[發(fā)明專利]功能化納米管傳感器及相關(guān)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380065068.1
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN104854454A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·K·莫漢蒂;M·米斯拉;Y·吉姆;J·瑪格達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 猶他大學(xué)研究基金會
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;G01N33/50
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

相關(guān)專利申請

本專利申請要求于2012年10月29日提交的美國臨時(shí)專利申請No. 61/795,850以及于2013年8月1日提交的美國臨時(shí)專利申請No.61/861,107 的優(yōu)先權(quán)，這兩份專利申請各自以引用方式并入本文。

背景技術(shù)

用于檢測人體的發(fā)病狀況的非侵入式技術(shù)在醫(yī)護(hù)點(diǎn)(POC)處對疾病的快 速生物感測和診斷方面是一個(gè)越來越感興趣的領(lǐng)域。這些技術(shù)對于POC診 斷是優(yōu)選的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)樣品諸如血液的處理需要特殊的技能并使醫(yī)護(hù)人員暴 露于可能的血源性病原體。理想的是，非侵入式診斷方法降低該風(fēng)險(xiǎn)。為了 實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，研究人員已專注于篩選外部生物樣品(例如，唾液、尿液、毛 發(fā)、汗液和痰液)中指示病況諸如糖尿病、脫水和其他疾病的生物標(biāo)志物。 生物標(biāo)志物的典型例子是需要液體分析環(huán)境的抗原、抗體或蛋白質(zhì)。因此， 疾病的診斷最經(jīng)常需要液體生物樣品，諸如上文所述的那些。然而，已知與 某些疾病相關(guān)且已發(fā)現(xiàn)作為診斷工具的有限用途的一類生物標(biāo)志物是揮發(fā) 性有機(jī)生物標(biāo)志物(VOB)。VOB已與不同的慢性和傳染性疾病包括結(jié)核(TB) 有關(guān)。

作為具體例子，結(jié)核(TB)檢測的常規(guī)方法通常在實(shí)驗(yàn)室或醫(yī)院中進(jìn)行。 例如，TB診斷的最常見方法是臨床材料的抗酸染色，然后是痰涂片的顯微 鏡檢測。然而，痰涂片檢測的缺點(diǎn)是其靈敏度不佳，據(jù)估計(jì)其靈敏度為70％。 另外，已表明，在場設(shè)置中的痰涂片光譜法的靈敏度低得多(例如，35％)， 特別是在具有高TB和HIV合并感染率的人群中。此外，分支桿菌的藥物敏 感性分析無法從顯微鏡檢測中確定。該評估可用于確定適當(dāng)?shù)幕颊忒煶獭? 于這種類型的分析，通常使用培養(yǎng)技術(shù)。

對痰樣中分支桿菌的培養(yǎng)是更靈敏的技術(shù)。采集痰樣并在固體培養(yǎng)基或 液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，從而尋找分支桿菌的存在。可使用該技術(shù)確定耐藥菌株。 然而，該方法耗時(shí)(對于固體培養(yǎng)為3-4周，而對于液體培養(yǎng)為10-14天)， 這使得難以用于通常遠(yuǎn)離檢測機(jī)構(gòu)的資源匱乏的環(huán)境。近來，已開發(fā)了其他 技術(shù)，包括用于涂片檢測的熒光顯微鏡法(比光學(xué)顯微鏡法的靈敏度高 10％)，可用于現(xiàn)場而無需暗室的低成本成像設(shè)備的LED熒光顯微鏡法，以 及縮短培養(yǎng)時(shí)間的快速培養(yǎng)技術(shù)。盡管在TB診斷中已實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)，但目前 仍無簡單、低成本的POC檢測法。因此，將繼續(xù)對檢測TB的快速、準(zhǔn)確和 低成本方式進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供檢測空氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)化合物、揮發(fā)性有機(jī)生物標(biāo)志 物和其他目標(biāo)化合物以及液體環(huán)境中的生物標(biāo)志物的功能化納米管陣列、傳 感器及相關(guān)方法。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了功能化納米管陣列。該功能化納 米管陣列可包括多個(gè)金屬氧化物納米管。該金屬氧化物納米管可由金屬氧化 物形成并可具有通過至少一種金屬離子功能化的內(nèi)表面或外表面。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了用于檢測目標(biāo)化合物諸如揮發(fā)性有機(jī)化合物 的傳感器。該傳感器可包括納米管陣列，該納米管陣列包括多個(gè)功能化金屬 氧化物納米管。該金屬氧化物納米管可由金屬氧化物形成并可具有通過至少 一種金屬離子功能化的并能夠與目標(biāo)化合物結(jié)合的內(nèi)表面或外表面。該傳感 器還包括被構(gòu)造成向納米管陣列施加電壓的電源以及被構(gòu)造成監(jiān)控和檢測 響應(yīng)電流的變化的電流傳感器(例如，穩(wěn)壓器)，在與目標(biāo)化合物結(jié)合時(shí)該 響應(yīng)電流發(fā)生改變。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了檢測目標(biāo)化合物的方法。該方法包括以下步 驟：在整個(gè)功能化納米管陣列(諸如上述那些)上施加電壓，測量在功能化 納米管陣列上方經(jīng)過的電流，使氣體在功能化納米管陣列上方流動以使得目 標(biāo)化合物可與金屬氧化物納米管的至少一種金屬離子結(jié)合，監(jiān)控電流的變 化，以及基于電流的變化鑒定存在于氣體中的目標(biāo)化合物。

附圖說明

與附圖相結(jié)合，通過以下說明和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明將變得更加顯 而易見。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅僅示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此不應(yīng)視 為對其范圍的限制。將易于認(rèn)識到，如本文圖中大體描述和示出的本發(fā)明的 組件可以按多種不同的構(gòu)型布置、制定大小和設(shè)計(jì)。但是，將通過使用以下 附圖更具體和詳細(xì)地描述并解釋本發(fā)明：

圖1A是具有金屬離子和與之相關(guān)的生物標(biāo)志物的功能化納米管的截面 的示意性剖面圖。