CN107249708B - 微型护理点气相色谱测试条和测量分析物的方法 - Google Patents

Abstract

公开了微型护理点气相色谱测试条和测量分析物的方法。用于确定具有多种分析物的流体样本中至少一种分析物的浓度的系统包括基板；第一电极对，部署在基底基板上；第一感测化学品，对样本中的至少一种分析物作出响应，其中第一感测化学品与第一电极对电连通；以及第一色谱层，部署在所述至少一种感测化学品上。所述多种分析物中的至少一种分析物相对于所述多种分析物中其它分析物的移动以不同速率移动通过第一色谱层。

Description

微型护理点气相色谱测试条和测量分析物的方法

对相关申请的交叉引用

本申请依据35 U.S.C.§199(e)要求于2014年12月24日提交的标题为“Mini Pointof Care Gas Chromatographic Test Strip and Method to Measure Analytes”的美国临时专利申请No.62/096,674、于2015年4月13日提交的标题为“Low Cost Test Strip andMethod to Measure Analyte”的美国临时专利申请No.62/146,847、于2015年6月9日提交的标题为“Low Cost Test Strip and Method to Measure Analyte”的PCT/US15/34869的权益，PCT/US15/34869要求于2015年4月13日提交的标题为“Low Cost Test Strip andMethod to Measure Analyte”的美国临时专利申请No.62/146,824、于2014年6月17日提交的标题为“Method for Collecting and Analyzing Data to Monitor and ManagePatients with Chronic Respiratory Disease”的美国临时专利申请No.62/013,233以及于2014年6月9日提交的标题为“Low Cost Test Strip And Method to Measure Analyte”的美国临时专利申请No.62/009,531的优先权，这些全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般而言涉及检测环境变化。更具体而言，本发明涉及一种用于气体或蒸汽分离和测量的方法，其包括多层的低成本有限使用测试。

背景技术

本领域已知有许多不同类型的可用于气体和分析物检测的传感器和技术。在人类医疗行业，气体传感器用于许多领域，包括麻醉和呼吸保健。传感器通常被配置为监视吸入的麻醉剂、O₂、CO₂和N₂O。另一个示例包括用来诊断消化系统疾病的氢和甲烷。其它示例包括测量呼出气中的一氧化氮(NO)，这最近已经获得诊断和监视慢性呼吸系统疾病患者的气道炎症的注意。若干种点护理技术在商业上可用于气体的检测，例如电化学传感器和金属氧化物半导体(以下称为MOS)。这些传感器电化学感测的力学和检测方法在本领域中是已知的。

MOS和电化学传感器都具有对干扰气体交叉灵敏的缺点并且通常对一种具体分析物灵敏。这些特点使得该技术具有检测混合或多种气体流中单一分析物或多种分析物的缺点。

气体分析的另一种方法是通过气相色谱法。气相色谱法是这样一种机制，通过这种机制，气体的复杂混合物可以在时间上分离。气相色谱法通常耦合到用于特定分析物或分析物集合的一些检测方法或传感器。通常，气相色谱法使用涂覆有特定试剂的流通过窄孔管，以影响气相表面相互作用(称为柱)，气体的复杂混合物通过该柱，但是可以包括类似功能化化的颗粒的填充床。气流的单个气体(流动相)对于柱的侧壁(固定相)具有不同的亲和力。因此，不同的气体根据其各种化学和物理性质以及它们与具体色谱柱填充的相互作用而以不同的速率通过色谱柱。随着化学品离开柱的末端，它们以本领域技术人员已知的各种常用手段被检测和识别。柱中的固定相的功能是分离不同的组分，从而导致每种组分在不同的时间(保留时间)离开柱。可用来更改保留的次序或时间的其它参数是载气流速、柱长度和温度。

气相色谱仪的缺点在于，在护理点环境(诸如医生办公室或家庭)或现场(诸如军事、警察、油和气、航空航天，农业工业等)中适当使用过于复杂、体积庞大且昂贵。

发明内容

本发明的实施例包括可以基于其中放置测试条的所关注的气体和环境以各种方式配置的测试条。在最基本的水平上，测试条包括基底和感测化学品。在一些实施例中，测试条一般由基底、至少一个电连接件、至少一种感测化学品和至少一个附加层组成。除了提供例如层之间的间隔物之外，一个或多个层可以用于单个目的或多个目的，例如为了保护感测化学品免受干扰物质的影响。单层或层的组合提供气体到感测化学品的选择性渗透或扩散，从而允许气流中的一种或多种气体的时间分离和感测。测试条可以提供定量和/或定性读出。测试条可以独立或与其它设备组合。这些设备的示例包括但不限于控制气体流动的机构，为设备供电并提供读出、温度测量和控制的电子装置，和/或在读出之前过滤或调节气体的机构。

本发明的一个实施例用于医疗行业。它包括测试条和被配置为测量人呼吸中呼出的一氧化氮的一个或多个设备。来自测试条和设备的信息可以是用于患者健康的更大监视系统的一部分。测试条由基底、零个或多个电极、至少一种感测化学品和至少一个层组成。测试条可以与设备通信，以提供信号和读出。它也可以与设备通信，以控制气体到传感器的流。

本发明的另一个实施例用于医疗行业。它包括测试条和被配置为测量人呼吸中呼出的一氧化氮的一个或多个设备。来自测试条和设备的信息可以是用于患者健康的更大监视系统的一部分。测试条由基底、零个或多个电极、至少一种感测化学品和至少一个层组成，以提供气流中气体的基于时间的分离。测试条可以与设备通信，以提供信号和读出。它也可以与设备通信，以控制气体到传感器的流。本发明的另一个实施例用于医疗行业。它包括测试条和被配置为测量人呼吸中呼出的一氧化氮的一个或多个设备。来自测试条和设备的信息可以是用于患者健康的更大监视系统的一部分。测试条由基底、三个电极、跨越两个电极的至少一种感测化学品、跨越两个电极的至少一种参考化学品(其中一个电极与感测化学品共享)以及至少一个层组成，以提供气流中气体的基于时间的分离。在一个实施例中，参考化学品被覆盖。测试条可以与设备通信，以提供信号和读出。它也可以与设备通信，以控制气体到传感器的流。

本发明的其它实施例被配置为检测氢和/或甲烷或丙酮。

在不背离本发明的精神的情况下，其它电极配置是可能的。

本发明的其它实施例被配置为检测呼吸中与疾病相关的一种或多种化合物。

本发明的其它实施例被配置为检测与工业、汽车、环境、军事、航空航天、农业和兽医行业相关的一种或多种气体。

本发明的其它实施例被配置为检测存在于这种流体中的一种或多种生物或非生物流体和气体。

本发明的一方面提供了一种用于确定具有多种分析物的流体样品中至少一种分析物的浓度的系统，该系统包括：基底基板、部署在基底基板上的第一电极对、响应于样品中的至少一种分析物的第一感测化学品，其中第一感测化学品与第一电极对电连通，以及部署在所述至少一种感测化学品上的第一色谱层，其中所述多种分析物的至少一种分析物相对于所述多种分析物的其它分析物的移动以不同速率移动通过第一色谱层。

在一个实施例中，该系统包括部署在基底上的第二电极对和响应于样本中的至少一种分析物的第二感测化学品，其中第二感测化学品与第二电极层电连通。

在另一个实施例中，该系统还包括部署在第二感测化学品上的阻挡层和第二色谱层中的至少一个，其中阻挡层抑制第二感测化学品与流体样本中的至少一种分析物之间的接触，并且其中所述多种分析物中的至少一种分析物相对于所述多种分析物中其它分析物的移动以不同的速率移动通过第二色谱层。

在该系统的另一个实施例中，相对于当暴露于多种分析物中的至少一种分析物时第二感测化学品的物理、光学或电性质的变化，当不同程度地暴露于所述分析物时，第一感测化学品的所述相同的物理、光学和电性质中的至少一个改变。

在另一个实施例中，该系统还包括桥接电路，桥接电路耦合到第一感测化学品和第二感测化学品，其中桥接电路提供指示当第一感测化学品和第二感测化学品都暴露于至少一种分析物时第一感测化学品和第二感测化学品的物理、光学和电特性中的至少一个的变化。

在一个实施例中，该系统还包括能够接收流体样本的入口；以及与该入口和第一感测化学品流体连通的流控制器，其中流控制器能够将流体样本的至少一部分提供给第一感测化学品。

在另一个实施例中，该系统还包括能够接收流体样本的第一入口、与第一入口流体连通的可移除流体样本容器以及与第一入口间隔开的第二入口，第二入口与第一感测化学品流体连通，其中可移除流体样本容器能够经由第二入口将流体样本运输到第一感测化学品。

本发明的一方面提供了一种用于确定流体样本中至少一种分析物的浓度的方法，该方法包括提供一种系统，该系统包括基底基板、部署在基底基板上的第一电极对、响应于样本中的至少一种分析物的第一感测化学反应，其中第一感测化学品与第一电极对电连通，以及部署在所述至少一种感测化学品上的第一色谱层，其中所述多种分析物中的至少一种分析物相对于所述多种分析物中的其它分析物的移动以不同的速率移动通过第一色谱层，以及测量跨第一电极对的电压、跨第一电极对的电阻和跨第一电极对的电流当中的至少一个。

在该方法的一个实施例中，该系统还包括第二感测化学品和第二电极对，第二感测化学品响应于样本中的至少一种分析物，第二感测化学品与第二电极对电连通，并且该方法还包括测量跨第二电极对的电压、跨第二电极对的电阻和跨第二电极对的电流当中的至少一个。

在另一个实施例中，该方法还包括提供将至少一种分析物的已知浓度与电压值、电阻值和电流流值中的至少一个相关联的数据，以及基于所提供的数据和第一电极对的测量来确定关于至少一种分析物的浓度的信息。

在该方法的另一个实施例中，测量包括确定以下中的至少一个：(1)第一电极对的测量随时间的变化，(2)第一电极的测量的变化率随时间的变化，(3)第一电极对的测量是否超过第一阈值，以及(4)第一电极对的测量是否小于第二阈值。

上述本发明的任何方面或实施例可以与本文所阐述的任何其它方面和实施例组合。

附图说明

在附图中：

图1是准备好由患者使用的组装的设备和测试条的示例。

图1a展示了组装的设备和测试条的变体。

图2是人呼吸的呼气阶段的示例。示出了三次呼气，并且相对压力和时间绘出了一氧化氮浓度。

图3是呼出的人呼吸中发现的气体的示例。

图4是具有色谱层和集成的传感器的测试条的示例。

图4a是具有色谱层和非集成传感器的测试条的示例。

图4b是组装的设备以及具有色谱层和非集成传感器的测试条的示例。

图5是在测试条处、在色谱层上方到达并且开始通过色谱层到达传感器的混合气体样本的示例。

图5a是图5的示例的延续。

图6示出了7种气体混合物的详细解释以及通过色谱分离层扩散的气体相对时间的百分比。

图7展示了使用色谱层的测试条上相对时间的单次呼吸分布曲线。

图7a示出了可以从单个呼吸分布曲线采样的信号的时间点。

图8展示了200um厚的色谱层的气体分离，其被表示为低于该层的气体相对时间的浓度。

图9展示了100um厚的色谱层的气体分离，其被表示为低于该层的气体相对时间的浓度。

图10展示了50um厚的色谱层的气体分离，其被表示为低于该层的气体相对时间的浓度。

图11展示了20um厚的色谱层的气体分离，其被表示为低于该层的气体相对时间的浓度。

图12、12a、12b和12c展示了来自传感器的多气体信号。

图13是用于监视患者的更大系统中本发明的一个实施例的示例。

图14和图14a展示了从测试条提供读出的电子系统的变体的示例。

图15、图15a和图15b展示了控制气体到测试条的流动的机构的变体以及过滤气流的方法的示例。

图16展示了结合到容器中的测试条的示例。

图16a展示了连接到阅读器的容器的示例。

图17展示了测试条在设备内的各种朝向。

图18是被配置为从测试条剥离或刺穿保护层的设备的示例。

图19示出了测试条上的电极和化学品的各种配置。

图19a示出了具有集成的加热器、传感器和电气部件的测试条的示例。

图19b示出了测试条上电极和化学品的更复杂配置的实施例。

图20是感测化学品添加剂的示例。

图21示出了具有多个层的测试条的示例。

图22示出了完全组装的测试条的示例。

图23a、图23b和图23c展示了批量生产中的测试条的示例。

图24展示了将呼出的呼吸的一部分转移到传感器的示例。

图25展示了在通过过滤器吸入之后将呼出的呼吸的一部分转移到传感器的示例。

图26展示了折叠的设备的实施例。

图26a展示了折叠并结合图15、15a、15b、16和/或图16a中描述的设计的设备的实施例。

图26b展示了本发明的一个实施例，其中阅读器和气体调节系统结合到设备中。

图26c展示了本发明的实施例，其中设备的输出从多个端点中选择。

图27展示了标准铜-锌电池的实施例。

图28展示了ChemFET布局的一个实施例。

图29展示了传感器阵列的一个实施例。

具体实施方式

本发明的实施例使用材料和制造技术以低成本大量生产测试条，用于测量各种工业和环境中的气体。测试条可以测量单一气体或多种气体。在最基本的水平上，测试条由基板/基底和感测化学品组成。测试条的实施例包括基板、建立电连接的装置(即，电极)、至少一种感测化学品和至少一个附加层。可以基于其中将放置测试条的所关注的气体和环境来修改配置和设计。基于所关注的气体选择感测化学品，并且电极被配置为测量发生的化学反应。一个或多个层可以用于多个目的，包括但不限于用于化学品沉积的掩蔽、层之间的粘合、防止干扰物质的保护、增强测试条的选择性和/或灵敏性，以及间隔。关于电极、化学品和层的细节如下所述。

基于所关心的气体和其中将放置测试条的环境，本发明的实施例可以将不同的感测化学品、配置和层应用于测试条。测试条可以被配置为提供一种或多种气体的定性和/或定量分析。测试条可以与其它设备组合，或独立使用。可以使用其它设备来控制所关注的气体到测试条的输送，或者处理来自测试条的信号。控制可以包括但不限于流、过滤、预处理等。

本发明的一个实施例是在医疗行业中用来测量人呼吸中呼出的一氧化氮的测试条。其它实施例可以被用来检测呼吸中的其它气体，诸如氢气、甲烷、乙醇或丙酮。测试条和伴随的设备可以是单个患者或多个患者使用的。设备、设备部件和测试条可以是一次性的、可重复使用的或其任意组合。在这个示例中，从使用测试条的结果搜集的数据，呼出的一氧化氮呼气试验，可以是更大的患者监视系统的一部分或可以独立存在。图13提供了患者监视系统[1301]的示例，其中患者通过本发明的一个实施例经由吸入和呼出来执行一氧化氮呼吸试验[1302]。该信息与来自患者的附加数据[1303]组合，并且数据远程存储[1304]。存储的数据可以与来自多个患者的信息组合，用于分析。

其它实施例用于检测生物或非生物流体。

该系统和感测方法以及附加元件的其它实施例与本文描述的实施例一起使用。

可以以多种方式配置本发明的实施例，而不偏离本发明的精神。配置可以变化，以优化对所关注的气体的灵敏度和选择性、改善气体混合物中气体的分离特点，或者改善患者体验和使用容易性。图1是一种配置的示例。患者[101]通过设备[102]的顶部吸入并呼出，并且由与测试系统[118]通信的电子设备[103]捕获信号。测试系统[118]可以由可选的、可拆卸的和/或一次性的接口管件[105]、一种控制和调节气流的装置[106]、一个或多个置于设备内部的测试条[108]以及用于解释来自测试条的信号的电子设备[104]组成。电子设备[104]可以无线地或经由有线连接与另外一个或多个电子设备(诸如电话机[103]、平板电脑或计算机)通信。其它实施例具有测试条[108]和在被设计为控制和/或调节气流[106]的室中垂直定向的电子设备[104]。

在一个实施例中，测试条[115]连接到设备阅读器[116]并放置在气体调节和流量控制单元[119]内。患者[109]通过接口管件[120]吸入，从而通过设备[110]的底部吸取空气。空气可以在室[112]中被调节，以从周围空气中除去一种或多种分析气体。患者通过接口管件呼气。室[114]可以被设计为控制到测试条[115]的流速和/或从患者的呼吸流中机械地诱导设定的流速。空气可以越过测试条[115]并离开设备[117]，或者气流的一部分或全部可以被捕获，以便立即或将来进行分析。在另一个实施例中，气流的一部分被转移到测试条，如图24、25、26、26、26a和26b中所示。

图1a提供了组装好的设备和测试条的变体的示例。设备[141]可以结合可拆卸和/或一次性的接口管件[131]。用于控制和调节气流的单元[142]可以是具有用于测试条插入的狭槽的单件，或者是可分离以便允许将测试条[133a]插入到气流[143]的多件[134和135]。用于控制和调节气体的单元可以是单个室或多个室[114][112]。用于读取测试条输出的电气设备[132]可以与电话[138]或其它设备进行有线或无线通信。在其它实施例中，电子器件处理信号处理并显示结果[139]或[137]。测试条可以以任何朝向放置在气流中。示出了水平[133a]和垂直[133c]测试条朝向。

在另一个实施例中，调节气体流[106]的技术之一包括从呼吸流中去除水蒸气。

在另一个实施例中，通过与磺酸基团或其它类似的吸湿性吸水剂和湿润剂基团(诸如硅酸盐、磷酸盐、丙烯酸、环氧乙烷以及本领域技术人员已知的其它基团)或者与市售的吸水剂相互作用，从呼吸气流中除去水蒸气。

图2示出了呼吸呼气曲线。具体而言，它展示了呼气[201]相对呼气压力[202]相对待测气体[203]相对时间的三个阶段。清洗解剖死区(即，气道中不参与呼吸的气体)需要大约2-3秒钟，以及大约6秒钟才能达到气体浓度的平台。除一氧化氮之外的其它呼出气体(图3中所示的示例)表现出类似的快速增加和平台。在一个实施例中，测试条或系统补偿呼气阶段。

图3是呼气呼吸中预期的气体的类型和浓度的示例。

基板、电极和化学品沉积的各种配置或组合是可能的，而不背离本发明的精神。配置由感测化学品的特性、所关注的分析物以及其中将放置该单元的环境决定。感测化学品也可以被涂覆或覆盖，以防止分析物相互作用，以便提供参考，如在抗化学电桥电路中。可以使用多种感测化学品，或者相同的化学品可以不止一次地沉积，以用作多重分析或信号平均的参考。在不背离本发明的精神的情况下，与所关注的一种或多种气体相互作用的多种化学品是可能的。

图4展示了被配置为利用色谱分离层感测一种或多种气体的测试条的一个实施例。测试条由基底[401]、电极[402]、介电层(未示出)、两种感测化学品[403]、被设计为覆盖感测化学品之一并暴露第二感测化学品的层[404]、色谱分离层[406]、具有窗口[408]以将传感器暴露于气体或气体混合物的保护层[407]组成。可以以许多方式处理层[404]和[407]，以产生暴露化学品之一以进行感测的开口[408]和[405]。处理的示例包括但不限于模切或激光切割。在测试条中将层层压在一起之前，可以以多种方式处理层[404]、[406]、[407]。处理的示例包括但不限于模切、激光切割、接吻切割、表面能修改(UV辐射、等离子体和电晕放电，或通过火焰或酸处理或本领域已知的其它技术)、用粘合剂等进行喷雾处理。

在另一个实施例[410]中示出了横截面图，其中色谱层[411]与金属氧化物半导体传感器[412]集成。可以利用其它类型的传感器而不背离本发明的精神。示例包括但不限于：电化学、MEMS、FET、MOSFET、光学和Chem FET传感器。供应商的示例包括但不限于：Figaro、Honeywell、Texas Instruments、Analog Devices、Applied Sensors和SGX SensorTech。

在一个实施例中，测试条不具有介电层。

在另一个实施例中，测试条具有单一(1种)感测化学品。

在另一个实施例中，测试条仅用作色谱层并且不包含感测元件(图4a)。在这个例中，具有色谱层[413]的测试条与之前描述的传感器类型[414]结合使用。测试条[413]可以是单次使用，多次使用或有限的使用。它可以是一次性的或可重复使用的。也可以是单个患者使用。示出了仅用作色谱层的测试条的一个实施例[420]。在这个实施例中，色谱层[417]层叠在两个基板之间[416]和[418]之间。基板可以包含窗口[415]和[419]，以允许气体通过色谱层[417]。在不背离本发明的精神的情况下，其它基板构造是可能的。示例包括但不限于为色谱层提供结构支撑或用来将色谱层与传感器或设备集成的基板。

图4b展示了类似于图1的系统的一个实施例。在图4b中，将具有色谱层[421]的测试条插入到设备[424]中。患者通过设备[423]呼气，并且气体通过色谱层到达传感器[422]。在这个实施例中，传感器可以是金属氧化物半导体传感器或先前讨论的其它感测技术之一。

色谱扩散和/或渗透层可以由浸渍物组成，可以由多孔和非多孔聚合物、复合材料、纤维材料(诸如纸或玻璃纤维)、纺织和非织造纺织品、膜、聚合物，粘合剂、膜、凝胶等组成。可以例如通过化学处理或涂覆和/或机械地更改其表面来修改所述一个或多个层。适用于色谱层的材料的其它示例被并入本文(测试条-层)。该层可以包含附加材料或经历附加的处理，以使其适合制造。

在一个实施例中，色谱层由硅氧烷或含有硅酮的膜或薄膜组成。在一个实施例中，为了快速分析，其厚度在1μm和200μm之间。在另一个实施例中，为了延迟的分析(小时或数天)，厚度大于200μm。在另一个实施例中，为了经几天、几周或几年的时间段内的分析，厚度大于1英寸。

在另一个实施例中，色谱层用材料进行处理，以选择性地去除化学品和/或水(包括水蒸气)。处理包括但不限于涂覆、喷涂、化学键合等。

在另一个实施例中，色谱层用Nafion处理。

在另一个实施例中，色谱层用磺酸处理。

在另一个实施例中，色谱层含有硅氧烷和Nafion。

在另一个实施例中，色谱层含有硅氧烷和磺酸。

在另一个实施例中，测试条层之一含有磺酸或Nafion。

在另一个实施例中，色谱层可以含有吸附剂微粒，以修改色谱特性，诸如活性炭、功能化二氧化硅、氧化铝、粘土、硅藻土、矿物碳酸盐、聚合物以及本领域技术人员已知的其它填料。

在另一个实施例中，色谱层可以含有乳化组分，以修改色谱特性，诸如乳化水、油、气体、有机溶剂、聚合物、有机分子和本领域技术人员已知的其它双相化学品。

色谱检测

以下引用的气体检测方法基于色谱层的选择性扩散和/或渗透特性。该方法使用以下方法中的至少一种来分离和分析单一气体或多种气体的浓度：材料的物理和化学特性、材料的厚度、时间、信号强度/幅度和/或信号斜率、从单个基线的变化和/或变化相对多个基线、过冲和/或下冲相对固定点(例如基线)发生变化。组合使用多种方法也是可能的，而不背离本发明的精神。该方法提高了传感器的灵敏度和选择性，并允许从单一化学品进行复杂复用。通过色谱层的气体(包括水蒸气)在下文中将结合这种方法。

在一个实施例中，测试条被校准到所关注的一种或多种气体。测试条也可以相对有可能干扰所关注的气体的气体进行校准。校准可以包括将传感器信号线性化到一种或多种气体，以将信号转换成分析物的量(例如，十亿分之一或百万分之一)。

在一个实施例中，传感器和/或感测化学品被设计为对所关注的气体和干扰气体具有有差异的响应。

在另一个实施例中，色谱层被设计为向传感器和/或感测化学品提供分离和特异性。

图5描绘了测试条[502]，为了说明的目的，其色谱层[501]被分离，色谱层上方有气体分子的混合物[503]。描绘了两个分子，但是任何数量的分子都是可能的，而不背离本发明的精神。随着时间的推移，色谱层上方的气体开始通过该层。色谱层的特性产生基于时间的分离，使得气体选择性地和预测地通过该层到达感测化学品，进行检测。在图5所示的一个实施例中，由黑色圆圈表示的气体1和由亮圆圈表示的气体2(统称为[503])到达色谱层[501]上方的测试条[502]。在零秒时，初始条件，气体1的0％和气体2的0％位于色谱层的一侧。1秒后，达到平衡所需的气体1[505]和[508]的～43％已经通过色谱层[507]，而达到平衡所需的气体2[506]的0％已经通过。在2秒钟(图5a)，气体1[512]和[515]在色谱层[514]的传感器侧的平衡浓度为71％，并且气体2[513]和[516]的平衡浓度为～40％。在某个时间点，在这个示例中为100秒，气体1[519]和[524]和气体2[520]和[523]都在色谱层[521]下方测试条[525]的水平处处于100％的平衡值。

图6示出了由含有100μm厚的硅氧烷的色谱层提供的气体-时间分离。在这个示例中，每种气体单独从气体混合物中绘出，并且相对于其自身的平衡浓度被表示(即，在时间0，个别气体的100％高于色谱层，并且在时间>0，一定百分比的个别气体已经通过色谱层接近平衡值)。在图6中，气体在时间0[606]到达测试条的色谱层上方。在0.75秒[601]，气体1的第一分子通过色谱层并到达传感器的表面。在1秒[602]，气体2的第一分子通过色谱层并到达传感器。在2秒[603]，气体5开始通过色谱层。在2到3秒之间的不同时间间隔内，剩余的气体开始通过色谱层。最终，经过足够的时间后，所有气体将达到低于色谱层的其平衡浓度的100％(未在图6、8、9、10、11中示出)。任何数量的气体都是可能的，而不背离本发明的精神。

邻近色谱层放置的传感器或检测器可以是任何数量的气体或液体检测装置，由此信号可以是但不限于光学的、声学的、机械的或电子的。其它实施例是可能的，而不背离本发明的精神，诸如本文别处阐述的实施例。

由传感器在1秒[602]产生的信号是气体1的平衡浓度的20％相对气体2至7的0％。在2秒[603]，由传感器产生的信号是气体1的平衡浓度的35％相对气体2的平衡浓度的25％相对气体3、4、5、6和7的0％。在4.25秒[604]，由传感器产生的信号是气体1的约58％相对气体2的50％相对气体3至7的小于40％，等等。任何数量的气体都是可能的，而不背离本发明的精神。

在一个实施例中，气体1和气体2的浓度可以通过在其它气体通过色谱层之前的给定时间将信号与校准表进行比较来确定。当测试条适应其环境时，信号可以从基线读数确定。

在另一个实施例中，气体2的浓度可以通过增强感测化学品以便比气体1更有利地响应气体2来确定。该系统可以被校准，以针对气体1或在气体2之前通过色谱层的其它气体的混合物检测气体2的信号。在给定时间，例如图6中的2秒，该信号针对仅气体1的背景表示气体2的总浓度的25％。可以通过将处于25％的信号与校准表中信号的100％的线性输出进行比较来确定气体2的总浓度。

在一个实施例中，测试条和感测系统对于呼出的人呼吸中发现的气体被校准。

在一个实施例中，测试条和感测化学品对照呼出的人体呼吸中发现的至少一种气体(包括水蒸气)的背景进行校准。

在另一个实施例中，测试条和感测化学品被设计为对水蒸气和所关注的气体具有有差异的响应。

图7和图7a展示了如由具有100μm色谱层的传感器记录和绘制的相对时间的单次呼吸分布曲线。信号表示来自基线测量的相对测量(例如，以毫伏为单位表示的相对时间的变化)。将毫伏信号与用于定量和/或定性分析的校准表进行比较(例如，信号等于十亿分之十的一氧化氮或者信号是<十亿分之二十的氧化氮)。在这个示例中，气体混合物含有图3中发现的在时间0到达测试条的气体。待检测的感兴趣的气体是一氧化氮。在1秒[701]，一氧化氮开始通过色谱层。在两秒[702]，信号为4.75mv，其可以按每十亿分之一的数量被译出。在一个实施例中，在各个时间[701]、[702]、[703]、[704]对信号的测量进行采样，以确定第二(一种或多种)气体的数量和/或确认采样的初始信号。

在一个实施例中，采用基线来确认在引入气体样本之前测试条的准确度(例如，质量控制检查)。

在一个实施例中，气体样本与本文进一步描述的测试条和感测化学品相互作用，从而改变被测量和显示的传感器的电阻或其它电特性，例如以毫伏为单位。

在一个实施例中，已知的电流通过测试条电极，以执行电阻或电压测量。

在一个实施例中，电阻是直接测量的。

在一个实施例中，通过测试条电极的电流是脉动的。

在一个实施例中，信号被转换到频域中。

在另一个实施例中，测试条和感测系统测量液体。

在另一个实施例中，测试条和感测系统测量生物流体。

在另一个实施例中，测试条和感测系统测量呼吸凝结。

在另一个实施例中，将系统单独地针对预期气体流中的每种气体并相对于彼此进行校准。每种气体的信号被线性化，并且一个或多个浓度可以在给定时间点确定。

在另一个实施例中，缓慢通过色谱层的气体是所关注的气体。例如，在图6中，气体3是所关注的气体，气体1和气体2的信号在每个时间点被减去或重新基线化，直到给定百分比的气体3已经通过色谱层。在一些实施例中，用来在每个时间点重新基线化的信息是凭经验对具有已知浓度已知气体的气体混合物来确定的。

在另一个实施例中，利用测试条上或附近的环境温度的升高或降低来改变气体分离的特性。

在另一个实施例中，测试条本身被加热或冷却。

在另一个实施例中，在其它气体到达传感器(即，通过色谱层)之前确定气体的浓度。

测量气体混合物中的任何气体(无论其何时通过色谱层)是可能的，而不背离本发明的精神。

图8、9、10、11证明色谱层在各种厚度下的时间分离。这些图示出了表示为相对时间绘制的、通过色谱层[406]扩散的百分比的各个气体的浓度。在这些图中，气体在时间0到达色谱层上方。

图12表示具有色谱层的测试条的一个实施例的信号输出。将传感器置于氮气流中，然后暴露于由湿度和一氧化氮组成的混合气流中。湿度是通过色谱层第一种气体并导致传感器的电阻增加。一氧化氮会随后并会引起电阻的急剧下降，直到再次引入氮。

图12a展示了具有色谱层的测试条的信号输出的另一个实施例。将传感器置于氮气流中，然后暴露于由湿度、一氧化氮和二氧化碳组成的混合气流中。湿度是通过色谱层的第一气体并导致传感器的电阻增加。一氧化氮然后跟随并导致电阻急剧下降。二氧化碳是通过该层的第三气体，导致斜率的变化，直到再次引入氮。

图12b是具有色谱层的测试条的一个实施例对人类呼吸的响应的示例。传感器和色谱层被配置为对一氧化氮灵敏并特定于一氧化氮。基于具体的感测化学品和测试条配置，湿度是人类呼吸中的主要干扰物。传感器在室内空气中被基准化。引入呼吸流，并且湿度是通过色谱层的第一气体，从而导致电阻急剧增加。色谱层被设计为排除呼出的呼吸中其它已知气体。一氧化氮是命中传感器的第二气体，从而引起电阻降低。然后将传感器重新暴露于室内空气。所关注的信号特点的示例包括但不限于气体暴露的初始斜率、气体暴露期间的斜率、返回信号的初始斜率、气体暴露结束时的斜率、不同时间的斜率变化、传感器特性(物理、电子光学等)的绝对变化，气体暴露前后距离基线的过冲或下冲、距离校准曲线的过冲或下冲以及气体通过色谱层的时间点的回归线。

图12c是具有色谱层的测试条的一个实施例对人类呼吸的响应的示例。传感器被配置为对一氧化氮灵敏。色谱层被设计为排除除传感器可预测地吸收和解吸收的湿度以外的所有干扰物质。传感器在室内空气中被基准化。引入呼吸流，并且湿度和一氧化氮都通过色谱层，从而由于湿度组分而导致电阻急剧的初始增加。然后将传感器重新暴露于室内空气，并将次要基线与初始基线进行比较，以确定与传感器相互作用的气体的量。所关注的信号特点的其它示例包括但不限于气体暴露的初始斜率、气体暴露期间的斜率、返回信号的初始斜率、气体暴露结束时的斜率、不同时间的斜率的变化、传感器特性(物理、电子光学等)的绝对变化、气体暴露前后距离基线的过冲或下冲、距离校准曲线的过冲或下冲以及气体通过色谱层的时间点的回归线。

以下描述系统的其它实施例。

电子测试条阅读器

图14和图14a展示了电子测试条阅读器的变体的示例(以下简称为“阅读器”)。一般来说，阅读器被设计为从测试条提供信号输出。阅读器可以包括用于提供电力、收集数据、信号处理和解释、控制使用次数、运行诊断、运行测量、与另一个设备(例如，电话或计算机或平板电脑)通信等的装置。在一个实施例中，测试条和阅读器被配置为当所关注的气体与感测化学品相互作用时测量两个或更多个电极上的电阻变化。在另一个实施例中，测试条和阅读器被配置为当一种或多种分析物气体与感测化学品相互作用时测量测试条的两个或更多个电极两端的电流或电压。电极可以被配置为简单的化学灵敏电阻器(化学电阻器)，作为场效应晶体管，或者作为惠斯登电桥或本领域中已知的其它桥接电路，或作为工作电极和对电极，或作为工作电极和对电极和参考电极。检测方法(例如，电子和测试条配置)的示例是化学抗性、场效应晶体管、电流分析、电位或伏安信号。测试条和对应的电子器件可以被配置在桥接电路中。

在一个实施例中，将测试条[1402a]插入阅读器[1404]中。阅读器1404经由有线连接[1403b]或通过无线装置[1403b]与移动电话或其它计算设备[1401]通信。无线通信的示例包括但不限于蓝牙、WiFi、RFID、近场通信等。阅读器[1404]可以被配置为适配器，以经由音频输出插孔、微型USB或手机制造商的专有技术(例如，Apple)将测试条连接到移动设备。

在本发明的另一个实施例[1405]中，测试条[1402b]直接与计算设备[1406]通信。可以通过将测试条直接对接到移动设备中或通过将上述无线技术直接集成到测试条中来建立通信。

电子系统的另一个实施例包括接受测试条[1402c]的集成阅读器[1407]。集成阅读器[1407]处理来自测试条[1402c]的测量，并且解释并显示测试结果[1408]。

图14a展示了图1a中先前描述的设备[141]的底部部分[135]的各种构造。在一个实施例[1431]中，测试条[1408a]在气流中垂直对准并连接到设备[141]的底部[135]中。设备的底部[135]可以由至少一个室组成，或者可以具有多个室[1411]和[1412]，以允许气体通过排气口[1414]和[1409]流动。在吸入阶段[1410]期间，气体可以被过滤或调节。

在另一个实施例中，阅读器[1415]不直接接受测试条。阅读器[1415]被配置为经由电气接触件[1423]提供电源和测量功能。测试条[1408b]可以与电极[1424]电接触并通过接合两个电极[1423]和[1424]而连接到测量设备。图像[1424]还可以表示设备[1416]中的孔，从而允许电极[1423]连接到测试条[1408b]。

图像[1419]图示了测试条[1408d]、阅读器[1420]以及气体控制设备[1425]的底部部分的一种配置。

如[1417]和[1421]中所示，阅读器也可以集成到设备的底部部分。在[1417]中所示的构造中，该单元可以没有室。阅读器还可以容纳附加部件(诸如温度传感器、UV源或加热元件(未示出))。阅读器还可以无线地连接到设备，例如经由感应，由此可以传送数据和功率。

气体制备、调节和流量控制

在不背离本发明的精神的情况下，各种实施例和配置是可能的。配置由测试条、感测化学品、所关注的分析物和其中将放置该单元的环境的特点决定。一般来说，气体制备、调节和流量控制设备可以具有各种形状、尺寸，并且包含被设计为将分析物输送到测试条的室、结构、阀门、过滤器或通风口的任意组合。该设备在下文中称为气体控制设备。

图15和图15a展示了控制气体到测试条的流动的各种机构以及过滤气流的方法的实施例。可选的接口管件[1501]可以包含细菌过滤器[1502]，以使得能够在几个患者之间进行设备共享，或者向下游的设备提供消毒的环境。可选的接口管件[1501]位于气体控制设备[1504]的近侧。在一个实施例中，气体控制设备[1504]被配置为测量人呼吸中呼出的一氧化氮。气体控制设备[1504]可以由诸如室、阀门和/或过滤器的一系列机构组成。过滤器可以包括诸如气体扩散阻挡层、被激活的微观和纳米结构以及选择性渗透膜的物品。可替代地，过滤器可以是高表面积材料，诸如铜微珠-聚四氟乙烯复合材料或反应性金属网。其它实施例可以包括已经被进一步浸渍、涂覆或处理以实现双重目的(包括分析物的化学和物理分离)的过滤器或膜(例如，涂覆PTFE的nafion)。患者将他们的嘴靠近接口管件并通过接口管件[1501]吸入。空气通过排气口[1515]被吸入室[1511]并且包含被设计为从空气中除去环境气体的一个或多个过滤器[1516]。室[1151]与[1505]流体连通，使得空气可以通过单向阀门[1503]被吸入并进入患者的肺部。患者立即呼气。呼出气流[1506]进入区域[1508]，并且流速由诸如阀门或一系列阀门的机构[1507]机械控制，阀门仅允许气体以预先指定的流速高于预先指定的压力通过。在优选实施例中，流速在10毫升/秒和100毫升/秒之间，压力在5-20cm H₂O之间。气体与传感器[1513]相互作用并排出单向阀门[1509]。单向阀门[1509]可以被设计为随着呼气结束时患者呼气压力下降而关闭。这将导致呼吸流的最后几秒被俘获在室[1508]中，并由测试条[1513]和阅读器(未显示)测量。俘获空气允许气体通过传感器上的至少一个层(包括但不限于色谱层)扩散，和/或允许发生化学反应的时间。

另一个实施例[1504a]是与气体控制单元[1504]类似的设计。主要区别在于单向阀门[1509a]位于气体调节单元[1513a]的底部部分中。这允许气体直接流过测试条并通过设备的底部。当这个阀关闭时，呼出的呼吸被俘获在室[1508a]中。

还有另一个实施例不涉及俘获气体并且在示例[1504b]中示出。该实施例基本上与[1504]和[1504a]相同，但是它不包含用于在室[1508]和[1508a]中俘获空气的阀门[1509]或[1509a]。

在一个实施例中，通过测量跨孔口的压力来测量流速。在另一个实施例中，通过测量孔口之前的压力来计算流速。

在另一个实施例中，如图24和图25中所示，呼出的呼吸流转移。

气体调节设备的其它实施例在图15a[1517]、[1518]、[1519]和[1520]中示出。示例[1517]、[1518]和[1519]的功能类似于[1504]。示例[1517]中的主要区别在于阀配置[1507]被至少一个过滤器[1521]替代。除了调节气体样本，一个或多个过滤器还可以控制气体流动。调节的示例涉及去除水蒸气，并且充当扩散阻挡层或半渗透膜以去除干扰气体。

在另一个实施例中，气体控制单元被化学处理(例如，用Nafion从气流中除去湿气)，以提供调节效果。

示例[1518]与[1504]的不同之处在于，过滤器和排气口的定位被集成到气体调节设备的顶部部分[1524]中。

示例[1519]与[1504]不同之处在于，至少一个过滤器[1526]被放置在呼出气流中测试条的近侧。

示例[1520]示出了具有单个室[1527]的气体控制单元的实施例，以及用于控制流速的机构。

图15b展示了两个附加的实施例[1529]和[1531]。

示例[1529]示出了具有单个室[1530]而没有用于控制流速的机构的气体控制单元的实施例。

示例[1531]示出了具有两个室[1532]和[1533]的气体控制单元的实施例。一个室[1533]允许通过设备的吸入。另一个室[1532]允许通过设备的呼出。在一个实施例中，测试条被放置在呼出空气的流体路径中。

图16展示了结合到气囊或容器中的测试的示例。在一个实施例[1601]中，如前所述的气体调节设备[1604]附连到气囊[1606]。气囊由不会与所关注的气体相互作用并且将使通过侧壁的气体扩散最小化的材料制成。这些材料可以包括但不限于塑料(诸如聚酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等)或金属箔(诸如铜、铝等)或石墨材料(诸如石墨烯或氧化石墨烯薄膜)。在优选实施例中，气囊由Teldar或Mylar制成。气囊可以被构造为卷管[1617]或空袋[1606]，并且可以具有如[1601，1606]、[1602，1609]、[1603，1614]、[1602，1609]、[1603，1614]中所示的打开或闭合的末端。

实施例可以包括插入到气体调节设备[1604]中并连接到测量设备(未示出)的测试条[1605]。设备[1602]的另一个实施例包括连接到气囊的气体调节单元[1608]。测试条[1616]或感测化学品可以直接沉积在气囊上或者预先组装并附连到气囊。气囊的远端具有允许呼出的呼吸[1616]通过设备的机构[1609]。当压力从呼吸机动的最后部分变化时，该机构关闭在气囊中利用测试条俘获气体以进行读取。另一个实施例[1603]在另一个容器、管或气囊[1615]内容纳有容器、管或气囊[1612]。处理内部容器[1612]，以选择性地允许所关注的气体通过[1615b]和[1613]进入外部容器[1615]。

图16a是气囊[1617]附连到气体控制设备[1621]的一个实施例的示例。患者用呼出的呼吸填充气囊[1617]。经由插槽[1620]将测试条[1619]插入阅读器[1618]。含有呼出的呼吸的气囊经由开口[1650]连接到阅读器以进行测量。样本可以经由泵或通过气囊[1617]中的弹簧/导线被吸入阅读器[1618]，其中弹簧/导线被设计为将气囊重新卷绕到如图16中所示的卷绕位置。

图17展示了测试条在设备内的各种朝向的示例。在图中，待测量的气流由点划线箭头表示。测试条可以水平定向[1701]、[1703]、[1704]或垂直定向[1702]，或以某个其它角度定向。感测化学品可以朝着气流定向[1701]和[1703]，或者远离气流定向[1704](由[1705]所示)。

图18是被构造为从测试条剥离或刺穿保护层的设备的示例。在一个实施例[1801]中，测试条[1803]具有当设备组装使用时被结构[1805]刺穿的保护盖[1804]。在另一个实施例[1802]中，测试条[1804]上的保护盖[1807]在插入设备中时被结构[1806]剥离。在另一个实施例中，在插入设备之前，用户去除保护盖[1804]。

测试条感测化学品

许多感测化学品是可能的，而不背离本发明的精神。在一个实施例中，感测化学品由被功能化以与分析物相互作用的纳米结构组成，从而导致跨纳米结构的物理或电气变化。在其它实施例中，分析物导致在纳米结构级别的被测量的氧化还原反应。在另一个实施例中，分析物导致感测化学品的表面电子的变化，从而导致测量的光学、电气或物理特点的变化。纳米结构可以包括但不限于碳纳米管(单壁、多壁或几个壁)、纳米线、石墨烯、石墨烯氧化物等。功能化材料的示例包括：

杂环大环

a.示例包括但不限于：冠醚、酞菁、卟啉等。

金属氧化物

a.示例包括但不限于：AgO、PdO、RuO₂、CeO₂、CrO₂、Co₂C₃、TiO₂等。

过渡金属

a.示例包括但不限于：Ag、Cu、Fe、Co、Cr、Ni、Ru、Rh、Pt、Ti等。

化学官能团

a.示例包括但不限于：酮、酯、胺、羧酸、醇、磺酸、磷酸酯、苄基、腈、醛、硝酸酯、吡啶基、硫醇、磷酸等。

功能性有机染料

a.示例包括但不限于：偶氮染料、花青、荧光素、吲哚染料、光致变色染料、酞菁、呫吨等。

功能化的纳米结构(以下称为感测化学品)被部署在基底上，以形成测试条的基本部件。电极与感测化学品相通，如下所述。

在另一个实施例中，感测化学品是非功能化的(即，未致敏的)纳米结构。这个实施例可以结合功能化的纳米结构使用或者它可以是独立的。

次要添加剂可以被用来影响感测化学品沉积到基板上的干燥特点和工艺能力。潜在的沉积方法包括浸渍涂覆、气刀涂覆、辊轧(带铸)、曲棍棒涂覆、移印、油墨滚压、滴铸、旋涂、电喷雾、电泳沉积、电泳、筛选、喷墨、柔版印刷、凹版印刷、胶版印刷、幕涂、热熔、旋转筛选、刮刀、槽模、辊涂、压配、层压和喷涂。添加剂可以被用来改变粘度、表面张力、润湿性、粘附性、干燥时间、凝胶化、膜均匀性等。这些添加剂包括但不限于次要溶剂、增稠剂和/或表面活性剂。这些添加剂可以用于一个或多个目的。示例可以包括但不限于图20中的那些并且：

增稠剂-聚合物型和非聚合物型

a.甘油

b.聚丙二醇

表面活性剂-离子型和非离子型

a.十二烷基硫酸钠

b.Triton X-100

测试条-基板、电极和感应化学品配置

基板、电极和化学品沉积的各种配置或组合是可能的，而不背离本发明的精神。配置由感测化学品、所关注的分析物以及其中将放置该单元的环境的特点决定。感测化学品也可以被涂覆，以防止分析物相互作用，以便提供参考，如在抗化学电桥电路中那样。可以使用多种感测化学品，或者相同的化学品可以不止一次地沉积，以充当参考，用于多重分析或用于信号平均。图19示出了在测试条的一层上的基板、电极和感测化学品的各种配置的示例[1901至1912]。

在一个实施例[1901]中，基板[1913]包含电极[1914]和在一侧上跨电极[1914]沉积的感测化学品[1915]。基板[1916]的相反侧还包含电极和感测化学品。基板[1916]的相反侧可以是对称的或不对称的。不对称可以包括不同的感测化学品、化学或电极配置等。第二感测化学品[1917]可以与第一感测化学品[1915]相同或不同。这可以被用来调节所关注的分析物的灵敏度和选择性。在另一个实施例中[1908]，分开制造两个试纸条[1931][1932]，然后组装到分开的基板[1918]上，以形成成品测试条。如果感测化学品[1931]与[1932]不同，那么可以这样做来增加可制造性的容易性。在其中感测化学品并排的另一个实施例中[1909]，覆盖两种感测化学品之一[1921]。在另一个实施例中[1911]，基板[1922]允许气体[1921a]通过其到达感测化学品。这允许测试条被放置得远离气流，如前面在图17中所描述的([1705])。

图19和图19a示出了在测试条的一层上的基板、电极和感测化学品的各种配置的示例[1901至1912和1922至1926]。示出了附加配置的示例[1922]和[1923]，其中两种化学品在共享一个电极的测试条上偏移。在一个示例[1923]中，两种化学品之一被覆盖。在另一个实施例[1924]中，多种感测化学品被覆盖。在这个示例中，化学品可以共享至少一个电极。在另一个实施例[1925]中，化学品中的至少一种被覆盖。在另一个实施例[1926]中，示出了桥接三个电极的化学品。在这个实施例中，三个电极可以表示工作电极、参考电极和对电极。

图19b示出了更复杂的配置的实施例。在某些实施例[1927]、[1928]和[1929]中，集成加热器[1931]、[1933]、[1934]或者在与感测化学品[1932a]、[1932b]、[1932c]相同的层上(感测化学品之间，如[1928]中所示)或不同的层上(如[1927]和[1929]中所示)结合到测试条中。在其它实施例[1929]中，测试条在至少一个层上具有附加的传感器元件[1935]和集成电子器件[1936]。附加传感器元件[1935]的示例可以包括但不限于温度和/或湿度传感器。集成电子器件[1936]的示例可以包括但不限于电阻器、保险丝、电容器、开关等。测试条还可以包括用于管理或控制使用次数的装置(未示出)。示例包括RF1D、条形码、电路或保险丝烧坏、测试条上的存储器、序列号、开关等。

在其它实施例中，本文所述的加热器、附加传感器元件和集成电子器件结合到阅读器中。

在其它实施例中，本文所述的加热器、附加传感器元件和集成电子器件结合到阅读器和/或其中放置测试条的室中。

其它示例(未示出)可以包括适于测量电化学反应的电极配置(即，工作电极、对电极、参考电极)。

在一个实施例中，测试条可以由基板、至少一个电极、至少一个感测化学品以及可选地保护感测化学品免受干扰物质的影响的至少一个层组成。电路可以经由电极对耦合到感测化学品。电路可以直接电耦合到感测化学品、通过其它部件间接耦合、或通过本领域中已知的其它方法耦合。耦合可以允许电路提供电力、发送和/或接收信号，以及发送和/或接收关于感测化学品的信息。感测区域可以由与一个或多个电接触件电连通的至少两个纳米网络组成。一个网络将作为活性感测化学品并且将对特定的分析物集合(例如，一氧化氮)灵敏。附加网络将或者作为参考，或者作为用于不同分析物或相同分析物以便进行信号平均的传感器。该参考可以对不同的分析物集合灵敏，使得活性感测化学品与参考之间的差异信号导致朝向单个分析物、分析物的小集合或分析物的子集的信号灵敏性，其中测试条对分析物灵敏。在复用分析的情况下，可以有多于一个参考。

在另一个实施例中，测试条可以由基板、至少一个电极、至少一种感测化学品以及可选地保护感测化学品免受干扰物质的影响的至少一个层组成。感测区域可以由沉积在两个或更多个电极之间的至少两个纳米网络组成。一个网络将作为活性感测化学品并且将对特定的分析物集合(例如，一氧化氮或二氧化碳)灵敏。第二个网络将作为参考。该参考可以由与活性纳米网络相同的感测化学品组成，并且可以被覆盖或不被覆盖。测试条和化学品可以被配置为电阻电路或桥接电路。

测试条-层

图21示出了具有多层的测试条的示例。依赖于感测化学品、电极配置、干扰物质和制造过程，出于各种原因，层可以结合到测试条中。示例包括但不限于：用于化学品沉积的掩蔽、用于化学品沉积的支撑、防止干扰物质的保护、增强测试条的选择性和/或灵敏度、用作感测化学品、间隔、一个或多个气室的形成、测试条刚度或其它结构构造。层可以由多孔和无孔聚合物、复合材料、纤维材料(诸如纸或玻璃纤维)、织造和非纺织织物、膜、聚合物、粘合剂、薄膜、凝胶等组成。这些层可以被修改，例如通过化学处理或涂覆和/或机械更改。这些层可以服务于一个或多于一个目的。例如，层可以用作结构部件(例如，改善刚性或作为间隔物)和选择性气体可渗透膜。层可以彼此结合使用，以提供所关注的气体的选择性渗透，同时保护测试条不受干扰物质的影响。在一些实施例中，存在部署在电极上方并与电极直接接触的介电层。

如双室示例[2121]中所示，间隔层[2125]也可以被用来产生单个室或多个室[2126]。间隔层[2125]部署在具有电极和感测化学品的基板上方。这些室可以被均匀地覆盖或有差异地覆盖[2135]。在一个实施例中，有差异地涂覆的室允许不同的气体扩散到不同的室中，以便由感测化学品感测。在另一个实施例[2122]中，气体选择层[2130]部署在具有电极和感测化学品[2125]的基板上方。包含小单室[2129]的间隔层[2125]部署在气体选择层[2130]上方。湿度屏障部署在间隔层上方并覆盖小室[2128]。在另一个实施例中[2123]，使用两个间隔层[2125]。两个间隔层可以被用来产生更大的室，用于让气体积聚在传感器表面或分离多个扩散层。间隔层还可以用作测试条及其层的结构支撑。Nafion层[2133]部署在具有电极和感测化学品[2127]的基板上方。间隔层[2125]部署在Nafion层[2133]上方。选择性扩散层[2132]部署在第一间隔层[2125]上方。第二间隔层部署在选择性扩散层[2132]上方。箔屏障[2131]部署在第二间隔层[2125]上方。在另一个实施例[2124]中，使用层的不同组合。选择性可渗透层[2136]部署在具有电极和感测化学品[2127]的基板上方。两个选择性扩散层[2132]和插头[2134]部署在间隔层[2125]上方。在一个实施例中，当测试条插入室中时，插头[2134]充当密封机构。

层可以被设计为对某些气体具有反应性。

这些层可以通过各种涂覆方法应用，包括但不限于浸渍涂覆、气刀涂覆、辊轧(带铸)、曲棍棒涂覆、移印、油墨滚压、滴铸、旋涂、电喷雾、电泳沉积、电泳、筛选、喷墨、柔版印刷、凹版印刷、胶版印刷、幕涂、热熔、旋转筛选、刮刀、槽模、辊涂、压配、层压和喷涂。

干扰的示例可以包括但不限于：气体、冷凝液体、溶解的固体、颗粒物质、湿度、温度变化等。在测量呼出的呼吸中的一氧化氮的示例中，干扰的示例可以包括：

用于测量呼出的呼吸中的一氧化氮的干扰物质

CO<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>S
		C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O	C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>O
NH<sub>3</sub>	C<sub>2</sub>H<sub>3</sub>N
		CO	C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>O
C<sub>5</sub>H<sub>8</sub>	NO<sub>2</sub>
		H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>	pH
O<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O
		H<sub>2</sub>

图22展示了组装好的测试条的示例。[2201]绘出了完全组装好的测试条。实施例[2202]绘出了具有用于利用伴随的设备进行穿刺的箔屏障的测试条。实施例[2203]绘出了具有箔屏障的测试条，箔屏障具有手动移除的突片。实施例[2204]绘出了在测量单元中而不是在测试条本身上具有电极的测试条。在这后一个实施例中，部署在伴随设备中的电极在设备和测试条配对时接触测试条上的感测化学品。

图23a、23b和23c示出了用于批量生产的测试条的各种布局。提供来自辊子[2301]的连续基板，用于化学沉积。基板可以已经包括电极[2304]。化学品[2302]使用任意数量的方法和涂覆技术沉积在连续的基板上。这不是详尽的列表。使用本领域中已知的方法(例如，模切)切割各个测试条[2303]。两种化学品也可以从辊子[2302]沉积在连续的基底上。层[2305]还可以从辊子[2301]沉积[2302]在连续的基板上。图23b绘出了连续辊的一部分的扩展示例。在这个示例中，该部分包含电极[2304]、部署在电极[2304]上方的化学品[2302]，以及部署在化学品上方的两层[2305]和[2306】。图23c绘出了在片材上三行沉积的电极[2304]和化学品[2302]。在不背离本发明的精神的情况下，任何行数是可能的。含有电极的片材被馈送到设计为沉积化学品的机器中。然后具有化学品的片材通过任何数量的方法干燥。示例包括但不限于空气干燥、对流、热、红外线、紫外线等。本领域技术人员之一将认识到附加层包含那些层也可以被应用的压力或热敏材料。可以通过本领域已知的任何数量的方法(例如，模切)将片材切割成小条[2303]。

本文中结合的示例主要涉及气体检测，但是，所描述的概念、化学品和传感器设计也可以应用于检测其它生物或非生物流体、液体或分析物等，而不背离本发明的精神。

本文中可以找到本发明实施例的化学品和传感器技术的进一步示例。附加的化学品的非限制性示例包括一氧化氮感测化学品、氢和/或甲烷感测化学品、氧化还原反应，金属络合物反应和酸碱反应。附加的感测技术的非限制性示例包括化学FET、光学和等离子体传感器以及电阻式传感器。

下面的示例主要涉及NO气体检测，但是，所描述的概念、化学品和传感器设计也可以应用于检测其它气体、流体、分析物等，而不背离本发明的精神。这个列表不是穷尽的。

行业(非穷尽列表)：

1.工业

2.汽车

3.环境

4.军事

5.农业

6.兽医

7.医疗

8.空气质量

特定于医疗的示例(非穷尽列表)

与以下领域相关的健康诊断(非穷尽列表)：

1.临床化学&免疫学

2.呼吸分析

3.血液学和止血

4.尿分析

5.分子诊断

6.组织诊断

7.护理点诊断

8.呼出的呼吸和/或冷凝

9.病毒学

10.蛋白质和/或抗体的分析

11.DNA/RNA

12.肿瘤学

13.心脏&代谢

14.传染病

15.炎症&自身免疫

16.妇女的健康

17.关键护理

18.毒理学

19.空气质量监视

技术的示例(非穷尽列表)

1.聚合酶链反应(PCR&qPCR)

2.核酸扩增

3.ELISA

4.荧光/光谱

5.电化学

6.氧化还原

7.化学灵敏电阻性元件

8.化学灵敏场效应晶体管(ChemFET)

具体疾病的示例(非穷尽列表)：

1.性病

2.呼吸测试(例如，COPD、哮喘、肺癌、消化系统疾病)

3.消化不良症

4.尿L TE4

5.MRSA

6.流感

7.病毒检测

8.细菌检测

纳米结构可以包括但不限于碳纳米管(单壁、多壁、几个壁等)、纳米线、纳米颗粒、石墨烯、氧化石墨等。

图24是将气流从呼出的呼吸转移到传感器的示例。在一个实施例中，患者[2401]以流速通过本文提到的设备呼出。呼出[2402]的一部分被转移[2403]到传感器[2404]。在一个实施例中，流速为3000标准立方厘米/每分钟(SCCM)±10％。在另一个实施例中，流速为3000SCCM±5％。在一个实施例中，转移的气流的流速小于或等于呼气流速。在另一个实施例中，转移的气流的流速小于或等于3000SCCM。在另一个实施例中，转移的气流的流速小于或等于500SCCM。在另一个实施例中，转移的气流的流速小于或等于350SCCM。在另一个实施例中，转移的气流的流速在1SCCM和3000SCCM之间。在另一个实施例中，转移的气流通过Nafion管。

图25类似于图24并且还包括由患者[2501]进行的吸入机动[2505]，以从空气中去除某些周围气体。呼出[2502]的一部分被转移[2503]到传感器[2504]。在一个实施例中，周围气体为NO。在另一个实施例中，周围气体是NO₂。在另一个实施例中，NO和NO₂都被去除。

图26展示了结合下述图24和图25的概念的设备的一个实施例。在一个实施例中，设备[2601]折叠。在一个实施例中，未折叠的设备[2602]包含连接的阅读器[2603]和气体调节部分[2604]。在一个实施例中，气体调节部分[2604]可以接受过滤器[2605]。阅读器可以在各个位置接受测试条。示出了两个示例[2606]和[2607]，但这并不意在穷举所有配置。图26a展示了图24、图25和/或图26中描述的概念的一个实施例。患者[2630]通过设备[2608]呼出，并且呼吸流在传感器[2609]上方转移[2610]。

在一个实施例中，在图26a中示出的阅读器包含显示器。在一个实施例中，显示器提供与呼气流速相关的反馈。在一个实施例中，显示器显示测试的结果。

阅读器[2603]也可以整体集成到图26中所示的设备[2602]中。在另一个实施例中，信号可以来自感测化学品的光学测量。

图26b展示了本发明的一个实施例，其中阅读器和气体调节系统结合到设备[2611]中。该设备由连接到基底[2615]的显示器[2612]组成。在这个示例中，基底[2615]被示为没有盖子。测试条[2613]插入位于设备[2611]中的室[2621]中。室可以被设计为产生层流或紊流。室可以具有用于流体样本的入口路径。室还可以包含用于流体样本的出口路径。在一个实施例中，设备[2611]或者包含或者接受用于患者的接口管件[2616]，以通过设备吸入和/或呼出。在一个实施例中，接口管件[2616]包含细菌过滤器。

在一个实施例中，患者通过接口管件[2616]吸入。吸入的空气流在接口管件[2616]之前通过通道[2618]。然后，患者通过接口管件并沿着第二通道[2619]呼出。在一个实施例中，第二通道[2619]允许呼出的呼吸离开设备出口。在另一个实施例中，测量呼出流速。在一个实施例中，呼出流的一部分可以通过第三通道[2620]转移。在一个实施例中，通道[2620]与室[2621]流体连接。在一个实施例中，通道[2620]由nafion管构成。在另一个实施例中，通道[2620]包含用于去除不想要的分析物的过滤器。在另一个实施例中，通道[2620]被设计为执行多个功能。在另一个实施例中，通道[2620]被设计为干燥呼吸流。在一个实施例中，通道[2618]包含用于从周围空气中除去不想要的分析物的过滤器。在另一个实施例中，室[2621]和/或流体通道[2618]、[2619]、[2620]和/或接口管件[2616]可以包含阀门、限流器或传感器。在另一个实施例中，设备[2611]包含排气口。

在一个实施例中，显示器折叠在基底[2614]的顶部上。

在另一个实施例中，设备[2611]包含附加的传感器。示例包括但不限于温度、湿度、流量、气体(例如，一氧化碳)。

图26c展示了本发明的实施例，其中设备[2622]的输出[2627]选自多个端点。在一个实施例中，传感器的电气特性的测量对应于多个分析物浓度范围中的至少一个。在一个实施例中，输出是定量的或半定量的。在另一个实施例中，输出是定性的。在又另一个实施例中，端点可以从患者的年龄确定。用于小于12岁的年龄的端点与分析物浓度的三个范围相关：(i)小于分析物的十亿分之20份，(ii)在分析物的十亿分之20份至35份之间，(iii)大于分析物的十亿分之35份。用于大于12岁的年龄的端点与分析物浓度的三个范围相关：(i)小于分析物的十亿分之25份，(ii)分析物的十亿分之25份至50份，(iii)大于分析物的十亿分之50份。在另一个实施例中，设备[2622]可以基于从一个或多个源接收的输入来确定输出的类型。在一些实施例中，输出高于或低于预定的分析物浓度。在一些实施例中，预先设置的分析物浓度选自十亿分之1和300之间的浓度范围。当分析物是一氧化氮时，预先设置的分析物浓度可以优选地为十亿分之19份、十亿分之20份、十亿分之25份、十亿分之30份、十亿分之35份、十亿分之40份、十亿分之50份。当分析物为甲烷时，优选的预先设置的分析物浓度为百万分之15份或百万分之20份。当分析物为氢时，优选的预先设置的分析物浓度为百万分之15份或百万分之20份。

在一个实施例中，测试条[2625]可以包含具有具体配置或具体电阻的电极，其向设备指示到显示器指示[2627]的输出的类型。在另一个实施例中，条形码是[2624]被用来确定到显示器的输出的类型。条形码可以位于任何数量的地方，而不背离本发明的精神。示例包括但不限于测试条[2625]或包装[2623]。在另一个实施例中，将芯片[2626]插入设备[2622]，以提供关于多个输出中的至少一个输出的信息。在另一个实施例中，输出的类型被手动输入到设备中。

在另一个实施例中，条形码或芯片还可以使设备能够利用具体的校准表。在另一个实施例中，条形码或芯片可以包含与校准表有关的信息。

在另一个实施例中，从配对的移动计算设备接收关于多个输出的信息或关于校准的信息。

化学品和传感器技术

无感测化学品

若干化学品自己表现为用于NO感测。在这些系统中的一些系统中，感测机构将响应于分子的氧化状态或氧化还原化学的变化。在其它方面，物理吸收物质可以改变纳米结构之间的接触电阻或者其它电气或物理特性。我们已经识别出三种潜在的方式来使用系统中的变化以测量NO的浓度：气相电化学电池(类似于燃料电池)、气相氧化还原反应以及金属络合物反应。下面详细描述这些策略中的每一个策略。

氧化还原反应

类似于标准电池，电化学电池被用来监视当前NO传感器中的氧化还原反应。虽然电极可以变化很大，但下面的讨论是其作用机制的示例。一般而言，当两种不同的材料彼此电接触时，电化学电池由于电子和离子的自发生成而生成电压。哪种材料被氧化依赖于材料的相对氧化还原电位(通常写作还原反应)。被还原的物质比被氧化的物质具有更正(或不太负)的氧化还原电位。在标准的锌-铜电池系统中，锌金属(还原电位为0.7618V)被氧化，从而释放电子和锌离子(等式1)。提供(donate)电子，以将铜离子(电位为0.3419V)还原成铜金属(等式2)，在此期间可以监视锌和铜电极两端的电压。

如图27中所示，从工程的观点出发，通常，将铜电极(2701)浸渍在硫酸铜(II)的电解质溶液中，并将锌电极(2702)浸渍在硫酸锌的溶液中。电解质溶液与盐桥或多孔膜连接，以在两个电化学过程(2703)之间提供离子运输，并且铜和锌电极(2704)两端的电压被监视。因为在处于平衡时电池将具有零电位，所以任何扰动(诸如铜的氧化)将在电池工作以达到平衡时导致增加的电压或电流。因此，在这种情况下，通过监视铜和锌电极两端的电压或电流，可以观察到铜的氧化。类似的原理可以应用于气相反应，诸如在氢燃料电池中。在氢燃料电池的情况下，分别用氢气(H₂)和氧气(O₂)代替锌和铜电极。这些由质子(H+)可渗透膜(诸如

)分离，并且在整个系统上施加电还原电位。在这个系统中，氢被氧化并释放电子。氧气被还原并占据两个质子(H₂)以形成水。给定一氧化氮可以被氧化或还原以形成几种气态产物，诸如NO₂或N₂O，可以构建与燃料电池相似的系统。该系统可以包含以下一种或全部：功能化或涂覆的碳纳米管基电极、用于质子运输的Nafion膜，以及质子源(诸如固体或液体酸)。纳米结构上的涂层可以基于各种金属氧化物的氧化还原电位来选择，这在表1中总结。

表1.各种氧化物的氧化还原电位

金属氧化物	还原电位(V)
		AgO	0.7996
PdO	0.951
		RuO2	1.12
CeO2	1.34
		CrO2	1.48
Co2O3	1.92

除了传统的电化学电池之外，在纳米管表面上进行NO检测的简单氧化还原反应是可能的。在一个示例中，可以选择或者将NO还原成N₂O或者将其氧化成NO₂的金属氧化物。如果该过程是一个或两个氧气事件，诸如在AgO或CeO₂的情况下，可以测量电阻或阻抗的变化以检测事件，或者

可以使用场效应晶体管(FET)来监视事件。这种类型的氧化还原电池与上面的电化学电池不同，因为不需要质子交换。这种类型的传感器可以具有任何数量的电极(两个、三个等)。给定这两个过程都是由在材料表面的电化学相互作用驱动的，对表面处的反应性物质的访问以及高表面积两者对于高度灵敏的检测是至关重要的。为此，使用纳米级金属沉积物涂层的纳米结构可以提供>200m²/g的表面积，以及用于高效和有效电气监视的导电基板。

金属络合物反应

氧化还原化学品的替代方案是使用有机-金属络合物，众所周知其强键合气体。有机络合物中气体的络合引起系统的导电性的变化。因此，通过监视系统的电阻，可以确定分析物气体的浓度。通过选择适当的络合物，传感器的特异性可以适应某些气体分子。将络合物键合到导电表面(诸如纳米结构)允许高表面积的优点，只需要少量的络合物。此外，为了提高选择性，可以使用透气膜。一个示例是

以防止阴离子污染物，诸如NO₂-。另一个示例是硅胶或PTFE。

酸/碱反应

除了氧化还原型传感器之外，酸碱反应对于感测是可能的。这些传感器的操作根本不同，因为NO被转换为NO₂、酸性气体，并与碱性聚合物(诸如聚乙烯亚胺(PEI))反应。在ChemFET型传感器中，CNT表面处的酸碱反应改变电场，从而导致信号的变化。

催化剂的示例可以包括CrO₃、CeO₃、CO₂O₃等。为了更大的表面积，以及因此为了提高的转换效率，催化剂可以涂覆在纳米结构上。

PEI层的厚度可以对传感器的灵敏度和测量率具有大的影响。为了最大化灵敏度，在沉积到chemFET表面上之前，可以用PEI涂覆纳米结构。这将提供最薄可能的PEI层，并允许将NO₂快速扩散到表面，而不会被不靠近CNT表面的PEI失活。

用于去除潜在的干扰气体的洗涤器的示例可包括砷灰岩II、氧化钙、石灰等。

感测方法

ChemFET

图28中示出了一种电位感测方法，在柔性基板(2802)上的化学灵敏场效应晶体管(ChemFET)膜(2801)。在这种传感器的类型中，感测元件可以由放置在源极端子(2804)和漏极端子(2805)之间的纳米结构(2803)的网格构成。底层栅极电极(2806)被供以影响纳米结构周围的场的偏压(2807)。分析物分子的吸收将改变源极(2808)和漏极(2809)之间的电导率，这是作为电阻的变化来测量的。

更具体而言，纳米结构由于其大的表面积与体积比而具有极好的吸收能力。一个示例是仅由单层碳组成的碳纳米管(简写为SWNT)，它是用于吸收的理想选择，提供优异的灵敏度。半导体SWNT具有P型行为，其中主电荷载体是孔。当分析物被吸收时，它从SWNT中或者吸收或者提供电子，从而更改电导率。通过监视电导率的变化，人们可以区别出大气中存在哪些分析物。信号的特异性可以通过仔细选择SWNT上的表面涂层来修改。使用这种构造的其它纳米结构是可能的，而不背离本发明的精神。

在NO、H₂或CH₄检测的情况下，聚合物(如PEI)或有机金属络合物可以提供选择性。使用纳米结构进行化学检测的另一个有吸引力的益处是分析物的吸收直接被转换为电信号。这种检测到电信号的直接转换允许基于纳米结构的设备具有超低功耗。

光学和等离子体传感器

分子和纳米材料的光学特性对周围环境高度灵敏。有机染料也是如此，但是在监视等离子体金属纳米结构(诸如银纳米线或金纳米颗粒)的光学特性方面以及半导体化量子点方面具有特定的应用。在这些结构中，表面的小变化(例如NO气体分子的吸收)会导致可以通过多种方法(不穷尽)检测的光谱信号的大的变化：

·吸收或发射光谱中的蓝色或红色偏移

·对于吸收或发射峰的半峰全宽变化

·荧光猝灭或增强

·对两个或更多个峰强度的比率的改变

·对特定波长的信号强度的改变

这些信号变化在纳米结构中特别灵敏，并且可以使用表面敏化剂或其它表面修改进行工程改进，以提高特异性。

电阻性传感器

另一种感测方法是简单的电阻性传感器。这种传感器样式可以包括桥接至少两个电极的功能化的纳米结构或非功能化的纳米结构。纳米结构可以沉积为两个电极之间的薄膜或涂层。当气体与纳米结构(功能化或非功能化)相互作用时，整个系统两端的电阻或电流将成比例地改变。使用纳米结构作为支撑提供了几个优点。涂覆的纳米结构提供非常高的特定表面积(>200m²/g)。通过选择适当的功能化材料，可以增强灵敏度和特异性。

在一个实施例中，电阻性传感器包含被配置为惠斯通电桥或本领域中已知的其它桥接电路的两种感测化学品。在另一个实施例中，惠斯通电路或其它桥接电路中的两种感测化学品之一被覆盖并用作参考化学品。在另一个实施例中，不能渗透或具有差渗透性的材料覆盖参考化学品。在另一个实施例中，两个化学品中的至少一个被具有选择性渗透特点的膜覆盖。

在图29中所示的一个实施例中，复用电阻式传感器结合用于检测的多个感测化学品(2901)。每个感测化学品可以具有不同或相同的灵敏度和特异性(2902，2903)。结合几种不同的感测样式或传感器消除或减少了与干扰物质相关联的问题。其它示例在本文中被引用。

复用传感器的一个优点是产生气体或分析物的签名的能力。在一个实施例中，使用各种传感器的阵列来在存在具体分析物的情况下在阵列上建立不同的响应模式。在一个实施例中，对所获取的传感器数据执行多变量部分最小二乘回归分析，以辨别分析物独特签名。

在一个实施例中，感觉阵列使用大量多个传感器。

在一个实施例中，阵列中的传感器可以对相同的分析物或对不同的分析物集合灵敏。

在其它实施例中，传感器可以以作者在本文描述的任何布置来配置。

术语“传感器”可以由作者在本描述的任何布置来定义。

在另一个实施例中，传感器阵列由各个传感器组成。阵列中的个别传感器由至少本领域已知的惠斯登电桥或其它桥接电路中的活性感测化学和参考化学品构成。在一个实施例中，参考化学品被覆盖。在另一个实施例中，参考化学品被不渗透或差渗透的膜覆盖，并且活性化学品被半渗透或选择性渗透的膜覆盖。

多个传感器的一个益处是减少未知背景气体或分析物或流体的环境中的信号模糊。也使用多个传感器增强灵敏度。灵敏度的这种提升是通过对大量单独的低电平响应进行求和来实现的。此外，多个传感器的存在可以提供关于干扰物质的附加信息，这增加了设备的灵活性和宽度。

本文公开的技术和系统的某些方面可以被实现为与计算机系统或计算机化的电子设备一起使用的计算机程序产品。这种实现可以包括一系列计算机指令或逻辑，这些指令或逻辑或者固定在有形介质(诸如计算机可读介质(例如，软盘、CD-ROM、ROM、闪存或其它存储器或固定盘)上)，或者经由调制解调器或其它接口设备(诸如经介质连接到网络的通信适配器)可发送到计算机系统或设备。

介质可以是或者有形介质(例如，光学或模拟通信线)或者利用无线技术(例如，Wi-Fi、蜂窝、微波、红外线或其它传输技术)实现的介质。一系列计算机指令体现了本文关于系统描述的功能的至少一部分。本领域技术人员应当认识到，这种计算机指令可以用多种编程语言来编写，以用于许多计算机体系架构或操作系统。

此外，这种指令可以存储在任何有形的存储器设备(诸如半导体、磁性、光学或其它存储器设备)中，并且可以使用任何通信技术(诸如光学、红外、微波或其它传输技术)来发送。

预期这种计算机程序产品可以作为具有附带的打印或电子文档(例如，收缩包装的软件)的可移动介质来分发，利用计算机系统预先加载(例如，在系统ROM或固定盘上)，或者经网络(例如，互联网或万维网)从服务器或电子公告板分发。当然，本发明的一些实施例可以被实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件的组合。本发明的还有其它实施例被实现为完全硬件或完全软件(例如，计算机程序产品)。

Claims (15)

1.一种用于确定具有多种分析物的流体样本中的至少一种分析物的浓度的系统，所述系统包括：

基底基板；

第一电极对，部署在基底基板上；

第一感测化学品，对样本中的至少一种分析物作出响应，其中第一感测化学品与第一电极对电连通；以及

第一色谱层，部署在所述至少一种感测化学品上，

其中所述多种分析物中的至少一种分析物相对于所述多种分析物中其它分析物的移动以不同速率移动通过第一色谱层以在所述至少一种分析物和其它分析物之间进行基于时间的分离。

2.如权利要求1所述的系统，还包括部署在基板上的第二电极对和响应于样本中至少一种分析物的第二感测化学品，其中第二感测化学品与第二电极对电连通。

3.如权利要求2所述的系统，其中在暴露于所述多种分析物中的至少一种分析物时第一感测化学品的物理、光学和电气特性中的至少一个相对于暴露于所述分析物时的第二感测化学品的相同物理、光学或电气特性的变化不同程度地改变。

4.如权利要求1所述的系统，还包括保护层，所述保护层定义部署在感测化学品上方的窗口。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述至少一个色谱层部署在所述保护层上方。

6.如权利要求4所述的系统，其中定义窗口的保护层被部署在色谱层上方。

7.如权利要求1所述的系统，其中感测化学品对多于一种分析物作出响应。

8.如权利要求1所述的系统，还包括能够接收流体样本的入口；以及与入口和第一感测化学品流体连通的流控制器，其中流控制器能够将流体样本的至少一部分提供给第一感测化学品。

9.如权利要求1所述的系统，还包括经由第一电极对耦合到第一感测化学品的阅读器，用于确定当第一感测化学品暴露于至少一种分析物时第一感测化学品的物理、光学和电气特性中的至少一个的改变。

10.如权利要求9所述的系统，阅读器还经由第二电极对耦合到第二感测化学品，用于确定当第二感测化学品暴露于至少一种分析物时第二感测化学品的物理、光学和电气特性中的至少一个的改变。

11.如权利要求1所述的系统，其中色谱层包括多孔聚合物、无孔聚合物、复合材料、纤维材料、织造织物、无纺织物、聚合物膜、粘合剂、金属膜、陶瓷膜和凝胶中的至少一种。

12.一种用于确定流体样本中至少一种分析物的浓度的方法，所述方法包括：

提供一种系统，包括：

基底基板；

第一电极对，部署在所述基底基板之上；

第一感测化学品，对样本中的至少一种分析物作出响应，

其中第一感测化学品与第一电极对电连通；以及

第一色谱层，部署在所述至少一种感测化学品上，其中多种分析物中的至少一种分析物相对于所述多种分析物中其它分析物的移动以不同速率移动通过第一色谱层以在所述至少一种分析物和其它分析物之间进行基于时间的分离；以及

测量第一电极对两端的电压、第一电极对两端的电阻和第一电极对两端的电流中的至少一个。

13.如权利要求12所述的方法，其中：

所述系统还包括：

第二感测化学品，第二感测化学品对样本中的至少一种分析物作出响应；

第二电极对，第二感测化学品与第二电极对电连通；以及所述方法还包括：

测量第二电极对两端的电压、第二电极对两端的电阻和第二电极对两端的电流中的至少一个。

14.如权利要求13所述的方法，还包括确定第一电极对的测量结果与第二电极对的测量结果之间的差异。

15.如权利要求12所述的方法，所述测量包括多次分析第一电极对两端的电压、第一电极对两端的电阻和第一电极对两端的电流中的至少一个的变化。

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