CN104838249B - 包括局部脱盐系统的生物传感器设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了给样品脱盐的示例性设备、系统和方法。示例性设备包括基体和被置于基体上的传感器。传感器具有被结合剂功能化以便当液体样品接触传感器表面时与液体样品中的分析物相互作用的表面。示例性设备进一步包括被置于基体上的电极以便产生电势并移动样品中的离子离开传感器的表面。

Description

包括局部脱盐系统的生物传感器设备和方法
相关申请
本申请在美国35 U.S.C. $ 119(e)下要求2012年10月16日提交的名称为“LOCALIZED DESALTING SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请61/714,658的权益，其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本公开大体涉及分子探测系统，并且更具体地涉及用于增加分子探测系统的敏感度的设备、系统和方法。
背景技术
纳米结构传感器被广泛地用在医学和化学工业以便测量在样品中所需化合物（例如分析物或者其他分子）的存在性和/或浓度。纳米结构传感器通常仅需要非常小的样品并且通常是非常敏感的。常见的纳米结构传感器使用电基探测，例如场效应晶体管（FET）。通常，这些传感器包括位于两个电极之间的半导体材料，其中半导体材料被结合剂（例如抗体或适体）功能化。将感兴趣的或目标分子的化合物结合到传感器表面上的结合剂会导致半导体材料的电学性质改变，并且因此能够被测量并关联于样品内化合物的浓度。当寻求生物样品或者原生质例如在医学和临床分析中的浓度时，这些纳米结构传感器通常被称为生物传感器。生物传感器通常被用于测量分析物（例如抗体、抗原等等）在样品流体（例如血清、血液或者尿液）中的浓度。
盐或者离子聚积在生物传感器处并且降低敏感度。使样品脱盐或去离子的一些示例性方法利用使用超滤膜的离线处理。这些方法会经受如下问题，即在过滤步骤期间会丢失掉在低浓度时存在的分析物。另一些示例性方法利用脱盐技术方案，例如透析、凝胶过滤管柱和片上隔膜。这些方法也会存在缺点，包括可能丢失低丰度蛋白、增加成本并增加复杂性。
附图说明
图1示出了用于测量和探测样品中的化合物的示例性纳米结构传感器的侧视图。
图2示出了用于移动离子的示例性电极设置。
图3是根据本公开教导的用于脱盐样品的示例性系统的框图。
图4A示出用于脱盐样品的另一示例性系统或设备，其具有被置于示例性传感器上方的示例性电极。
图4B示出用于脱盐样品的替代性示例性系统或设备，其具有被置于示例性传感器的基体上的示例性电极。
图5是具有两个电极的用于脱盐样品的另一示例性系统或设备的图释。
图6是图5的示例性系统的敏感度与时间的关系图。
图7示出在操作一段时间之后图5的示例性系统或设备。
图8是图5和图7的示例性系统或设备的敏感度与时间的关系图。
图9示出用于脱盐样品的另一示例性系统或设备，其具有被置于示例性传感器的基体上的两个示例性电极。
图10示出用于脱盐样品的示例性系统或设备的透视图，其具有被置于示例性传感器的基体上的两个示例性电极，其中一个电极施加电位。
图11是图10的示例性系统或设备的透视图，其中两个电极施加电位。
图12示出了在批量样品供应系统中使用的用于脱盐样品的示例性系统或设备，其具有流动通道。
图13A是在漏极处的电流与时间关系的示例性绘图的图释。
图13B是在示例性脱盐电极处电流与时间关系的示例性绘图的图释。
图13C是在脱盐电极处电流与时间关系的示例性绘图的图释。
图13D是在漏极处电流与在示例性脱盐电极处的电压之间关系的示例性绘图的图释。
图13E是被脱盐样品的体积与示例性脱盐电极的电压之间关系的示例性绘图的图释。
图14示出了具有示例性电极的用于脱盐样品的示例性系统或设备，其中所述电极具有增加的高度。
图15A是图14的示例性系统或设备的俯视图，其包括具有第一宽度的电极。
图15B是图14的示例性系统或设备的俯视图，其包括具有第二宽度的电极。
图16A是带有示例性流动通道的用于脱盐样品的示例性系统或设备的侧视图。
图16B是沿A-A线截取的图16A的示例性系统或设备的横截面图。
图17示出用于脱盐样品的示例性系统或设备的示意图，其具有绕示例性传感器被放置的多个示例性电极。
图18示出实施图17的系统或设备的示例性微芯片。
图19是带有多个电极和多个传感器的用于脱盐样品的另一示例性系统或设备的透视图。
图20A是用于脱盐样品的示例性系统或设备的侧视图。
图20B是用于脱盐样品的替代性示例性系统或设备的侧视图。
图21A-D示出了用于在芯片上产生用于脱盐样品的示例性系统或设备的示例性制造过程。
图22是具有被钝化的示例性电极的用于脱盐样品的示例性系统或设备的透视图。
图23是图22的系统或设备的透视图，其中电极基本被暴露。
图24是代表根据本公开教导的脱盐样品的示例性方法的流程图。
图25示出了可以被用于实施这里公开的示例性方法、系统和/或设备的示例性处理器平台。
具体实施方式
虽然本说明书公开了包括在硬件上执行的软件和/或固件以及其他部件的示例性设备和系统，但是应该注意到的是，这样的设备和系统仅是示意性的并且不应被看作是限制性的。例如，可以想到，这些硬件、软件和固件部件中的任意或全部可以被专门地实现在硬件中、专门地实现在软件中或者实现在硬件和软件的任意组合中。因此，虽然在下文示出了示例性设备和系统，但是本领域普通技术人员将容易地意识到，所提供的示例不是实施这样的设备和系统的唯一方式。
一些纳米结构传感器（例如生物传感器）使用电基探测，例如场效应晶体管（FET），来探测样品中所需化合物的浓度。这样的纳米结构传感器通过测量基于分子（例如化合物、分析物、抗体、抗原、适体和/或其他物质）结合或接近而变化的电学性质的改变来操作。传感器的表面被结合剂（例如，蛋白、细胞、病毒、核酸、抗原、抗体、基质蛋白、酶、辅酶、配体、适体、受体等等）功能化以便特定地结合于已知为感兴趣分析物或目标分子的具体分子（例如，分析物）。如果样品溶液内的离子浓度较低，则在分析物结合时传感器的表面的电学性质会改变，并且因此传感器能够探测到感兴趣的分析物。特定地，感兴趣的分析物具有与其相关的净电荷，并且一旦结合，则分析物的电荷会调制传感器的部件（例如FET的半导体栅极）内的电荷密度。对FET栅极上的电荷密度的这种调制的特征在于，电阻、电流、电压、电容、阻抗等等中的一者或更多者的变化。
在一些示例中，在FET传感器中的栅极包括纳米线。纳米线是可以包括例如纳米棒、纳米管、纳米带等等的半导体结构。此外，示例性纳米线具有大纵横比（例如，长度比宽度）。在一些示例中，纳米线传感器包括位于两个电极（例如栅极）之间的半导体材料，其中半导体材料被结合剂（例如，抗体、适体等等）功能化。同样地，在一些示例中，栅极由包括例如半导体材料（如硅）的材料制成。在一些示例中，半导体材料被掺杂成为n型半导体，并且在一些示例中，半导体材料被掺杂成为p型半导体。
由于敏感度水平，纳米线传感器能够有利地测量小样品中感兴趣的分析物的浓度。例如当测量生物材料时，感兴趣的分析物结合到传感器的表面导致半导体材料的电学性质的变化，如上所述。电学性质被测量并且关联于样品内分析物的浓度，并且在非常小的样品尺寸的情况下能够发生这种探测。
此外，因为规模的原因，纳米线传感器是敏感的并且在低离子强度的溶液中具有低的（阿托摩尔）探测极限。但是，纳米线传感器的敏感度受到高离子强度处的电荷屏蔽的限制。换言之，这些纳米结构传感器受到样品流体内的能够扭曲探测操作的离子电荷（例如，盐）的影响。
德拜长度被定义为距溶液内离子（例如盐）有效地屏蔽分析物所引发的电学响应所处的传感器表面的距离。具有高离子强度的溶液具有小的德拜长度，因为大量离子在较长距离上抵消电荷影响。样本要被去离子（例如脱盐）以便维持生理溶液内分析物的低探测极限。例如，生理溶液的大约200毫摩尔（mN）的离子强度等于大约1纳米（nm）的德拜长度。由于抗体的尺寸是大于5nm至大约10nm，所以分析物结合事件将难以探测并会变得不可探测。
这里公开的示例性设备包括基体、在传感器要探测样品内分析物时被联接到基体的传感器以及第一电极，该第一电极产生电势并且相对于传感器的表面重新定位样品内的离子。
在一些示例中，样品是原始样品并且不包含低离子浓度的缓冲溶液。在一些示例中，传感器包括具有栅极的场效应晶体管。在一些示例中，栅极被与分析物相互作用的结合剂功能化。在一些这样的示例中，栅极包括纳米结构。在另一些示例中，第一电极要将样品内的离子重新定位成更靠近场效应晶体管的栅极。
在一些示例中，第一电极基本与基体上的传感器共面。
在一些示例中，设备包括被置于基体上的第二电极。在一些这样的示例中，传感器位于第一电极和第二电极之间。在一些示例中，第一电极将要提供正电压或者负电压，并且第二电极是接地电极。在另一些示例中，第一电极将要提供正电压，并且第二电极将要提供负电压。在又一些示例中，第一和第二电极二者均将要提供正电压，或者第一和第二电极二者均将要提供负电压。在一些示例中，电压幅值在第一和第二电极之间是不同的。
在一些示例中，设备包括被置于基体上的第三电极和第四电极。在一些这样的示例中，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极被置于围绕传感器的四个侧面中的每个侧面上。
在一些示例中，传感器包括场效应晶体管，其具有源极、漏极和栅极，并且其中第一电极被置于源极或漏极中的至少一个上。
这里公开的示例性方法包括：将样品引入到包括传感器的设备内并且向样品施加电势以便使得样品内的离子相对于传感器重新分布。在一些示例中，方法包括使用电势将离子移动离开传感器。
在一些示例中，方法包括探测样品中分析物的存在性。在一些这样的示例中，探测分析物的存在性包括：测量传感器上电阻、电流、电容、阻抗或者电压中至少一者的变化。在一些示例中，方法包括在探测样品内分析物的存在性之前中断电势。
图1示出用于测量样品内目标分子的浓度的示例性探测装置或传感器100。在这种示例中，传感器100是具有功能化栅极（例如半导体材料）的场效应晶体管（FET）。但是，在另一些示例中，传感器100可以例如是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或用于探测和测量目标分子浓度的任意其他适当传感器或生物传感器。如在图1的示意性示例中所示的，传感器100被置于基体102上并且包括源极104、漏极106和栅极108。基体102可以包括例如氧化硅、氧化钛、丙烯酸树脂、环氧树脂或者聚酰亚胺中的一种或更多种。栅极108被结合剂110功能化（例如，涂覆和/或掺杂），该结合剂110适于与目标分子（例如，感兴趣的分析物）相互作用。在操作中，样品被放置成接触传感器。例如如下文所述，一滴样品可以被置于传感器上，传感器可以被置于包含样品的流动通道内并且/或者传感器可以以其他方式与样品流体连通。随着样品内的目标分子与结合剂110相互作用（例如结合、连接、反应），栅极108上的电荷密度改变。因此，可以测量在源极104和漏极106之间的栅极108上的电流、电压和/或电阻中的一者或更多者。栅极108上的这种电学性质的变化关联于样品内目标分子的存在性和/或浓度。在所示示例中，结合剂110已经被放大以便示出栅极110的概念。但是，在实际应用中，结合剂110可以是几个原子或分子的数量级并且因此结合剂110的大小与传感器110的其他元件的比例会是不同的。
如图1所示，样品中的离子112（由“+”和“-”表示）（例如，盐离子）聚集在传感器100的表面（例如，栅极108）附近。与离子112相关联的离子电荷通过干扰传感器100探测由目标分子和结合剂110的结合导致的电荷密度变化的能力来降低传感器100的敏感度。将离子112从传感器100的表面分离开大约纳米那么小的距离会显著增加传感器100的敏感度，从而允许传感器100获得更精确的目标分子读数。如上所述，德拜长度被定义为距溶液内离子屏蔽（例如抵消、干扰）由目标分子所引发的电学响应所处的传感器表面的距离。示例性距离D1-D4代表关联于各种离子浓度的不同德拜长度。德拜长度λd由如下等式得出：
等式（1）
在等式（1）中，ε r 代表介电常数，ε 0 代表真空电容量，k B 代表玻尔兹曼常数，T代表以开尔文（K）为单位的温度，N A 代表阿伏伽德罗常数，e代表基元电荷并且I代表电解质的离子强度。例如在图1中，德拜长度D1可以是0.5纳米（nm），这会发生于非常高的离子浓度（例如100毫摩尔（mM））的溶液。换言之，在具有相对高的离子浓度（例如100mM）的样品中，德拜长度是0.5 nm，这是样品中的离子屏蔽在栅极108上由目标分子所产生的电学响应所处的距离。在一些示例中，当目标分子是大约5 nm时，探测目标分子会是非常困难的。在一些示例中，D2代表在10 mM的离子浓度时产生的1.5 nm的德拜长度，D3代表在1 mM的离子浓度时产生的4.6 nm的德拜长度，并且D4代表在0.1 mM的离子浓度时产生的14.5 nm的德拜长度。随着离子浓度增加，德拜长度减小。因此，在一些示例中，为了增加有效探测目标分子的能力，在传感器处或附近的样品的离子浓度降低，从而增加德拜长度。
图2示出了用于移动离子的示例性电极装置200。在示例中，装置200可以被用于去离子或者脱盐样品以便将离子移动离开传感器表面。如这里所讨论的，图2的装置200可以被用于操纵离子的位置，例如包括使得离子运动穿过膜202。如所示，第一电极204a和第二电极204b产生电势，该电势驱使离子206朝向相应对电极204a、204b穿过膜202中的纳米孔208。在所示示例中，第一电极204a提供正电荷（例如，电压）并且第二电极204b提供负电荷，并且因此带正电荷的（+）离子206被吸引到第二电极204b并且带负电荷的（–）离子206被吸引到第一电极204a。在所示示例中，第一和第二电极204a、204b由银和氯化银制成。但是，在另一些示例中，可以使用其他合适的材料，例如钛、铂、金和/或任意其他合适的材料。
这里公开的示例性设备、系统和方法提供了减轻溶液中盐离子的脱敏效应的快速被动方法。公开的示例性设备、系统和方法利用一个或更多个局部电极（例如，带DC电位）以便在至少足以确保来自传感器的准确读数的时间段内吸引盐离子离开传感器的表面。
图3是示例性脱盐系统300的框图。示例性脱盐系统300包括处理器302，其被通信地联接到一个或更多个传感器304和一个或更多个电极306。传感器304可以例如是被用于测量样品中感兴趣的分析物的浓度或存在性的纳米线传感器。电极306被用于在传感器304附近产生电势（例如电场、电荷）以便吸引或迁移破坏性的盐离子离开传感器304并朝向电极306移动。在一些示例中，电极所产生的电势的类型（例如，DC、AC、DC+AC等等）和/或强度（例如，+1V、+2V等等）变化。在一些示例中，AC电场和/或叠加DC场的频率和/或正时变化。
图4A和图4B示出了用于给样品脱盐的示例性系统或者设备400，其可以例如被包括到图3的系统300内。如图4A和图4B所示，传感器401被用于测量样品中感兴趣的分析物的存在性和/或浓度。在所示示例中，传感器401是FET并且被置于基体402上。传感器401包括源极404、漏极406和栅极408，栅极408被结合剂410功能化。在操作中，样品被放置成接触传感器401的表面，并且样品中感兴趣的分析物与结合剂410相互作用以便影响栅极408处的电荷密度。如所示，多个离子412存在于样品中并且聚集在传感器401的表面周围。在图4A和图4B所示的示例中，提供单个电极414（例如，脱盐电极）来给样品去离子（例如，脱盐）以便增加传感器401的敏感度。在图4A所示的示例中，脱盐电极414被置于传感器401上或者以其他方式与传感器401间隔开，并且根据由脱盐电极414产生的电荷和离子412的电荷而吸引或排斥离子412。
在图4B所示的示例性设备或系统400中，脱盐电极414邻近传感器401被置于基体402上。在这种示例中，脱盐电极414基本与源极404、漏极406和/或栅极408共面。当脱盐电极414产生电势时，根据脱盐电极414的电荷和离子412的电荷，离子412被吸引到脱盐电极414和/或被脱盐电极414排斥。通过移动离子412离开栅极408，德拜长度增加，并且因此还增加了传感器401的敏感度。
图5示出了用于给样品脱盐的另一示例性系统或者设备500的侧视图，其可以例如被图3的系统300所使用。如在图5的示意性示例中所示的，传感器501被置于基体502上并且包括源极504、漏极506和栅极508，栅极508被结合剂510功能化。在操作中，样品被放置成接触传感器501的表面，并且样品中感兴趣的分析物与结合剂510相互作用以便影响栅极508处的电荷密度。如所示，多个离子512存在于样品中并且聚集在传感器501的表面周围。如上所述，离子倾向于屏蔽或干扰在栅极508处产生的电学性质。在所示示例中，提供第一脱盐电极514和第二脱盐电极516来移动盐离子512离开传感器501的表面。例如由直流（DC）施加电势会移动离子离开传感器501并朝向第一和第二脱盐电极514、516。移动离子离开传感器500会增加德拜长度（例如，从D1增加到D2）并且增强传感器501的敏感度和探测能力。例如，在脱盐之前，样品可以具有德拜长度D1，其小于结合剂510和/或目标分子的大小。在这样的情况下，离子屏蔽在栅极508处生成的电荷并且干扰传感器501的敏感度。但是，当施加电势时，负（-）盐离子512被吸引到第一脱盐电极514，并且正（+）盐离子被吸引到第二脱盐电极516（或者反之亦可，这取决于相应脱盐电极514、516上的电荷）。如所示，德拜长度被增加到大约D2（例如，大约20 nm），并且传感器501的敏感度增加。在所示示例中，第一和第二脱盐电极514、516是银和氯化银电极。但是，在另一些示例中，可以使用其他合适的材料，例如钛、铂、金和/或任意其他合适的材料。
为了在传感器501的表面处实现低离子浓度，设备或系统500包括特定定位的电极514、516。虽然图5中示出了两个电极，但是也可以使用任意其他适当数量的电极，例如一、三、四、十或更多电极。电极514、516可以被放置成具体位置和/或几何构型以便优化离子离开传感器501的运动。此外，在一些示例中，一个或更多个电极可以例如被嵌入在与传感器501相同的芯片上（即，共面）。
此外，在一些示例中，在样品已经被培养之后电势被施加到第一和第二脱盐电极514、516。在这样的示例中，如果感兴趣的分析物被充电，则在受到DC电位影响之前感兴趣的分析物将被结合到传感器501的表面。同样地，在一些示例中，在测量感兴趣的分析物之前在第一和第二脱盐电极514、516处的电势被关断或切断。在另一些示例中，在整个测量过程期间施加电势。
同样地，在图5所示的示例性设备或系统500中，电流不流动穿过样品，而是在第一和第二脱盐电极514、516处产生电位。因此，图5所示的设置不给整个样品脱盐和/或改变样品的化学性质，而是移动盐离子离开传感器501。
电势导致溶液中的盐离子朝向第一和第二带相反电荷的脱盐电极514、516电泳地迁移。溶液中离子的速度可以由如下等式表示：
等式（2）
在这个等式中，µ ep 代表电泳淌度，并且E代表电场强度。电泳淌度µ ep 可以由如下等式确定：
等式（3）
在等式3中，q是分子的基元电荷（例如，离子电荷），f是摩擦分量（例如，碰撞分量），η是溶液的粘度，并且r是离子的水力半径（例如，离子半径）。
在一种示例中，样品的粘度可以是大约1.27兆帕（MPa）（假定斯托克斯近似），电场是大约100 V/m（大约1cm上是1伏特（V）），钠的离子电荷是大约1.6 x10-19，并且钠的水力半径是大约0.358 nm。这个示例的最终钠离子速度是大约3.28 µm/s（其考虑到钠离子的水力半径的不同）。
在另一示例中，粘度大约是1.27MPa，并且电场是大约500 V/m（大约1cm上是5V），并且离子包括具有大约0.358 nm半径和1.6 x10-19的离子电荷的钠离子。这个示例的最终离子速度是大约9.35 µm/s。
在一些示例中，图5所示的设置减小了与传感器501的表面的非特定结合。在这样的示例中，带电荷的物质所感到的力可以由如下等式确定：
等式（4）
在等式4中，q是分子的基元电荷，并且E是电场强度。通过施加大于结合电位的吸引力，物质可以从传感器501的表面被剥离。定向施加电势允许非特异性结合的物质从传感器501的表面剥离而特异结合的材料保持结合。
图6是传感器501随时间变化的敏感度的图释。如所示，敏感度随着时间而增加，这是因为随着时间流逝，溶液内的更多离子运动离开传感器501并朝向在第一和第二脱盐电极514、516处产生的电势。
图7示出在盐离子512已经被吸引到第一和第二脱盐电极514、516时的一段操作时间之后图5的示例性设备或系统500。如所示，带负电荷的盐离子512已经聚集在第一脱盐电极514周围，并且带正电荷的盐离子512已经聚集在第二电极516周围，并且因此负（-）和正（+）离子已经运动离开传感器501的表面。
图8是传感器501随时间变化的敏感度的另一图释。如所示，敏感度随时间经历了一个衰退速率，这可以例如发生在失去脱盐电势时。衰退速率取决于例如扩散速率和/或驱动扩散速率的离子的浓度的变量。扩散可以由如下等式确定：
等式（5）
在等式（5）中，D是扩散常数，是位置r处且时间t时扩散材料的密度，是位置r处密度的共同扩散系数，并且代表向量微分算子德尔。扩散等式描述了经历扩散的材料的密度动态。扩散速率与溶液中的离子浓度成正比，并且因此，可以通过测量浓度的变化速率来估计离子的原始浓度。
这里公开的示例还考虑到运输现象，例如，当电势被断开在先或以其他方式不连续时会发生的扩散。例如钠离子Na+可以具有大约11.5 µm2/s的在血清中的扩散速率。扩散一秒可以移动离子大约7 µm。这里公开的示例性设备和系统能够考虑到当确定操作或施加电势以便充分地将离子从传感器表面清除以实现所需德拜长度、传感器的所需敏感度和所需浓度读数的持续时间时的扩散。
图9示出了用于给样品脱盐的另一示例性系统或设备900的视图，其可以在例如图3的系统300中被使用。如图9所示，传感器901是FET并且被置于基体902上。传感器901包括源极904、漏极906和栅极908，栅极908被结合剂910功能化。在操作中，样品被放置成接触传感器901的表面，并且感兴趣的分析物与栅极908上的结合剂910相互作用。如所示，离子912聚集在传感器901的表面附近并且可以屏蔽在栅极908处生成的电响应。在这种示例中，在基体902上提供第一脱盐电极914和第二脱盐电极916来移动盐离子912离开栅极908的表面。第一和第二脱盐电极914、916基本与源极904、漏极906和/或栅极908共面。在图9所示的示例性设置中，第一脱盐电极914与源极904间隔开并且第二脱盐电极916与漏极906间隔开。在这种示例中，第一脱盐电极914、源极904、漏极906和第二脱盐电极916与栅极908成线性设置。由第一和第二脱盐电极914、916产生的电势吸引离子912，移动样品中的离子912离开栅极908，并且因此降低在栅极908处导致的屏蔽。
图10和图11示出了用于给样品脱盐的另一示例性系统或设备1000，其可以例如被包括到图3的系统300内。在所示示例中，传感器1001被置于基体1002上并且包括源极1004、漏极1006和栅极1008，该栅极1008被结合剂功能化。第一脱盐电极1010和第二脱盐电极1012被置于基体1002上并且被提供成移动样品中的盐离子离开栅极1008的表面。在所示示例中，第一和第二脱盐电极1010、1012基本与源极1004、漏极1006和/或栅极1008共面。在所示设置中，源极1004、栅极1008和漏极1006沿轴线1013线性对齐。此外，第一脱盐电极1010被置于轴线1013的第一侧上，并且第二脱盐电极1012被置于轴线1013的与第一侧相反的第二侧上。同样在这种示例中，第一和第二脱盐电极1010、1012与轴线1013间隔开。第一和第二脱盐电极1010、1012的相对长度和/或第一和第二脱盐电极1010、1012距栅极1008的相应距离影响传感器1001的感测行为。在一些示例中，与被设置成更靠近轴线较大脱盐电极相比，被设置成更远离轴线1013的较小脱盐电极将会更少地增加传感器1001的敏感度。在一些示例中，将脱盐电极1010、1012定位成过于靠近传感器1001会产生导致样品中的各种材料介电击穿的电场。因此，上面公开的尺寸和参数可以被调整以优化传感器1001的感测行为。
在图10和图11的示意性示例中，第一脱盐电极1010具有由V1表示的电势，并且第二脱盐电极1012具有由V2表示的电势。电势V1可以是被施加到第一脱盐电极1010的正或负电压（例如，+1V、-1V、+0.25mV、-0.25mV等等）。在图10所示的示意性示例性中，第二脱盐电极1012被接地，并且第二脱盐电极1012的电势V2基本为零（0）。在这种示例中，如果V1是正电压，则样品中的负离子被吸引到第一脱盐电极1010。相反地，如果V1是负电压，则样品中的带正电荷的离子被吸引到第一脱盐电极1010。
在图11所示的示意性示例中，电荷V2是V1加或减（±）偏移电压（V偏移），并且因此第二脱盐电极1012也具有正或负电势（例如，+1V、-1V、+0.25mV、-0.25mV）。因此，在一些示例中，第一脱盐电极1010产生正电势并且第二脱盐电极1012产生负电势（例如，V1=+1V且V2=-1V）。在另一些示例中，第一脱盐电极1010和第二脱盐电极1012二者均产生正或负电势（例如，V1=+0.5V且V2=+1.5V）。因此，在一些示例中，仅一个脱盐电极具有实质性电势，而另一个脱盐电极是接地或中性电极，并且在另一些示例中，两个脱盐电极均具有实质性电荷。
图12示出了如在批量样品供应系统中所用的图10和图11所示的示例性设备或系统1000。在示意性示例中，提供经过传感器1001或在传感器1001上的样品1014流动。样品1014流动可以被提供在流动通道（例如，微流流动通道）内，该通道具有要被测试的样品。如上所述，提供第一和第二脱盐电极1010、1012以便移动样品1014中的离子离开传感器1001的表面。随着样品1014在传感器1001上流动，第一和第二脱盐电极1010、1012被激活以便移动离子离开传感器1001。如所示，负离子（-）已经被移动到第一脱盐电极1010处或附近并且离开传感器1001的表面，并且正离子（+）已经被移动到第二脱盐电极1012处或附近并且离开传感器1001的表面。示例性传感器1001可以是这里公开的任意传感器/电极设置。因此，当样品流动穿过流动通道并且接触传感器和电极设置时，这里描述的任意传感器/电极设置可以被包括到用于测试样品的样品流动通道内。在另一些示例中，样品静止在传感器和电极上，例如在井中。
图13A-E表示这里公开的示例性传感器和电极设置的不同性质之间的示例性关系的图释。具体地，图13A示出了随时间经过在漏极处的电流（I漏极）（例如，漏极1006）。脱盐电极在时间零（0）时被激活，并且随着时间增加，漏极处的电流大体增加。漏极处的电流表明了样品内的目标分子所导致的电荷密度。因此，随着时间增加并且更多离子移动离开传感器（例如，传感器1000），在栅极（例如，栅极1008）上探测到的电流的量也增加。在一段时间之后，漏极处的电流的量最终在时间上调平或保持恒定或近似恒定。在一些示例中，由于样品中离子的最大可能量已经从传感器移除或移离，所以产生漏极电流的调平。在另一些示例中，例如具有高离子浓度的样品，脱盐电极会吸引有限容量的离子。一旦脱盐电极的表面基本被离子覆盖，则样品中的额外的离子保持分布在样品内。
图13B是示出当在不同电极电压上平均时脱盐电极处的电流（I电极）与时间的关系的图释。脱盐电极在时间零（0）时被激活。当脱盐电极最初被激活时，在脱盐电极处存在大电流，这是由于离子快速运动朝向脱盐电极。随着时间增加，脱盐电极处的电流减小并且随时间大体调平（例如，保持恒定或近似恒定）。在一些示例中，由于离子的运动已经减少并且离子的最大可能量已经被吸引到脱盐电极，所以产生这种调平。在另一些示例中，例如具有高离子浓度的样品，脱盐电极会吸引有限容量的离子。一旦脱盐电极的表面基本被离子覆盖，则样品中的额外的离子保持分布在样品内。
图13C是示出当在样品的不同离子浓度上平均时在脱盐电极处产生的电流与时间的关系的图释。脱盐电极在时间零（0）时被激活。如所示，当电极最初被激活时，在电极处存在大电流，这是由于离子快速运动朝向脱盐电极。类似于图13B的趋势，随着时间流逝，由于上述原因，在电极处的电流减小并且大体逐渐减弱。
图13D是示出在漏极处的电流（I漏极）相对于脱盐电极的电压的图释。如所示，随着脱盐电极中的电压增加，漏极处（例如栅极上）的电流也增加。如上所述，随着样品中的离子运动离开传感器，传感器上的电荷密度的变化更容易被探测到并且电流可以从源极流动到漏极。增加脱盐电极的电压，会产生更强的电场从而更快速且有效地吸引/排斥样品中的离子。
图13E是示出使得具有不同离子浓度的不同体积的样品脱盐到其总浓度的近似1%所需的电压的量的图释。线1300代表具有相对高离子浓度（例如1000mM）的样品并且线1302代表具有相对低离子浓度（例如0.0001mM）的样品。在线1300和1302之间的线代表具有在1300和1302的离子浓度之间的增加的离子浓度的样品。如所示，使用具有较低离子浓度的样品（例如线1302），可以被脱盐（例如被脱盐到其总浓度的近似1%）的样品的量高于具有较高离子浓度的样品（例如线1300）。这种示例示出了，具有较低离子浓度的样品能够比具有较高离子浓度的样品被更容易地脱盐并且具有更低的电极电压。
图14示出了用于给样品脱盐的示例性系统或设备1400的侧视图，其可以例如被包括到图3的系统300内。在所示示例中，传感器1401在第一电极1404和第二电极1406之间被置于基体1402上。第一和第二电极1404、1406提供电势来移动样品1408中的离子离开传感器1401的表面。在这种示例中，已经增加了第一和第二电极1404、1406相对于传感器1401高度的高度。通过增加第一和第二电极1404、1406的高度，第一和第二电极1404、1406具有更大的表面面积来吸引样品1408中的离子。因此，更多离子能够被第一和第二电极1404、1406吸引。
在一些示例中，也可以改变第一和第二电极1404、1406的长度。图15A是图14所示的设备或系统的示例性俯视图。在图15A所示示例中，由传感器1401和第一和第二电极1404、1406限定的井1500基本是正方形的。如所示，第一和第二电极1404、1406的宽度W1与基体1402的宽度W2相比相对较窄。图15B示出了图14的设备或系统的替代性俯视图，其中第一和第二电极1404、1406的宽度W3比图15A中所示的示例中的W2更宽。如在图15B所示示例中所示，由传感器1401和第一和第二电极1404、1406限定的井1502基本是矩形。在这两种示例中，如图15A和图15B中所示，样品可以在第一和第二电极1404、1406之间且在传感器1401的表面上行进。通过改变电极的高度和宽度，第一和第二电极1404、1406的相对表面面积被改变，并且因此可以影响传感器1401的感测行为。例如，更宽且/或更高或更深的脱盐电极可以移动更大数量的离子并且增加传感器1401的敏感度。
图16A是用于给样品脱盐的另一示例性系统或设备1600的侧视图，其可以例如被包括到图3的系统300内。在所示示例中，传感器1601在第一电极1604和第二电极1606之间被置于第一基体1602上。第二基体1608被置于第一和第二电极1604、1606的顶部上，并且因此由第二基体1608、第一和第二电极1604、1606、传感器1601以及第一基体1602形成流动通道1610。第一和第二电极1604、1606提供电势来移动流动通过通道1610的样品中的离子离开传感器1601的表面。在这种示例中，类似于图14所示示例，相比于一些先前示例，已经增加了第一和第二电极1604、1606相对于传感器1601高度的高度。通过增加第一和第二电极1604、1606的高度，第一和第二电极1604、1606具有更大的表面面积来吸引样品中的离子。
图16B是沿A-A线截取的在图16A中所示的传感器和电极设置的横截面图。如所示，流动通道1610包括分支，并且样品流体可以进入一个或更多个侧面并流过在第一和第二电极1604、1606之间的传感器1601表面。
图17示出了用于给样品脱盐的另一性系统或设备1700，其可以被包括在例如图3的系统300中。在所示示例中，传感器1701在第一电极1704、第二电极1706、第三电极1708和第四电极1710之间被置于基体1702上。在一些示例中，第一、第二、第三和第四电极1704-1710是所有的脱盐电极并且提供电势来移动离子离开传感器1701。在一些示例中，电极1704-1710可以被配对在一起，以致一个电极提供正电势并且另一电极提供负电势。例如，第一电极1704和第三电极1708可以提供正电势，并且第二电极1706和第四电极1710可以提供负电势。在这样的示例中，样品中的负离子将朝向由第一电极1704和第三电极1708产生的正电势迁移。类似地，样品中的带正电荷的离子将朝向由第二电极1706和第四电极1710产生的负电势迁移。在另一些示例中，成对电极中的一个可以提供实质性电势（例如，正或负电势）并且另一电极可以接地（例如，提供基本零（0）电势）。
在所示示例性系统或设备1700中，第一、第二、第三和第四电极1704-1710与传感器1701基本共面并且被设置成围绕传感器1701成正方形图案。如这里所讨论的，每个电极1704-1710和传感器1701之间的距离可以被改变以便改变传感器1701的感测行为。同样地，在这种示例中，第一和第二电极1704、1704比第三和第四电极1708、1710相对更长。在另一些示例中，更多或更少的电极可以被提供在基体1702上并且可以被构造成另一些设置。同样地，在一些示例中，每个电极可以具有独特的尺寸，所有电极均具有相同尺寸，和/或重复的和/或独特的形状和/或大小的任意组合。
在一些示例中，第一和第二电极1704、1706是脱盐电极并且第三和第四电极1708、1710是用于附加装置（例如阻抗传感器）的感测电极。在这样的示例中，第三和第四电极1708、1710被用于测量样品中的电阻，这可以被用于验证脱盐操作。
图18示出了具有图17中所示的且可以例如被包括到图3的系统300内的示例性系统或设备1700的微芯片传感器1800的一部分。如所示，传感器1701和电极1704-1710被置于微芯片1800的表面上。样品可以被施加到微芯片1800并且传感器1701探测样品中目标分子的浓度。类似于在图17中所述的示例，一个或更多个电极1704-1710用作脱盐电极以便移动离子离开传感器1701。在一些示例中，电极1704-1710成对操作。
图19是用于给样品脱盐的示例性系统或设备1900。示例性设置1900可以例如被包括在图3的系统300中。示例性系统或设备1900包括芯片1902，传感器1904a、1904b、1904c、1904d（例如，生物传感器、纳米线传感器、FET）和多个电极1906a、1906b、1906c、1906d、1906e、1906f、1906g、1906h被置于该芯片1902上。在另一些示例中，系统或设备1900可以包括更多或者更少的电极。示例性传感器1904a-d探测生物分子或生物分子结合事件。此外，示例性电极1906a-h可以被隔离以便电流不流动通过溶液。
在所示示例中，传感器1904a-d基本被芯片1902上的电极1906a-h围绕。电极1906a-h被定位成远离传感器804a-d并与其间隔开并且产生电势，以致样品中的带相反电荷的离子盐物质迁移朝向电极1906a-h并离开传感器1904a-d。盐离子的迁移增加了传感器1904a-d的德拜长度和敏感度。所示的示例性系统或设备1900允许样品在芯片上被脱盐（即，被去离子），而不需要外部处理。
如示例性系统或设备1900（和这里公开的另一些示例）中所示，电极1906a-h（和这里公开的另一些示例中的电极）还从传感器表面移除了非特异性结合的蛋白。溶液中的许多蛋白维持净离子电荷，并且因此，可以朝向电极1906a-h吸引蛋白。因为特异性结合的蛋白是更强结合，所以分离这些蛋白所需的电势会高于分离非特异性结合的蛋白所需的电势。因此，可以最小化在传感器表面上的非特异性结合。例如钠、钾和氯化物离子的其他离子也可以被引导朝向传感器表面上的电极，从而给样品局部脱盐并且允许传感器测量期间存在低离子含量。
在图19的示例中，存在八个电极1906a-h从而形成围绕多个传感器1904a-d的正方形周边。具体地，正方形的每侧上存在两个电极。在另一些示例中，存在多种其他设置。例如，电极的数量可以变化。一个或更多个电极的形状和/或几何构型可以变化。一些示例可以包括处于环形的电极、处于椭圆形状的电极、平行两排电极、交叉的成行电极、电极构成的弧形、单侧电极和/或任意其他合适的图案。同样，在一些示例中，一个或更多个电极可以与传感器共面，并且在另一些示例中，所述一个或更多个电极可以不与一个或更多个传感器共面。
图20A和图20B示出了被置于基体2002上的用于给样品脱盐的示例性系统或者设备2000的横截面图，其可以例如包括硅芯片、微芯片等。在图20A和图20B的示例中，绝缘层2004（例如，氧化埋层、二氧化硅层）被置于基体2002上。例如FET传感器的传感器2005被置于基体2002上并且包括栅极2006（例如，TiN延展的栅极），在这种示例中栅极2006包括绝缘层2008（例如，氧化铪（HfO2））。栅极2006被置于第一层间介电绝缘体2010和第二层间介电绝缘体2012之间。在所示示例中，第一电极2014（例如，脱盐电极）被铺层在第一层间介电绝缘体2010上，并且第二电极2016（例如，脱盐电极）被铺层在第二层间介电绝缘体2012上。第一和第二电极2014、2016可以包括任意合适的电极材料，例如金、铂、银、氯化银、钛和/或其他合适的材料。
在图20A中所示的示例中，第一和第二电极2014、2016被分别铺层到第一和第二层间介电绝缘体2010、2012上，并且分别与第一和第二层间介电绝缘体2010、2012的边缘且因此与传感器2005的栅极2006的边缘隔开距离d1。此外，在图20A所示的示例中，第一和第二电极2014、2016具有宽度或长度w1。距离d1和w1可以变化以便影响传感器2000的感测行为。例如，如图20B所示，距离d2大于d1并且距离w2小于图20A中的距离w1。
图21A-D示出了用于给样品脱盐的示例性系统或设备2100的横截面图，其可以例如是片上电极传感器和电极装置。图21A-D示出了示例性系统或设备2100的示例性制造过程。示例性传感器2100包括基体2101，其可以是例如FET感测芯片。传感器2100还包括绝缘层2102，其可以包括例如氧化埋层。此外，示例性传感器2100包括第一电极层2104，其可以包括例如金。还包括具有被置于第一绝缘层2102上的栅极2106（例如，TiN延展的栅极）的传感器2105。栅极2106被置于第一层间介电绝缘体2108和第二层间介电绝缘体2110之间。此外，绝缘层2112被置于栅极2106之上。绝缘层2112可以是例如HfO2。
例如通过湿法腐蚀来移除一部分绝缘层2112，以暴露电极层2104（如图21B所示）。移除一部分绝缘层2112来暴露至少一部分电极层2104有助于低温线结合以用于在宏观水平将脱盐电极耦合到例如印刷电路板（PCB）和/或读卡器。
图21C示出了第一电极层2114（例如，去离子或脱盐电极）和第二电极层2116（例如，去离子或脱盐电极）被沉积在传感器2105上。第一和第二层间介电绝缘体2108、2110隔离脱盐电极。在这种示例中，第一和第二电极层2114、2116是铂。但是，在另一些示例中，第一和第二电极层2114、2116可以包括其他合适的电极材料，例如金、银、氯化银、钛等等。在一些示例中，通过使用剥离抗蚀剂和薄的正型光阻剂的两层组合来包括脱盐电极2114、2116。在另一些示例中，可以使用其他的沉积电极的方法。
如在图21D中所示，示例性系统或设备2100还包括第一氧化介电层2118和第二氧化介电层2120。在一些示例中，介电层2118、2120包括一层等离子增强化学气相沉积（PECVD）。在示意性示例中，第一氧化介电层2118被耦合到第一电极2114并且第二氧化介电层2120被耦合到第二电极2116。此外，在一些示例中，部分氧化介电层2118、2120可以经由例如光刻、湿法腐蚀等的消减处理而被移除和/或在其内成图案。移除部分介电层2128、2120会在围绕栅极2106的感测区域内暴露第一和第二脱盐电极2114、2116。在一些示例中，通过使用ECVD层发生钝化，所述ECVD层减少脱盐电极2114、2116接触样品的表面面积量。
图22和图23示出了用于给样品脱盐的示例性系统或设备2200的透视图，其可以例如被图3的系统300使用。图22和图23所示的示例示出了示例性的被钝化且暴露的脱盐电极构造。在所示示例中，传感器2201在第一脱盐电极2204、第二脱盐电极2206、第一感测电极2208和第二感测电极2210之间被置于基体2202上。第一和第二感测电极2208、2210可以被用于测量在样品中产生的电压和/或阻抗。但是，在另一些示例中，第一和第二感测电极2208、2210是脱盐电极并且被用于移动离子离开传感器2201。第一和第二脱盐电极2204、2206产生电势来移动样品中的离子离开传感器2201的表面。第一和第二脱盐电极2204、2206的长度以及从第一和第二脱盐电极2204、2206到传感器2200的距离影响感测行为。
例如如图22所示的被钝化构造包括第一钝化层2212，其例如通过涂覆、封罩、遮蔽等方式来覆盖第一脱盐电极2204。示例还包括第二钝化层2214，其覆盖第二脱盐电极2206。第一和第二钝化层2212、2214遮蔽第一和第二脱盐电极2204、2206的特定区域、部分或区段以避免暴露于样品溶液内的电化学活动，以致仅暴露传感器2201的较小区域。在一些示例中，钝化被用于降低在第一和第二脱盐电极2204、2206之间短路的可能性。
在图23所示示例中，与图22所示示例相比，第一和第二钝化层2212、2214更小并且覆盖更少的第一和第二脱盐电极2204、2206。在这种示例中，第一和第二脱盐电极2204、2206基本更多地暴露于样品，并且因此第一和第二脱盐电极2204、2206的更大的表面面积被暴露以便移动离子离开传感器2201。
在一些示例中，这里描述的一个或更多个电极和/或传感器可以具有在施加电势期间和/或施加电势之间变化的可动位置。在一些示例中，电场的强度和/或持续时间可以变化。在一些示例中，电场的类型（例如DC、AC、DC和AC等）可以变化。在一些示例中，一个或更多个电极的电极材料变化。在一些示例中，AC电场和/或叠加DC场的频率和/或正时变化。在一些示例中，一个或更多个电极被嵌入和/或被涂覆有介电体以防止（或者加速）化学反应。多种不同构造和变形可以以任意合适的方式被修改和/或组合以优化电场。
在一些示例中，感兴趣的样品溶液是生物样品。在另一些示例中，感兴趣的溶液是非生物样品。在一些示例，样品溶液包括血液、血清、等离子体和/或尿液。在一些示例中，生物传感器探测蛋白、抗体、抗原、病毒和/或核酸。在另一些示例中，传感器探测例如被用于分子（例如，DNA）感测中的局部pH变化。
虽然已经在图3、图4A、图4B、图5、图7、图9-12和图14-23中示出了实施脱盐系统或设备300、400、500、900、1000、1400、1600、1700、1900、2000、2100和2200的示例性方式，但是图3、图4A、图4B、图5、图7、图9-12和图14-23中所示的一个或更多个元件、过程和/或装置可以以任意其他的方式被组合、分开、重置、省略、剔除和/或实施。进一步，示例性处理器可以由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合被实现。因此，例如，示例性处理器302可以由一个或更多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑装置（PLD）和/或现场可编程逻辑装置（FPLD）等等实现。当阅读本专利的涵盖纯软件和/或固件实施方式的任意设备或系统权利要求时，这里公开的任意系统的至少一个示例性元件（例如示例性处理器302）被明确地定义成包括用于存储软件和/或固件的有形计算机可读存储装置或存储盘，例如存储器、数字化视频光盘（DVD）、压缩磁盘（CD）、蓝光光盘等。进一步地，图3、图4A、图4B、图5、图7、图9-12和图14-23的示例性脱盐系统或设备300、400、500、900、1000、1400、1600、1700、1900、2000、2100和2200可以包括补充或代替图3、图4A、图4B、图5、图7、图9-12和图14-23中所示的元件、过程和/或装置的一个或更多个元件、过程和/或装置，并且/或者可以包括一个以上的任意或所有所示元件、过程和装置。
流程图代表了用于实施图3、图4A、图4B、图5、图7、图9-12和图14-23的示例性脱盐系统或设备300、400、500、900、1000、1400、1600、1700、1900、2000、2100和2200的示例性机器可读指令。在这种示例中，机器可读指令包括用于被处理器执行的程序，该处理器例如在结合图25在下文中讨论的示例性计算机2500中所示的处理器2512。程序可以被嵌入到存储在有形计算机可读介质上的软件，该有形计算机可读介质例如CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字化视频光盘（DVD）、蓝光光盘或者与处理器2512相关的存储器，但是整个程序和/或其部分可以替代性地由处理器2512之外的且/或嵌入到固件或专用硬件内的装置执行。进一步地，虽然参考图24所示的流程图描述了示例性程序，但是可以替代性地使用用于实施示例性脱盐系统或设备300、400、500、900、1000、1400、1600、1700、1900、2000、2100和2200的多种其他方法。例如框的执行次序可以改变，并且/或者所述的一些框可以被改变、省略或组合。
如上所述，图24的示例性过程可以通过使用被存储在有形计算机可读存储介质上的代码指令（例如计算机和/或机器可读指令）实现，其中该有形计算机可读存储介质例如是硬盘驱动器、闪存、只读存储器（ROM）、压缩磁盘（CD）、数字化视频光盘（DVD）、高速缓存、随机存取存储器（RAM）和/或其中针对任意时间段（例如长期、永久、短期、临时缓冲和/或高速缓冲信息）存储信息的任意其他的存储装置或者存储磁盘。如这里所用，术语有形计算机可读存储介质被明确地定义为包括任意类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且不包括传播信号且不包括传输媒介。如这里所用，“有形计算机可读存储介质”和“有形机器可读存储介质”被互换地使用。此外或替代性地，图24的示例性过程可以通过使用存储在非有形计算机和/或机器可读存储介质上的代码指令（例如计算机和/或机器可读指令）实现，其中该非有形计算机和/或机器可读存储介质例如是硬盘驱动器、闪存、只读存储器、压缩磁盘、数字化视频光盘、高速缓存、随机存取存储器和/或其中针对任意时间段（例如长期、永久、短期、临时缓冲和/或高速缓冲信息）存储信息的任意其他的存储装置或者存储磁盘。如这里所用，术语非有形计算机可读介质被明确地定义为包括任意类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且不包括传播信号且不包括传输媒介。如这里所用，当短语“至少”被用作权利要求前缀中的过渡词时，其与是开放式的术语“包括”相同的方式是开放式的。
图24中示出了增加德拜长度并探测样品中感兴趣的分析物的存在性/浓度的示例性方法2400。示例性方法2400可以例如由图3所示的处理器302、传感器304和/或电极306执行。例如，如图3所示，处理器302被通信地联接到传感器304和电极306。传感器304可以被用于测量样品流体中感兴趣的分析物的浓度和/或存在性。处理器302可以控制电极306产生电势并吸引样品中的离子离开传感器304并朝向电极306。
示例性过程900包括将样品引入到探测装置（框2402），其中该探测装置包括传感器，例如如上文讨论的示例性传感器304、401、501、901、1001、1401、1601、1701、1904a-d、2005、2105和/或2201。样品可以是例如血清、血液、尿液等等。样品可以被手动装载且/或在一些示例中被自动地引入到探测装置。在一些示例中，样品经由流动通道被引入到探测装置，该流动通道例如图12、图16A和图16B中所示的流动通道。在另一些示例中，样品静止在传感器上（例如，在井内）。
示例性过程2400还包括培养（框2404）。在一些示例中，在传感器的表面上培养样品（框2404）。在另一些示例中，示例性过程2400在不培养样品的情况下继续。
示例性过程2400还包括经由脱盐电极施加电势或电压（框2406）。可以例如在培养期间和/或培养之后施加电势。在一些示例中，电势可以从源产生，该源例如是上文讨论的脱盐电极306、414、514、516、914、916、1010、1012、1404、1406、1604、1606、1704-1710、1906a-h、2014、2016、2114、2116、2204和/或2206。施加电压会将样品中的离子吸引到带相反电荷的脱盐电极并且移动离子离开探测装置或传感器的表面。
示例性过程900还包括确定是否关断或者以其他方式移除或中断电势（框2408）。在一些示例中，电势可以继续并且探测装置测量感兴趣的分析物的存在性（框2410）。在另一些示例中，在测量感兴趣的分析物（框2414）之前停止电势（框2412）。感兴趣的分析物可以通过使用传感器被测量，该传感器例如是上文讨论的传感器304、401、501、901、1001、1401、1601、1701、1904a-d、2005、2105和/或2201。
示例性过程2400避免消除批量样品中的盐离子，这不同于现有方法。而是，使用这里公开的示例性系统、设备和方法，盐离子被重新定位。由于离子朝向电极的迁移，增加了在传感器表面处的德拜长度。
图25是示例性处理器平台2500的框图，该平台2500能够执行图24的指令以便实施图3、图4A、图4B、图5、图7、图9-12和图14-23的示例性脱盐系统或设备300、400、500、900、1000、1400、1600、1700、1900、2000、2100和2200。处理器平台2500能够例如是服务器、个人电脑、移动装置（例如，手机、智能手机、如iPadTM的平板电脑）、个人数字助理（PDA）、因特网应用、DVD播放器、CD播放器、数字视频录像机、蓝光播放器或任意其他类型的计算装置。
所示示例的处理器平台2500包括处理器2512。所示示例的处理器2512是硬件。例如，处理器2512能够由来自所需家庭或制造商的一个或更多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器实施。
所示示例的处理器2512包括局部存储器2513（例如高速缓存）。所述示例的处理器2512经由总线2518与包括易失存储器2514和非易失存储器2516的主存储器通信。易失存储器2514可以由同步动态随机存取存储器（SDRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、RAMBUS动态随机存取存储器（RDRAM）和/或任意其他类型的随机存取存储器装置实现。非易失存储器2516可以由闪存和/或任意其他所需类型的存储器装置实现。通过存储器控制器来控制对主存储器2514、2516的访问。
所示示例的处理器平台2500还包括接口电路2520。接口电路2520可以由任意类型的接口标准实现，例如以太网接口、通用串行总线（USB）和/或PCI Express接口。
在所示示例中，一个或更多个输入装置2522被连接到接口电路2520。输入装置2522允许用户输入数据和命令到处理器2512中。输入装置能够由例如声音传感器、扩音器、摄像机（静态或视频）、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、触摸板、iso点和/或声音识别系统来实施。
一个或更多个输出装置2524也被连接到所示示例的接口电路2520。输出装置2524能够例如由显示装置（例如，发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）、液晶显示器、阴极射线管显示器（CRT）、触摸屏、触觉输出装置、发光二极管（LED）、打印机和/或扬声器）实现。因此，所示示例的接口电路2520通常包括图形驱动程序卡、显卡驱动芯片或图形驱动程序处理器。
所示示例的接口电路2520还包括通信装置，例如发射器、接收器、收发器、调制解调器和/或网络接口卡以便有助于经由网络2526（例如，以太网连接、数字用户线（DSL）、电话线、同轴线缆、蜂窝电话系统等等）与外部机器（例如，任意种类的计算装置）的数据交换。
所示示例的处理器平台2500还包括一个或更多个大容量存储装置2528以用于存储软件和/或数据。这种大容量存储装置2528的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、压缩光盘驱动器、蓝光光盘驱动器、RAID系统和数字化视频光盘（DVD）驱动器。
图24的编码指令2532可以被存储在大容量存储装置2528中、在易失存储器2514中、在非易失存储器2516中和/或在如CD或DVD的可拆卸有形计算机可读存储介质中。
从上文中，将意识到上文公开的方法、设备和制造的物品提供了减轻溶液中离子的脱敏效应的快速被动方法。
虽然在此已经描述了某些示例性方法、设备和制造的物品，但是本专利的涵盖范围不限于此。相反地，本专利涵盖清楚地落入本专利权利要求范围内的所有方法、设备和制造的物品。

Claims (20)

1.一种用于增加分子探测系统的敏感度的设备，包括：
基体；
被联接到所述基体的传感器，该传感器探测接触所述传感器的样品中的分析物，所述样品具有位于所述传感器的表面处或所述传感器的表面附近的离子；和
被设置在所述传感器附近的第一电极，其用于产生电势并相对于所述传感器的所述表面重新定位所述样品中的所述离子。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述样品是原始样品并且不包含低离子浓度的缓冲溶液。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括具有栅极的场效应晶体管。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述栅极被与所述分析物相互作用的结合剂功能化。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述栅极包括纳米结构。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一电极要将所述样品内的离子重新定位成更靠近所述场效应晶体管的所述栅极。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电极基本与所述基体上的所述传感器共面。
8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括被置于所述基体上的第二电极。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述传感器位于所述第一电极和所述第二电极之间。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一电极将要提供正电压或者负电压，并且所述第二电极是接地电极。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一电极将要提供正电压，并且所述第二电极将要提供负电压。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一电极和第二电极二者均将要提供正电压，或者所述第一电极和第二电极二者均将要提供负电压。
13.根据权利要求8所述的设备进一步包括被置于所述基体上的第三电极和第四电极。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极被置于围绕所述传感器的四个侧面中的每个侧面上。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括场效应晶体管，其具有源极、漏极和栅极，并且其中所述第一电极被置于所述源极或所述漏极中的至少一个上。
16.一种用于增加分子探测系统的敏感度的方法，包括：
将样品引入到包括传感器和电极的设备内，所述传感器被联接到基体，所述样品具有位于所述传感器处或所述传感器附近的离子，所述电极被设置在所述传感器附近；以及
通过所述电极向所述样品施加电势以便相对于所述传感器重新分布所述样品内的所述离子。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：通过使用所述电势来移动离子离开所述传感器。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：探测所述样品中分析物的存在性。
19.根据权利要求18所述的方法，其中探测所述分析物的所述存在性包括：测量所述传感器上的电阻、电流、电容、阻抗或者电压中至少一个的变化。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：在探测所述样品内的所述分析物的存在性之前中断所述电势。
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