CN107110807B - 用于检测分析物的方法和系统 - Google Patents

Abstract

实施方式提供用于检测一种或多种样品中的一种或多种分析物的存在的分析物检测系统和方法。在检测方法中，将样品和感应化合物引入通道。在第一方向上在通道的长度的两端施加第一电位差，并且检测第一电特性值。随后，在第二相反反向上在通道的长度的两端施加第二电位差，并且检测第二电特性值。基于第一和第二电特性值之间的比较确定通道中是否存在分析物。

Description

用于检测分析物的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请是2014年10月6日提交的、名称为“用于检测分析物的系统”的美国专利申请第14/507,825号的部分接续申请；是2014年10月6日提交的、名称为“用于检测分析物的方法”的美国专利申请14/507,828的部分接续申请；是2014年10月6日提交的、名称为“用于检测汞的系统和方法”的美国专利申请14/507,818的部分接续申请；是2014年10月6日提交的、名称为“用于检测银的系统和方法”的美国专利申请14/507,820的部分接续申请；并且是2014年11月7日提交的、名称为“用于检测核酸的系统和方法”的美国专利申请14/535,378的部分接续申请，这些专利申请通过引用以其整体并入。

背景技术

化学和生物分析物的敏感性和选择性检测对于医疗和环境试验与研究具有重要的意义。例如，医院和实验室常规测试生物样品以在重金属中毒诊断中检测具有潜在毒性的物质，如汞和银。同样地，测量生物分子如核酸是现代医学的基础，并且用在医疗研究、诊断、治疗和药物开发中。

纳米孔测序技术是检测核酸分子的常规方法。纳米孔测序的概念利用纳米孔开口(nanopore aperture)，该纳米孔开口是横向贯穿脂质双层膜的小洞或小孔，即贯穿膜的深度或厚度尺寸。纳米孔测序涉及到使核苷酸穿过膜中的纳米孔，即沿膜的深度或厚度尺寸在膜的顶表面和底表面之间移动。可在膜的深度或厚度尺寸上施加电势差，以促使核苷酸穿过纳米孔。在核苷酸穿过纳米孔时，检测到核苷酸的环境的物理变化(例如，通过纳米孔的电流)。基于检测到的电流的变化，可以对核苷酸进行鉴定和测序。

用于改进和扩大核苷酸检测的常规系统和技术的范围的区域已经得到了鉴定，并且技术方案已经在示例性实施方式中得到了实现。

发明内容

根据一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性的电特性值；访问参照电特性值，所述参照电特性值与将样品引入通道之前沿通道的长度的至少一部分的通道的电特性有关联；比较测量到的电特性值和参照电特性值；并且，基于测量到的电特性值与参照电特性值之间的比较确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在通道中有样品的情况下，沿与第一测量步骤中测量的通道的长度的相同部分测量通道的一种或多种电特性；基于在通道中有样品的情况下测量到的通道的一种或多种电特性确定样品通道电特性值；确定样品通道电特性值与参照通道电特性值之间的任何差异；并且，如果样品通道电特性值与参照通道电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将样品和感应化合物引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品和感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性值；从存储器访问参照电特性值，所述参照电特性值与通道的长度的至少一部分有关联；确定测量到的电特性值与参照电特性值之间的任何差异；并且，如果测量到的电特性值与参照电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将感应化合物引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在将样品和感应化合物引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将感应化合物引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将样品引入通道；在将样品和感应化合物引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将感应化合物与样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将感应化合物引入通道；在将样品和感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将感应化合物引入通道；在将样品和感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将感应化合物与样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：用感应化合物涂覆通道的内表面的至少一部分，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在用感应化合物涂覆通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；并且，存储参照通道电特性值，用于确定引入通道的样品中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在分析物的方法。所述方法包括：将样品和感应化合物引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。所述方法还包括：在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度两端施加第一电位差。所述方法还包括：在施加第一电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第一电特性值。所述方法还包括：在沿通道的长度的第二方向上在通道的长度两端施加第二电位差，第二方向与第一方向相反。所述方法还包括：在施加第二电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第二电特性值。所述方法还包括：比较第一电特性值和第二电特性值。所述方法还包括：基于第一电特性值与第二电特性值之间的比较确定通道中是否存在分析物。

根据一种示例性实施方式，提供一种检测系统。所述检测系统包括基板，所述基板具有至少一个通道，所述至少一个通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。所述检测系统还包括：与至少一个通道的第一端部流体连通的第一端口和与至少一个通道的第二端部流体连通的第二端口。所述检测系统还包括：电连接在至少一个通道的第一端部处的第一电极和电连接在至少一个通道的第二端部处的第二电极。第一电极与第二电极分别与至少一个通道的第一端部和第二端部电连接，以形成通道电路。所述通道电路具有电特性并且被配置为使得在至少一个通道中存在导电流体时，所述导电流体改变通道电路的电特性。检测系统还包括第一电极和第二电极电通信的分析物检测电路。所述分析物检测电路包括与第一电极和第二电极电通信的测量电路。所述测量电路具有测量电路输出，所述测量电路输出包括表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值。所述分析物检测电路包括存储器，所述存储器与测量电路输出电通信并且配置为存储表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述一个或多个值包括至少通道电路的电特性的第一值和通道电路的电特性的第二值。所述分析物检测电路还包括与存储器电通信且将至少第一值和第二值作为输入的比较电路。所述比较电路被配置为至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比较电路输出。所述比较电路输出表示至少一个通道中是否存在分析物。

根据另一种示例性实施方式，提供一种检测系统。所述检测系统包括：基板，所述基板具有至少一个通道，所述至少一个通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。所述检测系统还包括与至少一个通道的第一端部流体连通的第一端口和与至少一个通道的第二端部流体连通的第二端口。所述检测系统还包括：电连接在至少一个通道的第一端部处的第一电极和电连接在至少一个通道的第二端部处的第二电极。第一电极与第二电极分别与至少一个通道的第一端部和第二端部电连接，以使得在至少一个通道中存在导电流体时，所述导电流体使第一电极与第二电极之间的电路完整。检测系统还包括与第一电极和第二电极电通信的分析物检测电路。所述分析物检测电路被配置为测量第一电极与第二电极之间的一种或多种电特性。所述分析物检测电路包括存储器，所述存储器被配置为存储测量到的电特性值。分析物检测电路还包括比较电路，所述比较电路被配置为基于测量到的电特性值检测至少一个通道中分析物的存在。

根据另一种示例性实施方式，提供一种检测系统。所述检测系统包括：用于容纳流体流动的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第一末端引入流体的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第二末端输出流体的装置；用于检测用于容纳流体流动的装置的第一末端和第二末端之间流体的电特性的第一值和第二值的装置；和用于基于电特性的第一值和第二值之间的差异确定流体中是否存在分析物的装置。

根据一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性的电特性值；访问参照电特性值，所述参照电特性值与将样品引入通道之前沿通道的长度的至少一部分的通道的电特性有关联；比较测量到的电特性值和参照电特性值；并且，基于测量到的电特性值与参照电特性值之间的比较确定通道中是否存在汞离子。

根据一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在通道中有样品的情况下，沿与第一测量步骤中测量的通道的长度的相同部分测量通道的一种或多种电特性；基于在通道中有样品的情况下测量到的通道的一种或多种电特性确定样品通道电特性值；确定样品通道电特性值与参照通道电特性值之间的任何差异；并且，如果样品通道电特性值与参照通道电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将样品和TPET2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品和TPET2分子引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量电特性值；从存储器访问参照电特性值，所述参照电特性值与通道的长度的至少一部分有关联；确定测量到的电特性值与参照电特性值之间的任何差异；并且，如果测量到的电特性值与参照电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将TPET2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在将样品和TPET2分子引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPET2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将TPET2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将样品引入通道；在将样品和TPET2分子引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPET2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将TPET2分子与样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将TPET2分子引入通道；在将样品和TPET2分子引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPET2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将TPET2分子引入通道；在将样品和TPET2分子引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPET2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将TPET2分子和样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：用TPET2分子涂覆通道的内表面的至少一部分，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在用TPET2分子涂覆通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；并且，存储参照通道电特性值，用于确定引入通道的样品中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在汞离子的方法。所述方法包括：将样品和TPET2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。所述方法还包括：在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度两端施加第一电位差。所述方法还包括：在施加第一电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第一电特性值。所述方法还包括：在沿通道的长度的第二方向上在通道的长度两端施加第二电位差，第二方向与第一方向相反。所述方法还包括：在施加第二电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第二电特性值。所述方法还包括：比较第一电特性值和第二电特性值。所述方法还包括：基于第一电特性值与第二电特性值之间的比较确定通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种汞检测系统。所述系统包括：基板，所述基板具有至少一个通道，所述至少一个通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；与至少一个通道的第一端部流体连通的第一端口；和与至少一个通道的第二端部流体连通的第二端口。所述系统还包括：连接在至少一个通道的第一端部处的第一电极和电连接在至少一个通道的第二端部处的第二电极，第一电极与第二电极分别与至少一个通道的第一端部和第二端部电连接，以形成通道电路，所述通道电路具有电特性并且被配置为使得在至少一个通道中存在导电流体时，所述导电流体改变通道电路的电特性。所述系统还包括与第一电极和第二电极电通信的汞检测电路，所述汞检测电路包括与第一电极和第二电极电通信的测量电路，所述测量电路具有测量电路输出端，所述测量电路输出端包括表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述汞检测电路包括存储器，所述存储器与测量电路输出端电通信并且配置为存储表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述一个或多个值包括至少通道电路的电特性的第一值和通道电路的电特性的第二值，所述汞检测电路还包括与存储器电通信且将至少第一值和第二值作为输入的比较电路，所述比较电路被配置为至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比较电路输出，所述比较电路输出表示至少一个通道中是否存在汞离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种汞检测系统。所述系统包括：用于容纳流体流动的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第一末端引入流体的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第二末端输出流体的装置；用于检测用于容纳流体流动的装置的第一末端和第二末端之间流体的电特性的第一值和第二值的装置；和用于基于电特性的第一值和第二值之间的差异确定流体中是否存在汞离子的装置。

根据一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性的电特性值；访问参照电特性值，所述参照电特性值与将样品引入通道之前沿通道的长度的至少一部分的通道的电特性有关联；比较测量到的电特性值和参照电特性值；并且，基于测量到的电特性值与参照电特性值之间的比较确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在通道中有样品的情况下，沿与第一测量步骤中测量的通道的长度的相同部分测量通道的一种或多种电特性；基于在通道中有样品的情况下测量到的通道的一种或多种电特性确定样品通道电特性值；确定样品通道电特性值与参照通道电特性值之间的任何差异；并且，如果样品通道电特性值与参照通道电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供过一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：将样品和TPEA2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品和TPEA2分子引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量电特性值；从存储器访问参照电特性值，所述参照电特性值与通道的长度的至少一部分有关联；确定测量到的电特性值与参照电特性值之间的任何差异；并且，如果测量到的电特性值与参照电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：将TPEA2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在将样品和TPEA2分子引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPEA2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：将TPEA2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将样品引入通道；在将样品和TPEA2分子引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPEA2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将TPEA2分子与样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法，所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将TPEA2分子引入通道；在将样品和TPEA2分子引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPEA2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将TPEA2分子引入通道；在将样品和TPEA2分子引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将TPEA2分子和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将TPEA2分子和样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：用TPEA2分子涂覆通道的内表面的至少一部分，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在用TPEA2分子涂覆通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；并且，存储参照通道电特性值，用于确定引入通道的样品中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在银离子的方法。所述方法包括：将样品和TPEA2分子引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。所述方法还包括：在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度两端施加第一电位差。所述方法还包括：在施加第一电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第一电特性值。所述方法还包括：在沿通道的长度的第二方向上在通道的长度两端施加第二电位差，第二方向与第一方向相反。所述方法还包括：在施加第二电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第二电特性值。所述方法还包括：比较第一电特性值和第二电特性值。所述方法还包括：基于第一电特性值与第二电特性值之间的比较确定通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供过一种银检测系统。所述系统包括：基板，所述基板具有至少一个通道，所述至少一个通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；与至少一个通道的第一端部流体连通的第一端口；和与至少一个通道的第二端部流体连通的第二端口。所述系统还包括：连接在至少一个通道的第一端部处的第一电极和电连接在至少一个通道的第二端部处的第二电极，第一电极与第二电极分别与至少一个通道的第一端部和第二端部电连接，以形成通道电路，所述通道电路具有电特性并且被配置为使得在至少一个通道中存在导电流体时，所述导电流体改变通道电路的电特性。所述系统还包括与第一电极和第二电极电通信的银检测电路，所述银检测电路包括与第一电极和第二电极电通信的测量电路，所述测量电路具有测量电路输出端，所述测量电路输出端包括表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述银检测电路包括存储器，所述存储器与测量电路输出端电通信并且配置为存储表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述一个或多个值包括至少通道电路的电特性的第一值和通道电路的电特性的第二值，所述银检测电路还包括与存储器电通信且将至少第一值和第二值作为输入的比较电路，所述比较电路被配置为至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比较电路输出，所述比较电路输出表示至少一个通道中是否存在银离子。

根据另一种示例性实施方式，提供一种银检测系统。所述系统包括：用于容纳流体流动的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第一末端引入流体的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第二末端输出流体的装置；用于检测用于容纳流体流动的装置的第一末端和第二末端之间流体的电特性的第一值和第二值的装置；和用于基于电特性的第一值和第二值之间的差异确定流体中是否存在银离子的装置。

根据一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性的电特性值；访问参照电特性值，所述参照电特性值与将样品引入通道之前沿通道的长度的至少一部分的通道的电特性有关联；比较测量到的电特性值和参照电特性值；并且，基于测量到的电特性值与参照电特性值之间的比较确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在通道中有样品的情况下，沿与第一测量步骤中测量的通道的长度的相同部分测量通道的一种或多种电特性；基于在通道中有样品的情况下测量到的通道的一种或多种电特性确定样品通道电特性值；确定样品通道电特性值与参照通道电特性值之间的任何差异；并且，如果样品通道电特性值与参照通道电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：将样品和一种或多种核酸探针引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在将样品和核酸探针引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量电特性值；从存储器访问参照电特性值，所述参照电特性值与通道的长度的至少一部分有关联；确定测量到的电特性值与参照电特性值之间的任何差异；并且，如果测量到的电特性值与参照电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸探针的方法。所述方法包括：将一种或多种核酸探针引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将样品引入通道；在将样品和一种或多种核酸探针引入通道后，沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将一种或多种核酸探针和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：将一种或多种核酸探针引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将样品引入通道；在将样品和一种或多种核酸探针引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将一种或多种核酸探针和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将一种或多种核酸探针与样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；将一种或多种核酸探针引入通道；在将样品和一种或多种核酸探针引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将一种或多种核酸探针和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将样品引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；将一种或多种核酸探针引入通道；在将样品和一种或多种核酸探针引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于在将一种或多种核酸探针和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值；访问参照通道电特性值，所述参照通道电特性值是在将一种或多种核酸探针和样品二者引入通道之前测量到的；确定参照通道电特性值与电特性值之间的任何差异；并且，如果参照通道电特性值与电特性值之间存在差异，则基于该差异确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：用一种或多种核酸探针涂覆通道的内表面的至少一部分，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；在用一种或多种核酸探针涂覆通道后沿通道的长度的至少一部分测量通道的一种或多种电特性；基于前述测量步骤中测量到的通道的一种或多种电特性确定参照通道电特性值；并且，存储参照通道电特性值，用于确定引入通道的样品中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种用于检测样品中是否存在核酸的方法。所述方法包括：将样品和一种或多种核酸探针引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。所述方法还包括：在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度两端施加第一电位差。所述方法还包括：在施加第一电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第一电特性值。所述方法还包括：在沿通道的长度的第二方向上在通道的长度两端施加第二电位差，第二方向与第一方向相反。所述方法还包括：在施加第二电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第二电特性值。所述方法还包括：比较第一电特性值和第二电特性值。所述方法还包括：基于第一电特性值与第二电特性值之间的比较确定通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种核酸检测系统。所述系统包括：基板，所述基板具有至少一个通道，所述至少一个通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度；与至少一个通道的第一端部流体连通的第一端口；和与至少一个通道的第二端部流体连通的第二端口。所述系统还包括：连接在至少一个通道的第一端部处的第一电极和电连接在至少一个通道的第二端部处的第二电极，第一电极与第二电极分别与至少一个通道的第一端部和第二端部电连接，以形成通道电路，所述通道电路具有电特性并且被配置为使得在至少一个通道中存在导电流体时，所述导电流体改变通道电路的电特性。所述系统还包括与第一电极和第二电极电通信的核酸检测电路，所述核酸检测电路包括与第一电极和第二电极电通信的测量电路，所述测量电路具有测量电路输出端，所述测量电路输出端包括表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述检测电路包括存储器，所述存储器与测量电路输出端电通信并且配置为存储表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述一个或多个值包括至少通道电路的电特性的第一值和通道电路的电特性的第二值，所述检测电路还包括与存储器电通信且将至少第一值和第二值作为输入的比较电路，所述比较电路被配置为至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比较电路输出，所述比较电路输出表示至少一个通道中是否存在核酸。

根据另一种示例性实施方式，提供一种核酸检测系统。所述系统包括：用于容纳流体流动的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第一末端引入流体的装置；用于在用于容纳流体流动的装置的第二末端输出流体的装置；用于检测用于容纳流体流动的装置的第一末端和第二末端之间流体的电特性的第一值和第二值的装置；和用于基于电特性的第一值和第二值之间的差异确定流体中是否存在核酸的装置。

附图说明

通过参照下面结合附图所进行的描述，示例性实施方式的前述及其它目的、方面、特征和优点将变得更明显，并且可以更好地被理解。

图1A示出了包括单个通道的示例性检测系统的俯视图。

图1B示出了图1A的示例性检测系统的横截面侧视图。

图2示出了图1A的示例性检测系统的通道的示意性横截面侧视图，示出了聚集体粒子和双电层(EDL)。

图3示出了包括多个通道的示例性检测系统的俯视图。

图4示出了包括多个通道的另一种示例性检测系统的俯视图。

图5是表示示例性检测系统中的示例性离子的示意图。

图6A和图6B为示出在不同的示例性分析物浓度下测量到的通道中的示例性电导率值的图。

图7A、7B、8A、8B和9-16为示出用于检测样品中的分析物(例如汞或银)的示例性方法的流程图。

图17A和图17B为示出用于检测样品中的溶剂的示例性方法的流程图。

图18是可用于实现和执行示例性的计算机可执行的方法的示例性处理或计算设备的框图。

图19A、19B和20-27为示出用于检测样品中核酸的示例性方法的流程图。

图28为示出核酸的检测过程中的核酸聚集体的形成的示意图。

图29A和图29B为示出用于检测样品中核酸的另一种示例性方法的流程图。

附图并不意图按比例绘制。

具体实施方式

用于改善分析物(例如，汞、银或核酸和核苷酸)检测的常规系统和技术的区域已经得到了鉴定，并且技术方案已经在示例性实施方式中得到了实现。示例性实施方式提供分析物(例如，汞、银或核酸)检测系统和技术，该系统和技术将纳米和微流体表面化学、电动力学和流体动力学的知识结合起来来提供新的功能。与常规技术诸如纳米孔技术相比，实施方式提供改进的尺寸精度和控制，导致新功能和增强的设备性能。

实施方式提供用于检测一种或多种样品中是否存在一种或多种分析物(例如，汞、银或核酸)的分析物检测系统和方法。示例性的检测系统包括用于容纳样品和感应化合物(例如，汞检测用的TPET2、银检测用的TPEA2或核酸检测用的核酸探针)的至少一个通道，所述通道具有宽度和基本上在尺寸在大于宽度的长度。示例性检测系统包括分析物检测电路，所述分析物检测电路被程序化或配置为沿通道的长度的至少一部分检测一种或多种电特性，以确定通道是否含有感兴趣的分析物。

在一些情况下，可以选择感应化合物，以使分析物(如果样品中存在的话)的粒子与感应化合物的粒子之间的直接或间接相互作用导致形成聚集体，聚集体的形成改变通道的一种或多种电特性。在某些情况下，示例性通道可以配置为深度和/或宽度基本上小于或等于通道中因感兴趣的分析物的粒子或离子与用于检测感兴趣的分析物的感应化合物的粒子之间的相互作用形成的聚集体的粒子的直径。这样，聚集体的形成可能造成通道中导电粒子流的部分或完全阻断，从而减小沿通道的长度的电流和电导率，而增大沿通道的长度的电阻率。分析物检测电路可以比较引入样品和感应化合物二者时通道的电特性相对于参照值的该可测量的变化，以确定通道中是否存在聚集体。基于确定通道中存在聚集体，分析物检测电路可以确定样品中含有感兴趣的分析物。

在某些其他情况下，聚集体粒子可能导电，并且聚集体粒子的形成可增强沿通道的长度的至少一部分的电通路，从而造成沿通道的长度测量到的电导率和电流的该可测量的变化。在这些情况下，聚集体的形成可以造成沿通道的长度的电阻率可测量的减小。分析物检测电路可以比较引入样品和感应化合物二者时通道的电特性相对于参照值的可测量的变化，以确定通道中是否存在聚集体。基于确定通道中存在聚集体，分析物检测电路可确定样品含有感兴趣的分析物(例如，汞、银或核酸)。

用于检测分析物(例如，汞、银或核酸)的另一种示例性技术可能涉及到检测通道中由通道中聚集体的形成造成的二极管样性质的存在。在不存在聚集体的情况下，施加基本类似大小的电位差(如+500V)可能造成沿通道长度检测到基本相同大小的电特性(例如电流)，而与电位差或电场施加方向无关。如果在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度的两端施加电位差(例如，使得正电极处于位于通道的第一端或第一端附近的输入端口处，并且使得负电极处于位于通道的第二端或第二端附近的输出端口处)，所产生的电流可能在大小上基本等于如果在相反方向上施加该电位差(例如，使得正电极处于输出端口处并且使得负电极处于输入端口处)所产生的总电流。

通道中聚集体的形成可能造成二极管样性质，在该性质中施加的电位差或电场的方向的颠倒造成通道中检测到的电特性发生变化。二极管样性质使得检测到的电流大小随电场的方向变化。当在第一方向上施加电场或电位差时，电流的大小可能在大小上与在相反方向上施加电位差或电场时不同。因此，第一电特性值(在沿通道长度的第一方向上施加电位差时检测到的)与第二电特性值(在沿通道长度的第二相反方向上施加电位差时检测到的)之间的比较可使得能够检测聚集体，从而检测样品中的分析物(例如，汞、银或核酸)。如果第一电特性值和第二电特性值在大小上基本相等，那么可以确定样品不含分析物(例如，汞、银或核酸)。另一方面，如果第一电特性值和第二电特性值在大小上基本不相等，则可以确定样品含有分析物(例如，汞、银或核酸)。换句话，电特性值的总和(在一个方向上为正、在另一个方向上为负)在不存在聚集体时基本上为0，而在存在聚集体时基本上不为0。

与常规纳米孔技术相比，示例性实施方式涉及到沿通道的长度而非穿过通道的深度或厚度尺寸检测一种或多种电特性。示例性实施方式的通道的长度在尺寸上基本上大于其宽度且不配置为开口(aperture)、洞或孔。示例性通道由此允许样品和感应化合物在检测电特性之前沿通道的长度流动，从而使得尺寸精度和对电特性的控制能够得到提高。此外，示例性实施方式并不像常规纳米孔技术那样局限于检测核苷酸。

在某些实施方式中，可以在确定通道中是否存在分析物(例如，汞、银或感兴趣的核酸和/或核苷酸)时检测除电特性之外的通道的一种或多种性质。这些性质可使用包括但不限于声学检测、共振参数检测、光学检测、光谱检测、荧光染料等技术检测。

I.术语的定义

下面定义结合示例性实施方式所使用的某些术语。

如本文所使用的，术语“检测系统”、“检测方法”和“检测技术”包括通过沿至少一个通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性来检测样品中的分析物的系统和方法。分析物可以是汞、银或感兴趣的核酸和/或核苷酸。

如本文所使用的，术语“通道”包括检测系统中的被配置为具有轮廓分明的内表面和由该内表面界定的内部空间的管道，所述内部空间被配置为容纳流体。在一些实施方式中，通道的内表面是微制造成的，并且被配置为呈现光滑表面。示例性通道可以具有如下尺寸：长度，l，沿其最长尺寸(y轴)测量并且沿基本平行于检测系统的基板的平面延伸；宽度，w，沿垂直于其最长尺寸的轴(x-轴)测量并且基本上沿平行于基板的平面延伸；和深度，d，沿基本垂直于平行于基板的平面的轴(z-轴)测量。示例性的通道可以具有基本上大于其宽度和其深度的长度。在某些情况下，长度与宽度之间的示例性比可以包括以，但不限于2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、所有中间比等。在某些情况下，示例性通道可配置为深度和/或宽度基本上小于或等于通道中可能因感应化合物与感兴趣的分析物之间的相互作用而形成的聚集体粒子的直径。

如本文所使用的，术语“分析物”包括可使用示例性检测系统或方法检测是否存在的物质。可使用示例性实施方式检测的示例性分析物可以包括有机(例如，生物分子)或无机(例如金属离子)物质。某些可使用示例性实施方式检测的分析物包括但不限于：银、汞、一种或多种溶剂、一种或多种核酸，和/或一种或多种核苷酸。

如本文所使用的，术语“样品”包括可通过示例性检测系统或方法分析以确定样品是否包括感兴趣的分析物的测试物质。可在示例性实施方式中测试的示例性样品包括但不限于：任何流体，包括源于生物流体如唾液、血液、血浆、尿、粪便的那些流体；土壤样品；生活用水样品；空气样品等。

如本文所使用的，术语“感应物(sensor)”和“感应化合物”包括与样品中感兴趣的分析物直接相互作用或者通过一种或多种其它感应化合物间接相互作用以造成聚集体的形成的物质。在感兴趣的分析物为汞的实施例中，合适的感应化合物可以为TPET2。在感兴趣的分析物为银的实施例中，合适的感应化合物可以为TPEA2。在感兴趣的分析物为核酸和/或核苷酸的实施例中，合适的感应化合物可以为一种或多种核酸探针(例如，一种或多种核酸捕获探针、一种或多种核酸交联探针、一种或多种核酸预扩增探针、一种或多种核酸标记扩展物(label extender)、一种或多种核酸扩增探针等)。

如本文所使用的，术语“聚集体”包括由分析物的粒子和一种或多种感应化合物的粒子构成的大分子结构。这样，聚集体粒子的单元尺寸或单元大小大于分析物粒子的单元尺寸或单元大小，并且大于感应化合物的单元尺寸或单元大小。由于分析物粒子与一种或多种感应化合物之间的直接和/或间接相互作用，在示例性检测系统的通道中可能形成聚集体。在用于检测特定分析物的示例性检测系统和方法中，可选择一种或多种感应化合物，以使感应化合物与分析物直接相互作用，或通过其它物质间接相互作用，以造成在通道中聚集体的形成。因此，通道中聚集体粒子的存在表示通道中存在分析物，而通道中不存在聚集体粒子表示通道中不存在分析物。

在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差的某些情况下，聚集体的形成可能造成通道中的流体流动部分或完全阻断，并且可能造成沿通道的长度的至少一部分的电导率或电流的可测量的减小和/或电阻率的可测量的增加。在某些其他情况下，聚集体的粒子可能导电，并且因此聚集体的形成可能提高通道的电导率，从而造成沿通道的长度的至少一部分的导电率或电流的可测量的增加和/或电阻率的可测量的减小。

如本文所使用的，术语“电特性”包括通道的一种或多种特征，包括但不限于对沿通道传导的电流的多少、通道(和/或通道的任何内容物)传导电流的能力、通道(和/或通道的内容物)对抗电流的流动的强度等定量的度量值。在示例性实施方式中，可以沿通道的长度的至少一部分检测电特性。实施方式中检测的示例性的电特性包括但不限于：沿通道的长度的至少一部分传导的电流的度量值、沿通道的长度的至少一部分的电导率的度量值、沿通道的长度的至少一部分的电阻率的度量值、在通道的长度的至少一部分的两端的电位差的度量值、其组合等。

如本文所使用的，关于电特性值的术语“参照”包括在将样品和所有必要的感应化合物(例如，TPET2、TPEA2或核酸探针)都已经引入通道并允许它们在通道中彼此相互作用的状态之前的通道的电特性值或电特性值的范围。即，参照值为表示在样品中感兴趣的分析物与所有用于检测感兴趣的分析物的感应化合物之间相互作用之前的通道的特征的值。在一些情况下，参照值可以在将一种或多种感应化合物引入通道之后、但在将样品引入通道之前的时间段检测。在一些情况下，参照值可以在将样品引入通道之后、但在将所有感应化合物引入通道之前(例如，将至少一种感应化合物引入通道之前)的时间段检测。在一些情况下，参照值可以在将样品或感应化合物引入通道之前的时间段检测。在一些情况下，参照值可以在将样品或感应化合物引入通道之前、但在将缓冲液引入通道之后的时间段检测。

在一些情况下，参照值可以预先确定并存储于可以访问该参照值的非临时性存储介质上。在其它情况下，参照值可以在使用检测系统期间根据一种或多种电特性测量结果确定。

如本文所使用的，术语“数据”、“内容”、“信息”等类似术语可互换使用，表示根据本发明的实施方式能够被传送、接收和/或存储的数据。因此，这些术语的使用不应视为限制本发明的实施方式的精神和范围。另外，在文本描述模块、处理器或设备以从另一模块、处理器或设备接收数据的情况下，应懂得的是数据可以直接从另一模块、处理器或设备接收，或者可通过一个或多个中间模块或设备(例如，一个或多个服务器、中继器、路由器、网络接入点、基站、主机等，本文有时也称为“网络”)间接地接收。同样地，在本文描述计算设备以向另一计算设备发送数据的情况下，应懂得的是数据可以直接发送给另一计算设备，或者可以通过一个或多个中间计算设备(例如，一个或多个服务器、中继器、路由器、网络接入点、基站、主机等)间接发送。

如本文所使用的，术语“模块”包括配置为执行一个或多个特定功能的硬件、软件和/或固件。

如本文所使用的，术语“计算机可读介质”是指可通过控制器、微型控制器、计算机系统或计算机系统的模块访问以在其编码计算机可执行的指令或软件程序的非临时性存储硬件、非临时性存储设备或非临时性计算机系统存储器。“非临时性计算机可读介质”可通过计算机系统或计算机系统的模块访问，以检索和/或执行编码在该介质上的计算机可执行的指令或软件程序。非临时性计算机可读介质可以包括但不限于：一种或多种类型的非临时性硬件存储器、非临时性有形介质(例如，一个或多个磁存储磁盘、一个或多个光盘、一个或多个USB闪存驱动器)、计算机系统存储器或随机存取存储器(如DRAM、SRAM、EDORAM)等。

如本文所使用的，术语“组”是指一个或多个条目的集合。

如本文所使用的，术语“多个”是指两个以上的条目。

如本文所使用的，术语“相等”和“基本上相等”在广义上可互换地表示完全相等或在一定容差内近似相等。

如本文所使用的，术语“类似”、“基本上类似”在广义上可互换地表示完全相同或在一定容差内近似类似。

如本文所使用的，术语“结合(couple)”和“连接”包括两个或多个部件之间的直接或间接连接。例如，第一部件可直接或通过一个或多个中间部件与第二部件结合。

现在将参照附图在下文中更充分地描述本发明的某些示例性实施方式，在所述附图中示出了本发明的部分而非全部实施方式。事实上，这些发明可以许多不同的形式体现，并且不应该理解为局限于本文给出的实施方式；而是，提供这些实施方式使得本公开满足适用的法律要求。同样的附图标记至始至终是指同样的元件。

II.示例性分析物检测系统

示例性检测系统包括至少一个通道，并且沿通道的长度的至少一部分检测一种或多种电特性，以便确定通道是否含有分析物(例如，汞；银；或感兴趣的特定的核酸和/或感兴趣的特定的核苷酸)。示例性检测系统可配置为包括：一个或多个通道，用于容纳样品和一种或多种感应化合物(例如，汞检测用的TPET2、银检测用的TPEA2或核酸检测用的一种或多种核酸探针)；一个或多个输入端口，用于将样品和感应化合物引入通道；以及，在某些实施方式中的一个或多个输出端口，通过该输出端口可将通道中的内容物取出。

可以选择一种或多种感应化合物，以使样品中的分析物(如果存在的话)的粒子与感应化合物的粒子之间的直接或间接的相互作用导致形成聚集体，所述聚集体的形成改变通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性。在某些情况下，聚集体粒子的形成可能抑制或阻断通道中的流体流动，因此可能造成沿通道的长度测量到的电导率和电流的可测量的下降。同样地，在这些情况下，聚集体的形成可能造成沿通道的长度的电阻率的可测量的增加。在某些其他情况下，聚集体粒子可能导电，聚集体粒子的形成可能增强沿通道的长度的至少一部分的电通路，从而造成沿通道的长度测量到的电导率和电流的可测量的增加。在这些情况下，聚集体的形成可能造成沿通道的长度的电阻率的可测量的减小。

示例性的通道可具有如下尺寸：沿其最长尺寸(y-轴)测量的且沿平行于检测系统的基板的平面延伸的长度；沿垂直于其最长尺寸的轴(x-轴)测量的且沿平行于基板的平面延伸的宽度；和沿垂直于平行于基板的平面的轴(z-轴)测量的深度。示例性的通道的长度可基本上大于其宽度和其深度。在某些情况下，长度与宽度之间的示例性比可以为2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、中间比等。

在某些情况下，示例性通道可以配置为深度和/或宽度基本上小于或等于通道中因感兴趣的分析物(例如，汞、银或核酸)的粒子与用于检测分析物的感应化合物(例如，汞检测用的TPET2、银检测用的TPEA2或核酸检测用的核酸探针)之间相互作用形成的聚集体的粒子的直径。

示例性通道可以具有沿x-轴截取的宽度，范围为从1nm至50,000nm，但不限于该示例性范围。示例性通道可以具有沿y-轴截取的长度，范围为从10nm至2cm，但不限于该示例性范围。示例性通道可以具有沿z-轴截取的深度，范围为从1nm至1μm，但不限于该示例性范围。

示例性通道可具有任何合适的横向横截面形状(例如，沿x-z平面截取的横截面)，包括但不限于圆形、椭圆形、矩形、正方形、D形(由于各向同性刻蚀)等。

图1A和1B示出了示例性检测系统100，该示例性检测系统100可用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞；银；或特定的核酸或特定的核苷酸)。图1A是该系统的俯视图，而图1B是该系统的横截面侧视图。检测系统100包括基本上沿水平x-y平面延伸的基板102。在一些实施方式中，基板102可以由介电材料(例如二氧化硅)制成。基板102的其它示例性材料包括但不限于玻璃、蓝宝石、金刚石等。

基板102可支撑或包括通道104，该通道104具有至少内表面106和用于容纳流体的内部空间108。在某些情况下，通道104可能是在基板102的顶表面刻蚀成。通道104的内表面106的示例性材料包括但不限于玻璃、二氧化硅等。

通道104和基板102在某些实施方式中可以由玻璃制成。由于玻璃缓慢溶解到生物流体中以及蛋白质和小分子附着到玻璃表面，生物条件代表了使用玻璃来源的植入(glass-derived implantations)的障碍。在某些非限制性实施方式中，使用自组装单层的表面改性提供了一种用于改性分析物检测和分析用的玻璃表面的途径。在某些实施方式中，通道104的内表面106的至少一部分可以预先处理或共价改性，以便包括或涂覆有使感应化合物能够与内表面特异性共价结合的材料。在某些实施方式中，覆盖通道的盖片114也可用材料共价改性。

可用于改性通道104的内表面106的示例性材料包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、两性离子磺内酯、聚(6-9)乙二醇(Peg)、全氟辛基、荧光素、醛、石墨烯化合物等。通道内表面的共价改性可防止某些分子的非特异性吸收。在一个实施例中，内表面的共价改性可以使感应化合物分子能够与内表面共价结合，同时防止其它分子非特异性吸收到内表面。例如，聚(乙二醇)(Peg)可用于改性通道104的内表面106，以减少材料对内表面的非特异性吸附。

在某些实施方式中，通道104可以为纳米或微制造成，以便具有轮廓分明且光滑的内表面106。用于制造通道和改性通道的内表面的示例性技术在Sumita Pennathur和PeteCrisalli(2014)，“用于熔氧化硅微通道和纳米通道的低温制造和表面改性方法(LowTemperature Fabrication and Surface Modification Methods for Fused SilicaMicro-and Nanochannels)”，MRS Proceedings,1659,pp15-26.doi:10.1557/opl.2014.32中有教导，该文献的全部内容通过引用明确并入本文。

通道104的第一端部可以包括输入端口110或与输入端口110流体连通，通道104的第二端部可以包括输出端口112或与输出端口112流体连通。在某些非限制性实施方式中，端口110和112可设置在通道104的末端处。

具有通道104和端口110、112的基板102的上表面在某些实施方式中可以用盖片114覆盖和密封。

第一电极116可电连接在通道104的第一端部处，例如输入端口110处或其附近。第二电极118可电连接于通道104的第二端部处，例如在输出端口112处或其附近。第一和第二电极116，118可以与电源或电压源120电连接，以在第一和第二电极之间施加电位差。即，在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。当通道104中存在流体且处于施加的电位差的影响下时，电极116，118和流体可以形成完整的电通路。

电源或电压源120可以配置为以可反向的方式施加电场，以使得在沿通道长度的第一方向上(沿y轴)施加电位差，也在第二相反方向上(沿y轴)施加电位差。在电场或电位差方向为第一方向的一个实施例中，正电极可以连接在通道104的第一端部处，例如，在输入端口110处或其附近，并且负电极可连接在通道104的第二端部处，例如，在输出端口112处或其附近。在电场或电位差方向为第二相反方向的另一个实施例中，负电极可以连接在通道104的第一端部处，例如在输入端口110处或其附近，正电极可以连接在通道104的第二端部处，例如，在输出端口112处或其附近。

通道104的第一和第二端部(例如，在输入端口110和输出端口112处或它们附近)可以与分析物检测电路122电连接，所述分析物检测电路122被程序化或配置为检测通道104的一种或多种电特性的值，以确定通道104中是否存在分析物。电特性值可在单个时间段(例如，将样品和一种或多种感应化合物引入通道后的某个时间段)或多个不同时间段(例如，在将样品和一种或多种感应化合物引入通道之前和之后)检测。检测的示例性电特性可以包括但不限于电流、电压、电阻等。某些示例性分析物检测电路122可以包括或配置为处理器或计算设备，例如图18所示的设备1700。某些其它分析物检测电路122可以包括但不限于电流表、电压表和电阻表等。

在一种实施方式中，分析物检测电路122可以包括测量电路123，所述测量电路被程序化或配置为沿通道104的长度的至少一部分测量一个或多个电特性值。分析物检测电路122还可以包括平衡电路124，该平衡电路被程序化或配置为在一段时间内周期性地或连续地监测通道的电特性的一个或多个值，并且在所述值达到平衡后(即停止变化超出某个方差或容差阈值)选择所述值中的单个值。

分析物检测电路122还可以包括以比较电路126，所述比较电路被程序化或配置为比较通道的两个或多个电特性值，例如，参照电特性值(在将样品和所有感应化合物二者引入通道的状态之前测量到的)和电特性值(在将样品和所有感应化合物引入通道后测量到的)。比较电路126可以使用该比较来确定通道中是否存在感兴趣的分析物。在一种实施方式中，比较电路126可以计算测量到的电特性值与参照电特性值之间的差异，并且比较该差异与表示通道中是否存在分析物的预定值。

在某些实施方式中，在将样品和感应化合物二者引入通道时，比较电路126可以被程序化或配置为比较在沿通道的长度的第一方向上在通道的两端施加电场或电位差时的第一电特性值(例如，电流的大小)和在沿通道的长度的第二相反方向上在通道的两端施加电场或电位差时的第二电特性值(例如，电流的大小)。在一种实施方式中，比较电路126可以计算第一值和第二值的大小之间的差异，并且将该差异与表示通道中是否存在分析物的预定值比较(例如，差异是否基本上为0)。例如，如果差异基本上为0，则这表示通道中不存在分析物聚集体，例如，通道中不存在分析物。如果差异基本上不为0，则这表示通道中存在分析物聚集体，例如通道中存在分析物。

在某些实施方式中，分析物检测电路122可以被程序化或配置为确定样品中分析物的绝对浓度和/或样品中分析物相对于一种或多种另外的物质的相对浓度。

在某些实施方式中，比较电路124和平衡电路126可以配置为独立的电路或模块；而在其它实施方式中它们可以配置为单个集成电路或模块。

分析物检测电路122可以具有输出端128，该输出端128在某些实施方式中可以与一个或多个外部设备或模块连接。例如，分析物检测电路122可以将参照电特性值和/或一个或多个测量到的电特性值传输给如下中的一个或多个：用于进一步计算、处理和分析的处理器130、用于存储值的非临时性存储设备或存储器132和用于向用户显示值的视觉显示设备134。在某些情况下，分析物检测电路122本身可以产生样品是否含有分析物的指示，并且可以将该指示传输给处理器130、非临时性存储设备或存储器132和/或视觉显示设备134。

在使用图1A和图1B的系统的示例性方法中，可以将一种或多种感应化合物和样品顺序地或同时引入通道。

当流体的流动和/或流体中的带电粒子的流动未受到抑制时(例如，由于不存在聚集体)，流体中的导电粒子或离子可沿y轴沿通道104的长度的至少一部分从输入端口110向输出端口112移动。导电粒子或离子的移动可能导致分析物检测电路122沿通道104的长度的至少一部分检测到(例如，电流、电导率、电阻率的)第一或“参照”电特性值或值的范围。在某些实施方式中，平衡电路124可以在一段时间内周期性地或连续地监测电特性值直到所述值达到平衡。然后，平衡电路124可以选择所述值中的一个作为参照电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

术语“参照”电特性值可以指将样品和所有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2、银检测用的TPEA2或一种或多种核酸探针)引入通道之前的通道的电特性的值或值的范围。即，参照值为表示在样品中的分析物与所有感应化合物之间任何相互作用之前的通道特征的值。在某些情况下，参照值可以在将感应化合物引入通道之后、但将样品和另外的感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以在将感应化合物和样品引入通道之后、但在将另外的感应化合物引入通道之前的时间段测量。在某些情况下，参照值可以在将样品或感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以预先确定并且存储于可以访问该参照值的非临时性存储介质上。

在某些情况下，通道中导电聚集体的形成(由于样品中感兴趣的分析物与一种或多种感应化合物之间的相互作用)可以增强沿通道104的长度的至少一部分的电通路。在这种情况下，检测电路122可以沿通道104的长度的至少一部分检测第二电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。在某些实施方式中，检测电路122可以在将样品和所有感应化合物引入通道之后、在检测第二电特性值之前等待一段等待或调整时间。该段等待或调整时间允许聚集体在通道中形成，并且允许聚集体的形成改变通道的电特性。

在某些实施方式中，平衡电路124可以在引入样品和感应化合物后的一段时间段内周期性地或连续地监测电特性值直到所述值达到平衡。然后，平衡电路124可以选择所述值中的一个作为第二电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

比较电路126可以比较第二电特性值和参照电特性值。如果确定第二值与参照值之间的差异与电流或电导率的预定增加(或电阻率的减小)范围相对应，则检测电路122可以确定通道中存在聚集体，因此确定样品中存在分析物。

在某些其他情况下，当通道中流体的流动和/或流体中带电粒子的流动被部分或完全阻断(例如，通过形成聚集体)时，流体中的导电粒子或离子可能不能沿y轴沿通道的长度的至少一部分从输入端口110向输出端口112自由地移动。导电粒子或离子的移动受阻或停止可能导致分析物检测电路122沿通道104的长度的至少一部分检测到第三电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。可以检测除第二电特性值之外的第三电特性值或代替第二电特性值。在某些实施方式中，分析物检测电路122可以在将样品和感应化合物二者引入通道后、在检测第三电特性值之前等待一段等待或调整时间。该段等待或调整时间允许聚集体在通道中形成，并且允许聚集体的形成改变通道的电特性。

在某些实施方式中，平衡电路124可以在引入样品和感应化合物引入后的一段时间段内周期性地或连续地监测电特性值直到所述值达到平衡。然后，平衡电路124可以选择所述值中的一个作为第三电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

比较电路126可以比较第三电特性值和参照电特性值。如果确定第三值与参照值之间的差异与电流或电导率的预定减小(或电阻率的增加)范围相对应，则分析物检测电路122可以确定通道中存在分析物聚集体，因此确定样品中存在感兴趣的分析物。

沿通道的长度的流体流动可能取决于聚集体粒子相对于通道的尺寸的大小以及通道内表面的双电层(EDL)的形成。图2示出了图1A和1B的检测系统的示例性通道的横截面侧视图，其中示出了通道的内表面处的双电层(EDL)202与聚集体粒子204结合起来抑制通道的流体流动。

一般而言，EDL是带电固体(例如，通道的内表面、分析物粒子、聚集体粒子)与含有电解质的溶液(例如，通道的流体内容物)之间的净电荷的区域。EDL存在于通道的内表面周围和通道内任何分析物粒子和聚集体粒子的周围。来自电解质的反离子受到通道内表面的电荷吸引，诱导净电荷区域。EDL影响通道内和感兴趣的分析物粒子和聚集体粒子周围的离子流动，通过不允许反离子通过通道的长度来产生二极管样性质。

为了在数学上求出EDL的特征长度，可以求解泊松-波尔兹曼(PB)方程和/或泊松-能斯特-普朗克方程(PNP)。这些解决方案与用于流体流动的纳维-斯托克斯(NS)方程耦合，以产生分析以理解示例性系统的操作的非线性耦合方程组。

鉴于通道表面、EDL和聚集体粒子之间的空间相互作用，示例性通道可以配置和构造为具有精心选择的尺寸参数，所述尺寸参数保证在通道中形成某一预定大小的聚集体时，导电离子沿通道的长度的流动基本上被抑制。在某些情况下，示例性通道可配置为深度和/或宽度基本上小于或等于分析物检测期间通道中形成的聚集体粒子的直径。在某些实施方式中，在选择通道的尺寸参数时也可考虑EDL的大小。在某些情况下，示例性通道可配置为深度和/或宽度基本上小于或等于通道中聚集体粒子和通道的内表面周围产生的EDL的尺寸。

在某些实施方式中，在使用检测系统之前，通道可能没有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2、银检测用的TPEA2或核酸检测用的一种或多种核酸探针)。即，检测系统的制造商可以不预处理或改性通道来包括感应化合物。在这种情况下，在使用过程中，使用者可以将一种或多种感应化合物(例如在电解质缓冲液中)引入通道，并检测具有感应化合物而不存在样品的通道的参照电特性值。

在某些其他实施方式中，在使用检测系统之前，可以预处理或改性通道，以使通道的内表面的至少一部分包括或涂覆有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2、银检测用的TPEA2或核酸检测用的一种或多种核酸探针)。即，检测系统的制造商可以预处理或改性通道以包括感应化合物。在这种情况下，使用者可能只需将样品引入通道。在一个实施例中，制造商可以检测用感应化合物改性的通道的参照电特性值，并且在使用过程中，使用者可以使用存储的参照电特性值。即，检测系统的制造商可以预处理或改性通道以包括感应化合物。在这种情况下，使用者可能需要将样品和一种或多种另外的感应化合物引入通道。

某些示例性检测系统可以包括以单个通道。某些其他示例性检测系统可以包括设置在单个基板上的多个通道。这样的检测系统可以包括任何合适数量的通道，包括但不限于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个通道。

在一种实施方式中，检测系统可以包括多个通道，其中至少两个通道独立于彼此操作。图1A和图1B的示例性通道104和有关部件可以在同一个基板上重复制造，以实现这样的多通道检测系统。多个通道可以用于检测相同样品中的相同分析物、相同样品中的不同分析物、不同样品中的相同分析物和/或不同样品中的不同分析物。

在另一种实施方式中，检测系统可以包括多个通道，其中至少两个通道彼此协同操作。图3示出了包括基板302的示例性检测系统300。基板302可以包括可用于检测相同样品中的相同分析物的多个通道304、306。虽然描绘的是2个通道，但是可以在检测系统中提供多个通道。多个通道的提供可以允许冗余和错误检查功能，据此通道中的不同的分析物检测结果可以表明检测系统没有可靠地运行，并且据此通道中的相同结果可以表明检测系统正在可靠地运行。在前一种情况下，检测系统可能需要维修、重新校准或丢弃。

第一通道304的第一端部和第二通道306的第一端部可以包括公共输入端口308或者与公共输入端口308流体连通，样品和一种或多种感应化合物可以在该公共输入端口308处被引入检测系统。第一通道304的第二端部可以包括第一输出端口310，或者与第一输出端口310流体连通，并且第二通道306的第二端部可以包括第二输出端口312，或者与第二输出端口312流体连通。输出端口310和312可以彼此不流体连通。

检测系统300可以包括电连接在第一和第二通道304，306的端部处或附近的电极314、316A和316B。电极314、316A和316B可以将通道304、306与电压源或电源322连接起来，以在输入端口308和第一输出端口310两端以及输入端口308与第二输出端口312两端施加电位差。同样地，分析物检测电路318可以电连接在第一和第二通道304、316的端部处或附近，以便确定引入这两个通道的样品是否含有感兴趣的分析物。

结合图1A和图1B描述图3中描绘的与图1A和图1B中描绘的相同部件。

在另一种实施方式中，检测系统可以包括多个通道，其中至少两个通道彼此协同操作。图4示出了包括基板402的示例性检测系统400。基板402可以包括可用于检测不同样品中的相同分析物或者相同样品中的不同分析物的多个通道404、406。虽然描绘的是2个通道，但是可以在检测系统中提供更多个通道。多个通道的提供可以允许同时检测相同样品中的多种分析物或多个样品中的相同分析物，从而提高检测系统的速度和处理能力。

第一通道404的第一端部和第二通道406的第一端部可以包括公共第一输入端口408，或者与公共第一输入端口408流体连通，样品或一种或多种感应化合物可以在该公共第一输入端口408处被引入检测系统。另外，第一通道404的第一端部可以包括第二输入端口414，或者与第二输入端口414流体连通。第二通道406的第一端部可以包括第三输入端口416，或者与第三输入端口416流体连通。第二和第三输入端口414、416可以彼此不流体连通。

第一通道404的第二端部可以包括第一输出端口410，或者与第一输出端口410流体连通，并且第二通道406的第二端部可以包括第二输出端口412，或者与第二输出端口412流体连通。输出端口410和412可以彼此不流体连通。

检测系统400可以包括可以电连接在第一和第二通道404、406的端部处或附近的电极418、420和422。所述电极可以将第一和第二通道与电压源或电源436电连接起来，以在第一输入端口408和第一输出端口410两端以及第一输入端口408和第二输出端口412两端施加电位差。同样地，分析物检测电路424可以电连接在第一和第二通道404，406的端部处或附近，以便确定引入通道的一种或多种样品是否含有感兴趣的一种或多种分析物。

结合图1A和图1B描述图4中描绘的与图1A和图1B中描绘的相同的部件。

在使用图4的系统400的示例性方法中，可以将样品引入公共第一输入端口408，并且可以将第一组和第二组感应化合物分别在第二和第三输入端口414和416处引入。结果，基于在第一通道404的第一和第二端部处进行的测量，分析物检测电路424可以确定样品是否含有感兴趣的第一分析物(该第一分析物与第一通道中的第一感应化合物相互作用以形成聚集体)。基于在第二通道406的第一和第二端部处进行的测量，分析物检测电路424可以确定样品是否含有感兴趣的第二分析物(该第二分析物与第二通道中的第二感应化合物相互作用以形成聚集体)。

在另一种使用的示例性方法中，可以将一种或多种感应化合物引入公共第一输入端口408，并且可以将第一和第二样品分别在第二和第三输入端口414和416处引入。结果，基于在第一通道404的第一和第二端部处进行的测量，分析物检测电路424可以确定第一样品是否含有感兴趣的分析物(该分析物与第一通道中的感应化合物相互作用形成聚集体)。基于在第二通道406的第一和第二端部处进行的测量，分析物检测电路424可以确定第二样品是否含有相同的感兴趣的分析物(该分析物与第二通道中的感应化合物相互作用形成聚集体)。

在某些实施方式中，图1A、图1B、图3和图4中所示的系统可以用于基于通道的一个或多个电特性值来确定分析物的绝对浓度或相对浓度。分析物的浓度可以以这样的方式确定，因为示例性检测系统的通道具有较高的内表面积与体积的比。在低分析物浓度下，通道中的电导率由表面电荷控制。这样，对通道的电特性的测量可以使得能够区分不同的离子。结果，通道中的主体流动(bulk flow)的独特且灵敏的测量可用于确定通道内表面处的表面电荷的信息。因此，示例性实施方式可以计算通道的电特性值的预定范围，这些预定范围为给定通道尺寸和不同分析物浓度下的特定分析物所特有。然后，可以用这些预定值来确定样品中的分析物的未知浓度。

下面的论文中给出了针对不同离子的通道中表面电荷的详细信息，所述论文的全部内容通过引用明确并入本文：“裸露的二氧化硅纳米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅纳米通道的表面依赖性化学平衡常数和电容(Surface-dependent chemicalequilibrium constants and capacitances for bare and 3-cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels),”M.B.Andersen,J.Frey,S.Pennathur和H.Bruus,J.Colloid Interface Sci.353,301-310(2011)，和“纳米通道中低盐浓度下二氧化碳饱和的电解质中水合氢控制离子迁移(Hydronium-dominationion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low saltconcentrations in nanochannels)”,K..L.Jensen,J.T.ristensen,A.M.Crumrine,M.B.Andersen,H.Bruus和S.Pennathur.,Phys.Review E.83,5,056307。

图5是通道的内部的示意图，包括通道502的内表面、紧邻通道的内表面的固定流体层504、紧邻固定层的扩散流体层506和紧邻扩散层的主体流体流动层508。在各流体层中描绘了示例性离子。在通道的长度的两端施加电位差时，可以沿通道的长度的至少一部分检测电特性值(例如，通过分析物检测电路122)。比较电路126可用于比较测量到的电特性值和预定范围的与分析物的特定浓度或浓度值的范围相对应的电特性值。所确定的浓度可以是分析物的绝对浓度，或者是分析物相对于通道中的一种或多种其它物质的浓度的相对浓度。

图6A和图6B是表示针对不同测试例的在通道中测量的电导率值的图。在每个测试例中，使用分析物相对于另外两种物质(在这种情况下，为铵和过氧化氢)的浓度的不同相对浓度，并且确定通道中的对应电导率值。在一种实施方式中，Standard Clean 1或SC1用作测试例中的溶液。SC1的详情可以在网上找到。在图6A和图6B中描绘的测试例中的三种物质之间的浓度比在表1中给出，表1列出了测试例中SC1的浓度：过氧化氢浓度：铵浓度的比。

表1

分析物的浓度越低，越容易测量分析物与其它物质之间的相对浓度差。例如，在浓度比为1000:1:1时，在示例性检测系统中可以实现1-10ppm数量级的检测灵敏度。在浓度比为350:1:1时，可以实现100ppm数量级的检测灵敏度。在浓度比为5:1:1时，可以实现10,000ppm数量级的检测灵敏度。

图1A和图1B的基板102、通道104和盖片114在某些实施方式中可以由玻璃制成。由于玻璃缓慢溶解到生物流体中以及蛋白质和小分子附着到玻璃表面，生物条件表示了使用玻璃来源的植入(glass-derived implantations)的障碍。在示例性实施方式中，使用自组装单层的表面改性提供了一种用于改性分析物检测和分析用的玻璃表面的途径。在某些实施方式中，盖片114的内表面和/或通道104的内表面106的至少一部分可以预先处理或共价改性，以便包括或涂覆有使感应化合物(例如，银检测用的TPEA2或核酸检测用的一种或多种核酸探针)能够与内表面特异性共价结合的材料。

可用于改性通道和/或盖片的内表面的示例性材料包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、两性离子磺内酯、聚(6-9)乙二醇(Peg)、全氟辛基、荧光素、醛、石墨烯化合物等。通道内表面的共价改性可防止某些分子的非特异性吸收。在一个实施例中，内表面的共价改性可以使感应化合物分子能够与内表面共价结合，同时防止其它分子非特异性吸收到内表面。

作为改性材料的一个实例，烷基硅烷是在硅和玻璃表面形成共价单层的一组分子。烷基硅烷具有三个不同区域：好的离去基团包围的头部基团、长的烷基链和末端基团。头部基团通常含有卤素、烷氧基或其它离去基团，允许分子在适当的反应条件下共价锚固到固体玻璃表面。烷基链通过范德华相互作用促进单层的稳定和有序化，这允许组装充分有序化的单层。末端基团通过使用包括但不限于亲核取代反应、点击化学或聚合反应的技术允许化学表面性质的功能化和可调节。

在用硅烷化合物处理内表面的示例性技术中，制备溶液。该溶液可以是在适当的溶剂(例如，对于三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷为甲苯、对于氯硅烷或三氯硅烷为乙醇或者对于三甲氧基硅烷为pH为3.5～5.5的水)中的0.1％～4％(体积比)(如果硅烷为液体)或0.1％～4％(重量/体积)(如果硅烷为固体)的适当的氯硅烷、三氯硅烷、三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷。该溶液可以通过0.2μm的无表面活性剂的醋酸纤维素(SFCA)过滤器过滤。可以将10μL经过滤的硅烷溶液加入到通道的端口，并允许毛细填充(capillary fill)通道。这可能或不能通过光学显微镜观察到，并且可能花5～40分钟，该时间取决于溶剂组成。在完成毛细填充后，可以将10μL经过滤的硅烷溶液加入到通道的余下端口。然后，可以将整个通道浸渍在经过滤的硅烷溶液中，并允许在所需的温度(例如，根据用于改性的具体的硅烷和溶剂组成，为20℃～80℃)下反应所需的时间(例如，1～24个小时)。在所需的反应时间结束后，硅烷化过程可以使用下面的技术中的一种猝灭，并且在某些情况下可以向甲苯或乙醇基表面改性液中加入催化量的乙酸。

在示例性的猝灭技术中，可以将整个通道转移到填充有经0.2μm的SFCA过滤的乙醇的容器中，并且储存直到用于使用或进一步改性所需的时间。在另一种示例性猝灭技术中，通道可以用适当的溶剂组合物进行电动力学清洗。在用于甲苯改性通道的一种电动力学清洗技术中，以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动甲苯通过通道，随后以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动乙醇通过通道，随后以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动乙醇：水的1：1的混合物通过通道，最后以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动水通过通道。通道的正确操作可以通过如下确认：测量向通道中加入的50mM的硼酸钠缓冲液施加1000V场时的电流(基于通道尺寸得到的电流读数为约330nA)，并且在施加相同场的情况下重新加入超纯(例如，MilliQ超纯)水得到电流小于20nA但大于0。

表2总结了可用于改性通道的内表面和/或覆盖通道的盖片的内表面的某些示例性材料。

表2

III.示例性分析物检测技术

示例性技术使得能够使用一种或多种感应化合物检测样品中感兴趣的一种或多种分析物。示例性技术可以使用已知与分析物(如果样品中存在的话)相互作用以引起聚集体的产生的一种或多种感应化合物。示例性技术使得能够使用一种或多种感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)检测样品中的汞(II)或银(I)离子。在某些情况下，TPET2分子与汞(II)离子相互作用形成聚集体，该聚集体基本上阻断通道中的流体流动，结果引起电流和电导率下降。TPET2具有如下的分子式：C₄₂H₄₀N₄O₆。TPET2具有如下结构：

在某些情况下，TPEA2分子和银(I)离子相互作用形成聚集体，该聚集体基本上阻断通道中的流体流动，结果引起电流和电导率下降。TPEA2具有如下结构：

在某些实施方式中，检测系统中所使用的电极可以是金属的，例如铝、锰和铂。

示例性技术可以将样品和感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)引入检测系统的、被特别配置且尺寸设置成允许检测分析物(例如，汞或银)的通道。在某些实施方式中，通道可以配置为其深度和/或其宽度基本上小于或等于聚集体粒子的直径。在将样品和感应化合物二者引入通道时，聚集体的形成可能表明样品中存在分析物(例如，汞或银)，而不存在聚集体可能表明样品中不存在分析物(例如，汞或银)。

当流体的流动和/或流体中带电粒子的流动未受到抑制时(例如，由于不存在聚集体)，流体中的导电粒子或离子(例如分析物粒子或离子)可以在检测系统中沿y轴沿通道的长度的至少一部分从输入端口向输出端口移动。带电粒子或离子的移动可能导致沿通道的长度的至少一部分检测到(例如，通过分析物检测电路)第一或“参照”电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。在某些实施方式中，可以在一段时间内连续地或周期性地监测电特性值直到所述值达到平衡(例如，通过平衡电路)。可以将所检测到的值中的一个选为参照电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

术语“参照”电特性值可以指将样品和感应化合物二者引入通道之前的通道的电特性的值或值的范围。即，参照值为表示在样品中的分析物(例如，汞或银)与感应化合物之间任何相互作用之前的通道特征的值。在某些情况下，参照值在将感应化合物引入通道之后、但在将样品引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以在将样品引入通道之后、但在将感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以在将样品或感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以预先确定并且存储于可以访问该参照值的非临时性存储介质上。

然而，当流体的流动和/或流体中带电粒子的流动被部分或完全阻断(例如，通过形成聚集体)时，流体中的导电粒子或离子(例如，分析物粒子或离子)可能不能沿y轴沿通道的长度的至少一部分从输入端口向输出端口自由地移动。导电粒子或离子的移动受阻或停止可能导致沿通道的长度的至少一部分检测到第二电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。在某些实施方式中，可以允许在将样品和感应化合物二者引入通道之后、在检测第二电特性值之前经过一段等待或调整时间。所述等待或调整时间允许聚集体在通道中形成，并且允许聚集体的形成改变通道的电特性。

在某些实施方式中，可以在样品和感应化合物二者引入后的一段时间段内连续地或周期性地监测一个或多个电特性值直到所述值达到平衡。可以选择所检测到的值中的一个作为第二电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

可以比较第二电特性值和参照电特性值。如果确定第二值与参照值之间的差异与电流或电导率的预定减小(或电阻率的增加)范围相对应，可以确定通道中存在聚集体，因此确定样品中存在感兴趣的分析物(例如，汞或银)。

在某些情况下，导电聚集体的形成可以增强沿通道的长度的至少一部分的电通路。在这种情况下，可以沿通道的长度的至少一部分检测第三电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。在一些实施方式中，可以允许在将样品和感应化合物二者引入通道之后、在检测第三电特性值之前经过一段等待或调整时间。该段等待或调整时间允许聚集体在通道中形成，并且允许聚集体的形成改变通道的电特性。

在某些实施方式中，可以在将样品和感应化合物二者引入后的一段时间段内连续地或周期性地监测一个或多个电特性值直到所述值达到平衡。可以选择所检测到的值中的一个作为第三电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

可以比较第三电特性值和参照电特性值。如果确定第三值与参照值之间的差异与电流或电导率的预定增加(或电阻率的减小)范围相对应，可以确定通道中存在聚集体，因此确定样品中存在感兴趣的分析物。

在某些实施方式中，在使用检测系统之前，通道可能没有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)。即，检测系统的制造商可以不预处理或改性通道来包括感应化合物。在这种情况下，在使用过程中，使用者可能需要将感应化合物和样品二者引入通道。

在一个实施例中，使用者可以将感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)和样品同时引入通道，例如，以感应化合物和样品的混合物的形式。在这种情况下，可以在将混合物引入之前在通道中检测参照电特性值，并且在将混合物引入之后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可以用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在另一个实施例中，使用者可以将感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)和样品同时引入通道，例如以感应化合物和样品的混合物的形式。存储的表示将样品和感应化合物二者引入之前的通道的特征的参照电特性值可以从非临时性存储介质上检索或访问到。可以在将样品和感应化合物的混合物引入通道之后检测电特性值。电特性值与存储的参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在另一个实施例中，使用者可以先将感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)引入通道，并且检测通道中只有感应化合物时的参照电特性值。使用者可以随后将样品引入通道，并在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在另一个实施例中，使用者可以先将感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)引入通道，并且可以随后将样品引入通道。然后，使用者可以在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。存储的表示将样品和感应化合物二者引入之前的通道的特征的参照电特性值可以从非临时性存储介质上检索或访问到。存储的电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在另一个实施例中，使用者可以将样品引入通道，并且检测通道中只有样品时的参照电特性值。使用者可以随后将感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)引入通道，并且在将感应化合物引入通道后等待一段时间后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在另一个实施例中，使用者可以先将样品引入通道，并且可以随后将感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)引入通道。然后，使用者可以在将感应化合物引入通道后等待一段时间后检测电特性值。存储的表示将样品和感应化合物二者引入之前的通道的特征的参照电特性值可以从非临时性存储介质上检索或访问到。存储的电特性值与参照电特性值的比较可以用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在某些其他实施方式中，在使用检测系统之前，可预处理或改性通道，以使通道的内表面的至少一部分包括或涂覆有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)。即，检测系统的制造商可预处理或改性通道以包括感应化合物。在这种情况下，使用者可能只需将样品引入通道。

在一个实施例中，制造商可以检测具有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)的通道的参照电特性值，并且可以将参照电特性值存储于非临时性存储介质上。在使用过程中，使用者可以将样品引入通道，并在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。所存储的电特性值可以从存储器介质上访问或检索到。电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

在另一个实施例中，使用者可以在将样品引入通道之前检测具有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)的通道的参照电特性值。随后使用者可以将样品引入通道，并且在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可以用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图7A和图7B为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的示例性方法700的流程图。在步骤702中，可使用任何合适的技术例如毛细填充或电动力学填充将电解质缓冲液中的感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)引入通道。或者，在步骤702中，可以处理通道的内表面的至少一部分以包括或涂覆有感应化合物(例如，汞检测用的TPET2或银检测用的TPEA2)。在步骤704，使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电压差。在步骤706中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一个或多个电特性值(例如，电流和/或电导率)。在某些情况下，可以直接测量电流和/或电导率。在其它情况下，可以检测表示电流的度量值和/或表示电导率的度量值。

将感应化合物引入通道可能造成通道的电特性的瞬变。为了得到准确且可靠的电特性的测量，在步骤708中，可以连续地或周期性地监测步骤706中检测到的第一组两个以上的值。可以确定电特性值是否已经达到平衡，即停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定电特性尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤706，以检测另外的电特性值。另一方面，如果确定电特性值已经达到平衡，那么该方法可以转到步骤710。

在步骤710中，可以从第一组电特性中选择第一值或参照值。第一电特性值可用于表示在将样品和感应化合物二者引入通道之前的通道的一种或多种电特性(例如，电流或电导率)。

在可选的实施方式中，第一值或参照值可以从非临时性存储器或存储器上访问到，因此可能不需要在步骤704-710进行检测，从而使步骤704-710在本实施方式中变得不必要。

在步骤711中，在一些实施方式中，可以从通道的引入包括TPET2分子或TPEA2分子的电解质缓冲液的输入端口取出该电解质缓冲液。该步骤保证随后在该输入端口引入样品不引起TPET2分子或TPEA2分子与输入端口处的样品之间发生相互作用。相反地，该步骤保证任何这样的相互作用发生在通道的长度内，而不在输入端口处发生。

在步骤712中，可以使用任何合适的技术例如毛细填充或电动力学填充将电解质缓冲液中的样品引入通道。

虽然图7A和图7B中所示的方法表明在引入样品之前将感应化合物引入通道，但是该方法的另一种实施方式可能涉及到在引入感应化合物之前将样品引入通道。即，可以在步骤702中将样品引入通道，而在步骤712中将感应化合物引入通道。然而，另一种实施方式可能涉及到预先混合样品和感应化合物，再将预混合物一次引入通道。在预混合的情况下，可以在将预混合物引入通道之前检测参照电特性值，并且在将预混合物引入通道后检测第二电特性值。可以比较第二值与参照值以确定样品中是否存在分析物(例如汞或银)。

在步骤714中，可以使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤716中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性(例如，电流和/或电导率)。在某些情况下，可以直接测量电流和/或电导率。在其它情况下，可以检测表示电流的度量值和/或表示电导率的度量值。

将样品引入通道可能造成沿通道传导的电流的瞬变。为了获得准确且可靠的电特性的测量，在步骤718中，可以连续地或周期性地监测步骤716中检测到的第二组两个以上的值。可以确定电特性值是否已经达到平衡，即停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定电特性尚未达到平衡，则该方法可返回到步骤716，以检测另外的值。另一方面，如果确定电特性值已经达到平衡，那么该方法可以转到步骤720。在步骤720中，可以从第二组电特性值中选择第二值。第二值可用于表示在将样品和感应化合物二者引入通道后沿通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性(例如，电流或电导率)。

在步骤722中，可以确定第一值或参照值(在步骤710中确定的)的大小与第二值(在步骤720中确定的)的大小之间的差异。在步骤724中，可以确定步骤722中确定的差异是否满足预定阈值，例如该差异是否大于预定值或者该差异是否在预定范围内。

如果样品含有与感应化合物进行特定类型的相互作用的特定分析物(例如，汞或银)，将样品和感应化合物二者引入通道可能引起该特定类型的相互作用。相反，如果样品不含特定分析物(例如，汞或银)，将样品和感应化合物二者引入通道可能不引起该特定类型的相互作用。因此，如果特定的相互作用引起通道中电流或电导率的变化，那么步骤724中检测到预期变化可以表明样品中存在分析物(例如，汞或银)。

这样，如果在步骤724中确定第一值与第二值之间的差异大于预定阈值，那么在步骤730中可以确定样品含有正在测定的分析物(例如，汞或银)。随后，在步骤732中，样品含有分析物(例如，汞或银)的指示可以存储于非临时性存储介质上。可选地或者另外，在步骤732中，样品含有分析物(例如，汞或银)的指示可以显示在显示设备上。

另一方面，如果在步骤724中确定第一值与第二值之间的差异小于预定阈值，那么在步骤726中可以确定样品不含正在测定的分析物(例如，汞或银)。随后，在步骤728中，样品不含分析物(例如，汞或银)的指示可以存储于非临时性存储介质上。可选地或另外，在步骤728中，样品不含分析物(例如，汞或银)的指示可以显示在显示设备上。

示例性阈值可以包括但不限于某些非限制性情况下的5-100nA。

关于汞检测，示例性阈值可以包括但不限于某些非限制性情况下的5-100nA。在一个实施例中，可以通过向一个通道端口加入约10μL电解质缓冲液来用电解质缓冲液(例如，溶解于水和乙腈中的四硼酸钠，其中50mM的四硼酸钠：乙腈的比为2:1)毛细填充100nm的通道，进行约5分钟。在完成通道的填充时，可以向另一通道端口加入约10μL电解质缓冲液，然后将与Kiethley 2410电流表连接的电极插入通道的端口中，并且施加+500V或-500V的电位差直到获得稳定电流(对于+500V为约29～31nA，而对于-500V为约-29～-31nA)。可以施用约2μL的含有在电解质缓冲液(2:1的50mM硼酸钠：乙腈)中的100μM硝酸汞(II)一水合物(其为分析物)的溶液，施加+500V或-500V的电位差直到获得稳定电流(对于+500V为约28～29nA，而对于-500V为约-29～-31nA)。可以从通道的端口取出在缓冲液中的硝酸汞样品，以替换为约5μL的含有在电解质缓冲液(2:1的50mM硼酸钠：乙腈)的20μM的TPET2的溶液。向每个通道端口中加入该溶液。可以以30秒的周期在+500V和-500V之间间歇性切换电场以引起混合。可以检测到不同大小的稳定电流，而与电场的方向无关(对于+500V为约29～33nA，而对于-500V为约-37～-40nA)。

关于银检测，示例性阈值可以包括但不限于某些非限制性情况下的5-100nA。在一个实施例中，可以通过向一个通道端口加入约10μL电解质缓冲液来用电解质缓冲液(例如，溶解于水中和四氢呋喃的四硼酸钠，其中45mM四硼酸钠：四氢呋喃的比为5:1)毛细填充100nm的通道，填充约5～10分钟。在完成通道的填充时，可以向另一通道端口加入约10μL电解质缓冲液，然后将与Kiethley 2410电流表连接的电极插入通道的端口中，并且施加+1000V或-1000V的电位差直到获得稳定电流(对于+1000V为约45nA，而对于-1000V为约-45nA)。可以将在5:1的50mM硼酸盐：四氢呋喃中的约40μM的TPEA2引入通道，并且施加+1000V或-1000V的电位差直到获得稳定电流(对于+1000V为约40～43nA，而对于-1000V为约-40～-43nA)。可以仅从一个通道端口或者两个通道端口取出TPEA2缓冲液，并替换为约5μL的样品溶液。样品溶液可能含有或可能不含银离子。在一个实施例中，如果样品溶液是含有银离子的样品溶液，则样品溶液可能含有在电解质缓冲液(50mM硼酸钠：四氢呋喃的比为约5:1)中的约200μM的硝酸银(I)。在将样品溶液引入通道后，可以在电极两端施加+1000V的电位差，并且将电场间歇性切换为-1000V以引起混合。在+1000V和-1000V时可以使用约30秒的周期，以引起样品混合，并且在所施加的两种场下均可检测到沿通道的长度的至少一部分的电流。在施加场为约+1000V的情况下，在某些情况下检测到电流为约43～46nA，而在施加场为-1000V的情况下，在某些情况下检测到电流为约-60～-63nA。

在某些实施方式中，可以准备用于在随后测试样品中重复使用的通道。在步骤736中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将解聚剂引入通道。可以选择与通道中所形成的聚集体之间相互作用以造成聚集体溶解或解体的解聚剂。随后，可以使通道充满电解质缓冲液，以彻底冲洗通道，并允许样品和感应化合物被引入通道。在一个实施例中，包括聚集体的通道可以通过如下准备用于重复使用：用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差引入通道的二甲亚砜清洗通道，随后用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差引入通道的10mM氢氧化钠清洗，随后用在输入节点和输出节点之间施加100V电位差引入通道的1M氯化氢清洗。在另一个实施例中，包括聚集体的通道可以通过如下准备用于重复使用：用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差持续10分钟引入通道的二甲亚砜清洗，随后用在输入节点和输出节点之间施加100V电位差持续10分钟引入通道的1M氯化氢清洗，随后用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差持续10分钟引入通道的100mM四硼酸钠清洗，随后在输入节点和输出节点之间施加500V电位差持续10分钟将18MilliQ MegaOhm水引入通道。

在某些实施方式中，在步骤734中，在聚集体分解之前，可以基于通道的电特性值确定分析物(例如，汞或银)的绝对浓度或相对浓度。分析物的浓度可以以这样的方式确定，因为示例性检测系统的通道具有较高的内表面积与体积的比。在低分析物浓度下，通道中的电导率由表面电荷控制。这样，对通道的电特性的测量可以使得能够区分不同的离子。结果，通道中的主体流动的独特且灵敏的测量可用于确定通道内表面处的表面电荷的信息。因此，示例性实施方式可以计算通道的电特性值的预定范围，这些预定范围为给定通道尺寸和不同分析物离子浓度下的特定分析物离子(例如，汞或银离子)所特有。然后，可以用这些预定值来确定样品中的分析物的未知浓度。下面的论文中给出了针对不同离子的通道中表面电荷的详细信息，所述论文的全部内容通过引用明确并入本文：“裸露的二氧化硅纳米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅纳米通道的表面依赖性化学平衡常数和电容(Surface-dependent chemical equilibrium constants and capacitances for bareand 3-cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels),”M.B.Andersen,J.Frey,S.Pennathur和H.Bruus,J.Colloid Interface Sci.353,301-310(2011)，和“纳米通道中低盐浓度下二氧化碳饱和的电解质中水合氢控制离子迁移(Hydronium-domination ion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytesat low salt concentrations in nanochannels)”,”K..L.Jensen,J.T.ristensen,A.M.Crumrine,M.B.Andersen,H.Bruus和S.Pennathur.,Phys.Review E.83,5,056307”。

图5是通道的内部的示意图，包括通道502的内表面、紧邻通道的内表面的固定流体层504、紧邻固定层的扩散流体层506和紧邻扩散层的主体流体流动层508。在各流体层中描绘了示例性离子。在通道的长度的两端施加电位差时，可以沿通道的长度的至少一部分检测电特性值(例如，通过分析物检测电路122)。比较电路124可用于比较测量到的电特性值和预定范围的与分析物(例如，汞或银)的特定浓度或浓度值的范围相对应的电特性值。所确定的浓度可以是分析物(例如，汞或银)的绝对浓度，或者是分析物(例如，汞或银)相对于通道中的一种或多种其它物质的浓度的相对浓度。

图6A和图6B是表示针对不同测试例的在通道中测量的电导率值的图。在每个测试例中，使用分析物相对于另外两种物质(在这种情况下，为铵和过氧化氢)的浓度的不同相对浓度，确定通道中的对应电导率值。在一种实施方式中，Standard Clean 1或SC1用作测试例中的溶液。SC1的详情可以在网上找到。在图6A和图6B中描绘的测试例中的三种物质之间的浓度比在上面的表1中给出。

分析物的浓度越低，越容易测量分析物与其它物质之间的相对浓度差。例如，在浓度比为1000:1:1时，在示例性检测系统中可以实现1-10ppm数量级的检测灵敏度。在浓度比为350:1:1时，可以实现100ppm数量级的检测灵敏度。在浓度比为5:1:1时，可以实现10,000ppm数量级的检测灵敏度。

用于检测分析物(例如，汞离子或银离子)的另一种示例性技术可能涉及到检测通道中由通道中聚集体的形成造成的二极管样性质的存在。在不存在聚集体的情况下，施加基本类似大小的电位差(如+500V)可能造成沿通道长度检测到基本相同大小的电特性(例如电流)，而与电位差或电场的施加方向无关。如果在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度的两端施加电位差(例如，使得正电极处于位于通道的第一端或第一端附近的输入端口110处，并且使得负电极处于位于通道的第二端或第二端附近的输出端口112处)，所产生的电流可能在大小上基本等于在相反方向上施加该电位差(例如，使得正电极处于输出端口112处并且使得负电极处于输入端口110处)所产生的电流。

通道中聚集体的形成可能造成二极管样性质，在该性质中施加的电位差或电场的方向的颠倒造成通道中检测到的电特性发生变化。二极管样性质使得检测到的电流大小随电场的方向变化。当在第一方向上施加电场或电位差时，电流的大小可能在大小上与在相反方向上施加电位差或电场时不同。因此，第一电特性值(在沿通道长度的第一方向上施加电位差时检测到的)与第二电特性值(在沿通道长度的第二相反方向上施加电位差时检测到的)之间的比较可使得能够检测聚集体，从而检测样品中的分析物(例如，汞离子或银离子)。如果第一电特性值和第二电特性值在大小上基本相等，那么可以确定样品不含分析物(例如，汞离子或银离子)。另一方面，如果第一电特性值和第二电特性值在大小上基本不相等，则可以确定样品含有分析物(例如，汞离子或银离子)。换句话说，电特性值的总和(在一个方向上为正、在另一个方向上为负)在不存在聚集体时基本上为0，而在存在聚集体时基本上不为0。图8A和图8B为示出用于检测样品中是否存在分析物的一般示例性方法750的流程图。在步骤752中，可使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将样品和电解质缓冲液中的感应化合物引入通道。感应化合物和样品可以同时或分开引入。在一种实施方式中，可以处理通道的内表面的至少一部分，以包括或涂覆有感应化合物。在步骤754中，可以使用电压源在沿通道长度(y轴)的第一方向上在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤756中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一个或多个电特性值(例如，电流和/或电导率)。在一些情况下，可以直接测量电流和/或电导率。在其它情况下，可以检测表示电流的测量值和/或表示电导率的测量值。

为了得到准确且可靠的电特性的度量值，在步骤758中，可以连续地或周期性地监测步骤756中检测到的第一组两个以上的值。可以确定电特性值是否已经达到平衡，即停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定电特性尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤756，以检测另外的电特性值。另一方面，如果确定电特性值已经达到平衡，那么该方法可以转到步骤760。

在步骤760中，可以从第一组电特性中选择第一值。第一电特性值可用于表示在将沿通道的长度(y轴)的第一方向上施加电场时的通道的一种或多种电特性(例如，电流或电导率)。

在步骤762中，可以使用电压源在沿通道长度(y轴)的第二相反方向上在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。第二方向可能基本上与第一方向相反。在步骤764中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性(例如，电流和/或电导率)。在一些情况下，可以直接测量电流和/或电导率。在其它情况下，可以检测表示电流的度量值和/或表示电导率的度量值。

为了获得准确且可靠的电特性的度量值，在步骤766中，可以连续地或周期性地监测步骤764中检测到的第二组两个以上的值。可以确定电特性值是否已经达到平衡，即暂时停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定电特性尚未达到平衡，则该方法可返回到步骤764，以检测另外的值。另一方面，如果确定电特性值已经达到平衡，那么该方法可以转到步骤768。在步骤768中，可以从第二组电特性值中选择第二值。第二值可用于表示在将样品和感应化合物二者引入通道后沿通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性(例如，电流或电导率)。

在步骤770中，可以确定第一值(在步骤760中确定的)的大小与第二值(在步骤768中确定的)的大小之间的差异。在步骤772中，可以确定步骤770中确定的差异是否满足预定阈值，例如该差异是否大于预定值或者该差异是否在预定范围内。

如果在步骤772中确定第一值与第二值之间的差异满足预定的阈值(例如，大小上的差异基本上不为0)，则可以在步骤778中确定样品含有正在测定的分析物(例如，汞离子或银离子)。随后，在步骤780中，可以将样品含有分析物的指示存储于非临时性存储介质上。可选地或另外，在步骤780中，样品含有分析物的指示可以显示在显示设备上。

另一方面，如果在步骤772中确定第一值与第二值之间的差异不满足预定阈值(例如，大小上的差异基本上为0)，则可以在步骤774中确定样品不含正在测定的分析物(例如，汞离子或银离子)。随后，在步骤776中，可以将样品不含分析物的指示存储于非临时性储存介质上。可选地或另外，在步骤776中，样品不含分析物(例如，汞离子或银离子)的指示可以显示在显示设备上。

在某些情况下，如果第一与第二值之间的大小差异大于阈值，则可以确定样品含有分析物(例如，汞离子或银离子)。相反，可以确定样品不含分析物(例如，汞(Hg)离子或银(Ag)离子)。在某些非限制性实施例中，阈值可以为约1nA至约3nA。

在通过TPET2(C42H40N4O6)检测汞(II)离子的存在的实施例中，汞离子与TPET2之间的相互作用导致通道中形成聚集体。在不存在汞聚集体的情况下，第一和第二电特性值可能基本相等。例如，当通道填充有2:1的50mM硼酸盐：乙腈(缺少聚集体)时，在第一方向上施加+500V的电位差时检测到第一电流值为32nA～33nA，而在第二相反方向上施加-500V的电位差时检测到第二电流值为-31nA～-32nA。同样地，当通道填充有在2:1的50mM硼酸盐：乙腈(缺少感应化合物，且缺少聚集体)中的100μΜ的硝酸汞(II)溶液时，在第一方向上施加+500V的电位差时检测到第一电流值为29nA～31nA，而在第二相反方向上施加-500V的电位差时检测到第二电流值为28nA～30nA。即，两个电特性值的大小之间的差异基本上为0(例如，0～3nA)。换句话说，这两个电特性值基本上相等，表明通道中不存在汞聚集体。相比之下，在该实施例中存在汞聚集体的情况下，第一和第二电特性值可能不相等，即基本上不同。例如，当通道中存在汞聚集体时(在将含汞的样品和TPET2引入通道后)，在第一方向上施加+500V的电位差时检测到第一电流为29nA～33nA，而在第二相反方向上施加-500V的电位差时检测到第二电流值为-37nA～-40nA。即，两个电特性值的大小之间的差异基本上不为0(例如，7～8nA)。换句话说，这两个电特性值基本上不相等，表明通道中存在汞聚集体。

在通过TPEA2检测银(I)离子的存在的实施例中，银离子与TPEA2之间的相互作用导致通道中形成聚集体。在不存在银聚集体的情况下，第一和第二电特性值可能基本相等。例如，当通道填充有5:1的45mM四硼酸钠：四氢呋喃(缺少聚集体)时，在第一方向上施加+1000V的电位差时可能检测到第一电流值为45nA，而在第二相反方向上施加-1000V的电位差时可能检测到第二电流值为-45nA。同样地，当通道填充有在5:1的50mM硼酸盐：四氢呋喃(缺少感应化合物，且缺少聚集体)中的40μΜ的TPEA2时，在第一方向上施加+1000V的电位差时可能检测到第一电流值为40nA～43nA，而在第二相反方向上施加-1000V的电位差时可能检测到第二电流值为-40nA～-43nA。即，两个电特性值的大小之间的差异基本上为0(例如，0～3nA)。换句话说，这两个电特性值基本上相等，表明通道中不存在银聚集体。相比之下，在该实施例中存在银聚集体的情况下，第一和第二电特性值可能不相等，即基本上不同。例如，当通道中存在银聚集体时(在将含银的样品和TPEA2引入通道后)，在第一方向上施加+1000V的电位差时可能检测到第一电流值为43nA～46nA，而在第二相反方向上施加-1000V的电位差时可能检测到第二电流值为-60nA～-63nA。即，两个电特性值的大小之间的差异基本上不为0。换句话说，这两个电特性值基本上不相等，表明通道中存在银聚集体。

在某些实施方式中，可以制备用于在随后测试样品中重复使用的通道。在步骤784中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将解聚剂引入通道。可以选择解聚剂，使得解聚剂与通道中所形成的聚集体之间相互作用造成聚集体溶解或解体。可以使通道充满电解质缓冲液，以彻底冲洗通道，并允许样品和感应化合物被引入通道。在一个实施例中，包括聚集体的通道可以通过如下准备用于重复使用：用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差引入通道的二甲亚砜清洗通道，随后用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差引入通道的10mM氢氧化钠清洗，随后用在输入节点和输出节点之间施加100V电位差引入通道的1M氯化氢清洗。在另一个实施例中，包括聚集体的通道可以通过如下准备用于重复使用：用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差持续10分钟引入通道的二甲亚砜清洗，随后用在输入节点和输出节点之间施加100V电位差持续10分钟引入通道的1M氯化氢清洗，随后用在输入节点和输出节点之间施加500V电位差持续10分钟引入通道的100mM四硼酸钠清洗，随后在输入节点和输出节点之间施加500V电位差持续10分钟将18MilliQ MegaOhm水引入通道。

在某些实施方式中，在步骤782中，在聚集体解体之前，可以基于通道的电特性值确定分析物(例如，汞离子或银离子)的绝对浓度或相对浓度。分析物(例如，汞离子或银离子)的浓度可以以这样的方式确定，因为示例性检测系统的通道具有较高的内表面积与体积的比。在低分析物(例如，汞离子或银离子)浓度下，通道中的电导率由表面电荷控制。这样，对通道的电特性的测量可以使得能够区分不同的离子。结果，通道中的主体流动的独特且灵敏的测量可用于确定通道内表面处的表面电荷的信息。因此，示例性实施方式可以计算通道的电特性值的预定范围，这些预定范围为给定通道尺寸和不同分析物浓度下的特定分析物离子(例如，汞离子或银离子)所特有。然后，可以用这些预定值来确定样品中的分析物(例如，汞离子或银离子)的未知浓度。

图9为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法800的流程图。在步骤802中，可以将样品引入检测系统的通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤804中，可以在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性(例如，电流、电导率、电阻)的电特性值。在步骤806中，可以访问参照电特性值。所述参照电特性值可能与步骤804中在将样品引入通道之前沿通道的长度的至少一部分检测到的电特性有关联。在步骤808中，可以比较步骤804中测量到的电特性值与步骤806中访问到的参照电特性值。在步骤810中，基于步骤808中的比较，可以确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图10为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法900的流程图。在步骤902中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)的一个或多个电特性值，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤904中，可以基于步骤902中测量到的通道的电特性值确定参照通道电特性值。在步骤906中，可以将样品引入通道。在步骤908中，可以在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)的一个或多个电特性值。在步骤910中，可以基于步骤908中测量到的一个或多个电特性值确定样品通道电特性值。在步骤912中，可以比较步骤910中确定的样品通道电特性值与步骤904中确定的参照通道电特性值。在步骤914中，基于步骤912中的比较，可以确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图11为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法1000的流程图。在步骤1002中，可以将样品与感应化合物的混合物引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度基本上大于宽度。在步骤1004中，可以在将样品和感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性(例如，电流、电导率、电阻)的电特性值。在步骤1006中，可以访问参照电特性值。该参照电特性值可能与步骤1004中在将样品和感应化合物引入通道之前沿通道的长度的至少一部分检测到的电特性有关联。在步骤1008中，可以确定步骤1004中测量到的电特性值与步骤1006中访问到的参照电特性值之间的任何差异。在步骤1010中，如果在步骤1008中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图12为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法1100的流程图。在步骤1102中，可以将感应化合物引入通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤1104中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1106中，可以基于步骤1104中测量到的通道的电特性确定参照通道电特性值。在步骤1108中，可以将样品引入通道。在步骤1110中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1112中，可以基于步骤1110中测量到的一种或多种电特性确定通道的电特性值。在步骤1114中，可以确定步骤1112中确定的电特性值与步骤1106中确定的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤1116中，如果在步骤1114中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图13为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法1200的流程图。在步骤1202中，可以将感应化合物引入通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤1204中，可以将样品引入通道。在步骤1206中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1208中，可以基于步骤1206中测量到的一种或多种电特性确定通道的电特性值。在步骤1210中，可以访问参照通道电特性值。该参照通道电特性值可以在将感应化合物和样品二者引入通道之前测量。在步骤1212中，可以确定步骤1208中确定的电特性值与步骤1210中访问到的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤1214中，如果在步骤1212中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图14为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞离子或银离子)的一般示例性方法1300的流程图。在步骤1302中，可以将样品引入检测系统的通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤1304中，可以在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1306中，可以基于步骤1304中测量到的一种或多种电特性确定参照通道电特性值。在步骤1308中，可以将感应化合物引入通道。在步骤1310中，可以在将感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1312中，可以基于步骤1310中在将感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值。在步骤1314中，可以确定步骤1312中确定的电特性值与步骤1306中确定的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤1316中，如果在步骤1314中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图15为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法1400的流程图。在步骤1402中，可以将样品引入检测系统的通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤1404中，可以将感应化合物引入通道。在步骤1406中，可以在将样品和感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1408中，可以基于步骤1406中在将感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值。在步骤1410中，可以访问参照通道电特性值。该参照通道电特性值可以在将感应化合物和样品二者引入通道之前测量。在步骤1412中，确定步骤1408中确定的电特性值与步骤1410中访问到的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤1414中，如果步骤1412中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

图16为示出用于检测样品中是否存在分析物(例如，汞或银)的一般示例性方法1500的流程图。在步骤1502中，可以用感应化合物涂覆通道的内表面的至少一部分。通道可以具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在某些情况下，可以预处理或共价改性通道的内表面，以使得感应化合物能够共价附着到该内表面，并且防止其它分子非特异性附着到该内表面。在步骤1504中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤1506中，可以基于步骤1504中测量到的一种或多种电特性确定参照通道电特性值。在步骤1508中，可以将参照通道电特性值存储于非临时性存储介质上，用于确定样品中是否存在分析物(例如，汞或银)。

IV.用于检测溶剂的示例性技术

示例性检测系统和技术可以配置为检测样品中是否存在特定的溶剂(例如，水)。在这种情况下，样品中正在测定的分析物为溶剂(例如，水)。可用于测定是否存在溶剂的示例性感应化合物为溶解于乙醇但在水中形成聚集体的染料。即，该染料和水相互作用形成阻断通道中的流体流动并因此造成电流和电导率下降的聚集体。示例性染料为水杨醛吖嗪(SA)，其具有如下结构：

图17A和17B为示出用于检测样品中溶剂的示例性方法1600的流程图。在步骤1602中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将电解质缓冲液引入通道。电解质缓冲液可以是溶解于乙醇中的氢氧化钠。可以将在乙醇中的任何合适浓度的氢氧化钠引入通道，所述浓度包括但不限于1-10mM。在步骤1606中，可以使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。

在步骤1608中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将电解质缓冲液(例如，溶解于氢氧化钠和乙醇中的SA)引入通道。可以将在乙醇中的任何合适浓度的氢氧化钠引入通道，所述浓度包括但不限于1-10mM。可以将任何合适浓度的染料引入通道，所述浓度包括但不限于1-50μΜ。在步骤1610中，可以使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤1612中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一个或多个电特性值(例如，电流、电导率、电阻)。

为了得到准确且可靠的电流度量值，在步骤1614中，可以使用平衡电路分析步骤1612中检测到的第一组两个以上的值。平衡电路可以确定该值是否已经达到平衡，即，停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定该值尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤1612，以检测另外的值。另一方面，如果确定该值已经达到平衡，则该方法可以转到步骤1616。在步骤1616中，平衡电路可以从第一组值中选择第一值或参照值。第一值或参照值可用于表示在样品和染料之间相互作用之前通道的一种或多种电特性。

在步骤1618中，在一些实施方式中，可以从通道的引入包括染料分子的电解质缓冲液的输入端口取出该电解质缓冲液。该步骤保证随后在该输入端口引入样品不引起染料分子与输入端口处的样品发生相互作用。在步骤1620中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将样品引入通道。在步骤1622中，可以使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤1624中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一个或多个电特性值(例如，电流、电导率、电阻率)。

为了得到准确且可靠的电流度量值，在步骤1626中，可以使用平衡电路分析步骤1624中检测到的第二组一个或多个值。平衡电路可以确定该值是否已经达到平衡，即，停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定该值尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤1624，以检测另外的值。另一方面，如果确定该值已经达到平衡，则该方法可以转到步骤1628。在步骤1628中，平衡电路可以从第二组值中选择第二值。该第二值可用于表示在样品和染料之间的任何相互作用之后的通道的一种或多种电特性。

在步骤1630中，可使用比较电路确定第一值或参照值(步骤1616中确定的)与第二值(步骤1628中确定的)之间的差异。在步骤1632中，比较电路可以确定步骤1630中确定的差异是否满足预定阈值，例如，该差异是否大于预定值或者该差异是否在预定的范围内。

如果在步骤1632中确定第一值与第二值之间的差异满足预定阈值，则在步骤1638中分析物检测电路可以确定样品含有溶剂。随后，在步骤1640中，分析物检测电路可以将样品含有溶剂的指示存储于非临时性计算机可读介质上。可选地或另外，在步骤1640中，分析物检测电路可以将样品含有溶剂的指示显示在显示设备上。

另一方面，如果在步骤1632中确定第一值与第二值之间的差异不满足预定的阈值，则在步骤1634中分析物检测电路可以确定样品不含溶剂。随后，在步骤1636中，分析物检测电路可以将样品不含溶剂的指示存储于非临时性计算机可读介质上。可选地或另外，在步骤1636中，分析物检测电路可以将样品不含溶剂的指示显示在显示设备上。

在某些实施方式中，通道可重复用于随后测试样品。在步骤1644中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将解聚剂引入通道。可以选择解聚剂，使得解聚剂与通道中所形成的聚集体之间相互作用造成聚集体溶解或解体。可以使通道充满电解质缓冲液，以彻底冲洗通道，并允许样品和感应化合物被引入通道。

在某些实施方式中，在步骤1642中，在聚集体解体之前，可以基于通道的电特性值确定溶剂的绝对浓度或相对浓度，可以将该浓度存储于非临时性存储器设备上和/或显示在视觉显示设备上。分析物的浓度可以以这样的方式确定，因为示例性检测系统的通道具有高的表面积与体积的比。在低分析物浓度下，通道中的电导率由表面电荷控制。这样，对通道的电特性的测量可以使得能够区分不同的离子。结果，通道中的主体流动的独特且灵敏的测量可用于确定通道内表面处的表面电荷的信息。因此，示例性实施方式可以计算通道的电特性值的预定范围，这些预定范围为给定通道尺寸和不同分析物浓度下的特定分析物所特有。然后，可以用这些预定值来确定样品中的分析物的未知浓度。

下面的论文中给出了针对不同离子的通道中表面电荷的详细信息，所述论文的全部内容通过引用明确并入本文：“裸露的二氧化硅纳米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅纳米通道的表面依赖性化学平衡常数和电容(Surface-dependent chemicalequilibrium constants and capacitances for bare and 3-cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels),”M.B.Andersen,J.Frey,S.Pennathur和H.Bruus,J.Colloid Interface Sci.353,301-310(2011)，和“纳米通道中低盐浓度下二氧化碳饱和的电解质中水合氢控制离子迁移(Hydronium-dominationion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low saltconcentrations in nanochannels)”,K..L.Jensen,J.T.ristensen,A.M.Crumrine,M.B.Andersen,H.Bruus和S.Pennathur.,Phys.Review E.83,5,056307。

V.示例性核酸检测技术

示例性技术使得能够使用一种或多种感应化合物(即一种或多种核酸探针)检测样品中的特定的核酸和/或核苷酸(例如，DNA、RNA)。可以检测的示例性核酸为包括在总RNA提取物中的3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPD)信使RNA(mRNA)。可用于测定核酸是否存在的一种或多种示例性感应化合物包括直接或间接与分析物核酸结合形成导电聚集体的一种或多种核酸探针。分析物核酸与该一种或多种核酸探针可能相互作用形成可以包覆或覆盖通道的内部空间或内表面的至少一部分的聚集体，从而增强沿通道的长度的电通路。如果聚集体导电，这可能造成沿通道的长度的至少一部分测量到的电流和/或电导率的可测量的增加和沿通道的长度的至少一部分测量到的电阻率的可测量的减小。

在某些实施方式中，检测系统中所使用的电极可以是金属的，例如铝、锰和铂。在其它实施方式中，检测系统中所使用的电极可以是非金属的。

示例性的技术可将样品和所有感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)二者引入检测系统的、被特别配置且尺寸设置成允许检测核酸的通道。在某些实施方式中，通道可以配置为其深度和/或其宽度基本上小于或等于聚集体粒子的直径。在将样品和感应化合物引入通道时，聚集体的形成可能表明样品中存在核酸，而不存在聚集体可能表明样品中不存在核酸。

当流体的流动和/或流体中带电粒子的流动未受到抑制时(例如，由于不存在聚集体)，流体中的导电粒子或离子可以沿y轴沿通道的长度的至少一部分从输入端口向输出端口移动。带电粒子或离子的移动可能导致核酸检测电路沿通道的长度的至少一部分检测到第一或“参照”电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。在某些实施方式中，平衡电路可以在一段时间内周期性地或连续地监测电特性值直到所述值达到平衡。平衡电路可以将所检测到的值中的一个选为参照电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

术语“参照”电特性值可以指将样品和所有感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)引入通道之前的通道的电特性的值或值的范围。即，参照值为表示在样品中的核酸与所有感应化合物之间任何相互作用之前的通道特征的值。在某些情况下，参照值可以在将感应化合物引入通道之后、但在将样品和另外的感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以在将感应化合物和样品引入通道之后、但在将另外的感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以在将样品或感应化合物引入通道之前的时间段检测。在某些情况下，参照值可以预先确定并且存储于可以访问该参照值的非临时性存储介质上。

在某些情况下，通道中导电聚集体的形成(由于样品中感兴趣的核酸与一种或多种核酸探针之间的相互作用)可增强沿通道的长度的至少一部分的电通路。在这种情况下，核酸检测电路可以沿通道的长度的至少一部分检测第二电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。在某些实施方式中，核酸检测电路可在将样品和所有感应化合物引入通道之后、在检测第二电特性值之前等待一段等待或调整时间。该段等待或调整时间允许聚集体在通道中形成，并且允许聚集体的形成改变通道的电特性。

在某些实施方式中，平衡电路可以在引入样品和所有感应化合物后的一段时间段内周期性地或连续地监测电特性值直到所述值达到平衡。然后，平衡电路可以选择所述值中的一个作为第二电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

比较电路可以比较第二电特性值和参照电特性值。如果确定第二值与参照值之间的差异与电流或电导率的预定增加范围(或电阻率的预定减小范围)相对应，核酸检测电路可以确定通道中存在聚集体，因此确定样品中存在核酸。

在某些其他情况下，当通道中流体的流动和/或流体中带电粒子的流动被部分或完全阻断(例如，通过形成聚集体)时，流体中的导电粒子或离子可能不能沿y轴沿通道的长度的至少一部分从输入端口向输出端口自由地移动。导电粒子或离子的移动受阻或停止可能导致核酸检测电路沿通道的长度的至少一部分检测到第三电特性(例如，电流、电导率、电阻率的)值或值的范围。可以检测除第二电特性值之外或代替第二电特性值的第三电特性值。在某些实施方式中，核酸检测电路可以在将样品和所有感应化合物二者引入通道后、在检测第三电特性值之前等待一段等待或调整时间。该段等待或调整时间允许聚集体在通道中形成，并且允许聚集体的形成改变通道的电特性。

在某些实施方式中，平衡电路可以在引入样品和所有感应化合物引入后的一段时间段内周期性地或连续地监测电特性值直到所述值达到平衡。然后，平衡电路可以选择所述值中的一个作为第三电特性值，以避免电特性瞬变的影响。

比较电路可以比较第三电特性值和参照电特性值。如果确定第三值与参照值之间的差异与电流或电导率的预定减小范围(或电阻率的预定增加范围)相对应，则核酸检测电路可以确定通道中存在聚集体，因此确定样品中存在核酸。

在某些实施方式中，在使用检测系统之前，通道可能没有感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)。即，检测系统的制造商可以不预处理或改性通道来包括感应化合物。在这种情况下，在使用过程中，使用者可以将一种或多种感应化合物(例如在电解质缓冲液中)引入通道，并检测具有感应化合物而不存在样品的通道的参照电特性值。

在某些其他实施方式中，在使用检测系统之前，可以预处理或改性通道，以使通道的内表面的至少一部分包括或涂覆有感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)。在一个实施例中，制造商可以检测用感应化合物改性的通道的参照电特性值，并且在使用过程中，使用者可以使用存储的参照电特性值。即，检测系统的制造商可以预处理或改性通道以包括感应化合物。在这种情况下，使用者可能需要将样品和一种或多种另外的感应化合物引入通道。

在一个实施例中，使用者可以将一种或多种感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)和样品同时引入通道，例如，以感应化合物和样品的混合物的形式。在这种情况下，可以在将混合物引入之前在通道中检测参照电特性值，并且在将混合物引入之后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可以用于确定样品中是否存在核酸。

在另一个实施例中，使用者可以将一种或多种感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)和样品同时引入通道，例如以感应化合物和样品的混合物的形式。存储的表示将混合物引入之前的通道的特征的参照电特性值可以从非临时性存储介质上检索或访问到。可以在将混合物引入通道之后检测电特性值。电特性值与存储的参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在核酸。

在另一个实施例中，使用者可以先将一种或多种感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)引入通道，并且检测在将样品引入通道之前的参照电特性值。使用者可以随后将样品和任选的一种或多种另外的感应化合物引入通道，并在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在核酸。

在另一个实施例中，使用者可以先将一种或多种感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)引入通道，随后将样品和任选的一种或多种另外的感应化合物引入通道。然后，使用者可以在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。存储的表示将样品和所有感应化合物引入之前的通道的特征的参照电特性值可以从非临时性存储介质上检索或访问到。存储的电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在核酸。

在另一个实施例中，使用者可以将样品引入通道，并且检测通道中只有样品时的参照电特性值。使用者可以随后将感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)引入通道，并且在将感应化合物引入通道后等待一段时间后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在核酸。

在另一个实施例中，使用者可以先将样品引入通道，并且可以随后将感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)引入通道。然后，使用者可以在将感应化合物引入通道后等待一段时间后检测电特性值。存储的表示将样品和所有感应化合物引入之前的通道的特征的参照电特性值可以从非临时性存储介质上检索或访问到。存储的电特性值与参照电特性值的比较可以用于确定样品中是否存在核酸。

在某些其他实施方式中，在使用检测系统之前，可预处理或改性通道，以使通道的内表面的至少一部分包括或涂覆有第一感应化合物(例如，一种或多种核酸捕获探针)。即，检测系统的制造商可以预处理或改性通道以包括感应化合物。制造商可以检测带有第一感应化合物的通道的参照电特性值，并且将该参照电特性值存储于非临时性存储介质上。在使用过程中，使用者可以将样品和一种或多种另外的感应化合物(例如，一种或多种核酸探针)引入通道，并检测在将样品引入通道之后等待一段时间后的电特性值。所存储的电特性值可以从存储器介质上访问或检索到。电特性值与参照电特性值的比较可用于确定样品中是否存在核酸。

在另一中实施例中，使用者可以检测在将样品引入通道之前的通道的参照电特性值。随后使用者可以将样品引入通道，并在将样品引入通道后等待一段时间后检测电特性值。电特性值与参照电特性值的比较可以用于确定样品中是否存在核酸。

图19A和19B是用于检测样品中的核酸或核苷酸的示例性方法1900的流程图。

在步骤1902中，可以预处理或共价改性通道的内表面的至少一部分，以使其包括或涂覆有能够附着核酸探针的材料。示例性的材料可以包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、两性离子磺内酯、聚(6-9)乙二醇(Peg)、全氟辛基、荧光素、醛、石墨烯化合物等。通道内表面的共价改性可防止某些分子的非特异性吸收。在一个实施例中，内表面的共价改性可以使一种或多种核酸捕获探针能够与内表面共价结合，同时防止其它分子非特异性吸收到内表面。

通道改性材料在一个实施例中可以是硅烷化合物。硅烷改性可能在将一种或多种探针(例如，核酸探针)附着于通道的内表面中是有用的。在一种示例性地“硅烷化”内表面的技术中，制备溶液。该溶液可以是在适当的溶剂(例如，对于三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷为甲苯、对于氯硅烷或三氯硅烷为乙醇或者对于三甲氧基硅烷为pH为3.5～5.5的水)中的0.1％～4％(体积比)(如果硅烷为液体)或0.1％～4％(重量/体积)(如果硅烷为固体)的适当的氯硅烷、三氯硅烷、三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷。在一个实施例中，可以将1mL三乙氧基硅烷(triethoxyeldehyde silane)溶解于24mL的甲苯中，并且该溶液可以通过0.2μm的无表面活性剂的醋酸纤维素(SFCA)过滤器过滤。可以将10μL经过滤的硅烷溶液加入到通道的端口，并允许毛细填充通道，持续5分钟。这可能或不能通过光学显微镜观察到，并且可能花5～40分钟，该时间取决于溶剂组成。在完成毛细填充后，可以将10μL经过滤的硅烷溶液加入到通道的余下端口。将整个通道浸渍在经过滤的硅烷溶液中，并允许在所需的温度(例如，根据用于改性的具体的硅烷和溶剂组成，为20℃～80℃)下反应所需的时间(例如，1～24个小时)。在一个实施例中，可以将通道浸渍在经过滤的硅烷溶液中，并且在45℃下加热18小时。在所需的反应时间结束后，硅烷化过程可以使用下面的技术中的一种猝灭。在某些情况下可以向甲苯或乙醇基表面改性液中加入催化量的乙酸。

在示例性的猝灭技术中，可以将整个通道转移到填充有25mL经0.2μm的SFCA过滤的乙醇的容器中，并且储存直到用于使用或进一步改性所需的时间。在另一种示例性猝灭技术中，通道可以用适当的溶剂组合物进行电动力学清洗。在用于甲苯改性通道的一种电动力学清洗技术中，以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动甲苯通过通道，随后以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动乙醇通过通道，随后以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动乙醇：水的1：1的混合物通过通道，最后以电极之间10V～1000V的电位差持续5～15分钟电动力学驱动水通过通道。通道的正确操作可以通过如下确认：测量向通道中加入的50mM的硼酸钠缓冲液施加1000V场时的电流(得到的电流读数为约330nA)，并且在施加相同场的情况下重新加入超纯(MilliQ超纯)水得到电流小于20nA但大于0。

在步骤1904中，可以使一种或多种核酸探针(例如，捕获探针)附着于通道的经改性的内表面的至少一部分上。在一种实施方式中，可以使核酸探针共价附着于通道的经改性的内表面上。

在步骤1904的一个实施例中，可以将在步骤1902中改性的通道置于处于低设置的电热板上15分钟，以除去通道中的所有乙醇。可以将2μL 1mM的贮藏的5’酰肼改性的DNA与198μL含有50mM的乙酸钠和1mM的5-甲氧基邻氨基苯甲酸的pH为4.5的缓冲液混合。该溶液中最终的DNA浓度可能为10μΜ。可以将20μL该溶液加入到经改性的通道的端口，并允许毛细填充通道40分钟。随后，可以将10μL该溶液加入到通道的余下的端口。通道中该溶液的装载可以通过将电极与通道的端口连接并且使用Kiethley 2410设备保持700V的电位差5分钟或者直到检测到稳定电流以电动力学方式保证。在一个实施例中，可以检测到230nA的稳定电流。可以使溶液保留在通道中3小时以改性通道。随后，可以用超纯(例如，MilliQ超纯)水以两个端口之间1000V的电位差电动力学清洗通道，直到检测到电流小于10nA。然后，可以将经改性的通道储存于真空干燥器中，直到在在后面的步骤中使用。

在步骤1906中，可制备样品与核酸探针(例如，交联靶探针)的预混物。在一个实施例中，选择与在步骤704中提供在通道的内表面处的捕获探针和样品中的分析物核酸(如果存在的话)都结合的交联靶探针。在步骤1908中，可以将预混物引入通道。在一个实施例中，样品可以是人肝总RNA提取物(其可能包括或可能不包括分析物GAPD RNA)。在这种情况下，预混物可以包括含有经涡旋混合的45.5μL无核酸酶的水、33.3μL裂解缓冲液、1μL阻断试剂(blocking reagent)、0.3μL核酸探针(例如，交联靶探针)和20μL 20ng/mL的人肝总RNA提取物的溶液。可以将10μL该溶液通过一个端口引入通道，并允许毛细填充通道。然后，可以将10μL相同溶液引入通道的另一端口。

在步骤1910中，可以使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤1912中，在施加电位差的同时，可以沿通道的长度的至少一部分检测一种或多种电特性值(例如，电流、电导率、电阻率)。在一个实施例中，可以施加+1000V的电位差，并且可以检测到0.4μA的电流值。

为了得到准确且可靠的电流度量值，在步骤1914中，可以使用平衡电路分析步骤1912中检测到的第一组两个以上的值。平衡电路可以确定该值是否已经达到平衡，即，暂时停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定该值尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤1912，以检测另外的值。另一方面，如果确定该值已经达到平衡，则该方法可以转到步骤1916。在步骤1916中，平衡电路可以从第一组值中选择第一值或参照值。第一值或参照值可用于表示在通道中形成任何聚集体粒子之前的通道的一种或多种电特性。

在某些其他实施例中，第一值可以在通道仅填充有清洗缓冲液和/或仅填充有不含核酸的稀释缓冲液时测量。在一个实施例中，以+1000V的电位差，第一电特性值可以为13-19nA的电流(对于清洗缓冲液)和380-400nA的电流(对于稀释缓冲液)。

在步骤1918中，在一些实施方式中，可以用合适的清洗缓冲液孵育和清洗通道，以除去在通道中未特异性结合成聚集体的核酸。可选地，可以随后检测电特性值。在步骤1920中，可以将一种或多种另外的核酸探针引入通道。示例性的核酸探针可以包括所选择的直接或间接与分析物核酸结合的一种或多种标记扩展物，和/或所选择的与标记扩展物结合的一种或多种扩增探针。相互作用导致形成聚集体，该聚集体在某些情况下可能导电。如果样品中存在分析物核酸，导电聚集体可以增强通道中的电导率，并且可以导致电特性值(例如，电流、电导率)可测量的增加以及另一个电特性值(例如，电阻率)的可测量的减小。

在顺序地引入多种核酸探针的一些情况下，可以重复用于引入各核酸探针的步骤1918和1920。

在步骤1922中，在一些实施方式中，通道可以用合适的清洗缓冲液孵育和清洗，以除去通道中不特异性结合成聚集体的核酸。在一个实施例中，可以密封通道，并在50℃下孵育90分钟，然后允许冷却至室温45分钟。然后，可以用清洗缓冲液清洗通道直到检测到稳定电流。

在步骤1924中，可以使用电压源在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤1926中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一个或多个电特性值。

为了得到准确且可靠的电流度量值，在步骤1928中，可以使用平衡电路分析步骤1926中检测到的第二组两个以上值。平衡电路可以确定该值是否已经达到平衡，即，暂时停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定该值尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤1926，以检测另外的值。另一方面，如果确定该值已经达到平衡，则该方法可以转到步骤1930。

在步骤1930中，平衡电路可以从第二组值中选择第二值。该第二值可用于表示在核酸和所有核酸探针之间的任何相互作用之后的通道的一种或多种电特性。在一个实施例中，如果样品含有核酸，则在+10V的电位差下可以检测到1μΑ～3.5μΑ的电流。如果样品含有核酸，则在+100V的电位差下可以检测到3μΑ～20μΑ的电流。

在步骤1932中，可使用比较电路确定第一或参照值(步骤1916中确定的)与第二值(步骤1930中确定的)之间的差异。在步骤1934中，比较电路可以确定步骤1932中所确定的差异是否满足预定阈值，例如，该差异是大于预定值、低于预定值或者该差异是否在预定的范围内。在聚集体导电的一个实施例中，第二电特性值可能比第一值或参照值大1μΑ～20μΑ，即表明在通道中形成带电且增强通道的电导率聚集体的值范围，从而表明样品包括核酸。在另一个实施例中，第二电特性值可以比第一值或参照值低1μΑ～20μΑ，即表明通道中形成聚集体的值范围，从而表明样品中包括核酸。

如果在步骤1934中确定第一值与第二值之间的差异满足预定阈值，则在步骤1940中核酸检测电路可以确定样品含有核酸。随后，在步骤1942中，核酸检测电路可以将样品含有核酸的指示存储于非临时性计算机可读介质上。可选地或另外，在步骤1942中，核酸检测电路可以将样品含有核酸的指示显示在显示设备上。

另一方面，如果在步骤1934中确定第一值与第二值之间的差异不满足预定阈值，则在步骤1936中核酸检测电路可以确定样品不含核酸。随后，在步骤1938中，核酸检测电路可以将样品不含核酸的指示存储于非临时性计算机可读介质上。可选地或另外，在步骤1938中，核酸检测电路可以将样品不含核酸的指示显示在显示设备上。

在步骤1918-1932的一个实施例中，可以将通道密封在恒温箱中并在55℃下孵育16个小时，然后从恒温箱中取出。可以使10μL清洗缓冲液电动力学驱动通过通道10分钟，可以施加+100V的电位差，并且可以检测电特性值。检测到的示例性的电特性值可以是在6μΑ～7.5μΑ的范围内的电流。随后，可以将10μL含有1μL在1mL的稀释缓冲液中的核酸探针(例如，预扩增探针)的溶液电动力学驱动进入通道。可以施加+100V的电位差，并且可以检测电特性值。检测到的示例性的电特性值可以是在5.8μΑ～7.5μΑ的范围内的电流。

然后，可以密封通道并在55℃下孵育1小时。可以将10μL清洗缓冲液电动力学驱动通过通道10分钟，可以施加+100V的电位差，并且可以检测电特性值。检测到的示例性的电特性值可以是在2.8μΑ～3.2μΑ的范围内的电流。随后，可以将10μL含有1μL在1mL的稀释缓冲液中的核酸探针(例如，扩增探针)的溶液电动力学驱动进入通道，直到检测到稳定电流。可以施加+100V的电位差，并且可以检测电特性值。检测到的示例性的电特性值可以是4μΑ的电流。

然后，可以密封通道并在55℃下孵育1小时。可以将10μL清洗缓冲液电动力学驱动通过通道10分钟，可以施加+100V的电位差，并且可以检测电特性值。检测到的示例性的电特性值可以是在5μΑ～20μΑ的范围内的电流。随后，可以将10μL含有1μL在1mL的稀释缓冲液中的核酸探针(例如，标记扩展物)的溶液电动力学驱动进入通道，直到检测到稳定电流。可以施加+100V的电位差，并且可以检测电特性值。检测到的示例性的电特性值可以是在3μΑ～10μΑ的范围内的电流。

在某些实施方式中，可以将通道重复用于随后测试样品。在一种示例性实施方式中，在步骤1946中，可以将解聚剂(例如，核酸表面裂解或降解缓冲液)引入通道，以造成聚集体解体，从而使通道可以重复使用。在步骤1948中，可以使通道充满电解质缓冲液，以彻底冲洗掉通道中的聚集体，并且可以检测一种或多种电特性(例如，电流)以保证已经将聚集体从通道中除掉。在一个实施例中，电流的显著减少可能表明导电聚集体已经从通道中除掉。

在步骤1946和1948的一个实施例中，带有聚集体的通道以电动力学的方式装载含有50mM的磷酸钠(pH为7.4)、1mM的5-甲氧基邻氨基苯甲酸和5mM的盐酸羟胺的缓冲液，直到得到稳定电流(+/-100V＝1.4-1.7μΑ)。然后，在室温下使整个通道在该缓冲液中孵育18个小时，之后再次测量电流直到电流稳定(+1000V＝86-87nA,-1000V＝63-64nA)。电流的显著减小(从引入表面裂解缓冲液之前的1.4-1.7μΑ到用表面裂解缓冲液清洗后的63-90nA)表明除掉导电聚集体。

在某些实施方式中，在步骤1944中，在聚集体解体之前，可以基于通道的电特性值确定核酸的绝对浓度或相对浓度。核酸的浓度可以以这样的方式确定，因为示例性检测系统的通道具有高的内表面积与体积的比。在低核酸浓度下，通道中的电导率由表面电荷控制。这样，对通道的电特性的测量可以使得能够区分不同的离子。结果，通道中的主体流动的独特且灵敏的测量可用于确定通道内表面处的表面电荷的信息。因此，示例性实施方式可以计算通道的电特性值的预定范围，这些预定范围为给定通道尺寸和不同核酸浓度下的核酸粒子所特有。然后，可以用这些预定值来确定样品中的核酸的未知浓度。

下面的论文中给出了针对不同离子的通道中表面电荷的详细信息，所述论文的全部内容通过引用明确并入本文：“裸露的二氧化硅纳米通道和3-氰丙基二甲基氯硅烷涂覆的二氧化硅纳米通道的表面依赖性化学平衡常数和电容(Surface-dependent chemicalequilibrium constants and capacitances for bare and 3-cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels),”M.B.Andersen,J.Frey,S.Pennathur和H.Bruus,J.Colloid Interface Sci.353,301-310(2011)，和“纳米通道中低盐浓度下二氧化碳饱和的电解质中水合氢控制离子迁移(Hydronium-dominationion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low saltconcentrations in nanochannels)”,K..L.Jensen,J.T.ristensen,A.M.Crumrine,M.B.Andersen,H.Bruus和S.Pennathur.,Phys.Review E.83,5,056307。

图5是通道的内部的示意图，包括通道502的内表面、紧邻通道的内表面的固定流体层504、紧邻固定层的扩散流体层506和紧邻扩散层的主体流体流动层508。在各流体层中描绘了示例性离子。在通道的长度的两端施加电位差时，可以沿通道的长度的至少一部分检测电特性值(例如，通过分析物检测电路122)。比较电路124可用于比较测量到的电特性值和预定范围的与核酸的特定浓度或浓度值的范围相对应的电特性值。所确定的浓度可以是核酸的绝对浓度，或者是核酸相对于通道中的一种或多种其它物质的浓度的相对浓度。

图6A和图6B是表示针对不同测试例的在通道中测量的电导率值的图。在每个测试例中，使用分析物相对于另外两种物质(在这种情况下，为铵和过氧化氢)的浓度的不同相对浓度，确定通道中的对应电导率值。在一种实施方式中，Standard Clean 1或SC1用作测试例中的溶液。SC1的详情可以在网上找到。在图6A和图6B中描绘的测试例中的三种物质之间的浓度比在上面的表1中给出。

分析物的浓度越低，越容易测量分析物与其它物质之间的相对浓度差。例如，在浓度比为1000:1:1时，在示例性检测系统中可以实现1-10ppm数量级的检测灵敏度。在浓度比为350:1:1时，可以实现100ppm数量级的检测灵敏度。在浓度比为5:1:1时，可以实现10,000ppm数量级的检测灵敏度。

表3总结了在图19A和图19B的方法的不同阶段可以检测到的示例性电流值。本领域技术人员将认识到表3所给出的示例性数值仅仅出于示例性目的，并不意图限制本发明的范围。

表3

在一个实施例中，检测没有表面改性的通道的一种或多种电特性，其中只有未加入核酸的缓冲液与通道接触。表4总结了在通道中存在清洗缓冲液和稀释缓冲液时检测到的稳定电流。

表4

图20为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2000的流程图。在步骤2002中，可以将样品引入检测系统的通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2004中，可以在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性(例如，电流、电导率、电阻)的电特性值。在步骤2006中，可以访问参照电特性值。所述参照电特性值可能与步骤2004中在将样品引入通道之前沿通道的长度的至少一部分检测到的电特性有关联。在步骤2008中，可以比较步骤2004中测量到的电特性值与步骤2006中访问到的参照电特性值。在步骤2010中，基于步骤2008中的比较，可以确定样品中是否存在核酸。

图21为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2100的流程图。在步骤2102中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)的一个或多个电特性值，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2104中，可以基于步骤2102中测量到的通道的电特性值确定参照通道电特性值。在步骤2106中，可以将样品引入通道。在步骤2108中，可以在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)的一个或多个电特性值。在步骤2110中，可以基于步骤2108中测量到的一个或多个电特性值确定样品通道电特性值。在步骤2112中，可以比较步骤2110中确定的样品通道电特性值与步骤2104中确定的参照通道电特性值。在步骤2114中，基于步骤2112中的比较，可以确定样品中是否存在核酸。

图22为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2200的流程图。在步骤2202中，可以将样品和一种或多种感应化合物的混合物引入通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2204中，可以在将样品和所有感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量电特性(例如，电流、电导率、电阻)的电特性值。在步骤2206中，可以访问参照电特性值。该参照电特性值可能与步骤2204中在将样品和所有感应化合物引入通道之前沿通道的长度的至少一部分检测到的电特性有关联。在步骤2208中，可以确定步骤2204中测量到的电特性值与步骤2206中访问到的参照电特性值之间的任何差异。在步骤2210中，如果在步骤2208中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在核酸。

图23为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2300的流程图。在步骤2302中，可以将一种或多种感应化合物引入通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2304中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤2306中，可以基于步骤2304中测量到的通道的电特性确定参照通道电特性值。在步骤2308中，可以将样品引入通道。在步骤2310中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤2312中，可以基于步骤2310中测量到的一种或多种电特性确定通道的电特性值。在步骤2314中，可以确定步骤2312中中确定的电特性值与步骤2306中确定的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤2316中，如果步骤2314中确定存在差异，则可以基于该差异确定样品中是否存在核酸。

图24为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2400的流程图。在步骤2402中，可以将一种或多种感应化合物引入通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2404中，可以将样品引入通道。在步骤2406中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、导电率、电阻)。在步骤2408中，可以基于步骤2406中测量到的一种或多种电特性确定通道的电特性值。在步骤2410中，可以访问参照通道电特性值。该参照通道电特性值可以在将所有感应化合物和样品引入通道之前测量。在步骤2412中，可以确定步骤2408中确定的电特性值与步骤2410中访问到的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤2414中，如果步骤2412中确定存在差异，则基于该差异可以确定样品中是否存在核酸。

图25为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2500的流程图。在步骤2502中，可以将样品引入检测系统的通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2504中，可以在将样品引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤2506中，可以基于步骤2504中测量到的一种或多种电特性确定参照通道电特性值。在步骤2508中，可以将一种或多种感应化合物引入通道。在步骤2510中，可以在将感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤2512中，可以基于步骤2510中在将所有感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值。在步骤2514中，可以确定步骤2512中确定的电特性值与步骤2506中确定的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤2516中，如果在步骤2514中确定存在差异，则基于该差异可以确定样品中是否存在核酸。

图26为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2600的流程图。在步骤2602中，可以将样品引入检测系统的通道，该通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。在步骤2604中，可以将一种或多种感应化合物引入通道。在步骤2606中，可以测量在将样品和所有感应化合物引入通道后沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤2608中，可以基于步骤2606中在将所有感应化合物和样品引入通道后测量到的一种或多种电特性确定电特性值。在步骤2610中，可以访问参照通道电特性值。该参照通道电特性值可以在将所有感应化合物和样品引入通道之前测量。在步骤2612中，可以确定步骤2608中确定的电特性值与步骤2610中访问到的参照通道电特性值之间的任何差异。在步骤2614中，如果在步骤2612中确定存在差异，则基于该差异可以确定样品中是否存在核酸。

图27为示出用于检测样品中是否存在核酸的一般示例性方法2700的流程图。在步骤2702中，可以用可以促进或使得一种或多种核酸探针能够特异性共价附着于通道的内表面的材料改性或处理通道的内表面的至少一部分。通道具有长度和宽度，长度基本上大于宽度。可用于改性通道的内表面的示例性材料包括但不限于：硅烷化合物(例如，三氯硅烷、烷基硅烷、三乙氧基硅烷、全氟硅烷)、两性离子磺内酯、聚(6-9)乙二醇(Peg)、全氟辛基、荧光素、醛、石墨烯化合物等。通道内表面的共价改性可防止某些分子(例如，除了核酸探针之外的分子)的非特异性吸收。在步骤2704中，可以为通道的内表面的至少一部分涂覆或提供一种或多种核酸探针。核酸探针可以共价附着到内表面经改性的部分。在步骤2706中，可以沿通道的长度的至少一部分测量一种或多种电特性(例如，电流、电导率、电阻)。在步骤2708中，可以基于步骤2706中测量到的一种或多种电特性确定参照通道电特性值。在步骤2710中，可以将参照通道电特性值存储于非临时性存储介质上，用于确定样品中是否存在核酸。

图28为可以用在图19A、19B、20-27、29A和29B的方法中的示例性核酸探针的示意图。图28示出了经预处理或改性(例如，用硅烷化合物分子)以使得一种或多种核酸探针(例如，捕获探针2806)能够附着于内表面2802上的通道2804的内表面2802。选择与一种或多种交联靶探针2808结合的捕获探针2806，并且选择与特定核酸2810(其为正在测定的分析物，并且其在一个实施例中为病毒DNA)和捕获探针2806都结合的交联靶探针2808。

可以将样品(其可能含有或可能不含核酸2810)和靶探针2808同时或顺序地引入通道。核酸2810、靶探针2808和捕获探针2806之间的相互作用可能导致在通道中形成聚集体2812。在某些实施方式中，可以将一种或多种另外的核酸探针(例如，一种或多种标记扩展物2814)引入通道。选择与聚集体2812中的核酸2810结合以形成更复杂的聚集体2816的标记扩展物2814。也可以将一种或多种另外的核酸探针(例如，一种或多种扩增探针2818)引入通道。选择与聚集体2816中的标记扩展物2814结合以形成更复杂的聚集体2820的扩增探针2818，所述更复杂的聚集体在某些情况下导电。如果样品中存在核酸，导电聚集体2820可以增强沿通道的长度的至少一部分的电通路，并且可能造成与参照值相比，电特性值(例如，电流、电导率)的可测量的增加和另一种电特性值(例如，电阻率)的可测量的减小。因此，检测到通道中相对于参照值增加的电流或电导率可能表明样品中存在核酸2810。同样地，检测到相对于参照值减小的电阻率可能表明样品中存在核酸2810。

另一种检测核酸的示例性技术可能涉及到检测通道中由通道中核酸聚集体的形成造成的二极管样性质的存在。在不存在聚集体的情况下，施加基本类似大小的电位差(如+500V)可能造成沿通道长度检测到基本相同大小的电特性(例如电流)，而与电位差或电场施加方向无关。如果在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度的两端施加电位差(例如，使得正电极处于位于通道的第一端或第一端附近的输入端口110处，并且使得负电极处于位于通道的第二端或第二端附近的输出端口112处)，所产生的电流可能在大小上基本等于如果在相反方向上施加该电位差(例如，使得正电极处于输出端口112处并且使得负电极处于输入端口110处)所产生的电流。

通道中聚集体的形成可能造成二极管样性质，在该性质中施加的电位差或电场的方向的颠倒造成通道中检测到的电特性发生变化。二极管样性质使得检测到的电流大小随电场的方向变化。当在第一方向上施加电场或电位差时，电流的大小可能在大小上与在相反方向上施加电位差或电场时不同。因此，第一电特性值(在沿通道长度的第一方向上施加电位差时检测到的)与第二电特性值(在沿通道长度的第二相反方向上施加电位差时检测到的)之间的比较可使得能够检测聚集体，从而检测样品中的核酸。如果第一电特性值和第二电特性值在大小上基本相等，那么可以确定样品不含核酸。另一方面，如果第一电特性值和第二电特性值在大小上基本不相等，则可以确定样品含有核酸。换句话说，电特性值的总和(在一个方向上为正、在另一个方向上为负)在不存在聚集体时基本上为0，而在存在聚集体时基本上不为0。

图29A和29B为示出用于检测样品中是否存在核酸的示例性方法2950的流程图，在步骤2952中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将一种或多种核酸探针和样品引入通道。核酸探针和样品可以同时或分开引入。在一种实施方式中，可以处理通道的内表面的至少一部分，以包括或涂覆有核酸探针(例如，捕获探针)。

在步骤2954中，可以使用电压源在沿通道长度(y轴)的第一方向上在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。在步骤2956中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一个或多个电特性值(例如，电流和/或电导率)。在一些情况下，可以直接测量电流和/或电导率。在其它情况下，可以检测表示电流的度量值和/或表示电导率的度量值。

为了得到准确且可靠的电特性的度量值，在步骤2958中，可以连续地或周期性地监测步骤2956中检测到的第一组两个以上的值。可以确定电特性值是否已经达到平衡，即停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定电特性尚未达到平衡，则该方法可以返回到步骤2956，以检测另外的电特性值。另一方面，如果确定电特性值已经达到平衡，那么该方法可以转到步骤2960。

在步骤1860中，可以从第一组电特性中选择第一值。第一电特性值可用于表示在将沿通道的长度(y轴)的第一方向上施加电场时的通道的一种或多种电特性(例如，电流或电导率)。

在步骤2962中，可以使用电压源在沿通道长度(y轴)的第二相反方向上在通道的长度的至少一部分的两端施加电位差。第二方向可能基本上与第一方向相反。在步骤2964中，在施加电位差的同时，可以检测沿通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性(例如，电流和/或电导率)。在一些情况下，可以直接测量电流和/或电导率。在其它情况下，可以检测表示电流的度量值和/或表示电导率的度量值。

为了获得准确且可靠的电特性的度量值，在步骤2966中，可以连续地或周期性地监测步骤2964中检测到的第二组两个以上的值。可以确定电特性值是否已经达到平衡，即暂时停止在预定公差或容差范围外变化。如果确定电特性尚未达到平衡，则该方法可返回到步骤2964，以检测另外的值。另一方面，如果确定电特性值已经达到平衡，那么该方法可以转到步骤2968。在步骤2968中，可以从第二组电特性值中选择第二值。第二值可用于表示在将样品和感应化合物二者引入通道后沿通道的长度的至少一部分的一种或多种电特性(例如，电流或电导率)。

在步骤2970中，可以确定第一值(在步骤2960中确定的)的大小与第二值(在步骤2968中确定的)的大小之间的差异。在步骤2972中，可以确定步骤2970中确定的差异是否满足预定阈值，例如该差异是大于预定值、小于预定的阈值或者该差异是否在预定范围内。

如果在步骤2972中确定第一值与第二值之间的差异满足预定的阈值(例如，大小上的差异基本上不为0)，则可以在步骤2978中确定样品含有核酸。随后，在步骤2980中，可以将样品含有核酸的指示存储于非临时性存储介质上。可选地或另外，在步骤2980中，样品含有核酸的指示可以显示在显示设备上。

另一方面，如果在步骤2972中确定第一值与第二值之间的差异不满足预定阈值(例如，大小上的差异基本上为0)，则可以在步骤2974中确定样品不含核酸。随后，在步骤2976中，可以将样品不含核酸的指示存储于非临时性储存介质上。可选地或另外，在步骤2976中，样品不含核酸的指示可以显示在显示设备上。

在某些情况下如果第一与第二值之间的大小差异大于阈值，则可以确定样品含有核酸。相反，则可以确定样品不含核酸。在某些非限制性实施例中，阈值的范围为约1nA至约10nA。

在某些实施方式中，可以准备用于重复用于随后测试样品的通道。在步骤2984中，可以使用任何合适的技术(例如，毛细填充或电动力学填充)将解聚剂引入通道。可以选择与通道中所形成的聚集体之间相互作用以造成聚集体溶解或解体的解聚剂。可以使通道充满电解质缓冲液，以彻底冲洗通道，并允许样品和感应化合物被引入通道。

在某些实施方式中，在步骤2982中，在聚集体解体之前，可以基于通道的电特性值确定核酸的绝对浓度或相对浓度。核酸的浓度可以以这样的方式确定，因为示例性检测系统的通道具有高的内表面积与体积的比。在低核酸浓度下，通道中的电导率由表面电荷控制。这样，对通道的电特性的测量可以使得能够区分不同的离子。结果，通道中的主体流动的独特且灵敏的测量可用于确定通道内表面处的表面电荷的信息。因此，示例性实施方式可以计算通道的电特性值的预定范围，这些预定范围为给定通道尺寸和不同分析物浓度下的核酸所特有。然后，可以用这些预定值来确定样品中的分析物的未知浓度。

VI.示例性的处理器和计算设备

本文公开的系统和方法可以包括以一个或多个可编程处理器、处理单元和计算设备，所述可编程处理器、处理单元和计算设备已经与在一个或多个非临时性计算机可执行介质、RAM、ROM、硬盘驱动器和/或硬件上保存或编码的可执行的计算机可执行指令关联起来。在示例性实施方式中，可以提供硬件、固件和/或可执行代码，例如作为与现有的基础设施(例如，现有的设备/处理单元)结合使用的升级模块。例如，硬件可以包括用于执行本文教导作为计算进程的实施方式的部件和/或逻辑电路。

根据本公开，也可以包括显示器和/或其它反馈装置，例如用于呈现图形用户界面。该显示器和/或其它反馈装置可以为独立设备，或者可以被包括作为处理单元的一个或多个部件/模块。

可用于实施本发明的实施方式中的部分实施方式的实际计算机可执行代码或控制硬件不意图限制这样的实施方式的范围。例如，本文描述的实施方式的某些方面可以使用任何合适的编程语言类型(例如，MATLAB技术计算语言、LABVIEW图形编程语言、汇编代码、C、C#或C++)使用例如常规的或面向对象的编程技术用代码实现。这样的计算机可执行的代码可以存储或保存在任何类型的合适的非临时性计算机可读介质上，例如，磁存储介质或光存储介质。

如本文所使用的，“处理器”、“处理单元”、“计算机”或“计算机系统”例如可以为无线或有线线路类型的微型计算机、小型计算机、服务器、主机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、无线电子邮件设备(例如“黑莓”、“安卓”或“苹果”、贸易指定设备)、移动电话、寻呼机、处理器、传真机、扫描仪或任何其它被配置为通过网络传输和接收数据的可编程设备。本文公开的计算机系统可以包括用于存储在获取、处理和通信数据中使用的某些软件应用程序的存储器。可以理解的是，这样的存储器可以在所公开的实施方式之内或之外。存储器也可以包括非临时性存储介质，用于存储计算机可执行指令或代码，包括硬盘、光盘、软盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、PROM(可编程的ROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存存储设备等。

图18描绘了表示可用于实现本文所公开的系统和方法的示例性计算设备1700的框图。在某些实施方式中，图1A和1B中所示的处理器130可配置为或可以实现计算设备1700的某些功能和/或部件。在某些实施方式中，分析物检测电路122可以配置为或可以实现计算设备1700的某些功能和/或部件。

计算设备1700可以是任何计算机系统，如工作站、台式计算机、服务器、膝上型计算机、手持式计算机、平板电脑(例如，iPadTM平板电脑)、移动计算或通信设备(例如，iPhoneTM移动通信设备、AndroidTM移动通信设备等)或其它形式的能够通信且具有充分的处理器能力和存储容量以执行本文公开的操作的计算或电信设备。在示例性实施方式中，分布式可计算系统可以包括多个这样的计算设备。

计算设备1700可以包括一个或多个非临时性计算机可读介质，所述非临时性计算机可读介质在其上编码有用于实现本文所描述的示例性方法的一种或多种计算机可执行指令或软件。非临时性计算机可读介质可以包括但不限于：一种或多种类型的硬件存储器和其它有形介质(例如，一个或多个磁存储盘、一个或多个光盘、一个或多个USB闪存驱动器)等。例如，计算设备1700上包括的存储器1706可以存储用于实现本文所描述的分析物检测电路122的功能的计算机可读和计算机可执行的指令或软件。计算设备1700也可以包括用于执行存储在存储器1702上的计算机可读和计算机可执行指令或软件以及其它用于控制系统硬件的程序的处理元件1702和关联核(core)1704，和某些实施方式中的一个或多个另外的处理器1702’和关联核1704’(例如，在具有多个处理器/核的计算机系统的情况下)。处理器1702和处理器1702’可以各为单核处理器或多核(1704和1704’)处理器

可以在计算设备1700上采用虚拟化，使得可以动态共享计算设备上的基础设施和资源。可以提供虚拟机1714来处理在多个处理器上运行的进程，以使该过程似乎只使用一个计算资源，而不是多个计算资源。多个虚拟机也可以与一个处理器一起使用。

存储器1706可以包括非临时性计算机系统存储器或随机存取存储器，如DRAM、SRAM、EDO RAM等。存储器1706也可以包括其它类型的存储器或它们的组合。

使用者可以通过视觉显示设备1718与计算设备1700交互，所述视觉显示设备例如为屏幕或监测器，其可以显示根据本文所描述的示例性实施方式提供的一个或多个图形用户界面1720。视觉显示设备1718也可以显示与示例性实施方式关联的其它方面、元件和/或信息或数据。在某些情况下，视觉显示设备1718可以显示在示例性分析物检测系统或方法中检测到的一个或多个电特性值。在某些情况下，视觉显示设备1718可以显示样品是否含有感兴趣的分析物的指示。在某些实施方式中，可以提供其他类型的界面以传达相同的信息，例如在确定样品中存在感兴趣的分析物时可以激活的声音警报。

计算设备1700可以包括用于从用户接收输入的其它I/O设备，例如，键盘或任何合适的多点接触界面1708或定点设备1710(例如，鼠标、直接与显示设备交互的用户的手指)。如本文所使用的，“定点设备”是允许用户向计算系统或设备输入空间数据的任何合适的输入接口，特别是人机接口设备。在示例性实施方式中，定点设备可以允许用户使用物理手势(例如，指向、点击、拖动、丢弃等)向计算机提供输入。示例性的定点设备可以包括但不限于鼠标、触摸板、直接与显示设备交互的用户的手指等。

键盘1708和指向设备1710可以与视觉显示设备1718连接。计算设备1700可以包括其它合适的常规I/O外部设备。所述I/O设备可以促进实现一个或多个图形用户界面1720，例如，实现本文所描述的图形用户界面中的一个或多个。

计算设备1700可以包括以一个或多个存储设备1724，如耐用盘存储器(其可以包括任何合适的光或磁耐用存储设备，例如，RAM、ROM、闪存、USB驱动器或其它半导体基存储介质)、硬盘驱动器、CD-ROM或其它计算机可读介质，以用于存储实现本文所教导的示例性实施方式的数据和计算机可读指令和/或软件。在示例性实施方式中，一种或多种存储设备1724可以为可能通过本公开的系统和方法产生的数据提供存储。该一个或多个存储设备1724可以设置在计算设备1700上和/或与计算设备1700分开或远程提供。

计算设备1700可以包括配置为经由一个或多个网络设备1722与一个或多个网络交互的网络接口1712，所述网络例如为局域网(LAN)、广域网(WAN)或通过各种连接的互联网，所述各种连接包括但不限于：标准电话线、LAN或WAN链路(例如，802.11、T1、T3、56kb、X.25)、宽带连接(例如ISDN、帧中继、ATM)、无线连接、控制器局域网(CAN)或上述任何或全部的某种组合。网络接口1712可以包括以内置网络适配器、网络接口卡、PCMCIA网卡、卡总线网络适配器、无线网络适配器、USB网络适配器、调制解调器或适于将计算设备1700交互到能够通信并执行本文所述操作的任何类型的网络的任何其他设备。网络设备1722可以包括用于通过网络接收和传输通信的一种或多种合适设备，所述合适设备包括但不限于一个或多个接收器、一个或多个发射器、一个或多个收发器、一个或多个天线等。

计算设备1700可以运行任何操作系统1716，如任何版本的

操作系统、不同版本的Unix和Linux操作系统、用于Macintosh计算机的任何版本的

任何嵌入操作系统、任何实时操作系统、任何开源操作系统、任何专有操作系统、任何移动计算设备的操作系统或能够在计算设备上运行且执行本文所描述的操作的任何其它操作系统。在示例性的实施方式中，操作系统1716可以在本机模式下或仿真模式下运行。在示例性实施方式中，操作系统1716可以在一个或多个云虚拟机上运行。

本领域的普通技术人员将认识到示例性计算设备1700可以包括比图18中所示的那些多或少的模块。

在描述实例性实施方式时，出于清楚性目的使用特定术语。出于描述性目的，每个特定术语意图至少包括所有为实现类似目的以类似方式操作的技术和功能等同物。另外，在特定示例性实施方式包括多个系统元件或方法步骤的某些情况下，这些元件或步骤可以被单个元件或步骤替换。同样地，单个元件或步骤也可以被用于相同目的多个元件或步骤替换。另外，除非另有规定，在文本中指明将各个性质的参数用于示例性实施方式的情况下，这些参数可以上调或下调1/20、1/10、1/5、1/3、1/2等，或者为其四舍五入的近似值。而且，虽然已经参照其特定的实施方式示出并描述了示例性实施方式，但是本领域普通技术人员将懂得的是可以在不背离本发明的范围的情况下进行形式和细节方面的各种替换和改变。此外，其它方面、功能和优点也在本发明的范围内。

出于举例说明的目的本文提供了示例性的流程图，它们是非限制性的方法实例。本领域的普通技术人员将认识到示例性方法可以包括比示例性流程图中所示的步骤多或少的步骤，以及示例性流程图中的步骤可以以不同于所示的顺序进行。

框图的框和流程图的图示支持用于进行指定功能的装置的组合、用于进行指定功能的步骤与用于进行指定功能的程序指令装置的组合。还应懂得的是，电路图和方法流程图的块/步骤中的部分或全部以及电路图和方法流程图中的块/步骤的组合可以通过进行指定功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合实现。示例性系统可以包括比示例性框图中示出的模块多或少的模块。

受益于前面的描述和相关附图给出的教导，本文给出的本发明的许多改变、组合和其它实施方式会被本发明的这些实施方式所属领域的技术人员想到。因此，要懂得的是，本发明的实施方式并不局限于所公开的具体的实施方式，并且改变、组合和其它实施方式意图包括在所附权利要求的范围内。虽然本文使用了特定术语，但是它们可以以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。

Claims (36)

1.一种用于检测样品中是否存在分析物的方法，所述方法包括：

将样品和感应化合物引入通道，所述通道具有长度和宽度，所述长度大于宽度，其中，允许感应化合物沿着通道的长度流动；

在沿通道的长度的第一方向上在通道的长度两端施加第一电位差；

在施加第一电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第一电特性值；

在沿通道的长度的第二方向上在通道的长度两端施加第二电位差，第二方向与第一方向相反；

在施加第二电位差时沿通道的长度的至少一部分测量电特性的第二电特性值；

比较第一电特性值和第二电特性值；并且

基于第一电特性值与第二电特性值之间的比较确定通道中是否存在分析物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果第一电特性值与第二电特性值不相等，则检测到存在分析物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，如果第一电特性值与第二电特性值相等，则检测到不存在分析物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，将样品和感应化合物同时引入通道。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，将样品和感应化合物按顺序引入通道。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一电特性值和第二电特性值与沿通道的长度的至少一部分传导的电流值相对应，或者与沿通道的长度的至少一部分的电导率值相对应。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通道被配置为具有在10纳米至10厘米的范围内的长度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通道被配置为具有在1纳米至50微米的范围内的宽度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通道被配置为具有在1纳米至1微米的范围内的深度。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，分析物选自由核酸、银离子和汞离子组成的组。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，分析物选自由以下组成的组：

核酸，并且感应化合物为核酸探针；

银离子，并且感应化合物为TPEA2；以及

汞离子，并且感应化合物为TPET2。

12.一种检测系统，其用于在存在感应化合物时检测分析物，包括：

基板，所述基板具有至少一个通道，所述至少一个通道具有长度和宽度，所述长度大于宽度；

第一端口，其与至少一个通道的第一端部流体连通；

第二端口，其与至少一个通道的第二端部流体连通；

第一电极和第二电极，第一电极电连接在至少一个通道的第一端部处，第二电极电连接在至少一个通道的第二端部处，第一电极与第二电极分别与至少一个通道的第一端部和第二端部电连接，以形成通道电路，所述通道电路具有电特性并且被配置为使得在至少一个通道中存在导电流体时，所述导电流体改变通道电路的电特性；和

分析物检测电路，其与第一电极和第二电极电通信，所述分析物检测电路包括与第一电极和第二电极电通信的测量电路，所述测量电路具有测量电路输出，所述测量电路输出包括表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述分析物检测电路包括存储器，所述存储器与测量电路输出端电通信并且配置为存储表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值，所述一个或多个值至少包括通道电路的电特性的第一值和通道电路的电特性的第二值，所述分析物检测电路还包括与存储器电通信且将至少第一值和第二值作为输入的比较电路，所述比较电路被配置为至少部分基于至少第一值和/或第二值提供比较电路输出，所述比较电路输出表示至少一个通道中是否存在分析物和感应化合物，其中允许感应化合物沿着通道的长度流动。

13.根据权利要求12所述的检测系统，其中，第一值表示至少一个通道中不存在流体时通道电路的一种或多种电特性，并且第二值表示至少一个通道中存在流体时通道电路的一种或多种电特性。

14.根据权利要求13所述的检测系统，其中，比较电路将多个表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值作为输入，其中，所述多个表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值表示通道电路随时间的一种或多种电特性，并且其中比较电路输出至少部分地基于所述多个表示通道电路的一种或多种电特性的一个或多个值。

15.根据权利要求12所述的检测系统，其中，第一值表示在第一电极和第二电极之间在沿至少一个通道的长度的第一方向上施加第一电位差时通道电路的一种或多种电特性，并且其中第二值表示在第一电极和第二电极之间在沿至少一个通道的长度的第二方向上施加第二电位差时通道电路的一种或多种电特性，第二方向与第一方向相反。

16.根据权利要求15所述的检测系统，其中，当第一值不同于第二值时，比较电路输出表示至少一个通道中存在分析物。

17.根据权利要求12所述的检测系统，其中，比较电路输出与显示设备连接，并且所述显示设备被配置为显示表示至少一个通道中是否存在分析物的信息。

18.根据权利要求17所述的检测系统，还包括：连接在比较电路输出和显示设备之间的计算机。

19.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述分析物检测电路包括电流表、电压表和电阻表中的一个或多个。

20.根据权利要求12所述的检测系统，其中，分析物检测电路包括处理器。

21.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述基板由介电材料制成。

22.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述一种或多种电特性包括沿至少一个通道的长度在第一电极和第二电极之间传导的电流或沿至少一个通道的长度在第一电极和第二电极之间的电导率。

23.根据权利要求12所述的检测系统，其中，第一电极和第二电极被配置为沿平行于基板的轴线检测一种或多种电特性。

24.根据权利要求12所述的检测系统，其中，分析物检测电路包括：平衡检测电路。

25.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述至少一个通道包括至少一个内表面，并且其中所述至少一个内表面的至少一部分涂覆有促进感应化合物附着到所述至少一个内表面上的材料。

26.根据权利要求25所述的检测系统，其中，所述材料为硅烷化合物。

27.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述至少一个通道包括：

包括第一通道端口和第二通道端口的第一通道，其中，第一通道端口与第一通道的第一端部流体连通，第二通道端口与第一通道的第二端部流体连通；和

包括第三通道端口的第二通道，其中，第一通道端口与第二通道的第一端部流体连通，并且其中第三通道端口与第二通道的第二端部流体连通。

28.根据权利要求27所述的检测系统，还包括：

第四通道端口，其与第一通道的第一端部流体连通；和

第五通道端口，其与第二通道的第一端部流体连通；

其中，第四通道端口和第五通道端口彼此不流体连通。

29.根据权利要求12所述的检测系统，还包括：用于使用第一电极和第二电极施加电位差的电压源。

30.根据权利要求12所述的检测系统，其中，至少一个通道被配置为具有在10 纳米至10 厘米的范围内的长度。

31.根据权利要求12所述的检测系统，其中，至少一个通道被配置为具有在1 纳米至50微米的范围内的宽度。

32.根据权利要求12所述的检测系统，其中，至少一个通道被配置为具有在1纳米至 1微米的范围内的深度。

33.根据权利要求12所述的检测系统，还包括：接收比较电路输出的视觉显示设备。

34.根据权利要求12所述的检测系统，其中，比较电路输出还表示至少一个通道中分析物的浓度。

35.根据权利要求12-34中任一项所述的检测系统，其中，分析物选自由核酸、银离子和汞离子组成的组。

36.根据权利要求12-34中任一项所述的检测系统，其中，分析物选自由以下组成的组：

核酸，并且感应化合物为核酸探针；

银离子，并且感应化合物为TPEA2；以及

汞离子，并且感应化合物为TPET2。

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