CN103108696A - 通过交织疏水性和亲水性纤维制造诊断设备的方法和由此得到的诊断设备 - Google Patents

通过交织疏水性和亲水性纤维制造诊断设备的方法和由此得到的诊断设备 Download PDF

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Abstract

一方面，本发明提供一种制造亲水性丝组合物的方法。所述方法包括：提供至少一股丝纤维，用碱溶液处理该丝纤维以提供至少一股脱胶丝纤维，以及用处理溶液处理所述脱胶丝纤维以提供亲水性丝组合物。进一步用至少一种试剂固定所述脱胶丝纤维或所述亲水性丝组合物以制造丝基诊断组合物。本发明提供一种由本发明的方法制得的丝基诊断组合物以及一种包括所述丝基诊断组合物的诊断设备。另一方面，本发明提供一种制造诊断设备的方法。所述方法包括：提供至少一股诊断纤维组合物，提供至少一股疏水性纤维组合物，将所述至少一股诊断纤维组合物和所述至少一股疏水性纤维组合物交织。在一个实施方案中，所述诊断纤维组合物和所述疏水性纤维组合物均基于丝。

Description

通过交织疏水性和亲水性纤维制造诊断设备的方法和由此得到的诊断设备
技术领域
本发明总体上涉及制造诊断设备的方法，该方法包括将疏水性和亲水性纤维交织，本发明还涉及由此得到的诊断设备。
背景技术
对于包括医学测试、毒素检测和法医分析在内的各种应用，检测分析物是必要的，这些分析物包括蛋白质、DNA/RNA和体液的代谢产物以及其他生物源的样品。全球迫切需要对所述分析物的改良的即时测试（Yager，P.；Domingo，G.J.；Gerdes,J.，Point-of-care diagnosticsfor global health.Annu Rev Biomed Eng2008，10，107-44）。对这些应用设计的现有系统存在数个缺陷，例如高成本、松散以及延迟的结果。因此，尚未满足的很大需求是开发低成本、便携、方便操作且对检测显示出高效率的系统。这些系统也应该能够迅速地从生物源的样品中识别出宽范围的分析物。
在过去的十年里，微流体、芯片上实验室方法作为这些问题中一些问题的解决方案已获得重视。然而，缺少让学术实验室的概念能转化成工业生产的成熟的制造方法阻碍了现有的用于制造微流体芯片上实验室设备的技术。用于微电子制造的传统方法为此目的所作的调整是指将早期微流体设备合成在玻璃或硅中。然而，这些材料需要昂贵的加工条件和高额的资本投入。
为了解决这个问题，探索了若干不同材料和处理方法用来制造微流体设备（Becker，H.；Locascio，L.E.，Polymer microfluidic devices.Talanta2002，56（2），267-287）。这些材料包括塑料，例如PDMS（聚二甲硅氧烷）（McDonald，J.C.；Whitesides，G. M.，Poly(dimethylsiloxane)as a material for fabricating microfluidic devices.Acc Chem Res2002，35（7），491-9）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）（Klank，H.；Kutter，J.P.；Geschke，O.，CO(2)-laser micromachining and back-end processing forrapid production of PMMA-based microfluidic systems.LabChip2002，2（4），242-6）和COC（环烯烃共聚物）（Pu，Q.；Oyesanya，O.；Thompson，B.；Liu，S.；Alvarez，J.C.，On-chip micropatterning of plastic（cylic olefincopolymer，COC）microfluidic channels for the fabrication of biomoleculemicroarrays using photografting methods.Langmuir2007，23（3），1577-83）。塑料相对便宜，且塑料具有例如其加工性能、透明度以及低至微米范围形成复杂图案的能力的优势。然而，塑料也有一些缺陷，例如它们天然的疏水性质（这阻碍了简单的毛细流动）、它们的碳足迹以及缺乏容易地适应大规模制造微流体塑料芯片的成熟的制造方法。另外，对于塑料基的微流体设备，仍然需要能够引导流体流动并能够提供从塑料芯片读出的复杂且昂贵的读出器，这使整个设备以及操作不适合非常低成本并稳健的即时测试诊断。
另一方面，纸基的侧向流免疫测定（LFI）采用例如广泛可用的家用验孕的各种快速测试在市场上取得了巨大的成功。以颜色改变形式的视觉读出装置用于检测，同时通过毛细管作用自动发生样品流动。另外，该设备的成熟的制造方法已经可用。然而，LFI也有一些缺陷。它们并不是非常可靠，且不能提供进行多元（multiplex）测试的能力。其原因之一在于纸基设备中缺少限定“流动路径”的能力（Martinez，A.W.；Phillips，S.T.；Butte，M.J.；Whitesides，G. M.；Patterned paper asa platform for inexpensive，low-volume，portable bioassays.AngewChemZntEdEngl2007，46（8），1318-20）。
近来，Whitesides集团通过将纸图饰成选择性地亲水和疏水的部分而发展了该技术。因此能够限定图饰的流场。然而，纸基设备仍然有一些问题，例如缺乏机械稳定性以及缺少在不进行加热处理或不暴露于高应力的情况下能够沉积多种试剂的低成本的制造方法。最近，棉线也被开发作为微流体芯片制造的介质（Li,X.；Tian,J.；Shen,W.，Thread as a Versatile Material for Low-Cost Microfluidic Diagnostics.ACSApplied Materials&Interfaces2009，2（1），1-6）。在单独的棉线上或在已经缝合在塑料基材上的棉线上进行实验，并基于颜色改变的读出装置来检测试剂的存在。这些实验对于开发使用棉纤维或其他合适材料来制造即时测试诊断设备的高产量和可再生的方法不一定有益。因此，在本领域仍然极其需要解决与诊断设备、其制造、成本和可靠性相关的全部问题。
发明内容
一方面，本发明提供一种制造诊断设备的方法。该方法包括提供至少一股诊断纤维组合物。该方法包括提供至少一股疏水性纤维组合物。随后，该方法包括将至少一股诊断纤维组合物和至少一股疏水性纤维组合物交织。
在另一方面，本发明提供一种诊断设备。该诊断设备包括交织的至少一股诊断纤维组合物和至少一股疏水性纤维组合物。
附图说明
阅读如下详细的描述并参考附图将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在整个附图中相似的特征表示相似的部件，其中：
图1是表示本发明的制造诊断设备的方法的示例性步骤的流程图；
图2是本发明的示例性的诊断设备的示意图；
图3显示本发明的另一示例性的诊断设备的示意图；
图4显示本发明的又一示例性的诊断设备的示意图；
图5显示作为本发明的诊断设备的另一示例性构造的在疏水性纤维组合物中的多个诊断纤维组合物的示意图；
图6显示用于多元分析的本发明的诊断设备的示例性构造；
图7显示作为本发明的另一实施方案的又一示例性的用于分析的诊断设备；
图8显示作为本发明的另一实施方案的又一示例性的用于分析的诊断设备；
图9是由本发明的方法制造的本发明的诊断设备的照片；
图10是本发明的诊断设备被水溶液润湿后的照片；以及
图11是本发明的示例性的诊断设备，其中该设备包括固体基材衬垫。
具体实施方式
除非上下文明确另外指出，否则在本说明书和权利要求书中所使用的单数形式“一种”和“该”、“所述”包括复数形式。
在本说明书中所使用的“股”指的是织造材料或编辫材料的单个元件（作为纱线或线）。
在本说明书中所使用的“分析物”指的是在分析方法中测定的物质或化学成分。例如，在免疫测定中，分析物可以是蛋白质配体或结合体，而在血糖测试中，分析物是葡萄糖。在一个实例中，分析物可以是乙肝病毒的标记基因。在另一示例性实例中，分析物可以包括待检测药品，例如血液分析中的古柯碱。分析方法可以包括，例如荧光法、质谱测定法、比色法、无线电成像法、电化学检测等，以及它们的组合。在一些实例中，分析物可以指抗体。在其他实例中，分析物可以指抗原。
本文中所使用的“抗体”指的是在识别特定抗原中所使用的蛋白质。特定抗原通常是疾病或某类疾病的标记。有时，抗体还可以被称为免疫球蛋白。抗体可以是第一或第二抗体。第一抗体是针对特定抗原的抗体，通常为不标记的。第一抗体也可以被称为捕获抗体。第二抗体是粘附到第一抗体的抗体，或粘附到第一抗体或捕获抗体内包括的片段的抗体。第二抗体包括标记，使其可用于检测。典型的标记包括：荧光部分、放射性化合物、酶联标记、磁活性粒子、纳米粒子、量子点、乳胶颗粒标记等，以及它们的组合。根据标记，用于检测、识别和量化的方法可以包括：荧光光谱法、无线电成像法、ELISA测试等。
本说明书中所使用的“抗原”是指被活体的免疫系统识别的分子。抗原还指可以被免疫系统识别的分子片段。通常已知的是，给定抗原对抗体显示出特异性，抗原的这种性质被使用于各种应用中。
如本文所述，一方面，本发明提供一种制造诊断设备的方法，在图1中用数字20表示。该方法包括提供至少一股诊断纤维组合物，显示在图2中并用数字22表示。该诊断纤维组合物包括由亲水性聚合物制得的纤维。如本发明中所使用的“亲水性聚合物”是能够被水润湿的聚合物。聚合物的亲水性一般被理解为物理毛细现象，如通过毛细速率测量。亲水性也可以被理解为水滴在聚合物表面形成的接触角。本发明中所使用的亲水性聚合物也必须具有形成纤维的能力。用于诊断纤维组合物的有用的亲水性聚合物包括但不限于：聚（乙烯醇）、脱胶丝、棉、人造丝、纤维素纤维、它们的衍生物以及它们的混合物。本领域技术人员将易于理解，分子量、交联程度、存在增塑剂和其他添加剂以及其他因素的效果影响纤维生成能力和纤维性质。
在一个特定实施方案中，亲水性聚合物是脱胶丝。丝是由蚕获得的纤维，更特别地，是由桑蚕的幼虫获得的纤维。本发明中最有用的丝是能织造成纺织品的丝，例如由家蚕（Bombyx Mori）获得的丝，然而，可合成制造或由其他来源生产的丝的其他形式也可以用于本发明。化学上，丝纤维包括氨基酸链，其具有可进一步用于结合有用部分的官能团。本发明书中所用的官能团是能够与其他活性物种相互作用形成物理结合或化学键的活性化学部分。
获得的丝纤维随后用碱溶液处理以形成至少一股脱胶丝。本发明中所使用的碱溶液通常由具有强碱性的化合物溶解于含水混合物而获得。具有强碱性的典型的化合物包括但不限于：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化铵等，以及它们的混合物。处理方法可以包括：将丝纤维浸入碱溶液、向丝纤维喷洒碱溶液或本领域技术人员已知的任何这样的变体。在不受限于任何理论或原理的情况下，本领域技术人员知晓自然状态下获得的丝纤维包括胶质混合物涂层，该涂层包括名为丝胶的蛋白质，能够使用碱溶液有效地去除该涂层（Altman，G.H.；Diaz，F.；Jakuba，C.；Calabro，T.；Horan，R.L.；Chen，J.；Lu，H.、Richmond，J.；Kaplan，D.L.，Silk-based biomaterials.Biomaterials2003,24（3），401-416）。可以包括任选的洗涤步骤将多余的碱或其他外来材料洗掉。
可以处理所述亲水性聚合物使其适合于进一步使用，进一步用第一试剂、第二试剂或第一试剂和第二试剂两者的至少一种来固定该亲水性聚合物以形成诊断纤维组合物。在一些实例中，该第一试剂是抗原。本发明中可用的抗原包括，例如p24、gp120、gp41、HIVII-gp105、gp36、丙肝-NS3、NS5、核心抗原，β-Hcg（怀孕）、TSH（甲状腺）、FSH（雌性激素）、肌钙蛋白-T（心脏）、CpkMb、BNP、肌红蛋白、Hb1Ac、PSA、AFP、CEA、CA125、CA19.9、孕酮（Progestorone）、睾丸激素、雌甾二醇。在另一实例中，所述第一试剂是第一抗体。有用的第一抗体包括，例如HB抗体（IgG）、HBc抗体（IgM）、hcG抗体、HIV-p24抗体、HIV-gpl20抗体、FSH抗体、TSH抗体、肌钙蛋白抗体和镰状疟原虫抗体、弓形虫IgM抗体、风疹IgM抗体、单纯疱疹病毒II型IgM抗体、细胞巨化病毒IgM抗体、Typhidot IgM抗体、Typhidot IgG抗体、登革热IgM抗体、登革热IgG抗体、钩端螺旋体IgM抗体。当存在第二试剂时，第二试剂可以是另一种第一抗体或其可以是第二抗体。在诊断纤维组合物所具有的第一试剂是第一抗体且第二试剂是第二抗体的情况下，应当理解，考虑到流体沿着成品诊断设备流动，第二抗体必须出现在第一抗体的上游。本发明中所使用的术语“上游”和“下游”用于表示相对于溶液在诊断纤维组合物上的流动的相对位置。由此，认为在诊断纤维组合物上首先与流动的溶液接触的点在诊断纤维组合物上后来接触的位置的上游。
通过本领域技术人员已知的若干技术可以实现固定。这可以包括，例如，浸渍、共价结合、涂布、浸浴、冲压、或它们的组合。根据亲水性聚合物的选择，可以包括制备聚合物的步骤以接收第一和/或第二试剂。例如，如本文已经叙述的，可以对丝脱胶以促进试剂的固定，而由聚（乙烯醇）制得的纤维本身可以经受用试剂固定。
在一些实施方案中，进一步用合适的处理溶液处理的步骤对于制备诊断纤维组合物可以是必要的。为了在固定第一和/或第二试剂后阻断在亲水性聚合物上存在的任何未使用和暴露的官能团，该处理溶液可以包括阻滞剂。示例性的阻滞剂包括，例如牛血清白蛋白、奶粉等。
该处理溶液可以进一步包括表面活性剂以通过将更好的毛细能力赋予到纤维的表面而增强流体的流动。本发明中所用的合适的表面活性剂包括：离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等，离子型表面活性剂例如为全氟辛酸、全氟辛基磺酸盐、十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸铵，和其他烷基硫酸酯盐、月桂基醚硫酸钠、烷基苯磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、西吡氯铵、聚乙氧基牛脂胺、苯扎氯铵、苄索氯铵、（3-[（3-胆酰胺丙基）二甲氨基]-1-丙磺酸内盐）、十二烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰子两性甘氨酸（cocoampho glycinate）；非离子型表面活性剂例如为烷基聚（环氧乙烷）、聚乙烯醇、基于聚（乙烯乙二醇）的山梨聚糖衍生物，包括
Figure BDA00002701922600071
系列（如20、
Figure BDA00002701922600073
80）、系列（如
Figure BDA00002701922600075
80）、
Figure BDA00002701922600076
系列（如
Figure BDA00002701922600077
72）、
Figure BDA00002701922600078
系列（如Triton X-100）、烷基酚聚（环氧乙烷）、聚环氧乙烷的共聚物和聚（氧化丙烯），包括：
Figure BDA00002701922600079
系列（如
Figure BDA000027019226000710
F-127）、烷基糖苷，包括：辛基葡糖苷、癸基麦芽糖苷、脂肪醇，例如甲基醇、油醇、十二烷基二甲胺氧化物。在一个示例性实施方案中，所述表面活性剂是基于聚（乙二醇）的聚山梨醇酯，有时也被称为山梨聚糖衍生物。在一个特定的示例性实施方案中，表面活性剂是20。另外，粘度调节剂例如聚（乙二醇）可以应用于改变流速以获得诊断纤维组合物。
可以用处理溶液处理亲水性纤维，并随后可以用至少一种试剂固定该亲水性纤维。进行这些动作的顺序取决于亲水性聚合物的选择、所需设备的类型、成品应用等，可以由本领域技术人员在无需过度的实验的情况下获得该顺序。
挑选适合制造诊断纤维组合物的纤维材料的重要标准是其机械稳定性以及存在的制造方法，该方法足以精确地制造复杂图案并是可测量的，使得能够以低成本生产大量的诊断纤维组合物。丝是符合这些标准的材料，另外，丝具有其他理想的性质，例如作为天然纤维可生物降解。作为多肽，丝提供若干能够用于官能化生物分子的官能团。另外，丝编织提供在不采用高温或高剪切加工的情况下将特定官能团导入图案中的能力。这包括利用编织简单处理线并将线并入到特定点。因此，在一个实施方案中，丝是制造本发明的诊断纤维组合物所使用的纤维。
本发明的制造诊断设备的方法进一步包括提供至少一股疏水性纤维组合物，显示在图1中并用数字24表示。本说明书中所用的“疏水性”指的是一般具有抗水性特征的材料。通过例如水滴在材料表面形成接触角的技术可以测量抗水性。疏水性纤维组合物由疏水材料制得。有用的疏水材料包括：聚酰胺如尼龙-66、尼龙-6和其他尼龙、
Figure BDA000027019226000712
聚酯如聚（对苯二甲酸乙二醇酯）、聚（对苯二甲酸丁二醇酯）、聚（亚苯基氧化物）、疏水性涂层丝等，以及它们的组合。在一个特定实施方案中，疏水性纤维组合物是疏水性涂层丝。典型的用于本发明的疏水性涂层包括金涂层、锡涂层、镍涂层、黄铜涂层、铜涂层等。
本发明的诊断设备通过将至少一股诊断纤维组合物和至少一股疏水性纤维组合物交织而制得，在图1中用数字26表示。交织的方法对于纺织品制造商一般是已知的（参见例如：http://www.britannica.com/EBchecked/topic/638448/weaving）。有用的交织方法包括使用双经线双纬线技术。导入经线和纬线的其他方法在本领域是已知的。经线指的是纵向的纱线，而纬线指的是穿过经线的纱线。经线和纬线之间的角度能够影响诊断纤维组合物内的流动性质，并因此对本发明的诊断设备的使用提供更好的控制，这一步骤也包含于本发明的方法中。目前，存在使用双经线双纬线技术以及其他技术用于制造成品纺织品的广泛用于纺织品制造业的机器。
织机是用于编织的示例性设备，也可以有利地用于生产本发明的诊断设备。所使用的若干种类的织机易于从市场购得。本发明所使用的示例性的织机包括但不限于，提花织机、多臂织机、脚踏织机、动力织机等。
本发明的方法特别有吸引力，是由于其有益于在给定的时间期限内扩大化制造大量诊断设备。本方法还经受导入多元诊断设备。目前，本领域已知的能够用于检测多于一种试剂的多元设备，尽管它们能以实验室规模的水平制造，但是它们通常面对其制造过程中的规模化问题。本发明的方法克服了这一缺陷。本发明的方法进一步使用已经存在的技术和设备。在本发明中，已经成功地显示出用于生产诊断设备制品的纺织品制造中的现有方法的适应性。该适应包括对材料及其制备的谨慎选择，以及为了适应要求对技术略微修改。材料和方法的经济可行性也使其成为可行的选择。
在另一方面，本发明提供一种诊断设备，显示在图2中用数字28表示。该诊断设备包括本发明的诊断纤维组合物，在图2中用数字32表示，该诊断设备与本发明的疏水性纤维组合物交织，在图2中用数字30表示。在一个示例性实施方案中，本发明的有用的诊断纤维组合物包括用至少第一试剂固定并用处理溶液处理的脱胶丝，如本文所述。本发明所使用的疏水性纤维组合物包括金涂层丝纤维。交织方法在纺织品制造领域中是已知的，并可以由本文所述的技术组成。
本发明的诊断设备中的诊断纤维组合物的形状可以采取本发明的工作所必需的任何适合的和有用的形状。为了简单起见，图2显示了包括长方形疏水性纤维组合物的长方形诊断纤维组合物。图3a显示疏水性纤维组合物基质内的诊断纤维组合物的另一种可能的构造。相似地，图3b显示长方形疏水性纤维组合物内用于多元分析的诊断纤维组合物的可能的构造。疏水性纤维组合物可以具有任何几何形状对本领域技术人员也将是显而易见的。
本发明的设备可用于诊断目的。图4显示本发明的诊断设备的一个示例性构造。该诊断设备用数字34表示。该诊断设备的疏水性纤维组合物用数字36表示。交织到疏水性纤维组合物的诊断纤维组合物用数字38表示。该诊断纤维组合物的一端部被指定成样品导入端口，并显示在图4中用数字40表示。通常，将用于分析的样品导入诊断纤维组合物，作为水溶液或水悬浮液或水乳状液。样品可以包括待分析的分析物。典型的样品包括但不限于：汗液、血液、尿液、精液等。本说明书中所使用的“样品”包括整个流体，或者其可以指用于分析的流体的组分。分析的类型可以是多方面的。例如，在一个实施方案中，分析可以包括确定分析物是否存在。在另一实施方案中，分析可以包括出现在样品中的分析物的浓度和/或量。在其它一些实施方案中，这些分析的组合可以包括确定分析物是否存在，如果存在，则确定分析样品中的分析物的量和/或浓度。在将样品导入到样品导入端口后，样品沿着诊断纤维组合物流动。在不受限于任何理论的情况下，溶液由于毛细管作用将随后流过诊断纤维组合物，在本领域中毛细管作用有时也被称为毛细作用。本发明的设备提供这样的优点：水性基（aqueous-based）样品不在诊断纤维组合物的外部流动，由此减少任何样品损失或其他相关的问题。流动路径结束于吸收端口42。在一个实施方案中，试剂出现在诊断纤维组合物上的某位置处，吸收端口出现在经过诊断纤维组合物上试剂位置的流动方向上，使得样品流经试剂并在吸收端口处结束。在另一实施方案中，用本领域已知的合适的方式添加试剂，从而实现原位试剂固定。随后，将样品导入到诊断纤维组合物上。当包括分析物和试剂的样品相互作用时，它们相互结合并形成络合物，络合物停止流动，同时溶液流动直到其到达吸收端口42。如果样品不包括分析物，则没有络合物形成并因此继续流动直到其到达吸收端口。
在第二试剂存在的情况下，样品首先与出现在第一试剂上游的第二试剂接触，如果分析物存在，则分析物与第二试剂生成第一络合物，随后包括第一络合物的溶液流动到达第一试剂，生成包括分析物、第一试剂和第二试剂的第二络合物。第二络合物在这一点停止流动。如果样品不包括分析物，则不生成第一络合物和第二络合物，样品流动直到其到达吸收端口。当该设备上不再有剩余的流动区域时，溶液停止流动。流动区域包括天然亲水并由此允许溶液流动的诊断纤维组合物。在诊断纤维组合物外部的任何物质例如疏水性纤维组合物将不利于流动，并因此在该区域内不发生流动。也可以设想进一步的步骤：通过用过量的样品流体经过第一试剂洗涤以去除未结合的第二试剂。可以通过本领域技术人员已知的方法实现对络合物的分析。这些方法可以包括，例如荧光、共焦显微、光学显微、比色、电化学方法等，以及它们的组合。
在一些实施方案中，样品端口40可以包括可以促进添加样品以及可以进一步用于例如分离组分的其他附加功能的材料。本说明书中可用的一些示例性功能包括：从流体中分离血细胞、从低分子材料中分离较高分子量的组分等。实现上述功能的特定组合物在本领域是已知的，可以在本发明中适当地采用该特定组合物。
在其他一些实施方案中，吸收端口42可以进一步包括吸收剂材料，例如促进样品流动的棉、硝化纤维、聚（丙烯酸）等。
如图5所示，单个疏水性纤维组合物可以包括多于一个诊断纤维组合物对于本领域技术人员也将是显而易见的。
图6显示另一示例性的用于多元分析的诊断设备作为本发明又一实施方案，其中该设备用数字44表示。该设备包括用数字36表示的疏水性纤维组合物和用数字38表示的诊断纤维组合物。该诊断设备的样品导入端口用数字40表示，在该样品导入端口导入样品。诊断纤维组合物具有这样的形状：其中样品的流动沿着在此示例性构造中用数字46、48和50表示的三个臂(arm)被分成三个方向。用数字46表示的臂包括第一试剂，而用数字48表示的臂包括第二试剂，用数字50表示的臂包括第三试剂。由此，使用本发明的诊断设备的此示例性构造同时进行三种不同的分析。
图7显示如本发明的另外的实施方案的又一示例性的用于分析的诊断设备，其中该设备用数字52表示。该设备包括用数字36表示的疏水性纤维组合物和用数字38表示的诊断纤维组合物，其中诊断纤维组合物具有本文所显示的几何构造。该诊断纤维组合物包括三个不同的样品导入端口40，对应每个样品导入端口通向三个不同的流动路径，分别用数字54、56和58表示。在此示例性构造中的这三个不同的流动路径合并到通向吸收端口42的一个臂。特别地，该诊断设备的此构造用于允许第一试剂沿着臂54流动而将其原位固定到诊断纤维组合物上。可以同时沿着臂56导入样品。由此，当样品和第一试剂沿着臂54和56流动时，它们在到达吸收端口42之前在主体相遇。如果样品包括感兴趣的分析物，则其与第一试剂生成络合物，并在此位置处停止流动。另外，在添加第一试剂的同时也可以在臂56上添加第二试剂并允许其流动，同时将样品导入到臂58上。由此，全部三个臂具有三种同时流动的不同组分，并在到达吸收端口42前在主体相遇。如果样品包括感兴趣的分析物，其将与第一和第二试剂相互作用以生成第一和第二络合物，随后其停止流动。使用本领域已知的方法可以对络合物进行分析。
图8提供又一示例性的用于分析的诊断设备作为本发明的另外的实施方案，其中该设备用数字60表示。该设备包括疏水性纤维组合物36和诊断纤维组合物38，其中诊断纤维组合物具有本文所显示的几何构造。样品导入端口40位于两个吸收端口42之间。样品导入端口不需要必须在中心，但确切位置将取决于实际成品的构造、功能、制造能力和其他这样的考虑，这对本领域技术人员将是显而易见的。样品一旦导入样品导入端口，样品将沿着诊断纤维组合物延伸的任何位置的全部方向流动，这是由毛细流动决定的。在显示的示例性构造中，样品沿着臂62和64流动直到其到达在样品导入端口任一侧上的吸收端口42，吸收端口42可以包括两种不同或相同的试剂，这取决于诊断设备的成品功能。以此方式，可以对单次导入样品进行多个分析。
典型的诊断设备也可以包括标记，该标记向使用者指出一点，该点指出样品导入端口。为了从本发明的诊断设备获得有用分析所需的样品量将取决于该设备的构造，本领域技术人员无需过度的实验可以获得该样品量。
本发明的诊断设备可以进一步包括着色剂、软化剂、本说明书中提到的那些用于各种目的其他添加剂。为了装饰的目的，可以用这些添加剂提供额外的特征，或将更大的功能性添加到现有的诊断设备。另外，本发明的诊断设备可以安装到基材上。可以存在所述基材以向该设备提供强度和机械完整性。基材可以选自本领域技术人员已知的许多坚固材料，且可以包括，例如，金属背板如钢、铁、钛、合金等、塑料如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等、硬纸板、木材和其他等，以及它们的组合。安装到基材上的本发明的诊断设备的典型的示例性实施方案显示在图11中，其中基材用数字65表示。
可以进一步设想将本发明的诊断设备包装在合适的密封体内以保护其不受环境因素如在运输中的处理、阳光、水分、湿度等影响。在这种情况下，密封体可以以这样的方式设计：其能够被打开以允许接近该设备。或者，该密封体可以以这样的方式存在：有仅用于样品导入接口的开口，使得即使在操作过程中，该设备的其余部分也被全部包住。适合该设备的密封体可以具有例如透明度、强度、耐水性、可塑性等性质。能良好地作为设备密封体的一些有用的材料可以包括但不限于：玻璃、塑料如聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。
本说明书中所述的发明提供编织作为可选择的制造技术用于基于织品的诊断设备的制造，基于织品的诊断设备也可以被称为“织品芯片”。这样的诊断设备可以是重复使用型，或者可以是一次性使用、可抛弃的设备。丝编织是在世界许多地方都发展到很高技术水平的工艺，复杂图案的尺寸仅局限于单根线的厚度，且复杂图案可以以高度并行化的方式编织。此技术能够以容易的方式适用于本发明的诊断设备的制造。通过将亲水性和疏水性纤维与涂布试剂的纤维编织在一起，可以制造非常大量的诊断设备，这些设备能够是单路的（single-plexing）和多元的（multiplexing）。另外，使用本领域已知的技术可以将试剂沉积在疏水性纤维组合物上非常特定的点上。这将带来仅使用织机就能实际制造整个诊断设备的能力。这相对于现有技术提供了很大优势，现有技术对于诊断设备各部分使用不同制造方法并由此使工序复杂。另外，不同于目前可购得的诊断设备，例如需要不同材料充当结合垫、吸收垫和样品传递垫的纸基设备，本发明提供单一统一的制造工序以制造诊断设备。另外，根据材料的选择，可以使用单一基体材料例如丝以制造整个诊断设备。这显著简化了制造。另外，在本发明的诊断设备是使用丝基材料制造的情况下，其提供了这样附加的优点：丝已经用于缝线和医疗植入物中，这极大地增加了该诊断设备通过监管部门批准的可能性。
本发明的设备可以用于在各种应用中进行的任何试验。例如，在夹心免疫检测中使用本发明的设备的情况下，将用于样品中抗原的定性检测的样品导入到成品设备的诊断纤维组合物的样品端口上。导入后，随着样品由于毛细管作用沿着诊断纤维组合物流动，样品首先与第二试剂（检测抗体）接触，因为第二试剂出现在第一试剂（捕获抗体）的上游。分析物（抗原）如果存在，则其与第二试剂生成第一络合物。随后，包括第一络合物的溶液流动到达第一试剂（捕获抗体），生成包括分析物、第一试剂和第二试剂的第二络合物。第二络合物在这一点停止流动，并能够目测到粉/红色带。如果样品不包括分析物，则不生成第一络合物和第二络合物，样品流动直到其到达吸收端口。当该设备上不再有剩余的流动区域时，溶液停止流动。
在间接免疫检测中使用本发明的设备的情况下，将用于抗体的定性检测的样品导入到成品设备的诊断纤维组合物的样品端口上。导入后，随着样品由于毛细管作用沿着诊断纤维组合物流动，样品首先与第二试剂（检测抗体）接触，因为第二试剂出现在第一试剂（捕获抗原）的上游。分析物（抗体）如果存在，则其与第二试剂生成第一络合物。随后，包括第一络合物的溶液流动到达第一试剂（捕获抗原），生成包括分析物、第一试剂和第二试剂的第二络合物。第二络合物在这一点停止流动，并能够目测到粉/红色带。如果样品不包括分析物，则不生成第一络合物和第二络合物，样品流动直到其到达吸收端口。当该设备上没有剩余的流动区域时，溶液停止流动。
概念验证
出于显示的目的，将脱胶丝线缠绕在由聚（甲基丙烯酸甲酯）制成的塑料基材周围。随后与金涂层丝线交织，使得金涂层丝位于脱胶丝的侧面。随后，为此布置，将包括绿色染料的水溶液点缀到脱胶丝的一端部上。视觉上，通过在除了沿着亲水性脱胶丝区域以外的任何区域中缺少颜色作为证据来确定包括绿色染料的水溶液没有溢出到疏水性区域并留在设备的亲水性区域的限定范围内。
诊断设备
在进行的概念验证的基础上，设计并织造诊断设备。该设计沿着诊断纤维组合物的长度具有三个正弦循环。该诊断设备包括在金色疏水性背景上的白色亲水性线。出于显示目的，为了更清晰地视觉识别，该诊断纤维组合物用多个颜色上色，并通过在图案中的特定点处交织不同颜色而产生。这些能充当包括测试线的捕获抗体。图9显示如本发明方法制造的设备。通过显示在图9中的三个圆点，在诊断设备上的多个颜色能够被视觉识别。首先测试该诊断设备的润湿性质。将绿色染料在水中的溶液负载到样品传递垫上并在不泄漏到金色部分的情况下一直流到吸收垫。图10显示着色限于脱胶丝区域，如图中较深色所示，同时疏水性金涂层丝完全不上任何颜色，如图中较浅色所示。
实施例
亲水性纤维组合物
天然丝纤维包括蜡质外层覆盖物，其必须通过被称为脱胶的工序去除。通过将丝线浸没入1M NaOH的溶液中脱胶天然丝纤维，制得允许毛细管流动的亲水性丝线。随后将线浸入包含0.1%
Figure BDA00002701922600141
20、牛血清白蛋白（BSA）和1%PEG（MW400）的溶液中。发现该处理过的线具有更均匀的流动性质，并且还防止了蛋白质与丝线的非特异性结合。
疏水性纤维组合物
虽然天然丝纤维能够用作疏水性线，申请人发现天然纤维没有足够强的疏水性以提供亲水性线的对照。另一方面，发现容易得到的用黄铜涂布丝而制得的金色的“zari（无英译文）”线仿制品本质上非常疏水。由此，黄铜涂层丝线被用作疏水性对照物。
在线上涂布捕获抗体/抗原
由于脱胶丝非特异性地结合到蛋白质，通过将亲水性纤维组合物浸入在Tris缓冲盐水中包含1mg/mL蛋白质的免疫球蛋白G溶液中而将捕获抗体直接涂布在亲水性纤维组合物上。
在线上涂布第二抗体
通过已知方法（.A.D.McFarland，C.L.Haynes，C.A.Mirkin，R.P.Van Duyne和H.A.Godwin，“Color My Nanoworld，”J.Chem.Educ.2004，81，544A；Secondary antibody conjugation to gold-Conjugation ofColloidal Gold to Proteins by Constance Oliver From:Methods inMolecular Biology.h701，115：Immunocytochemical Methods andProtocols Edited by：L.C.
Figure BDA00002701922600151
Humana Press Inc.，Totowa,NJ）制备40nm尺寸金结合的第二抗体。将金溶液（其为澄清的深粉色溶液）标记的第二抗体应用于该丝线，之前先用包含1%蔗糖、0.2%Tween20、1%牛血清白蛋白（BSA）和1%聚（乙二醇）（分子量400）的溶液处理丝线。处理过的丝线没有非特异性地结合到蛋白质，而金结合丝线仅物理地密封在允许其随后浸出的丝线之间的间隙空间中。
图案形成：形成织品芯片中的第一个步骤是在疏水性背景上形成亲水性图案。常规地，使用双经线双纬线技术将获自印度泰米尔纳德邦（Tamil Nadu）Kanchipuram（无英译文）的三根线的纯Salem（无英译文）丝缠绕在一起并织造。在织机中的提花装置也能让申请人实现图案多样性和复杂性。使用由印度Teckmen Systems（无英译文）制造可得的计算机程序Cadvantage Win（无英译文）程序生产用于提花机的图案打孔卡。该图案织造成使得环绕正弦图案的织物背景由疏水性金线仿制品制得。图案的整个暴露表面本身是由亲水性天然的脱胶丝织造的，该脱胶丝已经过处理以改善表面性质。
合并经涂布的线
纺织工使用单独标记的线轴将涂布捕获抗体和标记的第二抗体的线手动插入亲水性经线之间的特定点。将提花机控制系统中的特定线升起，使用梭子将涂布好的线在特定线之间穿梭。这导致经涂布的线交织在织品的多个点处。使用这种技术制造在其上能够依次进行3个测试的诊断设备。在一端部是用于负载测试样品的贮器（reservior）。下游，将标记的第二抗体负载到一个织造点，并将合适的捕获抗体负载到三个单独的织造点。该设备结束于吸收垫。成品装置允许负载的测试流体以特定的速率从线的标记第二抗体的贮器流动。
尽管在本说明书中说明并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，应当理解，所附的权利要求书旨在覆盖落入本发明实质内的所有这些修改和改变。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种制造诊断设备的方法，所述方法包括：
提供至少一股诊断纤维组合物，其中所述诊断纤维组合物包括用第一试剂、第二试剂或第一试剂和第二试剂两者的至少一种固定的脱胶丝；
提供至少一股疏水性纤维组合物；
将所述至少一股诊断纤维组合物和所述至少一股疏水性纤维组合物交织。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述疏水性纤维组合物得自聚酰胺、聚酯、疏水性涂层丝以及它们的组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述疏水性纤维组合物是疏水性涂层丝。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用双经线双纬线技术实现所述交织。
5.根据权利要求4所述的方法，其中使用织机实现所述交织。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述织机是提花织机。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述织机是多臂织机。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述织机是脚踏织机。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述织机是动力织机。
10.一种通过权利要求1至9所述的方法制得的诊断设备。
11.一种包括交织的至少一股诊断纤维组合物和至少一股疏水性纤维组合物的诊断设备，其中所述诊断纤维组合物包括用第一试剂、第二试剂或第一试剂和第二试剂两者的至少一种固定的脱胶丝。
12.根据权利要求11所述的诊断设备，其中所述疏水性纤维组合物选自聚酰胺、聚酯、疏水性涂层丝以及它们的组合。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述疏水性纤维组合物是疏水性涂层丝。

Claims (19)

1.一种制造诊断设备的方法，所述方法包括：
提供至少一股诊断纤维组合物；
提供至少一股疏水性纤维组合物；
将所述至少一股诊断纤维组合物和所述至少一股疏水性纤维组合物交织。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述诊断纤维组合物是用第一试剂、第二试剂或两者都有的至少一种而固定的亲水性聚合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述亲水性聚合物选自脱胶丝、聚（乙烯醇）、棉、人造丝、纤维素纤维、它们的衍生物以及它们的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述亲水性聚合物是脱胶丝。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述疏水性纤维组合物得自聚酰胺、聚酯、疏水性涂层丝以及它们的组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述疏水性纤维组合物是疏水性涂层丝。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使用双经线双纬线技术实现所述交织。
8.根据权利要求7所述的方法，其中使用织机实现所述交织。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述织机是提花织机。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述织机是多臂织机。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述织机是脚踏织机。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述织机是动力织机。
13.一种通过权利要求1至12所述的方法制得的诊断设备。
14.一种诊断设备，该诊断设备包括交织的至少一股诊断纤维组合物和至少一股疏水性纤维组合物。
15.根据权利要求14所述的诊断设备，其中所述诊断纤维组合物是用第一试剂、第二试剂或第一试剂和第二试剂两者的至少一种固定的亲水性聚合物。
16.根据权利要求15所述的诊断设备，其中所述亲水性聚合物选自脱胶丝、聚（乙烯醇）、棉、人造丝、纤维素纤维以及它们的组合。
17.根据权利要求16所述的诊断设备，其中所述亲水性聚合物是脱胶丝。
18.根据权利要求14所述的诊断设备，其中所述疏水性纤维组合物选自聚酰胺、聚酯、疏水性涂层丝以及它们的组合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述疏水性纤维组合物是疏水性涂层丝。
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