[发明专利]处理流体样品的装置和方法

说明书

本发明描述了用于调制流体样品的装置和方法。装置(10、40、60、80、100、130、160、220)包括至少一个样品调制组件(20、76、78、90、110、112、116、150、152、154、162、164、182、184、186、222、230)，在某些实施方案中，所述装置包括两个以上样品调制组件。这些样品调制组件均能执行选自下组的功能：使样品浓缩以增高样品中第一成分的浓度；使样品稀释以降低样品中第二成分的浓度；使样品脱盐以降低样品体积中盐的总摩尔量或暂时降低渗透压浓度；调节样品的pH以使样品的pH处于预定范围内；吸收一种或多种非极性物质以降低该非极性物质的浓度；以及将一种或多种试剂递送给样品以在样品中提供所需浓度的试剂。

联邦资助研究或开发的声明

本发明属于政府支持的美国国家科学基金会ECCS-1608275项下。本发明属于政府支持的美国空军部空军研究实验室的空军物资指挥部授予的美国行政合同FA8650-16-C-6760项下。政府享有本发明的某些权益。

背景技术

在许多应用中，须在分析之前处理流体样品，包括但不限于生物流体样品、水样(例如废水)、城市用水、环境源以及食品加工样品。例如，生物流体样品包括但不限于血液、血液功能、汗液、唾液、泪液和尿液，通常包含测量分析物之前须去除或改性的组分，诸如盐、脂、酸/碱、蛋白质(例如糖蛋白)、糖、酶和其他干扰组分。对于诸如适体、抗体和酶的生物传感器而言，盐浓度特别重要，因为盐浓度很低(例如低于10mM的渗透压浓度)或盐浓度很高(例如，高于1M的渗透压浓度)时，生物分子可能发生沉淀。还已公知盐浓度会影响结合亲和力，更高的盐浓度常因屏蔽电荷而导致分析物结合下降。脂质可能污染分析物的生物传感器或引起非特异性结合。分析物的生物传感器(诸如基于酶的生物传感器)在最优的pH范围内(通常在pH7左右)效果最佳。此外，在生理条件下，这些生物流体中分析物的浓度范围可能高于或低于传感器的灵敏度范围。

根据下述详细内容和附图，可进一步理解本发明的目的和优点。

发明内容

为了克服这些挑战，本发明的实施方案包括使用执行以下功能的一个或多个处理阶段或组件来处理流体样品的装置和方法：浓缩、稀释、脱盐或盐化、pH缓冲、非极性物质(脂质和洗涤剂)、过程中需要试剂(例如ELISA)的试剂递送以及对流体样品的加热或冷却。这些方法和装置也可能用于环境监测应用。流体样品可以包括关于污染物、杂质、毒素、细菌/藻类生长或其组合的生物流体样品、水样和食品加工样品。所述方法和装置也可以用于监测流体食品加工样品，其中必须监测变应原或病原体，而传统的监测方法面临类似的挑战。

本发明的实施方案也涉及连续流应用，其中对流体样品进行改性之后再将其用于后续步骤。在这类情况下，不仅采样流体样品，而且完全改性流体样品。示例性连续流应用包括化学处理应用，其中内联系统在下游反应之前制备原料。简明起见，如本文所用，“流体样品”是指感测前要改性的更大流体的子集和/或为下游使用而要完全改性的流体。流体样品可以是生物流体样品，包括但不限于血液、汗液、唾液、泪液和尿液。此外，流体样品可以是来自水源的流体，诸如废水、饮用水和天然水体。另外，流体样品可以是食品加工样品。尽管下述实施方案是针对处理生物流体样品，但应认识到，本发明的实施方案可用于其他流体样品。

附图说明

图1是根据本发明实施方案的装置能够对生物流体样品进行pH缓冲的剖视示意图。

图2是根据本发明实施方案的装置能够对生物流体样品进行盐化或缓冲的剖视示意图。

图3是根据本发明实施方案的装置能够对生物流体样品进行脱盐的剖视示意图。

图4A是根据本发明实施方案的装置能够对汲取溶液的浓度变化进行控制的剖视示意图。

图4B是图4A的装置在施加电压之后的剖视示意图。

图5是根据本发明的实施方案的装置的剖视示意图，示出与图4A相比的替选电极配置。