CN105492622A - 用于诊断的平面共形电路 - Google Patents

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安詹·帕尼尔·塞尔万
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Abstract

要求保护的发明是一种用于以手持测量装置来执行阻抗谱的设备和方法。共形分析物传感器电路包括多孔纳米织构衬底，以及在电路设计中位于固体衬底的上表面上的导电材料，该共形分析物传感器电路可以单独使用，或者与手持电位计结合起来使用。还公开了使用手持测量装置来检测和/或量化样本中的目标分析物的方法。

Description

用于诊断的平面共形电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年7月31日提交的美国临时申请第61/860,434号、2013年7月31日提交的美国临时申请第61/860,460号以及2013年12月31日提交的美国临时申请第61/922,336号的权益。所引用的申请的全部内容通过引用被合并到本文中。
技术领域
本发明总体上涉及检测装置的领域。更具体地，本发明关系到使用纸微流体(papermicrofluidics)和手持恒电位器(handheldpotentiostat)来检测生物分子和其它目标分析物。
背景技术
设计便宜和一次性使用的还可生物降解的诊断和分析平台的能力对于卫生保健和环境而言是很有价值的。已经确定的是生物分子的基于大小的限制对于在诊断中实现提高的敏感性是重要的。通常，通过用于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的复杂的制造工艺来实现基于大小的限制，这增加了单位成本并且增大了技术的实际成本。低成本技术使用印制电路板，印制电路板由于差的生物降解性而难以处理并且增加了环境成本。基于纸的微流体已经得到发展，其通常使用丝网印刷技术；然而，关于实现在表面上的受控的流体流动，问题依旧。
类似地，当前可购得的上市恒电位器被设计为聚焦于适用大范围的电/电化学技术。这导致庞大的规格(formfactor)和用在它们的构造中的昂贵部件。而且，它们被设计成用于电化学应用。关于这样的上市恒电位器的具体问题包括以下事实：它们具有大的装置规格，使得其难以用在即时检测(point-of-care)设置中；在低电流和低电压设置处具有高的噪声；具有昂贵和重复的软件和固件成本；具有模拟串行输入/输出接口；以及在全球应用中具有低的鲁棒性和非普适性。在另一极端，手持便携式恒电位器在可定制性和适用性方面非常局限于一系列应用。便携式恒电位器对于生物应用而言不是噪声有效的，并且因此缺乏鲁棒性。关于手持恒电位器的具体问题包括：在低电流和低电压设置处的高的噪声；对于生物感测而言低的应用鲁棒性；以及对于电化学应用的最少的操作选择。
因此，依然存在对于可负担的、高效的、可生物降解的诊断平台的需要。
发明内容
要求保护的本发明是一种用于以手持恒电位器来执行阻抗谱(impedancespectroscopy)的装置和方法。
在一些方面，本文所公开的是共形分析物传感器电路，其包括：多孔纳米织构衬底；以及导电材料，该导电材料在电路设计中位于固体衬底的上表面上，从而创建包括工作电极和参考电极的电路。纳米织构衬底的孔隙率由要测量的目标分析物确定。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底具有10×105和10×1020个孔隙/cm2的孔隙率或者10×105与10×1020个孔隙/cm2之间的孔隙率。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底具有10×107和10×1016个孔隙/cm2的孔隙率或者10×107与10×1016个孔隙/cm2之间的孔隙率。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底为绝缘衬底。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底为纸或硝化纤维。
在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括疏水涂层。在一些实施方式中，疏水涂层包括聚对二甲苯、聚酰胺、聚乙二醇(PEG)、聚阳离子溶液和聚二甲硅氧烷(polydimethlysiloxane)。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括表面涂层。在一些实施方式中，表面涂层包括预制的喷雾和气溶胶，其在传感器衬底的特定区域上可以引起疏水性。在一些实施方式中，表面涂层包括乙醇、聚二甲硅氧烷、硫酸乙酯、三甲基氯硅烷、硅氧烷和硅的混合物以及预制的嵌段共聚物混合物(blockco-polymermixtue)。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括径迹蚀刻膜。在一些实施方式中，径迹蚀刻膜包括nucleopore规格和cyclopore规格。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括酸蚀刻膜。在一些实施方式中，酸蚀刻膜包括硅和氧化铝支架(scaffold)。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括聚合物膜。在一些实施方式中，聚合物膜包括尼龙、聚酰胺、硝化纤维和聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括电沉积膜。在一些实施方式中，电沉积膜包括图案化的金属和水凝胶基质。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括阳极化处理的膜。在一些实施方式中，多孔纳米织构衬底包括陶瓷膜。在一些实施方式中，在陶瓷膜被制备为氧化铝和硅石的混合物时，陶瓷膜可以被制成共形的或柔性的，该氧化铝和硅石按比率式混合来组合并且通过化学蒸气或酸蚀刻而被沉积和氧化。
导电材料可以是对于本领域技术人员而言已知的任意合适的材料。在一些实施方式中，导电材料为导电墨或半导电墨。在一些实施方式中，半导电墨包括碳墨(carbonink)及添加剂。在一些实施方式中，导电墨是注入了碳、银或金属纳米颗粒的碳墨。在一些实施方式中，注入了金属纳米颗粒的碳墨被注入金、铂、钽、银、铜、锡或字素(grapheme)。在一些实施方式中，碳墨被注入按体积计的0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％或更多的金属纳米颗粒。在一些实施方式中，碳墨的厚度范围从0.1nm至1μm。在一些实施方式中，可以通过沉积方法来控制碳墨的厚度。
电路可以是非线性电路或非欧姆电路。在一些实施方式中，电路被进一步限定为基电极表面。在一些实施方式中，基电极表面还连接至源电路。在一些实施方式中，源电路为恒电位器。在一些实施方式中，源电路为电压源。在一些实施方式中，源电路为电流源。在一些实施方式中，电路不包含捕获配体或标记分子。在一些实施方式中，共形分析物传感器还包括氧化还原材料。
在一些实施方式中，本文所公开的共形分析物传感器电路中的任意共形分析物传感器电路通过包括以下步骤的方法进行装配：(a)提供固体多孔纳米织构衬底；以及(b)使用导电材料将分析物传感器电路设计转移到多孔纳米织构衬底的上表面上。在一些实施方式中，转移电路设计包括浸渍涂敷(dipcoating)。在这样的实施方式中，电路的特征分辨率达到100纳米/0.1微米。在一些实施方式中，转移电路设计包括凸印(embossing)。在这样的实施方式中，电路的特征分辨率达到100纳米/0.1微米。在一些实施方式中，转移电路设计包括：在3D打印机上设计电路并且将电路凸印到衬底上。在这样的实施方式中，电路的特征分辨率达到100纳米/0.1微米。在一些实施方式中，转移电路设计包括掩模(masking)和光刻(lithography)。在这样的实施方式中，电路的特征分辨率为1至10微米。
在一些实施方式中，手持电位计包括LCD屏幕、小型操纵杆、工作电极端口、参考电极端口、可编程微控制器和可编程增益放大器。在其它实施方式中，手持电位计包括智能电话、电缆、恒电位器适配器、工作电极端口、参考电极端口、可编程微控制器和可编程增益放大器。在一些实施方式中，手持电位计包括代替可编程微控制器的可编程微处理器。
在一些实施方式中，用于测量目标分析物的手持装置包括：(a)可编程增益放大器，其被配置成能够工作耦接至工作电极和参考电极；(b)可编程微控制器，其能够工作耦接至可编程增益放大器、工作电极和参考电极，其中，可编程微控制器能够进行操作以在工作电极与参考电极之间施加交流输入电压，可编程增益放大器能够进行操作以放大在工作电极与参考电极之间流动的交流输出电流，可编程微控制器能够进行操作以通过将输入电压和所测量的输出电流进行比较来计算阻抗，以及可编程微控制器能够进行操作以根据所计算的阻抗来计算目标分析物浓度。
在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以在工作电极与参考电极之间施加输入电压，所施加的输入电压具有在2Hz与15kHz之间的频率。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以当在工作电极与参考电极之间施加输入电压时在50Hz与15kHz之间改变频率。在一些实施方式中，可编程微控制器按照2Hz间隔来改变频率。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以在工作电极与参考电极之间施加输入电压，该输入电压为正弦曲线的。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以在工作电极与参考电极之间施加输入电压，该输入电压为锯齿波。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以在工作电极与参考电极之间施加输入电压，该输入电压为方波。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以在工作电极与参考电极之间施加输入电压，该输入电压为三角波。在一些实施方式中，可编程增益放大器具有在1与200之间的可变增益。在一些实施方式中，微控制器能够进行操作以施加1mV与10V之间的输入电压。在一些实施方式中，手持测量装置能够进行操作以检测10pA或更大的输出电流。在一些实施方式中，可编程微控制器包括模数转换器和数模转换器。在一些实施方式中，可编程微控制器能够测量输入电压与输出电流之间的相位差。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以对输入电压和输出电流应用傅里叶变换，以计算作为频率的函数的阻抗。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以使用利萨如曲线将输入电压和输出电流进行比较以计算阻抗。在一些实施方式中，可编程微控制器能够进行操作以使用多片分割(multi-slicesplitting)和信号分析来确定阻抗变化最大或最小处的频率。在一些实施方式中，装置还包括：液晶显示器，其能够工作耦接至可编程微控制器；小型操纵杆，其能够工作耦接至可编程微控制器，其中，小型操纵杆能够进行操作以允许用户提供输入，以及液晶显示器能够显示输出数据。在一些实施方式中，装置还包括智能电话，该智能电话能够工作耦接至可编程微控制器；其中，智能电话能够进行操作以允许用户提供输入，以及智能电话能够显示输出数据。在一些实施方式中，输出数据包括目标分析物浓度。在一些实施方式中，手持测量装置不包含氧化还原探针。
在一些实施方式中，所公开的是一种成套设备，该成套设备包括本文所公开的共形分析物传感器电路中的任意共形分析物传感器电路以及本文所公开的手持测量装置中的任意手持测量装置。
本文所公开的手持恒电位器和多孔纳米织构共形电路可以被单独地使用或结合起来使用，以检测和/或量化目标分析物。在一些实施方式中，所公开的是一种检测目标分析物的方法，该方法包括：将样本滴在所公开的共形分析物传感器电路上，其中，样本通过毛细作用穿过多孔纳米织构衬底和电路设计；将共形分析物传感器电路附接至源电路；以及用源电路来检测样本中的目标分析物。在一些实施方式中，源电路为恒电位器。在一些实施方式中，源电路为电压源。在一些实施方式中，源电路为电流源。在一些实施方式中，样本包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或更多微升(μL)的流体，或者这之间的任意量。样本可以是例如血、尿、汗、唾液、裂解缓冲液、试验缓冲液、人血清、血浆、河水、溪水和去离子水。在一些实施方式中，目标分析物为蛋白质、DNA、RNA、SNP、小分子、病原体、重金属离子或生理离子。在一些实施方式中，样本未被标记。在一些实施方式中，样本被标记。在一些实施方式中，检测目标分析物包括检测有关电的变化。
在一些实施方式中，公开了一种使用手持测量装置来检测或量化样本中的目标分析物的方法，该方法包括以下步骤：(a)在参考电极与工作电极之间施加输入电压；(b)使用可编程增益放大器来放大在参考电极与工作电极之间流动的输出电流；(c)使用可编程微控制器通过将输入电压与输出电流进行比较来计算阻抗；以及(d)使用可编程微控制器根据所计算的阻抗来计算目标分析物浓度。在一些实施方式中，输入电压具有在2Hz与15kHz之间的频率。在一些实施方式中，输入电压具有在50Hz与15kHz之间的频率。在一些实施方式中，输入电压为正弦曲线的。在一些实施方式中，输入电压为锯齿波。在一些实施方式中，输入电压为方波。在一些实施方式中，输入电压为三角波。在一些实施方式中，输入电压在1mV与10V之间。在一些实施方式中，输入电压在1mV与100mV之间。在一些实施方式中，输入电压在100mV与10V之间。在一些实施方式中，输出电流在10pA与10mA之间。在一些实施方式中，输出电流在10pA与100nA之间。在一些实施方式中，输出电流在100nA与10mA之间。在一些实施方式中，输出电流被按照1与200之间的因子进行放大。在一些实施方式中，方法还包括：计算输入电压与输出电流之间的相位差。在一些实施方式中，方法还包括：通过应用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。在一些实施方式中，方法还包括：使用利萨如曲线来计算阻抗。在一些实施方式中，方法还包括：使用多片分割和信号分析来计算作为频率的函数的阻抗。在一些实施方式中，方法还包括：显示所计算的目标分析物浓度。在一些实施方式中，方法还包括：在LCD显示器上显示输出。在一些实施方式中，方法还包括：在智能电话上显示输出。在一些实施方式中，方法还包括：使用小型操纵杆来提供输入。在一些实施方式中，方法还包括：使用智能电话来提供输入。在一些实施方式中，所测量的阻抗为非法拉第的。
手持电位计通过在工作电极与参考电极之间施加交流电压来检测目标分析物的浓度。所施加的交流电压导致电流在工作电极与参考电极之间流动。所得到的电流由可编程放大器进行放大并且被传递到可编程微控制器。可编程微控制器将所施加的电压与所得到的电流进行比较以计算测试样本的阻抗。将阻抗用于计算测试样本中的目标分析物的浓度。在一些实施方式中，为了使用手持电位计对目标分析物执行测试，首先通过测试和计算包含已知量的目标分析物的样本的阻抗来校准手持电位计。在一些实施方式中，系统施加变化频率的电压，并且针对特别的被测试分析物确定最大阻抗变化发生处的频率。所要求保护的系统可以在不使用氧化还原电极的情况下通过测试样本来执行非法拉第电化学阻抗谱(“EIS”)。
在一些实施方式中，本文所公开的是一种通过测试具有已知目标分析物浓度的多个溶液来校准手持测量装置的方法，该方法包括：(a)针对多个溶液中的每一个，在参考电极与工作电极之间施加输入电压；(b)使用可编程微控制器通过将输入电压与输出电流进行比较来计算多个溶液中的每一个的阻抗；以及(c)计算等式zi＝b1x2+b2x+c的系数，其中，zi为阻抗，x为已知目标分析物浓度，以及b1、b2和c为系数。
如本文说明书中所使用的，“一个”或“一”可以指一个或多个。如本文权利要求中所使用的，当连同词语“包括”使用时，词语“一个”或“一”可以指一个或多于一个。
虽然本公开内容支持指代唯一的替代物以及“和/或”的定义，但是除非明确指示为指代唯一的替代物或彼此排斥的替代物，否则在权利要求中使用术语“或”是用于指“和/或”。如本文中所使用的，“另一”可以指至少第二个或更多。
贯穿本申请，术语“大约”是用于指示：值包括正被采用以确定该值的装置、方法的误差的固有变差(inherentvariation)或研究主题中存在的变差。
本发明的其它目的、特征和优点根据以下的详细描述将变得明显。然而，因为根据该详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得明显，所以详细描述和特定示例仅作为说明举例给出，同时指示本发明的优选实施方式。
附图说明
以下附图形成本说明书的一部分并且被包括以进一步展示本发明的某些方面。可以通过与本文所呈现的特定实施方式的详细描述相结合，参照这些附图中的一个或多个来更好地理解本发明。
图1为高分辨率光学显微照片，其展示了表面多孔性以及孔隙与电极表面之间的相互作用，其包括示出了电极与周围基质(matrix)之间的共形特征生成的扫描电子显微照片，并且具有测量实体与周围基质之间的相互作用的示意性绘制。
图2为用于检测人血清中的肌钙蛋白T的阻抗格式的试验展示。
图3为用于检测饮用水中的阿特拉津的阻抗格式的试验展示。
图4为DNA诊断中的共形电路的选通(gating)特性。
图5为代表性双电极手持恒电位器的示意性表示。
图6为在检测人血浆中的肌钙蛋白T时将本发明的性能与罗氏Elecsys(RocheElecsys)的性能相比较的情况下的阻抗格式的试验展示。
图7为用于检测人血清中的前列腺特异性抗原(PSA)的阻抗格式的试验展示。
图8为手持恒电位器装置。
图9为展示恒电位器的操作的流程图。
图10为手持恒电位器的智能电话实施方式。
图11为展示由恒电位器执行的阻抗与分析物浓度计算的流程图。
图12为样本利萨如(Lissajous)曲线。
具体实施方式
本文所公开的共形电路利用在纳米尺度上存在于纸上的表面粗糙度以及用于设计共形电路的其它纳米多孔衬底。当电路元件由于通过单步免疫测定格式检测到生物分子而被调制时，电路参数(例如电流和阻抗)被调制。可以朝向检测和量化各种目标分析物(包括但不限于蛋白质、DNA、RNA、SNP和各种各样的生物分子)来应用本技术。
在一些实施方式中，本文公开了包括具有上表面的固体衬底的共形电路，其中，衬底包括多孔纳米织构衬底(porousnanotexturedsubstrate)以及在电路设计中位于固体衬底的上表面上的导电材料，从而创建电路。还公开了制作上述共形电路的方法，以及使用上述共形电路来检测和/或量化各种目标分析物的方法。图1描绘了这样的共形电路的示例设计。
使用径迹蚀刻和导电墨沉积的组合来开发这样的共形电路，以创建非线性和非欧姆电路。生成三种类型的电路：(a)基于阻抗的电阻电容(RC)耦合电路；(b)基于二端非线性装置的电路；(c)基于非线性装置的电路。RC电路根据电化学阻抗谱的原理进行工作，并且二端非线性装置和非线性装置电路被交流电压源偏置，导致电流特性根据对所关注种类的检测而改变。
本文所公开的共形电路可以具有导电的两个电极。导电率的增加适于实现阻抗测量格式中的增加的敏感性。在优选的实施方式中，将把1mV与10V之间的交流电压施加于电极。在优选实施方式中，将把具有在2Hz与15kHz之间变化的频率的交流电压施加于电极。
本文所公开的共形电路生成与电化学变化相反的电改变。特别地，本文所公开的共形电路在不使用还原-氧化探针的情况下生成电/电化学变化，与通过氧化还原电极促成的电化学变化相反。针对电化学检测使用氧化还原探针产生对于生物分子的不可逆的改变，导致不代表生物分子的间接和经修改的检测。在不使用还原氧化探针的情况下生成电/电化学变化的能力通过对导电材料在纳米多孔衬底上的沉积进行修改来实现。另外，特别考虑无源感测和有源感测二者。
本文所公开的共形电路和检测装置可以被设计成进行定量检测(例如EIS电子读取器)。另外，系统可以被设计成使用单个电路来检测单个分析物或者使用分离的电路来检测多个分析物，取决于正在检测和/或分析的分析物的种类，所述分离的电路可以是相同的或不同的。
A.衬底和导电材料
所考虑的衬底包括多孔纳米织构衬底。在一些实施方式中，考虑使用纸、硝化纤维、织物、叶子、树皮或壳；然而，可以将通过毛细管作用传送流体的任意多孔亲水衬底用作本文所述的方法和装置中的衬底。非限制性的示例包括纤维素和醋酸纤维素、纸(例如滤纸和色层分析纸(chromatographypaper))、布或织物、多孔聚合物膜、多孔塑料或叶子。在一些实施方式中，衬底是可生物降解的。在一些实施方式中，衬底为纸。具有柔韧性和500μm以下厚度的任意自然存在的物质可以充当衬底，只要该自然存在的物质的降解温度高于沉积的温度即可。
在一些实施方式中，衬底包括疏水涂层，例如聚对二甲苯、聚酰胺、PEG、聚阳离子溶液和聚二甲硅氧烷。疏水涂层用于隔离和容纳有源传感器衬底上的流体。在一些实施方式中，衬底包括表面涂层，例如预先按配方制造的喷雾和气溶胶，它们是生物相容的并且可以在衬底的特定区域上引入疏水性。表面涂层的示例包括乙醇、聚二甲硅氧烷、硫酸乙酯、三甲基氯硅烷、硅氧烷和硅的混合物以及预制的嵌段共聚物混合物(pre-formulatedblockco-polymermixtures)。在一些实施方式中，衬底包括径迹蚀刻膜、酸蚀刻膜、阳极化处理的膜、聚合物膜、陶瓷膜和电沉积膜。在陶瓷膜被制备为氧化铝和硅石的混合物时，陶瓷膜可以被制成共形的或柔性的，该氧化铝和硅石按比率式混合来组合并且通过化学蒸气或酸蚀刻而被沉积和氧化。径迹蚀刻膜的示例包括nucleopore规格和cyclopore规格。酸蚀刻膜的示例包括硅和氧化铝支架(scaffold)。聚合物膜的示例包括尼龙、聚酰胺、硝化纤维和聚四氟乙烯。电沉积膜的示例包括图案化的金属和水凝胶基质。
衬底的多孔性连同导电墨丝网印刷可以被利用以使共形电路图案化。因为衬底的尺寸不是电路的功能的关键，所以可以使用任意大小和厚度的衬底。影响电路的性能的关键参数是衬底的孔隙率。孔隙率可以从10×105到10×1020个孔隙/cm2变化，以及基于目标分析物的大小来选择衬底及其孔隙率。可以使用各种技术例如涂敷或处理来调节或调整孔隙率。孔隙大小可以从1nm至200nm变化。基于目标分析物的大小和所施加的电信号的频率来针对应用限定孔隙大小。孔隙至孔隙的间距通常大于膜衬底上的平均孔隙大小。可能的处理和涂敷的示例包括：湿处理，例如酸性蚀刻或碱性蚀刻；使用自组装单层的逐层沉积；以及干处理，例如反应离子蚀刻和等离子蚀刻。
衬底可以达到500μm厚，并且不存在对于横向尺寸的限制因素。在一些实施方式中，衬底可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10cm乘1、2、3、4、5、6、7、8、9或10cm，或者在这之间的任意尺寸。在特定的实施方式中，衬底为1cm乘1cm。
考虑的是可以将任意的合适的导电材料用作导电墨，并且考虑一系列的导电墨。导电墨通常包含例如粉末状或薄片状的银和碳类材料。在一些实施方式中，导电墨为注入了碳、银或金属纳米颗粒的碳墨。使用加热的夹具和目标在真空下沉积的非低融镓可以被使用，并且随后是低融镓墨合金化(lowmeltgalliuminkalloying)。在一些实施方式中，注入金属纳米颗粒的碳墨被注入贵金属。在某些示例中，碳墨被注入金、铂、钽、银、铜、锡或字素。对碳墨使用添加物例如金属纳米颗粒将导电碳墨变成为半导电墨。在一些实施方式中，碳墨被注入按体积计的0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％或更多的金属纳米颗粒。在一些实施方式中，碳墨的厚度从0.1nm至1μm变化。碳墨的厚度用沉积方法进行控制。在一些实施方式中，该半导电墨图案可以用于设计二端非线性装置和非线性装置行为。在一些实施方式中，自然导电墨可以用于获得阻抗变化。墨衬底(即墨与衬底的组合)是基电极表面，在该基电极表面上实现了生物分子化学过程以实现分子诊断。
墨的性质取决于所期望的感测和分析的类型。在一些实施方式中，当使用电读取器的无源感测有必要时，墨仅是导电的。更特别地，对于无源装置，导电/半导电颗粒可以被分散在基质中，并且墨可以包含金属纳米颗粒或电活性聚合物基质。在有源感测例如使用万用表或恒电位器的情况下，墨可以是导电的和半导电的，或者是导电堆(conductingstack)。
在一些实施方式中，共形电路可以包括氧化还原材料，例如钾、镁、铷、和铜的派生物。这些材料与固定到共形电路上的分析物的受体结合。在将分析物结合至具有氧化还原材料的受体上的期间，由于氧化还原材料的还原或氧化，路线通过共形电路的电荷的数目放大。该过程与使用氧化还原电极不同，在使用氧化还原电极的情况下，氧化还原材料被固定到氧化还原电极其本身上。在该过程中，在向氧化还原电极上的氧化还原材料施加偏置电位或偏置电流期间，该材料经历还原或氧化，因而结合至该状态下的目标分析物，并且修改正被测试/评估的分析物。
B.图案化的方法
在一些实施方式中，通过对标准纸制品执行工程技术来装配共形电路。面向实现对电路形成的控制来利用纸的多孔性。电路设计的模版被以任意合适的方式转移到衬底表面上。所期望的图案的参数由要检测的分子来确定。本领域技术人员考虑到所期望的图案会意识到合适的转移方法。例如，较小的图案或较小的特征大小要求更先进的印刷技术，例如掩模和光刻。这些处理在下面进行更详细地讨论。
模版包含洞或孔的图案，导电材料可以通过洞或孔被沉积到亲水衬底上。可替代地，在蚀刻工艺中，模版包含洞或孔的图案，导电材料可以通过洞或孔被蚀刻，以在亲水衬底上形成金属图案。模版可以由各种材料制成，例如金属、塑料或干膜抗蚀剂的图案层。用于制造模版的金属的非限制性示例包括不锈钢和铝。用于制造模版的塑料的非限制性示例包括聚酯薄膜。可替代地，可以将干膜抗蚀剂的图案层用作模版。在一个或多个实施方式中，金属或塑料可以被用于制造模版，以及可以使用布局编辑程序(例如Clewin,WieWebInc.)在计算机上设计金属路径的图案，以及可以从任意供应商(例如StencilsUnlimitedLLC(俄勒冈州，奥斯威戈湖))获得基于设计的模版。在某些实施方式中，可以在沉积之后将模版从纸移除。在某些其它的实施方式中，可以向模版的一侧喷涂一层喷胶(例如3MPhotomount,3MInc.)以将模版临时固定至纸衬底。在沉积之后，可以从纸上剥掉模版。模版可以重新使用多次，例如多于10次。在其它实施方式中，可以将干膜抗蚀剂的图案层用作模版。干膜抗蚀剂在通过透明掩模暴露于紫外光并且在稀释的氢氧化钠溶液里显影时可以被图案化。可以通过将抗蚀剂侧(resist-side)按压至亲水衬底的表面并且将多片结构通过便携式层压机(例如Micro-Mark,Inc)中的加热滚筒来使图案化的干膜抗蚀剂附接至塑料的涂层片或直接固定至亲水衬底。然后可以剥掉塑料的涂层片，产生具有一侧被图案化的干膜抗蚀剂的纸片。
可以使用各种沉积方法来将导电材料电沉积到微流体装置的亲水衬底上。沉积方法的非限制性示例包括：使用模版来沉积导电材料；通过绘制导电路径来沉积导电材料；通过喷墨或激光打印来沉积导电材料；通过将商业上可购得的或自制的导电材料带附接到亲水衬底上来沉积导电材料；通过绘制导电路径来沉积导电材料；或者通过在微流体装置的亲水通道或亲水衬底上引入导电流体来沉积导电材料。可替代地，可以将导电材料嵌入用于制造亲水衬底的浆或纤维中，以使得制造包含导电材料的亲水衬底。
特别考虑的是，电路设计可以通过(a)浸渍涂敷、(b)凸印、或(c)掩模和光刻而被转移到衬底表面上。浸渍涂敷和凸印用于大于1微米的特征分辨率，而掩模和光刻用于在1至10微米范围中的特征分辨率。这些技术对于本领域技术人员而言是公知的。参见Reighard和Barendt，2000。在特定的实施方式中，可以在3D打印机上设计电路，并且可以通过使电路浮凸于衬底上来将设计转移到衬底上。
可以利用衬底的横向多孔性来生成本文所公开的共形电路。垂直多孔性不适宜，因此在一些实施方式中，大约100nm的厚度的金属屏障可以实现该目标。所沉积的材料的厚度也对应于一些区域中的衬底的厚度以改变衬底的电行为。横向多孔性帮助使得图案化的金属电极具有柔韧性，这反过来使衬底的共形物理性质成为可能。所沉积的材料可以用于支撑金属电极并且增大或减小导电率，而不损害衬底的共形物理性质。
在一些实施方式中，整个纸面被浸渍涂敷。仅是与导电墨表面相互作用的生物分子对测量的信号负责。不存在要被考虑的对于流动的考量。由此，生物分子相互作用主要是扩散和被毛细血管作用驱动的，因此孔隙越大，相互所用越快。在适当的情况下，采取多层浸渍涂层。在意图是设计需要合并在传感器平台上的多层分子的免疫测定时，该技术是最相关的。
C.生物分子检测
这些共形电路可以被应用于大范围的分子诊断和分析，因此可以用在被怀疑包含所关注分子的任意样本上，例如食物、水、土壤、空气、体液(例如血清)、清洁剂、离子缓冲液等。在一些实施方式中，样本是任意液体样本或可以溶解或分散在液体中的固体。电路可以用于设计基于简单亲和力的试验，以用于映射(mapping)酶和生理离子的存在。这些可以用于发展试验，以研究抗体抗原相互作用，以及确定以超敏感浓度表达的大范围的蛋白质生物标记的存在或不存在。还可以使用这些电路来发展基因组试验。
可以与共形电路结合地使用单步免疫测定。在一些实施方式中，使用电化学传感器的免标记免疫测定是合适的(Vertergaard等人2007)。在蛋白质诊断的特定实施方式中，使用没有标签的单个初级抗体，并且在蛋白质检测期间基于基础电路来实现对电路参数的受控的和经映射的调制。系统可以被设计成进行定量检测(例如电化学阻抗谱电子读取器)。
本文所公开的共形电路可以以任意合适的方式进行设置以用于免疫测定。在一个实施方式中，连结器(linker)被沉积在衬底上，衬底浸透了对目标分析物(例如目标特定抗体)特定的部分(moiety)，阻断缓冲液被施加于受体部分浸透的共形电路表面，以使其它竞争分子在传感器表面上的非特定性结合或吸收最小化，执行缓冲液清洗，并且目标分析物(例如抗原)被施加到电路上。在设计目标分子(例如抗原)的校准曲线时，渐增剂量的抗原被施加到共形电路上，并且获得阻抗测量值直到达到稳定状态。期望所测量的阻抗的变化随着目标分子(例如抗原)的剂量的增大而增大。一旦已经设计了校准曲线，则在抗体/受体部分浸透的传感器表面上测试未知剂量的测试目标分子(例如抗原)，然后根据校准曲线来估计阻抗变化，以确定测试目标分子的剂量。
在衬底的纳米级纹理内实现分析物限制，并且使用导电墨来实现在衬底上对于目标分析物的基于大小的限制。单步免疫测定格式中与导电墨相互作用的分析物干扰了(a)双电层、(b)二端非线性装置中耗尽层中的电荷、以及(c)导致检测到所关注生物分子的非线性装置的栅电流(gatecurrent)特性。因为通常使用在1至10毫升的范围内的超低体积，所以受控流的问题并不存在。将流体主要滴在衬底表面上足以实现用于生物分子检测的相关联的相互作用。
对于单通道试验，需要少于125μL的样本体积，其具有0.1pg/mL至10μg/mL的检测的动态范围，并且其对于1nm和1μm处的或在1nm与1μm之间的分子是有用的。
D.检测装置
可以将各种电气部件附接至导电材料路径以检测和量化目标分析物。电气部件的非限制性示例包括集成电路、电阻器、电容器、晶体管、二极管、机械开关、电池和外部电源，电池的非限制性示例包括纽扣式电池，外部电源的非限制性示例包括交流电压源。电气部件可以使用例如已知的粘合剂进行附接。在一些实施方式中，可以出于检测生物分子的目的来将上面详细讨论的共形电路耦接至源电路。在特定的实施方式中，可以将共形电路耦接至恒电位器、电压源、电流源或运算放大电路，以用于进行大范围的简单和复杂的数学运算、加、减、积分和微分。
阻抗谱是广泛使用的用于研究电极上的材料结合效率的两电极或三电极电化学技术。近来，对于经典电化学阻抗谱的创新性改变已经使得其适合于应用到电化学研究。这些修改要求施加非常低的电压以及以非常小的电流进行检测，此二者均落在现有装置的噪声阈值内。另外，多数当前可购得的上市恒电位器均需要另外的设备(例如计算机)以及详尽的用户输入，这使得其对于即时检测(point-of-care)的实现是困难的。
本文所公开的是用于在固定和可变频率处使用两个电极的配置来执行电化学阻抗谱的可定制手持恒电位器装置。在所公开的装置中使用的新技术减小噪声影响并且实现灵敏检测，并且所使用的部件是可编程的并且对于期望的应用是高度可定制的。因此，这通过以下实现了来自装置的最大性能效率：针对特定的期望的任务对装置进行编程以在期望的操作范围内最佳地运行。
在本文所公开的装置中，阻抗谱被用于检测和量化电极表面上的结合行为(bindingactivity)。生物分子结合至电极表面引起电流流动的变化，电流流动的变化可以用于检测或量化正在结合的生物分子。装置的检测阈值近似为0.1pg/mL。
在本文所公开的装置中，使用亥姆霍兹探测(Helmholtzprobing)。亥姆霍兹探测是具有将双电层分成截面/平面并且以空-时方式对其进行研究的能力的技术。截面/平面中电容和阻抗的特定变化可以用于检测目标与捕获探针的特定结合。
本文所公开的手持恒电位器由工作电极和参考电极组成。将交流电压施加在工作电极端子和参考电极端子处。交流电压可以为正弦波信号、锯齿波信号、方波信号或三角波信号。然后测量所得到的在工作电极端子与参考电极端子之间流动的电流。
在图8得到描绘了手持恒电位器的一个配置的示例的图。手持恒电位器200包括LCD显示器104。LCD显示器104提供显示输入和输出数据的用户接口。例如，LCD显示器可以示出输入电压、输入频率、波型和分子浓度。手持恒电位器200还可以包括小型操纵杆110，其使得用户能够向手持恒电位器200提供输入。例如，小型操纵杆110可以用于导航LCD显示器104上的菜单，并且增大或减小电压值和频率值。在一些实施方式中，手持恒电位器200可以包括除了小型操纵杆110以外的或者代替小型操纵杆110的按钮或键盘。手持恒电位器还包括工作电极端口202和参考电极端口204。电极端口202和电极端口204用于将引线连接至工作电极和参考电极。
在图5得到表示了一个可能的恒电位器/电极配置的框图。在可编程微控制器/微处理器100中执行恒电位器的操作的核心。微控制器的第一操作是通过LCD显示器104来提供用户接口支持。串行外围接口138用于将在微处理器100中处理的信息传递至LCD显示器104。微控制器100使用线134和线136来向LCD显示器104提供电力。
对于LCD显示器104上所显示的选项的用户输入/响应被通过小型操纵杆110与微控制器100之间的模拟-模拟通信作为模拟信号而接收。使用小型操纵杆110，用户可以选择要施加于工作电极106和参考电极108的电信号参数，例如电压、频率和波型。可替代地，将小型操纵杆110用于选择要检测的分子的类型。在测试结束后，LCD显示器104显示所测试的样本中的分子的数值浓度。
接着，微控制器100被编程以对所附接的电化学传感器执行阻抗谱特性描述。基于用户选择的电信号参数或分子，可编程微控制器100在线130和线132上分别生成被施加于工作电极106和参考电极108的交流电压。交流电压可以通过放大器112和放大器114进行放大。在一些实施方式中，所得到的工作电极106的电压可以在线140上被反馈至微控制器100。由于所测试的溶液中的化学反应，所得到的电压可以与所施加的电压不同。微控制器100将工作电极106的电压值数字化，并且数字化的电压被微控制器100用于调整在线130和线132上施加的交流电压电平。在一些实施方式中，工作电极106的电压可以在线122上被反馈至可编程增益放大器102。可编程增益放大器可以将工作电极106的电压值数字化，并且通过线128将数字化的电压发送至微控制器100，并且数字化的电压被微控制器100用于调整线130和线132上的交流电压电平。
在施加了交流电压并且导电溶液的样本接触传感器之后，交流电流从工作电极106流至参考电极108。流过工作电极106和参考电极108的电流的量取决于被施加至工作电极和参考电极的电压、电极上分子的结合以及所使用的溶液。可编程增益放大器102对在工作电极106与参考电极108之间流动的电流进行测量。具体地，跨导放大器(transconductanceamplifier)116在线124上将电流馈送至可编程增益放大器。电流由带通滤波器120进行滤波。带通滤波器120被自动调整以允许在所施加的频率处的信号，同时拒绝在其它频率处的噪声。可编程增益放大器102然后根据被馈送到可编程微控制器中的电流，在线126上生成放大的电压。因为微控制器操作阈值远大于在该阻抗谱应用中所生成的小的电压和电流，所以放大是必要的。在一些实施方式中，线126上的经放大的电压的范围在20mV与6V之间。如果线126上的经放大的电压太高或太低，则微控制器100通过线128向可编程增益放大器102发送信号以增大或减小增益。在一些实施方式中，可以在1与128之间调整可编程增益放大器102的二进制增益。在一些实施方式中，可以在1与200之间调整可编程增益放大器102的范围增益。线122向可编程增益放大器102提供参考电压以计算增益。线122的电压可以由放大器118进行放大并且通过带通滤波器120进行滤波。
微控制器100将模拟放大电压转换成数字信号。微控制器100然后将数字化的放大电压与施加于工作电极106和参考电极108的电压进行比较以确定正在测试的溶液的阻抗，其中，数字化的放大电压代表在工作电极106与参考电极108之间流动的电流的量。微控制器100执行算术运算，以计算相对于所施加的电压、在放大电压中的相位变化和振幅变化，作为频率的函数。使用以下公式来计算阻抗：
其中，Vm表示所施加的电压的振幅，Im表示在电极之间流动的所得到的电流的振幅，ω是所施加的电压和所得到的电流的角频率，是所施加的电压与所得到的电流之间的相位差。在一些实施方式中，微控制器100使用傅里叶变换来确定作为频率的函数的相位变化和振幅变化。在一些实施方式中，微控制器100使用利萨茹曲线(Lissajouscurve)来确定相位变化和振幅变化。在一些实施方式中，微控制器100执行多片分割(multi-slicesplitting)和信号分析以确定在哪些频率处阻抗变化最大。这种估计帮助描绘在电极表面上发生的生物电化学反应的特征。微控制器100使用振幅变化和相位变化来计算样本中分子的浓度。
在被用于测量目标分析物的未知量之前，可以对手持恒电位器进行校准。通过测量包含已知量的目标分析物的溶液的阻抗来执行校准。具体地，用户可以优选地对包含目标分析物的四个不同浓度的四个不同的溶液执行阻抗测量。对于每个校准测试，用户使用小型操纵杆将目标分析物浓度输入到手持恒电位器中。手持恒电位器针对每个测试记录下阻抗。在完成测试后，系统通过确定以下等式中的系数来完成校准，
zi＝bnxn+bn-1xn-1+...+b1x+c
其中，zi是所测量的阻抗，x是目标分析物的已知浓度，bn、bn-1、b1和c是系数。多项式的阶可以在2与5之间，并且优选地为2。手持恒电位器使用线性回归和最小二乘分析来确定系数的未知值。
在图9得到描绘了使用手持恒电位器对分子的检测的流程图。在步骤400中，关于手持恒电位器将应用于样本的电信号，用户提供输入，例如电压或频率的选择。在步骤402处，微控制器将电信号施加于工作电极和参考电极。电信号(例如电压和频率)的特性基于用户在步骤400中提供的输入。在步骤404处，微控制器从参考电极接收参考信号。具体地，工作电极电压被增益放大器放大，并且放大的电压被馈送到微控制器的数模转换器(“DAC”)中，其中，数模转换器将模拟放大电压转换成数字信号。在一些实施方式中，可编程增益放大器将模拟放大电压转换成数字信号。微控制器将数字工作电极电压的值与由用户选择的期望电压进行比较。微控制器然后可以增大或减小在步骤402中施加的电信号以匹配在步骤400中选择的期望电压。在步骤406处，工作电极电压值被馈送到增益放大器中并且被转换成电流。在步骤408处，可编程增益放大器中的增益放大器将电流信号放大并且将电流信号转换成电压信号。电压信号然后进入微控制器的ADC。在步骤410处，微控制器将模拟电压信号转换成数字电压信号。在步骤412处，微控制器将数字电压信号与存储在微控制器的存储器中的校准数据进行比较。在一些实施方式中，微控制器将测量模拟电压信号与存储的校准数据进行比较。在一些实施方式中，微控制器将数字电压信号与校准数据进行比较以确定作为频率的函数的振幅和相位的差。在一些实施方式中，微控制器将数字电压信号与校准数据进行比较以确定作为频率的函数的振幅和相位的差。方法的选择取决于信号的噪声水平。当噪声信号在传输线中非常高时，最好使用傅里叶变换。
在一些实施方式中，微控制器100是微控制器。在其它实施方式中，微控制器100是微处理器。在其它实施方式中，微控制器100是ARMCortexTM-M微控制器。在其它实施方式中，微控制器100是ARMCortexTM微处理器。
在优选的实施方式中，微控制器100将1mV与10V之间的交流电压施加于工作电极106和参考电极108。微控制器将频率在2Hz与15kHz之间变化的交流电压施加于工作电极106和参考电极108。按照以下方式使频率变化：从最小频率增大至最大频率，或者从最大频率减小至最小频率。在一些实施方式中，用户选择最小频率和最大频率，并且微控制器100施加具有在所选的最小频率与最大频率之间变化的频率的电压。在一些实施方式中，微控制器100使频率在最小频率与最大频率之间按照2Hz的间隔进行变化。
在一些实施方式中，本文所公开的手持恒电位器对生物感测平台执行阻抗谱分析。因为蛋白质和生物分子是敏感的，所以对于使用这些恒电位器以便适用于生物感测而言非常低的电压是有必要的。在一些实施方式中，合适的电压的范围可以是1mV至10V，但是合适的电压将取决于应用。在应用于基于蛋白质的感测中，电压将在1mV至10V的范围内。在应用于细胞和DNA中，电压范围将在1mV与10V之间。类似地，由于应用非常小的电压，所以电流响应在类似的范围内或者低很多(因为存在由于本体溶液介质(bulksolutionmedium)所引起的损耗)。在一些实施方式中，合适的电流的范围为10pA至10mA，并且与电压一样，合适的电流响应将取决于应用。在应用于基于蛋白质的感测时，电流响应将在10pA至100nA的范围内。在应用于细胞和DNA时，电流响应将在100nA与10mA之间。手持恒电位器所需要的功率将在2mW至10W的范围内。功率等级基于外壳、体积、时间、分析物大小以及对单个或多个分析物的检测而变化。
可以以固定频率或可变频率来使用所公开的恒电位器。基于应用，固定频率和可变频率范围将变化。对于多数生物感测应用，所使用的频率范围在2Hz与15kHz之间。在对与所关注蛋白质相对应的电德拜长度变化(electricaldebyelengthchanges)进行优化时，可以估计固定频率。在响应频率处的检测可以提高检测速度并且减小非特定信号。
除了执行阻抗谱以外，本文所公开的手持恒电位器还可以用作源表(sourcemeter)以及通过LCD显示器上的容易选择的选项又用作为伏安法工具(voltammetrytool)。
本文所公开的手持恒电位器容易携带并且具有手部友好的规格。其可以是大约或至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10英寸乘大约或至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10英寸。特别考虑的是，其可以是大约5英寸乘大约3英寸。此外特别考虑的是，包括在图上显示的可编程增益放大器、可编程微控制器和用于输出的LCD显示器的整个装置在这些大小内。
在图10得到描绘了手持恒电位器的智能电话实施方式的图。手持恒电位器包括智能电话300和恒电位器适配器306。使用电缆(优选微型USB或专用连接器)将智能电话可工作耦接至恒电位器适配器306。电缆304提供智能电话300与恒电位器适配器306之间的双向通信。恒电位器适配器包括工作电极端口202、参考电极端口204、微控制器100和可编程增益放大器102。用户在提供用户输入和输出以及微控制器通信功能的智能电话300上安装定制的恒电位器软件应用。用户可以使用触摸屏302向智能电话300提供输入，包括输入电压、输入频率和波型。在其它实施方式中，用户使用键盘向智能电话提供输入。智能电话300在智能电话的触摸屏302上显示输出，例如目标分析物的浓度。
本文所公开的恒电位器还针对生物感测以低的噪声阈值在期望的操作范围内进行执行。当前，考虑电化学应用来设计恒电位器。用于这些应用的集成电路具有合理的噪声阈值。在应用于生物感测时，可获得的装置的测量的信号在许多情况下在噪声阈值内，因而致使大多数可获得的恒电位器是不合适的。
本文所公开的恒电位器同样是可编程的，以使用傅里叶变换方法和利萨如曲线方法来执行两个电极阻抗谱。现存的恒电位器使用利萨如曲线方法来估计所测量的电流响应的相位变化。虽然这对于涉及高电压和电流的应用而言已经是完美的，但是其对于生物感测所必需的电压响应和电流响应的分析而言不是最优化的。更适合于这些应用的基于傅里叶变换的估计由于实现的复杂性(因为其要求高的处理器速度)而尚未被广泛使用。通过减小噪声并且保存信号完整性(减小噪声和保存信号完整性二者对于生物感测是重要的)，使用利萨如曲线和傅里叶变换有助于数字信号分析。
在图11处示出展示了使用傅里叶变换和利萨如曲线的恒电位器的计算的流程图。在步骤500处，微控制器施加V(t)＝vsin(ωt)形式的正弦电压，其中，v是信号的振幅，ω是角频率。在优选的实施方式中，微控制器在不同的频率处施加正弦电压。在步骤502处，微控制器测量所得到的电流信号，电流信号具有形式其中，i是信号的振幅，是信号的相移。微控制器在步骤504中通过施加傅里叶变换将所施加的电压信号从时域转换到频域。同样地，微控制器在步骤506中通过应用傅里叶变换将所得到的电流信号从时域转换到频域。在步骤508处，用所施加的电压信号来检验所得到的电流频率信号并且滤除在其它频率处出现的噪声。作为步骤504至步骤510的替代，微控制器在步骤512处绘制v(t)和i(t)的利萨如曲线以估计阻抗Z(t)。图12示出样本利萨如曲线，其中，E表示所施加的电压，I表示所得到的电流。在该示例中，所施加的电压是在15mV与-15mV之间变化的正弦波，而所得到的电流在45nA与55nA之间变化。在该示例中图上的电压和电流的相交处是椭圆，这表示系统是稳定的。对于椭圆区域的分析提供了对于所得到的阻抗的估计。在步骤514处，微控制器使用等式将阻抗转换至频域。在步骤516处，微控制器使用公式ΔZ(ω)＝Zb(ω)-Z(ω)来计算阻抗变化ΔZ(ω)，其中，Zb(ω)为对照样本的阻抗。在步骤518处，微控制器使用多片分割来确定最大阻抗变化发生的频率，其中，所施加的频率谱被切成各个离散的频率点。微控制器然后在步骤520处将最大阻抗变化发生的频率与存储器中存储的针对正在测试的特定分析物的参考频率点进行比较。在步骤522处，微控制器通过应用在校准中使用的相同等式zi＝bnxn+bn-1xn-1+...+b1x+c来估计所测试的分析物的浓度，其中，zi是最大阻抗变化发生的频率处的阻抗，bn、bn-1、b1和c是校准期间计算的系数，x是正在计算的目标分析物浓度。在优选的实施方式中，步骤522中的等式为二次的。步骤524示出作为目标分析物浓度的函数的阻抗变化。
本文所公开的恒电位器还包含有节省成本的部件，制造涉及非常简单的表面安装器件装配，并且所公开的装置由于使用了现代电流放大器和可编程门阵列而具有低的热噪声。
最终，本文所公开的恒电位器具有作为源表、伏安法工具以及针对标准电流测量的适用性。可以通过对运行操作并且产生结果的程序进行修改来针对不同的应用对恒电位器进行定制。可编程增益放大器具有宽的操作范围(mV-V/pA-mA)并且因此可以用于针对生物感测的不同的伏安法应用以及一般应用。微处理器/微控制器提供广泛的编程自由，并且因此恒电位器的针对不同操作的应用将仅要求软件变化而不需要硬件变化。
本文所公开的恒电位器是高适应性的并且迅速产生结果。对于单通道试验，当使用单通道EIS检测和16位微控制器(40kHz至10kHz)时，其产生小于40秒的读取时间。
E.成套设备
在一些实施方式中，设想的是包括共形电路和恒电位器的成套设备。在一些实施方式中，这些成套设备被设计成适应特定的目标分析物，例如所关注的特定蛋白质。在一个实施方式中，成套设备将包括共形电路，共形电路包括有适合于目标分析物的纳米织构多孔衬底，衬底具有被转移至其的合适的图案，其中，图案由合适的墨构成。另外，成套设备还将包括恒电位器，该恒电位器针对特定的目标分析物被校准以向用户生成所关注数据。
以下表格示出成套设备可以检测的捕获探针的示例、所施加的电场的频率、膜类型、膜的孔隙大小以及所需要的功率的示例：
例如，被设计成用于检测C-反应蛋白的共形电路可以具有纳米多孔材料的衬底，例如具有200nm的孔隙的1013至1015个孔隙/cm2的孔隙率的纸，其中，电路由互相交叉的图案或无边的互相交叉的图案组成，或者由使用注入了金属纳米颗粒的碳墨(注入了金/铂/银/铜/镍)制成的同心环组成。将被输入到恒电位器中的所关注参数包括所施加的电压10mV以及所施加的频率和范围20Hz至10kHz。最终，用于分析的所关注参数包括分析频率、施加的电压、测量的电流、计算的阻抗、估计的浓度和标准校准曲线。
F.示例
以下示例被包括以展示本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，以下示例中公开的技术表示由发明人发现的用于在本发明的实践中很好地工作的技术，因此可以被视为构成针对其实践的优选模式。然而，本领域技术人员根据本公开内容应该理解的是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下在所公开的特定实施方式中进行许多修改并且仍获得同样的或类似的结果。
示例1
该试验已经被用于面向检测人血清中的肌钙蛋白T的阻抗格式中。已经实现了0.1pg/mL灵敏度。图2示出具有在90天的时段期间收集的数据的多次重复试验。电路利用了基于梳状的交叉型电路(comb-basedinterdigitatedelectricalcircuit)，但是工作电极和参考电极的任意直线组合均适合于此应用。衬底是纳米多孔尼龙膜，并且使用金墨的冷蒸发(cryo-evaporation)，又称为喷金(作为添加物沉积技术)，来制成图案。样本体积为1至10微升。电路连接至阻抗读取器，施加毫伏制的偏置电位，并且由于试验的各个部件、连结器、分子、受体和配体的逐步引入而引起的阻抗变化产生逐步可测量的阻抗变化。
为了对装置进行校准，发明人首先沉积可以有效地结合至金电极的基于硫醇的连结器。使用溶解于DMSO中的DSP。硫键由金电极形成，并且打开的胺端(openaminneend)被留下用于蛋白/生物分子固定。然后，发明人使沉积有连结器的传感器表面充满单克隆肌钙蛋白T抗体。执行缓冲液清洗以移除过多的抗体。接着，将包含白蛋白的阻断缓冲液用于封闭所有的被非抗体固定的连结器分子。这有效地帮助减小由于目标分析物与连结器位点的非特异性结合而引起的噪声信号。执行缓冲液清洗以移除过多的阻断分子。该步骤是试验的基线点或对照步骤，其中存在零剂量的抗原。在该肌钙蛋白T的情况下，在缓冲介质中以增长的对数剂量制备抗原剂量。所使用的缓冲介质为磷酸盐缓冲溶液、人血清和人血浆。将肌钙蛋白T抗原剂量按照增大浓度的次序一个接一个地滴在传感器表面上。滴(spotting)指的是将样本接种、用移液管移出或施加到传感器衬底上。在试验的每一步执行阻抗测量。阻抗测量被计算为在2Hz至15kHz的范围内的不同频率点处所施加的电压与所测量的电流响应之间的比率。最大阻抗变化发生在100.4Hz处。使用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。在施加具有最大阻抗变化发生处的频率的电压的情况下，针对每一剂量来计算阻抗变化，作为基线处的阻抗与正在测量的当前剂量处的阻抗之间的差。通过绘制阻抗变化和肌钙蛋白T抗原浓度来建立校准响应曲线。将二次方程式用于拟合校准响应曲线。该拟合研究产生了多项式校准等式，该多项式校准等式用于根据测试样本来估计肌钙蛋白T的浓度。为了对样本进行测试并且估计肌钙蛋白T的浓度，使用以下的试验协议。首先将基于硫醇的连结器分子沉积在传感器表面上。将特定于肌钙蛋白T的单克隆抗体用于检测。将阻断缓冲液用于封闭非特异性的结合位点。在中间的步骤执行缓冲液清洗以移除未结合至表面的过多的分子。将施加阻断缓冲液之后在缓冲液清洗处执行的阻抗测量用作基线或对照阻抗。然后，将测试样本施加于传感器表面并且执行阻抗测量。计算测试样本的阻抗并且将其用于上面讨论的二次方程式中，以估计测试样本中的肌钙蛋白T的浓度。对于所测量的阻抗存在着依赖于剂量的变化。
共形电路的金属开关行为已经被映射面向检测超低浓度的微量农药。作为代表性示例，已经展示了在阿特拉津被掺入城市供水时对阿特拉津的检测。已经从在三十天的时段期间收集的多次重复实验获得了数据(图3)。共形电路像与门一样工作。存在电路的两个输入和一个输出。当电路的输入区域仅包含受体和配体时，输出将保持低。然而，在抗体和小分子二者存在时，输出将是高的，示出了达到其阈值电压的金属开关的接通，导致了在输出处在微安培范围内的电流测量。用于该试验的体积为1至10微升。
已经展示了非线性二端装置行为的转移特性以用于检测DNA。已经展示了针对用于目标和相关联背景的各种偏置电压的转移电荷或跨导的变化(图4)。共形电路中导电通道的宽度是变化的，因此其载流能力也是变化的。宽度由于目标配体与固定在电路的半导体表面上的受体的相互作用而变化。使用基于羧基的、羟基(hydroxlic)、硫磺或胺的化学反应来实现表面修改。目标种类的结合调节着通道电流。对于特定施加的偏置电位，通过电路上的目标分子的依赖于剂量的相互作用来调节通道的载流能力。用于执行该试验的体积为1至10微升。
示例2
使用二十个碱基对低聚糖目标(oligo-target)miR21，在纸药卷上测试富含miR21的细胞的样本。将野生型细胞用作对照。miR21的相对浓度高，即大于200拷贝/细胞。这些测量通过基于核酸的传感器进行。首先通过经由体外转录根据质粒生成miR21探针来制备传感器，该质粒含有成熟微RNA(microRNA)的cDNA。共形电路由使用冷蒸发用金墨进行图案化的纳米多孔尼龙膜组成。与miR21的区域互补的核酸探针结合至金电极。在电寡核苷酸试验协议(electricaloligonucleotideassayprotocol)中，该配置所允许的对RNA中的miR21的捕获、检测和量化与细胞溶解产物(celllysates)隔离。
示例3
败血症：从患者取得的诊断败血症的致病基础的样本。将标记用于脂多糖(革兰氏阴性细菌的指示符)、脂磷壁酸(革兰氏阳性细菌的指示符)以及原降钙素(由细菌引起的重症脓毒症的标记，并且通常关于脓毒症的程度分级较好)。
为了对装置进行校准，发明人首先沉积可以有效地结合至金电极的基于硫醇的连结器。使用溶于DMSO中的DSP。硫键由金电极形成，并且打开的胺端被留下用于蛋白/生物分子固定。然后，发明人使沉积有连结器的传感器表面浸透脂多糖、脂磷壁酸和原降钙素的单克隆抗体。执行缓冲液清洗以移除过多的抗体。接着将包含白蛋白的阻断缓冲液用于封闭所有的被非抗体固定的连结器分子。这有效地帮助减小由于目标分析物与连结器位点的非特异性结合而引起的噪声信号。执行缓冲液清洗以移除过多的阻断分子。这是试验的基线点或对照步骤，其中存在零剂量的抗原。在缓冲介质中以增长的对数剂量制备抗原/蛋白生物标记剂量。所使用的缓冲介质为磷酸盐缓冲溶液、人血清和人血浆。这些缓冲介质中的每一个被施加于分离的传感器。将抗原/蛋白生物标记剂量按照增大浓度的次序一个接一个地滴在传感器表面上。在试验的每一步执行阻抗测量。阻抗测量被计算为在2Hz至15kHz的范围内的不同频率点处所施加的电压与测量的电流响应之间的比率。脂多糖在99.3Hz处示出最大的阻抗变化，脂磷壁酸在120Hz处示出最大的阻抗变化，以及原降钙素在110Hz处示出最大的阻抗变化。使用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。在施加具有最大阻抗变化发生处的频率的电压的情况下，针对每一剂量来计算阻抗变化，作为基线处的阻抗与正在测量的当前剂量处的阻抗之间的差。通过绘制阻抗变化和抗原浓度来建立校准响应曲线。将二次方程式用于拟合校准响应曲线。该拟合研究产生了用于根据测试样本来估计抗原/蛋白生物标记的浓度的多项式校准等式。为了对样本进行测试并且估计蛋白生物标记的浓度，使用以下的试验协议。首先将基于硫醇的连结器分子沉积在传感器表面上。将特定于蛋白生物标记的单克隆抗体用于检测。将阻断缓冲液用于封闭非特异性的结合位点。在中间步骤执行缓冲液清洗以移除未结合至表面的过多的分子，将施加阻断缓冲液之后在缓冲液清洗处执行的阻抗测量用作基线或对照阻抗。然后，将测试样本施加于传感器表面并且执行阻抗测量。测试样本的阻抗被计算并且被用于上面讨论的二次方程式中，以估计测试样本中的蛋白生物标记的浓度。
在不到二十分钟内获得定量结果，标记的最低检测界限在10fg/mL处。参见表1，确定严重的败血症与高水平的原降钙素的相关性。
表1
共性电路由使用冷蒸发用金墨进行图案化的纳米多孔尼龙膜构成。所使用的协议是电免疫测定协议，其涉及将蛋白质特定的单克隆抗体结合至衬底电极。从被怀疑感染了败血症的患者收集血液样本。针对三个不同的标记，原降钙素、脂多糖和脂磷壁酸，来测试这些。通过研究阻抗变化来执行检测，其中，阻抗变化是特定蛋白标记结合至电极表面上的固定的捕获抗体的结果。
心血管标记：对来自已经具有心肌梗死经历的患者的十二个人血浆样本进行测试，以用于分析其行为以及作为早期诊断的标记的可靠性。
为了对装置进行校准，发明人首先沉积可以有效地结合至金电极的基于硫醇的连结器。使用溶于DMSO中的DSP。硫键由金电极形成，并且打开的胺端被留下用于蛋白/生物分子固定。然后，发明人使沉积有连结器的传感器表面浸透单克隆肌钙蛋白T抗体。执行缓冲液清洗以移除过多的抗体。接着，将包含白蛋白的阻断缓冲液用于封闭所有被非抗体固定的连结器分子。这有效地帮助减小由于目标分析物与连结器位点的非特异性结合而引起的噪声信号。执行缓冲液清洗以移除过多的阻断分子。步骤是试验的基线点或对照步骤，其中存在零剂量的抗原。在该肌钙蛋白T的情况下，在缓冲介质中以增长的对数剂量制备抗原剂量。所使用的缓冲介质为磷酸盐缓冲溶液、人血清和人血浆。将肌钙蛋白T抗原剂量按照增大浓度的次序一个接一个地滴在传感器表面上。在试验的每一步执行阻抗测量。阻抗测量被计算为在2Hz至15kHz的范围内的不同频率点处所施加的电压与所测量的电流响应之间的比率。使用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。在施加具有最大阻抗变化发生处的频率的电压的情况下，针对每一剂量来计算阻抗变化，作为基线处的阻抗与在正在测量的当前剂量处的阻抗之间的差。通过绘制阻抗变化和肌钙蛋白T抗原浓度来建立校准响应曲线。将二次方程式用于拟合校准响应曲线。该拟合研究产生了用于根据测试样本来估计肌钙蛋白T的浓度的多项式校准等式。为了对样本进行测试并且估计肌钙蛋白T的浓度，使用以下试验协议。首先将基于硫醇的连结器分子沉积在传感器表面上。将特定于肌钙蛋白T的单克隆抗体用于检测。将阻断缓冲液用于封闭非特异性的结合位点。在中间的步骤执行缓冲液清洗以移除未结合至表面的过多的分子。将施加阻断缓冲液之后在缓冲液清洗处执行的阻抗测量用作基线或对照阻抗。然后，将测试样本施加于传感器表面并且执行阻抗测量。计算测试样本的阻抗并且将其用于上面讨论的二次方程式中以估计测试样本中的蛋白生物标记的浓度。
最低的检测剂量为0.71pg/mL，其比该标记的酶联免疫吸附测定(ELISA)灵敏三个数量级。图6。共形电路由使用冷蒸发用金墨进行图案化的纳米多孔尼龙膜构成。所使用的协议为电免疫测定协议，其涉及将蛋白特定的单克隆抗体结合至衬底电极。在该情况下，其是针对肌钙蛋白T蛋白生物标记的抗体。收集来自十二位患者的血浆样本。将这些样本施加至感测衬底。通过测量阻抗响应来量化肌钙蛋白T的存在以及其的量，该阻抗响应是肌钙蛋白T结合至固定在电极表面上的抗体的结果。
癌症标记：对掺入了前列腺特异性抗原(PSA)的十个人血清基质样本进行测试，以针对PSA在前列腺癌的诊断中的用途来量化PSA。
为了对装置进行校准，发明人首先沉积可以有效地结合至金电极的基于硫醇的连结器。使用溶于DMSO中的DSP。硫键由金电极形成，并且打开的胺端被留下用于蛋白/生物分子固定。然后，发明人使沉积有连结器的传感器表面浸透单克隆的前列腺特异的抗原抗体。执行缓冲液清洗以移除过多的抗体。接着，将包含具有专卖的赛默飞(thermoscientific)试剂的牛血清白蛋白的阻断缓冲液用于封闭所有被非抗体固定的连结器分子。这有效地帮助减小由于目标分析物与连结器位点的非特异性结合所引起的噪声信号。执行缓冲液清洗以移除过多的阻断分子。该步骤是试验的基线点或对照步骤，其中存在零剂量的抗原。在缓冲介质中以增长的对数剂量制备抗原剂量，在该情况下为前列腺特异性抗原。所使用的缓冲介质为磷酸盐缓冲溶液、人血清基质和人血浆。将前列腺特异性抗原剂量按照增大浓度的次序一个接一个地滴在传感器表面上。在试验的每一步执行阻抗测量。阻抗测量被计算为在2Hz至15kHz的范围内的不同频率点处所施加的电压与所测量的电流响应之间的比率。使用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。PSA在128.4Hz处显示最大的阻抗变化。在施加具有最大阻抗变化发生处的频率的电压的情况下，可以针对每一剂量来计算阻抗变化，作为在基线处的阻抗与在正在测量的当前剂量处的阻抗之间的差。通过绘制阻抗变化和前列腺特异性抗原浓度来建立校准响应曲线。将二次方程式用于拟合校准响应曲线。该拟合研究产生了用于根据测试样本来估计前列腺特异性抗原的浓度的多项式校准等式。为了对样本进行测试并且估计前列腺特异性抗原的浓度，使用以下的试验协议。首先将基于硫醇的连结器分子沉积在传感器表面上。将特定于前列腺特异性抗原的单克隆抗体用于检测。将阻断缓冲液用于封闭非特异性结合位点。在中间步骤执行缓冲液清洗以移除未结合至表面的过多的分子。将施加阻断缓冲液之后在缓冲液清洗处执行的阻抗测量用作基线或对照阻抗。然后，将测试样本施加于传感器表面并且执行阻抗测量。计算测试样本的阻抗并且将其用于上面讨论的二次方程式中以估计测试样本中的蛋白生物标记的浓度。
最低检测的剂量为0.0052ng/mL。图7。共形电路由使用冷蒸发用金墨进行图案化的纳米多孔尼龙膜构成。所使用的协议为电免疫测定协议，其涉及将蛋白特异性单克隆抗体结合至衬底电极。在该情况下，其是针对前列腺特异性抗原生物标记的抗体。准备人血清基质样本并且掺入不同浓度的前列腺特异性抗原。将这些样本施加于感测衬底。通过测量阻抗响应来量化前列腺特异性抗原的存在以及其的量，该阻抗响应是前列腺特异性抗原结合至固定在电极表面上的抗体的结果。
杀真菌剂检测：对掺入了strobulrin杀真菌剂的6个汁液样本进行测试以量化样本中strobulrin的水平。最低检测的剂量为10pM。表2。
表2
共形电路由使用冷蒸发用金墨进行图案化的纳米多孔尼龙膜构成。所使用的协议为电免疫测定协议，其涉及将杀真菌剂特异性抗体或适体结合至感测衬底。掺入了各种浓度的所述杀真菌剂的新鲜汁液样本被取得并且施加于传感器衬底。
为了对装置进行校准，发明人首先沉积可以有效地结合至金电极的基于硫醇的连结器。使用溶于DMSO中的DSP。硫键由金电极形成，并且打开的胺端被留下用于蛋白/生物分子固定。然后，发明人使沉积有连结器的传感器表面浸透单克隆抗体或适体。执行缓冲液清洗以移除过多的抗体。接着，将包含白蛋白的阻断缓冲液用于封闭所有被非抗体固定的连结器分子。这有效地帮助减小由于目标分析物与连结器位点的非特异性结合所引起的噪声信号。执行缓冲液清洗以移除过多的阻断分子。该步骤是试验的基线点或对照步骤，其中存在零剂量的抗原。在缓冲介质中以增长对数剂量制备杀真菌剂剂量。所使用的缓冲介质为磷酸盐缓冲溶液、水或汁液品种。将杀真菌剂剂量按照增大浓度的次序一个接一个地滴在传感器表面上。在试验的每一步执行阻抗测量。阻抗测量被计算为在2Hz至15kHz的范围内的不同频率点处所施加的电压与所测量的电流响应之间的比率。使用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。杀真菌剂在104Hz处示出最大的阻抗变化。在施加具有最大阻抗变化发生处的频率的电压的情况下，可以针对每一剂量来计算阻抗变化，作为在基线处的阻抗与正在测量的当前剂量处的阻抗之间的差。通过绘制阻抗变化和杀真菌剂浓度来建立校准响应曲线。将二次方程式用于拟合校准响应曲线。该拟合研究产生了用于根据测试样本来估计杀真菌剂的浓度的多项式校准等式。为了对样本进行测试并且估计杀真菌剂的浓度，使用以下的试验协议。首先将基于硫醇的连结器分子沉积在传感器表面上。将特定于杀真菌剂的单克隆抗体用于检测。将阻断缓冲液用于封闭非特异性结合位点。在中间步骤执行缓冲液清洗以移除未结合至表面的过多的分子。将施加阻断缓冲液之后在缓冲液清洗处执行的阻抗测量用作基线或对照阻抗。然后，将测试样本施加于传感器表面并且执行阻抗测量。计算测试样本的阻抗并且将其用于上面所讨论的二次方程式中，以估计测试样本中的蛋白生物标记的浓度。
通过测量阻抗变化来检测各种杀真菌剂的存在并且对其进行量化，该阻抗变化是杀真菌剂结合至固定在电极表面上的适体或抗体的结果。可以将适体或低聚核苷酸探针用于生物标记和生物分子的捕获及检测。
根据本公开内容可以在没有不当实验的情况下作出和执行本文所公开的和请求保护的所有方法。虽然已经依据优选的实施方式描述了本发明的组合物和方法，但是对于本领域技术人员而言明显的是，可以在不偏离本发明的构思、精神和范围的情况下将变型应用于方法以及应用到本文所述的方法的步骤中或一系列步骤中。更特别地，明显的是，在化学方面和生理学方面均相关的某些制剂可以替代本文所述的制剂，同时可以实现相同或类似的结果。所有这样类似的对于本领域技术人员而言明显的替代物和修改被认为在由所附权利要求限定的精神、范围和构思的范围内。
参考文献
以下参考文献，就其提供了补充本文所述内容的示例性程序上的或其它细节而言，通过引用被特别地合并到本文中。
Reighard&Barendt,“ConformalCoatingProcessControls:TheManufacturingEngineer’sAid.”APEX.加利福尼亚州,长滩,2000年3月。
Vestergaard等,Sensors,7(12):3442-58,2007。

Claims (91)

1.一种使用手持测量装置和共形分析物传感器电路来检测或量化样本中的目标分析物的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供具有参考电极和工作电极的共形分析物传感器电路；
(b)在所述共形分析物传感器电路的所述参考电极与所述工作电极之间施加交流输入电压；
(c)在最小频率与最大频率之间改变所述交流输入电压的频率；
(d)使用可编程增益放大器来放大在所述参考电极与所述工作电极之间流动的输出电流；
(e)使用可编程微控制器通过将所述输入电压与所述输出电流进行比较来计算阻抗；以及
(f)使用可编程微控制器根据所计算的阻抗来检测目标分析物或计算目标分析物浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入电压具有2Hz的最小频率和15kHz的最大频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入电压具有50Hz的最小频率和15kHz的最大频率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述输入电压的频率以2Hz的增量变化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述输入电压为正弦曲线的。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述输入电压为锯齿波。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述输入电压为方波。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述输入电压为三角波。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述输入电压在1mV与10V之间。
10.根据权利要求1至8所述的方法，其中，所述输入电压在1mV与100mV之间。
11.根据权利要求1至8所述的方法，其中，所述输入电压在100mV与10V之间。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述输出电流在10pA与10mA之间。
13.根据权利要求1至11所述的方法，其中，所述输出电流在10pA与100nA之间。
14.根据权利要求1至11所述的方法，其中，所述输出电流在100nA与10mA之间。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述输出电流被按照1与200之间的因子进行放大。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，还包括：使用可编程微控制器来计算所述输入电压与所述输出电流之间的相位差。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，还包括：使用可编程微控制器通过应用傅里叶变换来计算作为频率的函数的阻抗。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，还包括：使用可编程微控制器，使用利萨如曲线来计算阻抗。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，还包括：使用多片分割和信号分析来计算作为频率的函数的阻抗。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，还包括：在LCD显示器上显示所计算的目标分析物浓度。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，还包括：在LCD显示器上显示输出。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：在智能电话上显示输出。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，还包括：使用小型操纵杆来提供输入。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，还包括：使用智能电话来提供输入。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中，所计算的阻抗为非法拉第的。
26.一种共形分析物传感器电路，包括：
固体衬底，所述固体衬底具有包括多孔纳米织构衬底的上表面；
导电材料，所述导电材料在电路设计中位于所述固体衬底的所述上表面上，从而创建包括工作电极和参考电极的电路。
27.根据权利要求26所述的分析物传感器电路，其中，所述多孔纳米织构衬底具有10×105至10×1020个孔隙/cm2的孔隙率。
28.根据权利要求26所述的分析物传感器电路，其中，所述多孔纳米织构衬底具有10×107至10×1016个孔隙/cm2的孔隙率。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述多孔纳米织构衬底为绝缘衬底。
30.根据权利要求26所述的分析物传感器电路，其中，所述多孔纳米织构衬底为纸或硝化纤维。
31.根据权利要求30所述的分析物传感器，其中，所述多孔纳米织构衬底被用聚合物进行处理。
32.根据权利要求26至31中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括疏水涂层。
33.根据权利要求26至31中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括表面涂层。
34.根据权利要求26至33中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括径迹蚀刻膜。
35.根据权利要求26至33中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括酸蚀刻膜。
36.根据权利要求26至33中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括阳极化处理的膜。
37.根据权利要求26至33中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括聚合物膜。
38.根据权利要求26至33中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括陶瓷膜。
39.根据权利要求26至33中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述衬底还包括电沉积膜。
40.根据权利要求26至39中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述导电材料为导电墨或半导电墨。
41.根据权利要求40所述的分析物传感器电路，其中，所述半导电墨包括碳墨及添加物。
42.根据权利要求40所述的分析物传感器电路，其中，所述导电墨为注入了碳、银或金属纳米颗粒的碳墨。
43.根据权利要求42所述的分析物传感器电路，其中，注入了金属纳米颗粒的碳墨被注入金、铂、钽、银、铜、锡或字素。
44.根据权利要求26至43中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述电路为非线性电路。
45.根据权利要求26至43中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述电路为非欧姆电路。
46.根据权利要求26至45中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述电路被进一步限定为基电极表面。
47.根据权利要求46所述的分析物传感器电路，其中，所述基电极表面还连接至源电路。
48.根据权利要求47所述的分析物传感器电路，其中，所述源电路为恒电位器。
49.根据权利要求47所述的分析物传感器电路，其中，所述源电路为电压源。
50.根据权利要求47所述的分析物传感器电路，其中，所述源电路为电流源。
51.根据权利要求26至50中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述电路不包含捕获配体或标记分子。
52.根据权利要求26至50中任一项所述的分析物传感器电路，其中，所述共形分析物传感器还包括氧化还原材料。
53.根据权利要求26至52中任一项所述的共形分析物传感器电路，其中，所述分析物传感器电路通过包括以下步骤的方法来装配：
(a)提供固体多孔纳米织构衬底；以及
(b)使用导电材料将所述分析物传感器电路设计转移到所述多孔纳米织构衬底的所述上表面上。
54.根据权利要求53所述的电路，其中，转移所述电路设计包括浸渍涂敷。
55.根据权利要求54所述的分析物传感器电路，其中，所述电路的特征分辨率达到100纳米/0.1微米。
56.根据权利要求53所述的分析物传感器电路，其中，转移所述电路设计包括凸印。
57.根据权利要求56所述的分析物传感器电路，其中，所述电路的特征分辨率达到100纳米/0.1微米。
58.根据权利要求56所述的分析物传感器电路，其中，转移所述电路设计包括：在3D打印机上设计所述电路，并且将所述电路凸印到所述衬底上。
59.根据权利要求58所述的分析物传感器电路，其中，所述电路的特征分辨率达到100纳米/0.1微米。
60.根据权利要求53所述的分析物传感器电路，其中，转移所述电路设计包括：掩模和光刻。
61.根据权利要求60所述的分析物传感器电路，其中，所述电路的特征分辨率为1至10微米。
62.一种检测目标分析物的方法，包括：
将样本滴在根据权利要求26至61中任一项所述的共形分析物传感器电路上，其中，所述样本通过毛细作用穿过所述多孔纳米织构衬底到所述工作电极和所述参考电极上；
将所述共形分析物传感器电路附接至源电路；以及
用所述源电路来检测所述样本中的所述目标分析物。
63.根据权利要求62所述的方法，其中，所述源电路为恒电位器。
64.根据权利要求62所述的方法，其中，所述源电路为电压源。
65.根据权利要求62所述的方法，其中，所述源电路为电流源。
66.根据权利要求62至65中任一项所述的方法，其中，所述样本包含1至10微升的流体。
67.根据权利要求62至66中任一项所述的方法，其中，所述目标分析物为蛋白质、DNA、RNA、SNP、小分子、病原体重金属离子或生理离子。
68.根据权利要求62至67中任一项所述的方法，其中，所述样本未被标记。
69.根据权利要求62至68中任一项所述的方法，其中，检测所述目标分析物包括检测电变化。
70.一种用于测量目标分析物的手持装置，包括：
(a)可编程增益放大器，所述可编程增益放大器被配置成能够工作耦接至工作电极和参考电极；
(b)可编程微控制器，所述可编程微控制器能够工作耦接至所述可编程增益放大器、所述工作电极和所述参考电极；
其中，所述可编程微控制器能够进行操作以在所述工作电极与所述参考电极之间施加交流输入电压；其中，所述可编程微控制器能够进行操作以在最大频率与最小频率之间改变所述交流输入电压的频率；所述可编程增益放大器能够进行操作以放大在所述工作电极与所述参考电极之间流动的交流输出电流；所述可编程微控制器能够进行操作以通过将所述输入电压和所测量的输出电流进行比较来计算阻抗；以及，所述可编程微控制器能够进行操作以根据所计算的阻抗来计算目标分析物浓度。
71.根据权利要求70所述的手持测量装置，其中，所述最小频率为2Hz，所述最大频率为15kHz。
72.根据权利要求70所述的手持测量装置，其中，所述最小频率为50Hz，所述最大频率为15kHz。
73.根据权利要求70至72所述的手持测量装置，其中，所述微控制器能够进行操作来以2Hz的增量改变频率。
74.根据权利要求70至73中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以在所述工作电极与所述参考电极之间施加输入电压，所述输入电压为正弦曲线的。
75.根据权利要求70至73中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以在所述工作电极与所述参考电极之间施加输入电压，所述输入电压为锯齿波。
76.根据权利要求70至73中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以在所述工作电极与所述参考电极之间施加输入电压，所述输入电压为方波。
77.根据权利要求70至73中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以在所述工作电极与所述参考电极之间施加输入电压，所述输入电压为三角波。
78.根据权利要求70至77中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程增益放大器具有在1与200之间的可变增益。
79.根据权利要求70至78中任一项所述的手持测量装置，其中，所述微控制器能够进行操作以施加在1mV与10V之间的输入电压。
80.根据权利要求70至79中任一项所述的手持测量装置，其中，所述手持测量装置能够进行操作以检测10pA或更大的输出电流。
81.根据权利要求70至80中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器包括模数转换器和数模转换器。
82.根据权利要求70至81中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以测量所述输入电压与所述输出电流之间的相位差。
83.根据权利要求70至82中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以对所述输入电压和所述输出电流应用傅立叶变换，以计算作为频率的函数的阻抗。
84.根据权利要求70至83中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以使用利萨如曲线来将所述输入电压和所述输出电流进行比较以计算阻抗。
85.根据权利要求70至84中任一项所述的手持测量装置，其中，所述可编程微控制器能够进行操作以使用多片分割和信号分析来确定阻抗变化最大或最小处的频率。
86.根据权利要求70至85中任一项所述的手持测量装置，还包括：液晶显示器，所述液晶显示器能够工作耦接至所述可编程微控制器；小型操纵杆，所述小型操纵杆能够工作耦接至所述可编程微控制器；其中，所述小型操纵杆能够进行操作以允许用户提供输入；并且所述液晶显示器能够显示输出数据。
87.根据权利要求70至86中任一项所述的手持测量装置，还包括智能电话，所述智能电话能够工作耦接至所述可编程微控制器；其中，所述智能电话能够进行操作以允许用户提供输入；并且所述智能电话能够显示输出数据。
88.根据权利要求86至87中任一项所述的手持测量装置，其中，所述输出数据包括所述目标分析物浓度。
89.根据权利要求70至88中任一项所述的手持测量装置，其中，所述手持测量装置不包含氧化还原探针。
90.一种通过测试多个溶液来校准手持测量装置的方法，所述溶液具有已知目标分析物浓度，所述方法包括：
(a)针对所述多个溶液中的每一个，在参考电极与工作电极之间施加输入电压；
(b)使用可编程微控制器通过将所述输入电压与所述输出电流进行比较来计算所述多个溶液中的每一个的阻抗；
(c)计算等式zi＝b1x2+b2x+c的系数，其中，zi为所述阻抗，x为所述已知目标分析物浓度，以及b1、b2和c为所述系数。
91.一种成套设备，包括：
(a)根据权利要求26至60中任一项所述的共形电路；以及
(b)根据权利要求70至89中任一项所述的手持测量装置。
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