CN107003281A - 用于鉴定水样中生物残留物或化学残留物的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于快速检测液体样品中的生物残留物和/或化学残留物的方法和装置，其中，单电极(910)可非接触地接近流动的水溶液(999)，与所述单电极通信的电计量装置(960)记录电输出。样品(995)的注入或流动引起电磁场的产生；这些场可被记录在电计量装置中，不含预定残留物或目标残留物通常产生最高信号。可用该方法和系统的各实施例进行一般和特定目标检测。

Description

用于鉴定水样中生物残留物或化学残留物的装置和方法

技术领域和背景技术

本发明在其一些实施例中针对检测液体样品中的化学污染物或生物污染物。本国际申请要求于2014年7月15日提交的美国临时专利申请62/024,475的优先权。

发明内容

在一些实施例中，本发明的目的是提供用于通过使部分样品流过疏水性元件同时接近与电计量装置相关联的单电极的动作，来检测水样中至少一种预定残余物的存在的方法和装置。

本发明包括一种用于鉴定液体样品中化学残留物或生物残留物的存在的装置，包括：至少一个无动力电极；电计量装置，所述电计量装置适于与所述电极电通信；至少一个疏水性液体输送元件，所述疏水性液体输送元件放置在所述电极附近并适于接收部分液体样品；射流元件，所述射流元件适于使所述部分液体样品进入所述输送元件，还适于在稍后的时间将所述部分液体样品从所述液体输送元件中移除；计算元件，所述计算元件与所述电计量装置电通信，并适于接收所述电计量装置记录的电信号；软件，所述软件适于在所述计算元件上运行，并适于根据所述电信号确定所述液体样品中化学残留物或生物残留物是否存在；显示元件，所述显示元件与所述计算元件电通信，并适于显示与所述液体样品中所述化学残留物或生物残留物是否存在相关的用户信息；和电能源，所述电能源适于向所述电计量装置、所述计算元件和所述显示元件提供电力。

在该装置的一个方面，所述液体输送元件被实现为移液管尖端、注射器、注射针、管件、管子、水龙头、扩张室(toilet)或移液管。

在该装置的另一方面，所述液体样品被实现为井水、矿泉水、饮用水、自来水、湖水、河水、淡水、储存水、瓶装水、通过反渗透产生的水、蒸馏水、去离子水、解冻的雪或冰、化学处理的水、灰水、污水、废水、循环水、再生水或雨水。

在该装置的另一方面，附加有通信元件，该通信元件适于将数据从计算元件传输到移动电子装置。

在该装置的另一方面，所述附近被测量为所述电极与所述液体输送元件之间的0至20厘米。

在该装置的另一方面，所述至少一个液体输送元件部分地涂覆有结合剂，所述结合剂适于以一定程度的特异性结合至少一种预定化学残留物或生物残留物。

在该装置的另一方面，所述射流元件适于以使得所述部分液体样品通过所述电极但不与所述电极接触的方式喷射所述部分液体样品。

本发明包括一种用于确定液体样品的质量品质的方法，包括以下步骤：提供附接到电计量装置的无动力电极；提供附接到双向液体泵的疏水性移液管尖端，其中，所述移液管尖端适于吸收吸取和喷射液体样品；提供液体样品；用所述泵通过所述一次性移液管尖端吸收吸取所述部分液体样品；使所述部分液体样品沿预定方向流出所述移液管尖端，其中，所述部分液体样品适于通过所述电极但不接触所述电极；当所述部分液体样品流出所述移液管尖端时，用所述电计量装置记录多个电信号；用计算元件分析所述电信号；根据所述电信号确定所述液体样品中污染物的是否存在；以及向用户显示确定的所述液体样品中污染物的是否存在。

在该方法的一个方面，附加有将所述电计量装置附接到便携式电子装置的步骤。

在该方法的另一方面，所述确定包括：将所述电信号与预先针对水样记录的预定电信号进行比较，所述水样不含和含有预定化学污染物或生物污染物。

本发明还包括一种用于记录电信号的装置，所述电信号由相对于固体元件而流动的液体产生，所述装置包括：至少一个电极；电计量装置，所述电计量装置与所述电极电通信；固体元件，所述固体元件适于接触液体材料；射流装置，所述射流装置适于使所述液体材料相对于所述固体元件流动；和显示器，所述显示器用于呈现与所述液体材料的成分相关的信息。

在该装置的一个方面，所述液体是水，且所述成分涉及存在或不存在于所述水中的重金属、有机化合物或生物材料。

在该装置的另一方面，所述固体元件被实现为中空塑料。

在该装置的另一方面，所述电极被实现为多个电极。

在该装置的另一方面，所述显示器选自：多个LED灯、声音、蜂鸣器、灯、图形用户界面、触摸屏、或其任何组合。

在该装置的另一方面，所述装置适于向智能手机发送数据。

除非另有定义，本文使用的所有技术和/或科学术语可具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的一般含义。电表或电计量装置可包括但不限于能够接收和/或处理电信号或输入的电压表、电流表、电阻表、赫兹表、CPS表、示波器、电介质测量单元、EMF测量装置或其它装置、或其组合。“导体”和“电极”可具有其在电学领域中已知的通常理解的含义。本发明的电极通常是无动力的(unpowered)，意味着没有电流或电压施加到所述电极上，尽管本发明实施例中可使用动力电极。

当“疏水性”应用于诸如移液管尖端的固体材料时，该“疏水性”通常可指当使用接触角测角器测量时材料具有60度或更高的水接触角。“水溶液”通常可以是可能包括盐或其它材料的任何水基溶液。“液体输送元件”通常是指能够吸取并随后将液体样品排出到电极中或电极附近的元件，其中所述电极不被润湿。移液管、微升流体分配器、微射流系统和注射器是液体输送元件的非限制性示例。“移动计算装置”可以是蜂窝电话、智能电话、平板计算机、移动计算元件、膝上型计算机或其它适当的计算元件。“残留物”通常可指存在于水溶液中的细菌或化学物质和检测的主体对象。残留物可包括细菌、病毒颗粒、预定化学品或化学类别、金属、小分子、大分子或其它预定材料或材料组。“粘合结合剂”通常可指抗体、核酸、受体或其它分子/大分子，其可粘接与预定靶目标或靶目标组结合或以一些一定程度的特异性相互作用与预定靶目标或靶目标组相互作用。分析物、残留物或靶目标通常可以是作为检测和/或定量对象的材料。细菌和病毒以及重金属和有机农药是本发明的潜在的残留物的非限制性示例。“塑料元件”通常可以指由塑料或聚合物制成的任何材料。优选的塑料元件是聚丙烯微量移液管尖端。

关于水或其它液体的“品质”通常可指不存在或存在污染物。良好品质的样品可不含预定生物和/或化学污染物或残留物，而低品质的样品可具有生物和/或化学污染物或残留物。这些污染物可由地区、国家、国际、个人或工业标准来定义。

附图说明

本文参考附图仅以示例的方式对本发明的一些实施例进行描述。现在具体详细地参考附图，强调的是，所示出的细节作为示例并用于本发明实施例的说明性讨论。在这点上，结合附图进行的描述使得本领域技术人员明白如何实施本发明的实施例。注意的是，各附图中类似元件将具有相同的编号，以100的适当倍数推进。在附图中：

图1示出了本发明的方法的流程图；

图2-图4示出了适于实施本发明的方法的装置的照片；

图5-图8示出了用先前参考的装置运行的实验的结果；

图9示出了本发明的替代实施例的示意图；

图10示出了利用图9所示的实施例进行的实验的结果；

图11示出了关于饮用水中的污染物水平的一些数据；

图12示出了本发明的适于饮用水品质分析的实施例；

图13示出了与图12所示的实施例有关的数据；

图14示出了与个人水质检查装置相关联的部件的照片；

图15示出了基于本发明实施例的设备的图片；和

图16示出了来自图15所示的装置的输出信号。

具体实施方式

在本发明的一些实施例中，本发明涉及用于通过使液体的一部分通过单电极附近的疏水性元件，来检测液体中化学残留物和/或生物残留物的存在的方法和装置，

当水样被吸取到塑料移液管尖端中时，摩擦电现象使水带正电荷并使该尖端带负电荷。如果水中存在化学残留物和/或生物残留物，则这些残留物也可与塑料移液管尖端相互作用；这些材料还与水相互作用，这种相互作用可能影响水本身与一次性尖端相互作用的方式。当施加力以从移液管尖端移动或喷射水样时，上述相互作用必然被改变或破坏。相互作用的这种变化意味着能量的释放，所述能量与样品喷射前立即建立的水尖端(water-tip)电相互作用相关联。释放的能量中的一些可以是电磁辐射的形式，该电磁辐射可以用适当的无动力电极或天线来检测。

在一些实施例中，本发明建立在从与单个无动力导电电极非接触相邻的疏水性(通常为塑料)元件喷射液体样品的电效应上。从几千个实验中看到，即使水或其它液体与使用中的电极无接触，将水或其它液体的小样品喷射到附接到电压计或类似元件的导电电极附近，会引起电压表等的读数。喷射的液体从不接触电极，该电极在整个实验期间保持干燥。这是本发明的主要优点，因为电极不需要清洁或更换。此外，不必为了测试而添加试剂。当液体不流动时，无论何时均没有任何信号。

成功鉴别污染物通常所需的元素通常如下，该污染物可包括病原菌、蛋白质、重金属离子和有机小分子：

*水样，其通常可以是饮用水样品；

*具有一次性尖端或类似元件的移液器；

*电磁场(EMF)检测器，具有与其相关联的单个被动电极；

*计算元件，适于从与计算元件相关联的检测器和可选软件接收数据，用于解释结果；

*用于检测器和计算元件的电能源；和

*显示元件，用于向用户显示样品品质，其中，品质被定义为不存在或存在生物残留物或化学残留物，所述残留物优选不存在于所述样品中。

在下面的实施例和示例中，更详细地描述了传感器。应当理解的是，在不偏离本发明的精神和意图的情况下，可以非正式地描述其它实施例。

第一实施例

下面注意图1，图1示出了本发明的方法的流程图。本发明包括一种用于确定液体样品的品质的方法，包括以下步骤：提供附接到电计量装置的无动力电极；提供附接到双向液体泵的疏水性移液管尖端，其中，该移液管尖端适于吸取和喷射液体样品；提供液体样品；用泵通过一次性移液管尖端吸取部分液体样品；使所述部分液体样品沿预定方向流出移液管尖端，其中，该部分液体样品适于通过电极但不接触该电极；当该部分液体样品流出移液管尖端时，用电计量装置记录多个电信号；用计算元件分析电信号；根据电信号确定液体样品中污染物是否存在；以及向用户显示确定的液体样品中污染物是否存在。

在该方法的一方面，还具有将电计量装置附接到便携式电子装置的步骤。在该方法的另一方面，所述确定包括：将电信号与预先针对水样记录的预定电信号进行比较，该水样不含和含有预定化学污染物或生物污染物。

在本实施例中，无动力电极通常是圆形的，其中间可以是中空的，通常可以用金制品涂覆，而在一些实施例中，无动力电极可要么围绕移液管尖端缠绕，要么被实现为多个独特电极，这些独特电极围绕移液管尖端或非接触地邻近移液管尖端。移液管尖端通常可选自传统上在实验室使用的一次性聚丙烯移液管尖端，其体积通常在0.5微升至5毫升的范围内。移液管尖端可在内部涂覆有结合剂等，以帮助识别预定目标化学残留物或生物残留物。双向泵通常可吸取样品，并进一步释放吸入到移液管尖端中的样品。泵可被人、计算机等激活，用于吸取和释放样品。应当理解的是，人们可在采集样品的同时进行读数，尽管当对被迫离开尖端的样品进行测量时，输出信号更一致。

在典型的样品中，通过泵将10-100微升的样品吸取到适于容纳200微升的移液管尖端中。样品可在喷射之前被立即喷射、或者可选地允许在喷射之前在尖端中静置预定时间。样品的喷射导致随着水离开，微波水与尖端相互作用而产生电磁(EM)波，这些波由电计量装置识别。如果残留物粘在塑料尖端的内侧，则输出减少；干净的样品比具有不期望化学残留物和/或生物残留物的样品产生更高的振幅输出信号(通常以伏特为单位测量)。

下面注意图2，图2示出了为实现本方法而构建的装置200的照片。装置200适于包括用于将电源作为电池(未示出，以示出电池座205)来实现的配置。装置200还包括数字EMF表218部件，适于以微伏或更高进行读数。该装置包括单个圆的金电极210，其旁边的元件215用于测量和消除背景EMF读数；在本实施例中，与装置200相关联的表218仅使用单个无动力电极210。金电极210适于将移液管尖端保持在该金电极的开放的中间。该装置包括电源开关220和启动按钮225，该启动按钮适于在样品的一部分从位于金电极210内的移液管尖端喷射时启动测量。九个LED灯250(3绿/3黄/3红)适于根据输出而点亮，并用于根据所测试的水样状态警告用户。从样品喷射到LED 250照明的典型测试为约5秒。USB电缆240允许将数据从装置200可选地传输到用于数据存储和分析的计算机(未示出)。

图3示出了装置300的替代摄影视图，在该替代摄影图中，移液管尖端330放置在金电极310内。装置300的右侧是适于保持移液管尖端330的移液管345，该移液管尖端由聚丙烯制成并被考虑一次性使用/一次性。图4示出了位于单个金电极410中的移液管尖端430(为方便未示出移液管)的另一个视图。样品从尖端的喷射似乎产生EM波，该EM波撞击在电极410上并引起电极内电子运动。这些电子运动由装置的EMF计量组件检测，且基于电压的信号被记录和分析。信号结果被中继到LED灯450，该LED灯用作装置400上的显示器。

可在图5-图10中看出本方法的功效。图5示出了检测的水中铅离子(Pb³⁺)的数据。铅是极其危险的潜在的水污染物，尤其是对于发育儿童而言。在图5中，从左到右读取了用负责每个样品的新移液管尖端连续收集的五个数据集。在每个实验中，斯特劳斯水业有限公司(Strauss Water，Ltd)(塔提克瓦，以色列)提供的70微升溶液被吸取到蓝色1000微升的一次性移液管尖端(Tamar科学，阿布·戈什，以色列)中。将具有样品的尖端放置在装置上的电极中(如先前所示并在之前的图中所描述的)。装置的启动按钮被激活，且移液管(埃普多夫，1000微升)喷射按钮被手动按压以从尖端排出液体。液体被释放到免洗杯中。在从尖端释放水样期间，装置的电计量组件读取来自电极的电压读数。在任何时间，液体与电极之间没有接触，且在一些实施例中，尖端可距电极20厘米，且读数(尽管更小)可被记录。在一些实施例中，可以自动进行样品吸取和/或释放。

图5从左到右示出了干净的水(来自反渗透的自来水)A；具有5ppb铅离子的相同的水B；具有10ppb铅离子的相同的水C；具有50ppb铅离子的相同的水D；和具有100ppb铅的相同的水E。在无样品或样品喷射时，即使样品存在于电极中的尖端中，背景值是～2,000uV。样品A，干净的水示出了以4000微伏(uV)终止的单峰，即装置的检测上限。根据美国标准合法的5ppb铅示出了4,000微伏的峰，但也包括可向下达到1,500微伏的小峰(类似于测试A中的峰)。10ppb铅离子，是根据国家科学基金会(NSF)标准污染水的阈值，引入了新的峰值，该峰值降至500微伏。50ppb示出了相同的峰，但效果更好。最后，100ppb的铅示出了新的4,000微伏的峰，其与水的峰无关。

图5数据示出了，在数秒内，用户——例如要么是实验室技术人员要么是私人消费者——可看到水根据存在的不期望的危险重金属离子而与一次性尖端相互作用的差异。5ppb样品示出为与无铅水没有显著差异，但是与10ppb和更高的相比，差异非常明显，存在高铅的“坏”水导致装置的红色LED熄灭(替代地，三个绿色LED用于干净或略微污染的水)。Y轴以微伏测量，而X轴是读数，约每秒100个读数的采样率。

图6示出了在实验室水(三重蒸馏，去离子，化学实验室，希伯来大学，耶路撒冷，以色列)中检测的致病性大肠杆菌0157：H7细菌。样品A是实验室水，并示出了3000uV处的峰和4000uV处的主峰。样品B包括每毫升约50CFU的致病性大肠杆菌0157：H7细菌。存在低于3000uV的两个小峰、以及向下达到约900uV的非常大的负峰。照片680示出了样品B的麦康基氏琼脂板，其示出了存在非常少量的大肠杆菌。该琼脂板需要8小时以发展；样品B的测试在少于5秒内结束。可采用软件来识别输出模式并将其与特定污染物相关联。

下面注意图7，图7示出了应用本方法的结果。信号A表示装置在没有尖端或样品的情况下进行的背景测试。背景测试通常在尖端不在电极中的情况下进行，但如果尖端的内含物留在原处，任何人也可在尖端位于电极中的情况下进行背景测试：如果样品未被喷射或未流过或流出尖端，则没有超过背景2000uV的信号。信号B表示耶路撒冷自来水，看到两个峰，一个在约3000uV处，另一个达到4000uV，即装置电压灵敏度的极限。信号C表示自来水中的纳米/毫升量的牛血清白蛋白(BSA，西格玛奥德里奇，密尔沃基)。最高峰值小于3000uV，且记录了一个下降至1000微伏的负峰值。因此，该系统对蛋白质检测显示出极大的灵敏度，这对于恐怖分子试图通过公共饮用水损害大量人群所使用的可能的蓖麻毒蛋白等是重要的。信号D表示自来水中的毫克/毫升量的BSA——要注意信号被全部擦除(～2000微伏是背景值)。

下面注意图8，图8示出了无氯仿的水与具有10ppb氯仿的水的比较，氯仿是非常有问题的水污染物。区域A和C中的信号是矿泉水(恩戈地，以色列)，区域B和D中的信号是具有稀释到10ppb的氯仿(以色列化工集团，海法，以色列)的相同矿泉水。可以看出，水样再次显示达到4,000uV的主峰，而受污染的样品显示没有负信号。

本方法已经被结合到专用装置，该专用装置已经成功地用于检测实验室水、自来水和矿泉水中的重金属、制病菌、蛋白质和有机小分子。检测时间以秒计，且系统在检测中使用的样品与单电极之间没有接触。检测灵敏度在美国法律规定的范围内。

应当理解和意识到的是，可以在吸取样品之前将移液管尖端放置在电极附近；所描述的顺序不是强制性的。另外地或替代地，移液管尖端不必在电极的中间；如果样品从尖端的喷射发生在电极的20厘米内，则可用电极记录读数。

第二实施例

本发明包括一种用于鉴定液体样品中化学残留物或生物残留物的存在的装置，包括：至少一个无动力电极；电计量装置，该电计量装置适于与电极电通信；至少一个疏水性液体输送元件，该疏水性液体输送元件放置在电极附近并适于接收部分液体样品；射流元件，该射流元件适于使该部分液体样品进入输送元件，还适于在稍后的时间将该部分液体样品从液体输送元件中移除；计算元件，该计算元件与电计量装置电通信，并适于接收电计量装置记录的电信号；软件，该软件适于在计算元件上运行，并适于根据电信号确定液体样品中化学残留物或生物残留物是否存在；显示元件，该显示元件与计算元件电通信，并适于显示与液体样品中化学残留物或生物残留物是否存在相关的用户信息；和电能源，该电能源适于向电计量装置、计算元件和显示元件提供电力。

在该装置的一个方面，液体输送元件被实现为移液管尖端、注射器、注射针、管件、管子、水龙头、扩张室或移液管。在该装置的另一方面，液体样品被实现为井水、矿泉水、饮用水、自来水、湖水、河水、淡水、储存水、瓶装水、通过反渗透产生的水、蒸馏水、去离子水、解冻的雪或冰、化学处理的水、灰水、污水、废水、循环水、再生水或雨水。在该设备的另一方面，可附加地存在适于将数据从计算元件传送到移动电子装置的通信元件。这种元件可包括用于将数据从装置传送到智能手机等的WiFi、蓝牙、红外辐射(IR)或其它技术。在该装置的另一方面，该附近被测量为电极与液体输送元件之间的0至20厘米。在该装置的另一方面，至少一个液体输送元件部分地涂覆有结合剂，该结合剂适于以一定程度的特异性结合至少一种预定化学残余物或生物残余物。在该装置的另一方面，射流元件适于以使得该部分通过电极但不与电极接触的方式喷射该部分液体样品。

化学残留物可以是任何化学材料。生物残留物可以是任何生物物质，包括但不限于细菌、病毒、病毒颗粒、孢子、真菌和任何天然产物，该任何天然产物包括但不限于蛋白质、核酸，氨基酸、脂肪、维生素或生物标志物。液体可以是任何液体，包括但不限于水基溶液。在本实施例中，可以使用有机溶剂和液体。单电极通常是其一端附接到电计量装置的导电材料。关于电极的“被动”通常可意味着计量装置或其它源未向单电极施加电压、电流或其它信号。计量装置可测量液体在研究分析期间产生的一个或多个电信号。计算元件通常可以是基于处理器的元件。计算元件可专用于装置，或者可被实现为移动计算装置的一部分，该移动计算装置诸如为智能手机、手表、平板计算机或谷歌眼镜等。软件可被实现为多个软件元件，且它们可与计算元件相关联或者位于另一位置并且可由计算元件访问。显示元件的示例包括适于向用户提供与液体中化学残留物和/或生物残留物是否存在相关的信息的LED、图形用户界面、触摸屏、计算机屏幕、智能手机屏幕或其它显示元件。该信息可以是一般的，例如存在一些污染物，或者该信息可以是特定的，识别有问题的材料，例如特定的菌株或重金属。

下面注意图9。用于检测液体样品中的化学污染物或生物污染物的装置900包括附接到导电电极910的电计量元件960。该计量元件960还与计算元件970和显示器980电通信。能量源905也可被提供，并适于向计量元件960、计算元件970和显示器980提供电能。能量源905可包括电池、本地电力(壁式插座)、手动电力或任何其它相关电源。软件可在计算元件970上运行，以便当液体样品的部分995从移液管尖端930或其它液体输送元件喷射999时，解释计量元件960记录的电信号。尖端930可与电极910间隔X厘米，其中X通常在0和20厘米之间。0厘米意味着电极910与移液管尖端930接触—但是电极保持干燥；液体部分995与电极910之间从不接触。该部分995可以可选地在尖端930或类似元件内移动，而实际上并不喷射999到尖端外部(从尖端930的一部分移动到另一部分)。

图10示出了用于伏特加分析的数据。从本实施例中所述的实验装置收集数据，移液管尖端与电极之间的距离为3.5厘米。信号A包括每次使用70微升司木露(英格兰)伏特加酒、48％酒精的三次连续实验。信号B是每次使用70微升50％稀释(用水)伏特加的三次连续实验。随着乙醇浓度降低，水信号增加，这允许检测稀释的伏特加样品。

第三实施例

本发明还包括用于记录电信号的装置，该电信号由相对于固体元件而流动的液体产生，该装置包括：至少一个电极；电计量装置，该电计量装置与电极电通信；固体元件，该固体元件适于接触液体材料；射流装置，该射流装置适于使液体材料相对于固体元件流动；和显示器，该显示器用于呈现与液体材料的成分相关的信息。

在该装置的另一方面，液体是水，且成分涉及存在或不存在于水中的重金属、有机化合物或生物材料。在该装置的另一方面，固体元件被实现为中空塑料。在该装置的另一方面，电极被实现为多个电极。在该装置的另一方面，显示器选自：多个LED灯、声音、蜂鸣器、灯、图形用户界面、触摸屏、或其任何组合。在该装置的另一方面，装置适于向智能手机发送数据。

饮用水的安全对几乎每个国家都至关重要。图11示出了饮用水中可能的污染物及其浓度极限的部分列表。本实施例涉及水中潜在危害的检测，该潜在危害包括但不限于细菌、病毒、真菌、有机小化合物、重金属、农药、药物和生物材料。本实施例可用作早期预警系统，将水定义为可接受的使用或不可接受，而没有与存在的化学残留物和/或生物残留物相关的具体细节。替代地和附加地，本实施例可单独使用或以多路复用模式使用，以检测水样中的特定问题成分或多个特定问题成分。在一些实施例中，移液管尖端或类似的液体输送工具可根据其材料或性质进行选择，或者可用抗体、受体、DNA或其它材料涂覆，以便帮助界定存在于水样品中的特定材料或材料种类。

本实施例的重要性在于每个消费者测试他/她的水的能力。在水测试是强制性的发达国家，所有测试都发生在水生产点——在城市用水的情况下，距消费者数十英里远或更远。未对于生产者和消费者之间的破碎管道、生锈管道或旧管道进行考虑。在不发达国家，可能没有或很少有水质监督。本实施例可以以笔的形式或其它用户友好的形式进行，以便于使用。由于响应并输出到显示器上在几秒钟内发生，因此消费者可知道水是否安全饮用。在一些实施例中，适当的装置可通过电缆或无线地与移动电子装置通信。

下面注意图12。用于检测饮用水样中的化学污染物或生物污染物的装置1200包括附接到导电电极1210的电计量元件1260。计量元件1260还与计算元件1270和显示器1280电通信。能量源1205也可被提供，并适于向计量元件1260、计算元件1270和显示器1280提供电能。软件可在计算元件1270上运行，以便当饮用水样的一部分1295从移液管尖端1230或其它液体输送元件喷射1299时，解释计量元件1260记录的电信号。尖端1230可与电极1210间隔X厘米，其中X通常在0和5厘米之间，尽管它可以更大。0厘米意味着电极1210与移液管尖端1230接触；液体部分1295与电极1210之间从不接触。

图13示出了饮用水测试的结果。样品1和2是佩塔提克瓦(以色列)自来水，样品1通过木炭过滤器处理，样品2通过反渗透处理。每个样品通过电镀平板接种显示每毫升1000至2000个非大肠杆菌的菌落形成单位(CFU)。样品3-6分别显示了每毫升具有2000个、500个、17个和2个大肠杆菌CFU的样品。可以看出，即使在非常低的细菌浓度下，样品3-6中大肠杆菌的存在导致去除了水的4000uV峰，并增加了两个达到1500uV值和1000uV值的负峰。第一个样品适合饮用，大的4000uV峰值表示适合饮用。少量的污染物大肠杆菌将样品标识为不纯且需要清除处理。

图14示出了与基于本实施例的微型检测装置相关联的电子器件。靠近美国地区的印刷电路板(PCB)PCB 1498适于检测水中的生物和化学残留物并报告该生物和化学残留物。PCB 1498包括电极1410和在相对侧上的第二电极(未示出)；第二电极测量并消除EM噪声噪音。下面注意图15，先前描述的PCB 1598被并入到装置1500中，在该装置中，电极1510(被防水涂层覆盖)与0.5-10微升的一次性移液管尖端1530相距固定距离4毫米。射流元件1590使40微升的液体通过按钮1591机制传输到移液管尖端1530中。按钮1591的释放使液体从移液管尖端1530流出并同时激活电极1510中的电测量。电信号由与装置1500相关联的处理器(不可见)控制和分析，LED显示器1550显示液体是否可安全饮用。在该图中，红色LED1550被激活，这表明所测试的水样不适合于人类消费饮用。装置1500包括内部或外部电池电源、以及用于将数据传递到计算装置1509的可选USB端口1597，计算装置的输出在图16中示出。大的负峰A与干净的水相关，而受大肠杆菌污染的水与平的输出B相关。Y轴以电压单位计，而X轴显示读数。

预期源自本申请的专利成熟期间，用于测量液体样品中的残留物的额外系统以及本发明术语的范围旨在包括所有这些推理得出的新技术。

本文所用的术语“约”是指□10％。

术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”、“包含(including)”“具有”及其变型意味着“包括但不限于”。

术语“由...组成”意味着“包括并限于”。

术语“基本上由...组成”意味着该方法或结构可包括另外的成分、步骤和/或部件，但是仅当附加成分、步骤和/或部件未实质地改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新颖特性时。

应当理解的是，本发明可完全或部分地集成到多个不同的装置中，该装置包括食品安全或人类诊断装备。应当理解的是，本发明的实施例可允许顺序地或同时地测量许多样品，而以上图中所示的单个实验仅仅是为了方便。一个明显的实施例是使用罗盘或类似装置，其中移动的水或其它液体将引起金属或磁性元件的位移。位移量将反映液体的状态和任何预定残留物的存在或不存在。

本文所使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”均可包括多种化合物，包括其混合物。

每当本文指示数值范围时，其意在包括所示范围内的任何引用的数字(分数或整数)。短语第一指示数字与第二指示数字“之间的范围(ranging/ranges)”和“从第一指示数字至第二指示数字的范围(ranging/ranges)”在本文中可互换使用，并意味着包括第一指示数字和第二指示数字、以及它们之间的所有分数和整数数字。

虽然已经结合本发明具体实施例描述了本发明，但是显然许多替代、修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在包括落入到所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这样的替代、修改和变型。本发明可用于多种应用，这些应用包括但不限于城市水测试、饮料水测试、饮料测试、人类诊断、食品安全、国土安全、以及水和食品的饮用者测试。

应当理解的是，为了清楚起见，本发明在不同实施例上下文中描述的某些特征也可在单个实施例中组合提供。相反地，为了简洁，本发明在单个实施例上下文中描述的各个特征也可单独地提供、或以任何合适的子组合提供、或在本发明的任何其它描述的实施例中适当地提供。在各实施例上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些元件的情况下不工作。例如，显然可将样品注入到空容器中，该空容器中具有或不具有导电性元件；人们不必使容器中存在溶液以进行读数，尽管如果将样品注入到容器的一部分中的水溶液中，则读数趋于更一致。

在前面的实施例中，液体输送元件已经被描述为非导电的；在一些实施例中，通常实现为一次性移液管尖端的液体输送元件可以部分或整体导电。在一些这种实施例中，优选一次性导电聚合物移液管尖端。此外，虽然实施例一般描述从移液管尖端或类似的液体处理元件注射或喷射样品，但应当理解的是，可替代地或附加地在样品被吸取到移液管尖端等的同时，用电压表或类似电计量元件进行测量。

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用整体并入到本说明书中，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指示为通过引用并入本文。此外，本申请中任何参考文献的引用或识别不应被解释为承认这样的参考文献可作为本发明的现有技术。在使用章节标题的程度上，它们不应被解释为必然限制。

Claims (15)

1.一种用于鉴定液体样品中化学残留物或生物残留物的存在的装置，包括：

至少一个无动力电极；

电计量装置，所述电计量装置适于与所述无动力电极电通信；

至少一个疏水性液体输送元件，所述疏水性液体输送元件放置在所述电极附近并适于接收部分液体样品；

射流元件，所述射流元件适于使所述部分液体样品进入所述液体输送元件，还适于在稍后的时间将所述部分液体样品从所述液体输送元件中移除；

计算元件，所述计算元件与所述电计量装置电通信，并适于接收所述电计量装置记录的电信号；

软件，所述软件适于在所述计算元件上运行，并适于根据所述电信号确定所述液体样品中化学残留物或生物残留物是否存在；

显示元件，所述显示元件与所述计算元件电通信，并适于显示与所述液体样品中所述化学残留物或生物残留物是否存在相关的用户信息；和

电能源，所述电能源适于向所述电计量装置、所述计算元件和所述显示元件提供电力。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述液体输送元件被实现为移液管尖端、注射器、注射针、管件、管子、水龙头、扩张室或移液管。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述液体样品被实现为井水、矿泉水、饮用水、自来水、湖水、河水、淡水、储存水、瓶装水、通过反渗透产生的水、蒸馏水、去离子水、解冻的雪或冰、化学处理的水、灰水、污水、废水、循环水、再生水或雨水。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述附近被测量为所述电极与所述液体输送元件之间的0至20厘米。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个液体输送元件部分地涂覆有结合剂，所述结合剂适于以一定程度的特异性结合至少一种预定化学残留物或生物残留物。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述射流元件适于以使得所述部分液体样品通过所述电极但不与所述电极接触的方式喷射所述部分液体样品。

7.一种用于确定液体样品的品质的方法，包括以下步骤：

提供附接到电计量装置的无动力电极；

提供附接到双向液体泵的疏水性移液管尖端，其中，所述移液管尖端适于吸取和喷射液体样品；

提供液体样品；

用所述泵通过所述一次性移液管尖端吸取部分液体样品；

使所述部分液体样品沿预定方向流出所述移液管尖端，其中，所述部分液体样品适于通过所述电极但不接触所述电极；

当所述部分液体样品流出所述移液管尖端时，用所述电计量装置记录多个电信号；

用计算元件分析所述电信号；

根据所述电信号确定所述液体样品中污染物是否存在；以及

向用户显示确定的所述液体样品中污染物是否存在。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括将所述电计量装置附接到便携式电子装置的步骤。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述确定包括：将所述电信号与预先针对水样记录的预定电信号进行比较，所述水样不含和含有预定化学污染物或生物污染物。

10.一种用于记录电信号的装置，所述电信号由相对于固体元件而流动的液体产生，所述装置包括：

至少一个电极；

电计量装置，所述电计量装置与所述电极电通信；

固体元件，所述固体元件适于接触液体材料；

射流装置，所述射流装置适于使所述液体材料相对于所述固体元件流动；和

显示器，所述显示器用于呈现与所述液体材料的成分相关的信息。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述液体是水，且所述成分涉及存在或不存在于所述水中的重金属、有机化合物或生物材料。

12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述固体元件被实现为中空塑料。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电极被实现为多个电极。

14.根据权利要求10所述的装置，其中，所述显示器选自：多个LED灯、声音、蜂鸣器、灯、图形用户界面、触摸屏、或其任何组合。

15.根据权利要求10所述的装置，其中，所述装置适于向智能手机发送数据。