膜增强传感器制造技术

提供一种用于检测样品溶液中的分析物的特性的感测装置及制造其的方法。该装置包括配置为测量样品中分析物的特性的一个或更多个传感器。该装置还包括含有分析物和一种或更多种干扰溶质的样品溶液，其中干扰溶质降低一个或更多个传感器的性能特征。该装置还包括与一个或更多个传感器流体连通的传感器溶液。该装置还包括使样品溶液与一个或更多个传感器分开的疏水屏障，其中疏水屏障对分析物是可渗透的，而对干扰溶质则是不可渗透的，并且其中疏水屏障与样品溶液和溶液流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜增强传感器相关申请的交叉引用本申请要求于2018年5月4日提交的美国临时申请62/666,921的优先权，其公开内容全部地通过引用特此并入本文。关于联邦政府赞助的研究或开发的声明本专利技术是在由美国能源部研究所(InstituteofUnitedStatesDepartmentofEnergy)的橡树岭科学与教育学院(OakRideInstituteforScienceandEducation)(ORISE)授予的政府资助号F4FBRE6098G001下在政府支持下完成的。本专利技术是在由美国空军(UnitedStatesAirForce)操控的组织HumanPerformanceWing的美国空军研究实验室授予的合同号为FA8650-14-D-6516下在政府进一步支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
技术介绍
使用传感器监测分析物是对于化学感测和生物感测的有吸引力的方式，但是传感器可能难以达到对于小型分析物检测的低限度，特别是对于结构上(例如，均一的疏水性或均一的亲水性)没有化学的不同的小型分析物。这对于浸没在液体样品例如生物流体或环境水，可能包含不仅关注的分析物而且会产生背景噪声或降低传感器对关注的分析物的灵敏度的样品中的传感器尤其如此。例如，对于电化学酶传感器和适体传感器，生物流体样品中的大量其他溶质是氧化还原活性的，并且增加背景电流或噪声。此外，样品可能包含干扰分析物传感器操作的成分，例如离子。例如，酸碱度(pH)、盐度和其他可变生物流体或环境因素可能导致比由目标分析物引起的变化大的传感器信号的变化。此外，溶质和/或溶剂还会例如通过降低适体探针化学性能削弱传感器。需要可以利用传感器技术的新技术，以允许检测复杂液体样品中的小分子和疏水性分析物。
技术实现思路
在本公开的专利技术的各种实施方式中，疏水屏障可以用于将传感器与样品溶液例如生物流体或环境流体分离，允许关注的分析物到达传感器，同时防止样品中的亲水性物种，例如pH、盐或氧化还原活性分子到达并削弱传感器。附图说明根据以下详细描述和附图，将进一步解释本公开的专利技术的目的和优点，其中：图1A是本公开的专利技术的膜增强传感器的至少一部分的截面图。图1B是本公开的专利技术的传感器的至少一部分的另一截面图。图2是本公开的专利技术的传感器的至少一部分的截面图。图3是本公开的专利技术的完全封装的传感器的至少一部分的截面图。图4是本公开的专利技术的传感器的疏水屏障的至少一部分的截面图。图5是本公开的专利技术的传感器的至少一部分的截面图。图6A描绘了对于本公开的专利技术的传感器酸碱度(pH)随时间的变化。图6B描绘了本公开的专利技术的传感器的信号随时间的变化。定义如本文所使用的，“连续传感器”或“连续感测”意指装置通过连续或重复收集和感测样品流体的性能提供随时间的多个测量的能力。如本文所使用的，“可逆传感器”是指传感器配置为测量样品流体中分析物的增加和减小的浓度，而除了分析物浓度的改变之外，传感器的刺激物或环境没有任何其他改变。如本文所使用的，“分析物特定传感器”是能够选择性地并且灵敏地测量流体样品中的至少一种分析物的用于连续监测的任何传感器(化学的、电的、光学的、机械的等)。如本文所使用的，“干扰溶质”是样品溶液中显著干扰目标分析物的感测和/或削弱分析物特定传感器的溶质。如本文所使用的，“疏水屏障”是指不带电的、非亲水性的或疏水性的溶质能扩散通过，但是干扰传感器的带电的或亲水性的溶质不能扩散通过的材料。例如，碳氢化合物或植物油可以允许疏水性分析物，例如乙醇、皮质醇或对乙酰氨基酚扩散通过它们，但是可以阻挡离子，例如Ca+、K+、Na+以及Cl－和OH－、H+或乳酸(例如，阻挡pH改变的溶质)。简而言之，疏水性溶质尽管尺寸可能更大，但是更快地扩散通过疏水材料。疏水屏障也可以是半固体或固体，例如碳氢化合物、硅脂或聚合物的层。疏水屏障也可以定义为具有显著干扰分析物的感测和/或削弱传感器的至少一种干扰溶质的渗透系数(cm/s)的材料，其中至少一种溶质的渗透系数至少为以下中的一个：大于(>)10X、>100X或>1000X小于至少一种目标分析物的渗透系数。非限制性目标分析物的实例包括乙醇、皮质醇、对乙酰氨基酚或环孢菌素A。疏水屏障为至少一种疏水性分析物和至少一种亲水性干扰溶质提供上述指定的选择性的渗透性。相比之下，可能存在穿过亲水性和/或带电的疏水屏障但不显著干扰传感器和/或削弱传感器的溶质。本文所定义的疏水屏障不只是尺寸选择膜。如本文所使用的，“传感器溶液”是指分析物能扩散通过并且传感器浸入、容纳或部分地形成传感器的材料。例如，电化学适体传感器可以被浸入含有pH缓冲液、盐和保存剂的传感器溶液中。作为另一实例，代替浸入溶液中，传感器可以被与分子印迹聚合物组合，该分子印迹聚合物在其多孔网络内包含具有pH缓冲剂和/或盐溶质的传感器溶液。如本文所使用的，“样品溶液”是指包含至少一种分析物的任何液体或流体，该分析物被通过特定于该分析物的传感器测量存在、变化、浓度或其他测量值。样品或样品溶液可以是生物流体，但也可以是来自环境的水，用于食品的制造液或将从本公开的专利技术中得到的其他类型的样品溶液。如本文所使用的，“生物流体”意指源自人体中的分析物的流体源。例如，汗液是来自外分泌腺或顶泌腺的分析物的生物流体源。又例如，生物流体可以是浸入并围绕组织细胞例如组织液的溶液。本公开的专利技术的实施方式可以集中于在通过微针提取的皮肤中发现的组织液，尤其是在真皮中发现的组织液。生物流体还可以包括血液、唾液、眼泪或其他可能的生物流体。具体实施方式本公开的专利技术的实施方式应用于用于测量分析物浓度的传感器装置和方法。此外，本公开的专利技术的实施方式可以应用于感测装置，其可以采取包括盒、暗盒、贴片、环、带、衣服的一部分、可穿戴物或任何可靠地使感测技术接近包含目标分析物的生物流体的适合机构的形式。汗液刺激或汗液激活可以通过已知方法来实现。例如，可以通过简单的热刺激、化学加热垫、红外光、通过口服给药、通过皮内注射例如卡巴胆碱、甲基胆碱或毛果芸香碱的药物，以及通过使用离子电渗将此类药物皮肤引入、通过sudo-motor-axon反射出汗，或通过其他方式来实现对汗液的刺激。用于离子电渗的装置，例如，可以提供直流电并使用衬有多孔材料的大型铅电极，其中正极用2％的盐酸匹罗卡品或碳酰胆碱润湿，负极用0.9％的NaCl溶液润湿。也可以通过要求装置佩戴者进行或增加导致其出汗的活动或条件来控制或产生汗液。本领域技术人员将认识到，可以在没有本文描述的一个或更多个具体细节的情况下，或者在有其他替换和/或附加方法、材料或成分的情况下实践各种实施方式。在其他实例中，公知的结构、材料或操作本文中未示出或详细描述，以避免使本专利技术的各个实施方式的各方面不清楚。类似地，为了解释的目的，具体的数字、材料和配置本文中被阐述，以便提供本专利技术的透彻理解。此外，应当理解，附图中所示的各种实施方式是说明性的表示，不一定按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感测装置，包括：/n一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器配置为测量样品中的分析物的特性；/n样品溶液，所述样品溶液包含分析物和一种或更多种干扰溶质，其中所述干扰溶质降低所述一个或更多个传感器的性能特性；/n传感器溶液，所述传感器溶液与所述一个或更多个传感器流体连通；/n疏水屏障，所述疏水屏障使所述样品溶液与所述一个或更多个传感器分开，其中所述疏水屏障对所述分析物是可渗透的，而对所述干扰溶质是不可渗透的，并且其中所述疏水屏障与所述样品溶液和所述传感器溶液流体连通。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180504 US 62/666,9211.一种感测装置，包括：
一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器配置为测量样品中的分析物的特性；
样品溶液，所述样品溶液包含分析物和一种或更多种干扰溶质，其中所述干扰溶质降低所述一个或更多个传感器的性能特性；
传感器溶液，所述传感器溶液与所述一个或更多个传感器流体连通；
疏水屏障，所述疏水屏障使所述样品溶液与所述一个或更多个传感器分开，其中所述疏水屏障对所述分析物是可渗透的，而对所述干扰溶质是不可渗透的，并且其中所述疏水屏障与所述样品溶液和所述传感器溶液流体连通。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或更多个传感器是以下中的至少一个：连续传感器和可逆传感器。


3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或更多个传感器是电化学传感器。


4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述一个或更多个传感器是具有附着的氧化还原对的电化学适体传感器。


5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分析物是以下至少一种：类固醇激素、药物或肽。


6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述样品溶液包含以下至少一种：盐、缓冲溶质或防腐剂。


7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障具有对于所述干扰溶质的渗透系数(cm/s)，所述渗透系数是对于所述分析物的渗透系数(cm/s)的小于十分之一、小于百分之一或小于千分之一中的至少一个。


8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障至少部分地包括由固体支架支撑的流体。


9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障具有辛醇和水log10(分配系数)(logP)，所述辛醇和水log10为大于-3、大于-1、大于1、大于3或大于5中的至少一个。


10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障具有分析物logP，所述分析物logP为以下中的至少一个：-1与1之间、-3与3之间、-5与5之间。


11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障包括在所述样品溶液中具有溶解度限度的流体，所述溶解度限度为每克所述样品溶液小于500微克所述流体、每克所述样品溶液小于50微克所述流体，每克所述样品溶液小于5微克流体或每克所述样品溶液小于0.5微克所述流体中的至少一种。


12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述疏水屏障具有大于3小时、大于30小时、大于300小时或大于3000小时中的至少一个的工作寿命。


13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障具有小于1毫米、小于100微米、小于10微米、小于1微米或小于0.1微米中的至少一个的厚度。


14.根据权利要求1所述的装置，其中所述疏水屏障具有大于0.1％、大于1％、大于10％或大于30％中的至少一个的孔隙率。


15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器溶液具有小于3毫米、小于1毫米、小于300微米、小于100微米、小于30微米或小于10微米中的至少一个的厚度。


16.根据权利要求1所述的装置，还包括小于300分钟、小于100分钟、小于30分钟、小于10分钟、小于3分钟或小于1分钟中的至少一个的浓度滞后时间。


17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障包括多种可混溶的油。


18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障包括多种不可混溶的油。


19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障包括至少一种溶质。


20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障包括至少一种表面活性剂。


21.根据权利要求1所述的装置，其中，所述疏水屏障包括在华氏72度持续...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·C·海肯费尔德，袁玉婵，M·德布罗斯，迈克尔·C·博德斯，
申请(专利权)人：辛辛那提大学，
类型：发明
国别省市：美国;US