用于电化学检测系统的多功能传感器的制造方法
【专利说明】用于电化学检测系统的多功能传感器
[0001]交叉引用
[0002]本公开要求2013年I月30日提交的，并且题为“Mult1-Funct1nal Sensor forAn Electrochemical Detect1n System”的美国临时申请序号61/758，567的优先权，通过引用而整体地将其并入本文。
技术领域
[0003]本发明一般地涉及用于进行电化学分析的电化学检测系统，并且更特别地涉及一种电化学检测系统，其包括遍及一个或多个检验协议(assay protocol)的执行而有效的(active) 一个或多个传感器，以接收与检验协议的执行相关的几乎恒定的实时质量控制反馈。
【背景技术】
[0004]电化学是研究在溶液中电子导体和电解质的界面处发生的化学反应的化学分支。反应可以涉及电子导体和电解质之间的电子转移。例如，电子导体可以是包括金属或半导体的电极。
[0005]在一些情况下，上面讨论的化学反应可以通过施加外部得到的电压或者化学反应创建的电压来驱动。在这些情况下，这些化学反应已知为电化学反应。此外，在电子在一个或多个分子之间转移的情况下的一些化学反应被称为氧化/还原或者氧化还原反应。通常，电化学涉及氧化和还原反应在空间或者时间上分离的情况，并且通过可以用来理解该反应的外部电路连接。
[0006]可以在一次性盒(disposable cartridge)中进行一些电化学分析，其可以包括被一个或多个传感器监测、检测或定量的用于诱导电化学反应的试剂。一些传统的盒可被配置成操作性地接合(engage)发起协议的读取器设备，例如通过盒的机械致动。此外，读取器设备可接收数据信号，其能够被处理而产生盒内发生的反应的测试结果。
[0007]具有或不具有盒的许多传统系统使用用于质量控制和质量保证的无源系统。例如，一些系统依赖读取器设备来监测系统内的功能和检验执行期间的质量控制检查。此外，在一些传统的系统中，仅仅在执行检验的开始和结束时执行这些检查，并且几乎不在检验本身期间进行监测。因此，一些传统检验并未被正确地监测，并且在检验的执行期间不能保持严格的质量控制。
[0008]此外，至少一些传统系统不包括能够在检验执行期间监测物理事件的传感器。例如，一些传统的传感器并未被配置成检测在系统内发生的物理事件(例如流体前缘)，以使得用户和系统能够监测检验的进展并保证部件正确地起作用并被校准。
【发明内容】
[0009]电化学检测系统的实施例包括用于执行至少一个检验协议的平台。平台包括具有至少一个传感器的流通池(flow cell) ο此外，传感器可以与能够至少部分地控制检验协议的执行的读取器通信。在检验协议的整个执行期间，例如从开始直到检验完成为止，传感器检测流通池内的物理事件和流通池内包含的分析物的电化学状态。特别地，在检验协议的整个执行期间，传感器将关于物理事件或流通池内物质的电化学状态的数据发射到读取器。例如，传感器被配置成检测流通池内流体的存在或者不存在，或者流通池内的一个或多个气泡的存在。在一个方面，传感器还可以将关于物理事件或电化学状态的信息发射到读取器，由此使得读取器能够记录流通池内的变化，以用于质量保证或质量控制。
[0010]在一个方面，平台还包括与流通池进行选择性流体流动连通的空气源。空气源被配置成向流通池提供一定体积的空气以在检验协议的执行期间清洗传感器。例如，在一个实施例中，与平台一起使用的唯一清洗剂可以是一定体积的空气，排除其它的清洗剂。
[0011]电化学检测系统包括盒和读取器。盒包括至少一个可激活的容器。在一个方面，至少一个容器包括将作为清洗剂使用的一定体积的空气。盒还可以包括至少一个流体通道，其可以选择性地与至少一个流通池进行流体流动连通。此外，至少一个传感器可以操作性地与每个流通池相关联，以用于在检验协议的执行期间检测反应。传感器检测物理事件或流通池内的电化学状态。此外，传感器可以被配置成检测流通池内流体的存在或不存在，或者流通池内一个或多个气泡的存在。
[0012]此外，读取器可适于操作性地接合到盒，以用于发起检验协议的执行。在一些方面，传感器将关于物理事件和电化学状态的信息发射到读取器。此外，读取器能够至少部分地基于关于物理事件和电化学状态的信息来控制检验的执行。在一个方面，读取器包括接合至少一个容器的至少一个机械致动器。
[0013]电化学检测系统包括用于执行检验的方法。方法包括提供至少部分地设置在流通池内的至少一个传感器。此外，方法还包括提供与传感器通信的读取器。在一个方面，方法包括使用传感器检测流通池内的一个或多个物理事件，以及与传感器实质上接触的任何物质的电化学状态。在检验的整个执行期间，传感器连续地将关于流通池的电化学状态和物理事件的信息发射到读取器。此外，传感器还被配置成检测流通池内流体的存在或不存在，或者流通池内一个或多个气泡的存在。
[0014]方法还包括将样本引入到流通池中，使得样本接触传感器的至少一部分，并将一定体积的空气引入到流通池中。例如，一定体积的空气可以被用来清洗流通池和传感器，并且从流通池去除样本。此外，读取器可以被配置成至少部分地基于从传感器接收的关于流通池的电化学状态和物理事件的信息来控制检验的执行。
[0015]将在接下来的描述中阐述另外的目标、优点和新颖的特征，或者在检查附图和接下来的详细描述时，其对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
【附图说明】
[0016]图1是图示出电化学检测系统的不同部件的简化框图。
[0017]图2是示出盒和读取器布置的简化图示。
[0018]图3是盒中使用的用于电化学检测的传感器布置的顶视图。
[0019]图4是用于电化学检测的盒中使用的传感器布置的另一实施例的顶视图。
[0020]图5是图3中示出的传感器布置的分解图。
[0021]图6是操作性地接合到流通池的传感器的平面图。
[0022]图7A-7C是电化学检测系统的实施例的使用的图像。
[0023]图8是示出图7A-7C中所示的使用期间的以毫伏为单位的电势值的线图。
[0024]图9是示出电化学检测系统的实施例的使用期间以毫伏为单位的电势值的线图。
[0025]图10是图9中所示的数据的一阶导数的图。
[0026]在附图的视图之中，相应的参考字符指示相应的元件。图形中使用的标题不应被解释成限制权利要求的范围。
【具体实施方式】
[0027]参考附图，图1中将电化学检测系统的实施例示出并一般性地指示为10。电化学检测系统10提供了用于当操作性地接合到读取器14时在单一的一次性盒12上进行至少一个检验协议的装置。此外，电化学检测系统10可以包括至少一个读取器14，其操作性地与虚拟实验室(virtual lab) 16进行通信，以用于传送数据，例如读取器14和与虚拟实验室16相关联的远程服务器18之间的测试结果或校准信息。如下面更详细地描述的，电化学检测系统10的一些实施例可以包括一个或多个传感器28。在一些实施例中，传感器28可以在至少一个检验协议的最后阶段期间是有效的，以帮助读取或者以其它方式估计检验的结果。
[0028]在一些实施例中，传感器28可以遍及至少一个检验协议的执行而是有效的，以估计和/或监测传感器28的本地环境内的任何变化，例如物理、电气、化学变化等。因此，可以在至少一个检验协议的执行期间收集基本或完全的实时数据以监测质量控制标准，从而保证准确和灵敏的结果。
[0029]如图2中所示，每个读取器14可以包括具有控制面板48的读取器主体36，其在相应的盒12操作性地接合到读取器14时允许用户执行至少一个检验协议。在一个实施例中，读取器14可以包括第一插接站(docking stat1n) 52和第二插接站54，以用于相应的盒12与读取器14的操作性接合，然而读取器14的其它实施例可包括用于接合任何数目的相应盒12的一个或多个插接站。读取器14可进一步包括充当用户接口的屏幕50和通信部件(未示出)，其允许读取器14通过远程服务器18操作性地与虚拟实验室16通信。
[0030]参考图3、4和6，传感器28可以操作性地接合到流通池以检测由检验协议的执行创建的反应。在一个实施例中，传感器28可以具有四电极布置，其由工作电极162，第一和第二工作校准电极164和166，以及参考电极168构成。电极162、164、166和168被接合到导电连接到相应接触176的导电部分174，以与读取器14操作性地接合，以用于向处理数据的软件部件19提供来自被传感器28检测的信号。
[0031]在一个方面，传感器28可以使用三步过程来构建。在第一步中，将四个层丝网印刷到绝缘塑料背衬180的柔性片材上。第一层包括导电性银轨迹，后面是银/氯化银(Ag/AgCl)参考电极168的第二层。由碳工作电极构成的第三层被丝网印刷在每个导电银轨迹的部分上，并且然后介电绝缘层178的第四层被施加在不同于包含工作电极