代谢物检测设备和检测代谢物的方法技术

一种基于CMOS的芯片，具有能够独立地检测生物样本中存在的多种代谢物的一个或多个感测模态。可以在相对于所述芯片的不同位置处提供所述多个感测模态，由此所述芯片可以通过测量在所述不同位置的测试材料的行为来同时地检测多种代谢物。所述芯片可以利用纸作为所述样本的运送机构。所述纸将所述样本输送到所述不同位置，或者所述纸本身提供在其中可以独立地检测不同代谢物的离散测试区。通过这种技术，可以使用小型即时装置实时地测量多种代谢物。

Metabolite detection equipment and methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】代谢物检测设备和检测代谢物的方法专利
本专利技术涉及一种用于即时实时代谢物感测的方法和设备。特别地，本专利技术涉及一种使得能够从单个样本同时地检测多种代谢物的设备和方法。专利技术背景代谢是重要的细胞过程，并且代谢障碍可能是很多疾病的主要诱因。代谢物(即，代谢所涉及的物质)可以是疾病表型的良好指示，并且可以用作代谢疾病生物标记。因此，代谢物的定量和分析可以在很多疾病的研究和早期诊断(检测)中起到重要的作用。不同疾病的代谢物生物标记也得到越来越好的理解，这为开发新诊断系统铺平了道路。代谢组学与人的健康状态之间的联系的重要性决定着需要研究目标代谢物和非目标代谢物两者。单一代谢物可以是若干种不同疾病的生物标记。另外地，多种代谢物可以一起用作特定疾病的生物标记。因此，经常需要对多种代谢物的存在进行检测和定量以便准确地识别疾病。代谢物生物标记剖析涉及对大量代谢物的筛查，并且存在很好地指示人的健康状态的一组特定代谢物生物标记。特别地，其中在单次实验中同时地测量多个生物标记的多重测定具有为决策和预后提供资源丰富的信息的能力，从而产生对其中导向治疗很重要的复杂疾病病症(诸如中风、癌症和心血管疾病)的正确诊断和治疗。用于对代谢物进行检测和定量的常用技术是质谱分析(MS)。这涉及对化学物类电离并基于它们的质荷比而对产物离子进行分类。在执行质谱测量之前，经常需要分离方法，诸如气相色谱法和液相色谱法。核磁共振(NMR)光谱法是用于代谢物研究的另一种技术。NMR可以用于对广泛范围的代谢物进行检测、识别和定量而不必首先将它们分离。然而，这两种技术都需要体积庞大且昂贵的设备，从而将它们的使用限制在医院和实验室。作为一个示例，众所周知，胆固醇水平升高与冠心病(心绞痛或心脏病发作)、动脉狭窄(动脉粥样硬化)、中风、外周心脏病和高血压的风险增加相关联。此类病症经常与不良饮食、过多脂肪摄入、缺乏锻炼和其他生活方式选择有关。测量或治疗性监测血清中的胆固醇水平有助于评估人患上冠状动脉疾病的易感性，并且因此是人的健康状态的良好指标。用于定量胆固醇浓度的诊断方法中的一种取决于基于酶的测定，该基于酶的测定需要分光光度计来测量来自那些酶反应的有色产物的强度的变化。通用分光光度计将结合白光源、包含衍射光栅的单色仪和将光转换为电信号的光换能器(诸如电荷耦合装置(CCD)、光电二极管或光电倍增管)的复杂装置。分光光度计的宽光谱范围使其体积庞大且耗电，这因此将其可用性限制于实验室和医院。另一种方法涉及代谢物进行化学发光反应。该方法需要更专业的光检测器，诸如电荷耦合检测器(CCD)，以检测用于定量小的分析物浓度的鲁米诺的低光发射。最近，在一次性感测平台中使用光电二极管来测量酶测定的颜色变化已经被证明为通过测量穿过测定溶液的透射光的强度来检测胆固醇的手段[1]。该平台是根据基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的光电二极管阵列以及成品发光二极管(LED)。使用可易用于低成本批量生产的商业标准CMOS工艺来制造该光电二极管阵列。由于硅的带隙(1.12eV)，在CMOS工艺中制造的光电二极管通常对200nm至1100nm范围内的光敏感。这个范围使得它们适于使用可见光或荧光介体的比色酶测定，该介体经常使用400nm至700nm范围内的波长。可以利用这个范围内的颜色变化进行多种酶测定，例如，可以利用胆固醇酯水解酶、胆固醇脱氢酶、胆固醇酯酶和胆固醇氧化酶来测量代谢物，诸如胆固醇。对于低浓度的代谢物，可以将更灵敏的CMOS兼容检测器(诸如单光子雪崩二极管(SPAD))集成在同一芯片上，并且因此可以增大动态检测范围。在其他近期工作中，使用用集成式离子敏感场效应晶体管(ISFET)阵列制造的另一种类型的基于CMOS的芯片来通过己糖激酶的活性来测量血液中的葡萄糖浓度。己糖激酶对葡萄糖的动作释放出氢离子，而氢离子被ISFET检测到[2]。即时诊断通过便于使用家庭测试来提供潜在症状和疾病的早期迹象而使保健行业发生转变。低成本、快速、特定且高灵敏度的消耗性生物传感器的发展处于针对面向用户的测试的研究的最前沿，这部分地是由对快速诊断和监测而不增加保健服务的资源负担的需要促成。例如，葡萄糖生物传感器已经在其用于管理糖尿病的用途方面变得普及。液体输送对于即时(即，便携式)诊断装置至关重要。纸条(例如，色谱纸或硝化纤维素膜)已经被证明是用于输送液体样本的有效方法。一个所熟知的示例是怀孕测试，该怀孕测试可以测量人类血液或尿液中的人类绒毛膜促性腺素(HCG)的水平，以给出对怀孕状态的指示。
技术实现思路
总的来说，本专利技术提供了一种基于CMOS的芯片，该基于CMOS的芯片具有能够独立地检测样本中存在的多种代谢物的一个或多个感测模态。特别地，本专利技术涉及在相对于芯片的不同位置通过多个感测模态进行检测的情形，由此芯片可以通过测量在不同位置的测试材料的行为来同时地检测多种代谢物。特别地，本专利技术涉及使用纸作为生物样本的运送机构，其中纸将样本运送到不同位置或纸本身提供在其中可以通过在芯片上的感测模态中的一个来独立地检测不同代谢物的离散测试区。通过这种技术，可以使用小型即时装置实时地测量多种代谢物。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于检测生物样本中的代谢物的设备，该设备包括：样本接收模块，该样本接收模块被布置成接收生物样本并将其运送到反应区以进行测试，其中反应区包括第一测试区域和与第一测试区域空间上分隔的第二测试区域，其中第一测试区域和第二测试区域的性质受待检测的代谢物的存在的影响；以及基于CMOS的传感器单元，该基于CMOS的传感器单元相对于反应区设置来独立地检测第一测试区域和第二测试区域的性质，从而获得指示在第一测试区域和第二测试区域中的每一者中的代谢物的存在的单独信号。通过探究反应区的不同区域，本专利技术有效地提供多重测量系统，其中可以从同一装置获得对应于不同代谢物的单独信号。这在以下情况下特别有用：由传感器单元检测到的第一测试区域和第二测试区域独立地受待检测的一种或多种代谢物的影响，即，信号之间基本上没有串扰。在本文中，短语“基于CMOS的”可以表示装置能够使用常规半导体芯片工艺来制造，例如，包括在衬底上进行一系列沉积、掩蔽和蚀刻步骤。因此，传感器单元及其组成部件可以是半导体部件。这可以使得能够以低成本批量生产传感器单元。因此，该设备可以被体现为可易于运送的紧凑手持式装置，由此促进快速即时诊断。与用于代谢物检测和定量的当前分析方法相比，不需要昂贵的检测设备。传感器单元本身可以类似于半导体芯片，并且可以具有安装在其上或可与其连接的用于控制和处理芯片功能的构件。例如，该设备可以包括控制器，例如微处理器等，该控制器被布置成从传感器单元发送和接收信号。例如，控制器可以被布置成通过施加适当的电压来激活传感器单元。由传感器单元检测到的第一测试区域和第二测试区域的性质可以是物理性质或化学性质。例如，传感器单元可以被布置成检测外观、化学组分、质量、温度等的变化。反应区可以具有多于两个离散测试区域。例如，在空间允许的情况下，可能存在三个、四个、五个或更多个测试区域。下文对第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测生物样本中的代谢物的设备，所述设备包括：/n样本接收模块，所述样本接收模块被布置成接收所述生物样本，所述样本接收模块包括纸条，所述纸条被配置为将所述生物样本运送到反应区以进行测试，其中所述反应区包括第一测试区域和与所述第一测试区域空间上分隔的第二测试区域，其中所述第一测试区域和所述第二测试区域的性质受待检测的代谢物的存在的影响；以及/n基于CMOS的传感器单元，所述基于CMOS的传感器单元相对于所述反应区设置来独立地检测所述第一测试区域和所述第二测试区域的所述性质，由此获得指示在所述第一测试区域和所述第二测试区域中的每一者中的代谢物的存在的单独信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170524 GB 1708339.51.一种用于检测生物样本中的代谢物的设备，所述设备包括：
样本接收模块，所述样本接收模块被布置成接收所述生物样本，所述样本接收模块包括纸条，所述纸条被配置为将所述生物样本运送到反应区以进行测试，其中所述反应区包括第一测试区域和与所述第一测试区域空间上分隔的第二测试区域，其中所述第一测试区域和所述第二测试区域的性质受待检测的代谢物的存在的影响；以及
基于CMOS的传感器单元，所述基于CMOS的传感器单元相对于所述反应区设置来独立地检测所述第一测试区域和所述第二测试区域的所述性质，由此获得指示在所述第一测试区域和所述第二测试区域中的每一者中的代谢物的存在的单独信号。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述纸条设置在所述基于CMOS的传感器单元上方。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第一测试区域和所述第二测试区域一体地形成在所述纸条中。


4.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第一测试区域和所述第二测试区域设置在所述基于CMOS的传感器单元上。


5.根据任一前述权利要求所述的设备，所述设备包括流体流动屏障，所述流体流动屏障将所述第一测试区域与所述第二测试区域分隔。


6.一种用于检测生物样本中的代谢物的设备，所述设备包括：
样本接收模块，所述样本接收模块被布置成接收所述生物样本并将其运送到反应区以进行测试，其中所述反应区包括第一测试区域和与所述第一测试区域空间上分隔的第二测试区域，其中所述第一测试区域和所述第二测试区域的性质受待检测的代谢物的存在的影响；以及
基于CMOS的传感器单元，所述基于CMOS的传感器单元相对于所述反应区设置来独立地检测所述第一测试区域和所述第二测试区域的所述性质，由此获得指示在所述第一测试区域和所述第二测试区域中的每一者中的代谢物的存在的单独信号，
其中所述第一测试区域和所述第二测试区域各自包括相应的微阱，所述相应的微阱形成在所述基于CMOS的传感器单元的相应部分上方，所述微阱通过屏障部分彼此分隔。


7.根据权利要求6所述的设备，其中所述屏障部分是由黑色环氧树脂形成的壁。


8.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述第一测试区域对第一代谢物敏感，并且所述第二测试区域对第二代谢物敏感，由此所述单独信号分别指示所述第一代谢物和所述第二代谢物的存在。


9.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述反应区包括对照区域，所述对照区域对待检测的代谢物的存在不敏感。


10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述第一测试区域和/或所述第二测试区域包括测试材料，所述测试材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·罗伯·西姆·卡明，萨玛丹·帕蒂尔，穆罕默德·阿拉瓦尼，迈克尔·巴雷特，达蒙德拉·德曼，胡春晓，
申请(专利权)人：格拉斯哥大学校董会，
类型：发明
国别省市：英国;GB