CN112384804A - 用于控制液体运动和分析生物样品的装置、盒和传感器 - Google Patents
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Abstract
本文描述了盒和用于操作所述盒以分析生物样品，例如血液或唾液样品的装置。本文还描述了用于分析生物样品的阻抗传感器。本文进一步描述了确定生物样品中的细胞计数或检测分析物的方法，该方法可以包括输送生物样品通过包含通道或孔的传感器；向通道或孔施加电流或电压；检测通道或孔内的阻抗；确定细胞计数或基于检测到的阻抗检测分析物。本文还描述了电润湿电极阵列，其被配置为使用诸如约50伏或更低的低压来输送水溶液。本文进一步描述了使用电润湿电极输送水性液体的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求以下申请的优先权：2018年6月5日提交的美国临时专利申请第62/680,989号；2018年6月5日提交的美国临时专利申请第62/680,992号；2018年6月5日提交的美国临时专利申请第62/680,993号；2018年11月5日提交的美国临时专利申请第62/756,007号；以及2018年11月5日提交的美国临时专利申请第62/756,011号；在此通过引用将这些申请中的每个申请公开的全部内容并入本文。
技术领域
本发明的一些方面涉及用于分析生物样品的盒、系统和方法。本发明的一些方面涉及用于分析生物样品中的细胞或分析物的传感器，以及包括这种传感器的盒和系统。本发明还涉及使用传感器、盒和系统的方法，以及分析生物样品的方法。还提供了用于通过使用低压电润湿电极进行电润湿来控制液体运动的系统，以及用于通过使用低压电润湿电极控制液体运动的方法。
背景技术
进行血液分析以进行准确的医学诊断通常是在临床实验室中由技术人员使用复杂的装置进行专门培训后进行的。在通过传感器或细胞分选仪进行分析以确定血细胞计数或定量蛋白质、电解质或酶浓度之前，需要通过将样品与试剂混合来仔细处理血液样品。这种专门的培训和设备会导致大量的患者支出，并且需要很长时间才能获得重要的实验室结果。诸如血糖仪之类的在家或即时护理血液分析系统可提供快速便捷的诊断结果，但通常在准确性或可进行的测试范围方面受到限制。
使用电润湿电极的数字微流控技术是一个发展中的领域，它通过向液体施加电场来调节疏水性，从而探索液滴的驱动。然而，由于施加到电润湿电极以操纵液体的相对较高的电压，数字微流控应用受到限制。
仍然需要提供不需要特殊培训的快速，准确和方便的血液分析系统的装置和系统。
在此提及的所有出版物、专利和专利申请的公开内容均通过引用整体结合到本文中。如果以引用方式并入的任何参考与本公开冲突，则以本公开为准。
发明概述
在此描述用于分析生物样品的盒，其包括：样品接收端口，被配置为接收所述生物样品；以及传感器，被配置为分析生物样品；与生物样品接收端口和传感器流体连通的盒空间；多个电润湿电极，其配置为在盒空间中输送生物样品，并将生物样品与一种或多种试剂结合；以及装置接口，其被配置为从装置上的盒接口接收电力并与装置上的盒接口通信，其中传感器和多个电润湿电极与装置接口电连通。
在盒的一些实施方案中，盒空间流体地连接到一个或多个试剂容器。在一些实施方案中，一个或多个试剂容器包括试剂。在盒的一些实施方案中，盒空间包括试剂混合区域。
在盒的一些实施方案中，盒是一次性盒。
在盒的一些实施方案中，盒包括废物容器，该废物容器构造成在生物样品被传感器分析之后接收生物样品。
在盒的一些实施方案中，生物样品通过毛细作用进入样品接收端口。
在盒的一些实施方案中，多个电润湿电极包括多个共面电极。在一些实施方案中，多个电润湿电极还包括在与共面电极相反的表面上的接地电极。在一些实施方案中，接地电极对于两个或更多个电润湿电极是公共的。在一些实施方案中，电润湿电极中的至少一个电润湿电极与单独的接地电极配对。
在盒的一些实施方案中，电润湿电极涂覆有绝缘层。在一些实施方案中，绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。在一些实施方案中，绝缘层包括氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。在一些实施方案中，使用原子层沉积、化学气相沉积、反应性离子束沉积、溅射沉积、蒸发、喷涂、旋涂或溶胶-凝胶形成将绝缘层涂覆在电极上。在一些实施方案中，绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。在一些实施方案中，绝缘层是流体接触表面。在一些实施方案中，绝缘层包括纳米结构化表面。
在盒的一些实施方案中，电润湿电极涂覆有疏水层。在一些实施方案中，疏水层是流体接触层。在一些实施方案中，疏水层包括纳米结构化表面。在一些实施方案中，疏水层包含含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、十八烷异羟肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、16-羟基十六烷氢芳酸或十八烷硫醇。在一些实施方案中，疏水层被涂覆在绝缘层上。
在盒的一些实施方案中，电润湿电极包括金、银、氯化银、铂、铟锡氧化物或导电碳。
在盒的一些实施方案中，电润湿电极与流体接触表面分开约1nm至约25μm。
在盒的一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为使用小于约50伏的电压来输送生物样品。
在盒的一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为使用约0.5V至约50V的电压来输送生物样品。
在盒的一些实施方案中，传感器是阻抗传感器。在一些实施方案中，传感器被配置为检测蛋白质或测量蛋白质的量。在一些实施方案中，传感器包括用亲和部分官能化的第一感测电极，以及与第一感测电极配对的第二感测电极，其中所述传感器被配置为在分析物或蛋白质结合到所述亲和部分上时检测阻抗的变化。在一些实施方案中，亲和部分是抗体、抗体片段或适体。在一些实施方案中，第一感测电极是电润湿电极。在一些实施方案中，传感器还包括第一电润湿电极和第二电润湿电极，其中第一电润湿电极和第二电润湿电极在第一感测电极或第二感测电极的相对侧。在一些实施方案中，第一感测电极是电润湿电极。在一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为将生物样品的至少一部分静态地定位在第一感测电极和第二感测电极之间。在一些实施方案中，第一电润湿电极、第二电润湿电极和第一感测电极电连接到电压切换电路，该电压切换电路被配置为选择性地激活第一电润湿电极、第二电润湿电极或第一感测电极中的一个或不激活第一电润湿电极、第二电润湿电极或第一感测电极中的任何一个。在一些实施方案中，电压切换电路电连接到开关，该开关被配置为可选择地选择阻抗感测电路或电润湿电极电源电路。在一些实施方案中，阻抗传感器包括被配置为基于pH或离子浓度来调制阻抗的pH敏感或离子敏感层。在一些实施方案中，阻抗传感器包括金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器。在一些实施方案中，MOSCap传感器与第一感测电极和第二感测电极相邻。
在盒的一些实施方案中，盒进一步包括一个或多个光学窗口。
在盒的一些实施方案中，传感器是通道传感器，其包括：第一通道段，第二通道段，流体地连接第一通道段和第二通道段的孔或通道，以及配置为将电流施加到孔或通道并检测孔或通道内的阻抗的电极对。在一些实施方案中，电极对被配置为直接接触流过通道传感器的液体。在一些实施方案中，通道传感器是被配置为对生物样品中的细胞数量进行计数的流式细胞仪。在一些实施方案中，传感器被配置为在不同类型的细胞之间进行区分。在一些实施方案中，传感器被配置为在红细胞、白细胞和血小板之间进行区分。在一些实施方案中，传感器被配置为对红细胞的数量、白细胞的数量或血小板的数量进行计数。在一些实施方案中，传感器被配置为区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。在一些实施方案中，传感器被配置为对嗜酸性粒细胞的数量、嗜碱性粒细胞的数量、嗜中性粒细胞的数量、单核细胞的数量或淋巴细胞的数量进行计数。在一些实施方案中，孔或通道是微孔或微通道。在一些实施方案中，电流是包括处于不同频率的多个交流分量的多路电流。在一些实施方案中，电流是多路电流，包括(1)直流分量或低频交流电，和(2)处于不同频率的多个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括至少三个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括约10kHz至约100kHz的第一交流电，约100kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，以及大于约5MHz的第四交流电。在一些实施方案中，多个交流包括至少五个不同的交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz到约20MHz的第四交流电，以及约20MHz到约150MHz的第五交流。在一些实施方案中，交流电还包括约100kHz或更小或约50kHz或更小的附加交流电。在一些实施方案中，电极对被配置为以约100kHz或更高的采样率检测阻抗。在一些实施方案中，电极对被配置为检测孔或通道内的实际阻抗分量和虚构阻抗分量。在一些实施方案中，电极对被配置为检测孔或通道内的幅度阻抗分量和相位阻抗分量。在一些实施方案中，通道传感器被配置为检测分析物浓度。在一些实施方案中，分析物是蛋白质。在一些实施方案中，所述盒包括包含亲和部分的试剂，并且其中所述盒被配置为将包含所述亲和部分的试剂与所述生物样品或由生物样品衍生的子样品混合，并将所述生物样品或子样品输送至所述通道传感器。在一些实施方案中，孔或通道是纳米孔或纳米通道。
在盒的一些实施方案中，盒包括多个传感器。
在盒的一些实施方案中，生物样品是血液样品。
本文还提供了一种用于分析生物样品的系统，其包括：上述盒中的任何一个；以及包括盒接口的装置，该盒接口被配置为与盒对接，该装置被配置为给盒供电并操作盒。在一些实施方案中，该装置被配置为给两种或更多种不同类型的盒供电并操作两种或更多种不同类型的盒。在一些实施方案中，该装置进一步包括一个或多个处理器以及存储被配置为由一个或多个处理器执行的一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，该一个或多个程序包括用于以下操作的指令：(a)操作盒中的多个电润湿电极以在盒中输送生物样品，以及(b)操作传感器。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于操作盒中的多个电润湿电极以连续地将生物样品输送通过传感器的指令。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于操作盒中的多个电润湿电极以将生物样品静态定位在传感器内的指令。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于基于在一个或多个频率下检测到的阻抗信号的多元模式来确定细胞计数或分析物浓度的指令。在一些实施方案中，多元模式包括阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰值面积或阻抗峰值半宽峰值高度中的一个或多个。在一些实施方案中，多元模式包括实数阻抗分量和虚数阻抗分量。在一些实施方案中，多元模式包括阻抗分量的幅度和阻抗分量的相位。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于校准传感器的指令。在一些实施方案中，该装置是手持装置。
本文还提供了一种分析生物样品的方法，包括：将生物样品沉积到盒中；使用多个电润湿电极在盒内输送生物样品；使用盒内的一个或多个传感器分析生物样品以产生分析数据；并从盒中传输分析数据。在一些实施方案中，该方法包括将生物样品与盒内的一种或多种试剂混合。在一些实施方案中，生物样品通过毛细管作用由盒接收。在一些实施方案中，该方法进一步包括在分析生物样品之后将生物样品输送到盒内的废物容器中。在一些实施方案中，盒在单次使用后被处置。在一些实施方案中，分析生物样品包括对生物样品中的细胞数量进行计数，其中分析数据涉及细胞数量。在一些实施方案中，分析生物样品包括区分两种或更多种不同的细胞类型。在一些实施方案中，分析生物样品包括在红细胞、白细胞和血小板之间进行区分。在一些实施方案中，分析生物样品包括计数白细胞，计数红细胞，或计数血小板。在一些实施方案中，分析生物学样品包括区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。在一些实施方案中，分析生物样品包括对嗜酸性粒细胞的数量，嗜碱性粒细胞的数量，嗜中性粒细胞的数量，单核细胞的数量或淋巴细胞的数量进行计数。在一些实施方案中，分析生物样品包括向生物样品施加电流并记录电流的复用阻抗。在一些实施方案中，电流是包括不同频率的多个交流分量的混合电流。在一些实施方案中，电流是包括直流分量和处于不同频率的多个交流分量的混合电流。在一些实施方案中，电流是包括不同频率的至少五个交流分量的混合电流。在一些实施方案中，该方法包括自校准传感器中的至少一个，以检测不同的细胞大小、材料特性和/或浓度。在一些实施方案中，分析生物样品包括在分析期间使生物样品连续流过传感器中的至少一个。
在该方法的一些实施方案中，使用约50V或更低的电压在盒内输送生物样品。在一些实施方案中，使用约0.5V至约50V的电压在盒内输送生物样品。
在该方法的一些实施方案中，分析生物样品包括确定生物样品内分析物或蛋白质的浓度。在一些实施方案中，分析生物样品包括将生物样品静态地放置在传感器中的至少一个上。在一些实施方案中，使用电润湿电极将生物样品静态地放置在传感器上。
在该方法的一些实施方案中，确定生物样品中分析物或蛋白质的浓度包括：将分析物或蛋白质与亲和部分结合，亲和部分与传感器之一内的电极结合，并测量由分析物或蛋白质与亲和部分结合产生的阻抗变化。在一些实施方案中，亲和部分是抗体、抗体片段或适体。
本文还描述了一种传感器，其包括：第一通道段；第二通道段；流体连接第一通道段和第二通道段的孔或通道；被配置为对孔或通道施加多路电流或电压的电极对；被配置为检测孔或通道内的多个频率的阻抗的电极对，其中，检测到的阻抗至少包括第一频率的第一多元阻抗模式和第二频率的第二多元阻抗模式；其中被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对或不同的电极对。在一些实施方案中，第一多元阻抗模式和第二多元阻抗模式各自包括实数阻抗分量和虚数分量。在一些实施方案中，第一多元阻抗模式和第二多元阻抗模式各自包括阻抗分量的幅度和相位分量。
本文还提供了一种盒，其包括上述传感器，其中所述盒被配置为分析生物样品。在一些实施方案中，盒包括多个电润湿电极，其配置为在盒内输送一种或多种液体。在一些实施方案中，盒被配置为将试剂与生物样品或由生物样品衍生的子样品混合，并将生物样品或子样品输送至传感器。在一些实施方案中，盒包括电连接到传感器的装置接口。
本文中还提供了一种被配置为与上述盒对接并对其进行操作的装置。在一些实施方案中，该装置包括一个或多个处理器和存储一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，该程序被配置为由一个或多个处理器执行，该一个或多个程序包括用于确定细胞计数或基于检测到的阻抗的分析物浓度。
本文还描述了一种系统，其包括：(a)被配置为分析生物样品的盒，该盒包括：(i)传感器，其包括：第一通道段；第二通道段；流体连接第一通道段和第二通道段的孔或通道；被配置为对孔或通道施加多路电流或电压的电极对；被配置为在所述孔或通道内以多个频率检测阻抗的电极对，其中被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对或不同的电极对；以及(ii)与传感器电连接的装置接口；以及(b)被配置为与该盒对接并对该盒进行操作的装置，该装置包括一个或多个处理器以及存储一个或多个程序的非临时性计算机可读存储介质，该程序被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个这些程序包括用于基于在多个频率下检测到的阻抗来确定细胞计数或分析物浓度的指令。在一些实施方案中，检测到的阻抗包括实数分量和虚数分量。在一些实施方案中，检测到的阻抗包括幅度分量和相位分量。
本文还描述了一种系统，其包括：(a)被配置为分析生物样品的盒，该盒包括：(i)传感器，其包括：第一通道段；以及第二通道段；流体连接第一通道段和第二通道段的孔或通道；被配置为对孔或通道施加多路电流或电压的电极对；被配置为在所述孔或通道内以多个频率检测阻抗的电极对，其中被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对或不同的电极对；以及(ii)与传感器电连接的装置接口；(b)被配置为与该盒对接并对其进行操作的装置，该装置包括一个或多个处理器以及存储一个或多个程序的非临时性计算机可读存储介质，该程序被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个这些程序包括用于基于所检测到的阻抗来确定细胞计数或分析物浓度的指令，其中所检测到的阻抗至少包括在第一频率处的第一多元阻抗模式和在第二频率处的第二多元阻抗模式。在一些实施方案中，第一多元阻抗模式和第二多元阻抗模式各自包括实数阻抗分量和虚数分量。在一些实施方案中，第一多元阻抗模式和第二多元阻抗模式各自包括幅度阻抗分量和相位分量。
在一些实施方案中，盒包括多个电润湿电极，其配置为在盒内输送一种或多种液体。在一些实施方案中，盒被配置为将试剂与生物样品或由生物样品衍生的子样品混合，并将生物样品或子样品输送至传感器。在一些实施方案中，盒包括电连接到传感器的装置接口。
在一些实施方案中，被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对。在一些实施方案中，被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是不同的电极对。
在一些实施方案中，多元阻抗模式包括阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰面积或阻抗峰半宽峰高中的一个或多个。
在一些实施方案中，电极对与通道的内部直接接触。
在一些实施方案中，传感器被配置为对生物样品中的细胞数量进行计数。在一些实施方案中，传感器被配置为在不同类型的细胞之间进行区分。在一些实施方案中，传感器被配置为在红细胞、白细胞和血小板进行区分。在一些实施方案中，传感器被配置为对红细胞的数量、白细胞的数量或血小板的数量进行计数。在一些实施方案中，传感器被配置为区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。在一些实施方案中，传感器被配置为对嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞的数量进行计数。
在一些实施方案中，孔或通道是微孔或微通道。
在一些实施方案中，传感器被配置为检测分析物浓度。在一些实施方案中，分析物是蛋白质。在一些实施方案中，孔或通道是纳米孔或纳米通道。
在一些实施方案中，被配置为检测阻抗的电极对包括在第一通道段内的第一电极和在第二通道段内的第二电极。
在一些实施方案中，传感器包括通道，其中被配置为检测阻抗的电极对位于通道内。在一些实施方案中，电极对包括邻近第一通道段的第一电极和邻近第二通道段的第二电极。在一些实施方案中，电极对包括在通道的上表面上的第一电极和在通道的下表面上的第二电极，并且其中第一电极位于第二电极上方。
在一些实施方案中，传感器还包括被配置为检测传感器内的液体流动的电极对。
在一些实施方案中，传感器包括一个或多个隔离电极。
在一些实施方案中，传感器包括在电润湿电极附近的第一通道段的入口。在一些实施方案中，传感器包括在电润湿电极附近的第二通道段的出口。
在一些实施方案中，多路电流包括处于不同频率的多个交流分量。在一些实施方案中，多路电流包括(1)直流分量或低频交流电，和(2)处于不同频率的多个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括至少三个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括约10kHz至约100kHz的第一交流电，约100kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流以及大于约5MHz的第四交流。在一些实施方案中，多个交流分量包括至少五个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz到约20MHz的第四交流电，以及约20MHz到约150MHz的第五交流。在一些实施方案中，电流还包括约100kHz或更小，例如约50kHz或更小的附加交流电。
在一些实施方案中，被配置为检测阻抗的电极对被配置为以约100kHz或更高的采样率检测阻抗。
本文还提供了一种确定生物样品中细胞计数的方法，该方法包括：输送生物样品通过包括通道或孔的传感器；向通道或孔施加多路电流或电压；检测通道或孔内的复用阻抗；根据检测出的复用阻抗确定细胞计数。在一些实施方案中，所检测的复用阻抗包括在多个不同频率处的实数分量和虚数分量。在一些实施方案中，所检测的复用阻抗包括在多个不同频率处的幅度分量和相位分量。
本文还提供了一种确定生物样品中细胞计数的方法，该方法包括：输送生物样品通过包括通道或孔的传感器；向通道或孔施加多路电流或电压；检测通道或孔内的复用阻抗，该复用阻抗至少包括在第一频率的第一多元阻抗模式和在第二频率的第二多元阻抗模式；根据检测出的复用阻抗确定细胞计数。在一些实施方案中，第一多元阻抗模式和第二多元阻抗模式各自包括实数阻抗分量和虚数分量。在一些实施方案中，第一多元阻抗模式和第二多元阻抗模式各自包括幅度阻抗分量和相位分量。在一些实施方案中，多元阻抗模式包括阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰面积或阻抗峰半宽峰高中的一个或多个。在一些实施方案中，生物样品直接接触检测复用阻抗的一对电极。在一些实施方案中，该方法包括区分两种或更多种不同类型的细胞。在一些实施方案中，确定细胞计数包括确定生物样品中的红细胞计数、白细胞计数或血小板计数。在一些实施方案中，确定细胞计数包括确定生物学样品中的嗜酸性粒细胞计数、嗜碱性粒细胞计数、嗜中性粒细胞计数、单核细胞计数和淋巴细胞计数。在一些实施方案中，该方法包括将生物样品的两个或更多个子样品输送通过传感器，其中在不同的pH水平或不同的电解质浓度下处理两个或更多个子样品。
在上述方法的一些实施方案中，该方法包括将标记物输送到传感器中。在一些实施方案中，标记物是气泡或低电导率溶液。在一些实施方案中，该方法包括检测标记物。在一些实施方案中，标记物触发检测到的复用阻抗的开始或终止记录。在一些实施方案中，该方法包括确定生物样品的流速。在一些实施方案中，该方法包括使用确定的流速来确定细胞计数。
在上述方法的一些实施方案中，该方法包括过滤生物样品。
在上述方法的一些实施方案中，多路电流包括处于不同频率的多个交流分量。在一些实施方案中，多路电流包括(1)直流分量或低频交流电，和(2)处于不同频率的多个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括至少三个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括约10kHz至约100kHz的第一交流电，约100kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流以及大于约5MHz的第四交流。在一些实施方案中，多个交流分量包括至少五个交流分量。在一些实施方案中，多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz到约20MHz的第四交流电，约20MHz到约150MHz的第五交流。在一些实施方案中，电流还包括约100kHz或更低，例如约50kHz或更低的附加交流分量。
本文还提供了一种检测生物样品中分析物的方法，该方法包括：输送所述生物样品通过包括通道或孔的传感器，所述生物样品包含与亲和部分结合的分析物；向通道或孔施加电流或电压；检测通道或孔内的阻抗；根据检测到的阻抗检测分析物。在一些实施方案中，分析物是蛋白质或电解质。在一些实施方案中，亲和部分是多价亲和部分。在一些实施方案中，亲和部分是带电荷的。在一些实施方案中，亲和部分包含适体、抗体或抗体片段。在一些实施方案中，亲和部分包含与抗生物素蛋白或抗生物素蛋白衍生物结合的适体。在一些实施方案中，该方法包括将生物样品与包含亲和部分的试剂混合。在一些实施方案中，基于检测到的阻抗来检测分析物包括区分与分析物结合的亲和部分和未结合的亲和部分。
在上述方法的一些实施方案中，该方法包括将标记物输送到传感器中。在一些实施方案中，标记物是气泡或低电导率溶液。在一些实施方案中，该方法包括检测标记物。在一些实施方案中，标记物触发检测到的复用阻抗的开始或终止记录。在一些实施方案中，该方法包括确定生物样品的流速。在一些实施方案中，该方法包括使用确定的流速来确定分析物的浓度。
本文还描述了电润湿电极阵列，其包括：多个共面电润湿电极，其涂覆有绝缘层并由绝缘层隔开；以及其中所述电润湿阵列包括疏水性液体接触表面，并且其中所述电润湿阵列被构造成使用约50伏或更低的电压来输送水性液体。在一些实施方案中，绝缘层包括疏水液体接触表面。在一些实施方案中，绝缘层包括纳米结构化表面。在一些实施方案中，绝缘层涂覆有包括疏水液体接触表面的疏水层。在一些实施方案中，疏水层包括纳米结构化表面。在一些实施方案中，疏水层包含含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、十八烷异羟肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、16-羟基十六烷氢芳酸或十八烷硫醇。在一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为使用约0.5伏至约50伏的电压来输送水性液体。
在一些实施方案中，绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。在一些实施方案中，绝缘层包括氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。在一些实施方案中，使用原子层沉积、化学气相沉积、反应性离子束沉积、溅射沉积、蒸发、喷涂、旋涂或溶胶-凝胶形成将绝缘层涂覆在电极上。在一些实施方案中，绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。
在一些实施方案中，电润湿电极包括金、银、氯化银、铂、铟锡氧化物或导电碳。
在一些实施方案中，电润湿电极与疏水性液体接触表面分开约1nm至约25μm。
在一些实施方案中，多个电润湿电极还包括平行于共面电润湿电极的接地电极，其中疏水性液体接触表面在接地电极和共面电润湿电极之间。在一些实施方案中，接地电极对于两个或更多个电润湿电极是公共的。在一些实施方案中，电润湿电极中的至少一个与单独的接地电极配对。
在一些实施方案中，电润湿电极阵列包括阻抗传感器，该阻抗传感器包括感测电极和官能化的液体接触表面，其中该官能化的液体接触表面用特异性结合靶分析物的亲和部分官能化。在一些实施方案中，传感器还包括与第一感测电极配对的第二感测电极，其中传感器被配置为在分析物或蛋白质与亲和部分结合后检测阻抗的变化。在一些实施方案中，靶分析物是蛋白质。在一些实施方案中，亲和部分是抗体、抗体片段或适体。在一些实施方案中，阻抗传感器还包括金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器，该传感器包括被配置为基于pH或离子浓度来调制阻抗的pH敏感层或离子敏感层。
在一些实施方案中，水性液体包含生物样品。在一些实施方案中，生物样品包括血液样品。
本文还提供了一种用于分析生物样品的盒，其包括：样品接收端口，被配置为接收所述生物样品；以及传感器，被配置为分析生物样品；与生物样品接收端口和传感器流体连通的腔室或通道，该腔室或通道包括上述电润湿电极阵列；以及装置接口，其被配置为从装置上的盒接口接收电力并与之通信，其中传感器和多个电润湿电极与装置接口电连通。在一些实施方案中，腔室或通道与一个或多个试剂容器流体地连接，其中电润湿电极阵列延伸到一个或多个试剂容器中。在一些实施方案中，电润湿电极阵列包括试剂混合区域。
本文还提供了一种用于分析生物样品的系统，该系统包括：上述盒；以及包括盒接口的装置，该盒接口被配置为与盒对接，该装置被配置为操作电润湿电极阵列。在一些实施方案中，该装置是手持装置。
本文还提供了一种输送液体的方法，该方法包括：将水性液体置于灭活的第一电润湿电极上方的第一疏水性液体接触表面上；通过向第二电润湿电极施加约50伏或更低的电压来激活第二电润湿电极，从而将水性液体从第一疏水性液体接触表面输送至第二电润湿电极上方的第二疏水性液体接触表面；其中，第一电润湿电极和第二电润湿电极被绝缘层覆盖并被绝缘层隔开。在一些实施方案中，水性液体包含生物样品。
在一些实施方案中，该方法包括将试剂输送到第二液体接触表面，从而将试剂与水性液体混合。在一些实施方案中，通过激活第二电润湿电极来传输试剂。
在上述方法的一些实施方案中，使用约0.5V至约50V的电压在盒内输送生物样品。
在上述方法的一些实施方案中，第一疏水液体接触表面或第二疏水液体接触表面是纳米结构化表面。
在上述方法的一些实施方案中，绝缘层包括第一疏水液体接触表面和第二疏水液体接触表面。
在上述方法的一些实施方案中，绝缘层涂覆有包括第一疏水液体接触表面和第二疏水液体接触表面的疏水层。在一些实施方案中，疏水层包含含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、十八烷异羟肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、16-羟基十六烷氢芳酸或十八烷硫醇。
在上述方法的一些实施方案中，绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。在一些实施方案中，绝缘层包括氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。
在以上方法的一些实施方案中，绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。
在上述方法的一些实施方案中，第一电润湿电极与第一疏水性液体接触表面隔开约1nm至约25μm，并且第二电润湿电极与第二疏水性液体接触表面隔开约1nm至约25μm。
附图说明
图1A示出了用于分析生物样品的示例性的盒。
图1B示出了盒的另一示例性实施方案。
图2示出了与盒接合的示例性装置的框图。
图3示出了配置为测量分析物浓度的示例性阻抗传感器对。
图4A示出了与多个电润湿电极集成的示例性阻抗传感器，其被配置为检测或测量分析物。
图4B示出了图4A的阻抗传感器，疏水层覆盖传感器的绝缘层。
图5A示出了可用于分析物间接检测或定量的示例性阻抗传感器。阻抗传感器包括MOSCap传感器。
图5B示出了作为图5A中的阻抗传感器的一部分示出的MOSCap传感器的侧视图，以及用于阻抗传感器的电模型。
图6示出了使用图5A和5B中示出的传感器的直接和间接分析物测量。
图7示出了具有第一通道段、第二通道段以及在第一通道段与第二通道段之间的微通道的通道传感器的示例性通道的图像。
图8A示出了具有第一通道段中的第一阻抗检测电极和第二通道段中的第二阻抗检测电极的通道传感器的俯视图和侧视图，其中在第一通道段和第二通道段之间具有微孔或微通道。
图8B示出了通道传感器的俯视图和侧视图，该通道传感器具有在微通道内与第一通道段相邻的第一阻抗检测电极，以及在微通道内与第二通道段相邻的第二阻抗检测电极。
图8C示出了通道传感器的俯视图和侧视图，该通道传感器包括位于微通道内的第一阻抗检测电极和第二阻抗检测电极，其中第一阻抗检测电极位于第二阻抗检测电极上方。
图8D示出了在同一通道内具有两组检测电极的示例性通道传感器。
图8E示出了另一示例性通道传感器，该通道传感器在同一通道内具有两组检测电极，并且在每个电极位置处的通道内具有波状通道特征。
图8F示出了在第一通道段和第二通道段之间的微通道的示例性实施方案，其中多个检测电极沿着通道的长度设置。
图9示出了包括一对阻抗检测电极、两对流量检测电极和两个隔离电极的通道传感器的俯视图和侧视图。
图10示出了通道传感器的操作的开始，下面的曲线展示了由第一对流量检测电极检测到的DC电压。
图11示出了如何将标记物用作使用传感器的数据收集的触发，并且可以针对不同的生物子样品重复该循环。
图12示出了使用盒中的通道传感器来测定生物样品的示例性方法。
图13示出了流过孔或通道的细胞的电模型。
图14示出了对于约10μm的细胞，在单个频率(30kHz)下由阻抗检测电极测量的作为时间的函数的示例性相对阻抗变化。
图15A示出了靶分析物与四价亲和分子的结合。
图15B示出了随着亲和部分通过通道传感器的纳米通道由未与靶分析物结合的亲和部分导致的阻抗变化(上图)和由与靶分析物结合的亲和部分导致的阻抗变化(下图)。
图15C示出了使用阻抗幅度来确定靶分析物的浓度的一个示例。
图16A示出了具有8x16矩阵的示例性电润湿电极阵列，其具有将每个电极与装置接口电连接的迹线。
图16B示出了图16A所示的阵列中的几个电润湿电极的放大图，突出显示了约正方形电极的锯齿状边缘。
图17A示出包括绝缘层流体接触表面的多个电润湿电极的一个实施方案。
图17B示出了多个电润湿电极的另一实施方案，其包括涂覆电润湿电极的绝缘层和涂覆该绝缘层的疏水层。
图17C示出了包括绝缘层流体接触表面的多个电润湿电极的另一实施方案。
图17D示出了多个电润湿电极的另一实施方案，其包括涂覆电润湿电极的绝缘层和涂覆该绝缘层的疏水层。
图18A示出了作为直径为5μm、10μm、20μm或30μm的聚苯乙烯珠粒流过30kHz电流的流式细胞仪中的电压变化。当珠粒通过电流时，观察到明显的电压降，可用于测量粒径。
图18B示出了使用流式细胞仪(30kHz电流)测量的聚苯乙烯珠粒的直径相对于聚苯乙烯珠粒的实际尺寸的归一化曲线。测得的直径与实际直径呈线性关系，表明该方法可以可靠地用于估算粒径。
图19示出了对于嗜酸性粒细胞，当其以-6.19秒通过电流时，在具有107kHz、570kHz、1.55MHz、16MHz和40MHz分量的电流下，测量的复用阻抗的实数分量和虚数分量。
图20A-G示出了嗜碱性粒细胞(图20A)、嗜酸性粒细胞(图20B)、淋巴细胞(图20C)、单核细胞(图20D)、中性粒细胞(图20E)、血小板(图20F)和红细胞(图20G)在各种电流(107kHz、570kHz、1.55MHz、16MHz和40MHz)下的实数分量和虚数分量的平均归一化阻抗图。
图21A示出了来自5μm和10μm的流经通道传感器的聚苯乙烯珠粒的归一化电压差分信号。
图21B示出了对于流过通道传感器的5μm和10μm的聚苯乙烯珠粒，珠粒计数相对于测量的电压差的直方图。结果表明，基于归因于珠粒通过通道传感器的阻抗，可以根据尺寸对聚苯乙烯珠粒进行分类。
图22A示出了通过基于阻抗特征对颗粒进行分类的机器学习模型对白细胞(WBC)、红细胞(RBC)和血小板的聚类。
图22A示出了通过基于阻抗特征对颗粒进行分类的机器学习模型对嗜中性白细胞、淋巴细胞和单核细胞的聚类。
图22C示出了随着稀释的全血通过传感器而随时间变化的分量电压差分信号。使用机器学习模型，基于颗粒的归因阻抗签名，将通过传感器的颗粒标记为红细胞(R)、白细胞(W)、血小板(P)或聚苯乙烯珠粒(PS)。
发明详述
在本文中描述了用于分析生物样品(例如血液、血清、唾液、汗液、眼泪、黏液、尿液或悬浮在流体中的任何其他生物样品或衍生物)的盒和系统，以及用于分析生物系统的方法。可以将不同类型的盒与控制装置一起使用，并且可以将不同类型的盒配置为执行生物样品的不同测定或测定组套。例如，在一些实施方案中，盒被配置为执行全血细胞计数(CBC)测定。CBC测定可以区分和计数不同的血细胞类型，例如红细胞、血小板和白细胞(包括嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞)。在一些实施方案中，盒被配置为执行综合代谢组套(CMP)。相同的控制装置可以与不同的盒接合，从而允许使用一个通用的装置，该装置可以通过与选定的盒对接来执行多种测定。
盒包括：可以接收生物样品的样品接收端口；用于分析样品的传感器；以及将生物样品接收端口流体连接到传感器的盒空间。多个电润湿电极可以在盒空间中输送生物样品，并且可以任选地将样品分成较小的体积和/或进一步将生物样品与一种或多种试剂结合以处理生物样品。盒可以通过盒上的装置接口与装置对接，该装置接口配置为从装置接收电力并与装置通信。传感器和多个电润湿电极与装置接口电连通，从而允许装置操作盒。
传感器用于分析生物样品，并且可以是例如配置为检测蛋白质(可以是例如酶)或电解质或对生物样品中的细胞的数量和/或类型进行计数的传感器。在一些实施方案中，盒包括可以具有相同或不同功能的两个，三个，四个或更多个传感器。例如，盒可以包括用于检测蛋白质的第一传感器和用于计数细胞数量的第二传感器，或者既可以检测蛋白质又可以计数细胞数量的混合传感器。
可通过将生物样品沉积到盒中，并使用多个电润湿电极在盒内输送生物样品来分析生物样品。例如通过直接将固定体积的生物样品放入输入口或通过允许放置血液收集管的接口将生物样品引入盒，从而形成从管到输入口的流体路径。在一些实施方案中，通过将血液样品分成预定体积的多个液滴来制备生物样品。可将样品与盒内的一种或多种试剂混合以处理生物样品，使用盒内的一个或多个传感器对其进行分析以生成分析数据。然后将分析数据传输到装置。
盒中的多个电润湿电极允许使用低电压力将生物样品小心地在盒内输送。所述盒可以包括试剂容器，并且在将所述容器内的试剂输送到传感器以进行分析之前，可以将其与电润湿电极上的生物样品混合。
盒优选为一次性使用的盒，其包括必要的试剂和正确的体积以在无需用户干预的情况下处理生物样品。用户仅需将生物样品施加到盒上，装置即可操作该盒以正确处理和分析样品。分析完成后，即可处置盒。可以制造不同的盒类型，包括不同的分析测试，这取决于盒中包含的一个或多个传感器，并且单个装置可以与不同的盒类型对接。
本文还描述了使用复用阻抗感测来分析生物样品的传感器。可以分析生物样品，例如以检测或定量蛋白质(可以是例如酶)或电解质，或对细胞的数量和/或类型(例如红细胞、白细胞或血小板)进行计数。这样的生物样品可以包括例如血液、血清、唾液、汗液、眼泪、粘液、尿液或悬浮在流体中的任何其他生物样品或衍生物。在一些实施方案中，传感器被包括在盒中，该盒被配置为接收和分析生物样品。盒可以是接收和操作盒的系统的一部分。
在一些实施方案中，传感器包括电极对，该电极对被配置为检测孔或通道内的多个频率下的阻抗。所检测的阻抗可以包括在一个或多个频率处的多元阻抗模式，并且可以对一个或多个多元阻抗模式进行分析以对细胞数量进行计数和/或区分细胞类型。多元阻抗模式可以包括例如来自阻抗的实数分量的信号(诸如振幅)和来自阻抗的虚数分量的信号(诸如振幅)。可替代地，多元阻抗模式可以包括例如来自阻抗的幅度分量的信号(诸如振幅)和来自阻抗的相位分量的信号(诸如振幅)。
本文进一步公开了用于确定生物样品中细胞计数的方法。细胞计数可以包括对多种不同类型的细胞进行计数，例如生物样品中白细胞的计数、红细胞的计数和/或血小板的计数。在一些实施方案中，细胞计数可以包括白血球差异，并且可以包括嗜碱性粒细胞计数、嗜酸性粒细胞计数、淋巴细胞计数、嗜中性粒细胞计数和/或单核细胞计数。该方法可以包括输送生物样品(或子样品)通过包括通道或孔的传感器。将多路电流或电压施加到通道或孔，并且可以在通道或孔内检测到复用阻抗。复用阻抗至少包括在第一频率处的第一多元阻抗模式和在第二频率处的第二多元阻抗模式。然后可以基于检测到的复用阻抗来确定细胞计数。如本文进一步解释的，当细胞或其他颗粒流过通道或孔时，复用阻抗模式可以包括检测到的阻抗信号的特征。这样的特征可以包括但不限于阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰值面积或阻抗峰值半峰高中的一个或多个。该特征可以来自阻抗信号的实数分量或虚数分量。该特征可以来自阻抗信号的幅度分量或相位分量。
本文还描述了一种检测生物样品中的分析物如蛋白质或电解质的方法。该方法包括输送生物样品通过包括通道或孔的传感器，向通道或孔施加电流或电压，以及检测通道或孔内的阻抗。生物样品包括与亲和部分结合的分析物，并且当结合至亲和部分的分析物通过通道或孔时，阻抗受到影响。因此，可以基于检测到的阻抗来检测分析物。
在本文描述的电润湿电极阵列的一些可选实施方案中，电润湿电极阵列被配置为通过向电润湿电极施加低电压(约50伏或更低)来输送水性液体(例如生物样品或经处理的生物样品)。施加到电极上的电压导致液体接触角的变化，从而驱动液体。通过使用低电压输送水性液体，电润湿电极阵列可用于低功率装置和应用中，例如即时测定系统。即时测定系统可以包括具有电润湿电极阵列的盒，该盒被配置为分析生物样品。盒包括盒内的电润湿阵列，该盒可以由装置操作，该装置可以是手持式和/或电池供电的装置。
在一些实施方案中，电润湿电极阵列包括涂覆有绝缘层并由绝缘层隔开的多个共面电润湿电极；其中所述电润湿阵列包括疏水性液体接触表面，并且其中所述电润湿阵列被构造成使用约50伏或更低的电压来输送水性液体。如本文进一步所述，选择液体接触表面的疏水性(即，接触角)，以及将液体接触表面和电极分开的距离和/或材料，以降低将水性液体从一个电润湿电极输送到另一个电润湿电极样品所需的电压。
可通过以下操作来输送液体：将水性液体置于灭活的第一电润湿电极上方的第一疏水性液体接触表面上；通过向第二电润湿电极施加约50伏以下的电压来激活第二电润湿电极，从而将水性液体从第一疏水性液体接触表面输送至第二电润湿电极上方的第二疏水性液体接触表面。第一电润湿电极和第二电润湿电极涂覆有绝缘层并由绝缘层隔开。
用于分析生物样品(例如血液、血清、唾液、汗液、眼泪、黏液、尿液或悬浮在流体中的任何其他生物样品或衍生物)的盒可包括电润湿电极阵列以输送和/或处理盒中的生物样品。所述盒可以进一步包括一个或多个传感器以分析生物样品。可以将不同类型的盒与控制装置一起使用，并且可以将不同类型的盒配置为执行生物样品的不同测定或测定组套。相同的控制装置可以与不同的盒接合，从而允许使用一个通用的装置，该装置可以通过与选定的盒对接来执行多种测定。
定义
如在此使用的，单数形式的“一个”，“一种”和“该”包括复数形式，除非上下文另外明确指出。
本文中对“约”或“近似”的值或参数的引用包括(并描述)针对该值或参数本身的变化。例如，提及“约X”的描述包括对“X”的描述。
如本文所用，术语“抗体”包括但不限于单克隆抗体、多克隆、嵌合抗体、CDR移植抗体、人源化抗体、Fab、Fab'、F(ab')2、Fv、二硫键连接的Fv、scFv、单域抗体(dAb)、双抗体、多特异性抗体、双重特异性抗体、抗独特型抗体、双特异性抗体、功能活性表位-其结合片段、双功能杂交抗体、单链抗体和含Fc的多肽，例如免疫粘附。在一些实施方案中，抗体可以是任何重链同种型(例如，IgG、IgA、IgM、IgE或IgD)。在一些实施方案中，抗体可以是任何轻链同种型(例如，κ或γ)。抗体可以是非人类的(例如来自小鼠、山羊或任何其他动物的)，完全人类的，人源化的，或嵌合的。在一些实施方案中，抗体是衍生的抗体。
术语“通道”是指提供线性液体流动路径的管、导管或其他通路。
应理解，本文描述的本发明的方面和变型包括“由...组成”和/或“基本上由...组成”的方面和变型。
“高-κ”或“高κ”材料是介电常数为3.9或更高的任何材料。
“疏水”材料、表面或层是在25℃下可提供90度或更高的水接触角的任何材料、表面或层。
在提供值的范围的情况下，应当理解，在该范围的上限和下限之间的每个中间值，以及在该指定范围内的任何其他规定的值或中间的值，都包括在本公开的范围内。在陈述的范围包括上限或下限的情况下，不包括那些包括的上限在内的范围也包括在本公开中。
应理解，本文描述的各种实施方案的一种，一些或全部性质可以组合以形成本发明的其他实施方案。本文使用的章节标题仅用于组织目的，而不应解释为限制所描述的主题。
上面关于“实施方案”描述的特征和偏好是不同的偏好，并且不仅限于该特定实施方案；在技术上可行的情况下，它们可以与来自其他实施方案的特征自由组合，并且可以形成特征的优选组合。给出描述以使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请及其要求的上下文中提供该描述。对所描述的实施方案的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文的一般原理可以应用于其他实施方案。因此，本发明无意限于所示的实施方案，而是与与本文所述的原理和特征一致的最宽范围相一致。
分析盒
盒接收可以由用户放置的生物样品，并处理和分析生物样品。所述盒包括：配置成接收生物样品的样品接收端口；用于分析生物样品的传感器；与生物样品接收端口和传感器流体连通的腔室或通道；多个电润湿电极，其配置为在腔室或通道中输送生物样品，并将生物样品与一种或多种试剂结合；以及装置接口，其被配置为从装置上的盒接口接收电力并与之通信，其中传感器和多个电润湿电极与装置接口电连通。所述盒优选地是一次性盒，并且新的盒可以用于分析不同的生物样品。在一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为(1)在腔室或通道中输送生物样品，并且(2)在盒内将生物样品与一种或多种试剂结合。
可以使用电润湿电极来执行盒内的流体致动，尽管考虑了盒内的液体(例如，样品)输送的其他形式。例如，在一些实施方案中，盒包括一个或机械泵(例如注射泵、蠕动泵和/或气动泵)以在盒内输送液体。一个或多个机械泵可以例如与一个或多个电子流体阀一起使用。因此，尽管本文描述的盒的某些实施方案使用电润湿电极来进行液体运动和/或样品制备，但是可以使用其他液体输送方式。
可沉积到盒中的示例性生物样品包括但不限于血液、血浆、血清、汗液、泪液、粘液、尿液或任何其他合适的液体生物样品或生物样品衍生物。在一些实施方案中，样品具有约20μL或更大的体积，例如约20μL与约1mL之间的体积。例如，在一些实施方案中，样品的体积为约20μL至约40μL，约40μL至约80μL，约80μL至约150μL，约150μL至约300μL，约300μL至约600μL，或约600μL至约1mL。盒接收的生物样品可以在盒内分开以进行不同的测试或进行冗余的测试。可以使用电润湿电极对生物样品进行分割和/或计量(即达到预定体积)。在一些实施方案中，将样品分开以进行2次、3次、4次或更多次的冗余测试(即，重复，三次重复等)。在一些实施方案中，将样品分为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个不同的测试，可以重复地或可以不重复地进行每个测试。举例来说，可以将600μL的生物样品分成30个分开的样品，每个分开的生物样品具有20μL的生物样品，可以使用10个不同的分析测试进行三次重复分析。
样品接收端口可以包括通过第一样品端口通道流体地连接到样品接收腔室的入口，并且样品接收腔室可以通过第二样品端口通道流体地连接到盒的腔室或通道。样品接收腔室的体积决定了盒接收的样品的体积。因此，在一些实施方案中，样品接收腔室的体积为约20μL或更大，例如在约20μL与约1mL之间。例如，在一些实施方案中，样品接收腔室的体积为约20μL至约40μL，约40μL至约80μL，约80μL至约150μL，约150μL至约300μL，约300μL至约600μL或约600μL至约1mL。沉积在入口中的样品通过毛细管作用通过第一样品端口通道流入样品接收腔室。将样品保留在样品接收腔室中，直到操作多个电润湿电极以从样品接收腔室输送样品为止。如本文进一步讨论的，电润湿电极优选地涂覆有提供疏水性流体接触表面的材料，该材料防止样品在没有电润湿致动的情况下通过第二样品端口通道流入装置的腔室或通道中。第二样品端口通道和/或样品接收腔室可以任选地包括一个或多个电润湿电极，其可以帮助将生物样品从样品接收腔室转移到主腔室或通道中。同样任选地，盒可以包括过滤器，该过滤器构造成在生物样品进入主腔室之前对其进行过滤。过滤器可以例如在样品在盒中被处理和分析之前从生物样品中去除碎屑或较大的颗粒。过滤器可以定位在例如第二样品端口通道或第一样品端口通道内。
样品接收端口流体连接至主腔室或通道，该主腔室或通道与一个或多个传感器或其他盒部件流体连接。如果盒包括用于在整个盒中输送生物样品的主通道，则通道的尺寸优选地设定为限制样品在通道内的毛细管运动。腔室或通道的下部包括多个电润湿电极，其可以如本文所述被涂覆。主腔室或通道还包括顶部和侧壁以包围通道或腔室，尽管侧壁可以任选地被倒圆以避免拐角。多个电润湿电极被配置为通过电润湿致动将腔室或通道中的生物样品例如输送至试剂混合区域、传感器或废物容器。在一些配置中，多个电润湿电极位于腔室或通道的底部，并且在一些实施方案中，多个电润湿电极位于腔室或通道的底部和顶部。与迫使流体线性运动的通道相反，在具有电润湿阵列的盒中具有主腔室允许使用电润湿电极以编程方式控制盒内的流体的运动。
所述腔室或通道可以与一个或多个试剂容器流体地连接，所述试剂容器可以预先加载有试剂以处理生物样品。试剂容器的尺寸可以设置成容纳期望量的试剂。试剂容器通过容器通道与主腔室或通道连接。一个或多个试剂容器和/或容器通道可以任选地包括一个或多个电润湿电极，以将试剂从试剂腔室输送到主腔室或通道中。电润湿电极任选地将样品和试剂输送到试剂混合区域中，从而将生物样品与一种或多种试剂结合以形成经处理的生物样品。所述试剂可用于例如改变pH，进行化学和/或生物反应，或稀释(或连续稀释)生物样品以形成经处理的生物样品。在一些实施方案中，一种或多种试剂被配置为修饰或裂解样品中的细胞或样品中的细胞的子集。例如，在一些实施方案中，裂解剂裂解样品中的细胞，或仅裂解样品中的红细胞。任选地进行样品中红细胞的靶向裂解，例如以处理样品来对样品中的白细胞计数或测量血红蛋白含量或浓度。在一些实施方案中，一种或多种试剂可以用标记物(例如，可以被标记的亲和部分标记物，例如适体或抗体(或片段))修饰细胞表面(例如细胞膜)，标记物与细胞类型特异性结合以进行鉴定。在一些实施方案中，一种或多种试剂包括可以渗透到细胞或细胞的靶向亚组中的标记物，其可以修饰细胞内部(例如，细胞质或细胞核)，其可以用于细胞类型鉴定。
在一些实施方案中，一种或多种试剂包括缓冲剂、抗凝剂(例如乙二胺四乙酸(EDTA))或稳定剂(例如稳定剂蛋白，例如白蛋白)和/或粘度调节剂(例如甘油，例如约0.1％至约50％的甘油)。
某些试剂可用于稀释样品或样品的部分。在一些实施方案中，将一种或多种试剂以约1：1至约1：2000(例如约1：1至约1：5，约1：5至约1:10，约1:10至约1:20，约1:20至约1:50，约1:50至约1：100，约1：100至约1：300，约1：300至约1：500，约1：500至约1：1000，或约1：1000至约1：2000)的比例以样品与稀释剂的比例添加至样品或样品的部分以稀释样品。
盒包括一个或多个与腔室或通道流体连接的传感器。盒可以包括1个、2个、3个、4个、5个或更多个不同的传感器，并且可以包括给定类型的传感器的1个、2个、3个、4个、5个或更多个冗余传感器。本文进一步详细描述了可与盒一起使用的示例性传感器。简而言之，示例性传感器包括光学传感器和阻抗传感器，其可以被配置为分析生物样品。在一些实施方案中，传感器被配置为检测蛋白质或电解质，或测量生物样品中的蛋白质浓度或电解质浓度。在一些实施方案中，传感器是通道传感器(例如，被配置为对生物样品中的细胞数量进行计数的流式细胞仪，或被配置为检测或定量诸如蛋白质或酶之类的分析物的量的流分析物传感器)。流式细胞仪可能能够区分不同的细胞类型(例如，红细胞、白细胞或血小板)，并且被配置为对一种或多种不同类型的细胞计数。
盒可以包括废物容器，该废物容器构造成在被生物样品一个或多个传感器分析之后接收生物样品。废物容器例如通过废物通道流体连接到主腔室。电润湿电极可以通过电润湿致动将分析的生物样品输送到废物容器中。任选地，废物通道和/或废物容器可包括一个或多个电润湿电极，以控制生物样品向废物容器中的输送。在一些实施方案中，一旦生物样品已经被输送到废物容器中，它就通过疏水作用被保留在废物容器中。邻近废物容器的电润湿电极可以涂覆有疏水性流体接触层，并且当不使用电润湿电极时，废物容器中的流体保持在那里以避免疏水性流体接触层。
盒还包括装置接口，该装置接口被配置为从装置上的盒接口接收电力并与之通信。装置接口包括多个电极，这些电极与装置电极电连通，并且盒和装置彼此接合。一个或多个传感器和电润湿电极通过电极与装置接口电连通。这允许装置与盒之间的通信，并且装置可以操作电润湿电极以在盒内输送生物样品，包括从样品接收端口流出和/或进入废物容器。该装置可以进一步操作电润湿电极以在盒内输送一种或多种试剂，并将生物样品与一种或多种试剂结合。该装置可以进一步操作盒中的一个或多个传感器。一个或多个传感器可以通过分析生物样品来生成分析数据，该生物样品通过装置接口传输到装置。以这种方式，装置可以接收分析数据。
任选地，盒可以包括一个或多个(例如1、2、3、4、5或更多)光学窗口，这些光学窗口在盒的顶部和/或底部上可以是光学透明的。这些光学窗口可与阻抗传感器结合使用，或作为独立检测器使用。无论是独立使用还是组合使用，都可以通过颜色变化或荧光发射来检测与试剂的反应，以选择性检测分析物或蛋白质结合。在一些实施方案中，当与阻抗传感器结合使用时，光学检测可以用于检测不限于脂质、胆红素C、胆红素F、乳糜、溶血性血红蛋白、葡萄糖的干扰物质和/或可替代地检测样品质量以应用校正因子进行测量。样品质量检查包括样品浊度的测量。如果盒包括多于一个的光学窗口，则光学窗口可以具有相同的大小或不同的大小。光学窗口被配置为允许光穿过样品，例如以使用光学显微镜或分光镜检查(例如，荧光、红外(IR)、拉曼或UV/Vis吸收分光镜检查)捕获样品的图像或测定样品。电润湿电极可以将生物样品或其部分输送到光学窗口，并且可以对样品进行测定或捕获样品的图像。在一些实施方案中，操作盒的装置包括光源和当盒与盒接合时与光学窗口对准的光学检测器。然后，该装置可以使用光源和光学检测器测定生物样品。在一些实施方案中，装置包括与盒的光学窗口对准的照相机，并且当盒与装置接合时，照相机可以通过光学窗口对生物样品成像。
图1A示出了用于分析生物样品的示例性盒。该盒包括样品接收端口，该样品接收端口包括通过第一样品端口通道106流体地连接到样品接收腔室104的入口102。生物样品被沉积到入口102中并且通过毛细作用通过第一样品端口通道106行进到接收腔室104中。样品接收腔室104通过第二样品端口通道110流体连接到主腔室108。任选地，盒包括在入口102和主腔室108之间的过滤器(未示出)，该过滤器可以例如定位成在第一样品端口通道106或第二样品端口通道110内。如果存在，则过滤器可以去除生物样品中的较大碎片。主腔室108包括多个电润湿电极112，其继续延伸到第二样品端口通道110中。盒还包括多个试剂容器114a，114b，114c和114d，其通过容器通道116a，116b，116c和116d流体连接到主腔室108。尽管在图1A中示出了的示例性盒示出了四个试剂容器，但是应当理解，盒可以包括任意数量的容器，如通过使用该盒进行的一项或多项测试所确定的。多个电润湿电极112延伸到容器通道116a，116b，116c和116d中，并且电润湿电极112可以被操作以将容器通道116a，116b，116c和116d中的试剂输送到主腔室108的混合区域118中。将生物样品和试剂输送到混合区域118中并合并以形成处理后的生物样品。任选地，盒的主腔室108可以包括过滤器。可以使用电润湿电极112将生物样品输送通过过滤器，例如以分离生物样品的组分(例如从全血中分离血清)。多个电润湿电极112可以被操作以将处理后的生物样品或处理后的生物样品的部分输送到盒内的一个或多个传感器。任选地，通过传感器对生物样品进行分析而不进行处理。图1A中所示的示例性盒包括三个阻抗传感器120a，120b和120c，其被配置为测量生物样品中的蛋白质的量。阻抗传感器可以是相同类型的(即，执行相同测定的冗余阻抗传感器)或不同类型的。尽管在图1A中示出的示例性盒包括三个阻抗传感器，但是应当理解，盒可以包括任何数量的阻抗传感器，这可以取决于特定盒的检验或检验冗余的数量。所示盒还包括四个通道传感器122a，122b，122c和122d，尽管盒的其他实施方案可以具有额外的或更少的通道传感器，这些通道传感器可以是冗余的或非冗余的。通道传感器可以是例如流式细胞仪，或者可以被配置为检测或定量蛋白质。在所示的示例中，多个电润湿电极112包括作为阻抗传感器120a，120b和120c的部分的官能化电极。然而，多个电润湿电极112不延伸到通道传感器122a，122b，122c和122d中，通道传感器122a，122b，122c和122d使用毛细作用使处理后的生物样品通过传感器。该盒还包括通过废物通道126流体连接到主腔室108的废物容器124。多个电润湿电极延伸到废物通道126中，并且可以被操作以将处理后的生物样品输送到废物容器124中。盒还包括与多个电润湿电极112和传感器120a，120b，120c，122a，122b，122c和122d电连通的装置接口128。
盒任选地包括光学窗口130。光学窗口包括在盒顶部的透明窗口和在盒底部的透明窗口，其允许光通过。光学窗口130流体地连接到主腔室108，并且可以使用电润湿电极112将生物样品输送到光学窗口130。当盒接合装置(图1A中未示出)时，光源和将光学检测器定位在光学窗口130的相对侧上，并且可以使用该装置来测定位于光学窗口中的生物样品。
图1B示出了具有不同取向的传感器的盒的另一实施方案。尽管电润湿电极的尺寸和/或间隔可以变化，主腔室示出了多个电润湿电极以演示该阵列。该盒包括样品接收端口，该样品接收端口包括通过第一样品端口通道136流体地连接到样品接收腔室134的入口132。生物样品被沉积到入口132中并且通过毛细作用通过第一样品端口通道136行进到接收腔室134中。样品接收腔室134通过第二样品端口通道140流体连接到主腔室138。接收腔室134和第二样品端口通道140包括第一电润湿电极142和第二电润湿电极144。操作电润湿电极以可控制地将生物样品从样品接收腔室134通过第二样品端口通道140转移到主腔室138中。任选地，盒包括位于入口132和主腔室138之间的过滤器，该过滤器可以位于例如第一样品端口通道136或第二样品端口通道140内。例如，如果过滤器位于第二样品端口通道140内，则电润湿电极可用于将生物样品通过过滤器转移到主腔室138。如果存在过滤器，则可以去除生物样品中的较大碎屑。
主腔室138包括多个电润湿电极，其电连接到装置接口146，使得当电润湿电极连接到装置时可以使用装置来操作电润湿电极。盒还包括多个试剂容器148a，148b，148c和148d，它们通过容器通道150a，150b，150c和150d流体连接到主腔室138。尽管在图1B中示出的示例性盒示出了四个试剂容器，但是应当理解，盒可以包括任意数量的容器，如通过使用该盒进行的一项或多项测试所确定的。试剂容器148a，148b，148c和148d和/或容器通道150a，150b，150c和150d可包括一个或多个电润湿电极，其可用于将包含在试剂容器内的试剂输送到主腔室中。例如，试剂容器148a和试剂通道150a可以包括第一电润湿电极152a和第二电润湿电极154a。
生物样品和试剂被输送到主腔室138的混合区域中，并被结合以形成处理后的生物样品。任选地，盒的主腔室138可包括过滤器。可以使用电润湿电极将生物样品输送通过过滤器，例如以分离生物样品的成分(例如从全血中分离血清)。可以操作多个电润湿电极，以将处理后的生物样品或处理后的生物样品的部分输送到盒内的一个或多个传感器。任选地，通过传感器对生物样品进行分析而不进行处理。
图1B中所示的示例性盒包括两个阻抗传感器156a和156b，其被配置为测量生物样品内的蛋白质的量。阻抗传感器可以被配置为执行相同的测定(即，冗余阻抗传感器)或不同的测定。尽管在图1B中示出的示例性盒包括两个阻抗传感器，但是应当理解，盒可以包括任何数量的阻抗传感器，这可以取决于特定盒的测定或测定冗余的数量。所示的盒还包括两个通道传感器158a和158b，尽管盒的其他实施方案可以具有额外的或更少的通道传感器，这些通道传感器可以是冗余的或非冗余的。通道传感器可以是例如流式细胞仪，或者可以被配置为检测或定量蛋白质。来自阻抗传感器156a和156b以及通道传感器158a和158b的电极电连接到装置接口146。当装置操作盒时，装置可以通过电连接的传感器传输电流和/或接收采集的数据。
图1B中所示的盒包括光学窗口160和光学窗口162，它们可以具有相同的尺寸或不同的尺寸。光学窗口包括位于盒顶部的透明窗口和位于盒底部的透明窗口，该透明窗口允许光线通过。光学窗口各自通过通道流体地连接到主腔室138，并且可以使用电润湿电极将生物样品输送到光学窗口。当盒接合装置(图1B中未示出)时，光源和光学检测器位于光学窗口的相对侧，并且可以使用该装置来测定位于光学窗中的生物样品。
图1B中所示的盒进一步包括通过废物通道166流体连接到主腔室138的废物容器164。废物容器164和废物通道166包括电润湿电极，使得被分析的生物样品可以从主腔室138输送到废物容器中。
盒可以被配置成包括各种数量的传感器和/或传感器类型，这取决于盒用来执行的测定或测定组套。例如，盒可以包括一个或多个通道传感器(例如，流式细胞仪或被配置为检测诸如蛋白质的分析物的通道传感器)、光学窗口和/或阻抗传感器。可以根据盒中包括的配置、试剂和/或传感器，将盒配置为执行一个或多个测定或测定组套。例如，盒可以被配置为分析一种或多种细胞计数(例如，红细胞计数、白细胞计数和/或血小板计数)，或者检测或定量蛋白质(或酶)或其他分析物(例如电解质)。在一些实施方案中，盒被配置为测试生物样品的全血细胞计数(CBC)或综合代谢组套(CMP)。在一些实施方案中，盒配置为检测或定量葡萄糖、钙、血尿素氮(BUN)、肌酐、钠、钾、氯、二氧化碳、血清总蛋白、白蛋白、总胆红素、碱性磷酸酶(ALP)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、红细胞、白细胞、血小板、血红蛋白或血细胞比容中的一项或多项。
用于操作盒的装置
装置被配置为与本文所述的盒对接并对其进行操作，以形成用于分析生物样品的系统。如所讨论的，该装置可以对接并操作不同的盒类型，该盒类型被配置为对生物样品执行不同的测定或测定组套。所述装置包括盒接口，该盒接口接合盒上的装置接口以给盒供电并与盒通信。就这一点而言，该装置配置为向盒供电，以为一个或多个传感器和/或电润湿电极供电，从盒中的一个或多个传感器接收分析数据，并操作盒中的一个或多个传感器。该装置可以包括处理器(例如微控制器、有限状态机等)和存储器，其可以用于操作装置以控制电润湿电极或一个或多个传感器，并接收分析数据。在一些实施方案中，盒上的装置接口被配置为插入到装置上的盒接口中，并且在一些实施方案中，装置上的盒接口被配置为插入到盒上的装置接口中。该装置可以是手持装置，其可以由电池供电。
该装置可以被配置为给不同类型的盒供电并与之通信以对生物样品执行不同的分析。例如，该装置可以使第一类型的盒与第一传感器接合，使用第一类型的盒分析第一生物样品，使第一类型的盒脱离接合，使第二类型的盒与与第一传感器不同的第二传感器接合，并使用第二类型的盒分析第二生物样品。可以将装置配置为对1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多种不同类型的盒供电并进行操作。
在一些实施方案中，该装置包括一个或多个处理器以及存储被配置为由一个或多个处理器(例如微控制器)执行的一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质。一个或多个程序可以包括用于操作盒中的多个电润湿电极以输送生物样品和/或将生物样品与一种或多种试剂混合的指令。一个或多个程序还可以包括用于操作一个或多个传感器的指令。如本文中进一步描述的，某些传感器可以利用生物样品在传感器内的静态放置，并且某些传感器可能需要生物样品通过传感器的连续流动。因此，在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于操作盒中的多个电润湿电极以连续地将生物样品输送通过传感器或将生物样品静态地放置在传感器内的指令。
该装置包括向不同的装置部件供电的硬件和电路，该装置部件包括多个电润湿电极和一个或多个传感器。例如，该装置可以包括一个或多个电源电路，该电源电路向各种盒部件提供能量以操作盒部件。在一些实施方案中，该装置被配置为使用约0.5伏至约1000伏(例如约0.5伏至约1伏，约1伏至约5伏，约5伏至约10伏，约10伏至约20伏，约20伏至约30伏，约30伏至约50伏，约50伏至约100伏，约100伏至约250伏，约250伏至约500伏，或500伏至约1000伏)来操作多个电润湿电极。优选地，多个电润湿电极使用约50伏或更低，或更优选地约20伏或更低来操作。使用多个电润湿电极来致动生物样品的较低电压允许较低的功率使用，这可以允许装置由电池供电。
该装置还包括电子电路和/或一个或多个程序，以从一个或多个传感器供电，操作和接收数据。例如，装置可以包括用于操作传感器的集成电路(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))，该集成电路可以包括使用数据采集电路(DAQ)发送和/或接收数据。该装置还可以包括数字信号处理器(DSP)和/或数字信号合成器(DSS)。
该装置可以进一步包括电子电路，以允许信息显示或数据导出和/或通信。例如，该装置可以包括输入/输出端口(I/O端口)和/或有线或无线通信装置(诸如WiFi或蓝牙通信装置)。
该装置可以与盒对接，作为分析生物样品的系统。图2示出了与盒接合的示例性装置的框图。该装置包括与存储器电连通的处理器，该存储器可以存储用于操作该装置和/或盒的一个或多个程序。该装置还包括电源电路，该电源电路可以包括电池或电插头。电源电路与处理器电连通以向处理器提供功率，并且与电润湿电极驱动器电连通。电源电路可以向处理器和电极驱动器提供不同的电源。例如，取决于电润湿电极的配置，电源电路可以向处理器提供3.3伏(或任何其他合适的电压)并且向电润湿电极驱动器提供约0.5伏至约1000伏之间的功率。处理器被配置为操作电润湿电极驱动器，该电润湿电极驱动器通过装置上的盒接口和盒上的装置接口与电润湿电极电连通。处理器可以操作电润湿驱动器，该电润湿驱动器使用电润湿电极控制通过盒的流体(例如生物样品和一种或多种试剂)的电润湿驱动。电润湿驱动器操作电润湿电极以将样品入口中的生物样品输送到盒的混合区域。此外，电润湿驱动器操作电润湿电极以将试剂容器中的试剂输送到混合区域中，以将试剂与生物样品结合以形成处理后的生物样品。然后，电润湿驱动器可以连续地或替代地(例如，通过分离样品)操作电润湿电极以将处理后的生物样品输送至传感器(或多个传感器，例如传感器1和传感器2，如果在盒上存在)，然后将处理后的生物样品输送到废物容器。
继续参考图2，装置的处理器可以与集成电路(例如，FPGA)电连通，该集成电路被配置为操作一个或多个传感器(例如，传感器1和传感器2)。传感器1可以是例如流式细胞仪，其被配置为对生物样品中的细胞数量或某种细胞的类型进行计数，传感器2可以是例如阻抗传感器，其被配置为对蛋白质或分析物浓度进行定量。该装置可以包括数字信号合成器(DSS)模块，该模块使用直接数字合成器(DDS)和数模转换器(DAC)生成模拟信号(例如，多路复用模拟信号)并将其传输到一个或多个传感器。可替代地，也可以使用不需要DAC的直接模拟合成器(DAS)生成此多路复用信号。如图所示，DSS嵌入在FPGA中，但是可以认为DSS可以与FPGA分开。在以上两种使用DDS或DAS的方案中的每一种中，模拟或数字信号需要在生成后进行混合，这需要单独的混合级来生成多路复用的模拟信号。在一个单独的实施方案中，使用任意波形发生器(AWG)生成信号，其中使用可变频率时钟将存储在存储器或查找表(LUT)中的多路复用信号的数字样品转换为模拟形式。来自传感器的数据被传输到数据采集电路(DAQ)，该数据采集电路可以将数据存储在存储器(任选地嵌入到FPGA中)中，然后再由处理器(例如，数字信号处理器(DSP))取回，以用于处理。DSS可以向DAQ电路提供参考信号，该参考信号可用于校准从传感器接收的信号。DSP任选地电连接到装置处理器，并且可以将数据传输到装置处理器。装置处理器可以将数据存储在装置存储器中，也可以通过输入/输出(I/O)端口输出数据，以显示或通过其他方式传送数据(例如，通过蓝牙或网络(例如，WiFi连接))。任选地，DSP可以直接与I/O端口通信以传送数据。
生物样品通过样品入口进入盒，并任选地在进入盒的主腔室之前通过第一过滤器(过滤器1)。任选的过滤器可用于防止大碎片进入腔室。主腔室包括由装置操作的电润湿电极，该电润湿电极可以将生物样品输送到腔室的混合区域。该装置还可以操作电润湿电极以在试剂容器中输送一种或多种试剂以在混合区域中与生物样品混合。在一些实施方案中，可以包括第二过滤器(过滤器2)，并且由该装置操作的电润湿电极可以在将样品输送到一个或多个传感器之一之前将样品输送通过过滤器。任选的第二过滤器可用于分离生物样品的成分，例如分离血清或从白细胞分离红细胞和血小板。
传感器
盒可以包括一个或多个可以分析生物样品的传感器。在一些实施方案中，电润湿电极被配置为将生物样品输送至分析该生物样品的一个或多个传感器。传感器可以将数据传输到装置，该装置通过装置接口和盒接口电连接到传感器。盒中的一个或多个传感器可以随盒类型的不同而变化，这取决于所需的生物样品分析。示例性传感器包括通道传感器和基于阻抗的传感器。本文描述的是用于检测分析物(例如蛋白质、酶或电解质)，测量分析物浓度(例如蛋白质酶或电解质浓度)或计算细胞数量或细胞类型数量的传感器。然而，其他传感器可以与本文描述的盒一起使用。
分析物传感器
在一些实施方案中，盒包括被配置为检测和/或定量分析物(诸如蛋白质、酶或电解质)的光学窗口或阻抗传感器。
可以是与盒接合的装置的部件的光学传感器可以与盒的光学窗口对准，以分析生物样品，例如检测蛋白质或测量蛋白质浓度。光学传感器可以使用光学显微镜或分光镜检查(例如荧光、红外(IR)、拉曼或UV/Vis吸收或任何其他合适的分光镜检查技术)来分析生物样品以产生分析数据。可以使用该装置分析使用分光镜检查收集的数据，以确定是否存在蛋白质或蛋白质浓度。在一些实施方案中，盒包括两个或更多个光学窗口，并且光学传感器中的至少一个可以用作控件。例如，可以通过控制传感器分析不含生物样品的试剂，该传感器可提供用于校准的基线。然后，装置可以校准接收到的数据以测量准确的分析物浓度。
在一些实施方案中，传感器是阻抗传感器，其被配置为检测分析物(例如，蛋白质、酶或电解质)或测量分析物的量。阻抗传感器可以独立地起作用(或与其他阻抗传感器一起起作用)或与一个或多个光学传感器相结合起作用。在一些实施方案中，当光学传感器与基于电阻抗的传感器结合使用以进行分析物检测时，光学传感器可用于检测干扰物质或检测用于阻抗测量的校准因子。阻抗传感器可以包括电极对，其中两个电极中的至少一个被特异性结合至靶分析物的亲和部分官能化。电极可以涂覆有绝缘层(即，介电层)，并且亲和部分可以在绝缘层或覆盖绝缘层的任选的疏水层上官能化。绝缘层优选地包括高κ材料(即，具有约3.9或更高的介电常数)。在一些实施方案中，绝缘层包括二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅或其组合(例如，混合在一起或以多个分离的层的形式)。绝缘层和/或疏水层的特性(例如，厚度、介电常数和/或疏水性)可以与本文描述的绝缘层和疏水层的特性相同或相似。
亲和部分可以是例如抗体、抗体片段或适体(例如DNA适体、RNA适体或XNA适体)。可以将生物样品输送到传感器，并且靶蛋白结合到亲和部分。在一些实施方案中，亲和部分特异性结合血红蛋白。
在一些实施方案中，生物样品在阻抗测量期间被静态地放置在阻抗传感器中，并且在一些实施方案中，生物样品在阻抗测量期间连续地流过传感器。由靶分子与亲和分子的结合导致的两个电极之间的阻抗变化量与生物样品中分析物的浓度相关。在一些实施方案中，盒包括参考传感器，该参考传感器包括电极对，该电极对包括以与用于分析生物样品的传感器相似的方式配置的至少一个官能化电极。可以使用诸如没有生物样品的试剂之类的对照流体来检测基线阻抗，该基线阻抗可以被传输至装置并用于校准用于分析生物样品的传感器。
在一些实施方案中，以约10kHz或更高(例如约20kHz或更高，约50kHz或更高，约100kHz或更高，约200kHz或更高，约300kHz或更高，约400kHz或更高，约500kHz或更高，约1MHz或更高，约5MHz或更高，约10MHz或更高，约25MHz或更高，约50MHz或更高，约75MHz或更高，约100MHz或更高，约125MHz或更高，或约150MHz或更高)的采样率测量阻抗。在一些实施方案中，以约10kHz至约200MHz(诸如约10kHz至约20kHz，约20kHz至约50kHz，约50kHz至约100kHz，约100kHz至约200kHz，约200kHz至约300kHz，约300kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约1MHz，约1MHz至约2MHz，约2MHz至约3MHz，约3MHz至约4MHz，约4MHz至约5MHz，约5MHz至约10MHz，约10MHz至约25MHz，约25MHz至约50MHz，约50MHz至约75MHz，约75MHz至约100MHz，约100MHz至约125MHz，约125MHz至约150MHz或约150MHz至约200MHz)的采样率测量阻抗。在一些实施方案中，以约100kHz至约5MHz的采样率测量阻抗。在一些实施方案中，以约125MHz或更高的采样率来测量阻抗。
在一些实施方案中，在约1Hz或更高(例如10Hz)或100Hz或更高或1kHz或更高，10kHz或更高(例如约20kHz或更高，约50kHz或更高，约100kHz或更高，约200kHz或更高，约300kHz或更高，约400kHz或更高，约500kHz或更高，约1MHz或更高，约5MHz或更高，约10MHz或更高，约25MHz或更高，约50MHz或更高，约75MHz或更高，约100MHz或更高，约125MHz或更高，或约150MHz或更高)的激发频率下测量阻抗。在一些实施方案中，在约1Hz至约100Hz或约100Hz至约1kHz或约1kHz至约10kHz或约10kHz至约200MHz(例如约10kHz至约20kHz，约20kHz至约50kHz，约50kHz至约100kHz，约100kHz至约200kHz，约200kHz至约300kHz，约300kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约1MHz，约1MHz至约2MHz，约2MHz至约3MHz，约3MHz至约4MHz，约4MHz至约5MHz，约5MHz至约10MHz，约10MHz至约25MHz，约25MHz至约50MHz，约50MHz至约75MHz，约75MHz至约100MHz，约100MHz至约125MHz，约125MHz至约150MHz或约150MHz至约200MHz)的激励频率下测量阻抗。在一些实施方案中，在约100Hz至约125kHz的施加的激励频率下测量阻抗。在一些实施方案中，以约125kHz或更高的采样率来测量阻抗。
图3示出了示例性的阻抗传感器对，其被配置为测量诸如蛋白质或酶浓度之类的分析物浓度的浓度。阻抗传感器对包括测试传感器和对照传感器。生物样品被输送到测试传感器，并且对照缓冲液被输送到对照传感器。在测试传感器和对照传感器处测量阻抗，并且由于分析物引起的阻抗是在测试传感器和对照传感器处测量的阻抗之间的差。两个传感器都包括在底部基板304上的第一感测电极302和在与第一感测电极302相对的顶部基板308上的第二感测电极306。第一感测电极302涂覆有第一绝缘层310，并且第二感测电极306涂覆有第二绝缘层312。第一介电层310涂覆有第一疏水层314，第二介电层312涂覆有第二疏水层316。第一疏水层314被亲和部分318官能化，亲和部分318例如为抗体，其特异性结合至测试传感器中生物样品中的分析物320。参考传感器的第一疏水层314也被亲和部分318官能化，但是不结合分析物，因为没有生物样品被输送到参考传感器。尽管在其他实施方案中第二疏水层316可以被官能化，但是所示传感器中的第二疏水层316没有被亲和部分官能化。生物样品在第一感测电极302和第二感测电极306之间被输送到测试传感器，并且可以测量分析物阻抗(Z2)。将对照缓冲区输送到参考传感器，并测量参考阻抗(Z1)。分析物阻抗(Z2)和参考阻抗(Z1)之间的差异与生物样品中蛋白质的浓度相关。传感器与盒的装置接口电连通。当盒的装置接口与装置上的盒接口接合时，装置可操作阻抗传感器以在分析物与亲和分子或参考阻抗结合时检测阻抗的变化。然后，该装置可以根据检测到的阻抗确定分析物浓度。
使用多个电润湿电极将生物样品输送至阻抗传感器。在一些实施方案中，第一感测电极(或第二感测电极)位于多个电润湿电极中的两个电润湿电极之间。在一些实施方案中，第一感测电极和/或第二感测电极是多个电润湿电极内的电润湿电极。在该配置中，多个电润湿电极可以将生物样品输送到第一感测电极和第二感测电极之间的位置，并且第一感测电极(或第二感测电极)可以通过激活感测电极将生物样品静态地保持在传感器中。装置中或由装置操作的电压开关电路连接到电润湿电极，并且可以向电极之一施加电压以激活电极，并吸引生物样品以将其自身定位在激活电极上方。电压切换电路电连接到开关，该开关被配置为在阻抗感测电路和电润湿电极电源电路之间交替选择。阻抗感测电路被配置为当盒与装置接合时电连接到装置中的处理器。电润湿电源电路被配置为当盒与装置接合时电连接到装置中的电润湿电极驱动器，并且可以向电润湿电极供应电力。
图4A示出了与多个电润湿电极集成的示例性阻抗传感器，其被配置为检测或测量分析物(例如，蛋白质、酶或电解质)。多个电润湿电极包括第一电润湿电极410、第一感测电极412和第二电润湿电极414。与第一电润湿电极410、第一感测电极412和第二电润湿电极414相对的是第二感测电极416，其还用作多个电润湿电极的接地电极。第一电润湿电极410、第一感测电极412和第二电润湿电极414被涂覆有第一绝缘层418，并且第二感测电极416被覆盖有第二绝缘层420。尽管示出了第二感测电极416作为电极410、412和414的公共电极，可以想到电极410、412和414可以与各个电极相对。在422处，在第一感测电极412上方的位置处，第一绝缘层418被与特异性结合至生物样品中的靶分析物的亲和部分官能化。第一电润湿电极410、第一感测电极412和第二电润湿电极414电连接到电压切换电路424。电压切换电路424可以通过向第二电极施加电压来选择性地激活第一电润湿电极410、第一感测电极412或第二电润湿电极414中的一个或不激活其中任何一个。电压切换电路424电连接到开关426，该开关426被配置为将电压切换电路424选择性地连接到阻抗感测电路428或电润湿电极电源电路430。阻抗传感器可以任选地包括覆盖第一绝缘层418的第一疏水层432和/或覆盖第二绝缘层420的第二疏水层434(见图4B)。在第一感测电极412上方的位置436处，第一疏水层432被亲和部分官能化。
可以通过向第一电润湿电极410施加电压来将生物样品输送到第一电润湿电极410。电压选择电路424选择第一电润湿电极410，并且开关426将电压选择电路424电连接至电润湿电极电源电路430。在生物样品位于第一电润湿电极410上方的情况下，电压选择电路424选择电压并将其施加到第一感测电极412，从而使第一电润湿电极410去激活。通过选择第一感测电极在412，生物样品被输送到第一感测电极412，在这里它可以被静态地保持，使得生物样品中的靶蛋白可以在422结合到亲和部分。开关426可以将阻抗感测电路428电连接到电压选择电路424，从而允许检测出阻抗的变化。阻抗的变化可以参考具有对照溶液而不是生物样品的类似参考传感器。然后可以基于检测到的阻抗确定生物样品中靶分析物的浓度。一旦完成了对生物样品的分析，开关426就可以电连接到电润湿电极电源电路430到电压选择电路424，并且电压选择电路424可以选择第二电润湿电极414并使第一感测电极412去激活，从而将生物样品输送出阻抗传感器。然后可以通过不同的传感器分析生物样品或将其输送到废物容器。
用于分析物检测或定量的阻抗传感器可以附加地或替代地依赖于间接的分析物检测或定量方法。对于间接测量，将分析物(例如蛋白质、酶或电解质)与亲和部分结合，用洗涤缓冲液洗涤，然后与可以产生离子或质子的第二亲和部分结合(例如，通过催化化合物产生过氧化氢，过氧化氢可以形成质子)。离子或质子可以通过离子敏感或pH敏感的薄膜进行检测，并且离子或质子的浓度与分析物的浓度成正比。示例性的pH敏感层可以包括氧化铪、氧化铝、氧化铱或铬-钽氧化物(CrO2/Ta2O3)。在一些实施方案中，使用包括pH敏感层或离子敏感层的金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器来检测离子或质子。
可用于间接检测或定量分析物的示例性阻抗传感器如图5A所示。图5A所示的阻抗传感器包括与MOSCap传感器相邻的官能化电润湿电极。使用亲和部分将分析物捕获在官能化电润湿电极上，然后将第二亲和部分结合至分析物以产生离子或质子，该离子或质子流向MOSCap传感器进行检测。电润湿电极包括在底部基板504上的第一电润湿电极502和在顶部基板508上与第一电极502相对的任选的第二(接地)电润湿电极506。第一电润湿电极502涂覆有第一绝缘层510，第二电润湿电极506涂覆有第二绝缘层512。任选地，在第一电润湿电极502上方在第一绝缘层510上涂覆有第一疏水层514，在第二电润湿电极506下方在第二绝缘层512上涂覆有第二疏水层516。然而，第一疏水层514和第二疏水层516不延伸到MOSCap传感器中。用亲和部分518对第一疏水层514(或在省略第一疏水层的实施方案中的介电层510)进行官能化。在一些实施方案中，官能化的电湿润电极被配置为基于分析物与亲和部分结合时的阻抗变化直接检测或定量分析物。
MOSCap传感器包括在第一基板504上的第一MOSCap电极520和在第二基板508上的与第一MOSCap电极520相对的第二MOSCap电极522。第一MOSCap电极520覆盖有第一半导体层524(例如，硅、锗或镓化合物，例如砷化镓或氮化镓)，第二MOSCap电极522涂有第二半导体层526。在此实施方案中，504和508可以是与524和526不同的绝缘或半导体材料，或相同的绝缘或半导电材料。尽管认为覆盖半导体层的绝缘层可以不同于覆盖电润湿电极的绝缘层，但是第一绝缘层510在第一半导体层524上方延伸，并且第二绝缘层512在第二半导体层526上方延伸。第一检测层528(例如，pH敏感层或离子敏感层)覆盖MOSCap传感器内的第一绝缘层510，第二检测层530(例如，pH敏感层或离子敏感层)覆盖MOSCap传感器内的第二绝缘层512。
图5B示出了MOSCap传感器的侧视图以及电模型。MOSCap传感器包括参考电极532(其可以是例如银或氯化银电极，或者可以是任何其他合适的材料)以及对电极534(例如可以是金或任何合适的材料)。在一些实施方案中，参考电极532和对电极534被定位成与液体流成一直线(例如，参考电极532或对电极534可以被定位在第一MOSCap电极520和第一电润湿电极502之间)。在一些实施方案中，参考电极532和对电极534被定位成与液体流相邻。
图6示出了使用图5A和5B中示出的传感器的直接和间接分析物测量。在步骤602，通过电润湿致动将生物样品输送至官能化的电润湿电极，并且待分析的分析物结合至附着于疏水层(或绝缘层，如果不存在疏水层的话)的亲和部分。任选地，一旦结合分析物，就洗涤生物样品。一旦将分析物结合到亲和部分，就可以测量阻抗以直接测量分析物浓度，如上所述。在步骤604，与配置为产生质子的信号传递酶缀合的次要亲和部分被输送到官能化电润湿电极，并使结合到附着于电润湿电极的主要亲和部分的分析物结合(通过绝缘层和/或疏水层)。在步骤606，将试剂输送到电润湿电极，其可以被信号酶催化以产生过氧化氢，该过氧化氢降解以产生质子。在步骤608，质子流到MOSCap传感器，并且pH敏感层的变化响应于质子调制阻抗。使用MOSCap传感器检测调制后的阻抗，并且调制后的阻抗与生物样品中分析物的浓度成比例。
在一些实施方案中，阻抗传感器是MOSCap传感器，其中绝缘层之一(或涂覆绝缘层的疏水层，如果存在的话)被亲和部分官能化。相对的绝缘层涂覆有pH敏感或离子敏感层。MOSCap传感器的这种配置允许在同一MOSCap传感器中直接进行分析物检测或浓度测量(通过官能化表面)和间接分析物检测(通过pH敏感或离子敏感层)。
通道传感器
盒可以另外地或可替代地包括通道传感器，该通道传感器被配置为检测或量化生物样品中的细胞(或一种或多种类型的细胞)或分析物(例如蛋白质或酶)。在一些实施方案中，盒中的一个或多个通道传感器包括流式细胞仪。流式细胞仪可以被配置为例如检测和区分多种不同类型的细胞，例如红细胞、血小板和/或白细胞(或一种或多种不同类型的白细胞，例如如嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和/或淋巴细胞)。在一些实施方案中，盒中的一个或多个通道传感器包括流分析物传感器。在一些实施方案中，一个或多个通道传感器可以被配置为流式细胞仪和流分析物传感器，并且任选地包括分别配置用于同一通道内的功能性(即充当流式细胞仪或流分析物传感器)的多个不同的电极组(每个电极组包含2个，3个或更多个电极)。
在一些实施方案中，在被通道传感器分析(例如，以计数和/或区分不同的细胞类型)之前，样品(例如，血液样品)不被处理(例如，通过与一种或多种试剂混合)。例如，全血(可能但不必稀释或处理)可以通过通道传感器以计数或区分全血样品中的细胞。在一些实施方案中，样品在分析之前被处理，例如通过在分析之前稀释样品，标记某些细胞类型或裂解某些细胞类型(例如红细胞)。在一些实施方案中，在分析之前通过仅稀释样品来处理样品(即，不需要标记或裂解)，并且在分析之前不需要附加的处理步骤。可以例如通过将样品与一种或多种试剂混合来处理样品。
通道传感器基于使用库尔特原理的阻抗感应。使用库尔特原理，充满流体的微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)在微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的两侧或内部具有成对的阻抗检测电极的情况下，能够检测由于单个颗粒(如细胞)穿过孔或通道而引起的阻抗调制。孔或通道内电阻或低频阻抗的变化与粒径成正比，取决于：
其中Rch是通道或孔的电阻，ΔRch是当颗粒通过通道或孔时的通道或孔电阻的变化，d是颗粒的直径。流过孔或通道的颗粒(例如细胞)导致的复用阻抗波动取决于颗粒的各种特性，例如颗粒的大小、颗粒的结构、颗粒的组成或颗粒的表面特性。阻抗包括实数分量和虚数分量，并且可以对分量中的一个或两个进行分析以确定生成复用阻抗信号(即，多个频率的阻抗信号)的细胞的类型。备选地，可以分析可以从实数分量和/或虚数分量测量和/或导出的复用阻抗的幅度分量和相位分量，以确定产生复用阻抗信号(即，多个频率的阻抗信号)的细胞的类型。
通道传感器包括包含微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的通道，生物样品(在盒内进行处理以稀释样品和/或改变周围缓冲液的pH或电解质浓度)可以通过该通道。微孔或微通道将第一通道段与第二通道段分开，生物样品连续流过整个通道。尽管电润湿电极可用于将生物样品引入通道传感器或从通道传感器中撤回生物样品，但是生物样品通过毛细作用而不是电润湿致动穿过传感器。通道传感器还包括配置为向微孔或微通道施加电流并检测微孔或微通道内的阻抗的阻抗检测电极组(例如，阻抗检测电极对)。阻抗检测电极被配置为与流过通道传感器的液体接触。例如，阻抗检测电极不需要通过绝缘层(例如玻璃)与传感器分开。另外，如本文进一步讨论的，对检测到的电信号的多变量分析提供了不同细胞类型的高分辨率检测。因此，通道传感器不需要参考电极。
图7示出了具有第一通道段702、第二通道段704以及在第一通道段702和第二通道段704之间的微通道706的通道传感器的示例性通道的图像。微通道的直径为50μm。
在一些实施方案中，对于分析物(例如蛋白质)检测，微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的直径为约10nm至约1μm，或对于流式细胞仪，为约5μm至约100μm。在一些实施方案中，对于分析物(例如蛋白质)检测，微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的直径为约5nm至约1μm。例如，在一些实施方案中，用于分析物检测的纳米孔或纳米通道的直径可以在约5nm至约10nm，约10nm至约20nm，约20nm至约50nm，约50nm至约100nm，约100nm至约150nm或约150nm至约200nm。在一些实施方案中，流式细胞仪包括直径为约5μm至约100μm，例如约5μm至约10μm，约10μm至约25μm，约25μm至约50μm或约50μm至约100μm的微孔或微通道。可以基于所需的分析来选择直径的大小，并且可以使用不同的孔径更准确地对某些细胞类型进行计数。例如，优选地使用具有直径为约5μm至约25μm的微孔或微通道的通道传感器来计数平均直径为约1-3μm的血小板，尽管较大的直径可以用于测量。对于白细胞，微孔或微通道的直径优选为约40μm至约100μm，例如约50μm。
通道传感器可以包括两个或更多个检测电极，其被配置为检测通道或孔(例如，微通道或纳米通道，或微孔或纳米孔)内的阻抗。在一些实施方案中，检测电极被配置为成对操作(例如，工作电极和对电极)。在一些实施方案中，检测电极被配置为作为三元组(例如，工作电极、对电极和参考电极)进行操作。在一些实施方案中，检测电极被静态地定位在用于检测阻抗的电极组(例如，两个或三个电极的组)中。在一些实施方案中，将电极动态地分组为一组(例如，通过操作盒的装置)以检测阻抗。例如，该装置可以操作选择微通道或纳米通道内的电极的开关，并且所选择的电极用于检测阻抗。可以例如基于电极的间距以及被检测或测量的分析物或细胞的类型来选择电极。
微通道的长度通常大于微通道的直径。可以将检测电极放置在微通道内，在微通道的外部(即，使微通道位于检测电极之间的空间中)或两者。在一些实施方案中，微通道的长度为约0.001mm或更长，例如约0.005mm或更长，约0.01mm或更长，约0.05mm或更长，约0.1mm或更长，约0.5mm或更长，约1mm或更长，约1.5mm或更长，约2mm或更长，约3mm或更长，或约4mm或更长。在一些实施方案中，微通道的长度为约5mm或更短的长度，例如约4mm或更短，约3mm或更短，约2mm或更短，约1.5mm或更短，约1mm或更短，约0.5mm或更短，约0.1mm或更短，约0.05mm或更短，约0.01mm或更短，或约0.005mm或更短。在一些实施方案中，微通道的长度为约0.001mm至约5mm，例如约0.001mm至约0.05mm，约0.05mm至约0.1mm，约0.1mm至约0.5mm，约0.5mm至约1mm，约1mm至约1.5mm，约1.5mm至约2mm，约2mm至约3mm，约3mm至约4mm或约4mm至约5mm的长度。通道(例如，微通道或纳米通道)可以沿着通道的长度包括多个检测电极(例如，两个，三个，四个，五个，六个，七个，八个，九个，十个或更多个)，这些电极可以分为两组或更多组。可以使用两个或更多电极组来获得冗余或不同的阻抗测量值。可以进行冗余阻抗测量，例如，以通过信号平均来改善检测。例如，不同的阻抗测量可以取决于电极的不同间距，这可以提高用于测量不同细胞类型或大小的检测灵敏度。
用于测量阻抗的检测电极的间距会影响检测灵敏度，这取决于被测颗粒的尺寸。通常，较窄间隔的电极优选用于测量较小的颗粒，而较宽的电极间距可用于较大的颗粒的测量。但是，电极的间隔不应太宽，以免电极之间的多个颗粒测量这些相同的颗粒。例如，在一些实施方案中，检测电极间隔约5nm至约100nm(例如，约5nm至约10nm，约10nm至约25nm，约25nm至约50nm或约50nm至约100nm)以测量或检测分析物(例如蛋白质，例如血红蛋白)。在一些实施方案中，检测电极间隔约1μm至约5μm(例如约1μm至约1.5μm，约1.5μm至约2μm，约2μm至约3μm，约3μm至约4μm，或约4μm至约5μm)，例如以检测或测量血小板。在一些实施方案中，检测电极间隔约5μm至约10μm(例如约5μm至约6μm，约6μm至约7μm，约7μm至约8μm，约8μm至约9μm，或约9μm至约10μm)，例如以检测或测量红细胞。在一些实施方案中，检测电极间隔约5μm至约25μm(例如约5μm至约10μm，约10μm至约15μm，约15μm至约20μm或约20μm至约25μm)，例如检测或测量白细胞。因此，通过在通道内包括不同间隔的检测电极，相同的通道可用于检测不同的分析物和/或细胞类型。
在一些实施方案中，传感器的通道的几何形状是均匀的或近似均匀的(即，通道的直径是恒定的或近似恒定的)。在一些实施方案中，传感器的通道的几何形状是锥形的(即，通道的直径沿通道的长度增加或减小)。通道的锥形几何形状允许使用不同的通道直径在沿通道长度的不同位置分析单个流。在一些实施方案中，传感器的通道的几何形状包括一个或多个波(即，直径增大，然后直径相应减小)，并且任选地，一个或多个检测电极可以位于波内。
阻抗检测电极对可位于微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的任一侧，沿着微通道(或纳米通道)的长度在微通道(或纳米通道)内，或在微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)中共面配置。例如，图8A示出了具有第一通道段804中的第一阻抗检测电极802和第二通道段808中的第二阻抗检测电极806的通道传感器的俯视图和侧视图，在第一通道段804与第二通道段808之间具有微孔或微通道810。在所示的实施方案中，第一阻抗检测电极802和第二阻抗检测电极806都位于通道传感器的下表面上，但是可以想到的是，第一阻抗检测电极802和第二阻抗检测电极806可以位于通道传感器的上表面。图8B示出了通道传感器的俯视图和侧视图，该通道传感器具有在微通道820内与第一通道段814相邻的第一阻抗检测电极812和在微通道内与第二通道段818相邻的第二阻抗检测电极816。在图示的实施方案中，第一阻抗检测电极812和第二阻抗检测电极816都位于微通道的下表面，但是可以想到的是，第一阻抗检测电极812和第二阻抗检测电极816可以定位在微通道的上表面。在图8C中，通道传感器包括位于微通道826(或纳米孔或纳米通道)内的第一阻抗检测电极822和第二阻抗检测电极824，其中第一阻抗检测电极822位于第二阻抗检测电极824上方(即，第一阻抗检测电极822在上表面上，第二阻抗检测电极824在下表面上，第一阻抗检测电极822与第二阻抗检测电极824对准)。
图8D示出了在同一通道内具有两组检测电极的示例性通道传感器。传感器包括由通道(例如，微通道)832隔开的第一通道段828和第二通道段830。传感器包括沿着通道832的长度定位并且配置成测量通道832内的阻抗的第一组检测电极834和第二组检测电极836。第一组检测电极834包括工作电极838、对电极840和位于工作电极838与对电极840之间的任选的参考电极842。类似地，第二组检测电极836包括工作电极844、对电极846和位于工作电极844与对电极846之间的任选参考电极848。第一组检测电极834中的工作电极838与对电极840之间的间距不同于(并且在所示的示例中大于)第二组检测电极836中的工作电极844与对电极846之间的间距。因此，在图8D中所示的示例性的通道传感器中，优化了第一组检测电极834以检测比第二组检测电极836更大的颗粒。图8E示出了类似于图8D中所示的通道传感器的示例性通道传感器，除了通道832包括波850，并且电极分别位于波内。波之间的通道直径比波本身窄。
图8F示出了在第一通道段854和第二通道段856之间的微通道852的示例性实施方案，沿着通道852的长度设置有多个检测电极858a-858p。在所示的实施例中，电极858a-858ppp电极均匀地隔开，尽管在替代实施方案中，电极不均匀地隔开。可以动态选择电极对以测量阻抗。
除了阻抗检测电极之外，通道传感器还可任选地包括一个或多个流量检测电极对和/或一个或多个隔离电极。流量检测电极对可以位于微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的任一侧，并配置为检测液体流量。在一些实施方案中，传感器包括在微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的第一侧上(即，在第一通道段内)的第一流量检测电极对，以及在微孔或微通道(或纳米孔或纳米通道)的第二侧上(即在第二通道段内)的第二流量检测电极对。流量检测电极对通过施加电流(例如DC电流)并检测电压变化(或施加电压并检测电流变化)来验证传感器是否充满液体，例如洗涤缓冲液、起始缓冲液或其他对照试剂。一旦该装置通过与流量检测电极对进行电通信来验证了传感器充满液体，该装置便可以操作盒中的电润湿电极，以将生物样品输送到通道传感器中。
可以引入标记物(例如气泡或低电导率溶液)以将对照试剂与生物样品分离。可以通过中断来自通道传感器入口的液体流来引入气泡标记物，例如通过操作电润湿电极以停止液体流。毛细管作用导致通道内的液体继续流过通道传感器，并产生气泡。如果标记物是气泡，则可以在通道传感器中包括气泡捕集器，以防止气泡穿过孔或通道。气泡捕集器可包括选择性膜，该选择性膜允许空气扩散但不允许液体扩散。在一些实施方案中，标记物是不混溶的液体，例如甘油或油(例如，硅油、植物油或橄榄油)。然后可以将液体引入通道传感器，从而使气泡位于两个流体流之间。
标记物的检测然后确认将生物样品引入通道传感器中，并开始数据采集。标记物还可以用于例如基于标记物的体积以及标记物穿过流量检测电极的开始和结束时间点来动态确定传感器内液体的流速。知道通道传感器中液体的流速允许量化生物样品内的颗粒(例如细胞)浓度。颗粒浓度由单位时间内通过的颗粒数除以流速确定。颗粒浓度也可以或可替代地通过将颗粒总数除以通过通道传感器的体积来获得。检测到的阻抗信号的峰值宽度也是通过通道的颗粒速度的函数，通过通道的颗粒速度可以从流速计算出并从脉冲宽度测量。颗粒速度允许基于所检测信号中的脉冲宽度变化来确定颗粒通过通道的易位路径。这允许对所测量的信号的幅度应用误差校正，从而允许校正穿过远离通道的中心轴的通道的颗粒的信号强度。对于通过通道的较小颗粒，变化将更加明显。例如，如果1-5μm的颗粒通过50μm的通道，则该颗粒可以取通过该通道的多个路径，即通道的中心(指示真实幅度)或边缘，这会导致较大的信号振幅。替代地，颗粒或细胞可以取通道的中心和边缘之间的路径，从而导致两个信号强度之间的振幅增加。
隔离电极可以位于通道传感器的入口或出口附近，并用作接地电极。接地(隔离)电极将通道传感器与盒中其他位置的电活动隔离开，例如电润湿电极的操作导致的电活动。因此，隔离电极将通道传感器内的电噪声降至最低。
图9示出了包括一对阻抗检测电极、两对流量检测电极和两个隔离电极的通道传感器的俯视图和侧视图。第一组电润湿电极902与传感器的入口相邻，因此可以将对照试剂或生物样品输送到传感器中，而第二组电润湿电极904与传感器的出口相邻，以使得对照试剂或生物样品可以从传感器上输送走。在传感器内，对照试剂或生物样品通过毛细管致动来输送。传感器包括微孔906，在微孔906的相对侧上具有第一阻抗检测电极908和第二阻抗检测电极910。尽管图9中所示的实施方案示出了在微孔的任一侧上的阻抗检测电极，可以构想其他构造(见图8A-8C)。传感器还包括在微孔906的任一侧上的第一对流量检测电极912和914以及第二对流量检测电极916和918。流量检测电极比阻抗检测电极更远离微孔定位。传感器还包括在传感器的入口附近的第一隔离电极920和在传感器的出口附近的第二隔离电极922。
图10示出了图9所示的通道传感器的操作的开始，下面的曲线表示由第一对流量检测电极912和914检测到的DC电压。在开始时，电润湿电极将流体(例如，对照试剂)输送到通道中。由于没有液体与电极接触，因此在第一步骤中由流量检测电极检测到的电压最小。当液体在第二步骤进入通道时，液体向传感器的电润湿输送会产生通过传感器的毛细管流，从而增加流量检测电极检测到的电压，直到在第三步骤填充传感器为止。将标记物(例如相对于对照试剂的气泡或低电导率缓冲液)引入传感器中，并将对照试剂与生物样品分离。一旦标记物在第四步骤到达流量检测电极，则流量检测电极检测到的电压下降。电压下降可以向装置发出信号，指示将生物样品引入传感器，并且可以启动数据收集。
可以在多个分析循环中重复使用通道传感器，例如以在不同条件(例如，不同的pH或电解质浓度)或不同的稀释度下测量分析物或细胞。细胞周围试剂的不同pH值或电解质浓度可以调制细胞的表面电荷，并且不同的表面电荷变化可能与不同的细胞类型相关。可以将生物样品分为多个子样品，这些子样品可以在盒内与不同的试剂或不同量的试剂混合(或连续稀释)，并且可以将一个或多个处理过的子样品循环通过通道传感器。子样品由对照缓冲液分隔，对照缓冲液本身可通过标记物(例如气泡或低电导率缓冲液)与子样品分隔。
可通过将生物样品与一种或多种试剂混合来在盒内稀释生物样品。在一些实施方案中，在通过通道传感器测定之前，将生物样品稀释至一种或多种不同浓度，例如至约0.00001X至小于1X(例如约0.00001X至约0.0001X，约0.0001X至约0.001X，约0.001X至约0.01X，约0.01X至约0.1X，或约0.1X至约小于1X)。可以在盒内调节分开的生物样品的pH，以便可以在一种或多种pH水平下测定生物样品，例如在3.0至约9.0之间(例如，在约3.0至约3.5之间，在约3.5至约4.0之间，在约4.0至约4.5之间，在约4.5至约5.0之间，在约5.0至约5.5之间，在约5.5至约6.0之间，在约6.0至约6.5之间，在约6.5至约7.0之间，在约7.0至约7.5之间，在约7.5至约8.0之间，在约8.0至约8.5之间，和/或在约8.5至约9.0之间)。在一些实施方案中，测定的生物样品的pH为7.4。盒可以包括几种不同的试剂以调节生物样品的pH，或者可以包括两种试剂，两种试剂以一定比例与生物样品混合以获得期望的pH。在一些实施方案中，将生物样品分开并处理以获得1至10个不同pH水平的1至5个不同样品浓度，总共约1至约50个不同的生物子样品。
图11示出了如何将标记物用作使用传感器的数据收集的触发，并且可以针对不同的生物子样品重复该循环。在将流体引入通道传感器之前(“无流量”)，液体流量和流速为零，流量检测电极测得的电压很小或没有电压。当将对照试剂引入通道传感器时，流过传感器的液体的速率增加，并且随着对照试剂流过流量检测电极对，由传感器入口附近的流量检测电极对测量的电压增加。如图11所示，尽管可以想到用于数据采集的触发可以是第一标记物的检测，但是由流量检测电极对检测到的电压的增加触发了数据采集。通过标记物将对照试剂与生物样品(或生物子样品，如果传感器用于多个循环以分析多个处理的子样品)分开。标记物流过传感器，液体滴落(假设有气泡标记物)。越过流量检测电极的标记物使测得的电压下降，如图1所示，直到生物样品进入传感器。流量检测电极检测到生物样品的进入，以测量电压的增加为标志。生物样品之后是第二对照试剂(其可以与第一对照试剂相同或不同)，该第二对照试剂可以通过第二标记物与生物样品分离。第二标记物流过通道传感器，液体滴落(假设第二标记物是气泡)。流量检测电极还通过测量电压的下降来检测标记物。由标记物引起的电压降或标记物通过的检测可以任选地触发数据收集的终止。当第二种对照试剂进入传感器时，由流量检测电极测得的电压增加，直到检测到将第二对照试剂与下一轮生物样品分离的下一个标记物。然后，该循环可以继续以该模式重复，直到达到所需的循环数。
图12示出了使用盒中的通道传感器来测定生物样品的示例性方法。装置可以根据插入装置中的盒或手动将测试类型输入装置来确定要执行的测试类型。在测试开始时，将生物样品添加到输入端口，然后通过电润湿驱动将样品转移到混合区域。基于对生物样品进行的测试，对生物样品进行处理以获得预定数量的不同pH条件，并将生物样品分成多个不同pH条件。pH调节剂在盒内制备，例如通过以预定比例混合高pH组分和低pH组分以获得在所需pH水平下所需数量(x)的不同pH调节剂。然后将子样品与pH调节剂混合(即子样品[n]与pH调节剂[n]混合，子样品[n+1]与pH调节剂[n+1]混合，等等)。在一些实施方案中，在等渗pH(7.4)下分析子样品，并且不调节该子样品的pH。然后将子样品稀释(或连续稀释)至所需浓度。另外，制备对照试剂，其类似于经过处理的生物子样品的条件，而不含生物样品(细胞、分析物等)。为每个不同的pH条件准备了对照试剂。将第一对照试剂(即用于子样品[n]的对照试剂)输送到通道传感器中，然后输送标记物(例如气泡或低电导率流体)。然后将第一子样品(即所需浓度的子样品[n])输送到通道传感器中，然后输送另一个标记物和下一个对照试剂(如果下一个子样品具有相同的试剂条件且具有不同的稀释系数，则输送相同的对照试剂)。另一个标记物被引入通道传感器，随后是下一个子样品。重复该循环，直到子样品被通道传感器分析为止。
在一些实施方案中，本文所述的通道传感器是流式细胞仪，其被配置为检测大量细胞或多个一种或多种类型的细胞(例如白细胞、血小板或红细胞)。流过孔或通道的细胞的电模型在图13中示出。在该模型中，Cp是指细胞膜、细胞质和细胞核的电容；Rp是指来自细胞的抗性，并指示细胞的体积；Cf和Rf分别是指围绕细胞的流体的电容和电阻，其可以基于流体的电解质浓度或pH值而变化；Cdl是指双层电容。
流式细胞仪可以通过施加多路电流并在细胞流过微孔或微通道时检测跨微孔或微通道的复用阻抗来工作。多路电流中任何给定电流频率下的阻抗可以包括实数分量和虚数分量，并且可以在不同频率下分析一个或两个阻抗分量。可替代地，在多路电流中的任何给定电流频率下的阻抗可以包括幅度分量和相位分量，并且可以在不同的频率下分析阻抗分量中的一个或两个。流式细胞仪通道传感器可以配置为区分生物样品中不同类型的细胞。例如，对多路电流的阻抗可用于区分生物样品中不同类型的细胞，例如白细胞、红细胞和血小板。在一些实施方案中，流式细胞仪通道传感器可以区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。可以基于每种细胞类型的唯一阻抗特征来区分不同类型的细胞，该阻抗特征可以包括在多个不同电流频率(例如3、4、5、6、7，8个或更多不同的电流频率)下的实阻抗分量和/或虚阻抗分量。可替代地，可以基于每种细胞类型的唯一阻抗特征来区分不同类型的细胞，其可以包括在直接测量或从实阻抗分量和虚阻抗分量中得出的多个不同电流频率(例如3、4、5、6、7，8个或更多不同的电流频率)下的幅度阻抗分量和相位阻抗分量。在一些实施方案中，相同的电极对或不同的电极对可用于施加电流并测量阻抗。利用本文所述的流式细胞仪设计，盒不需要分离不同类型的细胞以获得每种细胞类型的细胞计数。
阻抗检测电极对被配置为同时提供通过微孔或微通道的多路电流，并在生物样品流经传感器时测量电压以确定一段时间内的阻抗。多路电流包括(1)直流分量或低频交流电流，以及(2)不同频率下的多个(例如2、3、4、5、6、7、8或更多)交流分量。优选地，多路电流包括至少三个交流分量。在另一个优选实施方案中，多路电流包括至少五个交流分量。
在一个或多个频率上检测到的阻抗可用于区分通过微孔或微通道的细胞的类型(例如，白细胞、红细胞或血小板，或特定类型的白细胞，例如嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞或淋巴细胞)。不同的粒径，是否存在核以及其他细胞特征会影响不同电流分量下的阻抗。直流或低频电流分量可用于确定不同的细胞大小。直流电流或低频电流最小化或消除了电极电解质(来自周围液体)界面处的电压降的影响，从而使电模块中的双层电容最小化。阻抗的结果影响与颗粒(例如，细胞)的尺寸有关。中频交流电涉及受细胞质和细胞膜影响的部分细胞电容。高频交流分量可用于表征细胞质和细胞核(如果存在)，而超高频交流电则与细胞核(如果存在)的电容有关。多路电流可以包括其他频率，以更好地区分不同的细胞类型。
在一些实施方案中，交流分量包括(1)约1kHz至约100kHz(例如，约1kHz至约10kHz，约10kHz至约20kHz，约20kHz至约30kHz，约30kHz至约40kHz，约40kHz至约50kHz，约50kHz至约60kHz，约60kHz至约70kHz，约70kHz至约80kHz，约80kHz至约90kHz，或约90kHz至约100kHz)的直流或低频交流电，(2)约100kHz至约700kHz(例如约100kHz至约200kHz，约200kHz至约300kHz，约300kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约600kHz，约600kHz至约700kHz)的中频交流电，(3)约700kHz至约5MHz(例如约700kHz至约800kHz，约800kHz至约900kHz，或约900kHz至约1000kHz，或约1MHz至约2MHz，约2MHz至约3MHz，约3MHz至约4MHz，或约4MHz至约5MHz)的高频交流电，以及(4)5MHz或更高(例如约5MHz至10MHz，约10MHz至约20MHz，约20MHz至约30MHz，约30MHz至约40MHz，约40MHz至约50MHz，约50MHz至约60MHz，约60MHz至约70MHz，约70MHz至约80MHz，约80MHz至约90MHz，或约90MHz至约100MHz)的超高频交流电。在另一个实施方案中，多路电流包括(1)约1kHz至约100kHz(例如，约1kHz至约10kHz，约10kHz至约20kHz，约20kHz至约30kHz，约30kHz至约40kHz，约40kHz至约50kHz，约50kHz至约60kHz，约60kHz至约70kHz，约70kHz至约80kHz，约80kHz至约90kHz，约90kHz至约100kHz)的直流电或交流电，(2)约50kHz至约250kHz(例如约50kHz至约70kHz，约70kHz至约90kHz，约90kHz至约110kHz，约110kHz至约130kHz，约130kHz至约150kHz，约150kHz至约200kHz，或约200kHz至约250kHz)的交流电，(3)约250kHz至约700kHz(例如约250kHz至约300kHz，约300kHz至约350kHz，约350kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约600kHz，或约600kHz至约700kHz)的交流电；(4)约700kHz至约5MHz(例如约700kHz至约800kHz，约800kHz至约900kHz，或约900kHz至约1MHz，或约1MHz至约2MHz，约2MHz至约3MHz，约3MHz至约4MHz，或约4MHz至约5MHz)的交流电，(5)约5MHz至约20MHz(例如约5MHz至约10MHz，约10MHz至约15MHz，或约15MHz至约20MHz)的交流电，以及(6)约20MHz或更高(例如约20MHz至约30MHz，约30MHz至约40MHz，约40MHz至约50MHz，约50MHz至约60MHz，约60MHz至约70MHz，约70MHz至约80MHz，约80MHz至约90MHz，约90MHz至约100MHz，约100MHz至约125MHz，或约125MHz至约150MHz)的交流电。在一些实施方案中，多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz到约20MHz的第四交流电，约20MHz至约150MHz的第五交流。在一些实施方案中，交流电还包括约100kHz或更小或约50kHz或更小的附加交流电，这对于确定细胞的尺寸是有用的。交流分量的频率可以根据盐浓度、通道或孔尺寸、电极尺寸、间距或材料或要计数的特定细胞来选择。
在一些实施方案中，在将多路电流传输到盒中的阻抗检测电极之前，将多路电流生成为模拟电流分量并使用该装置进行实时混合。例如，该装置可以包括数字信号合成器(DSS)模块，其使用直接数字合成器(DDS)和数模转换器(DAC)来生成和发送模拟信号(例如，多路复用的模拟信号)。备选地，在一些实施方案中，使用任意波形发生器(AWG)来产生多路电流信号，其中使用可变频率时钟将存储在存储器或查找表(LUT)中的多路复用信号的数字样品转换为模拟形式。
当通过阻抗检测电极测量阻抗时，生物样品中的细胞通过微孔或微通道。在一些实施方案中，以约10kHz或更高(例如约20kHz或更高，约50kHz或更高，约100kHz或更高，约200kHz或更高，约300kHz或更高，约400kHz或更高，约500kHz或更高，约1MHz或更高，约5MHz或更高，约10MHz或更高，约25MHz或更高，约50MHz或更高，约75MHz或更高，约100MHz或更高，约125MHz或更高，或约150MHz或更高)的采样率来测量阻抗。在一些实施方案中，以约10kHz至约200MHz(诸如约10kHz至约20kHz，约20kHz至约50kHz，约50kHz至约100kHz，约100kHz至约200kHz，约200kHz至约300kHz，约300kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约1MHz，约1MHz至约2MHz，约2MHz至约3MHz，约3MHz至约4MHz，约4MHz至约5MHz，约5MHz至约10MHz，约10MHz至约25MHz，约25MHz至约50MHz，约50MHz至约75MHz，约75MHz至约100MHz，约100MHz至约125MHz，约125MHz至约150MHz，或约150MHz至约200MHz)的采样率来测量阻抗。备选地，在一些实施方案中，例如当使用模数转换器(ADC)时，对所测量的信号进行下采样，从而将频率响应移至更低的频率并允许以更低的采样率对信号进行数字化。在一些实施方案中，以约100kHz至约5MHz的采样率测量阻抗。在一些实施方案中，以约125MHz或更高的采样率来测量阻抗。
图14示出了对于约10μm的小球藻细胞(无细菌，可从美国北卡罗来纳州的卡罗来纳州生物供应公司获得)，通过阻抗检测电极在单个频率(30kHz)下测量的作为时间的函数的相对阻抗变化。每个向下的峰对应于穿过微通道的颗粒，并且可以测量阻抗峰的各种成分，例如峰高、峰宽、峰面积和/或半宽峰高。从多个电流分量构造多元模式以区分不同类型的细胞。测量作为基线阻抗的函数的阻抗变化，并且可以使用阻抗变化的一个或多个分量来描述检测到的细胞。此类分量包括但不限于阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰面积和阻抗半宽高度中的一项或多项，它们指示细胞尺寸、表面电荷、细胞形状和细胞的其他区别特征。如本文进一步讨论的，还可以在不同浓度或在不同pH下测定生物样品以进一步区分细胞类型。由于阻抗分量受细胞的等电点和表面电荷的影响，因此可以通过多元模式来区分不同的细胞类型。因此，针对不同细胞类型的独特多元模式可以包括阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰面积和/或阻抗半宽高度，这些可以在一种或多种pH水平和/或一种或多种电解质浓度下确定。在一些实施方案中，多元模式可以包括阻抗的实数分量和虚数分量，例如，来自实数分量的振幅和来自虚数分量的振幅。在一些实施方案中，多元模式可以包括阻抗的幅度分量和相位分量，例如来自幅度分量的振幅和来自相位分量的振幅。阻抗的幅度分量和相位分量可以直接测量，或者可以从实数分量和虚数分量导出。聚类算法可用于基于在各种频率下收集的多元模式为各种类型的细胞创建模式。这也可以用来区分正常细胞群和异常细胞群。
通过分析检测到的阻抗的多元模式而不是仅分析阻抗振幅，不同细胞类型的区分更加准确。例如，通道传感器不需要包括参考电极来控制阻抗变化。另外，流量传感器可用于使用全血生物样品来分析细胞计数和/或分析物浓度，而不是用于分析生物样品(例如，血清、血小板等)或标记细胞的分离成分。
在流式细胞仪通道传感器的一些实施方案中，分析阻抗信号的实数分量和虚数分量。例如，复用阻抗的实数分量的多元模式和虚数分量的多元模式可用于区分细胞类型。在一些实施方案中，复用阻抗的实数分量的振幅和虚数分量的振幅用于区分不同的细胞类型。在流式细胞仪通道传感器的一些实施方案中，分析阻抗信号的幅度分量和相位分量。例如，复用阻抗的幅度分量的多元模式和相位分量的多元模式可用于区分细胞类型。在一些实施方案中，复用阻抗的幅度分量的振幅和相位分量的振幅用于区分不同的细胞类型。用于复用阻抗的不同电流频率的数目可以是3、4、5、6、7、8或更多个不同的电流频率。
可以使用滤波器(例如，带通滤波器)对从流式细胞仪通道传感器检测到的复用阻抗进行滤波和解调以隔离每个频率。例如，这可以通过操作盒的装置来完成。处理器可以为通过流式细胞仪通道传感器的每个细胞分析复用阻抗信号，并对单个细胞进行标记或计数。例如，这可以使用训练好的机器学习模型来完成。可以使用各种细胞类型的已知阻抗特征来训练机器学习模型。示例性机器学习模型包括朴素贝叶斯分类器、逻辑回归、决策树模型、梯度提升树、支持向量机、神经网络和其他深度学习算法。在一些实施方案中，使用监督或半监督方法来训练机器学习模型。
在一个实施例中，来自样品(例如，全血)中的颗粒或细胞的未标记的阻抗特征通过半监督学习被用于完善模型，这可以包括应用自我训练以生成表征样品中的不同颗粒/细胞类型的簇。将生成的数据集与基准数据集进行比较。未标记数据集中的错误用于计算每种细胞类型的校准权重。除了对来自不同来源的单个细胞类型进行重复测试之外，还可以使用已知类型和全血样品的混合细胞类型来调整基线权重，以校正模型簇对每种细胞类型的拟合，同时考虑到患者的人口统计信息，例如年龄、性别、种族等。例如，该模型可以建立区分白细胞、红细胞和/或血小板的簇。在一些实施方案中，簇在白细胞内区分，例如以区分嗜中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞和/或淋巴细胞中的两种或更多种。可以例如通过一个或多个生成模型(例如，高斯混合模型)的拟合优度来验证聚类。当使用已知方法(例如商用血液分析仪)进行总计数时，另一个校准因子可以校正计数误差。
盒可以附加地或替代地包括一个或多个通道传感器，其被配置为测量分析物(例如，蛋白质或酶)的浓度。尽管可以应用类似的库尔特原理，但由于颗粒的尺寸较小，因此用于测量分析物浓度的通道传感器的孔径通常小于流式细胞仪所使用的孔径。由于生物样品中的细胞可能会堵塞纳米孔或纳米通道，因此在将生物样品或子样品输送到通道传感器之前，可以对其进行过滤。在将生物样品(或子样品)引入通道传感器之前，将生物样品(或子样品)与包含带电亲和部分的试剂(可能包含例如抗体、抗体片段或适体)混合，带电亲和部分可以特异性结合靶分析物。在一些实施方案中，亲和分子是多价亲和分子(例如，二价、三价或四价)。当通过纳米孔或纳米通道时，与靶分析物相比，与靶分析物结合的带电亲和部分增加了电场调制，从而增加了阻抗信号。
在一些实施方案中，使用配置为测量分析物浓度的通道传感器分析生物样品，将亲和分子(可以包括例如适体或抗体或其片段)结合至多价标签，例如蛋白质或纳米颗粒。在一些实施方案中，多价标签是二价标签、三价标签或四价标签。例如，在一些实施方案中，多价标签是抗生物素蛋白或抗生物素蛋白衍生物(例如中性抗生物素蛋白或抗生蛋白链菌素)，其可以结合与亲和分子融合的生物素部分。例如，在一些实施方案中，亲和分子是具有生物素部分的适体，该生物素部分(任选地，通过连接子)连接至适体的5'或3'末端，而多价标签是抗生物素蛋白。通过使用多价标签，与单独使用亲和分子相比，阻抗信号增加。
可以基于阻抗的变化将结合至靶分析物的亲和部分与未结合的亲和部分区别开，并且结合的亲和部分的数量可以用于确定生物样品中靶分析物的浓度。在一些实施方案中，阻抗振幅的变化用于区分结合的亲和部分和未结合的亲和部分。在一些实施方案中，从多个当前组分构建多元模式以区分结合的和未结合的亲和部分。测量作为基线阻抗的函数的阻抗变化，并且该阻抗变化的一个或多个分量可用于描述亲和部分的状态(结合的或未结合的)。这样的分量包括但不限于阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰值面积和阻抗半宽高中的一个或多个。
图15A示出了靶分析物与四价亲和分子的结合。将生物样品(可以通过将生物样品与一种或多种试剂混合来处理和/或在盒内过滤)与包含四价亲和分子的试剂混合。四价亲和分子包括与四个适体分子结合的四价标签(例如，抗生物素蛋白或抗生物素蛋白衍生物)。适体分子通过连接子序列结合至生物素部分，锚定部分(例如生物素)结合四价标签。当亲和分子与靶分析物混合时，最多四个靶分析物分子结合四价亲和分子。
图15B示出了在亲和部分通过通道传感器的纳米孔或纳米通道时由未结合至靶分析物的亲和部分导致的阻抗变化(上图)和由与靶分析物结合的亲和部分导致的阻抗变化(下图)。如步骤2所示，在两种情况下都可以检测到阻抗信号，但是当亲和部分与靶分析物结合时，阻抗信号的振幅更大。尽管该图仅示出了阻抗幅度的变化，但是可以在这两种情况之间检测到多元模式差异。在一些实施方案中，分析阻抗幅度以确定生物样品中的分析物浓度。在一些实施方案中，分析多元模式以确定生物样品中的分析物浓度。多元模式可以包括检测到的阻抗峰的特征，例如阻抗峰高、阻抗峰宽、峰面积和/或半宽峰高。
图15C示出了使用阻抗大小来确定靶分析物的浓度的一个实施例。可以建立两个阻抗信号阈值。如果阻抗信号超过下限阈值但未超过上限阈值，则确定通过纳米孔或纳米通道的亲和部分未与靶分析物结合。如果阻抗信号同时超过下限阈值和上限阈值，则确定通过纳米孔或纳米通道的亲和部分与靶分析物结合。结合的亲和部分的比例可用于确定生物样品中的分析物浓度。
可以使用具有标准化尺寸、表面电荷和/或材料的颗粒来校准通道传感器(例如，流式细胞仪或配置为测量分析物浓度的通道传感器)。校准可以在制造过程中完成，并通过考虑可能会导致粒径错误的电场效应，提高确定细胞尺寸和类型的准确性。可以另外地或替代地使用具有已知pH和/或电解质浓度的各种试剂来校准通道传感器，这可以验证孔的电导率。
在一些实施方案中，例如在分析生物样品之前或之后，在盒的操作期间校准通道传感器。可以使用在盒上存储或混合并使用电润湿电极输送到通道传感器的试剂进行校准。
在一些实施方案中，盒包括多个细胞分析仪传感器，例如两个，三个，四个或更多个。不同的细胞分析仪可以是冗余的或专用的。使用不同的细胞分析仪，可以动态分析生物样品，例如通过使生物样品通过第一细胞分析仪，然后通过第二细胞分析仪，其中基于第一细胞分析仪的结果选择第二细胞分析仪。例如，如果确定生物样品具有特定类型细胞(例如白细胞、红细胞或血小板)的低细胞计数，则可以随后通过与特定试剂混合或通过物理分离特定的细胞类型来进一步处理生物样品，然后使用配置不同的细胞分析仪(例如，具有不同的孔径，用一个或多个分子进行官能化，或具有去除某些细胞类型的过滤器)进行分析，以更准确地计数特定类型的细胞。
电润湿电极
盒中的电润湿电极被配置为通过电润湿致动(也称为数字微流控)来输送水性液体(例如生物样品或经过处理的生物样品)，将生物样品分为一个或多个子样品，将一种或多种试剂混合在一起，或将一种或多种试剂与生物样品或子样品混合以处理或稀释生物样品或子样品。电润湿电极可例如将生物样品输送通过盒的主腔室或通道。多个电润湿电极中的各个电极例如可以在与盒接合时通过装置中的电润湿电极驱动器来单独控制。与基于通道的流体输送相比，使用电润湿电极在主腔室中输送生物样品可以提高生物样品输送的多功能性，基于通道的流体输送是线性的，通常依赖于毛细管流(允许有限的控制)或移动部件，例如泵，以输送样品。基于电润湿的流体输送可实现生物样品的精确移动，试剂混合，稀释和样品分裂。
通过向位于激活的电极上方的流体施加电压来驱动电润湿致动。电压通过在流体接触表面上产生电荷来改变流体的接触角，该电荷将流体吸引到激活的电极上。为了减小电润湿致动所需的电压，需要减小绝缘层和/或疏水层的厚度而不会引起材料的介电击穿。因此，期望使用具有高介电常数和高介电强度的薄涂覆材料，以降低电润湿致动所需的电压并在流体接触表面上产生必要的电荷。
盒中的电润湿电极可以布置成与操作电润湿电极的装置电连通的间隔开的电极的阵列。该装置可以使用开关来操作电润湿电极，该开关选择性地操作阵列内的电极以致动液体(例如，试剂或生物样品)。电润湿电极彼此隔开，绝缘层填充电润湿电极之间的空间。电润湿电极之间的空间可以根据电润湿电极的尺寸在阵列内变化。例如，在一些实施方案中，电极之间的间隔为约10μm至约150μm(例如约10μm至约20μm，约20μm至约50μm，约50μm至约100μm或约100μm至约150μm)。电润湿电极的尺寸也可以在阵列内根据要占据电极的液体体积而变化。例如，构造成致动20μL的液体体积的电润湿电极为约0.632mm乘约0.632mm。在一些实施方案中，电润湿电极为近似正方形或矩形，尽管在一些实施方案中，电润湿电极可具有锯齿状或突出的圆形边缘，在相邻电极之间部分重叠。图16A示出了具有8x16矩阵的示例性电润湿电极阵列，其具有将每个电极与装置接口电连接的迹线。图16B示出了几个电润湿电极的放大图，其突出显示了近似正方形电极的锯齿状边缘。
电润湿电极涂覆有绝缘层(即，介电层)，该绝缘层优选是高κ材料(即，具有约3.9或更高的介电常数)。绝缘层也可以填充电润湿电极之间的空间。在一些实施方案中，绝缘层具有约3.9或更高(例如，约5或更高，约10或更高，约20或更高，约40或更高，约60或更高，约100或更高，约200或更高，约400或更高，约1000或更高，或约2000或更高)的介电常数。在一些实施方案中，绝缘层具有约3.9至约20,000(例如约3.9至约5，约5至约10，约10至约20，约20至约40，约40至约60，约60至约100，约100至约200，约200至约400，约400至约1000，约1000至约2000，约2000至约4000，约4000至约6000，约6000至约10,000或约10,000至约20,000)的介电常数。用于绝缘层的示例性材料包括或为氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。
绝缘层优选是沉积在电极表面上的薄层。最小化厚度以减小所需的电压而不会导致介电材料的介电击穿。例如，可使用原子层沉积、化学气相沉积、反应离子束沉积、溅射沉积、蒸发、喷涂沉积、旋涂或溶胶凝胶形成将绝缘层涂覆到电极上。在一些实施方案中，绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。例如，在一些实施方案中，绝缘层的厚度为约1nm至约10nm，约10nm至约20nm，约20nm至约40nm，约40nm至约100nm，约100nm至约250nm，约250nm至约500nm，约500nm至约1μm或约1μm至约5μm。当绝缘层包括金属氧化物时，绝缘层通常比绝缘层包括聚合物材料的情况下要薄。例如，在一些实施方案中，绝缘层包括金属氧化物并且具有约1nm至约100nm的厚度。在一些实施方案中，绝缘层包括聚合物材料并且具有约0.1μm至约5μm的厚度。在一些实施方案中，电极与流体接触表面之间的距离为约1nm至约25μm。例如，在一些实施方案中，电极与流体接触表面之间的距离为约1nm至约10nm，约10nm至约20nm，约20nm至约40nm，约40nm至约100nm，约100nm至约250nm，约250nm至约500nm，约500nm至约1μm，约1μm至约5μm，约5μm至约10μm或约10μm至约25μm。
在一些实施方案中，绝缘层具有与生物样品和/或试剂接触的表面(即，流体接触层)。流体接触表面优选是与25℃的水具有90°或更高的接触角的疏水性表面。在一些实施方案中，疏水性表面与25℃的水具有约90°至约160°(例如约90°至约100°，约100°至约110°，约110°至约120°，约120°至约130°，约130°至约140°，约140°至150°，或140°至150°)的接触角。在一些实施方案中，绝缘层是或包括疏水材料(即，可以用作疏水绝缘材料的高κ材料)。为了进一步增加绝缘层的流体接触表面的疏水性，绝缘层可以任选地包括纳米结构化的表面，其可以是例如编织图案、纳米柱图案或纳米草图案。纳米结构图案可以例如通过蚀刻到绝缘层中而形成。
在一些实施方案中，绝缘层任选地涂覆有疏水材料，该疏水材料可以是流体接触层。在一些实施方案中，例如使用薄膜沉积或旋涂来施加疏水层。任选地，疏水层的流体接触表面具有纳米结构化表面，其可以是例如织造图案、纳米柱图案或纳米草图案。可以例如通过蚀刻到疏水层中，通过湿蚀刻或干蚀刻到流体接触层(例如，绝缘层或单独的疏水层)中来形成纳米结构图案。例如，光刻或离子蚀刻可用于创建预定义的图案。用于疏水层的示例性疏水材料包括含氟聚合物、硅烷、氟化硅烷、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯。
流体接触表面(其可以是例如绝缘层或疏水涂层的表面)可以具有纳米结构化表面(即，流体接触表面上的纳米结构化图案)。纳米结构化表面可以改变表面的疏水性，因此降低了致动电润湿电极上的流体所需的电压。示例性的纳米结构化表面包括但不限于编织图案、纳米柱图案或纳米草图案。在一些实施方案中，疏水性纳米结构化图案化表面在绝缘表面上被图案化，使得不需要额外的材料涂层。在其他实施方案中，在一个或多个绝缘层的顶部上形成纳米结构化的疏水表面，以在顶部绝缘表面上形成疏水表面。
在一些实施方案中，使用在绝缘层上自组装的长链分子形成疏水层。例如，用于疏水层的长链分子可以包括具有烷烃的分子作为具有或不具有间隔子部分的头基和在绝缘基底上特异性组装的端基，例如十八烷氧肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、l6氢十六碳氢氢酸或十八烷硫醇。这些材料在绝缘层上形成疏水层。例如，疏水层的厚度可以在约2.5nm至约30nm之间。该薄的疏水层在不增加涂覆电润湿电极的层的实质厚度的情况下增加了流体接触表面的疏水性。
与生物样品或试剂接触的表面的薄距离和高疏水性允许将较低的电压施加至电润湿电极以允许电润湿致动。例如，在一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为使用小于约50伏的电压来输送生物样品。在一些实施方案中，多个电润湿电极被配置为使用约0.5伏至约50伏(例如约0.5伏至约1伏，约1伏至约5伏，约5伏至约5伏至约10伏，约10伏至约20伏，约20伏至约30伏，约30伏至约40伏，或约40伏至约50伏)的电压来输送生物样品。
多个电润湿电极可包括多个共面电极，其可沿着盒的主腔室或通道的底表面定位。任选地，盒包括在主腔室或通道的顶表面(即，在有共面电极表面的相反侧)上的接地电极(可以是连续的接地电极或多个分离的接地电极)。如本文进一步描述的，电润湿电极可以涂覆一层或多层，顶层是流体接触层，当它们在盒内输送时接触生物样品和/或试剂。各个电极的激活调制电极上方的流体接触层的疏水性，从而将流体(例如，生物样品或试剂)致动至激活的电极上方的位置。
电润湿电极可包括任何合适的导电材料，例如金、银、氯化银、铂、铟锡氧化物(ITO)或导电碳。导电碳可包括导电碳墨，其可包括与其他导电颗粒例如碳银墨混合的碳颗粒(例如，石墨)。
图17A示出包括绝缘层流体接触表面的多个电润湿电极的一个实施方案。多个电润湿电极包括第一电润湿电极1702、第二电润湿电极1704和第三电润湿电极1706。在与第一电润湿电极1702、第二电润湿电极1704和第三电润湿电极1706相对的表面上，具有三个电润湿电极所共用的接地电极1708。绝缘层1710连同电润湿电极之间的空间一起覆盖第一电润湿电极1702、第二电润湿电极1704和第三电润湿电极1706。接地电极1708也涂覆有绝缘层1712。诸如生物样品和/或一种或多种试剂的流体可以通过接地电极1708与第一，第二和第三电润湿电极之间的间隙1714输送。绝缘层1710的流体接触表面1716可以被纳米结构化以增加流体接触表面的疏水性。绝缘层1710的流体接触表面1718和/或绝缘层1712的流体接触表面1719也可以被纳米结构化以增加流体接触表面的疏水性。
图17B示出了多个电润湿电极的另一实施方案，其包括涂覆电润湿电极的绝缘层和涂覆该绝缘层的疏水层。多个电润湿电极包括第一电润湿电极1720、第二电润湿电极1722和第三电润湿电极1724。在与第一电润湿电极1720、第二电润湿电极1722和第三电润湿电极1724相对的表面上，存在三个电润湿电极所共有的接地电极1726。绝缘层1728连同电润湿电极之间的空间一起覆盖第一电润湿电极1720、第二电润湿电极1722和第三电润湿电极1724。接地电极1726也涂覆有绝缘层1730。涂覆绝缘层1728的是疏水层1732，涂覆绝缘层1730的是疏水层1734。流体，例如生物样品和/或一个或多个试剂，可以通过疏水层1732和1734之间的间隙1736输送。任选地，疏水层1732的流体接触表面和/或疏水层1734的流体接触表面被纳米结构化以增加流体接触层的疏水性。
一个或多个电润湿电极可以包括与电润湿电极相对的单个接地电极，以代替公共接地电极。在一些实施方案中，电润湿电极的一部分包括公共接地电极，而电润湿电极的一部分包括单独的接地电极。这些配置的示例在图17C(没有单独的疏水层)和图17D(具有单独的疏水层)中示出。
在一些实施方案中，存在一种输送液体的方法，该方法包括将水性液体置于去激活的第一电润湿电极上方的第一疏水性液体接触表面上；通过向第二电润湿电极施加约50伏以下的电压来激活第二电润湿电极，从而将水性液体从第一疏水性液体接触表面输送至第二电润湿电极上方的第二疏水性液体接触表面；其中，第一电润湿电极和第二电润湿电极被绝缘层覆盖并被绝缘层隔开。
水性液体可以是生物样品，例如血液、血清、唾液、汗液、眼泪、粘液、尿液或悬浮在流体中的任何其他生物样品或衍生物。在一些实施方案中，液体是经处理的生物样品，其可以通过将液体与一种或多种试剂混合来进行处理。可以使用电润湿电极将试剂与生物样品混合。例如，在一些实施方案中，该方法包括将试剂输送到包含液体的液体接触表面，从而将试剂与水性液体混合。
通过电润湿电极使用约50伏或更低的电压输送生物样品。例如，在一些实施方案中，使用约0.5伏至约50伏(例如约0.5伏至约1伏，约1伏至约2伏，约2伏至约3伏，约3伏至约4伏，约4伏至约5伏，约5伏至约10伏，约10伏至约20伏，约20伏至约30伏，约30伏至约40伏或约40伏至约50伏)输送生物样品。
分析生物样品的方法
本文所述的盒和装置可用于分析生物样品，例如确定血细胞计数或分析物浓度。为了分析样品，将生物样品沉积到盒中，并使用多个电润湿电极(即，通过电润湿致动)将生物样品在盒内输送。使用盒内的一个或多个传感器来分析生物样品，以产生分析数据，该分析数据从盒传输(例如，传输到与盒接合的装置)。可将生物样品与盒内的一种或多种试剂混合，例如以形成经处理的生物样品，该生物样品使用一个或多个传感器进行分析。一次性使用后即可丢弃盒。
在一些实施方案中，生物样品通过毛细管作用由盒接收。生物样品可以充满一个接收腔室，该接收腔室可以确定进入盒的生物样品的体积。在通过一个或多个传感器进行分析之后，可以将生物样品输送(例如，通过电润湿致动)到废物容器，在废物容器中可以将其储存直到处置盒。
可以通过电润湿致动将生物样品在盒内输送(例如，从样品接收端口，到混合区域，到一个或多个传感器，或到废物容器)。电润湿电极可以涂覆有绝缘层和/或疏水层，绝缘层和/或疏水层中的任一个可以包括疏水流体接触表面，其可以具有纳米结构化的图案。为了输送生物样品，通过向第一电润湿电极施加电压电势以将生物样品吸引到第一电极上方的位置来激活第一电润湿电极。一旦生物样品处于第一电极上方的位置，则通过向第二电润湿电极施加电压来激活第二电润湿电极，并且使第一电润湿电极去激活，从而将生物样品输送至第二电润湿电极上方的位置。在一些实施方案中，电压为约0.5伏至约1000伏(例如约0.5伏至约1伏，约1伏至约5伏，约5伏至约10伏，约10伏至约20伏，约20伏至约30伏，约30伏至约50伏，约50伏至约100伏，约100伏至约250伏，约250伏至约500伏，或约500伏至约1000伏)。优选地，使用约50伏或更低，或更优选地约20伏或更低来操作多个电润湿电极。
在一些实施方案中，分析生物样品包括计数生物样品中的细胞数量。盒传输的分析数据可以包括与细胞数量有关的信息。在一些实施方案中，对细胞数量进行计数包括区分两种或更多种不同的细胞类型，并且分析数据包括与细胞类型和细胞数量有关的信息。不同的细胞类型可以是例如白细胞、红细胞或血小板。在一些实施方案中，不同的细胞类型可以包括嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。因此，在一些实施方案中，分析生物样品包括计数白细胞，计数红细胞，计数血小板，计数嗜酸性粒细胞，计数嗜碱性粒细胞，计数嗜中性粒细胞，计数单核细胞和/或计数淋巴细胞。分析生物样品可以包括向生物样品施加电流并记录电流的复用阻抗。分析数据(即，复用阻抗)可用于确定生物样品中的细胞数或细胞类型。在一些实施方案中，分析生物样品包括自校准传感器中的至少一个以检测不同的细胞大小或不同的细胞类型。
为了使用细胞分析仪传感器分析生物样品，生物样品连续流过包括微通道或微孔的通道。当生物样品流过微孔或微通道时，向微孔或微通道施加多路电流。测量微孔或微通道内的复用电阻抗，并从盒中传输与复用电阻抗有关的分析数据。电流可以是包括直流分量和多个(例如，2、3、4、5、6、7、8或更多个)在不同频率上的交流分量的混合电流。优选地，多路电流包括至少三个交流分量。在一些实施方案中，交流分量包括在约1kHz到约100kHz(例如，约1kHz到约10kHz，约10kHz到约20kHz，约20kHz到约30kHz，约30kHz至约40kHz，约40kHz至约50kHz，约50kHz至约60kHz，约60kHz至约70kHz，约70kHz至约80kHz，约80kHz至约90kHz或约90kHz至约100kHz)的第一交流电，约100kHz至约1MHz(例如约100kHz至约200kHz，约200kHz至约300kHz，约300kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约600kHz，约600kHz至约700kHz，约700kHz至约800kHz，约800kHz至约900kHz或约900kHz至约1000kHz)的第二交流电，以及约1MHz或更大(例如约1MHz至约10MHz，约10MHz至约20MHz，约20MHz至约30MHz，约30MHz至约40MHz，约40MHz至约50MHz，约50MHz至约60MHz，约60MHz至约70MHz，约70MHz至约80MHz，约80MHz至约90MHz或约90MHz至约100MHz)的第三交流电。在另一个实施方案中，多路电流包括(1)约1kHz至约100kHz(例如，约1kHz至约10kHz，约10kHz至约20kHz，约20kHz至约30kHz，约30kHz至约40kHz，约40kHz至约50kHz，约50kHz至约60kHz，约60kHz至约70kHz，约70kHz至约80kHz，约80kHz至约90kHz，或约90kHz至约100kHz)的直流电或交流电，(2)约50kHz至约250kHz(例如约50kHz至约70kHz，约70kHz至约90kHz，约90kHz至约110kHz，约110kHz至约130kHz，约130kHz至约150kHz，约150kHz至约200kHz或约200kHz至约250kHz)的交流电，(3)约250kHz至约700kHz(例如约250kHz至约300kHz，约300kHz至约350kHz，约350kHz至约400kHz，约400kHz至约500kHz，约500kHz至约600kHz或约600kHz至约700kHz)的交流电；(4)约700kHz至约5MHz(例如约700kHz至约800kHz，约800kHz至约900kHz，或约900kHz至约1MHz，或约1MHz至约2MHz，约2MHz至约3MHz，约3MHz至约4MHz或约4MHz至约5MHz)的交流电，(5)约5MHz至约20MHz(例如约5MHz至约10MHz，约10MHz至约15MHz，或约15MHz至约20MHz)的交流电，以及(6)约20MHz或更高(例如约20MHz至约30MHz，约30MHz至约40MHz，约40MHz至约50MHz，约50MHz至约60MHz，约60MHz至约70MHz，约70MHz至约80MHz，约80MHz至约90MHz，约90MHz至约100MHz，100MHz至约125MHz，或约125MHz至约150MHz)的交流电。在一些实施方案中，多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz到约20MHz的第四交流电，约20MHz到约150MHz的第五交流电。可以基于所测量的复用阻抗来确定生物样品中的细胞数量和/或两种或更多种不同细胞类型的数量。分析的阻抗可以包括实数分量和/或虚数分量。可替代地，所分析的阻抗可以包括幅度分量和/或相位分量。
在一些实施方案中，为了分析样品，将生物样品沉积到盒中，并且使用多个电润湿电极(即，通过电润湿致动)将生物样品在盒内输送。使用盒内的一个或多个传感器来分析生物样品，以产生分析数据，该分析数据从盒传输(例如，传输到与盒接合的装置)。可将生物样品与盒内的一种或多种试剂混合，例如以形成经处理的生物样品，该生物样品使用一个或多个传感器进行分析。一次性使用后即可丢弃盒。
在一些实施方案中，生物样品通过毛细作用由盒接收。生物样品可以充满接收腔室，该接收腔室可以确定进入盒的生物样品的体积。在通过一个或多个传感器进行分析之后，可以将生物样品输送(例如，通过电润湿致动)到废物容器，在废物容器中可以将其储存直到处置盒。
可以通过电润湿致动将生物样品在盒内输送(例如，从样品接收端口，到混合区域，到一个或多个传感器，或到废物容器)。为了输送生物样品，通过向第一电润湿电极施加电压电势以将生物样品吸引到第一电极上方的位置来激活第一电润湿电极。一旦生物样品处于第一电极上方的位置，则通过向第二电润湿电极施加电压来激活第二电润湿电极，并且使第一电润湿电极去激活，从而将生物样品输送至第二电润湿电极上方的位置。
在一些实施方案中，分析生物样品包括确定生物样品中分析物(例如蛋白质)的存在或测量分析物(例如蛋白质)的浓度。可以例如使用电润湿致动(例如，使用电润湿电极)将生物样品静态地定位在传感器(其可以是例如阻抗传感器或光学传感器)内。可通过以下方式确定分析物的存在或浓度：将生物样品中的分析物与结合至传感器内电极的亲和部分结合，并测量由分析物与亲和部分结合导致的阻抗变化。可以例如针对由于不包括生物样品的参考溶液引起的阻抗来校准阻抗变化。亲和部分可以是例如抗体、抗体片段或适体(例如DNA适体、RNA适体或XNA适体)。传感器检测到的阻抗可以从盒中传输出来，并且阻抗变化可以用来确定分析物的存在或浓度。
尽管已经参考附图充分描述了本公开的实施例，但是应当注意，各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。这样的改变和修改应被理解为包括在如所附权利要求所限定的本公开的示例的范围内。
示例性实施方案
以下实施方案是示例性的，不应被认为是对本文所述发明的限制。
实施方案1.用于分析生物样品的盒，包括：
样品接收端口，被配置为接收生物样品；
传感器，被配置为分析所述生物样品；
与所述生物样品接收端口和所述传感器流体连通的盒空间；
多个电润湿电极，被配置为在所述盒空间中输送所述生物样品并使所述生物样品与一种或多种试剂结合；以及
装置接口，被配置为从装置上的盒接口接收电力并与装置上的盒接口通信，其中，所述传感器和所述多个电润湿电极与所述装置接口电连通。
实施方案2.根据实施方案1所述的盒，其中，所述盒空间流体地连接至一个或多个试剂容器。
实施方案3.根据实施方案2所述的盒，其中，所述一个或多个试剂容器包括试剂。
实施方案4.根据实施方案2或3所述的盒，其中，所述盒空间包括试剂混合区域。
实施方案5.根据实施方案1-4中任一项所述的盒，其中，所述盒是一次性盒。
实施方案6.根据实施方案1-5中任一项所述的盒，包括：废物容器，被配置为在被所述传感器分析之后接收所述生物样品。
实施方案7.根据实施方案1-6中任一项所述的盒，其中，所述生物样品通过毛细作用进入所述样品接收端口。
实施方案8.根据实施方案1-7中任一项所述的盒，其中，所述多个电润湿电极包括多个共面电极。
实施方案9.根据实施方案8所述的盒，其中，所述多个电润湿电极还包括在与所述共面电极相反的表面上的接地电极。
实施方案10.根据实施方案9所述的盒，其中，所述接地电极对于两个或更多个电润湿电极是共用的。
实施方案11.根据实施方案9所述的盒，其中，所述电润湿电极中的至少一个与单独的接地电极配对。
实施方案12.根据实施方案1-11中任一项所述的盒，其中，所述电润湿电极涂覆有绝缘层。
实施方案13.根据实施方案12所述的盒，其中，所述绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。
实施方案14.根据实施方案12或13所述的盒，其中，所述绝缘层包括氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。
实施方案15.根据实施方案12-14中任一项所述的盒，其中，使用原子层沉积、化学气相沉积、反应离子束沉积、溅射沉积、蒸发、喷涂沉积、旋涂或溶胶-凝胶形成将绝缘层涂覆在电极上。
实施方案16.根据实施方案12-15中任一项所述的盒，其中，所述绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。
实施方案17.根据实施方案12-16中任一项所述的盒，其中，所述绝缘层是流体接触层。
实施方案18.根据实施方案17所述的盒，其中，所述绝缘层包括纳米结构化表面。
实施方案19.根据实施方案1-18中任一项所述的盒，其中，所述电润湿电极涂覆有疏水层。
实施方案20.根据实施方案19所述的盒，其中，所述疏水层是流体接触层。
实施方案21.根据实施方案20所述的盒，其中，所述疏水层包括纳米结构化表面。
实施方案22.根据实施方案19-21中任一项所述的盒，其中，所述疏水层包含含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、十八烷异羟肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、16-羟基十六烷氢芳酸或十八烷硫醇。
实施方案23.根据实施方案19-22中任一项所述的盒，其中，疏水层涂覆在绝缘层上。
实施方案24.根据实施方案1-23中任一项所述的盒，其中，所述电润湿电极包括金、银、氯化银、铂、铟锡氧化物或导电碳。
实施方案25.根据实施方案1-24中任一项所述的盒，其中，所述电润湿电极与所述流体接触表面分开约1nm至约25μm。
实施方案26.根据实施方案1-25中任一项所述的盒，其中，所述多个电润湿电极被配置为使用小于约50伏的电压来输送所述生物样品。
实施方案27.根据实施方案1-26中任一项所述的盒，其中，所述多个电润湿电极被配置为使用约0.5V至约50V的电压来输送所述生物样品。
实施方案28.根据实施方案1-27中任一项所述的盒，其中，所述传感器是阻抗传感器。
实施方案29.根据实施方案1-29中任一项所述的盒，其中，所述传感器被配置为检测蛋白质或测量所述蛋白质的量。
实施方案30.根据实施方案28或29所述的盒，其中，所述传感器包括被亲和部分官能化的第一感测电极，以及与所述第一感测电极配对的第二感测电极，其中，所述传感器被配置为检测分析物或蛋白质与亲和部分结合时的阻抗变化。
实施方案31.根据实施方案30所述的盒，其中，所述亲和部分是抗体、抗体片段或适体。
实施方案32.根据实施方案30或31所述的盒，其中，所述第一感测电极是电润湿电极。
实施方案33.根据实施方案30或31所述的盒，其中，所述传感器还包括第一电润湿电极和第二电润湿电极，其中，所述第一电润湿电极和所述第二电润湿电极在所述第一感测电极或所述第二感测电极的相对侧上。
实施方案34.根据实施方案33所述的盒，其中，所述第一感测电极是电润湿电极。
实施方案35.根据实施方案33或34所述的盒，其中，所述多个电润湿电极被配置为将所述生物样品的至少一部分静态地定位在所述第一感测电极与所述第二感测电极之间。
实施方案36.根据实施方案34或35所述的盒，其中，所述第一电润湿电极、所述第二电润湿电极和所述第一感测电极电连接到电压切换电路，所述电压切换电路被配置为选择性地激活所述第一电润湿电极、第二电润湿电极或第一感测电极中的一个或不激活其中任何一个。
实施方案37.根据实施方案36所述的盒，其中，所述电压切换电路电连接至被配置为可选择地选择阻抗感测电路或电润湿电极电源电路的开关。
实施方案38.根据实施方案28-37中任一项所述的盒，其中，所述阻抗传感器包括pH敏感层或离子敏感层，其被配置为基于pH或离子浓度来调制阻抗。
实施方案39.根据实施方案38所述的盒，其中，所述阻抗传感器包括金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器。
实施方案40.根据实施方案39所述的盒，其中，所述MOSCap传感器与所述第一感测电极和所述第二感测电极相邻。
实施方案41.根据实施方案1-40中任一项所述的盒，其中，所述盒还包括一个或多个光学窗口。
实施方案42.根据实施方案1-41中任一项所述的盒，其中，所述传感器是通道传感器，包括：
第一通道段，
第二通道段，
流体连接所述第一通道段和所述第二通道段的孔或通道，以及
电极对，其被配置为向所述孔或通道施加电流，并检测所述孔或通道内的阻抗。
实施方案43.根据实施方案42所述的盒，其中，所述电极对被配置为直接接触流过所述通道传感器的液体。
实施方案44.根据实施方案42或43所述的盒，其中，所述通道传感器是被配置为对所述生物样品中的细胞数进行计数的流式细胞仪。
实施方案45.根据实施方案44所述的盒，其中，所述传感器被配置为在不同类型的细胞之间进行区分。
实施方案46.根据实施方案45所述的盒，其中，所述传感器被配置为在红细胞、白细胞和血小板之间进行区分。
实施方案47.根据实施方案45或46所述的盒，其中，所述传感器构造成对红细胞、白细胞或血小板的数量进行计数。
实施方案48.根据实施方案45-47中任一项所述的盒，其中，所述传感器被配置为区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。
实施方案49.根据实施方案45-48中任一项所述的盒，其中，所述传感器被配置为对嗜酸性粒细胞的数量、嗜碱性粒细胞的数量、嗜中性粒细胞的数量、单核细胞的数量或淋巴细胞的数量进行计数。
实施方案50.根据实施方案42-49中任一项所述的盒，其中，所述孔或通道是微孔或微通道。
实施方案51.根据实施方案42-50中任一项所述的盒，其中，所述电流是包括在不同频率下的多个交流分量的多路电流。
实施方案52.根据实施方案42-51中任一项所述的盒，其中，所述电流是多路电流，所述多路电流包括(1)直流分量或低频交流电，以及(2)不同频率的多个交流分量。
实施方案53.根据实施方案51或52所述的盒，其中，所述多个交流分量包括至少三个交流分量。
实施方案54.根据实施方案53的盒，其中，多个交流分量包括约10kHz至约100kHz的第一交流电，约100kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，以及大于约5MHz的第四交流电。
实施方案55.根据实施方案51-54中任一项所述的盒，其中，所述多个交流电包括至少五个不同的交流分量。
实施方案56.根据实施方案55所述的盒，其中多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz至约20MHz的第四交流电，约20MHz至约150MHz的第五交流电。
实施方案57.根据实施方案42-56中任一项所述的盒，其中，所述电极对被配置为以约100kHz或更高的采样率来检测阻抗。
实施方案58.根据实施方案42-57中任一项所述的盒，其中，所述电极对被配置为检测所述孔或通道内的真实阻抗分量和虚阻抗分量。
实施方案59.根据实施方案42-57中任一项所述的盒，其中，所述电极对被配置为检测所述孔或通道内的幅度阻抗分量和相位阻抗分量。
实施方案60.根据实施方案42或43所述的盒，其中，所述通道传感器被配置为检测分析物浓度。
实施方案61.根据实施方案60所述的盒，其中，所述分析物是蛋白质。
实施方案62.根据实施方案60或61所述的盒，其中，所述盒包括包含亲和部分的试剂，并且其中所述盒被配置为将包含所述亲和部分的试剂与所述生物样品或从生物样品衍生的子样品混合，以及将生物样品或子样品输送到通道传感器。
实施方案63.根据实施方案60-62中任一项所述的盒，其中，所述孔或通道是纳米孔或纳米通道。
实施方案64.根据实施方案1-63中任一项所述的盒，其中，所述盒包括多个传感器。
实施方案65.根据实施方案1-64中任一项所述的盒，其中，所述生物样品是血液样品。
实施方案66.根据实施方案1-65中任一项所述的盒，其中，所述盒空间是腔室或通道。
实施方案67.用于分析生物样品的系统，包括：
根据实施方案1-66中任一项所述的盒；以及
装置，包括配置为与所述盒对接的盒接口，该装置配置为对所述盒供电并操作所述盒。
实施方案68.根据实施方案67所述的系统，其中，所述装置被配置为对两种或更多种不同类型的盒进行供电和操作。
实施方案69.根据实施方案67或68所述的系统，其中，所述装置还包括一个或多个处理器以及存储被配置为由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，用于(a)操作所述盒中的所述多个电润湿电极以在所述盒中输送所述生物样品，以及(b)操作所述传感器。
实施方案70.根据实施方案69所述的系统，其中，所述一个或多个程序包括用于操作所述盒中的多个电润湿电极以连续地将所述生物样品输送通过所述传感器的指令。
实施方案71.根据实施方案70所述的系统，其中，所述一个或多个程序包括用于操作所述盒中的多个电润湿电极以将所述生物样品静态地定位在所述传感器内的指令。
实施方案72.根据实施方案69-71中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个程序包括用于基于在一个或多个频率上检测到的阻抗信号的多元模式来确定细胞计数或分析物浓度的指令。
实施方案73.根据实施方案72所述的系统，其中，所述多元模式包括阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰面积或阻抗峰半宽峰高中的一个或多个。
实施方案74.根据实施方案72或73所述的系统，其中，所述多元模式包括实数阻抗分量和虚数阻抗分量。
实施方案75.根据实施方案72或73所述的系统，其中，所述多元模式包括幅度阻抗分量和相位阻抗分量。
实施方案76.根据实施方案67-75中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个程序包括用于校准传感器的指令。
实施方案77.根据实施方案67-76中任一项所述的系统，其中，所述装置是手持式装置。
实施方案78.分析生物样品的方法，包括：
将生物样品放入盒中；
使用多个电润湿电极在所述盒内输送所述生物样品；
使用所述盒内的一个或多个传感器分析生物样品以产生分析数据；以及
从所述盒中传输所述分析数据。
实施方案79.根据实施方案78的方法，其包括将生物样品与盒内的一种或多种试剂混合。
实施方案80.根据实施方案78或79所述的方法，其中，所述生物样品利用毛细管作用由盒接收。
实施方案81.根据实施方案78-80中任一项所述的方法，还包括在分析生物样品之后将生物样品输送到盒内的废物容器中。
实施方案82.根据实施方案78-81中任一项所述的方法，其中，在单次使用之后处置所述盒。
实施方案83.根据实施方案78-82中任一项所述的方法，其中，分析生物样品包括计数生物样品中的细胞数量，其中分析数据涉及细胞数量。
实施方案84.根据实施方案78-83中任一项所述的方法，其中，分析所述生物样品包括：区分两种或更多种不同的细胞类型。
实施方案85.根据实施方案84所述的方法，其中，分析生物样品包括区分红细胞、白细胞和血小板。
实施方案86.根据实施方案78-85中任一项所述的方法，其中分析生物样品包括计数白细胞，计数红细胞或计数血小板。
实施方案87.根据实施方案78-86中任一项所述的方法，其中，分析生物样品包括区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。
实施方案88.根据实施方案78-87中任一项所述的方法，其中，分析生物样品包括对嗜酸性粒细胞的数量、嗜碱性粒细胞的数量、嗜中性粒细胞的数量、单核细胞的数量或淋巴细胞的数量进行计数。
实施方案89.根据实施方案78-88中任一项所述的方法，其中，分析生物样品包括向生物样品施加电流并记录电流的复用阻抗。
实施方案90.根据实施方案89所述的方法，其中，所述电流是包括不同频率的多个交流分量的混合电流。
实施方案91.根据实施方案89或90所述的方法，其中，所述电流是混合电流，所述混合电流包括直流分量和处于不同频率的多个交流分量。
实施方案92.根据实施方案89-91中任一项所述的方法，其中，所述电流是混合电流，所述混合电流包括处于不同频率的至少五个交流分量。
实施方案93.根据实施方案78-92中任一项所述的方法，包括自校准传感器中的至少一个以检测不同的细胞大小。
实施方案94.根据实施方案78-93中任一项所述的方法，其中，分析生物样品包括在分析期间使生物样品连续流过至少一个传感器。
实施方案95.根据实施方案78-94中任一项所述的方法，其中，使用约50V或更低的电压在盒内输送生物样品。
实施方案96.根据实施方案78-95中任一项所述的方法，其中，使用约0.5V至约50V的电压在盒内输送生物样品。
实施方案97.根据实施方案78-96中任一项所述的方法，其中分析所述生物样品包括确定所述生物样品内的分析物或蛋白质的浓度。
实施方案98.根据实施方案97所述的方法，其中，分析所述生物样品包括将所述生物样品静态地放置在所述传感器中的至少一个上。
实施方案99.根据实施方案98的方法，其中，使用电润湿电极将生物样品静态地放置在传感器上。
实施方案100.根据实施方案78-99中任一项所述的方法，其中，确定所述生物样品内的分析物或蛋白质的浓度包括：
将分析物或蛋白质结合到与传感器之一内的电极结合的亲和部分上，以及
测量由分析物或蛋白质与亲和部分结合引起的阻抗变化。
实施方案101.根据实施方案100所述的方法，其中，所述亲和部分是抗体、抗体片段或适体。
实施方案102.系统，包括(a)被配置为分析生物样品的盒，该盒包括：
(i)传感器，包括：
第一通道段；
第二通道段；
流体连接第一通道段和第二通道段的孔或通道；
被配置为对孔或通道施加多路电流或电压的电极对；和
电极对，其被配置为在所述孔或通道内以多个频率检测阻抗，其中被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对或不同的电极对；以及
(ii)与所述传感器电连接的装置接口；以及
(b)被配置为与所述盒接口并操作所述盒的装置，该装置包括一个或多个处理器以及存储一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，该程序被配置为由一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于基于所检测到的阻抗确定细胞计数或分析物浓度的指令，其中所检测到的阻抗至少包括在第一频率处的第一多元阻抗模式和在第二频率处的第二多元阻抗模式。
实施方案103.根据实施方案102所述的系统，其中，被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对。
实施方案104.根据实施方案102所述的系统，其中，被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是不同的电极对。
实施方案105.根据实施方案102-104中的任一项所述的系统，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括所述阻抗的实数分量和虚数分量。
实施方案106.根据实施方案102-104中任一项所述的系统，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括所述阻抗的幅度分量和相位虚数分量。
实施方案107.根据实施方案102-106中任一项所述的系统，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式包括以下各项中的一项或多项：阻抗峰高，阻抗峰宽，阻抗峰值面积或阻抗峰值半宽峰高。
实施方案108.根据实施方案102-107中任一项所述的系统，其中，所述电极对与所述通道的内部直接接触。
实施方案109.根据实施方案102-108中任一项所述的系统，其中，所述传感器被配置为对所述生物样品中的细胞数量进行计数。
实施方案110.根据实施方案109所述的系统，其中，所述传感器被配置为在不同类型的细胞之间进行区分。
实施方案111.根据实施方案110所述的系统，其中，所述传感器被配置为区分红细胞、白细胞和血小板。
实施方案112.根据实施方案109-111中任一项所述的系统，其中，所述传感器被配置成对红细胞的数量、白细胞的数量或血小板的数量进行计数。
实施方案113.根据实施方案109-112中任一项所述的系统，其中，所述传感器被配置为区分嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。
实施方案114.根据实施方案109-113中任一项所述的系统，其中，所述传感器被配置为计数嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞的数量。
实施方案115.根据实施方案109-114中任一项所述的系统，其中，所述孔或通道是微孔或微通道。
实施方案116.根据实施方案102-108中任一项所述的系统，其中，所述传感器被配置为检测分析物浓度。
实施方案117.根据实施方案116的系统，其中，所述分析物是蛋白质。
实施方案118.根据实施方案116或117的系统，其中，所述孔或通道是纳米孔或纳米通道。
实施方案119.根据实施方案102-118中任一项所述的系统，其中，被配置为检测阻抗的电极对包括在第一通道段内的第一电极和在第二通道段内的第二电极。
实施方案120.根据实施方案102-119中任一项所述的系统，其中，所述传感器包括所述通道，并且其中被配置为检测阻抗的所述电极对位于所述通道内。
实施方案121.根据实施方案120所述的系统，其中，所述电极对包括靠近所述第一通道段的第一电极和靠近所述第二通道段的第二电极。
实施方案121.根据实施方案121所述的系统，其中，所述电极对包括在所述通道的上表面上的第一电极和在所述通道的下表面上的第二电极，并且其中所述第一电极位于所述第二电极上方。
实施方案123.根据实施方案102-122中任一项所述的系统，其中，所述传感器还包括电极对，其被配置为检测所述传感器内的液体流动。
实施方案124.根据实施方案102-123中任一项所述的系统，其中，所述传感器包括一个或多个隔离电极。
实施方案125.根据实施方案102-124中的任一项所述的系统，其中，所述传感器包括所述第一通道段的在电润湿电极附近的入口。
实施方案126.根据实施方案102-125中的任一项所述的系统，其中，所述传感器包括所述第二通道段的在电润湿电极附近的出口。
实施方案127.根据实施方案102-126中任一项所述的系统，其中，所述多路电流包括处于不同频率的多个交流分量。
实施方案128.根据实施方案102-127中的任一项所述的系统，其中，所述多路电流包括(1)直流分量或低频交流电，以及(2)在不同频率下的交流分量。
实施方案129.根据实施方案127或128所述的系统，其中，所述多个交流分量包括至少三个交流分量。
实施方案130.根据实施方案129所述的系统，其中，所述多个交流分量包括约10kHz至约100kHz的第一交流电，约100kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，大于约5MHz的第四交流电。
实施方案131.根据实施方案127或128所述的系统，其中，所述多个交流分量包括至少五个交流分量。
实施方案132.根据实施方案131所述的系统，其中，所述多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz至约20MHz的第四交流电，约20MHz至约150MHz的第五交流。
实施方案133.实施方案102-132中任一项所述的系统，其中，被配置为检测阻抗的电极对被配置为以约100kHz或更高的采样率检测阻抗。
实施方案134.根据实施方案102-133中任一项所述的系统，其中，所述盒包括多个电润湿电极，所述电润湿电极被配置为在所述盒内输送一种或多种液体。
实施方案135.根据实施方案102-134中任一项所述的系统，其中，所述盒被配置为将试剂与所述生物样品或由生物样品衍生的子样品混合，并将所述生物样品或子样品输送至所述传感器。
实施方案136.确定生物样品中细胞计数的方法，包括：
输送所述生物样品通过包括通道或孔的传感器；
向所述通道或孔施加多路电流或电压；
检测所述通道或孔内的复用阻抗，该复用阻抗至少包括在第一频率处的第一多元阻抗模式和在第二频率处的第二多元阻抗模式；以及
基于检测到的复用阻抗确定细胞计数。
实施方案137.根据实施方案136所述的方法，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括实数分量和虚数分量。
实施方案138.根据实施方案136所述的方法，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括幅度分量和相位分量。
实施方案139.根据实施方案136-138中任一项所述的方法，其中，所述多元阻抗模式包括阻抗峰高、阻抗峰宽、阻抗峰面积或阻抗峰半宽峰高中的一个或多个。
实施方案140.根据实施方案136-139中任一项所述的方法，其中，所述生物样品直接接触检测复用阻抗的一对电极。
实施方案141.根据实施方案136-140中任一项所述的方法，包括区分两种或更多种不同类型的细胞。
实施方案142.根据实施方案136-141中任一项所述的方法，其中，确定细胞计数包括确定生物样品中的红细胞计数、白细胞计数或血小板计数。
实施方案143.根据实施方案136-142中任一项所述的方法，其中，确定细胞计数包括确定生物样品中的嗜酸性粒细胞计数、嗜碱性粒细胞计数、嗜中性粒细胞计数、单核细胞计数和淋巴细胞计数。
实施方案144.根据实施方案136-143中任一项所述的方法，包括输送生物样品的两个或更多个子样品通过传感器，其中所述两个或更多个子样品在不同的pH水平或不同的电解质浓度下进行处理。
实施方案145.根据实施方案136-144中任一项所述的方法，包括将标记物输送到传感器中。
实施方案146.根据实施方案145所述的方法，其中，标记物是气泡或低电导率溶液。
实施方案147.根据实施方案145或146所述的方法，包括检测标记物。
实施方案148.根据实施方案136-147中的任一项所述的方法，其中，所述标记物触发所检测到的复用阻抗的开始或终止记录。
实施方案149.根据实施方案136-148中任一项所述的方法，包括确定生物样品的流速。
实施方案150.根据实施方案149所述的方法，包括使用所确定的流速来确定细胞计数。
实施方案151.根据实施方案136-150中任一项所述的方法，包括过滤生物样品。
实施方案152.根据实施方案136-151中任一项所述的方法，其中，所述多路电流包括处于不同频率的多个交流分量。
实施方案153.根据实施方案136-152中任一项所述的方法，其中，所述多路电流包括(1)直流分量或低频交流电，以及(2)处于不同频率的多个交流分量。
实施方案154.根据实施方案152或153所述的方法，其中，所述多个交流分量包括至少三个交流分量。
实施方案155.根据实施方案152-154中任一项所述的方法，其中，所述多个交流分量包括约10kHz至约100kHz的第一交流电，约100kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，以及大于约5MHz的第四交流电。
实施方案156.根据实施方案152或153中的任一项所述的系统，其中，所述多个交流分量包括至少五个交流分量。
实施方案157.根据实施方案156所述的系统，其中，所述多个交流分量包括约50kHz至约250kHz的第一交流电，约250kHz至约700kHz的第二交流电，约700kHz至约5MHz的第三交流电，约5MHz至约20MHz的第四交流电，以及约20MHz至约150MHz的第五交流电。
实施方案158.检测生物样品中分析物的方法，包括：
输送该生物样品通过包括通道或孔的传感器，该生物样品包含与亲和部分结合的分析物；
向所述通道或孔施加电流或电压；
检测所述通道或孔内的阻抗；以及
根据检测到的阻抗检测分析物。
实施方案159.根据实施方案158所述的方法，其中，所述分析物是蛋白质或电解质。
实施方案160.根据实施方案158或159所述的方法，其中所述亲和部分是多价亲和部分。
实施方案161.根据实施方案158-160中任一项所述的方法，其中所述亲和部分是带电荷的。
实施方案162.根据实施方案158-151中任一项所述的方法，其中所述亲和部分包含适体、抗体或抗体片段。
实施方案163.根据实施方案158-162中任一项所述的方法，其中，所述亲和部分包含与抗生物素蛋白或抗生物素蛋白衍生物结合的适体。
实施方案164.根据实施方案158-163中任一项所述的方法，包括将生物样品与包含亲和部分的试剂混合。
实施方案165.根据实施方案158-164中任一项所述的方法，其中基于所检测到的阻抗来检测所述分析物包括：区分与所述分析物结合的亲和部分和未结合的亲和部分。
实施方案166.根据实施方案158-165中任一项所述的方法，包括将标记物输送到传感器中。
实施方案167.根据实施方案166所述的方法，其中，所述标记物是气泡或低电导率溶液。
实施方案168.根据实施方案166或167的方法，包括检测标记物。
实施方案169.根据实施方案166-168中任一项所述的方法，其中，所述标记物触发所检测到的复用阻抗的开始或终止记录。
实施方案170.根据实施方案166-169中任一项所述的方法，包括确定生物样品的流速。
实施方案171.根据实施方案170所述的方法，其包括使用所确定的流速来确定分析物的浓度。
实施方案172.电润湿电极阵列，包括：
多个共面电润湿电极，其涂覆有绝缘层并由绝缘层隔开；
其中所述电润湿阵列包括疏水性液体接触表面，并且其中所述电润湿阵列被构造成使用约50伏或更低的电压来输送水性液体。
实施方案173.根据实施方案172所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层包括疏水性液体接触表面。
实施方案174.根据实施方案173所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层包括纳米结构化表面。
实施方案175.根据实施方案172所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层涂覆有包括所述疏水液体接触表面的疏水层。
实施方案176.根据实施方案175所述的电润湿电极阵列，其中，所述疏水层包含纳米结构化表面。
实施方案177.根据实施方案175或176所述的电润湿电极阵列，其中所述疏水层包括含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、十八烷异羟肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、16-羟基十六烷氢拉米酸或十八烷硫醇。
实施方案178.根据实施方案172-177中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述多个电润湿电极被配置为使用约0.5伏至约50伏的电压来输送所述水性液体。
实施方案179.根据实施方案172-178中任一项所述的电润湿电极阵列，其中所述绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。
实施方案180.根据实施方案172-179中任一项所述的电润湿电极阵列，其中所述绝缘层包含氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。
实施方案181.根据实施方案171-180中任一项所述的电润湿电极阵列，其中使用原子层沉积、化学气相沉积、反应离子束沉积、溅射沉积、蒸发、喷涂沉积、旋涂或溶胶-凝胶形成将绝缘层涂覆在电极上。
实施方案182.根据实施方案171-181中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。
实施方案183.根据实施方案171-182中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述电润湿电极包括金、银、氯化银、铂、铟锡氧化物或导电碳。
实施方案184.根据实施方案171-183中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述电润湿电极与疏水性液体接触表面分开约1nm至约25μm。
实施方案185.根据实施方案171-184中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述多个电润湿电极还包括平行于所述共面电润湿电极的接地电极，其中所述疏水液体接触表面在所述接地电极与所述共面电润湿电极之间。
实施方案186.根据实施方案185所述的电润湿电极阵列，其中，所述接地电极对于两个或更多个电润湿电极是共用的。
实施方案187.根据实施方案185所述的电润湿电极阵列，其中，所述电润湿电极中的至少一个与单独的接地电极配对。
实施方案188.根据实施方案171-187中任一项所述的电润湿电极阵列，包括阻抗传感器，所述阻抗传感器包括感测电极和官能化的液体接触表面，其中所述官能化的液体接触表面用特异性结合靶分析物的亲和部分官能化。
实施方案189.根据实施方案188所述的电润湿电极，其中，所述传感器还包括与所述第一传感电极配对的第二传感电极，其中所述传感器被配置为检测分析物或蛋白质结合到所述亲和部分上时的阻抗变化。
实施方案190.根据实施方案188或189所述的电润湿电极阵列，其中所述靶分析物是蛋白质。
实施方案191.根据实施方案188-190中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述亲和部分是抗体、抗体片段或适体。
实施方案192.根据实施方案188-191中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述阻抗传感器还包括金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器，所述金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器包括被配置为基于pH或离子浓度来调制阻抗的pH敏感或离子敏感层。
实施方案193.根据实施方案172-192中任一项所述的电润湿电极阵列，其中所述水性液体包含生物样品。
实施方案194.根据实施方案193所述的电润湿电极阵列，其中，所述生物样品包括血液样品。
实施方案195.用于分析生物样品的盒，包括：
样品接收端口，被配置为接收生物样品；
传感器，被配置为分析所述生物样品；
与生物样品接收端口和传感器流体连通的盒空间，该盒空间包括实施方案172-194中任一项所述的电润湿电极阵列；以及
装置接口，其被配置为从装置上的盒接口接收电力并与装置上的盒接口通信，其中，所述传感器和多个电润湿电极与所述装置接口电连通。
实施方案196.根据实施方案195所述的盒，其中所述盒空间流体地连接到一个或多个试剂容器，其中所述电润湿电极阵列延伸到所述一个或多个试剂容器中。
实施方案197.根据实施方案195或196所述的盒，其中，所述电润湿电极阵列包括试剂混合区域。
实施方案198.根据实施方案195-197中任一项所述的盒，其中，所述盒空间是腔室或通道。
实施方案199.用于分析生物样品的系统，包括：
实施方案195-198中任一项所述的盒；以及
装置，其包括被配置为与所述盒对接的盒接口，所述装置被配置为操作所述电润湿电极阵列。
实施方案200.根据实施方案199所述的系统，其中，所述装置是手持装置。
实施方案201.输送液体的方法，包括：
将水性液体置于灭活的第一电润湿电极上方的第一疏水性液体接触表面上；以及
通过向第二电润湿电极施加约50伏或更低的电压来激活所述第二电润湿电极，从而将水性液体从所述第一疏水性液体接触表面输送至所述第二电润湿电极上方的第二疏水性液体接触表面；
其中，所述第一电润湿电极和所述第二电润湿电极被绝缘层覆盖并被绝缘层隔开。
实施方案202.根据实施方案201所述的方法，其中，所述水性液体包含生物样品。
实施方案203.根据实施方案201或202所述的方法，其包括将试剂输送至第二液体接触表面，从而将试剂与水性液体混合。
实施方案204.根据实施方案203所述的方法，其中，通过激活第二电润湿电极来输送试剂。
实施方案205.根据实施方案201-204中任一项所述的方法，其中，使用约0.5V至约50V的电压在所述盒内输送所述生物样品。
实施方案206.根据实施方案201-205中任一项所述的方法，其中，所述第一疏水液体接触表面或第二疏水液体接触表面是纳米结构化表面。
实施方案207.根据实施方案201-206中任一项所述的方法，其中，所述绝缘层包括第一疏水液体接触表面和第二疏水液体接触表面。
实施方案208.根据实施方案201-207中任一项所述的方法，其中，所述绝缘层涂覆有包含第一疏水液体接触表面和第二疏水液体接触表面的疏水层。
实施方案209.根据实施方案208所述的方法，其中，疏水层包括含氟聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、十八烷异羟肟酸、硬脂酸、十八烷膦酸、16-羟基十六烷氢芳酸或十八烷硫醇。
实施方案210.根据实施方案201-209中任一项所述的方法，其中，所述绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。
实施方案211.根据实施方案201-210中任一项所述的方法，其中，所述绝缘层包含氧化铪、钛酸锶钡或钛酸锶、二氧化硅或氮化硅。
实施方案212.根据实施方案201-211中任一项所述的方法，其中，所述绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。
实施方案213.根据实施方案201-212中任一项所述的方法，其中，所述第一电润湿电极与所述第一疏水性液体接触表面分开约1nm至约25μm，并且所述第二电润湿电极与所述第二疏水性液体接触表面分开约1nm至约25μm。
实施方案214.金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器，包括：
第一传感器段，其包括第一电极和第一半导体层；
第二传感器段，其包括第二电极和第二半导体层；以及
在所述第一传感器段与所述第二传感器段之间的空间，被配置为允许液体流动；
其中，所述第一传感器段、所述第二传感器段和所述空间处于堆叠构造。
实施方案215.根据实施方案214所述的MOSCap传感器，其中，所述第一半导体层直接涂覆在所述第一电极上，并且所述第二半导体层直接涂覆在所述第二电极上。
实施方案216.根据实施方案214或215所述的MOSCap传感器，其中，所述第一传感器段包括第一绝缘层，并且所述第二传感器段包括第二绝缘层。
实施方案217.根据实施方案216所述的MOSCap传感器，其中，所述第一绝缘层直接涂覆在所述第一半导体层上，并且所述第二绝缘层直接涂覆在所述第二半导体层上。
实施方案218.根据实施方案214-217中任一项所述的MOSCap传感器，其中，所述第一传感器段包括第一阻抗调制层，并且所述第二传感器段包括第二阻抗调制层，其中所述第一阻抗调制层和第二阻抗调制层是pH敏感或离子敏感层，其被配置为基于pH或离子浓度来调制阻抗。
实施方案219.根据实施方案218所述的MOSCap传感器，其中所述第一传感器段包括第一绝缘层，并且所述第二传感器段包括第二绝缘层；其中，第一阻抗调制层直接涂覆在第一绝缘层上，第二阻抗调制层直接涂覆在第二绝缘层上。
实施方案220.根据实施方案214-219中任一项所述的MOSCap传感器，其中，所述第一电极附接到第一基板，并且所述第二电极附接到第二基板。
实施方案221.根据实施方案214-220中任一项所述的MOSCap传感器，其中，所述第一传感器段与参考电极相邻。
实施方案222.根据实施方案221所述的MOSCap传感器，其中，所述第一传感器段与对电极相邻。
实施方案223.根据实施方案214-222中的任一项所述的MOSCap传感器，其中，所述MOSCap传感器与电润湿电极相邻。
实施方案224.根据实施方案223的MOSCap传感器，其中，所述电润湿电极被亲和部分官能化。
实施方案225.根据实施方案224所述的MOSCap传感器，其中，所述亲和部分特异性结合血红蛋白。
实施例
通过参考作为本申请的示例性实施方案提供的以下非限制性实施例可以更好地理解本申请。给出以下实施方案以更充分地说明实施方案，但是决不应解释为限制本申请的广泛范围。尽管在此已经示出并描述了本申请的某些实施方案，但是显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替换。应当理解，在实践本文描述的装置和方法中，可以采用本文描述的实施方案的各种替代方案。
实施例1：使用流式细胞仪通道传感器进行细胞大小区分
流过流式细胞仪的细胞直径可以使用低频电流(例如<100Hz)确定，并且可以将电压信号校准为使用已知大小的聚苯乙烯珠检测到的信号调制。为了校准传感器，将直径分别为5μm、10μm、20μm或30μm的聚苯乙烯珠悬浮在pH 7.4的磷酸盐缓冲盐水中，使其通过流式细胞仪通道传感器。30kHz电流(0.35Vpk)通过传感器，并且以每秒460,000个样品的速率采样阻抗。对于每种粒径，电压随时间的变化示于图18A中，每个峰反映单个颗粒的通过。
如图18B所示，将测量的粒径归一化为真实粒径，以校准测量。不同的粒径线性拟合，并使用线性拟合设置使用此流式细胞仪通道传感器进行将来测量的校准。为了从测量的电压信号确定或计算尺寸，将相对于基准信号(无颗粒)的电压变化转换为阻抗变化。使用通道尺寸与阻抗变化之间的理论关系将阻抗的这种变化转换为粒径，公式为：
其中ΔZ是相对于没有颗粒的基线阻抗Z的阻抗变化；d，L，D分别是粒径、通道长度和通道直径。
是校正因子。
实施例2：确定各种细胞类型的复用阻抗特征
红血球、血小板、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞的阻抗特征是通过分离各种细胞类型并使细胞通过流式细胞仪通道传感器同时测量阻抗来测量的。使用已知技术分离不同的细胞类型。将分离的细胞悬浮于pH 7.4的磷酸盐缓冲盐水中，并通过流式细胞仪。流量传感器通过了多路电流(0.35Vpk)，该多路电流包括用于大小检测的低频分量(30kHz)和五个其他频率(107kHz、570kHz、1.55MHz、16MHz和40MHz)，检测到阻抗的实数分量和虚数分量。阻抗信号以每秒460,000个样品的速率采样，并使用带通滤波器(8阶，5Hz带宽)对不同的阻抗频率进行滤波和解调。图19示出了在所有5个频率下单个嗜酸性粒细胞的示例性实阻抗和虚阻抗，细胞在-6.19秒时流过电流。尽管未显示数据，但针对其他细胞类型收集了相似的图。通过将107kHz信号的幅度除以所有测量值来对阻抗信号进行归一化(尽管可以将数据均等地归一化为其他任何频率)，并在图20A(嗜碱性粒细胞)、图20B(嗜酸性粒细胞)、图20C(淋巴细胞)、图20D(单核细胞)、图20E(嗜中性粒细胞)、图20F(血小板)、图20G(红细胞)和表1中示出了针对不同细胞类型在五个不同的频率的实阻抗分量和虚阻抗分量的平均归一化阻抗。在20A-20G中，雷达图上的点A–E分别对应于107kHz、570kHz、1.55MHz、16MHz和40MHz的频率。
表1：归一化阻抗振幅特征
这些阻抗特征是在单个环境条件(例如pH、缓冲液的离子浓度等)中确定的。通过调整和修改环境变量(例如pH、离子浓度)，环境条件会影响细胞的表面和体积特性，以及在这些条件下的测量值。因此，可以在不同的缓冲条件下收集其他阻抗特征，以提供各种细胞类型的更多独特特性。
实施例3：在流量传感器中对粒径进行分类
悬浮在1X PBS溶液中的5μm和10μm聚苯乙烯珠的混合物以2.5μL/min的恒定流速泵送通过通道传感器。通道传感器包括微通道(长度为1mm，宽度和高度为20μm)，三个电极沿微通道的长度方向相距12.5μm。当珠粒流过通道时，交流电(0.5Vpp，100kHz)在电极之间通过，并测量了电压变化。对电压差信号进行归一化(除去基线并从交流电中解调出信号，以使测得的电压与固定交流电信号的阻抗成比例)。随时间变化的示例性归一化电压信号在图21A中示出，示出了来自5μm珠粒和10μm珠粒的示例性信号。在通过珠粒微通道时，较小的脉冲对应于5μm的珠粒，较大的脉冲对应于10μm的珠粒。电压差信号的直方图在图21B中示出，并且展示了两种不同的珠粒尺寸的分类。
实施例4：不同细胞类型的聚类
如实施例2所述，先前收集了从健康男性的全血中纯化的所有单个细胞的阻抗特征。该数据形成了标记的数据集，其允许鉴定单个细胞群和簇。将健康成人的全血样品稀释在1X PBS中以降低细胞浓度，并用流量传感器进行测量。此未知样品数据跨多个参数聚类为单独的簇。然后使用先前收集的数据集中的标记数据集将这些聚类进一步细化为类别或细胞类型。无监督和有监督的学习方法(即半监督学习技术)的组合被用来完善分类。训练后的模型将阻抗特征聚类为血小板、红细胞(RBC)和白细胞(WBC)，如图22A所示。在图22A中，绘制了分类的细胞并针对107kHz示出分类的细胞。同时，相同的训练模型允许白细胞根据阻抗特征进一步细化和聚类，以区分中性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞，如图22B所示。图22B示出了在1.55MHz下的细胞类型的图。当颗粒流过图22C中的传感器时，示出了示例性的单个信号与时间的关系，根据细胞类型鉴定了每个峰(R表示红细胞，W表示白细胞，PT表示血小板，PS表示5μm聚苯乙烯珠粒，添加到全血中以演示区分能力)。
在对阻抗特征进行聚类之后，可以获得每种细胞类型的计数。表2示出了测得的计数以及健康成年男性的参考范围。
表2
实施例5：红细胞裂解液中血红蛋白的测量
使用配置用于血红蛋白检测的金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器测量红细胞裂解液的血红蛋白(Hb)含量。在适体5'末端带有巯基的Hb特异性适体与电极结合。Hb特异性适体修饰的电极可以称为传感器的“检测区域”。将全血与红细胞裂解试剂混合，并将裂解液置于检测区域。允许裂解液在检测区域孵育，从而使裂解液中的血红蛋白与表面结合的Hb特异性适体结合。然后使用洗涤缓冲液将检测区域洗涤三遍，以去除裂解液的未结合部分。与葡萄糖氧化酶(GOx)缀合的第二个Hb特异性适体被移动到检测区域，并且与GOx缀合的适体结合了与表面结合的适体结合的血红蛋白。然后通过洗涤检测区除去未结合的GOx缀合的适体。缓冲液中的葡萄糖被引入检测区域，GOx将葡萄糖用来产生过氧化氢和葡萄糖酸。葡萄糖酸降低了缓冲液的pH，该缓冲液被移入传感器对pH敏感的MOScap传感器的相邻区域。缓冲液pH值的变化与样品中血红蛋白的浓度成正比。使用已知浓度的纯化血红蛋白，基于校准数据确定血红蛋白浓度。
Claims (48)
1.用于分析生物样品的盒，包括：
样品接收端口，被配置为接收生物样品；
传感器，被配置为分析所述生物样品；
与所述生物样品接收端口和所述传感器流体连通的盒空间；
多个电润湿电极，被配置为在所述盒空间中输送所述生物样品并使所述生物样品与一种或多种试剂结合；以及
装置接口，被配置为从装置上的盒接口接收电力并与装置上的盒接口通信，其中，所述传感器和所述多个电润湿电极与所述装置接口电连通。
2.根据权利要求1所述的盒，其中，所述传感器是阻抗传感器。
3.根据权利要求1或2所述的盒，其中，所述传感器被配置为检测蛋白质或测量所述蛋白质的量。
4.根据权利要求1所述的盒，其中，所述传感器是通道传感器，包括：
第一通道段，
第二通道段，
流体连接所述第一通道段和所述第二通道段的孔或通道，以及
电极对，其被配置为向所述孔或通道施加电流，并检测所述孔或通道内的阻抗。
5.根据权利要求4所述的盒，其中，所述传感器被配置为在不同类型的细胞之间进行区分。
6.根据权利要求5所述的盒，其中，所述传感器被配置为在红细胞、白细胞和血小板之间进行区分。
7.根据权利要求5或6所述的盒，其中，所述传感器被配置为在嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞之间进行区分。
8.根据权利要求4所述的盒，其中，所述电流是多路电流，所述多路电流包括处于不同频率的多个交流分量。
9.根据权利要求8所述的盒，其中，所述电流是包括(1)直流分量或低频交流电流以及(2)处于不同频率的多个交流分量的多路电流。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的盒，其中，所述电极对被配置为检测所述孔或通道内的真实阻抗分量和虚阻抗分量。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的盒，其中，所述多个电润湿电极被配置为使用小于约50伏的电压来输送所述生物样品。
12.用于分析生物样品的系统，包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的盒；以及
装置，包括配置为与所述盒对接的盒接口，该装置配置为对所述盒供电并操作所述盒。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述装置还包括一个或多个处理器以及存储被配置为由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，用于(a)操作所述盒中的所述多个电润湿电极以在所述盒中输送所述生物样品，以及(b)操作所述传感器。
14.分析生物样品的方法，包括：
将生物样品放入盒中；
使用多个电润湿电极在所述盒内输送所述生物样品；
使用所述盒内的一个或多个传感器分析生物样品以产生分析数据；以及
从所述盒中传输所述分析数据。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，分析所述生物样品包括计数所述生物样品中的细胞数量，其中所述分析数据指示细胞数量。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，分析所述生物样品包括：区分两种或更多种不同的细胞类型。
17.根据权利要求14-16中的任一项所述的方法，其中，分析所述生物样品包括向所述生物样品施加电流并记录所述电流的复用阻抗。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，分析所述生物样品包括确定所述生物样品内的分析物或蛋白质的浓度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，确定所述生物样品内的分析物或蛋白质的浓度包括：
将分析物或蛋白质结合到与传感器之一内的电极结合的亲和部分上，以及
测量由分析物或蛋白质与亲和部分结合引起的阻抗变化。
20.系统，包括
(a)被配置为分析生物样品的盒，该盒包括：
(i)传感器，包括：
第一通道段；
第二通道段；
流体连接所述第一通道段和所述第二通道段的孔或通道；
被配置为对所述孔或通道施加多路电流或电压的电极对；以及
电极对，其被配置为在所述孔或通道内以多个频率检测阻抗，其中被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对或不同的电极对；以及
(ii)与所述传感器电连接的装置接口；以及
(b)被配置为与所述盒接口并操作所述盒的装置，该装置包括一个或多个处理器以及存储一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，该程序被配置为由一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于基于所检测到的阻抗确定细胞计数或分析物浓度的指令，其中所检测到的阻抗至少包括在第一频率处的第一多元阻抗模式和在第二频率处的第二多元阻抗模式。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，被配置为施加多路电流的电极对和被配置为检测阻抗的电极对是相同的电极对。
22.根据权利要求20或21中的任一项所述的系统，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括所述阻抗的实数分量和虚数分量。
23.根据权利要求20-22中的任一项所述的系统，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括所述阻抗的幅度分量和相位虚数分量。
24.根据权利要求20-23中的任一项所述的系统，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式包括以下各项中的一项或多项：阻抗峰高，阻抗峰宽，阻抗峰值面积或阻抗峰值半宽峰高。
25.根据权利要求20-24中的任一项所述的系统，其中，所述传感器被配置为在不同类型的细胞之间进行区分。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述传感器被配置为在红细胞、白细胞和血小板之间进行区分。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其中，所述传感器被配置为在嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞进行区分。
28.确定生物样品中细胞计数的方法，包括：
输送所述生物样品通过包括通道或孔的传感器；
向所述通道或孔施加多路电流或电压；
检测所述通道或孔内的复用阻抗，该复用阻抗至少包括在第一频率处的第一多元阻抗模式和在第二频率处的第二多元阻抗模式；以及
基于检测到的复用阻抗确定细胞计数。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括实数分量和虚数分量。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一多元阻抗模式和所述第二多元阻抗模式各自包括幅度分量和相位分量。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的方法，包括在两种或更多种不同类型的细胞之间进行区分。
32.检测生物样品中分析物的方法，包括：
输送该生物样品通过包括通道或孔的传感器，该生物样品包含与亲和部分结合的分析物；
向所述通道或孔施加电流或电压；
检测所述通道或孔内的阻抗；以及
根据检测到的阻抗检测分析物。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述分析物是蛋白质或电解质。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其中，所述亲和部分是多价亲和部分。
35.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其中，所述亲和部分包含适体、抗体或抗体片段。
36.根据权利要求35-35中任一项所述的方法，其中，基于所检测到的阻抗来检测所述分析物包括：区分与所述分析物结合的亲和部分和未结合的亲和部分。
37.电润湿电极阵列，包括：
多个共面电润湿电极，其涂覆有绝缘层并由绝缘层隔开；
其中所述电润湿阵列包括疏水性液体接触表面，并且其中所述电润湿阵列被构造成使用约50伏或更低的电压来输送水性液体。
38.根据权利要求37所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层包括疏水性液体接触表面。
39.根据权利要求38所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层包括纳米结构化表面。
40.根据权利要求37所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层涂覆有包括所述疏水液体接触表面的疏水层。
41.根据权利要求37至40中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述多个电润湿电极被配置为使用约0.5伏至约50伏的电压来输送所述水性液体。
42.根据权利要求37至41中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层具有约3.9或更高的介电常数。
43.根据权利要求37至42中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述绝缘层具有约1nm至约5μm的厚度。
44.根据权利要求37至43中任一项所述的电润湿电极阵列，其中，所述电润湿电极与所述疏水性液体接触表面分开约1nm至约25μm。
45.用于分析生物样品的盒，包括：
样品接收端口，被配置为接收生物样品；
传感器，被配置为分析所述生物样品；
与所述生物样品接收端口和所述传感器流体连通的盒空间，所述盒空间包括权利要求37-44中任一项所述的电润湿电极阵列；以及
装置接口，其被配置为从装置上的盒接口接收电力并与装置上的盒接口通信，其中，所述传感器和多个电润湿电极与所述装置接口电连通。
46.用于分析生物样品的系统，包括：
根据权利要求45所述的盒，以及
装置，其包括被配置为与所述盒对接的盒接口，所述装置被配置为操作所述电润湿电极阵列。
47.输送液体的方法，包括：
将水性液体置于灭活的第一电润湿电极上方的第一疏水性液体接触表面上；以及
通过向第二电润湿电极施加约50伏或更低的电压来激活所述第二电润湿电极，从而将水性液体从所述第一疏水性液体接触表面输送至所述第二电润湿电极上方的第二疏水性液体接触表面；
其中，所述第一电润湿电极和所述第二电润湿电极被绝缘层覆盖并被绝缘层隔开。
48.金属氧化物半导体电容器(MOSCap)传感器，包括：
第一传感器段，其包括第一电极和第一半导体层；
第二传感器段，其包括第二电极和第二半导体层；以及
在所述第一传感器段与所述第二传感器段之间的空间，被配置为允许液体流动；
其中，所述第一传感器段、所述第二传感器段和所述空间处于堆叠构造。
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