提供診斷對(duì)象內(nèi)由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核的方 法，該方法包括以下步驟：(a)提供包括十二烷硫醇涂覆的金納米顆粒的傳感器；(b)將該 傳感器暴露至選自對(duì)象的呼出的呼吸和至少一種體液或分泌物的測(cè)試樣品；（c)在該傳感 器暴露至測(cè)試樣品后使用檢測(cè)裝置測(cè)量電信號(hào)；和（d)如果電信號(hào)大于參比值，則診斷由 結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核。
[0026] 根據(jù)又另一個(gè)方面，本發(fā)明提供診斷對(duì)象內(nèi)由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核的方 法，該方法包括以下步驟：(a)提供包括2-甲基-2- 丁烯涂覆的單壁碳納米管的傳感器； (b)將該傳感器暴露至選自對(duì)象的呼出的呼吸和至少一種體液或分泌物的測(cè)試樣品；（c) 在該傳感器暴露至測(cè)試樣品后使用檢測(cè)裝置測(cè)量電信號(hào)；和（d)如果電信號(hào)大于參比值， 則診斷由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核。
[0027] 在某些實(shí)施方式中，在暴露傳感器至測(cè)試樣品后測(cè)量的電信號(hào)選自電阻、電導(dǎo)、交 流電流（AC)、頻率、電容、阻抗、電感、迀移率、電勢(shì)和電壓閥值。每種可能性代表本發(fā)明的單 獨(dú)的實(shí)施方式。
[0028] 根據(jù)一些方面和實(shí)施方式，本發(fā)明提供系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器，例如選自 十二烷硫醇涂覆的金納米顆粒、2-甲基-2- 丁烯涂覆的單壁碳納米管和其組合的2至6個(gè) 傳感器，和進(jìn)一步包括檢測(cè)裝置和處理單元，該處理單元包括學(xué)習(xí)（learning)和圖像識(shí)別 分析儀，其中該學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別分析儀接收傳感器信號(hào)輸出并將它們與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較。 在具體地實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括兩個(gè)傳感器，其中每個(gè)傳感器包括十二烷硫醇涂覆的金納 米顆粒。在進(jìn)一步實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器，該多個(gè)傳感器包括至少一個(gè)包括十二 烷硫醇涂覆的金納米顆粒的傳感器和至少一個(gè)包括2-甲基-2- 丁烯涂覆的單壁碳納米管 的傳感器。
[0029] 在其它方面和實(shí)施方式中，本發(fā)明提供診斷對(duì)象內(nèi)由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié) 核的方法，該方法包括以下步驟：(a)提供系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括選自十二烷硫醇涂覆的金納米 顆粒、2-甲基-2-丁烯涂覆的單壁碳納米管和其組合的多個(gè)傳感器，和進(jìn)一步包括檢測(cè)裝 置和處理單元，該處理單元包括學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別分析儀，其中該學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別分析儀接 收傳感器信號(hào)輸出并將它們與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較；(b)將傳感器暴露至選自對(duì)象的呼出的呼 吸和至少一種體液或分泌物的測(cè)試樣品；（c)使用檢測(cè)裝置測(cè)量在暴露至測(cè)試樣品后來(lái)自 傳感器的響應(yīng)引起的參數(shù)以生成響應(yīng)圖像；和（d)使用圖像識(shí)別算法通過(guò)將響應(yīng)圖像與存 儲(chǔ)的由對(duì)照樣品獲得的數(shù)據(jù)比較來(lái)分析響應(yīng)圖像，由此測(cè)試樣品與對(duì)照樣品相比的顯著不 同的響應(yīng)圖像指示由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核。
[0030] 在一些實(shí)施方式中，步驟（c)包括測(cè)量在暴露至測(cè)試樣品后來(lái)自傳感器的多個(gè)響 應(yīng)引起的參數(shù)以生成多個(gè)響應(yīng)圖像。在一個(gè)實(shí)施方式中，測(cè)量多個(gè)響應(yīng)引起的參數(shù)的步驟 包括測(cè)量在暴露至測(cè)試樣品后來(lái)自傳感器的多個(gè)電信號(hào)。在其它實(shí)施方式中，測(cè)量多個(gè)響 應(yīng)引起的參數(shù)的步驟包括測(cè)量在暴露至測(cè)試樣品后來(lái)自傳感器的電信號(hào)和將所述電信號(hào) 擬合至一個(gè)函數(shù)或多個(gè)函數(shù)，借此所述響應(yīng)引起的參數(shù)選自函數(shù)常數(shù)、函數(shù)系數(shù)和其組合。 每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。在又其它實(shí)施方式中，測(cè)量多個(gè)響應(yīng)引起的參 數(shù)的步驟包括測(cè)量在暴露至測(cè)試樣品后來(lái)自傳感器的電信號(hào)和處理該測(cè)量的電信號(hào)，隨后 提取多個(gè)響應(yīng)引起的參數(shù)。在具體的實(shí)施方式中，處理測(cè)量的電信號(hào)的步驟包括歸一化測(cè) 量的電信號(hào)、校準(zhǔn)測(cè)量的電信號(hào)或其組合。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0031] 在某些實(shí)施方式中，響應(yīng)引起的參數(shù)選自穩(wěn)態(tài)歸一化響應(yīng)、獲得穩(wěn)態(tài)歸一化響應(yīng) 的時(shí)間間隔、和移除測(cè)試樣品后達(dá)到基線的時(shí)間間隔。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí) 施方式。
[0032] 在其它實(shí)施方式中，響應(yīng)引起的參數(shù)選自暴露峰值處歸一化的傳感器信號(hào)變化、 暴露中間處歸一化的傳感器信號(hào)變化、暴露結(jié)束處歸一化的傳感器信號(hào)變化和傳感器信號(hào) 曲線下的面積。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0033] 在具體的實(shí)施方式中，響應(yīng)引起的參數(shù)選自信號(hào)開(kāi)始處的完全非穩(wěn)態(tài)（full non steady state)響應(yīng)、歸一化至基線的信號(hào)開(kāi)始處的完全非穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、信號(hào)中間處的完全 非穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、歸一化至基線的信號(hào)中間處的完全非穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、完全穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、歸一化至基線 的完全穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、非穩(wěn)態(tài)響應(yīng)下的面積、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)下的面積、在暴露至測(cè)試樣品后響應(yīng)的梯 度、在移除測(cè)試樣品后響應(yīng)的梯度、在暴露至測(cè)試樣品后達(dá)到響應(yīng)的某些百分比所需的時(shí) 間，諸如達(dá)到響應(yīng)的 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90% 或 100% 所需的時(shí) 間，和在移除測(cè)試樣品后達(dá)到響應(yīng)的某些百分比所需的時(shí)間，諸如達(dá)到響應(yīng)的100%、90%、 80 %、70 %、60 %、50 %、40 %、30 %、20 %或10 %所需的時(shí)間。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú) 的實(shí)施方式。
[0034] 根據(jù)一些方面和實(shí)施方式，學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別分析儀包括選自以下的至少一 種算法：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、主成分分析（PCA)、支持向量機(jī)（SVM)、多層感知器（MLP) (multi-layer perception)、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GRNN)、模糊推理系統(tǒng)（FIS)、自組織映射 (S0M)、徑向基函數(shù)（RBF) (radial bias function)、遺傳算法（GAS)、神經(jīng)模糊系統(tǒng)（NFS)、 自適應(yīng)共振理論（ART)、偏最小二乘法（PLS)、多元線性回歸（MLR)、主成分回歸（PCR)、判 別函數(shù)分析（DFA)、線性判別分析（LDA)、聚類分析和最近鄰法（nearest neighbor)。每 種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。在一個(gè)實(shí)施方式中，至少一種算法為主成分分析 (PCA)〇
[0035] 由以下給出的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的適用性的進(jìn)一步實(shí)施方式和全部范圍將變 得顯而易見(jiàn)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是僅僅通過(guò)說(shuō)明給出【具體實(shí)施方式】和具體實(shí)施例，雖然其指 示發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，因?yàn)楦鶕?jù)該【具體實(shí)施方式】，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)的各種變化和修改將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1?人工熱解吸系統(tǒng)的照片。
[0037] 圖2A-2C?(圖2A)本發(fā)明的基于金納米顆粒的傳感器的示意性代表。（圖2B)本 發(fā)明的基于碳納米管的傳感器的示意性代表。（圖2C)暴露至呼吸樣品之前（左）、期間 (中）和之后（恢復(fù)；右），多傳感器的電阻記錄。
[0038] 圖3. PAH衍生物PAH1-PAH6的結(jié)構(gòu)。
[0039] 圖4A-4E?(圖4A)以叔-十二烷硫醇涂覆的金納米顆粒的傳感器的接收器操作 特征（R0C)曲線；（圖4B)以2-乙基己硫醇涂覆的金納米顆粒的傳感器的接收器操作特征 (R0C)曲線；（圖4C)以PAH1涂覆的單壁碳納米管的傳感器的接收器操作特征（R0C)曲線； (圖4D)以PAH2涂覆的單壁碳納米管的傳感器的接收器操作特征（R0C)曲線；和（圖4E) 以PAH3涂覆的單壁碳納米管的傳感器的接收器操作特征（R0C)曲線。
[0040] 圖 5A-5F.傳感器 1(S1 ;圖 5A、5B)、傳感器 2(S2 ;圖 5C、5D)和傳感器 3(S3 ;圖 5E、 5F)的 R0C 曲線（圖 5A、5C、5E)和歸一化感測(cè)特征（sensing features)(圖 5B、5D、5F)。 每個(gè)圈圈代表一個(gè)訓(xùn)練樣品和每個(gè)星形代表一個(gè)盲樣，其中來(lái)自驗(yàn)證集的響應(yīng)小于閥值的 樣品被歸類為T(mén)B陽(yáng)性并被標(biāo)記為開(kāi)星形（open stars)。圖ro、5F中的虛線和圖5B中的 中間虛線代表尤登（Youden)割點(diǎn)。圖5B中頂部和底部線分別代表納入（rule-in)和排除 (rule-out)割點(diǎn)。
[0041] 圖6A-6F.傳感器1 (S1)的R0C曲線（圖6A、6C、6E)和歸一化感測(cè)特征（圖6B、 6D、6F)，其中（圖6A、6B)指研宄群體的吸煙習(xí)慣，（圖6C、6D)指TB陽(yáng)性衍生集樣品中的 HIV狀態(tài)，和（圖6E、6F)指相同組中的藥療狀態(tài)。
[0042] 圖7.當(dāng)暴露至呼吸樣品時(shí)，本發(fā)明的傳感器的歸一化電阻。TB樣品（▼)，對(duì)照 樣品（★)和盲樣（魯）。在界限（cut-off)(虛線）以下的盲樣被歸類為T(mén)B陽(yáng)性。
[0043] 圖8.當(dāng)暴露至呼吸樣品時(shí)，兩個(gè)傳感器（S33和S02)的歸一化電阻。TB樣品 (▼)，對(duì)照樣品（★)和盲樣（魯）。在界限（虛線）以下的盲樣被歸類為T(mén)B陽(yáng)性。
[0044] 圖9.當(dāng)暴露至呼吸樣品時(shí)，來(lái)自S02、S26和S33的組合感測(cè)信號(hào)的主成分分析。 TB樣品（▲)，對(duì)照樣品（★)和盲樣（魯）。在界限（虛線）以下的盲樣被歸類為T(mén)B陽(yáng) 性。
[0045] 圖10.根據(jù)本發(fā)明用于快速分析的具有USB端口的TB呼吸測(cè)試裝置的圖示。
[0046] 圖11.判別因子分析（DFA)圖，其顯示基于暴露至動(dòng)物呼吸樣品的六個(gè)基于納米 材料的傳感器陣列的響應(yīng)的牛TB-感染樣本（bTB+)和非感染樣本（bTB_)之間的分類。圖 中每個(gè)點(diǎn)屬于不同的樣本。牛TB-感染樣本屬于來(lái)自美國(guó)南部的特有奶制品，而非感染樣 本屬于來(lái)自美國(guó)南部的三種不同的奶制品。牛結(jié)核被以100%靈敏性和79%特異性分類 (Peled 等，Sensors and Actuators B，171-172, 588-594 (2012))〇
【具體實(shí)施方式】
[0047] 本發(fā)明涉及使用單一傳感器診斷由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核，該傳感器包括 十二烷硫醇涂覆的金納米顆?；?-甲基-2- 丁烯涂覆的單壁碳納米管。
[0048] 人工嗅覺(jué)系統(tǒng)（A0S)通常包含連同圖像識(shí)別算法的基于化學(xué)修飾的交叉反應(yīng)納 米材料傳感器的陣列。該系統(tǒng)可以被訓(xùn)練來(lái)識(shí)別表征具體疾病的可重復(fù)的組成以提供 它的診斷。該系統(tǒng)對(duì)指示對(duì)象內(nèi)疾病的V0C的混合物提供不同的和特有的響應(yīng)（Tisch 等，MRSBull.，35, 797-803(2012))。A0S系統(tǒng)已經(jīng)被訓(xùn)練通過(guò)分析復(fù)雜多組分介質(zhì)-- 例如人呼出的呼吸樣品--中的單獨(dú)的VOC來(lái)成功地診斷各種疾?。℉akim等，Chem. Rev. ,112 (11) ,5949-5966 (2012) ;Barash 等，Small，5(22)，2618-2624(2009) ;Barash 等，NanoMed. ,8(5) ,580-589 (2012) ;Peng 等，J. Cancer, 103 (4) ,542-551 (2012) ;Peng 等，NatureNanotech.，4, 669-673 (2009) ;Ionescu 等，ACS Chem. Neurosc，DOI: 10. 1021/ cn2000603 (2011) ;Peng 等，Br.J. Cancer, 103, 542-551 (2010) ;Tisch 等，1^￥.〇16111. Eng. ,26, 171-179 (2010) ;Tisch 等，MRS Bull. 35, 797-803 (2010) ;W02009/066293; W02010/079490 ；W02011/148371 ；U.S.2012/245854 ；U.S. 2012/245434 ；U. S. 2013/034910 ； U. S. 2013/059758 ;U. S. 8, 366, 630 ;和 U. S. 8, 481，324)。近來(lái)，已經(jīng)報(bào)道 AOS 系統(tǒng)可以被用 于檢測(cè)牛結(jié)核（Peled 等，Sensors and Actuators B, 171-172, 588-594 (2012))〇 [0049] 本發(fā)明第一次提供高度靈敏和特異性的傳感器，該傳感器包括十二烷硫醇涂覆的 金納米顆?；?-甲基-2- 丁烯涂覆的單壁碳納米管，其可以被用于診斷對(duì)象內(nèi)由結(jié)核分枝 桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核。本發(fā)明的傳感器在檢測(cè)微量（小于lppm)呼吸樣品或體液樣品中至 少一種指示由結(jié)核分枝桿