CN111316096A - 生物/化学材料提取和测定 - Google Patents
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Abstract
描述了可加速处理并量化生物/化学材料样品的参数的方法和装置。在一些实施例中，QMAX(Q：量化；M：放大；A：加入试剂；X：加速)装置，具有能够加速样品的电测量过程的两个或更多个电极。此外，QMAX装置的电测量技术能够提取、分离和纯化样品组分，例如但不限于核酸。在一些实施例中，QMAX装置包括用于容纳小的感测芯片的板，以便于感测芯片的生物/化学感测。
Description
相关申请案的交叉引用
本申请要求2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,552，2017年2月15日提交的美国临时申请号62/459,232和2017年2月24日提交的美国临时申请号62/463,578，2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504，2017年2月16日提交的美国临时申请号62/460,062和2017年2月9日提交的美国临时申请号62/457,133的权益，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及执行生物/化学材料提取和测定的系统和方法。
背景技术
在许多化学和/或生物学测定和测试(例如免疫测定、核苷酸测定、血板分析等)中，需要能够加速处理并量化参数(例如分析物浓度，样品体积等)的方法和装置，从而简化样品收集和测量过程，处理小体积的样品，在短时间内(例如小于一分钟)进行整个测定，允许自动分析结果(例如通过移动电话)，并且允许非专业人员自己进行测定。本公开涉及使用电信号检测(电测量)来满足这些需要的方法、装置和系统。
其中，凝血病的早期鉴定对于管理危急，严重损伤或抗凝治疗的患者具有重要的临床意义。快速和准确的评估对于确保倾向于血凝块的患者(以及那些难以凝血的患者)接受对其状况的适当护理是必要的。传统的测试(凝血酶原时间(PT)和活化的部分促凝血酶原激酶时间(aPTT)测试)需要在专业测试装置中进行并且需要至多10mL血液。因此，需要快速，容易使用和/或廉价的简单且便携的测定。
此外，在生物和化学测定(例如诊断测试)中，通常使用小芯片(例如3mmx3mmx0.5mm，长度x高度x厚度)。在许多情况下，希望使用手来处理感测芯片和要由感测芯片分析的流体样品。当感测芯片具有比手的手指小的尺寸时，感测芯片可能难以用手操作。此外，当流体样品落在尺寸小(例如尺寸为几毫米)的感测芯片上时，流体样品会溢出，造成脏乱。此外，当流体样品沉积在芯片上时，需要快速和简单地测量样品或部分样品的体积、改变形状和/或检测分析物。
发明内容
如上所述，需要能够加速处理并量化生物/化学材料样品的参数的方法和装置。根据一些实施例，本公开描述QMAX(Q：量化；M：放大；A：加入试剂；X：加速)装置，具有加速电测量过程的两个或更多个电极。此外，其中，本公开的电测量技术还可以用于提取、分离和纯化样品组分，例如但不限于核酸。例如，尽管在板或管中的传统核酸提取测定(例如乙醇沉淀和苯酚-氯仿提取)是复杂的、耗时的、费力的并且需要实验室设备和大量样品(通常>100μL)，但是用本文讨论的装置和方法提取可以克服上述缺点。
在一些实施例中，本公开描述了QMAX装置的装置、系统和方法，该QMAX装置具有用于容纳小的感测芯片的板，以便于感测芯片的生物/化学感测。本公开的QMAX装置可以允许使用小芯片的简单、快速的操作，并且可以使得人们能够用他或她的手处理样品，而不需要额外的样品体积测量装置。
在一些实施例中，本文公开的示例性实施例可应用于包括但不限于以下的实施例：生物/化学测定、QMAX卡和系统、具有铰链、凹口、凹槽边和滑块的QMAX，具有均匀样品厚度的测定和装置、智能手机检测系统、云计算设计、各种检测方法、标签、捕获剂和检测剂、分析物、疾病、应用和样品；各种实施例在2016年8月10日提交的PCT申请号PCT/US2016/045437，在2016年9月14日提交的PCT申请号PCT/US2016/051775和在2016年9月14日提交的PCT申请号PCT/US2016/051794中公开、描述和/或引用，其全部内容出于所有目的通过引用整体并入本文。
附图说明
当结合附图阅读时，将更好地理解前述概述以及以下实施例的详细描述。为了说明本公开，附图示出了本公开的示例实施例；然而，本公开不限于所公开的具体方法和手段。在给出实验数据点的图中，连接数据点的线仅用于引导观察数据，而没有其它意义。在附图中：
图1A-B示出了根据一些实施例的QMAX(Q：量化；M：放大；A：加入试剂；X：加速)装置，被配置为允许生物/化学材料提取和测定；
图2A-C示出了根据一些实施例的具有不位于第一板和第二板的内表面中的任一个处的电极的QMAX装置；
图3A-B示出了根据一些实施例的具有电流流动功能的QMAX装置；
图4A-B示出了根据一些实施例的具有电流流动功能的QMAX装置；
图5A-B示出了根据一些实施例的被配置为测量流体样品中的分析物浓度的QMAX装置；
图6示出了根据一些实施例的示出QMAX装置如何能够被配置为测量流体样品中的分析物浓度的图；
图7A-F示出了根据一些实施例的示出如何将QMAX配置为执行生物/化学材料提取的图；
图8A-C示出了根据一些实施例的被配置为携带用于执行流体样品的生物/化学测定的感测芯片的QMAX装置；
图9A-C示出了根据一些实施例的QMAX装置的各种透视图，该QMAX装置包括具有用于容纳相应的多个感测芯片的多个孔的板；
图10A示出了根据一些实施例的用于使用QMAX装置执行流体样品的生物/化学材料测定的方法；
图10B示出了根据一些实施例的用于使用QMAX装置测量流体样品的介电常数的方法；
图11示出了示出根据一些实施例的使用QMAX装置实验获得的介电常数的代表性测量结果的曲线图；
图12A-B示出了示出根据一些实施例的使用QMAX装置实验获得的电解质浓度的代表性测量结果的曲线图；
图13示出了根据一些实施例的用于使用QMAX装置从流体样品中提取带电的生物/化学材料的方法；
图14示出了根据一些实施例的用于在QMAX装置上容纳感测芯片的方法；
图15示出了根据一些实施例的用于使用计算装置分析流体样品的系统；以及
图16示出了根据一个实施例的计算机的示例。
具体实施方式
本文描述了用于执行生物/化学材料提取和测定的计算机可读存储介质、系统和方法。以下详细描述通过示例而非限制的方式示出了本公开的一些实施例。本文使用的章节标题和任何字幕仅用于组织目的，而不应被解释为以任何方式限制所描述的主题。章节标题和/或字幕下的内容不限于章节标题和/或字幕，而是适用于本发明的整个描述。
任何出版物的引用是为了在申请日之前公开，并且不应被解释为承认本权利要求无权凭借在先发明而先于此类出版物。此外，所提供的公开日期可以不同于实际的公开日期，实际的公开日期可能需要被独立地确认。
术语“CROF卡(或卡)”、“COF卡”、“QMAX卡”、“Q卡”、“CROF装置”、“COF装置”、“QMAX装置”、“CROF板”、“COF板”和“QMAX板”是可互换的，除了在一些实施例中，COF卡不包括间隔件；并且该术语涉及一种装置，该装置包括第一板和第二板，该第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包括间隔件(COF卡的一些实施例除外)，该间隔件调节第一板和第二板之间的间距。术语“X-板”是指CROF卡中的第一板和第二板之一，其中间隔件固定到该板。于2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中给出了COF卡、CROF卡和X板的更多描述，出于所有目的通过引用将其全部内容并入本文。
图1A-B示出了根据一些实施例的QMAX(Q：量化；M：放大；A：加入试剂；X：加速；还称为压缩调节开放流(CROF))装置100，其被配置为允许生物/化学材料提取和测定。在一些实施例中，QMAX装置100包括第一板102(在本公开中也称为“衬底”)，第二板104(在本公开中也称为“X板”)，间隔件106A-C(在本公开中也称为“柱”)，以及电极108A-B和110。在一些实施例中，为了能够进行生物/化学材料提取和测定，第一板102和第二板104相对于彼此是可移动的，以便将QMAX装置100配置为多个不同的构造，包括如图1A所示的开放构造和如图1B所示的闭合构造。
图1A示出了根据一些实施例的处于开放构造的QMAX装置100的截面视图。在开放构造中，第一板102和第二板104部分或完全分离，允许流体样品112A(即，生物/化学材料)沉积在第一板102和第二板104中的任一个或两个上。在一些实施例中，第一板102的面向第二板104的表面被限定为第一板102的内表面118；第二板104面向第一板102的表面类似地限定为第二板104的内表面120。每个内表面118和120包括用于接触流体样品112A(例如但不限于血液)的样品接触区域。每个内表面118和120的样品接触区域分别占据每个内表面118和120的整体的一部分。在一些实施例中，流体样品112A可沉积在第一板102、第二板104或第一板102和第二板104两者上。在一些实施例中，沉积在第一板102或第二板104上的液体样品112A具有未知或未测量的体积。
在一些实施例中，如在图1A中所示，第一板102可以包括多个间隔件106A-C，这些间隔件被固定在第一板102的内表面118上并且允许QMAX装置100被配置为闭合构造，如将在以下关于图1B描述的。或者，间隔件106A-C可固定在第二板104的内表面120上。在一些实施例中，间隔件106A-C可以固定在内表面118和120上。在一些实施例中，间隔件106A-C通过直接压印或注射模制第一板102或第二板104而固定在内表面118和120中的一个或两个上。在一些实施例中，间隔件106A-C可由选自聚苯乙烯、PMMA、PC、COC、COP或另一塑料中的一个的材料组成。
在一些实施例中，间隔件106A-C可各自具有预定的基本上均匀的高度。在一些实施例中，在图1A的开放构造中，第一板102与第二板104之间的间隙不受间隔件106A-C调节，这允许流体样品112A容易地沉积在内表面118和120中的一个或两个上。在一些实施例中，间隔件106A-C中的至少一个定位在内表面118和120中的一个或两个的样品接触区域内。在一些实施例中，所有间隔件106A-C都位于样品接触区域内。在一些实施例中，间隔件106A-C不固定到第一板102或第二板104，而是混合到流体样品112A中。
在一些实施例中，间隔件106A-C中的每一个可具有柱状形状，所述柱状形状具有选自圆形、多边形、圆形、正方形、矩形、卵形、椭圆形或其组合的横截面形状。在一些实施例中，间隔件106A-C中的每一个可具有具有基本上平坦顶表面的柱状形状。在一些实施例中，间隔件106A-C的侧壁拐角具有曲率半径至少为1μm的圆形形状。
在一些实施例中，间隔件106A-C中的每一个的横向尺寸与高度的比率为至少约1。在一些实施例中，间隔件106A-C具有至少100/mm2或至少1000/mm2的密度。
在一些实施例中，间隔件106A-C的最小横向尺寸小于或基本上等于流体样品112A中分析物的最小尺寸。在一些实施例中，间隔件106A-C的最小横向尺寸在约0.5μm-100μm或约0.5μm-10μm之间。
在一些实施例中，间隔件106A-C的间隔件间距基本上是周期性的。在一些实施例中，间隔件106A-C的间隔件间距介于约5μm-200μm、约7μm-50μm、约50μm-120μm或120μm-200μm之间。
在一些实施例中，为了构造QMAX装置100用于生物/化学测定和提取，第一板102和第二板104中的每一个可以包括位于第一板102的内表面118和第二板104的内表面120处的一个或多个电极。在一些实施例中，电极附接到第一板102的内表面118和第二板104的内表面120。例如，如图1A所示，电极108A-B附接到第一板102的内表面118，电极110附接到第二板104的内表面120。在一些实施例中，仅有一个电极附接到第一板102和第二板104中的每一个。在一些实施例中，有多个电极附接到第一板102和第二板104中的每一个。在一些实施例中，间隔件106A-C中的至少一个包括电极，例如电极108A。在一些实施例中，电极108A-B和110中的一个或多个放置在第一板102或第二板104中的一个或两个的外表面上。在一些实施例中，所有电极108A-B和110放置在第一板102和第二板104中的一个或两个的外表面上。在一些实施例中，电极108A-C中的至少一个放置在第一板102的外表面上，电极110中的至少一个放置在第二板104的内表面120上，反之亦然。在一些实施例中，电极108A-B和110由导电材料制成。
在一些实施例中，导电材料可以是金属，例如但不限于：金、铜、银、铝、其合金或其混合物。在一些实施例中，导电材料可以是导电金属氧化物或金属化合物，其选自由以下各项组成的组：氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiOx)、二氧化钼(MoO2)、氟化锂(LiF)及其组合。
在一些实施例中，构成电极的导电材料可以是导电小分子和导电聚合物，其选自聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PECOT：PSS)、富勒烯衍生物(如C60)、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)及其组合。
图1B示出了根据一些实施例的处于闭合构造的QMAX装置100的截面视图。在一些实施例中，处于图1A的开放构造的第一板102和第二板104的一个或多个外表面可以被挤压朝向彼此，使得在图1B的闭合构造中第一板102和第二板104的内表面118和120分别被彼此挤压。在一些实施例中，第一板102与第二板104之间的间隙114由至少一个间隔件106A-C(在图1B中未示出)来调节。
在一些实施例中，第一板102和第二板104可以在流体样品112A被沉积之后被挤压在一起，以将流体样品112A的至少一部分压缩成具有厚度基本上均匀并且相对于第一板102和第二板104是停滞的流体样品112B的层。在一些实施例中，流体样品112B的层由内表面118和120限定，并且该层的均匀厚度由间隔件106A-C以及第一板和第二板102和104的基本上均匀的高度来调节。在一些实施例中，流体样品112B的层的均匀厚度与间隙114相同；在一些实施例中，流体样品112B和间隙114的层的厚度与间隔件106A-C的高度相同。在一些实施例中，层流体样品112B在至少1mm2的横向区域上具有均匀的厚度。在一些实施例中，液体样品112A具有未知体积，并且如在图1B的闭合构造中构造的QMAX102可以压缩具有均匀高度的层112B中液体样品112A，这可以对应于样品接触区域上的已知体积。
在一些实施例中，间隔件106A-C的高度小于约1cm、约200μm、100μm、约10μm、约5μm、约1μm或约0.1μm。在一些实施例中，间隔件106A-C的高度大于约0.01μm、约0.1μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm、约200μm或约1cm。在一些实施例中，间隔件的高度为约0.01μm-1cm，例如约0.01μm-200μm、约0.01μm-5μm、约5μm-10μm、约10μm-100μm或约100μm-1cm。
如上所述，在一些实施例中，流体样品112B的层是具有由间隔件106A-C调节的厚度基本上均匀的层。因此，厚度基本上均匀的平均厚度可以是间隔件106A-C的高度，如上所述。在一些实施例中，流体样品112B的层的平均厚度小于约1cm、约200μm、100μm、约10μm、约5μm、约1μm或约0.1μm。在一些实施例中，流体样品112B的层的平均厚度可以大于约0.01μm、约0.1μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm、约200μm或约1cm。在一些实施例中，流体样品112B的层的平均厚度为约0.01μm-1cm，例如约0.01μm-200μm、约0.01μm-5μm、约5μm-10μm、约10μm-100μm或约100μm-1cm。在一些实施例中，均匀厚度层的平均厚度约等于流体样品112A中分析物的最小尺寸。
在一些实施例中，当流体样品112A是血液样品(例如全血)时，流体样品112B的层的平均厚度为约1.8μm-3.8μm、约1.8μm-2μm、约2μm-2.2μm、约2.2μm-2.6μm或约2.6μm-3.8μm。
如图1B所示，在闭合构造中，电极108A-B和110与流体样品112B的层的至少一部分接触。为了简单起见，第一板102被示为具有两个电极108A和108B，第二板104被示为具有一个电极110。然而，在一些实施例中，电极108A-B可以仅代表一个电极或多个电极(例如，三个或四个电极或更多)；类似地，电极110可以仅代表一个电极或多个电极。在一些实施例中，第一板102和第二板104中的至少一个是柔性的，使得第一板102和第二板104中的一个或两个可以略微弯曲，同时压缩处于图1B的闭合构造的流体样品112B的层。
在一些实施例中，QMAX装置100包括电源116，例如但不限于提供交流电(AC)或直流电(DC)的电源。在一些实施例中，电源116可操作地连接到电极108A-B和110，电极108A-B和110与压入厚度基本上均匀的层中的流体样品112B的层接触。在一些实施例中，电源116可以在电极108A-B处提供第一电势并且在电极110处提供第二电势以在电极108A-B和110之间诱导电压，使得电极108A-B和110与被压缩成均匀厚度的层的流体样品112B的层离子连通。
在一些实施例中，由电源116施加的电势可小于约1000V、约500V、约220V、约200V、约150V、约110V、约100V、约50V、约10V、约5V、约1V、约0.5V、约0.2V或约0.1V。在一些实施例中，可以基于被测量的电特性的类型或被测量的流体样品112B的层的电特性来选择将由电源116施加的电势。
在一些实施例中，当电源116提供AC时，AC的频率小于约1GHz、约1MHz、约100kHz、约10kHz、约1000Hz、约100Hz或约10Hz。在一些实施例中，AC的频率可以在上面列出的任何两个频率之间变化，包括在10kHz和1MHz之间。
在一些实施例中，一旦由电源116供电，电极108A-B和110与被压缩成均匀厚度层的流体样品112B的层离子连通。这样，电极108A-B和电极110之间的电通路使得电极108A-B和电极110能够检测流体样品112B的一个或多个电特性，从而使得能够进行生物/化学测定和提取。例如，电极108A-B和110可以被配置为检测电特性，例如均匀厚度层中的流体样品112B的电导率、电流、电势、电阻、阻抗和电容以及介电常数中的一个或多个。
在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以分别比每个电极108A-B和110的高度大至少约2倍、约5倍、约10倍、约50倍、约100倍、约500倍或约1000倍。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以分别小于每个电极108A-B和110的高度的约2000倍、约1000倍、约500倍、约100倍、约50倍、约10倍或约5倍。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以分别比每个电极108A-B和110的高度大约2-1000倍、约5-500倍或约50-100倍。
在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以是至少约1nm、约10nm、约50nm、约100nm、约500nm、约1μm、约10μm、约50μm、约100μm、约500μm、约1mm、约5mm、约10mm、约50mm或约100mm。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以小于约100mm、约50mm、约10mm、约5mm、约1mm、约500μm、约50μm、约10μm、约1μm、约500nm、约100nm、约50nm、约10nm或约1nm。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以在约1nm-100mm、约1nm-100μm、约50μm-100μm、约100μm-500μm、约500μm-1mm、约1mm-5mm、约5mm-10mm或约10mm-100mm之间。
在一些实施例中，每个电极108A-B和110的高度可以是至少约1nm、约10nm、约50nm、约100nm、约500nm、约1μm、约10μm、约50μm、约100μm、约500μm、约1mm、约5mm或约10mm。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的高度可以小于约10mm、约5mm、约1mm、约500μm、约50μm、约10μm、约1μm、约500nm、约100nm、约50nm、约10nm或约1nm。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的高度可以在约1nm-10mm、约1nm-100μm、约50μm-100μm、约100μm-500μm、约500μm-1mm或约1mm-5mm之间。
在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以比电极108A-B和110的任何两个相邻电极之间(例如电极108A-B之间)的间隙大至少约2倍、约5倍、约10倍、约50倍、约100倍、约500倍或约1000倍。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以小于电极108A-B和110的任何两个相邻电极之间的间隙的约2000倍、约1000倍、约500倍、约100倍、约50倍、约10倍或约5倍。在一些实施例中，每个电极108A-B和110的宽度可以比电极108A-B和110的任何两个相邻电极之间的间隙大约2-1000倍、约5-500倍或约50-100倍。
在一些实施例中，电极108A-B和110的任何两个相邻电极之间的间隙可以是至少约1nm、约10nm、约50nm、约100nm、约500nm、约1μm、约10μm、约50μm、约100μm、约500μm、约1mm、约5mm、约10mm、约50mm或约100mm。在一些实施例中，电极108A-B和110的任何两个相邻电极之间的间隙可以小于约100mm、约50mm、约10mm、约5mm、约1mm、约500μm、约50μm、约10μm、约1μm、约500nm、约100nm、约50nm、约10nm或约1nm。在一些实施例中，电极108A-B和110的任何两个相邻电极之间的间隙可以在约1nm-100mm、约1nm-100μm、约50μm-100μm、约100μm-500μm、约500μm-1mm、约1mm-5mm、约5mm-10mm或约10mm-100mm之间。
在一些实施例中，QMAX装置100包括电耦合到电极108A-B和110中的至少一个的测量单元，以测量由电极108A-B和110检测的一个或多个电特性(例如，电导或电容或两者)。在一些实施例中，测量单元可以是电耦合到电极108A-B和110中的至少两个以测量流体样品112B的层的介电常数的电路。例如，为了测量流体样品112B的介电常数，测量单元可以被配置为测量电极108A-B和电极110之间的电容，以导出流体样品112B的介电常数，因为电容与介电常数成比例。
在一些实施例中，测量单元可以被配置为在预定时间段测量流体样品112B(被压缩成均匀厚度)的一个或多个电特性达预定次数。在一些实施例中，预定时间段包括在流体样品112A被压缩成流体样品112B的层之后的约10秒、约30秒、约60秒、约2分钟、约3分钟、约5分钟、约8分钟、约10分钟、约15分钟、约20分钟、约30分钟等中的两个或更多个的时间，如图1B所示。
在一些实施例中，其中流体样品112A-B是血液样品，QMAX装置100可以被配置为测量和评估血液样品的凝结特性。例如，QMAX装置100可以包括计算单元，其被配置为基于被测量的流体样品112B的介电常数来计算凝血酶原时间(PT)和激活的部分促凝血酶原激酶时间(aPTT)中的一个或两个。在一些实施例中，流体样品112A包括诸如全血或血清的血液样品。在一些实施例中，流体样品是没有被液体稀释的全血。在一些实施例中，血液样品包括加入的Ca2+。在一些实施例中，加入Ca2+和/或柠檬酸盐或酸的血液样品可以用作对照。
在一些实施例中，为了测量血液样品的凝结特性，可以向血液样品中加入凝结调节剂。例如，血液样品可以包括用于抗凝血目的的柠檬酸盐或酸。在一些实施例中，血液样品包括加入的抗凝血剂玉米胰蛋白酶抑制剂(CTI)。在一些实施例中，血液样品进一步包括加入的抗凝血剂青霉素。在一些实施例中，血液样品包括加入的活化剂脑磷脂。在一些实施例中，血液样品包括加入的活化剂组织因子(ATF)。在一些实施例中，可以在内表面118和120中的一个或两个上预先沉积和干燥凝结调节剂。这种凝结调节剂可以是上述任何调节剂，包括但不限于肽，蛋白质(例如组织因子)或小分子(例如离子、抗生素和其它药物)。在一些实施例中，为了使QMAX装置100能够更精确地测量血液样品的凝结特性，QMAX装置100包括加入在第一板102和第二板104外部的温度控制器单元。温度控制器可以被配置为在凝结过程期间将温度控制在0℃至100℃的范围内，优选37℃的温度。
在一些实施例中，流体样品112A可以是的生物样品，选自羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆或血清)、母乳、脑脊液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、呼吸、胃酸、胃液、淋巴、粘液(包括鼻引流和痰)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓液、风湿液、皮脂、精液、唾液、汗液、滑液、泪液、呕吐物、尿液或呼出的冷凝物。
在一些实施例中，流体样品112A可以是生物样品、环境样品、化学样品或临床样品。在一些实施例中，流体样品112A可以是体液，例如血液、唾液或尿液。
在一些实施例中，流体样品112A包括至少一种分析物。在一些实施例中，流体样品112A包括多种分析物。在一些实施例中，所述至少一种分析物可以是蛋白质、核酸、细胞或代谢物。
在一些实施例中，所述多种分析物是选自由以下各项组成的组中的分析物：钠(Na+)、钾(K+)、钙(Ca2+)、碳酸氢盐(HCO3-)、镁(Mg2+)、氯化物(Cl-)和磷酸氢(HPO4 2-)。在一些实施例中，多种分析物是选自由以下各项组成的组中的大分子：碳水化合物(单糖、二糖和多糖)、葡萄糖和蔗糖。
在一些实施例中，所述多种分析物是核酸，其包括由核苷酸组成的任何长度的聚合物，例如脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸，或合成产生的化合物(例如美国专利号5,948,902中描述的PNA)，其可以以类似于两种天然存在的核酸的序列特异性方式与天然存在的核酸杂交，例如，可以参与Watson-Crick碱基配对相互作用。
在一些实施例中，所述多种分析物是包括任何长度的聚合形式的氨基酸的蛋白质。在一些实施例中，氨基酸的长度可以大于约2、约5、约10、约20、约50、约100、约200、约500、约1000或约2000。在一些实施例中，氨基酸的长度可以小于约2000、约1000、约500、约200、约100、约50、约20、约10或约5。在一些实施例中，氨基酸的长度可以在约2和2000之间。
在一些实施例中，所述多种分析物是可以包括编码和非编码氨基酸，化学或生物/化学修饰或衍生的氨基酸和具有修饰的肽主链的多肽的蛋白质。在一些实施例中，术语蛋白质可以指融合蛋白，包括但不限于具有异源氨基酸序列的融合蛋白，具有异源和同源前导序列的融合蛋白，具有或不具有N末端甲硫氨酸残基；免疫标记蛋白；具有可检测的融合配偶体的融合蛋白，例如包括作为融合配偶体的荧光蛋白，β-半乳糖苷酶，荧光素酶等的融合蛋白；等等。
在一些实施例中，所述多种分析物是在细胞中翻译后修饰的多肽，例如糖基化的、切割的、分泌的、异戊二烯化的、羧化的、磷酸化的等，和具有二级或三级结构的多肽，和强结合(例如共价或非共价)到其它部分，例如其它多肽、原子、辅因子等的多肽。
在一些实施例中，多种分析物是包括原核生物和真核生物的细胞，包括骨细胞、软骨细胞、神经细胞、上皮细胞、肌细胞、分泌细胞、脂肪细胞、血细胞、传导细胞、连接细胞、腺细胞、贮存细胞、支持细胞等。
在一些实施例中，多种分析物可以包括细菌，例如球菌属、芽孢杆菌属、弧菌属、螺菌属、螺旋体属等。
在一些实施例中，QMAX装置100可以被配置为包括位置标记，该位置标记包括在第一板802或第二板804的表面上或内部，以提供位置标记的位置信息。例如，该位置可以指示样品区域。在一些实施例中，第一板102和第二板104中的一个或多个可以包括提供相应板或流体样品112B的横向尺寸的信息的刻度标记。在一些实施例中，刻度标记可以定位在第一板102或第二板104的内表面或外表面上。在一些实施例中，第一板102和第二板104中的一个或多个可以包括在第一板102或第二板104的内表面或内部上的成像标记，该成像标记可以被配置为用于辅助流体样品112B的成像，如将关于图8A-C进一步描述的。在一些实施例中，间隔件106A-C中的一个或一个以上充当位置标记、刻度标记、成像标记或其组合。例如，间隔件106A和106B可放置在间隔件之间的距离处，以指示刻度，第一板102或第二板104的特定部分的位置，和/或用作用于成像目的的导柱。
在一些实施例中，为了使得第一板102和第二板104能够被配置为图1A的开放构造和图1B的闭合构造，第一板102可以连接到第二板104上以使得第一板102能够折叠在第二板104上。在一些实施例中，第一板102和第二板104可以由单片材料制成，该单片材料被配置为通过折叠第一板102和第二板104而从开放构造改变到闭合构造。
在一些实施例中，第一板102和第二板104通过铰链连接，该铰链配置为允许沿铰链折叠以将第一板102和第二板104配置为开放和闭合构造。在一些实施例中，铰链是与第一板102和第二板104分离的材料。
图2-6示出了根据一些实施例的类似于图1A-B的QMAX装置100的QMAX装置，但是具有变化的电极布置和数量。应当注意的是，为了清楚起见，并不是关于图1A-B所描述的所有组件都在图2-6中示出。例如，如关于图1A-B所述的间隔件106A-C在图2-6中未示出。图2-6的QMAX装置的具体设计及其组件可以变化，并且可以从实验的设计和特定QMAX装置的描述推断出某些组件(例如间隔件106A-C)的存在或不存在。
根据一些实施例，图2A-C示出了QMAX装置200A-C，其具有不位于第一板202A-C和第二板204A-C的任一内表面处的电极。因此，图2A-C示出了在没有电流的情况下工作的QMAX装置200A-C。在一些实施例中，电源206A-C(例如，电压源(DC或AC)或电流源(DC或AC))分别向QMAX装置200A-C中的每一个的至少两个电极施加电力，其中每一电极在QMAX装置200A-C外部。这里，术语“外部”指的是当相应的第一板202A-C和第二板204A-C处于闭合构造时QMAX装置200A-C外部的空间。
在图2A中，QMAX装置200A包括分别位于第一板202A和第二板204A的外表面之外并与之接触的两个电极208和210。在图2B中，QMAX装置200B包括多个电极212A-C和多个电极214A-D，这些电极各自在外部不连续(例如阵列)，并且分别与第一板202B和第二板204B的外表面接触。如图2A-B所示，根据一些实施例，第一板202A-B和第二板204A-B中的每一个可以仅包括一个电极或多个电极。在图2C中，QMAX装置200C包括在第一板202C和第二板204C外部分开的电极216和218，并且不与第一板202C和第二板204C中的任一个接触。在一些实施例中，例如在图2C中所描绘的实施例中，QMAX装置的电极中没有一个与QMAX装置的第一板或第二板中的任一个物理接触。
图3A-B示出了根据一些实施例，对电流起作用的QMAX装置300。如关于图1A-B所描述的，QMAX装置300可以包括类似命名的组件：第一板302、第二板304、电源306，以及电极308和310。在一些实施例中，图3A示出了QMAX装置300的截面视图，其中第一板302在其内表面上具有至少一个电极308，并且第二板304在其内表面上具有至少一个电极310。在一些实施例中，当电源306是DC时，电极308和310中的至少一个连接到电源306的阳极，并且电极308和310中的至少一个连接到电源306的阴极。
如图3B所示，电极308和310中的每一个具有两个焊盘：用于电极308的接触垫308A和测量垫308B；以及用于电极310的接触垫310A和测量垫310B。在一些实施例中，如图3A所示，接触垫308A和310A中的每一个电连接到外部电源306。在一些实施例中，当QMAX装置300在样品液体被沉积之后被配置为闭合构造时，测量垫308B和310B与流体样品接触。在一些实施例中，整个测量垫308B和310B与流体样品接触。在一些实施例中，仅测量垫308B和310B中的每一个的一部分与流体样品接触。在一些实施例中，每个电极308和310仅具有各自的测量垫308B和310B，每个测量垫通过导线直接连接到电源306。如以上关于图1A-B所述，电极308和310(例如，测量垫308B和310B)可以被配置为一旦电源306经由例如接触垫308A和310A施加到电极308和310，就测量被压缩成厚度基本上均匀的层的流体样品的一个或多个电特性。因此，QMAX装置300可被配置为经由电测量来执行生物/化学材料测定。
图4A-B示出了根据一些实施例，对电流起作用的QMAX装置400。如关于图3A-B所描述的，QMAX装置400可以包括类似命名的组件：第一板402、第二板404、电源406，以及电极408和410。此外，如图3A-B的QMAX装置300，电极408和410中的每一个可以包括各自的接触垫408A和410A以及各自的测量垫408B和410B。在一些实施例中，与图3A-B相反，电极408和410都可以放置在第一板402或第二板404中的仅一个的内部表面上。例如，如图4A-B所示，电极408和410都放置在第二板404的内表面上。在一些实施例中，QMAX装置400的所有电极(例如，电极408和410)仅放置在第一板402或第二板404中的一个上。
在一些实施例中，每个电极408和410的宽度远大于每个电极408和410的高度，并且远大于两个相邻电极408和410之间的间隙。在一些实施例中，当在QMAX装置400的闭合构造中将第一板402和第二板404挤压在一起时，电极408和410中的每一个的长度和宽度基本上大于两个相邻电极(例如，电极408和410)之间的间隙。在一些实施例中，电极408和410(例如，测量垫408B和410B)中的每一个的长度和/或宽度是至少约2倍、约5倍、约10倍、约20倍、约30倍、约40倍、约50倍、约75倍、约100倍、约150倍。约200倍、约300倍、约400倍、约600倍、约600倍、约700倍、约800倍、约900倍、约1000倍、约5000倍、约10000倍、约5000倍、约100000倍、约500000倍或约1000000倍大于两个电极408和410之间的间隙。
图5A-B示出了根据一些实施例被配置为测量流体样品的分析物浓度的QMAX装置。如关于图4A-B所描述的，QMAX装置500可以包括类似命名的组件：第一板502、第二板504、电源506、电极508(例如，接触垫508A和测量垫508B)，以及电极510(例如，接触垫510A和测量垫510B)。虽然QMAX装置500的电极508和510的特定布置和数量被示出为类似于图4A-B中所示的设计，但是根据一些实施例，电极508-510的布置和数量可以替代地处于如图1A-B或3A-B中的任一个中描述或示出的构造之一中。然而，与前述实施例相反，QMAX装置500包括覆盖电极508或510之一的阻挡膜512(例如，离子选择性膜)。例如，如图5A-B所示，阻挡膜512可以覆盖电极510，具体地，电极510的测量垫510B。在一些实施例中，为了覆盖电极510，阻挡膜512可以涂覆在电极510的顶部上。虽然在图5B中示出了第一板502和第二板504的示例尺寸，但是这些尺寸可以根据这些实验的具体设计来调整，例如但不限于在待测量的流体样品内的样品和分析物的量。在一些实施例中，阻挡膜512具有用于接触流体样品的接触表面。在一些实施例中，电极508和510中的一个(例如，电极510)包括穿孔导电片，其提供阻挡膜512的接触表面的功能。
在一些实施例中，如关于图1A-B所描述的，QMAX装置500可以包括测量装置以在QMAX装置500处于闭合构造时测量流体样品的电特性。例如，测量装置可以测量流过厚度基本上均匀的层中的流体样品以及在电极508和510之间流动的电流。在一些实施例中，阻挡膜512可以构成为具有离子选择效果，使得由测量装置测量的电流可以反映流体样品中某些分析物(例如但不限于离子)的浓度/量。具体地，阻挡膜512可以被配置为允许流体样品中的选定分析物通过阻挡膜512与至少一个电极(例如，电极510)电连通，该至少一个电极由于电源506供电而被阻挡膜512覆盖。在一些实施例中，阻挡膜512可被配置为允许流体样品中的一个或多个选定分析物通过且阻挡流体样品中的一个或多个不同选定分析物通过。
在一些实施例中，为了实现阻挡膜512的选择性效果，阻挡膜512可以由不可溶的、不可熔的合成有机聚合物基质制成，该基质与选择性地允许流体样品中的某些分析物穿过阻挡膜512的化学物质结合。在一些实施例中，阻挡膜512可选自由以下各项组成的组的有机聚合物基质制成：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、全氟聚醚等。在一些实施例中，选择性允许某些分析物通过的化学物质可以是选自ETH157载体、ETH227载体、ETH2120载体、双(12-冠-4)化合物、半胱氨酸、缬氨霉素、BBPA、KTpClPB和'70邻硝基苯基辛基醚等的化学物质。
在一些实施例中，为了测量流体样品的分析物浓度，测量装置可以在由电源506施加在电极508和510之间的多个不同电压下测量在电极508和510之间流动的电流。在一些实施例中，测量装置可以被配置为测量在至少两个电极(例如，电极508和510)之间通过的电子量和电流密度，以确定流体样品的分析物浓度，因为电子量和电流密度与样品液体中的选定分析物的浓度相关。
在一些实施例中，测量装置可以被配置为当由电源506供电时测量至少两个电极(例如，电极508和510)之间的电阻抗以确定流体样品的分析物浓度。在一些实施例中，在约10kHz到1MHz的频率之间测量的电阻抗与样品液体中的选定分析物的浓度相关。
在一些实施例中，第一板502和第二板504中的至少一个的内表面可以涂覆有化学物质，当电极508和510由电源506供电时，该化学物质产生与流体样品中的选定分析物连通的电子。在一些实施例中，测量装置可以被配置为测量在至少两个电极(例如，电极508和510)之间通过的电子量和电流密度，以确定流体样品的分析物浓度，因为电子量和电流密度(作为加入的化学物质的结果)与样品液体中的选定分析物的浓度相关。
在一些实施例中，该测量装置可以被配置为测量被压缩成厚度均匀的层的流体样品的电流、电势、电导和/或电容中的一个或多个。因此，包括阻挡膜512使得QMAX装置500能够测量流体样品中的分析物浓度。
图6示出了根据一些实施例，QMAX装置600如何能够被配置为测量流体样品中的分析物浓度的图。为了便于说明，QMAX装置600组件的命名和放置与图5A-B的QMAX装置500类似：第一板602、第二板604、电源606、电极608、电极610和阻挡膜612。在一些实施例中，如关于图1A-B所描述的，流体样品可以沉积在例如第二板604的内表面上。然后，可将第一板602压在第二板604上以将流体样品压缩成厚度均匀的流体样品层614。在一些实施例中，流体样品层614覆盖两个电极608和610。在一些实施例中，可以在由电源606诱导的电极608和610之间的多个电压下，测量在电极608和610之间流动的电流(如箭头所示)。根据一些实施例，可以选择阻挡膜612以使得能够测量流体样品614的分析物浓度。
图7A-F示出了根据一些实施例，QMAX装置700被配置为执行从流体样品708提取生物/化学材料710(例如，核酸)的图。在一些实施例中，QMAX装置700可以被实现为图1A-B、2A-C、3A-B或4A-B中的任何一个的QMAX装置。在一些实施例中，QMAX装置700可以是QMAX装置，其中第一电极和第二电极被定位在第一板和第二板的外部，如关于图2A-C所描述的。为了便于说明，第一和第二电极未在图7A-F中示出。
在图7A中，QMAX装置700包括处于开放构造的第一板702和第二板704。在一些实施例中，在可以提取生物/化学材料710之前，流体样品708需要被裂解。在一些实施例中，裂解可以是化学的、机械的或两者。2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,528和2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,596已经描述了这种裂解的一些实施例，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。在一些实施例中，细胞裂解试剂706可以涂覆到第一板702或第二板704上并在其上干燥以能够进行化学裂解。
本文所用的术语“细胞裂解试剂”可包括盐、去污剂、酶和其它添加剂。在一些实施例中，本文中的术语“盐”包括但不限于锂盐(例如氯化锂)、钠盐(例如氯化钠)或钾(例如氯化钾)或其任何组合。在一些实施例中，本文的术语“去污剂”不仅用作细胞裂解试剂，而且用作核酸结合试剂，其促进释放的核酸和无细胞核酸结合到板表面。去污剂可以是任何去污剂，并且大量是已知的并且描述于文献中。去污剂可以是离子的，包括阴离子的和阳离子的，非离子的或两性离子的。本文所用的术语“离子去污剂”包括溶于水时部分或全部为离子形式的任何去污剂。合适的阴离子去污剂包括但不限于十二烷基硫酸钠(SDS)或其它碱金属烷基硫酸盐或类似去污剂、肌氨酰或其组合。在一些实施例中，去污剂的浓度可以是0.2-30％(w/v)，优选0.5-15％，或更优选1-10％。在一些实施例中，本文的术语“酶”包括但不限于溶菌酶、纤维素酶和蛋白酶。在一些实施例中，术语“添加剂”可以包括螯合剂和缓冲剂组分，包括但不限于EDTA、EGTA和其它聚氨基羧酸，以及一些还原剂，例如二硫苏糖醇(dTT)、Tris、Bicine、Tricine和磷酸盐缓冲剂。
在图7B中，流体样品708可以沉积在第一板702或第二板704上，使得流体样品708与第一板702或第二板704的内表面接触。在一些实施例中，流体样品708可包括待提取的生物/化学材料710(例如，核酸或无细胞核酸)和其它组分(例如，细胞结构)712。
在图7C中，类似于以上关于图1A-B所述的QMAX装置，可以通过将第一板702和第二板704挤压在一起而将QMAX装置700配置为闭合构造。在一些实施例中，流体样品708中的目标组分712(例如，细胞结构)可以通过使细胞裂解试剂706与流体样品708接触而化学裂解。在一些实施例中，当与流体样品708接触时，细胞裂解试剂706可以溶解在流体样品708内。
在一些实施例中，当将第一板702和第二板704挤压在一起时，第一板702的内表面上的间隔件(未示出)面向第二板704的内表面，并且间隔件足以机械地破坏流体样品708中的目标组分712(例如，细胞结构)以释放生物/化学材料710。因此，在一些实施例中，可以不使用细胞裂解试剂706。
在图7D中，可以经由分别耦合到第一板702和第二板704的第一和第二电极，在第一板702和第二板704之间施加电场。在一些实施例中，可以使第二板704带正电以在第二板704的内表面上捕获带负电的生物/化学材料710。在一些实施例中，一旦目标组分712被破坏(即，裂解)，所释放的生物/化学材料710可以几乎立即被捕获。
在一些实施例中，可以将第一板702和第二板704挤压在一起以将流体样品708的厚度减小到250μm或以下，这极大地减少了生物/化学材料710从流体样品708中的位置到第二板704的电荷提取表面的平均扩散时间，并且因此极大地提高了提取速度(并且因此减少了提取时间)。
在一些实施例中，其中施加电场的电源是DC，电源的阳极连接到第二板704或连接到第二板704的第二电极；电源的阴极连接到第一板702或连接到第一板702的第一电极。
在一些实施例中，第一板702和第二板704不需要由电源充电。在一些实施例中，第二板704可以被化学改性以呈现电正性，从而允许生物/化学材料710(带负电荷)结合在第二板704的内表面上。类似地，对于带正电荷的生物/化学材料710，第二板704可被化学改性以表现出电负性以结合带正电荷的生物/化学材料710。
在一些实施例中，为了进一步增强第二板704捕获流体样品708中的生物/化学材料710的能力，可以将对待提取的生物/化学材料710特异的捕获探针固定在第二板704的内表面上。在一些实施例中，其中生物/化学材料710是核酸，在裂解过程之后，生物/化学材料710可以序列依赖性地与第二板704的内表面上的捕获探针杂交。
在一些实施例中，本文所用的“捕获探针”可以指长度为1-200bp、优选5-50bp、更优选10-20bp的寡核苷酸。在一些实施例中，捕获探针具有与流体样品708中感兴趣的核酸序列互补的序列。在一些实施例中，相同的捕获探针可以固定在第一板702的内表面上。在一些其它实施例中，将具有不同碱基对组成的不同捕获探针固定在第一板702的表面上。在一些实施例中，捕获探针可以是DNA，或RNA，或两者，但优选是单链DNA。
在一些实施例中，如本文所用，“固定”是指将捕获探针锚定在板(例如第二板704)的内表面上的过程。在一些实施例中，捕获探针通过共价键锚定，其中例如捕获探针的5'或3'端被修饰以促进在第二板704的内表面上的涂覆。通常使用的3'末端修饰可以包括但不限于硫醇、二硫醇、胺、生物素等。在一些其他实施例中，捕获探针可以被动地吸附在第二板704的内表面上。
在一些实施例中，盐(包括但不限于氯化钠和柠檬酸钠)和分子聚集试剂(包括但不限于聚蔗糖、葡聚糖或聚乙二醇)也可以在第二板704的内表面上干燥以促进从样品捕获核酸。
在图7E中，第一板702可以从第二板704剥离，以使得第二板704的内表面能够被海绵716清洁。在一些实施例中，“海绵”是指在不同压力下改变孔径的一类柔性多孔材料。在一些实施例中，海绵716包含与第二板704的内表面接触以去除污染物的洗涤剂714。在一些实施例中，海绵716可以仅与第二板704接触一次、仅两次，或多于两次以清洁第二板704的内表面的污染物。
在一些实施例中，如在此使用的“污染物”可以指包括但不限于细胞碎片、蛋白质、非特异性核酸等的化合物，这些化合物对于在图7D中捕获的生物/化学材料710的扩增反应是有害的。
在一些实施例中，通过挤压海绵716以将洗涤剂714释放到第二板704的内表面上并释放海绵716以再吸收洗涤剂714来进行清洗。在一些实施例中，如在此使用的“洗涤剂”可以是指可以去除污染物而不影响第二板704的内表面上的结合的生物/化学材料710的溶液。在一些实施例中，洗涤剂714包括低至中等离子强度的缓冲剂，包括但不限于10mmTris-HCl或40mm氯化钠。
图7F示出了由第二板704捕获并清洗掉污染物的生物/化学材料710。在一些实施例中，生物/化学材料710可用于进一步的生物应用中，包括但不限于核酸扩增，核酸杂交和测序过程。
在一些实施例中，图7A-F的第一板702或第二板704可以包括被配置为存储试剂的存储位置，该试剂在接触流体样品708时可以在流体样品708中扩散。在一些实施例中，试剂可以是细胞裂解试剂706或洗涤剂714。
在一些实施例中，于2016年9月15日提交的美国临时申请号62/394,753，2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,488和2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287中进一步描述了海绵716、细胞裂解试剂706和洗涤剂714，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文
图8A-C示出了根据一些实施例的QMAX装置800，该QMAX装置被配置为携带用于执行流体样品812的生物/化学测定的感测芯片806。在一些实施例中，QMAX装置800包括：第一板802、第二板804和感测芯片806。与关于图1A-B所描述的QMAX装置100类似，QMAX装置800可以被配置为开放构造(如图8A所示)和闭合构造(如图8C所示)。在一些实施例中，第一板802和第二板804中的至少一个由透明材料制成。在一些实施例中，如上述QMAX装置100，第一板802或第二板804可包括一个或多个位置标记、一个或多个刻度标记，或一个或多个成像标记。
在一些实施例中，第一板802包括多个间隔件808，这些间隔件可以对应于并且具有如关于图1A-B所描述的间隔件106A-C类似的特性。在一些实施例中，间隔件808可仅定位在感测芯片806上，而不定位在第一板802或第二板804上。在一些实施例中，间隔件808可仅定位在第一板802的样品接触区域上而不定位在第二板804上。在一些实施例中，一个或多个间隔区808可用作位置标记、刻度标记或成像标记。
在一些实施例中，第二板804包括被配置为将感测芯片806容纳在孔816内的孔816。在一些实施例中，感测芯片806可以由电介质、金属或其组合的材料组成。在一些实施例中，感测芯片806可以由塑料构成。
在一些实施例中，第一板802和第二板804可以各自具有平均长度、宽度和厚度。在一些实施例中，第一板802和第二板804的厚度为至少约50nm、约100nm、约200nm、约500nm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约50μm、约70μm、约100μm、约120μm、约150μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm或约1mm。在一些实施例中，第一板802和第二板804的厚度小于约3mm、约1mm、约500μm、约400μm、约300μm、约200μm、约150μm、约120μm、约100、约70μm、约50μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm、约2μm、约1μm、约500μm、约200nm或约100nm。在一些实施例中，第一板802和第二板804的厚度在约50nm-3mm、约500nm-700μm、约1μm-500μm、约10μm-300μm或约20μm-250μm之间。
在一些实施例中，第一板802和第二板804的长度或宽度为至少约1mm、约3mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约10mm、约15mm、约20mm、约30mm、约40mm、约50mm、约60mm、约70mm、约80mm、约90mm、约100mm或约150mm。在一些实施例中，第一板802和第二板804的长度或宽度小于约200mm、约150mm、约100mm、约1mm、约500μm、约400μm、约300μm、约200μm、约150μm、约90μm、约80mm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约15μm、约10μm、约8mm、约7mm、约6mm、约5mm或约3mm。在一些实施例中，第一板802和第二板804的长度或宽度在约1mm-200mm或约3mm-80mm之间。
在一些实施例中，第一板802和第二板804可以通过铰链连接和/或具有凹槽凹口以便于分离。在一些实施例中，一个板的尺寸使得至少两个边缘从另一个板的相应边缘凹进去。在一些实施例中，具有凹槽边缘的板比另一个板薄得多。在一些实施例中，具有凹槽边缘的板具有约10μm-250μm的厚度，而另一个板具有约300μm-1.5mm的厚度。
图8A示出了当感测芯片806容纳在第二板804的孔816中时，感测芯片具有感测表面807和表面偏移810。在一些实施例中，感测表面807被定向并面向与第二板804的内表面相同的方向。
在一些实施例中，表面偏移810是感测表面807与第二板804的最近表面之间的平均距离。在一些实施例中，第二板804的最近样品接触表面是最靠近感测芯片806的表面。如果感测芯片806的感测表面807高于第二板804的最近表面的感测表面807，则表面偏移810可以是正的，否则表面偏移810可以是负的。
在一些实施例中，感测表面807可以是平面的或非平面的。在一些实施例中，感测表面807可以是平滑的或非平滑的。在一些实施例中，感测表面807包括结合流体样品812中的目标分析物的结合位点。在一些实施例中，结合位点包括捕获目标分析物的捕获剂。在一些实施例中，结合位点包括抗体或核酸。
在一些实施例中，感测表面807具有扩增表面。在一些实施例中，扩增表面可以选自局部表面等离子体结构(例如：D2PA)、表面等离子体表面、金属表面，以及金属和电介质层或结构的混合物。在一些实施例中，包括局部表面等离子体结构(例如：D2PA)，示例扩增表面，可以扩增在感测表面807上发射和/或吸收的光的信号，以实现感测芯片806的更好的感测性能。在一些实施例中，可以将捕获剂固定在扩增表面上以使得感测表面807能够捕获目标分析物。
在一些实施例中，表面偏移810基本上接近于零。在一些实施例中，表面偏移810是至少约10nm、约100nm、约500nm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约50μm、约70μm、约100μm、约120μm、约150μm、约200μm、约300μm、约400μm或约500μm的正值或负值。在一些实施例中，表面偏移810是小于约1mm、约500μm、约400μm、约300μm、约200μm、约150μm、约120μm、约100μm、约70μm、约50μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm、约2μm、约1μm、约500nm、约100nm或约50nm的正值或负值。在一些实施例中，表面偏移810是约10nm-1mm、约10nm-50μm、约100nm-5μm或约100nm-5μm的正值或负值。
在一些实施例中，感测芯片806可具有至少约50nm、约100nm、约200nm、约500nm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约50μm、约70μm、约100μm、约120μm、约150μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm或约1mm的平均厚度。在一些实施例中，感测芯片806可具有小于约3mm、约1mm、约700μm、约600μm、约500μm、约400μm、约300μm、约200μm、约150μm、约120μm、约100、约70μm、约50μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm、约2μm、约1μm、约500μm、约200nm、约100nm或约50nm的平均厚度。在一些实施例中，感测芯片806可以具有约50nm-3mm、约500nm-700μm、约1μm-500μm、约1μm-20μm或约20μm-100μm之间的平均厚度。
在一些实施例中，感测芯片806可以具有至少约50nm、约100nm、约200nm、约500nm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约50μm、约70μm、约100μm、约120μm、约150μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约1mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约10mm、约15mm或约20mm的长度或宽度。在一些实施例中，感测芯片806可以具有小于约30mm、约20mm、约15mm、约10mm、约8mm、约7mm、约6mm、约5mm、约4mm、约3mm、约1mm、约500μm、约400μm、约300μm、约200μm、约150μm、约120μm、约100μm、约70μm、约50μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm、约2μm、约1μm、约500nm、约200nm或约100nm的长度或宽度。在一些实施例中，感测芯片806可以具有约50nm-30mm、约1μm-10mm、约1μm-8mm、约1μm-150μm、150μm-1mm或1mm-5mm之间的长度或宽度。
在一些实施例中，孔816具有横向尺寸：长度和宽度，以及垂直尺寸：孔深度。在一些实施例中，孔816的横向尺寸被配置为大于感测芯片806的横向尺寸，使得当感测芯片806被放置在孔816内部时，在感测芯片806和孔壁之间存在横向距离。在一些实施例中，孔深度被配置为在第二板804和感测芯片806的感测表面807之间具有期望的表面偏移810。
因此，在一些实施例中，通过在QMAX802上包括用于容纳感测芯片806的孔816，QMAX802可以使用户(例如医生或研究人员)能够更容易地测定液体样品812并处理感测芯片806，因为QMAX802与感测芯片806相比大得多。
图8B示出了根据一些实施例，当QMAX装置800被配置为处于开放构造时，流体样品812可以被沉积(例如，掉落)在第一板802与第二板804之间。在一些实施例中，在开放构造中，第一板802和第二板804部分或完全分开，并且第一板802和第二板804的样品接触区域之间的平均距离大于约300μm。在一些实施例中，流体样品812可以沉积在感测芯片806的感测表面807上。在一些实施例中，第二板804包括溢流屏障(例如，沟槽、壁，或沟槽和壁两者)，该溢流屏障被配置为防止流体样品812从第二板804溢出或溢下。在一些实施例中，在流体样品812沉积在第一板802和第二板804之间之后，第一板802可以放置在第二板804上方以覆盖流体样品812。在一些实施例中，流体样品812具有约0.1-4mPa s的粘度。
图8C示出了根据一些实施例，第一板802和第二板804可以在闭合构造中被挤压在一起以使图8B的流体样品812变形为第一板802与第二板804之间的液膜814。在一些实施例中，液膜814是被压缩成厚度基本上均匀的层的流体样品812的至少一部分。在一些实施例中，在闭合构造中，第一板802和第二板804的样品接触区域之间的平均距离小于约300μm。在一些实施例中，液膜814的均匀厚度可由第一板802和感测表面807限制，并由间隔件808调节。在一些实施例中，感测芯片806包括一个或多个间隔件808，其在闭合构造中调节第一板802的内表面和感测芯片806的感测表面807之间的平均间距。在一些实施例中，第二板804包括一个或多个间隔件808，其在闭合构造中调节第一板802的内表面与感测芯片806的感测表面807之间的平均间距。在一些实施例中，第一板802和第二板804可以使用不精确的力挤压在一起和/或通过手或机器挤压在一起。
在一些实施例中，QMAX装置800包括装置适配器，该装置适配器包括壳体，在壳体上的附件，该附件允许装置适配器用相机附接到移动电话，在壳体中的狭槽允许处于闭合构造的第一板802和第二板804滑入狭槽中，并且当第一板和第二板处于狭槽中时，壳体中的光学系统被配置为使样品接触区域的至少一部分由相机成像。
在一些实施例中，液膜814具有至少约5mm2(平方毫米)、约10mm2、约20mm2、约40mm2、约60mm2或约80mm2的均匀厚度样品区域。在一些实施例中，均匀厚度样品区域小于约150mm2、约80mm2、约60mm2、约40mm2、约20mm2或约10mm2。在一些实施例中，均匀厚度样品区域为约5mm2-150mm2、约5mm2-10mm2、约10mm2-20mm2、约20mm2-40mm2、约40mm2-60mm2、约60mm2-80mm2或约80mm2-150mm2。
在一些实施例中，如在图8C中所示，通过操作具有第一板802、第二板804和间隔件808的QMAX802来压缩液体样品812，QMAX802可以被配置为用于在感测芯片806上方产生液体样品812的液膜814。因此，通过使用如图8A-C所示的QMAX808，本公开使得能够在感测芯片806上产生具有厚度基本上均匀的薄层的液膜814。此外，根据一些实施例，用户(例如研究人员)可以使用QMAX800来更容易地操作具有小尺寸的感测芯片806的液体样品812。
在一些实施例中，闭合构造中的液膜814的厚度比感测芯片806的感测表面807的横向尺寸(例如，面积)薄得多，且所述配置的厚度使得在测试周期中：饱和结合时间受到穿过液膜814厚度的垂直扩散的限制，使得距离感测表面807上的结合位点的许多倍厚度远的分析物对局部结合几乎没有影响。
在一些实施例中，感测表面807可以是非平坦的，并且第一板802可以被配置为符合感测表面807的非平坦表面，以使得感测表面807上方的流体样品812的厚度基本上均匀。在一些实施例中，为了使感测表面807能够是非平坦的，第一板802的柔性、间隔件808的间隔件间距、间隔件808的几何形状或其组合可能需要根据特定属性来配置，如下文将要描述。
在一些实施例中，为了使流体样品812能够被压缩成具有均匀厚度的液膜814，第一板802可以由能够弯曲的柔性材料816制成。在一些实施例中，第一板802可以由柔性聚合物构成，例如聚苯乙烯、PMMA、PC、COC、COP或另一塑料中的一种。在一些实施例中，第一板802可以由厚度在约10μm-200μm之间的柔性材料制成。
在一些实施例中，QMAX装置800可以包括由柔性材料制成的第一板802，使得QMAX装置800具有如下特性：间隔件间距(IDS)的四次方除以柔性第一板802的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD^4/(hE))小于约5x10^6μm^3/Gpa、约1x10^6μm^3/GPa、约5x10^5μm^3/GPa、约1x10^5μm^3/GPa，或约1x10^4μm^3/GPa。在一些实施例中，QMAX装置800具有以下特性：间隔件间距(IDS)的四次方除以所述柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD^4/(hE))为至少约0.5x10^4μm^3/GPa、约1x10^5μm^3/GPa、约5x10^5μm^3/GPa，或约1x10^6μm^3/GPa。在一些实施例中，第一板802或第二板804各自具有在20μm至250μm范围内的厚度以及在0.1GPa至5GPa范围内的板的杨氏模量。在一些实施例中，第一板802或第二板804具有使得柔性板的厚度乘以柔性板的杨氏模量各自在60至750GPa-μm的范围内的特性。
在一些实施例中，QMAX装置800可以包括由柔性材料制成的第一板802，使得QMAX装置800具有柔性第一板802的厚度(h)乘以杨氏模量(E)在约60-750GPa-μm的范围内的特性。
在一些实施例中，间隔件808的填充因子可定义为与液膜814(即，压缩到厚度基本上均匀的层中的流体样品812)的层接触的间隔件808的面积和与液膜814接触的总板面积的比率。在一些实施例中，总板面积包括与液膜814接触的第一板802的面积。在一些实施例中，总板面积包括与液膜814接触的第一板802和第二板804的面积。
在一些实施例中，调节液膜814的均匀厚度的间隔件808具有使得间隔件808的杨氏模量乘以间隔件808的填充因子为至少约2MPa、约4MPa、约5MPa、约8MPa或约10MPa的特性。在一些实施例中，间隔件808具有使得间隔件808的杨氏模量乘以间隔件808的填充因子小于约15MPa、约10MPa、约8MPa、约5MPa或约4MPa的特性。
在一些实施例中，间隔件808具有介于约1.8μm-4μm、约1.8μm-3.6μm、约1.8μm-2.2μm、约2μm-2.5μm或约2μm-3μm之间的高度。在一些实施例中，间隔件808的高度为约2μm、约2.2μm、约2.4μm、约2.6μm、约2.8μm、约3μm、约3.2μm、约3.4μm或约3.6μm。
在一些实施例中，间隔件808的间隔件间距比液膜814中分析物的尺寸大至少约两倍，其中分析物的尺寸小于约200μm。
在一些实施例中，间隔件间距与间隔件808的间隔件宽度的比率为至少约1.5。在一些实施例中，间隔件808的宽度与高度的比率为至少约1、约1.5、约2、约3、约5、约10、约20、约30或约50。在一些实施例中，间隔件808的宽度与高度的比率小于约100、约50、约30、约20、约10、约5、约3、约2或约1.5。
在一些实施例中，间隔件808被配置为使得间隔件808的填充因子为至少约1％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％或约70％。在一些实施例中，间隔件808被配置为使得间隔件808的填充因子小于约80％、约70％、约60％、约50％、约40％、约30％、约20％、约10％或约5％。在一些实施例中，间隔件808被配置为使得间隔件808的填充因子介于约1％-80％、约1％-5％、约5％-50％、约5％-10％、约10％-20％、约20％-30％或约50％-80％之间。
在一些实施例中，间隔件808被配置为使得间隔件808的填充因子乘以间隔件808的杨氏模量为至少约2MPa、约10MPa、约20MPa、约40MPa、约80MPa或约120MPa。在一些实施例中，间隔件808被配置为使得间隔件808的填充因子乘以间隔件808的杨氏模量小于约150MPa、约120MPa、约80MPa、约40MPa、约20MPa或约10MPa。在一些实施例中，间隔件808被配置为使得间隔件808的填充因子乘以间隔件808的杨氏模量介于约2MPa-150MPa、约2MPa-10MPa、约10MPa-20MPa、约20MPa-40MPa、约40MPa-80MPa、约80MPa-120MPa或约120MPa-150MPa之间。
在一些实施例中，在图8C中，当向第一板802施加压力时，第一板802是柔性的并且间隔件808是可压缩的。在其他实施例中，第一板802不是柔性的并且间隔件808是可压缩的。在另外的实施例中，第一板802是柔性的并且间隔件808是不可压缩的。
在一些实施例中，QMAX装置800可以包括用于容纳第一感测芯片的第一孔和用于容纳第二感测芯片的第二孔。在这些实施例中，第一感测芯片和第二感测芯片可以具有不同的尺寸。此外，在一些实施例中，第一感测芯片可以在其感测表面上包括第一试剂，并且第二感测芯片可以在其感测表面上包括第二试剂。通过这样做，QMAX装置800可以被配置为测量流体样品812的两个不同特性。
图9A-C示出了根据一些实施例的QMAX装置900的各种透视图，该QMAX装置900包括板904，该板904具有用于容纳对应的多个感测芯片906A-D的多个孔908A-D。在一些实施例中，板904可以对应于图8A-C的第二板804。在一些实施例中，两个或更多个感测芯片906A-D可以具有不同的尺寸。类似地，两个或更多个孔908A-D可以具有不同的尺寸。在一些实施例中，如图9B中所描绘，感测芯片906A-D中的每一个可具有可以不同的对应的表面偏移910A-910D。
图15示出了根据一些实施例，用于使用计算装置1506分析流体样品1504A-C的系统1500。在一些实施例中，系统1500包括处于与流体样品1504A-C相互作用的不同阶段的QMAX装置1502A-D。在一些实施例中，QMAX装置1502A-E可以是以上参考图1-9讨论的任何QMAX装置。
在一些实施例中，QMAX装置1502A-D包括可相对于彼此移动以进入开放构造(例如，如QMAX装置1502A-B所示)和闭合构造(例如，如QMAX装置1502C-D所示)的第一板和第二板。在一些实施例中，QMAX装置1502A可以是可折叠的。在一些实施例中，流体样品1504A可以沉积在QMAX装置1502B的第一板或第二板上。如图所示，被沉积的流体样品1504A可以是来自用针刺破的人的手指的血液样品。在一些实施例中，第一板和第二板可以被挤压在一起成为QMAX装置1502C的闭合构造。在该闭合构造中，流体样品1504A可以开始被压缩或变形，如流体样品1504B所示。在一些实施例中，可以在QMAX装置1502D的第一板或第二板上施加挤压力以将流体样品1504B压缩成具有厚度基本上均匀的层的流体样品1504C。
在一些实施例中，QMAX装置1502D可以被配置为感测在厚度基本上均匀的层处的流体样品1504C的目标生物/化学材料。例如，QMAX装置1502D可以包括被配置为提取具有与电极相反极性电荷的生物/化学材料的电极，如以上关于图7所讨论的。在其他实施例中，QMAX装置1502D的第二板可以包括用于容纳感测芯片的孔，该感测芯片被配置为检测或结合到特定的生物/化学材料，如以上关于图8A-C和14所讨论的。在一些实施例中，QMAX装置1502D的第一或第二板包括结合特定分析物或生物/化学材料的结合位点，其中厚度均匀的流体样品1504C的至少一部分在结合位点上并且基本上小于结合位点的平均横向线性尺寸。
在一些实施例中，系统1500包括计算装置1506，该计算装置1506被配置为在基本上均匀的厚度处分析流体样品1504C。在一些实施例中，计算装置1506可以是移动通信装置，诸如智能手机、平板计算机、智能手表以及其他便携式装置。
在一些实施例中，计算装置1506包括用于捕获由QMAX装置1502D压缩的流体样品1504C的一部分的图像的相机。在一些实施例中，计算装置1506包括一个或多个处理器，其被配置为处理所捕获图像以检测QMAX装置1502D的闭合构造中的分析物。例如，计算装置可以被配置为对在图像中捕获的特定分析物的数量进行计数，如以下关于图15所讨论的。
在一些实施例中，为了使相机能够对流体样品1504C成像，QMAX装置1502D的第一板和第二板中的一个或两个可以是透明的。在一些实施例中，来自计算装置1506或外部源的光源可以指向QMAX装置1502D，以使得相机能够检测流体样品1504C或对其成像。
在一些实施例中，系统1500包括适配器装置1520，其被配置为辅助计算装置1506对流体样品1504C成像。在一些实施例中，适配器装置1502包括具有狭槽1524的壳体1522，以在闭合构造中接收QMAX装置1502D。另外，壳体1522可安装到计算装置1506。在一些实施例中，适配器装置1520包括用于促进计算装置1506对流体样品1504C的成像和/或信号处理的光学器件。在一些实施例中，壳体1522包括被配置为将光学器件保持在计算装置1506上的底座。在一些实施例中，壳体1522中的光学器件的元件可以相对于壳体1522移动。在一些实施例中，在有或没有适配器装置1520帮助的情况下，计算装置1506可以被配置为接收流体样品1504C的成像的图像1508。
在一些实施例中，计算装置1506被配置为将与图像1508相关联的信息(例如，实际图像1508)无线传送到服务器1530。在一些实施例中，计算装置1506可以被配置为经由WiFi或蜂窝网络与服务器1530连通。在一些实施例中，服务器1530可位于云中并由计算装置1506经由云网络访问。在一些实施例中，服务器1530可以被配置为进一步分析图像1508或相关联的结果。例如，服务器1530可以包括更大的处理能力，以改进在计算装置1506处执行的分析。在一些实施例中，服务器1530可以与医学专业人员、医疗机构或保险公司相关联。在一些实施例中，服务器1530可以细化由计算装置1506提供的结果，并经由无线通信网络将信息(例如，细化的结果)提供回计算装置1506。在一些实施例中，由计算装置1506接收的信息可以是处方，诊断或来自医学专家的推荐。
图10A示出了根据一些实施例，用于使用QMAX装置执行流体样品的生物/化学材料测定的方法1000A。
在步骤1002中，获得具有开放构造和闭合构造的QMAX装置。在一些实施例中，QMAX装置包括第一板、第二板，以及固定在第一板和第二板之一或两者上的间隔件。间隔件具有预定的基本上均匀的高度。在一些实施例中，第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造。第一板和第二板各自具有各自的内表面，该内表面具有用于接触流体样品的样品接触区域。在一些实施例中，第一板包括第一电极，第二板包括第二电极，如图3A-B所示。在一些实施例中，该第一板包括一个或多个第一电极并且该第二板包括一个或多个第二电极，如在图1A-B中所示。在一些实施例中，第二板包括第一电极和第二电极，如图4A-B和5A-B所示。
在步骤1004中，当QMAX装置处于开放构造时，流体样品沉积在第二板上。在一些实施例中，在该开放构造中，该第一板和第二板是部分或完全分开的，并且该第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件调节。在一些实施例中，流体样品可以沉积在第一板和第二板上。在一些实施例中，流体样品可以沉积在第二板的中心。
在步骤1006中，第一板和第二板被挤压在一起形成闭合构造，以将至少部分流体样品压缩成厚度基本上均匀的层。在一些实施例中，在闭合构造中，流体样品的至少一部分的层由第一板和第二板的内表面限制并且由间隔件调节。在一些实施例中，通过压缩流体样品，第一和第二电极在均匀厚度的层处与流体样品接触。
在步骤1008中，通过第一和第二电极测量均匀厚度层处的流体样品的一个或多个电特性。在一些实施例中，所述一个或多个电特性包括电流、电容、电势、电导、阻抗、介电常数或其组合中的一个或多个。在一些实施例中，在第一和第二电极之间诱导电压以使得能够测量流体样品的一个或多个电特性。在一些实施例中，通过向第一和第二电极施加电势以诱导电压，可以允许样品液体中的电子在第一和第二电极之间通过。在一些实施例中，QMAX装置包括测量装置，用于测量一个或多个电特性，例如在厚度基本上均匀的层处流体样品的介电常数。
在一些实施例中，QMAX装置包括阻挡膜，例如参照图5A-B描述的阻挡膜512，以使得测量装置能够测量流体样品的电解质浓度。
图10B示出了根据一些实施例，用于使用QMAX装置测量流体样品的介电常数(示例电特性)的方法1000B。在一些实施例中，该流体样品可以是血液样品，如关于图1A-B所描述的，并且该QMAX装置可以被配置为基于所测量的介电常数来确定该流体样品的凝结特性。在一些实施例中，如关于方法1000A所描述的，QMAX装置可以执行方法1000B。例如，QMAX装置包括第一板、第二板，以及固定在第一板和第二板之一或两者上的间隔件。间隔件具有预定的基本上均匀的高度。在一些实施例中，第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造。第一板和第二板各自具有各自的内表面，该内表面具有用于接触流体样品的样品接触区域。在一些实施例中，第一板包括第一电极，第二板包括第二电极。如以上关于图10A所讨论的，根据一些实施例，第一和第二电极的其他布置和数量是可能的。
在步骤1010中，流体样品以开放构造沉积在QMAX装置的第二板上。在一些实施例中，流体样品是沉积在第二板中心的血液样品。
在步骤1012中，第一板覆盖第二板，并且第一板和第二板被挤压在一起以将QMAX装置配置为闭合构造。在一些实施例中，流体样品在闭合构造中被压缩成厚度基本上均匀的层。
在步骤1014中，由电源向第一和第二电极施加高频AC。
在步骤1016中，在厚度基本上均匀的层处的流体样品的介电常数值被实时测量多次。在一些实施例中，QMAX装置包括被配置为在预定时间(例如15s、30s、45s、1min等)测量介电常数值的测量装置。
在步骤1018中，确定达到介电常数峰值(T峰值)所需的时间。在一些实施例中，为了确定峰值，测量装置可以被配置为确定正被测量的介电常数值的最大介电常数值。在一些实施例中，QMAX装置可以被配置为基于介电常数的峰值来确定流体样品的凝结特性。在一些实施例中，在流体样品是血液样品的情况下，介电常数参数(例如，介电常数的峰值)可用于计算PT或aPPT。
图11示出了曲线图1100，其示出了根据一些实施例，使用QMAX装置实验获得的介电常数的代表性测量结果。在一些实施例中，使用图4A-B的QMAX装置400获得测量结果。在一些实施例中，为了获得介电常数结果，执行方法1000B。在图11的实验设置中，将血液样品沉积在QMAX装置400上，并且一旦将第一板402和第二板404挤压在一起以将QMAX装置400配置为闭合构造，就将1MHz AC施加到QMAX装置400的电极408和410。然后，如曲线图1100所示，在0分钟至12分钟范围内的多个时间段测量并标准化介电常数。在一些实施例中，多个介电常数值可以用作血液凝结特性的指标。此外，在该实验设置中，标准化介电常数的峰值(T峰值)被确定为约2分钟，其可以用作血液样品的凝结特性的指标。
图12A-B示出了曲线图1200A-B，其示出了根据一些实施例，使用QMAX装置实验获得的流体样品的电解质浓度的代表性测量结果。在这些示例中，图10A的方法1000A是使用图5A-B的QMAX装置500来执行的。
为了获得曲线图1200A-B的代表性结果，使用具有以下特性的QMAX装置500：(1)第二板404具有32mmx24mmx1mm的尺寸，并且包括各自由金制成的电极508和电极510；(2)电极508和电极510各自具有两个区域，一个接触垫区域(3mmx3mmx50nm金)和一个测量垫(20mmx5mmx50nm金)；(3)电极510的测量区域涂覆有用于不同应用(对离子例如但不限于Na+，K+等具有选择性)的厚度约为1μm的离子选择性阻挡膜512；(4)图12A中的阻挡膜512是Na+选择性膜，其含有1wt％的离子载体E TH 2120，33wt％的5％PVC和66wt％的DOS；(5)图12B中的阻挡膜512是含有缬氨霉素2.0mg、BBPA 65.5mg、KTpC1PB0.5mg、PVC 33.0mg的K+选择性阻挡膜。将该混合物溶于ca.1ml四氢呋喃；(6)第一板502包括在175μm厚的PmmA膜上制作的由30x40μm柱尺寸，80μm间距和30μm柱高度的微柱阵列制成的间隔件；(7)电源506是在电极508和510上施加0V至10V范围的DC电源；和(8)与电极508和510之一串联以监测电流的电流计。
为了获得曲线图1200A-B的代表性结果，执行方法1000A。特别地，实验设置包括以下步骤：(1)将一滴浓度为0.1μm-1M的12μL NaCl和KCl溶液流体样品沉积在第二板504上；(2)将第一板502压在第二板504上；(3)在1V下测量流过电极508和510的电流。如图12A-B中所示，在1V偏压下测量电流值并相对于Na+(曲线图1200A)和K+(曲线图1200B)的不同浓度作图，显示Na+1.1μm和K+0.93μm的LOD，而钠膜的选择性(Na+：K+)为14且钾膜的选择性(K+：Na+)为12。
图13示出了根据一些实施例，用于使用QMAX装置从流体样品中提取带电生物/化学材料的方法1300。在一些实施例中，可以从流体样品中提取的带电材料可以包括例如核酸，例如但不限于DNA和RNA。
在步骤1302中，获得具有开放构造和闭合构造的QMAX装置。在一些实施例中，QMAX装置包括第一板、第二板，以及固定在第一板和第二板之一或两者上的间隔件。间隔件具有预定的基本上均匀的高度。在一些实施例中，第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造，包括开放构造和闭合构造。第一板和第二板各自具有各自的内表面，该内表面具有用于接触流体样品的样品接触区域。在一些实施例中，该第一板包括定位在该第一板的外表面上的一个第一电极，并且该第二板包括定位在该第二板的外表面上的一个第二电极，如图2A所示。在一些实施例中，该第一板包括定位在该第一板的外表面上的一个或多个第一电极，并且该第二板包括定位在该第二板的外表面上的一个或多个第二电极，如在图2B中所示。在一些实施例中，该第一电极被定位在该第一板之外并且不与该第一板接触，并且该第二电极被定位在该第二板之外并且不与该第二板接触，如图2C所示。
在步骤1304中，当QMAX装置处于开放构造时，流体样品沉积在第二板上。在一些实施例中，在该开放构造中，该第一板和第二板是部分或完全分开的并且该第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件调节。在一些实施例中，流体样品可以沉积在第一板和第二板之一或两者上。在一些实施例中，流体样品包括具有第一电荷极性的带电生物/化学材料。在一些实施例中，带电荷的生物/化学材料可以是核酸、蛋白质、分子、病毒、细菌、细胞或纳米颗粒中的一种。
在步骤1306中，第一板和第二板被挤压在一起形成闭合构造，以将至少部分流体样品压缩成厚度基本上均匀的层。在一些实施例中，在闭合构造中，流体样品的至少一部分的层由第一板和第二板的内表面限制并且由间隔件调节。此外，根据一些实施例，厚度基本上均匀的层可以相对于第一板和第二板基本上是停滞的。
在一些实施例中，流体样品可以是生物样品，例如血液。在这些实施例中，流体样品中的带电生物/化学材料可以是具有负电荷的核酸。在一些实施例中，流体样品的目标组分被裂解以释放核酸。在一些实施例中，这些间隔件的均匀高度被配置为允许该第一板和第二板裂解该流体样品中的目标组分，同时在该QMAX的闭合构造中将该流体样品压缩成均匀厚度的层。在一些实施例中，目标组分是流体样品中的细胞。在一些实施例中，目标组分是流体样品中的血细胞。如关于图1A-B所述，流体样品可以是全血或血清。此外，根据一些实施例，流体样品可以是具有一种或多种加入的凝结调节剂的血液样品。
在步骤1308中，在闭合构造期间通过电源在第一和第二电极之间施加电场一段时间，以将第二板配置为与生物/化学材料的第一电荷极性相反的第二电荷极性。在一些实施例中，电场可由电源控制。在一些实施例中，第二板随着由第一和第二电极施加的偏压而变得导电，这使得第二板能够充电到与充电的生物/化学材料的极性相反的极性。
在一些实施例中，生物/化学材料可以是带负电荷的组分，例如核酸。在这些实施例中，电源可以被配置为调节电场以使第二板带正电荷，从而使第二板能够在第二板的内表面捕获核酸的带负电荷的组分。
在一些实施例中，带电生物/化学材料与第二板的相对带电表面之间的静电相互作用，使得带电生物/化学材料固定在相对带电表面上。在一些实施例中，在经过一段时间之后，流体样品中的大多数带电生物/化学材料将扩散到相对带电表面的样品接触区域，并且在该相对带电表面处变得固定，直到达到饱和提取。
在步骤1310中，第一板和第二板被开放成开放构造。
在步骤1312中，洗涤第二板的内表面。在一些实施例中，清洗掉内表面的污染物和其它未被捕获的组分。在一些实施例中，内表面用海绵洗涤。在一些实施例中，海绵包括柔性多孔材料，该柔性多孔材料具有可变形的孔并且具有配置为当孔的形状改变时将洗涤介质吸收到材料中或将洗涤介质从材料中释放的尺寸和表面特性。在一些实施例中，用海绵洗涤内表面包括用力挤压海绵(并改变孔的形状)以将海绵中的洗涤介质释放到内表面上，然后去除力(并改变孔的形状)以允许海绵再吸收洗涤介质。
在步骤1314中，提取在洗涤了污染物的第二板的内表面上捕获的生物/化学材料用于进一步分析。
在一些实施例中，可以将检测剂加入到带电荷的生物/化学材料中，并且可以将检测剂配置为结合到生物/化学材料的分析物以产生可检测信号。在一些实施例中，其中带电生物/化学材料是核酸，检测剂可以是加入到捕获的核酸中以进行PCR反应的聚合酶链式反应(PCR)介质。在一些实施例中，通过电磁信号改变第二板的温度进行PCR反应。在一些实施例中，温度可以由来自第二电极的电信号改变并且由电源诱导。在一些实施例中，通过改变在第二板上发射的光来进行PCR反应。
图14示出了根据一些实施例，用于使用QMAX装置容纳感测芯片的方法1400。在一些实施例中，QMAX装置可以是如关于图8A-B所描述的QMAX装置800。
在步骤1402中，获得QMAX装置的第一板和第二板，它们可相对于彼此移动成多个构造，包括开放构造和闭合构造。在一些实施例中，第一板和第二板中的一个或两个是柔性的。在一些实施例中，第一板在第一内表面上包括用于接触流体样品的样品接触区域。在一些实施例中，第二板在第二内表面上包括孔和置于孔内的感测芯片。感测芯片具有用于接触流体样品的感测表面。在一些实施例中，第一板、第二板和感测芯片中的一个或多个包括永久固定在相应的样品接触区域上的间隔件。在一些实施例中，只有感测芯片包括间隔件。
在步骤1404中，当第一板和第二板处于开放构造时，流体样品沉积在第一板、第二板或感测芯片上。在一些实施例中，在该开放构造中，该第一板和第二板是部分或完全分开的并且该第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件调节。在一些实施例中，流体样品可以沉积在感测芯片的感测表面上。
在步骤1406中，第一板和第二板被挤压在一起形成闭合构造，以将至少部分流体样品压缩成厚度基本上均匀的层。在一些实施例中，将第一板和第二板挤压在一起使得第一板和感测芯片将流体样品压缩成厚度基本上均匀的层。在一些实施例中，在闭合构造中，厚度基本上均匀的层由第一板的第一内表面(例如，样品接触区域)和感测芯片的感测表面限定，并且由第一板、感测芯片和间隔件调节。此外，根据一些实施例，厚度基本上均匀的层可以相对于第一板和第二板基本上是停滞的。
在步骤1408中，感测芯片可以被配置为分析被压缩到厚度基本上均匀的层中的流体样品。在一些实施例中，感测芯片可以被配置为在小于约60秒或约10秒内分析被压缩到厚度基本上均匀的层中的流体样品。在一些实施例中，感测芯片可包括预定区域的干结合位点以结合和固定层中的特定分析物。在一些实施例中，分析流体样品包括检测流体样品中的预定分析物。在一些实施例中，预定分析可以是生物标记。在一些实施例中，所述分析可以是核酸、蛋白质、细胞类型或代谢物。在一些实施例中，分析流体样品包括计数特定分析物的量。例如，分析流体样品可包括计数流体样品中分析的下列任何一种的数量：红细胞、白细胞、嗜中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞。
在一些实施例中，QMAX装置可被配置为可与适配器装置一起操作以使得接触区域的至少一部分能够由包括成像装置(例如，相机)的计算装置(例如，移动装置)进一步分析。在一些实施例中，待进一步分析的接触区域的部分可以是感测芯片的感测表面。在一些实施例中，该适配器进一步包括在该壳体中的狭槽，其允许处于该闭合构造中的该第一板和第二板滑入该狭槽中，以使得该计算装置的成像装置能够对该接触区域的至少一部分进行成像。在一些实施例中，所述计算装置可被配置为分析所述接触区域的至少一部分图像以计数由所述感测芯片捕获的特定类型的分析的数量。
在一些实施例中，为了帮助进一步分析，例如分析由成像装置拍摄的图像，QMAX装置可以包括涂覆在第一板的第一内表面或第二板的第二内表面上的干燥试剂。在一些实施例中，干试剂可以是在与流体样品接触时释放到流体样品中的可释放试剂。在一些实施例中，QMAX装置可以包括在第一内表面或第二内表面上的释放时间控制材料，其延迟可释放的干试剂释放到流体样品中的时间。在一些实施例中，释放时间控制材料将干试剂的释放延迟至少约3秒。
在一些实施例中，干试剂可以包括抗凝血剂或染色试剂(例如细胞染色剂)，用于与流体样品中的目标分析物(例如核酸)相互作用。在一些实施例中，干试剂可以包括标签试剂或荧光标签试剂，其被配置为在流体样品中扩散来对目标分析物进行染色。在一些实施例中，通过经由干燥试剂对目标分析物进行染色，可以更容易地分析接触区域的至少一部分的图像。
图16示出了根据一个实施例的计算机的示例。根据一些实施例，计算机1600可以是用于分析流体样品的系统的组件，例如来自图15的计算装置1512或服务器1530。
计算机1600可以是连接到网络的主计算机。计算机1600可以是客户计算机或服务器。如图16所示，计算机1600可以是任何合适类型的基于微处理器的装置，诸如个人计算机、工作站、服务器、物联网装置，或手持计算装置，诸如电话或平板计算机。计算机可以包括例如处理器1610、输入装置1620、输出装置1630、存储器1640和通信装置1660中的一个或多个。输入装置1620和输出装置1630通常可以对应于上述装置，并且可以与计算机连接或集成。
输入装置1620可以是提供输入的任何合适的装置，诸如触摸屏或监视器、键盘、鼠标或语音识别装置。输出装置1630可以是提供输出的任何合适的装置，诸如触摸屏、监视器、打印机、磁盘驱动器或扬声器。
存储1640可以是提供存储的任何合适的装置，诸如电、磁或光存储器，包括RAM、高速缓存、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、磁带驱动器或可移动存储盘。通信装置1660可以包括能够通过网络发送和接收信号的任何合适的装置，诸如网络接口芯片或卡。计算机的组件可以以任何合适的方式连接，例如经由物理总线或无线连接。存储器1640可以是非暂时性计算机可读存储介质，其包含一个或多个程序，当被一个或多个处理器(如处理器1610)执行时，使得该一个或多个处理器执行在此描述的方法的一个或多个步骤。
可以存储在存储器1640中并由处理器1616执行的软件1650，可以包括例如体现本公开的功能的程序(例如，体现在如上所述的系统、计算机、服务器和/或装置中)。在一些实施例中，软件1650可以包括诸如应用服务器和数据库服务器的服务器组合。
软件1650还可以存储和/或传输在任何计算机可读存储介质内，以供指令执行系统、设备或装置使用，或与其结合使用，例如，如上所述，可以从指令执行系统、设备或装置获取和执行与软件相关联的指令。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何介质，诸如存储器1640，其可以包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的程序。
软件1650还可在任何传输介质内传播以供指令执行系统、设备或装置使用，或与其结合使用，例如，如上所述，可以从指令执行系统、设备或装置获取和执行与软件相关联的指令。在本公开的上下文中，传输介质可以是能够传送、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的程序的任何介质。传输可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁或者红外有线或无线传播介质。
计算机1600可以连接到网络，该网络可以是任何合适类型的互连通信系统。网络可以实施任何合适的通信协议，并且可以通过任何合适的安全协议来进行保护。网络可以包含能够实施网络信号的发送和接收的任何适当布置的网络链路，例如无线网络连接、T1或T3线路、电缆网络、DSL或电话线。
计算机1600可以实施适于在网络上操作的任何操作系统。软件1650可以用任何合适的编程语言编写，例如C、C++、Java或Python。在各种实施例中，体现本公开的功能的应用软件可以以不同的配置来部署，例如在客户端/服务器布置中或通过作为基于Web的应用或Web服务的Web浏览器来部署。
实施例和相关公开
本公开包括各种实施例，其可以多种方式组合，只要各种组件彼此不矛盾。实施例应当被认为是单个发明文件：每个申请具有作为参考文献的其它申请，并且也出于所有目的而整体地引用，而不是作为离散的独立文件。这些实施例不仅包括当前文件中的公开内容，而且包括在此引用、并入或要求优先权的文件。
定义
在本申请中或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504，中定义了用于描述本文的装置、系统和方法的术语，所有这些出于所有目的通过引用整体并入本文。
术语“CROF卡(或卡)”、“COF卡”、“QMAX卡”、“Q卡”、“CROF装置”、“COF装置”、“QMAX装置”、“CROF板”、“COF板”和“QMAX板”是可互换的，除了在一些实施例中，COF卡可以不包括间隔件；并且该术语涉及一种装置，该装置包括第一板和第二板，该第一板和第二板可相对于彼此移动成不同的构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包括间隔件(COF卡的一些实施例除外)，该间隔件调节板之间的间隔。术语“X-板”是指CROF卡中两个板中的一个，其中间隔件固定到该板。于2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456,065中给出了COF卡、CROF卡和X板的更多描述，出于所有目的通过引用将其全部内容并入本文。
Q卡、间隔件和均匀样品厚度以及扩增表面
本文所公开的装置、系统和方法可包括或使用Q卡、间隔件和用于样品检测、分析和量化的均匀样品厚度实施例。在一些实施例中，Q卡包括间隔件，其有助于将样品的至少一部分呈现为高均匀性层。间隔件的结构、材料、功能、变化和尺寸以及间隔件和样品层的均匀性在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
铰链、开放凹口、凹槽边缘和滑块
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和量化的Q卡。在一些实施例中，Q卡包含铰链、凹口、凹槽和滑块，其有助于促进Q卡的操作和样品的测量。铰链、凹口、凹槽和滑块的结构、材料、功能、变化和尺寸在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
在QMAX的一些实施例中，一个或两个板的样品接触区域包含一个压缩开放流动监测表面结构(MSS)，该压缩开放流动监测表面结构被配置为监测在COF之后已经发生了多少流动。例如，在一些实施例中，MSS包含浅正方形阵列，其将引起对样品中的组分(例如血液中的血细胞)的摩擦。通过检查样品的一些组分的分布，可以获得与样品及其组分在COF下的流动相关的信息。
MSS的深度可以是间隔件高度的1/1000、1/100、1/100、1/5、1/2或在任何两个值的范围内，并且呈突出或孔形。
Q卡、滑块和智能手机检测系统
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和量化的Q卡。在一些实施例中，Q卡与允许智能手机检测系统读取的卡的滑块一起使用。Q卡、滑块和智能手机检测系统的结构、材料、功能、变化、尺寸和连接在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
尺寸
本文所公开的装置、设备、系统和方法可包括或使用QMAX装置，所述QMAX装置可包含板和间隔件，如上文相对于图1-9和15所述。在一些实施例中，QMAX装置及其适配器的各个组件的尺寸在2016年8月10日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和2016年12月9日提交的美国临时申请号62,431,639以及2017年2月8日提交的62/456,287中列出、描述和/或总结，通过引用将其全部并入本文。
在一些实施例中，除了上述QMAX装置的各种组件的尺寸之外，这些尺寸可以如下表中所列出：
板：
铰链：
凹口：
沟槽:
插座插槽
间隔件尺寸
术语“间隔件填充因子”或“填充因子”是指间隔件接触面积与总板面积的比率，其中间隔件接触面积在闭合构造下，是指间隔件的顶表面接触到板的内表面的接触面积，总板面积是指间隔件平顶接触的板内表面的总面积。由于存在两个板并且每个间隔件具有两个接触表面，每个接触表面接触一个板，所以填充因子是最小的填充因子。
例如，如果间隔件是具有正方形(10μmx10μm)的平顶、几乎均匀的横截面和2μm高的柱，并且间隔件是周期性的，周期为100μm，则间隔件的填充因子是1％。如果在上述示例中，柱间隔件的底部是15μmx15μm的正方形，则按定义填充因子仍是1％。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件具有柱状形状和几乎均匀的横截面。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件间距(SD)等于或小于约120μm(微米)。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件间距(SD)等于或小于约100μm(微米)。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件间距(ISD)的四次方除以所述柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD4/(hE))为5x106μm3/GPa或以下。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件间距(ISD)的四次方除以所述柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD4/(hE))为5x105μm3/GPa或以下。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件具有柱状形状，基本上平坦的顶表面，预定的基本上均匀的高度和预定的恒定间隔件间距，所述间隔件间距比所述分析物的尺寸大至少约2倍，其中所述间隔件的杨氏模量乘以间隔件的填充因子等于或大于2MPa，其中填充因子是间隔件接触面积与总板面积的比率，且其中对于每一间隔件，间隔件的横向尺寸与其高度的比率至少为1(1)。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件具有柱状形状，基本上平坦的顶表面，预定的基本上均匀的高度和预定的恒定间隔件间距，所述间隔件间距比所述分析物的尺寸大至少约2倍，其中所述间隔件的杨氏模量乘以间隔件的填充因子等于或大于2MPa，其中填充因子是间隔件接触面积与总板面积的比率，且其中对于每一间隔件，间隔件的横向尺寸与其高度的比率至少为1(1)，其中间隔件间距(ISD)的四次方除以柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD4/(hE))为5x106μm3/GPa或以下。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述间隔件的间隔件间距与所述间隔件的平均宽度的比率为2或更大，且所述间隔件的填充因子乘以所述间隔件的杨氏模量为2MPa或更大。
根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件具有柱的形状且所述柱的宽度与高度的比率等于或大于1。根据任一前述实施例所述的方法或装置，其中所述间隔件具有柱的形状，且所述柱具有基本上均匀的横截面。
压缩成层的样品的尺寸
此外，根据一些实施例，除了上述关于压缩成厚度基本上均匀的层(例如，层112B、614、708或液膜814)的样品的实施例之外，均匀厚度的层可以具有以下尺寸：
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层在至少1mm2的横向区域上是均匀的。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层在至少3mm2的横向区域上是均匀的。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层在至少5mm2的横向区域上是均匀的。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层在至少10mm2的横向区域上是均匀的。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层在至少20mm2的横向区域上是均匀的。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层在20mm2到100mm2范围内的横向区域上是均匀的。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层具有高达+/-5％或更好的厚度均匀性。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层具有高达+/-10％或更好的厚度均匀性。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层具有高达+/-20％或更好的厚度均匀性。
根据任一先前装置实施例所述的装置，其中所述均匀厚度样品层具有高达+/-30％或更好的厚度均匀性。
检测方法
本文公开的装置、系统和方法可包括或用于各种类型的检测方法。检测方法在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
标签、捕获剂和检测剂
本文公开的装置、系统和方法可以使用各种类型的用于分析物检测的标签、捕获剂和检测剂。标签在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
分析物
本文公开的装置、系统和方法可用于操作和检测各种类型的分析物(包括生物标记)。分析物在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。例如，根据一些实施例，分析物可包括分子(例如蛋白质、肽、DNA、RNA、核酸或其它分子)、细胞、组织、病毒和纳米颗粒，其具有不同形状。在一些实施例中，分析物可以包括白细胞、红细胞或血小板。在一些实施例中，分析物可以是蛋白质、肽、核酸、合成化合物或无机化合物。
样品
如本文公开内容中所述，术语“样品”可指在生物学(例如，人类生物学)、兽医、农业、食物、环境或药物测试领域中获得的样品。样品可以新鲜获得，或以任何所需或方便的方式储存或处理，例如通过稀释或加入缓冲剂或其它溶液或溶剂。样品中可以存在细胞结构，例如人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞和病毒颗粒。
在一些实施例中，样品是来自人的生物样品，其选自毛发、指甲、耳蜡、呼吸、结缔组织、肌肉组织、神经组织、上皮组织、软骨、癌样品或骨。在一些实施例中，样品可以包括细胞、组织、体液或粪便。在一些实施例中，样品是指生物样品，其包括但不限于人体液，例如全血、血浆、血清、尿液、唾液和汗液，以及细胞培养物(哺乳动物、植物、细菌或真菌)。在一些实施例中，样品是选自羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆或血清)、母乳、脑脊髓液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、呼吸、胃酸、胃液、淋巴、粘液(包括鼻引流和痰)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓液、风湿液、唾液、呼气冷凝物、皮脂、精液、唾液、汗液、滑液、泪液、呕吐物和尿液的生物样品。
在一些实施例中，样品涉及与某些疾病阶段相关的化合物或生物分子的检测、纯化和量化。
在一些实施例中，样品涉及传染性和寄生虫病、损伤、心血管疾病、癌症、精神障碍、神经精神障碍、肺病、肾病和其它器质性疾病。
在一些实施例中，样品涉及微生物的检测、纯化和量化。
在一些实施例中，样品涉及来自环境例如水、土壤或生物样品的病毒、真菌和细菌。
在一些实施例中，样品涉及对食物安全或国家安全造成危害的化合物或生物样品(例如有毒废物、炭疽)的检测、量化。
在一些实施例中，样品涉及医学或生理监测中重要参数的量化。
在一些实施例中，样品与葡萄糖，血液，氧水平，总血细胞计数有关。
在一些实施例中，样品涉及来自生物样品的特异性DNA或RNA的检测和量化。
在一些实施例中，样品与用于基因组分析的染色体和线粒体中DNA的遗传序列的测序和比较相关。
在一些实施例中，样品涉及例如在药物合成或纯化期间检测反应产物。
核酸
如本文公开所述，术语“核酸”可以指任何DNA或RNA分子，或DNA/RNA杂合体，或DNA和/或RNA的混合物。因此，术语“核酸”旨在包括但不限于基因组或染色体DNA、质粒DNA、扩增的DNA、cDNA、总RNA、mRNA和小RNA。术语“核酸”还旨在包括天然DNA和/或RNA分子，或合成的DNA和/或RNA分子。在一些实施例中，样品中存在无细胞核酸，如本文所用，“无细胞”表示核酸不包含在任何细胞结构中。在一些其它实施例中，核酸包含在细胞结构中，其包括但不限于人源细胞、动物细胞、植物细胞、细菌细胞、真菌细胞和/或病毒颗粒。在一些实施例中，核酸可以是无细胞核酸的形式，在细胞结构内，或其组合。在一些进一步的实施例中，核酸在被引入到第一板或第二板的内表面上之前被纯化。在另外的实施例中，核酸可以在与其它分子如蛋白质和脂质结合的复合物内。
应用(领域和样品)
本文公开的装置、系统和方法可用于各种应用(领域和样品)。本申请在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，本文公开的装置、设备、系统和方法用于各种领域的各种不同应用中，其中需要确定样品中一种或多种分析物的存在或不存在，量化和/或扩增。例如，在某些实施例中，对象装置、设备、系统和方法用于检测蛋白质、肽、核酸、合成化合物、无机化合物、有机化合物、细菌、病毒、细胞、组织、纳米颗粒及其它分子、化合物、混合物和物质。可以使用本对象装置、设备、系统和方法的各种领域包括但不限于：人类疾病和状况的诊断、管理和/或预防，兽医疾病和状况的诊断、管理和/或预防，植物病害和状况的诊断、管理和/或预防，农业用途，兽医用途，食物测试，环境检测和净化，药物检测和预防等。
本发明的应用包括但不限于：(a)检测、纯化、量化和/或扩增与某些疾病或所述疾病的某些阶段相关的化合物或生物分子，所述疾病例如传染病和寄生虫病、损伤、心血管疾病、癌症、精神障碍、神经精神障碍和器质性疾病，例如肺病、肾脏疾病，(b)检测、纯化、量化和/或扩增来自环境(例如水、土壤)的细胞和/或微生物(例如病毒、真菌和细菌)或生物样品(例如组织、体液)，(c)检测、量化对食物安全、人类健康或国家安全构成危害的化学化合物或生物样品，例如有毒废物、炭疽，(d)在医学或生理监测中检测和量化重要参数，例如葡萄糖、血氧水平、总血细胞计数，(e)检测和量化来自生物样品例如细胞、病毒、体液的特异性DNA或RNA，(f)测序和比较用于基因组分析的染色体和线粒体中DNA的遗传序列，或(g)反应产物的检测和量化，例如在药物的合成或纯化期间。
在一些实施例中，对象装置、设备、系统和方法用于检测样品中的核酸、蛋白质或其它分子或化合物。在某些实施例中，所述装置、设备、系统和方法用于快速、临床检测和/或量化生物样品中的一种或多种、两种或多种，或三种或多种疾病生物标记，例如用于诊断，预防和/或管理对象的疾病状况。在某些实施例中，所述装置、设备、系统和方法用于检测和/或量化环境样品中的一种或多种、两种或多种、或三种或多种环境标记，所述环境样品例如获自河流、海洋、湖泊、雨、雪、污水、污水处理径流、农业径流、工业径流、自来水或饮用水的样品。在某些实施例中，所述装置、设备、系统和方法用于检测和/或量化来自食物样品的一种或多种、两种或多种、或三种或多种食品标记，所述食物样品获自自来水、饮用水、制备的食物、加工的食物或未加工的食物。
在一些实施例中，对象装置是微流体装置的一部分。在一些实施例中，对象装置、设备、系统和方法用于检测荧光或发光信号。在一些实施例中，对象装置、设备、系统和方法包括通信装置或与通信装置一起使用，通信装置例如但不限于：移动电话、平板计算机和膝上型计算机。在一些实施例中，对象装置、设备、系统和方法包括标识符或与标识符一起使用，所述标识符例如但不限于光学条形码、射频ID标签或其组合。
在一些实施例中，样品是获自患者的诊断样品，分析物是生物标记，并且样品中分析物的测量量可诊断疾病或病症。在一些实施例中，所述患者装置、系统和方法还包括从所述患者接收或向其提供报告，所述报告指示在未患所述疾病或病症或患所述疾病或病症的风险低的个体中，所述生物标记的测量量和所述生物标记的测量值范围，其中对照所述测量值范围，所述生物标记的测量量可诊断疾病或病症。
在一些实施例中，样品是环境样品，并且其中分析物是环境标记。在一些实施例中，所述对象装置、系统和方法包括接收或提供报告，所述报告指示暴露于从中获得样品的环境的对象的安全性或危害性。在一些实施例中，所述对象装置、系统和方法包括将包含环境标记测量量的数据发送到远程位置并且接收报告，该报告指示暴露于从中获得样品的环境的对象的安全性或危害性。
在一些实施例中，样品是食品样品，其中分析物是食品标记，并且其中样品中食品标记的量与食用食品的安全性相关。在一些实施例中，对象装置、系统和方法包括接收或提供报告，该报告指示对象食用从中获得样品的食品的安全性或危害性。在一些实施例中，该对象装置、系统和方法包括将包含该食品标记的测量量的数据发送到一个远程位置并且接收报告，该报告指示对象食用从中获得样品的食品的安全性或危害性。
本公开可用于需要确定样品中一种或多种分析物的存在或不存在和/或对其进行量化的各种领域的各种不同应用。例如，本发明可用于检测原子、分子、蛋白质、肽、核酸、合成化合物、无机化合物、有机化合物、细菌、病毒、细胞、组织、纳米颗粒等。样品可以是各种领域的样品，包括但不限于人类、兽医、农业、食物、环境、健康、健康和美容等。
云
这里公开的装置、系统和方法可以采用云技术进行数据传输、存储和/或分析。相关云技术在本文以及分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请号(指定美国)PCT/US2016/046437和PCT/US2016/051775，于2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456,065，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,287，于2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456,504中公开或列出、描述和总结，所有这些申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
其他描述
以上描述阐述了示例性方法、参数等。然而，应当认识到，这种描述并不旨在对本公开的范围进行限制，而是作为示例性实施例的描述来提供。上述说明性实施例并非旨在穷举或将本公开限于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释所公开技术的原理及其实际应用。因此，本领域的其他技术人员能够通过适合预期的特定用途的各种修改，最好地利用技术和各种实施例。
尽管已经参考附图完全描述了本公开和示例，但是应当注意，各种改变和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。这些改变和修改应理解为包括在由权利要求限定的公开内容和示例的范围内。在本公开和实施例的以上描述中，参考附图，在附图中通过图示示出了可以实践的具体实施例。应了解，可实践其它实施例和示例，且可在不脱离本公开的范围的情况下作出改变。
尽管前面的描述使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。
必须注意，如本文和所附实施例中所使用的，单数形式“一(a)”，“一(an)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语“单个”时。例如，提到“分析物”包括单个分析物和多个分析物，提到“捕获剂”包括单个捕获剂和多个捕获剂，提到“检测剂”包括单个检测剂和多个检测剂，而提到“试剂”包括单个试剂和多个试剂。
如在此使用的，术语“适配”和“配置”意味着该元件、组件或其他主题被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“配置”的使用不应被解读为意味着给定的元件、组件或其他主题仅“能够”执行给定的功能。类似地，提到的被配置为执行特定功能的主题可以附加地或可选地被描述为可操作来执行该功能。
如本文所用，当参考根据本公开的一个或多个组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法使用时，短语“例如”，短语“作为示例”和/或只是术语“示例”和“示例性”旨在传达所描述的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法是根据本公开的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法的说明性、非排他示例。因此，所描述的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性/穷尽性的；并且其它组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法，包括结构上和/或功能上类似和/或等效的组件、特征、细节、结构、实施例和/或方法，也在本公开的范围内。
根据上下文，术语“如果”可被解读为表示“何时”或“基于”或“为了确定”或“为了检测”。类似地，根据上下文，短语“如果确定”或“如果检测到[所述条件或事件]”可以被解读为意指“在确定时”或“为了确定”或“在检测到[所述条件或事件]”或“为了检测到[所述条件或事件]”。
如这里所使用的，置于第一实体和第二实体之间的术语“和/或”是指(1)第一实体、(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。与“和/或”一起列出的多个实体应当以相同的方式来解读，即如此结合的实体的“一个或多个”。除了由“和/或”条款具体标识的实体之外，可以任选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。
本文参考的“约”值或参数包括(和描述)针对该值或参数本身的变化。例如，涉及“约X”的描述包括“X”的描述。此外，参考短语“小于”、“大于”、“至多”、“至少”、“小于或等于”、“大于或等于”或其后跟随一串值或参数的其它类似短语，意味着将该短语应用于值或参数串中的每个值或参数。例如，蛋白质具有至少约2个氨基酸、约10个氨基酸或约50个氨基酸的陈述是指蛋白质具有至少约2个氨基酸、至少约10个氨基酸或至少约50个氨基酸。
本申请在正文和附图中公开了几个数值范围。所公开的数值范围固有地支持所公开的数值范围内的任何范围或值，其包括端点，即使在说明书中没有逐字地陈述精确的范围限制，因为本公开可以在所公开的数值范围内实践。
本文参考的“基本上”可以指变化小于约30％、约20％、约10％、约5％、约1％、约0.5％、约0.25％、约0.1％、约0.05％、约0.01％或约0.005％。
在本文中提及数值范围的情况下，本公开包括其中包含端点的实施例，其中排除两个端点的实施例，以及其中包含一个端点而排除另一个端点的实施例。应当假定包括两个端点，除非另有说明。此外，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。
如果任何专利、专利申请或其它参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致，应当以本公开的未并入部分为准，而所述术语或其中并入的公开应当仅以所述术语被首次定义和/或并入的公开内容最初出现的参考文献为准。
Claims (141)
1.一种装置，包括：
第一板和第二板，其中：
所述第一板和第二板可相对于彼此移动成开放构造和闭合构造，并且
所述第一板和第二板中的每一个分别包括具有用于接触流体样品的样品接触区域的内表面；
间隔件，所述间隔件固定在所述第一板和第二板中的至少一个上并且具有预定的基本上均匀的高度；以及
第一电极和第二电极，固定到所述第一板和第二板中的至少一个；
其中在所述开放构造中，所述第一板和第二板被部分地或完全地分开以使得所述流体样品能够被沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上，其中所述第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件的调节；以及
其中在所述闭合构造中，所述闭合构造是在所述流体样品在所述开放构造中被沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上之后构造的，所述流体样品的至少一部分被所述第一板和第二板压缩成厚度基本上均匀的层，并且相对于第一板和第二板基本上是停滞的，其中所述层的均匀厚度由所述第一板和第二板的内表面限制并且由所述间隔件调节，并且其中所述样品的至少一部分在所述第一板和第二板之间，并且所述第一板和第二板的内表面之间的平均间距小于200μm。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二电极由包括金、铜、银、铝或其混合物或其合金的金属制成。
3.如权利要求1-2中任一项所述的装置，其中所述第一和第二电极由导电金属氧化物或金属化合物制成，所述金属氧化物或金属化合物选自由以下各项组成的组：氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiOx)、二氧化钼(MoO2)、氟化锂(LiF)或其组合。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述第一和第二电极由导电小分子和导电聚合物制成，所述导电聚合物选自聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸盐)(PECOT：PSS)、富勒烯衍生物(如C60)、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)及其组合。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述间隔件的间隔件间距在7μm和200μm之间。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其中所述间隔件的间隔件间距在120μm和200μm之间。
7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其中任何电极的宽度比电极高度大至少2倍、5倍、10倍、50倍、100倍、500倍或1000倍。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中任何电极的宽度比任何两个相邻电极之间的间隙大至少2倍、5倍、10倍、50倍、100倍、500倍或1000倍。
9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其中任何电极的高度小于1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、5mm或10mm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的装置，其中任何电极的宽度小于1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、5mm、10mm、50mm或100mm。
11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其中任何两个相邻电极之间的间隙小于1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、5mm、10mm、50mm或100mm。
12.如权利要求1-11中任一项所述的装置，其中所述第一电极被固定在所述第一板的内表面上并且所述第二电极被固定在所述第二板的内表面上。
13.如权利要求1-12中任一项所述的装置，其中所述第一和第二电极都仅固定在所述第一板和第二板中的一个上。
14.如权利要求1-13中任一项所述的装置，其中所述第一电极固定在所述第一板的外表面上，所述第二电极固定在所述第二板的外表面上。
15.如权利要求1-14中任一项所述的装置，其中所述第一电极固定在所述第一板的外表面上，所述第二电极固定在所述第二板的内表面上。
16.如权利要求1-15中任一项所述的装置，包括：
电源，所述电源被配置为用于在所述闭合构造中在所述第一板与第二板之间诱导电压。
17.如权利要求1-16中任一项所述的装置，其中所述电压小于0.2V、0.2V、0.5V、1V、5V、10V；50V、100V、110V、150V、200V、220V、500V或1000V。
18.如权利要求1-17中任一项所述的装置，其中所述电源包括频率小于10Hz、100Hz、1000Hz、10kHz、100kHz、1MHz或1GHz的AC源。
19.如权利要求1-18中任一项所述的装置，其中所述第一和第二电极在诱导所述电压之后，与所述厚度均匀的层中的所述流体样品离子连通。
20.如权利要求1-19中任一项所述的装置，其中所述第一和第二电极被配置为用于检测所述厚度均匀的层中的所述流体样品的电特性。
21.如权利要求1-20中任一项所述的装置，其中所述电特性包括电导、电流、电势、阻抗、电容或介电常数中的一个或多个。
22.如权利要求1-21中任一项所述的装置，包括：
测量装置，连接到所述第一电极和第二电极中的至少一个以测量电特性。
23.如权利要求1-22中任一项所述的装置，其中所述测量装置配置为在所述流体样品沉积10秒、30秒、60秒、2分钟、3分钟、5分钟、8分钟、10分钟、15分钟、20分钟或30分钟后测量所述电特性。
24.如权利要求1-23中任一项所述的装置，包括：
覆盖所述第二电极的阻挡膜，其中所述阻挡膜被配置为允许所述流体样品中的一种或多种选定分析物穿过所述阻挡膜并且阻挡其他分析物。
25.如权利要求1-24中任一项所述的装置，其中所述阻挡膜包括不可溶、不可熔的合成有机聚合物基质，所述基质与选择性地允许所述流体样品中的一种或多种选定分析物穿过所述阻挡膜的化学物质结合。
26.如权利要求1-25中任一项所述的装置，其中所述阻挡膜包含选自由以下各项组成的有机聚合物基质：聚(氯乙烯)(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷和全氟聚醚。
27.如权利要求1-26中任一项所述的装置，其中所述化学物质选自由以下各项组成的组：ETH157载体、ETh227载体、ETH2120载体、双(12-冠-4)化合物、半胱氨酸、缬氨霉素、BBPA、KTpClPB和'70邻硝基苯基辛基醚。
28.如权利要求1-27中任一项所述的装置，其中所述阻挡膜涂覆在所述第二电极的顶部。
29.如权利要求1-28中任一项所述的装置，其中所述流体样品包括全血或血清，包括：
测量装置，连接到所述第一电极和所述第二电极中的至少一个，以测量所述流体样品在所述均匀厚度层处的介电常数；以及
计算单元，所述计算单元被配置为基于所测量的介电常数来计算所述流体样品的凝血酶原时间(PT)或活化的部分促凝血酶原激酶时间(aPTT)。
30.如权利要求1-29中任一项所述的装置，其中所述间隔件的高度小于1μm、10μm、100μm或1cm。
31.如权利要求1-30中任一项所述的装置，其中所述流体样品包含血清或全血。
32.如权利要求1-31中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板包括直径小于100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm或50mm的圆角。
33.如权利要求1-32中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板包括圆角，所述圆角的直径在选自由以下各项组成的组：100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm和50mm的任意两个值之间的范围内。
34.如权利要求1-33中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的平均厚度在0.5mm至1.5mm或0.15mm至0.2mm的范围内。
35.如权利要求1-34中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的平均厚度为约1mm或约0.175mm。
36.如权利要求1-35中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向区域在500mm2至1000mm2的范围内。
37.如权利要求1-36中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向区域为约750mm2。
38.如权利要求1-37中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向线性尺寸在20mm至30mm的范围内。
39.如权利要求1-38中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向线性尺寸为约24mm。
40.如权利要求1-39中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的凹槽宽度在1mm至10mm范围内。
41.如权利要求1-40中任一项所述的装置，其中所述厚度基本上均匀的层的平均厚度为0.01μm-200μm。
42.如权利要求1-41中任一项所述的装置，其中所述流体样品包括羊水、房水、玻璃体液、母乳、脑脊液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、胃酸、胃液、淋巴液、粘液、鼻引流液、痰、心包液、腹膜液、胸膜液、脓、风湿液、皮脂、精液、唾液、汗液、滑液、泪液、呕吐物、尿液或呼出的冷凝物。
43.一种分析流体样品的电特性的方法，包括：
获得一种装置，所述装置包括第一板、第二板、固定在所述第一板和第二板中的至少一个上的第一电极和第二电极，以及固定在所述第一板和第二板中的至少一个上的间隔件，并且其中所述第一板和第二板可相对于彼此移动成开放构造和闭合构造；
在所述开放构造中将所述流体样品沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上，其中在所述开放构造中，所述第一板和第二板部分地或完全地分开并且所述第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件的调节；
将所述第一板和第二板一起压成所述闭合构造以将所述流体样品的至少一部分压缩成厚度基本上均匀的层，其中在所述闭合构造中，所述厚度基本上均匀的层由所述第一板和第二板的内表面限制并由所述间隔件调节，其中所述第一板和第二板的内表面之间的平均间距小于200μm；以及
使用第一和第二电极来测量在厚度基本上均匀的层处的流体样品的电特性。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述电特性包括电导、电流、电势、电容或介电常数。
45.如权利要求43-44中任一项所述的方法，其中在将所述第一板和第二板挤压在一起之后的预定时间段，测量所述电特性预定次数。
46.如权利要求43-45中任一项所述的方法，其中所述流体样品包含血清、全血、加入Ca2 +的血液或加入柠檬酸或盐的血液。
47.如权利要求43-46中任一项所述的方法，其中所述电特性包括所述流体样品的介电常数，包括：
基于介电常数评估流体样品的凝结。
48.如权利要求43-47中任一项所述的方法，其中所述评估所述凝结包括：
评估流体样品的凝血酶原时间(PT)或活化的部分促凝血酶原激酶时间(aPTT)。
49.一种用于提取流体样品中的带电生物/化学材料的装置，包括：
第一板和第二板，其中：
所述第一板和第二板可相对于彼此移动成开放构造和闭合构造，并且
所述第二板包括内表面，所述内表面具有用于接触所述流体样品的样品接触区域，所述流体样品包括带电生物/化学材料，其中所述带电生物/化学材料具有电荷极性并且有待从所述流体样品提取，其中所述样品接触区域被配置为能够被电场充电，其电极性与带电的生物/化学材料的相反；
间隔件，所述间隔件固定在所述第一板和第二板中的至少一个上并且具有预定的基本上均匀的高度；以及
第一电极和第二电极，固定到所述第一板和第二板中的至少一个；
其中在所述开放构造中，所述第一板和第二板被部分地或完全地分开以使得所述流体样品能够被沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上，其中所述第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件的调节；以及
其中在所述闭合构造中，所述闭合构造是在所述流体样品在所述开放构造中被沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上之后配置的，所述流体样品的至少一部分被所述第一板和第二板压缩成厚度基本上均匀的层并且相对于第一板和第二板基本上是停滞的，其中所述层的均匀厚度由所述第一板和第二板的内表面限制并且由所述间隔件调节，并且其中所述第一板和第二板的内表面之间的平均间距小于200μm。
50.如权利要求49所述的装置，其中所述电场由耦合到所述第一或第二板的两个或更多个电极提供。
51.如权利要求49-50中任一项所述的装置，其中当所述第一板和第二板处于闭合构造时，所述两个或更多个电极位于所述第一板和第二板的外侧。
52.如权利要求49-51中任一项所述的装置，其中当第一板和第二板处于闭合构造时，两个或更多个电极位于第一板和第二板的内部。
53.如权利要求49-52中任一项所述的装置，其中所述间隔件中的至少一个包含所述两个或更多个电极中的一个。
54.如权利要求49-53中任一项所述的装置，其中所述两个或更多个电极在所述第一或第二板的内表面上。
55.如权利要求49-54中任一项所述的装置，其中所述两个或更多个电极在所述第一或第二板的外表面上。
56.如权利要求49-55中任一项所述的装置，其中所述间隔件的间隔距离在7μm和200μm之间。
57.如权利要求49-56中任一项所述的装置，其中所述间隔件的间隔距离在120μm和200μm之间。
58.如权利要求49-57中任一项所述的装置，其中任何电极的宽度比电极高度大至少2倍、5倍、10倍、50倍、100倍、500倍或1000倍。
59.如权利要求49-58中任一项所述的装置，其中任何电极的宽度比任何两个相邻电极之间的间隙大至少2倍、5倍、10倍、50倍、100倍、500倍或1000倍。
60.如权利要求49-59中任一项所述的装置，其中任何电极的高度小于1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、5mm或10mm。
61.如权利要求49-60中任一项所述的装置，其中任何电极的宽度小于1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、5mm、10mm、50mm或100mm。
62.如权利要求49-61中任一项所述的装置，其中任何两个相邻电极之间的间隙小于1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、5mm、10mm、50mm或100mm。
63.如权利要求49-62中任一项所述的装置，其中所述间隔件的高度小于1μm、10μm、100μm或1cm。
64.如权利要求49-63中任一项所述的装置，其中所述流体样品包含血清或全血。
65.如权利要求49-64中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板包括直径小于100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm或50mm的圆角。
66.如权利要求49-65中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板包括圆角，所述圆角的直径在选自由以下各项组成的组：100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm和50mm的任意两个值之间的范围内。
67.如权利要求49-66中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的平均厚度在0.5mm至1.5mm或0.15mm至0.2mm的范围内。
68.如权利要求49-67中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的平均厚度为约1mm或约0.175mm。
69.如权利要求49-68中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向区域在500mm2至1000mm2的范围内。
70.如权利要求49-69中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向区域为约750mm2。
71.如权利要求49-70中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向线性尺寸在20mm至30mm的范围内。
72.如权利要求49-71中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的横向线性尺寸为约24mm。
73.如权利要求49-72中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板的凹槽宽度在1mm至10mm范围内。
74.如权利要求49-73中任一项所述的装置，其中所述厚度基本上均匀的层的平均厚度为0.01μm-200μm。
75.一种用于从流体样品中提取带电的生物/化学材料的方法，包括：
获得一种装置，所述装置包括第一板、第二板、固定在所述第一板和第二板中的至少一个上的第一电极和第二电极，以及固定在所述第一板和第二板中的至少一个上的间隔件，并且其中所述第一板和第二板可相对于彼此移动成开放构造和闭合构造；
在所述开放构造中沉积流体样品，所述流体样品包括具有第一电荷极性的生物/化学材料；
将所述第一板和第二板一起压成所述闭合构造以将所述流体样品的至少一部分压缩成厚度基本上均匀的层，其中在所述闭合构造中，所述厚度基本上均匀的层由所述第一板和第二板的内表面限制并由所述间隔件调节，并且其中所述第一板和第二板的内表面之间的平均间距小于200μm；以及
施加电场以将第二板的内表面上的样品接触表面充电至与所述第一电极性相反的第二电极性，其中所述生物/化学材料被捕获在样品接触区域处。
76.如权利要求75所述的方法，包括：
将第一板和第二板打开至开放构造；以及
清洗第二板的样品接触区域以从在样品接触区域捕获的生物/化学材料去除污染物。
77.如权利要求75-76中任一项所述的方法，其中洗涤样品接触区域包括使用包含洗涤剂的海绵以除去污染物。
78.如权利要求75-77中任一项所述的方法，包括：
用海绵洗涤第二板的内表面，所述海绵包含柔性多孔材料，所述柔性多孔材料具有可变形的孔并且具有被配置为当所述孔的形状改变时将液体吸收到所述材料中或将液体释放出所述材料的尺寸和表面性质。
79.如权利要求75-78中任一项所述的方法，包括：
用力挤压海绵以释放包含在海绵中的洗涤剂，并松开力以允许海绵再吸收洗涤剂。
80.如权利要求75-79中任一项所述的方法，包括：
将检测剂加入到所捕获的生物/化学材料中，其中所述检测剂被配置为结合到所述生物/化学材料中的分析物以产生可检测信号。
81.如权利要求75-80中任一项所述的方法，其中所述生物/化学材料包含具有负极性电荷的核酸。
82.如权利要求75-81中任一项所述的方法，其中所述间隔件具有均匀高度，包括：
当第一板和第二板处于闭合构造时，允许第一板和第二板裂解所述生物/化学样品中的生物/化学材料。
83.如权利要求75-82中任一项所述的方法，其中所述生物/化学材料包括血细胞。
84.如权利要求75-83中任一项所述的方法，其中所述生物/化学材料包括核酸，包括：
向捕获的生物/化学材料中加入聚合酶链式反应(PCR)介质
以及进行PCR反应。
85.如权利要求75-84中任一项所述的方法，包括：
通过向第一或第二板施加电磁信号改变第一或第二板的温度来进行PCR反应。
86.如权利要求75-85中任一项所述的方法，包括：
通过在第一或第二板上发光来改变第一或第二板的温度。
87.如权利要求75-86中任一项所述的方法，包括：
通过用来自第一或第二电极的电信号改变第一或第二板的温度来进行PCR反应。
88.如权利要求75-87中任一项所述的方法，其中所述第一或第二板包含用于接触所述流体样品的接触区域，其中所述接触区域包含试剂存储区域，所述试剂存储区域包含在接触所述流体样品时能够在所述流体样品中扩散的试剂。
89.如权利要求75-88中任一项所述的方法，其中所述试剂包括裂解试剂或检测剂。
90.一种使用感测芯片分析流体样品的装置，包括：
第一板，在第一内表面上包括用于接触流体样品的样品接触区域；
第二板，在第二内表面上包括孔，所述孔被配置为用于将所述感测芯片容纳在所述孔内，其中所述感测芯片具有感测表面，其中所述感测芯片的感测表面在与所述第二板的第二内表面相同的方向上，
其中所述第一板和第二板可相对于彼此移动成开放构造和闭合构造；
间隔件，固定在所述第一板的所述第一内表面、所述第二板的所述第二内表面或所述感测芯片的所述感测表面中的至少一个上，其中所述间隔件具有预定的基本上均匀的高度；
其中在所述开放构造中，所述第一板和第二板被部分地或完全地分开以使得所述流体样品能够被沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上，其中所述第一板和第二板之间的间距不受所述间隔件的调节；以及
其中在所述闭合构造中，所述闭合构造是在所述流体样品在所述开放构造中被沉积在所述第一板和第二板中的至少一个上之后构造的，所述流体样品的至少一部分被所述第一板和所述感测芯片压缩成厚度基本上均匀的层并且相对于第一板和第二板基本上是停滞的，其中所述层的均匀厚度由所述第一板的样品接触区域和所述感测芯片的感测表面限定，并且由所述第一板、所述感测芯片和所述间隔件调节，并且其中所述第一板的样品接触区域和所述感测表面之间的平均间距小于200μm。
91.如权利要求90所述的装置，进一步包含装置适配器，其包括：
用于使用感测芯片分析流体样品，包括：
壳体；
所述壳体上的附件，其允许所述装置适配器用成像装置附接到计算装置；
所述壳体中的狭槽，其允许处于所述闭合构造中的所述第一板和第二板滑入所述狭槽中并且当所述第一板和第二板处于所述狭槽中时，所述光学系统被配置为使得所述样品接触区域的至少一部分被所述成像装置成像。
92.如权利要求90-91中任一项所述的装置，其中所述流体样品包含血清或全血。
93.如权利要求90-92中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板包括直径小于100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm或50mm的圆角。
94.如权利要求90-93中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板包括圆角，所述圆角的直径在选自由以下各项组成的组中的任意两个值之间的范围内：100μm、200μm、500μm、1mm、2mm、5mm、10mm和50mm。
95.如权利要求90-94中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有在0.5mm至1.5mm或0.15mm至0.2mm的范围内平均厚度。
96.如权利要求90-95中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有约1mm或约0.175mm的平均厚度。
97.如权利要求90-96中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有500mm2至1000mm2的范围内的横向区域。
98.如权利要求90-97中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有约750mm2的横向区域。
99.如权利要求90-98中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有20mm至30mm范围内的横向线性尺寸。
100.如权利要求90-99中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有为约24mm的横向线性尺寸。
101.如权利要求90-100中任一项所述的装置，其中所述第一或第二板具有在1mm至10mm范围内的凹槽宽度。
102.如权利要求90-101中任一项所述的装置，其中所述厚度基本上均匀的层的平均厚度为0.01μm-200μm。
103.如权利要求90-102中任一项所述的装置，其中所述感测芯片的平均厚度在50nm、100nm、200nm、500nm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、100μm、120μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1mm或3mm的范围内。
104.如权利要求90-103中任一项所述的装置，其中所述感测芯片的平均厚度在500nm-700μm的范围内。
105.如权利要求90-104中任一项所述的装置，其中所述感测芯片的平均厚度在1μm-500μm的范围内。
106.如权利要求90-105中任一项所述的装置，其中所述感测芯片的长度或宽度在50nm-30mm之间的范围内。
107.如权利要求90-106中任一项所述的装置，其中所述感测芯片的长度或宽度在1μm和10mm之间或1μm和8mm之间的范围内。
108.如权利要求90-107中任一项所述的装置，其中所述感测表面包括结合位点以结合所述流体样品中的目标分析物。
109.如权利要求90-108中任一项所述的装置，其中所述感测表面包括选自局部表面等离子体结构、表面等离子体表面、金属表面或金属和电介质层或结构的混合物的扩增表面。
110.如权利要求90-109中任一项所述的装置，其中所述间隔件间距(IDS)的四次方除以所述柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD^4/(hE))小于或等于5x10^6μm^3/Gpa、1x10^6μm^3/GPa，或5x10^5μm^3/GPa。
111.如权利要求90-110中任一项所述的装置，其中所述间隔件的杨氏模量乘以所述间隔件的填充因子为至少2MPa，间隔件间距(IDS)的四次方除以所述柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD^4/(hE))为1x10^5μm^3/GPa或以下。
112.如权利要求90-111中任一项所述的装置，其中所述间隔件的杨氏模量乘以所述间隔件的填充因子为至少2MPa，间隔件间距(IDS)的四次方除以所述柔性板的厚度(h)和杨氏模量(E)(ISD^4/(hE))为1x10^4μm^3/GPa或以下。
113.如权利要求90-112中任一项所述的装置，其中所述流体样品的粘度为0.1-4(mPas)。
114.如权利要求90-113中任一项所述的装置，其中所述间隔件高度为2μm-2.5μm、1.8μm-2.2μm或2μm-3μm。
115.如权利要求90-114中任一项所述的装置，其中所述间隔件高度为约2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.4μm或3.6μm。
116.如权利要求90-115中任一项所述的装置，其中所述均匀厚度样品区域的面积为5mm2(平方毫米)-150mm2。
117.如权利要求90-116中任一项所述的装置，其中所述均匀厚度样品区域的面积为5mm2-10mm2、10mm2-20mm2或20mm2-40mm2。
118.如权利要求90-117中任一项所述的装置，其中所述均匀厚度样品区域的面积为40mm2-60mm2、60mm2-80mm2或80mm2-150mm2。
119.如权利要求90-118中任一项所述的装置，其中所述间隔件间距比所述流体样品中的目标分析物的尺寸大至少约2倍，至多200μm。
120.如权利要求90-119中任一项所述的装置，其中所述间隔件间距与所述间隔件宽度的比例为至少1.5。
121.如权利要求90-120中任一项所述的装置，其中所述间隔件间距与所述间隔件宽度的比例为至少1。
122.如权利要求90-121中任一项所述的装置，其中所述间隔件的宽度与高度的比例为1.5或更大。
123.如权利要求90-122中任一项所述的装置，其中所述间隔件的宽度与高度的比例为2或更大。
124.如权利要求90-123中任一项所述的装置，其中所述间隔件的宽度与高度的比例大于2、3、5、10、20、30或50。
125.如权利要求90-124中任一项所述的装置，其中将两个板挤压成闭合构造的力是不精确的挤压力。
126.如权利要求90-125中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子在1％到5％的范围内。
127.如权利要求90-126中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子在5％到10％的范围内。
128.如权利要求90-127中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子在10％到20％的范围内。
129.如权利要求90-128中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子在20％到30％的范围内。
130.如权利要求90-129中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子小于5％、10％、20％、30％、40％或50％。
131.如权利要求90-130中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子大于50％、60％、70％、80％。
132.如权利要求90-131中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子乘以所述间隔件的杨氏模量在2MPa到10MPa的范围内。
133.如权利要求90-132中任一项所述的装置，其中所述间隔件被配置为使得所述填充因子乘以所述间隔件的杨氏模量在10MPa到150MPa的范围内。
134.一种使用感测装置分析流体样品的方法，包括：
获得可相对于彼此移动成不同构造的第一板和第二板；其中：
所述第一板和第二板是柔性的；
所述第一板，在内表面上包括用于接触所述样品的样品接触区域；
所述第二板，在内表面上包括芯片容纳孔和所述容纳孔内的感测芯片，其中感测芯片具有感测表面，
所述第二板，在包括感测芯片的感测表面的内表面上包括用于接触样品的样品接触区域；
一个或两个板、感测芯片的感测表面或其全部包括永久地固定在其各自的样品接触区域上的间隔件；
当所述板被配置为开放构造时，将流体样品沉积在一个或两个板、所述感测芯片、或其全部上；其中：两个板部分或完全分离，板之间的间距不受所述间隔件的调节，所述流体样品沉积在一个或两个板上；
迫使所述两个板进入闭合构造，所述闭合构造是在所述流体样品沉积在开放构造中之后被配置的，在所述闭合构造中：所沉积的流体样品的至少一部分被所述第一板和所述感测芯片压缩成厚度基本上均匀的层并且相对于所述板基本上是停滞的，并且其中所述第一板和第二板的内表面之间的平均间距小于200μm。
135.如权利要求134所述的方法，包括：
将处于闭合构造的所述第一板和第二板插入到装置适配器中的狭槽中，其中所述装置适配器包括：壳体；所述壳体上的附件，其允许所述装置适配器用成像装置附接到计算装置；以及壳体中的所述狭槽，其允许处于闭合构造的所述第一板和第二板滑入所述狭槽中。
136.如权利要求134-135中任一项所述的方法，其中所述装置适配器包括光学系统，所述方法包括：当所述第一板和第二板位于所述狭槽中时，构造所述光学系统以使所述样品接触区域的至少一部分能够由所述成像装置成像。
137.如权利要求134-136中任一项所述的方法，包括：
测定沉积在所述第一或第二板上的所述流体样品中的分析物以产生结果；以及
将所述结果从所述计算装置传送到远离所述计算装置的服务器。
138.如权利要求134-137中任一项所述的方法，其中所述分析物包括分子(例如蛋白质、肽、DNA、RNA、核酸或其它分子)、细胞、组织、病毒和具有不同形状纳米颗粒。
139.如权利要求134-138中任一项所述的方法，其中所述测定包括进行白细胞差异测定。
140.如权利要求134-139中任一项所述的方法，其中所述方法包括：
在所述服务器处分析所述结果以提供分析结果；以及
将所述分析结果从所述服务器无线传送到所述计算装置。
141.如权利要求134-140中任一项所述的方法，其中所述计算装置从所述服务器接收来自医学专业人员的处方、诊断或建议。
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