[发明专利]介电传感方法和系统

说明书

相关美国申请的交叉引用

本专利申请涉及2006年3月16日以英文文本递交的标题为 “DIELECTRIC SENSING METHOD AND SYSTEM”的美国临时专利申请 第60/782,542号，并要求其优先权，其全文通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及使用介电传感检测化学和/或生物的感兴趣的目标分析物 的存在的方法和设备。

背景技术

在很多领域包括涉及化学、制药、生物学和医学的那些领域中加工大 量的化学物质。在所述领域中，常常需要从混合物中分离感兴趣的目标分 析物。例如，在例如化学和制药工业领域中合成化学分析物，而化学合成 倾向于产生包含感兴趣的目标分析物以及其它物质例如(可能为多种)副产 物和未反应的反应物的反应混合物。又例如在生物、医学、食品和其它工 业中，易于获得的混合物包含多种感兴趣的目标分析物和其它物质。

通常，人们期望检测和/或表征感兴趣的目标分析物(例如测定其浓度)； 例如检测并确定食品中的细菌浓度，测定血液中的葡萄糖浓度等。很多其 它实例对本领域技术人员而言十分显而易见。从混合物中直接检测和/或表 征感兴趣的目标分析物相当普遍。同样相当普遍的是对目标混合物进行分 离过程，从而获得更高纯度的感兴趣的目标分析物以有助于其检测、表征 以及进一步的应用。

分离和/或检测方法包括但不限于薄膜色谱、快速柱色谱、高效液相色 谱(HPLC)和电泳。分离方法本质上可以是分析性的以用于表征混合物，或 本质上是制备性的以以定量的产量产生分离物。为了从混合物中分离感兴 趣的目标分析物，分离方法使混合物通过多种物质，并利用了不同物质和 感兴趣的目标分析物以不同的速率通过所述物质这一事实。

例如，在液相色谱中，使混合物通过柱中的多种填充物质。感兴趣的 目标分析物和多种其它物质以不同速率通过分离物质，所述速率取决于多 种因素例如由溶剂性质引起的不同物质或感兴趣的目标分析物间的不同相 互作用、填充物质的化学性质、填充物质中孔的存在及其大小等。在成功 的分离过程中，混合物中感兴趣的目标分析物和多种其它物质在不同的时 间脱离柱，因此能够被分离。如果感兴趣的目标分析物具有明显的可见颜 色，则可以使用肉眼测定感兴趣的目标分析物脱离分离装置的时间。然而， 如果感兴趣的目标分析物不具有明显的可见颜色，就必须测量感兴趣的目 标分析物的其它物理性质以帮助从混合物中的其它物质中挑选出目标分析 物。特别期望能够定量测量目标分析物从其它物质中的分离程度的方法和 设备。

对于所述目的最常使用光学测量法。例如，使用表面等离子体共振(SPR) 监测感兴趣的目标分析物与表面的结合并由此检测所述目标分析物的存 在。在色谱和电泳中，常使用紫外(UV)和/或可见光分光法来获得感兴趣的 目标分析物和其它物质的吸收光谱并以此监测它们的分离。取决于感兴趣 的目标分析物和其它物质的化学性质和结构，其吸收强度可能不同。用于 光学测量的装置可以包括紫外灯、激光、透镜、检测器和其它光学元件， 并且往往体积大且相对昂贵。此外，感兴趣的目标分析物和其它物质经常 不具有适合的紫外光或可见光吸收性质并且不能使用光学方法。另外，很 多感兴趣的生物目标分析物例如蛋白质的获得量常常很少，因此需要极高 的检测灵敏度和高信噪比。为了克服这些困难，光学方法和设备依靠标记 物例如荧光标记物。然而，这需要修饰感兴趣的目标分析物，这通常是不 期望的并且需要大量的人力和时间以及由此造成的高昂费用。依靠折射率 的体积指数测量的光学设备和方法往往对溶剂的温度和压力敏感。例如， 由温度和压力变化引起的机械变形造成信号变化，其与由感兴趣的目标分 析物引起的信号变化相竞争。此外，当进行色谱例如HPLC时，常常需要 使用梯度洗脱，即使用包含两种或更多种组分的溶剂混合物并在分离进行 的过程中系统地改变混合物中存在的组分的分数。由于溶剂的折射率随组 分分数的变化而显著地变化，因此很难检测到由少量感兴趣的目标分析物 引起的折射率的微小变化。因此，在折射率测量中不使用梯度洗脱。

很多发明涉及基于电路中电阻(或等效电阻率、电导或电导率)的变化检 测感兴趣的目标分析物的存在。美国专利第6,824,974 B2号教导了使用跨 越两个电极之间的间隙的生物分子来检测感兴趣的目标分析物。感兴趣的 目标分析物的结合改变了两个电极之间的电导率。