用于檢測分析物的方法和系統(tǒng)與流程
相關申請的交叉引用
本申請是2014年10月6日提交的、名稱為“用于檢測分析物的系統(tǒng)”的美國專利申請第14/507,825號的部分接續(xù)申請；是2014年10月6日提交的、名稱為“用于檢測分析物的方法”的美國專利申請14/507,828的部分接續(xù)申請；是2014年10月6日提交的、名稱為“用于檢測汞的系統(tǒng)和方法”的美國專利申請14/507,818的部分接續(xù)申請；是2014年10月6日提交的、名稱為“用于檢測銀的系統(tǒng)和方法”的美國專利申請14/507,820的部分接續(xù)申請；并且是2014年11月7日提交的、名稱為“用于檢測核酸的系統(tǒng)和方法”的美國專利申請14/535,378的部分接續(xù)申請，這些專利申請通過引用以其整體并入。
背景技術：
化學和生物分析物的敏感性和選擇性檢測對于醫(yī)療和環(huán)境試驗與研究具有重要的意義。例如，醫(yī)院和實驗室常規(guī)測試生物樣品以在重金屬中毒診斷中檢測具有潛在毒性的物質，如汞和銀。同樣地，測量生物分子如核酸是現(xiàn)代醫(yī)學的基礎，并且用在醫(yī)療研究、診斷、治療和藥物開發(fā)中。
納米孔測序技術是檢測核酸分子的常規(guī)方法。納米孔測序的概念利用納米孔開口(nanoporeaperture)，該納米孔開口是橫向貫穿脂質雙層膜的小洞或小孔，即貫穿膜的深度或厚度尺寸。納米孔測序涉及到使核苷酸穿過膜中的納米孔，即沿膜的深度或厚度尺寸在膜的頂表面和底表面之間移動?？稍谀さ纳疃然蚝穸瘸叽缟鲜┘与妱莶睿源偈购塑账岽┻^納米孔。在核苷酸穿過納米孔時，檢測到核苷酸的環(huán)境的物理變化(例如，通過納米孔的電流)?；跈z測到的電流的變化，可以對核苷酸進行鑒定和測序。
用于改進和擴大核苷酸檢測的常規(guī)系統(tǒng)和技術的范圍的區(qū)域已經得到了鑒定，并且技術方案已經在示例性實施方式中得到了實現(xiàn)。
技術實現(xiàn)要素：
根據一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性的電特性值；訪問參照電特性值，所述參照電特性值與將樣品引入通道之前沿通道的長度的至少一部分的通道的電特性有關聯(lián)；比較測量到的電特性值和參照電特性值；并且，基于測量到的電特性值與參照電特性值之間的比較確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在通道中有樣品的情況下，沿與第一測量步驟中測量的通道的長度的相同部分測量通道的一種或多種電特性；基于在通道中有樣品的情況下測量到的通道的一種或多種電特性確定樣品通道電特性值；確定樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間的任何差異；并且，如果樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將樣品和感應化合物引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品和感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性值；從存儲器訪問參照電特性值，所述參照電特性值與通道的長度的至少一部分有關聯(lián)；確定測量到的電特性值與參照電特性值之間的任何差異；并且，如果測量到的電特性值與參照電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將感應化合物引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在將樣品和感應化合物引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將感應化合物引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將樣品引入通道；在將樣品和感應化合物引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將感應化合物與樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將感應化合物引入通道；在將樣品和感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將感應化合物引入通道；在將樣品和感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將感應化合物與樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：用感應化合物涂覆通道的內表面的至少一部分，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在用感應化合物涂覆通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；并且，存儲參照通道電特性值，用于確定引入通道的樣品中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：將樣品和感應化合物引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。所述方法還包括：在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度兩端施加第一電位差。所述方法還包括：在施加第一電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第一電特性值。所述方法還包括：在沿通道的長度的第二方向上在通道的長度兩端施加第二電位差，第二方向與第一方向相反。所述方法還包括：在施加第二電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第二電特性值。所述方法還包括：比較第一電特性值和第二電特性值。所述方法還包括：基于第一電特性值與第二電特性值之間的比較確定通道中是否存在分析物。
根據一種示例性實施方式，提供一種檢測系統(tǒng)。所述檢測系統(tǒng)包括基板，所述基板具有至少一個通道，所述至少一個通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。所述檢測系統(tǒng)還包括：與至少一個通道的第一端部流體連通的第一端口和與至少一個通道的第二端部流體連通的第二端口。所述檢測系統(tǒng)還包括：電連接在至少一個通道的第一端部處的第一電極和電連接在至少一個通道的第二端部處的第二電極。第一電極與第二電極分別與至少一個通道的第一端部和第二端部電連接，以形成通道電路。所述通道電路具有電特性并且被配置為使得在至少一個通道中存在導電流體時，所述導電流體改變通道電路的電特性。檢測系統(tǒng)還包括第一電極和第二電極電通信的分析物檢測電路。所述分析物檢測電路包括與第一電極和第二電極電通信的測量電路。所述測量電路具有測量電路輸出，所述測量電路輸出包括表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值。所述分析物檢測電路包括存儲器，所述存儲器與測量電路輸出電通信并且配置為存儲表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述一個或多個值包括至少通道電路的電特性的第一值和通道電路的電特性的第二值。所述分析物檢測電路還包括與存儲器電通信且將至少第一值和第二值作為輸入的比較電路。所述比較電路被配置為至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比較電路輸出。所述比較電路輸出表示至少一個通道中是否存在分析物。
根據另一種示例性實施方式，提供一種檢測系統(tǒng)。所述檢測系統(tǒng)包括：基板，所述基板具有至少一個通道，所述至少一個通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。所述檢測系統(tǒng)還包括與至少一個通道的第一端部流體連通的第一端口和與至少一個通道的第二端部流體連通的第二端口。所述檢測系統(tǒng)還包括：電連接在至少一個通道的第一端部處的第一電極和電連接在至少一個通道的第二端部處的第二電極。第一電極與第二電極分別與至少一個通道的第一端部和第二端部電連接，以使得在至少一個通道中存在導電流體時，所述導電流體使第一電極與第二電極之間的電路完整。檢測系統(tǒng)還包括與第一電極和第二電極電通信的分析物檢測電路。所述分析物檢測電路被配置為測量第一電極與第二電極之間的一種或多種電特性。所述分析物檢測電路包括存儲器，所述存儲器被配置為存儲測量到的電特性值。分析物檢測電路還包括比較電路，所述比較電路被配置為基于測量到的電特性值檢測至少一個通道中分析物的存在。
根據另一種示例性實施方式，提供一種檢測系統(tǒng)。所述檢測系統(tǒng)包括：用于容納流體流動的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第一末端引入流體的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第二末端輸出流體的裝置；用于檢測用于容納流體流動的裝置的第一末端和第二末端之間流體的電特性的第一值和第二值的裝置；和用于基于電特性的第一值和第二值之間的差異確定流體中是否存在分析物的裝置。
根據一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性的電特性值；訪問參照電特性值，所述參照電特性值與將樣品引入通道之前沿通道的長度的至少一部分的通道的電特性有關聯(lián)；比較測量到的電特性值和參照電特性值；并且，基于測量到的電特性值與參照電特性值之間的比較確定通道中是否存在汞離子。
根據一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在通道中有樣品的情況下，沿與第一測量步驟中測量的通道的長度的相同部分測量通道的一種或多種電特性；基于在通道中有樣品的情況下測量到的通道的一種或多種電特性確定樣品通道電特性值；確定樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間的任何差異；并且，如果樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將樣品和tpet2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品和tpet2分子引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量電特性值；從存儲器訪問參照電特性值，所述參照電特性值與通道的長度的至少一部分有關聯(lián)；確定測量到的電特性值與參照電特性值之間的任何差異；并且，如果測量到的電特性值與參照電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將tpet2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在將樣品和tpet2分子引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpet2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將tpet2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將樣品引入通道；在將樣品和tpet2分子引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpet2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將tpet2分子與樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將tpet2分子引入通道；在將樣品和tpet2分子引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpet2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將tpet2分子引入通道；在將樣品和tpet2分子引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpet2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將tpet2分子和樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：用tpet2分子涂覆通道的內表面的至少一部分，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在用tpet2分子涂覆通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；并且，存儲參照通道電特性值，用于確定引入通道的樣品中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在汞離子的方法。所述方法包括：將樣品和tpet2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。所述方法還包括：在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度兩端施加第一電位差。所述方法還包括：在施加第一電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第一電特性值。所述方法還包括：在沿通道的長度的第二方向上在通道的長度兩端施加第二電位差，第二方向與第一方向相反。所述方法還包括：在施加第二電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第二電特性值。所述方法還包括：比較第一電特性值和第二電特性值。所述方法還包括：基于第一電特性值與第二電特性值之間的比較確定通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種汞檢測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：基板，所述基板具有至少一個通道，所述至少一個通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；與至少一個通道的第一端部流體連通的第一端口；和與至少一個通道的第二端部流體連通的第二端口。所述系統(tǒng)還包括：連接在至少一個通道的第一端部處的第一電極和電連接在至少一個通道的第二端部處的第二電極，第一電極與第二電極分別與至少一個通道的第一端部和第二端部電連接，以形成通道電路，所述通道電路具有電特性并且被配置為使得在至少一個通道中存在導電流體時，所述導電流體改變通道電路的電特性。所述系統(tǒng)還包括與第一電極和第二電極電通信的汞檢測電路，所述汞檢測電路包括與第一電極和第二電極電通信的測量電路，所述測量電路具有測量電路輸出端，所述測量電路輸出端包括表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述汞檢測電路包括存儲器，所述存儲器與測量電路輸出端電通信并且配置為存儲表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述一個或多個值包括至少通道電路的電特性的第一值和通道電路的電特性的第二值，所述汞檢測電路還包括與存儲器電通信且將至少第一值和第二值作為輸入的比較電路，所述比較電路被配置為至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比較電路輸出，所述比較電路輸出表示至少一個通道中是否存在汞離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種汞檢測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：用于容納流體流動的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第一末端引入流體的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第二末端輸出流體的裝置；用于檢測用于容納流體流動的裝置的第一末端和第二末端之間流體的電特性的第一值和第二值的裝置；和用于基于電特性的第一值和第二值之間的差異確定流體中是否存在汞離子的裝置。
根據一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性的電特性值；訪問參照電特性值，所述參照電特性值與將樣品引入通道之前沿通道的長度的至少一部分的通道的電特性有關聯(lián)；比較測量到的電特性值和參照電特性值；并且，基于測量到的電特性值與參照電特性值之間的比較確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在通道中有樣品的情況下，沿與第一測量步驟中測量的通道的長度的相同部分測量通道的一種或多種電特性；基于在通道中有樣品的情況下測量到的通道的一種或多種電特性確定樣品通道電特性值；確定樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間的任何差異；并且，如果樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供過一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：將樣品和tpea2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品和tpea2分子引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量電特性值；從存儲器訪問參照電特性值，所述參照電特性值與通道的長度的至少一部分有關聯(lián)；確定測量到的電特性值與參照電特性值之間的任何差異；并且，如果測量到的電特性值與參照電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：將tpea2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在將樣品和tpea2分子引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpea2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：將tpea2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將樣品引入通道；在將樣品和tpea2分子引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpea2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將tpea2分子與樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法，所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將tpea2分子引入通道；在將樣品和tpea2分子引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpea2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將tpea2分子引入通道；在將樣品和tpea2分子引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將tpea2分子和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將tpea2分子和樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：用tpea2分子涂覆通道的內表面的至少一部分，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在用tpea2分子涂覆通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；并且，存儲參照通道電特性值，用于確定引入通道的樣品中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在銀離子的方法。所述方法包括：將樣品和tpea2分子引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。所述方法還包括：在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度兩端施加第一電位差。所述方法還包括：在施加第一電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第一電特性值。所述方法還包括：在沿通道的長度的第二方向上在通道的長度兩端施加第二電位差，第二方向與第一方向相反。所述方法還包括：在施加第二電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第二電特性值。所述方法還包括：比較第一電特性值和第二電特性值。所述方法還包括：基于第一電特性值與第二電特性值之間的比較確定通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供過一種銀檢測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：基板，所述基板具有至少一個通道，所述至少一個通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；與至少一個通道的第一端部流體連通的第一端口；和與至少一個通道的第二端部流體連通的第二端口。所述系統(tǒng)還包括：連接在至少一個通道的第一端部處的第一電極和電連接在至少一個通道的第二端部處的第二電極，第一電極與第二電極分別與至少一個通道的第一端部和第二端部電連接，以形成通道電路，所述通道電路具有電特性并且被配置為使得在至少一個通道中存在導電流體時，所述導電流體改變通道電路的電特性。所述系統(tǒng)還包括與第一電極和第二電極電通信的銀檢測電路，所述銀檢測電路包括與第一電極和第二電極電通信的測量電路，所述測量電路具有測量電路輸出端，所述測量電路輸出端包括表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述銀檢測電路包括存儲器，所述存儲器與測量電路輸出端電通信并且配置為存儲表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述一個或多個值包括至少通道電路的電特性的第一值和通道電路的電特性的第二值，所述銀檢測電路還包括與存儲器電通信且將至少第一值和第二值作為輸入的比較電路，所述比較電路被配置為至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比較電路輸出，所述比較電路輸出表示至少一個通道中是否存在銀離子。
根據另一種示例性實施方式，提供一種銀檢測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：用于容納流體流動的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第一末端引入流體的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第二末端輸出流體的裝置；用于檢測用于容納流體流動的裝置的第一末端和第二末端之間流體的電特性的第一值和第二值的裝置；和用于基于電特性的第一值和第二值之間的差異確定流體中是否存在銀離子的裝置。
根據一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性的電特性值；訪問參照電特性值，所述參照電特性值與將樣品引入通道之前沿通道的長度的至少一部分的通道的電特性有關聯(lián)；比較測量到的電特性值和參照電特性值；并且，基于測量到的電特性值與參照電特性值之間的比較確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在通道中有樣品的情況下，沿與第一測量步驟中測量的通道的長度的相同部分測量通道的一種或多種電特性；基于在通道中有樣品的情況下測量到的通道的一種或多種電特性確定樣品通道電特性值；確定樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間的任何差異；并且，如果樣品通道電特性值與參照通道電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：將樣品和一種或多種核酸探針引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在將樣品和核酸探針引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量電特性值；從存儲器訪問參照電特性值，所述參照電特性值與通道的長度的至少一部分有關聯(lián)；確定測量到的電特性值與參照電特性值之間的任何差異；并且，如果測量到的電特性值與參照電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸探針的方法。所述方法包括：將一種或多種核酸探針引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將樣品引入通道；在將樣品和一種或多種核酸探針引入通道后，沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將一種或多種核酸探針和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：將一種或多種核酸探針引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將樣品引入通道；在將樣品和一種或多種核酸探針引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將一種或多種核酸探針和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將一種或多種核酸探針與樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；將一種或多種核酸探針引入通道；在將樣品和一種或多種核酸探針引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將一種或多種核酸探針和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將樣品引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；將一種或多種核酸探針引入通道；在將樣品和一種或多種核酸探針引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于在將一種或多種核酸探針和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值；訪問參照通道電特性值，所述參照通道電特性值是在將一種或多種核酸探針和樣品二者引入通道之前測量到的；確定參照通道電特性值與電特性值之間的任何差異；并且，如果參照通道電特性值與電特性值之間存在差異，則基于該差異確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：用一種或多種核酸探針涂覆通道的內表面的至少一部分，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；在用一種或多種核酸探針涂覆通道后沿通道的長度的至少一部分測量通道的一種或多種電特性；基于前述測量步驟中測量到的通道的一種或多種電特性確定參照通道電特性值；并且，存儲參照通道電特性值，用于確定引入通道的樣品中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種用于檢測樣品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：將樣品和一種或多種核酸探針引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。所述方法還包括：在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度兩端施加第一電位差。所述方法還包括：在施加第一電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第一電特性值。所述方法還包括：在沿通道的長度的第二方向上在通道的長度兩端施加第二電位差，第二方向與第一方向相反。所述方法還包括：在施加第二電位差時沿通道的長度的至少一部分測量電特性的第二電特性值。所述方法還包括：比較第一電特性值和第二電特性值。所述方法還包括：基于第一電特性值與第二電特性值之間的比較確定通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種核酸檢測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：基板，所述基板具有至少一個通道，所述至少一個通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度；與至少一個通道的第一端部流體連通的第一端口；和與至少一個通道的第二端部流體連通的第二端口。所述系統(tǒng)還包括：連接在至少一個通道的第一端部處的第一電極和電連接在至少一個通道的第二端部處的第二電極，第一電極與第二電極分別與至少一個通道的第一端部和第二端部電連接，以形成通道電路，所述通道電路具有電特性并且被配置為使得在至少一個通道中存在導電流體時，所述導電流體改變通道電路的電特性。所述系統(tǒng)還包括與第一電極和第二電極電通信的核酸檢測電路，所述核酸檢測電路包括與第一電極和第二電極電通信的測量電路，所述測量電路具有測量電路輸出端，所述測量電路輸出端包括表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述檢測電路包括存儲器，所述存儲器與測量電路輸出端電通信并且配置為存儲表示通道電路的一種或多種電特性的一個或多個值，所述一個或多個值包括至少通道電路的電特性的第一值和通道電路的電特性的第二值，所述檢測電路還包括與存儲器電通信且將至少第一值和第二值作為輸入的比較電路，所述比較電路被配置為至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比較電路輸出，所述比較電路輸出表示至少一個通道中是否存在核酸。
根據另一種示例性實施方式，提供一種核酸檢測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：用于容納流體流動的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第一末端引入流體的裝置；用于在用于容納流體流動的裝置的第二末端輸出流體的裝置；用于檢測用于容納流體流動的裝置的第一末端和第二末端之間流體的電特性的第一值和第二值的裝置；和用于基于電特性的第一值和第二值之間的差異確定流體中是否存在核酸的裝置。
附圖說明
通過參照下面結合附圖所進行的描述，示例性實施方式的前述及其它目的、方面、特征和優(yōu)點將變得更明顯，并且可以更好地被理解。
圖1a示出了包括單個通道的示例性檢測系統(tǒng)的俯視圖。
圖1b示出了圖1a的示例性檢測系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2示出了圖1a的示例性檢測系統(tǒng)的通道的示意性橫截面?zhèn)纫晥D，示出了聚集體粒子和雙電層(edl)。
圖3示出了包括多個通道的示例性檢測系統(tǒng)的俯視圖。
圖4示出了包括多個通道的另一種示例性檢測系統(tǒng)的俯視圖。
圖5是表示示例性檢測系統(tǒng)中的示例性離子的示意圖。
圖6a和圖6b為示出在不同的示例性分析物濃度下測量到的通道中的示例性電導率值的圖。
圖7a、7b、8a、8b和9-16為示出用于檢測樣品中的分析物(例如汞或銀)的示例性方法的流程圖。
圖17a和圖17b為示出用于檢測樣品中的溶劑的示例性方法的流程圖。
圖18是可用于實現(xiàn)和執(zhí)行示例性的計算機可執(zhí)行的方法的示例性處理或計算設備的框圖。
圖19a、19b和20-27為示出用于檢測樣品中核酸的示例性方法的流程圖。
圖28為示出核酸的檢測過程中的核酸聚集體的形成的示意圖。
圖29a和圖29b為示出用于檢測樣品中核酸的另一種示例性方法的流程圖。
附圖并不意圖按比例繪制。
具體實施方式
用于改善分析物(例如，汞、銀或核酸和核苷酸)檢測的常規(guī)系統(tǒng)和技術的區(qū)域已經得到了鑒定，并且技術方案已經在示例性實施方式中得到了實現(xiàn)。示例性實施方式提供分析物(例如，汞、銀或核酸)檢測系統(tǒng)和技術，該系統(tǒng)和技術將納米和微流體表面化學、電動力學和流體動力學的知識結合起來來提供新的功能。與常規(guī)技術諸如納米孔技術相比，實施方式提供改進的尺寸精度和控制，導致新功能和增強的設備性能。
實施方式提供用于檢測一種或多種樣品中是否存在一種或多種分析物(例如，汞、銀或核酸)的分析物檢測系統(tǒng)和方法。示例性的檢測系統(tǒng)包括用于容納樣品和感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2、銀檢測用的tpea2或核酸檢測用的核酸探針)的至少一個通道，所述通道具有寬度和基本上在尺寸在大于寬度的長度。示例性檢測系統(tǒng)包括分析物檢測電路，所述分析物檢測電路被程序化或配置為沿通道的長度的至少一部分檢測一種或多種電特性，以確定通道是否含有感興趣的分析物。
在一些情況下，可以選擇感應化合物，以使分析物(如果樣品中存在的話)的粒子與感應化合物的粒子之間的直接或間接相互作用導致形成聚集體，聚集體的形成改變通道的一種或多種電特性。在某些情況下，示例性通道可以配置為深度和/或寬度基本上小于或等于通道中因感興趣的分析物的粒子或離子與用于檢測感興趣的分析物的感應化合物的粒子之間的相互作用形成的聚集體的粒子的直徑。這樣，聚集體的形成可能造成通道中導電粒子流的部分或完全阻斷，從而減小沿通道的長度的電流和電導率，而增大沿通道的長度的電阻率。分析物檢測電路可以比較引入樣品和感應化合物二者時通道的電特性相對于參照值的該可測量的變化，以確定通道中是否存在聚集體?；诖_定通道中存在聚集體，分析物檢測電路可以確定樣品中含有感興趣的分析物。
在某些其他情況下，聚集體粒子可能導電，并且聚集體粒子的形成可增強沿通道的長度的至少一部分的電通路，從而造成沿通道的長度測量到的電導率和電流的該可測量的變化。在這些情況下，聚集體的形成可以造成沿通道的長度的電阻率可測量的減小。分析物檢測電路可以比較引入樣品和感應化合物二者時通道的電特性相對于參照值的可測量的變化，以確定通道中是否存在聚集體。基于確定通道中存在聚集體，分析物檢測電路可確定樣品含有感興趣的分析物(例如，汞、銀或核酸)。
用于檢測分析物(例如，汞、銀或核酸)的另一種示例性技術可能涉及到檢測通道中由通道中聚集體的形成造成的二極管樣性質的存在。在不存在聚集體的情況下，施加基本類似大小的電位差(如+500v)可能造成沿通道長度檢測到基本相同大小的電特性(例如電流)，而與電位差或電場施加方向無關。如果在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度的兩端施加電位差(例如，使得正電極處于位于通道的第一端或第一端附近的輸入端口處，并且使得負電極處于位于通道的第二端或第二端附近的輸出端口處)，所產生的電流可能在大小上基本等于如果在相反方向上施加該電位差(例如，使得正電極處于輸出端口處并且使得負電極處于輸入端口處)所產生的總電流。
通道中聚集體的形成可能造成二極管樣性質，在該性質中施加的電位差或電場的方向的顛倒造成通道中檢測到的電特性發(fā)生變化。二極管樣性質使得檢測到的電流大小隨電場的方向變化。當在第一方向上施加電場或電位差時，電流的大小可能在大小上與在相反方向上施加電位差或電場時不同。因此，第一電特性值(在沿通道長度的第一方向上施加電位差時檢測到的)與第二電特性值(在沿通道長度的第二相反方向上施加電位差時檢測到的)之間的比較可使得能夠檢測聚集體，從而檢測樣品中的分析物(例如，汞、銀或核酸)。如果第一電特性值和第二電特性值在大小上基本相等，那么可以確定樣品不含分析物(例如，汞、銀或核酸)。另一方面，如果第一電特性值和第二電特性值在大小上基本不相等，則可以確定樣品含有分析物(例如，汞、銀或核酸)。換句話，電特性值的總和(在一個方向上為正、在另一個方向上為負)在不存在聚集體時基本上為0，而在存在聚集體時基本上不為0。
與常規(guī)納米孔技術相比，示例性實施方式涉及到沿通道的長度而非穿過通道的深度或厚度尺寸檢測一種或多種電特性。示例性實施方式的通道的長度在尺寸上基本上大于其寬度且不配置為開口(aperture)、洞或孔。示例性通道由此允許樣品和感應化合物在檢測電特性之前沿通道的長度流動，從而使得尺寸精度和對電特性的控制能夠得到提高。此外，示例性實施方式并不像常規(guī)納米孔技術那樣局限于檢測核苷酸。
在某些實施方式中，可以在確定通道中是否存在分析物(例如，汞、銀或感興趣的核酸和/或核苷酸)時檢測除電特性之外的通道的一種或多種性質。這些性質可使用包括但不限于聲學檢測、共振參數檢測、光學檢測、光譜檢測、熒光染料等技術檢測。
i.術語的定義
下面定義結合示例性實施方式所使用的某些術語。
如本文所使用的，術語“檢測系統(tǒng)”、“檢測方法”和“檢測技術”包括通過沿至少一個通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性來檢測樣品中的分析物的系統(tǒng)和方法。分析物可以是汞、銀或感興趣的核酸和/或核苷酸。
如本文所使用的，術語“通道”包括檢測系統(tǒng)中的被配置為具有輪廓分明的內表面和由該內表面界定的內部空間的管道，所述內部空間被配置為容納流體。在一些實施方式中，通道的內表面是微制造成的，并且被配置為呈現(xiàn)光滑表面。示例性通道可以具有如下尺寸：長度，l，沿其最長尺寸(y軸)測量并且沿基本平行于檢測系統(tǒng)的基板的平面延伸；寬度，w，沿垂直于其最長尺寸的軸(x-軸)測量并且基本上沿平行于基板的平面延伸；和深度，d，沿基本垂直于平行于基板的平面的軸(z-軸)測量。示例性的通道可以具有基本上大于其寬度和其深度的長度。在某些情況下，長度與寬度之間的示例性比可以包括以，但不限于2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、所有中間比等。在某些情況下，示例性通道可配置為深度和/或寬度基本上小于或等于通道中可能因感應化合物與感興趣的分析物之間的相互作用而形成的聚集體粒子的直徑。
如本文所使用的，術語“分析物”包括可使用示例性檢測系統(tǒng)或方法檢測是否存在的物質?？墒褂檬纠詫嵤┓绞綑z測的示例性分析物可以包括有機(例如，生物分子)或無機(例如金屬離子)物質。某些可使用示例性實施方式檢測的分析物包括但不限于：銀、汞、一種或多種溶劑、一種或多種核酸，和/或一種或多種核苷酸。
如本文所使用的，術語“樣品”包括可通過示例性檢測系統(tǒng)或方法分析以確定樣品是否包括感興趣的分析物的測試物質?？稍谑纠詫嵤┓绞街袦y試的示例性樣品包括但不限于：任何流體，包括源于生物流體如唾液、血液、血漿、尿、糞便的那些流體；土壤樣品；生活用水樣品；空氣樣品等。
如本文所使用的，術語“感應物(sensor)”和“感應化合物”包括與樣品中感興趣的分析物直接相互作用或者通過一種或多種其它感應化合物間接相互作用以造成聚集體的形成的物質。在感興趣的分析物為汞的實施例中，合適的感應化合物可以為tpet2。在感興趣的分析物為銀的實施例中，合適的感應化合物可以為tpea2。在感興趣的分析物為核酸和/或核苷酸的實施例中，合適的感應化合物可以為一種或多種核酸探針(例如，一種或多種核酸捕獲探針、一種或多種核酸交聯(lián)探針、一種或多種核酸預擴增探針、一種或多種核酸標記擴展物(labelextender)、一種或多種核酸擴增探針等)。
如本文所使用的，術語“聚集體”包括由分析物的粒子和一種或多種感應化合物的粒子構成的大分子結構。這樣，聚集體粒子的單元尺寸或單元大小大于分析物粒子的單元尺寸或單元大小，并且大于感應化合物的單元尺寸或單元大小。由于分析物粒子與一種或多種感應化合物之間的直接和/或間接相互作用，在示例性檢測系統(tǒng)的通道中可能形成聚集體。在用于檢測特定分析物的示例性檢測系統(tǒng)和方法中，可選擇一種或多種感應化合物，以使感應化合物與分析物直接相互作用，或通過其它物質間接相互作用，以造成在通道中聚集體的形成。因此，通道中聚集體粒子的存在表示通道中存在分析物，而通道中不存在聚集體粒子表示通道中不存在分析物。
在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差的某些情況下，聚集體的形成可能造成通道中的流體流動部分或完全阻斷，并且可能造成沿通道的長度的至少一部分的電導率或電流的可測量的減小和/或電阻率的可測量的增加。在某些其他情況下，聚集體的粒子可能導電，并且因此聚集體的形成可能提高通道的電導率，從而造成沿通道的長度的至少一部分的導電率或電流的可測量的增加和/或電阻率的可測量的減小。
如本文所使用的，術語“電特性”包括通道的一種或多種特征，包括但不限于對沿通道傳導的電流的多少、通道(和/或通道的任何內容物)傳導電流的能力、通道(和/或通道的內容物)對抗電流的流動的強度等定量的度量值。在示例性實施方式中，可以沿通道的長度的至少一部分檢測電特性。實施方式中檢測的示例性的電特性包括但不限于：沿通道的長度的至少一部分傳導的電流的度量值、沿通道的長度的至少一部分的電導率的度量值、沿通道的長度的至少一部分的電阻率的度量值、在通道的長度的至少一部分的兩端的電位差的度量值、其組合等。
如本文所使用的，關于電特性值的術語“參照”包括在將樣品和所有必要的感應化合物(例如，tpet2、tpea2或核酸探針)都已經引入通道并允許它們在通道中彼此相互作用的狀態(tài)之前的通道的電特性值或電特性值的范圍。即，參照值為表示在樣品中感興趣的分析物與所有用于檢測感興趣的分析物的感應化合物之間相互作用之前的通道的特征的值。在一些情況下，參照值可以在將一種或多種感應化合物引入通道之后、但在將樣品引入通道之前的時間段檢測。在一些情況下，參照值可以在將樣品引入通道之后、但在將所有感應化合物引入通道之前(例如，將至少一種感應化合物引入通道之前)的時間段檢測。在一些情況下，參照值可以在將樣品或感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在一些情況下，參照值可以在將樣品或感應化合物引入通道之前、但在將緩沖液引入通道之后的時間段檢測。
在一些情況下，參照值可以預先確定并存儲于可以訪問該參照值的非臨時性存儲介質上。在其它情況下，參照值可以在使用檢測系統(tǒng)期間根據一種或多種電特性測量結果確定。
如本文所使用的，術語“數據”、“內容”、“信息”等類似術語可互換使用，表示根據本發(fā)明的實施方式能夠被傳送、接收和/或存儲的數據。因此，這些術語的使用不應視為限制本發(fā)明的實施方式的精神和范圍。另外，在文本描述模塊、處理器或設備以從另一模塊、處理器或設備接收數據的情況下，應懂得的是數據可以直接從另一模塊、處理器或設備接收，或者可通過一個或多個中間模塊或設備(例如，一個或多個服務器、中繼器、路由器、網絡接入點、基站、主機等，本文有時也稱為“網絡”)間接地接收。同樣地，在本文描述計算設備以向另一計算設備發(fā)送數據的情況下，應懂得的是數據可以直接發(fā)送給另一計算設備，或者可以通過一個或多個中間計算設備(例如，一個或多個服務器、中繼器、路由器、網絡接入點、基站、主機等)間接發(fā)送。
如本文所使用的，術語“模塊”包括配置為執(zhí)行一個或多個特定功能的硬件、軟件和/或固件。
如本文所使用的，術語“計算機可讀介質”是指可通過控制器、微型控制器、計算機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)的模塊訪問以在其編碼計算機可執(zhí)行的指令或軟件程序的非臨時性存儲硬件、非臨時性存儲設備或非臨時性計算機系統(tǒng)存儲器?！胺桥R時性計算機可讀介質”可通過計算機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)的模塊訪問，以檢索和/或執(zhí)行編碼在該介質上的計算機可執(zhí)行的指令或軟件程序。非臨時性計算機可讀介質可以包括但不限于：一種或多種類型的非臨時性硬件存儲器、非臨時性有形介質(例如，一個或多個磁存儲磁盤、一個或多個光盤、一個或多個usb閃存驅動器)、計算機系統(tǒng)存儲器或隨機存取存儲器(如dram、sram、edoram)等。
如本文所使用的，術語“組”是指一個或多個條目的集合。
如本文所使用的，術語“多個”是指兩個以上的條目。
如本文所使用的，術語“相等”和“基本上相等”在廣義上可互換地表示完全相等或在一定容差內近似相等。
如本文所使用的，術語“類似”、“基本上類似”在廣義上可互換地表示完全相同或在一定容差內近似類似。
如本文所使用的，術語“結合(couple)”和“連接”包括兩個或多個部件之間的直接或間接連接。例如，第一部件可直接或通過一個或多個中間部件與第二部件結合。
現(xiàn)在將參照附圖在下文中更充分地描述本發(fā)明的某些示例性實施方式，在所述附圖中示出了本發(fā)明的部分而非全部實施方式。事實上，這些發(fā)明可以許多不同的形式體現(xiàn)，并且不應該理解為局限于本文給出的實施方式；而是，提供這些實施方式使得本公開滿足適用的法律要求。同樣的附圖標記至始至終是指同樣的元件。
ii.示例性分析物檢測系統(tǒng)
示例性檢測系統(tǒng)包括至少一個通道，并且沿通道的長度的至少一部分檢測一種或多種電特性，以便確定通道是否含有分析物(例如，汞；銀；或感興趣的特定的核酸和/或感興趣的特定的核苷酸)。示例性檢測系統(tǒng)可配置為包括：一個或多個通道，用于容納樣品和一種或多種感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2、銀檢測用的tpea2或核酸檢測用的一種或多種核酸探針)；一個或多個輸入端口，用于將樣品和感應化合物引入通道；以及，在某些實施方式中的一個或多個輸出端口，通過該輸出端口可將通道中的內容物取出。
可以選擇一種或多種感應化合物，以使樣品中的分析物(如果存在的話)的粒子與感應化合物的粒子之間的直接或間接的相互作用導致形成聚集體，所述聚集體的形成改變通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性。在某些情況下，聚集體粒子的形成可能抑制或阻斷通道中的流體流動，因此可能造成沿通道的長度測量到的電導率和電流的可測量的下降。同樣地，在這些情況下，聚集體的形成可能造成沿通道的長度的電阻率的可測量的增加。在某些其他情況下，聚集體粒子可能導電，聚集體粒子的形成可能增強沿通道的長度的至少一部分的電通路，從而造成沿通道的長度測量到的電導率和電流的可測量的增加。在這些情況下，聚集體的形成可能造成沿通道的長度的電阻率的可測量的減小。
示例性的通道可具有如下尺寸：沿其最長尺寸(y-軸)測量的且沿平行于檢測系統(tǒng)的基板的平面延伸的長度；沿垂直于其最長尺寸的軸(x-軸)測量的且沿平行于基板的平面延伸的寬度；和沿垂直于平行于基板的平面的軸(z-軸)測量的深度。示例性的通道的長度可基本上大于其寬度和其深度。在某些情況下，長度與寬度之間的示例性比可以為2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、中間比等。
在某些情況下，示例性通道可以配置為深度和/或寬度基本上小于或等于通道中因感興趣的分析物(例如，汞、銀或核酸)的粒子與用于檢測分析物的感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2、銀檢測用的tpea2或核酸檢測用的核酸探針)之間相互作用形成的聚集體的粒子的直徑。
示例性通道可以具有沿x-軸截取的寬度，范圍為從1nm至50,000nm，但不限于該示例性范圍。示例性通道可以具有沿y-軸截取的長度，范圍為從10nm至2cm，但不限于該示例性范圍。示例性通道可以具有沿z-軸截取的深度，范圍為從1nm至1μm，但不限于該示例性范圍。
示例性通道可具有任何合適的橫向橫截面形狀(例如，沿x-z平面截取的橫截面)，包括但不限于圓形、橢圓形、矩形、正方形、d形(由于各向同性刻蝕)等。
圖1a和1b示出了示例性檢測系統(tǒng)100，該示例性檢測系統(tǒng)100可用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞；銀；或特定的核酸或特定的核苷酸)。圖1a是該系統(tǒng)的俯視圖，而圖1b是該系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D。檢測系統(tǒng)100包括基本上沿水平x-y平面延伸的基板102。在一些實施方式中，基板102可以由介電材料(例如二氧化硅)制成。基板102的其它示例性材料包括但不限于玻璃、藍寶石、金剛石等。
基板102可支撐或包括通道104，該通道104具有至少內表面106和用于容納流體的內部空間108。在某些情況下，通道104可能是在基板102的頂表面刻蝕成。通道104的內表面106的示例性材料包括但不限于玻璃、二氧化硅等。
通道104和基板102在某些實施方式中可以由玻璃制成。由于玻璃緩慢溶解到生物流體中以及蛋白質和小分子附著到玻璃表面，生物條件代表了使用玻璃來源的植入(glass-derivedimplantations)的障礙。在某些非限制性實施方式中，使用自組裝單層的表面改性提供了一種用于改性分析物檢測和分析用的玻璃表面的途徑。在某些實施方式中，通道104的內表面106的至少一部分可以預先處理或共價改性，以便包括或涂覆有使感應化合物能夠與內表面特異性共價結合的材料。在某些實施方式中，覆蓋通道的蓋片114也可用材料共價改性。
可用于改性通道104的內表面106的示例性材料包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、兩性離子磺內酯、聚(6-9)乙二醇(peg)、全氟辛基、熒光素、醛、石墨烯化合物等。通道內表面的共價改性可防止某些分子的非特異性吸收。在一個實施例中，內表面的共價改性可以使感應化合物分子能夠與內表面共價結合，同時防止其它分子非特異性吸收到內表面。例如，聚(乙二醇)(peg)可用于改性通道104的內表面106，以減少材料對內表面的非特異性吸附。
在某些實施方式中，通道104可以為納米或微制造成，以便具有輪廓分明且光滑的內表面106。用于制造通道和改性通道的內表面的示例性技術在sumitapennathur和petecrisalli(2014)，“用于熔氧化硅微通道和納米通道的低溫制造和表面改性方法(lowtemperaturefabricationandsurfacemodificationmethodsforfusedsilicamicro-andnanochannels)”，mrsproceedings,1659,pp15-26.doi:10.1557/opl.2014.32中有教導，該文獻的全部內容通過引用明確并入本文。
通道104的第一端部可以包括輸入端口110或與輸入端口110流體連通，通道104的第二端部可以包括輸出端口112或與輸出端口112流體連通。在某些非限制性實施方式中，端口110和112可設置在通道104的末端處。
具有通道104和端口110、112的基板102的上表面在某些實施方式中可以用蓋片114覆蓋和密封。
第一電極116可電連接在通道104的第一端部處，例如輸入端口110處或其附近。第二電極118可電連接于通道104的第二端部處，例如在輸出端口112處或其附近。第一和第二電極116，118可以與電源或電壓源120電連接，以在第一和第二電極之間施加電位差。即，在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。當通道104中存在流體且處于施加的電位差的影響下時，電極116，118和流體可以形成完整的電通路。
電源或電壓源120可以配置為以可反向的方式施加電場，以使得在沿通道長度的第一方向上(沿y軸)施加電位差，也在第二相反方向上(沿y軸)施加電位差。在電場或電位差方向為第一方向的一個實施例中，正電極可以連接在通道104的第一端部處，例如，在輸入端口110處或其附近，并且負電極可連接在通道104的第二端部處，例如，在輸出端口112處或其附近。在電場或電位差方向為第二相反方向的另一個實施例中，負電極可以連接在通道104的第一端部處，例如在輸入端口110處或其附近，正電極可以連接在通道104的第二端部處，例如，在輸出端口112處或其附近。
通道104的第一和第二端部(例如，在輸入端口110和輸出端口112處或它們附近)可以與分析物檢測電路122電連接，所述分析物檢測電路122被程序化或配置為檢測通道104的一種或多種電特性的值，以確定通道104中是否存在分析物。電特性值可在單個時間段(例如，將樣品和一種或多種感應化合物引入通道后的某個時間段)或多個不同時間段(例如，在將樣品和一種或多種感應化合物引入通道之前和之后)檢測。檢測的示例性電特性可以包括但不限于電流、電壓、電阻等。某些示例性分析物檢測電路122可以包括或配置為處理器或計算設備，例如圖18所示的設備1700。某些其它分析物檢測電路122可以包括但不限于電流表、電壓表和電阻表等。
在一種實施方式中，分析物檢測電路122可以包括測量電路123，所述測量電路被程序化或配置為沿通道104的長度的至少一部分測量一個或多個電特性值。分析物檢測電路122還可以包括平衡電路124，該平衡電路被程序化或配置為在一段時間內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測通道的電特性的一個或多個值，并且在所述值達到平衡后(即停止變化超出某個方差或容差閾值)選擇所述值中的單個值。
分析物檢測電路122還可以包括以比較電路126，所述比較電路被程序化或配置為比較通道的兩個或多個電特性值，例如，參照電特性值(在將樣品和所有感應化合物二者引入通道的狀態(tài)之前測量到的)和電特性值(在將樣品和所有感應化合物引入通道后測量到的)。比較電路126可以使用該比較來確定通道中是否存在感興趣的分析物。在一種實施方式中，比較電路126可以計算測量到的電特性值與參照電特性值之間的差異，并且比較該差異與表示通道中是否存在分析物的預定值。
在某些實施方式中，在將樣品和感應化合物二者引入通道時，比較電路126可以被程序化或配置為比較在沿通道的長度的第一方向上在通道的兩端施加電場或電位差時的第一電特性值(例如，電流的大小)和在沿通道的長度的第二相反方向上在通道的兩端施加電場或電位差時的第二電特性值(例如，電流的大小)。在一種實施方式中，比較電路126可以計算第一值和第二值的大小之間的差異，并且將該差異與表示通道中是否存在分析物的預定值比較(例如，差異是否基本上為0)。例如，如果差異基本上為0，則這表示通道中不存在分析物聚集體，例如，通道中不存在分析物。如果差異基本上不為0，則這表示通道中存在分析物聚集體，例如通道中存在分析物。
在某些實施方式中，分析物檢測電路122可以被程序化或配置為確定樣品中分析物的絕對濃度和/或樣品中分析物相對于一種或多種另外的物質的相對濃度。
在某些實施方式中，比較電路124和平衡電路126可以配置為獨立的電路或模塊；而在其它實施方式中它們可以配置為單個集成電路或模塊。
分析物檢測電路122可以具有輸出端128，該輸出端128在某些實施方式中可以與一個或多個外部設備或模塊連接。例如，分析物檢測電路122可以將參照電特性值和/或一個或多個測量到的電特性值傳輸給如下中的一個或多個：用于進一步計算、處理和分析的處理器130、用于存儲值的非臨時性存儲設備或存儲器132和用于向用戶顯示值的視覺顯示設備134。在某些情況下，分析物檢測電路122本身可以產生樣品是否含有分析物的指示，并且可以將該指示傳輸給處理器130、非臨時性存儲設備或存儲器132和/或視覺顯示設備134。
在使用圖1a和圖1b的系統(tǒng)的示例性方法中，可以將一種或多種感應化合物和樣品順序地或同時引入通道。
當流體的流動和/或流體中的帶電粒子的流動未受到抑制時(例如，由于不存在聚集體)，流體中的導電粒子或離子可沿y軸沿通道104的長度的至少一部分從輸入端口110向輸出端口112移動。導電粒子或離子的移動可能導致分析物檢測電路122沿通道104的長度的至少一部分檢測到(例如，電流、電導率、電阻率的)第一或“參照”電特性值或值的范圍。在某些實施方式中，平衡電路124可以在一段時間內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡。然后，平衡電路124可以選擇所述值中的一個作為參照電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
術語“參照”電特性值可以指將樣品和所有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2、銀檢測用的tpea2或一種或多種核酸探針)引入通道之前的通道的電特性的值或值的范圍。即，參照值為表示在樣品中的分析物與所有感應化合物之間任何相互作用之前的通道特征的值。在某些情況下，參照值可以在將感應化合物引入通道之后、但將樣品和另外的感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以在將感應化合物和樣品引入通道之后、但在將另外的感應化合物引入通道之前的時間段測量。在某些情況下，參照值可以在將樣品或感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以預先確定并且存儲于可以訪問該參照值的非臨時性存儲介質上。
在某些情況下，通道中導電聚集體的形成(由于樣品中感興趣的分析物與一種或多種感應化合物之間的相互作用)可以增強沿通道104的長度的至少一部分的電通路。在這種情況下，檢測電路122可以沿通道104的長度的至少一部分檢測第二電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍。在某些實施方式中，檢測電路122可以在將樣品和所有感應化合物引入通道之后、在檢測第二電特性值之前等待一段等待或調整時間。該段等待或調整時間允許聚集體在通道中形成，并且允許聚集體的形成改變通道的電特性。
在某些實施方式中，平衡電路124可以在引入樣品和感應化合物后的一段時間段內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡。然后，平衡電路124可以選擇所述值中的一個作為第二電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
比較電路126可以比較第二電特性值和參照電特性值。如果確定第二值與參照值之間的差異與電流或電導率的預定增加(或電阻率的減小)范圍相對應，則檢測電路122可以確定通道中存在聚集體，因此確定樣品中存在分析物。
在某些其他情況下，當通道中流體的流動和/或流體中帶電粒子的流動被部分或完全阻斷(例如，通過形成聚集體)時，流體中的導電粒子或離子可能不能沿y軸沿通道的長度的至少一部分從輸入端口110向輸出端口112自由地移動。導電粒子或離子的移動受阻或停止可能導致分析物檢測電路122沿通道104的長度的至少一部分檢測到第三電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍?？梢詸z測除第二電特性值之外的第三電特性值或代替第二電特性值。在某些實施方式中，分析物檢測電路122可以在將樣品和感應化合物二者引入通道后、在檢測第三電特性值之前等待一段等待或調整時間。該段等待或調整時間允許聚集體在通道中形成，并且允許聚集體的形成改變通道的電特性。
在某些實施方式中，平衡電路124可以在引入樣品和感應化合物引入后的一段時間段內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡。然后，平衡電路124可以選擇所述值中的一個作為第三電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
比較電路126可以比較第三電特性值和參照電特性值。如果確定第三值與參照值之間的差異與電流或電導率的預定減小(或電阻率的增加)范圍相對應，則分析物檢測電路122可以確定通道中存在分析物聚集體，因此確定樣品中存在感興趣的分析物。
沿通道的長度的流體流動可能取決于聚集體粒子相對于通道的尺寸的大小以及通道內表面的雙電層(edl)的形成。圖2示出了圖1a和1b的檢測系統(tǒng)的示例性通道的橫截面?zhèn)纫晥D，其中示出了通道的內表面處的雙電層(edl)202與聚集體粒子204結合起來抑制通道的流體流動。
一般而言，edl是帶電固體(例如，通道的內表面、分析物粒子、聚集體粒子)與含有電解質的溶液(例如，通道的流體內容物)之間的凈電荷的區(qū)域。edl存在于通道的內表面周圍和通道內任何分析物粒子和聚集體粒子的周圍。來自電解質的反離子受到通道內表面的電荷吸引，誘導凈電荷區(qū)域。edl影響通道內和感興趣的分析物粒子和聚集體粒子周圍的離子流動，通過不允許反離子通過通道的長度來產生二極管樣性質。
為了在數學上求出edl的特征長度，可以求解泊松-波爾茲曼(pb)方程和/或泊松-能斯特-普朗克方程(pnp)。這些解決方案與用于流體流動的納維-斯托克斯(ns)方程耦合，以產生分析以理解示例性系統(tǒng)的操作的非線性耦合方程組。
鑒于通道表面、edl和聚集體粒子之間的空間相互作用，示例性通道可以配置和構造為具有精心選擇的尺寸參數，所述尺寸參數保證在通道中形成某一預定大小的聚集體時，導電離子沿通道的長度的流動基本上被抑制。在某些情況下，示例性通道可配置為深度和/或寬度基本上小于或等于分析物檢測期間通道中形成的聚集體粒子的直徑。在某些實施方式中，在選擇通道的尺寸參數時也可考慮edl的大小。在某些情況下，示例性通道可配置為深度和/或寬度基本上小于或等于通道中聚集體粒子和通道的內表面周圍產生的edl的尺寸。
在某些實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，通道可能沒有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2、銀檢測用的tpea2或核酸檢測用的一種或多種核酸探針)。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以不預處理或改性通道來包括感應化合物。在這種情況下，在使用過程中，使用者可以將一種或多種感應化合物(例如在電解質緩沖液中)引入通道，并檢測具有感應化合物而不存在樣品的通道的參照電特性值。
在某些其他實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，可以預處理或改性通道，以使通道的內表面的至少一部分包括或涂覆有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2、銀檢測用的tpea2或核酸檢測用的一種或多種核酸探針)。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以預處理或改性通道以包括感應化合物。在這種情況下，使用者可能只需將樣品引入通道。在一個實施例中，制造商可以檢測用感應化合物改性的通道的參照電特性值，并且在使用過程中，使用者可以使用存儲的參照電特性值。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以預處理或改性通道以包括感應化合物。在這種情況下，使用者可能需要將樣品和一種或多種另外的感應化合物引入通道。
某些示例性檢測系統(tǒng)可以包括以單個通道。某些其他示例性檢測系統(tǒng)可以包括設置在單個基板上的多個通道。這樣的檢測系統(tǒng)可以包括任何合適數量的通道，包括但不限于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20個通道。
在一種實施方式中，檢測系統(tǒng)可以包括多個通道，其中至少兩個通道獨立于彼此操作。圖1a和圖1b的示例性通道104和有關部件可以在同一個基板上重復制造，以實現(xiàn)這樣的多通道檢測系統(tǒng)。多個通道可以用于檢測相同樣品中的相同分析物、相同樣品中的不同分析物、不同樣品中的相同分析物和/或不同樣品中的不同分析物。
在另一種實施方式中，檢測系統(tǒng)可以包括多個通道，其中至少兩個通道彼此協(xié)同操作。圖3示出了包括基板302的示例性檢測系統(tǒng)300。基板302可以包括可用于檢測相同樣品中的相同分析物的多個通道304、306。雖然描繪的是2個通道，但是可以在檢測系統(tǒng)中提供多個通道。多個通道的提供可以允許冗余和錯誤檢查功能，據此通道中的不同的分析物檢測結果可以表明檢測系統(tǒng)沒有可靠地運行，并且據此通道中的相同結果可以表明檢測系統(tǒng)正在可靠地運行。在前一種情況下，檢測系統(tǒng)可能需要維修、重新校準或丟棄。
第一通道304的第一端部和第二通道306的第一端部可以包括公共輸入端口308或者與公共輸入端口308流體連通，樣品和一種或多種感應化合物可以在該公共輸入端口308處被引入檢測系統(tǒng)。第一通道304的第二端部可以包括第一輸出端口310，或者與第一輸出端口310流體連通，并且第二通道306的第二端部可以包括第二輸出端口312，或者與第二輸出端口312流體連通。輸出端口310和312可以彼此不流體連通。
檢測系統(tǒng)300可以包括電連接在第一和第二通道304，306的端部處或附近的電極314、316a和316b。電極314、316a和316b可以將通道304、306與電壓源或電源322連接起來，以在輸入端口308和第一輸出端口310兩端以及輸入端口308與第二輸出端口312兩端施加電位差。同樣地，分析物檢測電路318可以電連接在第一和第二通道304、316的端部處或附近，以便確定引入這兩個通道的樣品是否含有感興趣的分析物。
結合圖1a和圖1b描述圖3中描繪的與圖1a和圖1b中描繪的相同部件。
在另一種實施方式中，檢測系統(tǒng)可以包括多個通道，其中至少兩個通道彼此協(xié)同操作。圖4示出了包括基板402的示例性檢測系統(tǒng)400?；?02可以包括可用于檢測不同樣品中的相同分析物或者相同樣品中的不同分析物的多個通道404、406。雖然描繪的是2個通道，但是可以在檢測系統(tǒng)中提供更多個通道。多個通道的提供可以允許同時檢測相同樣品中的多種分析物或多個樣品中的相同分析物，從而提高檢測系統(tǒng)的速度和處理能力。
第一通道404的第一端部和第二通道406的第一端部可以包括公共第一輸入端口408，或者與公共第一輸入端口408流體連通，樣品或一種或多種感應化合物可以在該公共第一輸入端口408處被引入檢測系統(tǒng)。另外，第一通道404的第一端部可以包括第二輸入端口414，或者與第二輸入端口414流體連通。第二通道406的第一端部可以包括第三輸入端口416，或者與第三輸入端口416流體連通。第二和第三輸入端口414、416可以彼此不流體連通。
第一通道404的第二端部可以包括第一輸出端口410，或者與第一輸出端口410流體連通，并且第二通道406的第二端部可以包括第二輸出端口412，或者與第二輸出端口412流體連通。輸出端口410和412可以彼此不流體連通。
檢測系統(tǒng)400可以包括可以電連接在第一和第二通道404、406的端部處或附近的電極418、420和422。所述電極可以將第一和第二通道與電壓源或電源436電連接起來，以在第一輸入端口408和第一輸出端口410兩端以及第一輸入端口408和第二輸出端口412兩端施加電位差。同樣地，分析物檢測電路424可以電連接在第一和第二通道404，406的端部處或附近，以便確定引入通道的一種或多種樣品是否含有感興趣的一種或多種分析物。
結合圖1a和圖1b描述圖4中描繪的與圖1a和圖1b中描繪的相同的部件。
在使用圖4的系統(tǒng)400的示例性方法中，可以將樣品引入公共第一輸入端口408，并且可以將第一組和第二組感應化合物分別在第二和第三輸入端口414和416處引入。結果，基于在第一通道404的第一和第二端部處進行的測量，分析物檢測電路424可以確定樣品是否含有感興趣的第一分析物(該第一分析物與第一通道中的第一感應化合物相互作用以形成聚集體)。基于在第二通道406的第一和第二端部處進行的測量，分析物檢測電路424可以確定樣品是否含有感興趣的第二分析物(該第二分析物與第二通道中的第二感應化合物相互作用以形成聚集體)。
在另一種使用的示例性方法中，可以將一種或多種感應化合物引入公共第一輸入端口408，并且可以將第一和第二樣品分別在第二和第三輸入端口414和416處引入。結果，基于在第一通道404的第一和第二端部處進行的測量，分析物檢測電路424可以確定第一樣品是否含有感興趣的分析物(該分析物與第一通道中的感應化合物相互作用形成聚集體)。基于在第二通道406的第一和第二端部處進行的測量，分析物檢測電路424可以確定第二樣品是否含有相同的感興趣的分析物(該分析物與第二通道中的感應化合物相互作用形成聚集體)。
在某些實施方式中，圖1a、圖1b、圖3和圖4中所示的系統(tǒng)可以用于基于通道的一個或多個電特性值來確定分析物的絕對濃度或相對濃度。分析物的濃度可以以這樣的方式確定，因為示例性檢測系統(tǒng)的通道具有較高的內表面積與體積的比。在低分析物濃度下，通道中的電導率由表面電荷控制。這樣，對通道的電特性的測量可以使得能夠區(qū)分不同的離子。結果，通道中的主體流動(bulkflow)的獨特且靈敏的測量可用于確定通道內表面處的表面電荷的信息。因此，示例性實施方式可以計算通道的電特性值的預定范圍，這些預定范圍為給定通道尺寸和不同分析物濃度下的特定分析物所特有。然后，可以用這些預定值來確定樣品中的分析物的未知濃度。
下面的論文中給出了針對不同離子的通道中表面電荷的詳細信息，所述論文的全部內容通過引用明確并入本文：“裸露的二氧化硅納米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅納米通道的表面依賴性化學平衡常數和電容(surface-dependentchemicalequilibriumconstantsandcapacitancesforbareand3-cyanopropyldimethylchlorosilanecoatedsilicananochannels),”m.b.andersen,j.frey,s.pennathur和h.bruus,j.colloidinterfacesci.353,301-310(2011)，和“納米通道中低鹽濃度下二氧化碳飽和的電解質中水合氫控制離子遷移(hydronium-dominationiontransportincarbon-dioxide-saturatedelectrolytesatlowsaltconcentrationsinnanochannels)”,k..l.jensen,j.t.ristensen,a.m.crumrine,m.b.andersen,h.bruus和s.pennathur.,phys.reviewe.83,5,056307。
圖5是通道的內部的示意圖，包括通道502的內表面、緊鄰通道的內表面的固定流體層504、緊鄰固定層的擴散流體層506和緊鄰擴散層的主體流體流動層508。在各流體層中描繪了示例性離子。在通道的長度的兩端施加電位差時，可以沿通道的長度的至少一部分檢測電特性值(例如，通過分析物檢測電路122)。比較電路126可用于比較測量到的電特性值和預定范圍的與分析物的特定濃度或濃度值的范圍相對應的電特性值。所確定的濃度可以是分析物的絕對濃度，或者是分析物相對于通道中的一種或多種其它物質的濃度的相對濃度。
圖6a和圖6b是表示針對不同測試例的在通道中測量的電導率值的圖。在每個測試例中，使用分析物相對于另外兩種物質(在這種情況下，為銨和過氧化氫)的濃度的不同相對濃度，并且確定通道中的對應電導率值。在一種實施方式中，standardclean1或sc1用作測試例中的溶液。sc1的詳情可以在網上找到。在圖6a和圖6b中描繪的測試例中的三種物質之間的濃度比在表1中給出，表1列出了測試例中sc1的濃度：過氧化氫濃度：銨濃度的比。
表1
分析物的濃度越低，越容易測量分析物與其它物質之間的相對濃度差。例如，在濃度比為1000:1:1時，在示例性檢測系統(tǒng)中可以實現(xiàn)1-10ppm數量級的檢測靈敏度。在濃度比為350:1:1時，可以實現(xiàn)100ppm數量級的檢測靈敏度。在濃度比為5:1:1時，可以實現(xiàn)10,000ppm數量級的檢測靈敏度。
圖1a和圖1b的基板102、通道104和蓋片114在某些實施方式中可以由玻璃制成。由于玻璃緩慢溶解到生物流體中以及蛋白質和小分子附著到玻璃表面，生物條件表示了使用玻璃來源的植入(glass-derivedimplantations)的障礙。在示例性實施方式中，使用自組裝單層的表面改性提供了一種用于改性分析物檢測和分析用的玻璃表面的途徑。在某些實施方式中，蓋片114的內表面和/或通道104的內表面106的至少一部分可以預先處理或共價改性，以便包括或涂覆有使感應化合物(例如，銀檢測用的tpea2或核酸檢測用的一種或多種核酸探針)能夠與內表面特異性共價結合的材料。
可用于改性通道和/或蓋片的內表面的示例性材料包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、兩性離子磺內酯、聚(6-9)乙二醇(peg)、全氟辛基、熒光素、醛、石墨烯化合物等。通道內表面的共價改性可防止某些分子的非特異性吸收。在一個實施例中，內表面的共價改性可以使感應化合物分子能夠與內表面共價結合，同時防止其它分子非特異性吸收到內表面。
作為改性材料的一個實例，烷基硅烷是在硅和玻璃表面形成共價單層的一組分子。烷基硅烷具有三個不同區(qū)域：好的離去基團包圍的頭部基團、長的烷基鏈和末端基團。頭部基團通常含有鹵素、烷氧基或其它離去基團，允許分子在適當的反應條件下共價錨固到固體玻璃表面。烷基鏈通過范德華相互作用促進單層的穩(wěn)定和有序化，這允許組裝充分有序化的單層。末端基團通過使用包括但不限于親核取代反應、點擊化學或聚合反應的技術允許化學表面性質的功能化和可調節(jié)。
在用硅烷化合物處理內表面的示例性技術中，制備溶液。該溶液可以是在適當的溶劑(例如，對于三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷為甲苯、對于氯硅烷或三氯硅烷為乙醇或者對于三甲氧基硅烷為ph為3.5～5.5的水)中的0.1％～4％(體積比)(如果硅烷為液體)或0.1％～4％(重量/體積)(如果硅烷為固體)的適當的氯硅烷、三氯硅烷、三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷。該溶液可以通過0.2μm的無表面活性劑的醋酸纖維素(sfca)過濾器過濾?？梢詫?0μl經過濾的硅烷溶液加入到通道的端口，并允許毛細填充(capillaryfill)通道。這可能或不能通過光學顯微鏡觀察到，并且可能花5～40分鐘，該時間取決于溶劑組成。在完成毛細填充后，可以將10μl經過濾的硅烷溶液加入到通道的余下端口。然后，可以將整個通道浸漬在經過濾的硅烷溶液中，并允許在所需的溫度(例如，根據用于改性的具體的硅烷和溶劑組成，為20℃～80℃)下反應所需的時間(例如，1～24個小時)。在所需的反應時間結束后，硅烷化過程可以使用下面的技術中的一種猝滅，并且在某些情況下可以向甲苯或乙醇基表面改性液中加入催化量的乙酸。
在示例性的猝滅技術中，可以將整個通道轉移到填充有經0.2μm的sfca過濾的乙醇的容器中，并且儲存直到用于使用或進一步改性所需的時間。在另一種示例性猝滅技術中，通道可以用適當的溶劑組合物進行電動力學清洗。在用于甲苯改性通道的一種電動力學清洗技術中，以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動甲苯通過通道，隨后以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動乙醇通過通道，隨后以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動乙醇：水的1：1的混合物通過通道，最后以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動水通過通道。通道的正確操作可以通過如下確認：測量向通道中加入的50mm的硼酸鈉緩沖液施加1000v場時的電流(基于通道尺寸得到的電流讀數為約330na)，并且在施加相同場的情況下重新加入超純(例如，milliq超純)水得到電流小于20na但大于0。
表2總結了可用于改性通道的內表面和/或覆蓋通道的蓋片的內表面的某些示例性材料。
表2
iii.示例性分析物檢測技術
示例性技術使得能夠使用一種或多種感應化合物檢測樣品中感興趣的一種或多種分析物。示例性技術可以使用已知與分析物(如果樣品中存在的話)相互作用以引起聚集體的產生的一種或多種感應化合物。示例性技術使得能夠使用一種或多種感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)檢測樣品中的汞(ii)或銀(i)離子。在某些情況下，tpet2分子與汞(ii)離子相互作用形成聚集體，該聚集體基本上阻斷通道中的流體流動，結果引起電流和電導率下降。tpet2具有如下的分子式：c42h40n4o6。tpet2具有如下結構：
在某些情況下，tpea2分子和銀(i)離子相互作用形成聚集體，該聚集體基本上阻斷通道中的流體流動，結果引起電流和電導率下降。tpea2具有如下結構：
在某些實施方式中，檢測系統(tǒng)中所使用的電極可以是金屬的，例如鋁、錳和鉑。
示例性技術可以將樣品和感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)引入檢測系統(tǒng)的、被特別配置且尺寸設置成允許檢測分析物(例如，汞或銀)的通道。在某些實施方式中，通道可以配置為其深度和/或其寬度基本上小于或等于聚集體粒子的直徑。在將樣品和感應化合物二者引入通道時，聚集體的形成可能表明樣品中存在分析物(例如，汞或銀)，而不存在聚集體可能表明樣品中不存在分析物(例如，汞或銀)。
當流體的流動和/或流體中帶電粒子的流動未受到抑制時(例如，由于不存在聚集體)，流體中的導電粒子或離子(例如分析物粒子或離子)可以在檢測系統(tǒng)中沿y軸沿通道的長度的至少一部分從輸入端口向輸出端口移動。帶電粒子或離子的移動可能導致沿通道的長度的至少一部分檢測到(例如，通過分析物檢測電路)第一或“參照”電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍。在某些實施方式中，可以在一段時間內連續(xù)地或周期性地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡(例如，通過平衡電路)?？梢詫⑺鶛z測到的值中的一個選為參照電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
術語“參照”電特性值可以指將樣品和感應化合物二者引入通道之前的通道的電特性的值或值的范圍。即，參照值為表示在樣品中的分析物(例如，汞或銀)與感應化合物之間任何相互作用之前的通道特征的值。在某些情況下，參照值在將感應化合物引入通道之后、但在將樣品引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以在將樣品引入通道之后、但在將感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以在將樣品或感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以預先確定并且存儲于可以訪問該參照值的非臨時性存儲介質上。
然而，當流體的流動和/或流體中帶電粒子的流動被部分或完全阻斷(例如，通過形成聚集體)時，流體中的導電粒子或離子(例如，分析物粒子或離子)可能不能沿y軸沿通道的長度的至少一部分從輸入端口向輸出端口自由地移動。導電粒子或離子的移動受阻或停止可能導致沿通道的長度的至少一部分檢測到第二電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍。在某些實施方式中，可以允許在將樣品和感應化合物二者引入通道之后、在檢測第二電特性值之前經過一段等待或調整時間。所述等待或調整時間允許聚集體在通道中形成，并且允許聚集體的形成改變通道的電特性。
在某些實施方式中，可以在樣品和感應化合物二者引入后的一段時間段內連續(xù)地或周期性地監(jiān)測一個或多個電特性值直到所述值達到平衡?？梢赃x擇所檢測到的值中的一個作為第二電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
可以比較第二電特性值和參照電特性值。如果確定第二值與參照值之間的差異與電流或電導率的預定減小(或電阻率的增加)范圍相對應，可以確定通道中存在聚集體，因此確定樣品中存在感興趣的分析物(例如，汞或銀)。
在某些情況下，導電聚集體的形成可以增強沿通道的長度的至少一部分的電通路。在這種情況下，可以沿通道的長度的至少一部分檢測第三電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍。在一些實施方式中，可以允許在將樣品和感應化合物二者引入通道之后、在檢測第三電特性值之前經過一段等待或調整時間。該段等待或調整時間允許聚集體在通道中形成，并且允許聚集體的形成改變通道的電特性。
在某些實施方式中，可以在將樣品和感應化合物二者引入后的一段時間段內連續(xù)地或周期性地監(jiān)測一個或多個電特性值直到所述值達到平衡?？梢赃x擇所檢測到的值中的一個作為第三電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
可以比較第三電特性值和參照電特性值。如果確定第三值與參照值之間的差異與電流或電導率的預定增加(或電阻率的減小)范圍相對應，可以確定通道中存在聚集體，因此確定樣品中存在感興趣的分析物。
在某些實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，通道可能沒有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以不預處理或改性通道來包括感應化合物。在這種情況下，在使用過程中，使用者可能需要將感應化合物和樣品二者引入通道。
在一個實施例中，使用者可以將感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)和樣品同時引入通道，例如，以感應化合物和樣品的混合物的形式。在這種情況下，可以在將混合物引入之前在通道中檢測參照電特性值，并且在將混合物引入之后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可以用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在另一個實施例中，使用者可以將感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)和樣品同時引入通道，例如以感應化合物和樣品的混合物的形式。存儲的表示將樣品和感應化合物二者引入之前的通道的特征的參照電特性值可以從非臨時性存儲介質上檢索或訪問到?？梢栽趯悠泛透袘衔锏幕旌衔镆胪ǖ乐髾z測電特性值。電特性值與存儲的參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在另一個實施例中，使用者可以先將感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)引入通道，并且檢測通道中只有感應化合物時的參照電特性值。使用者可以隨后將樣品引入通道，并在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在另一個實施例中，使用者可以先將感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)引入通道，并且可以隨后將樣品引入通道。然后，使用者可以在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。存儲的表示將樣品和感應化合物二者引入之前的通道的特征的參照電特性值可以從非臨時性存儲介質上檢索或訪問到。存儲的電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在另一個實施例中，使用者可以將樣品引入通道，并且檢測通道中只有樣品時的參照電特性值。使用者可以隨后將感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)引入通道，并且在將感應化合物引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在另一個實施例中，使用者可以先將樣品引入通道，并且可以隨后將感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)引入通道。然后，使用者可以在將感應化合物引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。存儲的表示將樣品和感應化合物二者引入之前的通道的特征的參照電特性值可以從非臨時性存儲介質上檢索或訪問到。存儲的電特性值與參照電特性值的比較可以用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在某些其他實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，可預處理或改性通道，以使通道的內表面的至少一部分包括或涂覆有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)。即，檢測系統(tǒng)的制造商可預處理或改性通道以包括感應化合物。在這種情況下，使用者可能只需將樣品引入通道。
在一個實施例中，制造商可以檢測具有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)的通道的參照電特性值，并且可以將參照電特性值存儲于非臨時性存儲介質上。在使用過程中，使用者可以將樣品引入通道，并在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。所存儲的電特性值可以從存儲器介質上訪問或檢索到。電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
在另一個實施例中，使用者可以在將樣品引入通道之前檢測具有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)的通道的參照電特性值。隨后使用者可以將樣品引入通道，并且在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可以用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖7a和圖7b為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的示例性方法700的流程圖。在步驟702中，可使用任何合適的技術例如毛細填充或電動力學填充將電解質緩沖液中的感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)引入通道?；蛘?，在步驟702中，可以處理通道的內表面的至少一部分以包括或涂覆有感應化合物(例如，汞檢測用的tpet2或銀檢測用的tpea2)。在步驟704，使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電壓差。在步驟706中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一個或多個電特性值(例如，電流和/或電導率)。在某些情況下，可以直接測量電流和/或電導率。在其它情況下，可以檢測表示電流的度量值和/或表示電導率的度量值。
將感應化合物引入通道可能造成通道的電特性的瞬變。為了得到準確且可靠的電特性的測量，在步驟708中，可以連續(xù)地或周期性地監(jiān)測步驟706中檢測到的第一組兩個以上的值?？梢源_定電特性值是否已經達到平衡，即停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定電特性尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟706，以檢測另外的電特性值。另一方面，如果確定電特性值已經達到平衡，那么該方法可以轉到步驟710。
在步驟710中，可以從第一組電特性中選擇第一值或參照值。第一電特性值可用于表示在將樣品和感應化合物二者引入通道之前的通道的一種或多種電特性(例如，電流或電導率)。
在可選的實施方式中，第一值或參照值可以從非臨時性存儲器或存儲器上訪問到，因此可能不需要在步驟704-710進行檢測，從而使步驟704-710在本實施方式中變得不必要。
在步驟711中，在一些實施方式中，可以從通道的引入包括tpet2分子或tpea2分子的電解質緩沖液的輸入端口取出該電解質緩沖液。該步驟保證隨后在該輸入端口引入樣品不引起tpet2分子或tpea2分子與輸入端口處的樣品之間發(fā)生相互作用。相反地，該步驟保證任何這樣的相互作用發(fā)生在通道的長度內，而不在輸入端口處發(fā)生。
在步驟712中，可以使用任何合適的技術例如毛細填充或電動力學填充將電解質緩沖液中的樣品引入通道。
雖然圖7a和圖7b中所示的方法表明在引入樣品之前將感應化合物引入通道，但是該方法的另一種實施方式可能涉及到在引入感應化合物之前將樣品引入通道。即，可以在步驟702中將樣品引入通道，而在步驟712中將感應化合物引入通道。然而，另一種實施方式可能涉及到預先混合樣品和感應化合物，再將預混合物一次引入通道。在預混合的情況下，可以在將預混合物引入通道之前檢測參照電特性值，并且在將預混合物引入通道后檢測第二電特性值?？梢员容^第二值與參照值以確定樣品中是否存在分析物(例如汞或銀)。
在步驟714中，可以使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟716中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性(例如，電流和/或電導率)。在某些情況下，可以直接測量電流和/或電導率。在其它情況下，可以檢測表示電流的度量值和/或表示電導率的度量值。
將樣品引入通道可能造成沿通道傳導的電流的瞬變。為了獲得準確且可靠的電特性的測量，在步驟718中，可以連續(xù)地或周期性地監(jiān)測步驟716中檢測到的第二組兩個以上的值?？梢源_定電特性值是否已經達到平衡，即停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定電特性尚未達到平衡，則該方法可返回到步驟716，以檢測另外的值。另一方面，如果確定電特性值已經達到平衡，那么該方法可以轉到步驟720。在步驟720中，可以從第二組電特性值中選擇第二值。第二值可用于表示在將樣品和感應化合物二者引入通道后沿通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性(例如，電流或電導率)。
在步驟722中，可以確定第一值或參照值(在步驟710中確定的)的大小與第二值(在步驟720中確定的)的大小之間的差異。在步驟724中，可以確定步驟722中確定的差異是否滿足預定閾值，例如該差異是否大于預定值或者該差異是否在預定范圍內。
如果樣品含有與感應化合物進行特定類型的相互作用的特定分析物(例如，汞或銀)，將樣品和感應化合物二者引入通道可能引起該特定類型的相互作用。相反，如果樣品不含特定分析物(例如，汞或銀)，將樣品和感應化合物二者引入通道可能不引起該特定類型的相互作用。因此，如果特定的相互作用引起通道中電流或電導率的變化，那么步驟724中檢測到預期變化可以表明樣品中存在分析物(例如，汞或銀)。
這樣，如果在步驟724中確定第一值與第二值之間的差異大于預定閾值，那么在步驟730中可以確定樣品含有正在測定的分析物(例如，汞或銀)。隨后，在步驟732中，樣品含有分析物(例如，汞或銀)的指示可以存儲于非臨時性存儲介質上?？蛇x地或者另外，在步驟732中，樣品含有分析物(例如，汞或銀)的指示可以顯示在顯示設備上。
另一方面，如果在步驟724中確定第一值與第二值之間的差異小于預定閾值，那么在步驟726中可以確定樣品不含正在測定的分析物(例如，汞或銀)。隨后，在步驟728中，樣品不含分析物(例如，汞或銀)的指示可以存儲于非臨時性存儲介質上?？蛇x地或另外，在步驟728中，樣品不含分析物(例如，汞或銀)的指示可以顯示在顯示設備上。
示例性閾值可以包括但不限于某些非限制性情況下的5-100na。
關于汞檢測，示例性閾值可以包括但不限于某些非限制性情況下的5-100na。在一個實施例中，可以通過向一個通道端口加入約10μl電解質緩沖液來用電解質緩沖液(例如，溶解于水和乙腈中的四硼酸鈉，其中50mm的四硼酸鈉：乙腈的比為2:1)毛細填充100nm的通道，進行約5分鐘。在完成通道的填充時，可以向另一通道端口加入約10μl電解質緩沖液，然后將與kiethley2410電流表連接的電極插入通道的端口中，并且施加+500v或-500v的電位差直到獲得穩(wěn)定電流(對于+500v為約29～31na，而對于-500v為約-29～-31na)。可以施用約2μl的含有在電解質緩沖液(2:1的50mm硼酸鈉：乙腈)中的100μm硝酸汞(ii)一水合物(其為分析物)的溶液，施加+500v或-500v的電位差直到獲得穩(wěn)定電流(對于+500v為約28～29na，而對于-500v為約-29～-31na)。可以從通道的端口取出在緩沖液中的硝酸汞樣品，以替換為約5μl的含有在電解質緩沖液(2:1的50mm硼酸鈉：乙腈)的20μm的tpet2的溶液。向每個通道端口中加入該溶液?？梢砸?0秒的周期在+500v和-500v之間間歇性切換電場以引起混合。可以檢測到不同大小的穩(wěn)定電流，而與電場的方向無關(對于+500v為約29～33na，而對于-500v為約-37～-40na)。
關于銀檢測，示例性閾值可以包括但不限于某些非限制性情況下的5-100na。在一個實施例中，可以通過向一個通道端口加入約10μl電解質緩沖液來用電解質緩沖液(例如，溶解于水中和四氫呋喃的四硼酸鈉，其中45mm四硼酸鈉：四氫呋喃的比為5:1)毛細填充100nm的通道，填充約5～10分鐘。在完成通道的填充時，可以向另一通道端口加入約10μl電解質緩沖液，然后將與kiethley2410電流表連接的電極插入通道的端口中，并且施加+1000v或-1000v的電位差直到獲得穩(wěn)定電流(對于+1000v為約45na，而對于-1000v為約-45na)?？梢詫⒃?:1的50mm硼酸鹽：四氫呋喃中的約40μm的tpea2引入通道，并且施加+1000v或-1000v的電位差直到獲得穩(wěn)定電流(對于+1000v為約40～43na，而對于-1000v為約-40～-43na)?？梢詢H從一個通道端口或者兩個通道端口取出tpea2緩沖液，并替換為約5μl的樣品溶液。樣品溶液可能含有或可能不含銀離子。在一個實施例中，如果樣品溶液是含有銀離子的樣品溶液，則樣品溶液可能含有在電解質緩沖液(50mm硼酸鈉：四氫呋喃的比為約5:1)中的約200μm的硝酸銀(i)。在將樣品溶液引入通道后，可以在電極兩端施加+1000v的電位差，并且將電場間歇性切換為-1000v以引起混合。在+1000v和-1000v時可以使用約30秒的周期，以引起樣品混合，并且在所施加的兩種場下均可檢測到沿通道的長度的至少一部分的電流。在施加場為約+1000v的情況下，在某些情況下檢測到電流為約43～46na，而在施加場為-1000v的情況下，在某些情況下檢測到電流為約-60～-63na。
在某些實施方式中，可以準備用于在隨后測試樣品中重復使用的通道。在步驟736中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將解聚劑引入通道。可以選擇與通道中所形成的聚集體之間相互作用以造成聚集體溶解或解體的解聚劑。隨后，可以使通道充滿電解質緩沖液，以徹底沖洗通道，并允許樣品和感應化合物被引入通道。在一個實施例中，包括聚集體的通道可以通過如下準備用于重復使用：用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差引入通道的二甲亞砜清洗通道，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差引入通道的10mm氫氧化鈉清洗，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加100v電位差引入通道的1m氯化氫清洗。在另一個實施例中，包括聚集體的通道可以通過如下準備用于重復使用：用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差持續(xù)10分鐘引入通道的二甲亞砜清洗，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加100v電位差持續(xù)10分鐘引入通道的1m氯化氫清洗，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差持續(xù)10分鐘引入通道的100mm四硼酸鈉清洗，隨后在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差持續(xù)10分鐘將18milliqmegaohm水引入通道。
在某些實施方式中，在步驟734中，在聚集體分解之前，可以基于通道的電特性值確定分析物(例如，汞或銀)的絕對濃度或相對濃度。分析物的濃度可以以這樣的方式確定，因為示例性檢測系統(tǒng)的通道具有較高的內表面積與體積的比。在低分析物濃度下，通道中的電導率由表面電荷控制。這樣，對通道的電特性的測量可以使得能夠區(qū)分不同的離子。結果，通道中的主體流動的獨特且靈敏的測量可用于確定通道內表面處的表面電荷的信息。因此，示例性實施方式可以計算通道的電特性值的預定范圍，這些預定范圍為給定通道尺寸和不同分析物離子濃度下的特定分析物離子(例如，汞或銀離子)所特有。然后，可以用這些預定值來確定樣品中的分析物的未知濃度。下面的論文中給出了針對不同離子的通道中表面電荷的詳細信息，所述論文的全部內容通過引用明確并入本文：“裸露的二氧化硅納米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅納米通道的表面依賴性化學平衡常數和電容(surface-dependentchemicalequilibriumconstantsandcapacitancesforbareand3-cyanopropyldimethylchlorosilanecoatedsilicananochannels),”m.b.andersen,j.frey,s.pennathur和h.bruus,j.colloidinterfacesci.353,301-310(2011)，和“納米通道中低鹽濃度下二氧化碳飽和的電解質中水合氫控制離子遷移(hydronium-dominationiontransportincarbon-dioxide-saturatedelectrolytesatlowsaltconcentrationsinnanochannels)”,”k..l.jensen,j.t.ristensen,a.m.crumrine,m.b.andersen,h.bruus和s.pennathur.,phys.reviewe.83,5,056307”。
圖5是通道的內部的示意圖，包括通道502的內表面、緊鄰通道的內表面的固定流體層504、緊鄰固定層的擴散流體層506和緊鄰擴散層的主體流體流動層508。在各流體層中描繪了示例性離子。在通道的長度的兩端施加電位差時，可以沿通道的長度的至少一部分檢測電特性值(例如，通過分析物檢測電路122)。比較電路124可用于比較測量到的電特性值和預定范圍的與分析物(例如，汞或銀)的特定濃度或濃度值的范圍相對應的電特性值。所確定的濃度可以是分析物(例如，汞或銀)的絕對濃度，或者是分析物(例如，汞或銀)相對于通道中的一種或多種其它物質的濃度的相對濃度。
圖6a和圖6b是表示針對不同測試例的在通道中測量的電導率值的圖。在每個測試例中，使用分析物相對于另外兩種物質(在這種情況下，為銨和過氧化氫)的濃度的不同相對濃度，確定通道中的對應電導率值。在一種實施方式中，standardclean1或sc1用作測試例中的溶液。sc1的詳情可以在網上找到。在圖6a和圖6b中描繪的測試例中的三種物質之間的濃度比在上面的表1中給出。
分析物的濃度越低，越容易測量分析物與其它物質之間的相對濃度差。例如，在濃度比為1000:1:1時，在示例性檢測系統(tǒng)中可以實現(xiàn)1-10ppm數量級的檢測靈敏度。在濃度比為350:1:1時，可以實現(xiàn)100ppm數量級的檢測靈敏度。在濃度比為5:1:1時，可以實現(xiàn)10,000ppm數量級的檢測靈敏度。
用于檢測分析物(例如，汞離子或銀離子)的另一種示例性技術可能涉及到檢測通道中由通道中聚集體的形成造成的二極管樣性質的存在。在不存在聚集體的情況下，施加基本類似大小的電位差(如+500v)可能造成沿通道長度檢測到基本相同大小的電特性(例如電流)，而與電位差或電場的施加方向無關。如果在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度的兩端施加電位差(例如，使得正電極處于位于通道的第一端或第一端附近的輸入端口110處，并且使得負電極處于位于通道的第二端或第二端附近的輸出端口112處)，所產生的電流可能在大小上基本等于在相反方向上施加該電位差(例如，使得正電極處于輸出端口112處并且使得負電極處于輸入端口110處)所產生的電流。
通道中聚集體的形成可能造成二極管樣性質，在該性質中施加的電位差或電場的方向的顛倒造成通道中檢測到的電特性發(fā)生變化。二極管樣性質使得檢測到的電流大小隨電場的方向變化。當在第一方向上施加電場或電位差時，電流的大小可能在大小上與在相反方向上施加電位差或電場時不同。因此，第一電特性值(在沿通道長度的第一方向上施加電位差時檢測到的)與第二電特性值(在沿通道長度的第二相反方向上施加電位差時檢測到的)之間的比較可使得能夠檢測聚集體，從而檢測樣品中的分析物(例如，汞離子或銀離子)。如果第一電特性值和第二電特性值在大小上基本相等，那么可以確定樣品不含分析物(例如，汞離子或銀離子)。另一方面，如果第一電特性值和第二電特性值在大小上基本不相等，則可以確定樣品含有分析物(例如，汞離子或銀離子)。換句話說，電特性值的總和(在一個方向上為正、在另一個方向上為負)在不存在聚集體時基本上為0，而在存在聚集體時基本上不為0。圖8a和圖8b為示出用于檢測樣品中是否存在分析物的一般示例性方法750的流程圖。在步驟752中，可使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將樣品和電解質緩沖液中的感應化合物引入通道。感應化合物和樣品可以同時或分開引入。在一種實施方式中，可以處理通道的內表面的至少一部分，以包括或涂覆有感應化合物。在步驟754中，可以使用電壓源在沿通道長度(y軸)的第一方向上在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟756中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一個或多個電特性值(例如，電流和/或電導率)。在一些情況下，可以直接測量電流和/或電導率。在其它情況下，可以檢測表示電流的測量值和/或表示電導率的測量值。
為了得到準確且可靠的電特性的度量值，在步驟758中，可以連續(xù)地或周期性地監(jiān)測步驟756中檢測到的第一組兩個以上的值?？梢源_定電特性值是否已經達到平衡，即停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定電特性尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟756，以檢測另外的電特性值。另一方面，如果確定電特性值已經達到平衡，那么該方法可以轉到步驟760。
在步驟760中，可以從第一組電特性中選擇第一值。第一電特性值可用于表示在將沿通道的長度(y軸)的第一方向上施加電場時的通道的一種或多種電特性(例如，電流或電導率)。
在步驟762中，可以使用電壓源在沿通道長度(y軸)的第二相反方向上在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。第二方向可能基本上與第一方向相反。在步驟764中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性(例如，電流和/或電導率)。在一些情況下，可以直接測量電流和/或電導率。在其它情況下，可以檢測表示電流的度量值和/或表示電導率的度量值。
為了獲得準確且可靠的電特性的度量值，在步驟766中，可以連續(xù)地或周期性地監(jiān)測步驟764中檢測到的第二組兩個以上的值。可以確定電特性值是否已經達到平衡，即暫時停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定電特性尚未達到平衡，則該方法可返回到步驟764，以檢測另外的值。另一方面，如果確定電特性值已經達到平衡，那么該方法可以轉到步驟768。在步驟768中，可以從第二組電特性值中選擇第二值。第二值可用于表示在將樣品和感應化合物二者引入通道后沿通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性(例如，電流或電導率)。
在步驟770中，可以確定第一值(在步驟760中確定的)的大小與第二值(在步驟768中確定的)的大小之間的差異。在步驟772中，可以確定步驟770中確定的差異是否滿足預定閾值，例如該差異是否大于預定值或者該差異是否在預定范圍內。
如果在步驟772中確定第一值與第二值之間的差異滿足預定的閾值(例如，大小上的差異基本上不為0)，則可以在步驟778中確定樣品含有正在測定的分析物(例如，汞離子或銀離子)。隨后，在步驟780中，可以將樣品含有分析物的指示存儲于非臨時性存儲介質上。可選地或另外，在步驟780中，樣品含有分析物的指示可以顯示在顯示設備上。
另一方面，如果在步驟772中確定第一值與第二值之間的差異不滿足預定閾值(例如，大小上的差異基本上為0)，則可以在步驟774中確定樣品不含正在測定的分析物(例如，汞離子或銀離子)。隨后，在步驟776中，可以將樣品不含分析物的指示存儲于非臨時性儲存介質上。可選地或另外，在步驟776中，樣品不含分析物(例如，汞離子或銀離子)的指示可以顯示在顯示設備上。
在某些情況下，如果第一與第二值之間的大小差異大于閾值，則可以確定樣品含有分析物(例如，汞離子或銀離子)。相反，可以確定樣品不含分析物(例如，汞(hg)離子或銀(ag)離子)。在某些非限制性實施例中，閾值可以為約1na至約3na。
在通過tpet2(c42h40n4o6)檢測汞(ii)離子的存在的實施例中，汞離子與tpet2之間的相互作用導致通道中形成聚集體。在不存在汞聚集體的情況下，第一和第二電特性值可能基本相等。例如，當通道填充有2:1的50mm硼酸鹽：乙腈(缺少聚集體)時，在第一方向上施加+500v的電位差時檢測到第一電流值為32na～33na，而在第二相反方向上施加-500v的電位差時檢測到第二電流值為-31na～-32na。同樣地，當通道填充有在2:1的50mm硼酸鹽：乙腈(缺少感應化合物，且缺少聚集體)中的100μμ的硝酸汞(ii)溶液時，在第一方向上施加+500v的電位差時檢測到第一電流值為29na～31na，而在第二相反方向上施加-500v的電位差時檢測到第二電流值為28na～30na。即，兩個電特性值的大小之間的差異基本上為0(例如，0～3na)。換句話說，這兩個電特性值基本上相等，表明通道中不存在汞聚集體。相比之下，在該實施例中存在汞聚集體的情況下，第一和第二電特性值可能不相等，即基本上不同。例如，當通道中存在汞聚集體時(在將含汞的樣品和tpet2引入通道后)，在第一方向上施加+500v的電位差時檢測到第一電流為29na～33na，而在第二相反方向上施加-500v的電位差時檢測到第二電流值為-37na～-40na。即，兩個電特性值的大小之間的差異基本上不為0(例如，7～8na)。換句話說，這兩個電特性值基本上不相等，表明通道中存在汞聚集體。
在通過tpea2檢測銀(i)離子的存在的實施例中，銀離子與tpea2之間的相互作用導致通道中形成聚集體。在不存在銀聚集體的情況下，第一和第二電特性值可能基本相等。例如，當通道填充有5:1的45mm四硼酸鈉：四氫呋喃(缺少聚集體)時，在第一方向上施加+1000v的電位差時可能檢測到第一電流值為45na，而在第二相反方向上施加-1000v的電位差時可能檢測到第二電流值為-45na。同樣地，當通道填充有在5:1的50mm硼酸鹽：四氫呋喃(缺少感應化合物，且缺少聚集體)中的40μμ的tpea2時，在第一方向上施加+1000v的電位差時可能檢測到第一電流值為40na～43na，而在第二相反方向上施加-1000v的電位差時可能檢測到第二電流值為-40na～-43na。即，兩個電特性值的大小之間的差異基本上為0(例如，0～3na)。換句話說，這兩個電特性值基本上相等，表明通道中不存在銀聚集體。相比之下，在該實施例中存在銀聚集體的情況下，第一和第二電特性值可能不相等，即基本上不同。例如，當通道中存在銀聚集體時(在將含銀的樣品和tpea2引入通道后)，在第一方向上施加+1000v的電位差時可能檢測到第一電流值為43na～46na，而在第二相反方向上施加-1000v的電位差時可能檢測到第二電流值為-60na～-63na。即，兩個電特性值的大小之間的差異基本上不為0。換句話說，這兩個電特性值基本上不相等，表明通道中存在銀聚集體。
在某些實施方式中，可以制備用于在隨后測試樣品中重復使用的通道。在步驟784中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將解聚劑引入通道。可以選擇解聚劑，使得解聚劑與通道中所形成的聚集體之間相互作用造成聚集體溶解或解體。可以使通道充滿電解質緩沖液，以徹底沖洗通道，并允許樣品和感應化合物被引入通道。在一個實施例中，包括聚集體的通道可以通過如下準備用于重復使用：用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差引入通道的二甲亞砜清洗通道，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差引入通道的10mm氫氧化鈉清洗，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加100v電位差引入通道的1m氯化氫清洗。在另一個實施例中，包括聚集體的通道可以通過如下準備用于重復使用：用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差持續(xù)10分鐘引入通道的二甲亞砜清洗，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加100v電位差持續(xù)10分鐘引入通道的1m氯化氫清洗，隨后用在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差持續(xù)10分鐘引入通道的100mm四硼酸鈉清洗，隨后在輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間施加500v電位差持續(xù)10分鐘將18milliqmegaohm水引入通道。
在某些實施方式中，在步驟782中，在聚集體解體之前，可以基于通道的電特性值確定分析物(例如，汞離子或銀離子)的絕對濃度或相對濃度。分析物(例如，汞離子或銀離子)的濃度可以以這樣的方式確定，因為示例性檢測系統(tǒng)的通道具有較高的內表面積與體積的比。在低分析物(例如，汞離子或銀離子)濃度下，通道中的電導率由表面電荷控制。這樣，對通道的電特性的測量可以使得能夠區(qū)分不同的離子。結果，通道中的主體流動的獨特且靈敏的測量可用于確定通道內表面處的表面電荷的信息。因此，示例性實施方式可以計算通道的電特性值的預定范圍，這些預定范圍為給定通道尺寸和不同分析物濃度下的特定分析物離子(例如，汞離子或銀離子)所特有。然后，可以用這些預定值來確定樣品中的分析物(例如，汞離子或銀離子)的未知濃度。
圖9為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法800的流程圖。在步驟802中，可以將樣品引入檢測系統(tǒng)的通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟804中，可以在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性(例如，電流、電導率、電阻)的電特性值。在步驟806中，可以訪問參照電特性值。所述參照電特性值可能與步驟804中在將樣品引入通道之前沿通道的長度的至少一部分檢測到的電特性有關聯(lián)。在步驟808中，可以比較步驟804中測量到的電特性值與步驟806中訪問到的參照電特性值。在步驟810中，基于步驟808中的比較，可以確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖10為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法900的流程圖。在步驟902中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)的一個或多個電特性值，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟904中，可以基于步驟902中測量到的通道的電特性值確定參照通道電特性值。在步驟906中，可以將樣品引入通道。在步驟908中，可以在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)的一個或多個電特性值。在步驟910中，可以基于步驟908中測量到的一個或多個電特性值確定樣品通道電特性值。在步驟912中，可以比較步驟910中確定的樣品通道電特性值與步驟904中確定的參照通道電特性值。在步驟914中，基于步驟912中的比較，可以確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖11為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法1000的流程圖。在步驟1002中，可以將樣品與感應化合物的混合物引入通道，所述通道具有長度和寬度，所述長度基本上大于寬度。在步驟1004中，可以在將樣品和感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性(例如，電流、電導率、電阻)的電特性值。在步驟1006中，可以訪問參照電特性值。該參照電特性值可能與步驟1004中在將樣品和感應化合物引入通道之前沿通道的長度的至少一部分檢測到的電特性有關聯(lián)。在步驟1008中，可以確定步驟1004中測量到的電特性值與步驟1006中訪問到的參照電特性值之間的任何差異。在步驟1010中，如果在步驟1008中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖12為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法1100的流程圖。在步驟1102中，可以將感應化合物引入通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟1104中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1106中，可以基于步驟1104中測量到的通道的電特性確定參照通道電特性值。在步驟1108中，可以將樣品引入通道。在步驟1110中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1112中，可以基于步驟1110中測量到的一種或多種電特性確定通道的電特性值。在步驟1114中，可以確定步驟1112中確定的電特性值與步驟1106中確定的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟1116中，如果在步驟1114中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖13為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法1200的流程圖。在步驟1202中，可以將感應化合物引入通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟1204中，可以將樣品引入通道。在步驟1206中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1208中，可以基于步驟1206中測量到的一種或多種電特性確定通道的電特性值。在步驟1210中，可以訪問參照通道電特性值。該參照通道電特性值可以在將感應化合物和樣品二者引入通道之前測量。在步驟1212中，可以確定步驟1208中確定的電特性值與步驟1210中訪問到的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟1214中，如果在步驟1212中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖14為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞離子或銀離子)的一般示例性方法1300的流程圖。在步驟1302中，可以將樣品引入檢測系統(tǒng)的通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟1304中，可以在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1306中，可以基于步驟1304中測量到的一種或多種電特性確定參照通道電特性值。在步驟1308中，可以將感應化合物引入通道。在步驟1310中，可以在將感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1312中，可以基于步驟1310中在將感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值。在步驟1314中，可以確定步驟1312中確定的電特性值與步驟1306中確定的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟1316中，如果在步驟1314中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖15為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法1400的流程圖。在步驟1402中，可以將樣品引入檢測系統(tǒng)的通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟1404中，可以將感應化合物引入通道。在步驟1406中，可以在將樣品和感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1408中，可以基于步驟1406中在將感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值。在步驟1410中，可以訪問參照通道電特性值。該參照通道電特性值可以在將感應化合物和樣品二者引入通道之前測量。在步驟1412中，確定步驟1408中確定的電特性值與步驟1410中訪問到的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟1414中，如果步驟1412中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
圖16為示出用于檢測樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)的一般示例性方法1500的流程圖。在步驟1502中，可以用感應化合物涂覆通道的內表面的至少一部分。通道可以具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在某些情況下，可以預處理或共價改性通道的內表面，以使得感應化合物能夠共價附著到該內表面，并且防止其它分子非特異性附著到該內表面。在步驟1504中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟1506中，可以基于步驟1504中測量到的一種或多種電特性確定參照通道電特性值。在步驟1508中，可以將參照通道電特性值存儲于非臨時性存儲介質上，用于確定樣品中是否存在分析物(例如，汞或銀)。
iv.用于檢測溶劑的示例性技術
示例性檢測系統(tǒng)和技術可以配置為檢測樣品中是否存在特定的溶劑(例如，水)。在這種情況下，樣品中正在測定的分析物為溶劑(例如，水)?？捎糜跍y定是否存在溶劑的示例性感應化合物為溶解于乙醇但在水中形成聚集體的染料。即，該染料和水相互作用形成阻斷通道中的流體流動并因此造成電流和電導率下降的聚集體。示例性染料為水楊醛吖嗪(sa)，其具有如下結構：
圖17a和17b為示出用于檢測樣品中溶劑的示例性方法1600的流程圖。在步驟1602中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將電解質緩沖液引入通道。電解質緩沖液可以是溶解于乙醇中的氫氧化鈉?？梢詫⒃谝掖贾械娜魏魏线m濃度的氫氧化鈉引入通道，所述濃度包括但不限于1-10mm。在步驟1606中，可以使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。
在步驟1608中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將電解質緩沖液(例如，溶解于氫氧化鈉和乙醇中的sa)引入通道?？梢詫⒃谝掖贾械娜魏魏线m濃度的氫氧化鈉引入通道，所述濃度包括但不限于1-10mm?？梢詫⑷魏魏线m濃度的染料引入通道，所述濃度包括但不限于1-50μμ。在步驟1610中，可以使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟1612中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一個或多個電特性值(例如，電流、電導率、電阻)。
為了得到準確且可靠的電流度量值，在步驟1614中，可以使用平衡電路分析步驟1612中檢測到的第一組兩個以上的值。平衡電路可以確定該值是否已經達到平衡，即，停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定該值尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟1612，以檢測另外的值。另一方面，如果確定該值已經達到平衡，則該方法可以轉到步驟1616。在步驟1616中，平衡電路可以從第一組值中選擇第一值或參照值。第一值或參照值可用于表示在樣品和染料之間相互作用之前通道的一種或多種電特性。
在步驟1618中，在一些實施方式中，可以從通道的引入包括染料分子的電解質緩沖液的輸入端口取出該電解質緩沖液。該步驟保證隨后在該輸入端口引入樣品不引起染料分子與輸入端口處的樣品發(fā)生相互作用。在步驟1620中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將樣品引入通道。在步驟1622中，可以使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟1624中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一個或多個電特性值(例如，電流、電導率、電阻率)。
為了得到準確且可靠的電流度量值，在步驟1626中，可以使用平衡電路分析步驟1624中檢測到的第二組一個或多個值。平衡電路可以確定該值是否已經達到平衡，即，停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定該值尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟1624，以檢測另外的值。另一方面，如果確定該值已經達到平衡，則該方法可以轉到步驟1628。在步驟1628中，平衡電路可以從第二組值中選擇第二值。該第二值可用于表示在樣品和染料之間的任何相互作用之后的通道的一種或多種電特性。
在步驟1630中，可使用比較電路確定第一值或參照值(步驟1616中確定的)與第二值(步驟1628中確定的)之間的差異。在步驟1632中，比較電路可以確定步驟1630中確定的差異是否滿足預定閾值，例如，該差異是否大于預定值或者該差異是否在預定的范圍內。
如果在步驟1632中確定第一值與第二值之間的差異滿足預定閾值，則在步驟1638中分析物檢測電路可以確定樣品含有溶劑。隨后，在步驟1640中，分析物檢測電路可以將樣品含有溶劑的指示存儲于非臨時性計算機可讀介質上?？蛇x地或另外，在步驟1640中，分析物檢測電路可以將樣品含有溶劑的指示顯示在顯示設備上。
另一方面，如果在步驟1632中確定第一值與第二值之間的差異不滿足預定的閾值，則在步驟1634中分析物檢測電路可以確定樣品不含溶劑。隨后，在步驟1636中，分析物檢測電路可以將樣品不含溶劑的指示存儲于非臨時性計算機可讀介質上?？蛇x地或另外，在步驟1636中，分析物檢測電路可以將樣品不含溶劑的指示顯示在顯示設備上。
在某些實施方式中，通道可重復用于隨后測試樣品。在步驟1644中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將解聚劑引入通道?？梢赃x擇解聚劑，使得解聚劑與通道中所形成的聚集體之間相互作用造成聚集體溶解或解體?？梢允雇ǖ莱錆M電解質緩沖液，以徹底沖洗通道，并允許樣品和感應化合物被引入通道。
在某些實施方式中，在步驟1642中，在聚集體解體之前，可以基于通道的電特性值確定溶劑的絕對濃度或相對濃度，可以將該濃度存儲于非臨時性存儲器設備上和/或顯示在視覺顯示設備上。分析物的濃度可以以這樣的方式確定，因為示例性檢測系統(tǒng)的通道具有高的表面積與體積的比。在低分析物濃度下，通道中的電導率由表面電荷控制。這樣，對通道的電特性的測量可以使得能夠區(qū)分不同的離子。結果，通道中的主體流動的獨特且靈敏的測量可用于確定通道內表面處的表面電荷的信息。因此，示例性實施方式可以計算通道的電特性值的預定范圍，這些預定范圍為給定通道尺寸和不同分析物濃度下的特定分析物所特有。然后，可以用這些預定值來確定樣品中的分析物的未知濃度。
下面的論文中給出了針對不同離子的通道中表面電荷的詳細信息，所述論文的全部內容通過引用明確并入本文：“裸露的二氧化硅納米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅納米通道的表面依賴性化學平衡常數和電容(surface-dependentchemicalequilibriumconstantsandcapacitancesforbareand3-cyanopropyldimethylchlorosilanecoatedsilicananochannels),”m.b.andersen,j.frey,s.pennathur和h.bruus,j.colloidinterfacesci.353,301-310(2011)，和“納米通道中低鹽濃度下二氧化碳飽和的電解質中水合氫控制離子遷移(hydronium-dominationiontransportincarbon-dioxide-saturatedelectrolytesatlowsaltconcentrationsinnanochannels)”,k..l.jensen,j.t.ristensen,a.m.crumrine,m.b.andersen,h.bruus和s.pennathur.,phys.reviewe.83,5,056307。
v.示例性核酸檢測技術
示例性技術使得能夠使用一種或多種感應化合物(即一種或多種核酸探針)檢測樣品中的特定的核酸和/或核苷酸(例如，dna、rna)?？梢詸z測的示例性核酸為包括在總rna提取物中的3-磷酸甘油醛脫氫酶(gapd)信使rna(mrna)。可用于測定核酸是否存在的一種或多種示例性感應化合物包括直接或間接與分析物核酸結合形成導電聚集體的一種或多種核酸探針。分析物核酸與該一種或多種核酸探針可能相互作用形成可以包覆或覆蓋通道的內部空間或內表面的至少一部分的聚集體，從而增強沿通道的長度的電通路。如果聚集體導電，這可能造成沿通道的長度的至少一部分測量到的電流和/或電導率的可測量的增加和沿通道的長度的至少一部分測量到的電阻率的可測量的減小。
在某些實施方式中，檢測系統(tǒng)中所使用的電極可以是金屬的，例如鋁、錳和鉑。在其它實施方式中，檢測系統(tǒng)中所使用的電極可以是非金屬的。
示例性的技術可將樣品和所有感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)二者引入檢測系統(tǒng)的、被特別配置且尺寸設置成允許檢測核酸的通道。在某些實施方式中，通道可以配置為其深度和/或其寬度基本上小于或等于聚集體粒子的直徑。在將樣品和感應化合物引入通道時，聚集體的形成可能表明樣品中存在核酸，而不存在聚集體可能表明樣品中不存在核酸。
當流體的流動和/或流體中帶電粒子的流動未受到抑制時(例如，由于不存在聚集體)，流體中的導電粒子或離子可以沿y軸沿通道的長度的至少一部分從輸入端口向輸出端口移動。帶電粒子或離子的移動可能導致核酸檢測電路沿通道的長度的至少一部分檢測到第一或“參照”電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍。在某些實施方式中，平衡電路可以在一段時間內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡。平衡電路可以將所檢測到的值中的一個選為參照電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
術語“參照”電特性值可以指將樣品和所有感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)引入通道之前的通道的電特性的值或值的范圍。即，參照值為表示在樣品中的核酸與所有感應化合物之間任何相互作用之前的通道特征的值。在某些情況下，參照值可以在將感應化合物引入通道之后、但在將樣品和另外的感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以在將感應化合物和樣品引入通道之后、但在將另外的感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以在將樣品或感應化合物引入通道之前的時間段檢測。在某些情況下，參照值可以預先確定并且存儲于可以訪問該參照值的非臨時性存儲介質上。
在某些情況下，通道中導電聚集體的形成(由于樣品中感興趣的核酸與一種或多種核酸探針之間的相互作用)可增強沿通道的長度的至少一部分的電通路。在這種情況下，核酸檢測電路可以沿通道的長度的至少一部分檢測第二電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍。在某些實施方式中，核酸檢測電路可在將樣品和所有感應化合物引入通道之后、在檢測第二電特性值之前等待一段等待或調整時間。該段等待或調整時間允許聚集體在通道中形成，并且允許聚集體的形成改變通道的電特性。
在某些實施方式中，平衡電路可以在引入樣品和所有感應化合物后的一段時間段內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡。然后，平衡電路可以選擇所述值中的一個作為第二電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
比較電路可以比較第二電特性值和參照電特性值。如果確定第二值與參照值之間的差異與電流或電導率的預定增加范圍(或電阻率的預定減小范圍)相對應，核酸檢測電路可以確定通道中存在聚集體，因此確定樣品中存在核酸。
在某些其他情況下，當通道中流體的流動和/或流體中帶電粒子的流動被部分或完全阻斷(例如，通過形成聚集體)時，流體中的導電粒子或離子可能不能沿y軸沿通道的長度的至少一部分從輸入端口向輸出端口自由地移動。導電粒子或離子的移動受阻或停止可能導致核酸檢測電路沿通道的長度的至少一部分檢測到第三電特性(例如，電流、電導率、電阻率的)值或值的范圍?？梢詸z測除第二電特性值之外或代替第二電特性值的第三電特性值。在某些實施方式中，核酸檢測電路可以在將樣品和所有感應化合物二者引入通道后、在檢測第三電特性值之前等待一段等待或調整時間。該段等待或調整時間允許聚集體在通道中形成，并且允許聚集體的形成改變通道的電特性。
在某些實施方式中，平衡電路可以在引入樣品和所有感應化合物引入后的一段時間段內周期性地或連續(xù)地監(jiān)測電特性值直到所述值達到平衡。然后，平衡電路可以選擇所述值中的一個作為第三電特性值，以避免電特性瞬變的影響。
比較電路可以比較第三電特性值和參照電特性值。如果確定第三值與參照值之間的差異與電流或電導率的預定減小范圍(或電阻率的預定增加范圍)相對應，則核酸檢測電路可以確定通道中存在聚集體，因此確定樣品中存在核酸。
在某些實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，通道可能沒有感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以不預處理或改性通道來包括感應化合物。在這種情況下，在使用過程中，使用者可以將一種或多種感應化合物(例如在電解質緩沖液中)引入通道，并檢測具有感應化合物而不存在樣品的通道的參照電特性值。
在某些其他實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，可以預處理或改性通道，以使通道的內表面的至少一部分包括或涂覆有感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)。在一個實施例中，制造商可以檢測用感應化合物改性的通道的參照電特性值，并且在使用過程中，使用者可以使用存儲的參照電特性值。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以預處理或改性通道以包括感應化合物。在這種情況下，使用者可能需要將樣品和一種或多種另外的感應化合物引入通道。
在一個實施例中，使用者可以將一種或多種感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)和樣品同時引入通道，例如，以感應化合物和樣品的混合物的形式。在這種情況下，可以在將混合物引入之前在通道中檢測參照電特性值，并且在將混合物引入之后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可以用于確定樣品中是否存在核酸。
在另一個實施例中，使用者可以將一種或多種感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)和樣品同時引入通道，例如以感應化合物和樣品的混合物的形式。存儲的表示將混合物引入之前的通道的特征的參照電特性值可以從非臨時性存儲介質上檢索或訪問到。可以在將混合物引入通道之后檢測電特性值。電特性值與存儲的參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在核酸。
在另一個實施例中，使用者可以先將一種或多種感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)引入通道，并且檢測在將樣品引入通道之前的參照電特性值。使用者可以隨后將樣品和任選的一種或多種另外的感應化合物引入通道，并在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在核酸。
在另一個實施例中，使用者可以先將一種或多種感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)引入通道，隨后將樣品和任選的一種或多種另外的感應化合物引入通道。然后，使用者可以在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。存儲的表示將樣品和所有感應化合物引入之前的通道的特征的參照電特性值可以從非臨時性存儲介質上檢索或訪問到。存儲的電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在核酸。
在另一個實施例中，使用者可以將樣品引入通道，并且檢測通道中只有樣品時的參照電特性值。使用者可以隨后將感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)引入通道，并且在將感應化合物引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在核酸。
在另一個實施例中，使用者可以先將樣品引入通道，并且可以隨后將感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)引入通道。然后，使用者可以在將感應化合物引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。存儲的表示將樣品和所有感應化合物引入之前的通道的特征的參照電特性值可以從非臨時性存儲介質上檢索或訪問到。存儲的電特性值與參照電特性值的比較可以用于確定樣品中是否存在核酸。
在某些其他實施方式中，在使用檢測系統(tǒng)之前，可預處理或改性通道，以使通道的內表面的至少一部分包括或涂覆有第一感應化合物(例如，一種或多種核酸捕獲探針)。即，檢測系統(tǒng)的制造商可以預處理或改性通道以包括感應化合物。制造商可以檢測帶有第一感應化合物的通道的參照電特性值，并且將該參照電特性值存儲于非臨時性存儲介質上。在使用過程中，使用者可以將樣品和一種或多種另外的感應化合物(例如，一種或多種核酸探針)引入通道，并檢測在將樣品引入通道之后等待一段時間后的電特性值。所存儲的電特性值可以從存儲器介質上訪問或檢索到。電特性值與參照電特性值的比較可用于確定樣品中是否存在核酸。
在另一中實施例中，使用者可以檢測在將樣品引入通道之前的通道的參照電特性值。隨后使用者可以將樣品引入通道，并在將樣品引入通道后等待一段時間后檢測電特性值。電特性值與參照電特性值的比較可以用于確定樣品中是否存在核酸。
圖19a和19b是用于檢測樣品中的核酸或核苷酸的示例性方法1900的流程圖。
在步驟1902中，可以預處理或共價改性通道的內表面的至少一部分，以使其包括或涂覆有能夠附著核酸探針的材料。示例性的材料可以包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、兩性離子磺內酯、聚(6-9)乙二醇(peg)、全氟辛基、熒光素、醛、石墨烯化合物等。通道內表面的共價改性可防止某些分子的非特異性吸收。在一個實施例中，內表面的共價改性可以使一種或多種核酸捕獲探針能夠與內表面共價結合，同時防止其它分子非特異性吸收到內表面。
通道改性材料在一個實施例中可以是硅烷化合物。硅烷改性可能在將一種或多種探針(例如，核酸探針)附著于通道的內表面中是有用的。在一種示例性地“硅烷化”內表面的技術中，制備溶液。該溶液可以是在適當的溶劑(例如，對于三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷為甲苯、對于氯硅烷或三氯硅烷為乙醇或者對于三甲氧基硅烷為ph為3.5～5.5的水)中的0.1％～4％(體積比)(如果硅烷為液體)或0.1％～4％(重量/體積)(如果硅烷為固體)的適當的氯硅烷、三氯硅烷、三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷。在一個實施例中，可以將1ml三乙氧基硅烷(triethoxyeldehydesilane)溶解于24ml的甲苯中，并且該溶液可以通過0.2μm的無表面活性劑的醋酸纖維素(sfca)過濾器過濾?？梢詫?0μl經過濾的硅烷溶液加入到通道的端口，并允許毛細填充通道，持續(xù)5分鐘。這可能或不能通過光學顯微鏡觀察到，并且可能花5～40分鐘，該時間取決于溶劑組成。在完成毛細填充后，可以將10μl經過濾的硅烷溶液加入到通道的余下端口。將整個通道浸漬在經過濾的硅烷溶液中，并允許在所需的溫度(例如，根據用于改性的具體的硅烷和溶劑組成，為20℃～80℃)下反應所需的時間(例如，1～24個小時)。在一個實施例中，可以將通道浸漬在經過濾的硅烷溶液中，并且在45℃下加熱18小時。在所需的反應時間結束后，硅烷化過程可以使用下面的技術中的一種猝滅。在某些情況下可以向甲苯或乙醇基表面改性液中加入催化量的乙酸。
在示例性的猝滅技術中，可以將整個通道轉移到填充有25ml經0.2μm的sfca過濾的乙醇的容器中，并且儲存直到用于使用或進一步改性所需的時間。在另一種示例性猝滅技術中，通道可以用適當的溶劑組合物進行電動力學清洗。在用于甲苯改性通道的一種電動力學清洗技術中，以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動甲苯通過通道，隨后以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動乙醇通過通道，隨后以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動乙醇：水的1：1的混合物通過通道，最后以電極之間10v～1000v的電位差持續(xù)5～15分鐘電動力學驅動水通過通道。通道的正確操作可以通過如下確認：測量向通道中加入的50mm的硼酸鈉緩沖液施加1000v場時的電流(得到的電流讀數為約330na)，并且在施加相同場的情況下重新加入超純(milliq超純)水得到電流小于20na但大于0。
在步驟1904中，可以使一種或多種核酸探針(例如，捕獲探針)附著于通道的經改性的內表面的至少一部分上。在一種實施方式中，可以使核酸探針共價附著于通道的經改性的內表面上。
在步驟1904的一個實施例中，可以將在步驟1902中改性的通道置于處于低設置的電熱板上15分鐘，以除去通道中的所有乙醇?？梢詫?μl1mm的貯藏的5’酰肼改性的dna與198μl含有50mm的乙酸鈉和1mm的5-甲氧基鄰氨基苯甲酸的ph為4.5的緩沖液混合。該溶液中最終的dna濃度可能為10μμ。可以將20μl該溶液加入到經改性的通道的端口，并允許毛細填充通道40分鐘。隨后，可以將10μl該溶液加入到通道的余下的端口。通道中該溶液的裝載可以通過將電極與通道的端口連接并且使用kiethley2410設備保持700v的電位差5分鐘或者直到檢測到穩(wěn)定電流以電動力學方式保證。在一個實施例中，可以檢測到230na的穩(wěn)定電流。可以使溶液保留在通道中3小時以改性通道。隨后，可以用超純(例如，milliq超純)水以兩個端口之間1000v的電位差電動力學清洗通道，直到檢測到電流小于10na。然后，可以將經改性的通道儲存于真空干燥器中，直到在在后面的步驟中使用。
在步驟1906中，可制備樣品與核酸探針(例如，交聯(lián)靶探針)的預混物。在一個實施例中，選擇與在步驟704中提供在通道的內表面處的捕獲探針和樣品中的分析物核酸(如果存在的話)都結合的交聯(lián)靶探針。在步驟1908中，可以將預混物引入通道。在一個實施例中，樣品可以是人肝總rna提取物(其可能包括或可能不包括分析物gapdrna)。在這種情況下，預混物可以包括含有經渦旋混合的45.5μl無核酸酶的水、33.3μl裂解緩沖液、1μl阻斷試劑(blockingreagent)、0.3μl核酸探針(例如，交聯(lián)靶探針)和20μl20ng/ml的人肝總rna提取物的溶液?？梢詫?0μl該溶液通過一個端口引入通道，并允許毛細填充通道。然后，可以將10μl相同溶液引入通道的另一端口。
在步驟1910中，可以使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟1912中，在施加電位差的同時，可以沿通道的長度的至少一部分檢測一種或多種電特性值(例如，電流、電導率、電阻率)。在一個實施例中，可以施加+1000v的電位差，并且可以檢測到0.4μa的電流值。
為了得到準確且可靠的電流度量值，在步驟1914中，可以使用平衡電路分析步驟1912中檢測到的第一組兩個以上的值。平衡電路可以確定該值是否已經達到平衡，即，暫時停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定該值尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟1912，以檢測另外的值。另一方面，如果確定該值已經達到平衡，則該方法可以轉到步驟1916。在步驟1916中，平衡電路可以從第一組值中選擇第一值或參照值。第一值或參照值可用于表示在通道中形成任何聚集體粒子之前的通道的一種或多種電特性。
在某些其他實施例中，第一值可以在通道僅填充有清洗緩沖液和/或僅填充有不含核酸的稀釋緩沖液時測量。在一個實施例中，以+1000v的電位差，第一電特性值可以為13-19na的電流(對于清洗緩沖液)和380-400na的電流(對于稀釋緩沖液)。
在步驟1918中，在一些實施方式中，可以用合適的清洗緩沖液孵育和清洗通道，以除去在通道中未特異性結合成聚集體的核酸?？蛇x地，可以隨后檢測電特性值。在步驟1920中，可以將一種或多種另外的核酸探針引入通道。示例性的核酸探針可以包括所選擇的直接或間接與分析物核酸結合的一種或多種標記擴展物，和/或所選擇的與標記擴展物結合的一種或多種擴增探針。相互作用導致形成聚集體，該聚集體在某些情況下可能導電。如果樣品中存在分析物核酸，導電聚集體可以增強通道中的電導率，并且可以導致電特性值(例如，電流、電導率)可測量的增加以及另一個電特性值(例如，電阻率)的可測量的減小。
在順序地引入多種核酸探針的一些情況下，可以重復用于引入各核酸探針的步驟1918和1920。
在步驟1922中，在一些實施方式中，通道可以用合適的清洗緩沖液孵育和清洗，以除去通道中不特異性結合成聚集體的核酸。在一個實施例中，可以密封通道，并在50℃下孵育90分鐘，然后允許冷卻至室溫45分鐘。然后，可以用清洗緩沖液清洗通道直到檢測到穩(wěn)定電流。
在步驟1924中，可以使用電壓源在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟1926中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一個或多個電特性值。
為了得到準確且可靠的電流度量值，在步驟1928中，可以使用平衡電路分析步驟1926中檢測到的第二組兩個以上值。平衡電路可以確定該值是否已經達到平衡，即，暫時停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定該值尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟1926，以檢測另外的值。另一方面，如果確定該值已經達到平衡，則該方法可以轉到步驟1930。
在步驟1930中，平衡電路可以從第二組值中選擇第二值。該第二值可用于表示在核酸和所有核酸探針之間的任何相互作用之后的通道的一種或多種電特性。在一個實施例中，如果樣品含有核酸，則在+10v的電位差下可以檢測到1μα～3.5μα的電流。如果樣品含有核酸，則在+100v的電位差下可以檢測到3μα～20μα的電流。
在步驟1932中，可使用比較電路確定第一或參照值(步驟1916中確定的)與第二值(步驟1930中確定的)之間的差異。在步驟1934中，比較電路可以確定步驟1932中所確定的差異是否滿足預定閾值，例如，該差異是大于預定值、低于預定值或者該差異是否在預定的范圍內。在聚集體導電的一個實施例中，第二電特性值可能比第一值或參照值大1μα～20μα，即表明在通道中形成帶電且增強通道的電導率聚集體的值范圍，從而表明樣品包括核酸。在另一個實施例中，第二電特性值可以比第一值或參照值低1μα～20μα，即表明通道中形成聚集體的值范圍，從而表明樣品中包括核酸。
如果在步驟1934中確定第一值與第二值之間的差異滿足預定閾值，則在步驟1940中核酸檢測電路可以確定樣品含有核酸。隨后，在步驟1942中，核酸檢測電路可以將樣品含有核酸的指示存儲于非臨時性計算機可讀介質上?？蛇x地或另外，在步驟1942中，核酸檢測電路可以將樣品含有核酸的指示顯示在顯示設備上。
另一方面，如果在步驟1934中確定第一值與第二值之間的差異不滿足預定閾值，則在步驟1936中核酸檢測電路可以確定樣品不含核酸。隨后，在步驟1938中，核酸檢測電路可以將樣品不含核酸的指示存儲于非臨時性計算機可讀介質上。可選地或另外，在步驟1938中，核酸檢測電路可以將樣品不含核酸的指示顯示在顯示設備上。
在步驟1918-1932的一個實施例中，可以將通道密封在恒溫箱中并在55℃下孵育16個小時，然后從恒溫箱中取出?？梢允?0μl清洗緩沖液電動力學驅動通過通道10分鐘，可以施加+100v的電位差，并且可以檢測電特性值。檢測到的示例性的電特性值可以是在6μα～7.5μα的范圍內的電流。隨后，可以將10μl含有1μl在1ml的稀釋緩沖液中的核酸探針(例如，預擴增探針)的溶液電動力學驅動進入通道。可以施加+100v的電位差，并且可以檢測電特性值。檢測到的示例性的電特性值可以是在5.8μα～7.5μα的范圍內的電流。
然后，可以密封通道并在55℃下孵育1小時?？梢詫?0μl清洗緩沖液電動力學驅動通過通道10分鐘，可以施加+100v的電位差，并且可以檢測電特性值。檢測到的示例性的電特性值可以是在2.8μα～3.2μα的范圍內的電流。隨后，可以將10μl含有1μl在1ml的稀釋緩沖液中的核酸探針(例如，擴增探針)的溶液電動力學驅動進入通道，直到檢測到穩(wěn)定電流。可以施加+100v的電位差，并且可以檢測電特性值。檢測到的示例性的電特性值可以是4μα的電流。
然后，可以密封通道并在55℃下孵育1小時。可以將10μl清洗緩沖液電動力學驅動通過通道10分鐘，可以施加+100v的電位差，并且可以檢測電特性值。檢測到的示例性的電特性值可以是在5μα～20μα的范圍內的電流。隨后，可以將10μl含有1μl在1ml的稀釋緩沖液中的核酸探針(例如，標記擴展物)的溶液電動力學驅動進入通道，直到檢測到穩(wěn)定電流?？梢允┘?100v的電位差，并且可以檢測電特性值。檢測到的示例性的電特性值可以是在3μα～10μα的范圍內的電流。
在某些實施方式中，可以將通道重復用于隨后測試樣品。在一種示例性實施方式中，在步驟1946中，可以將解聚劑(例如，核酸表面裂解或降解緩沖液)引入通道，以造成聚集體解體，從而使通道可以重復使用。在步驟1948中，可以使通道充滿電解質緩沖液，以徹底沖洗掉通道中的聚集體，并且可以檢測一種或多種電特性(例如，電流)以保證已經將聚集體從通道中除掉。在一個實施例中，電流的顯著減少可能表明導電聚集體已經從通道中除掉。
在步驟1946和1948的一個實施例中，帶有聚集體的通道以電動力學的方式裝載含有50mm的磷酸鈉(ph為7.4)、1mm的5-甲氧基鄰氨基苯甲酸和5mm的鹽酸羥胺的緩沖液，直到得到穩(wěn)定電流(+/-100v＝1.4-1.7μα)。然后，在室溫下使整個通道在該緩沖液中孵育18個小時，之后再次測量電流直到電流穩(wěn)定(+1000v＝86-87na,-1000v＝63-64na)。電流的顯著減小(從引入表面裂解緩沖液之前的1.4-1.7μα到用表面裂解緩沖液清洗后的63-90na)表明除掉導電聚集體。
在某些實施方式中，在步驟1944中，在聚集體解體之前，可以基于通道的電特性值確定核酸的絕對濃度或相對濃度。核酸的濃度可以以這樣的方式確定，因為示例性檢測系統(tǒng)的通道具有高的內表面積與體積的比。在低核酸濃度下，通道中的電導率由表面電荷控制。這樣，對通道的電特性的測量可以使得能夠區(qū)分不同的離子。結果，通道中的主體流動的獨特且靈敏的測量可用于確定通道內表面處的表面電荷的信息。因此，示例性實施方式可以計算通道的電特性值的預定范圍，這些預定范圍為給定通道尺寸和不同核酸濃度下的核酸粒子所特有。然后，可以用這些預定值來確定樣品中的核酸的未知濃度。
下面的論文中給出了針對不同離子的通道中表面電荷的詳細信息，所述論文的全部內容通過引用明確并入本文：“裸露的二氧化硅納米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅納米通道的表面依賴性化學平衡常數和電容(surface-dependentchemicalequilibriumconstantsandcapacitancesforbareand3-cyanopropyldimethylchlorosilanecoatedsilicananochannels),”m.b.andersen,j.frey,s.pennathur和h.bruus,j.colloidinterfacesci.353,301-310(2011)，和“納米通道中低鹽濃度下二氧化碳飽和的電解質中水合氫控制離子遷移(hydronium-dominationiontransportincarbon-dioxide-saturatedelectrolytesatlowsaltconcentrationsinnanochannels)”,k..l.jensen,j.t.ristensen,a.m.crumrine,m.b.andersen,h.bruus和s.pennathur.,phys.reviewe.83,5,056307。
圖5是通道的內部的示意圖，包括通道502的內表面、緊鄰通道的內表面的固定流體層504、緊鄰固定層的擴散流體層506和緊鄰擴散層的主體流體流動層508。在各流體層中描繪了示例性離子。在通道的長度的兩端施加電位差時，可以沿通道的長度的至少一部分檢測電特性值(例如，通過分析物檢測電路122)。比較電路124可用于比較測量到的電特性值和預定范圍的與核酸的特定濃度或濃度值的范圍相對應的電特性值。所確定的濃度可以是核酸的絕對濃度，或者是核酸相對于通道中的一種或多種其它物質的濃度的相對濃度。
圖6a和圖6b是表示針對不同測試例的在通道中測量的電導率值的圖。在每個測試例中，使用分析物相對于另外兩種物質(在這種情況下，為銨和過氧化氫)的濃度的不同相對濃度，確定通道中的對應電導率值。在一種實施方式中，standardclean1或sc1用作測試例中的溶液。sc1的詳情可以在網上找到。在圖6a和圖6b中描繪的測試例中的三種物質之間的濃度比在上面的表1中給出。
分析物的濃度越低，越容易測量分析物與其它物質之間的相對濃度差。例如，在濃度比為1000:1:1時，在示例性檢測系統(tǒng)中可以實現(xiàn)1-10ppm數量級的檢測靈敏度。在濃度比為350:1:1時，可以實現(xiàn)100ppm數量級的檢測靈敏度。在濃度比為5:1:1時，可以實現(xiàn)10,000ppm數量級的檢測靈敏度。
表3總結了在圖19a和圖19b的方法的不同階段可以檢測到的示例性電流值。本領域技術人員將認識到表3所給出的示例性數值僅僅出于示例性目的，并不意圖限制本發(fā)明的范圍。
表3
在一個實施例中，檢測沒有表面改性的通道的一種或多種電特性，其中只有未加入核酸的緩沖液與通道接觸。表4總結了在通道中存在清洗緩沖液和稀釋緩沖液時檢測到的穩(wěn)定電流。
表4
圖20為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2000的流程圖。在步驟2002中，可以將樣品引入檢測系統(tǒng)的通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2004中，可以在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性(例如，電流、電導率、電阻)的電特性值。在步驟2006中，可以訪問參照電特性值。所述參照電特性值可能與步驟2004中在將樣品引入通道之前沿通道的長度的至少一部分檢測到的電特性有關聯(lián)。在步驟2008中，可以比較步驟2004中測量到的電特性值與步驟2006中訪問到的參照電特性值。在步驟2010中，基于步驟2008中的比較，可以確定樣品中是否存在核酸。
圖21為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2100的流程圖。在步驟2102中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)的一個或多個電特性值，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2104中，可以基于步驟2102中測量到的通道的電特性值確定參照通道電特性值。在步驟2106中，可以將樣品引入通道。在步驟2108中，可以在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)的一個或多個電特性值。在步驟2110中，可以基于步驟2108中測量到的一個或多個電特性值確定樣品通道電特性值。在步驟2112中，可以比較步驟2110中確定的樣品通道電特性值與步驟2104中確定的參照通道電特性值。在步驟2114中，基于步驟2112中的比較，可以確定樣品中是否存在核酸。
圖22為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2200的流程圖。在步驟2202中，可以將樣品和一種或多種感應化合物的混合物引入通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2204中，可以在將樣品和所有感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量電特性(例如，電流、電導率、電阻)的電特性值。在步驟2206中，可以訪問參照電特性值。該參照電特性值可能與步驟2204中在將樣品和所有感應化合物引入通道之前沿通道的長度的至少一部分檢測到的電特性有關聯(lián)。在步驟2208中，可以確定步驟2204中測量到的電特性值與步驟2206中訪問到的參照電特性值之間的任何差異。在步驟2210中，如果在步驟2208中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在核酸。
圖23為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2300的流程圖。在步驟2302中，可以將一種或多種感應化合物引入通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2304中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟2306中，可以基于步驟2304中測量到的通道的電特性確定參照通道電特性值。在步驟2308中，可以將樣品引入通道。在步驟2310中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟2312中，可以基于步驟2310中測量到的一種或多種電特性確定通道的電特性值。在步驟2314中，可以確定步驟2312中中確定的電特性值與步驟2306中確定的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟2316中，如果步驟2314中確定存在差異，則可以基于該差異確定樣品中是否存在核酸。
圖24為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2400的流程圖。在步驟2402中，可以將一種或多種感應化合物引入通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2404中，可以將樣品引入通道。在步驟2406中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、導電率、電阻)。在步驟2408中，可以基于步驟2406中測量到的一種或多種電特性確定通道的電特性值。在步驟2410中，可以訪問參照通道電特性值。該參照通道電特性值可以在將所有感應化合物和樣品引入通道之前測量。在步驟2412中，可以確定步驟2408中確定的電特性值與步驟2410中訪問到的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟2414中，如果步驟2412中確定存在差異，則基于該差異可以確定樣品中是否存在核酸。
圖25為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2500的流程圖。在步驟2502中，可以將樣品引入檢測系統(tǒng)的通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2504中，可以在將樣品引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟2506中，可以基于步驟2504中測量到的一種或多種電特性確定參照通道電特性值。在步驟2508中，可以將一種或多種感應化合物引入通道。在步驟2510中，可以在將感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟2512中，可以基于步驟2510中在將所有感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值。在步驟2514中，可以確定步驟2512中確定的電特性值與步驟2506中確定的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟2516中，如果在步驟2514中確定存在差異，則基于該差異可以確定樣品中是否存在核酸。
圖26為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2600的流程圖。在步驟2602中，可以將樣品引入檢測系統(tǒng)的通道，該通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度。在步驟2604中，可以將一種或多種感應化合物引入通道。在步驟2606中，可以測量在將樣品和所有感應化合物引入通道后沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟2608中，可以基于步驟2606中在將所有感應化合物和樣品引入通道后測量到的一種或多種電特性確定電特性值。在步驟2610中，可以訪問參照通道電特性值。該參照通道電特性值可以在將所有感應化合物和樣品引入通道之前測量。在步驟2612中，可以確定步驟2608中確定的電特性值與步驟2610中訪問到的參照通道電特性值之間的任何差異。在步驟2614中，如果在步驟2612中確定存在差異，則基于該差異可以確定樣品中是否存在核酸。
圖27為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的一般示例性方法2700的流程圖。在步驟2702中，可以用可以促進或使得一種或多種核酸探針能夠特異性共價附著于通道的內表面的材料改性或處理通道的內表面的至少一部分。通道具有長度和寬度，長度基本上大于寬度?？捎糜诟男酝ǖ赖膬缺砻娴氖纠圆牧习ǖ幌抻冢汗柰榛衔?例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、兩性離子磺內酯、聚(6-9)乙二醇(peg)、全氟辛基、熒光素、醛、石墨烯化合物等。通道內表面的共價改性可防止某些分子(例如，除了核酸探針之外的分子)的非特異性吸收。在步驟2704中，可以為通道的內表面的至少一部分涂覆或提供一種或多種核酸探針。核酸探針可以共價附著到內表面經改性的部分。在步驟2706中，可以沿通道的長度的至少一部分測量一種或多種電特性(例如，電流、電導率、電阻)。在步驟2708中，可以基于步驟2706中測量到的一種或多種電特性確定參照通道電特性值。在步驟2710中，可以將參照通道電特性值存儲于非臨時性存儲介質上，用于確定樣品中是否存在核酸。
圖28為可以用在圖19a、19b、20-27、29a和29b的方法中的示例性核酸探針的示意圖。圖28示出了經預處理或改性(例如，用硅烷化合物分子)以使得一種或多種核酸探針(例如，捕獲探針2806)能夠附著于內表面2802上的通道2804的內表面2802。選擇與一種或多種交聯(lián)靶探針2808結合的捕獲探針2806，并且選擇與特定核酸2810(其為正在測定的分析物，并且其在一個實施例中為病毒dna)和捕獲探針2806都結合的交聯(lián)靶探針2808。
可以將樣品(其可能含有或可能不含核酸2810)和靶探針2808同時或順序地引入通道。核酸2810、靶探針2808和捕獲探針2806之間的相互作用可能導致在通道中形成聚集體2812。在某些實施方式中，可以將一種或多種另外的核酸探針(例如，一種或多種標記擴展物2814)引入通道。選擇與聚集體2812中的核酸2810結合以形成更復雜的聚集體2816的標記擴展物2814。也可以將一種或多種另外的核酸探針(例如，一種或多種擴增探針2818)引入通道。選擇與聚集體2816中的標記擴展物2814結合以形成更復雜的聚集體2820的擴增探針2818，所述更復雜的聚集體在某些情況下導電。如果樣品中存在核酸，導電聚集體2820可以增強沿通道的長度的至少一部分的電通路，并且可能造成與參照值相比，電特性值(例如，電流、電導率)的可測量的增加和另一種電特性值(例如，電阻率)的可測量的減小。因此，檢測到通道中相對于參照值增加的電流或電導率可能表明樣品中存在核酸2810。同樣地，檢測到相對于參照值減小的電阻率可能表明樣品中存在核酸2810。
另一種檢測核酸的示例性技術可能涉及到檢測通道中由通道中核酸聚集體的形成造成的二極管樣性質的存在。在不存在聚集體的情況下，施加基本類似大小的電位差(如+500v)可能造成沿通道長度檢測到基本相同大小的電特性(例如電流)，而與電位差或電場施加方向無關。如果在沿通道的長度的第一方向上在通道的長度的兩端施加電位差(例如，使得正電極處于位于通道的第一端或第一端附近的輸入端口110處，并且使得負電極處于位于通道的第二端或第二端附近的輸出端口112處)，所產生的電流可能在大小上基本等于如果在相反方向上施加該電位差(例如，使得正電極處于輸出端口112處并且使得負電極處于輸入端口110處)所產生的電流。
通道中聚集體的形成可能造成二極管樣性質，在該性質中施加的電位差或電場的方向的顛倒造成通道中檢測到的電特性發(fā)生變化。二極管樣性質使得檢測到的電流大小隨電場的方向變化。當在第一方向上施加電場或電位差時，電流的大小可能在大小上與在相反方向上施加電位差或電場時不同。因此，第一電特性值(在沿通道長度的第一方向上施加電位差時檢測到的)與第二電特性值(在沿通道長度的第二相反方向上施加電位差時檢測到的)之間的比較可使得能夠檢測聚集體，從而檢測樣品中的核酸。如果第一電特性值和第二電特性值在大小上基本相等，那么可以確定樣品不含核酸。另一方面，如果第一電特性值和第二電特性值在大小上基本不相等，則可以確定樣品含有核酸。換句話說，電特性值的總和(在一個方向上為正、在另一個方向上為負)在不存在聚集體時基本上為0，而在存在聚集體時基本上不為0。
圖29a和29b為示出用于檢測樣品中是否存在核酸的示例性方法2950的流程圖，在步驟2952中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將一種或多種核酸探針和樣品引入通道。核酸探針和樣品可以同時或分開引入。在一種實施方式中，可以處理通道的內表面的至少一部分，以包括或涂覆有核酸探針(例如，捕獲探針)。
在步驟2954中，可以使用電壓源在沿通道長度(y軸)的第一方向上在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。在步驟2956中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一個或多個電特性值(例如，電流和/或電導率)。在一些情況下，可以直接測量電流和/或電導率。在其它情況下，可以檢測表示電流的度量值和/或表示電導率的度量值。
為了得到準確且可靠的電特性的度量值，在步驟2958中，可以連續(xù)地或周期性地監(jiān)測步驟2956中檢測到的第一組兩個以上的值。可以確定電特性值是否已經達到平衡，即停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定電特性尚未達到平衡，則該方法可以返回到步驟2956，以檢測另外的電特性值。另一方面，如果確定電特性值已經達到平衡，那么該方法可以轉到步驟2960。
在步驟1860中，可以從第一組電特性中選擇第一值。第一電特性值可用于表示在將沿通道的長度(y軸)的第一方向上施加電場時的通道的一種或多種電特性(例如，電流或電導率)。
在步驟2962中，可以使用電壓源在沿通道長度(y軸)的第二相反方向上在通道的長度的至少一部分的兩端施加電位差。第二方向可能基本上與第一方向相反。在步驟2964中，在施加電位差的同時，可以檢測沿通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性(例如，電流和/或電導率)。在一些情況下，可以直接測量電流和/或電導率。在其它情況下，可以檢測表示電流的度量值和/或表示電導率的度量值。
為了獲得準確且可靠的電特性的度量值，在步驟2966中，可以連續(xù)地或周期性地監(jiān)測步驟2964中檢測到的第二組兩個以上的值。可以確定電特性值是否已經達到平衡，即暫時停止在預定公差或容差范圍外變化。如果確定電特性尚未達到平衡，則該方法可返回到步驟2964，以檢測另外的值。另一方面，如果確定電特性值已經達到平衡，那么該方法可以轉到步驟2968。在步驟2968中，可以從第二組電特性值中選擇第二值。第二值可用于表示在將樣品和感應化合物二者引入通道后沿通道的長度的至少一部分的一種或多種電特性(例如，電流或電導率)。
在步驟2970中，可以確定第一值(在步驟2960中確定的)的大小與第二值(在步驟2968中確定的)的大小之間的差異。在步驟2972中，可以確定步驟2970中確定的差異是否滿足預定閾值，例如該差異是大于預定值、小于預定的閾值或者該差異是否在預定范圍內。
如果在步驟2972中確定第一值與第二值之間的差異滿足預定的閾值(例如，大小上的差異基本上不為0)，則可以在步驟2978中確定樣品含有核酸。隨后，在步驟2980中，可以將樣品含有核酸的指示存儲于非臨時性存儲介質上?？蛇x地或另外，在步驟2980中，樣品含有核酸的指示可以顯示在顯示設備上。
另一方面，如果在步驟2972中確定第一值與第二值之間的差異不滿足預定閾值(例如，大小上的差異基本上為0)，則可以在步驟2974中確定樣品不含核酸。隨后，在步驟2976中，可以將樣品不含核酸的指示存儲于非臨時性儲存介質上?？蛇x地或另外，在步驟2976中，樣品不含核酸的指示可以顯示在顯示設備上。
在某些情況下如果第一與第二值之間的大小差異大于閾值，則可以確定樣品含有核酸。相反，則可以確定樣品不含核酸。在某些非限制性實施例中，閾值的范圍為約1na至約10na。
在某些實施方式中，可以準備用于重復用于隨后測試樣品的通道。在步驟2984中，可以使用任何合適的技術(例如，毛細填充或電動力學填充)將解聚劑引入通道?？梢赃x擇與通道中所形成的聚集體之間相互作用以造成聚集體溶解或解體的解聚劑?？梢允雇ǖ莱錆M電解質緩沖液，以徹底沖洗通道，并允許樣品和感應化合物被引入通道。
在某些實施方式中，在步驟2982中，在聚集體解體之前，可以基于通道的電特性值確定核酸的絕對濃度或相對濃度。核酸的濃度可以以這樣的方式確定，因為示例性檢測系統(tǒng)的通道具有高的內表面積與體積的比。在低核酸濃度下，通道中的電導率由表面電荷控制。這樣，對通道的電特性的測量可以使得能夠區(qū)分不同的離子。結果，通道中的主體流動的獨特且靈敏的測量可用于確定通道內表面處的表面電荷的信息。因此，示例性實施方式可以計算通道的電特性值的預定范圍，這些預定范圍為給定通道尺寸和不同分析物濃度下的核酸所特有。然后，可以用這些預定值來確定樣品中的分析物的未知濃度。
vi.示例性的處理器和計算設備
本文公開的系統(tǒng)和方法可以包括以一個或多個可編程處理器、處理單元和計算設備，所述可編程處理器、處理單元和計算設備已經與在一個或多個非臨時性計算機可執(zhí)行介質、ram、rom、硬盤驅動器和/或硬件上保存或編碼的可執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令關聯(lián)起來。在示例性實施方式中，可以提供硬件、固件和/或可執(zhí)行代碼，例如作為與現(xiàn)有的基礎設施(例如，現(xiàn)有的設備/處理單元)結合使用的升級模塊。例如，硬件可以包括用于執(zhí)行本文教導作為計算進程的實施方式的部件和/或邏輯電路。
根據本公開，也可以包括顯示器和/或其它反饋裝置，例如用于呈現(xiàn)圖形用戶界面。該顯示器和/或其它反饋裝置可以為獨立設備，或者可以被包括作為處理單元的一個或多個部件/模塊。
可用于實施本發(fā)明的實施方式中的部分實施方式的實際計算機可執(zhí)行代碼或控制硬件不意圖限制這樣的實施方式的范圍。例如，本文描述的實施方式的某些方面可以使用任何合適的編程語言類型(例如，matlab技術計算語言、labview圖形編程語言、匯編代碼、c、c#或c++)使用例如常規(guī)的或面向對象的編程技術用代碼實現(xiàn)。這樣的計算機可執(zhí)行的代碼可以存儲或保存在任何類型的合適的非臨時性計算機可讀介質上，例如，磁存儲介質或光存儲介質。
如本文所使用的，“處理器”、“處理單元”、“計算機”或“計算機系統(tǒng)”例如可以為無線或有線線路類型的微型計算機、小型計算機、服務器、主機、膝上型計算機、個人數字助理(pda)、無線電子郵件設備(例如“黑莓”、“安卓”或“蘋果”、貿易指定設備)、移動電話、尋呼機、處理器、傳真機、掃描儀或任何其它被配置為通過網絡傳輸和接收數據的可編程設備。本文公開的計算機系統(tǒng)可以包括用于存儲在獲取、處理和通信數據中使用的某些軟件應用程序的存儲器。可以理解的是，這樣的存儲器可以在所公開的實施方式之內或之外。存儲器也可以包括非臨時性存儲介質，用于存儲計算機可執(zhí)行指令或代碼，包括硬盤、光盤、軟盤、rom(只讀存儲器)、ram(隨機存取存儲器)、prom(可編程的rom)、eeprom(電可擦除prom)、閃存存儲設備等。
圖18描繪了表示可用于實現(xiàn)本文所公開的系統(tǒng)和方法的示例性計算設備1700的框圖。在某些實施方式中，圖1a和1b中所示的處理器130可配置為或可以實現(xiàn)計算設備1700的某些功能和/或部件。在某些實施方式中，分析物檢測電路122可以配置為或可以實現(xiàn)計算設備1700的某些功能和/或部件。
計算設備1700可以是任何計算機系統(tǒng)，如工作站、臺式計算機、服務器、膝上型計算機、手持式計算機、平板電腦(例如，ipadtm平板電腦)、移動計算或通信設備(例如，iphonetm移動通信設備、androidtm移動通信設備等)或其它形式的能夠通信且具有充分的處理器能力和存儲容量以執(zhí)行本文公開的操作的計算或電信設備。在示例性實施方式中，分布式可計算系統(tǒng)可以包括多個這樣的計算設備。
計算設備1700可以包括一個或多個非臨時性計算機可讀介質，所述非臨時性計算機可讀介質在其上編碼有用于實現(xiàn)本文所描述的示例性方法的一種或多種計算機可執(zhí)行指令或軟件。非臨時性計算機可讀介質可以包括但不限于：一種或多種類型的硬件存儲器和其它有形介質(例如，一個或多個磁存儲盤、一個或多個光盤、一個或多個usb閃存驅動器)等。例如，計算設備1700上包括的存儲器1706可以存儲用于實現(xiàn)本文所描述的分析物檢測電路122的功能的計算機可讀和計算機可執(zhí)行的指令或軟件。計算設備1700也可以包括用于執(zhí)行存儲在存儲器1702上的計算機可讀和計算機可執(zhí)行指令或軟件以及其它用于控制系統(tǒng)硬件的程序的處理元件1702和關聯(lián)核(core)1704，和某些實施方式中的一個或多個另外的處理器1702’和關聯(lián)核1704’(例如，在具有多個處理器/核的計算機系統(tǒng)的情況下)。處理器1702和處理器1702’可以各為單核處理器或多核(1704和1704’)處理器
可以在計算設備1700上采用虛擬化，使得可以動態(tài)共享計算設備上的基礎設施和資源?？梢蕴峁┨摂M機1714來處理在多個處理器上運行的進程，以使該過程似乎只使用一個計算資源，而不是多個計算資源。多個虛擬機也可以與一個處理器一起使用。
存儲器1706可以包括非臨時性計算機系統(tǒng)存儲器或隨機存取存儲器，如dram、sram、edoram等。存儲器1706也可以包括其它類型的存儲器或它們的組合。
使用者可以通過視覺顯示設備1718與計算設備1700交互，所述視覺顯示設備例如為屏幕或監(jiān)測器，其可以顯示根據本文所描述的示例性實施方式提供的一個或多個圖形用戶界面1720。視覺顯示設備1718也可以顯示與示例性實施方式關聯(lián)的其它方面、元件和/或信息或數據。在某些情況下，視覺顯示設備1718可以顯示在示例性分析物檢測系統(tǒng)或方法中檢測到的一個或多個電特性值。在某些情況下，視覺顯示設備1718可以顯示樣品是否含有感興趣的分析物的指示。在某些實施方式中，可以提供其他類型的界面以傳達相同的信息，例如在確定樣品中存在感興趣的分析物時可以激活的聲音警報。
計算設備1700可以包括用于從用戶接收輸入的其它i/o設備，例如，鍵盤或任何合適的多點接觸界面1708或定點設備1710(例如，鼠標、直接與顯示設備交互的用戶的手指)。如本文所使用的，“定點設備”是允許用戶向計算系統(tǒng)或設備輸入空間數據的任何合適的輸入接口，特別是人機接口設備。在示例性實施方式中，定點設備可以允許用戶使用物理手勢(例如，指向、點擊、拖動、丟棄等)向計算機提供輸入。示例性的定點設備可以包括但不限于鼠標、觸摸板、直接與顯示設備交互的用戶的手指等。
鍵盤1708和指向設備1710可以與視覺顯示設備1718連接。計算設備1700可以包括其它合適的常規(guī)i/o外部設備。所述i/o設備可以促進實現(xiàn)一個或多個圖形用戶界面1720，例如，實現(xiàn)本文所描述的圖形用戶界面中的一個或多個。
計算設備1700可以包括以一個或多個存儲設備1724，如耐用盤存儲器(其可以包括任何合適的光或磁耐用存儲設備，例如，ram、rom、閃存、usb驅動器或其它半導體基存儲介質)、硬盤驅動器、cd-rom或其它計算機可讀介質，以用于存儲實現(xiàn)本文所教導的示例性實施方式的數據和計算機可讀指令和/或軟件。在示例性實施方式中，一種或多種存儲設備1724可以為可能通過本公開的系統(tǒng)和方法產生的數據提供存儲。該一個或多個存儲設備1724可以設置在計算設備1700上和/或與計算設備1700分開或遠程提供。
計算設備1700可以包括配置為經由一個或多個網絡設備1722與一個或多個網絡交互的網絡接口1712，所述網絡例如為局域網(lan)、廣域網(wan)或通過各種連接的互聯(lián)網，所述各種連接包括但不限于：標準電話線、lan或wan鏈路(例如，802.11、t1、t3、56kb、x.25)、寬帶連接(例如isdn、幀中繼、atm)、無線連接、控制器局域網(can)或上述任何或全部的某種組合。網絡接口1712可以包括以內置網絡適配器、網絡接口卡、pcmcia網卡、卡總線網絡適配器、無線網絡適配器、usb網絡適配器、調制解調器或適于將計算設備1700交互到能夠通信并執(zhí)行本文所述操作的任何類型的網絡的任何其他設備。網絡設備1722可以包括用于通過網絡接收和傳輸通信的一種或多種合適設備，所述合適設備包括但不限于一個或多個接收器、一個或多個發(fā)射器、一個或多個收發(fā)器、一個或多個天線等。
計算設備1700可以運行任何操作系統(tǒng)1716，如任何版本的
本領域的普通技術人員將認識到示例性計算設備1700可以包括比圖18中所示的那些多或少的模塊。
在描述實例性實施方式時，出于清楚性目的使用特定術語。出于描述性目的，每個特定術語意圖至少包括所有為實現(xiàn)類似目的以類似方式操作的技術和功能等同物。另外，在特定示例性實施方式包括多個系統(tǒng)元件或方法步驟的某些情況下，這些元件或步驟可以被單個元件或步驟替換。同樣地，單個元件或步驟也可以被用于相同目的多個元件或步驟替換。另外，除非另有規(guī)定，在文本中指明將各個性質的參數用于示例性實施方式的情況下，這些參數可以上調或下調1/20、1/10、1/5、1/3、1/2等，或者為其四舍五入的近似值。而且，雖然已經參照其特定的實施方式示出并描述了示例性實施方式，但是本領域普通技術人員將懂得的是可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下進行形式和細節(jié)方面的各種替換和改變。此外，其它方面、功能和優(yōu)點也在本發(fā)明的范圍內。
出于舉例說明的目的本文提供了示例性的流程圖，它們是非限制性的方法實例。本領域的普通技術人員將認識到示例性方法可以包括比示例性流程圖中所示的步驟多或少的步驟，以及示例性流程圖中的步驟可以以不同于所示的順序進行。
框圖的框和流程圖的圖示支持用于進行指定功能的裝置的組合、用于進行指定功能的步驟與用于進行指定功能的程序指令裝置的組合。還應懂得的是，電路圖和方法流程圖的塊/步驟中的部分或全部以及電路圖和方法流程圖中的塊/步驟的組合可以通過進行指定功能或步驟的基于專用硬件的計算機系統(tǒng)或專用硬件和計算機指令的組合實現(xiàn)。示例性系統(tǒng)可以包括比示例性框圖中示出的模塊多或少的模塊。
受益于前面的描述和相關附圖給出的教導，本文給出的本發(fā)明的許多改變、組合和其它實施方式會被本發(fā)明的這些實施方式所屬領域的技術人員想到。因此，要懂得的是，本發(fā)明的實施方式并不局限于所公開的具體的實施方式，并且改變、組合和其它實施方式意圖包括在所附權利要求的范圍內。雖然本文使用了特定術語，但是它們可以以一般性和描述性意義使用，而不是出于限制的目的。
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