菌細(xì)菌引起的結(jié)核的V0C時(shí)，提供簡(jiǎn)單的并且準(zhǔn)確的肯定（YES) 答案，而不需要測(cè)量后分析。因此對(duì)于由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起的結(jié)核的群體篩查和早期 檢測(cè)，該傳感器可以用作非侵入、便攜且成本有效的診斷工具。當(dāng)在包括連同圖像識(shí)別算法 的傳感器陣列的系統(tǒng)中使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)靈敏性、特異性和準(zhǔn)確性超過90%的TB陽性對(duì)象 和它們差異形式的TB陰性和健康對(duì)照的識(shí)別。本發(fā)明的傳感器的感測(cè)信號(hào)不受致混淆因 素影響，所述致混淆因素包括TB患者的吸煙習(xí)慣、若干TB藥療的使用和HIV共感染。因此， 本發(fā)明的傳感器適合用作活性TB的早期檢測(cè)的醫(yī)療點(diǎn)篩查工具。該傳感器不需要精密的 實(shí)驗(yàn)室儀器或有經(jīng)驗(yàn)的操作者，由此對(duì)在資源匱乏和發(fā)展中的國(guó)家中使用特別地有利。
[0050] 在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料（金納米顆?；騿伪谔技{米管）的有機(jī)涂層（十二烷硫醇或 2-甲基-2-丁烯）上吸附V0C后，結(jié)構(gòu)構(gòu)型發(fā)生變化。該變化可以被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電信 號(hào)是由至少兩個(gè)導(dǎo)電元件（如電極）之間處的導(dǎo)電路徑或多條導(dǎo)電路徑的形成引起的。在 V0C暴露后的電信號(hào)由V0C和分子有機(jī)涂層之間的相互作用的本質(zhì)確定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)在 培養(yǎng)物陽性和培養(yǎng)物陰性TB樣品中顯示16種統(tǒng)計(jì)學(xué)上不同的V0C(鏈烯烴、二烯、醚、甲基 化烷烴、酮和醇的衍生物）。本發(fā)明的傳感器被設(shè)計(jì)為對(duì)至少一種指示由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌 引起的結(jié)核的V0C特別靈敏和有選擇性。
[0051] 在一些方面和實(shí)施方式中，本發(fā)明提供用于診斷對(duì)象內(nèi)由結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌引起 的結(jié)核的傳感器，該傳感器包括十二烷硫醇涂覆的金納米顆粒和2-甲基-2- 丁烯涂覆的單 壁碳納米管中的至少一種，其中該傳感器被配置為檢測(cè)樣品中至少一種指示由結(jié)核分枝桿 菌細(xì)菌引起的結(jié)核的揮發(fā)性有機(jī)化合物的存在，由此提供TB診斷。
[0052] 在某些方面和實(shí)施方式中，本發(fā)明的傳感器包括多個(gè)導(dǎo)電元件，其被連接至 每個(gè)傳感器，由此，能夠測(cè)量傳感器生成的電信號(hào)。導(dǎo)電元件可以包括由源-漏隙 (source-drain gap)彼此隔開的源和漏極。導(dǎo)電元件可以進(jìn)一步包括柵極，其中電信號(hào)可 以指示在門電壓的影響下結(jié)構(gòu)構(gòu)型的變化。
[0053] 導(dǎo)電元件可以包括諸如Au、Ag、Ti/Pd或Pt的金屬電極并且可通過互連的布線 進(jìn)一步連接。鄰近的電極之間的距離限定感測(cè)面積。因此，本發(fā)明的傳感器中不同構(gòu)型的 電極可以如本領(lǐng)域所知的制作。通常，每個(gè)傳感器中鄰近的電極之間的距離的范圍在大 約0. 01-5mm之間。在一些實(shí)施方式中，十二燒硫醇涂覆的金納米顆?；?-甲基-2-丁稀 涂覆的單壁碳納米管澆鑄（cast)在合適基底上的多個(gè)互相交錯(cuò)的電極上。根據(jù)本發(fā)明的 原理，基底可以為基本上柔性的或基本上剛性的基底。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí) 施方式。在一些實(shí)施方式中，基本上柔性的基底包括選自聚酰亞胺、聚酰胺、聚亞胺、聚乙 烯、聚酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯和聚苯乙烯的聚合物。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，基本上柔性的或剛性的基底包括二氧化硅。在其他 實(shí)施方式中，基本上柔性的基底包括硅橡膠。在某些實(shí)施方式中，基本上剛性的基底選自 金屬、絕緣體、半導(dǎo)體、半金屬和其組合。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。在 一個(gè)實(shí)施方式中，基本上剛性的基底包括硅晶片上的二氧化硅。在另一個(gè)實(shí)施方式中，基 本上剛性的基底包括基本上剛性的聚合物。在又另一個(gè)實(shí)施方式中，基本上剛性的基底 包括氧化銦錫。本發(fā)明的范圍內(nèi)的示例性基底包括但不限于硅、玻璃、陶瓷材料、PVC200、 Kapton? 50、Kapton? 127、Kapton?b. 131、 PET125、Mylar?36、Mylar?50 等。每 種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0054] 可以通過檢測(cè)裝置檢測(cè)傳感器信號(hào)。合適的檢測(cè)裝置包括這樣的裝置，其對(duì)電 阻、電導(dǎo)、交流電流（AC)、頻率、電容、阻抗、電感、迀移率、電勢(shì)、光學(xué)性質(zhì)和電壓閥值中的 任意一種或多種的變化敏感。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。在額外的實(shí) 施方式中，檢測(cè)裝置包括這樣的裝置，其對(duì)光學(xué)信號(hào)（如由橢圓偏振光譜儀檢測(cè)）、熒光 (florescence)、化學(xué)發(fā)光、光子發(fā)光（photophorescence)、彎曲、表面聲波、壓電等中的任 意一種或多種敏感。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0055] 本發(fā)明的傳感器可以被配置為多種類型的電子裝置的任一種，包括但不限于電容 傳感器、電阻傳感器、化學(xué)電阻傳感器、阻抗傳感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器等，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。在非限制實(shí)例中，本發(fā)明的傳感器被配置為化學(xué) 電阻傳感器（即化學(xué)電阻器）。
[0056] 可以使用本領(lǐng)域公知的各種技術(shù)，在適合的基底上形成傳感器。示例性技術(shù)包括， 但不限于，
[0057] (i)通過滴鑄（drop casting)、旋涂、噴涂等自溶液隨機(jī)沉積。每種可能性代表本 發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0058] (ii)自溶液的場(chǎng)增強(qiáng)或分子相互作用誘導(dǎo)的沉積。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú) 的實(shí)施方式。
[0059] (iii) Langmuir-Blodgett 或 Langmuir-Schaefer 技術(shù)。每種可能性代表本發(fā)明的 單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0060] (iv)軟刻蝕技術(shù)，諸如微接觸印刷（mCP)、復(fù)制模塑、毛細(xì)微模塑（MMIC)和轉(zhuǎn)移 微模塑（mTM)。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0061] (v) Langmuir-Blodgett或Langmuir-Schaefer技術(shù)與軟刻蝕技術(shù)的各種組合。每 種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。
[0062] (vi)使用指定打印電子器件的噴墨打印機(jī)在固態(tài)或柔性基底上印刷。
[0063] 根據(jù)一些方面和實(shí)施方式，本發(fā)明的傳感器可以連同呼吸濃縮器和/或除濕單元 一起使用。
[0064] 本發(fā)明范圍內(nèi)的呼吸濃縮器包括，但不限于，
[0065] I.固相微萃?。⊿PME) - SPME技術(shù)基于以液體（聚合物）、固體（吸著劑）或 其組合涂覆的纖維。纖維涂層或通過吸收（在涂層為液體時(shí)）或通過吸附（在涂層為 固體時(shí)）從樣品中萃取化合物。然后將SPME纖維直接插入感測(cè)設(shè)備以解吸和隨后分析 (Ouyang 等，Anal. Bioanal.Chem.，386, 1059-1073 (2006) ;Coelho 等，J. Chromatography B, 853, 1-9(2007)) 〇
[0066] II.吸著劑管-吸著劑管通常由玻璃組成并包含多種類型的固體吸附材料（吸著 劑）。常用吸著劑包括活性炭、硅膠和有機(jī)多孔聚合物，諸如Tenax和Amberlite XAD樹脂。 吸著劑管被附連至空氣取樣泵用于樣品收集。具有以ml/min的校準(zhǔn)流動(dòng)速度的泵通過吸 著劑管提取預(yù)定體積的空氣。貫穿整個(gè)取樣時(shí)期，化學(xué)品被捕獲在吸著劑材料上。該技術(shù) 由美國(guó)職業(yè)安全和健康國(guó)家研宄所（U.S. National Institute for Occupational Safety and Health) (NI0SH)開發(fā)。
[0067]III.低溫冷凝-低溫冷凝為允許回收揮發(fā)性化合物用于重新使用的方法。冷凝 過程需要非常低的溫度，以便揮發(fā)性化合物可以被凝結(jié)。傳統(tǒng)地，含氯氟烴（CFC)冷卻劑已 經(jīng)被用于誘導(dǎo)冷凝。目前，液氮被用于低溫（低于-160°C )冷凝過程。
[0068] 本發(fā)明范圍內(nèi)的除濕器包括，但不限于，
[0069]I.通過冷的冷卻盤管提取潮濕空氣的裝置-使用該方法，當(dāng)空氣水分通過冷的冷 卻盤管進(jìn)入容器時(shí)，其冷凝成為液滴。然后將"干燥"空氣恢復(fù)至它的原始溫度并返回到感 測(cè)設(shè)備。
[0070] II.硅膠-為無定形形式的二氧化硅，其以硬的不規(guī)則的微?；蛑樽有问胶铣傻?生成。聯(lián)鎖空穴的微孔結(jié)構(gòu)提供非常高的表面積（800平方米每克）。該特有結(jié)構(gòu)使硅膠成 為高容量干燥劑。由于其與周圍空氣相比的低蒸氣壓，水分子附著至硅膠表面。當(dāng)達(dá)到壓 力平衡時(shí)，吸附停止。因此，周圍空氣的濕度越高，在達(dá)到平衡之前吸附的水量越大。因?yàn)?干燥過程不需要任何化學(xué)反應(yīng)并且它不產(chǎn)生任何副產(chǎn)品或副作用，硅膠作為干燥基底是有 利的。
[0071] III.活性炭-由將木炭處理為非常多孔的碳物質(zhì)形成。由于其高度微孔率，活 性炭具有非常大的可用于化學(xué)反應(yīng)的表面積。通過進(jìn)一步化學(xué)處理通常增加材料的吸附性 質(zhì)，但僅由高表面積可以獲得足夠的活化。
[0072] IV.干燥劑分子篩_是合成地生成的高度多孔晶體的金屬-鋁硅酸鹽。它們按許 多內(nèi)部空穴的精確直徑分類，即3A、4A、5A和10A。只有當(dāng)待吸附的分子具有小于空 穴開口的直徑時(shí)，才發(fā)生吸附。高極性分子更好地吸附在分子篩上。分子篩從液體或氣體 中吸附水分子和其它污染物，使其降低至非常低的濃度水平，一般至lppm。
[0073] 根據(jù)本發(fā)明，傳感器可以連同化學(xué)電阻器、化學(xué)電容器、石英晶體微量天平、體聲 波（BAW)和表面聲波（SAW)共振器、電化學(xué)電池、表面等離子共振（SPR)和光學(xué)分光鏡的任 一種一起使用。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明的 傳感器不連同與質(zhì)譜聯(lián)用的氣相色譜（GC-MS) -起使用。
[0074] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明的2-甲基-2-丁烯涂覆的單壁碳納米管（SWCNT)以隨 機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型布置。在一些實(shí)施方式中，可以通過物理操作或以自組裝方法構(gòu)建SWCNT網(wǎng)絡(luò)。 本文所使用的術(shù)語"自組裝"指在沒有來自外部源干預(yù)的情況下組織分子的方法。在溶液 /溶劑中或直接在固態(tài)基底上發(fā)生自組裝過程。
[0075] 根據(jù)本發(fā)明合成碳納米管的主要方法包括但不限于，碳的激光燒蝕、石墨棒的電 弧放電和烴的化學(xué)氣相沉積（CVD)。每種可能性代表本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施方式。在這些方 法中，在制備各種碳納米管裝置中，結(jié)合光刻的CVD已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)為最通用的。在CVD方法 中，過渡金屬催化劑以期望的圖像沉積在基底（如硅片）上，其可以使用光刻然后刻蝕成 型。然后將具有催化劑沉積物的基底在存在例如二甲苯和二茂鐵的氣相混合物的情況下置 于爐內(nèi)。碳納米管通常以垂直于基底表面的方向在催化劑沉積物上生長(zhǎng)。目前，各種碳納 米管材料和裝置可由商業(yè)來源得到。
[0076] 其它CVD方法包括，但不限于，在不使用過渡金屬催化劑的情況下在二氧化硅 (Si02)和硅表面上制備碳納米管。因此，通過光刻和刻蝕，在硅片上對(duì)二氧化硅區(qū)域形成圖 案。然后以CVD或等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)方法，在二氧化硅表面上生長(zhǎng)碳納米管。這些方 法提供多種形狀的碳納米管束的生產(chǎn)。
[0077] 本文所使用術(shù)語"單壁碳納米管"指圓柱形狀的碳原子薄片，其具有基本上由單層 碳原子組成的壁，所述碳原子以具有石墨類型結(jié)合的六邊形晶體結(jié)構(gòu)組織。納米管由長(zhǎng)徑 比表征。應(yīng)當(dāng)理解的是本文所使用術(shù)語"納米管"指納米以及微米范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
[0078] 根據(jù)各種實(shí)施方式，本發(fā)明的單壁碳納米管具有范圍從大約0. 6納米（nm)至大約 100nm的直徑和范圍從大約50nm至大約10毫米（mm)的長(zhǎng)度。更優(yōu)選地，單壁碳納米管具 有范圍從大約0. 7nm至大約50nm的直徑和范圍從大約250nm至大約1mm的長(zhǎng)度。甚至更 優(yōu)選地，單壁碳納米管具有范圍從大約0. 8nm至大約10nm的直徑和范圍從大約0. 5微米 〇m)至大約100 ym的長(zhǎng)度。最優(yōu)選地，本發(fā)明的單壁碳納米管具有范圍從大約0.9nm至 大約5nm的直徑和范圍從大約1 ym至大約50 ym的長(zhǎng)度。
[0079] 包括十二烷硫醇涂覆的金屬納米顆粒的傳感器可以如本領(lǐng)域已知的合成，例 如，使用兩相法（Brust 等，J. Chem. Soc. Chem. Commun, 801，2 (1994))，其具有一些修改 (Hostetler等，Langmuir, 14, 24(1998))。涂覆的金納米顆?？梢酝ㄟ^相轉(zhuǎn)移試劑T0AB將 AuC