传感器单元、体液监测设备和用于检测分析物的方法技术

提供了一种用于检测水介质中的分析物(128)的传感器单元(104)。所述传感器单元包括用于在其上接收所述水介质的表面(124)。被固定在所述表面上的捕获物质(126)可逆地结合所述分析物。当所述分析物结合到所述捕获物质时，检测器(130)检测所述分析物。所述传感器单元还包括电解组件(132)。所述电解组件包括在所述表面上的多个空间分离的导电区(134)以及用于跨所述导电区中的至少两个导电区供应电压的电源(136)。所述电压足以电解所述表面上接收的所述水介质。还提供了一种包括所述传感器单元的体液监测设备(101)以及一种用于检测分析物的方法。分析物的方法。分析物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器单元、体液监测设备和用于检测分析物的方法


[0001]本专利技术涉及用于检测分析物的传感器单元以及包括该传感器单元的体液监测设备。本专利技术还涉及用于检测分析物的方法。

技术介绍

[0002]需要对指示疾病/健康状况和幸福感的生物标志物进行无创、半连续和长期监测，以用于监测例如脱水、压力、睡眠、儿童健康以及围手术期监测。
[0003]汗液、泪液和唾液都可以无创方式获得。汗液是一种特别容易获得的生物流体，并且是与对象的生理机能和新陈代谢有关的丰富的信息来源。
[0004]一些在临床上与汗液有关的成分的示例包括：Na
+
、Cl
‑
和/或K
+
(用于监测脱水)、乳酸(作为对炎症(与败血症有关)的预警)、葡萄糖(用于糖尿病和新生儿)以及皮质醇(与睡眠呼吸暂停和压力监测有关)。
[0005]然而，尽管早在二十世纪四十年代和五十年代临床工作就显示出令人鼓舞的结果，但是可靠的汗液感测技术的发展却一直受到若干问题的阻碍。迄今为止，汗液分析的有效应用主要限于囊性纤维化诊断、药物和酒精滥用测试。
[0006]正如Mena
‑
Bravo和de Castro在“Sweat:A sample with limited present applications and promising future in metabolomics”(J.Pharm.Biomed.Anal.，第90卷，第139
‑
147页，2014年)中所概述的那样，已经发现来自汗液感测的结果可能高度可变，并且从血液样品和汗液样品确定的各种生物标志物的值之间似乎缺乏相关性。然而，这一领域的历史研究涉及相对粗糙的采样技术，例如在袋子或织物中收集大量汗液。这种技术的不足可能是导致这种明显缺乏相关性的因素。
[0007]通过使可穿戴传感器在皮肤上出现汗液时几乎立即与汗液接触而已经做出努力来解决这些问题。最近的示例是Gao等人在“Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis”(Nature 529，第509
‑
514页，2016年)中提出的可穿戴贴片。该贴片包括用于测量Na
+
、K
+
、葡萄糖、乳酸盐和皮肤温度的传感器阵列。然而，这项研究的重点是传感器本身的开发和集成，尽管明显至关重要，但是并未解决与汗液样品收集有关的问题。后者主要是通过在皮肤与传感器之间放置若干平方厘米大小的吸收垫来完成的。其假设是，在产生足够的汗液(因此总是对运动量大的个体进行测试)的情况下，垫会吸收汗液以进行分析，而新生成的汗液将重新填充垫并“冲洗”旧的汗液。然而，由于累积效应，传感器的时间相关响应可能不会直接反映随时间的生物标志物的实际水平。样品收集和向公开传感器的呈现可能没有得到很好的控制，因此很难在长时间段内进行连续可靠的检测。这样的贴片也可能未被设计为处理正常条件下产生的少量(即，每汗腺每分钟纳升的量级)汗液。
[0008]与通常通过重复绘制多个血液样品所进行的常规生物标志物抽查相比，使用汗液生物标志物监测设备连续监测高风险患者(例如，患有严重慢性病的患者，术前或术后患者以及老年人)能够提供更高质量的诊断信息。这样的连续监测可以在医院环境中或在其他
地方进行。单独的人类汗液或与皮脂脂质的混合物可以是针对可穿戴皮肤上设备中的生物标志物测量的便捷来源。例如，胆固醇是重要的生物标志物，其与高风险的心血管疾病发展相关联。炎症标志物或细胞因子(例如，白介素(例如，TNF
‑
a、IL
‑
6))在类风湿和银屑病关节炎的关节损伤的免疫应答和检测或疾病监测以及肠病中起着重要作用。
[0009]能够使用合适的捕获物质(抗体、适配体、分子印迹聚合物等)在外泌/顶泌汗液中检测到的生物标志物的示例是：小分子，例如，尿素、肌酐、胆固醇、甘油三酸酯、类固醇激素(皮质醇)、葡萄糖、褪黑素；肽和蛋白质，包括细胞因子，例如，IL
‑
1α、IL
‑
1β、IL
‑
6、TNFα、IL
‑
8和TGF
‑
β、IL
‑
6、半胱氨酸蛋白酶、DNAse I、溶菌酶、Zn
‑
α2
‑
糖蛋白、富含半胱氨酸的分泌蛋白
‑
3和真皮蛋白；以及大型生物标志物，例如，丙型肝炎病毒。
[0010]然而，需要对现有设备进行改进以进行连续或间歇监测。在用于监测诸如汗液、唾液、泪液之类的生物流体样品的可穿戴或便携式设备中，对感兴趣的生物流体中的生物标志物或分析物的检测往往要求该设备包括传感器单元，该传感器单元的表面固定有捕获物质，这些捕获物质与生物标志物结合。通常，捕获物质是抗体，并且分析物是对应的抗原。然而，表面可能会被分析物所饱和，这会阻止其他分析物检测。由于传感器单元的感测寿命和性能有限，因此该问题可能导致此类设备不适合长期监测。
[0011]WO 99/06835 A1公开了一种在电化学控制下使用全内反射荧光的可再生生物传感器。
[0012]US 2013/217003 A1公开了一种借助于生物分析仪来确定液体样品中的分析物含量的方法。
[0013]WO 2016/138087 A1公开了一种动态汗液传感器管理系统。
[0014]US 2005/247559 A1公开了一种生物传感器阵列和一种用于操作生物传感器阵列的方法。

技术实现思路

[0015]本专利技术由权利要求来限定。
[0016]根据一个方面，提供了一种用于检测水介质中的分析物的传感器单元，所述传感器单元包括：表面，其用于在其上接收所述水介质；捕获物质，其用于可逆地结合所述分析物，所述捕获物质被固定在所述表面上；检测器，其用于检测、确定或评估结合到所述捕获物质的分析物；以及电解组件，其包括：在所述表面上的或至少靠近所述表面的至少三个空间分离的导电区；以及电源，其被配置为实施：第一设置，其中跨所述至少三个导电区的第一成对组合供应足以电解所述表面上接收的所述水介质的电压；以及第二设置，其中跨所述至少三个导电区的第二成对组合供应足以电解所述表面上接收的所述水介质的电压，所述第二成对组合与所述第一成对组合不同。
[0017]用于检测分析物的常规传感器单元的检测原理依赖于被固定在表面上(即，被固定在传感器表面上)的捕获物质。可以选择结合某些分析物的捕获物质。例如，可以将抗体固定在表面上，该抗体捕获特定的抗原；抗原是感兴趣分析物。因此，当样品接触到表面时，捕获物质可以结合存在于样品中的分析物。当分析物经由捕获物质结合到表面时，相对于无分析物的表面，该表面的各种属性(例如，光学特性和机械特性)发生了变化。
[0018]分析物与捕获物质的结合的可逆性质意味着，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】1.一种用于检测水介质中的分析物的传感器单元(104)，所述传感器单元包括：表面(124)，其用于在其上接收所述水介质；捕获物质(126)，其用于可逆地结合所述分析物，所述捕获物质被固定在所述表面上；检测器(130)，其用于检测、确定或评估结合到所述捕获物质的分析物；以及电解组件(132)，其包括：在所述表面上的至少三个空间分离的导电区(134)；以及电源(136)，其被配置为实施：第一设置，其中跨所述至少三个导电区的第一成对组合供应足以电解所述表面上接收的所述水介质的电压；以及第二设置，其中跨所述至少三个导电区的第二成对组合供应足以电解所述表面上接收的所述水介质的电压，所述第二成对组合与所述第一成对组合不同。2.根据权利要求1所述的传感器单元(104)，其中，所述导电区(138、140)中的至少两个导电区以叉指式配置彼此相对地布置。3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器单元(104)，其中，在所述第二设置中供应的电压与在所述第一设置中供应的电压不同。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器单元(104)，其中，与导电区的所述第一成对组合相比，导电区的所述第二成对组合在所述表面(124)上间隔得更远。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的传感器单元(104)，其中，所述多个空间分离的导电区(134)包括导电区的阵列，在所述阵列中，相邻导电区之间的间距在较大间隔和较小间隔之间交替变化，其中，所述电源(136)被配置为供应足以跨由所述较大间隔(158、160、162)隔开的相邻导电区电解所述水介质的电压，由所述较小间隔隔开的相邻导电区具有彼此相同的极性。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的传感器单元(104)，其中，所述多个空间分离的导电区(134)包括导电条的网格，所述电源(136)被配置为实施：第一模式，其中跨在第一方向上延伸的平行条供应足以电解所述水介质的电压；以及第二模式，其中跨在第二方向上延伸的平行条供应足以电解所述水介质的电压，所述第二方向与所述第一方向不同，任选地，其中，所述电源被配置为顺序地实施所述第一模式和所述第二模式。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的传感器单元(104)，其中，所述电源(136)被配置为切换跨所述导电区(134)的电压的极性。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的传感器单元(104)，其中，所述检测器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：