CN112840210A - 用于确定分析物浓度的系统、传感器和方法 - Google Patents
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Abstract
本文公开了用于确定流体中的分析物的浓度的系统、传感器和方法。所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述分析物的浓度。所述方法包括：将所述流体暴露于传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及测量所述传感器对所述分析物的差分响应。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年9月6日提交的澳大利亚临时专利申请第2018903323号、于2018年12月20日提交的澳大利亚临时专利申请第2018904856号，以及于2019年6月20日提交的澳大利亚临时专利申请第2019902157号的优先权，所述澳大利亚临时专利申请中的每一个的内容以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于确定分析物浓度的系统、传感器和方法。
背景技术
传感器用于感测用于各种应用的各种分析物。这些分析物可以是生物标志物、污染物、麻醉剂或有兴趣检测和/或定量的任何其它物种。此类分析物可以是例如生物标志物，所述生物标志物在样品中的存在、不存在或浓度可以指示疾病或病状。
例如，人绒毛膜促性腺激素(hCG)是怀孕期间植入后在尿液和血液中发现的生物标志物。尿液中存在hCG可以指示个体已怀孕，并且此原理在使用能够检测尿液中hCG的传感器的妊娠测试中使用。
用于感测分析物的传感器通常需要对分析物具有适当的灵敏度，以限制假阴性结果。例如，EPA对饮用水中铅的容许限度为15ppb。因此，用于检测饮用水中铅的传感器必须足够灵敏，以可靠地检测浓度至少低至15ppb的铅。
另外，传感器必须对分析物具有适当水平的选择性，以限制假阳性结果。例如，如果传感器对铅的选择性很差，则对于检测饮用水中低于15ppb的铅足够灵敏的传感器在所述应用中用处不大。如果传感器对饮用水中的钠做出类似的响应，所述钠在饮用水中的浓度通常比铅高得多，则此类传感器将产生许多假阳性结果。
传感器还必须具有适当的精度和准确度，以根据应用领域和感测要求来感测分析物。如果仅需要传感器来检测分析物的存在或不存在，即定性感测，则传感器的最低精度和准确度水平可以小于用传感器对分析物的量进行定量的情况。
现有技术中的传感器可以具有用于感测分析物的适当的灵敏度、选择性、精度和/或准确度，但是仅在狭窄的分析物浓度范围内。但是，对于许多分析物，有必要在多种浓度下对其浓度进行检测和/或定量。因此，需要开发具有广泛动态范围和/或广泛工作范围的传感器和包括传感器的系统，以感测各种浓度的分析物。一些传感器可以满足这些要求，但其设备成本可能较高，例如，可能需要将其合并到GC-MS中。进一步地，使用此类传感器确定分析物的准确浓度可能很慢。
低成本传感器可能遭受以下中的一种或多种：校准困难导致的准确度差、重复性差导致的精度差、选择性差、灵敏度差、动态范围窄和/或工作范围窄。因此，需要开发在这些性质中的任何一种或多种性质方面有所改进的低成本传感器和包括低成本传感器的系统。还需要开发适合于快速测试的传感器和包括传感器的系统。
用于某些生物标志物的传感器可能仅对有创收集的样品(如血液)有效。例如，用于确定患有糖尿病的患者的血糖水平的传感器是准确的，并且使得能够进行定量葡萄糖浓度测量，但只能用于有创收集的血液样品。因此，还需要灵敏度、可靠性和/或可购性有所改进的传感器和包括传感器的系统，所述传感器和包括传感器的系统使得能够检测无创收集的样品，例如尿液、唾液或呼气中的生物标志物或对其进行定量。
例如，糖尿病(diabetes mellitus，通常简称为糖尿病(diabetes))是全球范围内严重的健康问题，并且其患病率和糖尿病相关死亡随着生活方式的快速变化一直在增加，从而导致如肥胖症等危险因素增加。最近的估计表明，在未来的几十年中，糖尿病的患病率可能会继续大幅增长。例如，2000年，澳大利亚有大约100万25岁以上的人患有糖尿病。预计到2025年，这一数字将达到200万-290万，而预计2011年全球3.36亿糖尿病的发病率将在2030年增长至5.52亿。糖尿病的成本对个人和政府两者而言都是巨大的，尤其是当发生并发症时。显然，有成本效益的糖尿病治疗具有缓解医疗保健系统压力的巨大潜力。
糖尿病是由人体无法产生胰岛素激素(1型)或人体无法利用胰岛素激素(2型)而引起的。糖尿病患者可能遭受低胰岛素水平，并且随之发生的血糖水平升高会导致体内酮体浓度增加。酮体是含羰基化合物：乙酰乙酸酯、β-羟基丁酸酯和丙酮。体内酮体浓度升高会引起糖尿病酮症酸中毒，这是一种可以迅速发展并且被认为是医疗急症的胰岛素缺乏状态。如果不加以治疗，则可能会由于血液酸化而导致昏迷或死亡。尽管这种威胁生命的病状主要发生在患有新诊断1型糖尿病的患者中，但也可能发生在患有2型糖尿病的患者中。因此，需要适合于监测分析物(如含羰基化合物，例如酮体)的水平的新方法、传感器和系统。
用于确定分析物(如含羰基化合物(例如酮体))浓度的系统、传感器或方法通常需要对含羰基化合物具有适当的灵敏度，以限制假阴性结果。另外，此类系统、传感器或方法必须对含羰基化合物具有适当水平的选择性，以限制假阳性结果。系统、传感器或方法还应具有用于确定含羰基化合物浓度的适当精度和准确度。
现有技术中用于确定含羰基化合物(例如酮体)浓度的装置和方法具有适当的灵敏度、选择性、精度和/或准确度，但是仅在狭窄的分析物浓度范围内。但是，对于特定的含羰基化合物，可能有必要在多种浓度下对其浓度进行检测和/或定量。因此，需要开发具有广泛动态范围和/或广泛工作范围的系统、传感器和方法，用于确定分析物浓度，例如，各种浓度的含羰基化合物浓度。一些装置或方法满足这些要求，但其设备成本较高，例如，可能需要将其合并到GC-MS中。进一步地，使用此类装置或方法来确定含羰基化合物的准确浓度可能很慢。
用于确定各种分析物浓度(包含含羰基化合物浓度)的低成本系统和传感器通常遭受以下中的一种或多种：校准困难导致的准确度差、重复性差导致的精度差、选择性差、灵敏度差、动态范围窄和/或工作范围窄。因此，需要开发在这些性质中的一种或多种性质方面有所改进的低成本系统和传感器以及使用低成本系统和传感器的方法。还需要开发适合于快速测试的用于确定分析物浓度(如含羰基化合物浓度)的传感器、系统和方法。
许多用于确定糖尿病生物标志物(如酮体)浓度的装置和方法仅对有创收集的样品(如血液)有效。例如，用于确定患有糖尿病的患者的血糖水平的装置是准确的，并且使得能够进行定量葡萄糖浓度测量，但只能用于有创收集的血液样品。因此，还需要灵敏度、可靠性和/或可购性有所改进的系统、装置和方法，所述系统、装置和方法使得能够确定例如无创收集的样品中(例如尿液、唾液或呼气中)的糖尿病生物标志物(如酮体)的浓度。还需要用于各种酮体监测应用的分析物(如含羰基化合物(例如酮体))的快速且准确的检测方法，如用于与酮体水平相关的各种疾病(如糖尿病和阿尔茨海默病)的健身、节食和代谢疗法治疗。
对于技术人员显而易见的是，用于如含羰基化合物等分析物的合适的检测方法还可以适用于检测各种其它不含羰基的化合物分析物，并且进一步地，用于含羰基化合物(如用于糖尿病监测的酮体)的合适的检测方法还可以适用于检测各种其它含羰基化合物分析物，如戊糖素和乙醛。
本发明的目的是至少部分地满足以上需求中的至少一个需求。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于确定流体中的分析物的浓度的系统，所述系统包括：
传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及
采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述分析物的浓度。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第一方面结合使用。
所述差分响应可以是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。可替代地或另外，所述差分响应可以是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。
对所述分析物的灵敏度可以沿所述传感器的长度而变化。其可以沿所述传感器的长度单调地变化。其可以沿所述传感器的长度线性地或对数地变化。所述多个检测位置可以沿所述传感器的长度等距地间隔开。
所述传感器可以包括多个离散区域，每个离散区域对所述分析物具有不同的灵敏度。其可以包括检测表面上的涂层，所述涂层对所述分析物具有空间差分渗透性。其可以包括例如对所述分析物具有不同灵敏度的至少三个检测位置。
所述传感器可以被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；并且所述采集装置可以被配置成至少利用以下来计算所述分析物的浓度：
当所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平时：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
当所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平时：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；以及
如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
所述系统可以进一步包括流动通道或分析室，其中所述传感器安置在所述流动通道或分析室内。
所述分析物可以是含羰基化合物。所述传感器可以包括任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述流体暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；并且所述采集装置可以包括：检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述流体中的含羰基化合物的浓度。所述检测器可以是离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
所述传感器可以包括吸附剂材料，由此所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。所述系统可以进一步包括多个电极，所述多个电极被配置成在所述吸附剂材料的表面上施加电场，以使一种或多种带电物质集中在所述吸附剂材料上和/或中。所述吸附剂材料可以进一步包括吸附在其上和/或其中的弱碱。所述系统可以包括指示剂，所述指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。所述液体体积可以为约1mL或更小。
所述变量可以是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。例如，所述离子浓度可以是水合氢离子浓度。
在某些实施例中，不使用滴定法测量所述变量的变化。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以例如选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
所述含羰基化合物可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
所述流体可以是呼气。
在具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中丙酮浓度的系统，所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度，其中所述传感器包括羟胺、羟胺盐或其组合，由此将所述呼气暴露于所述羟胺、羟胺盐或其组合会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述丙酮的浓度，所述采集装置包括：检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度，
其中所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述丙酮的浓度：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述丙酮的响应。
在具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中丙酮浓度的系统，所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度，其中所述传感器包括羟胺、羟胺盐或其组合，由此将所述呼气暴露于所述羟胺、羟胺盐或其组合会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述丙酮的浓度，所述采集装置包括：检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度，
其中所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述丙酮的浓度：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述传感器包括吸附剂材料，其中所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上，其中所述传感器包括加酸显色指示剂，所述加酸显色指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上，其中所述变量是吸光度，并且所述检测器是比色传感器。
在具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中丙酮浓度的系统，所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度，其中所述传感器包括羟胺、羟胺盐或其组合，由此将所述呼气暴露于所述羟胺、羟胺盐或其组合会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述丙酮的浓度，所述采集装置包括：检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度，
其中所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述丙酮的浓度：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述传感器包括吸附剂材料，其中所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上，其中所述传感器包括加酸显色指示剂，所述加酸显色指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上，其中所述变量是吸光度，并且所述检测器是比色传感器；
其中所述液体体积为约1ml或更小，并且其中不使用滴定法测量所述吸光度的变化。
在具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中丙酮浓度的系统，所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度，其中所述传感器包括羟胺、羟胺盐或其组合，由此将所述呼气暴露于所述羟胺、羟胺盐或其组合会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述丙酮的浓度，所述采集装置包括：检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度，
其中所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述丙酮的浓度：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述传感器包括吸附剂材料，其中所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上，其中所述变量是水合氢离子浓度，并且所述水合氢离子浓度的变化是使用离子敏感场效应晶体管、化学电阻传感器或电势传感器测量的；
其中所述液体体积为约1ml或更小，并且其中不使用滴定法测量所述水合氢离子浓度的变化。
根据第二方面，提供了一种确定流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：
将所述流体暴露于传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述分析物的差分响应。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第二方面结合使用。
所述方法可以包括利用所述传感器对所述分析物的差分响应来计算所述分析物的浓度的步骤。所述差分响应可以是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；并且所述计算可以至少利用以下：
如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的检测位置处对所述丙酮在一个或多个预定时间点的所述传感器对所述分析物的响应；以及
如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
可替代地或另外，所述差分响应可以是时间差分的，并且所述计算可以利用以下中的至少一项或多项：
在所述流体暴露于所述传感器之后，所述传感器上的至少一个位置达到预定响应水平所需的时间；以及
在所述流体暴露于所述传感器之后的预定时间，所述传感器上的至少一个位置的响应水平。
所述分析物可以是含羰基化合物。所述方法可以包括在存在液体的情况下将所述流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；测量所述变量的变化；以及根据所述变量的变化来确定所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。所述指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐和/或所述指示剂可以与弱碱接触。
所述变量的变化可以基本上与暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的所述流体的体积无关和/或所述变量的变化基本上与暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的所述流体的流速无关。可以使用以下来测量所述变量的变化：离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
所述变量可以是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。所述离子浓度可以例如是水合氢离子浓度。
所述液体体积可以为约1mL或更小。
在某些实施例中，不使用滴定法测量所述变量的变化。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以例如选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
所述含羰基化合物可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
所述流体可以是呼气。
在具体实施例中，提供了一种确定呼气中丙酮浓度的方法，所述方法包括：
将所述呼气暴露于传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述丙酮的差分响应；
由此所述方法进一步包括利用所述传感器对所述丙酮的差分响应来计算所述丙酮的浓度的步骤；
其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述丙酮做出响应；所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度；并且
其中所述计算至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述方法包括：
(a)在存在液体的情况下将所述呼气暴露于羟胺、羟胺盐或其组合，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(b)测量所述变量的变化；以及
(c)根据所述变量的变化来确定所述呼气中的所述丙酮的浓度。
在具体实施例中，提供了一种确定呼气中丙酮浓度的方法，所述方法包括：
将所述呼气暴露于传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述丙酮的差分响应；
由此所述方法进一步包括利用所述传感器对所述丙酮的差分响应来计算所述丙酮的浓度的步骤；
其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述丙酮做出响应；所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度；并且
其中所述计算至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述方法包括：
(a)在存在液体的情况下将所述呼气暴露于羟胺、羟胺盐或其组合，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(b)测量所述变量的变化；以及
(c)根据所述变量的变化来确定所述呼气中的所述丙酮的浓度，
其中所述传感器包括吸附剂材料；所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上；所述传感器包括加酸显色指示剂，所述加酸显色指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上；所述变量是吸光度；并且所述检测器是比色传感器。
在具体实施例中，提供了一种确定呼气中丙酮浓度的方法，所述方法包括：
将所述呼气暴露于传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述丙酮的差分响应；
由此所述方法进一步包括利用所述传感器对所述丙酮的差分响应来计算所述丙酮的浓度的步骤；
其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述丙酮做出响应；所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度；并且
其中所述计算至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述方法包括：
(a)在存在液体的情况下将所述呼气暴露于羟胺、羟胺盐或其组合，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(b)测量所述变量的变化；以及
(c)根据所述变量的变化来确定所述呼气中的所述丙酮的浓度；
其中所述传感器包括吸附剂材料；所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上；所述传感器包括加酸显色指示剂，所述加酸显色指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上；所述变量是吸光度，所述检测器是比色传感器，所述液体体积为约1ml或更小；并且所述方法不包括滴定法。
在具体实施例中，提供了一种确定呼气中丙酮浓度的方法，所述方法包括：
将所述呼气暴露于传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述丙酮的差分响应；
由此所述方法进一步包括利用所述传感器对所述丙酮的差分响应来计算所述丙酮的浓度的步骤；
其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述丙酮做出响应；所述检测位置对所述丙酮具有不同的灵敏度；并且
其中所述计算至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述丙酮的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述丙酮的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器响应于所述丙酮以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述丙酮的响应；
其中所述方法包括：
(a)在存在液体的情况下将所述呼气暴露于羟胺、羟胺盐或其组合，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(b)测量所述变量的变化；以及
(c)根据所述变量的变化来确定所述呼气中的所述丙酮的浓度，
其中所述传感器包括吸附剂材料；所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上；所述变量是水合氢离子浓度，并且水合氢离子浓度的变化是使用以下测量的：离子敏感场效应晶体管、化学电阻传感器或电位传感器；所述液体体积为约1ml或更小；并且所述方法不包括滴定法。
在具体实施例中，所述方法用于根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病，其中所述含羰基化合物是丙酮，所述流体是呼气，并且所述方法包括：通过先前描述的方法确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
在另一个具体实施例中，所述方法用于帮助诊断患者的糖尿病，其中所述含羰基化合物是丙酮，所述流体是呼气，并且所述方法包括：通过先前描述的方法确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
根据第二方面所述的方法可以使用根据第一方面所述的系统。根据第一方面所述的系统可以在根据第二方面所述的方法中使用。
根据第三方面，提供了一种用于感测流体中的分析物的浓度的传感器，所述传感器如根据所述第一方面或所述第二方面所定义的。
在具体实施例中，提供了一种传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；其中所述传感器包括羟胺、羟胺盐或其组合；并且所述传感器包括吸附剂材料，其中所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。
在具体实施例中，提供了一种传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的敏感性；其中所述传感器包括羟胺、羟胺盐或其组合；所述传感器包括吸附剂材料，其中所述羟胺、羟胺盐或其组合被吸附在所述吸附剂材料中和/或上；并且其中所述传感器包括加酸显色指示剂，所述加酸显色指示剂被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。
根据第三方面所述的传感器可以在根据第二方面所述的方法中使用。根据第二方面所述的方法可以使用根据第三方面所述的传感器。
根据第一方面所述的系统可以使用根据第三方面所述的传感器。根据第三方面所述的传感器可以是根据第一方面所述的系统的组件。
根据第四方面，提供了一种用于诊断和/或管理患者的糖尿病的系统的用途，其中所述系统能够确定所述患者的呼气样品中的丙酮的浓度，并且所述系统包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述呼气暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度。
根据第四方面所述的用途可以是根据第一方面所述的系统的用途。根据第一方面所述的系统可以用于根据第四方面所述的用途。根据第四方面所述的用途可以使用根据第二方面所述的方法。根据第二方面所述的方法可以在根据第四方面所述的用途中使用。
根据第五方面，提供了一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据第二方面所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及
(c)如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
根据第五方面所述的方法可以使用根据第一方面所述的系统。根据第一方面所述的系统可以用于根据第五方面所述的方法。根据第五方面所述的方法可以使用根据第三方面所述的传感器。根据第三方面所述的传感器可以用于根据第五方面所述的方法。
根据第六方面，提供了一种用于帮助诊断患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据第二方面所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；以及
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
根据第六方面所述的方法可以使用根据第一方面所述的系统。根据第一方面所述的系统可以用于根据第六方面所述的方法。根据第六方面所述的方法可以使用根据第三方面所述的传感器。根据第三方面所述的传感器可以用于根据第六方面所述的方法。
根据第一实施例，提供了一种用于确定流体中的分析物的浓度的系统，所述系统包括传感器，所述传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述分析物的浓度。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第一实施例结合使用。
所述差分响应可以是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。可替代地或另外，其可以是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。
所述多个检测位置可以沿所述传感器的长度等距地间隔开。对所述分析物的灵敏度可以沿所述传感器的长度而变化。其可以沿所述传感器的长度单调地变化。其可以沿所述传感器的长度线性变化。可替代地，其可以沿所述传感器的长度非线性(例如对数)变化。其可以沿所述传感器的长度线性地或对数地变化。所述传感器可以包括多个离散区域，每个离散区域对所述分析物具有不同的灵敏度。其可以包括检测表面上的涂层，所述涂层对所述分析物具有空间差分渗透性。其可以包括对所述分析物具有不同灵敏度的至少三个检测位置。
所述采集装置可以包括处理器，所述处理器被配置成利用所述传感器对所述分析物的所述差分响应来计算所述分析物的浓度。
在实施例中，所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。在此实施例中，所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述分析物的浓度：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述分析物的响应。
所述系统可以进一步包括流动通道或分析室。所述传感器可以安置在所述流动通道或分析室内。在一些情况下，所述传感器表面可以形成所述流动通道或分析室的壁的一部分。所述系统可以进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测进入所述分析室或通过所述流动通道的流体的流速。其可以进一步包括体积控制器，所述体积控制器被配置成控制和/或监测进入到所述分析室或穿过所述流动通道的流体的体积。
所述分析物可以是饮食、疾病或病症的生物标志物。其可以是金属、蛋白质、抗体或小有机分子。其可以例如是丙酮(糖尿病的生物标志物)。所述传感器可以包括能够与丙酮反应的化合物。所述化合物可以选自由以下组成的组：羟胺、羟胺盐、胺、醇和其组合。
在具体实施例中，提供了一种用于确定流体中的丙酮的浓度的系统，所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度，其中所述传感器包括能够与丙酮反应的化合物，所述化合物选自由羟胺、羟胺盐和其组合组成的组；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述丙酮的浓度，所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述分析物的浓度：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
在所述传感器上对所述丙酮具有最大灵敏度的位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述丙酮的响应；以及
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述分析物的响应。
根据第二实施例，提供了一种确定流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：将所述流体暴露于传感器，所述传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应；以及测量所述传感器对所述分析物的差分响应。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第二实施例结合使用。
所述方法可以进一步包括所述利用所述传感器对所述分析物的所述差分响应来计算所述分析物的浓度的步骤。所述差分响应可以是空间差分的，并且所述传感器可以被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。在这种情况下，所述计算可以至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的检测位置处一个或多个预定时间点的所述传感器对所述分析物的响应；
或者
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述分析物的响应。
所述差分响应可以是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。在这种情况下，所述计算可以利用以下中的一项或两项：在所述流体暴露于所述传感器之后，所述传感器上的至少一个位置达到预定响应水平所需的时间；以及在所述流体暴露于所述传感器之后的预定时间，所述传感器上的至少一个位置的响应水平。
根据第二实施例所述的方法可以使用根据第一实施例所述的系统。根据第一实施例所述的系统可以在根据第二实施例所述的方法中使用。
根据第三实施例，提供了一种用于感测流体中的分析物的浓度的传感器，所述传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第三实施例结合使用。
所述差分响应可以是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。
所述差分响应可以是空间差分的。因此，所述传感器可以被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。所述多个检测位置可以沿所述传感器的长度等距地间隔开。对所述分析物的灵敏度可以沿所述传感器的长度而变化。其可以沿所述传感器的长度单调地变化。其可以沿所述传感器的长度线性变化。可替代地，其可以沿所述传感器的长度非线性(例如对数)变化。其可以沿所述传感器的长度线性地或对数地变化。所述传感器可以包括多个离散区域，每个离散区域对所述分析物具有不同的灵敏度。其可以包括检测表面上的涂层，所述涂层对所述分析物具有空间差分渗透性。其可以包括对所述分析物具有不同灵敏度的至少三个检测位置。
所述分析物可以是饮食、疾病或病症的生物标志物。其可以是金属、蛋白质、抗体或小有机分子。其可以是丙酮，并且所述传感器可以包括能够与丙酮反应的化合物。所述化合物可以选自由以下组成的组：羟胺、羟胺盐、胺、醇和其组合。
在具体实施例中，提供了一种传感器，所述传感器被配置成对恒定浓度的丙酮产生空间差分响应，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对丙酮做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；其中所述传感器包括能够与丙酮反应的化合物，所述化合物选自由羟胺、羟胺盐和其组合组成的组。
根据第三实施例所述的传感器可以在根据第一实施例所述的系统中使用。根据第一实施例所述的系统可以合并根据第三实施例所述的传感器。
根据第三实施例所述的传感器可以在根据第二实施例所述的方法中使用。根据第二实施例所述的方法可以使用根据第三实施例所述的传感器。
根据第四实施例，提供了一种用于确定流体中的含羰基化合物的浓度的装置，所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂，由此将所述流体暴露于所述吸附剂材料会产生所述指示剂的吸收光谱的变化；
检测器，所述检测器用于测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述指示剂的吸收光谱的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第四实施例结合使用。
所述装置可以进一步包括多个电极，所述多个电极被配置成在所述吸附剂材料的表面上施加电场，以使一种或多种带电物质集中在所述吸附剂材料上和/或中。其可以进一步包括检测区域，所述检测区域与所述吸附剂材料流体连接并且光学耦合到所述检测器。在一些情况下，所述装置可以进一步包括中和室，所述中和室包括能够中和吸附在所述吸附剂材料上和/或中的化合物的中和试剂。
所述吸附剂材料可以包括多个暴露区域。所述多个暴露区域可以对所述含羰基化合物具有不同的灵敏度。所述吸附剂材料可以具有暴露于流体的暴露表面，所述暴露表面包括对含羰基化合物具有空间差分渗透性的涂层。
所述检测器可以是CCD、有源像素传感器或其杂合体。
所述流体可以是气体和/或蒸气。其可以例如是呼气。
所述含羰基化合物可以选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。其可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
所述吸附剂材料可以进一步包括吸附在其上和/或其中的弱碱。所述弱碱可以选自由以下组成的组：碳酸氢盐、氨、苯胺、酚盐和其混合物。其可以例如是碳酸氢盐。
所述任选地经取代的羟胺盐可以选自由以下组成的组：羟胺盐酸盐、硫酸羟胺、O-苄基羟胺盐酸盐、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
所述指示剂可以是加酸显色指示剂。所述加酸显色指示剂可以选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。
指示剂的吸收光谱的变化可以是指示剂的吸收最大值的变化。在这种情况下，指示剂的吸收最大值的变化可以包括波长的变化。在一些情况下，指示剂的吸收最大值的变化可以包括强度的变化。其既可以是波长的变化，也可以是强度的变化。
在具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中含羰基化合物的浓度的装置，所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在其中和/或在其上的羟胺盐酸盐、碳酸氢钠和加酸显色指示剂，由此使呼气暴露于吸附剂材料会产生吸收光谱的变化，例如指示剂的吸收最大值的变化；
检测器，所述检测器用于测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述指示剂的吸收光谱的变化来计算呼气中含羰基化合物的浓度；
其中所述含羰基化合物是丙酮，并且所述加酸显色指示剂选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。
根据第五实施例，提供了一种确定流体中的含羰基化合物的浓度的方法，所述方法包括：
(a)将所述流体暴露于任选地经取代的羟胺盐和指示剂以产生指示剂的吸收光谱的变化，其中所述任选地经取代的羟胺盐和指示剂被吸附在吸附剂材料中和/或上；
(b)测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
(c)根据所述指示剂的吸收光谱的变化来确定所述流体中的含羰基化合物的浓度。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第五实施例结合使用。
所述任选地经取代的羟胺盐和指示剂可以吸附在吸附剂材料中和/或上。所述任选地经取代的羟胺盐可以选自由以下组成的组：羟胺盐酸盐、硫酸羟胺、O-苄基羟胺盐酸盐、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
所述任选地经取代的羟胺盐和/或指示剂可以与弱碱接触。所述弱碱可以选自由以下组成的组：碳酸氢盐、氨、苯胺、酚盐和其混合物。所述流体可以是气体和/或蒸气。其可以是呼气。所述含羰基化合物可以选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。其可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
所述指示剂的吸收光谱的变化可以是所述指示剂的吸收最大值的变化。在这种情况下，指示剂的吸收最大值的变化可以包括波长的变化。其可以包括强度的变化。吸收光谱的变化可以基本上独立于暴露于任选地经取代的羟胺盐和加酸显色指示剂的流体的体积。其可以基本上独立于暴露于任选地经取代的羟胺盐和加酸显色指示剂的流体的流速。
所述指示剂可以是加酸显色指示剂。所述加酸显色指示剂的吸收光谱可以在操作pH范围内单调地变化。所述加酸显色指示剂可以选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。
在具体实施例中，所述方法用于根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病，其中所述含羰基化合物是丙酮，所述流体是呼气，并且所述方法包括：通过先前描述的方法确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
在另一个具体实施例中，所述方法用于诊断患者的糖尿病，其中所述含羰基化合物是丙酮，所述流体是呼气，并且所述方法包括：通过先前描述的方法确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
根据第五实施例所述的方法可以使用根据第四实施例所述的装置。根据第四实施例所述的装置可以在根据第五实施例所述的方法中使用。
根据第六实施例，提供了一种用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途，其中所述装置能够确定所述患者的呼气样品中的丙酮的浓度，并且所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂，由此将所述呼气样品暴露于所述吸附剂材料会产生所述指示剂的吸收光谱的变化；
检测器，所述检测器用于测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述指示剂的吸收光谱的变化来计算呼气样品中的丙酮的浓度。
根据第六实施例所述的用途可以是根据第四实施例所述的装置的用途。根据第四实施例所述的装置可以用于根据第六实施例所述的用途。根据第六实施例所述的用途可以使用根据第五实施例所述的方法。根据第五实施例所述的方法可以在根据第六实施例所述的用途中使用。
根据第七实施例，提供了一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据第五实施例所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及
(c)如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
根据第七实施例所述的方法可以使用根据第四实施例所述的装置。根据第四实施例所述的装置可以用于根据第七实施例所述的方法。
根据第八实施例，提供了一种诊断患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据第五实施例所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；以及
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
根据第八实施例所述的方法可以使用根据第四实施例所述的装置。根据第四实施例所述的装置可以用于根据第八实施例所述的方法。
根据第九实施例，提供了一种用于确定流体中的含羰基化合物的浓度的装置，所述装置包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述流体暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
以下选项可以单独地或以任何合适的组合与第九实施例结合使用。
所述变量可以是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。在所述变量是离子浓度的情况下，所述离子浓度可以是水合氢离子浓度。
在特定实施例中，不使用滴定法测量所述变量的变化。
所述液体体积可以为约1mL或更小。
在一些情况中，所述装置可以进一步包括吸附剂材料，由此所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。
所述检测器可以是离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
所述装置可以进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的流体的体积。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
所述流体可以是气体和/或蒸气。其可以例如是呼气。
所述含羰基化合物可以选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。其可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
在具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中丙酮浓度的装置，所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在所述吸附剂材料中和/或上的羟胺盐酸盐，由此在存在液体的情况下将所述呼气暴露于羟胺盐酸盐会产生液体的水合氢离子浓度的变化；
离子敏感场效应晶体管，所述离子敏感场效应晶体管用于测量液体的水合氢离子浓度的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据液体的水合氢离子浓度的变化来计算呼气中丙酮的浓度。
在另外的具体实施例中，提供了一种用于确定呼气中丙酮浓度的装置，所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在所述吸附剂材料中和/或上的羟胺盐酸盐，由此在存在液体的情况下将所述呼气暴露于羟胺盐酸盐会产生液体的水合氢离子浓度的变化；
离子敏感场效应晶体管，所述离子敏感场效应晶体管用于测量液体的水合氢离子浓度的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据液体的水合氢离子浓度的变化来计算呼气中丙酮的浓度，
其中所述液体体积为约1mL或更小，并且其中不使用滴定法测量所述水合氢离子浓度的变化。
根据第十实施例，提供了一种用于确定流体中的含羰基化合物的浓度的方法，所述方法包括：
(a)在存在液体的情况下将所述流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(b)测量所述变量的变化；以及
(c)根据所述变量的变化来确定所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
以下选项可以单独或以任何合适的组合与第十实施例结合使用。
所述变量可以是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。在这种情况下，所述离子浓度可以是水合氢离子浓度。
所述液体体积可以为约1mL或更小。
在一些情况下，所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。
可以使用以下来测量所述变量的变化：离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。在特定实施例中，不使用滴定法测量所述变量的变化。
所述方法可以进一步包括控制和/或监测暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的流体的体积。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
所述流体可以是气体和/或蒸气。其可以例如是呼气。
所述含羰基化合物可以选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。其可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
在具体实施例中，所述方法用于根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病，其中所述含羰基化合物是丙酮，所述流体是呼气，并且所述方法包括：通过先前描述的方法确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
在另一个具体实施例中，所述方法用于帮助诊断患者的糖尿病，其中所述含羰基化合物是丙酮，所述流体是呼气，并且所述方法包括：通过先前描述的方法确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
根据第十实施例所述的方法可以使用根据第九实施例所述的装置。根据第九实施例所述的装置可以在根据第十实施例所述的方法中使用。
根据第十一实施例，提供了一种用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途，其中所述装置能够确定所述患者的呼气样品中的丙酮的浓度，并且所述装置包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述呼气暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度。
根据第十一实施例所述的用途可以是根据第九实施例所述的装置的用途。根据第九实施例所述的装置可以用于根据第十一实施例所述的用途。根据第十一实施例所述的用途可以使用根据第十实施例所述的方法。根据第十实施例所述的方法可以在根据第十一实施例所述的用途中使用。
根据第十二实施例，提供了一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据第十实施例所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及
(c)如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
根据第十二实施例所述的方法可以使用根据第九实施例所述的装置。根据第九实施例所述的装置可以用于根据第十二实施例所述的方法。
根据第十三方面，提供了一种用于帮助诊断患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据第十实施例所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；以及
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
根据第十三实施例所述的方法可以使用根据第九实施例所述的装置。根据第九实施例所述的装置可以用于根据第十三实施例所述的方法。
附图说明
图1：根据本发明的具体实施例的示例传感器的示意图。一个传感器被描述为对分析物具有连续的灵敏度空间布置，另一个被描述为对分析物具有离散的灵敏度空间布置。
图2：描述了根据本发明的具体实施例的示例传感器，所述示例传感器具有影响不同传感器位置处分析物的局部浓度的内部处理。
图3：描述了根据本发明的具体实施例的示例传感器，所述示例传感器具有影响不同传感器位置处分析物的局部暴露的内部处理。
图4：传感器暴露于分析物之后在传感器位置处随时间变化的示例传感器响应。图4(a)描绘了可逆的非饱和响应，图4(b)描绘了可逆的饱和响应，图4(c)和4(d)描绘了不可逆的非饱和响应，并且图4(e)描绘了不可逆的饱和响应。
图5(a)：根据本发明的具体实施例的示例传感器，所述示例传感器沿其长度从左到右对分析物具有增加的灵敏度，其显示了传感器响应，所述传感器响应被分成段A，其中传感器响应没有达到饱和；以及段B，其中传感器响应达到饱和。
图5(b)：示出了图5(a)中描绘的随传感器灵敏度和跨传感器的距离变化的传感器响应(信号)的图。
图5(c)：示出了图5(a)中描绘的随传感器灵敏度和跨传感器的距离变化的传感器响应达到饱和(100％)的时间的图。
图6：示出了图5(a)中描绘的随传感器灵敏度和跨传感器的距离变化的传感器响应(信号)以及图5(a)中描绘的随传感器灵敏度和跨传感器的距离变化的传感器响应达到饱和的时间的图。这些图针对传感器响应的三种情况中的每种情况：传感器响应在任何位置都没有达到饱和(情况1)；传感器响应在一些位置但并非所有位置达到饱和(情况2)；以及传感器响应在所有位置都达到饱和(情况3)。
图7：根据本发明的具体实施例的装置的示意图。所述装置是分析和存储来自所述装置的数据的系统的组件。所述装置具有吸附剂材料条，其上/其中吸附有任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐。
图8：根据本发明的具体实施例的装置的示意图。所述装置是分析和存储来自所述装置的数据的系统的组件。所述装置具有吸附剂材料条，其上/其中吸附有任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，并且还包括ISFET检测器。
图9：根据本发明的具体实施例的装置的示意图。所述装置是分析和存储来自所述装置的数据的系统的组件。所述装置具有吸附剂材料条和包括中和剂的中和室，所述中和剂能够中和吸附在吸附剂材料上和/或中的化合物。
图10(a)：根据本发明的具体实施例的装置的吸附剂材料组件的图。
图10(b)：根据本发明的具体实施例的装置的吸附剂材料组件的图。所述吸附剂材料具有多个暴露区域。
图11：描绘了根据本发明的具体实施例的吸附剂材料，所述吸附剂材料具有影响不同吸附剂材料位置处含羰基化合物的局部浓度的内部处理。
图12：描绘了根据本发明的具体实施例的吸附剂材料，所述吸附剂材料具有影响不同吸附剂材料位置处含羰基化合物的局部暴露的内部处理。
图13(a)：描绘了如图5(a)中描绘的连续空间差分传感器在高、中和低分析物浓度下随跨传感器的长度变化的示例传感器响应。
图13(b)：描绘了如图3中描绘的传感器在高、中和低分析物浓度下随暴露时间变化的示例传感器响应。
图14：描绘了随时间变化的示例传感器响应，所述时间在初始响应中表现出延迟。
图15(a)：根据本发明的具体实施例的具有ISFET检测器系统的装置的示意图。所述ISFET检测器系统包括ISFET和传统参考电极。
图15(b)：根据本发明的具体实施例的具有ISFET检测器系统的装置的示意图。所述ISFET检测器系统包括ISFET和参考场效应晶体管(REFET)。
图15(c)：根据本发明的具体实施例的具有ISFET检测器系统的装置的示意图。所述ISFET检测器系统包括ISFET和一次性伪参考电极。
图16(a)：根据本发明的具体实施例的具有化学电阻检测器系统的装置的示意图。所述化学电阻检测器系统利用直接电阻率测量。
图16(b)：根据本发明的具体实施例的具有化学电阻检测器系统的装置的示意图。所述化学电阻检测器系统利用间接电阻率测量。
图16(c)：根据本发明的具体实施例的具有化学电阻检测器系统的装置的示意图。所述化学电阻检测器包括电容耦合非接触电导检测器(C4D)。
图17：根据本发明的具体实施例的包括智能电话的装置。
图18：根据本发明的具体实施例的示例传感器，每个传感器具有对丙酮具有较高(右上三角形)和较低(左下三角形)灵敏度的两个离散的三角形区域，在暴露于以下之后示出：(a)10ppm丙酮，以及(b)50ppm丙酮。
图19：暴露于50ppm丙酮之后示例传感器的位置随时间变化绘制的传感器响应。
图20：根据本发明的具体实施例的装置的分解图。
图21：根据本发明的具体实施例的装置的分解图。所述吸附剂材料具有多个暴露区域。
图22：描绘了使用根据本发明的具体实施例的方法在气体样品中不同丙酮浓度的两个不同波长下的传感器响应(即，指示剂的吸收光谱的变化)。羟胺盐和加酸显色指示剂在溶液中。
图23：描绘了使用根据本发明的具体实施例的方法在气体样品中不同丙酮浓度的两个不同波长下的传感器响应(即，指示剂的吸收光谱的变化)。羟胺盐和加酸显色指示剂被吸附在吸附剂材料测试条中和/或上。
图24：描绘了使用根据本发明的具体实施例的方法对两种不同气体体积(0.5L或0.75L)的气体样品中不同丙酮浓度的传感器响应(即指示剂的吸收光谱的变化)。
图25：描绘了使用根据本发明的具体实施例的方法在气体样品中不同丙酮浓度的两个不同波长下的传感器响应(即，指示剂的吸收光谱的变化)。所述方法包括将气体样品暴露于碳酸氢钠。
图26：暴露于50ppm丙酮之后示例传感器的位置随时间变化绘制的指示剂的吸收光谱的变化(即响应)。
图27：描绘了使用根据本发明的具体实施例的方法对气体样品中的不同丙酮浓度的传感器响应(即电压变化)。
定义
如本文所使用的，术语“约”相对于所陈述的实际值，如本领域技术人员将理解的，并且允许在相关情况下的近似、不准确和测量限制。取决于上下文，可能允许与所陈述值相差±10％、±5％、±2％、±1％、±0.5％、±0.2％、±0.1％、±0.05％、±0.02％或±0.01％。
如本文所使用的，术语“包括”指示一个或多个指定整数的存在，但是允许未指定的其它整数的可能性。此术语并不意味着指定整数的任何特定比例。词语“包括(comprising)”的变化形式(如“comprise”和“comprises”)具有相应类似的含义。
如本文所使用的，术语“小有机分子”指示分子量低于约900道尔顿的有机分子。
如本文所使用的，涉及传感器的术语“准确度”是根据传感器响应定量的分析物浓度与“真实”或预期分析物浓度的接近程度的度量。准确度可以表示为绝对误差(绝对误差＝│获得的结果-预期结果│)。其可以表示为相对误差百分比(相对误差百分比＝[(│获得的结果-期望结果│)×100]/期望结果)。例如，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“准确度”可以是使用装置、系统、传感器或方法分别定量的含羰基化合物浓度与“真实”或预期含羰基化合物浓度的接近程度的量度。准确度可以表示为绝对误差(绝对误差＝│获得的结果-预期结果│)。其可以表示为相对误差百分比(相对误差百分比＝[(│获得的结果-期望结果│)×100]/期望结果)。
如本文所使用的，涉及传感器的术语“精度”是给定分析物浓度下传感器响应的再现性和重复性的量度。这可以表示为相对标准偏差百分比。例如，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、传感器、系统或方法的术语“精度”可以是给定的含羰基化合物浓度下变量变化的再现性重复性的量度。这可以表示为相对标准偏差百分比。在某些实施例中，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、传感器、系统或方法的术语“精度”可以是给定的含羰基化合物的浓度下指示剂的吸收光谱的变化的再现性和重复性的量度。这可以表示为相对标准偏差百分比。
如本文所使用的，涉及传感器对于流体中分析物的术语“选择性”是传感器对分析物的响应与传感器对流体的非分析物组分的响应相比的量度。例如，如本文所使用的，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、传感器、系统或方法的术语“选择性”可以是流体中的含羰基化合物浓度与流体的另一种组分相比的变量变化的量度。在某些实施例中，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“选择性”可以是流体中的含羰基化合物浓度与流体的另一种组分相比的指示剂的吸收光谱的变化的量度。
如本文所使用的，涉及传感器的位置的术语“灵敏度”是传感器对传感器位置处的给定浓度的分析物的响应的量度。例如，传感器的低灵敏度位置可以对低浓度的分析物产生低响应水平或不产生响应，而传感器的高灵敏度位置可以对相同的分析物浓度产生较高的响应水平。
如本文所使用的，涉及传感器的术语“动态范围”是分析物的浓度范围的量度，其中传感器能够感测或检测分析物并产生可与任何背景响应区分开的响应。例如，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“动态范围”可以是含羰基化合物的浓度范围的量度，其中所述装置、系统、传感器或方法能够产生变量的变化，所述变化可与变量中的任何背景变化区分开。在某些实施例中，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“动态范围”可以是含羰基化合物的浓度范围的量度，其中所述装置、系统、传感器或方法能够产生指示剂的吸收光谱的变化，所述变化可与指示剂的吸收光谱中的任何背景变化区分开。
如本文所使用的，涉及传感器的术语“工作范围”是分析物的浓度范围的量度，其中分析物浓度可以根据传感器响应来定量。例如，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“工作范围”可以是含羰基化合物的浓度范围的量度，其中含羰基化合物浓度可以根据变量的变化来定量。例如，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“工作范围”可以是含羰基化合物的浓度范围的量度，其中含羰基化合物浓度可以根据变量的变化来定量。在某些实施例中，涉及用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“工作范围”可以是含羰基化合物的浓度范围的量度，其中含羰基化合物浓度可以根据指示剂的吸收光谱的变化来定量。
如本文所使用的，涉及传感器的术语“差分响应”意指当传感器暴露于分析物的恒定浓度时可以产生多于一个响应水平。例如，这可以意指传感器可以在暴露于分析物的恒定浓度之后的不同时间产生不同的响应(即时间差分)。这可以意指传感器在暴露于分析物的恒定浓度之后可以在传感器上的不同位置产生不同的响应(即空间差分)。这可以意指传感器在暴露于分析物的恒定浓度之后可以在传感器上的不同位置以及在不同时间产生不同的响应(即时间和空间差分)。因此，差分响应是随着除分析物浓度以外的一个或多个参数的变化而变化的响应，所述参数例如是传感器上的位置、从最初暴露于分析物开始的时间或这两者。
如本文所使用的，涉及传感器的术语“一个检测位置”或“多个检测位置”意指可以测量响应的传感器的一个或多个位置。
如本文所使用的，术语“被配置”意指设置以进行操作，特别是以特定方式。
如本文所使用的，涉及装置或系统的术语“暴露区域”意指吸附剂材料或传感器的暴露于流体的一个或多个区域。
如本文所使用的，术语“小有机分子”指示分子量低于约900道尔顿的有机分子。
如本文所使用的，术语“吸附剂”意指能够在其中和/或在其上吸附和/或吸收液体、固体和/或气体化合物的材料。
如本文所使用的，术语“加酸显色”意指当pH发生变化时改变颜色的材料。
如本文所使用的，术语“吸收最大值”意指最大波长和/或电磁吸收强度。
如本文所使用的，术语“峰值响应水平”意指在传感器暴露于含分析物的流体后在传感器位置处达到的最高响应水平。例如，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“峰值响应水平”可以意指在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度后达到的最高响应水平(即变量的最大变化)。在某些实施例中，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“峰值响应水平”可以意指在暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度后在吸附剂材料的位置处达到的最高响应水平(即指示剂的吸收光谱的最大变化)。
如本文所使用的，术语“稳态响应水平”意指当响应达到稳态或局部平衡(即不再随时间变化)时传感器的位置暴露于流体中分析物的浓度后的响应水平。例如，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“稳态响应水平”可以意指当响应达到稳态或局部平衡(即不再随时间变化)时任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度后的响应水平(即变量的变化)。在某些实施例中，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“稳态响应水平”可以意指当响应达到稳态或局部平衡(即不再随时间变化)时暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度后在吸附剂材料的位置处达到的响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)。
如本文所使用的，术语“基线响应水平”意指在传感器暴露于流体中分析物的浓度之前传感器的位置处的传感器响应水平。例如，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“基线响应水平”可以意指在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度之前的响应水平(即变量的变化)。在某些实施例中，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“基线响应水平”可以意指在吸附剂材料暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度之前吸附剂材料的位置处的响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)。
“饱和响应水平”可以意指传感器响应水平在传感器的位置处达到对分析物的最大可能响应水平的约100％，或者可以意指例如传感器响应水平在传感器的位置处达到对分析物的最大可能响应水平的约80％到约100％、约85％到约100％、约90％到约100％、约95％到约100％、约97％到约100％、约98％到约100％、约99％到约100％、约99.5％到约100％、约99.7％到约100％或约99.9％到约100％。例如，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“饱和响应水平”可以意指响应水平(即变量的变化)在传感器的位置处达到对分析物(即含羰基化合物)的最大可能响应水平的约100％、约80％到约100％、约85％到约100％、约90％到约100％、约95％到约100％、约97％到约100％、约98％到约100％、约99％到约100％、约99.5％到约100％、约99.7％到约100％或约99.9％到约100％。在某些实施例中，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“饱和响应水平”可以意指响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)在吸附剂材料的位置处达到对分析物(即含羰基化合物)的最大可能响应水平的约100％、约80％到约100％、约85％到约100％、约90％到约100％、约95％到约100％、约97％到约100％、约98％到约100％、约99％到约100％、约99.5％到约100％、约99.7％到约100％或约99.9％到约100％。
如本文所使用的，术语“非饱和响应水平”意指响应水平在传感器的位置处低于对分析物的饱和响应水平。例如，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“非饱和响应水平”可以意指响应水平(即变量的变化)在吸附剂材料位置处低于对分析物(即含羰基化合物)的饱和响应水平。在某些实施例中，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“非饱和响应水平”可以意指响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)在吸附剂材料的位置处低于对分析物(即含羰基化合物)的饱和响应水平。
如本文所使用的，术语“最大可能响应水平”意指在传感器的位置处对分析物的最高可能响应水平。如果传感器的位置暴露于纯净的未稀释分析物持续足够的时间以使响应达到稳态，则这是对分析物的响应水平。例如，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“最大可能响应水平”可以意指对分析物(即含羰基化合物)的最高可能响应水平(即变量的变化)。如果任选地经O-取代的羟胺盐和任选地经N-取代肼盐暴露于纯净的未稀释分析物持续足够的时间以使响应达到稳态，则这可以是对分析物的响应水平。在某些实施例中，关于用于确定含羰基化合物浓度的装置、系统、传感器或方法的术语“最大可能响应水平”可以意指在吸附剂材料的位置处对分析物(即含羰基化合物)的最高肯能响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)。如果吸附剂材料的位置暴露于纯净的未稀释分析物持续足够的时间以使响应达到稳态，则这可以意指对分析物的响应水平。
具体实施方式
本文公开了一种用于确定流体中的分析物的浓度的系统。所述系统包括：传感器，所述传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应；以及采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述分析物的浓度。
在某些实施例中，提供了一种用于确定流体中的含羰基化合物浓度的装置。所述装置包括任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐、检测器和处理器。在存在液体的情况下将流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化。变量取决于液体的pH。检测器能够测量变量的变化。处理器被配置成根据变量的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。
在某些实施例中，提供了一种用于确定流体中的含羰基化合物浓度的装置。所述装置包括吸附剂材料、检测器和处理器。吸附剂材料具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂，使得流体暴露于吸附剂材料产生指示剂的吸收光谱的变化。检测器能够测量指示剂的吸收光谱的变化。处理器被配置成根据指示剂的吸收光谱的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。
关于本发明的某些实施例，发明人惊讶地发现，在存在包括含羰基分子分析物的液体的情况下，具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂的吸附剂材料会产生指示剂的吸收光谱的变化，所述变化基本上取决于流体中分析物的浓度，但基本上与暴露于吸附剂材料的流体体积无关。这使得能够在无需严格控制或准确测量流体体积的情况下确定分析物的浓度。
系统
系统可以包括传感器和采集装置，所述采集装置被配置成测量传感器对分析物的响应。系统可以是便携式的。其可以是不可携带的。其可以是检测器。其可以是手持系统，例如手持检测器。传感器可以可移除地安置在系统内。
所述系统可以进一步包括流动通道或分析室。传感器可以安置在流动通道或分析室内。其可以定位成暴露于流动通道或分析室中的流体。其可以例如形成流动通道或分析室的内表面或壁的一部分。系统可以进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测进入分析室或通过流动通道的流体的流速。其可以包括体积控制器，所述体积控制器被配置成控制和/或监测进入到分析室或穿过流动通道的流体的体积。
传感器
传感器可以用于感测流体中分析物的浓度。其可以是化学传感器。其可以是生物传感器。其可以是一次性传感器。其可以是可重复使用的。其可以适合于感测流体(例如，液体、蒸气、气体或其混合物)中分析物的浓度。传感器可以包括条带，或者其可以是条带的一部分。技术人员将理解，传感器可以是任何合适的形状或大小。其可以是平面的，或者基本上是二维的，或者可以是三维形状的。传感器可以包括吸附剂材料。
传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应。所述差分响应可以是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。换句话说，传感器可以对分析物的恒定浓度产生随时间变化的响应。差分响应可以是空间差分的，由此传感器被配置成在传感器上的多个检测位置处对分析物做出响应，检测位置对分析物具有不同的灵敏度。差分响应可以是时间差分和空间差分的组合。换句话说，例如由于传感器的不同位置处的灵敏度差异，不同位置处的响应可能不同，并且在传感器暴露于分析物之后，位置处的响应可以随时间变化。
传感器可以通过在传感器上的位置处产生传感器响应来对分析物做出响应。此响应可以随时间变化。其强度或响应水平可以随时间变化。例如，传感器上的位置处的响应水平可以是最大可能响应水平的0％，或者在使传感器暴露于分析物之前可以不产生响应或产生基线响应水平。在传感器暴露于分析物后，传感器位置处的响应水平可能会在一段时间内增加。在暴露于分析物后传感器位置处的响应水平可以在一段时间内增加到峰值响应水平、稳态响应水平或饱和响应水平。如果分析物的浓度低于传感器位置的阈值浓度，则传感器位置处的响应水平可能不会增加到其基线响应水平以上。可以在传感器暴露于分析物之后的限定或预定时间或暴露开始时测量传感器响应。
传感器响应可以是变量的变化。其可以例如是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流的变化。传感器响应可以是颜色的变化，或者是电磁辐射的吸光度的变化。例如，电磁辐射可以是红外线、远红外线、近红外线、可见光、紫外线或一些其它电磁辐射。传感器响应可能是电阻的变化。其可以是温度的变化。其可以是电压的变化。其可以是电流的变化。其可以产生电磁辐射，例如X射线、荧光、磷光或化学发光辐射。
传感器可以包括选择性地与分析物相互作用或反应的化合物。化合物可以被吸附、吸收和/或结合在传感器中。其可以被吸附、吸收或结合在传感器中的吸收剂、吸附剂和/或功能化介质中和/或上。技术人员将理解，化合物的选择将取决于要由传感器感测的分析物。例如，在分析物是如酮(例如丙酮)等含羰基化合物的情况下，化合物可以是任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐。其可以例如是羟胺、羟胺盐、胺、醇或其组合。具体实例包含羟胺盐酸盐、硫酸羟胺和其组合。化合物可以与分析物反应或结合。化合物与分析物的相互作用可以产生变化，例如可以产生颜色的变化、电阻的变化或温度的变化。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于化合物在传感器的不同点处的空间差分局部浓度或局部量而造成的。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，与具有降低的化合物局部浓度或量的传感器位置相比，在具有增加的化合物局部浓度或量的传感器位置处对分析物的灵敏度可以增加。
在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，当传感器暴露于流体中分析物的浓度时，空间差分灵敏度可能导致传感器的不同位置处的差分传感器响应。
在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的响应可以从约0％(无响应)变化到饱和响应。在传感器的不同位置，其可以从约0％(无响应)变化到饱和响应。在暴露于流体之后的不同时间，其可以从约0％(无响应)变化到饱和响应。传感器对分析物的响应可以是空间相关的。换句话说，传感器响应可以取决于传感器上的位置。传感器对分析物的响应可以是时间相关的。换句话说，传感器响应可以取决于暴露于流体之后的时间。传感器对分析物的响应可以是时间相关和空间相关的组合。在某些情况下，传感器上不同位置的时间相关性可以不同。
对分析物的灵敏度可以跨传感器的长度是均匀的。其可以跨传感器上的所有检测位置是均匀的。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，在传感器的任何特定位置处对分析物的灵敏度可以是对分析物具有最大灵敏度的传感器位置的灵敏度的约0％到约100％，或者可以是对分析物具有最大灵敏度的传感器位置的灵敏度的约0.1％到约100％、约0.5％到约100％、约1％到约100％、约5％到约100％、约10％到约100％、约20％到约100％、约30％到约100％、约40％到约100％、约50％到约100％、约60％到约100％、约70％到约100％、约80％到约100％、约90％到约100％或约95％到约100％。
传感器可以包括对分析物具有不同灵敏度的一个或多个位置。可替代地，传感器可以对分析物具有均匀的灵敏度。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，传感器可以包括对分析物具有不同灵敏度的至少两个位置，或者可以包括对分析物具有不同灵敏度的至少3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个、18个、20个、30个、40个或50个、或多于50个位置。其可以包括对分析物具有不同灵敏度的约2个到约200个位置，或者可以包括对分析物具有不同灵敏度的约2个到约100个、约2个到约50个、约2个到约20个、约3个到约10个、约5个到约50个或约10个到约50个位置。
技术人员将理解，传感器的检测位置可以呈任何布置。其可以例如沿传感器的长度等距地间隔开。其可以沿传感器的长度非等距地间隔开。其可以以规则的图案布置在传感器上。其可以以不规则的图案布置在传感器上。其可以布置在传感器的单个面上，或者布置在传感器的多于一个面上。其可以在传感器上以线性或径向布置。其可以布置成阵列。其可以穿过传感器或在传感器内布置。其可以呈彼此正交布置。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，可以将其布置成例如具有较大的区域和较小的区域，所述较大的区域包括用于检测指定浓度范围内的分析物浓度的具有适当灵敏度的较大量位置，而较小的区域包括用于检测指定浓度范围之外的分析物浓度的具有适当灵敏度的较少量位置。
在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，对分析物的灵敏度可以沿传感器的长度而变化。其可以沿所述传感器的长度单调地变化。其可以沿传感器的长度连续增加。其可以沿传感器的长度规律地变化。其可以沿传感器的长度规律地增加。其可以沿传感器的长度不规律地增加。其可以沿传感器的长度线性地或对数地变化。其可以沿传感器的长度线性或对数增加。其可以沿传感器的长度连续变化。其可以从传感器的位置径向向外变化。其可以从传感器的位置径向向外增加。其可以从传感器的位置径向向外降低。其在传感器上的图案布置可以有所不同。如图1所描绘的，跨传感器的灵敏度差异可以是离散的或连续的，或者可以以不同的构型进行布置。技术人员将理解，在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，可以以任何方式布置对分析物具有不同灵敏度的检测位置。例如，其布置可以取决于传感器与分析物之间的相互作用的动力学。其可以例如取决于分析物与传感器中的化合物之间的反应的动力学，所述化合物与分析物反应以在传感器的位置处产生传感器响应。
在对分析物的灵敏度沿传感器的长度连续变化的某些实施例中，传感器可以包括灵敏度梯度(ds/dl)，即随着沿传感器长度的距离(以mm为单位)变化对分析物的灵敏度的变化率(以每分析物浓度的响应水平为单位(mol.L-1)，例如在响应是电阻变化的情况下以ΔΩ.L.mol-1为单位)。可以调整沿传感器的灵敏度梯度，以适应各种分析物浓度范围。灵敏度梯度可以大于约0，或者可以大于约0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、5、7.5或10。灵敏度梯度可以沿传感器的长度恒定，或者可以沿传感器的长度而变化。
在某些实施例中，传感器可以包括多个离散区域，每个离散区域对分析物具有不同的灵敏度。这些离散区域可以彼此相邻，或者可以由对分析物不敏感的区域隔开。离散区域的大小可以相等，或者可以具有不同的大小。传感器可以包括各自对分析物具有不同灵敏度的至少两个离散区域，或者可以包括各自对分析物具有不同灵敏度的至少3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个或多于10个离散区域。其可以包括各自对分析物具有不同灵敏度的约2个到约50个离散区域，或者可以包括各自对分析物具有不同灵敏度的约2个到约20个、约2个到约10个、约5个到约20个或约10个到约30个离散区域。
在某些实施例中，传感器可以包括检测表面上的涂层。涂层可以对分析物具有空间差分渗透性，以便为传感器提供空间差分灵敏度。当与暴露于传感器的分析物浓度相比时，涂层可以增加或减少检测表面处的分析物浓度。涂层可以具有可变的厚度，使得例如传感器在涂层较薄的位置对分析物具有较高的灵敏度，而在涂层较厚的位置对分析物具有较低的灵敏度。涂层可以包括开口，例如孔，从而允许一部分分析物从中穿过。其可以包括通道，例如允许一部分分析物从中穿过的微流体通道。通道可以例如具有变化的流速和/或对分析物的渗透性。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于通道的变化的流速而造成的。例如，涂层下方的传感器部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的通道的变化的流速可能为传感器提供空间差分灵敏度。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于涂层的空间差分渗透率而造成的。例如，涂层下方的传感器部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的空间差分渗透性可能为传感器提供空间差分灵敏度。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，由于涂层的渗透性不同，空间差分灵敏度可能是由于涂层下方的传感器部分的暴露时间不同而造成的。例如，涂层下方的传感器部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层下方的传感器部分的变化的暴露时间作为涂层的结果可能为传感器提供空间差分灵敏度。与具有降低的涂层渗透性的传感器的位置相比，在具有增加的涂层渗透性的传感器位置处对分析物的灵敏度可以增加。涂层可以包括与分析物相互作用的阻断剂。阻断剂可以与分析物反应、结合和/或吸附分析物。
阻断剂可以通过在传感器位置处调整分析物的局部浓度来影响传感器的动态范围。可以在传感器的多个位置以不同的浓度或量使用阻断剂。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于阻断剂在传感器的不同位置处的浓度或量不同而造成的。例如，涂层下方的传感器部分可以具有均匀的灵敏度，但是不同的阻断剂浓度或量可能为传感器提供如图2所描绘的空间差分灵敏度。与具有增加的阻断剂局部浓度或量的传感器位置相比，在具有增加的阻断剂局部浓度或量的传感器位置处对分析物的灵敏度可以增加。
传感器可以包括通道，例如允许一部分分析物从中穿过的微流体通道。通道可以例如具有变化的流速和/或对分析物的渗透性。流体可以在接触检测位置之前穿过微流体通道。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于通道的变化的流速而造成的，从而为多个检测位置提供了可变的流体量或体积。例如，传感器的检测位置可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的通道的变化的流速可能为传感器提供空间差分灵敏度。在传感器对分析物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于多个检测位置处变化的暴露时间而造成的。例如，传感器位置可以具有均匀的灵敏度，但是不同检测位置处变化的暴露时间可能为传感器提供空间差分灵敏度。此实例在图3中进行描绘，其中分析物的浓度入射到传感器上，在所述传感器上分析物被分成三个区域，这三个区域在不同的检测位置处提供低(t1)、中(t2)和高(t3)暴露时间。
传感器可以安置在流道或分析室内。其可以安置在测试条上或中。其可以是检测器的组件。其可以是传感器阵列的组件。其可以是系统的组件。其可以是装置的组件。
在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的响应可以从约0％(无响应)变化到饱和响应。在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的响应可以在传感器的不同位置处从约0％(无响应)变化到饱和响应。在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的响应可以在传感器的位置处随时间变化而变化。在暴露于分析物之前，传感器位置处的响应最初可以为0％。在暴露于分析物后可以在传感器的位置处增加响应，直到达到峰值或稳态响应水平，所述峰值或稳态响应水平可以是约0％(无响应)到饱和响应。在传感器的所有位置达到其峰值或稳态响应水平之后，饱和响应水平下传感器的位置可以在约0％与约100％之间，并且非饱和响应水平下传感器的位置可以在约0％与约100％之间。
在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的响应可以是可逆的，即在停止暴露于分析物之后，传感器的响应会随时间返回到零。在这种情况下，传感器可以重复使用。图4(a)和4(b)描绘了传感器的位置处随时间变化的示例可逆传感器响应。图4(a)描绘了峰值响应水平为Rp的非饱和响应。图4(b)描绘了饱和响应。
可替代地，传感器响应可能以是不可逆的，即在暴露于分析物后，传感器响应不会随时间返回到零。在这种情况下，传感器不可以重复使用。图4(c-e)描绘了传感器的位置处随时间变化的示例不可逆传感器响应。图4(c-d)描述了峰值响应水平为Rp且稳态响应水平为Rss的非饱和响应。图4(e)描绘了饱和响应。在图4(c)中，传感器响应在暴露于分析物之后随时间增加，直到其达到稳态响应水平。在这种情况下，峰值响应水平和稳态响应水平是相等的。在图4(d)中，传感器响应在暴露于分析物之后随时间增加，直到其达到峰值响应水平。随后，响应水平变化，直到随着传感器和分析物达到局部平衡而达到稳态响应水平。
在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的位置达到其稳态响应水平的时间可以是约0.1秒到约120分钟，或者可以是约0.1秒到约60分钟、约0.1秒到约30分钟、约0.1秒到约20分钟、约0.1秒到约10分钟、约0.1秒到约5分钟、约0.1秒到约2分钟、约0.1秒到约1分钟、约0.1秒到约30秒、约1秒到约10分钟、约30秒到约60分钟、约1分钟到约10分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。所述时间可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟或0.5分钟。
在暴露于流体中分析物的浓度后传感器的位置达到其峰值响应水平的时间可以是约0.01秒到约120分钟，或者可以是约0.01秒到约60分钟、约0.01秒到约30分钟、约0.01秒到约20分钟、约0.01秒到约10分钟、约0.01秒到约5分钟、约0.01秒到约2分钟、约0.01秒到约1分钟、约0.01秒到约30秒、约1秒到约10分钟、约30秒到约60分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。所述时间可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟或0.1分钟。
传感器可以对分析物具有选择性。其可以对分析物做出响应，但在传感器位置处基本上不对流体的任何其它组分做出响应。与在传感器位置处对相同浓度的流体中的非分析物组分的响应相比，其可以对分析物产生更高的响应。与在传感器位置处对相同浓度的流体中的非分析物组分的响应相比，其可以对分析物产生更快的响应。传感器对分析物的响应与传感器位置处传感器对相同浓度的流体的任何特定非分析物组分的响应的比率可以是约1.5到约1×106，或者可以是约2到约1×106、约5到约1×106、约10到约1×106、约50到约1×106、约100到约1×106或约1×103到约1×106。所述比率可以大于约1.5、2、5、10、20、50、100、200、500、1000或1×104。
传感器可以对分析物具有灵敏度。其对分析物的检测极限(LOD)可以小于约1000ppm，或者小于约500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、20ppm、10ppm、5ppm、2ppm、1ppm、500ppb、200ppb、100ppb、50ppb、10ppb、5ppb、2ppb或1ppb。其对分析物的LOD可以为约0.1ppb到约1000ppm，或者约5ppb到约500ppm、约10ppb到约500ppm、约10ppb到约1000ppm、约100ppb到约500ppm、约500ppb到约500ppm或约1ppm到约500ppm。其对分析物的定量极限(LOQ)可以小于约1000ppm，或者小于约500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、20ppm、10ppm、5ppm、2ppm、1ppm、500ppb、200ppb、100ppb、50ppb、10ppb、5ppb、2ppb或1ppb。其对分析物的LOQ可以为约0.1ppb到约1000ppm，或者约5ppb到约500ppm、约10ppb到约500ppm、约100ppb到约500ppm、约500ppb到约500ppm或约1ppm到约500ppm。
传感器的动态范围可以为约0.1ppb到约1000g/L，或者约5ppb到约1000g/L、约10ppb到约1000g/L、约10ppb到约1000ppm、约100ppb到约1000g/L、约500ppb到约1000g/L、约1ppm到约1000g/L、约10ppm到约1000g/L、约100ppm到约1000g/L或约1000ppm到约1000g/L。
传感器的工作范围可以为约0.1ppb到约1000g/L，或者约5ppb到约1000g/L、约10ppb到约1000g/L、约100ppb到约1000g/L、约500ppb到约1000g/L、约1ppm到约1000g/L、约10ppm到约1000g/L、约100ppm到约1000g/L或约1000ppm到约1000g/L。
传感器的准确度可以使得其对于分析物的相对误差百分比可以小于约20％，或者小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、0.05％、0.02％或0.01％。
传感器的精度可以使得其对于分析物浓度的相对标准偏差百分比可以小于约20％，或者小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、0.05％、0.02％或0.01％。
传感器可以是用于确定流体中的分析物的浓度的系统的组件。其可以是用于确定流体中的分析物的浓度的装置的组件。当传感器暴露于流体中分析物的浓度时，传感器的响应可以在传感器的不同检测位置处从约0％(无响应)变化到饱和响应。在传感器的所有检测位置达到其峰值或稳态响应水平之后，饱和响应水平下传感器的位置可以在约0％与约100％之间，并且非饱和响应水平下传感器的位置可以在约0％与约100％之间。在图5(a)所示的示例空间差分响应传感器中，段A描绘了传感器在非饱和响应水平的位置，并且段B描绘了传感器在饱和响应水平的位置。
图5(b)展现了可以指示如传感材料与分析物反应后传感器上显示的段A和段B的结果。对于段A和B，其分别是响应的梯度和达到100％阈值所需的时间。如图5(b)和(c)所示，传感器的响应可以提供三个关键数据点：段A的斜率(m1)、段B的时间响应梯度(m2)和段A的长度(d)或段B的长度(L-d)，其中L是传感器的长度。高浓度的分析物可能导致更陡的m1斜率、更短的d长度和更缓的m2斜率。相反，低浓度的分析物可能导致较缓的m1斜率、较长的d长度和较陡的m2斜率。取决于分析物的浓度，传感器响应可以完全由段A(情况1)、B(情况3)或两者的组合(情况2)构成。图6描绘了示例空间差分响应传感器的传感器响应的三种不同情况。
装置
装置可以是如以上所描述的系统。其可以是如以上所描述的系统的组件。装置可以是一次性装置。其可以是可重复使用的。其可以是便携式的。其可以是不可携带的。其可以是手持装置。其可以集成在便携式健康监测装置内。其可以适合于确定流体(例如，液体、蒸气、气体或其混合物)中分析物(例如含羰基化合物)的浓度。装置可以包括条带。其可以是芯片实验室(lab-on chip)。技术人员将理解，装置可以具有任何合适的形状或大小。其可以包括用于使流体穿过的入口。在流体是呼气的情况下，装置可以包括用于呼吸的吹口。装置可以包括可移除地安置在其中的吸附剂材料。其可以包括可移除地安置在其中的传感器。装置可以连接到更大的系统，所述更大的系统利用如机器学习和神经网络等分析方法来提供对用户的含羰基化合物水平的历史和预测分析。装置可以是可附接的，或者可连接到智能电话。其可以包括智能电话。装置可以适合于不熟练的操作者使用。也就是说，装置可以易于使用，使得未经任何正式培训的人能够通过例如遵循一组口头、书面和/或图片说明来使用装置。
装置可以包括流动通道或分析室。任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以被安置在流动通道或分析室内。其可以定位成暴露于流动通道或分析室中的流体。其可以例如形成流动通道或分析室的内表面或壁的一部分。装置进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测进入分析室或通过流动通道的流体的流速。其可以包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的流体的体积。其可以包括体积控制器，所述体积控制器被配置成控制和/或监测进入到分析室或穿过流动通道的流体的体积。在一些情况下，装置不包括流动通道或分析室。装置可以包括流量监测器系统，所述流量监测器系统包括调节阀、流量计、计时器或这三者的任何组合。在这种情况下，当使用装置时，调节阀能够限制流体的最小和/或最大流速。计时器可以用于监测或控制流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的时间长度。流量计能够在装置的使用期间测量流体的流速。例如，流量计系统可以是超声波流量计、涡轮流量计或反射光流量计。可替代地，可以利用如气囊等中间储存装置来容纳固定体积的流体。在一些情况下，装置不包括流量控制器和/或体积控制器。
在流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐后，变量(即响应)的变化可以从约0％(无响应)变化到饱和响应。在装置包括吸附剂材料的情况下，在流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐后变量的变化可以在吸附剂材料的不同位置处从约0％(无响应)变化到饱和响应。在暴露于流体中分析物的浓度(即含羰基化合物)后变量的变化可以在吸附剂材料的位置处随时间变化而变化。在暴露于分析物之前，吸附剂材料的位置处的响应最初可以为0％。在暴露于分析物后可以在吸附剂材料的位置处增加响应，直到达到峰值或稳态响应水平，所述峰值或稳态响应水平可以是约0％(无响应)到饱和响应。在吸附剂材料的所有位置达到其峰值或稳态响应水平之后，饱和响应水平下吸附剂材料的位置可以在约0％与约100％之间，并且非饱和响应水平下吸附剂材料的位置可以在约0％与约100％之间。
在装置包括吸附剂材料的情况下，在暴露于流体中一定浓度的含羰基化合物后吸附剂材料的位置达到其稳态响应水平的时间可以是约0.1秒到约120分钟，或者可以是约0.1秒到约60分钟、约0.1秒到约30分钟、约0.1秒到约20分钟、约0.1秒到约10分钟、约0.1秒到约5分钟、约0.1秒到约2分钟、约0.1秒到约1分钟、约0.1秒到约30秒、约1秒到约10分钟、约30秒到约60分钟、约1分钟到约10分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。所述时间可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟或0.5分钟。
在装置包括吸附剂材料的情况下，在暴露于流体中一定浓度的含羰基化合物后吸附剂材料的位置达到其峰值响应水平的时间可以是约0.01秒到约120分钟，或者可以是约0.01秒到约60分钟、约0.01秒到约30分钟、约0.01秒到约20分钟、约0.01秒到约15分钟、约0.01秒到约10分钟、约0.01秒到约5分钟、约0.01秒到约2分钟、约0.01秒到约1分钟、约0.01秒到约30秒、约1秒到约10分钟、约1秒到约15分钟、约30秒到约15分钟、约1分钟到约15分钟、约5分钟到约15分钟、约10分钟到约15分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。所述时间可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、15分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟或0.1分钟。
装置可以对含羰基化合物具有选择性。也就是说，其可以对含羰基化合物做出响应(即产生变量的变化)，但是基本上不对流体的任何其它组分做出响应(即可以不产生变量的实质变化)。其可以对含羰基化合物做出响应(即可以产生变量的变化)，但是基本上不对流体的任何其它非羰基组分做出响应(即可以不产生变量的实质变化)。与对相同浓度的流体的任何其它组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更高的响应。与对相同浓度的流体的任何其它非羰基组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更高的响应。与对流体的任何其它组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更快的响应。与对流体的任何其它非羰基组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更快的响应。装置对含羰基化合物的响应与装置对相同浓度的流体的任何其它组分的响应的比率可以是约1.5到约1×106，或者可以是约2到约1×106、约5到约1×106、约10到约1×106、约50到约1×106、约100到约1×106或约1×103到约1×106。所述比率可以大于约1.5、2、5、10、20、50、100、200、500、1000或1×104。
装置可以对含羰基化合物具有灵敏度。其对含羰基化合物的检测极限(LOD)可以小于约1000ppm(v/v)，或者小于约500ppm(v/v)、200ppm(v/v)、100ppm(v/v)、50ppm(v/v)、20ppm(v/v)、10ppm(v/v)、5ppm(v/v)、2ppm(v/v)、1ppm(v/v)、500ppb(v/v)、200ppb(v/v)、100ppb(v/v)、50ppb(v/v)、10ppb(v/v)、5ppb(v/v)、2ppb(v/v)或1ppb(v/v)。其对含羰基化合物的LOD可以为约0.1ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约500ppm(v/v)或约1ppm(v/v)到约500ppm(v/v)。其对含羰基化合物的定量极限(LOQ)可以小于约1000ppm(v/v)，或者小于约500ppm(v/v)、200ppm(v/v)、100ppm(v/v)、50ppm(v/v)、20ppm(v/v)、10ppm(v/v)、5ppm(v/v)、2ppm(v/v)、1ppm(v/v)、500ppb(v/v)、200ppb(v/v)、100ppb(v/v)、50ppb(v/v)、10ppb(v/v)、5ppb(v/v)、2ppb(v/v)或1ppb(v/v)。其对含羰基化合物的LOQ可以为约0.1ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约500ppm(v/v)或约1ppm(v/v)到约500ppm(v/v)。
装置的动态范围可以为约0.1ppb(v/v)到约100,000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约100ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约10,000ppm、约1ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约100ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)或约1000ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)。
装置的工作范围可以为约0.1ppb(v/v)到约100,000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约100ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约1ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约100ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)或约1000ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)。
装置的准确度可以使得其对于一定浓度的含羰基化合物的相对误差百分比可以小于约20％，或者小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、0.05％、0.02％或0.01％。
装置的精度可以使得其对于一定浓度的含羰基化合物的相对标准偏差百分比可以小于约20％，或者小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、0.05％、0.02％或0.01％。
装置可以进一步包括中和室，所述中和室包括能够中和化合物的中和试剂，所述化合物例如是任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，或含羰基化合物与任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐之间的反应产物。在此上下文中，“中和”指示化合物被转化为危害更小和/或更环保的一种或多种产物。中和试剂可以包括生物和/或化学材料。其可以包括细菌。其可以例如包括选自亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas genus)的细菌。其可以例如包括欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europaea)。其可以包括酶。其可以包括氧化剂。其可以例如包括选自由以下组成的组的一种或多种化合物：过氧化氢、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次氯酸盐和其混合物。中和试剂能够与任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐反应。其可以例如氧化任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐。这可以用于将任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐转化为危害更小和/或更环保的产物，如氨、水和稀硝酸。
装置可以是系统的组件。系统可以用于在一段时间内个体含羰基化合物(例如酮体)的测量和监测。图7显示了示例系统。在此系统中，装置700包括流量监测器720、吸附在吸附剂材料750上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐、检测器760和智能装置(即处理器)740。用户向装置中呼气，从而提供呼气710，所述呼气穿过流量监测器720。经由路径730将样品的样品流速和/或体积信息从流量监测器720发送到智能装置740。呼气样品暴露于吸附在吸附剂材料750上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，从而产生由检测器760测量的变量的变化。经由路径780将变量测量的变化从检测器760发送到智能装置740。智能装置根据样品流速和/或体积信息以及变量的变化来计算含羰基化合物的浓度。
进一步地，在图7所描绘的示例系统中，可以经由路径730和780处的有线或无线连接将传感器数据发射到如电话等智能装置。这允许执行各种本地或云托管计算和分析方法，以提供对呼气酮体的准确测量。随着时间的推移，可以升级装置软件，这将使得能够获得更可靠的结果，并且可以在进行酮分析时记录从用户的智能电话或配对装置(如智能手表)获得的辅助数据(如活动和位置数据)。然后，可以将来自总用户群体的数据聚集在云服务795内。此数据可以用于机器学习，从而使得能够基于定期报告的辅助数据来预测用户酮体呼气浓度趋势。
图8描绘了另一个示例系统。在此系统中，装置800包括磁带形式的一次性吸附剂材料820。所述磁带在多个离散区域中用任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐试剂浸渍，并盘绕在储存盒830内。装置包括用于引入呼气样品805的吹口和能够测量和/或调节呼气样品的流量的流量调节器810。液体储存和递送可以集成到如容器835处所示的装置中，或者可以由外部装置(未示出)供应。装置具有包括ISFET 825的检测器。当含羰基化合物与任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐反应时，ISFET 825能够测量电压的变化。装置还包括处理器815，所述处理器被配置成根据电压的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。系统包括连接组件850，所述连接组件能够将信息从处理器815发送到智能电话860。
在测试之前，用户通过将吸附剂材料的一部分从储存盒830中移出来将吸附剂材料820的新的部分机械地对准到ISFET 825上方的区域中。液体通过连接到贮存器835的毛细管通道被吸收到吸附剂材料中，所述毛细管通道定位在吸附剂材料820的下方并且与ISFET 825相邻。液体吸收受吸附剂材料820的饱和度的限制，并且液体将任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐试剂溶解到包含在反应内的溶液中。
将干燥的烷氧胺/肼试剂浸渍在吸收剂反应介质内，所述吸收剂反应介质被分成多个离散区域并沿柔性磁带排列成阵列。磁带存储许多适合一次性使用的离散区域，并盘绕在存储容器内。
用户通过吹口呼气使其进入装置。在吹口入口内有流量调节器810，所述流量调节器包括流量计和计时器，用于控制、测量和向处理器815提供关于用户呼气的流量信息。呼气与湿的吸附剂材料接触并形成亚胺，从而导致相关的H3O+离子形成和pH降低。
ISFET检测器825测量吸附剂材料处的电压的最终变化，并将此信息发射到处理器815。处理器815使用ISFET数据和流量信息来计算用户的呼气酮水平的浓度。如所示出的，装置可以通过有线或无线连接850连接到显示用户的呼气酮水平的智能电话860。然后，可以经由无线连接865将来自总用户群体的数据聚集在云服务870内。
然后，将用过的吸附剂材料820部分从ISFET移开并移至废料筒840中，使吸附剂材料820的新的部分与ISFET 825接触，以为下一次呼气样品分析做准备。
装置可以进一步包括吸附剂材料，由此任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以被吸附在吸附剂材料中和/或上。
在某些实施例中，装置可以是一次性装置。其可以是可重复使用的。其可以是便携式的。其可以是不可携带的。其可以是手持装置。其可以集成在便携式健康监测装置内。其可以适合于确定流体(例如，液体、蒸气、气体或其混合物)中含羰基化合物的浓度。装置可以包括条带。其可以是芯片实验室(lab-on chip)。技术人员将理解，装置可以具有任何合适的形状或大小。其可以包括用于使流体穿过的入口。在流体是呼气的情况下，装置可以包括用于呼吸的吹口。吸附剂材料可以可移除地安置在装置内。此装置可以连接到更大的系统，所述更大的系统利用如机器学习和神经网络等分析方法来提供对用户的含羰基化合物水平的历史和预测分析。装置可以是可附接的，或者可连接到智能电话。其可以包括智能电话。
装置可以包括流动通道或分析室。吸附剂材料可以安置在流动通道或分析室内。其可以定位成暴露于流动通道或分析室中的流体。其可以例如形成流动通道或分析室的内表面或壁的一部分。装置进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测进入分析室或通过流动通道的流体的流速。其可以包括体积控制器，所述体积控制器被配置成控制和/或监测进入到分析室或穿过流动通道的流体的体积。在一些情况下，装置不包括流动通道或分析室。在一些情况下，装置不包括流量控制器和/或体积控制器。
装置可以包括多个电极，所述多个电极被配置成在吸附剂材料的表面上施加电场，以使一种或多种带电物质集中在吸附剂材料上和/或中。电极可以是成对的，每个电极对能够施加约0.01伏到约20伏，或者约0.01伏到约10伏、约0.01伏到约5伏、约0.01伏到约2伏、约0.01伏到约1伏、约0.01伏到约0.5伏、约0.01伏到约0.2伏、约0.01伏到约0.1伏、约0.1伏到约20伏、约0.1伏到约10伏、约1伏到约20伏、约1伏到约15伏、约1伏到约10伏或约1伏到约5伏的电位差。每个电极对能够施加约0.01伏、0.02伏、0.05伏、0.1伏、0.2伏、0.5伏、1伏、2伏、3伏、4伏、5伏、6伏、7伏、8伏、9伏、10伏、11伏、12伏、15伏或20伏的电位差。当在一对电极之间施加电位差时，带正电的物质可以迁移到并且浓缩在靠近带负电的电极的位置，而带负电的物质可以迁移到并且浓缩在靠近带正电的电极的位置。可以通过例如浓缩带电的指示剂物质使得其局部浓度增加并在增加局部浓度的位置处产生更大的吸收光谱的变化来利用此浓缩效果提高装置的灵敏度。
在流体暴露于吸附剂材料后指示剂的吸收光谱的变化(即响应)可以从约0％(无响应)变化到饱和响应。在流体暴露于吸附剂材料后指示剂的吸收光谱的变化可以在吸附剂材料的不同位置处从约0％(无响应)变化到饱和响应。在暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度后指示剂的吸收光谱的变化可以在吸附剂材料的位置处随时间变化而变化。在暴露于分析物之前，吸附剂材料的位置处的响应最初可以为0％。在暴露于分析物后可以在吸附剂材料的位置处增加响应，直到达到峰值或稳态响应水平，所述峰值或稳态响应水平可以是约0％(无响应)到饱和响应。在吸附剂材料的所有位置达到其峰值或稳态响应水平之后，饱和响应水平下吸附剂材料的位置可以在约0％与约100％之间，并且非饱和响应水平下吸附剂材料的位置可以在约0％与约100％之间。
在暴露于流体中一定浓度的含羰基化合物后吸附剂材料的位置到达其稳态响应水平的时间可以是约0.1秒到约120分钟，或者可以是约0.1秒到约60分钟、约0.1秒到约30分钟、约0.1秒到约20分钟、约0.1秒到约10分钟、约0.1秒到约5分钟、约0.1秒到约2分钟、约0.1秒到约1分钟、约0.1秒到约30秒、约1秒到约10分钟、约30秒到约60分钟、约1分钟到约10分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。所述时间可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟或0.5分钟。
在暴露于流体中一定浓度的含羰基化合物后吸附剂材料的位置达到其峰值响应水平的时间可以是约0.01秒到约120分钟，或者可以是约0.01秒到约60分钟、约0.01秒到约30分钟、约0.01秒到约20分钟、约0.01秒到约15分钟、约0.01秒到约10分钟、约0.01秒到约5分钟、约0.01秒到约2分钟、约0.01秒到约1分钟、约0.01秒到约30秒、约1秒到约10分钟、约1秒到约15分钟、约30秒到约15分钟、约1分钟到约15分钟、约5分钟到约15分钟、约10分钟到约15分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。所述时间可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、15分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟或0.1分钟。
装置可以对含羰基化合物具有选择性。也就是说，其可以对含羰基化合物做出响应(即产生指示剂的吸收光谱的变化)，但是基本上不对流体的任何其它组分做出响应(即可以不产生指示剂的吸收光谱的实质变化)。其可以对含羰基化合物做出响应(即可以产生指示剂的吸收光谱的变化)，但是基本上不对流体的任何其它非羰基组分做出响应(即可以不产生指示剂的吸收光谱的实质变化)。与对相同浓度的流体的任何其它组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更高的响应。与对相同浓度的流体的任何其它非羰基组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更高的响应。与对流体的任何其它组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更快的响应。与对流体的任何其它非羰基组分的响应相比，其可以对含羰基化合物产生更快的响应。装置对含羰基化合物的响应与装置对相同浓度的流体的任何其它组分的响应的比率可以是约1.5到约1×106，或者可以是约2到约1×106、约5到约1×106、约10到约1×106、约50到约1×106、约100到约1×106或约1×103到约1×106。所述比率可以大于约1.5、2、5、10、20、50、100、200、500、1000或1×104。
装置可以对含羰基化合物具有灵敏度。其对含羰基化合物的检测极限(LOD)可以小于约1000ppm(v/v)，或者小于约500ppm(v/v)、200ppm(v/v)、100ppm(v/v)、50ppm(v/v)、20ppm(v/v)、10ppm(v/v)、5ppm(v/v)、2ppm(v/v)、1ppm(v/v)、500ppb(v/v)、200ppb(v/v)、100ppb(v/v)、50ppb(v/v)、10ppb(v/v)、5ppb(v/v)、2ppb(v/v)或1ppb(v/v)。其对含羰基化合物的LOD可以为约0.1ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约500ppm(v/v)或约1ppm(v/v)到约500ppm(v/v)。其对含羰基化合物的定量极限(LOQ)可以小于约1000ppm(v/v)，或者小于约500ppm(v/v)、200ppm(v/v)、100ppm(v/v)、50ppm(v/v)、20ppm(v/v)、10ppm(v/v)、5ppm(v/v)、2ppm(v/v)、1ppm(v/v)、500ppb(v/v)、200ppb(v/v)、100ppb(v/v)、50ppb(v/v)、10ppb(v/v)、5ppb(v/v)、2ppb(v/v)或1ppb(v/v)。其对含羰基化合物的LOQ可以为约0.1ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约500ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约500ppm(v/v)或约1ppm(v/v)到约500ppm(v/v)。
装置的动态范围可以为约0.1ppb(v/v)到约100,000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约100ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约1000ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约10,000ppm、约1ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约100ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)或约1000ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)。
装置的工作范围可以为约0.1ppb(v/v)到约100,000ppm(v/v)，或者约5ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约100ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约100ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约500ppb(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约1ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约10ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)、约100ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)或约1000ppm(v/v)到约10,000ppm(v/v)。
装置的准确度可以使得其对于含羰基化合物浓度的相对误差百分比可以小于约20％，或者小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、0.05％、0.02％或0.01％。
装置的精度可以使得其对于含羰基化合物浓度的相对标准偏差百分比可以小于约20％，或者小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、0.05％、0.02％或0.01％。
装置可以进一步包括检测区域，所述检测区域与所述吸附剂材料流体连接并且光学耦合到所述检测器。检测区域可以在吸附剂材料的远端。在流体包括液体的情况下，或者如果将液体添加到流体中，则检测区域可以被配置成减少检测区域内的气液界面的边缘处的弯月面形成。这样可以减少检测器测量指示剂的吸收光谱的变化时的干扰。
装置可以进一步包括中和室，所述中和室包括能够中和吸附在所述吸附剂材料上和/或中的化合物的中和试剂。在此上下文中，“中和”指示化合物被转化为危害更小和/或更环保的一种或多种产物。中和试剂可以包括生物和/或化学材料。其可以包括细菌。其可以例如包括选自亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas genus)的细菌。其可以例如包括欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europaea)。其可以包括酶。其可以包括氧化剂。其可以例如包括选自由以下组成的组的一种或多种化合物：过氧化氢、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次氯酸盐和其混合物。中和试剂能够与任选地经取代的羟胺反应。例如，其能够氧化任选地经取代的羟胺。这可以用于将任选地经取代的羟胺转化为危害更小和/或更环保的产物，如氨、水和稀硝酸。
装置可以是系统的组件。系统可以用于在一段时间内个体含羰基化合物(例如酮体)的测量和监测。图9显示了示例系统。在此系统中，装置900包括磁带形式的一次性吸附剂材料909。磁带浸渍有加酸显色指示剂和羟胺盐试剂，并且被盘绕在储存盒910内。装置包括用于引入呼气样品的吹口901和可以使呼气样品暴露于吸附剂材料的反应室903。溶剂储存和递送可以集成到如预处理室902处所示的装置中，或者可以由外部装置(未示出)供应。装置具有检测器，所述检测器包括具有透镜912的光谱传感器913和光源911。传感器913能够测量感测区域908处的吸收的变化。检测器包括连接组件914，所述连接组件能够将信息检测器发送到智能电话。装置还包括废料收集筒906，在所述废料收集筒中可以用中和试剂904处理用过的吸附剂材料，所述中和试剂可以通过打开阀905来分配。所产生的任何废气可以通过气体出口915释放。
在测试之前，用户通过将吸附剂材料的一部分从储存盒910中移出来将吸附剂材料909的新的部分机械地对准到检测器上方的感测区域908中。光源911用电磁辐射(在这种情况下是可见光)照射感测区域。未被吸附在吸附剂材料中和/或上的指示剂吸收的任何光被吸附剂材料反射以产生穿过透镜912的吸收光谱，光被集中在所述透镜处并在传感器913处被测量。在用户通过吹口901向装置中呼气之后，流体穿过预处理区域902并进入反应室903，在所述反应室中流体在感测区域908处暴露于吸附剂材料。传感器913测量指示剂的吸收光谱，并且经由连接组件914将此信息发送到智能装置(即处理器)。智能装置计算分析物的浓度，并进行记录和分析。在此实例中，使用过的吸附剂材料进入到废料收集筒906中，在所述废料收集筒中用中和试剂904进行处理，所述中和试剂可以通过打开阀905来分配。所产生的任何废气可以通过气体出口915释放。此系统可以实现多个酮传感芯片的环保储存、安全处理和处置。
进一步地，在图9所描绘的示例系统中，可以经由有线或无线连接将传感器数据发射到如电话等智能装置。这允许执行各种本地或云托管计算和分析方法，以提供对呼气酮体的准确测量。随着时间的推移，可以升级装置软件，这将使得能够获得更可靠的结果，并且可以在进行酮分析时记录从用户的智能电话或配对装置(如智能手表)获得的辅助数据(如活动和位置数据)。然后，可以将来自总用户群体的数据聚集在云服务内。此数据可以用于机器学习，从而使得能够基于定期报告的辅助数据来预测用户酮体呼气浓度趋势。
吸附剂材料
吸附剂材料可以是如以上所描述的传感器的组件。如以上所描述的传感器可以包括吸附剂材料。吸附剂材料可以是透明的或至少部分透明的。其可以是不透明的。吸附剂材料可以安置在流动通道或分析室内。其可以安置在测试条上或中。
吸附剂材料可以是表面。其可以是玻璃表面。其可以是聚合物表面。其可以是表面改性的材料，例如表面改性的玻璃。其可以是液体容器、海绵、水凝胶、纸张或吸收性聚合物。
吸附剂材料可以包括聚合物纤维。其可以是如纸等多孔材料。其可以包括可湿性聚合物。其可以包括纤维素、硝酸纤维素、聚丙烯或其组合。其可以包括亲水区域和/或疏水区域。亲水区域可以包括可湿性材料。其可以是多孔材料。疏水区域可以包括疏水聚合物、蜡或其组合。吸附剂材料可以安置在至少部分光学透明的底物上。其可以安置在光学不透明的底物上。吸附剂材料可以定位成与检测器直接接触。在一些情况下，吸附剂材料不与检测器直接接触。
所述变量可以是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。在变量是离子浓度的情况下，其可以是水合氢离子浓度。在特定实施例中，不使用滴定法测量所述变量的变化。在不使用滴定法测量变量的变化的情况下，装置可能只需要少量液体，如少于1mL。与需要滴定步骤的装置相比，这可以使得装置具有简化的装置设计，和/或可以使得装置便携。在这种情况下，装置可以易于使用。也就是说，可以不需要技术高超的操作者。其可以例如适合于不熟练的操作者使用。
在变量是吸光度的情况下，其可以是指示剂的吸光度。在这种情况下，指示剂的吸收光谱的变化可以包括波长的变化。其可以包括强度的变化。吸收光谱的变化可以基本上独立于暴露于任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐和加酸显色指示剂的流体的体积。其可以基本上独立于暴露于任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐和加酸显色指示剂的流体的流速。
所述指示剂的吸收光谱的变化可以是所述指示剂的吸收最大值的变化。在这种情况下，指示剂的吸收最大值的变化可以包括指示剂的吸收最大值的波长的变化。其可以包括指示剂的吸收最大值的强度的变化。其可以包括波长和强度的变化。指示剂的吸收光谱的变化可以包括在特定波长或多于一个波长下指示剂的吸收强度的变化。所述变化可以是颜色的变化，或吸收的变化，例如电磁辐射的吸光度。例如，电磁辐射可以是红外线、远红外线、近红外线、可见光、紫外线或一些其它电磁辐射。
在指示剂是加酸显色指示剂的情况下，加酸显色指示剂的吸收光谱可以在操作pH范围内单调地变化。所述加酸显色指示剂可以选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺、酚蓝和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。
在指示剂的吸收光谱的变化是一个或多个特定波长下的强度变化的情况下，每个一个或多个特定波长可以在以下范围内：约10nm到约300μm，或者约390nm到约700nm、约10nm到约400nm、约700nm到约300μm、约390nm到约500nm、约500nm到约600nm或约600nm到约700nm。其可以例如是约10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、425nm、450nm、475nm、500nm、525nm、550nm、575nm、600nm、625nm、650nm、675nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm或300μm。
在指示剂的吸收光谱的变化是指示剂的吸收最大值的波长的变化的情况下，吸收最大值可以意指电磁光谱的特定区域中的最大吸收。例如，这可以意指以下范围内的最大吸收：约10nm到约300μm，或者约390nm到约700nm、约10nm到约400nm、约700nm到约300μm、约390nm到约500nm、约500nm到约600nm或约600nm到约700nm。
指示剂可以是由于任选地经O-取代的羟铵盐和/或任选地经N-取代的肼盐的浓度而改变的材料。其可以是加酸显色指示剂。在指示剂是加酸显色指示剂的情况下，其可以是由于pH的变化而改变吸收光谱的指示剂。指示剂可以包括多于一种的此类加酸显色指示剂。其可以包括多种指示剂，每种指示剂具有过渡pH范围，由此多种指示剂的过渡pH范围一起涵盖操作pH范围。其可以例如选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺、酚蓝和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。所述加酸显色指示剂的吸收光谱可以在操作pH范围内单调地变化。术语“操作pH范围”可以意指吸附剂材料位置处的pH范围，所述范围从位置未暴露于任何分析物的pH到位置暴露于纯净未稀释的分析物持续足够的时间以使pH达到稳态的pH。术语“过渡pH范围”意指pH的微小变化引起指示剂最大吸收的变化的pH范围。操作pH范围可以为约1到约9、约1到约8、约1到约7、约1到约6、约1到约5、约2到约7、约3到约7、约4到约7、约2到约5或约2到约4。加酸显色指示剂可以被选择为具有包含在吸附剂材料暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度之前低于吸附剂材料位置处的pH的pH范围的操作pH范围。其可以被选择为具有包含在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度之前低于流体的pH的pH范围的操作pH范围。加酸显色指示剂可以从较高pH的中性物质变为较低pH的带电物质。
在变量是荧光的情况下，装置可以包括一个或多个荧光团，所述一个或多个荧光团对来自含羰基化合物与任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应的一种或多种产物具有灵敏度。在这种情况下，检测器可以是例如荧光计。
在变量是荧光的情况下，荧光的变化可以是一个或多个特定波长下荧光强度的变化，每个一个或多个特定波长可以在以下范围内：约10nm到约300μm，或者约390nm到约700nm、约10nm到约400nm、约700nm到约300μm、约390nm到约500nm、约500nm到约600nm或约600nm到约700nm。其可以例如是约10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、425nm、450nm、475nm、500nm、525nm、550nm、575nm、600nm、625nm、650nm、675nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm或300μm。
在变量是离子浓度的情况下，其可以例如是水合氢浓度。其可以是任选地经O-取代的羟铵或任选地经N-取代的肼的浓度。其可以是选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反离子(即阴离子)的浓度。其可以是来自含羰基化合物与选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应的产物离子的浓度。
在变量是离子浓度的情况下，离子浓度的变化可以是液体中离子浓度的变化。离子浓度的变化可以在以下范围内：约0.001mM到约100mM，或者约0.01mM到约50mM、约0.01mM到约20mM、约0.01mM到约10mM、约0.01mM到约1mM、约0.01mM到约0.5mM或约0.01mM到约0.1mM。
在变量是电压和/或电流的情况下，检测器可以是例如恒电位器或ISFET。在检测器是恒电位器的情况下，其可以包括三个与液体和/或吸附剂材料接触的电极，其中参考电极与工作电极之间的电压和/或电流随液体的离子浓度(例如pH)的变化而变化。
在变量是电压的情况下，电压的变化可以是液体和/或吸附剂材料的不同位置处的两个电极之间的电压的变化。电压的变化可以在以下范围内：约0.01V到约10V，或者约0.01V到约5V、约0.01V到约2V、约0.01V到约1V、约0.01V到约0.5V、约0.01V到约0.2V或约0.01V到约0.1V。
在变量是电流的情况下，电流的变化可以是液体和/或吸附剂材料的不同位置处的两个电极之间的电流的变化。电流的变化可以在以下范围内：约0.001A到约1A，或者约0.001A到约0.5A、约0.001A到约0.2A、约0.001A到约0.1A、约0.001A到约0.05A、约0.001A到约0.02A或约0.001A到约0.01A。
在变量是电阻的情况下，检测器可以是例如化学电阻传感器。在这种情况下，液体和/或吸附剂材料可以与化学电阻传感器直接接触放置。化学电阻器可以包括由液体和/或吸附剂材料隔开的两个相对的电极，电流以稳定的电压穿过所述相对的电极。化学电阻器可以测量液体和/或吸附剂材料上的电阻。液体和/或吸附剂材料中较多数量的离子(例如水合氢离子)可能导致较低的电阻测量结果。
在变量是电阻的情况下，电阻的变化可以是液体和/或吸附剂材料的不同位置处的两个电极之间的电阻的变化。电阻的变化可以在以下范围内：约0.1Ω到约10,000Ω，或者约0.1Ω到约5000Ω、约0.1Ω到约2000Ω、约0.1Ω到约1000Ω、约0.1Ω到约500Ω、约0.1Ω到约200Ω、约0.1Ω到约100Ω、约0.1Ω到约50Ω、约0.1Ω到约20Ω、约0.1Ω到约10Ω、约0.1Ω到约5Ω、约0.1Ω到约2Ω或约0.1Ω到约1Ω。
在变量是温度的情况下，检测器可以是例如热传感器，如温度计。在这种情况下，其可以测量由含羰基化合物与选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应的焓引起的温度变化。
在变量是温度的情况下，温度的变化可以是液体和/或吸附剂材料的位置处的温度的变化。温度的变化可以在以下范围内：约0.001℃到约10℃，或者约0.001℃到约5℃、约0.001℃到约2℃、约0.001℃到约1℃、约0.001℃到约0.5℃、约0.001℃到约0.2℃或约0.001℃到约0.1℃。
在某些实施例中，吸附剂材料具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂，使得流体暴露于吸附剂材料产生指示剂的吸收光谱的变化。吸附剂材料可以是透明的或至少部分透明的。其可以是不透明的。吸附剂材料可以安置在流动通道或分析室内。其可以安置在测试条上或中。
吸附剂材料可以是表面。其可以是玻璃表面。其可以是聚合物表面。其可以是表面改性的材料，例如表面改性的玻璃。吸附剂材料可以包括聚合物纤维。其可以是如纸等多孔材料。其可以包括可湿性聚合物。其可以包括纤维素、硝酸纤维素、聚丙烯或其组合。其可以包括亲水区域和/或疏水区域。亲水区域可以包括可湿性材料。其可以是多孔材料。疏水区域可以包括疏水聚合物、蜡或其组合。吸附剂材料可以安置在至少部分光学透明的底物上。
如图10(a)中描绘的示例吸附剂材料所示，吸附剂材料1000具有亲水感测区域1020，所述亲水感测区域以疏水容纳区域1010为边界。吸附剂材料安置在至少部分光学透明的底物1030上。在这种情况下，羟胺盐酸盐和指示剂可以被吸附在亲水区域中和/或上。在吸附剂材料暴露于流体后，疏水容纳区域限制流体和/或任何试剂的扩散。在此实例中，至少部分透明的底物能够通过其进行光谱测量。图10(b)中描绘的示例吸附剂材料具有三个暴露区域，并且在本文的其它地方进行描述。
所述指示剂的吸收光谱的变化可以是所述指示剂的吸收最大值的变化。在这种情况下，指示剂的吸收最大值的变化可以包括指示剂的吸收最大值的波长的变化。其可以包括指示剂的吸收最大值的强度的变化。其可以包括波长和强度的变化。指示剂的吸收光谱的变化可以包括在特定波长或多于一个波长下指示剂的吸收强度的变化。所述变化可以是颜色的变化，或吸收的变化，例如电磁辐射的吸光度。例如，电磁辐射可以是红外线、远红外线、近红外线、可见光、紫外线或一些其它电磁辐射。
在指示剂的吸收光谱的变化是一个或多个特定波长下的强度变化的情况下，每个一个或多个特定波长可以在以下范围内：约10nm到约300μm，或者约390nm到约700nm、约10nm到约400nm、约700nm到约300μm、约390nm到约500nm、约500nm到约600nm或约600nm到约700nm。其可以例如是约10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、425nm、450nm、475nm、500nm、525nm、550nm、575nm、600nm、625nm、650nm、675nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm或300μm。
在指示剂的吸收光谱的变化是指示剂的吸收最大值的波长的变化的情况下，吸收最大值可以意指电磁光谱的特定区域中的最大吸收。例如，这可以意指以下范围内的最大吸收：约10nm到约300μm，或者约390nm到约700nm、约10nm到约400nm、约700nm到约300μm、约390nm到约500nm、约500nm到约600nm或约600nm到约700nm。
任选地经取代的羟胺盐可以用C1-C12烷基、C1-C12烯基、C1-C12炔基、C1-C12烷氧基或C1-C12烷基芳基进行O-取代；其中C1-C12烷基、C1-C12烯基、C1-C12炔基、C1-C12烷氧基或C1-C12烷基芳基任选地被一个或多个基团取代，所述基团独立地选自由以下组成的组：卤素、羟基、硫醇、芳基、C1-C12烷基、C1-C12烯基、C1-C12炔基、C1-C12烷氧基或C1-C12烷基芳基。任选地经取代的羟胺盐可以例如选自由以下组成的组：羟胺盐酸盐、硫酸羟胺、O-苄基羟胺盐酸盐、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。其可以是羟胺盐酸盐。与指示剂相比，任选地经取代的羟胺盐可以以摩尔过量使用。与弱碱相比，其可以以摩尔过量使用。
指示剂可以是由于任选地经取代的羟胺盐的浓度而改变的材料。其可以是加酸显色指示剂。在指示剂是加酸显色指示剂的情况下，其可以是由于pH的变化而改变吸收光谱的指示剂。指示剂可以包括多于一种的此类加酸显色指示剂。其可以包括多种指示剂，每种指示剂具有过渡pH范围，由此多种指示剂的过渡pH范围一起涵盖操作pH范围。其可以例如选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。所述加酸显色指示剂的吸收光谱可以在操作pH范围内单调地变化。术语“操作pH范围”可以意指吸附剂材料位置处的pH范围，所述范围从位置未暴露于任何分析物的pH到位置暴露于纯净未稀释的分析物持续足够的时间以使pH达到稳态的pH。术语“过渡pH范围”意指pH的微小变化引起指示剂最大吸收的变化的pH范围。操作pH范围可以为约1到约9、约1到约8、约1到约7、约1到约6、约1到约5、约2到约7、约3到约7、约4到约7、约2到约5或约2到约4。加酸显色指示剂可以被选择为具有包含在吸附剂材料暴露于流体中分析物(即含羰基化合物)的浓度之前低于吸附剂材料位置处的pH的pH范围的操作pH范围。加酸显色指示剂可以从较高pH的中性物质变为较低pH的带电物质。
装置可以对含羰基化合物具有均匀的灵敏度。可替代地，吸附剂材料可以包括多个暴露区域，所述多个暴露区域对含羰基化合物具有不同的灵敏度。在这种情况下，在吸附剂材料的任何特定暴露区域处对含羰基化合物的灵敏度可以是对含羰基化合物具有最大灵敏度的暴露区域的灵敏度的约0％到约100％，或者可以是对含羰基化合物具有最大灵敏度的暴露位置的灵敏度的约0.1％到约100％、约0.5％到约100％、约1％到约100％、约5％到约100％、约10％到约100％、约20％到约100％、约30％到约100％、约40％到约100％、约50％到约100％、约60％到约100％、约70％到约100％、约80％到约100％、约90％到约100％或约95％到约100％。
在吸附剂材料包括多个暴露区域的情况下，吸附剂材料可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的至少两个暴露区域，或者可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的至少3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个、18个、20个、30个、40个或50个、或多于50个暴露位置。其可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的约2个到约200个暴露位置，或者可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的约2个到约100个、约2个到约50个、约2个到约20个、约3个到约10个、约5个到约50个或约10个到约50个暴露位置。
技术人员将理解，吸附剂材料的暴露区域可以呈任何布置。其可以例如沿吸附剂材料的长度等距地间隔开。其可以沿吸附剂材料的长度非等距地间隔开。其可以以规则的图案布置在吸附剂材料上。其可以以不规则的图案布置在吸附剂材料上。其可以布置在吸附剂材料的单个面上，或者布置在吸附剂材料的多于一个面上。其可以在吸附剂材料上以线性或径向布置。其可以布置成阵列。其可以穿过吸附剂材料或在吸附剂材料内布置。其可以呈彼此正交布置。其可以布置成例如具有较大的暴露区域和较小的区域，所述较大的暴露区域包括用于检测指定浓度范围内的含羰基化合物浓度的具有适当灵敏度的较大量位置，而较小的区域包括用于检测指定浓度范围之外的含羰基化合物浓度的具有适当灵敏度的较少量位置。
图10(b)示出了具有三个暴露区域1050a、1050b、1050c的示例吸附剂材料1001，每个暴露区域对含羰基化合物具有不同的灵敏度。在此实例中，每个暴露区域包括亲水材料并且被疏水容纳边界1040包围，所述疏水容纳边界将暴露区域分隔并且防止流体从一个暴露区域流到另一个暴露区域。在此实例中，吸附剂材料安置在至少部分透明的光学底物1060上。
在吸附剂材料包括多个暴露区域，所述多个暴露区域对含羰基化合物具有不同灵敏度的情况下，不同灵敏度可能是由于任选地经取代的羟胺盐和/或指示剂在吸附剂材料的不同暴露区域处的空间差分局部浓度或局部量而造成的。在这种情况下，与具有降低的任选地经取代的羟胺盐和/或指示剂局部浓度或量的吸附剂材料的暴露区域相比，在具有增加的任选地经取代的羟胺盐和/或指示剂局部浓度或量的吸附剂材料的暴露区域处对含羰基化合物的灵敏度可以增加。
在某些实施例中，吸附剂材料可以具有暴露于流体的暴露表面。暴露表面可以包括对分析物(例如含羰基化合物)具有空间差分渗透性的涂层，从而为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。与暴露于吸附剂材料的含羰基化合物浓度相比，涂层可以增加或降低检测表面上的含羰基化合物浓度。涂层可以具有可变的厚度，使得例如吸附剂材料在涂层较薄的位置对含羰基化合物具有较高的灵敏度，而在涂层较厚的位置对含羰基化合物具有较低的灵敏度。涂层可以包括开口，例如孔，从而允许一部分含羰基化合物从中穿过。其可以包括通道，例如允许一部分含羰基化合物从中穿过的微流体通道。通道可以例如具有变化的流速和/或对含羰基化合物的渗透性。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于通道的变化的流速而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的通道的变化的流速可能为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于涂层的空间差分渗透率而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的空间差分渗透性可能为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，由于涂层的渗透性不同，空间差分灵敏度可能是由于涂层下方的吸附剂材料部分的暴露时间不同而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层下方的吸附剂材料部分的变化的暴露时间作为涂层的结果可能为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。与具有降低的涂层渗透性的吸附剂材料的位置相比，在具有增加的涂层渗透性的吸附剂材料位置处对含羰基化合物的灵敏度可以增加。涂层可以包括与含羰基化合物相互作用的阻断剂。阻断剂可以与含羰基化合物反应、结合和/或吸附含羰基化合物。
阻断剂可以通过在吸附剂材料的位置处调整分析物(例如含羰基化合物)的局部浓度来影响装置的动态范围。可以在吸附剂材料的多个位置以不同的浓度或量使用阻断剂。在吸附剂对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于阻断剂在吸附剂材料的不同位置处的浓度或量不同而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是不同的阻断剂浓度或量可能为吸附剂材料提供如图11所描绘的空间差分灵敏度。在此实例中，入射到装置上的流体经受不同的处理，使得吸附剂材料的不同位置具有不同的局部分析物浓度，在图11中示出为低、中和高局部浓度。与具有增加的阻断剂局部浓度或量的吸附剂材料位置相比，在具有增加的阻断剂局部浓度或量的吸附剂材料位置处对含羰基化合物的灵敏度可以增加。
吸附剂材料可以包括通道，例如允许一部分分析物(例如含羰基化合物)从中穿过的微流体通道。通道可以例如具有变化的流速和/或对含羰基化合物的渗透性。流体可以在接触暴露区域之前穿过微流体通道。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于多个暴露区域处变化的暴露时间而造成的。例如，暴露区域可以具有固有的均匀灵敏度，但是不同暴露区域处变化的暴露时间可以吸附剂材料提供空间差分灵敏度。此实例在图12中进行描绘，其中一定浓度的含羰基化合物入射到吸附剂层上，在所述吸附剂层上含羰基化合物被分成三个部分，这三个部分在不同暴露区域处提供低(t1)、中(t2)和高(t3)暴露时间。
所述吸附剂材料可以进一步包括吸附在其上和/或其中的弱碱。所述弱碱可以例如选自由以下组成的组：碳酸氢盐、氨、苯胺、酚盐和其混合物。其可以例如是碳酸氢盐。其可以是碳酸氢钠。弱碱可以用于通过增加吸附剂材料表面的pH来调整装置的工作范围。弱碱的pKb可以大于约3，或者大于约4、5、6、7、8、9或10。弱碱的pKb可以为约3到约12，或者约3到约10、约3到约8、约5到约12、约5到约10、约6到约9或约7到约8。其可以是例如约3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.2、7.4、7.6、7.8、8、8.2、8.4、8.6、8.8、9、9.5、10、10.5、11、11.5或12。
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；m＝1、2或3；n＝1、2或3；p＝1、2或3；R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且X是阴离子。
所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以例如选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。其可以是羟胺盐酸盐。其可以是氯化肼。
装置可以对含羰基化合物具有均匀的灵敏度。可替代地，在装置包括吸附剂材料的情况下，吸附剂材料可以包括多个暴露区域，所述多个暴露区域对含羰基化合物具有不同的灵敏度。在这种情况下，在吸附剂材料的任何特定暴露区域处对含羰基化合物的灵敏度可以是对含羰基化合物具有最大灵敏度的暴露区域的灵敏度的约0％到约100％，或者可以是对含羰基化合物具有最大灵敏度的暴露位置的灵敏度的约0.1％到约100％、约0.5％到约100％、约1％到约100％、约5％到约100％、约10％到约100％、约20％到约100％、约30％到约100％、约40％到约100％、约50％到约100％、约60％到约100％、约70％到约100％、约80％到约100％、约90％到约100％或约95％到约100％。
在吸附剂材料包括多个暴露区域的情况下，吸附剂材料可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的至少两个暴露区域，或者可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的至少3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个、18个、20个、30个、40个或50个、或多于50个暴露位置。其可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的约2个到约200个暴露位置，或者可以包括对含羰基化合物具有不同灵敏度的约2个到约100个、约2个到约50个、约2个到约20个、约3个到约10个、约5个到约50个或约10个到约50个暴露位置。
技术人员将理解，吸附剂材料的暴露区域可以呈任何布置。其可以例如沿吸附剂材料的长度等距地间隔开。其可以沿吸附剂材料的长度非等距地间隔开。其可以以规则的图案布置在吸附剂材料上。其可以以不规则的图案布置在吸附剂材料上。其可以布置在吸附剂材料的单个面上，或者布置在吸附剂材料的多于一个面上。其可以在吸附剂材料上以线性或径向布置。其可以布置成阵列。其可以穿过吸附剂材料或在吸附剂材料内布置。其可以呈彼此正交布置。其可以布置成例如具有较大的暴露区域和较小的区域，所述较大的暴露区域包括用于检测指定浓度范围内的含羰基化合物浓度的具有适当灵敏度的较大量位置，而较小的区域包括用于检测指定浓度范围之外的含羰基化合物浓度的具有适当灵敏度的较少量位置。
在吸附剂材料包括多个暴露区域，所述多个暴露区域对含羰基化合物具有不同灵敏度的情况下，不同灵敏度可能是由于任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐在吸附剂材料的不同暴露区域处的空间差分局部浓度或局部量而造成的。在这种情况下，与具有降低的任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐的局部浓度或量的吸附剂材料的暴露区域相比，在具有增加的任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐的局部浓度或量的吸附剂材料的暴露区域处对含羰基化合物的灵敏度可以增加。
在某些实施例中，吸附剂材料可以具有暴露于流体的暴露表面。暴露表面可以包括对含羰基化合物具有空间差分渗透性的涂层，从而为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。与暴露于吸附剂材料的含羰基化合物浓度相比，涂层可以增加或降低检测表面上的含羰基化合物浓度。涂层可以具有可变的厚度，使得例如吸附剂材料在涂层较薄的位置对含羰基化合物具有较高的灵敏度，而在涂层较厚的位置对含羰基化合物具有较低的灵敏度。涂层可以包括开口，例如孔，从而允许一部分含羰基化合物从中穿过。其可以包括通道，例如允许一部分含羰基化合物从中穿过的微流体通道。通道可以例如具有变化的流速和/或对含羰基化合物的渗透性。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于通道的变化的流速而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的通道的变化的流速可能为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于涂层的空间差分渗透率而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层的空间差分渗透性可能为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，由于涂层的渗透性不同，空间差分灵敏度可能是由于涂层下方的吸附剂材料部分的暴露时间不同而造成的。例如，涂层下方的吸附剂材料部分可以具有均匀的灵敏度，但是涂层下方的吸附剂材料部分的变化的暴露时间作为涂层的结果可能为吸附剂材料提供空间差分灵敏度。与具有降低的涂层渗透性的吸附剂材料的位置相比，在具有增加的涂层渗透性的吸附剂材料位置处对含羰基化合物的灵敏度可以增加。涂层可以包括与含羰基化合物相互作用的阻断剂。阻断剂可以与含羰基化合物反应、结合和/或吸附含羰基化合物。
阻断剂可以通过在吸附剂材料的位置处调整含羰基化合物的局部浓度来影响装置的动态范围。可以在吸附剂材料的多个位置以不同的浓度或量使用阻断剂。在吸附剂对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于阻断剂在吸附剂材料的不同位置处的浓度或量不同而造成的。与具有增加的阻断剂局部浓度或量的吸附剂材料位置相比，在具有增加的阻断剂局部浓度或量的吸附剂材料位置处对含羰基化合物的灵敏度可以增加。
吸附剂材料可以包括通道，例如允许一部分含羰基化合物从中穿过的微流体通道。通道可以例如具有变化的流速和/或对含羰基化合物的渗透性。流体可以在接触暴露区域之前穿过微流体通道。在吸附剂材料对含羰基化合物具有空间差分灵敏度的情况下，空间差分灵敏度可能是由于多个暴露区域处变化的暴露时间而造成的。例如，暴露区域可以具有固有的均匀灵敏度，但是不同暴露区域处变化的暴露时间可以吸附剂材料提供空间差分灵敏度。
所述吸附剂材料可以进一步包括吸附在其上和/或其中的弱碱。所述弱碱可以例如选自由以下组成的组：碳酸氢盐、氨、苯胺、酚盐和其混合物。其可以例如是碳酸氢盐。其可以是碳酸氢钠。弱碱可以用于通过增加吸附剂材料表面的pH来调整装置的工作范围。弱碱的pKb可以大于约3，或者大于约4、5、6、7、8、9或10。弱碱的pKb可以为约3到约12，或者约3到约10、约3到约8、约5到约12、约5到约10、约6到约9或约7到约8。其可以是例如约3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.2、7.4、7.6、7.8、8、8.2、8.4、8.6、8.8、9、9.5、10、10.5、11、11.5或12。
分析物
分析物可以是金属、非金属、阳离子、阴离子、放射性同位素、有机或非有机化学物质。其可以是饮食、疾病或病症的生物标志物。其可以是金属、蛋白质、抗体或小有机分子。例如，分析物可以是酮，如丙酮。所述分析物可以是含羰基化合物。其可以例如是丙酮。
所述分析物可以是含羰基化合物。所述含羰基化合物可以选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。其可以是饮食、疾病或病症的生物标志物。其可以是蛋白质、抗体或小有机分子。其可以例如选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。其可以例如是丙酮。
流体
流体可以是气体、液体、蒸气或其组合。其可以是分散液。其可以是乳液。其可以是微乳液。其可以是溶胶。其可以是溶液，例如水溶液或有机溶液。其可以是悬浮液。其可以是生物流体。其可以例如是全血、呼气、汗水、痰、粘液、尿液、血清、精液、血浆或唾液。流体可以源自固体，例如通过将固体溶解在溶剂中。
液体
液体可以是水或一些其它合适的溶剂。其可以是有机溶剂、水溶液或其组合。其可以适合于溶解任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐。其可以适合于溶解分析物(例如含羰基化合物)。液体或其一部分可以是流体的组分。可替代地或另外地，液体或其一部分可以与流体分离。在液体与流体分离的情况下，可以在流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐之前或期间将液体添加到任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐中。例如，液体可以被预吸附到吸附剂材料上。任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以在暴露于流体之前与液体处于溶液中。
所述液体体积可以为约1mL或更小。其可以小于约0.5mL、0.2mL、0.1mL、0.05mL、0.02mL或0.01mL。液体体积可以为约0.001mL到约1mL，或者约0.001mL到约0.5mL、约0.001mL到约0.2mL、约0.005mL到约0.5mL、约0.005mL到约0.05mL或约0.005mL到约1mL。
采集装置
采集装置可以被配置成根据差分响应确定分析物的浓度。其可以被配置成测量随时间变化传感器对分析物的响应。其可以被配置成利用传感器的至少一个检测位置来确定分析物的浓度。其可以被配置成在传感器暴露于分析物之后的限定或预定时间测量传感器响应。例如，所述时间可以是约0.01秒到约120分钟，或者可以是约0.01秒到约60分钟、约0.01秒到约30分钟、约0.01秒到约20分钟、约0.01秒到约10分钟、约0.01秒到约5分钟、约0.01秒到约2分钟、约0.01秒到约1分钟、约0.01秒到约30秒、约30秒到约60分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。其可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟或0.1分钟。其可以例如是约0.01秒、0.02秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、0.5秒、1秒、2秒、5秒、10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒或55秒。其可以例如是约1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80分钟、90分钟、100分钟、110分钟或120分钟。
采集装置可以被配置成在传感器暴露于分析物之后测量传感器检测位置中的至少一个达到限定响应水平所花费的时间。例如，限定响应水平可以是最大可能响应水平的约0％到约100％，或者可以是最大可能响应水平的约0％到约90％、约0％到约80％、约0％到约70％、约0％到约60％、约0％到约50％、约0％到约40％、约0％到约30％、约0％到约20％、约0％到约10％、约0％到约5％、约0.5％到约100％、约1％到约100％、约5％到约100％、约10％到约100％、约20％到约100％、约20％到约60％、约40％到约60％或约20％到约50％。其可以例如是最大可能响应水平的约0％、0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或100％。
采集装置可以被配置成在传感器暴露于分析物之后测量传感器检测位置中的至少一个达到饱和响应水平所花费的时间。其可以被配置成在传感器暴露于分析物之后测量传感器检测位置中的至少一个达到峰值响应水平所花费的时间。其可以被配置成在传感器暴露于分析物之后测量传感器位置中的至少一个达到稳态响应水平所花费的时间
所述采集装置可以包括处理器，所述处理器被配置成利用所述传感器对所述分析物的所述差分响应来计算所述分析物的浓度。处理器可以被配置成基于传感器随时间变化对分析物的响应来计算分析物的浓度。处理器可以被配置成基于在传感器暴露于分析物之后的限定时间段内传感器对分析物的响应来计算分析物的浓度。处理器可以被配置成基于在传感器暴露于分析物之后传感器检测位置中的至少一个达到限定响应水平所花费的时间来计算分析物的浓度。处理器可以被配置成基于在传感器暴露于分析物之后传感器检测位置中的至少一个达到饱和响应水平所花费的时间来计算分析物的浓度。处理器可以被配置成基于在传感器暴露于分析物之后传感器检测位置中的至少一个达到峰值响应水平所花费的时间来计算分析物的浓度。处理器可以被配置成基于在传感器暴露于分析物之后传感器检测位置中的至少一个达到稳态响应水平所花费的时间来计算分析物的浓度。处理器可以被配置成基于传感器检测位置中的至少一个随时间变化的传感器响应的图的曲线下的面积来计算分析物的浓度。其可以被配置成基于传感器检测位置中的至少一个随时间变化的传感器响应的积分来计算分析物的浓度。其可以被配置成基于传感器检测位置中的至少一个随时间变化的传感器响应的梯度或斜率来计算分析物的浓度。图13(a)示出了如图5(a)中描绘的连续空间差分传感器在高、中和低分析物浓度下随跨传感器的长度变化的示例传感器响应。图13(b)显示了如图3中描绘的传感器在高、中和低分析物浓度下随暴露时间变化的示例传感器响应。处理器可以利用每种浓度下曲线形状、积分和梯度的差异来确定分析物浓度。图14(a)和图14(b)描绘了随时间变化的示例传感器响应，其中响应展现出初始延迟。在此示例情况下，传感器响应随时间变化的斜率或梯度可以用于确定分析物的浓度。
如先前所讨论的，传感器可以被配置成在传感器上对分析物具有不同灵敏度的多个检测位置处对分析物做出响应。在这种情况下，采集装置可以被配置成至少利用以下来计算所述分析物的浓度：
如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；以及
如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
传感器上达到饱和响应水平的检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
在传感器的差分响应是时间差分的情况下，采集装置可以被配置成利用以下中的一项或多项来计算分析物的浓度：在流体暴露于传感器之后传感器上的至少一个位置达到预定响应水平所需的时间；以及在流体暴露于传感器之后的预定时间传感器上的至少一个位置的响应水平。
在传感器的差分响应是时间差分和空间差分的情况下，采集装置可以被配置成使用传感器的一个或多个位置处的两个或更多个时间点处的传感器响应来计算分析物的浓度。
处理器可以被配置成使用传感器的检测位置中的一个或多个检测位置、任选地其2个、3个、4个、5个、10个、50个、100个或多于100个检测位置处的传感器响应来计算分析物的浓度。在传感器暴露于分析物的浓度后达到饱和响应水平的传感器检测位置处，处理器可以被配置成基于传感器达到饱和所花费的时间来计算分析物的浓度。在传感器暴露于分析物的浓度后达到非饱和响应水平的传感器检测位置处，处理器可以被配置成基于以下中的任何一项或多项来计算分析物浓度：峰值响应水平、稳态响应水平、传感器达到峰值响应水平所花费的时间以及传感器达到峰值响应水平所花费的时间。
在传感器对分析物的响应产生颜色变化的情况下，采集装置可以包括相机和光源。采集装置可以测量一段时间内的来自传感器的数据，从而测量传感器的检测位置的最终颜色(其可以例如是稳态响应或峰值响应)。其可以测量在传感器的检测位置达到稳态响应所花费的时间。其可以测量在传感器的检测位置达到峰值响应所花费的时间。其可以测量达到饱和水平的传感器的至少一个检测位置达到饱和响应所花费的时间。
在传感器对分析物的响应产生电阻变化的情况下，采集装置可以测量传感器上局部电导率的变化。电阻的变化可能是由于与分析物相互作用后传感器离子浓度的变化而引起的。采集装置可以例如包括多个电极对，所述多个电极对可以垂直于灵敏度梯度在传感器的任一侧连接，并且可以由采集装置针对传感器的至少一个检测位置来测量传感器材料的电导率。
采集装置可以包括检测器。其可以包括处理器。其可以包括处理器和检测器。
检测器
所述检测器可以是离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。其可以是组合传感器，例如组合的ISFET和比色传感器。在检测器是光谱或比色传感器的情况下，其可以对限定范围的电磁辐射具有灵敏度，例如，紫外线A(UVA)、紫外线B(UVB)、紫外线C(UVC)、可见光、近红外线(NIR)、远红外线(FIR)或其某种组合。其可以是电荷耦合装置(CCD)、有源像素传感器或其杂合体。其可以例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，或科学互补金属氧化物半导体(sCMOS)传感器。技术人员将理解，各种感测设备可以用作检测器，例如红绿蓝(RGB)颜色传感器、光电二极管、光敏电阻器、光电晶体管、发光二极管(LED)、光伏电池或例如在智能电话中使用的图像传感器。检测器可以包括相机和光源。其可以包括智能电话。装置可以包括一个或多个滤波器，任选地光学滤波器，其选择性地允许特定波长或电磁辐射的波长组合到达光谱传感器。
在检测器是ISFET的情况下，任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐吸附剂材料可以用作晶体管的栅电极，并且氧化物表面可以用作使反应介质与晶体管通道分离的栅极材料。典型的栅极材料可以包含SiO2、Si3N4、Al2O3或Ta2O5。当栅极材料暴露于吸附剂材料中的离子时，可能会发生栅极材料的水解，从而导致ISFET的阈值电压随离子浓度的变化而变化。图15(a-c)示出了装置内ISFET检测器的不同示例布局。在检测器是ISFET的某些实施例中，吸附剂材料可以是一次性的，适合于一次性使用，并且ISFET可以是可重复使用的。在特定实施例中，参考电极可以邻近ISFET定位并且可以是可重复使用的，即是非一次性的。ISFET和参考电极都可以与分析物(即液体中的含羰基化合物)接触。在另一个实施例中，参考电极可以是Ag/AgCl“伪参考电极”，所述伪参考电极可以是一次性的并且可以定位在吸附剂材料内或其表面上。当一次性吸附剂材料被插入到装置中时，可以使一次性伪参考电极与导电垫导电接触，从而形成感测电路。
图15(a)中所示的示例装置1500包括ISFET 1510、吸附剂材料1505(具有吸附在其中和/或其上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐)、标准参考电极1515(由电极线1516、电解质1518和膜1517组成)和处理器1525。当用户将呼气样品1520供应到吸附剂材料1505时，呼气样品1520中的含羰基化合物与吸附在吸附剂材料1505中和/或上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应产生水合氢离子浓度1522的增加，从而导致ISFET 1510的阈值电压相对于标准参考电极1515发生变化。处理器1525根据电压的变化计算呼气样品中的含羰基化合物的浓度。
图15(b)中所示的示例装置1530包括ISFET 1540、吸附剂材料1535(具有吸附在其中和/或其上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐)、参考电极场效应晶体管(REFET)1545和处理器1555。当用户将呼气样品1550供应到吸附剂材料1535时，呼气样品1550中的含羰基化合物与吸附在吸附剂材料1535中和/或上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应产生水合氢离子浓度1552的增加，从而导致ISFET 1540的阈值电压相对于REFET 1545发生变化。处理器1555根据电压的变化计算呼气样品中的含羰基化合物的浓度。
图15(c)中所示的示例装置1560包括ISFET 1570、吸附剂材料1585(具有吸附在其中和/或其上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐)、一次性伪参考电极1575和处理器1590。当用户将呼气样品1580供应到吸附剂材料1585时，呼气样品1580中的含羰基化合物与吸附在吸附剂材料1565中和/或上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应产生水合氢离子浓度1585的增加，从而导致ISFET 1570的阈值电压相对于一次性伪参考电极1575发生变化。处理器1590根据电压的变化计算呼气样品中的含羰基化合物的浓度。
在检测器是电位传感器的情况下，其可以是恒电位器。在这种情况下，其可以包括三个与液体和/或吸附剂材料接触的电极，其中参考电极与工作电极之间的电位随液体的离子浓度(例如pH)的变化而变化。
在检测器是荧光传感器的情况下，其可以是例如荧光计。在这种情况下，装置可以包括一个或多个荧光团，所述一个或多个荧光团对来自含羰基化合物与任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应的一种或多种产物具有灵敏度。
在检测器是热传感器的情况下，其可以是例如温度计。在这种情况下，检测器可以测量由含羰基化合物与选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应的焓引起的温度变化。
在检测器是化学电阻传感器的情况下，液体和/或吸附剂材料可以与化学电阻传感器直接接触放置。化学电阻器可以包括由液体和/或吸附剂材料隔开的两个相对的电极，电流以稳定的电压穿过所述相对的电极。化学电阻器测量液体和/或吸附剂材料上的电阻。液体和/或吸附剂材料中较多数量的离子(例如水合氢离子)可能导致较低的电阻测量结果。
可替代地，可以利用离子敏感的中间物质，如根据周围环境中可用离子的浓度改变电阻率的导电聚合物或碳材料。此外，可以利用另一种化学电阻感测方法——C4D传感器(电容耦合非接触电导检测器)来确定液体和/或吸附剂材料的电阻率。用于直接电阻率测量、中间电阻率测量和C4D传感器测量的装置布置的实例分别在图16(a)、16(b)和16(c)中示出。
图16(a)中描绘的示例装置1600包括阴极1610与阳极1615之间的吸附剂材料1605(具有吸附在其中和/或其上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐)。当呼气样品暴露于装置时，呼气样品中的含羰基化合物与吸附在吸附剂材料1605中和/或上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应产生水合氢离子浓度的增加，从而导致阴极1610与阳极1615之间的电阻发生变化。处理器(未示出)根据电阻的变化来计算呼气样品中的含羰基化合物的浓度。
图16(b)中描绘的示例装置1630包括与定位在阴极1645与阳极1650之间的离子敏感材料1640紧密接触的吸附剂材料1635(具有吸附在其中和/或其上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐)。离子敏感材料的电阻率根据周围环境中可用离子的浓度而变化。当呼气样品暴露于装置时，呼气样品中的含羰基化合物与吸附在吸附剂材料1635中和/或上的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应产生吸附剂材料中水合氢离子浓度的增加，从而导致阴极1610与阳极1615之间的离子敏感材料1640的电阻发生变化。处理器(未示出)根据电阻的变化来计算呼气样品中的含羰基化合物的浓度。
图16(c)中描绘的示例装置1660包括被通道壁1670周向围绕的液体1665(包括任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐)。装置1660还包括致动器电极1675和拾取电极1680。当呼气样品暴露于液体时，呼气样品中的含羰基化合物与液体1665中的任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的反应产生液体中水合氢离子浓度的增加，从而导致致动器电极1675与拾取电极1680之间的电阻发生变化。处理器(未示出)根据电阻的变化来计算呼气样品中的含羰基化合物的浓度。
检测器可以测量一段时间内变量的变化，从而测量变量的最终变化(其可以例如是稳态响应或峰值响应)。其可以测量变量达到稳态变化所花费的时间。其可以测量达到峰值响应(变量最大值的变化)所花费的时间。其可以测量达到饱和响应(即变量的变化)所花费的时间。
检测器可以被配置成测量装置随时间变化的响应(即变量的变化)。其可以被配置成在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于含羰基化合物之后的限定或预定的时间测量变量的变化。例如，所述时间可以是约0.01秒到约120分钟，或者可以是约0.01秒到约60分钟、约0.01秒到约30分钟、约0.01秒到约20分钟、约0.01秒到约10分钟、约0.01秒到约5分钟、约0.01秒到约2分钟、约0.01秒到约1分钟、约0.01秒到约30秒、约30秒到约60分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。其可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟或0.1分钟。其可以例如是约0.01秒、0.02秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、0.5秒、1秒、2秒、5秒、10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒或55秒。其可以例如是约1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80分钟、90分钟、100分钟、110分钟或120分钟。
检测器可以被配置成在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于含羰基化合物之后测量装置达到限定响应水平(即变量的变化)所花费的时间。例如，限定响应水平可以是最大可能响应水平的约0％到约100％，或者可以是最大可能响应水平的约0％到约90％、约0％到约80％、约0％到约70％、约0％到约60％、约0％到约50％、约0％到约40％、约0％到约30％、约0％到约20％、约0％到约10％、约0％到约5％、约0.5％到约100％、约1％到约100％、约5％到约100％、约10％到约100％、约20％到约100％、约20％到约60％、约40％到约60％或约20％到约50％。其可以例如是最大可能响应水平的约0％、0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或100％。
检测器可以被配置成在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于含羰基化合物之后测量装置达到饱和响应水平(即变量的变化)所花费的时间。其可以被配置成在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于含羰基化合物之后测量装置达到峰值响应水平(即变量的变化)所花费的时间。其可以被配置成在任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐暴露于含羰基化合物之后测量装置达到稳态响应水平(即变量的变化)所花费的时间。
在某些实施例中，检测器可以对限定范围的电磁辐射具有灵敏度，例如，UVA、UVB、UVC、可见光、NIR、FIR或其某种组合。其可以是CCD、有源像素传感器或其杂合体。其可以例如是CMOS传感器或sCMOS传感器。技术人员将理解，各种感测设备可以用作检测器，例如RGB颜色传感器、光电二极管、光敏电阻器、光电晶体管、LED、光伏电池或例如在智能电话中使用的图像传感器。
检测器可以包括相机和光源。其可以包括智能电话。例如，如图17所描绘的，装置1700包括执行检测器和处理器功能两者的智能电话1730。也就是说，其能够测量指示剂的吸收光谱的变化，并且能够根据指示剂的吸收光谱的变化计算流体中的含羰基化合物的浓度。在此实例中，装置包括包含吸附剂材料(未示出)的芯片1710和供用户呼气的呼气输入1720，从而使吸附剂材料暴露于流体(例如用户的呼气)。在这种情况下，智能电话是装置的可移动组件。在例如装置的智能电话组件中捕获的装置数据的数字性质可以允许轻松转移到外部来源以进行数据分析。在此实例中，除分析和计算之外，智能电话还可以用于执行吸收光谱的变化的光谱测量。在此，可以在接触用户的呼气之前和之后执行芯片的光谱评估，利用装置外壳使得智能电话的摄像头定位在含羰基化合物感测芯片之下，并经由电话摄像头测量吸收光谱的变化以定量呼气中含羰基化合物的水平。
外部来源包含便携式计算单元，如智能电话和基于云的计算技术中的便携式计算单元。这使得能够通过如机器学习等方法来分析数据并改进对呼气中含羰基化合物的检测。装置响应的数据处理和分析可以通过硬件和/或软件方法经由如微控制器、云计算和智能电话等各种平台来进行处理。
检测器可以测量一段时间内吸收最大值的变化，从而测量吸收最大值的最终变化(其可以例如是稳态响应或峰值响应)。其可以测量达到吸收最大值的稳态变化所花费的时间。其可以测量达到峰值响应(即吸收最大值的变化)所花费的时间。其可以测量达到饱和响应(即吸收最大值的变化)所花费的时间。
检测器可以被配置成测量装置随时间变化的响应(即指示剂的吸收光谱的变化)。其可以被配置成在吸附剂材料暴露于含羰基化合物之后的限定或预定时间测量指示剂的吸收光谱的变化。例如，所述时间可以是约0.01秒到约120分钟，或者可以是约0.01秒到约60分钟、约0.01秒到约30分钟、约0.01秒到约20分钟、约0.01秒到约10分钟、约0.01秒到约5分钟、约0.01秒到约2分钟、约0.01秒到约1分钟、约0.01秒到约30秒、约30秒到约60分钟、约1分钟到约60分钟、约5分钟到约60分钟、约10分钟到约60分钟、约5分钟到约30分钟或约10分钟到约30分钟。其可以少于约60分钟，或者少于约30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟或0.1分钟。其可以例如是约0.01秒、0.02秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、0.5秒、1秒、2秒、5秒、10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒或55秒。其可以例如是约1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80分钟、90分钟、100分钟、110分钟或120分钟。
检测器可以被配置成在吸附剂材料暴露于含羰基化合物之后测量装置达到限定响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)所花费的时间。例如，限定响应水平可以是最大可能响应水平的约0％到约100％，或者可以是最大可能响应水平的约0％到约90％、约0％到约80％、约0％到约70％、约0％到约60％、约0％到约50％、约0％到约40％、约0％到约30％、约0％到约20％、约0％到约10％、约0％到约5％、约0.5％到约100％、约1％到约100％、约5％到约100％、约10％到约100％、约20％到约100％、约20％到约60％、约40％到约60％或约20％到约50％。其可以例如是最大可能响应水平的约0％、0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或100％。
检测器可以被配置成在吸附剂材料暴露于含羰基化合物之后测量装置达到饱和响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)所花费的时间。其可以被配置成在吸附剂材料暴露于含羰基化合物之后测量装置达到峰值响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)所花费的时间。其可以被配置成在吸附剂材料暴露于含羰基化合物之后测量装置达到稳态响应水平(即指示剂的吸收光谱的变化)所花费的时间。
处理器
处理器可以被配置成根据变量的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。其可以被配置成利用传感器的至少一个暴露区域来确定含羰基化合物的浓度。其可以例如通过将变量的变化与标准曲线进行比较来确定含羰基化合物的浓度。在此实例中，标准曲线可以是各种已知的含羰基化合物浓度的变量变化的曲线图。例如，标准曲线可以表示为数学函数。其可以例如将含羰基化合物的浓度表示为变量的变化的函数。在这种情况下，处理器可以使用所述功能根据由检测器测量的变量的变化来计算含羰基化合物的浓度。
处理器可以被配置成使用吸附剂层的暴露区域中的一个或多个暴露区域、任选地其2个、3个、4个、5个、10个、50个、100个或多于100个暴露区域处的响应来计算分析物的浓度。
在某些实施例中，处理器可以被配置成根据指示剂的吸收光谱的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。其可以被配置成利用传感器的至少一个暴露区域来确定含羰基化合物的浓度。其可以例如通过将指示剂的吸收光谱的变化与标准曲线进行比较来确定含羰基化合物的浓度。在此实例中，标准曲线可以是各种已知的含羰基化合物浓度的指示剂的吸收光谱的变化的曲线图。例如，标准曲线可以表示为数学函数。其可以例如将含羰基化合物的浓度表示为指示剂的吸收光谱的变化的函数。在这种情况下，处理器可以使用所述功能根据由检测器测量的吸收光谱的变化来计算含羰基化合物的浓度。
处理器可以被配置成使用吸附剂层的暴露区域中的一个或多个暴露区域、任选地其2个、3个、4个、5个、10个、50个、100个或多于100个暴露区域处的响应来计算分析物的浓度。
确定分析物浓度的方法
本文公开了一种确定流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：使流体暴露于传感器，所述传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应；以及测量传感器对分析物的差分响应。
所述方法可以进一步包括利用传感器对分析物的差分响应来计算分析物的浓度的步骤。差分响应可以是空间差分的，并且传感器可以被配置成在传感器上对分析物具有不同灵敏度的多个检测位置处对分析物做出响应。在这种情况下，计算可以至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率、所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置的所述传感器对所述分析物的响应。
差分响应可以是时间差分的，并且所述计算可以至少利用以下中的一项或多项：在流体暴露于传感器之后传感器上的至少一个位置达到预定响应水平所需的时间；以及在流体暴露于传感器之后的预定时间传感器上的至少一个位置的响应水平。
所述方法可以进一步包括使流体穿过流动通道，或者进入到安置传感器的分析室中。
所述方法可以使用本文公开的系统和/或传感器。本文公开的系统可以在所述方法中使用。
所述方法可以进一步包括基于传感器随时间变化对分析物的响应来计算分析物的浓度。计算可以由处理器执行。
确定含羰基化合物的浓度的方法
在某些实施例中，如以上所描述的方法可以是确定流体中的含羰基化合物的浓度的方法。所述方法可以包括在存在液体的情况下将流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；测量所述变量的变化；以及根据所述变量的变化来确定所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
含羰基化合物、流体和任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以如以上关于装置所描述的。所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐可以被吸附在所述吸附剂材料中和/或上。吸附剂材料可以如本文关于装置所描述的。液体可以如本文关于装置所描述的。
所述变量可以是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。在变量是离子浓度的情况下，其可以是水合氢离子浓度。
在变量是吸光度的情况下，其可以是指示剂的吸光度。在这种情况下，指示剂的吸收光谱的变化可以包括波长的变化。其可以包括强度的变化。吸收光谱的变化可以基本上独立于暴露于任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐和加酸显色指示剂的流体的体积。其可以基本上独立于暴露于任选地经O-取代的羟胺盐或任选地经N-取代的肼盐和加酸显色指示剂的流体的流速。在指示剂是加酸显色指示剂的情况下，加酸显色指示剂的吸收光谱可以在操作pH范围内单调地变化。所述加酸显色指示剂可以选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺、酚蓝和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。
所述方法可以进一步包括在流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐之前或期间将液体添加到任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐中。
所述方法能够快速确定流体中的含羰基化合物的浓度。例如，其能够在流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐之后少于约10分钟、或少于约5分钟、2分钟、1分钟、45秒或30秒内确定流体中的含羰基化合物的浓度。
在一些情况下，所述方法不包括滴定步骤。在所述方法不包括滴定步骤的情况下，所述方法可能只需要少量液体，如少于1mL。与需要滴定步骤的装置相比，这可以使得所述方法集成到简化的装置设计中，和/或可以使得装置便携。在这种情况下，所述方法可以易于使用。也就是说，可以不需要技术高超的操作者。其可以例如适合于不熟练的操作者使用。
所述方法可以使用本文描述的装置。本文描述的装置可以在所述方法中使用。
在某些实施例中，提供了一种确定流体中的含羰基化合物的浓度的方法。所述方法可以包括：使流体暴露于任选地经取代的羟胺盐和指示剂，以产生指示剂的吸收光谱的变化，其中任选地经取代的羟胺盐和指示剂被吸附在吸附剂材料中和/或上；测量指示剂的吸收光谱的变化；以及根据指示剂的吸收光谱的变化确定流体中的含羰基化合物的浓度。
含羰基化合物、流体、指示剂和任选地经取代的羟胺盐可以如以上关于装置所描述的。所述任选地经取代的羟胺盐和/或指示剂可以与弱碱接触。弱碱可以如本文关于装置所描述的。
指示剂的吸收光谱的变化可以包括波长的变化。其可以包括强度的变化。吸收光谱的变化可以基本上独立于暴露于任选地经取代的羟胺盐和加酸显色指示剂的流体的体积。其可以基本上独立于暴露于任选地经取代的羟胺盐和加酸显色指示剂的流体的流速。在指示剂是加酸显色指示剂的情况下，加酸显色指示剂的吸收光谱可以在操作pH范围内单调地变化。所述加酸显色指示剂可以选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺和其混合物。其可以例如选自由以下组成的组：百里酚蓝、溴酚蓝和其混合物。
吸附剂材料可以如以上关于装置所描述的。所述方法可以进一步包括在流体暴露于任选地经取代的羟胺盐和指示剂之前或期间将液体载体任选地添加到吸附剂材料中。液体载体可以是水或一些其它合适的溶剂。
所述方法能够快速确定流体中的含羰基化合物的浓度。例如，其能够在流体暴露于任选地经取代的羟铵盐和指示剂之后少于约10分钟、或少于约5分钟、2分钟、1分钟、45秒或30秒内确定流体中的含羰基化合物的浓度。
在一些情况下，所述方法不包括滴定步骤。
所述方法可以使用本文描述的装置。本文描述的装置可以在所述方法中使用。
用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途
本文公开了一种用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途，其中所述装置能够确定患者的呼气样品中的丙酮的浓度，并且所述装置包括具有任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的吸附剂材料，由此在存在液体的情况下将呼气暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于液体的pH；检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据变量的变化来计算呼气样品中的丙酮的浓度。
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐、吸附剂材料、检测器和处理器可以如以上所描述的。
用途可以是如以上所描述的装置的用途。如以上所描述的装置可以用于所述用途。所述用途可以使用如以上所描述的方法。如以上所描述的方法可以在所述用途中使用。
本文公开了一种用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途，其中所述装置能够确定患者的呼气样品中的丙酮的浓度，并且所述装置包括具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂的吸附剂材料，由此将呼气样品暴露于吸附剂材料会产生指示剂的吸收光谱的变化；检测器，所述检测器用于测量指示剂的吸收光谱的变化；以及处理器，所述处理器被配置成根据指示剂的吸收光谱的变化来计算呼气样品中的丙酮的浓度。
吸附剂材料、任选地经取代的羟胺盐和指示剂可以如以上所描述的。
用途可以是如以上所描述的装置的用途。如以上所描述的装置可以用于所述用途。所述用途可以使用如以上所描述的方法。如以上所描述的方法可以在所述用途中使用。
管理和诊断糖尿病的方法
本文公开了一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法。所述方法包括：使用如上所述的确定流体中的丙酮的浓度的方法来确定患者的呼气样品的丙酮浓度；将丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及如果丙酮浓度超出丙酮浓度参考范围，则调整糖尿病治疗计划。
例如，可以通过改变血糖管理药物的施用时间或剂量来调整糖尿病治疗计划。例如，可以通过施用胰岛素或修改患者的每日胰岛素总剂量来对其进行调整。可以通过改变患者的流体和/或营养摄入来对其进行调整。可以通过施用胰高血糖素来对其进行调整。例如，可以通过开始立即就医来对其进行调整，尤其是在酮症酸中毒的情况下。
所述方法可以使用本文公开的装置。本文公开的装置可以在所述方法中使用。
本文公开了一种用于帮助诊断患者的糖尿病的方法。所述方法包括：使用如上所述的确定流体中的丙酮的浓度的方法来确定患者的呼气样品的丙酮浓度；以及将丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定患者是否患有糖尿病。
所述方法可以是糖尿病诊断方法的组成部分。例如，可以通过使用所述方法并另外考虑可能影响患者的呼气中的酮浓度的其它因素(如患者的饮食)来诊断患者的糖尿病。
所述方法可以使用本文公开的装置。本文公开的装置可以在所述方法中使用。
本文公开了一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法。所述方法包括：使用如上所述的确定流体中的丙酮的浓度的方法来确定患者的呼气样品的丙酮浓度；将丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及如果丙酮浓度超出丙酮浓度参考范围，则调整糖尿病治疗计划。
例如，可以通过改变血糖管理药物的施用时间或剂量来调整糖尿病治疗计划。例如，可以通过施用胰岛素或修改患者的每日胰岛素总剂量来对其进行调整。可以通过改变患者的流体和/或营养摄入来对其进行调整。可以通过施用胰高血糖素来对其进行调整。
所述方法可以使用本文公开的装置。本文公开的装置可以在所述方法中使用。
本文公开了一种诊断患者的糖尿病的方法。所述方法包括：使用如上所述的确定流体中的丙酮的浓度的方法来确定患者的呼气样品的丙酮浓度；以及将丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定患者是否患有糖尿病。
所述方法可以使用本文公开的装置。本文公开的装置可以在所述方法中使用。
实例
现在将通过对以下具体实例的提及更详细地进一步描述本发明，这些实例不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。
实例1：用于测量呼气丙酮的传感器
糖尿病(diabetes mellitus，通常简称为糖尿病(diabetes))是全球范围内严重的健康问题，并且其患病率和糖尿病相关死亡随着生活方式的快速转变一直在增加，从而导致如肥胖症等因素。此外，最近的估计表明，在未来的几十年中，糖尿病的患病率可能会继续大幅增长。
糖尿病是由缺乏胰岛素激素或人体无法使用胰岛素而引起的。糖尿病患者可能遭受低胰岛素水平，并且血糖水平升高会导致体内的酮浓度增加。这可能会导致糖尿病酮症酸中毒，这是一种胰岛素缺乏状态，其可能迅速发展并且如果不及时治疗的话可能会导致昏迷或死亡。因此，监测酮水平的能力是有益的，因为其允许自我监测，这有助于预防糖尿病酮症酸中毒。
血液测试当前使用血糖仪提供准确和定量的测量结果。然而，血液测试的有创性质对患者来说可能是疼痛的，是昂贵的，并且如果操作不正确会带来感染以及受伤的风险。尿液测试也是可行的，但不准确。人呼气中的丙酮水平已经与血浆中的酮体相关，并且因此在此实施例中，提供了能够感测人呼气中的丙酮的浓度的传感器。
在此实例中，传感器上对丙酮的差分灵敏度是由传感器的位置处选择性反应化学物质(如羟胺盐酸盐、硫酸羟胺或其组合)的变化的浓度或数量而产生的。
在传感器暴露于呼气样品中的丙酮后，传感器会产生颜色变化响应。不同传感器位置处的颜色变化取决于丙酮与选择性反应化学物质之间的反应。利用比色检测法来检测呼气丙酮与试剂之间的反应程度。这种反应在不同程度上引起传感器上的颜色变化，如图5(a)所描绘的分为段A和段B。段A由颜色梯度明显的区域组成，而段B由颜色均匀的传感器区域组成。
传感器上灵敏度的变化可以通过多种方法来实现。在这种情况下，在传感器上调整羟胺盐酸盐的浓度，使得存在从低浓度到高浓度的梯度。通过丙酮与羟胺之间的平衡引起的反应程度的变化和羟胺盐酸盐的部分解离引起的H+的初始浓度的变化两者，浓度的这种变化引起沿传感器的长度的灵敏度的变化，从而导致由二次反应的颜色变化产生的信号的差异。
在这种情况下，传感器的给定局部部分的0％响应被定义为与丙酮发生任何反应之前介质的颜色。稳态响应水平是指尽管反应引起H+进一步增加但没有进一步颜色变化的点。颜色变化可以目测评估。可替代地，可以使用光谱法来准确地定量变化。
实例2：空间差分响应丙酮传感器
图18中所描绘的传感器各自具有对丙酮具有较高(右上三角形)和较低(左下三角形)灵敏度的两个离散三角形区域。浓度为0.633molL-1和1.27molL-1的羟胺盐酸盐溶液分别用于较高和较低灵敏度区域。图18(a)示出了在暴露于10ppm丙酮之后传感器中的颜色变化。在此丙酮浓度下，传感器在每个区域明显产生不同的颜色。图18(b)示出了在暴露于50ppm丙酮之后传感器中的颜色变化。在此丙酮浓度下，由于两个区域的饱和检测器响应，传感器的两个区域产生相同的颜色。
图19示出了具有矩形形状并使用1.08molL-1羟胺盐酸盐溶液的示例传感器的位置随时间变化绘制的传感器响应。使用TCS230颜色传感器来检测在传感器暴露于具有浓度为50ppm的丙酮的流体之后的前40秒内红色随时间的变化。
基于本发明的用于实现呼气酮测量的原型结构可以变化。通常，它们可以分为两类，有空气储存和没有空气储存，即穿过途径。前者要求用户向中间储存袋中呼气，以容纳指定量的呼气。袋子被装满之后，呼气以受控的流速经过传感器，以产生如前所述的信号响应。后者要求用户直接在传感器上呼气而无需使用中间储存装置，可以控制或测量患者提供的呼气的体积，以通过传感器产生的信号响应进行校准。
实例3：芯片实验室装置设计
图20的分解图示出了芯片实验室设计中的装置的实例。装置2000包括五层：液体层2010、暴露层2020、电极层2030、反应层2040和感测层2050。反应层2040由亲水吸附剂材料组成，所述亲水吸附剂材料浸渍有羟胺盐酸盐和加酸显色指示剂。吸附剂材料被选择成允许溶液的快速扩散和离子迁移。感测层是不透明的并且含有定位在电极区域下方的光学透明窗口，使得可以对这两个关键区域执行光谱测量。分光光度传感器2060定位在感测层下方，使得其可以在反应期间通过感测层的透明窗口分析位置2055处的光学变化。处理器(未示出)用于根据由分光光度传感器2060测量的光学变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。
液体层2010含有合适的反应液体2075的片上储存装置，所述合适的反应液体可以通过机械致动(未示出)按需分配到反应层中。装置具有开口2070，使得气-液界面区域暴露以与呼气分析物反应，并且具有用于将液体分配到传感器区域2090a、2090b的小开口2095a、2095b。通过穿过这些与暴露区域分隔的不同开口分配溶剂，感测区域内的气-液界面的边缘处的弯月面形成有所减少。这减少了检测器测量指示剂的吸收光谱的变化时的干扰。
电极层具有阴极2080和阳极2085两者，所述阴极和阳极定位在反应层的相对端上以施加电场。当电场被施加到反应层时，在流体暴露于反应层的吸附剂材料之后形成的带电反应产物基于物质的电荷迁移并浓缩到传感器的局部区域。相对于总反应区域，这使得所有带电物质集中到较小的感测区域，并且因此局部的传感器响应增加。
在流体暴露于装置之前，可以立即分配合适的溶剂(如水)并将其分布到芯片的感测区域中。此外，在使用后，可以利用液体中和试剂与存在于装置中的化学调配物反应，从而减少与用过的装置的废料处理相关联的环境影响。图20所示的这种结构的另一个益处是储存和分配这些流体的片上方法，由此用于每种相应流体的两个容器2075a、2075b定位在液体层上。储存在这些容器中的流体通过适当的致动(如机械致动)按需分配，并被引导到反应层中，在所述反应层中流体在亲水感测区域上扩散。
在向装置2000中呼气之前，从液体储存层2010上的液体储存装置2075a分配如水或包括弱碱的溶液等液体，从而预润湿和/或调整反应层2040处的pH。当用户向装置2000中呼气时，呼气样品穿过暴露层2020中的开口2070，并移动到反应层2040，在所述反应层处呼气样品暴露于吸附在其中和/或在其上的羟胺盐和加酸显色指示剂。羟胺盐与呼气样品中的含羰基化合物反应，从而降低局部pH并导致指示剂的吸收光谱的变化。在电极层2030上的电极2080、2085上施加电势，这使得当指示剂暴露于降低的局部pH时形成的带电物质通过小开口2095a、2095b迁移到传感器区域2090a、2090b，从而将带电物质集中在这些区域中。分光光度传感器2060测量与基线水平相比位置2055处的吸收光谱变化，并且处理器(未示出)根据吸收光谱变化确定含羰基化合物的浓度。使用后，从液体储存装置2075b中分配中和剂，所述中和剂中和使用后存在于装置中的化学调配物，从而减少与用过的装置和/或其层的废料处理相关的环境影响。
实例4：多个暴露区域对含羰基化合物具有不同灵敏度的芯片实验室装置设计
图21示出了分解图中描绘的芯片实验室设计的实例，其中吸附剂材料具有多个暴露区域，这些暴露区域对羰基化合物具有不同的灵敏度。装置2100的每一层具有与实例3中所描述的功能类似的功能(即曝光层2110、电极层2120、反应层2130和感测层2140)。但是，在这种情况下，反应层含有多个不同的暴露区域，这增加了装置的工作范围，并且电极层2120含有另外的电极(其中两个标记为2170a、2170b)，使得单独的电场可以被施加到每个不同的感测区域，从而通过将带电物质集中在相应的传感器区域中来实现灵敏度的增加。还描绘了示例装置，所述示例装置具有检测器2150和液体分配器容器2160，两者均与实例3中所述的类似。装置还包括处理器(未示出)，所述处理器被配置成根据指示剂的吸收光谱的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。
在使用中，呼气样品穿过开口2165，并被引导通过所述装置到达包括反应区域2135a、2135b和2135c的三个吸附剂材料，在所述吸附剂材料处呼气样品暴露于羟胺盐和加酸显色指示剂。由电极层2120中的电极在每个反应区域上施加的电场将带电物质集中在感测区域(其中两个标记为2190a、2190b)中，其中由检测器2150测量吸收光谱的变化。处理器(未示出)根据感测区域(其中两个标记为2190a，2190b)中的一个或多个感测区域处的吸收光谱的变化来计算呼气样品中的含羰基化合物浓度。由于吸附剂材料的不同灵敏度暴露区域，此类装置配置允许确定较宽的分析物浓度。例如，根据对分析物具有较低灵敏度的位置处的吸收光谱的变化可以更准确地确定高浓度的分析物，而根据对分析物具有较高灵敏度的位置处的吸收光谱的变化可以更准确地确定较低浓度的分析物。
实例5：溶液中具有羟胺盐酸盐和加酸显色指示剂的丙酮检测系统
将包括羟胺盐酸盐和加酸显色指示剂的试剂溶液添加到吸收剂材料中。将包括各种浓度的丙酮的气体样品暴露于吸附剂材料持续30秒，所述时间近似于标准人类呼吸的持续时间。使用分光光度计在两个不同的波长(响应1和2)下测量传感器响应。图22中的结果表明，响应随气体中的丙酮浓度的变化而变化。
显然，酮检测系统可以用于在不同的丙酮浓度下提供不同的响应。在丙酮浓度较高的情况下，传感器可以提供更大的负响应。此系统的分辨率定义为
分辨率＝丙酮浓度(ppm)/传感器响应
对于低浓度范围内的两个响应(即波长测量)，系统的分辨率为约2ppm，并且对于高浓度气体，系统的分辨率为5ppm。0ppm浓度下的负值被认为与干燥效果有关，所述干燥效果使试剂集中在测试条上并为两个通道提供更大的响应。
实例6：羟胺盐酸盐和加酸显色指示剂预浸渍在测试条中的丙酮检测系统
将羟胺盐酸盐和加酸显色指示剂预浸渍在测试条中。在测试之前，将测试条用水润湿以形成溶液。将包括各种浓度的丙酮的气体样品暴露于吸附剂材料持续30秒，所述时间近似于标准人类呼吸的持续时间。使用分光光度计在两个不同的波长(响应1和2)下测量传感器响应。图23中的结果表明，响应随气体中的丙酮浓度的变化而变化。
图23表明，当比较以上实例5中描述的装置的相同丙酮浓度暴露的结果时，此装置的传感器响应更大。尽管在图23所示的装置结果的低浓度范围内分辨率较高，但在较高浓度范围内的响应之间存在一些交叉，这可能是因为化学传感器在接近其饱和极限的情况下工作。
实例7：具有可变气体体积/流速的丙酮检测系统
将羟胺盐酸盐和加酸显色指示剂添加到测试条中。用水预润湿测试条。将包括各种浓度的丙酮的气体样品以0.5升/分钟或0.75升/分钟的流速暴露于吸收剂材料持续30秒。使用分光光度计测量传感器响应。图24中的结果表明，响应随气体中的丙酮浓度的变化而变化，但响应并未随气体流速(或体积)的变化而变化。
所述图表说明，将气体体积增加50％不会显著改变传感器响应，并且不同浓度下的响应(对于特定的流速)不会重叠。尽管不同的气体体积不会产生相同的结果，但是丙酮浓度较低的较高体积样品显然不会产生与酮浓度较高的较低体积样品相同的响应。换句话说，酮检测系统基本上与流体体积无关。
实例8：具有弱碱的丙酮检测系统
实例6中描述的丙酮检测系统可以通过向测试条添加弱碱来进行调整。使用碳酸氢钠进行碱基调整提高了较高浓度范围内样品的分辨率和准确度。图25示出了在测试条上进行碱基调整的传感器响应。测试的准确度可以通过误差条的范围或存在来估计，所述误差条与具有不同气体浓度的样品相互交叉，在这种情况下，系统不能基于传感器读数来区分浓度。图25中的结果表明，与图23的显示40和50ppm处的一些交叉的结果相比，在高浓度范围内添加弱碱可以达到更高的准确度。在具有碱基调整的示例系统中(图25)，低浓度范围内的分辨率为2ppm，并且测试的高浓度范围内的分辨率为5ppm。
实例9：丙酮传感器
图26示出了具有矩形形状并使用1.08molL-1羟胺盐酸盐溶液的示例传感器的位置随时间变化绘制的响应(即指示剂的吸收光谱的变化)。使用TCS230颜色传感器来检测在传感器暴露于具有浓度为50ppm的丙酮的流体之后的前40秒内红色随时间的变化。
基于本发明的用于实现呼气酮测量的原型结构可以变化。通常，其可以分为两类，有空气储存和没有空气储存，即穿过途径。前者要求用户向中间储存袋中呼气，以容纳指定量的呼气。袋子被装满之后，呼气以受控的流速经过吸附剂材料，以产生如前所述的信号响应(即指示剂的吸收光谱的变化)。后者要求用户直接在传感器上呼气而无需使用中间储存装置，可以控制或测量患者提供的呼气的体积，以通过装置产生的信号响应进行校准。
实例10：具有羟胺盐酸盐和ISFET pH传感器的丙酮检测系统。
基于ISFEST pH传感器的使用进行了实验研究。氢离子感测层由氮化硅构成，并且参考电极由氯化钾溶液中含有的Ag/AgCl构成(类似于图15(a)中描绘的装置设计)。在26℃下在65％湿度下进行测试。在实验中，在羟胺盐酸盐溶液暴露于由空气和丙酮的混合物组成的气体之前将其添加到吸附剂材料条上。在测试中使用了三种浓度的丙酮气体(75、150和300ppm)，气体流速为1.2升/分钟，暴露时间为30秒。反应完成后，将蒸馏水添加到条上。将ISFET传感器和参考电极两者附接到条上，以产生电压读数。对于每种气体浓度，执行六次测量并取平均值，以最大程度地减少任何实验误差。图27示出了不同丙酮浓度下的测试结果。
从图27的结果可以看出，随着丙酮量的增加，ISFET传感器显示出电压下降。这是由于通过丙酮与羟胺盐酸盐反应生成H3O+而导致的H3O+的量增加。传感器展现了取决于气体样品中丙酮浓度的电压差。装置的分辨率定义如下：
分辨率＝丙酮浓度(ppm)/传感器响应
装置的分辨率为约2.65ppm/mV。
技术人员将理解，在不会给用于确定多种其它分析物浓度的传感器、系统和方法带来不当负担的情况下，可以调整本文所公开的关于用于确定含羰基化合物(例如丙酮)样品浓度的传感器、系统和方法的实例。
本文公开了以下形式：
A1.一种用于确定流体中的分析物的浓度的系统，所述系统包括：
传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及
采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述分析物的浓度。
A2.根据形式A1所述的系统，其中所述差分响应是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。
A3.根据形式A1或A2所述的系统，其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。
A4.根据形式A3所述的系统，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度而变化。
A5.根据形式A4所述的系统，其中所述多个检测位置沿所述传感器的长度等距地间隔开。
A6.根据形式A4或A5所述的系统，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度单调地变化。
A7.根据形式A4到A6中任一项所述的系统，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度线性地或对数地变化。
A8.根据形式A3到A7中任一项所述的系统，其中所述传感器包括多个离散区域，每个离散区域对所述分析物具有不同的灵敏度。
A9.根据形式A3到A8中任一项所述的系统，其中所述传感器包括检测表面上的涂层，所述涂层对所述分析物具有空间差分的渗透性。
A10.根据形式A3到A9中任一项所述的系统，其中所述传感器包括对所述分析物具有不同灵敏度的至少三个检测位置。
A11.根据形式A1到A10中任一项所述的系统，其中所述采集装置包括处理器，所述处理器被配置成利用传感器对分析物的差分响应来计算分析物的浓度。
A12.根据形式A1到A11中任一项所述的系统，其中所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；并且
所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述分析物的浓度：
●当所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平时：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●当所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平时：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；以及
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
A13.根据形式A1到A12中任一项所述的系统，其进一步包括流动通道或分析室，其中所述传感器安置在所述流动通道或分析室内。
A14.根据形式A13所述系统，其进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测进入所述分析室或通过所述流动通道的流体的流速。
A15.根据形式A13或A14所述的系统，其进一步包括体积控制器，所述体积控制器被配置成控制和/或监测进入到所述分析室或穿过所述流动通道的流体的体积。
A16.根据形式A1到A15中任一项所述的系统，其中所述分析物是饮食、疾病或病症的生物标志物。
A17.根据形式A1到A16中任一项所述的系统，其中所述分析物是金属、蛋白质、抗体或有机小分子。
A18.根据形式A1到A17中任一项所述的系统，其中所述分析物是丙酮，并且所述传感器包括能够与丙酮反应的化合物。
A19.根据形式A18所述的系统，其中所述化合物选自由以下组成的组：羟胺、羟胺盐、胺、醇和其组合。
A20.一种确定流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：
将所述流体暴露于传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述分析物的差分响应。
A21.根据形式A20所述的方法，其进一步包括利用所述传感器对所述分析物的所述差分响应来计算所述分析物的浓度的步骤。
A22.根据形式A21所述的方法，其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；并且
其中所述计算至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的所述检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的所述检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的所述检测位置中的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
A23.根据形式A21所述的方法，其中所述差分响应是时间差分的，并且其中所述计算利用以下中的至少一项或多项：
在所述流体暴露于所述传感器之后，所述传感器上的至少一个位置达到预定响应水平所需的时间；以及
在所述流体暴露于所述传感器之后的预定时间，所述传感器上的至少一个位置的响应水平。
A24.根据形式A20到A23中任一项所述的方法，其进一步包括将所述流体穿过流动通道，或者进入到安置所述传感器的分析室中。
A25.一种用于感测流体中的分析物的浓度的传感器，所述传感器被配置成对分析物的恒定浓度产生差分响应。
A26.根据形式A25所述的传感器，其中所述差分响应是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。
A27.根据形式A25或A26所述的传感器，其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。
A28.根据形式A27所述的传感器，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度而变化。
A29.根据形式A28所述的传感器，其中所述多个检测位置沿所述传感器的长度等距地间隔开。
A30.根据形式A28或A29所述的传感器，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度单调地变化。
A31.根据形式A28到A30中任一项所述的传感器，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度线性地或对数地变化。
A32.根据形式A27到A31中任一项所述的传感器，其包括多个离散区域，每个离散区域对所述分析物具有不同的灵敏度。
A33.根据形式A27到A32中任一项所述的传感器，其包括检测表面上的涂层，所述涂层对所述分析物具有空间差分的渗透性。
A34.根据形式A27到A33中任一项所述的传感器，其包括对所述分析物具有不同灵敏度的至少三个检测位置。
A35.根据形式A25到A34中任一项所述的传感器，其中所述分析物是饮食、疾病或病症的生物标志物。
A36.根据形式A25到A35中任一项所述的传感器，其中所述分析物是金属、蛋白质、抗体或有机小分子。
A37.根据形式A25到A36中任一项所述的传感器，其中所述分析物是丙酮，并且所述传感器包括能够与丙酮反应的化合物。
A38.根据形式A37所述的传感器，其中所述化合物选自由以下组成的组：羟胺、羟胺盐、胺、醇和其组合。
B1.一种用于确定流体中的含羰基化合物的浓度的装置，所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂，由此将所述流体暴露于所述吸附剂材料会产生所述指示剂的吸收光谱的变化；
检测器，所述检测器用于测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述指示剂的吸收光谱的变化来计算流体中的含羰基化合物的浓度。
B2.根据形式B1所述的装置，其进一步包括多个电极，所述多个电极被配置成在所述吸附剂材料的表面上施加电场，以使一种或多种带电物质集中在所述吸附剂材料上和/或中。
B3.根据形式B1或B2所述的装置，其进一步包括检测区域，所述检测区域与所述吸附剂材料流体连接并且光学耦合到所述检测器。
B4.根据形式B1到B3中任一项所述的装置，其中所述吸附剂材料包括多个暴露区域，所述多个暴露区域对所述含羰基化合物具有不同的灵敏度。
B5.根据形式B1到B4中任一项所述的装置，其中所述吸附剂材料具有暴露于所述流体的暴露表面，所述暴露表面包括对含羰基化合物具有空间差分渗透性的涂层。
B6.根据形式B1到B5中任一项所述的装置，其中所述检测器是CCD、有源像素传感器或其杂合体。
B7.根据形式B1到B6中任一项所述的装置，其中所述吸附剂材料进一步包括吸附在其上和/或其中的弱碱。
B8.根据形式B7所述的装置，其中所述碱基选自由以下组成的组：碳酸氢盐、氨、苯胺、酚盐和其混合物。
B9.根据形式B1到B8中任一项所述的装置，其中所述任选地经取代的羟胺盐可以选自由以下组成的组：羟胺盐酸盐、硫酸羟胺、O-苄基羟胺盐酸盐、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
B10.根据形式B1到B9中任一项所述的装置，其中所述指示剂是加酸显色指示剂。
B11.根据形式B10所述的装置，其中所述加酸显色指示剂选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、甲基绿、甲基紫、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺和其混合物。
B12.根据形式B1到B11中任一项所述的装置，其中所述指示剂的吸收光谱的变化是所述指示剂的吸收最大值的变化。
B13.根据形式B12所述的装置，其中所述指示剂的吸收最大值的变化包括波长的变化。
B14.根据形式B12或B13所述的装置，其中所述指示剂的吸收最大值的变化包括强度的变化。
B15.根据形式B1到B14中任一项所述的装置，其中所述流体是气体和/或蒸气。
B16.根据形式B1到B15中任一项所述的装置，其中所述流体是呼气。
B17.根据形式B1到B16中任一项所述的装置，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。
B18.根据形式B1到B17中任一项所述的装置，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
B19.根据形式B1到B18中任一项所述的装置，其进一步包括中和室，所述中和室包括能够中和吸附在所述吸附剂材料上和/或中的化合物的中和试剂。
B20.一种确定流体中的含羰基化合物的浓度的方法，所述方法包括：
(a)将所述流体暴露于任选地经取代的羟胺盐和指示剂以产生指示剂的吸收光谱的变化，其中所述任选地经取代的羟胺盐和指示剂被吸附在吸附剂材料中和/或上；
(b)测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
(c)根据所述指示剂的吸收光谱的变化来确定所述流体中的含羰基化合物的浓度。
B21.根据形式B20所述的方法，其中所述任选地经取代的羟铵盐和/或所述指示剂与弱碱接触。
B22.根据形式B21所述的方法，其中所述弱碱选自由以下组成的组：碳酸氢盐、氨、苯胺、酚盐和其混合物。
B23.根据形式B20到B22中任一项所述的方法，其中所述吸收光谱的变化基本上与暴露于所述任选地经取代的羟胺盐和指示剂的流体的体积无关。
B24.根据形式B20到B23中任一项所述的方法，其中所述任选地经取代的羟胺盐可以选自由以下组成的组：羟胺盐酸盐、硫酸羟胺、O-苄基羟胺盐酸盐、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
B25.根据形式B20到B24中任一项所述的方法，其中所述指示剂是加酸显色指示剂。
B26.根据形式B25所述的方法，其中所述加酸显色指示剂的吸收光谱在操作pH范围内单调地变化。
B27.根据形式B25或B26所述的方法，其中所述加酸显色指示剂可以选自由以下组成的组：甲基橙、甲基红、甲基黄、氯酚红、溴甲酚绿、刚果红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲酚红、间甲酚紫、孔雀石绿、乙基紫、结晶紫、2,4-二硝基苯酚、橙IV、赤藓红B、p-(苯基偶氮)二苯胺、p-苯基偶氮苯胺和其混合物。
B28.根据形式B20到B27中任一项所述的方法，其中所述指示剂的吸收光谱的变化是所述指示剂的吸收最大值的变化。
B29.根据形式B28所述的方法，其中所述指示剂的吸收最大值的变化包括波长的变化。
B30.根据形式B28或B29所述方法，其中所述指示剂的吸收最大值的变化包括强度的变化。
B31.根据形式B20到B30中任一项所述的方法，其中所述流体是气体和/或蒸气。
B32.根据形式B20到B31中任一项所述的方法，其中所述流体是呼气。
B33.根据形式B20到B32中任一项所述的方法，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。
B34.根据形式B20到B33中任一项所述的方法，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
B35.用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途，
其中，所述装置能够确定患者的呼气样品中丙酮的浓度，并且所述装置包括：
吸附剂材料，所述吸附剂材料具有吸附在其中和/或其上的任选地经取代的羟胺盐和指示剂，由此将所述呼气样品暴露于所述吸附剂材料会产生所述指示剂的吸收光谱的变化；
检测器，所述检测器用于测量所述指示剂的吸收光谱的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述指示剂的吸收光谱的变化来计算呼气样品中的丙酮的浓度。
B36.一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据形式B32所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及
(c)如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
B37.一种诊断患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据形式B32所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；以及
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
C1.一种用于确定流体中的含羰基化合物的浓度的装置，所述装置包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述流体暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
C2.根据形式C1所述的装置，其中所述变量是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。
C3.根据形式C2所述的装置，其中所述离子浓度是水合氢离子浓度。
C4.根据形式C1到C3中任一项所述的装置，其中所述液体体积为约1mL或更小。
C5.根据形式C1到C4中任一项所述的装置，其中所述装置进一步包括吸附剂材料，由此任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐被吸附在吸附剂材料中和/或上。
C6.根据形式C1到C5中任一项所述的装置，其中不使用滴定法测量所述变量的变化。
C7.根据形式C1到C6中任一项所述的装置，其中所述检测器是离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
C8.根据形式C1到C7中任一项所述的装置，其进一步包括流量控制器，所述流量控制器被配置成控制和/或监测暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的流体的体积。
C9.根据形式C1到C8中任一项所述的装置，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
C10.根据形式C1到C9中任一项所述的装置，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
C11.根据形式C1到C10中任一项所述的装置，其中所述流体是气体和/或蒸气。
C12.根据形式C1到C11中任一项所述的装置，其中所述流体是呼气。
C13.根据形式C1到C12中任一项所述的装置，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。
C14.根据形式C1到C13中任一项所述的装置，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
C15.一种用于确定流体中的含羰基化合物的浓度的方法，所述方法包括：
(a)在存在液体的情况下将所述流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(b)测量所述变量的变化；以及
(c)根据所述变量的变化来确定所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
C16.根据形式C15所述的方法，其中所述变量是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。
C17.根据形式C16所述的方法，其中所述离子浓度是水合氢离子浓度。
C18.根据形式C15到C17中任一项所述的方法，其中所述液体体积为约1mL或更小。
C19.根据形式C15到C18中任一项所述的方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐被吸附在吸附剂材料中和/或上。
C20.根据形式C15到C19中任一项所述的方法，其中不使用滴定法测量所述变量的变化。
C21.根据形式C15到C20中任一项所述的方法，其中使用以下来测量所述变量的变化：离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
C22.根据形式C15到C21中任一项所述的方法，其进一步包括控制和/或监测暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的流体的体积。
C23.根据形式C15到C22中任一项所述的方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐选自式(I)的化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
C24.根据形式C15到C23中任一项所述的方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
C25.根据形式C15到C24中任一项所述的方法，其中所述流体是气体和/或蒸气。
C26.根据形式C15到C25中任一项所述的方法，其中所述流体是呼气。
C27.根据形式C15到C26中任一项所述的方法，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：酮、醛、酯、硫酯、酰胺和羧酸。
C28.根据形式C15到C27中任一项所述的方法，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
C29.用于诊断和/或管理患者的糖尿病的装置的用途，其中所述装置能够确定所述患者的呼气样品中丙酮的浓度，并且所述装置包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述呼气暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度。
C30.一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据形式C26所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及
(c)如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
C31.一种用于帮助诊断患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据形式C26所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；以及
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
应当理解，尽管出于说明的目的已经在本文中描述了本发明的具体实施例，但是可以在不脱离如以下权利要求中所限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。
Claims (42)
1.一种用于确定流体中的分析物的浓度的系统，所述系统包括：
传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及
采集装置，所述采集装置被配置成根据所述差分响应确定所述分析物的浓度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述差分响应是时间差分的，由此所述响应随时间推移而变化。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应，所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度而变化。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个检测位置沿所述传感器的长度等距地间隔开。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度单调地变化。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其中对所述分析物的灵敏度沿所述传感器的长度线性地或对数地变化。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的系统，其中所述传感器包括多个离散区域，每个离散区域对所述分析物具有不同的灵敏度。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的系统，其中所述传感器包括检测表面上的涂层，所述涂层对所述分析物具有空间差分的渗透性。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的系统，其中所述传感器包括对所述分析物具有不同灵敏度的至少三个检测位置。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；并且
所述采集装置被配置成至少利用以下来计算所述分析物的浓度：
●当所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平时：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●当所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平时：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；以及
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其进一步包括流动通道或分析室，其中所述传感器安置在所述流动通道或分析室内。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述分析物是含羰基化合物。
14.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述传感器包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述流体暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；并且
所述采集装置包括：
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
15.根据权利要求14或15所述的系统，其中所述传感器包括吸附剂材料，由此所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐被吸附在所述吸附剂材料之中和/或之上。
16.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括多个电极，所述多个电极被配置成在所述吸附剂材料的表面上施加电场，以使一种或多种带电物质集中在所述吸附剂材料之上和/或之中。
17.根据权利要求15或16所述的系统，其中所述吸附剂材料进一步包括吸附在其上和/或其中的弱碱。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的系统，其包括指示剂，所述指示剂被吸附在所述吸附剂材料之中和/或之上。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的系统，其中所述检测器是离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
20.一种确定流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：
将所述流体暴露于传感器，所述传感器被配置成对所述分析物的恒定浓度产生差分响应；以及
测量所述传感器对所述分析物的差分响应。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括利用所述传感器对所述分析物的所述差分响应来计算所述分析物的浓度的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述差分响应是空间差分的，由此所述传感器被配置成在所述传感器上的多个检测位置处对所述分析物做出响应；所述检测位置对所述分析物具有不同的灵敏度；并且
其中所述计算至少利用以下：
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置的所有位置处达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最小灵敏度的检测位置处所述传感器随时间变化对所述分析物的响应；
●如果所述传感器在所述传感器上的所述多个检测位置中的任一个位置处未达到饱和响应水平：
在所述传感器上对所述分析物具有最大灵敏度的检测位置处所述传感器对所述分析物的响应；或者
●如果所述传感器对所述分析物做出响应以在所述传感器上的所述多个检测位置中的一些而不是全部位置处达到饱和响应水平：
以下中的一项或多项：
所述传感器上达到饱和响应水平的检测位置的数量与所述传感器上未达到饱和响应水平的检测位置的数量的比率，
所述传感器上达到饱和响应水平的至少一个检测位置达到饱和响应水平所需的时间，以及
针对所述传感器上未达到饱和响应水平的至少一个检测位置，所述传感器对所述分析物的响应。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述差分响应是时间差分的，并且其中所述计算利用以下中的至少一项或多项：
在所述流体暴露于所述传感器之后，所述传感器上的至少一个位置达到预定响应水平所需的时间；以及
在所述流体暴露于所述传感器之后的预定时间，所述传感器上的至少一个位置的响应水平。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述分析物是含羰基化合物。
25.根据权利要求24所述的方法，其包括
(d)在存在液体的情况下将所述流体暴露于任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，以产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
(e)测量所述变量的变化；以及
(f)根据所述变量的变化来确定所述流体中的所述含羰基化合物的浓度。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐被吸附在所述吸附剂材料之中和/或之上。
27.根据权利要求26所述的方法，其中指示剂被吸附在所述吸附剂材料之中和/或之上。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐和/或所述指示剂与弱碱接触。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中所述变量的变化基本上与暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的所述流体的体积无关，和/或所述变量的变化基本上与暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐的所述流体的流速无关。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法，其中使用以下来测量所述变量的变化：离子敏感场效应晶体管(ISFET)、化学电阻传感器、电位传感器、光谱传感器、比色传感器、荧光传感器、热传感器或其组合。
31.根据权利要求14至19和25至30中任一项所述的系统或方法，其中所述变量是吸光度、荧光、电阻、离子浓度、温度、电压或电流。
32.根据权利要求31所述的系统或方法，其中所述离子浓度是水合氢离子浓度。
33.根据权利要求14至19和25至32中任一项所述的系统或方法，其中所述液体体积为约1mL或更小。
34.根据权利要求14至19和25至33中任一项所述的系统或方法，其中不使用滴定法测量所述变量的变化。
35.根据权利要求14至19和25至34中任一项所述的系统或方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐选自式(I)化合物：
[Rm-Y-NH3 +]nXp 式(I)
其中Y＝O或N；
m＝1、2或3；
n＝1、2或3；
p＝1、2或3；
R独立地选自由以下组成的组：氢、卤素、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的环杂烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的环烯基、任选地经取代的烷基芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基杂芳基和任选地经取代的杂芳基；其中所述任选地经取代的烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、烯基、环烯基、烷基芳基、芳基、烷基杂芳基或杂芳基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤素、羟基、硫醇、氨基、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、杂烷基、烷基芳基和烷基杂芳基；并且
X是阴离子。
36.根据权利要求14至19和25至35中任一项所述的系统或方法，其中所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐选自由以下组成的组：氯化羟胺、硫酸羟胺、叠氮化羟胺、O-苯基氯化羟胺、O-苯基硫酸羟胺、O-苯基叠氮化羟胺、苦味酸羟胺、苯磺酸羟胺、苯亚磺酸羟胺、羟胺1-磺丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、氯化肼、硫酸肼、硫酸氢肼、硫酸氢肼、叠氮化肼、硫酸双正肼(hydrazinediium sulfate)、双正肼双(6-羧基哒嗪-3-羧酸盐)、磷酸羟胺、硝酸羟胺和其混合物。
37.根据权利要求13至19和24至36中任一项所述的系统或方法，其中所述含羰基化合物选自由以下组成的组：乙酰乙酸酯、丁醛、4-羟基-2-己烯醛、乙酸乙酯、乙酸、4-羟基-2-壬烯醛、2-戊酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、羟基乙醛、乙醛、戊醛、丙二醛、丙烯醛、β-羟基丁酸酯和丙酮。
38.根据权利要求1至37中任一项所述的系统或方法，其中所述流体是呼气。
39.一种用于感测流体中的分析物的浓度的传感器，所述传感器如根据权利要求1至19和31至38中任一项所定义。
40.一种系统的用途，其用于诊断和/或管理患者的糖尿病，其中所述系统能够确定所述患者的呼气样品中的丙酮的浓度，并且所述系统包括：
任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐，由此在存在液体的情况下将所述呼气暴露于所述任选地经O-取代的羟铵盐或任选地经N-取代的肼盐会产生变量的变化，所述变量取决于所述液体的pH；
检测器，所述检测器用于测量所述变量的变化；以及
处理器，所述处理器被配置成根据所述变量的变化来计算所述呼气中的所述丙酮的浓度。
41.一种根据糖尿病治疗计划管理患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据权利要求37所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较；以及
(c)如果所述丙酮浓度超出所述丙酮浓度参考范围，则调整所述糖尿病治疗计划。
42.一种用于帮助诊断患者的糖尿病的方法，所述方法包括：
(a)使用根据权利要求37所述的方法来确定所述患者的呼气样品的丙酮浓度；以及
(b)将所述丙酮浓度与参考丙酮浓度范围进行比较以确定所述患者是否患有糖尿病。
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