、步驟等。"基本上由…組成"或"基本上包含"等當(dāng)應(yīng)用于本公開所 涵蓋的裝置、方法、組合物、組件/組分、結(jié)構(gòu)、步驟等時(shí)，是指像本文所公開的那些要素，但 是可以包含額外的結(jié)構(gòu)組、組合物組分、方法步驟等。然而，這樣的額外裝置、方法、組合物、 組件/組分、結(jié)構(gòu)、步驟等，與本文所公開的那些相應(yīng)的裝置、組合物、方法等相比，不對那 些裝置、組合物、方法等的基本和新穎特性造成實(shí)質(zhì)性影響。更詳細(xì)地，"基本上由…組成" 或"基本上包含"等當(dāng)應(yīng)用于本公開所涵蓋的裝置、方法、組合物、組件/組分、結(jié)構(gòu)、步驟等 時(shí)，具有美國專利法中所賦予的含義，并且該術(shù)語是開放式的，從而允許超出其所列舉的內(nèi) 容，只要其列舉的基本或新穎特性不因超出其所列舉的內(nèi)容而改變即可，但不包括現(xiàn)有技 術(shù)實(shí)施例。當(dāng)使用開放式術(shù)語比如"包含"或"包括"時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，也應(yīng)給予"基本上由… 組成"的語言以及"由…組成"的語言以直接支持，就好像是明確說明一樣。
[0029] 如本文所用的術(shù)語"約"當(dāng)涉及數(shù)值或數(shù)字范圍時(shí)，允許該值或范圍有一定程度的 波動(dòng)，例如，在所述值或所述范圍限值的10 %以內(nèi)，或在一個(gè)方面，在其5 %以內(nèi)。
[0030] 如本文所用，為方便起見，多個(gè)物品、結(jié)構(gòu)元件、組成元件和/或材料可以在相同 列表中表示。然而，這些列表應(yīng)理解為列表的每個(gè)構(gòu)件獨(dú)立地識(shí)別為單獨(dú)且唯一的構(gòu)件。因 此，在沒有相反指示的情況下，不應(yīng)單獨(dú)地基于它們在相同組中的表現(xiàn)，將此類列表的任何 單個(gè)構(gòu)件理解為相同列表的任何其他構(gòu)件的實(shí)際等同物。
[0031] 若本公開的特征或方面以列表或馬庫什組的方式進(jìn)行描述，則本領(lǐng)域的技術(shù)人員 將會(huì)認(rèn)識(shí)到本公開也因此將以馬庫什組中的任何各個(gè)成員或成員亞組的方式進(jìn)行描述。例 如，如果將X描述為選自溴、氯和碘，則如同單獨(dú)列出一樣，也充分描述X為溴的權(quán)利要求和 X為溴和氯的權(quán)利要求。例如，若本公開的特征或方面以這樣的列表的方式進(jìn)行描述，則本 領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到本公開也因此將以列表或馬庫什組中的各個(gè)成員或成員亞組 的任何組合的方式進(jìn)行描述。因此，如果將X描述為選自溴、氯和碘，并將Y描述為選自甲 基、乙基和丙基，則也充分地描述并支持X為溴并且Y為甲基的權(quán)利要求。
[0032] 應(yīng)該注意的是，比率、濃度、量和其他數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在本文中可以范圍形式來表示。應(yīng) 當(dāng)理解的是，這樣的范圍形式是為了方便和簡潔起見而使用，因此，應(yīng)該以靈活的方式解釋 為不僅包括明確列舉為范圍限值的數(shù)值，而且還包括在該范圍內(nèi)所涵蓋的所有各個(gè)數(shù)值或 子范圍，如同每個(gè)數(shù)值和子范圍包括"約'X'至約'y'"一樣。為了進(jìn)行說明，"約0.1%至 約5%"的濃度范圍應(yīng)當(dāng)解釋為不僅包括明確列舉的約0. 1重量％至約5重量％的濃度，而 且還包括該指定范圍內(nèi)的各個(gè)濃度（例如，1%、2%、3%和4% )和子范圍（例如，0.5%、 1. 1%、2.2%、3. 3%和4.4% )。在一個(gè)實(shí)施例中，術(shù)語"約"可根據(jù)數(shù)值的有效數(shù)字包括傳 統(tǒng)的舍入。此外，短語"約'X'至'y'"還包括"約'X'至約'y'"。
[0033] 如本文所用，除非另有說明，否則所有的百分比組成均以重量百分比給出。當(dāng)涉及 組分的溶液時(shí)，除非另外指明，否則百分比是指包含溶劑（例如，水）的組合物的重量百分 比。在閱讀本公開后，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，本文所述和所示的各個(gè)實(shí)施例 的每一個(gè)具有分立的組件和特征，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，這些分立的組 件和特征可容易地與任何其他若干實(shí)施例的特征分離或結(jié)合。任何所列舉的方法可以按所 列舉的事件的順序來實(shí)施或以邏輯上可行的任何其他順序來實(shí)施。
[0034] 在本公開中，應(yīng)注意的是，當(dāng)描述傳感器、系統(tǒng)或方法時(shí)，各個(gè)或單獨(dú)的描述被認(rèn) 為可適用于彼此，不論是否在特定例子或?qū)嵤├纳舷挛闹忻鞔_描述。例如，在討論特定的 傳感器或系統(tǒng)本身時(shí)，在這樣的討論中也內(nèi)在地包括了方法實(shí)施例，反之亦然。
[0035]功能化納米管傳感器
[0036] 為了開發(fā)用于快速且準(zhǔn)確地檢測揮發(fā)性有機(jī)化合物（諸如與TB相關(guān)的那些）的 成功的揮發(fā)性生物標(biāo)志物傳感器，已克服了與技術(shù)障礙和實(shí)施相關(guān)的若干挑戰(zhàn)。具體地講， 鑒定用于結(jié)合某些揮發(fā)性生物標(biāo)志物的適當(dāng)元素可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。揮發(fā)性生物標(biāo)志物的檢 測基于鑒定生物標(biāo)志物的具有高親和力的適當(dāng)結(jié)合元素。這還涉及對生物標(biāo)志物與結(jié)合劑 之間的反應(yīng)的基本的了解。使用電化學(xué)技術(shù)諸如循環(huán)伏安法，已鑒定了用于結(jié)合煙酸甲酯 和對甲氧基苯甲酸甲酯的鈷。靈敏度和選擇性也可能是挑戰(zhàn)。例如，人類呼氣含有大量處 于不同濃度的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC)(即，丙酮、甲醇、乙醇、酚和其他）。本文所述的傳 感器可在存在這些其他化合物的情況下起作用，在傳感器的使用過程中可能存在所述化合 物。此外，呼氣樣品中的VOC的濃度通常為十億分之一（ppb)級，因此傳感器也具有ppb范 圍內(nèi)的低檢測限值。在液體環(huán)境中，目標(biāo)生物標(biāo)志物也可在這樣的范圍內(nèi)或更高，并可展示 出相同的低檢測限值。傳感器在多種環(huán)境條件下的操作過程中也是可靠的。
[0037] 所述傳感器提供檢測存在于流體環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)化合物和生物標(biāo)志物（包 括氣體、蒸氣和液體環(huán)境檢測）的功能化納米管陣列、傳感器及相關(guān)方法。在一個(gè)實(shí)施例 中，提供了功能化納米管陣列。該功能化納米管陣列可包括多個(gè)金屬氧化物納米管。
[0038] 參見圖1A，示出金屬氧化物納米管105的截面。該金屬氧化物納米管可由金屬氧 化物形成并可具有任選地通過至少一種金屬離子115功能化的內(nèi)表面110和/或外表面。 可對金屬離子進(jìn)行選擇，以與具體的揮發(fā)性生物標(biāo)志物120選擇性結(jié)合。在一些實(shí)施例中， 金屬氧化物納米管的天然非功能化表面可與某些目標(biāo)化合物結(jié)合。一般來講，使用金屬氧 化物納米管的傳感器和方法可通過檢測在整個(gè)納米管上的電流的變化而操作。當(dāng)納米管表 面上的金屬離子與目標(biāo)化合物諸如揮發(fā)性生物標(biāo)志物結(jié)合時(shí)，納米管陣列的電阻可發(fā)生變 化。當(dāng)向納米管陣列施加偏壓時(shí)，可作為電流的變化來檢測電阻的變化。
[0039] 運(yùn)用這些原理的傳感器的示意圖在圖1B中示出。傳感器200包括殼體205,其可 提供平臺(tái)和對組件的物理保護(hù)。殼體包括引入口 210和出口 215的開口。引入口將樣品流 體引入傳感器的內(nèi)部空間220中，而出口則允許采樣后且多余的流體退出殼體?？墒垢鞣N 額外的組件在殼體的內(nèi)部空間220內(nèi)取向。例如，可使過濾器225取向以在樣品流體進(jìn)入引 入口后從樣品流體中除去顆粒。可將任選的濃縮器230用于濃縮氣體和/或蒸氣并增大采 樣信號。另外，可沿著進(jìn)入殼體的樣品流體的路徑使金屬離子官能化金屬氧化物納米管240 的陣列235取向。雖然具體的尺寸可變化較大，但殼體的長度通常可為約8cm至約10cm。 納米管的陣列235可連接到電源245和電流傳感器250。如上所解釋，電源和電流傳感器可 整合到傳感器中，在此情況下，電源和電流傳感器位于殼體內(nèi)。或者，電源和電流傳感器之 一或兩者可在外部并可通過任何合適的連接包括有線或無線電力和通信而連接到傳感器。
[0040] 可使用電源245在整個(gè)納米管的陣列235上施加偏壓。例如，可使一套電極基板 取向以在彼此的遠(yuǎn)程位置接觸納米管的陣列。然后可將此類基板用電線連接到電源。電極 基板在一些情況下可部分地阻擋納米管開口，使得與目標(biāo)化合物的接觸主要發(fā)生在納米管 的外表面上。然而，沿著納米管末端與電極基板的接觸可以是不規(guī)則的并允許一部分納米 管末端暴露出來，而剩余的部分則可能完全接觸并被阻擋。當(dāng)目標(biāo)化合物與納米管240表 面上的金屬離子結(jié)合時(shí)，納米管的電阻發(fā)生變化。通常，電阻增大而電流減小，但對于一些 金屬離子和目標(biāo)化合物組合而言，電阻可以減小。例如，對于鈷金屬離子和基于醇的目標(biāo)化 合物，電阻可以減小。圖2A示出當(dāng)暴露于作為生物標(biāo)志物的目標(biāo)化合物時(shí)得自傳感器的陽 性檢測結(jié)果的概念上的傳感器讀出。當(dāng)將生物標(biāo)志物引入納米管陣列中時(shí)，電流開始下降 然后保持在較低的電流電平，直到將生物標(biāo)志物移除或?qū)㈥嚵杏玫獨(dú)?、濕空氣或置換生物 標(biāo)志物的其他合適流體沖洗時(shí)。在置換后，陣列的電阻回到初始水平。
[0041] 本文所公開的納米管可由一種金屬氧化物或若干種金屬氧化物的組合制成。在一 個(gè)方面，金屬氧化物可以是過渡金屬氧化物。在另一個(gè)任選的方面，金屬氧化物可以是選自 第13或14族的并具有13或更大的原子序數(shù)的金屬或半金屬（即，鋁、硅、鎵、鍺、銦、錫、鉈 和鉛）。可用于形成納米管的金屬氧化物的非限制性例子包括二氧化鈦、氧化鐵、氧化銥、氧 化鉭、氧化鋅、氧化鋁、氧化銅、氧化鎳、氧化鉻、氧化釩、氧化錳、氧化鋯、氧化鈀、氧化鉑、氧 化鈷、氧化鉛、氧化銀、氧化錫、氧化鎂以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬氧化物可以 為Ti02。在另一方面，金屬氧化物納米管可由單種金屬氧化物形成。
[0042] 通常，金屬