用于适配体辅助的基于微针监测生物标志物的装置和方法制造方法及图纸

描述了涉及用于生物流体中生物标志物的无标记、连续实时监测的微针辅助的基于适配体的电化学感测的方法、设备、系统和方法。用于生物流体中一种或多种分析物的电化学监测的一种示例性装置包括基板和与所述基板连接的至少两个微针。所述至少两个微针中的每个微针包括突出的针结构和电极探针结构。所述至少两个微针中的第一微针的电极探针结构包括特异性针对第一分析物的适配体序列，并且所述第一微针的电极探针结构可作为工作电极操作，以用于使用第一电化学检测技术检测所述第一分析物。使用第一电化学检测技术检测所述第一分析物。使用第一电化学检测技术检测所述第一分析物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于适配体辅助的基于微针监测生物标志物的装置和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2019年12月12日提交的题为“用于适配体辅助的基于微针监测蛋白质生物标志物的装置和方法(DEVICES AND METHODS FOR APTAMER
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ASSISTED MICRONEEDLE
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BASED MONITORING OF PROTEIN BIOMARKERS)”的序列号为62/947,399的临时申请的优先权。上述临时申请的全部内容通过引用并入，作为本文件的公开内容的一部分。


[0002]本专利文件的主题总体上涉及电化学感测，并且特别是用于无标记的、连续实时监测生物流体中的生物标志物的方法、系统、材料和装置。背景
[0003]目前，没有用于微创或无创连续实时监测，例如，间质液(ISF)中的蛋白质生物标志物的可用装置，并且可用于测量这些非常重要的诊断标志物水平的唯一方法是基于使用皮下注射针头采集血液并且随后在集中实验室中使用外部仪表/技术对生物标志物进行定量的传统方法。通常用于生物标志物定量的ELISA方法非常耗时且昂贵。生物标志物定量的传统方法具有明显的缺点，包括例如患者不适、需要相对高的样本量以及产生激增的废物。更重要的是，它们无法实时跟踪生物标志物水平的趋势和波动，并因此无法提供有关生物标志物浓度的实时信息。因此，仍然需要生产用于连续实时监测ISF中的生物标志物水平的低成本系统、装置、材料和方法。概述
[0004]本文公开的技术可在各种实施方案中实施，以实现涉及用于无标记的、连续实时监测生物流体中的生物标志物的适配体辅助的基于微针的电化学感测的装置、系统和方法。
[0005]所公开的技术的一方面涉及包括基板的装置。所述装置还包括与所述基板连接的至少两个微针。所述至少两个微针中的每个微针包括突出的针结构和电极探针结构。所述突出的针结构包括从基板的表面向外延伸的外壁，所述外壁包围所述突出的针结构的内部体积，并在所述外壁的终点处形成顶点。所述电极探针结构被配置为响应于与所述电极探针结构接触的生物流体中的一种或多种化学或生物物质而产生信号。所述至少两个微针中的第一微针的电极探针结构包括特异性针对第一分析物的适配体序列，所述第一微针的电极探针结构可作为工作电极操作，以用于使用第一电化学检测技术检测所述第一分析物。所述至少两个微针中的第二微针的电极探针结构可作为电化学对电极或电化学参比电极操作。
[0006]所公开的技术的另一方面涉及制造电化学感测装置的方法，其包括提供基板。所述方法还包括将至少两个微针与所述基板连接。所述至少两个微针中的每个微针包括突出的针结构和电极探针结构。所述突出的针结构包括从所述基板的表面向外延伸的外壁，所述外壁包围所述突出的针结构的内部体积，并在所述外壁的终点处形成顶点。所述电极探
针结构被配置为响应于与所述电极探针结构接触的生物流体中的一种或多种化学或生物物质而产生信号。所述至少两个微针中的第一微针的电极探针结构包括特异性针对第一分析物的适配体序列，所述第一微针的电极探针结构可作为工作电极操作，以用于使用第一电化学检测技术检测所述第一分析物。所述至少两个微针中的第二微针的电极探针结构可作为电化学对电极或电化学参比电极操作。附图简述
[0007]图1显示了描绘具有至少两个基于微针的工作电极的电化学微针传感器装置的示例性实施方案的框图。
[0008]图2显示了描绘与电子装置通信的图1的电化学微针传感器装置的示例性实施方案的框图。
[0009]图3显示了图2中所示的电子装置的示例性实施方案的框图。
[0010]图4显示了描绘具有至少两组基于微针的工作电极的电化学微针传感器装置的示例性实施方案的框图。
[0011]图5显示了描绘具有至少三个基于微针的工作电极的电化学微针传感器装置的示例性实施方案的框图。
[0012]图6显示了描绘具有至少四个基于微针的工作电极的电化学微针传感器装置的示例性实施方案的框图。
[0013]图7显示了具有至少四个基于微针的工作电极的电化学微针传感器装置的示例性实施方案的示意图。
[0014]图8示出了制造电化学感测装置的方法的示例性实施方案的图示。详述
[0015]该专利文件描述了用于无标记和连续实时监测生物标志物(包括蛋白质生物标志物)的可穿戴的基于微针的装置的设计和制造，所述可穿戴的基于微针的装置作为提供临床上，例如，在间质液(ISF)中重要生物标志物的体内分析信息的无创诊断工具。开发的基于诊断微针的装置可以很容易地穿戴在个体的皮肤上，并且可以直接在ISF内以实时模式测量各种生物标志物(包括例如，蛋白质生物标志物)的浓度。
[0016]分析是在适配体修饰的电极上进行的，所述电极是微针(例如，聚合物中空微针)的形式并用作电化学传感器。由氧化还原报告分子(例如亚甲基蓝或蒽醌)功能化的适配体特异性且可逆地与目标分析物结合，之后发生与电极结合的适配体的构象折叠。这种结合诱导的折叠导致氧化还原分子的电子转移特性发生变化，该特性对应于靶生物标志物的浓度，并使用电化学技术(例如方波伏安法(SWV))检测。
[0017]虽然本文件描述了将所公开的技术应用于作为模型分析物的皮质醇和胰岛素生物标志物的实时适配体辅助测量，但本专利文件中所公开的技术很容易通过与其相关的基于适配体的生物识别元件结合扩展到任何生物标志物(如例如，目标激素和蛋白质)的连续监测。
[0018]根据本文所公开的技术，通过在微针电极或水凝胶涂层表面上使用有效的抗生物污染自组装单层，可以实现对存在于ISF中的目标分析物的体内稳定电化学检测，而不会产生表面污染。此外，适配体可以在体外进行合理地工程化，以在所期望浓度窗口中实现分析物检测。
[0019]与基于微针的酶感测不同，所公开的技术扩展了微针传感器的能力以扩大可检测的生物标志物的范围。此类生物标志物的感测通常依赖于免疫测定，这在微针尖端并不总是可行的。
[0020]所公开技术的另一个非常重要的方面是基于适配体的电化学感测与酶感测在单个微针阵列装置上的集成，以同时对多个生物标志物进行连续实时可逆监测。
[0021]目前没有用于对各种生物标志物进行微创或无创连续监测的可用装置，并且可用于测量生物标志物的唯一方法是基于使用皮下注射针头采集血液并且随后在集中实验室中使用外部仪表/技术(主要使用ELISA方法，这非常耗时且昂贵)进行定量的传统方法。此类方法具有明显的缺点，包括患者不适、需要相对高的样本量以及产生激增的废物。更重要的是，它们无法跟踪生物标志物水平的趋势和波动，并因此无法提供有关生物标志物浓度的实时信息。
[0022]目前没有可行的技术来提供关于不同生物标志物浓度的实时在体信息，并且开发能够同时连续监测不同疾病标志物的动态变化水平的可穿戴多路复用传感器将对于疾病的诊断、预后和治疗具有关键意义。
[0023]存在体外检测生理相关生物标志物的传感器的许多实例，但还没有用于体内检测IS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.装置，其包括：基板；和与所述基板连接的至少两个微针，其中所述至少两个微针中的每个微针包括：突出的针结构；和电极探针结构，其中所述突出的针结构包括从所述基板的表面向外延伸的外壁，所述外壁包围所述突出的针结构的内部体积，并在所述外壁的终点处形成顶点，并且其中所述电极探针结构被配置为响应于与所述电极探针结构接触的生物流体中的一种或多种化学或生物物质而产生信号，其中所述至少两个微针中的第一微针的电极探针结构包括特异性针对第一分析物的适配体序列，所述第一微针的电极探针结构能够作为工作电极操作，以用于使用第一电化学检测技术检测所述第一分析物，并且其中所述至少两个微针中的第二微针的电极探针结构能够作为电化学对电极或电化学参比电极操作。2.如权利要求1所述的装置，其中所述电极探针结构与所述突出的针结构合并或附接至所述突出的针结构。3.如权利要求1所述的装置，其中所述适配体序列经由5
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硫醇与所述第一微针的电极探针结构相连。4.如权利要求1所述的装置，其中所述适配体序列用氧化还原报告分子功能化。5.如权利要求4所述的装置，其中所述氧化还原报告分子是亚甲基蓝。6.如权利要求4所述的装置，其中所述氧化还原报告分子是蒽醌。7.如权利要求4所述的装置，其中所述功能化在所述适配体序列的3
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端处。8.如权利要求4所述的装置，其中所述功能化在所述适配体序列的5
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端处。9.如权利要求1所述的装置，其包括至少两个电传导通道，其中所述至少两个电传导通道中的每个通道与所述至少两个微针中的一个微针的电极探针结构电连接，以传输来自所述电极探针结构的信号或向所述电极探针结构施加控制信号。10.如权利要求1所述的装置，其中所述至少两个微针中的第三微针的电极探针结构包括特异性针对第二分析物的适配体序列，所述第三微针的电极探针结构能够作为工作电极操作，以用于使用第二电化学检测技术检测所述第二分析物。11.如权利要求10所述的装置，其中所述第二分析物不同于所述第一分析物。12.如权利要求10所述的装置，其中所述第二电化学检测技术不同于所述第一电化学检测技术。13.如权利要求1所述的装置，其中对于所述至少两个微针中的至少一个微针，所述微针的突出的针结构的内部体积包括由内壁所限定的中空内部，所述微针的突出的针结构的外壁包括至所述中空内部的开口，并且所述微针的电极探针结构至少部分设置在所述中空内部中。14.如权利要求1所述的装置，其中所述至少两个微针中的一个微针的电极探针结构包括金属薄膜。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述微针的电极探针结构包括金属线。16.如权利要求14或权利要求15中所述的装置，其中所述金属是金。17.如权利要求1所述的装置，其中所述至少两个微针中的第二微针的电极探针结构包括银/氯化银(Ag/AgCl)。18.如权利要求10所述的装置，其中所述至少两个微针中的第四微针的电极探针结构包括所述电极探针结构的表面上的涂层，其中所述涂层用第一酶功能化，其中所述涂层被配置为与第三分析物相互作用，并且其中所述第四微针的电极探针结构能够作为工作电极操作，以用于使用第三电化学检测技术检测所述第三分析物。19.如权利要求18所述的装置，其中所述至少两个微针中的第五微针的电极探针结构包括所述电极探针结构的表面上的涂层，其中所述涂层用第二酶功能化，其中所述涂层被配置为与第四分析物相互作用，并且其中所述第五微针的电极探针结构能够作为工作电极操作，以用于使用第四电化学检测技术检测所述第四分析物。20.如权利要求19所述的装置，其中所述第二酶不同于所述第一酶。21.如权利要求18或权利要求19所述的装置，其中所述至少两个微针中的第六微针的电极探针结构包括所述电极探针结构的表面上的涂层，其中所述涂层用离子载体受体功能化，其中所述涂层被配置为与第五分析物相互作用，其中所述第六微针的电极探针结构能够作为工作电极操作，以用于使用第五电化学检测技术检测所述第五分析物，并且其中所述第五分析物是电解质。22.如权利要求19所述的装置，其中来自所述第一、第二、第三和第四电化学检测技术的任一电化学检测技术是以下中的一种：循环伏安法技术、快速扫描循环伏安法技术、方波伏安法技术、电位测量技术或计时电流法技术。23.如权利要求21所述的装置，其中所述第五电化学检测技术是以下中的一种：循环伏安法技术、快速扫描循环伏安法技术、方波伏安法技术、电位测量技术或计时电流法技术。24.如权利要求1所述的装置，其中所述至少两个微针中的至少一个微针的电极探针结构包括保形涂层。25.如权利要求24所述的装置，其中所述保形...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫，
申请(专利权)人：约翰斯，
类型：发明
国别省市：