CN111031896A - 具有ph缓冲的eab传感器的生物流体感测装置 - Google Patents

具有ph缓冲的eab传感器的生物流体感测装置 Download PDF

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Abstract

用于调节生物流体样本的pH从而能够使用pH敏感生物传感器进行更精确的分析物浓度测量的装置和方法。在这些实施例中，在转移到感测元件期间，生物流体样本与聚合物缓冲材料反应。与缓冲材料的反应使得样本基于1)样本的pH，以及2)缓冲材料中选定的量和pKa的官能团，而质子化或去质子化。通过减少或消除由于氧化还原部分的变化而引起的信号变化，从而隔离反映分析物浓度的信号变化，控制生物流体样本的H+的含量对生物流体传感器的精度产生有益的影响。

Description

具有PH缓冲的EAB传感器的生物流体感测装置
相关申请的交叉引用
本申请的说明书基于2016年10月23日提交的PCT/US16/58357，且本申请要求2017年6月21日提交的第62/522,768号美国临时申请和2018年2月23日提交的第62/634,220号美国临时申请的优先权，这些申请公开的内容通过引用整体并入本文。
背景技术
尽管与其他生物流体相比，汗水(汗液)具有许多人体工程学优势(特别是在“可穿戴的”设备中)，但与已得到认可的生物流体(血液、尿液和唾液)相比，汗液仍然是未充分利用的生物标记分析物来源。与其他非侵入性生物流体进行更密切的比较后，它的优势甚至可以超出人体工程学：汗液可以提供更卓越的分析物信息。汗液中有许多与血液及组织液中相同的分析物和分析物浓度。与汗液相比，组织液具有更接近血液浓度的更多的分析物，尤其是对于更大尺寸和更亲水的分析物(如蛋白质)。
然而，在历史上，许多难题一直使汗液不能在首选的临床生物流体中占据一席之地。这些难题包括样本体积非常小(NL至μL)、由于蒸发而导致浓度未知、大分析物的过滤和稀释、新旧汗液混合以及皮肤表面污染的潜在可能。最近，“可穿戴的”汗液取样和感测装置的快速发展解决了一些历史难题。然而，这种最新的进展也限于在例如运动应用中存在的在高出汗率(>1纳升/分钟/腺体)下取样的高浓度分析物(μM至mM)。随着汗液生物感测向低浓度(nM至pM和更低)的大的分析物的检测发展，该进展将变得更具挑战性。
此外，用于检测较大分子的许多已知的传感器技术不适合用于需要允许在佩戴者的皮肤上连续使用的可穿戴生物流体感测装置。因此，需要复杂的微流体操作、添加试剂、使用保质期有限的成分(例如抗体)，或设计用于一次性使用的传感器的传感器模式将不足以用于汗液感测。
如第7,803,542号和第8,003,374号美国专利公开的基于适体的电化学(“EAB”)生物传感器技术提出了稳定、可靠的生物电传感器，该生物电传感器对汗液中的目标分析物敏感，同时能够在传感器寿命期间进行多次分析物捕获事件。如通过引用整体并入本文的PCT/US17/23399中所公开的，用于连续汗液感测的EAB传感器被配置为提供稳定的传感器响应，且生命周期足够长以用于多个分析物结合和释放循环。如图1A所示，这种传感器包括多个单独的适体感测元件，随着目标分析物与适体建立平衡，这些适体感测元件通过捕获和释放目标分析物来重复检测分子目标的存在。感测元件110包括分析物捕获复合体112，分析物捕获复合体112包括选定的适体140，并且可以包括连接部分142。分析物捕获复合体112具有共价结合到结合部件的第一端。该结合部件可以包括硫分子(硫醇)120，硫分子120转而共价结合到金的电极基座130。在其它实施例(未图示)中，分析物捕获复合体可以通过乙二胺四乙酸(EDTA)链结合到电极，以改善在困难的传感环境(例如汗液生物流体)中的粘附性。感测元件还包括结合到分析物捕获复合体112的第二端的氧化还原部分150。氧化还原部分150可以共价结合到适体140，或者通过连接部分结合到适体140。在没有目标分析物的情况下，适体140处于第一构型，并且氧化还原部分150相对于电极130位于第一位置。当汗液感测装置使用方波伏安法(SWV)询问感测元件时，感测元件产生第一电信号。
参照图1B，适体140选择为明确地与目标分析物160相互作用。当适体捕获目标分析物分子时，适体经历构象变化，该构象变化部分地破坏第一构型并形成第二构型。目标分析物160的捕获相应地将氧化还原部分150相对于电极130移动到第二位置。现在，当汗液感测装置询问感测元件时，感测元件产生区别于第一电信号的第二电信号。在纳秒、毫秒、秒或更长的时间间隔(即“复原时间间隔”)后，适体释放目标分析物，并恢复到第一构型，在询问感测元件时，将产生相应的第一电信号。
目前最先进的EAB传感器使用亚甲基蓝(MB)分子作为氧化还原部分，因为它的性质是众所周知的，它具有适当的低氧化还原反应电势，并且在典型的电化学过程中是稳定的。在pH范围非常稳定和狭窄的测试媒质(例如血液)中，使用亚甲基蓝(MB)作为氧化还原部分的适体感测元件在多次信号开启/信号关闭的分析物捕获循环中具有非常一致的性能。然而，使用EAB传感器技术进行汗液传感的一个挑战是，通常这些传感器的电输出强烈依赖于pH值。汗液的pH值不稳定，pH值从4.5左右到7左右，变化范围可达300倍。由于其氧化还原反应的性质，亚甲基蓝(MB)的性能对汗液样本pH值的变化非常敏感。如图2所示，亚甲基蓝的氧化还原电势取决于其质子化作用状态以及其对质子(H+)转移以执行氧化还原反应的依赖。因此，亚甲基蓝(MB)对汗液样本的H+浓度具有双重敏感性，必须已知样本的pH值，才能将测量的信号与目标分析物的浓度正确关联。
减轻pH变化对EAB传感器响应的影响的一种解决方案是添加pH传感器，并使用来自传感器的读数来校正由pH引起的响应中的误差。例如，在PCT/US15/40113中公开了在汗液感测装置中集成pH传感器，在此将该专利文献整体并入本文。然而，在许多应用中，证明了添加传感器以校正pH可能不如缓冲生物流体样本以减轻pH变化对EAB传感器的影响。PCT/US16/58357中公开了用于缓冲汗液样本pH的装置和方法，该装置和方法使用具有最小孔径的膜以防止缓冲分子(如磷和硫酸盐)穿过膜并污染汗液样本。然而，使用具有最小孔径的缓冲膜会阻止或大大减缓缓冲溶液和生物流体样本之间充足的、实时的质子转移，从而对取样速率产生负面影响。
因此，在可穿戴生物流体感测装置中，希望能够有简单而稳健的装置和方法，以降低由于一个或多个氧化还原介导传感器的pH而导致的输出变化。尤其希望具有在样本与一个或多个适体感测元件反应之前，以最小的样本流速阻抗快速调节生物流体样本的pH的装置和方法。在采集样本时，快速、实时地调节生物流体样本的pH值，提高了EAB传感器在多个分析物捕获循环内的准确性和稳定性。
发明内容
本文描述了用于调节生物流体样本的pH从而能够使用pH敏感传感器进行更精确的分析物浓度测量的装置和方法。在所公开的实施例中，在转移到感测元件期间，生物流体样本与聚合物缓冲材料反应。与缓冲材料的反应使得样本基于1)样本的pH，以及2)缓冲材料中选定的量和pKa的官能团，而质子化或去质子化。通过减少或消除由于氧化还原部分的变化而引起的信号变化，从而隔离反映分析物浓度的信号变化，控制生物流体样本中的H+的含量对生物流体传感器的精度有着有益的影响，。
附图说明
根据以下详细描述和附图，将进一步了解本发明的目的和优点，其中：
图1A和图1B表示先前公开的EAB感测元件；
图2描绘了在不同pH范围下亚甲基蓝(MB)分子的变化；
图3是被配置为实现生物流体样本的化学缓冲的可穿戴感测装置的示意图；
图4描绘了适用于所公开的装置中的代表性两性离子官能团；
图5是被配置为缓冲生物流体样本的可穿戴感测装置的第二实施例的示意图；
图6是被配置为缓冲生物流体样本的可穿戴感测装置的第三实施例的示意图；
图7A是被配置为缓冲生物流体样本的可穿戴感测装置的第四实施例的示意图；
图7B是沿图7A中的线7B-7B截取的微流体通道的横截面图；
图8A是被配置为缓冲生物流体样本的可穿戴感测装置的第五实施例的示意图；
图8B是沿图8A中的线8B-8B截取的微流体通道的横截面图；
图9A是被配置为缓冲生物流体样本的可穿戴感测装置的第六实施例的示意图；以及
图9B是沿图9A中的线9B-9B截取的微流体通道的横截面图。
定义
“连续监测”是指装置提供至少一次生物流体测量值的能力，该至少一次生物流体测量值由连续或多次收集以及感测该测量值来确定，或者指装置随着时间的推移提供多次生物流体测量值。
如本文所使用，“间质液”或“组织液”是浸浴和包围组织细胞的溶液。间质液存在于细胞间的空隙中。本发明公开的实施例从皮肤中存在的间质液中，特别是真皮中存在的间质液中，测量分析物。在某些情况下，当汗液从汗管中流出时，间质液中也含有一些汗液，或者汗液中也可能含有一些间质液。
如本文所使用，“生物流体”可以指人类的任何生物流体，包括但不限于汗液、间质液、血液、血浆、血清、泪液和唾液。如本文通常所讨论的用于汗液感测应用的生物流体具有更窄的意义，也即，指的是当从皮肤排出时，主要包含间质液或汗液的流体。
如本文所使用，“时间顺序保证”是指确保以可以对从身体排出的新生物流体分析物进行测量的速率对生物流体中的分析物做出一次或多次测量的取样速率或取样间隔。时间顺序保证还可包括确定传感器功能、先前产生的分析物的潜在污染、其他流体或其他测量污染源的影响。时间顺序保证可以抵消体内的时间延迟(例如，众所周知，分析物在血液中出现与在间质液中出现之间存在5到30分钟的滞后时间)，但得到的取样间隔(下文定义)与该滞后时间无关，此外，这个滞后时间是在体内的，因此，对于上文定义并且在此解释的时间顺序保证，该滞后时间不适用。
如本文所使用，“生物流体采样率”或“采样率”是源自预先存在的路径的新生物流体到达测量该流体或其溶质的性质的传感器的有效速率。采样率是在一个或多个传感器处更新新生物流体的速率，因此随着新流体到达，旧生物流体被移除。在一个实施例中，尽管可以意识到一些生物流体或溶质可能发生混合，但是该采样率还是可以基于体积、流速和时间计算来估算。采样率直接确定时间顺序保证或是时间顺序保证确定的关键因素。时间和速率成反比(速率具有至少部分1/秒的单位)，因此，重新填充样本体积所需的短的或少的时间也可以说具有快的或高的采样率。采样率(1/秒)的倒数也可以解释为“采样间隔”。采样率或采样间隔不一定是规则的、离散的、周期性的、不连续的或受其他限制的。与时间顺序保证一样，采样率还可包括确定先前产生的生物流体、先前产生的溶质(分析物)、其他流体或其他测量污染源对一次或多次测量的潜在污染的影响。采样率也可以部分地由溶质的生成、传输、流体的平流传输、溶质的扩散传输或其他因素确定，这些因素将影响新样本将到达传感器的速率，和/或旧样本或溶质或其他污染源改变该采样率。
如本文所使用，“样本生成率”是流动通过预先存在的路径产生生物流体的速度。样本生成率通常由来自每个预先存在的路径的流速以纳升/分钟/路径为单位来测量。在某些情况下，将样本生成率乘以样本取样的路径数以获得总样本流速。类似地，如本文所用，“分析物生成率”是指溶质从身体或其他来源向传感器移动的速度。
如本文所使用，“测量的”可以意味着精准或精确的定量测量，并且可以包括更广泛的含义，例如，测量某物的相对变化量。测量的也可以意味着二元测量，例如“是”或“否”类型的定性测量。
如本文所使用，“样本体积”是在可通过多种方式定义的空间中的流体体积。样本体积可以是传感器和生物流体样本产生点之间存在的体积。样本体积可以包括：样本液体充满皮肤上的取样位置和皮肤上的传感器之间的体积，其中在传感器与皮肤之间传感器没有中介层、物质或部件；或者样本液体充满皮肤上的取样位置和皮肤上的传感器之间的体积，其中在传感器和皮肤上的取样位置之间存在有一个或多个层，物质或部件。
“分析物”是指由生物液体感测装置测量的物质、分子、离子或其他材料。
如本文所使用，术语“分析物特定传感器”是特定于分析物的传感器，并对分析物的存在或浓度执行特定的化学识别(例如，离子选择电极、酶传感器、基于适体的电化学传感器等)。例如，感测流体(例如，汗液)阻抗或电导的传感器则不在“分析物特定传感器”的定义范围内，因为感测阻抗或电导合并了生物流体中所有离子的测量值(即，传感器不具有化学选择性；它仅提供了间接测量值)。传感器也可以是光学的、机械的，或者使用特定于单种分析物的其他物理/化学方法。此外，多个传感器可以各自特定于多种分析物中的一种。
“EAB传感器”是指基于适体的电化学生物传感器，其配置有多个适体感测元件，在生物流体样本中存在目标分析物时，产生指示分析物捕获的信号，并且可以将该信号添加到其他此类感测元件的信号中，从而可以达到指示目标分析物的存在或浓度的信号阈值。
“适体”是指核酸适体、DNA适体或其他合适的分子或复合体，例如蛋白质、聚合物、分子印迹聚合物、多肽和聚糖，它们在目标分析物存在时经历构象变化，并且能够用于分析物特定传感器。
“灵敏度”表示被测量参数中每单位变化的传感器输出的变化。该变化在传感器的范围内可以是恒定的(线性的)，或者可以是变化的(非线性的)。
“复原时间间隔”是指适体感测元件将目标分析物释放回溶液中并恢复到其信号关闭(signal-off)构型所需的时间。
“信号阈值”是指由指示目标分析物的存在的多个适体感测元件产生的信号开启(signal-on)指示的复合强度。
具体实施方式
现在参考附图，将描述生物流体感测装置和方法的几个示例性实施例，在这些附图中所有视图中相同的数字表示相同的元素。本文描述的实施例适用于测量汗液、间质液或其他生物流体中的至少一种分析物的任何类型的生物流体感测装置。所公开的实施例可应用于以时间顺序保证的采样率或时间间隔测量样本的感测装置。此外，本文所描述的实施例可以采取许多形式，包括贴片、条、带、服装的部分、可穿戴物或任何其他合适的机构，随着样本被运送到皮肤表面，这些机构可靠地将取样和感测技术引入至紧密接近一个或多个生物流体样本。尽管一些实施例利用粘合剂将感测装置保持在皮肤附近，但装置也可以由保持装置牢固抵靠皮肤的其他机构(例如带子或嵌入头盔)保持。某些实施例将传感器示出为简单的单个元件。应当理解，大多数传感器需要两个或更多电极、参考电极或额外的支持技术或特征，对此本文没有进行描述。优选地，传感器在性质上为电性的，但也可以包括光学的、化学的、机械的或其他已知的生物感测机制。传感器可以是双重、三重或更多重的，以提供改进的数据和读数精度。本发明的某些实施例示出了作为具有更多常规的子部件(例如电池)的感测装置的子部件，这些子部件在不同应用中对于装置的使用是必需的。出于简洁和更加关注发明方面的目的，这些子部件并未在图中明确示出或在本文中明确描述。
现在参考图3，其描绘了示出在皮肤12的一部分上的生物流体感测装置300的第一实施例。装置300包括至少一个分析物特定传感器(在所示实施例中示出了三个传感器320、322、324)。在皮肤表面12上，该装置还包括由PET或其他合适材料制成的聚合物基底380。微流体通道330与皮肤表面接触，或通过汗液收集器与皮肤表面流体连通，从而随着样本从腺体16中流出，累积一个或多个汗液和/或其他生物流体样本，如箭头350所示。如箭头342、344所示，生物流体样本通过通道330，经过传感器320、322、324，然后输送到取样泵332上。可以由任何合适的输送机制(包括渗透或芯吸压力)输送样本通过通道330。微流体通道330可包括封闭通道、开放通道、可部分地或完全封闭的管状通道、纸或织物芯，或其他类似的设备或材料。类似地，取本泵332可包括纸或织物芯或其它材料。一些实施例可以包括汗液刺激部件390，其包括离子导入电极和汗液刺激化学物质，从而促进以所需时间排出汗液，或从久坐个体排出汗液。
本文所描述的实施例包括缓冲材料，该缓冲材料用于在生物流体样本暴露于缓冲材料时调节生物流体样本的pH。缓冲材料可包括具有一个或多个官能团的任何单个或多官能团聚合物链，该官能团响应于与材料流体接触的物质的pH而有规律地接受或释放氢离子。根据生物流体样本的pH和所选官能团的pKa，官能团可以是离子型或非电荷型。缓冲材料将通过使样本质子化或去质子化，将样本的H+浓度调整为对于EAB传感器有效的或优选的pH，这取决于样本的pH是否高于或低于缓冲材料的pH。缓冲材料可通过使用聚合物链上的不同官能团或通过使用共聚物将生物流体样本稳定在两个或更多不同的pH水平。官能团可以包括多质子部分，从而允许在材料的滴定曲线上存在两个或多个缓冲区。可以通过改变从样本中游离出来的质子的数量将具有不同pH水平的样本缓冲到传感器的pH。根据不同的应用，通过改变聚合物链或共聚物上官能团的数量和/或官能团的pKa，选定的聚合物将改变。选择合适的缓冲材料涉及来自EAB传感器的期望信号、聚合物的密度、生物流体样本的流速和传感器的期望时间分解率之间的平衡。图4描绘了适于用作缓冲材料的一组示例性聚合物部分。图4所示的两性离子是具有两个或更多选定的官能团(包括酸性和碱性基团二者)的高分子量聚合物链。示例性两性离子配置有包括具有羧酸片段和胺片段的氨基酸的官能团。在图4所示的示例中，缓冲材料的pH大约为6.8，从而将适合于在使用具有有效pH为6.8的适体感测元件的应用中缓冲样本。
在图3所示的装置中，缓冲材料340(包括水溶液或凝胶中的一种或多种聚合物360)储存在储存器310中。半透膜370在储存器310的开口侧上延伸并密封该开口侧。膜370具有与缓冲材料340流体连通的第一侧，以及与微流体通道330流体连通的第二侧。缓冲材料340通过膜370与通道330中的生物流体样本相互作用。为了便于调整生物流体样本，选定的膜370具有多孔性，允许缓冲材料340和生物流体样本之间质子(H+)交换，但是该膜对于缓冲分子或分析物分子而言是不可渗透的。选择缓冲材料和膜，使流体通道和缓冲材料之间的膜表面积最小以优化H+交换。这种关系遵循以下公式：
Figure BDA0002384109990000071
该公式表明缓冲材料与样本之间的H+交换的速率将直接取决于膜的表面积和孔径，且与流体样本通过膜的速度成反比。当生物流体样本的pH高于缓冲材料340的pH时，氢离子将从缓冲聚合物360的分子转移到生物流体样本的分子中。该H+转移将样本pH调整为缓冲pH，使缓冲材料340具有净负电荷或净中性电荷。同样，当生物流体样本的pH低于缓冲材料340的pH时，氢离子将离开样本分子，并转移到缓冲分子中，从而使缓冲材料具有净正电荷或净中性电荷。相对于生物流体样本的体积，缓冲材料340的体积更大，提供足够的能力以使得生物流体样本在多个采样间隔之间稳定，而不丧失缓冲的质子转移能力。在图3所示的实施例中，聚合物在溶液中的自由漂浮状态允许简化制造过程，在该制造过程中可以制备缓冲材料，而无需将聚合物分子附接到外壳或基底上。
在图5所示的第二实施例中，感测装置500包括处于固定状态的缓冲材料540。在本实施例中，缓冲材料包括一个或多个选定的聚合物560，在储存器510内该聚合物以化学方式固定在表面上。聚合物分子560可以通过共价结合或本领域已知的其他合适方法固定。将聚合物链结合到储存器510的内表面允许更大的灵活性以增加膜570中的孔径。聚合物分子560在储存器510内的固定状态允许样本与聚合物反应，同时防止分子移动通过较大尺寸的膜孔而污染样本。对于某些应用，较大的膜孔径也允许在样本和缓冲聚合物之间进行相对较快的离子交换。
在图6所示的第三实施例中，感测装置600包括局部化于各个EAB传感器(在所示实施例中示出了三个传感器620、622、624)的缓冲材料640，以改变各个传感器的pH环境。缓冲材料640中的一种或多种聚合物选择为将样本pH调节为单个传感器的适体感测元件的优选的、有效的pH。聚合物被溶剂浇铸到每个单独的传感器620、622、624上，以将适体感测元件包围在缓冲材料中。随着生物流体样本移动通过通道330，在与单个传感器620、622、624相互作用之前，一部分样本将通过缓冲材料640扩散，如箭头642所示。随着样本通过缓冲材料640扩散，如上文所述，使样本质子化或去质子化，以实现样本和缓冲材料之间的pH的实质等效。选择缓冲材料640的聚合物密度以在样本与传感器反应之前实现样本pH的缓冲。对于每个单独的传感器620、622、624，可以为缓冲材料选择不同的聚合物和密度。将缓冲材料640局部化至各个传感器620、622、624使得样本pH值能够针对每个传感器调节到不同的平衡pH。如在前面的实施例中所述，将缓冲材料640局部化至各个传感器也消除了对缓冲储存器和膜的需要。
在图7A和图7B所示的另一示例性实施例中，感测装置700包括微流体通道730内的缓冲材料740，缓冲材料740用于在样本流过通道时调节生物流体样本的pH。缓冲材料740定位在通道730内，以便在样本到达各个传感器320、322、324之前与样本流体接触。包括聚合物水凝胶或类似材料的缓冲材料740跨越通道的横截面以提供与样本相互作用的表面积而不阻碍样本流动。通过腺体16排出的生物流体的正压力驱动生物流体样本通过通道730中的缓冲材料740。选择缓冲材料塞740的长度、密度和聚合物组成，以在样本与感测元件反应之前将样本的pH调整到所需的pH水平，同时为了时间顺序保证保持足够的采样率。
替代地，如图8A和图8B所示，本发明的生物流体感测装置800包括微流体通道830，该微流体通道830被构造为具有固定在基底上的缓冲聚合物的填充柱。基底可以处于多个小球体840的形式，这些小球体840填充在微流体通道830内，以在生物流体样本通过通道时与生物流体样本反应。聚合物涂覆的基底也可以是提供高表面积和最小流动阻力的任何其他合适布置，例如用于低压液相色谱的技术。小球体或其他基底上涂覆有聚合物，该聚合物选择为将生物流体样本调节至一个或多个传感器320、322、324所需的pH。选择聚合物以在样本到达传感器之前，以样本流速完成样本的pH调节。随着生物流体样本流过通道830，基底840增加样本与缓冲聚合物之间的表面接触，促进快速质子交换。将缓冲材料构造为填充柱对于某些应用来说可能被证明是优越的，因为它允许设备在微流体通道的有限空间内更快地缓冲较多的样本。
在另一个示例性实施例中，如图9A和图9B所示，感测装置900包括缓冲材料940，该缓冲材料940以化学方式固定在流体通道930的内表面上，以在通过通道输送生物流体样本时直接接触生物流体样本。缓冲材料940可共价结合或以化学方式附接在通道内，以基本上涂覆通道的一个或多个内表面。优选地，缓冲材料基本上在流体通道930的整个长度延伸，并且尽可能地涂覆内部通道表面，以使得缓冲材料和样本之间的流体接触最大化。可以穿过缓冲材料940设置开口，以允许样本流向传感器320、322、324。随着生物流体样本流过930通道，聚合物涂层940与样本中的分子发生反应，将H+从质子浓度较高的物质转移到质子浓度较低的物质。随着样本流过微流体通道并穿过传感器320、322、324，聚合物涂层和生物流体样本之间的H+转移实时缓冲了样本的pH。
在另一个时控的缓冲实施例中，流体通道入口处的pH传感器(未图示)测量流入的生物流体样本的pH。在装置从传感器320、322、324读取信号之前，样本pH测量指示样本流过通道的时间间隔。样本pH值和传感器pH值之间的差异越大，在获得传感器读数之前的时间间隔就越长。在读取传感器信号之前，增加时间间隔为缓冲流体通道内的样本以达到所需的样本pH提供额外的时间。
在所描述的每个实施例中，一种或多种聚合物选择为随着样本被输送到传感器，实时地提供质子与生物流体样本的快速交换。本文公开的装置通过增加缓冲物和样本之间的流体接触来改善之前的用于EAB传感器的pH缓冲。使用更大尺寸的聚合物作为缓冲物，而不是在之前已知的缓冲物中使用的磷酸盐或硫酸盐，可以在缓冲膜中获得更大的孔径，而不会有分子穿过膜而污染样本。此外，将缓冲物构造为一个或多个聚合物链，并将聚合物链固定在流体通道内或传感器上，允许消除缓冲储存器和膜的装置构造，同时在缓冲物和生物流体样本之间提供快速H+交换，以维持采样率。消除缓冲储存器和膜减少了装置的体积和复杂性。
虽然这里已经描述了几个实施例，但是显而易见的是，对于本领域技术人员来说，可以对这些实施例进行各种修改、改变和适应，以获得至少一些优点。因此，公开的实施例旨在包括所有此类修改、改变和适应，而不脱离本文所提出的实施例的范围。

Claims (27)

1.一种生物流体感测装置，用于测量具有可变pH范围的生物流体中的一种或多种目标分析物，所述感测装置包括：
至少一个传感器，具有用于测量一种或多种目标分析物的多个感测元件；
电极，用于产生一个或多个电信号，所述电信号响应于所述感测元件对分析物的测量而变化；
通道，用于将生物流体样本输送至所述传感器；以及
缓冲材料，与所述生物流体样本流体接触，其中所述缓冲材料被构造为将所述样本的pH调节到有效的传感器pH。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包括至少一种聚合物，所述聚合物具有选定为将所述生物流体样本的pH调节到所述有效的传感器pH的官能团。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包括多官能聚合物。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包括具有不同官能团的两种或更多种聚合物。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料还包括至少一种两性离子。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括包含有所述缓冲材料的储存器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述缓冲材料和所述通道流体连通的选择性渗透膜。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述储存器内，所述缓冲材料包括在溶液中的至少一种聚合物。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述膜具有孔径，所述孔径允许氢离子通过所述膜，同时将所述缓冲材料保留在所述储存器中。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料局部化于个体的传感器环境。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，随着所述样本移动通过所述通道，所述缓冲材料调节所述生物流体样本的pH。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包围多个感测元件，以在所述样本与所述传感器反应之前调节所述生物流体样本的pH。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包括以化学方式附接到所述装置的表面的多个聚合物链。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述表面在所述储存器内。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述表面在所述通道的内侧。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料接触所述通道中的所述样本以在所述样本接触所述传感器之前调节所述样本的pH。
17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包括在所述通道内的填充柱。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲材料包括在所述通道内的水凝胶。
19.一种在感测装置中调节生物流体样本的pH以促进对样本中的至少一种分析物的至少一种性质的测量的方法，所述方法包括以下步骤：
收集含有至少一种分析物的生物流体样本；
朝向至少一个传感器通过通道输送所述样本；
在接触所述传感器之前，将所述样本暴露于缓冲材料；以及
使用所述缓冲材料将所述样本的pH调节到有效的传感器pH。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述缓冲材料包括至少一种聚合物，所述聚合物具有选定为将所述生物流体样本的pH调节至所述有效的传感器pH的官能团。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述暴露步骤还包括通过膜将所述生物流体样本暴露于所述缓冲材料。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述至少一种聚合物是两性离子。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述聚合物附接到所述装置的表面。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括所述将聚合物附接在所述通道内。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述暴露步骤还包括随着通过所述通道输送所述样本，在所述缓冲材料和所述样本之间的流体接触。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述暴露步骤还包括在所述通道内的基底的表面上提供所述缓冲材料。
27.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述暴露步骤还包括随着所述样本从所述通道扩散到所述传感器，在所述缓冲材料与所述样本之间的流体接触。
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