傳感器系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】傳感器系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)主張2013年3月11日申請(qǐng)的第61/851，603號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)和2014年1月15日申請(qǐng)的第61/927，683號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，各自的全文以引用的方式并入本文中。
[0003]背景
[0004]本發(fā)明涉及用于檢測(cè)分析物的傳感器系統(tǒng)和用于這些傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0005]出于醫(yī)療和產(chǎn)業(yè)目的，依然需要改進(jìn)傳感器系統(tǒng)。
發(fā)明概要
[0006]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于導(dǎo)管的傳感器護(hù)套。所述傳感器護(hù)套包括具有至少一個(gè)與之相關(guān)聯(lián)的傳感器的基板；和與所述至少一個(gè)傳感器通信的電子單元，其中所述基板被構(gòu)造為附接至導(dǎo)管。
[0007]在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種傳感器系統(tǒng)。所述傳感器系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)與之相關(guān)聯(lián)的水凝膠傳感器的基板；毗鄰所述至少一個(gè)水凝膠傳感器的磁力計(jì)；和多個(gè)與所述至少一個(gè)水凝膠傳感器相關(guān)聯(lián)的磁性粒子。
[0008]通過(guò)考量詳細(xì)描述和附圖將明白本發(fā)明的其它方面。
[0009]附圖簡(jiǎn)述
[0010]圖1示出磁性粒子-水凝膠傳感器系統(tǒng)的概述。
[0011]圖2示出導(dǎo)致磁性粒子-水凝膠傳感器系統(tǒng)中從分析物濃度變化到磁場(chǎng)變化的步驟圖解。
[0012]圖3示出利用環(huán)繞導(dǎo)管的護(hù)套與所述導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的傳感器系統(tǒng)。
[0013]圖4示出聯(lián)合如圖3中所示與導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的傳感器系統(tǒng)使用的電子系統(tǒng)的分解圖。
[0014]圖5示出導(dǎo)管的遠(yuǎn)端(左邊)和可附接一個(gè)或多個(gè)傳感器且被構(gòu)造為環(huán)繞導(dǎo)管的護(hù)套的遠(yuǎn)端(右邊)。
[0015]圖6以平坦構(gòu)造示出導(dǎo)管護(hù)套的遠(yuǎn)端，示出沿著幾個(gè)傳感器以及電氣跡線。
[0016]圖7示出安裝在(例如)用于生物反應(yīng)器中的探針末端的傳感器系統(tǒng)的實(shí)施方案。
[0017]圖8示出可安裝在受試者皮膚下的傳感器系統(tǒng)的實(shí)施方案，其中測(cè)量用磁力計(jì)位于受試者皮膚下(上圖)或上(下圖)。
[0018]圖9示出毗鄰受試者皮膚使用的傳感器系統(tǒng)的另一實(shí)施方案。
[0019]圖10示出一系列磁性粒子濃度為0.25% (左邊)、0.50% (中間)或1.0% (右邊)(《/?)的水凝膠測(cè)試樣本。
[0020]圖11示出用于初步測(cè)試諸如那些圖10中所示出的樣本的磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0021]圖12示出使用圖11裝置和圖10樣本得到的磁場(chǎng)強(qiáng)度-距離圖表。
[0022]圖13示出磁場(chǎng)強(qiáng)度隨距離的變化情況。
[0023]圖14示出利用葡萄糖敏感性磁性粒子水凝膠測(cè)得的葡萄糖濃度變化。
[0024]圖15示出利用離子強(qiáng)度敏感性磁性粒子水凝膠測(cè)得的粒子強(qiáng)度變化。
[0025]圖16示出水凝膠中以海爾貝克陣列方式對(duì)齊的磁性粒子。
[0026]圖17示出水凝膠中以均勻陣列方式對(duì)齊的磁性粒子。
[0027]圖18示出水凝膠頂部的含粒子層，其中所述含粒子層被穿孔，以允許分析物接觸水凝膠。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在詳細(xì)闡述本發(fā)明的任何實(shí)施方案之前，應(yīng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用并不限于以下描述中所列或以下圖示中所示的組件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠得出其它實(shí)施方案，且能夠以各種方式實(shí)踐或?qū)嵤?br>[0029]在各種實(shí)施方案中，本發(fā)明包括針對(duì)各種應(yīng)用(包括醫(yī)療和產(chǎn)業(yè)用途)的傳感器系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，所述傳感器系統(tǒng)包括至少一個(gè)水凝膠傳感器，且在特定實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)水凝膠傳感器是如下文進(jìn)一步論述的智能水凝膠傳感器。在某些實(shí)施方案中，所述傳感器系統(tǒng)與基板相關(guān)聯(lián)，其中所述基板可以是專用傳感器系統(tǒng)的一部分，諸如用于附接至用于生物反應(yīng)器中的導(dǎo)管或探針的護(hù)套。
[0030]水凝膠傳感器
[0031]水凝膠傳感器利用水凝膠在與特定分析物相互作用時(shí)的可測(cè)量性質(zhì)的變化(圖1-2)。一般來(lái)說(shuō)，所述分析物可與水凝膠本身或所述水凝膠內(nèi)的結(jié)合部分相互作用，以引起所述水凝膠的的可測(cè)量性質(zhì)發(fā)生變化，且可通過(guò)測(cè)量所述可測(cè)量性質(zhì)的變化來(lái)提取關(guān)于所述分析物的信息。因此，水凝膠基傳感器系統(tǒng)可以包括適合檢測(cè)可測(cè)量性質(zhì)的變化的機(jī)構(gòu)。
[0032]適合本發(fā)明使用的水凝膠包括響應(yīng)分析物的存在的任何水凝膠，其中所述水凝膠的至少一種性質(zhì)會(huì)發(fā)生一些變化。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以伴隨著發(fā)生物理性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)變化或其組合響應(yīng)分析物的存在。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以伴隨著發(fā)生尺寸/體積、密度、孔隙度、折射率、彈性、粘性、模量變化或其組合響應(yīng)分析物的存在。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以通過(guò)相對(duì)于其初始體積膨脹或收縮而響應(yīng)分析物的存在。
[0033]在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以通過(guò)膨脹至具有其初始體積的至少約1.001倍、其初始體積的至少約1.01倍、至少約1.1倍、至少約1.2倍、至少約1.3倍、至少約1.4倍、至少約1.5倍、至少約1.6倍、至少約1.7倍、至少約1.8倍、至少約1.9倍、至少約2.0倍、至少約2.5倍、至少約3.0倍、至少約3.5倍、至少約4.0倍、至少約4.5倍、至少約5.0倍、至少約6.0倍、至少約7.0倍、至少約8.0倍、至少約9.0倍、至少約10.0倍、至少約11.0倍、至少約12.0倍、至少約13.0倍、至少約14.0倍、至少約15.0倍、至少約20.0倍或至少約25.0倍而響應(yīng)分析物的存在。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠通過(guò)膨脹至具有其初始體積的至多約100倍、其初始體積的至多約90倍、至多約80倍、至多約75倍、至多約70倍、至多約65倍、至多約60倍、至多約55倍、至多約50.0倍、至多約45.0倍、至多約40.0倍、至多約35.0倍、至多約30.0倍、至多約29.0倍、至多約28.0倍、至多約27.0倍、至多約26.0倍、至多約25.0倍、至多約24.0倍、至多約23.0倍、至多約22.0倍、至多約21.0倍、至多約20.0倍、至多約19.0倍、至多約18.0倍、至多約17.0倍、至多約16.0倍、至多約15.0倍、至多約14.0倍、至多約13.0倍、至多約12.0倍、至多約11.0倍、至多約10.0倍、至多約9.0倍、至多約8.0倍、至多約7.0倍、至多約6.0倍或至多約5.0倍而響應(yīng)分析物的存在。這包括其中水凝膠通過(guò)膨脹至具有其初始體積的約1.001倍至約100倍的體積，包括(但不限于)其初始體積的約1.01倍至約50倍的體積或其初始體積的約1.1倍至約25.0倍的體積而響應(yīng)分析物的存在的實(shí)施方案。
[0034]在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以包括智能水凝膠。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“智能”是指水凝膠能夠在選擇性排除一種或多種其它物質(zhì)的情況下選擇性結(jié)合一種或多種特定分析物物質(zhì)。
[0035]在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以包括選自由以下組成的群體的材料:合成材料、生物材料、生物混合材料和其組合。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以包括選自由以下組成的群體的材料:聚(丙烯酸)和其衍生物、聚(甲基丙烯酸2-葡糖氧基乙酯)(聚(GEMA))和其衍生物、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)(PHEMA)和其衍生物、聚(乙二醇)(PEG)和其衍生物、聚(乙烯醇)(PVA)和其衍生物、聚丙烯酰胺(PAAm)和其衍生物、聚甲基丙烯酸和其衍生物、聚(甲基丙烯酸二乙基胺基乙酯)和其衍生物、聚(甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯)和其衍生物、聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)和其衍生物、聚電解質(zhì)多層膜(PEM)、聚(2-噁唑啉)類和其衍生物、和其組合。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以包括選自由以下組成的群體的材料:蛋白質(zhì)、多糖、DNA和其組合。在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以包括選自由以下組成的群體的材料:膠原蛋白、透明質(zhì)酸(HA)、纖維蛋白、海藻酸鹽、瓊脂糖、殼聚糖和其組合。
[0036]在某些實(shí)施方案中，所述水凝膠可以包括一個(gè)或多個(gè)特異性結(jié)合位點(diǎn)。特異性結(jié)合位點(diǎn)可負(fù)責(zé)賦予水凝膠“智能”性質(zhì)。在某些實(shí)施方案中，特異性結(jié)合位點(diǎn)可包括可逆或不可逆結(jié)合位點(diǎn)。
[0037]適合本發(fā)明使用的水凝膠實(shí)例包括(但不限于)那些公開(kāi)在第5，415，864號(hào)、第 5，447，727 號(hào)、第 6，268，161 號(hào)、第 6，333，109 號(hào)、第 6，475，750 號(hào)、第 6，514，689 號(hào)、第 6，753，191 號(hào)、第 6，835，553 號(hào)、第 6，848，384 號(hào)、第 7，150，975 號(hào)、第 7，179，487 號(hào)、第 7，556，934 號(hào)、第 7，625，951 號(hào)、第 7，988，685 號(hào)、第 8