[发明专利]用于输送流体样品到传感器阵列的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下优先权：美国专利申请11/259,712(2005-10-26提 交)；美国专利申请11/259,643(2005-10-26提交)和美国部分继续专利申 请11/507,689(2006-8-22提交)。

技术领域

本发明通常涉及化学传感器阵列，更具体地说，涉及一种新的和改 进的系统、方法和仪器，其用于将流体样品输送到化学传感器阵列，并 且并行处理来自传感器阵列的多个传感器元件的化学和生物化学信息。 本发明还通常涉及微流体装置的领域。更具体地说，本发明涉及用于微 流体装置的材料和制造微流体装置的方法。

背景技术

许多化学和生物测量需要在完全装备的分析机构之外的位置进行。 这需要可移动的和小型化的系统，使得它们可以被运输到其中对于处理 或者水质监控来说需要快速的测试响应的位置，或者它们可以用于药物 环境中以便为某些所关心的生物或生物化学物种提供快速的测试结果。 这些化学和生物分析可以使用具有测试后优化的单个测试来分别进行， 以便提高结果的质量或准确性，但是这种顺次方法(serial approach)具有 固有缺陷，因为使用顺次方法，多维相互作用难以完全补偿。另外，这 种方法可能是耗时的并且可能产生错误的结果。当在不同的平台上或者 在不同的时间进行测试时，引入的操作员误差或系统误差进一步使这种 系统复杂化。解决这种限制的最好的方法是同时在同一平台上进行全部 所期望的测量，但是目前的现有技术没有提供用于这种测量的完全一体 化的平台。

目前的电化学阵列技术使得操作员在单个时刻进行阵列化测试，但 是这限于那些响应电化学刺激的材料。这通常包括例如阳极溶出伏安法 或循环伏安法的测量技术，或者将化学响应材料引入电化学检测器中， 例如，离子选择性电极(ISE)。这种系统，虽然对于某些系统来说是多产 的，但是受到电化系统的许多常见局限性的限制，例如在低和高离子强 度下影响电化学势的系统性问题。另外，这些系统中的一些可能遭受严 重的交叉反应性或干扰，例如常见的氧阴离子(oxyanion)或小的阳离子 如钠、锂和钾的交叉反应性。

存在有其它的测试平台，它们可以提供基于光学或光谱测量的小规 模的阵列测量。这些可以是根据多流动湿法化学分析的光学检测，或者 它们可以是传统实验室测量的可移动的版本，例如，可移动的原子吸收 分光计单元。这些系统常常有限于流体流动和保持所需的结构 (mechanics)，或者受限于笨重的器材，如可移动的原子吸收分光计系统， 其虽然理论上是可运输的，但是实际上已经证明具有较小的机动性。另 外还提及了小型化另外的实验室系统，如感应耦合等离子体-原子发射光 谱或质谱，但是这些方法难以适应可移动的手持或野外可使用的系统。

所建议的备选方案是使用一种光学平台，其基于光学传感器薄膜的 良好表征的化学响应。这种系统使用固体、化学响应薄膜，其通过在最 优化波长下改变其吸收度值来响应分析物浓度。这种平台可以被延伸从 而为特定的测试矩阵引入全部已知的干扰性或交叉反应性物种的传感 器测试元件，以及说明(account for)在测试样品条件的极限值(例如，高 和低离子强度以及高和低缓冲强度)下的测试限制。这种系统具有额外的 益处，提供了可成形为阵列的小型测试平台，所述阵列特别用来测量需 要特定的去卷积(deconvolution)分析的测试元件。

光学化学传感器还分为两大类，可逆的和不可逆的。完全可逆的传 感器迅速平衡至测试流体中的目标分析物的浓度并且当分析物浓度变 化时，其响应改变。可逆的传感器的实例是聚合物薄膜pH传感器和离 子选择性光极(ISO)。相比之下，不可逆的传感器将持续响应测试流体中 的分析物直到传感器中的响应试剂已经耗尽，即对于传感器可得的分析 物的总量而不是样品中的分析物浓度。许多非ISO型传感器属于此类。

因为可逆传感器中的试剂与样品中的分析物处于化学平衡，如果样 品体积有限，传感器薄膜暴露于样品改变了分析物浓度。这要求可逆传 感器薄膜暴露于大过量的样品体积或者给定量的样品体积。在后一情况 中，可以进行校正以减少由于有限的体积效应造成的误差。类似地，不 可逆传感器需要样品体积控制以便传感器响应反映受控体积的测试流 体中的分析物浓度。