087中所述的盒讀取器)接觸的第一電流型引腳330和第二電流型引腳340處。

在一些實(shí)施例中，硅芯片310還包括集成的參考電極355。根據(jù)本發(fā)明的其中傳感器315和320是電流型傳感器的方面，參考電極355被配置為反電極，以使電路完整。參考電極355可以包括沉積在固體襯底上的銀金屬(ag)及其銀鹽(agcl)(即，ag/agcl參考電極)。參考電極可以經(jīng)由布線360連接到ac接地和參考引腳365(例如，臨時(shí)電連接器)?？梢詫⒉季€360形成為具有金表面，其中金表面涂覆有光限定的聚酰亞胺或光致抗蝕劑層，使得布線360不會(huì)暴露于部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本從而與其絕緣。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖18中所例示的那樣，以棋盤圖案設(shè)計(jì)參考電極355，以改進(jìn)參考電極355的表面的潤濕性。具體而言，已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，可以通過使用棋盤圖案來改進(jìn)參考電極355的潤濕性，因?yàn)閍gcl是相對疏水的，并且會(huì)在使用agcl的固體貼片時(shí)促進(jìn)在參考電極355的表面上方形成氣泡，這造成電路不良。

如以上關(guān)于硅芯片310詳細(xì)討論的并且如圖19中所示的，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，分析器經(jīng)由第一電流型引腳330和第二電流型引腳340在電流型傳感器315和320中的每一個(gè)與參考電極355之間施加電位，并且測量由經(jīng)切割的底物生成的電流改變作為電化學(xué)信號(hào)。該電化學(xué)信號(hào)與生物樣本中的產(chǎn)物的濃度成比例。電流型傳感器315和320相對于參考電極355具有近似+0.4v的施加電位，并且在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電流型傳感器315和320相對于參考電極355具有近似+0.1v的施加電位。在近似+0.1v時(shí)由酶反應(yīng)產(chǎn)物生成的信號(hào)與在近似+0.4v時(shí)由未反應(yīng)的底物生成的信號(hào)是可區(qū)分的。

返回參考圖18，在一些實(shí)施例中，硅芯片310還可以包括電導(dǎo)型傳感器370和375(其也可以作為血細(xì)胞比容傳感器起作用)。電導(dǎo)型傳感器370和375可以被分離，以形成兩個(gè)傳感器對，在芯片310的每一端處，有一個(gè)傳感器對。電導(dǎo)型傳感器370和375被配置為分別確定生物樣本在電流型傳感器315和320處的到達(dá)和/或離開。更具體而言，電導(dǎo)型傳感器370和375位于正交于導(dǎo)管或傳感器導(dǎo)管的長度的弧中，并且針對每個(gè)傳感器的電極對之間的電阻可以被用于監(jiān)測生物樣本的流體前端的相對位置。在極端情況下，開路讀數(shù)指示生物樣本已經(jīng)被推離電流型傳感器315和320，閉路讀數(shù)指示電流型傳感器315和320被生物樣本覆蓋。

如圖20中所示，電導(dǎo)型傳感器370可以包括定位成相距彼此預(yù)定距離(d1)的至少兩個(gè)電極380和385(即，第一電極對)。在一些實(shí)施例中，可以相對于電流型傳感器315的中點(diǎn)(v)在硅芯片310上定位電導(dǎo)型傳感器370(例如，中點(diǎn)(x)的上游、下游或與中點(diǎn)(v)對齊)。電極380可以經(jīng)由布線390連接到ac源引腳395(例如，臨時(shí)電連接器)。電極385可以經(jīng)由布線400、參考電極355和布線360連接到ac接地和參考引腳365?？梢詫⒉季€390和400形成為具有金表面，其中金表面涂覆有光限定的聚酰亞胺或光致抗蝕劑層，使得布線390和400不會(huì)暴露于部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本從而與其絕緣。

電導(dǎo)型傳感器375可以包括定位成相距彼此預(yù)定距離(d2)的至少兩個(gè)電極405和410(即，第二電極對)。在一些實(shí)施例中，可以相對于電流型傳感器320的中點(diǎn)(x)在硅芯片310上定位電導(dǎo)型傳感器375(例如，中點(diǎn)(x)的上游、下游或與中點(diǎn)(x)對齊)。電極405可以經(jīng)由布線415、參考電極355和布線360連接到ac接地和參考引腳365。電極410可以經(jīng)由布線420和布線390連接到ac源引腳395。可以將布線415和420形成為具有金表面，其中金表面涂覆有光限定的聚酰亞胺或光致抗蝕劑層，使得布線415和420不會(huì)暴露于部署在導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本從而與其絕緣。

在優(yōu)選實(shí)施例中，電導(dǎo)型傳感器370和375被配置為分別檢測導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本在電流型傳感器315和320處的到達(dá)。如圖21中所示，可以基于當(dāng)生物樣本抵達(dá)電導(dǎo)型傳感器370時(shí)的第一電阻下降425和當(dāng)生物樣本抵達(dá)電導(dǎo)型傳感器375時(shí)的第二電阻下降430的確定來檢測生物樣本在電流型傳感器315和320處的到達(dá)。在附加或替代實(shí)施例中，電阻在電導(dǎo)型傳感器370和375中的任何一個(gè)或兩者處的上升或尖峰(未示出)的確定可以被用來檢測導(dǎo)管內(nèi)位于電流型傳感器315和320中的任何一個(gè)或兩者上方的氣泡的存在。

對于電導(dǎo)型傳感器370和375的電阻分布應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地提供兩個(gè)明確限定的具有大致相等幅度的電阻下降。在一些芯片設(shè)計(jì)中，如圖22a所示，電導(dǎo)型傳感器435和440可以被配置為在芯片的在相應(yīng)的電流型傳感器445和450附近的相對端上的分開的條。但是，發(fā)現(xiàn)對于這種設(shè)計(jì)的電阻分布455常常包括附加的步驟460，這歸因于樣本由于參考電極465的疏水性質(zhì)而臨時(shí)停在參考電極465上。應(yīng)當(dāng)理解的是，因?yàn)閰⒖茧姌O465或到達(dá)第二電導(dǎo)型傳感器440處的樣本的潤濕，這會(huì)使得難以破解第二電阻下降。此外，兩個(gè)步驟之間的時(shí)間相當(dāng)短，從而使得定時(shí)困難，并且第二次到達(dá)的電阻下降相比第一次下降小得多，這使得檢測困難。

因此，如圖22b中所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的芯片設(shè)計(jì)利用每個(gè)分別分離成包括以預(yù)定距離(d1)和(d2)間隔開的至少兩個(gè)電極380、385和405、410的電導(dǎo)型傳感器370和375。如電阻分布470中所例示的，主導(dǎo)電阻下降425和430發(fā)生在兩對電導(dǎo)型傳感器370和375處。因此，減少了由參考電極355的潤濕觀察到的附加的(圖22a中所示的)電阻下降460的影響。另外，電導(dǎo)型傳感器370和375被放置在芯片的前面和后面，以增加電阻下降425和430之間的時(shí)間，以更好地區(qū)別開電阻下降425和430。而且，在一些實(shí)施例中，在電極380和385之間提供的間隔或預(yù)定距離(d1)是比在電極405和410之間提供的間隔或預(yù)定距離(d2)大“n”的值，使得第二電阻下降430的幅度在替代芯片設(shè)計(jì)的(圖22a中所示的)電阻下降475之上增加。例如，(d1)可以被構(gòu)造為(d2)的兩倍大，以實(shí)現(xiàn)第二電阻下降的幅度的大約1000歐姆的增加。在(d2)之上增加(d1)，有效地在對于圖22a中所示的芯片設(shè)計(jì)的電阻下降比之上增加了對于圖22b中所示的芯片設(shè)計(jì)的電阻下降比。有利地，電阻下降的這種增加允許在接通/前向馬達(dá)或泵位置480期間更好地檢測生物樣本在電導(dǎo)型傳感器370和375處的到達(dá)。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的過程可以包括以受控的速度將生物樣本在芯片上方連續(xù)地向前和向后移動(dòng)。控制電導(dǎo)型傳感器370和375保持為開路和閉路的時(shí)間，這控制生物樣本改變方向的位置。例如，分析器內(nèi)的氣動(dòng)泵可以被配置為使導(dǎo)管內(nèi)的生物樣本振蕩，其中生物樣本的后緣(trailingedge)位于電導(dǎo)型傳感器370的區(qū)域內(nèi)，以便溶解樣本在后緣附近的那部分中的底物。振蕩的頻率可以處于0.2赫茲至10赫茲的范圍內(nèi)，以得到1秒至100秒范圍內(nèi)的周期。在優(yōu)選方法中，振蕩的頻率可以處于大約1.5赫茲的范圍內(nèi)，以得到大約20秒的周期。在另一個(gè)優(yōu)選方法中，振蕩的頻率可以處于大約0.3赫茲，并且電流型傳感器315和320(如圖20中所示)可以被配置為在每次振蕩時(shí)生成信號(hào)。如果紅細(xì)胞存在于生物樣本中，則振蕩可以處于足夠防止紅細(xì)胞在電流型傳感器315和320上沉降的頻率。

在一些實(shí)施例中，電流型傳感器315和320在每次生物樣本被振蕩經(jīng)過電流型傳感器315和320時(shí)確定產(chǎn)物的濃度。例如，對于電流型傳感器315和320中的每一個(gè)的第一電流型傳感器信號(hào)可以由分析器存儲(chǔ)，并且來自電流型傳感器315和320的后續(xù)信號(hào)可以被存儲(chǔ)并與第一和其它存儲(chǔ)信號(hào)進(jìn)行比較，以便確定電流型傳感器信號(hào)的最大改變比。然后可以分析這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，以確定電流型傳感器信號(hào)的最大改變比的固定分?jǐn)?shù)。因此，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以被用來確定對于電流型傳感器315和320中的每一個(gè)的感興趣的凝結(jié)參數(shù)。

在替代實(shí)施例中，可以將傳感器或換能器形成為光學(xué)檢測器，例如ccd相機(jī)芯片和光波導(dǎo)。光學(xué)檢測器可以是來自可檢測部分的熒光、化學(xué)發(fā)光或生物發(fā)光發(fā)射的檢測器或者是可檢測部分的吸光度的檢測器。在這種實(shí)施例中，可檢測部分可以是光學(xué)染料、熒光發(fā)射體、化學(xué)發(fā)光發(fā)射體或者生物發(fā)光發(fā)射體。

在其它實(shí)施例中，可以將傳感器或換能器形成為測試條帶，例如葡萄糖測試條帶，如美國專利申請no.13/724,348中所述，該申請的全部內(nèi)容并入本文。例如，測試條帶可以包括在本文所述的盒內(nèi)。在一些實(shí)施例中，樣本可以手動(dòng)地放置在測試條帶上，照此，本文所述的微流體系統(tǒng)將不需要被包括在這種實(shí)施例中。如本領(lǐng)域中眾所周知的，葡萄糖測試條帶設(shè)備可以包括被動(dòng)毛細(xì)管流體元件，以將樣本輸送到傳感器或傳感器陣列。照此，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，葡萄糖測試條帶的元件、特征和功能可以適于本發(fā)明。

用于樣本分析的系統(tǒng)和過程

如圖23中所示，本發(fā)明的系統(tǒng)500可以包括自持式(self-contained)一次性感測設(shè)備或盒505和讀取設(shè)備或儀器510(例如，分析器)。在一些實(shí)施例中，盒505是被配置為在單次使用之后可丟棄的單次使用設(shè)備。要測量的流體樣本(例如，全血)被吸入到盒505中的樣本入口孔或端口515中，并且盒505可以通過槽狀開口520插入讀取器510中。讀取器510可以包括處理器，處理器被配置為執(zhí)行分析物濃度的測量、電阻的測量，識(shí)別芯片被配置為測量的分析物或分析物集合，和/或確定流體樣本內(nèi)的診斷性凝塊時(shí)間，如本文進(jìn)一步詳細(xì)討論的。由讀取器510執(zhí)行的測量和確定可以輸出到顯示器525或經(jīng)由讀取器510上的端口535到計(jì)算機(jī)端口540而輸出到其它輸出設(shè)備，諸如打印機(jī)或數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)530。傳輸可以經(jīng)由wifi、藍(lán)牙鏈接、紅外線等。在盒505中的傳感器545(例如，微環(huán)境傳感器)是基于電化學(xué)操作原理的實(shí)施例中，(例如，第一傳感器和可選的第二傳感器)可以被配置為經(jīng)由電連接器550與讀取器510進(jìn)行電接觸。例如，連接器可以具有在共同擁有的美國專利no.4,954,087中所公開的設(shè)計(jì)，該專利全部內(nèi)容通過引用并入本文。在一些實(shí)施例中，pt和aptt傳感器可以被配置為經(jīng)由電連接器550與讀取器510內(nèi)的測試儀表的電連接器連接(參見例如美國專利no.5,096,669和no.4,954,087，其全部內(nèi)容通過引用并入本文)。讀取器510還可以包括用于盒505中的自動(dòng)流體流動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，如在共同擁有的美國專利no.5,821,399中所公開的，該專利全部內(nèi)容也通過引用并入本文。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖24中所示，自持式一次性感測設(shè)備或盒555可以包括蓋子560、基底565以及部署在基底565和蓋子560之間的薄膜粘合墊圈(未示出)。盒555可以被配置為插入到讀取器510中，因此，盒555可以出于這個(gè)目的的包括多個(gè)機(jī)械和電連接件(未示出)。有利地，盒555的特征在于，一旦流體或生物樣本被裝載在盒555內(nèi)，流體或生物樣本的分析就可以完成，并且盒555可以被丟棄，而不用操作者或其他人接觸流體或生物樣本。

參考圖24，蓋子560可以由剛性材料(優(yōu)選地是塑料)制成，并且能夠在柔性鉸鏈區(qū)域570、575和580處重復(fù)變形而不發(fā)生開裂。蓋子560可以包括通過柔性鉸鏈570附接到蓋子560的主體的蓋585。在操作中，在將流體或生物樣本通過樣本進(jìn)入端口595引入樣本保持室590之后，蓋585可以固定在樣本進(jìn)入端口595的入口的上方，從而防止樣本泄漏。蓋585可以通過鉤子600保持就位。蓋子560還可以包括相對于蓋子560的主體可移動(dòng)并且可以通過柔性鉸鏈區(qū)域575和580附接到蓋子560的兩個(gè)可變形構(gòu)件605和610。

可變形構(gòu)件610可以被配置為通過第一泵送裝置進(jìn)行操作，使得力被施用在包括腔615和墊圈的空氣氣囊上?？勺冃螛?gòu)件610的操作使盒555的導(dǎo)管內(nèi)的流體移位?？勺冃螛?gòu)件605可以被配置為通過第二泵送裝置進(jìn)行操作，使得力被施用在墊圈上，墊圈由于在其中切開的裂縫而可能變形。在一些實(shí)施例中，墊圈的變形可以將壓力傳送到位于腔620中、填充有流體(近似130μl的分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物流體)的含流體箔包上，從而使箔包破裂，并將流體排出到導(dǎo)管625中，以便在樣本分析期間隨后在其它導(dǎo)管中使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然凝結(jié)測定形式一般不需要使用這些流體，但是這些流體在將凝結(jié)測試與其它測試組合的單個(gè)設(shè)備中一般可以是需要的，這些流體例如為用于分析物(諸如bnp和肌鈣蛋白)的免疫測定中的洗滌流體，以及化學(xué)測試(諸如鉀、肌酐和葡萄糖)中的校準(zhǔn)物流體。在替代實(shí)施例中，墊圈的變形可以將壓力傳送到包括腔620的空氣氣囊上，用于使盒555的導(dǎo)管內(nèi)的流體移位。在附加的實(shí)施例中，第二泵送裝置可以不對腔620進(jìn)行操作，代替地，腔620可以被配置為廢料室。

應(yīng)用到盒555的由讀取器510(關(guān)于圖23所討論的)中的機(jī)構(gòu)生成的在盒555中的附加動(dòng)作可以被用來在樣本保持室590和導(dǎo)管630內(nèi)的受控位置處將一個(gè)或多個(gè)空氣段注入流體或生物樣本中?？諝舛慰梢员挥脕硪詷O少量的流體(例如，有限的洗滌循環(huán)，其中洗滌體積可以少于流體或生物樣本的體積的50倍，和/或少于三個(gè)獨(dú)立循環(huán)的清潔洗滌緩沖劑(例如，利用新鮮洗滌緩沖劑的三個(gè)獨(dú)立洗滌步驟))來洗滌傳感器陣列的傳感器表面和周圍的導(dǎo)管630，如免疫測定程序領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所應(yīng)當(dāng)理解的。例如，蓋子560還可以包括由薄的柔韌膜覆蓋的孔。在操作中，施用在膜上的壓力可以通過墊圈中的小孔將一個(gè)或多個(gè)空氣段排出到導(dǎo)管630中。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管630的橫截面面積可以在大約0.1mm²至大約10mm²的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，蓋子560的下表面還包括樣本保持室590、導(dǎo)管630和另一個(gè)導(dǎo)管635(例如，廢料導(dǎo)管)。樣本保持室590和導(dǎo)管630可以包括通過對流體或生物樣本的流動(dòng)提供阻力件來控制流體流動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件640和642?？蛇x的例如干燥試劑涂層的涂層(未示出)可以在導(dǎo)管630上提供疏水表面，其與墊圈孔一起控制樣本保持室590和導(dǎo)管635之間的流體流動(dòng)。在組裝好的盒555中，樣本保持室590可以被配置為將樣本進(jìn)入端口595連接到導(dǎo)管630。

根據(jù)本發(fā)明的其中有多個(gè)芯片(例如，接地芯片和傳感器芯片)的各方面，切口645可以收容一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片650，該一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片650包括至少一個(gè)傳感器655(例如，pt、aptt或act微環(huán)境傳感器)，或響應(yīng)性表面，連同可選的一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)型傳感器660。如果需要，則切口665可以收容包括接地電極675的接地芯片670，作為電化學(xué)傳感器的回路電流路徑，并且還可以收容可選的電導(dǎo)型傳感器。根據(jù)本發(fā)明的其中僅有單個(gè)芯片(例如，組合的接地和傳感器芯片)的各方面，切口665和接地芯片670可以不包括在盒555中。

在一些實(shí)施例中，可以提供計(jì)量裝置，其包括由收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件640劃界的樣本保持室590，并且沿樣本保持室590的長度具有從包括腔615的氣囊的空氣入口點(diǎn)680。在入口點(diǎn)680處施用的空氣壓力驅(qū)動(dòng)計(jì)量體積的樣本經(jīng)過收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件640。因此，計(jì)量體積的樣本可以通過空氣入口點(diǎn)680和收縮件或毛細(xì)管停止件640之間的樣本保持室590的體積來預(yù)先確定。當(dāng)可變形構(gòu)件605移位時(shí)，對應(yīng)于該體積的數(shù)量的樣本可以移位到導(dǎo)管630中。因此，該布置可以提供用于將計(jì)量數(shù)量的未計(jì)量的樣本輸送到盒555的各種下游導(dǎo)管的計(jì)量裝置。如果需要量化分析物，則在一些實(shí)施例中計(jì)量可能是有利的。因此，操作者可以不必在測量之前準(zhǔn)確地測量樣本的體積，從而節(jié)省時(shí)間、精力并提高準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性。

在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明是用于使用盒來確定全血樣本中的診斷性凝塊時(shí)間的過程。該過程可以包括通過樣本進(jìn)入端口595(如圖24所示)將未計(jì)量的流體樣本引入到盒555的樣本保持室590中。在這個(gè)階段，毛細(xì)管止動(dòng)件640防止流體樣本通入導(dǎo)管630，并且樣本保持室590填充有樣本。將蓋585閉合，以防止流體樣本從盒555泄漏。然后，盒555可以被插入讀取設(shè)備或裝置510中，如圖23中所示并且在美國專利no.5,821,399中進(jìn)一步公開的，該專利全部內(nèi)容通過引用并入本文。在一些實(shí)施例中，將盒插入讀取裝置510中激活一種機(jī)構(gòu)，當(dāng)將包裝壓靠在釘(未示出)上時(shí)，該機(jī)構(gòu)刺穿位于腔620中的含流體包裝。由此，流體可以被排出到一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管(例如，導(dǎo)管630)中，從而順序地到達(dá)傳感器區(qū)域處。其后，泵裝置(例如，氣動(dòng)泵)的操作對包括腔615的空氣氣囊施加壓力，從而迫使空氣通過導(dǎo)管在空氣入口點(diǎn)680處進(jìn)入樣本保持室590。毛細(xì)管止動(dòng)件640界定原始流體樣本的計(jì)量部分。然后，由包括腔615的空氣氣囊內(nèi)產(chǎn)生的空氣壓力將樣本的計(jì)量部分通過毛細(xì)管止動(dòng)件640排出。樣本通入導(dǎo)管630并與一種或多種試劑、一種或多種底物(例如，固定化試劑-底物-聚合物層)和/或包括一個(gè)或多個(gè)換能器的一個(gè)或多個(gè)傳感器以及可選地位于切口665內(nèi)的參考電極接觸。

也如圖24中所示，為了促進(jìn)(i)一種或多種試劑擴(kuò)散進(jìn)入流體樣本中，或樣本擴(kuò)散進(jìn)入包含試劑的聚合物層中(取決于具體的實(shí)施例)，(ii)通過兩種途徑之一活化凝結(jié)級聯(lián)，以生成凝血酶，(iii)活性凝血酶擴(kuò)散通過固定化底物和/或試劑聚合物層，(iv)凝血酶可切割肽的切割，(v)可檢測部分的活化，和/或(vi)通過至少一個(gè)換能器對可檢測部分的檢測，可以將流體樣本定位在導(dǎo)管630內(nèi)，

以接觸一種或多種試劑和/或底物、一個(gè)或多個(gè)固定化聚合物層和/或一個(gè)或多個(gè)傳感器(例如，微環(huán)境傳感器)達(dá)預(yù)定的時(shí)間段。

本文通過在其中確定對于流體樣本的診斷性凝塊時(shí)間的具體的實(shí)施例來例示盒的使用，其中流體樣本被引入到盒的樣本保持室中，跟著盒被插入到盒讀取設(shè)備中。盒讀取設(shè)備通過焊盤與電極/傳感器電接觸，并執(zhí)行某些診斷性測試。診斷性測試通過使用電導(dǎo)型電極確定導(dǎo)管中是否存在流體或樣本；確定電極中是否存在電氣短路；并且確保傳感器和接地電極在測定循環(huán)之前被熱平衡至優(yōu)選37℃。

在優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用流體樣本的計(jì)量部分(優(yōu)選地在4μl和200μl之間，更優(yōu)選地在4μl和20μl之間，最優(yōu)選地是7μl)來執(zhí)行測定，而其子體積(在0.1ul和3.5ul之間)可以被用來接觸電極/傳感器。相對于傳感器區(qū)域定位流體樣本，使得流體樣本的一部分定位在一種或多種試劑、一種或多種底物(例如，固定化聚合物層)以及包括接地電極和一個(gè)或多個(gè)換能器的一個(gè)或多個(gè)傳感器上方。在630(或在例如在圖24、圖25、圖26、圖31、圖34、圖36中的測定導(dǎo)管中的任一個(gè))的上部或下部中振蕩預(yù)定的時(shí)間段(例如0-10秒)之后，樣本可以移動(dòng)到第二導(dǎo)管或用于隨后的混合或相互作用的區(qū)域，或者在信號(hào)生成之前變成靜止的或變成鎖定在(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)管或盒內(nèi)。可以使用傳感器芯片上的一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)型傳感器來控制這些過程，如關(guān)于圖20、圖21、圖22a和圖22b所討論的。在隨后的流體分離或轉(zhuǎn)移過程中，可以有通過壓力或尺寸受控的元件的通道。稍后將更詳細(xì)地描述這些方面。

在樣本和傳感器之間的接觸時(shí)間中，(i)修正試劑有時(shí)間擴(kuò)散到流體樣本中，或者流體樣本有時(shí)間擴(kuò)散到修正試劑中(修正試劑在一些實(shí)施例中可以被固定)，以便促進(jìn)通過兩種途徑之一進(jìn)行的凝結(jié)級聯(lián)的活化，以生成凝血酶，(ii)活性凝血酶有時(shí)間擴(kuò)散通過底物層(例如固定化底物和/或試劑聚合物層)，并且切割凝血酶-可切割肽，以及(iii)活性可檢測部分有時(shí)間被至少一個(gè)換能器檢測到。

盒的流體功能和配置

在優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一次性盒配置，使得能夠同時(shí)或隨后在相同的一次性盒內(nèi)的單個(gè)全血樣本上進(jìn)行兩個(gè)物理上分開的測試。一次性盒配置的元件除了來自分析器的主動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，泵)之外還包括使用被動(dòng)流體特征件(例如，閥、阻力件和流體鎖定元件)將樣本分離成分開的導(dǎo)管/區(qū)域，使得每個(gè)樣本段隨后可以被移動(dòng)到特定的傳感器。本文討論了許多分開配置，這些配置允許將樣本維持在單個(gè)通道中，將樣本分離到分開的流體導(dǎo)管中，從而在每個(gè)導(dǎo)管中控制流體移動(dòng)，例如將干燥的試劑和/或底物混合到樣本段中，和/或隨后將樣本停放(并鎖定)在傳感器上方用于分析。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對配置進(jìn)行各種修改、替換、省略和改變。

在以下的每個(gè)實(shí)施例中，樣本可以由用戶插入盒的入口室中。然后將盒閉合并插入分析器。盒中形成為空氣氣囊的隔膜泵以及分析器中的機(jī)械柱塞(如關(guān)于圖24所討論的)被用來將樣本移動(dòng)穿過整個(gè)盒。

關(guān)于圖25-圖29討論的本發(fā)明的實(shí)施例被配置為分離單個(gè)生物(例如全血)樣本，并允許在兩個(gè)導(dǎo)管中獨(dú)立混合控制至少兩個(gè)樣本段，其中特定于每種測試的干燥試劑和/或底物位于兩個(gè)導(dǎo)管中。根據(jù)本發(fā)明的各方面，底物可以或可以不被局部化(例如，根據(jù)一些實(shí)施例，可以或可以不被固定化)在傳感器上方。溶解到樣本中的試劑和/或底物保留在形成它們的導(dǎo)管內(nèi)，因此消除了測試之間的任何潛在的交叉干擾。這是對于可能存在化學(xué)或物理干擾的任何兩個(gè)測試(例如，凝結(jié)測試)的多路復(fù)用的重要元素。

如圖25中所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例與用于盒700的接地傳感器第一配置有關(guān)，其中導(dǎo)管705在接地芯片720之前或其上游在結(jié)707處分離成第一導(dǎo)管710和第二導(dǎo)管715。第二導(dǎo)管715可以包括收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件725，并且被配置為在傳感器芯片730的包括至少一個(gè)分析物檢測電極的下部區(qū)域(如關(guān)于圖15和圖16所描述的)上方經(jīng)過。第一導(dǎo)管710被配置為在接地芯片720(例如，如關(guān)于圖17所描述的具有參考傳感器的接地芯片)，以及傳感器芯片730的包括至少一個(gè)分析物檢測電極的上部區(qū)域(如關(guān)于圖15和圖16所描述的)上方經(jīng)過。盒700還可以包括定位于第一導(dǎo)管710內(nèi)的至少一個(gè)流體鎖定機(jī)構(gòu)735(例如，薄膜海綿閥、微通道毛細(xì)管或微陣列閥)和從第一導(dǎo)管710和第二導(dǎo)管715通向腔747的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管740(例如，出口)。在這個(gè)實(shí)施例中，腔747被配置為廢料室(如關(guān)于圖24所討論的)。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管740可以被配置為通向廢料導(dǎo)管(如關(guān)于圖24所討論的)。

圖26示出了用于盒750的替代的接地傳感器第一配置，其中導(dǎo)管755在接地芯片775之前或其上游在結(jié)760處分離成第一導(dǎo)管765和第二導(dǎo)管770。第二導(dǎo)管770可以包括收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件780，并且被配置為在傳感器芯片785的包括至少一個(gè)分析物檢測電極的下部區(qū)域(如關(guān)于圖15和圖16所描述的)上方經(jīng)過。第一導(dǎo)管765被配置為在接地芯片775(例如，如關(guān)于圖17所描述的具有參考傳感器的接地芯片)以及傳感器芯片785的包括至少一個(gè)分析物檢測電極的上部區(qū)域(如關(guān)于圖15和圖16所描述的)上方經(jīng)過。盒750還可以包括定位于第一導(dǎo)管765內(nèi)的至少一個(gè)流體鎖定機(jī)構(gòu)790。以及分別從第一導(dǎo)管765和第二導(dǎo)管770通向廢料導(dǎo)管797(如關(guān)于圖24所討論的)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管793和795(例如，出口)。

如圖27中所示，在盒700和750的操作期間，通過使用雙向隔膜泵(如關(guān)于圖24所描述的)將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管705/755。生物樣本在結(jié)707/760(例如，t-結(jié))處被分離成第一部分和第二部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，定位在第二導(dǎo)管715/770內(nèi)的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件725/780(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)引起樣本優(yōu)先填充第一導(dǎo)管710/765并在接地芯片720/775和在傳感器芯片730/785的上部區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)電極(例如，aptt電極)上方移動(dòng)。因此，隔膜泵可以在第一導(dǎo)管710/765中來回移動(dòng)樣本的第一部分，以將試劑和/或底物溶解并混合到樣本中，而第二導(dǎo)管715/770中的樣本的第二部分既不撤出第二導(dǎo)管715/770也不移動(dòng)到傳感器芯片730/785。一旦在第一導(dǎo)管710/765中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了足夠的混合，就在傳感器芯片730/785上方將樣本的第一部分推到流體鎖定機(jī)構(gòu)735/790(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其提供耐壓性并且有效地將樣本的第一部分鎖定到第一導(dǎo)管710/765中。其后，可以開始第一導(dǎo)管710/765中的分析。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)管710/765中的耐壓性顯著增加時(shí)，樣本的剩余的第二部分被迫使通過第二導(dǎo)管715/770中的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件725/780。然后可以將類似的來回混合過程應(yīng)用于第二導(dǎo)管715/770。一旦試劑和/或底物被混合到樣本的第二部分中，樣本的第二部分就可以定位于傳感器芯片730/785上方，并且可以開始第二導(dǎo)管715/770中的分析。例如，第二部分可以在傳感器芯片730/785的下部區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)電極(例如，pt電極)上方移動(dòng)通過第二導(dǎo)管715/770。根據(jù)本發(fā)明的各方面，傳感器芯片730/785的上部和下部區(qū)域內(nèi)的電極可以通過使用如關(guān)于圖2、圖3、圖4、圖7a、圖7b、圖7c和圖9所討論的一種或多種布置在有或沒有試劑/底物的固定化的情況下形成。

如圖28中所示，在盒700和750的附加操作期間，可以通過使用雙向隔膜將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到傳感器芯片730/785(如關(guān)于圖24所描述的)。此外，一旦試劑和/或底物被混合到樣本的第二部分中，就在傳感器芯片730/785上方將樣本的第二部分推到附加的流體鎖定機(jī)構(gòu)745/798(如圖25和26中所示)(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其提供耐壓性并有效地將樣本的第二部分鎖定到第二導(dǎo)管715/770中。一旦樣本的第二部分在傳感器芯片730/785上方被鎖定就位，就可以開始第二導(dǎo)管715/770中的分析。

如圖29中所示，在盒700和750的附加操作期間，可以通過使用雙向隔膜將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管705/755。但是，在使樣本移動(dòng)到結(jié)707/760之前，可以使樣本移動(dòng)通過附加的結(jié)(例如，t-結(jié))(圖25和圖26中未示出)。附加的結(jié)被配置為將第一導(dǎo)管710/765和第二導(dǎo)管715/770與釋放導(dǎo)管(例如，出口)分開，其中釋放導(dǎo)管具有收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)，以將樣本流轉(zhuǎn)移通過結(jié)707/760。然后，樣本的任何殘余壓力或移動(dòng)將進(jìn)入釋放導(dǎo)管。在優(yōu)選實(shí)施例中，釋放導(dǎo)管中的附加的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件被設(shè)計(jì)為使得其具有比第一導(dǎo)管710/765和/或第二導(dǎo)管715/770中的流體鎖定特征件更低的耐壓性。

如圖30中所示，可以在使用多導(dǎo)管電導(dǎo)型傳感器的電極上方通過振蕩樣本的第一和第二部分來執(zhí)行導(dǎo)管內(nèi)的混合，以確定和維持如本文所討論的樣本的定位。在一些實(shí)施例中，首先將生物樣本的第一部分混合，以在第二導(dǎo)管內(nèi)的、生物樣本的第二部分與試劑和/或底物之間的反應(yīng)的啟動(dòng)之前啟動(dòng)第一導(dǎo)管內(nèi)的、生物樣本的第一部分與試劑和/或底物之間的反應(yīng)。例如，aptt測試常規(guī)地需要比pt測試的測試時(shí)間更長的測試時(shí)間，因此在第一導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行的aptt測試可以比在第二導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行的pt測試的開始更早地開始，使得測試在近似相同的時(shí)間處完成。

應(yīng)當(dāng)理解的是，用于盒700和750的接地傳感器第一設(shè)計(jì)有利地提供了能夠同時(shí)或隨后在兩個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)獨(dú)立的測定(例如，pt和aptt)的單個(gè)盒。在其中混合是需要的或有利的實(shí)施例中，盒700和750的特征允許一旦一種或多種試劑已經(jīng)暴露于生物樣本，就進(jìn)行第一和第二導(dǎo)管內(nèi)的獨(dú)立混合控制，而不用考慮級聯(lián)路徑的交叉活化或其它交叉電極干擾，因?yàn)閭鞲衅鹘?jīng)由使用至少第一和第二導(dǎo)管而物理上彼此分開。

關(guān)于圖31-圖35討論的本發(fā)明的實(shí)施例被配置為將單個(gè)生物(例如，全血)樣本分離成兩個(gè)導(dǎo)管中的兩個(gè)段，其中特定于每個(gè)測試的干燥試劑和/或底物位于兩個(gè)導(dǎo)管中。關(guān)于圖31-圖35討論的配置與關(guān)于圖25-圖29討論的配置之間的主要區(qū)別是，在圖31-圖35的配置中，樣本在傳感器上方被推動(dòng)并被鎖定就位，并且位于傳感器上的試劑和/或底物被特定地設(shè)計(jì)成通過被動(dòng)擴(kuò)散溶解到樣本中或保留在固定層內(nèi)。在執(zhí)行凝結(jié)分析的示例中，級聯(lián)途徑的活化及其檢測發(fā)生在緊靠傳感器的高濃度區(qū)域。溶解到樣本中或包含在固定層中的試劑和/或底物保留在它們被印刷所在的導(dǎo)管內(nèi)，因此消除了測試之間的任何潛在的交叉干擾(數(shù)據(jù)未示出)。這是對于可能存在化學(xué)或物理干擾的任何兩個(gè)測試(例如，凝結(jié)測試)的多路復(fù)用的重要元素。

如圖31中所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例與用于盒800的集成接地傳感器和分離式傳感器導(dǎo)管設(shè)計(jì)有關(guān)，其中導(dǎo)管805在接地/傳感器芯片825之前或上游在結(jié)810處分離成第一導(dǎo)管815和第二導(dǎo)管820。第一導(dǎo)管815被配置為在接地/傳感器芯片825的第一區(qū)域(如關(guān)于圖18所討論的)上方經(jīng)過，該第一區(qū)域包括參考電極的一部分和至少一個(gè)分析物檢測電極(例如，aptt電極)。第二導(dǎo)管820包括收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件822，并且被配置為在傳感器芯片825的第二區(qū)域(如關(guān)于圖18所討論的)上方經(jīng)過，該第二區(qū)域包括參考電極的另一部分和至少一個(gè)其它分析物檢測電極(例如，不同的分析物檢測電極，諸如pt電極)。根據(jù)本發(fā)明的各方面，第一導(dǎo)管815和第二導(dǎo)管820內(nèi)的分析物檢測電極可以通過使用如關(guān)于圖2、圖3、圖4、圖7a、圖7b、圖7c和圖9所討論的一種或多種布置在有或沒有試劑/底物的固定化的情況下形成。

盒800還可以包括分別定位在第一導(dǎo)管815和第二導(dǎo)管820內(nèi)的至少兩個(gè)流體屏障機(jī)構(gòu)830和835(例如，流體鎖定機(jī)構(gòu)、毛細(xì)管止動(dòng)件或流體收縮件)，以及分別從第一導(dǎo)管815和第二導(dǎo)管820通向腔850的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管840和845(例如，出口)。在這個(gè)實(shí)施例中，腔850被配置為廢料室(如關(guān)于圖24所討論的)。但是，在替代實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管840和845可以被配置為通向廢料導(dǎo)管(如關(guān)于圖24所討論的)。

如圖32中所示，在盒800的操作期間，通過使用雙向隔膜泵(如關(guān)于圖24所描述的)將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管805。生物樣本在結(jié)810(例如，t-結(jié))處分離成第一部分和第二部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，定位在第二導(dǎo)管820內(nèi)的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件822(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)引起樣本優(yōu)先地填充第一導(dǎo)管815并在接地/傳感器芯片825的第一區(qū)域上方移動(dòng)。樣本的第一部分在接地/傳感器芯片825上方被推到流體屏障機(jī)構(gòu)830(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其提供大于第二導(dǎo)管820的耐壓性的耐壓性，并且有效地將樣本的第一部分鎖定到第一導(dǎo)管815中。其后，可以開始第一導(dǎo)管815中的分析。隨著第一導(dǎo)管815中的耐壓性顯著增加，樣本的剩余的第二部分被迫使通過第二導(dǎo)管820中的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件822。類似地，樣本的第二部分在接地/傳感器芯片825上方被推到流體屏障機(jī)構(gòu)835(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，并有效地將樣本的第二部分鎖定到第二導(dǎo)管820中。其后，可以開始第二導(dǎo)管820中的分析。

如圖33中所示，在盒800的附加操作期間，可以通過使用雙向隔膜將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管805。但是，在將樣本移動(dòng)到結(jié)810之前，可以使樣本移動(dòng)通過附加的結(jié)855(例如，t-結(jié))(如圖31所示)。附加的結(jié)855(例如，t-結(jié))被配置為將第一導(dǎo)管810和第二導(dǎo)管820與具有收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)的釋放導(dǎo)管860(例如，出口)分開，以將樣本流轉(zhuǎn)移通過結(jié)810。樣本的任何殘余壓力或移動(dòng)然后將進(jìn)入釋放導(dǎo)管860。在優(yōu)選實(shí)施例中，釋放導(dǎo)管中的附加收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件被設(shè)計(jì)為使得其具有比第一和第二導(dǎo)管815和820中的流體屏障機(jī)構(gòu)更低的耐壓性。

如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所應(yīng)當(dāng)理解的，用于盒800的集成接地傳感器和分離式傳感器導(dǎo)管設(shè)計(jì)有利地提供了能夠同時(shí)或隨后在兩個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)獨(dú)立的測定(如應(yīng)當(dāng)理解的，測定可以不同或相同，例如pt和aptt、pt和pt、aptt和aptt，等等)而不需要將生物樣本與試劑和/或底物混合的單個(gè)盒。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的各方面，盒800的特征允許在第一和第二導(dǎo)管815和820內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)單獨(dú)的分析測試，而不用考慮一旦一種或多種試劑已經(jīng)暴露于生物樣本而引起的級聯(lián)路徑的交叉活化或其它交叉電極干擾，因?yàn)殡姌O經(jīng)由使用至少第一和第二導(dǎo)管815和820而物理上彼此分開。而且，用于盒800的集成接地傳感器設(shè)計(jì)提供了比上述的接地傳感器第一設(shè)計(jì)的盒設(shè)計(jì)更簡單、更緊湊的盒設(shè)計(jì)，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)消除了完全分開接地傳感器的空間需要以及將生物樣本移動(dòng)到分開的接地傳感器所必需的導(dǎo)管的附加長度。

如圖34中所示，本發(fā)明的替代實(shí)施例與用于盒870的集成接地傳感器和分離式導(dǎo)管設(shè)計(jì)有關(guān)，其包括具有結(jié)880(例如，t-結(jié))的導(dǎo)管875。結(jié)880被配置為將第一傳感器導(dǎo)管885和第二導(dǎo)管890與釋放導(dǎo)管895(例如，出口)分開。第一傳感器導(dǎo)管885被配置為在接地/傳感器芯片900的第一區(qū)域(如關(guān)于圖18所討論的)上方經(jīng)過，其中該第一區(qū)域包括參考電極的一部分和至少一個(gè)分析物檢測電極(例如，aptt電極)。第二傳感器導(dǎo)管890被配置為在傳感器芯片900的第二區(qū)域(如關(guān)于圖18所討論的)上方經(jīng)過，該第二區(qū)域包括參考電極的另一部分和至少一個(gè)不同的分析物檢測電極(例如，pt電極)。根據(jù)本發(fā)明的各方面，第一傳感器導(dǎo)管885和第二傳感器導(dǎo)管890內(nèi)的分析物檢測電極可以通過使用關(guān)于圖2、圖3、圖4、圖7a、圖7b、圖7c和圖9所討論的一種或多種布置在有或沒有底物的固定化的情況下形成。

盒870還可以包括分別定位在第一傳感器導(dǎo)管885和第二傳感器導(dǎo)管890內(nèi)的至少兩個(gè)流體屏障機(jī)構(gòu)905和910，以及分別從第一傳感器導(dǎo)管885和第二導(dǎo)管890通向腔925的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管915和920(例如，出口)。在這個(gè)實(shí)施例中，腔925被配置為廢料室(如關(guān)于圖24所討論的)。但是，在替代實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管915和920可以被配置為通向廢料導(dǎo)管(如關(guān)于圖24所討論的)。

如圖35中所示，在盒870的操作期間，通過使用雙向隔膜泵(如關(guān)于圖24所描述的)將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管875并通過結(jié)880。釋放導(dǎo)管895(例如，出口)具有收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)，以將樣本流轉(zhuǎn)移到第一傳感器導(dǎo)管885和第二傳感器導(dǎo)管890。樣本的第一部分在接地/傳感器芯片900上方被推到流體屏障機(jī)構(gòu)905(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其有效地將樣本的第一部分鎖定到第一傳感器導(dǎo)管885中。其后，可以開始第一導(dǎo)管885中的分析。樣本的第二部分在接地/傳感器芯片900上方被推到流體屏障機(jī)構(gòu)910(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其有效地將樣本的第二部分鎖定到第二傳感器導(dǎo)管890中。其后，可以開始第二導(dǎo)管890中的分析。樣本的任何殘余壓力或移動(dòng)然后將進(jìn)入釋放導(dǎo)管895。在優(yōu)選實(shí)施例中，釋放導(dǎo)管中的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件被設(shè)計(jì)為使得其具有比第一和第二傳感器導(dǎo)管885和890中的流體屏障機(jī)構(gòu)更低的耐壓性。

如應(yīng)當(dāng)理解的，用于盒870的替代的集成接地傳感器和分離式導(dǎo)管設(shè)計(jì)有利地提供了能夠同時(shí)或隨后在兩個(gè)單獨(dú)的傳感器導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)獨(dú)立的測定(如應(yīng)當(dāng)理解的，測定可以不同或相同，例如pt和aptt、pt和pt、aptt和aptt，等等)而不需要將生物樣本與試劑和/或底物混合的單個(gè)盒。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的各方面，盒870的特征允許在第一和第二傳感器導(dǎo)管885和890內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)單獨(dú)的分析測試，而不用考慮一旦一種或多種試劑已經(jīng)暴露于生物樣本而引起的級聯(lián)路徑的交叉活化或其它交叉電極干擾，因?yàn)殡姌O經(jīng)由使用至少第一和第二傳感器導(dǎo)管885和890而物理上彼此分開。而且，用于盒870的集成接地傳感器設(shè)計(jì)提供了比上述的接地傳感器第一設(shè)計(jì)的盒設(shè)計(jì)更簡單、更緊湊的盒設(shè)計(jì)，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)消除了完全分開接地傳感器的空間需要以及將生物樣本移動(dòng)到分開的接地傳感器所必需的導(dǎo)管的附加長度。此外，覆蓋整個(gè)傳感器電路所需的樣本體積顯著減少。

關(guān)于圖36-圖38討論的本發(fā)明的實(shí)施例被配置為將單個(gè)生物(例如，全血)樣本維持在單個(gè)導(dǎo)管中，特定于每個(gè)測試的干燥試劑和/或底物位于其中。關(guān)于圖36-圖38討論的配置與關(guān)于圖27-圖29討論的配置之間的主要區(qū)別在于，在圖36-圖38的配置中，樣本被維持在單個(gè)導(dǎo)管中并在傳感器上方被串聯(lián)推動(dòng)并鎖定或保持就位，并且位于傳感器上的試劑和/或底物被特定地設(shè)計(jì)為通過被動(dòng)擴(kuò)散而溶解在樣本中或者保留在固定層內(nèi)。在執(zhí)行凝結(jié)分析的示例中，級聯(lián)途徑的活化及其檢測發(fā)生在緊靠傳感器的高濃度區(qū)域。溶解在樣本中的試劑和/或底物保留在它們被印刷所在的傳感器附近，因此消除了測試之間的任何潛在的交叉干擾。這是對于可能存在化學(xué)或物理干擾的任何兩個(gè)測試(例如，凝結(jié)測試)的多路復(fù)用的重要元素。

如圖36中所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例與用于盒930的集成接地傳感器和單導(dǎo)管設(shè)計(jì)有關(guān)，其包括具有結(jié)940(例如，t-結(jié))的導(dǎo)管935。結(jié)940被配置為將單導(dǎo)管傳感器導(dǎo)管945與釋放導(dǎo)管950(例如，出口)分開。單傳感器導(dǎo)管945被配置為在接地/傳感器芯片955(如關(guān)于圖18所討論的)的包括至少一個(gè)分析物檢測電極(例如，aptt電極)的第一區(qū)域、包括參考電極的至少一部分的第二區(qū)域，以及包括至少一個(gè)相同或不同的分析物檢測電極(例如，pt電極)的第三區(qū)域上方經(jīng)過。根據(jù)本發(fā)明的各方面，在單導(dǎo)管傳感器導(dǎo)管945內(nèi)的分析物檢測電極是通過使用關(guān)于圖4、圖7a、圖7b、圖7c和圖9所討論的一個(gè)或多個(gè)布置在有試劑/底物的固定的情況下形成的。

盒930還可以包括定位在傳感器導(dǎo)管945內(nèi)的流體屏障機(jī)構(gòu)960和從傳感器導(dǎo)管945通向腔970的導(dǎo)管965(例如，出口)。在這個(gè)實(shí)施例中，腔970是被配置為廢料室(如關(guān)于圖24所討論的)。但是，在替代實(shí)施例中，導(dǎo)管965可以被配置成通向廢料導(dǎo)管(如關(guān)于圖24所討論的)。

如圖36和圖37中所示，在盒930的操作期間，通過使用雙向隔膜泵(如關(guān)于圖24所描述的)將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管935并通過結(jié)940。釋放導(dǎo)管950(例如，出口)具有收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)，以將樣本流轉(zhuǎn)移到傳感器導(dǎo)管945。樣本在接地/傳感器芯片955上方被推到流體屏障機(jī)構(gòu)960(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其有效地將樣本鎖定到傳感器導(dǎo)管945中。其后，可以開始傳感器導(dǎo)管945中的分析。樣本的任何殘余壓力或移動(dòng)然后將進(jìn)入釋放導(dǎo)管950。在優(yōu)選實(shí)施例中，釋放導(dǎo)管950中的收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件被設(shè)計(jì)為使得其具有比傳感器導(dǎo)管945中的流體屏障機(jī)構(gòu)更低的耐壓性。

如圖36和38中所示，在盒930的替代操作期間，可以通過使用雙向隔膜將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管935。其后，樣本在接地/傳感器芯片955上方被推到流體屏障機(jī)構(gòu)960(例如，在模塑塑料部件之一或雙面粘合劑中形成的微通道或薄膜“海綿閥”)，其有效地將樣本鎖定到傳感器導(dǎo)管945。其后，可以開始傳感器導(dǎo)管945中的分析。

如應(yīng)當(dāng)理解的，用于盒930的集成接地傳感器和單導(dǎo)管設(shè)計(jì)有利地提供了能夠同時(shí)或隨后在單個(gè)導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)獨(dú)立的測定(如應(yīng)當(dāng)理解的，測定可以不同或相同，例如，pt和aptt、pt和pt、aptt和aptt，等等)而不需要將生物樣本與試劑和/或底物混合的單個(gè)盒。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的各方面，盒930的特征允許在傳感器導(dǎo)管945內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)單獨(dú)的分析測試，而不用考慮一旦一種或多種試劑已經(jīng)暴露于生物樣本而引起的級聯(lián)路徑的交叉活化或其它交叉電極干擾，因?yàn)榉治鑫餀z測電極是具有通過使用如本文所詳細(xì)討論的一種或多種布置形成的局部化(例如，固定化)試劑/底物的微環(huán)境傳感器。而且，用于盒930的集成接地傳感器設(shè)計(jì)提供了比上述接地傳感器第一設(shè)計(jì)的盒設(shè)計(jì)更簡單、更緊湊的盒設(shè)計(jì)，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)消除了完全分開接地傳感器的空間需要以及將生物樣本移動(dòng)到分開的接地傳感器所必需的導(dǎo)管的附加長度。此外，覆蓋整個(gè)傳感器電路所需要的樣本體積顯著減少。

關(guān)于圖39所討論的本發(fā)明的實(shí)施例被配置為分離單個(gè)生物(例如，全血)樣本并允許同時(shí)或隨后在相同的一次性盒內(nèi)的單個(gè)全血樣本上進(jìn)行多個(gè)物理上分開的測試(例如，凝結(jié)測試和分析化學(xué)測試)。在一些實(shí)施例中，在兩個(gè)導(dǎo)管中為至少兩個(gè)樣本段提供獨(dú)立的混合控制，其中特定于每個(gè)測試的干燥試劑和/或底物可以位于兩個(gè)導(dǎo)管中。根據(jù)本發(fā)明的各方面，底物可以或可以不局部化(例如，固定化)在傳感器上方。溶解到樣本中的試劑和/或底物保留在導(dǎo)管內(nèi)并靠近它們被印刷或沉積所在的傳感器，因此消除了測試之間的任何潛在的交叉干擾。這是對于可能存在化學(xué)或物理干擾的任何兩個(gè)測試(例如，凝結(jié)測試和分析化學(xué)測試)的多路復(fù)用的重要元素。

如圖39中所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例與用于盒1000的多傳感器配置有關(guān)，其包括具有結(jié)1010(例如，t-結(jié))的導(dǎo)管1005。結(jié)1010可以包括第一收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1015，并被配置為將第一傳感器導(dǎo)管1020與輔助導(dǎo)管1025分開。第一傳感器導(dǎo)管1020被配置為在傳感器芯片1030的至少一部分上方經(jīng)過，該至少一部分包括至少一個(gè)分析物檢測電極(例如，pt電極)。根據(jù)本發(fā)明的各方面，第一傳感器導(dǎo)管1020內(nèi)的分析物檢測電極可以通過使用關(guān)于圖2、圖3、圖4、圖7a、圖7b、圖7c和圖9所討論的一種或多種布置在有或沒有試劑/底物的局部化(例如，固定化)的情況下形成。第二收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1035可以定位在第一傳感器導(dǎo)管1020內(nèi)，并且導(dǎo)管1040(例如，出口)可以被配置為從第一傳感器導(dǎo)管1020通向廢料導(dǎo)管1045(如關(guān)于圖24所討論的)。

盒1000還可以包括將腔1055與廢料導(dǎo)管1045連接的第二傳感器導(dǎo)管1050。輔助導(dǎo)管1025在結(jié)1060處連接到第二傳感器導(dǎo)管1050。結(jié)1060可以包括第三收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1065。在一些實(shí)施例中，第一收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1015和第三收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1065被配置為比第二收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1035更大(例如，

寬度更大)，以允許如其后詳細(xì)討論的樣本的控制。第二傳感器導(dǎo)管1050被配置為在一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片1070中的每一個(gè)的至少一部分上方經(jīng)過，其中該至少一部分包括至少一個(gè)分析物檢測電極(例如，鈉或氯化物電極)。一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片1070可以被配置為執(zhí)行任何數(shù)量的測定，包括電解質(zhì)、一般化學(xué)、血?dú)夂脱簩W(xué)(參見例如美國專利no.7,419,821、no.6,379,883、no.5,514,253、no.5,200,051和no.5,096,669，它們?nèi)績?nèi)容通過引用并入本文)。例如，一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片1070可以被配置為執(zhí)行任何數(shù)量的測定，這些測定能夠檢測選自以下分析物組成的組的一種或多種分析物：氧分壓、二氧化碳分壓、總二氧化碳、ph、鉀、鈉、氯化物、葡萄糖、bun、肌酸酐、乳酸鹽、鎂、血細(xì)胞比容、離子鈣、肌鈣蛋白i、肌鈣蛋白t、ckmb、降鈣素原、bhcg、hcg、ntprobnp、probnp、bnp、肌紅蛋白、甲狀旁腺素、d-二聚體、ngal、半乳糖凝集素-3和/或psa，以及其它分析物。在其中利用底物執(zhí)行測定的實(shí)施例中，第二傳感器導(dǎo)管1050內(nèi)的至少一個(gè)分析物檢測電極可以通過使用關(guān)于圖2、圖3、圖4、圖7a、圖7b、圖7c和圖9所討論的一種或多種布置在有或沒有試劑/底物的局部化(例如，固定化)的情況下形成。在不利用底物的其它實(shí)施例中，第二傳感器導(dǎo)管1050內(nèi)的至少一個(gè)分析物檢測電極可以在沒有任何底物的情況下形成。

如圖39中所示，在盒1000的操作期間，由分析器引起的墊圈的變形可以將壓力傳送到位于腔1055中的填充有流體(例如近似130μl的分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物流體)的合流體箔包，從而使箔包破裂，并將流體排出到第二傳感器導(dǎo)管1050中并且經(jīng)過第三收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1065，以便隨后在樣本分析中使用(如關(guān)于圖24所討論的)。在一些實(shí)施例中，箔包是容納校準(zhǔn)物溶液的校準(zhǔn)物包裝(calpak)。事件的典型順序包括calpak破裂，然后校準(zhǔn)物溶液在一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片1070上方經(jīng)過，以潤濕一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片1070。其后，通過使用雙向隔膜泵(如關(guān)于圖24所描述的)將流體或生物樣本從入口或樣本保持室移動(dòng)到導(dǎo)管1005。生物樣本在結(jié)1010(例如，t-結(jié))處被分離成第一部分和第二部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，定位在輔助導(dǎo)管1025內(nèi)的第一收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1015(例如，毛細(xì)管爆破閥或流體阻力件/收縮件)使得樣本的第一部分優(yōu)先地填充第一傳感器導(dǎo)管1020并在傳感器芯片1030和至少一個(gè)電極(例如，pt電極)上方移動(dòng)。樣本在第一傳感器導(dǎo)管1020內(nèi)的第一部分在第二收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1035處停止，這使得樣本的第二部分推動(dòng)穿過第一收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1015以及第三收縮件或毛細(xì)管止動(dòng)件1065。樣本的第二部分填充第二傳感器導(dǎo)管1050并在一個(gè)或多個(gè)傳感器芯片1070和至少一個(gè)分析物檢測電極(例如，鈉或氯化物電極)上方移動(dòng)。在一些實(shí)施例中，樣本的第二部分可以被配置為與存在于第二傳感器導(dǎo)管1050內(nèi)的分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物流體混合。為了能夠混合流體段，特征件(包括保留結(jié)構(gòu)，諸如柱陣列、導(dǎo)管缺口、凹槽或凹坑)可以被設(shè)計(jì)到第二傳感器導(dǎo)管1050中，以保持分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物流體?？商娲?，兩個(gè)流體段的混合可以通過在結(jié)1060處融并來自導(dǎo)管1025和箔包1055的兩股流體來完成。在其它實(shí)施例中，分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物可能已經(jīng)通過第二傳感器導(dǎo)管1050被泵送到廢料導(dǎo)管1045，使得樣本的第二部分不與分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物混合。此外，為了最小化分析/洗滌溶液、對照流體或校準(zhǔn)物的殘留，可以以在第一流體和樣本的第二部分之間引入空氣段的這樣的方式設(shè)計(jì)盒。輔助導(dǎo)管1025的體積應(yīng)當(dāng)確定流體段之間的空氣間隙的尺寸。

如應(yīng)當(dāng)理解的，用于盒1000的多個(gè)傳感器配置有利地提供了能夠同時(shí)或隨后在兩個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)管內(nèi)執(zhí)行兩個(gè)獨(dú)立的測定(例如，pt和分析性化學(xué)測定、pt和pt、aptt和pt、aptt和aptt，等等)的單個(gè)盒。在其中混合是需要的或有利的實(shí)施例中，盒1000的特征允許一旦一種或多種試劑已經(jīng)暴露于生物樣本，就進(jìn)行第一和第二導(dǎo)管內(nèi)的獨(dú)立混合控制，而不用考慮交叉活化或其它交叉電極干擾，因?yàn)閭鞲衅鹘?jīng)由使用至少第一和第二傳感器導(dǎo)管而物理上彼此分開。

如圖40中所示，其中x軸是時(shí)間/秒，y軸是電流/pa，與對盒的兩個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)管中的樣本進(jìn)行獨(dú)立混合控制(如圖25-圖29和圖39中所示)并且充分混合試劑/底物(即，沒有局部化微環(huán)境)有關(guān)的實(shí)施例能夠使用多個(gè)樣本類型(由響應(yīng)曲線1071表示的全血，由響應(yīng)曲線1072和1073表示的兩個(gè)水平的因子耗盡血液，由響應(yīng)曲線1075表示的一個(gè)水平的對照血漿)得到凝塊結(jié)果(例如，對于凝塊曲線中的每一個(gè)上標(biāo)記的垂直線所指示的pt時(shí)間)。如圖41a中所示，與沒有在盒的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管中的固定化或局部化的試劑/底物上進(jìn)行樣本的混合(如圖30-圖38中所示)有關(guān)的本發(fā)明實(shí)施例也能夠使用與圖40中使用的那些樣本相似的樣本(由響應(yīng)曲線1076表示的全血，由響應(yīng)曲線1077表示的因子耗盡血液，以及由響應(yīng)曲線1078和1079表示的兩個(gè)水平的對照血漿)得到凝塊結(jié)果。如圖41b中所示(由響應(yīng)曲線1076表示的全血，由響應(yīng)曲線1077表示的因子耗盡血液，以及由響應(yīng)曲線1078和1079表示的兩個(gè)水平的對照血漿)，對于與在固定化或局部化試劑/底物上方混合樣本有關(guān)的實(shí)施例的傳感器響應(yīng)也是可實(shí)現(xiàn)的，但是，因子耗盡和延長的血漿對照樣本的分辨率不如在固定化無混合實(shí)施例中(如圖41a中所示)那樣清楚。另外，優(yōu)選的是，全血的凝塊時(shí)間(曲線1071和1076)非常接近正常血漿對照凝塊時(shí)間(曲線1072和1078)；未混合的、固定化/局部化的實(shí)施例最好地反映出這一點(diǎn)，進(jìn)一步肯定它們對圖40的系統(tǒng)的改進(jìn)。盡管實(shí)施例的無混合或經(jīng)混合版本是可能的，但是在實(shí)施例的無混合版本(如圖41a中所示)中電流(pa)生成更高并且變化性(pa和凝塊時(shí)間)更低。這些意外的和更一致的結(jié)果直接歸因于使用如本文關(guān)于無混合實(shí)施例描述的微環(huán)境傳感器。無混合實(shí)施例與局部化(例如，固定化)試劑/底物印刷結(jié)合表示在較高試劑/底物與較低樣本的體積比情況下的凝結(jié)信號(hào)的活化/傳播上的系統(tǒng)改進(jìn)，從而產(chǎn)生更快的測定/傳感器響應(yīng)時(shí)間。此外，直接在傳感器上方的試劑/底物印刷的局部化(例如，固定化)造成擴(kuò)散底物離去基團(tuán)一旦通過活性凝血酶生成就立即周轉(zhuǎn)(氧化)。這最終導(dǎo)致直接在電流型測定傳感器處生成更大(和更可再現(xiàn)的)電流信號(hào)。最后，具有更高電流和更高再現(xiàn)性的快速凝血酶反應(yīng)的組合(從與圖41b中的較慢升高相比的圖41a的曲線快速升高來看是明顯的)產(chǎn)生更容易且可再現(xiàn)分析的響應(yīng)曲線，從而產(chǎn)生對圖40或41b中的那些測定中的任何一個(gè)的改進(jìn)的測定(圖41a中表示的當(dāng)前實(shí)施例)。

接地芯片消除和盒識(shí)別

在優(yōu)選實(shí)施例中，接地芯片可以結(jié)合到或集成到傳感器芯片中，如本文詳細(xì)描述的。典型的接地芯片(如關(guān)于圖17所描述的)可以包括用作傳感器芯片的回路的接地電極和用于盒識(shí)別的四個(gè)接觸引腳(參見例如美國專利no.7,419,821，其全部內(nèi)容并入本文)。因而，將接地芯片集成到傳感器芯片中包括將這兩個(gè)功能移動(dòng)到傳感器芯片中。將接地芯片與傳感器芯片集成的優(yōu)點(diǎn)包括(i)簡化的制造過程，因?yàn)樵诰圃?、金屬化、劃片和盒組裝過程中少了一個(gè)要處理的部件，(ii)減少的成本，以及(iii)減少的樣本體積，因?yàn)閭鞲衅鲗?dǎo)管可以被縮短，如至少圖25與圖31之間的比較所示。

如圖42中所示，分開的接地芯片和傳感器芯片布置1080(例如，圖17中所示的布置)通常通過使用與接地芯片1090上的接地引腳1085和傳感器芯片1100上的電流型引腳1095連接的檢測器1082來起作用，以檢測參考電極1105和分析物檢測電極1110(例如，電流型電極)之間的電流差。為了將參考電極功能賦予單個(gè)傳感器芯片布置1115(例如，圖18中所示的布置)，通過將參考電極1105與電導(dǎo)型低引腳1120連接，可以將參考電極1105與傳感器芯片1100集成。電子開關(guān)1125可以在被配置為連接接地引腳1085和電導(dǎo)型低引腳1120的分析器中實(shí)現(xiàn)。因而，參考電極1105可以基本上從接地芯片1090移動(dòng)到傳感器芯片1100。

為了將盒識(shí)別功能賦予到單傳感器芯片布置(例如，圖18中所示的布置)中，可以將附加的機(jī)構(gòu)或裝置包括在布置中以用于盒識(shí)別。如圖42中所示，對于單電極裝置1130，例如僅aptt分析物檢測電極1110，可以在未使用的電流型引腳1140和電導(dǎo)型低引腳1120之間實(shí)現(xiàn)電阻器1135。分析物檢測電極1110可以連接到電流型引腳1095，電阻器1135可以連接到未使用的電流型引腳1140和電導(dǎo)型低引腳1120，并且參考電極1105可以連接到電導(dǎo)型低引腳1120。在盒被插入分析器之后(例如，緊隨其后)，電阻器1135的電阻可以由檢測器1145(例如，處理器)通過在未使用的電流型引腳1140和電導(dǎo)型低引腳1120之間施加小電壓(例如，1mv)來測量。所測量的電阻的值可以然后用于盒識(shí)別。例如，每種盒類型(例如，盒ec8+、cg8+、eg7+、chem8+等)可以與某個(gè)電阻或電阻范圍相關(guān)聯(lián)，使得所測量的盒的電阻可以被用于通過使用查找表來識(shí)別盒的類型。

在一些實(shí)施例中，電阻器1135可以由與接觸焊盤和傳感器電極同時(shí)制造的金屬導(dǎo)線(優(yōu)選地是金導(dǎo)線)構(gòu)成。金導(dǎo)線可以是小至5μm寬并且0.1μm厚，從而形成0.5μm²的面積。由于金的電阻率為2.44μω-cm，或0.0244ω-μm，因此1000μm長的金導(dǎo)線將具有0.0244ω-μm＊1000μm/0.5μm²＝48.8ω的電阻。在將盒插入分析器之后，可以施加小電壓(例如0.5mv)，于是大約10ua的電流可以被生成并由分析器檢測。為了最小化功率消耗，可選地，金導(dǎo)線可以更長，所施加的電壓可以更低，或者施加電壓的時(shí)間可以更短。

在替代實(shí)施例中，單電極布置1130可以包括僅pt分析物檢測電極1110，而不是僅aptt分析物檢測電極1110。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，金導(dǎo)線的長度可以增加到大約10cm，這將金導(dǎo)線的電阻增加到大約5000ω，以便區(qū)分開pt盒的識(shí)別與aptt盒的識(shí)別。

在其它實(shí)施例中，電阻器可以在電流型算引腳1095和電導(dǎo)型低引腳1120之間實(shí)現(xiàn)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的，使用電阻器來識(shí)別盒的類型的概念可以在本文所述的傳感器/盒布置中的任一個(gè)中實(shí)現(xiàn)。而且，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，用于電阻器的不同值可以通過變化導(dǎo)線的幾何形狀或通過使用不同材料的導(dǎo)線(例如，使用tiw而不是金)來獲得，然后其可以被用于識(shí)別不同的盒。

為了將盒識(shí)別功能賦予到多傳感器芯片布置(例如，圖18中所示的布置)中，可以將附加的機(jī)構(gòu)或裝置包括在布置中以用于盒識(shí)別。如圖43中所示，對于多(例如，兩)電極布置1150，例如pt分析物檢測電極1155和aptt分析物檢測電極1160，可以在未使用的電流型引腳1170和電導(dǎo)型低引腳1175之間實(shí)現(xiàn)電阻器1165。pt分析物檢測電極1155可以連接到電流型引腳1180，aptt分析物檢測電極1160可以連接到電流型引腳1185，電阻器1165可以連接到未使用的電流型引腳1170和電導(dǎo)型低引腳1175，以及參考電極1190可以連接到電導(dǎo)型低引腳1175。在盒被插入分析器中之后(例如，緊隨其后)，電阻器1165的電阻可以由檢測器1195通過在未使用的電流型引腳1170和電導(dǎo)型低引腳1175之間施加小電壓(例如，1mv)來測量。然后，所測量的電阻的值可以被用于盒識(shí)別。例如，每種盒類型(例如，盒ec8+、cg8+、eg7+、chem8+等)可以與某個(gè)電阻或電阻范圍相關(guān)聯(lián)，使得測得的盒的電阻可以被用于通過使用查找表來識(shí)別盒的類型。

如上面所討論的，電阻器1165可以由與接觸焊盤和傳感器電極同時(shí)制造的金屬導(dǎo)線(優(yōu)選地是金導(dǎo)線)構(gòu)成。金導(dǎo)線可以小至5μm寬并且0.1μm厚，從而形成0.5μm²的面積。由于金的電阻率為2.44μω-cm，或0.0244ω-μm，因此1000μm長的金導(dǎo)線將具有0.0244ω-μm＊1000μm/0.5μm²＝48.8ω的電阻。在將盒插入分析器之后，可以施加小電壓(例如0.5mv)，于是大約10ua的電流可以被生成并由分析器檢測。為了最小化功率消耗，可選地，金導(dǎo)線可以更長，所施加的電壓可以更低，或者施加電壓的時(shí)間可以更短。

雖然已經(jīng)依據(jù)各種優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可以進(jìn)行各種修改、替換、省略和改變。意圖是本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)如上所述的本發(fā)明的各種實(shí)施例可以彼此耦合并且結(jié)合到單個(gè)讀取器設(shè)備中。