CN104620099B - 用于在样本的动电处理中使用的参数的样本相关选择 - Google Patents

Abstract

对不同的样本执行动电处理包括标识适合于在每个样本的处理中使用的电信号。电信号的标识导致针对不同的样本标识不同的电信号。样本的动电处理导致样本被暴露于针对该样本标识的电信号。相应地，不同的样本被暴露于不同的电信号。动电处理采用一个或多个动电现象来引起在样本之内的一个或多个试剂相对于样本的移动。在某些情况下，该方法还包括使用动电处理的样本中的每个来生成电化学样本并且然后对电化学样本中的每个执行电化学分析。

Description

用于在样本的动电处理中使用的参数的样本相关选择

相关申请

本申请要求于2012年7月16日提交的、标题为“Sample Dependent Selection ofParameters for Use in Electrokinetic Treatment of the Sample”的美国临时专利申请序号61/741,312的权益，并且其被整体地并入本文。

技术领域

本发明涉及在样本的准备中的动电（electrokinetic）现象的使用，并且更特别地涉及用于在样本的动电处理中使用的参数的选择。

背景技术

各种各样的化验包括使用电化学传感器来检测在生物样本中的试剂的存在和/或量。除试剂之外，生物样本还一般地包含化合物。这些化合物常常是在使用电化学传感器的结果中的噪声源。可以通过减少该噪声来改善这些结果的质量和可靠性。可以通过在将样本与传感器一起使用之前准备样本来减少所述噪声。因此，存在针对可以被用于在化验之前准备样本的方法和系统的需要。

发明内容

一种方法，其包括标识适合于在多个样本中的每一个的动电处理中使用的电信号。电信号的标识导致针对不同的样本标识不同的电信号。该方法还执行每个样本的动电处理，使得每个样本被暴露于针对该样本标识的电信号。动电处理采用一个或多个动电现象来引起在样本内的一个或多个试剂相对于所述样本的移动。在某些情况下，该方法还包括使用动电处理的样本中的每个来产生电化学样本，并且然后对电化学样本中的每个执行电化学分析。

为了标识针对样本中的一个的电信号，可以生成针对所述样本的阻抗签名并且将其与指示在样本的阻抗签名与所述电信号的一个或多个变量的值之间的关系的数据进行比较。

数据可以被存储在计算机可读介质上。附加地，一种计算机可读介质可以包括用于由计算机执行的方法的代码。该方法可以包括标识适合于在多个样本中的每一个的动电处理中使用的电信号。

附图说明

图1A和1B图示了适合于执行样本的动电处理的设备。图1A是所述设备的顶视图。

图1B是沿着在图1A中的标记为B的线截取的在图1A中示出的设备的截面图。

图1C是图1A至图1B的设备的另一实施例的截面图。

图1D是图1A至图1B的设备的另一实施例的截面图。

图2A和图2B图示了适合于在样本的动电处理中使用的另一设备。图2A是所述设备的顶视图。

图2B是在图2A中示出的设备的截面图。

图3图示了使阻抗签名与在将在样本的动电处理中使用的电信号中的变量的值相关的适合的数据库的示例。

图4图示了使用针对样本的阻抗签名数据来标识将在样本的动电处理期间施加于所述样本的电信号的变量的方法。

图5图示了使用用于样本的阻抗签名数据来标识将在样本的动电处理期间施加于所述样本的电信号的变量的系统。

图6图示了DC阻抗图。

图7图示了AC阻抗图。

具体实施方式

如上所述，各种各样的化验采用电化学传感器来检测诸如生物样本的在样本中的试剂的存在和/或量。除了在样本中的试剂（剩余化合物）之外的化合物的存在常常是在由这些传感器所提供的结果中的噪声源。在样本与传感器一起使用之前准备样本可以减少该噪声并且改善由传感器提供的结果。例如，移除剩余化合物可以减少该噪声。附加地或替代地，浓缩在样本中的试剂可以减少该噪声。

样本准备的一种方法在将样本与传感器一起使用之前使用动电来处理样本。动电是在引起在样本内的组分的一个或多个特定移动的条件处向样本施加电场。例如，动电可以被用于向样本施加电场，其使得在样本中的试剂在样本内的特定位置处变得浓缩。使用动电的问题是，提供样本的有效动电处理的电场对于不同的样本而言是不同的。例如，提供在一个血液样本中的蛋白质的优良浓缩的电压和/或频率在不同的血液样本中可能不提供相同蛋白质的有效浓缩。这种差异可以由根据不同血液样本而变化的因素产生。这些因素的示例包括但不限于在不同血液样本的粘度、传导性、白细胞计数和/或蛋白质浓度中的差异和/或在存在于不同血液样本中的不同化合物的选择和/或相对量中的差异。

本发明包括标识将在不同样本的动电处理中使用的不同电信号。在某些情况下，接收样本并且对所述样本执行阻抗分析以标识针对所述样本的阻抗签名。将该阻抗签名与指示在阻抗签名和在电信号中的变量的值之间的关系的数据进行比较。将针对样本的阻抗签名与所述数据进行比较从而标识针对变量的适当的值。然后在所述样本的动电处理中使用具有针对变量的所标识的值的电信号。在某些情况下，在样本的动电处理之后，放置动电处理的样本使其与电化学传感器接触并且操作电化学传感器，从而确定在所述样本中的试剂的量和/或存在。

施加于样本的动电处理可以提供不同的功能。例如，在某些情况下，该动电处理增加试剂和/或一个或多个剩余化合物在样本内的特定位置处的浓度。在某些情况下，动电处理减少试剂和/或一个或多个剩余化合物在样本内的特定位置处的浓度。在某些情况下，动电处理提供在样本中的化合物的混合。其他功能是可能的。因此，在某些情况下，所述数据与功能中的不同的一个相关联。

在某些情况下，提供特定功能的变量值针对特定试剂是不同的。例如，浓缩在样本中的特定蛋白质的动电参数可能不同于浓缩在该相同的样本中的不同蛋白质的动电参数。因此，在某些实施例中，所述数据与功能中的不同的一个相关联，并且与一个或多个试剂的特定选择相关联。

图1A和图1B图示了适合于执行样本的动电处理的设备。图1A是所述设备的顶视图。图1B是沿着在图1A中的标记为B的线截取的在图1A中示出的设备的截面图。

设备包括在基底10上的电极。该电极包括工作电极12、参考电极16和辅助电极14。在某些情况下，设备仅包括所述电极中的两个。例如，可以仅以工作电极12和参考/辅助电极构造所述设备。适合的基底10包括但不限于氮化物、细胞膜、聚合物、硅、玻璃以及塑料。适合的电极包括诸如金属的单层导电材料或者由其组成。在某些情况下，所述金属是金。

图1B图示了定位于所述电极上的样本18。在某些情况下，在电极外的基底10的区域被表面处理从而是疏水的。这些区域的疏水性质可以用来在电极上约束样本18。用于与所述设备一起使用的适合的样本18包括但不限于血液、尿液、唾液、其他人类样品、缓冲剂、食物样本、脑脊髓液（CSF）、痰、血浆、血清、食物产品以及环境样本。

可以采用该设备来对样本18执行动电动力处理。动电动力处理可以包括向电极施加电信号。电信号可以包括对时间的周期性电压波形，诸如正弦波形、方波波形、三角波波形、锯齿波形或复合波形，所述复合波形是选自由正弦波形、方波波形、三角波波形、锯齿波形所组成的组中的两个或更多不同波形的复合体。这样的复合波形可以是各自具有相同形式的两个不同信号的复合体。例如，复合波形可以是两个不同的正弦波形的复合体。该波形可以包括DC偏移或者可以排除DC偏移。在某些情况下，电所述信号是加在（on top of）DC偏置（或DC偏移）之上的AC信号。电信号可以被施加在电极中的任何两个之间而不被施加在所述电极中的第三个。替代地，电信号可以被施加在电极中的任何两个和电极中的第三个。

可以选择动电处理以对在样本中的一个或多个试剂执行多种功能。适合的试剂的示例包括但不限于蛋白质、核酸、DNA、RNA、离子、生物分子、癌细胞以及病原体、包括人类细胞的细胞、小分子、珠（bead）以及液体。适合的试剂的具体示例是大肠杆菌。适合的试剂的具体示例是病原体。

在某些情况下，动电处理提供混合功能。例如，选择电信号以提供在样本中的一个或多个试剂的混合。在某些情况下，动电处理提供浓缩功能。例如，可以选择电信号以使在样本中的一个或多个试剂在工作电极12的表面处或上面浓缩。替代地，在某些情况下，动电处理提供排斥（repulsion）功能。例如，可以选择电信号以排斥在样本中的一个或多个试剂离开工作电极12的表面。在另一些情况下，动电处理提供浓缩功能和排斥功能两者。例如，可以选择电信号以使在样本中的一个或多个第一试剂在工作电极12的表面处或上面浓缩，同时还排斥在样本中的一个或多个第二试剂离开工作电极的表面。虽然在使一个或多个试剂相对于工作电极12移动的上下文中描述了上述功能，但可以选择该功能以使一个或多个试剂相对于一个或多个其他电极移动。

图1B将样本18示为在电极上形成的滴状物；然而，所述设备可以包括用于在电极上约束样本的结构。例如，图1C图示了约束结构20，其被定位以使得由基底10和所述结构限定的储蓄器22被形成在所述电极上，其中所述电极位于所述储蓄器22之内。因此，定位于储蓄器22中的样本18被约束在储蓄器22内并且与所述电极接触。替代地，可以以开放系统使用所述设备。例如，如在图1D中所示，样本18可以如由标记为D的箭头图示的那样在电极上流动。

图1A至图1D的设备还可以被用作电化学传感器。例如，图1A至图1D的设备可以被用于执行电化学分析，其确定在样本中的试剂的量和/或存在。电化学分析采用所施加的电压来驱动和化学反应，诸如在工作电极12的表面处的氧化反应和/或氧化反应。可以在诸如库伦法（Coulometry）的电化学分析技术（电分析技术）以及诸如极谱测定（polarometry）、电流分析、脉冲电流分析和循环伏安法的伏安法中使用所述电化学传感器。

可以在2008年5月28日提交的、标题为“Chip Assay Having ImprovedEfficiency”且被整体地并入本文的美国专利申请序号12/154,971以及在2001年5月3日提交的、标题为“Biological Identification System with Integrated Sensor Chip”且被整体地并入本文的美国专利申请序号09/848,727以及在2002年11月4日提交的、标题为“System for Detection of a Component in a Liquid”且被整体地并入本文的美国专利申请序号10/288,320以及在2003年11月5日提交的、标题为“Elevated Temperature AssaySystem”且被整体地并入本文的美国专利申请序号10/702,412中找到用于采用图1A至图1D的设备作为电化学传感器和/或用于生成与电极接触的样本和/或用于将一个或多个液体传送至与电极接触的方法。

使用根据图1A至图1D的设备作为电化学传感器可以在样本的动电处理之后并且在不从所述设备移除样本的情况下完成。因此，动电处理可以是将样本在设备上准备就位的一部分。例如，对其执行动电处理的样本以及在其上采用电化学传感器功能的样本可以是同一样本。替代地，该样本可以是在准备在其上采用电化学传感器功能的样本时所使用的初步样本。例如，可以对位于电极上的样本执行动电处理。然后可以在采用电化学传感器功能之前向样本添加一种或多种附加液体。附加地或替代地，可以在采用电化学传感器功能之前移除所述样本的一部分。向在电化学分析样本的准备期间生成的初步样本和/或向电化学分析样本本身施加一个或多个动电处理的这种能力增加化验的效率。

图2A和图2B图示了适合于在样本的动电处理中使用的另一设备。图2A是所述设备的顶视图。图2B是在图2A中示出的设备的截面图。设备包括在基底10上的盖24。在图2A中，盖24被处理为透明的以便使得设备的内部特征在图像中可见。

盖24和基底10一起用于限定在所述设备内的流动室。该流动室包括入口26、动电室28以及在两个次级出口通道32之间的主要出口通道30。电极位于动电室28中或动电室28附近，使得流过动电室28的液体接触所述电极和/或被暴露于由向所述电极施加电信号产生的电场。在某些情况下，电极包括在外围电极36之间的中心电极34。

在设备的操作期间，样本流过动电室28。用于与设备一起使用的适合的样本包括但不限于血液、尿液、唾液、其他人类样品、缓冲剂、食物样本、脑脊髓液（CSF）、痰、血浆、血清、食物产品以及环境样本。

样本从入口26流过动电室28。样本的不同部分从动电室28流动并且从主要出口通道30流出或者从次级出口通道32中的一个流出。在动电处理期间，向电极施加电信号。该电信号可以包括对时间的周期性电压波形，即正弦波形、AC信号波形、方波波形、三角波波形、锯齿波形或复合波形，所述复合波形是选自由正弦波形、方波波形、三角波波形、锯齿波形所组成的组中的两个或更多不同波形的复合体。这样的复合波形可以是各个具有相同形式的两个不同信号的复合体。例如，复合波形可以是两个不同的正弦波形的复合体。该波形可以包括DC偏移或者可以排除DC偏移。在某些情况下，电信号是加在DC偏置（或DC偏移）之上的AC信号。电信号可以被施加在电极中的任何两个之间而不被施加在电极中的第三个。替代地，电信号可以被施加在电极中的任何两个和电极中的第三个之间。例如，电信号可以被施加在中心电极34与两个外围电极36中的每个之间。

如上文记录的那样，可以选择在动电处理中所使用的电信号来对在样本中的一个或多个试剂执行多种功能。适合的试剂的示例包括但不限于蛋白质、核酸、DNA、RNA、离子、生物分子、癌细胞以及病原体、包括人类细胞的细胞、小分子、珠以及液体。适合的试剂的具体示例是大肠杆菌或病原体。

在一个示例中，可以选择动电处理，使得试剂在电极中的一个处浓缩。例如，图2B图示了选择电信号，使得由X表示的试剂在中心电极34处浓缩。因此，从主要出口通道30流出的样本部分相对于在入口36中的样本部分以及相对于从次级出口通道32中的任一个流出的样本部分而言具有标记为X的试剂的增加的浓度。

虽然以上示例讨论了在中心电极34处的试剂的浓度，但可以选择电信号，使得试剂在外围电极36中的一个或两者处浓缩。结果是在次级出口通道32中的一个或两者中的由X表示的试剂的相对于在入口26处的它们的浓度以及相对于在中心通道中的它们的浓度而言的增加的浓度。

附加地或替代地，可以选择动电处理来从电极中的一个或多个排斥试剂。例如，可以选择电信号以从中心电极34排斥试剂。图2A图示了选择动电处理使得由O表示的试剂被中心电极34排斥。因此，从次级出口通道32中的每个流出的样本部分相对于在入口26中的样本部分以及相对于从主要出口通道30流出的样本部分而言具有标记为O的试剂的增加的浓度。

可以独立地或以组合的方式使用操作图2A的设备的上述方法以减少或增加在样本中的一个或多个第一试剂的浓度。替代地，可以独立地或以组合的方式使用操作图2A的设备的上述方法以在减少在样本中的一个或多个第二试剂的浓度的同时增加在样本中的一个或多个第一试剂的浓度。例如，在图2中示出的动电功能的最终结果是在中心通道中，所述样本具有标记为X的试剂的增加的浓度以及标记为O的试剂的减少的浓度。相反地，次级通道各具有标记为O的试剂的增加的浓度和标记为X的试剂的减少的浓度。

在使用图2A至图2B的设备来执行样本的动电处理之后，然后可以在由根据图1A至图1D的设备所执行的电化学分析中使用样本的期望部分。例如，由图2A至图2B的设备产生的样本的期望部分可以被用作对其执行电化学分析的样本，或者可以被用于准备对其执行电化学分析的样本。

可以由动电处理提供的功能是动电现象的结果。动电现象是在非均质流体中或在充满液体的多孔体中发生的若干不同效应的族。由于我们对液体样本最感兴趣，所以在这里起作用的动电现象主要是在非均质流体中发生的效应。非均质流体是包含粒子的流体，所述粒子是具有微米或纳米标度的尺寸的固体、液体或气泡。所有这些效应的公共源是界面“双层”电荷。外部电场对扩散层的影响生成流体相对于相邻充电表面的切向运动。因此，可以单独地或者组合地使用动电现象，以实现在样本内的一个或多个试剂的移动。例如，可以选择电信号以在样本中生成多种不同的动电力。这些力的示例包括但不限于介电电泳（dielectrophoretic）力、AC电渗力、DC电泳、AC电热力、电泳以及静电力。在介电电泳力相互作用中，电场使得在样本内的一个或多个可极化的试剂中感生偶极子。当电场不均匀时，试剂经历净力（net force）并且在样本内移动。移动的程度可以取决于试剂的尺寸、电场梯度的量值和/或样本的传导性。在AC电渗力和AC电热力的情况下，由电信号提供的电场趋向于引起样本的移动而不是引起在样本内的单独粒子的移动。样本的这种移动还可以对所期望的功能有所贡献。例如，可以选择电信号，使得在样本中感生涡流。由于不同尺寸的粒子将在涡流中以不同的速度移动，所以涡流使得不同的粒子在样本中的不同位置处浓缩。AC电渗力和AC点热力趋向于是比介电电泳力范围更长的力。AC电渗力与AC电热力相比，较少地取决于于样本的传导性。附加地，与AC电热力相比，AC电渗力趋向于在较低频率下发生。例如，AC电渗力趋向于在30 Hz—10 kHz范围中发生，而AC电热力趋向于在100 kHz以上和/或在300 kHz—10 MHz范围中发生。

可以是在样本内的试剂和/或样本本身的移动的源的动电力的其他源包括但不限于电泳、扩散电泳（diffusiphoresis）（粒子在化学势梯度的影响下的运动）、毛细渗透（在多孔体中的液体在化学势梯度的影响下的运动）、沉积电势（通过沉积胶体粒子所生成的电场）、流电势/电流（由移动通过多孔体或相对于平的表面移动的流体生成的电势或电流）、胶体振动电流（通过粒子在超声波的影响下在流体中移动所生成的电流）以及电声波幅度（由胶体粒子在振荡电场中生成的超声波）。

以上动电力中的一个或多个可以提供期望的功能，或者以上的力可以组合以提供期望的功能。因此，可以改变针对特定波形（加在DC信号之上的AC信号）的参数（诸如电压和频率）的值以标识参数的值，其优化所期望的功能以用于在特定样本内的试剂的特定选择。例如，当期望使在特定样本中的特定蛋白质在根据图2A和图2B构造的设备的中心电极34处浓缩时，可以改变针对特定波形（加在DC信号之上的AC信号）的参数（诸如电压和频率）参数以标识最有效地导致蛋白质在中心电极34处浓缩的参数。

在提供针对特定样本的动电处理的特定功能方面有效的电信号不是对于所有样本而言都是相同的。例如，对于使在血液样本中的特定蛋白质在特定电极处浓缩有效的电信号可能在使相同的蛋白质在不同血液样本中的相同电极处浓缩时不是特别有效的。因此，在成功地使用动电处理方面的挑战是标识在提供所期望的功能时最有效的电信号。

本申请人已经发现，在针对特定样本提供特定功能方面有效的电信号是针对该样本的阻抗签名的函数。阻抗签名测量所述样本对通过所述样本的电流的施加的响应。例如，生成针对样本的阻抗签名可以包括施加通过样本的DC电流并且测量样本的DC阻抗或者施加通过样本的AC电流并且测量样本的AC阻抗或者两者。因此，可以生成提供在阻抗签名与动电参数之间的关系，用于生成针对一个或多个特定试剂提供所期望的功能的电信号的数据。可以通过多种方法和/或形式来建立这种关系。例如，该数据可以是在不同参数中的每个与阻抗签名之间的数学关系。替代地，可以在数据库中记载所述数据。

图3图示了使阻抗签名与用于生成电信号的参数相关的适合的数据库的示例。例如，该数据库使在同一行中所列出的数据与在同一行中的其他数据相关联。相应地，数据库包括各自列出一起指示阻抗签名的一个或多个签名字段，连同一起指示可以被用于生成电信号的参数的一个或多个信号字段的行。

如下文将描述的那样，用于样本的阻抗签名包括从该样本的一个或多个阻抗图导出的数据。例如，阻抗签名可以包括来自阻抗图中的一个或多个中的每一个的曲线。附加地或替代地，阻抗签名可以包括曲线的数学表示，诸如由对曲线执行曲线拟合产生的数学关系。附加地或替代地，阻抗签名可以包括曲线的一个或多个数学特征。例如，阻抗签名可以包括曲线的曲率的一个或多个值，其中，在曲线上的不同位置处确定每个值。附加地或替代地，阻抗签名可以包括沿着曲线的一个或多个位置处的曲线的值。附加地或替代地，阻抗签名可以包括在沿着曲线的一个或多个位置处的曲线的值。附加地或替代地，阻抗签名可以包括在曲线上的一个或多个特征的恒等式（identity）。例如，阻抗签名可以包括示出在沿着曲线的特定位置处的、在曲线中出现的最大值或最小值的数据。由于阻抗签名可以包括多个形式的数据，所以在图3的数据库中示出的每个阻抗签名包括两个字段，然而阻抗签名可以包括单个字段或多于三个字段。

用于生成电信号的一个或多个参数是定义在波形中的变量的变量。例如，假设数据库与作为加在DC信号之上的AC信号的波形相关联。在这种情况下，信号字段可以包括各自列出用于制造DC信号的参数的值的一个或多个DC字段，以及各自列出用于制造AC信号的参数的值的一个或多个AC字段。例如，在图3中，一个或多个DC字段包括列出DC信号的电压的单个字段。在图3中的数据库的第一行中，DC信号的电压被标记为V_DC,1，其中数字1指示所述条目的该行号。附加地，在图3中，一个或多个AC字段包括列出AC信号的电压的电压字段以及列出AC信号的频率的频率字段。在图3中的数据库的第一行中，AC信号的电压被标记为V_AC,1，其中数字1指示所述条目的该行号，并且AC信号的频率被标记为f_AC,1，其中数字1指示所述条目的该行号。

虽然图3将数据库示为提供在阻抗签名与参数之间的关系，如上文所讨论的那样，但该关系可以以其他形式，诸如数学等式。在图3中的数据可以被用于生成这样的等式。例如，可以相对于诸如DC信号的电压（在图3中标记为V_DC,1）的参数中的一个的值绘制阻抗签名并且执行曲线拟合。由曲线拟合产生的数学等式可以用作在所述阻抗签名与所述参数之间的关系的表达式。如根据图3显而易见的那样，若干参数常常与电信号相关联（图3示出了参数V_DC,1、V_AC,1和f_DC,1）。可以针对所述参数中的每个生成数学等式。附加地，由于在图3中的数据与特定功能和一个或多个试剂相关联，所以这些等式还将与特定功能和一个或多个试剂相关联。

可以在执行样本的动电处理时采用在阻抗签名与参数之间的关系。例如，图4图示了使用该关系来执行动电处理的方法。在框200处，确定目标样本的阻抗签名。如上文记录的那样，针对样本的阻抗签名包括从该样本的一个或多个阻抗图导出的数据。相应地，确定样本的阻抗签名包括生成针对样本的阻抗图。在某些情况下，确定阻抗签名包括生成DC阻抗图。可以通过跨样本施加电压并且随时间测量得到的电流来生成DC阻抗图。一旦所述电流达到稳态，就可以停止测量。当以直流（DC）来驱动电路时，不存在阻抗与电阻之间的区别；可以将后者视为具有零相位角的阻抗。然后可以绘制对时间的电流和/或电阻（或阻抗），以提供如在图6中所示的DC阻抗图。可以由曲线连接在图中的不同的数据点。由于这可以针对不同的DC信号电压完成，所以在某些情况下，针对单个样本生成多个DC阻抗图。在某些情况下，确定阻抗签名包括生成AC阻抗图。可以通过跨样本施加多个AC信号并且测量得到的阻抗来生成AC阻抗图，如在图7中示出的那样。不同的AC信号可以包括不同的幅度和/或不同的频率。然后可以通过绘制对频率的实际阻抗来生成AC阻抗图。然后可以通过绘制对假想的阻抗的实际阻抗来生成另一类型的阻抗图。可以由曲线连接在图中的不同数据点。由于可以针对不同的AC信号频率或幅度来完成AC阻抗图，所以在某些情况下，针对单个样本生成多个AC阻抗图。以上的AC和DC阻抗图可以是使用y轴和x轴的典型图，或者可以是其他类型的图，诸如极化图或圆形图。

在某些情况下，确定针对样本的阻抗签名包括针对样本仅生成DC阻抗图，并且可以少至一个DC阻抗图。在某些情况下，确定针对样本的阻抗签名包括针对样本仅生成AC阻抗图，并且可以少至一个AC阻抗图。在某些情况下，确定针对样本的阻抗签名包括生成一个或多个DC阻抗图和一个或多个AC阻抗图。

在某些情况下，阻抗签名包括来自针对样本所生成的阻抗图中的每个的曲线。如下文将描述的那样，可以由计算机来存储阻抗签名。类似地，可以在计算机上生成上述阻抗图和得到的曲线。相应地，当阻抗签名包括这些曲线中的一个或多个时，计算机可以存储所述曲线。所述曲线可以被存储作为在Excel文件、文本文件、Word文件中、以数字格式和/或图像格式的Nyquist或Bode（或两者）阻抗签名。附加地或替代地，在某些情况下，针对样本的阻抗签名包括针对所述样本生成的曲线中的一个或多个的数学表示。例如，可以通过对曲线本身或者对组成曲线的单独的数据点执行曲线拟合来生成数学表示。可以由计算机存储由执行曲线拟合产生的数学关系。在某些情况下，仅数学关系式的变量被计算机存储。

附加地或替代地，在某些情况下，阻抗签名包括来自曲线中的一个或多个的一个或多个数学特征。例如，针对样本的阻抗签名可以包括一个或多个曲率值。每个曲率值表示在曲线上的不同位置处的一个或多个曲线中的一个的曲率。附加地或替代地，在某些情况下，阻抗签名包括来自曲线中的一个或多个的一个或多个曲线值。每个曲线值表示在沿着曲线的不同位置处的曲线的值（阻抗、电流或电阻）。附加地或替代地，在某些情况下，阻抗签名包括来自所述曲线中的一个或多个的一个或多个特征的恒等式。例如，阻抗签名可以包括示出在沿着曲线的特定位置处的、在曲线中出现最大值或最小值和/或示出在曲线中的最大或最小的值的数据。

如上文所讨论的那样，可以采用根据图1A至图1C的设备来生成阻抗签名。例如，与在设备上的电极进行电通信的计算机可以施加一个或多个AC信号和/或一个或多个DC信号，其被用于对位于所述设备上的样本生成阻抗签名，如在图1B中示出的那样。可以将限定阻抗签名的上述数据中的每个存储在根据图3的数据库的一个或多个字段中。

在框202处，标识适合的数据。例如，如根据图3的顶行显而易见的那样，数据库可以与特定的动电处理功能相关联，诸如在中心电极34处的试剂的浓缩。如根据图3的第一列也显而易见的那样，数据库和/或等式可以与一个或多个试剂的特定选择相关联。相应地，每个数据库可以与特定的功能和一个或多个试剂相关联。进一步地，如上文记录的那样，表达在阻抗签名和电信号的参数之间的关系的等式也可以与特定的功能和一个或多个试剂相关联。因此，与所期望的功能和一个或多个试剂相关联的数据（数据库、等式等）被标识。

在框204处，在框202中标识的数据和在框200处确定的阻抗签名被用于标识适合于生成在动电处理期间使用的电信号的参数的值。例如，在框206处，将在框200处确定的阻抗签名与在框202处标识的数据进行比较。当在框202中标识的数据是以数据库的形式时，可以将在框200处确定的阻抗签名与在数据库中的阻抗签名进行比较，从而标识在所标识的数据中的阻抗签名中的一个或多个。在某些情况下，执行所述比较从而标识最接近于在框200中确定的阻抗签名的在数据库中的阻抗签名。

可以通过人工可视检查来标识最接近于在框200中确定的阻抗签名的在所标识的数据中的阻抗签名。例如，可以将在针对样本生成的一个或多个阻抗图上的曲线与被包括在所标识的数据中的不同阻抗图上的曲线进行可视比较。所述比较可以包括寻找公共特征，诸如在公共位置（频率、阻抗、时间）处出现的最小值和最大值。替代地，可以使用数据匹配算法来数学地执行接近阻抗签名的标识，所述数据匹配算法诸如互相关算法、复数正弦相关算法、Levenberg-Marquardt算法以及Pearson χ-平方测试。例如，当匹配曲线时，适合的算法包括但不限于曲线匹配算法、互相关算法、复数正弦相关算法、Levenberg-Marquardt算法以及Pearson χ-平方测试。在某些情况下，可以由下文讨论的计算机来执行这些数学算法。

在框208处，标识了与所标识的阻抗签名相关联的所标识的数据的参数。例如，当标识在图3中所示的数据库的第五行中的阻抗签名时，标记为V_DC,2、V_AC,2和f_AC,2的参数被标识。

当所标识的数据是以数学等式的形式时，可以通过将在框200中所标识的阻抗签名插入在框202中标识的等式中的每个中来执行框204。然后对等式求解以确定每个参数的值。所计算的参数值用作所标识的参数。

在框210处，所标识的参数被用于执行样本的动电处理。例如，在动电处理期间所使用的电信号具有在框208处标识的参数。在框212处，在电化学分析中使用动电处理的结果。例如，动电处理的样本被用作对其执行电化学分析的样本。替代地，动电处理的样本被用于准备对其执行电化学分析的样本。例如，可以将动电处理的样本与其他液体混合以准备对其执行电化学分析的样本。

可以实验地生成诸如上述的针对数据库的数据。例如，可以获得具有一个或多个特定试剂的实验样本。可以确定针对所述实验样本的阻抗签名并且将结果输入到数据库的字段中。附加地，可以放置实验样本使其与设备接触。向所述设备的电极施加电信号并且改变参数，使得特定功能被优化。可以将提供优化的结果的实验样本的阻抗签名和参数输入到诸如图3的数据库的数据库的行中。可以使用具有相同的一个或多个试剂但具有不同的阻抗签名的其他实验样本来填充在数据库中的其他行。如上文记录的那样，还可以将在数据库中的数据转换成数学等式。

如上文所讨论的那样，可以与计算机结合地使用上文公开的设备和数据，并且所述计算机可以执行多种功能。图5图示了包括上述设备49和计算机50中的一个或多个的系统48。计算机与一个或多个接口电通信。适合的用户接口52包括但不限于键盘、鼠标和监视器。

所述计算机包括与诸如存储器56的计算机可读介质进行电通信的处理器54。存储器56可以是适合于读取和/或写入操作的任何存储器设备或存储器设备的组合。适合的存储器56包括但不限于被配置成存储指令和永久数据的存储器以及被配置成存储临时数据和信息的临时存储器。因此，存储器56可以包括包含多个存储器设备，诸如静态随机存取存储器、闪存、电可擦只读存储器、电可编程只读存储器等。存储器56的示例包括但不限于硬盘、诸如CD的光盘、磁存储软盘、Zip盘、磁带、RAM以及ROM。

适合的处理器54包括但不限于通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或被设计成执行归因于所述处理器54的功能的任何其组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器54可包括任何常规处理器、微控制器或状态机或由其组成。还可将处理器54实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器或者任何其他这样的配置。

计算机还可选地与一个或多个设备电通信。所述设备可以包括根据图1A至图1D的设备和/或根据图2A和图2B的设备。当计算机与根据图1A至图1D的设备进行电通信时，计算机可以被配置成向在设备中的电极施加电信号从而执行动电处理。附加地或替代地，所述计算机可以被配置成向在设备中的电极施加电信号，从而执行样本的电化学分析，并且可选地分析结果并且在用户接口52中的一个或多个上将其输出给用户和/或将结果存储在存储器56中。附加地或替代地，所述计算机可以被配置成向在设备中的电极施加电信号，从而生成用于标识样本的阻抗签名的数据，并且可选地分析数据从而标识阻抗签名并且在用户接口52中的一个或多个上将其输出给用户和/或将其存储在存储器56中。

被配置成操作根据图1A至图1B构造的设备的计算机的示例是电化学传感器或者由位于美国加利福尼亚Irwindale的GeneFluidics公司出售的EK控制盒。

可以将上文讨论的数据存储在计算机可读介质上。计算机可读介质还可以存储计算机可执行指令。在计算机可读介质上的指令可以由处理器54执行。该指令可以是这样的，使得处理器54和/或计算机执行在图4的上下文中描述的动作中的每个。特别地，在某些情况下，处理器54和/或计算机执行在框200至框212中的所有步骤。在这些情况下，用户可以采用用户输入来向计算机输入所期望的功能和一个或多个试剂，并且计算机可以采用该输入来执行剩余的框。替代地，计算机可以执行在框200至框212中的步骤的一部分。例如，操作员可以根据框200来确定针对样本的阻抗签名。操作员然后可以采用用户接口52来向计算机输入阻抗签名、一个或多个试剂以及所期望的功能。计算机然后可以使用该输入来执行框202至框208。计算机然后可以采用用户接口52来向用户输出所标识的参数。用户然后可以使用这些参数来完成框210和可选的框212。在该示例中，计算机不操作在图1A至2B的上下文中公开的设备中的一个。因此，在设备与计算机之间的通信是可选的。替代地，当计算机与所述设备中的一个进行电通信并且计算机已标识了参数时，计算机可以可选地执行框210和/或框212。作为对由计算机执行的上述功能的替代，它们全部可以由操作员执行。

示例1

适合于在根据图1A至图1B构造的设备的工作电极处使在某些血液样本中的细菌浓缩的电信号的示例被施加在工作电极与辅助电极之间，并且包括加在DC信号之上的正弦AC信号，其中DC信号具有在1 V至-1 V范围中的电压，并且AC信号具有在0.1 mV至200 mV范围中的电压以及在100 Hz至1 MHz范围中的频率，或者AC信号具有在50 mV至1,000 mV范围中的电压以及在50 Hz到1 MHz范围中的频率。

示例2

适合于在根据图1A至图1B构造的设备的工作电极上将某些血液样本的组分混合的电信号的示例被施加在工作电极与辅助电极之间，并且是加在DC信号之上的正弦AC信号，其中DC信号具有在1 V至-1 V范围中的电压，并且AC信号具有在0.1 mV至200 mV范围中的电压以及在100 Hz至1 MHz范围中的频率，或者AC信号具有在50 mV至1,000 mV范围中的电压以及在50 Hz到1 MHz范围中的频率。

虽然图3示出了使在同一行中的字段中的数据相关联的数据库，但数据库可以具有其他构造。例如，可以将适合的数据库倒置，使得行中的数据位于列中。进一步地，数据库不需要被限制于上文公开的数据。例如，可以组合根据图3的多个数据库。例如，单个数据库可以与单个功能相关联，但是可以包括来自试剂的不同选择的数据。在这些情况下，当如在图4的上下文中所述的那样处理数据时，与一个或多个期望的试剂相关联的数据可以被使用，并且与一个或多个其他试剂相关联的数据可以被排除。同样地，与多个功能相关联的数据可以被包括在单个数据库中。在这些情况下，当如在图4的上下文中所述的那样处理数据时，与期望的功能相关联的数据可以被使用，并且与其他功能相关联的数据可以被排除。进一步地，与多个功能和一个或多个试剂的多个选择相关联的数据可以被包括在单个数据库中。在这些情况下，当如在图4的上下文中所述的那样处理数据时，与期望的功能和一个或多个试剂的选择相关联的数据可以被使用，并排除剩余的数据。

鉴于这些教导，本领域的普通技术人员将容易地想到本发明的其他实施例、组合和修改。因此，应仅仅由以下的权利要求书来限制本发明，当与以上说明书和附图结合地查看时，所述权利要求书包括所有这样的实施例和修改。

Claims (20)

1.一种准备用于电化学分析的样本的方法，包括：

使用不同的样本的阻抗签名来标识适合于在样本中的每一个的动电处理中使用的电信号，该电信号被标识，使得针对不同的样本标识不同的电信号；

执行每个样本的动电处理，使得每个样本被暴露于针对该样本标识的电信号，动电处理采用一个或多个动电现象来引起在样本内的一个或多个试剂相对于所述样本的移动；以及

使用动电处理的样本中的每个来生成电化学样本；以及

对电化学样本中的每个执行电化学分析。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个动电现象中的一个或多个选自由介电电泳现象、AC电渗现象、AC电热现象以及静电现象组成的组。

3.如权利要求1所述的方法，其中，使用阻抗签名包括生成针对样本的阻抗图。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述阻抗图是由通过向样本施加一个或多个DC信号生成的数据而产生的。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述阻抗图是由通过向样本施加一个或多个AC信号生成的数据而产生的。

6.如权利要求3所述的方法，其中，所确定的阻抗签名包括来自阻抗图中的一个或多个的曲线。

7.如权利要求3所述的方法，其中，所确定的阻抗签名包括针对曲线的数学等式，曲线在阻抗图中的一个或多个上拟合数据。

8.如权利要求3所述的方法，其中，所确定的阻抗签名包括数值，其是由对来自阻抗图中的一个或多个的数据执行一个或多个数学计算而产生的。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述数学计算包括曲率的确定。

10.如权利要求3所述的方法，其中，所确定的阻抗签名包括存在于阻抗图中的一个图上的曲线上的特征。

11.如权利要求1所述的方法，其中，标识针对样本的电信号包括将针对样本的阻抗签名与指示在阻抗签名和针对电信号的一个或多个变量的值之间的关系的数据进行比较。

12.如权利要求11所述的方法，其中，执行所述比较，从而标识针对电信号的一个或多个变量的值。

13.如权利要求3所述的方法，其中，所述动电处理与功能相关联，该功能选自由以下内容组成的组：将试剂中的一个或多个在样本内更均匀地混合、使试剂中的一个或多个在样本内的某个位置处浓缩以及从在样本内的某个位置排斥试剂中的一个或多个。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述动电处理使得试剂中的一个在样本内的某个位置处变得更加浓缩。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述动电处理使得试剂中的一个被从样本内的某个位置排斥。

16.如权利要求1所述的方法，其中，所述动电处理增加均匀度，以所述均匀度在样本内混合试剂中的一个。

17.一种在其上面存储计算机可读数据的计算机可读介质，该数据包括：

动电处理数据，其指示在样本的阻抗签名与将在样本的动电处理期间施加于所述样本的电信号的一个或多个变量的值之间的关系。

18.一种计算机可读程序代码位于其上的计算机可读介质，所述计算机可读程序代码适于被执行以实现用于标识信号变量的方法，所述方法包括：

将针对样本的阻抗签名与数据进行比较，所述数据指示在阻抗签名与针对将在所述样本的动电处理期间施加于所述样本的电信号的一个或多个变量的值之间的关系；以及

采用该比较来标识变量的值。

19.如权利要求18所述的介质，其中，将针对样本的阻抗签名与数据进行比较包括从在所述数据中列出的多个替代阻抗签名中选择一个阻抗签名。

20.如权利要求19所述的介质，其中，采用所述比较来标识变量的值包括标识数据与所标识的阻抗签名相关联的一个或多个变量的值。