用于电子生物样品分析的系统和方法技术方案

生物样品分析装置，包括包围液压连接至传感器的生物样品递送系统的机壳，其中传感器包括多个石墨烯晶体管并且每个晶体管与生物标记共价结合，使得当生物标记暴露于感染的生物样品内相应的抗体时晶体管的电性质可测量地改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及电子生物样品分析。
技术介绍
涉及在生物样品内检测病毒或细菌感染、或其它疾病的诊断技术通常不具有在免疫应答发生前直接地检测传染原比如细菌、病毒，或病变组织(例如癌症)的存在的灵敏度。因而，大多数诊断技术通过检测由患者的免疫系统响应具体的状况产生的抗体来检测这样的感染或疾病。例如，这些抗体检测技术当前不能检测在感染的第一个月内的许多疾病(例如莱姆病)。存在能够检测感染早期的标记的实验室规模分析和样品处理技术。然而，这些实验室技术需要时间、专业知识和妨碍一般临床应用的材料。这些实验室规模传感器之一基于使用碳纳米管装置的直接检测。这样的传感器已经在全世界的学术实验室中研发。相关的材料——石墨烯——见到较少的学术研发，但是广泛地理解其具有类似的潜在用途。然而，这些专业的纳米电子学实验室技术还没有转化为实用的诊断系统或方法。通常，可以对血液或尿样品进行测定抗体存在的生物样品分析。当前的血液诊断系统依赖于包括酶联免疫测定(ELISA)、凝胶电泳和血培养的技术。这些均证明为成熟的技术。所有这三种试验需要大量时间来运行——从数小时至数天。ELISA和凝胶电泳试验通常测量免疫系统对疾病的应答(例如抗体的存在)，而不是疾病本身的存在。大多数诊断试验——包括ELISA和凝胶电泳试验，需要检测报道分子或分子标记。在这些试验中，需要报道或扩增分子生成可测量的信号。所有这些试验需要大量的专业知识或非常昂贵的自动化设备来运行。这部分地由于需要的多个步骤和专业试剂。例如，ELISA试验是特别复杂的。ELISA试验包括利用由已知为抗原的传染原产生的化学标记的拷贝(copy)涂布测量孔或表面，培育生物样品(例如血液、血清、尿或脑脊液)，和将测量孔暴露于生物样品以允许抗体——如果存在的话——结合至抗原。结合过程受制于热力学或然率并且不是完美的，使得一些抗体将错误地结合或在它们应当结合处不结合。ELISA试验进一步包括从孔洗涤患者样品，添加具有报道抗体的溶液——所述报道抗体意欲结合至已经与孔壁结合的抗体，第二次清洗孔，和添加报道染料至所预期的以在报道染料的存在下改变颜色。这些步骤还受制于结合效率和准确性的差异。凝胶电泳试验也是复杂的。在许多情况下，出于成本和难度，ELISA通常是优选的。不是所有传染原可以通过使用血培养被检测到，例如博氏疏螺旋体(Boreliaburgdoferi)的感染通常不经由血培养鉴定。这些试验的复杂度使得它们极度依赖于操作者，造成试验结果准确性的差异取决于操作者的经验和技巧的可能性。自动化可以提高准确性并且降低测试差异，但是没有可容易获得的这样的自动化方案。另一种生物样品分析技术基于聚合酶链反应(PCR)，其克隆DNA的靶向小片段。这是高度灵敏技术，但是也需要大量的专业知识或非常昂贵的自动化设备以适当地运行，并且每个试验需要数小时。所有这些当前可用的试验是昂贵的，高度依赖于操作者，并且缺少灵敏度特异性以准确地和可靠地检测许多疾病——特别是在疾病的早期状态(例如莱姆病)中。
技术实现思路
本公开内容涉及电子生物样品分析系统和方法。具体而言，本公开内容涉及使用纳米电子电路直接检测疾病和/或感染，其通过：使抗体能够与测试装置中的电子电路直接地结合，将测试装置暴露于生物样品，和测量电子电路-抗体系统的电性质的改变。分析电性质的改变以测定样品中感染的存在。此技术可以是特别灵敏的，并且可以被改造以彻底地最小化不适当的抗体结合的作用。如本文公开的，电子生物样品分析的实例系统包括电子生物样品传感器系统，其中生物样品传感器系统包括电连接至外部连接器的传感器芯片，其中传感器芯片包括一个或多个晶体管，每个晶体管包括一个或多个散射位点(scatteringsite)，并且每个散射位点包括一个或多个共价结合的生物标记。在数个实施方式中，晶体管包括石墨烯。在一些实例中，晶体管包括sp2杂化碳和sp3杂化碳，其中至少sp3杂化碳分子共价结合至生物标记分子，使得当暴露于来自患有对应于生物标记的感染或疾病的患者的生物样品时，晶体管的电性质改变。本公开内容的一些实施方式进一步包括液体处理系统和机壳，其成型以形成液密的和内部定位的样品室。电子生物样品传感器系统和液体处理系统被封装在机壳中。在一些实施方式中，液体递送系统包括样品室和液压连接至样品室的一个或多个凸缘，其中样品室形成针对传感器芯片的液密密封。还如本文公开的，电子生物样品分析的实例方法包括引入生物样品至电子生物样品分析传感器，施加电压至电子生物样品分析传感器，测量来自生物样品分析传感器的电流，比较测量的电流与基线电流，和如果电流的改变超过预定阈值则返回“试验阳性”。例如，生物样品可以是尿、血液、血清或脑液(cerebralfluid)样品。引入生物样品、施加电压和测量电流的步骤可以与利用无菌溶液冲洗生物样品分析传感器循环重复和交替。重复这些步骤将增加结果的统计显著性并减少抽样噪声。附图说明参考下列附图详细描述了根据一个或多个不同实施方式的本公开内容。附图仅出于说明的目的被提供并且仅仅描绘了本公开内容的典型实施方式或实例实施方式。图1图解了与本文公开的实施方式一致的生物样品分析装置的俯视图。图2图解了与本文公开的实施方式一致的生物样品分析装置的侧视图。图3图解了与本文公开的实施方式一致的生物样品分析装置的后视图。图4是与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的照片。图5是来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的电子生物样品传感器系统的照片。图6图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的电子生物样品传感器系统的俯视图。图7图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的电子生物样品传感器系统的侧视图。图8图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的电子生物样品传感器系统的后视图。图9图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的下部筒组件的俯视图。图10图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的下部筒组件的侧视图。图11图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的下部筒组件的后视图。图12图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的上部筒组件的上部视图(upperview)。图13A图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的上部筒组件的侧视图。图13B图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的上部筒组件的后视图。图14图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的样品室的侧视图。图15图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的液体处理组件的俯视图。图16A图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的液体处理组件的侧视图。图16B图解了来自与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析装置的液体处理组件的正视图。图17A图解了与本文公开的实施方式一致的引线结合(wirebond)在芯片载体中的实例生物样品分析传感器芯片的俯视图。图17B图解了与本文公开的实施方式一致的实例生物样品分析传感器芯片的俯视图，所述实例生物样品分析传感器芯片覆盖有模塑的塑料盖，其被成型以形成样品室。图17C图解了与本文本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电子生物样品分析的系统，其包括：生物样品传感器；其中所述生物样品传感器包括多个晶体管；所述晶体管中的一个或多个包括散射位点；并且所述散射位点包括与生物标记的共价键，使得如果所述生物标记暴露于感染的生物样品同时电压被施加至所述晶体管，所述晶体管的导电性将改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.28 US 14/263,9541.用于电子生物样品分析的系统，其包括：生物样品传感器；其中所述生物样品传感器包括多个晶体管；所述晶体管中的一个或多个包括散射位点；并且所述散射位点包括与生物标记的共价键，使得如果所述生物标记暴露于感染的生物样品同时电压被施加至所述晶体管，所述晶体管的导电性将改变。2.权利要求1所述的系统，其中所述生物标记是抗体。3.权利要求2所述的系统，其中所述抗体是莱姆病抗体、癌症抗体、HIV抗体、肝炎抗体或炭疽杆菌抗体。4.权利要求1所述的系统，其中每个晶体管包括石墨烯。5.权利要求4所述的系统，其中每个晶体管进一步包括sp2杂化碳，并且所述散射位点包括sp3杂化碳。6.权利要求1所述的系统，其中每个晶体管包括源极导线、栅极导线和漏极导线，并且所述源极导线、栅极导线和漏极导线每个电连接至外部连接器，所述外部连接器配置为供应漏-源电压、供应栅-源偏压和测量源电流。7.权利要求1所述的系统，进一步包括液体递送系统，所述液体递送系统包括样品室，其中所述样品室的下面向侧形成孔隙，并且所述孔隙接触所述生物样品传感器并与所述生物样品传感器形成液密密封，使得当生物样品被引入至所述样品室时，所述生物样品接触所述生物样品传感器的上表面。8.权利要求7所述的系统，进一步包括机壳，其中所述机壳封装所述样品室和所述电子生物样品传感器，并且其中所述机壳包括一个或多个凸缘，每个凸缘液压连接至所述样品室。9.权利要求8所述的系统，其中所述机壳包括塑料。10.权利要求8所述的系统，其中所述机壳包括第一等分部和第二等分部，其中所述样品室定位在所述第一等分部中并且所述电子生物样品传感器定位在所述第二等分部上，并且其中当所述第一等分部被以闭合位置安装在所述第二等分部上时，所述电子生物样品传感器与所述样品室形成液密密封。11.用于电子生物样品分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·戈德史密斯，
申请(专利权)人：纳米医学工程诊断学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US