CN116368238A - 用于检测病原体的系统、设备和方法 - Google Patents
用于检测病原体的系统、设备和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116368238A CN116368238A CN202180074093.0A CN202180074093A CN116368238A CN 116368238 A CN116368238 A CN 116368238A CN 202180074093 A CN202180074093 A CN 202180074093A CN 116368238 A CN116368238 A CN 116368238A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- sample
- pathogen
- reservoir
- protein
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 244000052769 pathogen Species 0.000 title claims abstract description 283
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 61
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 claims abstract description 232
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 178
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 176
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 claims abstract description 102
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 90
- 241000700605 Viruses Species 0.000 claims abstract description 49
- 101710172711 Structural protein Proteins 0.000 claims abstract description 19
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 333
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 134
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 117
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 112
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 103
- 230000027455 binding Effects 0.000 claims description 95
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 claims description 93
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 79
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 claims description 77
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 74
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 claims description 70
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 54
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 53
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 47
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 230000009870 specific binding Effects 0.000 claims description 45
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 41
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 39
- 241000711573 Coronaviridae Species 0.000 claims description 37
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 35
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 35
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims description 33
- 241001678559 COVID-19 virus Species 0.000 claims description 29
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 29
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 29
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 28
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 27
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 27
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 22
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 20
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 19
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 18
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 18
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 18
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 18
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 18
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 9
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 7
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 6
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 claims description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 5
- 241000712461 unidentified influenza virus Species 0.000 claims description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 3
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 claims description 2
- RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N Methicillin Chemical compound COC1=CC=CC(OC)=C1C(=O)N[C@@H]1C(=O)N2[C@@H](C(O)=O)C(C)(C)S[C@@H]21 RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N 0.000 claims 2
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 claims 2
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 claims 2
- 229960003085 meticillin Drugs 0.000 claims 2
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 claims 1
- 241001115402 Ebolavirus Species 0.000 claims 1
- 206010035148 Plague Diseases 0.000 claims 1
- 241000713124 Rift Valley fever virus Species 0.000 claims 1
- 206010041925 Staphylococcal infections Diseases 0.000 claims 1
- 241000907316 Zika virus Species 0.000 claims 1
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 claims 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims 1
- 208000015688 methicillin-resistant staphylococcus aureus infectious disease Diseases 0.000 claims 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 106
- 229920002477 rna polymer Polymers 0.000 description 99
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 75
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 73
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 73
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 33
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 25
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 15
- 241000315672 SARS coronavirus Species 0.000 description 14
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 10
- 108020005187 Oligonucleotide Probes Proteins 0.000 description 9
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 9
- 239000002751 oligonucleotide probe Substances 0.000 description 9
- 108090000975 Angiotensin-converting enzyme 2 Proteins 0.000 description 8
- 101710198474 Spike protein Proteins 0.000 description 8
- 108010067390 Viral Proteins Proteins 0.000 description 8
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 8
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 102000053723 Angiotensin-converting enzyme 2 Human genes 0.000 description 7
- 101710141454 Nucleoprotein Proteins 0.000 description 7
- 108010003723 Single-Domain Antibodies Proteins 0.000 description 7
- 108020000999 Viral RNA Proteins 0.000 description 7
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 7
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 7
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 7
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 7
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 description 7
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 102100031673 Corneodesmosin Human genes 0.000 description 6
- 101710139375 Corneodesmosin Proteins 0.000 description 6
- 201000003176 Severe Acute Respiratory Syndrome Diseases 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 6
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 6
- 238000002331 protein detection Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 102000040650 (ribonucleotides)n+m Human genes 0.000 description 5
- 108060004795 Methyltransferase Proteins 0.000 description 5
- 229940096437 Protein S Drugs 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 5
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N Guanidine Chemical compound NC(N)=N ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012981 Hank's balanced salt solution Substances 0.000 description 4
- 108090001074 Nucleocapsid Proteins Proteins 0.000 description 4
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 4
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 4
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000011901 isothermal amplification Methods 0.000 description 4
- 230000020978 protein processing Effects 0.000 description 4
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 4
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 4
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 3
- NOIRDLRUNWIUMX-UHFFFAOYSA-N 2-amino-3,7-dihydropurin-6-one;6-amino-1h-pyrimidin-2-one Chemical compound NC=1C=CNC(=O)N=1.O=C1NC(N)=NC2=C1NC=N2 NOIRDLRUNWIUMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108091005774 SARS-CoV-2 proteins Proteins 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- YQOKLYTXVFAUCW-UHFFFAOYSA-N guanidine;isothiocyanic acid Chemical compound N=C=S.NC(N)=N YQOKLYTXVFAUCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 3
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- APKFDSVGJQXUKY-KKGHZKTASA-N Amphotericin-B Natural products O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1C=CC=CC=CC=CC=CC=CC=C[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 APKFDSVGJQXUKY-KKGHZKTASA-N 0.000 description 2
- 102100030988 Angiotensin-converting enzyme Human genes 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 2
- 102000004533 Endonucleases Human genes 0.000 description 2
- 108010042407 Endonucleases Proteins 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108060002716 Exonuclease Proteins 0.000 description 2
- 229910004042 HAuCl4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000725303 Human immunodeficiency virus Species 0.000 description 2
- CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N N-methyl-guanidine Natural products CNC(N)=N CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BELBBZDIHDAJOR-UHFFFAOYSA-N Phenolsulfonephthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2S(=O)(=O)O1 BELBBZDIHDAJOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 2
- 101710118046 RNA-directed RNA polymerase Proteins 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 2
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- APKFDSVGJQXUKY-INPOYWNPSA-N amphotericin B Chemical compound O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 APKFDSVGJQXUKY-INPOYWNPSA-N 0.000 description 2
- 229960003942 amphotericin b Drugs 0.000 description 2
- 239000003429 antifungal agent Substances 0.000 description 2
- 229940121375 antifungal agent Drugs 0.000 description 2
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000009260 cross reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N dimethylaminoamidine Natural products CN(C)C(N)=N SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001548 drop coating Methods 0.000 description 2
- 241001493065 dsRNA viruses Species 0.000 description 2
- 102000013165 exonuclease Human genes 0.000 description 2
- 150000002343 gold Chemical class 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229960003151 mercaptamine Drugs 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002703 mutagenesis Methods 0.000 description 2
- 231100000350 mutagenesis Toxicity 0.000 description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229960003531 phenolsulfonphthalein Drugs 0.000 description 2
- 239000000256 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Substances 0.000 description 2
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 2
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 2
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 2
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N thymine Chemical group CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000007469 Actins Human genes 0.000 description 1
- 108010085238 Actins Proteins 0.000 description 1
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N Adenine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930024421 Adenine Natural products 0.000 description 1
- 102100035765 Angiotensin-converting enzyme 2 Human genes 0.000 description 1
- 208000025721 COVID-19 Diseases 0.000 description 1
- 241001573881 Corolla Species 0.000 description 1
- 102100027723 Endogenous retrovirus group K member 6 Rec protein Human genes 0.000 description 1
- 101710091045 Envelope protein Proteins 0.000 description 1
- 102000002090 Fibronectin type III Human genes 0.000 description 1
- 108050009401 Fibronectin type III Proteins 0.000 description 1
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 description 1
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 description 1
- 101000674278 Homo sapiens Serine-tRNA ligase, cytoplasmic Proteins 0.000 description 1
- 101710085938 Matrix protein Proteins 0.000 description 1
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000018697 Membrane Proteins Human genes 0.000 description 1
- 101710127721 Membrane protein Proteins 0.000 description 1
- 208000025370 Middle East respiratory syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 241001265320 Ovieda Species 0.000 description 1
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 description 1
- 108090000882 Peptidyl-Dipeptidase A Proteins 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010036790 Productive cough Diseases 0.000 description 1
- 102000029301 Protein S Human genes 0.000 description 1
- 108010066124 Protein S Proteins 0.000 description 1
- 101710188315 Protein X Proteins 0.000 description 1
- 102100040516 Serine-tRNA ligase, cytoplasmic Human genes 0.000 description 1
- 101000629318 Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 Spike glycoprotein Proteins 0.000 description 1
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 229960000643 adenine Drugs 0.000 description 1
- 238000003314 affinity selection Methods 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000007975 buffered saline Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- UFULAYFCSOUIOV-UHFFFAOYSA-N cysteamine Chemical compound NCCS UFULAYFCSOUIOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000151 cysteine group Chemical group N[C@@H](CS)C(=O)* 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000000104 diagnostic biomarker Substances 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 210000002919 epithelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002550 fecal effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 description 1
- 108020001507 fusion proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000037865 fusion proteins Human genes 0.000 description 1
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- ZJYYHGLJYGJLLN-UHFFFAOYSA-N guanidinium thiocyanate Chemical compound SC#N.NC(N)=N ZJYYHGLJYGJLLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IIRDTKBZINWQAW-UHFFFAOYSA-N hexaethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCOCCOCCOCCO IIRDTKBZINWQAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011528 liquid biopsy Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 1
- 125000004573 morpholin-4-yl group Chemical group N1(CCOCC1)* 0.000 description 1
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000013610 patient sample Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 238000002823 phage display Methods 0.000 description 1
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 1
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003757 reverse transcription PCR Methods 0.000 description 1
- 238000009666 routine test Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 230000000405 serological effect Effects 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 210000003802 sputum Anatomy 0.000 description 1
- 208000024794 sputum Diseases 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 208000011580 syndromic disease Diseases 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- RYYWUUFWQRZTIU-UHFFFAOYSA-K thiophosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=S RYYWUUFWQRZTIU-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940113082 thymine Drugs 0.000 description 1
- 229940070527 tourmaline Drugs 0.000 description 1
- 229910052613 tourmaline Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011032 tourmaline Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
- G01N33/56983—Viruses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
- G01N33/56911—Bacteria
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
- B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/04—Exchange or ejection of cartridges, containers or reservoirs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0689—Sealing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/16—Reagents, handling or storing thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/04—Closures and closing means
- B01L2300/041—Connecting closures to device or container
- B01L2300/044—Connecting closures to device or container pierceable, e.g. films, membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0609—Holders integrated in container to position an object
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
- B01L2300/0645—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
- B01L2300/0663—Whole sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0672—Integrated piercing tool
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0681—Filter
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
- B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
- B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
- B01L2300/0867—Multiple inlets and one sample wells, e.g. mixing, dilution
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0887—Laminated structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/12—Specific details about materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/18—Means for temperature control
- B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
- B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/18—Means for temperature control
- B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
- B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/18—Means for temperature control
- B01L2300/1894—Cooling means; Cryo cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
- B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
- B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
- B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
- B01L2400/0655—Valves, specific forms thereof with moving parts pinch valves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
- B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
- B01L2400/0683—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers mechanically breaking a wall or membrane within a channel or chamber
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2333/00—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
- G01N2333/005—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from viruses
- G01N2333/08—RNA viruses
- G01N2333/165—Coronaviridae, e.g. avian infectious bronchitis virus
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Hematology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Virology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
本申请公开一种用于检测样本中目标病原体(例如病毒或细菌)的传感器，其包括至少两个感测单元，其中一个感测单元被配置以检测与目标病原体相关的至少一种蛋白质(诸如结构蛋白)，且另一个感测单元被配置以检测与所述病原体(例如所述病原体特有的RNA片段)相关的至少一种遗传组分(例如RNA或DNA片段)。
Description
相关申请
本申请要求于2020年9月24日提交的美国临时专利申请号63/082,694和于2021年1月29日提交的美国临时专利申请号63/143,690的权益与优先权。这些在先申请的所有教导通过引用并入本文。
背景技术
用于检测样品中病原体的常规诊断试验(例如应用于生物和环境样品的RT-PCR试验)有各种缺点。例如，许多常规试验耗时，在临床实验室中可能需要使用昂贵设备，可能需要受过训练的人员来进行试验，可能是高成本的和/或可能易受供应链中断与缺乏所需专用试剂而受影响。此外，许多常规试验(诸如常规血清学试验)可能缺乏所需要的灵敏度，这可能导致产生大量的假阳性。
发明内容
本申请公开了用于检测样品中一种或多种目标病原体的系统以及相应的方法。所公开的系统以及相应的方法可以通过检测病原体的一种或多种蛋白质和一种或多种遗传组分(例如核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA))来鉴别样品中目标病原体的存在。本文中所公开的系统通过提供对检测病原体的全面、稳健、准确且快速的试验而克服现有常规试验的缺点。
在一些方面中，公开了用于检测与样本/样品中的病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种遗传组分的一次性盒。一次性盒包括盒框体，其包括：用于接收样本/样品的样品入口端口、被配置以检测与病原体相关的目标蛋白质的第一传感器、被配置以检测与病原体相关的目标遗传组分的第二传感器、用于储存供制备用于检测目标蛋白质的样品的蛋白质缓冲液的第一储液器、用于储存供制备用于检测遗传组分的样品的遗传缓冲液的第二储液器，其中蛋白质和遗传缓冲液之一的至少一种试剂不存在于另一缓冲液中，及至少一个释出机构，其耦合第一储液器和第二储液器以用于释出第一储液器的至少一部分液体以转移至第一传感器且用于释出第二储液器的至少一部分液体以转移至第二传感器。
根据本教导的盒可用于多种检测系统，诸如护理点(point-of-care，POC)诊断系统、用于监控和/或监测和/或诊断目的的高通量系统。
虽然以下讨论中描述了根据本教导的盒用于生物样本的分析，但应理解根据本教导的盒可用于分析多种不同类型的样本。例如，可使用盒来分析生物样本/样品(诸如液体生物活检样本和呼吸样品)以及环境样品(诸如空气样品和废水样品)。
盒可以包括第一样品转移流体通道，其自样品入口端口延伸至第一储液器的入口端口以将生物样本的至少第一部分转移至第一储液器，其中生物样本的第一部分与蛋白质缓冲液的相互作用产生第一处理样品。
盒还可以包括第二样品转移流体通道，其被配置以将生物样本的至少第二部分递送至第二储液器的入口端口，其中生物样本的第二部分与遗传缓冲液的相互作用产生第二处理样品。
盒可以包括第一样品递送流体通道以将第一处理样品转移至第一传感器。盒可以包括与第二储液器流体连通的扩增孔以接收从第二储液器释出的第二处理样品，其中扩增孔包括扩增一种或多种遗传组分所需的一种或多种试剂以产生经扩增的样品。
盒可以包括第二样品递送流体通道以将经扩增的样品递送至第二传感器。此外，盒包括热耦合至扩增孔的加热装置以及加热和冷却装置中的任一种。
可在根据本教导的盒中使用多种传感器。这类传感器的一些实例包含(但不限于)电化学传感器、光学传感器、比色法传感器等。
第一传感器和第二传感器各自可为电化学传感器。第一电化学传感器可以包括经展现与目标蛋白质特异性结合的第一亲合性结合元件官能化的工作电极，且第二电化学传感器可以包括经展现与目标遗传组分特异性结合的第二亲合性结合元件官能化的工作电极。
第一亲合性结合元件可以包括一种或一对匹配的抗体、一种或一对匹配的单抗体(monobody)、一种或一对匹配的纳米抗体、适体、SOMAmer、raptomer和megastar中的任一种，第二亲合性结合元件可以包括具有相对于目标遗传组分互补的寡核苷酸序列的寡核苷酸。备选地或额外地，目标遗传组分可以包括DNA和/或RNA片段中的任一种。
此外，生物样本可为液体生物活检样品。例如，生物样本可为唾液和/或血液样本。生物样本亦可为呼吸样品，其可使用呼吸收集装置来收集与浓缩。可使用根据本教导的盒来检测各种病原体，诸如病毒和细菌。例如，病毒可以是SARS-CoV-2。
此外，根据本教导的盒可以被配置以与系统的分析模块通讯以将由传感器产生的信号转移至分析模块。分析模块可以被配置以操作所接收的信号，从而确定目标病原体是否存在于所分析的样品中。
在一些实施方案中，第一传感器可以包括第一多个感测单元，其用于检测与病原体相关的多种不同目标蛋白质，使得感测单元各自被配置以检测多种目标蛋白质中的一种不同蛋白质。第二传感器可以包括第二多个感测单元，其用于检测与病原体相关的多种不同目标遗传组分，使得第二多个感测单元各自被配置以检测多种遗传组分中的一种不同遗传组分。第一多个感测单元可以包括多个电化学传感器，其各自经不同亲合性结合元件官能化，使得亲合性结合元件各自展现与不同目标蛋白质之一的特异性结合。此外，第二多个感测单元可以包括多个电化学传感器，其各自经不同亲合性结合元件官能化，使得亲合性结合元件各自展现与不同目标遗传组分之一的特异性结合。适当的亲合性结合元件的一些实例可以包括抗体、适体、SOMAmer、纳米抗体、单抗体(monobody)、megastar或其组合中的任一种。适用于检测目标病原体的遗传组分的亲合性结合元件的另一实例可以包括(但不限于)与相对于感兴趣的目标病原体具有互补核苷酸序列的寡核苷酸。
在一些实施方案中，根据本教导的盒可以包括至少一个透光的窗以允许光通入并入盒内的一个或多个孔和/或传感器。例如，在一些实施方案中，其中并入盒中的传感器为比色法传感器，诸如可允许目视检查传感器的透明窗。
备选地或额外地，盒框体可以包括聚合物层，其中并入上述各种储液器和传感器。例如，在一些实施方案中，聚合物层可由PDMS或聚氨酯形成，但也可使用任何其他适合的聚合物。
在相关的方面中，公开用于检测与样本/样品中病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种遗传组分的一次性盒，其包括具有用于接收生物样本的样品接收孔的盒框体、用于储存供制备用于检测目标蛋白质的样本/样品的蛋白质缓冲液的第一储液器、用于储存供制备用于检测遗传组分的样品的遗传缓冲液的第二储液器，其中蛋白质和遗传缓冲液中至少一个的至少一种试剂不存在于另一缓冲液中。盒可进一步包括第一样品处理孔和第二样品处理孔，第一样品处理孔与样品接收孔和第一储液器流体连通以接收所收集样品的第一部分和至少一部分蛋白质缓冲液，其中样品与蛋白质缓冲液的相互作用产生第一处理样品，第二样品处理孔与样品接收孔和第二储液器流体连通以接收样品的第二部分和至少一部分遗传缓冲液，其中样品的第二部分与遗传缓冲液的相互作用产生第二处理样品。第一传感器与第一样品处理孔流体连通以接收第一处理样品以检测与病原体相关的目标蛋白质，且第二传感器与第二样品处理孔流体连通以接收第二处理样品以检测与病原体相关的目标遗传组分。
如上所讨论，盒可用于多种检测系统，诸如护理点(POC)诊断系统、用于监控和/或监测和/或诊断目的的高通量系统。
虽然以下讨论中描述了根据本教导的盒用于生物样本的分析，但应理解根据本教导的盒可用于分析多种不同类型的样本。例如，可使用盒来分析生物样本/样品(诸如液体生物活检样本和呼吸样品)以及环境样品(诸如空气样品和废水样品)。
在一些实施方案中，探针可以是适体、SOMAmer、抗体和/或raptomer、纳米抗体、单抗体、megastar或其组合。
在另一方面中，公开一种用于检测生物样本(诸如，呼吸样品)中的目标病原体(例如病毒或细菌)的传感器，其包括至少两个感测单元，其中一个感测单元被配置以检测与目标病原体相关的至少一种蛋白质(诸如结构蛋白)，而另一个感测单元被配置以检测与病原体(例如该病原体特有的RNA和/或DNA片段)相关的至少一种RNA或DNA片段。传感器可以包括具有用于接收样本的腔室。样本可为待检测的个体所呼出的一份或多份呼吸样品。样本可为在与盒附接或脱离的样本收集管中收集的唾液、痰、鼻腔分泌物(鼻腔或鼻咽部)。位于腔室中的储液器可以包括用于处理样品的一种或多种样品处理试剂。储液器可在易碎裂性膜与阀之间形成，所述阀可被致动以将经处理的样品递送到感测单元。如以下更详尽的讨论，可使用样品递送装置来刺破易碎裂性膜以将样品递送到储液器。
如以下更详尽的讨论，在一些实施方案中，储液器可以包括两个腔室，其通过隔板彼此分开，其中在一个腔室中储存一种或多种样品处理试剂用于处理样品以检测至少一种目标蛋白质(在本文中该样品处理试剂亦称为“蛋白质处理缓冲液”)，且在另一个腔室中储存一种或多种样品处理试剂用于处理样品以检测至少一种目标RNA和/或DNA片段(在本文中该样品处理试剂通常称为“RNA/DNA处理缓冲液”或“遗传处理缓冲液”)。同样地，可刺破覆盖腔室的易碎裂性膜以允许将一份或多份样品(例如呼吸样品)引入至两个腔室中。
各腔室可以包括经由一个或多个流体通道流体耦合至各自感测单元的出口。更具体地，储存蛋白质处理缓冲液的腔室经由流体管线耦合至一个或多个感测单元，其经本文中所讨论的方法配置以检测与目标病原体相关的至少一种蛋白质，和储存RNA/DNA处理缓冲液的腔室经由另一流体管线耦合至一个或多个感测单元，其经本文中所讨论的方法配置以检测目标病原体的一种或多种RNA和/或DNA序列(通常是该病原体特有的片段)。分析仪可接收由感测单元产生的信号以确定目标病原体是否存在于样品中。更具体地，当蛋白质检测和RNA/DNA检测感测单元均提供阳性信号(即，指示蛋白质和RNA/DNA片段存在的信号)，分析仪可指示目标病原体存在于样品中。根据下文详细描述的各种实施方案，感测单元可呈电化学分析电池的形式。
上述传感器可耦合至呼吸收集装置，所述呼吸收集装置包括口鼻器和管，所述口鼻器用于与使用者的呼吸道接合以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，所述管与用于接收一份或多份呼吸样品的口鼻器流体连通，其中所述管被配置以与传感器接合以将一份或多份呼吸样品递送至传感器。在将管的远端部插入传感器的腔室内时，远端部可刺破覆盖储液器的聚合物封膜，由此允许所收集的呼吸样品被引入至储液器内。
在相关的方面中，所公开的传感器包括具有第一部分和第二部分的外壳，以及位于这些部分之间的控制阀以控制流体在这些部分之间的流动。第一部分提供具有开口的腔室，该开口用于接收呼吸收集装置的管，用于将由个体呼出的一份或多份呼吸样品递送至该腔室内。位于腔室中的储液器可储存一种或多种样品处理试剂。储液器可以包括易碎裂性膜，其被配置以通过将管插入腔室内而被刺破，由此允许呼吸样品与储存在储液器中的试剂混合。至少一个电化学分析电池位于外壳的第二部分中。耦合控制阀的致动器可以控制阀以允许呼吸样品与样品处理试剂的混合物被递送至电化学分析电池，其中该电化学电池被配置在至少一种目标病原体存在于该一份或多份呼吸样品时产生物检测信号。
电化学分析电池可以包括工作电极(本文中也称为感测电极)、对电极和参比电极。工作电极可以本文中讨论的方式官能化以配置电化学分析电池检测与目标病原体相关的一种或多种蛋白质或一种或多种RNA和/或DNA片段。更具体地，至少一种适体或至少一种寡核苷酸可以偶联至工作电极，其中该至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，至少一种寡核苷酸包含与病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
在一些实施方案中，在工作电极上设置多个碳纳米管，其中多个碳纳米管经至少一种适体官能化，该至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，或经至少一种寡核苷酸官能化，寡核苷酸具有与该病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
在一些实施方案中，序列特异性寡核苷酸或蛋白质特异性适体将经由寡核苷酸DNA锚而锚定至SWCNT。例如，可使用8-15个AT(腺嘌呤、胸腺嘧啶)重复序列作为DNA锚以将寡核苷酸附接至SWCNT(用于识别病原体的基因组中的特异性序列)，或将适体附接至SWCNT(用于识别病原体的特定蛋白质)。在一些实施方案中，可将核酸间隔子或接头，诸如又称为HEG间隔子(六乙二醇)的间隔子18置于寡核苷酸或适体的5'或3'以偶联至SWCNT。除了单一HEG间隔子，多个HEG间隔子重复序列(例如，3或5个重复)可用于配置寡核苷酸或适体的最佳定位和最佳表达，用以识别和捕获其目标序列或目标蛋白质。
当病原体存在于样品时，在与病原体相关的至少一种蛋白质或至少一种RNA或DNA片段分别与关于工作电极的适体或寡核苷酸中至少一个结合时，电化学分析电池产生检测信号。在一些实施方案中，工作电极可经自组装单层(SAM)官能化。例如，可在金或碳电极表面下产生生物素-SAM。
在一些实施方案中，可将多个不同类型的适体与工作电极偶联，其中适体被配置以与目标蛋白质的不同表位结合。此外，在一些实施方案中，可将多个不同类型的寡核苷酸与工作电极偶联，其中不同类型的寡核苷酸具有与目标病原体的不同RNA或DNA片段互补的序列。
可使用根据本教导的系统和方法来检测各种病原体，诸如病毒和细菌。例如，可使用所述系统和方法来检测样品中的冠状病毒(例如SARA-CoV-2病毒)和流感病毒。
在一些实施方案中，储液器在易碎裂性膜与控制阀之间形成。可以用例如聚合材料(诸如赛璐玢(cellophane)或聚氨酯)形成易碎裂性膜。可选择易碎裂性膜的厚度来确保实现储液器的适当密封，同时允许经由施加适度的力刺破膜。例如，易碎裂性膜可具有范围在约0.5mm至约1mm的厚度。
外壳亦可由聚合材料形成。例如，可使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)来制造外壳，包括聚合材料。
在一些实施方案中，传感器可耦合呼吸收集装置，呼吸收集装置包含用于呼吸收集的口鼻器和管，呼吸收集装置可与使用者的呼吸道接合以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，所述管与用于接收一份或多份呼吸样品的口鼻器流体连通，其中管被配置以与传感器接合以将一份或多份呼吸样品递送至传感器。管中可以放置过滤器，用于抑制至少一部分(优选地基本上全部)的目标病原体(以及存在于呼吸样品中的其他病原体)进入外界环境。特别是，管可以包括压力释放阀，当口鼻器内的压力超过阈值时可开启。过滤器可被置于该压力释放阀的上游以抑制存在于呼吸样品中的任何病原体散逸至外部环境。
此外，管中可以放置单向阀以在呼吸样品引入储液器时防止储存在储液器中的一种或多种试剂回流。
当病原体存在于样品时，在与病原体相关的至少一种蛋白质或至少一种RNA或DNA片段分别与至少一种适体或寡核苷酸结合时，上述传感器中的电化学电池产生检测信号。
传感器可进一步包括分析模块，其与电化学分析细胞通讯以接收由电化学细胞产生的检测信号并处理这些检测信号来确定目标病原体是否存在于样品中。例如，在一些实施方案中，当由蛋白质检测感测单元和RNA/DNA检测感测单元两者产生的检测信号超过特定的预定阈值时，分析仪可以指示目标病原体存在于样品中。
在一些实施方案中，传感器可设置在一次性盒中。
在一些实施方案中，传感器可以包括多个感测单元，其中感测单元之一个包括适体官能化的碳纳米管，感测单元的另一个包括寡核苷酸官能化的碳纳米管。在一些此类实施方案中，碳纳米管经展现与目标病原体的至少一种蛋白质的不同表位特异性结合的多个适体官能化。
在一些实施方案中，外壳包括顶表面和底表面。在一些此类实施方案中，电化学分析电池的工作电极位于底表面附近，且储液器在易碎膜与至少一部分顶表面之间形成。外壳可进一步包括前表面(在前表面中形成孔)和相对的背表面。在一些此类实施方案中，储液器在易碎膜与相对的背表面的至少一部分之间形成。
如上所提及，可以用聚合材料(诸如软性聚氨酯或其他适合的聚合物)形成易碎膜。此外，可以用聚合材料(诸如PDMS)形成外壳。
在相关方面中，公开检测呼吸样品中的病原体的方法，其包括收集来自个体的一份或多份呼吸样品，将呼吸样品与一种或多种试剂混合以制备至少一种病原体(当至少一种病原体存在于呼吸样品中时)以供检测，将至少一部分混合物引入电化学电池(其被配置以检测与病原体相关的至少一种蛋白质)，并将另一部分混合物引入电化学电池(其被配置以检测与病原体相关的至少一种RNA和/或DNA片段)，其中电化学电池各自产生响应蛋白质和/或RNA/DNA片段检测的检测信号。当两个电化学电池均产生指示病原体存在于研究样品中的阳性检测信号时，则证实病原体存在于样品中。
在相关方面中，公开用于鉴别冠状病毒的新型变异体的方法，其包括将一部分生物样本引入至多个单壁碳纳米管，所述多个单壁碳纳米管经展现与冠状病毒的已知变异体之至少一种结构蛋白特异性结合的至少一种适体官能化，其中结构蛋白在不同已知冠状病毒变异体间展现至少约80％或至少约90％的同源性，监测适体官能化的多个碳纳米管响应与生物样本相互作用的至少一个物理或化学性质，以确定结构蛋白是否存在于样品中，将另一部分生物样本引入至经多个不同寡核苷酸序列官能化的多个单壁碳纳米管，其中寡核苷酸序列各自与已知冠状病毒之一所特有的RNA片段互补。这可以接着监测经寡核苷酸官能化的碳纳米管的至少一个物理或化学性质来确定RNA片段中的任一种是否存在于样品中，其中不存在RNA片段而存在至少一种结构蛋白指示该样品中存在冠状病毒的新型变异体。可使用类似方法来检测其他病原体的新型变异体，其中与病原体的不同变异体之间展现高同源性的一种或多种蛋白质是可获得的。
在相关方面中，公开用于检测呼吸样品以外的生物样本中的病原体的系统，其中根据本教导的传感器可接收此类生物样本。被配置以收集唾液样品的此类样品收集装置的实例在以下更详细的讨论。根据本教导的传感器亦可用于检测血液和尿液以及其他生物样本中的病原体。例如，在一些实施方案中，常规样品收集装置可用于收集血液和/或尿液样品，且收集的样品可引入根据本教导的传感器的一个或两个储液器中，如，使用注射器或其他适合的器具进行。
在另一方面中，公开一种空气监测系统，其包括提供用以接收环境空气的一个或多个样品的腔室的空气收集模块、被配置与空气收集模块可移除式耦合的至少一传感器，传感器包括入口可致动阀，入口可致动阀在传感器与空气收集模块耦合时将传感器与腔室分开，使得入口可致动阀的致动允许将腔室中含有的至少一部分空气引入至传感器中。传感器可以包括：至少第一感测单元，其被配置当目标生物颗粒存在于所取样的空气中时检测与目标生物颗粒相关的至少一种蛋白质，和至少第二感测单元，其被配置当目标生物颗粒存在于所取样的空气中时检测目标生物颗粒的至少一种遗传组分。
空气收集模块可进一步包括至少一个进气口，环境空气可通过进气口进入腔室。在一些实施方案中，过滤器可相对于进气口定位，使得环境空气在进入腔室前通过过滤器。此外，在一些实施方案中，系统可以包括位于进气口附近的叶轮以促使环境空气通过进气口引入腔室中。
在一些实施方案中，生物颗粒可为病原体，如细菌或病毒颗粒。
此外，第一感测单元可以包括呈电化学传感器形式的至少一个感测模块，该电化学传感器具有经展现与生物颗粒相关的至少一种蛋白质特异性结合的至少一种亲合性结合元件官能化的感测电极。感测电极可经多种不同亲合性结合元件官能化。例如，亲合性结合元件可为适体、寡核苷酸、玛琳基(morpholino)和/或亲合体(affimer)，但也可使用可展现与感兴趣的蛋白质特异性结合的任意适当的亲合性结合元件。在一些实施方案中，此类亲合性结合元件可展现低至纳摩尔范围(10-9)至皮摩尔范围(10-12)的结合亲合性。
第一感测单元可以包括多个感测模块，所述感测模块经不同亲合性结合元件官能化，使得所述感测模块各自能够检测与感兴趣的生物颗粒相关的不同蛋白质。以此方式，可制造多任务感测单元，其允许同时检测多个与生物颗粒相关的蛋白质。
第二感测单元可以包括具有电化学传感器的至少一个感测模块，该电化学传感器具有经展现与生物颗粒的至少一种遗传组分(例如RNA和/或DNA片段)特异性结合的至少一种亲合性结合元件官能化的感测电极。例如，此类亲合性结合元件可为具有与目标遗传组分的核苷酸序列互补的核苷酸序列的寡核苷酸。
传感器可以包括位于入口阀下游的多孔冲击材料和喷嘴，所接收的空气样品可通过入口阀而向多孔冲击材料加速，其中当至少一种目标生物颗粒存在于所接收的空气样品中时，多孔冲击材料被配置以将至少一种目标生物颗粒与存在于空气样品的至少一些其他颗粒分开，使得至少一部分目标生物颗粒可到达位于冲击材料下游的捕获过滤器。
冲击材料和捕获过滤器可置于密封件(本文中亦称为孔)中。在一些此类实施方案中，用于储存缓冲液的缓冲液储液器相对于密封件(孔)定位，所述缓冲液适用于从捕获过滤器移除至少一部分经捕获的生物颗粒，使得在致动将缓冲液与密封件分开的阀时，储存的缓冲液可被释出至密封件中，使得缓冲液可以与捕获过滤器接触并从过滤器释出至少一部分目标生物颗粒至缓冲液内(缓冲液和所释出的生物颗粒的混合物在本文中称为“缓冲液样品”)。
密封件可以包括设置有阀的表面以调节将缓冲液样品引入下游导管，接着通过其两个支线引导至储存处理试剂的两个储液器中。该储液器之一中的处理试剂适用于提取与生物颗粒相关的至少一种遗传组分(例如RNA或DNA片段)，而另一储液器中的处理试剂适用于促进检测与生物颗粒相关的至少一种蛋白质的检测。
两个储液器各自包括入口阀和出口阀，其中当致动入口阀时，部分缓冲液样品流进各自储液器以与储存于该储液器的处理试剂混合，从而产生蛋白质检测样品或遗传检测样品。在致动各个储液器的出口阀时，可将各个检测样品引入各自的感测单元中。更具体地，可将蛋白质检测样品引入被配置以检测一种或多种蛋白质的感测单元中，以及将遗传检测样品引入被配置以检测生物颗粒的至少一种遗传组分的感测单元中。
系统可进一步包括与感测单元的感测模块连接的至少一检测器，其用于测量感测单元的电化学传感器中任一个的至少一电性质并产生指示经测量的电性质的一个或多个检测信号。在一些实施方案中，电性质可为例如与感测模块相关的电化学传感器的阻抗，其中阻抗可以响应目标生物颗粒与传感器的工作电极的相互作用而改变。
各感测单元可具有其专用检测器以测量感测单元的感测模块的一个或多个电性质，并响应此测量而产生检测信号。备选地，传感器可以包括单一检测器，其可通过将检测器与这些感测模块耦合的多路复用器(例如连续地)讯问(interrogate)感测单元的电化学传感器。
空气监测系统可进一步包括控制器，其与多路复用器连接以控制多路复用器，使得多路复用器可将检测器以串联的方式耦合至感测模块，使得检测器可一次讯问一个感测模块。控制器亦可与检测器连接以接收由检测器产生的检测信号。控制器进一步被配置以处理检测信号以确定检测信号是否指示由产生检测信号的感测模块检测到与目标生物颗粒相关的蛋白质或遗传组分
备选地或额外地，空气监测系统可进一步包含报警系统，其与控制器连接以响应于由控制器产生的控制信号而产生报警信号，控制信号指示所收集的环境空气中的目标颗粒的检测。在一些实施方案中，报警系统和控制器作为一个集成单元来实施。在另一些实施方案中，报警系统和控制器可彼此远离且经由空气监测系统的一个或多个通讯模块彼此连接。可使用多种连接协议，包含数种已知无线连接协议来建立控制器与报警系统之间的通信链接。
在另一方面中，公开用于检测分析物的传感器，其包括至少一个感测单元，所述感测单元包括经展现与分析物特异性结合的至少一种第一亲合性结合元件官能化的感测电极，使得分析物与亲合性结合元件的结合改变感测电极的至少一个电性质，并且包括至少另一个感测单元，其包括用于执行表面增强拉曼光谱(SERS)的表面，其中SERS表面经展现与该分析物特异性结合的至少一种第二亲合性结合元件官能化，用于响应分析物与经官能化的SERS表面的结合而获得与分析物和亲合性结合元件中的任一种相关的拉曼信号。在一些此类实施方案中，使用单一电极实现电化学和拉曼感测，该单一电极为电化学传感器的工作电极，且亦被配置为SERS基材。
在一些实施方案中，第一亲和性结合元件和第二亲合性结合元件是相同的，而在其他实施方案中，第一亲合性结合元件可与第二亲合性结合元件不同。
传感器可进一步包含激光器(例如二极管激光器)，其可产生适用于激发分析物和亲合性结合元件任一种的至少一种拉曼活跃模式的辐射。传感器可进一步包括光检测器，其用于检测响应至少一个拉曼活跃模式的激发而产生的拉曼散射辐射并产生至少一个拉曼检测信号。
传感器亦可以包括另一个检测器(在本文中简称为“电检测器”)，其与感测电极连接以测量感测电极的电性质并产生指示测量的性质(例如感测电极的电阻改变)的检测信号。
传感器亦可以包括与光检测器和电检测器连接的分析仪，其用以接收拉曼以及电检测信号并处理这些信号以确定拉曼检测信号和电检测信号中的任一种是否指示分析物(例如目标病原体)与亲合性结合元件特异性结合。在一些实施方案中，当拉曼和电信号两者均指示分析物存在于样品时，分析仪被配置以指示研究的样品中存在分析物。
在一些方面中，公开一种传感器。传感器包含外壳，所述外壳包括第一部分和第二部分、位于第一部分与第二部分之间的控制阀，第一部分提供具有开口的腔室，用于接收呼吸收集装置的管，以将个体的一份或多份呼吸样品递送至腔室内，位于腔室中的储液器，用于储存一种或多种样品处理试剂，该储液器具有易碎裂性膜，其被配置以通过将管插入至腔室中而被刺破，由此允许一份或多份呼吸样品与一种或多种样品处理试剂混合，位于第二部分中的电化学电池，以及耦合至控制阀的致动器，其用以控制该阀以允许一份或多份呼吸样品和一种或多种样品处理试剂的混合物被递送至电化学电池，其中电化学电池被配置以在至少一种目标病原体存在于一份或多份呼吸样品时产生检测信号。
在另一方面中，公开一种用于检测呼吸样品中的病原体的系统。系统包含被配置以检测样品中的目标病原体的传感器，以及呼吸收集装置，其包括口鼻器和管，所述口鼻器用于与使用者的呼吸道接合以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，所述管与接收一份或多份呼吸样品的口鼻器流体连通，管被配置以与传感器接合以将一份或多份呼吸样品递送至传感器。传感器包含外壳，外壳包括第一部分和第二部分、位于第一部分和第二部分之间的控制阀，第一部分提供具有开口的腔室，其用于接收呼吸收集装置的管以将个体的一份或多份呼吸样品递送至腔室内，位于腔室中的储液器，其用于储存一种或多种样品处理试剂，该储液器具有易碎裂性膜，其被配置以通过将管插入至腔室中而被刺破，由此允许一份或多份呼吸样品与一种或多种样品处理试剂混合，位于第二部分中的电化学电池，耦合至控制阀的致动器，其用以控制该阀以允许一份或多份呼吸样品和一种或多种样品处理试剂的混合物被递送至电化学电池，其中电化学电池被配置以在至少一种目标病原体存在于一份或多份呼吸样品时产生检测信号。
在另一方面中，公开一种传感器。传感器包含外壳，以及设置在外壳内的至少一个感测单元。感测单元包含具有工作电极、对电极和参比电极的至少一个电化学电池，与工作电极偶联的至少一种适体或至少一种寡核苷酸，其中至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，至少一种寡核苷酸包含与病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列，设置在外壳中的孔，其用于接收被配置以收集生物样品的器具，位于外壳内的至少一个内部突出物，其用于当器具被接收于外壳内时将器具与电极分隔开，以及用于储存试剂的储液器，所述试剂用以处理生物样品，储液器具有易碎膜，其中储液器位于外壳内且该器具被配置使得当器具插入至外壳内时刺破膜以释出至少一部分试剂到至少一部分器具上，从而将至少部分生物样品引入至经官能化的工作电极上。
在一些方面中，公开一种用于检测病原体的系统。系统包括呼吸输入装置，其用于与使用者的呼吸道直接连通接合以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，呼吸输入装置包括用于接收器具的通道，所述器具用于收集存在于一份或多份呼吸样品的至少一部分的气溶胶(如果有的话)，以及传感器。传感器包含外壳，以及设置在外壳内的至少一个感测单元。感测单元包括具有工作电极、对电极和参比电极的至少一个电化学电池，与工作电极偶联的至少一种适体或至少一种寡核苷酸，其中至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，至少一种寡核苷酸包含与病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列，设置在外壳中的孔，其用于接收器具，位于外壳内的至少一个内部突出物，其用以当器具被接收于外壳内时将器具与电极分隔开，以及用于储存用于生物样品(当存在于经收集的气溶胶中时)的试剂的储液器，该储液器具有易碎膜，其中该储液器位于外壳内且该器具被配置使得当器具插入至外壳内时刺破膜以释出至少一部分试剂到至少一部分器具上，从而将至少部分生物样品引入至经官能化的工作电极上。
在一些方面中，公开一种传感器。传感器包括外壳，以及设置在外壳内的至少一个感测单元。感测单元包含具有工作电极、对电极和参比电极的至少一个电化学电池，设置在至少一个工作电极上的多个碳纳米管，多个碳纳米管经由配置与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合至少一种适体官能化，或经由具有与病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列的寡核苷酸官能化，设置于外壳的孔，其用于接收被配置以收集生物样品的器具，位于外壳内的至少一个内部突出物，其用以当器具被接收在外壳内时将器具与电极分隔开，以及用于储存一种或多种试剂的储液器，所述试剂用于处理生物样品，储液器具有易碎膜，其中该储液器位于外壳内且该器具被配置使得当器具插入至外壳内时刺破膜以释出至少一部分试剂到至少一部分器具上，从而将至少部分生物样品引入至经官能化的工作电极上。
在一些方面中，公开一种检测呼吸样品中的病原体的方法。该方法包括收集来自个体的一份或多份呼吸样品，将所述一份或多份呼吸样品与一种或多种试剂混合，以在所述一份或多份样品中存在至少一种病原体时制备所述至少一种病原体用于检测，将至少一部分混合物引入电化学电池中，所述电化学电池被配置以在所述一份或多份呼吸样品中存在所述病原体时检测与所述病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种RNA片段，其中所述电化学电池产生响应于检测所述至少一种蛋白质的第一检测信号和响应于检测所述至少一种RNA片段的第二检测信号。
在一些方面中，公开一种用于鉴别冠状病毒的新型变异体的方法。该方法包含将一部分生物样品引入至经展现与冠状病毒的已知变异体的结构蛋白特异性结合的至少一种适体官能化的多个单壁碳纳米管，其中结构蛋白在冠状病毒的不同的已知变异体间展现至少约80％的同源性，监测响应与所述生物样品的相互作用的经所述适体官能化的多个碳纳米管的至少一个物理或化学性质以确定所述结构蛋白是否存在于样品中，将一部分生物样品引入至经多个不同寡核苷酸序列官能化的多个单壁碳纳米管，其中所述寡核苷酸序列各自与一种已知冠状病毒特有的RNA片段互补，并监测经所述寡核苷酸官能化的碳纳米管的至少一个物理或化学性质以确定RNA片段是否存在于样品中，其中不存在RNA片段且存在至少一种结构蛋白指示冠状病毒的新型变异体存在于样品中。
在一些方面中，公开一种空气监测系统。该空气监测系统可以包括提供用于接收环境空气的一个或多个样品的腔室的空气收集模块、被配置以与空气收集模块可移除式耦合的至少一个传感器，其中传感器包括入口可致动阀，入口可致动阀在传感器与空气收集模块耦合时将传感器与腔室分隔开，使得入口可致动阀的致动允许将密封件内含有的至少一部分空气引入至传感器中。传感器包括至少第一感测单元，其被配置以在生物颗粒存在于所取样的空气中时检测与目标生物颗粒相关的至少一种蛋白质，以及至少第二感测单元，其被配置以当目标生物颗粒存在于所取样的空气中时检测目标病原体的至少一种遗传组分。
在一些方面中，公开一种用于检测分析物的传感器。该传感器包括：包括感测电极的至少一个感测单元，所述感测电极经展现与所述分析物特异性结合的至少一种第一亲合性结合元件官能化，使得所述分析物与所述亲合性结合元件的结合改变所述感测电极的至少一个电性质；以及包括表面增强拉曼表面(SERS)的至少一个感测单元，所述SERS经展现与所述分析物特异性结合的至少一种第二亲合性结合元件官能化，以响应所述分析物与所述经官能化的SERS的结合获得与所述分析物和所述亲合性结合元件中任一个相关的拉曼信号。
可通过参考以下详细描述并结合相关附图而获得本教导的各方面的进一步理解，附图在下面简要描述。
附图说明
图1A、1B、1C和1D示意性地描绘根据本文所公开的实施方案的系统。
图2A示意性地描绘根据一个实施方案的电化学分析电池，其中电池的工作电极经多个寡核苷酸探针官能化。
图2B示意性地描绘根据一个实施方案的电化学分析电池，其中电化学分析电池的工作电极经多个适体探针官能化。
图3A示意性地描绘根据一个实施方案的电化学分析电池，其中电化学分析电池的工作电极经多个碳纳米管官能化，其又经多个适体官能化。
图3B示意性地描绘根据一个实施方案的电化学分析电池，其中电池的工作电极经多个碳纳米管官能化，其又经多个寡核苷酸官能化。
图4A示意性地描绘电化学电池，其包括两个叉指电极(interdigitatedelectrode)，该电极之一经多个适体探针官能化。
图4B示意性地描绘电化学电池，其包括两个叉指电极，该电极之一经多个寡核苷酸探针官能化。
图5为电化学电池的局部示意图，其中加热元件设置在电池的工作电极下方以对其进行加热。
图6示意性地描绘根据本教导用于检测病原体的另一实施方案的系统，其中该系统包括具有两个储液器的传感器，该储液器储存样品处理试剂以制备用于检测一种或多种病原体蛋白质或一种或多种病原体RNA和/或DNA片段的样品。
图7示意性地描绘唾液收集装置，其可耦合至根据本教导的传感器以用于检测所收集的唾液中的目标病原体。
图8A示意性地描绘分析模块，用于处理由根据本教导的传感器产生的数据。
图8B示意性地描绘如图8A中所示的分析模块的实施范例。
图9示意性地描绘感测电极，其可作用为电感测电极以及拉曼感测电极两者。
图10示意性地描绘适用于本教导的一些实施方案中的SERS模块。
图11示意性地描绘根据本教导的实施方案的空气监测系统。
图12示意性地描绘用于图11所述的空气监测系统中的感测单元。
图13示意性地描绘图12中所示的感测单元的一部分，例示冲击材料和位于冲击材料下游的捕获过滤器。
图14示意性地描绘图12中所示的感测单元的一部分。
图15示意性地描绘图12中所示的与感测单元相关的多个感测模块。
图16示意性地描绘本教导的空气监测系统的实施方案，其中盒含有可移除式耦合至空气监测系统外壳的多个感测单元。
图17呈现含有多个引物的核苷酸序列的表格，所述引物适用于检测冠状病毒的多种蛋白质。
图18呈现含有多个适体的核苷酸序列的表格，所述适体适用于实施本教导的一些实施方案。
图19A示意性地描绘根据本教导的实施方案的一次性盒。
图19B为图19A所例示的盒的展开示意图。
图19C示意性地描绘并入图19A和19A中所描绘的一次性盒的泡囊，用于储存缓冲液并用作释出缓冲液的泵以将缓冲液引入至下游扩增储液器。
图19D示意性地描绘图19A和19B所示的盒以及用于调节扩增储液器内液体温度的加热/冷却装置，及设置在接收盒的控制台中的控制器。
图20为根据另一实施方案的盒的示意图，其被配置用于生物样品的光学分析。
图21A示意性地描绘根据一个实施方案的诊断系统，其包括一次性盒以及在将生物样品引入至盒中之后接收盒的控制台。
图21B为图21A所描述的诊断系统的另一示意图，例示盒是如何插入至控制台中的。
图21C示意性地描绘在使用中可将生物样品引入至盒中，且盒可被插入至控制台中以分析所接收的样品。
图22为根据本教导的另一实施方案的一次性盒的示意图。
具体实施方式
本公开通常针对检测多种生物标记物的系统和方法，所述生物标记物包括疾病生物标记物，诸如病原体。在以下讨论中，本教导描述与检测SARS-CoV-2病毒有关的一些实施方案。应理解的是本教导并不限于特定生物标记物的检测，而是提供可用来检测各种生物标记物的平台，包含蛋白质、核酸、小分子和挥发性有机气体，其为病原体(诸如病毒、细菌等)的组分。
如以下更详细的讨论，当病原体存在于样品时，一些实施方案提供可在单一仪器内允许多任务检测病原体的一种或多种蛋白质和一种或多种遗传组分的装置。在一些实施中，此类装置可以包括至少两个储液器，其中一个储液器储存适用于处理样品以检测一种或多种目标蛋白质的一种或多种处理试剂，而另一个储液器储存适用于处理样品以检测一种或多种目标遗传组分的一种或多种处理试剂。此种装置可进一步包含选择性从各个储液器释出处理试剂以与研究样品混合以制备由并入装置的检测器(例如电化学检测器或比色法检测器)分析的样品。
根据本教导的系统的生物传感器和检测器单元可为多任务的，使得病原体的多种组分或多种病原体的多种组分可在一个装置中检测并确定病原体存在或不存在。将提供局域报告或报警系统或无线报告以安全报告病原体的存在。
例如，在一些实施方案中，根据本教导的盒可以包括多个传感器(感测单元)，各自经官能化以检测一种目标病原体和/或多种不同的目标病原体的不同蛋白质和/或遗传组分。换句话说，在一些实施方案中，根据本教导的盒允许多任务检测与目标病原体相关的多种生物标记物和/或多任务检测与不同病原体有关的生物标记物。
如以下更详细讨论，在一些实施方案中，根据本教导的系统可以包括用于收集个体的一份或多份呼吸样品的呼吸收集装置，以及包括用于检测与目标病原体相关的蛋白质的至少一个感测单元和用于检测与目标病原体相关的RNA和/或DNA的至少一个感测单元的传感器。检测蛋白质和RNA和/或DNA片段两者可允许更稳健的检测并鉴别目标病原体且减少错误结果。更具体地，在一些实施方案中，系统可以包括：具有一个或多个电化学分析电池的至少一个感测单元，该一个或多个电化学分析电池经官能化以检测可为活动性感染的指征的目标病原体的一种或多种蛋白质，以及具有一个或多个电化学分析电池的另一感测单元，该一个或多个电化学分析电池经官能化以检测目标病原体的一种或多种RNA和/或DNA片段。
虽然以下所讨论的许多实施方案中使用根据本教导的传感器检测呼吸样品中的病原体，此类传感器也可用于检测其他生物样品/液体生物活检(例如唾液、尿液和血液)中的病原体。例如以下更详细讨论的图7描绘唾液收集装置，其可耦合至根据本教导的传感器以确定目标病原体是否存在于唾液样品中。在其他实施方案中，可利用本教导来检测血液样品的目标生物标记物。
各种术语根据它们在本领域中的普通含义在本文中使用。例如，术语“适体”意指与特定目标分子具有特异性亲合性的核苷酸聚合物。
如本文中使用的术语“纳米颗粒”意指具有最大尺寸大小(例如直径或横切面尺寸)等于或小于约1微米的材料结构，如在约100纳米至约500纳米的范围、在约200纳米至约600纳米的范围、在约300纳米至约700纳米的范围、或在约400纳米至约800纳米的范围。
如本文中使用的术语“亲合性结合元件”意指可展现与分析物特异性结合的材料结构(例如聚合物)。如以下更详细的讨论，亲合性结合元件的实例包含(但不限于)适体及其他寡核苷酸、抗体。在一些实施方案中，亲合性结合元件可为单抗体，其使用噬菌体展示技术来产生，以展现与分析物和/或生物体的高特异性结合。在一些实施方案中，亲合性结合元件可为在骆马中产生的纳米抗体。在一些实施方案中，亲合性结合元件可为megastar，用于递送可将目标夹在其间的亲合性试剂对。
如本文中所使用的术语“基本上”意指状态或条件(若有的话)与完整状态或条件相差最多10％。
如本文中所使用的术语“缓冲液”通常意指包括用于制备样品以供分析的一种或多种试剂的处理液体。例如，本文中所使用的术语“蛋白质缓冲液”意指适用于处理(制备)样本/样品以供检测其中一种或多种蛋白质的缓冲液，而本文中所使用的术语“遗传缓冲液”意指适用于处理(制备)样本/样品以供检测其中一种或多种遗传组分(例如RNA和/或DNA片段)的缓冲液。
参考图1A、1B、1C和1D，根据实施方案的用于检测呼吸样品中的病原体的系统100包括呼吸收集装置102，其包括：用于与使用者的呼吸道接合的口鼻器104(例如面罩)以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，以及管106，其与用于接收一份或多份呼吸样品的口鼻器流体连通。该管106自接收由用户呼出的呼吸样品的近端开口106a延伸至远端开口106b，其被配置以与传感器200接合。
在此实施方案中，传感器200包括由第一部分202a和第二部分202b形成的外壳202。第一部分202a包括腔室203，在此实施方案中呈基本上的圆柱形导管的形式，具有被配置以可释放地与管106的远端开口106b接合的开口203a。耦合至管106的远端附近的O形环205可与腔室203近端附近形成的凹槽213接合以提供介于管106与腔室203之间的密封接合。
继续参考图1A，位于腔室203内的储液器206可储存一种或多种样品处理试剂。在此实施方案中，储液器206在易碎裂性膜207与舌形阀(flapper valve)209之间形成。
再次参考呼吸收集装置102，当口鼻器内的压力超过阈值时，呼吸阀(breath-through valve)110(在本文中称为“压力释放阀”)允许将呼出至口鼻器104的气体排放至外部环境。过滤器112位于压力释放阀上游，其抑制(且优选地防止)存在于呼出气体的病原体(如果有的话)进入外部环境中。在一些情况中，所述病原体可作为气溶胶存在于呼出气体中(即，作为微小颗粒或滴液的悬浮液)。
例如，在此实施方案中，可使用由马萨诸塞州的韦斯特伯勒的颇尔公司(PallCorporation of Westborough,MA)以商品名
membrane销售的0.2微米过滤器来抑制病原体(例如病毒颗粒)(如果有的话)转移至外部环境。
现在参考传感器200，易碎裂性膜207可以用各种不同的聚合材料(诸如软性聚氨酯)形成，在呼吸收集装置没有与传感器接合的情况下，易碎裂性膜207覆盖腔室203的近端开口203a以将传感器的内部组分密封阻隔外部环境。
管106的远端部可用于刺破聚合物封膜207以将管106的远端部插入至腔室203的近端，从而将管106与腔室203接合，同时O形环205提供封膜。当与腔室203接合时，管106的远端部也刺破易碎裂性膜207，由此允许呼吸样品与存储在储液器206中的试剂混合。单向阀212设于呼吸收集装置的管106中，其可抑制呼吸样品与试剂的混合物的回流。如以下更详尽的讨论，例如，储液器206可含有添加用于处理样品的一种或多种试剂的病毒运送培养基(virus transfer medium,VTM)。
可使用诸如机械致动器(例如释放钮)的致动器214来开启舌形阀209，由此释出至少部分呼吸样品和样品处理试剂的混合物至传感器的外壳的第二部分202b。多个电化学分析电池216a、216b、……216l(在本文中统称为电化学分析电池216)位于传感器的外壳的第二部分以接收经由舌形阀209释出至外壳的第二部分的至少部分混合物。
更具体地，外壳第二部分202b包含中央导管218，其通过开启舌形阀209接收样品。多个周边导管219a、219b、……219i(在本文中统称为周边导管219)，各自从中央导管218延伸至电化学分析电池216之一，将部分样品递送至各电化学电池。
如以下更详尽的讨论，电化学电池216各自被配置以在病原体存在于所收集的呼吸样品时检测与目标病原体有关的至少一种蛋白质或与病原体有关的至少一种RNA和/或DNA。例如，至少一个电化学电池216可被配置以检测至少一种蛋白质，至少一个电化学电池216可被配置以检测与病原体相关的至少一种RNA和/或DNA。
更具体地，参考图2A和2B，在一些实施方案中，任何电化学分析电池216(在本文中亦称为电压稳定器(potentiostat))包括工作电极216a(在本文中亦称为感测电极)、对电极216b和参比电极216c。多个生物识别元件(在本文中亦称为亲合性结合元件，如，本实施方案中的寡核苷酸220a或适体220b)与工作电极偶联。在一些实施方案中，适体220b可以是相同类型的且可与目标病原体相关的蛋白质的一种表位特异性结合。在其他实施方案中，适体220b可以是不同类型的，使得其与病原体的蛋白质的不同表位结合，例如，一些适体与病原体的蛋白质的一种表位特异性结合，而另一些适体可与蛋白质的另一种表位特异性结合。例如，如以下更详尽的讨论，在一些实施方案中，电化学电池216a被配置以检测SARS-CoV-2病毒，适体220b可经选择以展现与病毒的N或S蛋白的一个或多个表位特异性结合。
在一些实施方案中，与工作电极偶联的寡核苷酸可具有相同的核苷酸序列，且因此可检测目标病原体的单一RNA或DNA片段。在其他实施方案中，寡核苷酸可以包括具有不同核苷酸序列的寡核苷酸以检测目标病原体的不同RNA和/或DNA片段。
电化学分析电池各自通过调整流经对电极的电流而相对于参比电极的电位将工作电极的电位维持在恒定水平来起作用。目标病原体的蛋白质和/或RNA/DNA片段同与工作电极偶联的适体或寡核苷酸的偶联导致流经对电极的电流改变，由此产生检测信号。如以下更详尽的讨论，在其他实施方案中，一个或多个电化学电池可实施为具有多个叉指的两个电极。在此实施方案中，电化学电池不包括参比电极。
如上所提及，可选择用于官能化电化学电池的适体以展现与目标病原体的蛋白质特异性结合。在一些其他实施方案中，适体可为不同类型，其中各适体类型展现与感兴趣的蛋白质的不同表位的特异性结合。例如，在一些实施方案中，电化学分析电池被配置以检测SARS-CoV-2病毒，适体可经选择以展现与病毒的N或S蛋白的特异性结合。在一些实施方案中，根据本教导的传感器可以包括一个电化学分析电池，其被配置以检测N蛋白(例如通过使用展现与N蛋白的一个或多个表位特异性结合的适体)，而另一个电化学分析电池被配置以检测S蛋白(例如通过使用展现与S蛋白的一个或多个表位特异性结合的适体)。
如上所提及，根据一些实施方案的传感器可以包括(除了配置以检测与目标病原体相关的一种或多种蛋白质的一个或多个感测单元外)被配置以检测与目标病原体相关的一种或多种RNA或DNA片段的一个或多个感测单元。在一些此类实施方案中，用以官能化电化学电池的寡核苷酸的核苷酸序列可与目标病原体的RNA或DNA片段的核苷酸序列互补。在一些其他实施方案中，可将多个寡核苷酸附接至工作电极，其中寡核苷酸展现与目标病原体的不同RNA或DNA片段互补的寡核苷酸序列。例如，在一些实施中，一些寡核苷酸具有与病原体的RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列，而一些寡核苷酸具有与病原体的其他RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
可使用多种技术来将适体和寡核苷酸偶联至电化学分析电池的工作电极。例如，在一些实施方案中，电化学分析电池的工作电极由金形成，展现与病原体相关的蛋白质特异性结合的适体的5'端或相对于与目标病原体相关的RNA和/或DNA序列展现互补序列的寡核苷酸的5'端可经巯基SS-C6基团修饰，以致使巯基-金结合至工作电极的金表面。经修饰的适体或寡核苷酸然后可以溶解在tris-HCl(TE)缓冲液(例如1μM缓冲液)中以产生可用于官能化工作电极的混合物。例如，可经由滴落涂布(drop coating)用混合物涂覆电极表面。涂覆的电极然后可以温育，例如30分钟，然后用无核酸酶的水清洗电极，并在惰性氩气流下晾干，以去除未接合的适体和/或寡核苷酸。
在一些实施方案中，对目标蛋白质生物标记物具有高亲合性的抗体或纳米抗体(产生自骆马)可经官能化至并入根据本教导的诊断装置的电化学电池的一个或多个工作电极。在一些实施方案中，具有自组装单层的金或碳电极可经对感兴趣的目标具有特异性的生物素化抗体官能化。该目标接着被缀合HRP的匹配抗体检测。该抗体对亦可由MegaSTAR策略产生，匹配抗体对呈现在单一骨架上，诸如纤连蛋白III型结构域(FN 3)。
在一些实施方案中，通过定向演化法(directed evolution method)(诸如相位显示技术)产生展现对感兴趣的分析物(或生物体)的高特异性结合的单抗体可被偶联(例如使用本文中所讨论的技术)至并入根据本教导的诊断装置中的电化学电池的一个或多个工作电极。例如，发表于Nature Biotechnology(doi:10.1016/j.nbt)的题为“Directedevolution of potent neutralizing nanobodies against SARS-CoV-2using CDR-swapping mutagenesis”的论文中所述的单抗体(该论文通过引用整体并入本文中)，可在本教导的一些实施方案中使用，以将根据本教导的传感器的电化学电池的至少一个工作电极官能化以供检测SARS-CoV-2病毒。在此公开中，鉴定了结合至SARS-CoV-2的受体结合结构域的单抗体。这是通过从展现由附接至人类IgG1 Fc区的棘状RBD结构域所组成的生物素化融合蛋白的1010个单抗体变异体的噬菌体库的亲合性选择而实现。其他单抗体用于检测感兴趣的其他病原体，通过检测由电化学电池响应病原体(或其组分)与单抗体的特异性结合而产生的电化学信号，该电化学电池具有经展现与目标病原体特异性结合的单抗体官能化的工作电极。
如图3A中示意性地显示，在一些实施方案中，电化学分析电池300的工作电极301a可经多个适体探针303偶联于其上的多个碳纳米管302官能化。例如，被配置以检测感兴趣的目标蛋白的感测单元的工作电极可经多个碳纳米管官能化，碳纳米管本身经展现与目标蛋白质特异性结合的一个或多个适体官能化。此外，如图3B中示意性地显示，被配置以检测目标病原体的一种或多种RNA和/或DNA片段的另一电化学分析电池300'的工作电极301b可经多个碳纳米管302官能化，碳纳米管本身经具有与DNA和/或RNA序列的核苷酸序列互补的序列的一个或多个寡核苷酸304官能化。一旦目标蛋白质和/或目标RNA或DNA结合至适体或寡核苷酸时，电化学电池可如以上所讨论的方式产生检测信号。
可使用本领域已知的多种技术来实现以一个或多个寡核苷酸探针和/或一个或多个核苷酸适体探针对碳纳米管的官能化。一些此类方法依赖在适体和寡核苷酸探针与碳纳米管之间共价键的形成。例如，在一些此类实施方案中，可使用已知技术使碳纳米管羧化，并且可在经羧化的碳纳米管的COOH基团和探针的胺基基团之间形成共价键。在其他实施方案中，可经由π–π相互作用使用非共价官能化碳纳米管。例如，具有芳香碱基的单链DNA和RNA分子可经由此种相互作用被固定在碳纳米管的表面上。关于将适体和寡核苷酸探针偶联至碳纳米管的表面的各种技术的进一步详情可见于例如发表于Carbon 129(2008)380–395的题为“Aptamer-functionalized carbon nanomaterials electrochemical sensorsfor detecting caner relevant biomolecules”的论文，该论文通过引用将其整体并入本文中。
在一些实施方案中，可通过直接自组装或通过几丁聚醣(Chitosan)实现用寡核苷酸、适体或用经寡核苷酸或适体官能化的碳纳米管(CNT)对金电极的官能化。
例如，可以本领域已知的方式通过酸处理将CNT羧化。CNT上带负电的羧基基团允许在电极表面上的两种直接自组装和固定CNT的方法：其一个方法为在偶联试剂存在下，通过CNT上的羧基基团与半胱胺自组装单层(SAM)上的胺基基团反应使CNT与经半胱胺SAM修饰的金电极的共价键结；另一个方法为通过CNT上带负电荷的羧基基团与电极表面上带正电荷种类之间的静电相互作用而将CNT附接至电极表面。已报导在金电极上的CNT自组装。在一个此种方式中，初生长的碳纳米管被截成短管，并通过化学方法将其开口端进行巯基衍生化。接着通过Au-S键以其自发性化学吸附至金来达成SWCNT的有序组装。此种方式可导致在金上以垂直定向形成CNT的自组装单层。相对于将CNT附接至半胱胺修饰的金电极的共价法，还已报导通过静电吸附将经酸处理的SWCNT附接至半胱胺修饰的金电极。此外，通过使用Nafion溶液从随机分散的CNT在普通热解石墨(PG)电极的表面上制备对齐的CNT阵列的方法亦为已知的。
如图4A及4B示意性地显示，在一些实施方案中，根据本教导的电化学分析电池400a/400b包括两个叉指电极402a/402b，各自具有多个导电指，其中两个电极的指交叉以形成交错的结构。一个电极可作用为电化学分析电池的工作电极，而另一个电极可作用为对电极。在不受限于任何特定理论的前提下，靠得很近的两个电极的指(例如两个电极的两个相邻的指可分开一段距离，例如，在约5微米至约1毫米的范围，亦可使用其他距离)可排除对参比电极的需求。工作电极(即，工作电极的指)可以通过本文中讨论的方法直接官能化或通过多个碳纳米管官能化以允许检测目标病原体的一种或多种蛋白质或一种或多种RNA/DNA片段。例如，以本文中所讨论的方式，图4A示意性地描绘与工作电极表面偶联的多个寡核苷酸探针403，而图4B示意性地描绘与工作电极表面偶联的多个适体探针405。
在一些实施方案中，加热元件可并入根据本教导的电化学电池中以加热例如工作电极，而因此加热与工作电极偶联的适体和/或寡核苷酸探针504。例如，图5示意性地描绘设置在底层基材501(例如玻璃、塑料或其他适合基材)上的此种电化学电池的工作电极500。电阻元件形式的加热元件502设置于基材501下方以加热基材和工作电极。在此实施方案中，电路503可施加电流至电阻膜以使其加热。此电路可以本领域已知的方式实施，例如，通过实施电流源。例如，可使用加热元件使工作电极加热到约60℃至约65℃范围的温度。在不受任何特定理论的限制下，在一些实施方案中，此种加热有利于解开缠绕的这些适体和/或寡核苷酸，如，由于探针的接近和自然分子运动，由此允许探针与病原体的目标蛋白质和/或RNA/DNA片段更灵活的相互作用。控制单元(未显示)可控制加热元件的操作，例如，用于在选定时间期间活化加热组件接着停用加热元件。
在一些实施方案中，可获得市售电化学传感器并根据本教导修饰，如以适体或寡核苷酸探针将其电极之一官能化。例如，由西班牙奥维埃多的Metrohm DropSens(MetrohmDropSens of Ovieda,Spain)销售的电化学传感器可用于根据本教导的传感器的一些实施方案中。
图6示意性地描绘根据本教导的系统600，其类似于传感器100，不同之处在于其包括由隔板分隔开的两个储液器，该隔板可以用例如聚合材料(诸如PDMS)形成。这两个储液器的顶部开口由薄聚合物层密封。例如，薄聚合物层可以用软性聚氨酯或其他适当的聚合物形成。
类似于前述实施方案，系统600包括口/鼻器604和管605，管605连接至口/鼻器604以接收由口/鼻器收集的呼吸样品。系统600进一步包括传感器601，其包括导管603，导管603具有可耦合至管605的远端的近端603a，以将口鼻器604与传感器601接合。
在此实施方案中，由隔板607c分隔开的两个储液器607a/607b被设置于腔室603中。易碎裂性膜610(诸如聚合物层)覆盖两个储液器607a/607b的入口。两个储液器607a/607b的出口处设置两个舌形阀612a/612b。
在此实施方案中，两个叉状物606a/606b自管605远端延伸，其中各个叉状物提供用于递送一部分呼吸样品至两个储液器607a/607b之一中的导管。更具体地，在将管605的远端部分与腔室603的近端耦合时，叉状物606a/606b的远端部刺破密封储液器602a/602b的部分易碎裂性膜610，由此允许部分呼吸样品与存储在储液器602a中的试剂混合，而另一部分呼吸样品与储存在储液器602b的试剂混合。例如，一个储液器(例如储液器607a)储存病毒运送培养基以及用于处理样品以供蛋白质检测的试剂，而另一个储液器(例如储液器607b)存储病毒运送培养基以及用于处理样品以供RNA/DNA检测的试剂。通过致动器致动舌形阀612a/612b(例如机械致动器(未显示于该图中))允许将分别来自储液器607a/607b的处理样品递送至多个感测单元620a和620b，其中感测单元620a经本文中所讨论的方式配置以检测目标病原体的一种或多种病毒蛋白质，而感测单元620b经本文中所讨论的方式配置以检测目标病原体的一种或多种RNA/DNA片段。
管605的远端部可被配置以允许刺破易密封两个储液器的易碎裂性膜的两个部分，而不破坏将两个储液器分隔开的隔板。例如远端部的表面部分622可具有凹洞轮廓以允许两个叉状物通过刺破封膜穿透至两个储液器中，而两个叉状物间的远端管的表面部分不会施加过多的压力在隔板上，其可能破坏分隔两个储液器的隔板607c。
在一些实施方案中，储存在腔室607a中用于处理部分接收样品以助于检测目标病原体(当存在于样品时)的至少一种蛋白质的试剂可以包括：(1)最终浓度为0.2％的十二烷基硫酸钠(SDS)；(2)最终浓度为0.1％-1％的Triton X-100、或(3)0.1％Tween 20，添加至VTM以使病毒失活并维持目标病毒蛋白质完整。在一些此类实施方案中，储存在腔室607b中用于处理样品以助于细胞裂解和病毒核酸(例如RNA和/或DNA)稳定和检测的试剂可以包括储存在腔室607a中添加了异硫氰酸胍(例如最终浓度2M)的试剂。
在两种情况中，可使用PBS(钾缓冲盐水)或HBSS(Hank's平衡盐溶液)作为缓冲液。可选择地添加抗微生物剂(例如庆大霉素(gentamicin))和抗真菌剂(例如双性霉素B(amphotericin B))至储液器的各腔室，虽然因为样品收集与试验之间的时间间隔短，在许多情况中可能不需要使用此种抗微生物剂和抗真菌剂。在一些实施方案中，可添加酚红至样品以供目视观察样品，尤其用于验证样品的pH(酚红在中性或碱性pH展现粉红或红色且在酸性pH转变为黄色)。
将蛋白质缓冲液与RNA/DNA缓冲液分开可提供某些优点。例如，在一些情况中，在制备用于检测目标病原体的一种或多种蛋白质的样品中有效的缓冲液，可能对该病原体的RNA和/或DNA有不利的影响，反之亦然。例如，如上所提及，可将异硫氰酸胍添加至腔室607b中的缓冲液作为裂解和核酸稳定的缓冲液。然而，异硫氰酸胍可破坏蛋白质结构。因此，用于制备样品以供蛋白质检测和RNA/DNA检测的试剂分开/隔离成两个分开的腔室减轻(优选地消除)适用于一种类型样品处理的试剂对另一类型的样品处理有不利影响的可能性。
此外，使用两种不同的缓冲液可得到更多一致的试验结果。例如，当试验结果指示存在目标RNA/DNA片段但不存在目标蛋白质时，则可消除缓冲液对目标蛋白质不利影响而导致异常结果的可能性。
在一些实施方案中，根据本教导的传感器的一个或多个感测单元可被配置以检测由个体响应病原体感染而产生的一种或多种抗体(例如IgG、IgA和/或IgM抗体)。例如，在一些此类实施方案中，IgG、IgA和/或IgM抗体对其展现特异性结合的病毒蛋白质可被用于官能化电化学分析电池的工作电极。此种感测单元接着可用以检测个体血清中的IgG、IgA和/或IgM抗体。在一些实施方案中，根据本教导的传感器可以包括多个感测单元，其中一个或多个感测单元被配置以检测与目标病原体相关的一种或多种蛋白质，一个或多个感测单元被配置以检测与目标病原体相关的一种或多种RNA/DNA片段，以及一个或多个感测单元被配置以检测患者免疫系统响应所述病原体感染产生的一种或多种抗体(如IgG、IgA和/或IgM抗体)。
在相关方面中，根据本教导的传感器(诸如以上所讨论的那些)可与其他被配置以收集呼吸样品的样品收集装置一起使用。此类样品收集装置包括(但不限于)用于收集唾液和鼻咽样品的装置。以此种方式收集的样品可接着被递送至根据本教导的传感器中。例如，此种样品可被引入如图6所描绘的传感器601中。更具体地，一部分样品可被引入腔室607a中，而另一部分样品可被引入腔室607b中，且可使用传感器来确定与目标病原体相关的一种或多种蛋白质和/或与目标病原体相关的一种或多种RNA和/或DNA片段是否存在于样品中。
例如，图7示意性地描绘用于收集唾液样品的样品收集装置700。样品收集装置700包括接口件702，其连接至管704的近端部。管704的远端部与根据本教导的传感器接合，传感器诸如以上所讨论的传感器200(参见，例如图1A)。设置在管704的远端部分的O形环705可与提供在传感器入口附近的凹槽接合以在收集装置700与传感器之间提供封膜。
类似于前述实施方案，样品收集装置700与传感器的接合导致与其中存有样品处理试剂的一个(更多个，通常两个)储液器相关的封膜被刺破。接着使用者可吐口水到接口件，而唾液将会经由管704流至传感器中。在此实施方案中，样品收集装置700可任选地包括阀706，注射器(未显示)可耦合至阀以将液体(例如盐水溶液)递送至管中以助于将唾液转移至传感器中。
在其他实施方案中，根据本教导的传感器可用以针对一种或多种目标病原体的存在而测试环境样品(例如空气和/或水样品)。例如，可使用已知收集技术收集样品，随后引入至根据本教导的传感器中(诸如上述传感器100)以确定样品是否含有一种或多种目标病原体。在一些情况中，此种试验可用于鉴别和/或监测环境“热点”。
在其他实施方案中，根据本教导的传感器可用以检测血液中的一种或多种目标病原体。例如，根据本教导的传感器可被配置以通过检测病毒的至少一种蛋白质和至少一种RNA片段来检测HIV(人类免疫缺陷病毒)。
在一些实施方案中，通过以一个或多个寡核苷酸探针官能化而配置以检测目标病原体的一种或多种RNA/DNA序列的感测单元，甚至在病原体的目标RNA/DNA片段的探针序列间不存在完全互补时，也可产生检测信号。例如，在一些实施方案中，当单一核苷酸多态性(SNP)存在于感兴趣的目标RNA/DNA片段中时，此种感测单元可产生检测信号。
图8A示意性地描绘根据一个实施方案的分析仪800，其可接收来自根据本教导的传感器的数据并处理该数据以指示目标病原体是否存在于样品中。例如，当传感器的至少一个蛋白质检测感测单元指示有目标病原体的至少一种蛋白质存在于样品中，且传感器的至少一个RNA/DNA检测感测单元指示有与目标病原体相关的至少一种RNA和/或DNA片段存在时，分析仪可提供目标病原体存在于样品的指示(例如通过文字和/或图片方式)。分析仪亦可采用其他准则(例如更严格的准则)来指示目标病原体存在于研究样品中。例如，当在样品中发现至少一种蛋白质和至少两种RNA和/或DNA片段时，则分析仪可被配置以指示病原体存在于样品中。
例如，分析仪800可指示试验结果是否为阳性(即，目标病原体存在于样品中)、阴性(即，目标病原体不存在于样品中)、或试验结果没有定论。当都没有检测到任何一种或多种目标蛋白质和任何一种或多种目标RNA/DNA序列时，则可以提供阴性指示。例如，当检测到至少一种目标蛋白质但没检测到任何目标RNA/DNA片段时，则可以提供没有定论的指示，反之亦然。
分析仪800可通过本教导所传达的本领域已知的方式以硬件、软件和/或固件实施。例如，图8B示意性地描绘此种分析仪的实施，其包括处理器802、至少一个随机存取内存模块(RAM)804、至少一个永久内存模块(ROM)806、一个通讯模块808(例如使用任何已知协议的无线通信模块)。处理器802可通过通讯总线803与分析仪的其他组件通讯。用于分析自传感器所接收的数据的指令可被储存于ROM模块804中，并通过处理器转移至RAM模块806中以供执行。
在一些实施方案中，根据本教导的传感器的至少一个感测单元被配置以提供阴性对照组。例如，经适体官能化的一个感测单元可用于检测肌动蛋白。
不失一般性，在一些实施方案中，根据本教导的系统可被配置以检测样品中的SARS-CoV-2病毒。SARS-CoV-2病毒具有多种结构蛋白，包括刺突蛋白(S)、核壳蛋白(N)、包膜蛋白(E)、膜蛋白(M)。已有数个研究证实N蛋白质为良好的诊断生物标记物。例如，在SARS-CoV-2爆发期间，已证实在感染期间在各种病患样品(包含血液、鼻咽抽出物、尿液和粪便样品)中，可以非常早期(如早在第一天)检测到N蛋白。亦已证实N蛋白检测可达到90％阳性的极高灵敏度。
此外，S蛋白的受体结合结构域(RBD)被认为是另一个关键的诊断目标。SARS-CoV2通过S蛋白的(RBD)使用血管收缩素转化酶(II)(ACE2)感染人类呼吸上皮细胞。
例如，此种系统可以包括：被配置(通过将寡核苷酸偶联至电化学分析电池的工作电极)以检测病毒的一种或多种RNA序列的一个或多个传感器，和被配置(通过将适体偶联至电化学分析电池的工作电极)以检测病毒的一种或多种蛋白质的一个或多个传感器。
在一些实施方案中，可以如理论上使用本领域已知的技术来确定核酸片段(例如RNA片段)的二级结构(诸如发夹)以鉴别已暴露并且可用于所述核酸片段的鉴别的核苷酸。
例如，在本教导的一些实施方案中，为了鉴别包括可及区(accessible region)的冠状病毒RNA基因组中的目标序列，可使用由SUNY Albany的Markham和Zuker所开发并由Integrated DNA Technology拥有许可的UNAFold软件来鉴别并避免发夹和二级结构。
例如，图17中描绘的表格中所列出的引物经设计以针对刺突蛋白、核壳蛋白、M蛋白，对SARS-CoV-2病毒的ORF1ab进行生物信息学搜寻(BLAST search)显示与其指定基因具有100％同一性，并对OC43、229E、NL63、MERS、及SARS1冠状病毒以及人类基因组具有特异性。引物的鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)含量被视为确保GC均匀分布以避免发夹和自结合。
在此实例中，将引物优化以在RT-37℃以高亲合性结合。这些引物可检测多至3个核酸变化的互补序列，可允许检测SARS-CoV-2的相近变异体。
如图17中所显示，为了最小化引物核酸被核酸外切酶和核酸内切酶降解，可在引物设计中使用经修饰的核酸。例如，在一些实施方案中，(A)可利用2'O-甲基化学修饰来制备稳定对抗核酸内切酶的引物；(B)使用3'硫代磷酸酯键来阻止核酸外切酶降解。
如上所述，在一些实施方案中，根据本教导的传感器被配置以检测冠状病毒的高度同源区，例如，展现高度同源区的蛋白质。响应于样品讯问，由此传感器针对高度同源区所产生的阳性检测信号，但针对在冠状病毒的不同家族成员间并未展现该高度同源性的多个其他区的一些或全部产生阴性检测信号，可得到样品可能含有冠状病毒的新型变异体(即，新病毒株)的结论。可利用类似方法检测其他病原体(例如其他病毒)的新型变异体。
在一些实施方案中，为了验证根据本教导的生物传感器的功能性，可以使用合成非传染性RNA基因组作为活病毒的替代物以及作为含有病毒序列的质粒的替代物。例如，设计以检测SARS-CoV-2特有序列的生物传感器的结合与选择性可使用合成非传染性SARS-CoV-2RNA来验证。相较于并入RNA基因组的治疗，使用合成RNA基因组来验证根据本教导的生物传感器具有其含有与各个病毒RNA片段相关的二级结构和发夹的优点，且因此只选择与可及区结合的生物传感器和识别元件。此外，相较于天然基因组RNA，这些合成RNA是非传染性的。
在一些实施方案中，诸如5'ThioMc6-D的接头可通过S-S键被添加至此引物的3'端或5'端，以将引物偶联至感测单元(例如前述的之电化学电池)的电极(或其他表面)上。
通过进一步说明，图18表示用于检测SARS-CoV-2病毒的核壳蛋白和/或刺突蛋白的实例适体的序列。
可提供多任务检测病原体的至少一种蛋白质和/或至少一种遗传组分的根据本教导的系统可以通过多种不同方式实施，以检测多种不同生物样本中的病原体。
参考图19A-19D，根据本教导的实施方案的一次性盒4000包括经组装以共同形成盒框体的三层4002(底层)、4003(中层)和4004(顶层)。在此实施方案中，顶层和底层以透光材料形成，例如玻璃或光学透明的聚合材料。在一些实施方案中，在顶层由玻璃形成的情况下，玻璃的内表面可至少在与分析中的部分样品接触的玻璃内表面的区域涂覆聚合物涂层(例如PDMS的涂层)。在一些此类实施方案中，玻璃顶层的整个内涂层可经适宜聚合物涂层的层所涂覆。例如，图19B显示涂覆玻璃上层4004的内层的PDMS层4023。这允许抑制设置在中层中置于各个储液器(孔)中的样本和/或处理缓冲液的直接接触。
在此实施方案中，中层由聚合材料形成(例如PDMS)，其中形成有孔(储液器、腔室)以及微流体通道，如以下更详尽的讨论。
可使用本教导所提及的本领域已知制造技术来组装上述三层。例如，如以上所提及，PDMS薄层可沉积在玻璃上层的内表面上(例如通过液体聚合物铸型)，然后聚合物层可夹在两个玻璃层之间。
在此实施方案中，中层包括样品接收孔4005，其可通过入口端口4007接收样品以供分析。盒4000可被配置以分析各种不同的生物样本。一般来说，盒4000可被配置以诊断分析液体生物活检样品。可使用盒4000来分析的样品的一些实例包括(不限于)血液和唾液。
盒4000进一步包括两个孔(储液器)4008/4009，其中一个储存用于处理(制备)部分接收的样品以供检测目标病原体(当存在于接收的样品中时)的一种或多种目标遗传组分的缓冲液(为简洁起见，在本文中称为“遗传缓冲液”)，而另一个储存用于处理(制备)另一部分接收的样品以供检测目标病原体的一种或多种目标蛋白质的缓冲液(为简洁起见，在本文中称为“蛋白质缓冲液”)。为便于描述，假定在此实施方案中，孔4008存储遗传缓冲液而孔4009储存蛋白质缓冲液。
流体通道4011a流体地连接样品接收孔4005与缓冲液孔4008，而另一流体通道4011b流体地连接样品接收孔与缓冲液孔4009。隔离阀4013抑制回流。
容纳在储液器4008/4009中的样品部分分别与遗传缓冲液和蛋白质缓冲液接触。特别参考图19A和19C，在此实施方案中，缓冲液储液器4008是呈泡囊4015的形式，遗传缓冲液存储在其中。泡囊4015包含柔性膜4015a，形成其内存储缓冲液的密封件。分隔膜4015b设置在泡囊内位于内部穿刺臂4015c上方。通过在柔性膜4015a上按压，使得泡囊密封件内的液体压力增加，而通过分隔膜4015b通过施加于其上的压力可以引起内部穿刺臂粉碎分隔膜，由此释出泡囊中的液体，这样可以活化泡囊而使泡囊内储存的液体被释出。
在此实施方案中，当目标病原体存在于从受试者收集的样品中时，气动控制阀1耦合至泡囊4015，并经由控制器1a控制，有助于将从泡囊4015释出的液体转移至下游扩增储液器(孔)4016来扩增从泡囊释出的液体中与目标病原体相关的遗传组分(DNA/RNA)。可使用多种不同扩增模式来实现遗传组分的扩增。例如，在一些实施方案中，可使用恒温扩增法(isothermal amplification method)，也可使用需要温度循环的其他扩增法。
例如，在此实施方案中，当目标病原体存在于样品时，扩增孔4016可含有适用于执行从该目标病原体提取的DNA/RNA的恒温扩增的一种或多种试剂(诸如引物)。例如，缓冲液储液器中所含的遗传缓冲液可以包括用于裂解目标病原体的试剂以释放该病原体的一种或多种RNA/DNA片段。所述RNA/DNA片段然后可在扩增孔中进行恒温扩增。
特别参考图19D，在此实施方案中，加热/冷却元件5000呈珀尔帖装置(Peltierdevice)及其相关的热敏电阻器(thermistor)5002的形式，其被并入盒中以控制扩增孔4015中所接收的样品的温度。例如，珀尔帖装置和热敏电阻器(其可并入珀尔帖装置中)可热接合至扩增孔(储液器)下方的盒的底层。
在此实施方案中，多个电接触垫(electrical contact pad)5004允许将珀尔帖装置与热敏电阻器电连接至提供在控制台中的热电控制器(TEC)5006，控制台被配置以接收盒4000，如以下更详尽的讨论。
更具体地，在将盒4000插至控制台中时，多个可移动的、弹簧偏置的电极5008(棒状)可将珀尔帖装置电连接至PID控制器，且进一步允许控制器接收来自热敏电阻器的温度读数。在此实施方案中，可实施为PID控制器的控制器5006可提供电力给珀尔帖装置并调节供电以确保扩增孔4016内的样品温度维持在所期望的温度(例如恒温扩增)或在二个或更多个温度之间循环(例如用于PCR扩增)。
控制器可接收来自热敏电阻器的信号，其指示扩增孔内液体所测量的温度，且可将该温度与所期望的值(或范围)进行比较，并基于该比较调整供给至珀尔帖装置的电力。在一些实施方案中，控制器可经编程以通过控制珀尔帖装置将扩增孔内的液体温度在二个或更多个温度之间循环，例如，使装置提供加热和冷却循环和/或不同的加热循环。
在完成遗传组分(若有的话)的扩增之后，气动控制阀2可通过其相关的控制器2a被启动，而将扩增的样品经由通过被实施为蛇型流道(serpentine channel)的混合元4014而转移至一组传感器4020，其各自被配置以检测目标病原体的不同遗传组分(例如目标病原体的不同RNA和/或DNA片段)。样品流经混合元件4014的流通进一步促进样品的制备，所述样品用于检测其中的目标遗传组分(若有的话)。为便于描述，离开混合元件的液体在本文中称为处理样品。
更具体地，在此实施方案中，该组检测元件4020包括四个传感器：4020a、4020b、4020c和4020d，各自被配置以检测与感兴趣的病原体相关的不同的目标遗传组分(例如RNA和/或DNA链)。例如，在一些实施中，各个检测元件4020可以上面所讨论的方式实施为经官能化的电化学传感器以检测目标遗传组分(即，目标寡核苷酸)。
特别参考图19A，在此实施方案中，蛋白质缓冲液储液器4009流体地连接至样品接收储液器4005以通过流体通道4011b接收收集自个体的部分样品。当从受试者收集的样品中存在目标病原体时，所接收的样品部分与蛋白质缓冲液的相互作用可产生处理样品，其适用于引入一组检测器4021以供检测多个与目标病原体相关的蛋白质。更具体地，在此实施方案中，该组检测元件4021包含四个传感器：4021a、4021b、4021c和4021d，其各自被配置以检测与感兴趣的病原体相关的不同目标蛋白质。例如，在此实施方案中，各个检测组件可以上面所讨论的方式实施为经官能化的电化学传感器以检测不同的目标蛋白质。
虽然上述盒4000包括扩增孔，但根据本教导的其他盒可不依赖于目标病原体的遗传组分的扩增而在生物样本中检测该目标病原体。例如，一些这样的盒可能缺少诸如以上所讨论用于扩增与目标病原体(当存在于样品时)相关的一种或多种遗传组分的扩增孔4016和相关装置和电路。
在其他实施方案中，除了或替代电化学检测，检测元件的一各或多个可被配置以用于目标蛋白质和/或遗传组分的光学检测。例示说明，图20显示根据本教导的一次性盒的实施方案6000，其利用光学技术讯问处理样品以检测一个或多个目标病原体(当存在于样品时)。例如，位于在下文进一步讨论且盒6000可插入其中的控制台(在本文中亦称为读取器)中的光源6002(例如激光二极管)可照射在一个或多个孔中接收的样品(例如检测元件4020和/或4021可以用孔替代，每个孔可接收可被光学讯问的处理样品)。
在此实方案中，光源6002位于盒的下部透明层6001下方以照射样品，而检测器6004位于上部透明层6005的上方以接收透过设置在中间聚合物层6003中的一个或多个孔的至少部分辐射。例如，在一些实施方案中，样品可经处理以将拉曼标签附接至感兴趣的病原体的目标蛋白质(例如通过在缓冲液储液器内提供拉曼标签)，辐射源6002可被配置以产生具有适用于激发标签的拉曼模式的波长。在此种实施方案中，检测器6004可检测任何斯托克斯(Stokes)和/或反斯托克斯(anti-Stokes)拉曼散射辐射。还可使用光学检测目标蛋白质和/或目标遗传组分的其他模式，诸如荧光、吸光度。本文中使用的术语“光学辐射”广泛地指具有波长范围从UV(例如约200nm)至电磁谱的红外线部分的辐射。
参考图19B，盒4000进一步包含背景参考孔4025，其可用于获得光学辐射穿过下部和上部玻璃层的影响以获得用于分析穿过样品孔后所检测到的光学辐射的基线。
参考图21A-21C，根据本教导的用于检测病原体的系统除了一次性盒(例如图中所描绘的盒4000)可以包括控制台(读取器)7000，其可接收盒以讯问收集自受试者的样品，例如如上所讨论，和/或接收、处理并分析由并入盒中的传感器所产生的信号和/或执行确定一种或多种目标病原体是否存在于经收集的生物样品中所需的其他功能。此功能可使用由本教导所告知的本领域已知的技术如以上文所讨论的方式与前述实施方案一起实施。在此实施方案中，控制台7000包括盒可插入的插座7002。
特别参考21B和21C，在使用中，可从受试者收集生物样品(例如唾液样品)并经由盒的入口端口引入至根据本教导的盒(例如上述任意的盒)。接着可将盒插入至控制台7000中。控制台7000可以包括用于致动并入盒中的各种阀、泵等的机制，如根据预定义的时间表以上文讨论的方式处理所接收的样品。控制台亦可经编程以分析由并入盒和/或控制台中的各个传感器所接收的数据以确定目标病原体是否存在于高于与系统相关的检测极限(LOD)所收集的生物样品中。
例如，类似于前述实施方案，在一些情况中，若根据本教导的系统检测到与目标病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种遗传组分，则系统将确认目标病原体存在于样品中。应理解的是，亦可以基于由传感器产生的信号采用其他算法来确认目标病原体存在。例如，一个此类算法需要检测与目标病原体相关的多个蛋白质和多个遗传组分来确认目标病原体存在于所收集的样品中。
控制器可以包括软件/固件，其可如根据预定的顺序操作盒的各个泵和阀。例如，气动柱塞可刺破泡囊以将缓冲液引入至扩增孔。且可操作加热/冷却元件以提供样品中的一种或多种遗传组分的扩增。在预定扩增循环之后(例如10个循环)，可致动阀2，通过该阀控制器将扩增的样品引入至一组传感器4020中。用于此种阀和泵的顺序式活化/操作的指令可被储存于内存模块中，且可在经由处理器运行期间被存取以执行必要的动作。
参考图22，在一些实施方案中，根据本教导的另一个盒8000可使用三层8002、8004和8006来实施，其中上层和下层由光学透明材料形成，诸如玻璃(如用适当的聚合物涂覆的玻璃)，而中层由适当的聚合物材料(例如PDMS)形成。类似于先前实施方案，盒8000包括用于将生物样品引入样品接收储液器8005中的入口，和两个缓冲液储液器8008/8010，其分别含有遗传缓冲液和蛋白质缓冲液。不同于先前实施方案，在此盒中，经收集的样品不直接转移至缓冲液储液器。然而，盒8000包括两个样品处理孔8012/8014，其皆与样品接收储液器8005流体连通以接收部分经收集的样品。
样品处理孔8012与遗传缓冲液储液器8008流体连通，而样品处理孔8014与缓冲液储液器8010流体连通。各个阀和泵(例如诸如以上所讨论的该些)可调节样品和缓冲液自各自的孔/储液器释出，并有助于将其引入至样品处理孔8012/8014中以与引入至这些孔中的样品部分相互作用。在一些实施方案中，使用此类样品处理孔有利地允许在任何缓冲液储液器中储存较大体积的缓冲液。类似于先前实施方案，盒8000包括两组传感器8016/8018，其中传感器8016被配置以检测目标病原体的一种或多种蛋白质和/或与多种不同目标病原体相关的蛋白质，传感器8018被配置以检测目标病原体的一种或多种遗传组分和/或与多种不同目标病原体相关的遗传组分。样品处理孔8012和8014分别与混合器8020/8022流体连通，其造成从样品处理孔释出的处理样品混合以转移至传感器。一对阀8026/8028分别调节从样品处理孔8012/8014释出的处理样品。
在一些实施方案中，除了或替代检测病原体的一种或多种成分(例如蛋白质和/或遗传组分)以确定病原体是否存在于生物样品中，并入根据本教导的系统的一个或多个传感器可被配置为检测完整病原体(当在样品中以高于传感器的检测极限(LOD)的水平存在时)。例如，该传感器可以包括具有工作电极的电化学传感器，工作电极经展现与目标病原体特异性结合的抗体(或其他适当的亲合性结合元件)官能化。例如，一些病原体(诸如冠状病毒)在表面具有许多刺突蛋白涂层，由此整体病毒可通过针对刺突蛋白的亲合性结合元件(即，特异性抗体、单抗体、纳米抗体)而被捕获。进一步例示说明，该电化学传感器可经单抗体官能化，该单抗体经由相位显示技术(phase display technology)产生以展现与感兴趣的病原体的特异性结合。例如，如上文所讨论，在nature Biotechnology(doi:10.1016/j.nbt)所发表的题为“Directed evolution of potent neutralizing nanobodiesagainst SARS-CoV-2using CDR-swapping mutagenesis”的论文中所描述的单抗体，该论文通过引用将其整体并入本文中。
新型病原体的检测
在一个方面中，可利用本教导检测新型病原体，例如新型SARS-CoV病毒。例如，当根据本教导的研究样品含有与已知SARS-CoV变异体相关的一种或多种蛋白质但不含与所述病毒相关的目标RNA序列时，可得出样品可能含有SARS-CoV病毒的新变异体。例如，冠状病毒的非结构蛋白(Non-structural protein，nsp)为冠状病毒生命周期以及其他新型RNA病毒的生命周期的高度保守的组分。RNA依赖性RNA聚合酶(RdRP)(又称为nsp12)复制病毒RNA基因组并产生病毒RNA转录体。RdRp对于病毒功能是必要的且为病毒特有的，且不存在于宿主中，故不展现交叉反应性。由于SARS-CoV病毒的RdRp间的高度同源性，此种蛋白质的检测指示存在该病毒家族的病毒。然而，不存在一种或多种结构蛋白以及与已知SARS-CoV病毒相关的特有RNA片段，可指示所检测的病毒为SARS-CoV家族的新变异体。换句话说，检测到RdRP加上未检测到与已知SARS-CoV病毒相关的特有RNA片段可指示样品可能含有新型SARS-CoV变异体。
检测到与病原体(例如病毒)相关的一种或多种蛋白质而未检测到指示与该病原体相关的单一RNA/DNA片段存在的信号可实际上表明检测到病原体的突变型，而非检测到该家族的新型病原体。然而，检测到与病原体相关的一种或多种蛋白质而未检测到与该病原体相关的二种或更多种RNA/DNA片段对应的信号增加了样品包括该家族的新型病原体(而非病原体的突变体版本)的可能性。这是因为随着这些突变的数量增加，同时地发生多种突变的可能性会快速降低。
在一个方面中，可利用本教导检测新型病原体，如，新型SARS-CoV病毒。例如，当根据本教导的研究样品含有与已知SARS-CoV变异体相关的一种或多种蛋白质但不含与所述病毒相关的目标RNA序列时，可得出样品可能含有SARS-CoV病毒的新变异体。例如，冠状病毒的非结构蛋白(nsp)为冠状病毒生命周期以及其他新型RNA病毒的生命周期的高度保守的组分。RNA依赖性RNA聚合酶(RdRP)(又称为nsp12)复制病毒RNA基因组并产生病毒RNA转录体。RdRp对于病毒功能是必要的且为病毒特有的，且不存在于宿主中，故无交叉反应性。由于SARS-CoV病毒的RdRp间的高度同源性，该蛋白质的检测指示存在该病毒家族的病毒。然而，不存在一种或多种结构蛋白以及与已知SARS-CoV病毒相关的特有RNA片段，可指示所检测的病毒为SARS-CoV家族的新变异体。
在一些实施方案中，根据本教导的一方面的电化学感测单元的感测电极可经多个纳米颗粒官能化，该纳米颗粒又用亲合性结合元件官能化，该亲合性结合元件被配置以展现与目标分析物(例如目标病原体)的特异性结合。例如，在一些实施方案中，纳米颗粒可为直径在范围约5nm至约100nm，例如范围约10nm至约50nm、或范围约20nm至约30nm的基本球形，但也可使用其他尺寸。例如，纳米颗粒可由金形成。
图9示意性地描绘所述经官能化的感测电极900的实例，其包含底层金层901和分布在整个金层901之上的多个金纳米颗粒902。
金纳米颗粒902接着可经多个亲合性结合元件904官能化。例如，金纳米颗粒可经亲合性结合元件官能化，其展现与目标蛋白质或目标遗传组分(例如RNA片段)的特异性结合，所述目标蛋白质或目标遗传组分例如病毒蛋白质或病毒RNA片段。在一些实施方案中，亲合性结合元件904亦可以包括至少一种配体，其有助于将金纳米颗粒锚定(例如通过共价键)至底层金层。此种偶联配体的一个实例可为巯基，如，半胱氨酸基团。在一些实施方案中，感兴趣的亲合性结合元件可为巯基化以允许其与底层金层偶联。
已知用于金纳米颗粒(AuNP)合成的多种技术。例如，胶体AuNP可如下述制备：可将0.5mL的1％(w/v)柠檬酸钠溶液添加至50mL的0.01％(w/v)HAuCl4沸腾溶液中。在使用前可将HAuCl4和柠檬酸钠水溶液通过0.22μm微孔膜过滤器过滤。可使混合物沸腾15分钟并接着移除加热源后搅拌15分钟以制造胶体金纳米颗粒。在使用前可将混合物以深色玻璃瓶储存在冰箱中。
在一些实施方案中，可使用市售可得的金纳米颗粒，诸如美国科罗拉多州拉夫兰的Nanopartz(Nanopartz of Loveland CO,USA)所销售的那些金纳米颗粒。例如，一些此类金颗粒可具有五面体刻面轮廓且可具有60nm至100nm的直径范围，尺寸精确度优于5nm且尺寸差异小于10％。其展现范围780nm至980nm的峰值SPR(表面等离子共振)。
如以上所述，可使用各种配体将金纳米颗粒锚定至底层金层。例如，可使用半胱氨酸配体将AuNP固定至底层金表面。在将底层金表面以多个AuNP官能化的一种方法中，金表面可进行清洁，例如，通过暴露于等离体子。在其他实施方案中，可通过以砂纸抛光表面来实现金表面的清洁，接着将表面用乙醇和蒸馏水清洗，再接着用滤纸干燥表面。然后，可在黑暗处室温中将经过清洁的金表面浸入半胱氨酸水溶液(例如0.1M半胱氨酸水溶液)中数小时(例如2个小时)。所得到经修饰的电极接着用蒸馏水彻底清洗并在蒸馏水中浸泡12个小时以移除任何物理吸附的半胱氨酸。接着在4℃将经半胱氨酸官能化的金表面浸入胶体金溶液中24小时。AuNP自组装电极可浸入蒸馏水中在4℃保存。
关于以金纳米颗粒官能化的金表面的合成和官能化的其他细节参考在2018年发表于Journal of Analytical Chemistry(73卷，第11期，第1118–1127页)的题为“SingleLayer of Gold Nanoparticles Self-Assembled on Gold Electrode as a NovelSensor with High Electrocatalytic Activity”(
Pleiades Publishing,Ltd.,2018)的论文中，该论文通过引用整体并入本文中。
在一些实施方案中，将根据本教导的检测器的感测电极官能化的感兴趣的亲合性结合元件(如，适体或其他寡核苷酸)可以包括允许将亲合性结合元件偶联至感测电极的配体(例如巯基)。在其他情形中，亲合性结合元件可经化学修饰以包含有助于将其附接至工作电极的配体(例如巯基)。
电化学感测单元的感测电极的官能化可能有利于增加传感器的有效表面积，由此增强传感器对感兴趣的抗原的检测的灵敏度。
在一些实施方案中，根据本教导的实施方案的检测系统，除了包括一个或多个具有一个或多个电化学感测单元的传感器外，还可以包括至少一个感测单元，其使用表面增强拉曼光谱(SERS)检测目标病原体蛋白质、RNA或DNA片段。
在一些此类实施方案中，感测电极可作用为电化学传感器，且亦可提供适用于执行表面增强拉曼光谱的表面。例如，图9中示意性地描述的经金纳米颗粒官能化的金层可提供这种双感测功能性。
例如，在一些此类实施方案中，电极900可如以上所讨论的方式用作电化学感测单元，以响应感兴趣的抗原(当存在于研究样品中时)与电极表面偶联的亲合性结合元件的偶联而产生电信号。电极900亦可用作SERS表面以允许通过拉曼光谱讯问样品。在一些实施方案中，金纳米颗粒的尺寸可以在例如约6nm至约100nm的范围，但也可使用其他尺寸。
例如，在此实施方案中，电极900经人类细胞受体血管收缩素转化酶2(ACE2)官能化。ACE2酶对SARS-COV-2刺突蛋白的受体结合结构域(RBD)的识别和结合可导致电极900的导电率改变，其可由上文联系前述实施方案所讨论的方式来检测。
此外，刺突蛋白与ACE2酶的结合可造成ACE2酶的拉曼光谱改变，由此提供用于SARS-COV-2病毒的拉曼检测的生物标记物(特征标记)。例如，在没有与刺突蛋白偶联的情况下，偶联至金纳米颗粒的ACE2酶可显示以下SERS信号：1032、1051、1089、1189、1447和1527cm-1。
SARS-CoV-2蛋白与ACE2酶的结合可导致大幅降低这些峰大部分的强度和1189cm-1峰红移至1182cm-1。拉曼光谱的这些变化可被用作检测SARS-CoV-2病毒存在于样品中的特征标记。
在一些实施方案中，1182cm-1与1189cm-1的拉曼强度比可用作检测研究样品中的SARS-CoV-2病毒的诊断检定。另外地或备选地，可利用拉曼数据的多变量分析作为确定SARS-CoV-2病毒是否存在于研究样品中的工具。例如，拉曼数据的主成分分析(PCA)可用于降低数据的维度。然后，可使用线性判别分析(LDA)来处理主要主成分以将数据分类成对应研究样品中病毒存在或不存在的类别。
在一些实施方案中，根据本教导的系统可以包括SERS模块，其与电化学感测模块分开。换句话说，在一些此类实施方案中，可仅使用SERS模块获得SERS数据。例如，并参考图10，此类SERS模块1000可以包括SERS表面1002，其包括多个金属化的突起/波纹1002a。
表面1002可经亲合性结合元件官能化，该亲合性结合元件可提供与感兴趣的抗原的特异性结合。例如，在此实施方案中，亲合性结合元件可为适体或蛋白质，其展现与SARS-CoV-2蛋白(例如SARS-CoV-2病毒的S蛋白)的特异性结合。例如，类似于前面的实施方案，亲合性结合元件可为ACE2酶，其展现与SARS-CoV-2蛋白的特异性结合。
SERS模块可进一步包括激光源1004，其可提供用于激发亲合性结合元件和/或各抗原任一个的一个或多个拉曼活性跃迁的辐射。例如，如上文讨论的，在SERS表面1002经ACE2酶官能化的一些实施方案中，激光源(例如，其可以是激光二极管的形式)可提供范围在约700nm至约1400nm的激发辐射。在此实施方案中，通过一个或多个光学器件1007将激光辐射引导至经官能化的SERS表面上并通过检测器1003检测拉曼散射辐射。在此实施方案中，一个或多个光学器件1009被设置在检测器前方以将拉曼散射辐射聚焦至检测器上。检测器响应拉曼散射辐射的检测而产生检测信号，其通过分析仪1005接收，该分析仪可与检测器1003连接以接收由检测器产生的检测信号。
分析仪1005被配置以处理所接收的拉曼散射检测信号以鉴别和分析斯托克斯和/或反斯托克斯拉曼峰以确定所检测的拉曼信号是否指示目标分析物存在于研究样品中。在此实施方案中，控制器1010控制激光和检测器的操作。例如，在其他功能中，其可提供激光和检测器活化的触发。
电化学以及拉曼数据两者的使用可提升根据此类实施方案的传感器的可靠度，并降低阳性信号的比率。例如，使用不同的检测模式(即，电化学与光学)可通过依赖不同的物理/化学方法检测感兴趣的分析物(例如病原体)的至少两种检测通道提供数据而帮助提高传感器的可靠度。
空气监测系统
在另一方面中，公开一种空气监测系统。参考图11-16，用于监测环境空气(例如检测一种或多种病原体和/或其他目标污染物)的根据本教导的实施方案的此类空气监测系统1100包括多个端口112a、112b和112c(在本文中统称为端口或入口端口或入口112)，环境空气的样品可穿过端口经由其各子的导管114a、114b和114c被引入至颗粒收集模块116中，颗粒收集模块116包括外壳116a，所述外壳116a提供由入口端口112接收环境空气的样品的密封件。
多个过滤器118a、118b和118c(在本文中统称为过滤器118)可被设置在各个端口112处或设置在各个端口112附近(例如在与各个端口相关的导管中)以过滤进入各个导管的取样空气，例如，移除灰尘颗粒或其他污染物。在一些实施方案中，过滤器118可以是2微米过滤器。市售可得的合适过滤器的一些实例可以包括(但不限于)由美国Whatman或AirFilter公司销售的那些。
在此实施方案中，叶轮(诸如风扇120)可被置于各个端口112附近(例如在将端口连接至收集外壳116的导管中)，以协助将环境空气样品引入至各个端口中。
多个传感器1和2围绕空气收集外壳116的周边设置。虽然在此实施方案中仅描述了两个传感器，但在其他实施方案中，可使用一个或多于两个传感器。如以下更详尽的讨论，可在不同时间致动传感器(例如根据预定时间表)以接收在空气收集外壳116中收集的空气的样品并分析所接收的空气样品中感兴趣的一种或多种目标颗粒(例如病毒颗粒)的存在。不失一般性，在以下讨论中，假设感兴趣的目标颗粒为病毒颗粒，但应理解本教导可用于检测其他类型的颗粒，包含环境样品中的其他类型的病原体(例如细菌)。
在此实施方案中，以相同方式实施传感器1和2。因此，不失一般性，以下详细描述仅传感器1的结构。本领域普通技术人员将理解其他传感器可具有类似结构。
使用任意适当机械耦合机制(诸如支架、卡口耦合等)将传感器1可移除式连接至空气收集外壳。如以下更详尽的讨论，在一些实施方案中，多个传感器设置在盒内，其可耦合至空气收集外壳。
电磁致动阀1200将传感器1与空气收集外壳的内部空间分隔开。如以下更详尽的讨论，一旦致动，阀1200开启以允许空气收集外壳116内收集的空气样品被引入至传感器1中。
传感器1包括喷嘴1202，空气样品可通过喷嘴加速以入射导多孔冲击材料1204上。例如，冲击材料可由多孔聚氨酯泡沫形成。
如以下更详尽的讨论，若目标病原体存在于所取样的输入空气中时，冲击材料1204可将一种或多种目标病原体(例如一种或多种病毒)与其他颗粒分开。例如，冲击材料1204可被配置以基本上吸附尺寸大于约1微米的颗粒，但允许尺寸大于约1微米的颗粒绕过。
在一些实施方案中，使用冲击材料1204将病原体(或其他感兴趣的分析物)分开的效率可为至少约60％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％、或至少约95％。
例如，在一些实施方案中，美国专利号6,435,043(在本文中称为‘043专利)中所公开的冲击材料可用于本教导的实践中，该专利通过引用方式其整体并入本文中。简而言之，‘043专利公开惯性撞击器，其利用多孔材料来收集气体(例如环境空气)中的颗粒。可通过入口将空气吸入冲击基材的表面上，冲击基材可收集惯性力太强而无法跟随气流的弯曲路径的颗粒。冲击材料可为多孔基材，例如，密度为0.019或0.031g/cm的聚氨酯泡沫。不具有足够能量被冲击材料吸附的剩余的颗粒(例如目标病毒颗粒)绕过冲击材料。
传感器1进一步包括捕获过滤器1206，其置于孔1208中且可捕获绕过冲击材料的至少一部分颗粒。除了容纳捕获过滤器，孔1208亦可作为用于接收储存在储液器1210中的缓冲液(本文中称为“捕获缓冲液”)的容器，当将储液器1210与孔1208分隔开的阀1211被致动时，允许缓冲液离开储液器并与捕获过滤器1206接触。缓冲液(本文中亦称为“运送缓冲液”)可回收过滤器(捕获过滤器)中所捕获的颗粒，由此释出感兴趣的颗粒(例如病毒颗粒)(如果存在的话)。过滤器的实例包括作为实例的0.1mm的Whatman过滤膜。运送缓冲液可为磷酸缓冲盐水(PBS)或Hank's平衡盐溶液(HBSS)。
更具体地，在使用中，可开启阀1200以允许将空气收集外壳116中所收集的空气的样品引入传感器1中。如上所讨论，当目标颗粒存在于取样空气中时，捕获过滤器可捕获至少部分目标颗粒(例如病毒颗粒)。在通过预先选择的时间间隔后，可关闭阀1200且将阀1211开启以允许储存在储液器1210中的捕获缓冲液流入孔1208中。
运送缓冲液可从过滤器1206释出至少一部分颗粒(例如含有目标病毒的颗粒)，由此形成释出的颗粒与缓冲液的混合物。
在一些实施方案中，电磁致动混合器1212可被置于孔1208中以将捕获缓冲液与从捕获过滤器释出至缓冲液的颗粒混合。在一些实施方案中，混合器可与阀1211的致动基本上同时被致动。在其他实施方案中，混合器可在阀1211致动后的预定时间间隔后被致动。
耦合至孔的电磁致动阀1214可被致动以将缓冲液与感兴趣的颗粒(若存在于空气样品中)的混合物引入导管1216中，该导管通往两个储液器1218和1220，一个储液器储存用于促进检测感兴趣的病毒颗粒的一种或多种遗传组分的试剂。例如，此类试剂可为异硫氰酸胍(例如2M最终浓度)。另一储液器储存一种或多种试剂，其适于处理病毒颗粒以促进检测一种或多种病毒蛋白质，例如(1)最终浓度为0.2％的十二烷基硫酸钠(SDS)；(2)最终浓度为0.1％-1％的Triton X-100；或(3)0.1％Tween 20。
可在阀1211致动后的预定时间间隔后执行阀1214的致动。例如，可选择该时间间隔以确保病毒颗粒(若被捕获过滤器捕获)从过滤器释出至缓冲液中，并使缓冲液与释出的病毒颗粒达到充分混合，例如，通过电磁致动混合器混合。例如，在一些实施方案中，可在范围约1分钟至约10分钟的时间间隔后致动阀1214，但也可以使用其他时间间隔。
导管1216包含中央部分1216a，其接收含有所释出的颗粒的缓冲液并通往两个分支1216b/1216c，其中分支1216b通往储液器1218，该储液器储存适用于解离和提取病毒遗传组分(例如病毒RNA)的一种或多种试剂(本文中亦称为“RNA处理试剂”)，而分支1216c通往储液器1220，其中储存用于稳定病毒蛋白质并促进其检测的一种或多种试剂(本文中称为“蛋白质处理试剂”)。在许多实施方案中，RNA处理试剂含有胍作为组分，而蛋白质处理试剂缺少胍。合适的RNA和蛋白质试剂的一些实例为上文联系前面实施方案所述的那些。
储液器1218和1220包括两个入口阀1218a/1220a，其可与阀1214的致动同时被致动(或在阀1214的致动后短时间内(例如几秒)致动)以允许捕获缓冲液与相关的病毒颗粒(若有的话)的混合物被引入至RNA和蛋白质试剂中。接续于预定时间间隔，可致动储液器1218和1220的两个出口阀1218b/1220b以允许由RNA/DNA试剂和蛋白质试剂处理的样品被引入至传感器1的两个感测单元1222与1223中。感测单元1222被配置以检测感兴趣的病毒的一种或多种目标遗传组分(例如RNA片段)，而感测单元1223被配置以检测一种或多种目标病毒蛋白质。
可以上述所讨论的方式将感测单元1222和1223实施为电化学传感器，其经展现与感兴趣的蛋白质和/或遗传组分(例如RNA片段)特异性结合的适体和/或寡核苷酸官能化。在一些实施方案中，代替或除了适体和/或寡核苷酸外，电化学传感器可经合成识别元件官能化，合成识别元件形成为与碳纳米管耦合的合成聚合物，例如以上述所讨论的方式。
此外，在一些实施方案中，一个或两个感测单元1222和1223可以包括多个感测模块(诸如感测模块1222a、1222b、……和1222n，以及感测模块1223a、1223b、……和1223n)以检测病毒的不同蛋白质和/或不同遗传组分(例如不同RNA片段)。换句话说，各个感测单元可经设计以提供多任务检测能力，例如，增加检测选择性和/或灵敏度。
各个传感器的感测模块可响应样品与感测模块的相互作用产生一个或多个电信号。电压稳定器1225可测量由各个感测模块产生的电信号。更具体地，在此实施方案中，电压稳定器1225通过多路复用器(其在微控制器1227的控制下操作)与感测模块耦合以一次一个(即，串联方式)将电压稳定器与感测模块连接。
电压稳定器可响应暴露至取样的空气测量由感测模块产生的电信号(例如由于官能化电极的阻抗改变)。
微控制器1227亦可与电压稳定器1225连接以接收由电压稳定器产生的测量信号并处理所接收的信号以确定感测模块是否检测到空气样品中存在目标病毒颗粒。
特别地，微控制器1227可经编程以根据预定协议处理所接收的信号。例如，可将由感测模块产生的电信号幅度与预定阈值比较以确定由感测模块产生的电信号是否指示感测单元检测到病毒遗传组分或蛋白质。例如，当电信号的幅度超过阈值时，微控制器指示检测到感兴趣的病毒颗粒。
在此实施方案中，系统1100包括报警系统1300，报警系统与微控制器1217连接并在微控制器1217的控制下操作，以在微控制器确定目标病毒存在于样品空气中时产生报警(例如声音和/或视觉报警)。报警系统1300可以本领域各种已知的方式实施。
微控制器亦可经编程以致动系统的各个阀，例如以上述所讨论的方式。例如，在一些实施方案中，微控制器1227可与一个或多个电磁继电器1301连接，其又与阀连接。微控制器可活化与传感器相关的一个或多个继电器以致动传感器的一个或多个阀，如以上述所讨论的方式。
微控制器1227亦可根据预定时间表(例如每小时)在不同时间致动不同的传感器(例如传感器1和2)。例如，在一些实施方案中，系统1100可以包括24个传感器，且微控制器可经编程以每小时为基础连续致动传感器，以在24小时期间内的不同小时间隔期间收集并分析环境空气的不同样品。应该理解，在根据本教导的系统中可以使用任意适当数量的传感器，例如，基于具体的应用。
在一些实施方案中，在预定时间间隔后，和/或一旦最后的传感器被致动且来自传感器的信号已被收集，微控制器可发送信号至远程服务器以提醒操作员需要更换传感器。例如，在24个传感器被用于每小时检测环境空气的实施方案中，微控制器每24小时发送一次更换信号。
在一些实施方案中，置于盒中的传感器可容易地耦合至空气收集外壳并从外壳移除以更换另一个盒。
例如，图16示意性地描绘根据本教导的系统2000的另一实施方案，其包含具有平行六面体形状的空气收集外壳2002。根据本教导的携带多个传感器2006的盒2004可移除式耦合至空气收集外壳2002，以在致动将传感器与空气收集外壳分隔开的阀时，与空气收集外壳内所收集的空气流体连通，例如以上述所讨论的方式。
可利用多种机制将盒耦合至空气收集外壳。例如，在此实施方案中，盒外壳包含多个滑动轨2008，其可移除式插入设置在空气收集外壳的侧表面上的多个槽2010中。
再次参照图11，系统100亦可以包括通讯模块1400，其在控制器1217的控制下操作且可将试验结果和/或各种信号(例如盒更换信号)传送至远程服务器(例如用于提醒操作员)以供储存和/或其他处理。
在一些实施方案中，系统1100的各种组分可被整合在单一外壳内，该外壳可由各种合适的材料形成。例如，外壳可由各种聚合物材料(例如PDMS)形成。在其他实施方案中，系统1100的一种或多种组件可设置在一个外壳内，而装置的其他组件可设置在另一个外壳内。例如，在一些实施方案中，可在远程服务器上执行由传感器产生的电信号的处理，该远程服务器接收信号并根据预定协议处理这些信号。
在一些实施方案中，系统1100可被配置以检测环境样品中的SARS-COV-2病毒。如上文所提及，由病毒急性呼吸道症候群冠状病毒2(SARS-CoV-2)所引起的冠状病毒疾病2019(COVID-19)通过飞沫、气溶胶以及接触污染表面而有效地传播。在一些实施方案中，根据本教导的系统可允许在低(nM-pM)浓度下快速、现场(on-site)检测相关SARS-CoV-2生物标记物。
例如，在一些实施方案中，根据本教导的系统1100的传感器可被配置以检测基于N、S、E和ORF 1ab基因的多个SARS-CoV-2特异性核酸序列和包括刺突蛋白和核壳蛋白的结构蛋白。如以上所详尽的讨论，检测病毒遗传组分以及病毒蛋白质两者可加强检测SARS-CoV-2的选择性与灵敏度。例如，在一些实施方案中，根据本教导的系统可检测空气样品中的SARS-CoV-2病毒，其具有小于1个病毒颗粒/升的灵敏度和针对检测SARS-CoV-2而非其他冠状病毒的选择性。
根据本教导的系统、传感器和方法提供数种优点。例如，其允许以简单且快速的方法检测生物样品中的病原体，尤其是SARS-CoV-2病毒。此外，其允许此类检测而不需要标记病原体，例如通过荧光标记。另外，如本文中所教导的，检测与病原体相关的蛋白质和遗传物质两者增强检测的可靠度。此外，其允许检测家族中的新型病原体。
本领域普通技术人员应该理解，可以在不脱离本发明的范围的前提下对上述实施进行各种改变。
Claims (146)
1.一种用于检测与生物样本的至少一种病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种遗传组分的系统，其包括：
一次性盒，包括：
样品入口端口，其被配置以接收生物样本；
第一储液器，其用于储存蛋白质缓冲液，所述蛋白质缓冲液用于制备用于检测与生物样本中的至少一种病原体相关的目标蛋白质的生物样本的样品；
第二储液器，其用于储存遗传缓冲液，所述遗传缓冲液用于制备用于检测与生物样本中的至少一种病原体相关的目标遗传组分的生物样本的样品，其中目标蛋白质和遗传缓冲液之一的至少一种试剂不存在于另一蛋白质缓冲液中；
第一传感器，其被配置以检测与样品中的至少一种病原体相关的目标蛋白质；
第二传感器，其被配置以检测与样品中的至少一种病原体相关的目标遗传组分；以及
与第一储液器和第二储液器耦合的至少一个释出机构，其用于释出第一储液器的至少一部分液体以转移至第一传感器，并且用于释出第二储液器的至少一部分液体以转移至第二传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中第一传感器包括经展现与目标蛋白质特异性结合的第一亲合性结合元件官能化的工作电极，其中第二传感器包括经展现与目标遗传组分特异性结合的第二亲合性结合元件官能化的工作电极。
3.根据权利要求1所述的系统，其中第一传感器包括用于检测与至少一种病原体相关的多种不同目标蛋白质的第一多个感测单元，使得第一多个感测单元各自被配置以检测多种不同目标蛋白质中的一种不同蛋白质。
4.根据权利要求3所述的系统，其中第二传感器包括用于检测与至少一种病原体相关的多种不同目标遗传组分的第二多个感测单元，使得第二多个感测单元各自被配置以检测多种目标遗传组分中的一种不同遗传组分。
5.根据权利要求4所述的系统，其中第一多个感测单元包括多个电化学传感器，所述电化学传感器各自经不同亲合性结合元件官能化，使得亲合性结合元件各自展现与不同目标蛋白质之一的特异性结合。
6.根据权利要求1所述的系统，其中生物样本包括液体生物活检样本、呼吸样品、空气样品和废水样品中的任一种。
7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括第一样品转移流体通道，所述第一样品转移流体通道自样品入口端口延伸至第一储液器的入口端口，用于转移生物样本的至少第一部分至第一储液器，其中生物样本的第一部分与蛋白质缓冲液的相互作用产生第一处理样品。
8.根据权利要求7所述的系统，其进一步包括第二样品转移流体通道，所述第二样品转移流体通道被配置以递送生物样本的至少第二部分至第二储液器的入口端口，其中生物样本的第二部分与遗传缓冲液的相互作用产生第二处理样品。
9.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括第一样品递送流体通道以将第一处理样品转移至第一传感器。
10.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括与第二储液器流体连通的扩增孔以接收从第二储液器释出的第二处理样品，其中扩增孔包括扩增目标遗传组分所需的一种或多种试剂以产生经扩增的样品。
11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括第二样品递送流体通道以将扩增的样品递送至第二传感器。
12.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括与扩增孔热耦合的加热装置以及加热和冷却装置中至少一个。
13.根据权利要求1所述的系统，其中第一传感器和第二传感器各自包括电化学传感器和光学传感器中的任一个。
14.根据权利要求13所述的系统，其中第一传感器和第二传感器各自包括电化学传感器。
15.根据权利要求2所述的系统，其中第一亲合性结合元件包括抗体、适体、SOMAmer、raptomer和megastar中的任一种。
16.根据权利要求15所述的系统，其中第二亲合性结合元件包括相对于目标遗传组分具有互补性寡核苷酸序列的寡核苷酸。
17.根据权利要求16所述的系统，其中目标遗传组分包括DNA片段和RNA片段中的任一种。
18.根据权利要求1所述的系统，其中生物样本包括生物活检液体。
19.根据权利要求1所述的系统，其中至少一种病原体包括病毒和细菌中的至少一种。
20.根据权利要求19所述的系统，其中病毒包括SARS-CoV-2、甲型和乙型流感病毒、冠状病毒、寨卡病毒、埃博拉病毒、裂谷热病毒中的任一种。
21.根据权利要求19所述的系统，其中细菌包括鼠疫杆菌(Yersinia pestis)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus，MRSA)中的任一种。
22.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括与第一传感器和第二传感器通讯的分析模块以接收由第一传感器和第二传感器产生的信号并处理所述信号，从而确定至少一种病原体是否存在于生物样本中。
23.根据权利要求4所述的系统，其中第二多个感测单元包括多个电化学传感器，其各自经不同亲合性结合元件官能化，使得亲合性结合元件各自展现与多种不同目标遗传组分中每一种的特异性结合。
24.根据权利要求23所述的系统，其中亲合性结合元件包括抗体、适体、SOMAmer、纳米抗体、单抗体、megastar或其组合中的任一种。
25.根据权利要求24所述的系统，其中亲合性结合元件包括多种寡核苷酸，其各自具有与遗传组分之一的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
26.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括相对于第一传感器和第二传感器之一定位的至少一个透明窗以允许传感器的光通入。
27.根据权利要求1所述的系统，其中第一传感器和第二传感器包括外壳，所述外壳包括聚合物。
28.根据权利要求27所述的系统，其中聚合物包括PDMS和聚氨酯中的任一种。
29.根据权利要求1所述的系统，其中至少一种病原体包括多种病原体，并且第一传感器和第二传感器中至少一个包括被配置以检测与不同病原体相关的不同蛋白质或遗传组分的多个感测单元。
30.一种用于护理点(POC)系统的一次性盒，所述护理点(POC)系统用于检测生物样本中与病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种遗传组分，所述一次性盒包括：
盒框体，包括：
样品接收孔，其用于接收生物样本；
第一储液器，其用于储存蛋白质缓冲液，所述蛋白质缓冲液用于制备用于检测目标蛋白质的样品；
第二储液器，其用于储存遗传缓冲液，所述遗传缓冲液用于制备用于检测遗传组分的样品，其中蛋白质缓冲液和遗传缓冲液之一的至少一种试剂不存在于另一种缓冲液中；
第一样品处理孔，其与样品接收孔和第一储液器流体连通以接收样品的第一部分和蛋白质缓冲液的至少一部分，其中样品与蛋白质缓冲液的相互作用产生第一处理样品；
第二样品处理孔，其与样品接收孔和第二储液器流体连通以接收样品的第二部分和遗传缓冲液的至少一部分，其中样品的第二部分与遗传缓冲液的相互作用产生第二处理样品；
第一传感器，其与第一样品处理孔流体连通以接收第一处理样品，从而检测与病原体相关的目标蛋白质；以及
第二传感器，其与第二样品处理孔流体连通以接收第二处理样品，从而检测与病原体相关的目标遗传组分。
31.一种传感器，其包括：
外壳，包括：
第一部分和第二部分，
控制阀，其位于第一部分与第二部分之间，
所述第一部分提供具有开口的腔室，所述开口用于接收将个体的一份或多份呼吸样品递送至所述腔室内的呼吸收集装置的管，
储液器，其位于所述腔室中以储存一种或多种样品处理试剂，所述储液器具有易碎裂性膜，所述易碎裂性膜被配置以通过将所述管插入所述腔室而被刺破，从而允许所述一份或多份呼吸样品与所述一种或多种样品处理试剂混合，
电化学电池，其位于所述第二部分中，
致动器，其与所述控制阀耦合以控制所述阀，从而允许所述一份或多份呼吸样品和所述一种或多种样品处理试剂的混合物被递送至所述电化学电池，
其中所述电化学电池被配置以在至少一种目标病原体存在于所述一份或多份呼吸样品中时产生检测信号。
32.根据权利要求31所述的传感器，其中所述电化学电池包括工作电极、对电极和参比电极。
33.根据权利要求32所述的传感器，其进一步包括与所述工作电极偶联的至少一种适体或至少一种寡核苷酸，其中所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，所述至少一种寡核苷酸包含与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
34.根据权利要求32所述的传感器，其进一步包括设置在所述工作电极上的多个碳纳米管，所述多个碳纳米管经至少一种适体官能化，所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，或所述多个碳纳米管经至少一种寡核苷酸官能化，所述至少一种寡核苷酸具有与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
35.根据权利要求33或权利要求34所述的传感器，其中当所述病原体存在于样品中时，在与所述病原体相关的至少一种蛋白质或至少一种RNA或DNA片段分别与所述适体或所述寡核苷酸中至少一个结合时，所述电化学电池产生检测信号。
36.根据权利要求33所述的传感器，其中所述至少一种适体包括被配置以与所述至少一种蛋白质的不同表位结合的多个适体。
37.根据权利要求31所述的传感器，其中所述病原体包括病毒和细菌中的任一种。
38.根据权利要求37所述的传感器，其中所述病毒包括冠状病毒、流感病毒中的任一种。
39.根据权利要求38所述的传感器，其中所述冠状病毒包括SARS-CoV-2病毒。
40.根据权利要求31所述的传感器，其中所述储液器在所述易碎裂性膜与所述控制阀之间形成。
41.根据权利要求31所述的传感器，其中所述易碎裂性膜包括聚合材料。
42.根据权利要求41所述的传感器，其中所述聚合材料包括赛璐玢和聚氨酯中的任一种。
43.根据权利要求41所述的传感器，其中所述外壳包括聚合材料。
44.根据权利要求43所述的传感器，其中所述聚合材料包括PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
45.根据权利要求31所述的传感器，其进一步包括位于所述储液器上游的所述第一部分中的过滤器以抑制所述目标病原体的至少一部分离开所述第一部分进入外部环境。
46.根据权利要求45所述的传感器，其进一步包括位于所述储液器上游的所述第一部分中的单向阀以防止所述一种或多种试剂回流。
47.一种用于检测呼吸样品中的病原体的系统，其包括：
传感器，其被配置以检测样品中的目标病原体，
呼吸收集装置，其包括口鼻器和管，所述口鼻器与使用者的呼吸道接合以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，所述管与接收所述一份或多份呼吸样品的口鼻器流体连通，所述管被配置以与所述传感器接合以将所述一份或多份呼吸样品递送至所述传感器，
其中所述传感器包括：
外壳，包括：
第一部分和第二部分，
控制阀，其位于第一部分与第二部分之间，
所述第一部分提供具有开口的腔室，所述开口用于接收将个体的一份或多份呼吸样品递送至所述腔室内的呼吸收集装置的管，
储液器，其位于所述腔室中以储存一种或多种样品处理试剂，所述储液器具有易碎裂性膜，所述易碎裂性膜被配置以通过将所述管插入所述腔室而被刺破，从而允许所述一份或多份呼吸样品与所述一种或多种样品处理试剂混合，
电化学电池，其位于所述第二部分中，
致动器，其与所述控制阀耦合以控制所述阀，从而允许所述一份或多份呼吸样品和所述一种或多种样品处理试剂的混合物被递送至所述电化学电池，
其中所述电化学电池被配置以在至少一种目标病原体存在于所述一份或多份呼吸样品中时产生检测信号。
48.根据权利要求47所述的传感器，其中所述电化学电池包括工作电极、对电极和参比电极。
49.根据权利要求48所述的传感器，其进一步包括与所述工作电极偶联的至少一种适体或至少一种寡核苷酸，其中所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，所述至少一种寡核苷酸包含与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
50.根据权利要求48所述的传感器，其进一步包括设置在所述工作电极上的多个碳纳米管，所述多个碳纳米管经至少一种适体官能化，所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，或所述多个碳纳米管经至少一种寡核苷酸官能化，所述至少一种寡核苷酸具有与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
51.根据权利要求49或权利要求50所述的传感器，其中当所述病原体存在于样品中时，在与所述病原体相关的至少一种蛋白质或至少一种RNA或DNA片段分别与所述适体或所述寡核苷酸中至少一个结合时，所述电化学电池产生检测信号。
52.根据权利要求49或权利要求50所述的传感器，其中所述至少一种适体包括被配置以与所述至少一种蛋白质的不同表位结合的多个适体。
53.根据权利要求47所述的传感器，其中所述病原体包括病毒和细菌中的任一种。
54.根据权利要求53所述的传感器，其中所述病毒包括冠状病毒、流感病毒中的任一种。
55.根据权利要求54所述的传感器，其中所述冠状病毒包括SARS-CoV-2病毒。
56.根据权利要求49所述的传感器，其中所述储液器在所述易碎裂性膜与所述控制阀之间形成。
57.根据权利要求49所述的传感器，其中所述易碎裂性膜包括聚合材料。
58.根据权利要求57所述的传感器，其中所述聚合材料包括赛璐玢和聚氨酯中的任一种。
59.根据权利要求49所述的传感器，其中所述外壳包括聚合材料。
60.根据权利要求59所述的传感器，其中所述聚合材料包括PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
61.根据权利要求49所述的传感器，其进一步包括位于所述储液器上游的所述第一部分中的过滤器以抑制所述目标病原体的至少一部分离开所述第一部分进入外部环境。
62.根据权利要求49所述的传感器，其进一步包括位于所述储液器上游的所述第一部分中的单向阀以防止所述一种或多种试剂回流。
63.一种传感器，其包括：
外壳，
设置在所述外壳内的至少一个感测单元，所述感测单元包括：
至少一个电化学电池，其具有工作电极、对电极和参比电极，
与所述工作电极偶联的至少一种适体或至少一种寡核苷酸，其中所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，所述至少一种寡核苷酸包含与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列，
设置在所述外壳中的孔，其用于接收被配置以收集生物样品的器具，
位于所述外壳中的至少一个内部突出物，其用于当器具被接收在外壳内时将所述器具与所述电极分隔开，
用于储存试剂的储液器，所述试剂用于处理生物样品，所述储液器具有易碎膜，
其中所述储液器位于外壳内，所述器具被配置使得当所述器具插入外壳时刺破膜以释出试剂的至少一部分到所述器具的至少一部分上，从而将所述生物样品的至少一部分引入所述经官能化的工作电极上。
64.根据权利要求63所述的传感器，其中当所述病原体存在于样品中时，在与所述病原体相关的所述至少一种蛋白质或所述至少一种RNA或DNA片段分别与所述适体或所述寡核苷酸中至少一个结合时，所述电化学电池产生检测信号。
65.根据权利要求63所述的传感器，其进一步包括与所述电化学电池通讯的分析模块以接收所述检测信号并处理所述信号，从而确定所述病原体是否存在于样品中。
66.根据权利要求63所述的传感器，其中所述传感器位于一次性盒中。
67.根据权利要求63所述的传感器，其中所述至少一个感测单元包括多个感测单元，其中所述感测单元之一包括经适体官能化的碳纳米管，并且所述感测单元的另一个包括经寡核苷酸官能化的碳纳米管。
68.根据权利要求63所述的传感器，其中所述至少一种适体包括被配置以与所述至少一种蛋白质的不同表位结合的多个适体。
69.根据权利要求63所述的传感器，其中所述病原体包括病毒和细菌中的任一种。
70.根据权利要求69所述的传感器，其中所述病毒包括冠状病毒。
71.根据权利要求63所述的传感器，其中所述外壳包括顶表面、底表面。
72.根据权利要求71所述的传感器，其中所述工作电极设置在所述底表面附近。
73.根据权利要求72所述的传感器，其中所述储液器在所述易碎膜与所述顶表面的至少一部分之间形成。
74.根据权利要求73所述的传感器，其中所述外壳进一步包括前表面和相对的背表面，所述孔在所述前表面中形成。
75.根据权利要求74所述的传感器，其中所述储液器在所述易碎膜与所述相对的背表面的至少一部分之间形成。
76.根据权利要求73所述的传感器，其中所述易碎膜包括聚合材料。
77.根据权利要求73所述的传感器，其中所述外壳包括聚合材料。
78.根据权利要求77所述的传感器，其中所述聚合材料包括任一种PDMS。
79.一种用于检测病原体的系统，其包括：
呼吸输入装置，其用于与使用者的呼吸道直接连通接合以接收来自使用者的一份或多份呼吸样品，
所述呼吸输入装置包括用于接收器具的通道，所述器具用于在所述一份或多份呼吸样品中存在气溶胶时收集至少一部分气溶胶，
传感器，其包括：
外壳，
设置在所述外壳内的至少一个感测单元，所述感测单元包括：
至少一个电化学电池，其具有工作电极、对电极和参比电极，与所述工作电极偶联的至少一种适体或至少一种寡核苷酸，
其中所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，所述至少一种寡核苷酸包含与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列，
设置在所述外壳中的孔，其用于接收所述器具，
位于所述外壳中的至少一个内部突出物，其用于当器具被接收在外壳内时将所述器具与所述电极分隔开，
用于储存试剂的储液器，当所收集的气溶胶中存在生物样品时，所述试剂用于所述生物样品，所述储液器具有易碎膜，
其中所述储液器位于外壳内，所述器具被配置使得当所述器具插入外壳时刺破膜以释出试剂的至少一部分到所述器具的至少一部分上，从而将所述生物样品的至少一部分引入所述经官能化的工作电极上。
80.一种传感器，其包括：
外壳，
设置在外壳内的至少一个感测单元，所述感测单元包括：
至少一个电化学电池，其具有工作电极、对电极和参比电极，
设置于所述工作电极中至少一个上的多个碳纳米管，所述多个碳纳米管经至少一种适体官能化，所述至少一种适体被配置以与病原体相关的至少一种蛋白质特异性结合，或所述多个碳纳米管经至少一种寡核苷酸官能化，所述至少一种寡核苷酸具有与所述病原体的至少一种RNA或DNA片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列，
设置在所述外壳中的孔，其用于接收被配置以收集生物样品的器具，
位于所述外壳中的至少一个内部突出物，其用于当所述器具被接收在外壳中时将所述器具与所述电极分隔开，
用于储存一种或多种试剂的储液器，所述试剂用于处理所述生物样品，所述储液器具有易碎膜，
其中所述储液器位于外壳内，所述器具被配置使得当所述器具插入外壳时刺破膜以释出试剂的至少一部分到所述器具的至少一部分上，从而将所述生物样品的至少一部分引入所述经官能化的工作电极上。
81.根据权利要求80所述的传感器，其中当所述病原体存在于样品中时，在与所述病原体相关的至少一种蛋白质或至少一种RNA或DNA片段分别与所述适体或所述寡核苷酸中至少一个结合时，所述电化学电池产生检测信号。
82.根据权利要求81所述的传感器，其进一步包括与所述电化学电池通讯的分析模块以接收所述检测信号并处理所述信号，从而确定所述病原体是否存在于样品中。
83.根据权利要求80所述的传感器，其中所述传感器位于一次性盒中。
84.根据权利要求80所述的传感器，其中所述至少一个感测单元包括多个感测单元，其中所述感测单元之一包括经适体官能化的碳纳米管，并且所述感测单元的另一个包括经寡核苷酸官能化的碳纳米管。
85.根据权利要求80所述的传感器，其中所述碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWCNT)。
86.根据权利要求80所述的传感器，其中所述至少一种适体包括被配置以与所述至少一种蛋白质的不同表位结合的多个适体。
87.根据权利要求80所述的传感器，其中当所述病原体存在于样品中时，所述至少一种或多种试剂包括用于裂解所述病原体的试剂。
88.根据权利要求80所述的传感器，其中所述外壳包括顶表面、底表面。
89.根据权利要求88所述的传感器，其中所述工作电极设置在所述底表面附近。
90.根据权利要求89所述的传感器，其中所述储液器在所述易碎膜与所述顶表面的至少一部分之间形成。
91.根据权利要求89所述的传感器，其中所述外壳进一步包括前表面和相对的背表面，所述孔在所述前表面中形成。
92.根据权利要求91所述的传感器，其中所述储液器在所述易碎膜与所述相对的背表面的至少一部分之间形成。
93.根据权利要求80所述的传感器，其中所述易碎膜包括聚合材料。
94.根据权利要求93所述的传感器，其中所述聚合材料包括赛璐玢和聚氨酯中的任一种。
95.根据权利要求80所述的传感器，其中所述外壳包括聚合材料。
96.根据权利要求95所述的传感器，其中所述聚合材料包括任一种PDMS。
97.根据权利要求80所述的传感器，其中所述病原体包括病毒和细菌中的任一种。
98.根据权利要求97所述的传感器，其中所述病毒包括冠状病毒和流感病毒中的任一种。
99.根据权利要求98所述的传感器，其中所述冠状病毒包括SARS-CoV-2病毒。
100.一种检测呼吸样品中的病原体的方法，其包括：
收集来自个体的一份或多份呼吸样品，
将所述一份或多份呼吸样品与一种或多种试剂混合，以在所述一份或多份样品中存在至少一种病原体时制备所述至少一种病原体用于检测，
将所述混合物的至少一部分引入到电化学电池中，所述电化学电池被配置以在所述一份或多份呼吸样品中存在所述病原体时检测与所述病原体相关的至少一种蛋白质和至少一种RNA片段，
其中所述电化学电池产生响应于检测所述至少一种蛋白质的第一检测信号和响应于检测所述至少一种RNA片段的第二检测信号。
101.根据权利要求100所述的方法，其进一步包括当所述电化学电池产生所述第一检测信号和所述第二检测信号两者时，指示所述病原体存在于所述一份或多份呼吸样品中。
102.一种用于鉴别冠状病毒的新型变异体的方法，其包括：
将一部分生物样品引入多个单壁碳纳米管上，所述多个单壁碳纳米管经展现与冠状病毒的已知变异体的结构蛋白特异性结合的至少一种适体官能化，其中所述结构蛋白展现在冠状病毒不同的已知变异体间至少约80％的同源性，
监测响应与所述生物样品的相互作用的经所述适体官能化的多个碳纳米管的至少一个物理或化学性质以确定所述结构蛋白是否存在于样品中，
将一部分生物样品引入经多种不同寡核苷酸序列官能化的多个单壁碳纳米管上，其中所述寡核苷酸序列各自与一种已知冠状病毒特有的RNA片段互补，
监测经所述寡核苷酸官能化的碳纳米管的至少一个物理或化学性质以确定所述RNA片段中的任一种是否存在于样品中，
其中不存在所述RNA片段并且存在所述至少一种结构蛋白质指示冠状病毒的新型变异体存在于所述样品中。
103.一种空气监测系统，其包括：
空气收集模块，其提供用于接收环境空气的一份或多份样品的腔室，
至少一个传感器，其被配置为与所述空气收集模块可移除式耦合，
所述传感器包括入口可致动阀，所述入口可致动阀在传感器与所述空气收集模块耦合时将所述传感器与所述腔室分开，使得所述入口可致动阀的致动允许将密封件内含有的至少一部分空气引入至传感器，
其中所述传感器包括：
至少第一感测单元，其被配置以在目标生物颗粒存在于采样的空气中时检测与所述目标生物颗粒相关的至少一种蛋白质；以及
至少第二感测单元，其被配置以在目标病原体存在于采样的空气中时检测所述目标生物颗粒的至少一种遗传组分。
104.根据权利要求103所述的空气监测系统，其中所述空气收集模块包括至少一个端口，环境空气能够通过所述端口进入腔室。
105.根据权利要求104所述的空气监测系统，其进一步包括相对于所述端口定位的过滤器，使得环境空气在进入所述腔室前通过过滤器。
106.根据权利要求105所述的空气监测系统，其进一步包括有助于将环境空气引入所述端口的叶轮。
107.根据权利要求103所述的空气监测系统，其中所述生物颗粒包括病原体。
108.根据权利要求107所述的空气监测系统，其中所述病原体包括细菌和病毒中的任一种。
109.根据权利要求103所述的空气监测系统，其中所述第一感测单元包括至少一个具有电化学传感器的感测模块，所述电化学传感器具有感测电极，所述感测电极经展现与所述至少一种蛋白质特异性结合的至少一种亲合性结合元件官能化。
110.根据权利要求109所述的空气监测系统，其中所述亲合性结合元件包括适体、抗体中的任一种。
111.根据权利要求103所述的空气监测系统，其中所述第二感测单元包括至少一个具有电化学传感器的感测模块，所述电化学传感器具有感测电极，所述感测电极经展现与所述至少一种遗传组分特异性结合的至少一种亲合性结合元件官能化。
112.根据权利要求111所述的空气监测系统，其中所述至少一种亲合性结合元件包括寡核苷酸。
113.根据权利要求103所述的空气监测系统，其中所述至少一种遗传组分包括RNA片段和DNA片段中的任一种。
114.根据权利要求104所述的空气监测系统，其中所述至少一个传感器包括位于所述入口阀下游的多孔冲击材料和喷嘴，所接收的空气样品能够通过入口阀朝所述多孔冲击材料加速，其中当至少一种目标生物颗粒存在于所接收的空气样品中时，所述多孔冲击材料被配置以将所述至少一种目标生物颗粒与所述空气样品中的其他颗粒分开，使得所述目标生物颗粒的至少一部分通过所述冲击材料，同时所述其他颗粒的至少一部分被所述多孔冲击材料吸附。
115.根据权利要求114所述的空气监测系统，其进一步包括位于所述多孔冲击材料下游的捕获过滤器以捕获目标生物颗粒的至少一部分。
116.根据权利要求115所述的空气监测系统，其进一步包括其中放置所述冲击材料和所述捕获过滤器的密封件。
117.根据权利要求116所述的空气监测系统，其进一步包括用于储存缓冲液的缓冲液储液器，所述缓冲液适于从所述捕获过滤器移除所述捕获的生物颗粒的至少一部分。
118.根据权利要求117所述的空气监测系统，其中所述缓冲液储液器包括出口可致动阀，所述出口可致动阀将所述缓冲液储液器与所述密封件分隔开，使得当所述出口可致动阀被致动时，所述缓冲液的至少一部分从缓冲液储液器释出而与所述捕获过滤器接触，由此从所述捕获过滤器释出所述捕获的生物颗粒的至少一部分到所述缓冲液中(在此为“缓冲液样品”)。
119.根据权利要求118所述的空气监测系统，其中所述密封件包括表面，在所述表面中设有缓冲液-样品转移可致动阀以将所述密封件与导管分隔开，使得所述缓冲液-样品转移可致动阀被致动时，所述测试样品的至少一部分流入所述导管。
120.根据权利要求119所述的空气监测系统，其进一步包括用于储存供提取所述生物颗粒的所述至少一种遗传组分的一种或多种试剂的第一试剂储液器，和用于储存有助于检测所述至少一种蛋白质的一种或多种试剂的第二试剂储液器。
121.根据权利要求120所述的空气监测系统，其中所述第一试剂储液器包括入口可致动阀，所述入口可致动阀将所述第一试剂储液器与所述导管分隔开，使得当第一试剂储液器的所述入口可致动阀被致动时，缓冲液样品的至少一部分从所述导管流入所述第一试剂储液器以与所述一种或多种试剂混合，从而提供蛋白质测试样品。
122.根据权利要求121所述的空气监测系统，其中所述第一试剂储液器进一步包括出口可致动阀，所述出口可致动阀将所述第一试剂储液器与所述第一感测单元分隔开，使得当所述第一试剂储液器的所述出口可致动阀被致动时，所述蛋白质测试样品的至少一部分被引入所述第一感测单元。
123.根据权利要求122所述的空气监测系统，其中所述第二试剂储液器进一步包括入口可致动阀，所述入口可致动阀将所述第二试剂储液器与所述导管分隔开，使得当所述第二试剂储液器的所述入口可致动阀被致动时，所述缓冲液样品的至少一部分被引入所述第二试剂储液器以与所述一种或多种遗传处理试剂混合，从而产生遗传测试样品。
124.根据权利要求123所述的空气监测系统，其中所述第二试剂储液器进一步包括出口阀，所述出口阀将所述第二试剂储液器与所述第二感测单元分隔开，使得当致动所述动出口阀时，所述遗传测试样品的至少一部分被引入所述第二感测单元。
125.根据权利要求103所述的空气监测系统，其进一步包括与所述感测单元的感测模块通讯的至少一个检测器以测量感测单元的所述电化学电池中任一个的至少一个电性质并产生指示所述测量的电性质的一种或多种检测信号。
126.根据权利要求125所述的空气监测系统，其中所述至少一个检测器经由多路复用器与所述感测单元的所述感测模块电耦合。
127.根据权利要求126所述的空气监测系统，其进一步包括与所述多路复用器通讯的控制器以控制多路复用器，从而允许所述检测器连续讯问所述感测模块。
128.根据权利要求127所述的空气监测系统，其中所述控制器进一步与所述至少一个检测器通讯以接收一个或多个检测信号。
129.根据权利要求128所述的空气监测系统，其中所述控制器被配置以处理由所述感测模块中任一个产生的所述检测信号，从而确定由所述感测模块产生的所述一个或多个检测信号是否指示检测到所述蛋白质或所述遗传组分中的任一种。
130.根据权利要求129所述的空气监测系统，其进一步包括与控制器通讯的报警系统。
131.根据权利要求130所述的空气监测系统，其中控制器被配置以向所述报警系统提供响应所述环境空气中检测到生物颗粒的控制信号，从而使报警系统产生报警。
132.根据权利要求131所述的空气监测系统，其进一步包括与所述控制器和所述报警系统中任一个通讯的通讯模块。
133.根据权利要求132所述的空气监测系统，其中所述通讯模块被配置以经由无线协议通讯。
134.根据权利要求133所述的空气监测系统，其中所述报警系统相对于所述空气监测系统远程定位。
135.根据权利要求134所述的空气监测系统，其中所述通讯模块被配置以将所述报警信号传送至所述远程报警系统。
136.根据权利要求135所述的空气监测系统，其中所述至少一个电性质包括所述感测电极的阻抗。
137.一种用于检测分析物所述的传感器，其包括：
包括感测电极的至少一个感测单元，所述感测电极经展现与所述分析物特异性结合的至少一种第一亲合性结合元件官能化，使得所述分析物与所述亲合性结合元件的结合改变所述感测电极的至少一个电性质；以及
包括表面增强拉曼表面(SERS)的至少一个感测单元，所述SERS经展现与所述分析物特异性结合的至少一种第二亲合性结合元件官能化，以响应所述分析物与所述经官能化的SERS的结合获得与所述分析物和所述亲合性结合元件中任一个相关的拉曼信号。
138.根据权利要求137所述的传感器，其中所述第一亲合性结合元件和所述第二亲合性结合元件是相同的。
139.根据权利要求137所述的传感器，其中所述第一亲合性结合元件和所述第二亲合性结合元件是不同的。
140.根据权利要求137所述的传感器，其进一步包括激光生成辐射，所述激光生成辐射适用于激发所述分析物和所述亲合性结合元件中任一个的至少一种拉曼活跃模式。
141.根据权利要求140所述的传感器，其进一步包括光检测器，所述光检测器用于检测响应所述至少一种拉曼活跃模式的激发而产生的拉曼散射辐射并产生至少一个检测信号。
142.根据权利要求137所述的传感器，其进一步包括与所述感测电极通讯的电检测器以测量所述感测电极的所述电性质并产生电检测信号。
143.根据权利要求142所述的传感器，其进一步包括与所述光检测器通讯的分析仪以接收所述至少一个拉曼检测信号并处理所述拉曼检测信号，以鉴别拉曼检测信号是否指示与所述分析物与所述亲合性结合元件结合相关的拉曼特征。
144.根据权利要求143所述的传感器，其中所述分析仪与所述电检测器通讯以接收所述电检测信号并处理所述电检测信号，从而确定电检测信号是否指示所述分析物与所述亲合性结合元件的结合。
145.根据权利要求144所述的传感器，其中当所述光检测信号和所述电信号都指示所述分析物存在于样品中时，所述分析仪指示所述分析物存在于所研究的样品中。
146.根据权利要求137所述的传感器，其中所述SERS包括金层和分布于所述金层上的多个金纳米颗粒。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063082694P | 2020-09-24 | 2020-09-24 | |
| US63/082,694 | 2020-09-24 | ||
| US202163143690P | 2021-01-29 | 2021-01-29 | |
| US63/143,690 | 2021-01-29 | ||
| PCT/US2021/052022 WO2022067079A1 (en) | 2020-09-24 | 2021-09-24 | Systems, apparatus, and methods for detecting pathogens |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116368238A true CN116368238A (zh) | 2023-06-30 |
Family
ID=78179558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180074093.0A Pending CN116368238A (zh) | 2020-09-24 | 2021-09-24 | 用于检测病原体的系统、设备和方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11541393B2 (zh) |
| EP (1) | EP4217113A1 (zh) |
| JP (1) | JP2023546790A (zh) |
| KR (1) | KR20230076827A (zh) |
| CN (1) | CN116368238A (zh) |
| AU (1) | AU2021347357A1 (zh) |
| CA (1) | CA3193691A1 (zh) |
| TW (1) | TW202225689A (zh) |
| WO (1) | WO2022067079A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220387004A1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-12-08 | Graphene-Dx, Inc. | Device for collection of biological samples |
| AU2023253642A1 (en) * | 2022-04-15 | 2024-10-24 | Washington University | Systems and methods for airborne environmental detection and surveillance of pathogens with electrochemical analysis |
| WO2024148386A1 (en) * | 2023-01-09 | 2024-07-18 | Nutromics Technology Pty Ltd | Improved analyte detection platform and workflow |
| WO2024160868A1 (en) * | 2023-01-31 | 2024-08-08 | Testmate Health Sa | Nucleic acid amplification cassette |
| WO2024177926A1 (en) * | 2023-02-22 | 2024-08-29 | Washington University | Electrochemical detection of aerosolized pathogens using an immune-based biosensor |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102015996A (zh) * | 2007-12-20 | 2011-04-13 | 特洛弗生物公司 | 用于生物学病原体检测的系统及其用途 |
| CN104380105A (zh) * | 2011-11-02 | 2015-02-25 | 开普敦大学 | 生物样品中的分析物的检测和/或定量方法 |
| US20150307936A1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-10-29 | Nanomedical Diagnostics, Inc. | System and method for dna sequencing and blood chemistry analysis |
| CN105764490A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-07-13 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于生物测定和诊断的胶囊封装的传感器和感测系统及其制造和使用方法 |
| CN106461586A (zh) * | 2014-04-28 | 2017-02-22 | 纳米医学工程诊断学公司 | 用于电子生物样品分析的系统和方法 |
| US20180037952A1 (en) * | 2014-04-28 | 2018-02-08 | Nanomedical Diagnostics, Inc. | System and method for dna sequencing and blood chemistry analysis |
| CN109562373A (zh) * | 2016-04-29 | 2019-04-02 | 贝比思公司 | 用于新生儿筛查的出生点系统和仪器、生化料盒和方法 |
| CN110760571A (zh) * | 2018-08-27 | 2020-02-07 | 浙江达普生物科技有限公司 | 数字化定量的多靶标共同、生物检测 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000058708A1 (en) | 1999-03-31 | 2000-10-05 | President And Fellows Of Harvard College | Impaction substrate and methods of use |
| AU2019211495A1 (en) * | 2018-01-29 | 2020-09-17 | Graphene-Dx, Inc. | Methods and devices for detection of pathogens |
-
2021
- 2021-09-24 KR KR1020237013581A patent/KR20230076827A/ko unknown
- 2021-09-24 CN CN202180074093.0A patent/CN116368238A/zh active Pending
- 2021-09-24 CA CA3193691A patent/CA3193691A1/en active Pending
- 2021-09-24 WO PCT/US2021/052022 patent/WO2022067079A1/en unknown
- 2021-09-24 JP JP2023519169A patent/JP2023546790A/ja active Pending
- 2021-09-24 US US17/484,842 patent/US11541393B2/en active Active
- 2021-09-24 AU AU2021347357A patent/AU2021347357A1/en active Pending
- 2021-09-24 EP EP21791571.9A patent/EP4217113A1/en active Pending
- 2021-09-24 TW TW110135675A patent/TW202225689A/zh unknown
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102015996A (zh) * | 2007-12-20 | 2011-04-13 | 特洛弗生物公司 | 用于生物学病原体检测的系统及其用途 |
| CN104380105A (zh) * | 2011-11-02 | 2015-02-25 | 开普敦大学 | 生物样品中的分析物的检测和/或定量方法 |
| CN105764490A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-07-13 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于生物测定和诊断的胶囊封装的传感器和感测系统及其制造和使用方法 |
| US20150307936A1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-10-29 | Nanomedical Diagnostics, Inc. | System and method for dna sequencing and blood chemistry analysis |
| CN106461586A (zh) * | 2014-04-28 | 2017-02-22 | 纳米医学工程诊断学公司 | 用于电子生物样品分析的系统和方法 |
| US20180037952A1 (en) * | 2014-04-28 | 2018-02-08 | Nanomedical Diagnostics, Inc. | System and method for dna sequencing and blood chemistry analysis |
| CN109562373A (zh) * | 2016-04-29 | 2019-04-02 | 贝比思公司 | 用于新生儿筛查的出生点系统和仪器、生化料盒和方法 |
| CN110760571A (zh) * | 2018-08-27 | 2020-02-07 | 浙江达普生物科技有限公司 | 数字化定量的多靶标共同、生物检测 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4217113A1 (en) | 2023-08-02 |
| WO2022067079A1 (en) | 2022-03-31 |
| KR20230076827A (ko) | 2023-05-31 |
| AU2021347357A1 (en) | 2023-04-20 |
| JP2023546790A (ja) | 2023-11-08 |
| TW202225689A (zh) | 2022-07-01 |
| CA3193691A1 (en) | 2022-03-31 |
| US11541393B2 (en) | 2023-01-03 |
| US20220088584A1 (en) | 2022-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11541393B2 (en) | Systems, apparatus, and methods for detecting pathogens | |
| Zhang et al. | Advanced point‐of‐care testing technologies for human acute respiratory virus detection | |
| US10343170B2 (en) | Breath analyte sensing apparatus that generates gas streams that #flow over a nanoparticle-based sensor | |
| US9134247B2 (en) | Method and apparatus for two-step surface-enhanced raman spectroscopy | |
| Syed et al. | Gold nanoparticle based microbial detection and identification | |
| Gubala et al. | Point of care diagnostics: status and future | |
| JP4965651B2 (ja) | 核酸増幅装置を用いた核酸含有液体サンプル分析用使い捨て装置 | |
| TWI271218B (en) | Microfluidic system for analyzing nucleic acids | |
| US8338166B2 (en) | Sorting, amplification, detection, and identification of nucleic acid subsequences in a complex mixture | |
| US9169521B1 (en) | Point-of-collection sample preparation device and method | |
| TW201209403A (en) | LOC device for genetic analysis which performs nucleic acid amplification after sample preparation in a dialysis section | |
| US20090087925A1 (en) | Devices and methods for analysis of samples with depletion of analyte content | |
| TW201213798A (en) | Microfluidic thermal bend actuated surface tension valve | |
| JP2009543054A (ja) | 分析装置、抽出及び検出システム及びｐｃｒ反応方法 | |
| CN104998700A (zh) | 具有磁性颗粒的多隔室设备 | |
| JP2010515887A (ja) | サンプル処理装置 | |
| JP2007523652A (ja) | 生体粒子を検出するための方法、チップ、装置及び統合システム | |
| EP1710562A2 (en) | Microfluidic system and method of utilization | |
| US20240353439A1 (en) | Fluidic bridge device and sample processing methods | |
| Lee et al. | On-site bioaerosol sampling and detection in microfluidic platforms | |
| Schulze et al. | Multiplexed optical pathogen detection with lab‐on‐a‐chip devices | |
| US20240102956A1 (en) | Systems, apparatus, and methods for detecting pathogens | |
| WO2007055165A1 (ja) | 核酸の分離方法、核酸検査用マイクロリアクタ、核酸検査システム | |
| Liu et al. | Sample–to-answer sensing technologies for nucleic acid preparation and detection in the field | |
| US20220371006A1 (en) | Pathogen filtration apparatus, system, and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |