本申请依据并要求于2016年2月9日提交的美国临时专利申请no.62/293,120的优先权，将其全部内容通过引用合并于此。
本申请涉及测试血液样本的设备和方法。更具体地，本申请涉及用于确定从患者获得的血液样本的凝结能力的设备和方法。本申请还涉及用于确定凝结血液样本粘附到接触结构的能力以及用于可靠地诊断特定血液病症的设备和方法。
背景技术
血液凝固(血栓形成)的过程导致血液凝结并且涉及受包括裂解下游蛋白质的酶的因素影响的凝血级联(coagulationcascade)。保持适当的凝血平衡是至关重要的。影响患者的血液凝固的疾病能够导致不受控制的出血(失血)或不受控制的凝血(血栓形成)，这会阻止血液流向诸如心脏或大脑的重要器官。例如当用阿司匹林治疗心脏支架患者时，为了治疗可以改变凝血。
测试可用于评估凝血系统在哺乳动物血液中的功能。常用的测试证实了裂解酶过程的各个部分的功能，诸如凝血酶原时间(pt)和部分促凝血酶原激酶时间。测试凝血系统的替代的方法是血栓弹性描记法(“teg”)，该方法由trapani,l.,在2013年1月的麻醉学杂质的“血栓弹性描记法：目前的应用，未来的方向”中说明。teg方法包括血液样本在比色皿中绕细导线湿润部分或探针转动以测量凝块形成、凝块强度和其它参数。测量比色皿绕探针的转动的阻力以检测血液凝块形成。
除了产生血纤蛋白的凝结酶级联之外，凝血还受血小板功能的影响。血小板功能包括信号传导、表面粘附和凝块收缩。血液凝块必须粘附到血管壁的表面以减缓出血并最终止血。凝块的收缩增加了其密度，使其能够阻碍血液流动。
期望的是，测量血液的表面粘附和收缩功能以区分正常(normal)的止血和疾病状态，并且识别这些病症允许适当地应用治疗。
附图说明
图1是由凝结血液样本对与凝结血液样本被动接触的探针的湿润部分施加的向下指向的位移力的图示。
图2是本发明的用于确定血液样本凝结的能力的设备的实施方式的图示。
图3是图2的设备的在支撑设备的探针的湿润部分的弹簧元件通过由血液样本施加于探针的湿润部分的向下收缩的位移力而从初始构造变形之后的图示。
图4是本发明的用于确定血液样本凝结的能力的设备的替代实施方式的图示，其中该设备具有布置成悬臂模式的探针的一体式弹簧元件。
图5是图4的设备的在探针的支撑设备的探针的湿润部分的支撑臂通过由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下指向的收缩位移力而从图4的初始未偏移位置以悬臂模式弹性地向下偏移之后的图示。
图6是用于确定血液样本凝结的能力的设备的替代实施方式的图示，其中该设备具有以初始构造布置于探针和探针支撑件之间的外部弹簧元件。
图7是图6的设备的在支撑设备的探针的支撑臂的外部弹簧元件通过由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下收缩的位移力的施加而从初始构造弹性变形之后的图示。
图8是用于确定血液样本凝结的能力的设备的实施方式的立视图，该设备包括可变电容位移传感器。
图9是图8的设备的可变电容位移传感器的一部分的放大图，示出了支撑于位移传感器的移动组件的一对相邻的翅片和布置于位于初始位置的移动组件的翅片之间的支撑于位移传感器的静止组件的翅片。
图10是图9的在移动组件的一对翅片通过由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的收缩力而相对于静止组件的翅片向下位移之后的放大图。
图11是图8的位移传感器的一部分的放大图，示出了布置于多个探针支撑件和位移传感器的移动组件的中央杆之间的弹簧元件。
图12是图11的弹簧元件的在由将凝结血液样本(未示出)引入图8的设备的凹槽(未示出)中以及为了使弹簧元件弹性变形而由凝结血液样本施加于探针的湿润部分(未示出)的收缩位移力而导致的弹性变形之后的图。
图13是用于确定血液样本凝结的能力的设备的替代实施方式的立视图，该设备包括可变电容式位移传感器的替代版本。
图14是图13的设备的可变电容位移传感器的一部分的放大图，示出了在向下延伸的移动翅片和向上延伸的移动翅片支撑于位移传感器的移动组件的情况下，一对向上延伸的静止翅片以及相邻的一对向下延伸的静止翅片支撑于位移传感器的静止组件的横向支撑件。
图15是图14的在移动组件的向上延伸的翅片和向下延伸的翅片由于凝结血液样本(未示出)施加于探针的湿润部分(未示出)的位移力而向下位移到位移位置之后的放大图。
图16是一个弹簧元件和图13的设备的支撑可变电容位移传感器的中央杆(未示出)的一对探针支撑件的放大图。
图17是图16的弹簧元件的在通过由引入设备的凹槽(未示出)中的凝结血液样本施加于探针的湿润部分(未示出)的位移力而偏移之后的放大图。
图18是用于支撑本发明的设备的实施方式的湿润构件的弹簧元件的放大图，该弹簧元件具有用于适应弹簧元件的由施加于探针的湿润部分的位移力而导致的偏移的枢转探针支撑件。
图19是图18的弹簧元件的在弹簧元件的偏移引起枢转探针支撑件从探针支撑件的初始位置转动之后的放大图。
图20是本发明的用于确定血液样本凝结的能力的设备的替代实施方式的平面图，该设备包括涡电流式位移传感器。
图21是可以用于本发明的设备的实施方式中的类型的一对相对的悬臂弹簧元件的图示。这些弹簧元件被图示为在由弹簧元件支撑的探针的湿润部分的向下位移之前的初始位置。
图22是图21的一对相对的悬臂弹簧元件的在悬臂弹簧元件以如下方式弹性变形之后的图示：图23的金属靶通过由凝结血液样本(未示出)施加于设备的探针的湿润部分(未示出)的位移力而相对于线圈支承件向下位移。
图23是图20的设备的实施方式的立视图，示出了布置于线圈和线圈支撑件下方并且紧邻线圈的金属靶，使得由于来自联接至线圈的电流源的电流所产生的涡电流由于金属靶接近线圈而被影响。
图24示出了本发明的设备的实施方式的探针，该探针具有由界面下方的血液样本接触的外表面和湿润部分。
图25示出了本发明的设备的实施方式的探针，该探针具有浸入界面下方的血液样本的外表面和湿润部分。
图26示出了本发明的设备的实施方式的探针，该探针具有浸入界面下方的血液样本的波纹形外表面和湿润部分。
图27示出了本发明的设备的实施方式的探针，该探针具有浸入界面下方的血液样本的锥形外表面和湿润部分。
图28是本发明的包括布置于基底的凹槽、用于支撑凹槽内的探针的夹头以及光学仪器式位移传感器的设备的实施方式的立视图。
图29是图28的凹槽以及在悬臂探针被支撑于凹槽内的情况下布置于凹槽中、在凹槽和血液样本之间的瓶的放大截面图。
图30是本发明的设备的实施方式的立体图，该设备具有悬臂探针支撑件、可释放地支撑悬臂探针的导线部分的夹头、其中包围瓶(未示出)的凹槽以及微机电(mems)装置式位移传感器，该微机电(mems)装置式位移传感器与探针的导线部分接合并将与感测到的探针的位移相对应的信号提供给压电可调节定位台。
图31是图30的设备的实施方式的探针的导线部分的推导出的位移相对于由压电可调节定位台感测到的位移的曲线图。
图32是在本发明的设备的实施方式中分析的人体全血样本的由图31的mems设备产生的用于表示由收缩血液样本施加于探针的湿润部分的力的收缩信号相对于时间(秒)的图。
图33是由布置于板和图29示出的设备的实施方式的下部构件之间的凝结血液样本施加于探针的湿润部分(形状如图29所示的板状)的力(微牛顿)相对于时间(秒)的图。
图34是包含影响血液样本的凝结的不同成分的血液样本的由凝结血液样本施加于探针的力相对于时间(秒)的图。
图35是示出用不同血小板计数的贫血小板血浆稀释血小板计数为195,000血小板/μl的人体全血样本的效果的图。
图36是应力相对于应变的图，表示凝结人体全血样本的弹性模量。
图37是示出本发明的设备的实施方式的用于描绘由不同浓度的叠氮化钠引起的人体全血中代谢功能障碍的能力的图。
图38是示出本发明的设备的实施方式的用于描绘由与图37有关的以上说明的不同浓度的叠氮化钠引起的富血小板的血浆中代谢功能障碍的能力的图。
图39是示出本发明的设备的实施方式的用于描绘由不同浓度的细胞松弛素d引起的人体全血中代谢功能障碍的能力的图。
图40是示出本发明的设备的实施方式的用于描绘由不同浓度的氰化物引起的人体全血中代谢功能障碍的能力的图。
图41是示出发明的设备的实施方式的用于描绘由不同浓度的四唑引起的人体全血中代谢功能障碍的能力的图。
图42是示出本发明的方法的实施方式的步骤的高级流程图，该方法用于检测施加于具有与从患者获得的血液的样本接触的湿润部分的探针的收缩力的减小。
技术实现要素：
本发明的一些实施方式涉及用于测量血液样本中的凝结的设备，该设备包括用于接收血液样本的凹槽、在探针的第一端处的支撑臂处连接到相对于凹槽固定就位的探针支撑件且具有第二端的探针，该第二端具有将与待被测试的血液样本接触的湿润部分。探针支撑件支撑至少部分位于凹槽内以接触接收在凹槽中的用于测试的血液样本的探针的湿润部分。
引入凹槽中的血液样本接触探针的湿润部分。探针是被动的；也就是，探针未被驱动以相对于凹槽转动、往复运动或摆动，并且引入血液样本用于测试的凹槽不会相对于探针转动、往复运动或摆动。在引入凹槽中的不流动的血液样本内形成血液凝块，然后使凝结血液样本粘附到所接触的探针的湿润部分，并且在血液样本凝结时血液样本收缩。血液凝块粘附到与血液样本接触的探针的湿润部分可归因于在凝结血液样本中形成的血纤蛋白，并且血液凝块的收缩由凝结血液样本中存在的血小板所驱动。由于血液样本的凝结，血纤蛋白粘附到凹槽的内表面并粘附到与血液样本接触的探针的湿润部分的外表面。当血小板收缩时，收缩的血小板拉动血纤蛋白以对探针的湿润部分施加向下指向的位移力。该向下指向的力被通过探针传递到探针支撑件。应理解，必须向探针施加相等且相反的向上指向的力，以平衡由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下指向的位移力。由于施加于探针的湿润部分的位移力的应用，探针的湿润部分相对于探针支撑件在凹槽内向下位移。能够光学地、视觉地和/或电子地检测探针的湿润部分的位移的大小，并且可以观察、测量和/或将该位移与引入凹槽中的血液样本的凝结能力相关联。
应理解，本发明的优选实施方式包括用于测量由凝结血液样本施加的向下的力引起的探针的湿润部分的位移大小的多个电子装置。包括在本发明的设备和方法的这些优选实施方式中的特定电子装置提供了改进的灵敏度和精度，并且使得设备的实施方式能够有利地小型化。虽然以下结合本发明的设备和方法的实施方式说明了光学位移传感器、可变电容位移传感器、微机电装置式位移传感器和变化涡电流位移传感器，但应理解，可以使用其它电子装置检测和/或测量由于与凝结血液样本接触而引起的探针的湿润部分的位移。
在本发明的设备和方法的一个实施方式中，在探针的湿润部分和探针支撑件之间布置有一个或多个弹簧元件。在本发明的设备或方法的实施方式中使用的弹簧元件响应于由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下指向的位移力而根据弹簧常数弹性地变形。在本发明的设备的一些实施方式中，在探针的湿润部分和探针支撑件之间布置有多个弹簧元件。多个弹簧元件可以响应于由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下指向的位移力而根据它们共同的弹簧常数一起弹性地变形。在本发明的设备的实施方式中能够布置于探针的湿润部分和探针支撑件之间的弹簧元件包括但不限于可以被称为螺旋弹簧的盘簧、梁簧、悬臂弹簧和折叠悬臂弹簧以及可以与探针成为一体的弹簧，诸如悬臂弹簧元件。应理解，替代的弹簧元件还能够使用捕获的气体体积来临时存储能量，同时对探针的湿润部分的位移提供可预测的和可确定的阻力。本文所使用的术语弹簧元件包括用于存储能量并由于在弹簧元件内存储能量而产生一些相关量的弹性变形的所有机械装置。
本发明的设备和方法的实施方式可以包括使用用于测量探针的湿润部分的因为由凝结血液样本施加于湿润部分的向下指向的位移力而产生的位移的装置。在本发明的设备和方法的一个基础实施方式中，光学仪器位移传感器布置于探针的侧方。可以提供例如但不限于发光二极管(led)的光源以使光学仪器位移传感器能够用于观察和测量探针的湿润部分相对于诸如探针支撑件或凹槽的固定物体的偏移和/或位移。能够测量弹簧元件相对于探针支撑件的偏移，并将其与由血液样本的凝固作用施加于探针的湿润部分的位移力相关联。在本发明的设备的另一实施方式中，光学仪器可以与激光光源一起使用，以在由凝结血液样本施加位移力之前和之后照射(impinge)探针的一部分。在本发明的设备的另一基础实施方式中，光学仪器和激光光源可以与一个或多个镜子一起使用，以反射和重新导向来自激光光源的激光，以放大探针的位移从而能够改进测量精度。
本发明的设备和方法的一个实施方式包括接收血液样本的凹槽、相对于凹槽固定就位的探针支撑件、联接在探针支撑件和支撑在凹槽内的探针的湿润部分之间的弹簧元件以及布置于探针的湿润部分和弹簧元件中的至少一者的侧方的光学仪器位移传感器，其中将一定体积(avolumn)的血液样本引入到凹槽中湿润了探针的湿润部分的外表面，并且其中血液样本内的凝结对探针的湿润部分施加了向下指向的位移力，导致了引起弹簧元件变形的探针的湿润部分相对于探针支撑件的位移。使用光学仪器位移传感器测量探针的湿润部分的位移，并将测量的位移与血液样本的凝结能力相关联。
本发明的设备和方法的一个实施方式还包括具有内表面的凹槽，该内表面被处理和/或调节为促进和损害凝结血液样本在其凝结时粘附到凹槽的内表面中的一者。例如，而不以限制的方式，本发明的设备和方法的实施方式可以包括具有内表面的探针的湿润部分，该内表面被制造、成形、处理和/或调节以促进血液样本在其凝结时粘附到探针的湿润部分。作为另一示例，本发明的设备和方法的实施方式包括为表面提供起伏和/或粗糙度的凹槽的内表面，以促进凝结血液样本粘附到凹槽。由于在凹槽内部的粗糙或起伏表面，凝结血液样本可以保持粘附于凹槽并且可以使得由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的位移力最大化。
本发明的设备和方法的另一实施方式包括具有内表面的凹槽，该内表面被处理和/或调节为限制凝结血液样本在其凝结时粘附于凹槽的内表面。例如，本发明的设备和方法的实施方式可以包括被制造、处理和/或调节为提供非常光滑的表面的凹槽的内表面，沉积到凹槽中的凝结血液样本可以粘附到该表面上。由于凹槽内部的光滑表面，凝结血液样本可以粘附到探针的湿润部分和凹槽的内表面两者，并且凝结血液样本可以在血液凝块和探针的湿润部分之间作用的收缩力克服凝结血液样本粘附到凹槽的光滑内表面的能力的点处从凹槽的内表面分离。如果足够，这些收缩力可以使血液凝块突然从与凹槽的光滑内表面的粘附位置朝向与凝结血液样本接触的探针的湿润部分位移。应理解，能够测量并关联血液凝块从凹槽的光滑内表面分离的力和/或位移的测量，以提供血液样本在凝结期间粘附到具有已知粗糙度的表面的能力的指示。本发明的设备和方法的该实施方式对于测试血液中的纤维蛋白原在凝结期间粘附到结构上的能力能够特别有用。
应理解，在本发明的设备和方法的实施方式中，如同探针的湿润部分的外表面，可以制造、处理或调节凹槽的内表面以增强凹槽和探针的湿润部分对于在血液样本上进行的测试的类型和模式的适用性，并且这些部件可以适于一起使得能够测试血液凝块产生并施加最大的位移力(例如调节探针的外表面和/或凹槽的内表面以促进凝结血液样本的粘附)或测量血液凝块粘附到结构上(例如调节探针的外表面和/或凹槽的内表面以促进粘附的突然失效并从凝结血液样本释放部件)的能力。
本发明的设备的一个实施方式包括具有径向扩大的湿润部分的探针，以增强由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下指向的位移力。本发明的设备的一个实施方式包括具有径向扩大部分的探针的湿润部分，该部分的形状是球根状、盘形(板形)、圆形和截头锥形中的一种。
本发明的设备的一个实施方式包括与探针成一体的弹簧元件。探针可以包括作为以悬臂模式从探针支撑件延伸的支撑臂的导线部分。在该实施方式中，可以被称为支撑臂的导线部分通过由凝结血液样本施加于探针的湿润部分的向下指向的位移力以悬臂模式偏移。本发明的设备的一个实施方式包括探针支撑件，该探针支撑件具有以悬臂模式从探针支撑件延伸到探针的非线性部分或角部分的导线部分或支撑臂，该非线性部分或角部分位于引入血液样本的凹槽上方。非线性部分或角部分位于探针的湿润部分和探针支撑件之间。用作一体式弹簧元件的导线部分或支撑臂根据由引入凹槽中的凝结血液样本施加于探针的湿润部分的位移力的大小以悬臂模式变形。
本发明的设备的一个实施方式包括具有更加刚性的导线部分或支撑臂的探针支撑件，该导线部分或支撑臂具有诸如布置于导线部分或支撑臂与探针的湿润部分之间的铰链的枢转构件。该刚性导线部分或支撑臂不与弹簧元件成一体，因为支撑臂能够通过对探针的湿润部分施加的力而从初始形状偏移，并且该设备可以包括布置于探针和探针支撑件之间的外部弹簧元件。
本发明的设备的一个实施方式包括布置于连接到探针支撑件的托盘或基底上或者布置于托盘或基底内的凹槽。托盘或基底能够支撑设备的其它部件，并且托盘或基底能够包括与托盘一体的凹槽，用于接收引入的血液样本。本发明的设备的其它实施方式可以包括具有多个插入件的凹槽，该插入件具有不同的内表面粗糙度、不同的内表面或表面处理或为了调节凹槽而施加的不同的表面剂。
本发明的设备的一个实施方式包括具有弹性柔性支撑臂的探针支撑件，该弹性柔性支撑臂具有联接或连接到探针支撑件的静止的第一端和在凹槽上方延伸以支撑在凹槽内部的探针的湿润部分的可移动的第二端。优选为导线部分的柔性支撑臂本身是弹簧元件(一体式弹簧元件)，使得由凹槽中的凝结血液样本对探针的湿润部分施加的位移力使支撑臂的至少一部分从初始位置和形状偏移到偏移位置和弹性变形形状。本发明的设备的一个实施方式包括可枢转地联接到探针支撑件的支撑臂的探针的湿润部分，该探针支撑件的支撑臂由具有已知弹簧常数的导线部分制成。本发明的设备的一个实施方式包括由弹簧元件支撑的探针的湿润部分，以抵抗由于引入凹槽的凝结血液样本的收缩而施加的位移力所引起的探针的湿润部分的向下位移。
本发明还包括测量血液凝结能力的方法。本发明的方法的一个实施方式包括设置用于接收血液样本的凹槽，设置相对于凹槽位于固定位置的探针支撑件，设置具有湿润部分的探针(其中外表面从探针支撑件支撑、湿润部分至少部分地位于凹槽内)，将弹簧元件布置于探针和探针支撑件之间并与探针成一体，将探针联接到弹簧元件和探针支撑件中的一者以支撑至少部分地位于凹槽内的探针的湿润部分，将诸如光学仪器的位移传感器布置于弹簧元件和探针中的一者的侧方，将一定体积的血液样本引入到凹槽中以湿润探针的湿润部分的外表面，并使用光学仪器测量由于对探针的湿润部分施加的位移力引起的以及由于凝结血液样本的收缩引起的探针的位移，其中测量的探针的位移表示血液样本的凝结能力。替代地，位移传感器可以是与探针的一部分接合、测量探针的一部分的位移并产生与感测到的位移相对应的信号的微机电装置位移传感器。
本发明的设备和方法的实施方式提供血液中血小板活性的可靠且准确的测量。测量血小板活性的能力为具有引起血液凝固功能异常的病症的患者提供了临床上显著的意义。例如，但不以限制的方式，测量血小板活性的能力能够用于指导大出血患者的血液制品管理，用于告知患有冠状动脉疾病的患者药理计划或用于表征例如阿司匹林的临床相关抗血小板药物的效果，并且能够限定个体患者对这些药物的反应或当停止给这些药物时患者的恢复状态。本发明的设备和方法的实施方式使得能够测量和表征在血液凝结过程中的能量转换和由血小板产生的力。
本发明的设备和方法的实施方式还被用于确认已知与血液凝固相关的基本性质。血小板能量学提供了独特的生物信号，这些信号在过去被证明是难以测量的。可以使用本发明的设备和方法的实施方式识别、表征和精确地测量这些独特的生物信号，并且该信息能够用于可靠地识别加速或抑制血小板新陈代谢的化合物或疗法，促进更好地理解测量的例如血小板呼吸和氧气消耗的能量信号。该信息能够易于翻译以表征患者的系统生理学，并且该信息是全身线粒体健康和血小板能量学的可靠的指标。
本发明的设备和方法的实施方式还可以用于提供对患者的脓毒症、其它病症的发展的早期诊断。更具体地，本发明的设备和方法的实施方式可以用于检测在从感兴趣的患者获得的血液样本的凝固期间引起的能量转换的减少和引起的收缩力的减小。
本发明的设备和方法的其它实施方式提供了对患者的脓毒症的诊断。例如，但不以限制的方式，本发明的方法的实施方式包括以下步骤：1)从患者获得血液样本；2)使用本发明的设备和方法中的一者的实施方式用于测量从患者取得的凝结血液样本中产生的力；3)将在血液样本中检测到的测量力与先前从患者获得的血液样本和从已知没有脓毒症或影响凝结的其它线粒体功能障碍的不同的患者获得的血液样本中的一者中检测到的测量力进行比较；以及4)检测血液样本在由于血液凝固而引起的收缩期间产生力的降低的能力。如果用于在由于血液凝固而引起的收缩期间产生力的检测到的血液样本的降低的能力表明在由于血液样本的凝固引起的收缩期间在从感兴趣的患者取得的血液样本内产生的力的量的充分减少，则患者能够被诊断为脓毒症。
本发明的设备和方法的其它实施方式提供了对感兴趣的患者的脓毒症、线粒体功能障碍或线粒体病症的诊断。例如，但不以限制的方式，本发明的方法的实施方式包括以下步骤：1)从患者获得血液样本；2)使用本发明的设备和方法中的一者的实施方式来测量从患者取出的凝结血液样本中产生的力；3)将在血液样本中检测到的测量力与先前从患者获得的血液样本和从已知没有线粒体功能障碍和脓毒症的不同的患者获得的血液样本中的一者中检测到的测量力进行比较；以及4)检测由于从患者取得的血液样本的凝固所引起的收缩期间产生的力与在先前从患者获得的血液样本和从已知没有脓毒症和线粒体功能障碍的人体取得的血液样本中的一者的凝固期间产生的力相比较的减小。能够使用该方法的实施方式检测到的线粒体功能障碍病症包括但不限于癌症、神经变性、糖尿病和由诸如心肌梗塞和中风引起的那些局部缺血/再灌注损伤、急性炎症、慢性炎症、心源性休克、阿尔兹海默症、亨廷顿氏症、精神分裂症、偏头痛、帕金森氏症和唐氏综合症。
容易获得少体积的患者的血液，与使用本发明的设备或方法的实施方式所需的少量时间相结合，允许医疗从业者在记录的时间内获得多个血液样本并检测、监测和量化预休克脓毒症的发展。另外，这些因素使得医疗从业者能够使用本发明的设备或方法的实施方式来检测、监测和量化患者的改善，因为检测到的和治疗的病症或疾病解决了例如但不限于脓毒症的非慢性病症。
虽然不受特定机构的限制，但本发明的设备和方法的实施方式使得能够确定血液样本凝固期间血小板产生的总能量，如由血小板收缩力引起的力波形的积分所示。更具体地，力曲线下的面积的确定表示由凝固的血液样本完成的机械功的量和所产生的能量。功-能量守恒原则适用于该系统，因为其以更熟悉和公知的机械功对弹性元件施加或通过弹簧元件完成机械等价物，并且通过其完成了化学能的化学等价物(三磷酸腺苷或“atp”)。能够使用机械功通过对弹簧元件从松弛模式供能到赋能模式或压缩模式以在弹簧元件内存储能量。在该能量转换中，功被转换为存储在弹簧元件中的势能，这引起弹簧元件内的能量增加。通过确定将所施加的力与弹簧元件的位移相关联的公式的积分能够量化施加于弹簧元件的功的量和所引起的存储在弹簧元件中的势能。在化学等价物中，atp的形成是由于血小板生成atp导致系统能量增加。
回到机械弹簧等价物，已知的是，施加于弹簧元件的功从松弛模式位移到偏移、压缩或赋能模式，其中弹簧元件具有线性弹簧常数，能够被确定为表示施加于弹簧元件的功的公式的积分。对于弹簧常数k，以牛顿每米(n/m)为单位，从松弛模式位移到偏移、压缩或赋能模式的施加于弹簧元件的功的量类似于由凝结血液样本的凝固引起的血小板产生的功的量。存储在弹簧元件中的功的量、由弹簧元件产生的功的量或由凝结血液样本的化学等价物产生的功的量能够根据测量的位移量x被确定为：
应理解，在本发明的设备或方法的实施方式的上下文中，位移是与凝结血液样本接触的探针的湿润部分的测量的运动。能够使用数值方法完成由凝结血液样本直接施加于探针的湿润部分的力对时间的积分。弹簧常数k取决于诸如梁簧中的弹簧梁的一个或多个弹簧元件的尺寸，并且是已知的。该积分表示在血液凝结的收缩阶段期间由给定的血液样本产生的能量的量，并且当通过血小板计数归一化时，产生了关于患者利用能量底物的整体能力的信息。因此，所说明的测量血小板收缩力的设备和方法的高灵敏度实施方式还能够用于在早期识别线粒体功能障碍或脓毒症。这在早期检测脓毒症和预休克病症中特别有价值。
脓毒症是目前在即将发生终末器官功能障碍之前难以诊断的血液病症。脓毒症是一种常见的健康疾病，治疗费用昂贵且往往致命。医院和医疗从业者经常使用算法来检测脓毒症的潜在发病情况，并且治疗方案通常要求医生记录患者的反应。这些算法通常基于患者的观察到的温度、血压、心率和呼吸频率。特别地，患者的呼吸频率是脓毒症状态的主要确定因素，并且是医疗从业者和大多数医院通常记录不足的可观察状况。结果，通常被认为是可观察到的脓毒症的早期适应症产生许多假阳性，而更具体的适应症均提供了非常迟的信号，这些信号可能在患者体内器官功能障碍发作后才得知。本发明的设备和方法的实施方式使得医疗从业者或医院能够获得患者的血液样本并快速且廉价地测试血液样本以检测脓毒症的发作，从而使得能够较早诊断和治疗每年导致至少500,000人以上死亡的病症。
本发明的设备和方法的实施方式的用于检测和测量患者血液样本中的血小板收缩力作为线粒体功能障碍的指标的能力已经通过测试得到验证，如以下更详细说明的，在该测试中将血小板暴露于不同浓度的诸如导致线粒体功能障碍的叠氮化钠的抑制剂。
除了其它优点之外，容易获得少量患者血液并结合快速使用本发明的设备和方法的实施方式的能力使得医疗从业者或医院能够在一定时间内获得多个样本、测试样本、并从而监测预休克脓毒症病症的发展或监测随着非慢性病症(例如但不限于脓毒症)消退的患者的改善。
血小板能量学和力学的确定提供了需要不同测量装置的独特的生物信号。实验已经证明加速或抑制血小板代谢的方法，从而促进将如血小板呼吸和氧气消耗的测量的能量信号的理解为患者的系统生理学指标和全身线粒体健康的生物标志物，包括但不限于在医院的脓毒症患者、低凝血患者和高凝血患者以及在家中的抗凝患者。然而，血小板能量学已被证明难以测量。使用该装置易于获得诸如血小板收缩力、收缩率或凝块弹性模量的血小板力学。血小板功能障碍通常被分类为如脓毒症的引起代谢障碍的疾病或如血管性血友病的引起机械功能障碍的疾病。
血小板能量学控制全身血小板功能和代谢供应和需求的平衡。血小板活化后发生的所有生物过程都是能量依赖性的，易受线粒体功能障碍或糖酵解的影响。如线粒体功能的能量过程的变化影响一系列可测量的信号。例如，叠氮化钠通过抑制电子传递链中的复合物iv来抑制氧化磷酸化的能量过程，导致测量的血小板呼吸的剂量依赖性降低。这种抑制模式与阿尔兹海默症相关，其中血小板线粒体中复合物iv的水平显著降低(参照例如血小板能量学和力学：m.j.george,c.e.wade,c.s.cox和b.s.gill的评论)。
具体实施方式
本发明的设备的实施方式能够用于确定血液样本凝结的能力，并且本发明的方法的实施方式能够用于确定血液样本凝固或凝结的能力。
哺乳动物血液通过形成聚合血纤蛋白网状物来凝结。诱导被称为血纤蛋白原的循环单体聚合成形成物理凝块的血纤蛋白。血纤蛋白彼此结合并形成血纤蛋白网状物或者血纤蛋白骨架。增加的血纤蛋白聚合导致凝结血液样本的粘度变化，并且随着血纤蛋白网状物结合的增加，凝块开始表现为固体复合物而不是表现为流体。当血液样本凝结时，血纤蛋白粘附到血液样本接触的结构的表面。血纤蛋白的粘附将血纤蛋白骨架结合到结构，并随着凝结的进行和血纤蛋白骨架的收缩。由于血纤蛋白骨架的收缩和血纤蛋白粘附到接触结构，会对已粘附有血纤蛋白的结构施加位移力。能够测量由血纤蛋白粘附到结构上所产生的位移力并将该位移力与血液样本凝结的能力相关联。
本发明的装置和方法的实施方式通过测量凝固期间血液样本的收缩期间产生的力的量来提供可靠的、可重复的血小板功能的测试，从而响应于由血小板数、抗血小板药物的存在或者个体患者血小板功能的表型差异引出的血小板功能的不同水平产生区别的临床信号。
尽管已经开发了其它“血小板测定法”，但大多数的临床应用受到限制。该情况的一个原因是试图用容易测量的量作为代用品替代全部血小板功能。传统地，出血时间是评估血小板功能的测试。使患者出血并将停止出血所需的时间认为是血小板功能的指标。目前存在几种定点照护(point-of-care)血小板测定法，例如利用激活后细胞计数的
还存在针对特定蛋白质或部分凝结过程的测定、例如gpiib/iiia受体结合，但没有单一的步骤给出凝块形成的复杂的时间演变过程的清楚的指示。
与这些可用的测试相反，本发明的设备和方法的实施方式提供了在血小板功能的整个激活和收缩阶段获得血小板功能的详细描述的方法。这些设备和方法可以使用药理学试剂激活凝结过程以获得更快速的结果，或者能够仅使用表面活化更缓慢地进行以开始凝结，来探索粘附对整体凝结功能的相对影响。本文提供的设备和方法的极高灵敏度允许检测通过当前可用的测试无法识别的功能上的微小差异。
这种创新方法改进了现有的血小板测定法，因为其允许凝块以生理学相关的方式表现，并且测量探针和弹簧允许肌动蛋白/肌球蛋白结构(machinery)收缩相对长的线性距离。血小板功能的所有三个方面(粘附、收缩、信号传导)都对最终结果有贡献，这提供了以非常高的灵敏度(即亚微牛顿灵敏度)产生的力基于时间的分布。
如临床上重要的出血所证明的，存在血小板计数可能是正常的但功能明显受损的多种疾病(诸如但不限于尿毒症、格兰兹曼血小板机能不全症等)。即使是正常人群也会对给定的抗血小板药物产生一系列反应；氯吡格雷
图1是通过凝结血液样本50收缩到与血液样本50接触的探针20的湿润部分24而如箭头25所示施加的向下指向的位移力的图示。可以将探针20的湿润部分24定位于凹槽30内，并且可以将血液样本50引入凹槽30中以与探针20的湿润部分24接触，用于测试血液样本50凝结的能力，或者可以将血液样本50引入凹槽30内，然后将探针20引入血液样本50中以湿润探针20的湿润部分24来开始测试。探针20的湿润部分24的范围取决于血液样本50的体积和血液界面52的高度。随着血液样本50的血小板在血液样本50的凝结期间收缩，血液样本50中形成的血纤蛋白粘附到凹槽30的内表面32并粘附到探针20的湿润部分24的外表面22。血纤蛋白粘附到凹槽30的内表面32和探针20的湿润部分24上，以及血液样本50的血小板的收缩，引起如箭头25所示的施加于探针20的向下指向的位移力。凝结血液样本50与凹槽30的内表面32和探针20的湿润部分24两者之间的这种相互作用引起施加于探针20的位移力。观察探针20的响应于所施加的位移力的位移并测量该位移，能够确定血液样本50凝结的能力。
图2是本发明的用于确定血液样本50的凝结能力的设备10的实施方式的图示。设备10利用接收在凹槽30中的凝结血液样本50(图2中未示出)与具有悬在凹槽30中并且被如图1所示的血液样本50接触的湿润部分24的探针20之间的相互作用。图2的设备10包括具有内表面32的凹槽30、相对于凹槽30固定的探针支撑件29、在探针20的至少一些湿润部分24悬在凹槽30内的情况下从探针支撑件29支撑的探针20。图2所示的本发明的设备10的实施方式还包括布置于探针支撑件29和探针20的湿润部分之间的弹簧元件35、布置于探针20侧方的光学仪器60位移传感器和布置于探针20的一部分上的刻度62，使用光学仪器60能够观察到刻度62。可选地，光学仪器60能够被支撑于如图2至图7所示的探针支撑件29。探针20还包括支撑臂28，以与弹簧元件35联接并支撑弹簧元件35，弹簧元件35转而支撑在凹槽30内的探针20的湿润部分24。图2的弹簧元件35具有初始长度36。可选地，设备10还可以包括在探针20的湿润部分24和探针支撑件29之间的角部分27。
图3是图2所示的本发明的设备10的实施方式的在将血液样本50引入到凹槽30中以接触探针20的外表面22的至少一些湿润部分24之后的图示。由于由凝结血液样本50向探针20的湿润部分24施加的沿箭头25方向的向下指向的位移力的作用，布置于角部分27下方的设备10的弹簧元件35被示出为从图2所示的初始长度36伸长到弹性变形长度37。引入到凹槽30中的血液样本50接触并且粘附到探针20的外表面22的湿润部分24并粘附到凹槽30的内表面32。随着血液样本50的凝结进行，血纤蛋白的粘附和凝结血液样本50的收缩赋予了将探针20的湿润部分24拉向凹槽30的内部32的位移力。弹簧元件35的从图2所示的初始长度36到图3所示的变形长度37的变形量是由血液样本50的凝结施加于探针20的湿润部分24的位移力的大小和弹簧元件35的弹簧常数的大小的函数。探针20的湿润部分24的尺寸、形状和表面积影响由血液样本50的凝结施加于探针20的湿润部分24的位移力的大小。可以使用光学仪器60位移传感器将探针20的湿润部分24的位移确定为初始对准刻度62和在探针20向下移位之后对准的刻度62之间的差。
图4是用于确定血液样本50的凝结能力的设备10的替代实施方式的图示。图4示出了包括具有内表面32的凹槽30和具有柔性支撑臂28a的探针20的设备10，其中柔性支撑臂28a以悬臂模式连接在探针支撑件29和支撑杆26之间。角部分27在支撑杆26和支撑臂28a之间布置于探针20内。可选地，图4所示的角部分27是当探针20的湿润部分24发生位移时，角部分27的角度适应性改变的枢转角部分。探针支撑件29相对于凹槽30固定，并且从柔性的悬臂支撑臂28a支撑的探针20悬在凹槽30内。探针支撑件29的柔性支撑臂28a支撑探针20，并且同时起到布置于探针20的湿润部分24和探针支撑件29之间的一体式弹簧元件的作用，因为柔性支撑臂28a通过由引入到凹槽30中的凝结血液样本50(图4中未示出)施加于探针20的湿润部分24的向下指向的位移力而从图4所示的原始位置以悬臂模式偏移。探针20的湿润部分24的侧方布置有光学仪器60，并且刻度62设置于探针20的能够使用光学仪器60被观察到的部分。应注意，从探针支撑件29延伸的柔性支撑臂28a的初始位置由虚线41表示。
图5是图4的设备10的在将血液样本50引入到凹槽30中以接触探针20的外表面22的湿润部分24之后的图示。引入到凹槽30中以将凹槽30填充到血液界面52的血液样本50的凝结引起沿箭头25方向施加于探针20和探针20的支撑杆26的向下指向的位移力，以使支撑臂28a向下偏移角度21。作为由虚线41表示的柔性支撑臂28a的初始角位置与由虚线42表示的支撑臂28a的偏移位置之间的角度差的角度21能够被测量并与柔性支撑臂28a的特性相关联，以确定由凝结血液样本50施加于探针20的位移力的大小。位移力的大小能够与血液样本50的凝结能力相关联。替代地，光学仪器60和探针20上的刻度62可以用于将探针20的湿润部分24的位移确定为初始对准刻度62和探针20移位之后与光学仪器60对准的相邻刻度之间的差。可选地，可以将诸如铰链的枢转角部分27布置于探针20的湿润部分24和支撑臂28a之间，以在支撑臂28a偏移角度21期间使探针20的湿润部分24的横向移动最小化。
在图4和图5所示的设备10的替代实施方式中，设备10的弹簧元件与探针支撑件29的支撑臂28a构成一体，并且由凝结血液样本50施加于探针20的湿润部分24的沿箭头25方向的位移力的作用产生了支撑臂28a的向下指向的偏移。
图6是用于确定血液样本50的凝结能力的设备10的第二替代实施方式的图示。图6示出了设备10，设备10包括具有内表面32的凹槽30、具有相对于凹槽30固定的刚性支撑臂28的探针支撑件29、从探针支撑件29悬挂以将湿润部分24布置在凹槽30内的探针20以及外部弹簧元件35，外部弹簧元件35布置于探针支撑件29和探针20之间，更具体地布置于弹簧元件35和探针20的附接端23之间。支撑杆26布置于探针20的湿润部分24和刚性支撑臂28之间。探针20的侧方布置有光学仪器60，并且能够使用光学仪器60观察布置于探针20的一部分上的刻度62。图6的设备10的实施方式的支撑臂28被枢转地联接以在弹簧元件35变形时绕着探针支撑件29的部分45枢转。弹簧元件35在其支撑凹槽30内的探针20的湿润部分24时具有初始长度36。可选地，在探针支撑件29和探针20的湿润部分24之间布置有诸如铰链的枢转构件27，以使探针20在凹槽30内的横向移动最小化。
图7是图6的设备10的在将血液样本50引入到凹槽30中直至血液界面52以接触探针20的外表面22的湿润部分24之后的图示。血液样本50的收缩和由此产生的血液样本50在凹槽30的内表面32的粘附施加了沿箭头25方向的向下指向的位移力。探针20的刚性支撑臂28响应于位移力而绕着探针支撑件29的部分45枢转，并且由于由凝结血液样本50对湿润部分24施加的位移力而使设备10的弹簧元件35从其初始长度36(示出在图6中)变形为变形长度37。弹簧元件35从如图6所示的原始长度36到图7所示的变形长度37的变形将是由凝结血液样本50的收缩施加于探针20的位移力、支撑臂28的发生枢转的部分45相对于角部分27和附接端23的位置以及弹簧元件35的弹簧常数的函数。替代地，可以使用光学仪器60将探针20的位移确定为初始对准的刻度62和在探针20位移之后与其对准的相邻刻度之间的差。探针20的尺寸和形状以及探针20的湿润部分24的尺寸还影响通过凝结血液样本50的收缩施加于探针20的力的大小。
将有利的是，用于测量血液样本50的凝结能力的设备10的实施方式是可便携且紧凑的。能够优化以上结合图2至图7说明的设备10的实施方式的部件以满足小型化的需要。还将有利的是，用于测量血液样本50的凝结能力的设备10的实施方式对于通过施加于探针20的力而位移的任何移动部件的非常小的位移力/位移高度敏感。以下说明的设备10的实施方式适于小型化并用于可靠地感测由凝结血液样本50施加的力引起的探针20的湿润部分24的位移。
图8是本发明的用于确定血液样本50的凝结能力的设备10的实施方式的立视图。图8的设备10包括：用于接收血液样本50的凹槽30、探针20、多个探针支撑件29和多个弹簧元件35，其中探针20和多个探针支撑件29之间具有腿部34。图8的设备10的实施方式包括布置于探针20和多个探针支撑件29之间的可变电容位移传感器33。可变电容位移传感器33包括移动组件71和一对静止组件81，其中移动组件71具有中央杆76，多个移动翅片72从中央杆76延伸，多个静止翅片82从一对静止组件81延伸。支撑于移动组件71的多个移动翅片72与支撑于一对静止组件81的多个静止翅片82以交叉配置的方式布置。将由正号98和负号99表示的电流施加于一对静止组件81。该配置产生在多个移动翅片72和多个静止翅片82周围的电场中暂时存储电能的电容器。影响由于所施加的电流产生的电场的因素包括：多个移动翅片72和多个静止翅片82的表面积、多个移动翅片72和多个静止翅片82的数量以及多个移动翅片72和多个静止翅片82之间的间隙的宽度。将理解，表面积越大，翅片的数量越多且间隙越小，对于给定电流的电容越大。
图8的可变电容位移传感器33是可变的，因为多个移动翅片72相对于相互交叉的多个静止翅片82的小的位移通过改变多个移动翅片72相对于多个静止翅片82之间的电子相互作用而改变了位移传感器33的电子行为，并且该改变能够被测量并与多个移动翅片72相对于静止翅片82的位移相关联。当导体上存在不可变电势时(例如当电容器连接在诸如电池的稳定的电势源时)，在电介质上产生电场，使正电荷“+”聚集于多个移动翅片72和多个静止翅片82中的一者，并使负电荷“-”聚集于多个移动翅片72和多个静止翅片82中的另一者。传感器33的电容性能由于多个移动翅片72和多个静止翅片82的位移而改变的测量能够与探针20的位移大小和血液样本50的凝结能力相关联。
图9是图8的设备10的可变电容位移传感器33的一部分的放大图，示出了支撑于移动组件71的两对相邻的移动翅片72，移动组件71位于位移传感器33的静止组件81上的一对相邻的静止翅片82之间，其中在初始位置中支撑于静止组件81的单个静止翅片82布置于各对移动翅片72的各个构件之间。图9示出了各个移动翅片72和相邻的静止翅片82之间的第一间隙83，以及各个移动翅片72的端部75与移动组件71的中央杆76之间的第二间隙84。
图10是图9的在移动组件71的一对移动翅片72通过凝结血液样本50(图10中未示出)向位移传感器33的探针20收缩而相对于静止组件81的静止翅片82位移之后的放大图。虽然静止翅片82的端部75和中央杆76之间的间隙84不会通过移动翅片72的移动而改变，但静止翅片82不再与相邻的移动翅片72等距，并且静止翅片82相对于相邻的一对移动翅片72的不对称位置分别由静止翅片82上方和下方的新间隙183和283表示。这种新的配置改变了可变电容位移传感器33的电子性能，以从可变电容位移传感器33的与图9中反映的多个移动翅片72和多个静止翅片82的位置相关的初始性能改变。能够测量位移传感器33的改变的电子性能并将其与产生该测量的变化的设备10的探针20的位移相关联。
图8所示的作为支撑设备10的可移动组件71的多个弹簧元件35为多个折叠梁弹簧。这些弹簧元件35配合以适应探针20的线性运动，从而防止移动组件71和静止组件81的部件之间的干涉或接触。
图11是图8的一部分的放大图，示出了布置于多个探针支撑件29和图8的位移传感器33的移动组件71的中央杆76之间的弹簧元件35。移动组件71的中央杆76连接到探针20。图11示出了弹簧元件35和由其支撑的中央杆76的初始位置。图11的弹簧元件35包括在各个探针支撑件29和稳定器37之间延伸的第一腿部38和在稳定器37和移动组件71的中央杆76之间延伸的一对第二腿部39。第一腿部38和第二腿部39两者均大致成直角地连接到稳定器37和中央杆76。
图12是图11的弹簧元件35的在将血液样本50(未示出)引入图8的设备10的凹槽30(未示出)中并由凝结血液样本50对探针20的湿润部分24(未示出)施加位移力之后的视图。连接到探针20的中央杆76沿箭头25的方向向下移位。第一腿部38和第二腿部39从它们先前的构造变形以适应中央杆76相对于探针支撑件29的移动。
图13是用于确定血液样本50的凝结能力的设备10的替代实施方式的立视图。图13的设备10包括：用于接收血液样本50直至血液界面52的凹槽30、以湿润部分22支撑于凹槽30中的探针20以及可变电容位移传感器33。可变电容位移传感器33包括具有连接到探针20的中央杆76的可移动组件71、从中央杆76延伸的多个侧向支撑件77、从多个侧向支撑件77向上延伸的多个移动翅片72、从多个侧向支撑件77向下延伸的多个移动翅片73以及布置于中央杆76和探针支撑件29之间的多个弹簧元件35。图13的设备10还包括静止组件81，静止组件81具有与移动组件71的向上延伸的翅片72相互交叉配置的多个向下延伸的静止翅片82以及与移动组件71的向下延伸的翅片73相互交叉配置的多个向上延伸的静止翅片83。将理解，移动组件71的向下指向的移动会将移动组件71的多个向下延伸的翅片73进一步插入到相对于静止组件81的多个向上延伸的翅片83的相互交叉位置中，同时，将移动组件71的多个向上延伸的翅片72从相对于静止组件81的多个向下延伸的静止翅片82的相互交叉位置撤出。移动组件71的移动对多个翅片重叠程度的这种不对称影响能够用于增强设备10的传感器33的对于探针20的移动的灵敏度。
图8和图13包括可变电容位移传感器33，其能够用于检测并测量由于将血液样本50引入凹槽30中而导致的探针20的位移。例如而不以限制的方式，这些实施方式中的可变电容位移传感器33可以以已知的电流被充电，能够测量获得预定电压所需的时间，并且该过程能够在探针20位移之前、期间和之后每秒重复几次，因为该过程受到了凝结血液样本50的收缩的作用。
图14是图13的设备的可变电容位移传感器33的一部分的放大图，示出了支撑于位移传感器33的移动组件71的侧向支撑件77的一对向上延伸的移动翅片72和相邻的一对向下延伸的移动翅片73，以及支撑于位移传感器33的静止组件81的向下延伸的静止翅片82和向上延伸的静止翅片84。向下延伸的静止翅片82布置于处于初始位置中的一对向上延伸的移动翅片72之间，向上延伸的静止翅片84布置于处于初始位置中的一对向下延伸的移动翅片73之间。
图15是图14的在移动组件71的向下延伸的移动翅片73由于凝结血液样本50(未示出)施加于探针20(未示出)的位移力而位移到位移位置之后的放大图。移动组件71相对于静止组件71的位移引起向上延伸的静止翅片84在处于相互交叉位置中的向下延伸的移动翅片73之间进一步延伸，并将向上延伸的移动翅片72从关于向下延伸的静止翅片82的跨越位置(straddlingposition)撤回。相对于图14所示的相对位置，向下延伸的静止翅片82的端部75与侧向支撑件77之间的间隙176较窄，并且向上延伸的静止翅片84和侧向支撑件77之间的间隙177较宽。
除了其它因素之外，可变电容位移传感器33的电容受到电容器的两个相邻翅片或板之间的表面积的量以及翅片或板之间的接近度的影响。图15示出了由于移动组件71所连接的探针20(未示出)的位移，向上延伸的移动翅片72和向下延伸的静止翅片82之间的重叠量或表面积是如何增加的，以及向下延伸的移动翅片73和向上延伸的静止翅片84之间的重叠或相邻表面积是如何减小的。这种配置对于在用于检测小的位移并产生与位移相对应的信号的位移传感器33中使用是特别有利的。应理解，为了利用该效果，可能需要使移动组件71分叉(未示出)，使得向上延伸的移动翅片72与向下延伸的移动翅片73绝缘。
图16是图13的支撑可变电容位移传感器33(未示出)的中央杆76的一个弹簧元件35的放大图。可变电容位移传感器33(未示出)的中央杆76被示出为在弹簧元件35的中心附近联接到弹簧元件35。图16所示的弹簧元件为梁弹簧。
图17是图16的弹簧元件35的在通过由引入设备10的凹槽30(未示出)中的凝结血液样本50(未示出)施加于探针20(未示出)的向下指向的位移力而偏移之后的视图。可变电容位移传感器33(未示出)的中央杆76被示出为在弹簧元件35的中心附近联接到弹簧元件35。图17所示的弹簧元件35为梁弹簧并且由枢转探针支撑件29支撑。
图18是图13的具有枢转探针支撑件29a以适应弹簧元件35的偏移的弹簧元件35的放大图。枢转探针支撑件29a被枢转以使探针支撑件29能够随着弹簧元件35发生偏移而转动。
图19是图18的弹簧元件35的在弹簧元件35偏移以引起枢转探针支撑件29a为了适应弹簧元件35的偏移而从其初始位置转动之后的视图。
图20是用于确定血液样本50的凝结能力的设备10的替代实施方式的平面图。(以下说明的图23是图20的设备10的相关的立视图，但其中从靶支撑件90和线圈支撑件67之间移除了多个悬臂弹簧元件35(除了两个悬臂弹簧元件35的脚部99之外)以更好地显示设备10的结构。)
图20的设备10的实施方式包括线圈支撑件67，线圈支撑件67将电子线圈68支撑于其上、处于相对于电子线圈68的下方的凹槽30(图20中未示出-参照图23)的静止位置。线圈68被连接到诸如电池的电流源66。线圈支撑件67和可以支撑于线圈支撑件67的中央附近的线圈68一起被一个或多个线圈支撑臂79所支撑，线圈支撑臂79在第一端87(图20中未示出-参照图23)处连接到凹槽30。线圈支撑件67还支撑多个悬臂弹簧元件35中的各个悬臂弹簧元件35的大腿部分85，其中多个悬臂弹簧元件35以“蟹腿”配置固定于线圈支撑件和金属靶13之间。图20示出了多个悬臂弹簧元件35中的各个悬臂弹簧元件35均包括在第一端处的大腿部分85和在第二端处的脚部99。在图23中仅示出了两个悬臂弹簧元件35的脚部99，以更好地显示线圈支撑件67和靶支撑件90之间的相对位置。在图20的视图中，多个悬臂弹簧元件35中的各个悬臂弹簧元件35的脚部99均联接到靶支撑件90，靶支撑件90比在连接器78处连接到靶支撑件90的金属靶13大。金属靶13连接到悬在凹槽30内的探针20(参照图23)。图20所示的多个弹簧元件35用于提供图23的金属靶13和靶支撑件90相对于线圈68和线圈支撑件67的移动。
从图20和图23中将理解，线圈支撑臂79支撑线圈68、线圈支撑件67、靶支撑件90和金属靶13，并且金属靶13可通过多个悬臂弹簧元件35的柔性而相对于线圈支撑臂79和线圈68移动。该配置使得金属靶13能够相对于线圈68位移，从而在被电流源66通电时由线圈68产生的涡电流中产生可检测的响应。同时，图20和图23中所示的设备10和方法的实施方式消除了对于探针20的位移的干扰，探针20的位移在其它实施方式中可能由将电流从电源66传递到线圈68的电引线95引起。利用图8和图13的实施方式的可变电容位移传感器的版本，连接以向可变电容位移传感器提供电流的电引线(在图8中由附图标记98和99处的“正”和“负”符号表示)，该电引线将对探针20的向下位移产生不期望的阻力。然而，图20和图23中所示的设备10和方法的实施方式使得能够检测和测量探针20的位移而不会利用电引线95损害探针20的运动，电引线95从线圈68延伸到电源66，线圈68和电源66两者均不需要为运行设备10而移动。
将血液样本50引入图23的凹槽30中以接触探针20，产生了由凝结血液样本50施加于探针20的向下的位移力。金属靶13通过布置于金属靶13和线圈支撑件67之间的多个弹簧元件35(参照图20)从线圈支撑件67支撑。线圈68和线圈支撑件67一起保持静止，并且因为由电流源66提供的电流导致的由线圈68产生的涡电流能够通过位于紧靠线圈68的涡电流传感器65被检测到。涡电流将响应于金属靶13与线圈68的接近度而变化，从而使得能够通过将由涡电流传感器65检测和测量到的涡电流的变化与探针20的位移相关联来检测和测量由于将血液样本50引入到凹槽30中而造成的探针20的位移。
图21是图20的设备10的在将血液样本50(未示出)引入凹槽30(未示出)中之前处于初始位置的一对悬臂弹簧元件35的图示。应注意，连接到探针20(未示出)的金属靶13处于金属靶13非常靠近线圈支撑件67上的线圈68的初始位置。
图22是图21的设备10的悬臂弹簧元件35的在线圈支撑件67(未示出)通过由凝结血液样本50(未示出)施加于设备10的探针20(未示出)的位移力而向下位移之后的图示。应注意，设备10的悬臂弹簧元件35一起偏移以适应探针20(未示出)和探针20所附接的金属靶13的向下位移。金属靶13的相对于线圈支撑件67上的线圈68的这种运动引起线圈68中的涡电流的变化，该变化可由布置于线圈68附近的涡电流传感器65检测和测量。
图23是图20的设备10的立视图，其中多个悬臂弹簧元件35被移除以显示金属靶13和线圈支撑件67的相对位置。应注意，金属靶13是可移动的并且紧靠线圈67，使得当电流源66联接到线圈68时产生的涡电流受到金属靶13与线圈68的接近度的影响。金属靶13附接至探针20并随着被凹槽30中的凝结血液样本50作用而与探针20移动，并且能够使用ecs电路检测和测量静止线圈68和静止线圈68的下方的可移动金属靶13之间的距离。信号发生器和输出电路可用于放大来自图20的涡电流传感器65的输出信号。在本发明的设备10和方法的一个实施方式中，线圈68可以支撑于诸如包括铁磁材料的多层印刷电路板的线圈支撑件67。在本实施方式中，可以将线圈68蚀刻到线圈支撑件67上。在本发明的设备10和方法的一个实施方式中，可能需要诸如1毫安(ma)的特定量的电流强度以维持由电流源66提供的给定电流。当金属靶13响应于将血液样本50引入图20和图23中的设备10的凹槽30中并被探针20移动时，可能需要更多或更少的电流来维持和保持1ma的设定点。这是可以与本发明的设备10的一个实施方式一起使用的闭环反馈电路的示例。
图24、图25、图26和图27示出了可以用于本发明的实施方式中的四个替代形状的探针20的截面。这些探针20中的各个探针20均可以增强通过与设备10的实施方式一起使用的血液样本50的凝结施加于探针20的位移力。这些替代的探针20并不意味着穷举能够与本发明的设备10的实施方式一起使用的探针20的各种形状的，而是仅被提供作为可以用于增强通过血液样本50的凝结和收缩施加于探针20的位移力的探针20的截面的示例。
图24示出了具有外表面22和被界面52下方的血液样本50接触的湿润部分24的探针20。图24的探针20具有通常为球根状(bulbous)的截面，其中湿润部分24随着其更深地延伸到凹槽30中的血液样本50中而直径逐渐变小。
图25示出了具有外表面22和浸入界面52下方的血液样本50中的湿润部分24的探针20。探针20具有通常为半圆形的截面，其中圆顶部分向下布置于血液样本50内，与图24的探针20类似地，探针20还包括随着湿润部分24更深地延伸到凹槽中的血液样本50中而直径逐渐变小的湿润部分24。应注意，图25中的界面52位于在探针20的向上布置的表面47上的平坦部分46的上方。
图26示出了具有更复杂的外表面22和浸入界面52下方的血液样本50中的湿润部分24的探针20。探针20具有随着其更深地延伸到血液样本50中而径向呈“台阶状”的错列的截面，其中湿润部分24随着其更深地延伸到凹槽30中的血液样本50中而直径逐渐变小。
图27示出了具有外表面22和浸入界面52下方的血液样本50中的湿润部分24的探针20。探针20具有通常为截头锥形的截面，其中湿润部分24随着其更深地延伸到凹槽30中的血液样本50中而直径逐渐变小。图24至图27所示的各个探针20的截面均具有比在界面52上方向上布置的湿润部分24表面区域更多的在界面52下方向下布置的湿润部分24表面区域，并且随着在凝结血液样本50内形成的血纤蛋白粘附到探针20的外表面22的湿润部分24上，这突出了沿箭头25的方向施加于探针20的位移力。
将理解，图24至图27的探针20仅是可以用于本发明的设备10的实施方式中或者用于实现本发明的方法的实施方式的探针20的示例，并且不旨在限制本发明。作为一般规则，探针20可以成形为增强通过凝结血液样本50的收缩施加于探针20的位移力。例如，与血液样本50接触的探针20的累积向下布置的表面区域可以大体上大于与血液样本50接触的探针20的累积向上布置的表面区域。
图28是本发明的设备10的实施方式的立视图，设备10包括布置于基底11的凹槽30。凹槽30围绕包含血液样本50(图28中未示出)的瓶12(图28中未示出)。凹槽30可以使瓶12绝缘，以防止环境温度变化的不期望的影响。凹槽30可以包括嵌入的闭环加热器(未示出)和/或热电偶(未示出)，以使得能够控制和/或监测血液样本50的温度。凹槽30可以包括铝或各种其它材料。瓶12可以包括诸如玻璃、塑料、
图28的装置的探针20通过连接到探针支撑件29的夹头17可释放地支撑。探针20包括导线部分21，该导线部分21附接到支撑在凹槽30内的瓶12(未示出)内的扩大的湿润部分24(图28中未示出)。例如，夹头17可以是可转动且可缩回的夹头，以夹持并可释放地夹持探针20的导线部分21。探针20的导线部分21可以包括诸如镍或不锈钢的各种材料，并且可以在清洁后重复使用或可以是一次性的。
图29是图28的凹槽30的放大截面图，并且其中布置有瓶12。图29所示的瓶12包含下部构件34，下部构件34可以包括诸如丙烯酸的各种材料，并且下部构件34可以是圆形的以与瓶12一致。探针20的导线部分21被夹头17(图29中未示出)可释放地支撑。探针20还包括湿润构件24，湿润构件24包括可以是圆形的以与瓶12一致的扩大的板15。板15可以包括诸如丙烯酸的各种材料，并且板15支撑在血液样本50内并与下部构件31成间隔开的关系。探针20的湿润构件24/板15被探针20的导线部分21支撑在血液样本50的界面52下方并且浸没在血液样本50中与下部构件31相邻。如以上参照图2至图7所说明，探针20的导线部分21起到悬臂模式的一体式弹簧元件的作用。
图30是本发明的设备10的实施方式的立体图，设备10具有探针支撑件29、可释放地支撑探针20的夹头17、其中包围有瓶12(未示出)的凹槽30和微机电(mems)装置19式位移传感器，该微机电(mems)装置19式位移传感器能够用作图28中所示的光学元件60和led光源16的替代物。探针20的导线部分21穿过凹槽30中的竖直槽18，使得如以上参照图5和图7(参照那些附图中的箭头25)说明的导线部分21的向下位移不会被阻碍。mems装置19式位移传感器可以通过支架14固定到凹槽30，以接合探针20的导线部分21并测量由血液样本50的收缩引起的导线部分21的位移。mems装置19式位移传感器检测并测量由于瓶12(未示出)内的凝结血液样本50(未示出)的收缩而引起的施加于探针20的力和所产生的探针20的位移中的一者。mems装置19式位移传感器产生与感测到的位移和/或力相对应的电子信号，并且可以将信号引导到压电可调节定位台23或处理器(未示出)。
凝结血液样本50(图30中未示出)的收缩导致施加于湿润构件23/板15(未示出-参照图29)和施加于探针20的连接导线部分21的向下指向的位移力，由此引起探针20的悬臂导线部分21(在槽18内)以角度21(图5所示的位移角)向下指向地偏移。作为替代的或者除了使用mems装置19之外，可以使用附接到压电可调节定位台23的led光源16来检测导线部分21的偏移角度21。替代地，led光源16照射探针20的导线部分21，并且使用光学仪器60对探针20的导线部分21的向下位移进行成像和追踪，光学仪器60为诸如连接到例如用于记录和保存图像的
回到图29，探针20的湿润部分24/板15与设备10的下部构件31以及包围的瓶12的分离能够改变。在本发明的设备10的一个实施方式中，湿润部分24/板15和下部构件31都是圆形的并且在1mm至6mm的直径范围内，并且瓶12具有7mm的内径55。在本发明的设备10的一个实施方式中，布置于探针20的湿润部分24/板15和下部构件31之间的血液样本50的体积可以是例如27μl。在本发明的设备10的一个实施方式中，在血液样本50的顶部处的界面52上方施加薄的硅油层，以防止血液样本50内的诸如水的任何挥发性成分的不期望的蒸发。
mems装置19位移传感器能够用作力传感器。如使用mems装置19所测量的，使用用于悬臂的位移的控制力生成的公式能够从探针20的柔性导线部分21的位移(如图5中所示)推导出由于凝结血液样本50内的血小板收缩而施加于探针20的力：
f＝(3δei)/l3
其中f是力，δ是导线部分21的位移，e是导线部分21的材料(例如镍)的弹性模量，i是探针20的导线部分21的截面的惯性矩，并且l是探针20的导线部分21的长度。
使用mems装置19式位移/力传感器结合压电可调节定位台23证实了使用图30的设备10的实施方式从探针20的导线部分21的位移的测量获得的力推导的验证。压电可调节定位台23的分辨率被确定为±0.1nm，具有0.02％的定位精度，而力感应mems装置19式位移/力传感器的分辨率被确定为±0.5μn，范围为±10,000μn。验证研究在0至30微米的范围内进行，因为这是在使用人体全血作为血液样本50进行测定期间记录的平均偏移的范围。
使用支架14将mems装置19式位移/力传感器连接到可调节定位台23，以允许在z轴线上的竖直平移。mems装置19式位移/力传感器的末端19a在沿着探针20的远离夹头17的位置处与探针20的导线部分21接触。测量到的压电可调节定位台23的向下的位移引起探针20的导线部分21中的相等量的偏移，并且mems装置19式位移/力传感器测量以牛顿为单位的合力。使用mems装置19式位移/力传感器测量的力被记录并用于推导出预测的导线部分21偏移，并将该预测的偏移与压电可调节定位台23的实际偏移相关联。该测试设计模拟了由布置于探针20的湿润部分24/板15和下部构件31之间的收缩血液样本50施加于导线部分21的力。丙烯酸为用于这些测试的板15和下部构件31的材料。
本发明的设备10的实施方式用于表征血小板线粒体功能。由持有执照的医生从已知要避免服用诸如阿司匹林的抗凝血药物的健康志愿者收集人体全血的一个或多个样本。在由ut健康科学中心的内部审查委员会批准的协议下收集捐赠者的书面知情同意书。通过肘前静脉穿刺将人体全血收集到包含抗凝剂枸橼酸钠(3.8％，以9：1的血液与枸橼酸盐比例施用)的瓶12中。然后通过以提供200xg的离心速度对抗凝处理后的人体全血离心10分钟来产生富血小板血浆。使用移液管从红细胞(rbcs)中取出所得的血浆悬浮液和血小板层，并将这些血小板加入全血样本中。然后通过以提供3000xg的离心速度对富血小板血浆离心15分钟，然后通过移除包含血小板的离心样本的上方三分之二部分来产生贫血小板血浆。确定样本的血小板计数，并在测试前在室温下将它们保持在倾斜摇动器上。
本发明的设备10的实施方式还可以用于表征凝块收缩。通过使用全血、富血小板血浆和贫血小板血浆样本进行测定来证明本发明的设备10的实施方式的表征凝块收缩特性的能力。作为参考，使用已经用无水氯化钙再钙化到10mmol的浓度以恢复凝结能力并压倒抗凝血剂的人体全血、在体温(37℃)下建立控制值。测试体积为27μl；然而，为了确保填充测试室并使布置于瓶15内的探针20的湿润部分24/板15完全浸入血液样本50中，将250μl体积的血液注入包括玻璃的瓶15中。一旦将湿润部分24/板15降低到使其浸入血液样本50中并且与下部构件50距离1mm的位置处就开始数据记录，板15与下部构件50两者都包括丙烯酸。探针20的导线部分21的偏移通常在360到480秒之后开始，并且在3,600秒(1小时)之后结束数据收集。
为了证明该装置表征凝块弹性模量(或刚性)特性的能力，在3,600秒(1小时)之后，压电可调节定位台23以微米精度沿向上方向竖直位移，并将所产生的力转换成以悬臂模式施加于探针20的导线部分21的载荷。该载荷在凝结血液样本50中引起形成于瓶12内的湿润部分24/板15和下部构件31之间的张力。所得的凝块应变被检测为由于血液凝块50的收缩和施加于探针20的力所引起的柔性导线部分21的位移，并且使用
然后被证明的是，在附图中示出为悬臂模式的探针20的导线部分21的位移可靠地识别了由于收缩凝结血液样本50内的血小板活性所引起的凝块收缩力。图31中示出了由压电可调节定位台23引起的位移和基于由mems装置19式位移/力传感器检测到的力推导出的探针20的导线部分21的位移之间的关联。该值被获得5次，每次使用新的探针20。y轴线表示推导出的探针20的导线部分21的位移，并且使用以上提供的公式由通过mems装置(力传感器)19记录的力来计算推导出的探针20的导线部分21的位移。各个推导出的位移对应于由压电可调节定位台23设定的实际位移。如在图31中所观察的，探针20的导线部分21的悬臂偏移与由于通过凝结血液样本50的收缩而对探针20施加的力所引起的弹性存储在探针20的偏移导线部分21中的能量之间的关系是线性的。推导出的导线位移的变化以每微米探针20的导线部分21的偏移约0.15微米的速率增加。由于r2＝0.999所以曲线的线性一致性极好。即使在30微米的位移处，观察到的最大标准偏差也是4.6微米或15.3％。这说明以上给出的悬臂公式在由收缩血液样本50引起的预期偏移范围内是有效的。还确认了探针20的导线部分21的实际和预测位移是相等的并且在预期的变化范围内。探针20的导线部分21中诱导的偏移是弹性的，因为在探针20的导线部分21从0到30微米循环四次之后并没有蠕变的迹象。
图32是在本发明的设备10的实施方式中分析的人体全血样本的收缩信号相对于时间(秒)的图，该收缩信号是由收缩血液样本50施加于探针20的力。使用设备10的示例性实施方式(参照图30)产生图32所示的收缩信号。为以下样本测定确定相同的度量标准，并且作为一组代表从健康人获得的人体全血样本50的这些值的标准范围。在本发明的设备10的实施方式中不存在凝结血液样本50的情况下，在偏移信号中存在被识别为1微米或近似130μn的基线噪声量。如图31所示，图32中的剥离时间(lt)43表示血小板开始收缩时，并且被定义为记录的偏移信号超过基线噪声(1微米)时。使用本发明的设备10的该实施方式来表征人体全血，剥离时间(lt)发生在大约462秒并且收缩率(roc)为大约4.27μn/s。最终，凝结血液样本50施加了4,181μn的最大收缩力(mcf)48，并且最大收缩力的对应时间(ttm)44为2,886秒。
图33是由布置于图29中所示的设备10的实施方式的板15和下部构件31之间的凝结血液样本50施加于板15的力(微牛顿)相对于时间(秒)的图。该图反映了在设计用于测量使用设备10的实施方式获得的数据再现性的测试期间获得的数据。来自单个供体的人体全血被分析了八次。条件包括37℃的温度、10mmol的cacl以及布置有用于测试的血液样本50的设备10的实施方式的板15和下部构件31之间的1mm的距离(参照图29)。血液供体样本的血小板计数平均为213,000血小板/μl。图33的图示出了测试结果。在一天内并且在从血液供体收集血液样本50后的9小时内进行了这些测定。如使用本发明的设备10的实施方式所确定的，血液样本50的存储时间增加被确定不会导致血小板收缩动力学的显著变化。对于单个供体样本，发现血小板收缩曲线是能够高度重复的，八次测定具有±7.2％的平均标准偏差。如从图33中能够看出的，观察到的剥离时间(lt)为450秒，roc为3.4μn/s，最大收缩力(mcf)为3,995μn并且达到最大值的时间为2,643s。
图34是由包含不同成分的血液样本的凝结血液样本50对探针20施加的力(微牛顿)相对于时间(秒)的图。该图说明了使用本发明的设备10的实施方式测试的血液样本50的血液成分中的变化的影响。更具体地，被测试以获得图34中反映的数据的血液样本50的血小板浓度不同，其中人体全血的血液样本50具有血小板计数为195,000血小板/μl(观察由线53示出的数据)，富血小板血浆具有血小板计数为200,000血小板/μl(线51)并且贫血小板血浆仅具有20血小板/μl(线54)。这些测定在37℃下利用10mmol浓度的cacl进行。
如由图34的线51所表示的，由富血小板血浆血液样本50引起的血液凝块产生了比对应于图34的线53的人体全血的收缩力更高的收缩力。即使当调整了血小板计数，与人体全血产生的收缩信号(线53)(在2,886秒内为4,181μn)相比，具有富血小板血浆的血液样本50(线51)也在较短的时间内产生了更强的收缩信号(在1,926秒内为6,646μn)。如线51的最左侧的剥离时间(lt)所表征的，富血小板血浆中的血液凝块比线53的凝结人体全血较早地收缩，并且如收缩率(roc)所表征的，富血小板血浆中的血液凝块比线53的凝结人体全血较快地收缩。富血小板血浆凝结还在186秒产生了信号剥离时间(lt)、具有4.47μn/s的收缩率(roc)，而全血剥离时间(lt)为462s、具有4.27μn/s的收缩率(roc)。如所预期的，线54中所反映的，在贫血小板血浆样本中检测到了小的或未检测到显著的凝块收缩力。图34证明了本发明的设备10的实施方式的可靠地表征血小板计数对通过凝结人体血液所产生的收缩力的影响的能力。
图35是示出利用不同血小板计数的贫血小板血浆稀释血小板计数为195,000血小板/μl的人体全血样本50的效果的图。图35的图中包括的使得能够进行比较的是反映由测试具有195,000血小板/μl的未稀释的人体全血样本50获得的数据的实线56。其余三条线反映了由三种不同稀释的人体全血样本50的进一步测试所获得的数据，各个人体全血样本均利用血小板计数仅为1,000血小板/μl的贫血小板血浆稀释。更具体地，用贫血小板血浆将第一等份的人体全血样本50稀释50％(例如一份人体全血和一份贫血小板血浆)以产生具有96,000血小板/μl的血液样本(线58)，利用贫血小板血浆将第二人体全血样本50稀释75％(例如一份人体全血和三份贫血小板血浆)以产生具有50,000血小板/μl的血液样本(线59)，并且由贫血小板血浆组成的第三样本(参照以上–仅具有1,000血小板/μl)(线57)。所产生的凝块收缩力与血小板计数线性相关。与未稀释的人体全血样本相比，第一等份(线58)导致最大收缩力(mcf)降低55％，并且收缩率(roc)降低了51％。第二等份(线59)导致最大收缩力(mcf)降低75.8％，并且收缩率(roc)降低了89％。在第一等份中，剥离时间(lt)与未稀释的全血没有显著的差异。然而，在第二等份中，剥离时间(lt)被延长到528秒。与在未稀释的全血样本中观察到的相比，50％稀释和75％稀释均未显示出达到最大值的时间(ttm)的变化。
图36是应力相对于应变的图，表明凝结的人体血液的弹性模量。如使用本发明的设备10的实施方式所确定的，图36示出了与人体全血样本50(线63)内和富血小板血浆(线61)内的不同的红血球(红细胞)浓度对弹性模量的影响有关的数据。在通过经由导致压电可调节定位台23向上平移的探针20的柔性导线部分21对凝结血液样本50施加拉伸应力来完成凝块收缩力的测定之后获得数据。基于凝结血液样本50的向上膨胀和从1mm的起始高度收缩后的凝结血液样本50的高度计算所引起的应变。如图36所示，由具有血小板计数为190,000血小板/μl的人体全血形成的凝结血液样本的弹性模量为1991帕斯卡，具有血小板计数为200,000血小板/μl的凝结的富血小板血浆的弹性模量为1015帕斯卡。图36证明了本发明的设备10的实施方式被用于获得示出在凝块形成期间红细胞存在的增加增强了血液凝块的弹性模量因而增强了血液凝块的强度的数据。
图37是示出本发明的设备的实施方式的表征由各种浓度的叠氮化钠引起的人体全血中代谢功能障碍的能力的图。本发明的设备10的实施方式被用于测量不同浓度的叠氮化钠在人体全血中的影响，并且所获得的数据确定了设备10识别和表征不同浓度的这种抑制剂对于正常血小板代谢功能的影响的能力。临床相关的关联性也可以与该设备相关。
例如，而不以限制的方式，叠氮化钠是在破坏线粒体氧化磷酸化的电子传递链中的复合物iv的抑制剂。当将叠氮化钠添加到人体全血样本中时，叠氮化钠以剂量依赖性方式减少测量的血小板呼吸。在临床观察中，这种抑制模式与阿尔兹海默症阿尔茨海默症中观察到的相似，其中血小板线粒体中复合物iv的水平显著地降低(valla,j.,etal.,阿尔兹海默症和轻度认知障碍中的受损血小板线粒体活性；线粒体,2006.6(6):p.323-30)。类似地，使用本发明的设备10的实施方式使得能够量化与叠氮化钠的增加的浓度相关的收缩力的剂量依赖性降低。
图37包括对应于不具有叠氮化钠的人体全血样本的收缩力的线93。线96对应于由血液中叠氮化钠浓度为10mmol引起的减小的收缩力。线94对应于由血液中叠氮化钠浓度为50mmol引起的减小的收缩力。线101对应于由血液中叠氮化钠浓度为25mmol引起的减小的收缩力。线102对应于由叠氮化钠浓度为100mmol引起的减小的收缩力。
图38是示出本发明的装置的实施方式的表征以上参照图37说明的由各种浓度的叠氮化钠引起的富血小板血浆中的代谢功能障碍的能力的图。图38包括线103，其对应于不具有叠氮化钠的富血小板血浆样本的收缩力。线104对应于由富血小板血浆中叠氮化钠浓度为1mmol引起的减小的收缩力。线106对应于由富血小板血浆中叠氮化钠浓度为50mmol引起的减小的收缩力。线105对应于由富血小板血浆中叠氮化钠浓度为10mmol引起的减小的收缩力。线107对应于由富血小板血浆中叠氮化钠浓度为100mmol引起的减小的收缩力。
细胞松弛素抑制肌动蛋白聚合的机械过程并产生测量的血小板收缩力中的剂量依赖性降低。该效应在临床上类似于在wiskott-aldrich综合征患者中发生的效应并且表现出轻度血小板减少症，并且细胞骨架中肌动蛋白丝的运动受损。许多研究证明，接触细胞松弛素会降低血小板收缩的速率和数量。形成后的血小板总体凝块强度也随着弹性模量、凝块强度的测量而降低。当将细胞松弛素d添加到全血中时，设备10的实施方式检测到与在全血样本中的增加的细胞松弛素d的浓度(例如0.1umol、0.5umol、1umol、50umol和50umol)相关的收缩凝结力的剂量依赖性降低。
图39是示出本发明的设备的实施方式的表征由各种浓度的细胞松弛素d引起的人体全血中的代谢功能障碍的能力的图。线109对应于由人体全血中二甲基亚砜(dmso)为0.02％浓度引起的减小的收缩力。图39的线110对应于细胞松弛素d浓度为0.1μmol。线111对应于细胞松弛素d浓度为0.5μmol。线111对应于细胞松弛素d浓度为0.5μmol。线112对应于细胞松弛素d浓度为1μmol。线113对应于细胞松弛素d浓度为5μmol。线114对应于细胞松弛素d浓度为50μmol。
氰化钠是有效的呼吸抑制剂，氰化钠作用于线粒体细胞色素氧化酶并断开电子转运导致线粒体氧化代谢减少。当将氰化物加入全血中时，本发明的设备10能够检测与增加的氰化物浓度相关的收缩的凝结力的剂量依赖性降低。
图40是示出本发明的设备的实施方式的表征由各种浓度的氰化物引起的人体全血中代谢功能障碍的能力的图。线115对应于不具有氰化物的人体全血。线116对应于由人体全血中氰化物浓度为10μmol引起的减小的收缩力。线118对应于由人体全血中氰化物浓度为100μmol引起的减小的收缩力。线117对应于由人体全血中氰化物浓度为25μmol引起的减小的收缩力。
四唑盐染料mtt(溴化3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑)还原依赖于nad(p)h-依赖性氧化还原酶。因此，mtt和其它四唑盐染料的还原取决于归因于nad(p)h流量的细胞代谢活性，所述nad(p)h流量引起作为mtt测定法的基础的颜色变化。mtt测定法用作用于评估细胞代谢活性的比色测定法。
图41是示出本发明的设备的实施方式的表征由各种浓度的四唑引起的人体全血中的代谢功能障碍的能力的图。线120对应于由人体全血中四唑浓度为1mmol引起的增强的收缩力。线121对应于由人体全血中四唑浓度为60mmol引起的减小的收缩力。
本发明的方法的实施方式用于检测由能量功能障碍导致的从患者获得的血液样本内产生的力的减少。细胞通过使用三磷酸腺苷(atp)来产生能量，三磷酸腺苷通常被称为“分子单位的货币”。有两种方法能够用于在细胞中使用atp来制造能量。这些过程被称为糖酵解和氧化磷酸化。由于线粒体功能障碍引起的能量损失降低了血液的凝结能力，从而降低了凝结血液样本对本发明的设备10的实施方式的探针施加力的能力。
脓毒症导致许多异常和病理，其中之一是线粒体功能障碍。线粒体功能障碍是脓毒症的间接指示，并且能够先于该病症的其它表现使用本发明的设备10和方法的实施方式被检测到，从而使得能够通过在早期阶段的患者治疗来解决该病症，这能够是至关重要的。
图42是示出本发明的方法122的实施方式的步骤的高级流程图，该方法用于检测施加于具有与从患者获得的血液样本接触的湿润部分的探针的收缩力的减小。方法122的实施方式的目的是提供在所获得的血液样本中线粒体功能障碍的指示，该指示指出了诸如脓毒症或涉及或可能引起线粒体功能障碍的一些其它病症的血液病症。在步骤123中，从患者获得当前的血液样本用于测试。在步骤124中，设置用于接收在步骤123中获得的当前的血液样本的凹槽。在步骤125中，设置具有湿润部分的探针。在步骤126中，设置相对于凹槽固定的探针支撑件。在步骤127中，使用探针支撑件支撑探针，其中至少一部分(湿润部分)靠近凹槽。如下所述，该步骤使得探针的湿润部分能够与从患者获得的当前的血液样本接触。在步骤128中，将外部弹簧元件和与探针成一体的弹簧元件中的一者布置于探针的湿润部分和探针支撑件之间。在步骤129中，设置位移传感器以检测和测量探针的至少一部分相对于凹槽和关于凹槽固定的探针支撑件的位移。在步骤130中，将从患者获得的一定体积的当前血液样本引入到凹槽中以接触探针的湿润部分。在步骤131中，使用位移传感器来测量由当前血液样本的收缩引起的探针的位移和施加于探针的湿润部分的合力。在步骤132中，将测量的探针位移与获得的血液样本的凝结能力相关联。在步骤133中，将测量的当前血液样本的凝结能力与先前从患者获得的血液样本和从另一个已知没有线粒体功能障碍和脓毒症的血液样本中的一个血液样本的凝结能力进行比较。最后，在步骤134中，检测获得的血液样本的降低的凝结能力。
如血小板能量学和力学所表明的，本发明的设备和方法的实施方式的识别由于各种代谢抑制剂引起的凝血活性的改变的能力清楚地证明了本发明的设备和方法在监测线粒体功能障碍中的效用。
本文使用的术语仅用于说明特定实施方式的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或组。使用术语“优选地”、“优选的”、“优选”、“可选地”、“可以”和类似的术语来表示所提及的事项、条件或步骤是本发明的可选的(非必需的)特征。
如本文所用的，术语“患者”或“受试者”是指诸如人或兽医患者的活体哺乳动物生物体(例如但不限于非人类灵长类动物、伴侣动物(狗、猫等)、牛、绵羊、山羊以及诸如小鼠、大鼠、豚鼠等的实验室动物。在特定实施方式中，患者或受试者为灵长类动物。人体受试者的非限制性实例是成人、青少年以及婴儿。
应理解，以上说明隔离于人体血液，但是本发明的设备和方法的实施方式的发现以及特别的应用也适用于动物血液的测试和分析。应注意，在人体受试者中，正常的血小板计数范围为每微升血液150,000至450,000个血小板。具有超过450,000个血小板是被称为血小板增多症的病症，且具有少于150,000的血小板被已知为血小板减少症。对于兽医的受试者，正常的血小板计数范围将在属甚至是物种之间变化。例如，对于狗，正常的血小板计数范围通常为每微升血液200,000至900,000个血小板，而对于猫，正常的血小板计数范围通常为每微升血液300,000至700,000个血小板。
所附权利要求中的所有手段或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于实现与作为具体要求保护的其它要求保护的元件结合的功能的任何结构、材料或动作。已经出于描述和说明的目的给出了对本发明的说明，但并不旨在穷举或限制本发明所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域一般技术人员来说将是显而易见的。为了最好地解释本发明的原理和实际应用而选择和说明实施方式，以使其他本领域一般技术人员能够理解本发明的具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施方式。