CN1947011B - 用于检测生物颗粒的方法、芯片、设备以及集成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。本发明的方法典型地包括：从气体样品中收集生物颗粒，将生物颗粒与第一液体试剂接触，从所收集的生物颗粒中提取生物材料，分析生物材料以目标核酸序列的出现。

Description

用于检测生物颗粒的方法、芯片、设备以及集成系统
发明领域
本发明涉及检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。本发明方法典型地包括：从气体样品中收集生物颗粒，将生物颗粒与第一液体试剂接触，从所收集的生物颗粒中提取生物材料和为目标核酸序列的出现而分析生物材料。
背景技术
为了便于快速检测空气传播的能引起自然或人为流行病的病原体，重要的是收集带有所述病原体或者由病原体组成的颗粒以便于快速检测。直接从空气中以适合进一步分析的形式收集含有生物材料的颗粒。通过空气传播的疾病对人类造成了严重的健康威胁。根据世界卫生组织，2000年至2020年将有多达10亿人会感染肺结核，其中大约1.5亿人会生病，3600万人会死于该疾病。21世纪第一个新的可空气传播的传染性疾病是“严重急性呼吸系统综合症(SARS)”，该病(SARS)具有产生快速传播传染病的潜力。相类似情形是欧洲中世纪的令人恐怖的瘟疫(“黑死病”)的传播，在当时1347年至1352年间，大约2500万人死亡。该瘟疫最致命的形式是通过吸入被病原体感染的气溶胶，在该气溶胶中，少至1-10个鼠疫杆菌(Yersinia pestis)细胞就足够使人致病。该气溶胶可由受感染人的呼吸引起，或者更危险得是由生物恐怖主义者人为释放的鼠疫杆菌(Y.pestis)。
相关的生物战剂(BW)有细菌孢子，如炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)(炭疽热)、破伤风芽孢梭菌(Clostridium tetani)(破伤风)和肉毒芽孢杆菌(Clostridium botulinum)(肉毒中毒)。孢子是由某些类型的革兰氏阳性细菌为应答饥饿而产生的，它是不生长的、耐热的和脱水的，并且能抵制温度、pH、干燥、辐射和化学试剂等极端条件，这种稳定性使其成为生物战剂武器应用中一种有吸引力的工具。
被用来产生人为流行病的有潜力的其它微生物包括引起例如下列疾病的微生物：天花(Smllpox)、埃博拉病毒(Ebola)、脑炎(Encephalitis)和Q热(Q-fever)。同样担心的是空气传播的流感与致命的禽流感的重组，这些重组的病毒有引起全国流行的潜力，其可以通过空气传播至未知的区域。
US5,674,742公开了一种集成的微制备的设备，它可以操作、反应和检测微升到皮升量的样品。该设备适合进行生化反应，特别是基于DNA的反应，如聚合酶链反应，这类反应需要热循环，因为这类设备固有的小尺寸有利于其快速循环次数。该设备的集成特性提供了准确、无污染的工艺。该设备可包括试剂贮备器、搅拌器和混合器、加热器、泵、和光或电动机械传感器。超声兰姆波(Lambwave)设备可以用作传感器、泵和搅拌器。
US6,586,253公开了一种检测细胞内含物的方法，该方法包括以下步骤：将细胞导入微芯片的通道内；裂解细胞以释放细胞内含物至通道；移动细胞内含物至检测区；在检测区检测细胞内含物。本专利还公布了一种检测细胞内含物的设备，该设备包括：微芯片；在微芯片中形成的细胞移动通道，细胞移动通道有细胞导入端和检测端；与细胞导入端可操作性相连的细胞移动器，该细胞移动器将细胞从细胞导入端移动至检测端；在裂解区的细胞移动通道内裂解细胞的设备，裂解区位于细胞导入端和检测端之间；和检测器，该检测器安置在邻近检测器末端，安排检测出现在检测器末端的细胞内含物，这些内含物通过细胞移动器从裂解区移动到检测端。
US6,673,621公开了一种适合标记所收集样品的设备，它包括收集样品的收集设备和至少一种可检测的标记物，该标记物与至少部分收集器相连接。其中至少一种可检测标记物可以与样品结合，其通过收集样品以标记所收集的样品，其中通过将样品与至少部分收集设备接触来收集样品，其中收集设备具有至少一种与其相连的可检测的标记物，并且其中所述的至少一种可检测标记物不是在收集之前出现在样品中的组分，并且对于在收集之前出现在样品中的任何组分是惰性的。该专利还公开了包括该设备的试剂盒、使用该设备标记样品的方法、确定标记样品完整性的方法，并提供了使用标记物来测试实验室和/或实验室人员以达到认证、熟练程度测试或鉴定的目的。
发明概括
本发明的一个目标涉及提供用于进行快速检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明另一个目标涉及提供用于进行灵敏检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明另一个目标涉及提供适合进行分散的、并且优选完全自动化的检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明另一个目标涉及提供进行最少手工样品处理的检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明另一个目标涉及提供进行检测生物颗粒的方法、芯片、设备和系统，其中该方法、芯片、设备和系统使用最低的能量进行检测。
因此，本发明的一个目标涉及提供从气体样品如空气样品直接收集生物颗粒。
本发明另一个目标涉及提供从大量的气体样品浓缩生物颗粒至更小体积即增加生物颗粒的浓度的方法、芯片、设备和系统。
本发明另一个目标涉及提供在相同结构并且优选在相同步骤中完成的收集和浓缩生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明另一个目标涉及提供容易允许进一步分析收集的生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明进一步的目标涉及提供容易允许进一步分析收集的生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
本发明的一个目标也涉及提供以高捕获率收集生物颗粒的方法、芯片、设备和系统。
当阅读以下描述和实施例后，本发明其它目标将会比较清楚。
本发明的一个方面涉及从气体样品检测生物颗粒的一种方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供样品室和第一电极以及第二电极，第一电极和第二电极以及样品室被安置为，至少部分样品室位于第一电极和第二电极之间，并且第一电极和第二电极之间的距离最多为20mm；
(b)为样品室提供气体样品；
(c)将第一电势应用于第一电极，第二电势应用第二电极，因而在第一和第二电极之间产生电势差和电场以辅助在样品室从气体样品静电收集生物颗粒；
(d)将所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触，从而得到反应混合物；
(e)在所述的样品室中，将所述的反应混合物暴露于交替电场中，所述的交替电场有足够强度以能够从生物颗粒提取生物材料；
(f)进行目标核酸序列的核酸扩增；
(g)检测所扩增目标核酸序列的出现和/或者来自目标核酸序列扩增的产物的出现，如果出现至少一种拷贝的所扩增目标核酸序列，或者如果出现至少一种所扩增目标核酸序列的产品，则可根据情况推测在样品中已经检测到生物颗粒。
然而本发明进一步的一个方面涉及一种从气体样品中检测生物颗粒的芯片，该芯片包括：
样品室，如包括与周围空气流体连接的第一开口，和
形成与设备流体连接的第二开口，样品室包括气体样品。
本发明的另一个方面涉及一种从气体样品中检测生物颗粒的设备，该设备包括：
芯片位点，芯片位于此处以便与该设备功能上相连；
设备和芯片之间的电接口，以用于在芯片或设备的第一电极和第二电极之间施加交替电场；以及
可编程的单元，它包括能够使该设备实现进行从由下列所组成的组中选择的一种或者多种动作的软件：
将第一电势应用到第一电极，第二电势应用到第二电极，因而在第一电极和第二电极之间形成电势差和电场以辅助在样品室中静电收集气体样品中的生物颗粒；
将所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触；
在所述的样品室中，将反应混合物暴露到交替电场下，所述的交替电场有足够的强度以能够提取生物材料；
对目标核酸序列进行核酸扩增，检测扩增的目标核酸序列的出现，和/或者来自目标核酸序列扩增的产物的出现。
本发明的另一方面涉及一种从气体样品中检测生物颗粒的系统，该系统包括这里所定义的芯片，其中该芯片与这里所定义的设备功能上相连。
图形介绍
以下结合图形，对本发明的一些实施方式进行说明。
图1是芯片的两个典型的实施方式的截面；
图2表示实施例1的硅基底；
图3表示实施例1的绝热层；
图4表示实施例1的加热器层；
图5表示实施例1的接触层1；
图6表示实施例1的电绝缘层1；
图7表示实施例1的铂层1；
图8表示实施例1的接触层2；
图9表示实施例1的电绝缘层2；
图10表示实施例1的平面化层1；
图11表示实施例1的间隔物；
图12表示实施例1的盖子；和
图13表示实施例1的最终芯片。
本发明详细描述
本发明的一个方面涉及一种从气体样品中检测生物颗粒的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供样品室和第一电极以及第二电极，第一电极和第二电极以及样品室被安置为，至少部分样品室位于第一电极和第二电极之间，并且第一电极和第二电极之间的距离最多为20mm；
(b)为样品室提供气体样品；
(c)将第一电势应用于第一电极，第二电势应用第二电极，因而在第一和第二电极之间产生电势差和电场以辅助在样品室从气体样品静电收集生物颗粒；
(d)将所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触，从而得到反应混合物；
(e)在所述的样品室中，将所述的反应混合物暴露于交替电场中，所述的交替电场有足够强度以能够从生物颗粒提取生物材料；
(f)进行目标核酸序列的核酸扩增；
(g)检测所扩增目标核酸序列的出现和/或者来自目标核酸序列扩增的产物的出现，如果出现至少一种拷贝的所扩增目标核酸序列，或者如果出现至少一种所扩增目标核酸序列的产品，则可根据情况推测在样品中已经检测到生物颗粒。
根据本发明，术语“生物颗粒”涉及包括例如微生物和/或病毒和/或其碎片的颗粒。
在文中用于“X和/或Y”的“和/或”应该解释为“X”或者“Y”，或者“X和Y”。
所述微生物可以是例如选自由古微生物、真核细菌微生物或者真核微生物所组成的组。
例如微生物可以选自由细菌、细菌孢子、病毒、真菌和真菌孢子所组成的组。
本发明优选的实施方式中，生物细胞是空气传播的微生物。
本发明的生物颗粒也可包括植物孢子或者其碎片。
在本发明一个优选的实施方式中，微生物是细菌孢子。
例如，细菌孢子可以由选自芽孢杆菌属(Bacillus)和/或梭状芽孢杆菌属(Clostridia)的细菌形成。
在本发明优选的实施方式中，细菌孢子是由炭疽芽孢杆菌(Bacillus Anthracis)所形成的孢子。生物颗粒可以例如包括是由炭疽芽孢杆菌(Bacillus Anthracis)所形成的细菌孢子。同时，生物颗粒可以基本上由一种或者多种由炭疽芽孢杆菌(BacillusAnthracis)所形成的细菌孢子组成。
术语“气体样品”涉及包括一种或多种气体的样品，可能也含有生物颗粒。气体样品可以如是气体样品，如：周围的空气样品；来自真空抽吸粉末状材料如土、沙子、灰尘和未知的粉末的空气样品。待检测的气体样品可以来源于人呼出的样品，该呼出的样品含有或易于含有微生物。
根据本发明，术语“样品室”、“容器”和“反应室”可以互换使用。
在本发明的一个优选实施方式中，样品室包含在一个芯片里，也就是说，包含在一个小盒或生物芯片里。样品室可以如包含在这里所定义的芯片里。
在一个优选的实施方式中，第一和第二电极安置在样品室中相对的两侧。
在本发明的一个优选实施方式中，第一电极和/或第二电极具有从由以下所组成的组中选择的实质形状：薄片状、平板状、圆盘状、线状、棒状或其任意组合。目前优选的是至少有一个电极是薄片状，或更优选的是第一电极和第二电极都是薄片状。
在本发明的实施方式中，第一和第二电极被分开最多20mm的距离，优选的是最多20mm，例如最多15mm、10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm或者最多4mm，更优选的是最多3mm，更加优选的是最多0.5mm例如最多0.3mm、0.2mm和0.1mm例如最多0.05mm。
例如第一和第二电极可以被分开0.05-20mm范围内的距离，例如在0.05-0.1mm、0.1-0.2mm、0.2-0.3mm、0.3-0.4mm、0.4-0.5mm、0.5-1mm、1-2mm、2-5mm、5-10或者10-15mm的范围内，例如15-20mm的范围内。
通常第一和第二电极被分开至少0.02mm的距离，例如至少0.03mm或者0.05mm。
在步骤c)中，从气体样品中收集一种或者多种生物颗粒。根据以下共同待批准的专利所描述的方法和使用该申请专利所描述的芯片、设备和系统，进行收集生物颗粒的操作。该待申请的PCT专利“收集生物颗粒的方法，芯片、设备和系统”(Method，chip，device and system for collection of biological particles)的申请号No.XXXXXXX，这里将其引入作为参考。
在本发明的实施方式中，当气体样品流经样品室时，从气体样品中收集生物颗粒。在另一个实施方式中，为了增加生物颗粒的捕获效率，当气体样品再流经样品室(即气体样品流经样品室多于一次)时，可从气体样品中收集生物颗粒。例如，当气体样品再流经时，气体样品可以流经样品室至少2次、3次、4次、5次、10次、15次、20次、30次、40次、50次或75次，如至少100次。气体样品可以如流经样品室的次数在2-200次范围内，如2-50次、50-100次或100-200次。
在本发明的实施方式中，在样品室通过气流的方式提供气体样品。在收集生物颗粒过程中，气流典型的流速范围优选5-1000ml/min。
在本发明的实施方式中，在从气体样品中收集生物颗粒之前，气流就已经停止。
通常，样品室中至少一部分气体样品是位于或者流经第一电极和第二电极之间。例如，至少40％体积的气体样品是位于或流经第一电极和第二电极之间的位置，如至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、97.5％、99％、99.5％或99.9％体积的气体样品是位于或者流经第一电极和第二电极之间的位置，如至少100％体积的气体样品是位于或者流经第一和第二电极之间的位置。
本发明的另一个实施方式中，第一电极和第二电极之间电场可选择为产生至少50％的有效长度为1-10μm颗粒的捕获效率。
电场强度可以从以下组中选择：50V/mm、100V/mm、200V/mm、300V/mm、400V/mm、500V/mm、600V/mm、700V/mm、800V/mm、900V/mm、1000V/mm、1100V/mm、1200V/mm、1300V/mm、1400V/mm、1500V/mm、1600V/mm、1700V/mm、1800V/mm、1900V/mm和2000V/mm。
例如，电场强度可以在50-2000V/mm的范围内，如在50-100V/mm、100-200V/mm、200-300V/mm、300-400V/mm、400-500V/mm、500-750V/mm、750-1000V/mm、1000-1200V/mm和1200-1500V/mm的范围内，如在1500-2000V/mm的范围内。
在本发明的一个优选的实施方式中，第一和第二电极分别带负电和正电，或者相反。例如，如果两电极间的电势差是400V，带负电的电极可能有相对地的电势-200V，带正电的电极可能有相对地的电势200V。
在本发明的一个极其优选的实施方式中，第一电极的第一电势和第二电极的第二电势，第一电极和第二电极间的电场都可选择为，以致于产生产生至少50％的有效长度为1-10μm颗粒的捕获效率％，如至少70％的捕获效率，优选的是至少80％、更优选的是至少90％，如至少95％、97.5％、99％、99.5％或99.9％，如约为100％。
优选地是，捕获效率由实施例2中的标准方法来确定。
根据本发明，术语颗粒的“有效长度”是指颗粒的空气动力学半径，如用激光散射法(O’Brien等，1986年)检测。颗粒的空气动力学半径dpa可以由下式来估计：
d pa = d ps · ρ p
式中dps是Stoke半径，μm；ρp是颗粒密度，g/cm3。
在本发明优选的实施方式中，所收集样品室的生物颗粒与第一液体试剂接触。可以优选的是，当生物颗粒仍然位于第一电极和第二电极之间，生物颗粒被接触。
在步骤d)中，所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触，得到的混合物被称为反应混合物。
第一液体试剂包括一种或多种试剂，其是进行核酸扩增所需要的试剂。
第一液体试剂包括一种或多种从由下列所组成的组中选择的试剂：引物、核酸、三磷酸核苷酸和核酸聚合酶。
第一液体试剂可进一步含有添加剂，如2-巯基乙醇，如浓度为10mM；牛血清蛋白(BSA)，如浓度为1mg/ml；和/或者一种清洁剂，如浓度为0.5％到0.6％(w/v)。清洁剂可以从以下组中选择，该组包含Triton×-100，Triton×-114，NP-40，Tween20，Tween80和类似的非离子清洁剂。
在本文中，术语“核酸”、“核酸序列”或者“核酸分子”应当被广义解释，可以例如为核糖核酸(RNA)或者脱氧核糖核酸(DNA)及其模拟物的寡聚物或者多聚物。该术语包括含有自然出现的核苷、糖和共价核苷酸间键合(骨架)以及功能相似的具有非自然出现的核苷、糖和共价核苷酸间键合(骨架)的分子或其组合。这样的被修饰和被取代的核酸可以比原始形式要优选，因为其期望的性能诸如例如核酸目标分子的增强的亲和力，以及在有核酸酶和其它酶存在的情况下的提高的稳定性，在本文中使用术语“核酸类似物”或者“核酸模拟物”来描述被修饰和被取代的核酸。核酸模拟物的优选例子是含有肽核酸(PNA-)、锁定核酸(Locked Nucleic　Acid，LNA-)、木糖-LNA-(xylo-LNA-)、硫代磷酸、2’-甲氧基、2’-甲氧乙氧基、吗啉和氨基磷酸酯的分子或者功能相似的核酸衍生物。
术语“核酸聚合酶”涉及依赖DNA-或者RNA-的DNA聚合酶，其优选是热稳定性的，即该酶催化与模板互补的引物延伸产物的形成，并且在对于双链模板核酸的变性所必要的提高的温度下一段时间内不会发生不可逆的变性。通常，在每条引物的3′末端开始合成并按照5′到3′的方向沿着模板链进行。已经从嗜热或者极端嗜热菌株中分离了热稳定的聚合酶，例如：Thermus flavus、T.ruber、T.thermophilus、T.aquaticus、T.lacteus、T.rubens、Thermococcus litoralis、Pyrococcus　furiosus、Bacillusstearothermophilus和Methanothermus fervidus。但是尽管如此，不是热稳定的聚合酶也能够用于核酸扩增中，只要进行补充该酶。
液体样品还可以含有可以被5′-3′核酸外切酶降解的寡聚核酸探针，所述核酸探针的降解会导致释放氧化还原活性组分。
氧化还原活性组分可以例如为金属茂诸如例如二茂络铁。
在步骤e)中，反应混合物暴露于交替电场中。交替电场可以由第一电极和第二电极提供，电极提供收集生物颗粒的电场，或电场可由另一套电极来提供。
根据一起待申请的PCT专利“用于生物材料提取的方法、芯片和设备以及系统(Method，chip，device and system for extraction of biological pmaterials)”(其申请号为No.ZZZZZZZ)的方法和使用其芯片、设备和系统，来进行提取生物材料的操作，这里作为参考将其引入。
在发明的优选实施方式中，对其进行进一步遗传分析的部分所暴露的液体样品，包括样品室中液体样品的至少20％，例如样品室中液体样品的至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、97.5％、99％、99.5％或者99.9％，例如样品室中液体样品的至少几乎100％。
根据本发明，术语“提取”涉及释放一种或者多种生物细胞的生物材料，也就是说：例如使可以得到的生物材料进行液体样品的进一步分析。术语“提取”还涉及例如将生物细胞的细胞壁或者细胞屏障打开和/或破碎。
从生物细胞中所提取的生物材料通常包括选自细胞器、遗传材料以及蛋白质所组成的组的组分。
遗传物质可以例如包括染色体DNA和/或质粒DNA和/或任何类型的RNA。
蛋白质可以例如选自由酶、结构蛋白质、转运蛋白质、离子通道、毒素、激素以及受体所组成的组。
优选地，生物材料包括DNA和/或RNA。
根据本发明，术语“交替电场”涉及随时间变化的电场。交替电场可以例如为通过在正/负以及负/正之间周期性地改变两个电极极性而出现的电场，即通过将交流电源连接到电极上。交替电场可以例如包括或者是交流电场。交替电场可以例如包括一个或者多个直流脉冲。
重要的是交替电场具有充分的强度并被施加充分的持续时间以提取生物材料。同时重要的是交替电场还具有充分的频率以提取生物材料。
本发明优选的实施方式中，交替电场的频率为至少5kHz，优选为至少20kHz，更优选为至少50kHz。
在本发明优选的实施方式中，交替电场的频率为至少100kHz，例如至少250kHz，更优选为至少500kHz。
例如交替电场的频率可以为至少5kHz，例如至少10kHz、20kHz、50kHz、100kHz、200kHz、300kHz或者400kHz，例如至少500kHz。也能够预想到更高的频率例如1000kHz、2000kHz或者5000kHz。
交替电场的频率优选为最多750kHz，例如最多500kHz。
因此，交替电场的频率如可在5-750kHz的范围内，如在5-10kHz、10-20kHz，20-50kHz、50-100kHz、100-200kHz、200-300kHz、300-400kHz或400-500kHz的范围内，如在500-750kHz的范围内。优选的交流电频率如可在60-750kHz如70-750kHz、80-750kHz、90-750kHz或100-750kHz的范围内。
交替电场的强度即第一电极和第二电极之间的最大电势差通常为最多30V，例如最多25V、20V、15V、10V、8V、6V、5V、4V、3V或2V例如最多1V。
交替电场的强度即第一电极和第二电极之间的最大电势差可以例如在1-30V的范围内，例如在1-2V、2-3V、3-4V、4-5V、5-6V、6-8V、8-10V、10-15V、15-20V或者20-25V的范围内，例如在25-30V的范围内。
对生物材料提取产量的可用性测试是DNA/RNA释放百分率。“DNA/RNA释放百分率”是样品室中由于在步骤c)中暴露到交替电场中而释放其染色体DNA和/或染色体RNA的生物细胞的百分率。DNA/RNA释放百分率是根据实施例3中所描述的标准化的方法确定的。释放百分率释放百分率释放百分率
样品室中的或者是包含有样品室的芯片中的生物细胞的DNA/RNA释放百分率和该细胞的提取强烈依赖于第一电极和第二电极间的设计和其间的距离、样品室的结构和材料以及应用于第一电极和第二电极的电势。
在样品室或者带有样品室的芯片中的生物细胞的提取百分率或者DNA/RNA释放百分率强烈依赖于第一电极和第二电极的设计和之间的距离、样品室的结构和材料以及施加到第一电极和第二电极上的电势。
在本发明高度优选的实施方式中，对第一电极的第一电势、第二电极的第二电势以及进而第一电极和第二电极之间的交替电场进行调节以得到至少30％的DNA/RNA释放百分率，例如至少40％的DNA/RNA释放百分率，优选为至少50％，更优选为至少60％，例如至少70％、80％、90％、95％、97.5％、99％、99.5％或者99.9％，例如大约100％。
在本发明的另一个优选实施方式中，对第一电极的第一电势、第二电极的第二电势以及进而第一电极和第二电极之间的交替电场进行调节以得到样品室中细菌孢子的至少30％的DNA/RNA释放百分率，例如样品室中细菌孢子的至少40％的DNA/RNA释放百分率，优选为至少50％，更优选为样品室中细菌孢子的至少60％，例如至少70％、80％、90％、95％、97.5％、99％、99.5％或者99.9％，例如样品室中细菌孢子的大约100％。
在优选的实施方式中，通过调节两个电极的极性来提供交替电场。
交替电场可以具有从由下列所组成的组中选择的实质形式：矩形、正弦、锯齿、不对称三角形、对称三角形或者其任何组合。
同时，频域中的交替电场可以至少含有第一频率分量和第二频率分量。。
在本发明的实施方式中，将反应混合物暴露到交替电场中的持续时间最多为3600秒，例如最多3000秒、2000秒、1000秒、500秒、250秒、100秒、50秒、40秒、30秒、20秒、10秒、5秒、4秒或者3秒，例如最多1秒。
例如，将反应混合物暴露到交替电场中的持续时间为0.01-3600秒的范围内，例如在0.1-1秒、1-5秒、5-10秒、10-25秒、25-50秒、50-100秒、100-250秒、250-500秒、500-1000秒或者1000-2000秒的范围内，例如在2000-3600秒的范围内。
在本发明优选的实施方式中，反应混合物被暴露到交替电场中最多250秒，优选为最多100秒，例如最多30秒。
步骤f)中包括进行目标核酸序列的核酸扩增。优选地，目标核酸序列被选择为对于生物颗粒是特异的。
根据本发明，“目标核酸”(TNAS)是指特定目标的核酸序列，如用于分析或诊断目的。TNAS可以如是一个基因或基因片断。
根据本发明，“核酸扩增”是指一种技术，在该技术中，一个模板如包括TNAS的核酸碎片被复制多份。
在本发明优选的实施方式中，步骤f)中核酸扩增是使用从以由下列所组成的组中选择的扩增技术进行的：聚合酶链式反应技术(PCR)、链置换扩增技术(SDA)、连接滚环扩增技术(L-RCA)和它们的组合/修改的技术。这些方法与PCR一样都是本领域技术人员所熟知的，如Sambrook等人介绍的。
优选地，步骤f)中的核酸扩增是PCR技术。聚合酶链反应(PCR)是核酸扩增中使用最普遍的技术之一。美国专利US.Nos.4,683,202、4,683,195、4,800,159和4,965,188公开了PCR的实施例。PCR典型地应用两个寡聚核苷酸引物，该寡聚核苷酸引物粘附在选择的核酸模板上(如DNA或RNA)。引物可以采用传统地方法从限制消化中提纯，或者引物可以合成生产。对于最大扩增效率，引物优选单链，但引物也可以是双链。双链引物首先被变性即被处理为将链分离。使双链核酸变性的一种方法是加热。
通过加热使双链核酸变性以后，将反应混合物冷却至某个温度，该温度可促使每一个包含TNAS的核酸序列引物退火。退火温度一般在大约35℃到65℃。退火时间一般从大约1秒到1分钟。接着将反应混合物调整至一个温度，在此温度点聚合酶的反应活性得到提升或者最优化，即足以从退火的引物发生延伸以产生与模板核酸互补的产物的温度。温度应该足够从每个退火到核酸模板上的引物合成延伸产物，但是温度不能高至使延伸产物从其互补的模板变性(如延伸产物的温度一般在40℃到80℃之间)。正常的延伸时间一般从大约5秒(在芯片lab-on-chip的设置中)到5分钟。
本发明中的“引物”涉及一种核酸序列，该核酸序列能够如与TNAS杂交，与目标序列附近的核酸序列杂交，或者与TNAS重叠的核酸序列进行杂交。或者是，引物可以与TNAS的互补核酸序列、在TNAS附近的核酸序列的互补序列，或者与TNAS重叠的核酸序列的互补序列的任一进行杂交。
引物典型地包括寡聚核苷酸，即核酸分子包括5-30个范围内的核苷酸，如在5-10个范围内的核苷酸，10-15个核苷酸、15-20个核苷酸、20-25个核苷酸、和25-30个核苷酸。也可以预计更长链的核苷酸分子用作引物。因此，引物可包括一个有30-50核苷酸的核酸分子，如在30-35个范围的核苷酸、35-40个核苷酸、40-45个核苷酸和45-50个核苷酸。
例如，引物可以基本上由寡聚核苷酸组成，也就是说，核酸分子包含在5-30个范围内的核苷酸，如在5-10个核苷酸范围内、10-15个核苷酸、15-20个核苷酸、20-25个核苷酸和25-30个核苷酸。引物也可以是一个包含30-50个核苷酸的核酸分子，如在30-35个范围内的核苷酸、35-40个核苷酸、40-45个范围内的核苷酸以及45-50个范围内的核苷酸。
特别优选的是，步骤f)中的核酸扩增是嵌套PCR，嵌套PCR使用至少两对引物，也就是说，一对外部引物和一对内部引物。在一对引物中，有义引物典型地被设计为能与包含TNAS链的核酸链杂交，另一个反义引物典型地被设计为能与包含TNAS链的核酸链的互补核酸链杂交。首先，涉及外部引物PCR技术操作，从而反应混合物中增加包括TNAS或者碎片的核酸分子，减少反应混合物的其它核酸序列的噪音。再次，涉及内部引物的PCR技术操作，就是TNAS或者碎片的特定扩增。
典型地，外部引物的熔解温度(Tm)至少比内部引物的熔解温度高2℃，通过保持退火温度比内部引物的熔解温度高，使PCR技术的操作只与外部引物相关，这种熔解温度Tm的不同使其变为可能。有关内部引物的PCR的触发可以通过降低退火温度至内部引物的熔解温度Tm以下来进行。
例如，单管嵌套PCR可以通过下述步骤的方法来操作：
1)循环至少两次，其在第一变性温度和第一退火温度以及第一延伸温度之间的反应混合物的温度，第一退火温度与外部引物的最低熔解温度Tm相似或者低，但比内部引物的最高熔解温度Tm-高，和
2)循环至少两次，其在第二变性温度和第二退火温度以及第二延伸温度之间的反应混合物的温度，第二退火温度类似于或低于内部引物对的最低熔解温度Tm。
根据一起待申请的PCT专利“用于增强嵌套式PCR的方法、试剂盒和系统(Method，kit and system for enhanced nested PCR)”(其申请号为No.YYYYYYY)的方法和使用其所述的试剂盒，可以进行单管嵌套PCR技术和检测，这里作为参考将其引入。
步骤g)涉及检测扩增的目标核酸序列的出现和/或检测来自扩增目标核酸序列的产物的出现。如果出现扩增核酸序列的至少一个拷贝，和/或者如果出现至少来自扩增目标核酸序列的产品，则可以根据情况推断出在样品中检测到生物颗粒。
本发明的一个优选实施方式中，步骤g)的检测包括电化学检测，如安培计检测或者使伏安法检测。
本发明特别优选的实施方式中，伏安法检测可以使用差值脉冲伏安法的检测电极来检测，或者减弱对照信号以提高信噪比增加的其它检测方法。
优选地，伏安法检测时通过使用位于样品室中的检测电极进行的。对照信号可以如从距离样品室较远的另一室得到。
伏安法检测优选是可被5′-3′酸外切酶降解的寡聚核苷酸探针来进行，所述核酸探针的降解可以导致释放可检测的组分例如氧化还原性活性组分。
氧化还原性活性组分可以包括如金属茂合物，如二茂铁。在伏安法检测中，这些金属茂合物可以被高敏感性和特异性地检测。
氧化还原活性组分优选金属茂合物基团，更优选是二茂铁基团。探针的代表性氧化还原活性组分是二茂铁和金属茂合物，更有利的是N-取代的二茂铁或者是金属茂合酰胺化合物。二茂铁或者金属茂合物环构成标记的一部分，可以是未取代的。上述氧化还原活性组分和其它有用的氧化还原活性组分在本领域是熟知的，如在专利WO03/074731和EP1481083中都有描述，这两个专利都被引入作为参考。
在溶液中，由于不同的氧化还原活性，聚集的被消化的探针可以区别于未消化的探针。因此该方法还包括检测探针特定的电压峰值的出现和缺失，其使用一个基于伏安法分析氧化还原活性的检测系统
本发明优选实施方式中，步骤g)中的测试包括一种光测试，例如荧光测试或者化学发光测试。光测试的使用可以需要样品室如芯片的样品室，样品室包含有对于相关波长是透明的窗户。
有许多不同被很好描述的荧光技术，例如被称为
Figure S05806150220060905D00014144347QIETU
的荧光测试应用，该方法在专利US.5,723,591中有描述。
本发明的另一方面涉及检测生物颗粒(如除孢子之外)的方法，该方法包括所述的步骤a)，b)，c)，d)，f)，g)和取代步骤e)的取代步骤e1)，取代步骤e1)包含通过加热处理反应混合物从生物颗粒中提取生物材料，加热温度的范围在80℃-105℃，例如在90℃-100℃。热处理持续时间典型地在5秒到3小时范围，例如5分钟到60分钟。
本发明地另一方面涉及从生物颗粒中提取生物材料，该方法包括上述步骤a)，b)，c)，d)，e)和f)。
本发明进一步方面涉及涉及从气体样品中检测生物颗粒的芯片，该芯片包括：
样品室，如包括和周围空气流体连结的第一开口，和
形成与设备流体联结的第二开口，样品室包括气体样品。
样品室如芯片的样品室，典型地是一个微尺度的样品室。在本发明的实施方式中，样品室的体积至多为500μl如至多为400μl、300μl、200μl、100μl、50μl、25μl、15μl、10μl、5μl、4μl、3μl或至多2μl如至多1μl。例如，样品室的体积可以至多是500nl，如至多400nl、300nl、200nl、100nl、50nl、25nl、15nl、10nl、5nl、4nl、3nl或者至多2nl，如至多1nl。
典型地，样品室的体积至少是10nl。在本发明的一个优选实施方式中，样品室的体积在1μl-50μl的范围内，如5μl-30μl。
在本发明的一个实施方式中，一对相对的壁之间的最小距离至多为20mm，如至多为15mm、10mm、8mm、6mm、4mm、3mm或2mm如至多1mm。例如，一对相对的壁之间的距离至多为600μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、25μm、15μm、10μm、5μm、4μm、3μm或至多2μm如至多1μm。
典型地，一对相对的壁之间的最小距离至少为5μm，在本发明的一个优选实施方式中，一对相对的壁之间的最小距离为50μm-500μm范围内，如100μm-400μm和150μm-350μm。
在本发明的一个实施方式中，样品室如芯片样品室的长度，在1mm-50mm的范围内，如在1mm-10mm、10mm-20mm、20mm-30mm、30mm-40mm或40mm-50mm的范围内。在一个优选的实施方式中，样品室的长度在2mm-8mm范围内，如3mm-7mm或4mm-6mm。例如样品室的长度可以约为4.5mm。
在本发明的实施方式中，样品室如芯片样品室的宽度为0.2mm-10mm范围内，如在0.2mm-1mm、1mm-3mm、3mm-5mm、5mm-7mm或7mm-10mm的范围。在优选的实施方式中，样品室的宽度在0.2mm-2mm的范围内，如在0.5mm-1.5mm和0.75mm-1.25mm内。例如样品室宽度可为约1mm。
在本发明的实施方式中，样品室如芯片样品室的高度，为50μm-2mm的范围内，如在100μm-1mm、200μm-900μm、300μm-800μm和500μm-700μm的范围内。在一个优选的实施方式中，样品室的高度是为100μm-400μm如为200μm-300μm。
在本发明的一个实施方式中，样品室如芯片样品室的长度，约为4.5mm，样品室的宽度约为1mm，样品室的高度约为300μm。
在本发明的实施方式中，芯片进一步包括第一和第二电极。
第一和/或第二电极可以有不同的形状或维度。例如，第一和/或第二电极可以有一个从如下组中选择的实质形状：薄片状、平板状、圆盘状、线状、棒状或其任意组合。
在本发明的一个优选的实施方式中，第一电极和第二电极可以是如薄片状。
在本发明一个优选的实施方式中，第一电极和第二电极是相互面对的，例如它们放置在样品室中相对的两侧。
第一电极和/或第二电极可以如放置在样品室内，不附着样品室或者附着在样品室的一个或多个壁。
第一和/或第二电极可以植入样品室的壁中，例如，第一和第二电极可以植入样品室中的壁中。或者，第一和/或者第二电极可以被安置在芯片的外表面。
优选的是，第一电极和第二电极安置在样品室相对的两边。
电极，如第一电极和/或第二电极可以由许多种不同的材料构成。典型地，电极是由金属或合金构成。第一电极和第二电极可以例如包含从由下列金属所组成的组中选择的金属：银、金、铂、铜、碳、铁、石墨、铬、镍、钴、钛、水银或者其合金。
也可以预想到，电极可包含一种导电的液体，甚至基本上由一种导电的液体组成。导电的液体可以是例如水银。
电极的维度或/和结构典型地依赖于样品室的维度和/或结构。电极的长度和宽度与样品室的长度和宽度具有相同的数量级。
电极可以由小至几个原子层的表面的导电材料构成。
在本发明的一个优选的实施方式中，电极如第一和/或第二电极的厚度为0.001μm-2000μm范围内，如0.001μm-1μm、1μm-20μm、20μm-200μm、200μm-2000μm。
在本发明的一个实施方式中，芯片的样品室还包括一组检测电极如两个或者三个检测电极，用于检测氧化还原活性组分的出现或者缺失，该氧化还原活性组分可以是如从探针中释放出来的。两个检测电极可分别作为工作电极和反电极。该组检测电极还可以包括一个参比电极。通常，检测电极是由金属或合金构成。电极可以如包括从有下列所组成的组中选择的材料：碳、银、金或铂。检测以后，在电极表面会有膜形成。为了允许进一步检测所消化的探针，可以在芯片的样品室内安置更多组检测电极。
在本发明优选的一个实施方式中，第一电极和第二电极可以是检测电极组。
在本发明优选的一个实施方式中，芯片还包括一种温度敏感元件，其例如可以是温度敏感的金属基的电阻器(电热调节器)，具有正温度系数(PTC)，即随着环境温度的增加，电热调节器表现出电阻增加；随着环境温度的降低，电热调节器的电阻减小。
电热调节器可以是例如从包含下列材料的组中选出的：铜、镍、铁、铝、铂或其合金。
电热调节器可以有不同的形状或维度，例如，电热调节器可以有从以下组中选择的一个实质的形状，改组中的形状包括薄片、平板状、圆盘状、线状或者棒状。
电热调节器可以是，如线状的电极。
加热电极可以有不同的形状或者维度，例如，加热电极可以有从下组中选择的实质的形状：薄片状、平板状、圆盘状、线状或者棒状。
在本发明的优选的一个实施方式中，加热电极可以是，如薄片状电极。本发明中的一个优选实施方式中，加热电极可以被安置成能够从反应室的至少一边进行加热。
在另一个实施方式中，一个或者多个补充的加热电极可以被安置在反应室的对边上。
加热电极由电导材料制成，优选地从下组中选取的材料：镍铬合金(NiCr)、铁铬铝合金(FeCrAl)、铁镍铬合金(FeNiCr)或者其它加热元素合金。
本发明优选的一个实施方式中，芯片包括一个或者多个导电接触衬垫，该衬垫与芯片的电极电接触。芯片可包括与芯片的第一电极电接触的导电接触衬垫。芯片可包括与芯片的第二电极电接触的导电接触衬垫。芯片可包括与加热电极的每个末端电接触的两个导电接触衬垫。芯片可包括两个或三个导电接触衬垫，并且与该组检测电极的每个电极电接触。
在图1中，表示了两个代表性的芯片实施方式。在图1A)中，芯片(1)包含样品室(2)、第一电极(3)和第二电极(4)。第一电极(3)附着到芯片的上部(5)，第二电极(4)附着到在芯片的下部(6)。第一电极和第二电极都被电绝缘层(7)覆盖，以防止样品室(2)中的液体成分的不必要电解。加热电极被植入第二电极顶部的绝缘层。通过间隔部分(9)形成样品室，间隔部分被夹在芯片(1)的第一部分(5)和第二部分(6)的中间。检测电极和温度敏感元件在图1中没有被示出。
芯片可以含有大批不同的材料。可以例如包括有机聚合物如塑料，金属和半导体(如硅、玻璃和陶瓷)等。
关于图1，第一部分和第二部分可能如包括诸如塑胶、半导体(如硅、玻璃和陶瓷)的材料。第一电极和第二电极可以例如含有金属如金或铜。绝缘层可以例如是二氧化硅或聚酰亚胺的薄膜。加热电极可以例如是NiCr电极，间隔层可以例如是聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体的铸件。
图1B)中，第一电极和第二电极并不被包括在芯片里，但可以如包括在操作芯片的设备中。
芯片典型的厚度在0.5mm-50mm范围，优选范围为2mm-8mm。
芯片典型的长度在10mm-500mm范围，优选范围为40mm-200mm。
芯片典型的宽度在5mm-200mm范围，优选范围为20mm-100mm。
芯片可以仅包括一个样品室或者可以包括多个样品室。
本发明另一方面涉及从气体样品中检测生物颗粒的设备，该设备包括：
芯片位点，芯片位于此处以便功能上与该设备相连；
设备和芯片之间的电接口，以用于在芯片或设备的第一电极和第二电极之间施加交替电场；以及
可编程的单元，它包括能够使该设备实现进行从由下列所组成的组中选择的一种或者多种动作的软件：
将第一电势应用到第一电极，第二电势应用到第二电极，因而在第一电极和第二电极之间形成电势差和电场以辅助在样品室中静电收集气体样品中的生物颗粒；
将所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触；
在所述的样品室中，将反应混合物暴露到交替电场下，所述的交替电场有足够的强度以能够从生物颗粒提取生物材料；
对目标核酸序列进行核酸扩增；
检测扩增的目标核酸序列的出现，和/或者来自目标核酸序列扩增的产物的出现。
根据本发明，术语“功能上相连”意思是芯片和设备相连接，因此设备可以进行一个或多个实现芯片动作的操作。
在本发明的实施方式中，当设备能影响样品室中物体的电场时，芯片与设备功能上相连。
在本发明的实施方式中，当设备能控制至少芯片的一个电极的电势时，芯片与设备功能上相连，例如，当设备能控制第一电极和/或第二电极的电势时，芯片与设备功能上相连。
功能上相连还包括芯片的样品室与流速控制设备进行流体交流。
在本发明的实施方式中，设备包括第一电极和第二电极。当芯片与第一和第二电极之间的电场功能上相连时，在样品室中帮助从气体样品收集生物颗粒。在该实施方式中，芯片不必包括第一电极和第二电极。
设备也可以包括一个接受和/或储藏第一试剂的第一试剂室。典型地，第一试剂室有至少一个开口，当芯片与设备功能性相连时，该开口与样品室流体地相连接。或者，第一试剂室的至少一个开口与样品室是流体连接如通过使用控制流速的手段。在贮存期间，第一试剂室可以通过一个可移动的障碍物来关闭。当设备使用时，所述的障碍物可逆的或者不可逆的移去。
设备还可以包括一个提供电能的电能供应器和第一电极以及第二电极，如为产生流动提供电能，和/或为可编程单元提供电能。
在本发明的实施方式中，芯片是通过芯片位点与该设备功能上相连的。芯片位点可以例如包括一个塑料界面，该塑料界面既可以当作连接材料，也可以当作衬垫，该衬垫保证芯片口和装置口紧密连接，以消除漏气和漏液现象。芯片位点可以如包括表面和/或接受芯片的支架。通常，芯片位点包括至少一个导电的接触衬垫。优选的是，芯片位点包括至少一个导电的接触衬垫，该接触衬垫提供与芯片第一电极的电接触，和提供与第二电极的电接触。
可编程的单元包含指令，优选计算机可以读取的，如可适合利于控制、监视的软件，和/或在操作之前、在操作中和/或操作后调控设备的软件。
可编程单元优选包括至少一个在所连接的存储设备上储存了一个或多个计算机程序的计算机，该计算机可适合用于控制该设备。本发明中的可编程单元可以是从以下非详尽组中选择：通用计算机、个人计算机(PC)、可编程的逻辑控制单元(PLC)、软程序的逻辑控制单元(soft-PLC)、硬程序逻辑控制单元(hard-PLC)、工业个人计算机或一个专用的微处理器。
本发明也涉及计算机程序产品，该产品适合使具有至少一个在其连接的存储设备上储存了计算机程序的计算机的计算机系统能控制、监视，和/或在操作之前、在操作中和/或操作后调控该设备。本发明还涉及一种计算机可读取的存储了一套工艺路线的媒介，该套工艺路线适应性使计算机系统能控制、监视，和/或在操作之前、在操作中和/或操作后调控该设备，该计算机系统包括至少一个在其连接的存储设备上储存了计算机程序的计算机。
在操作之前、在操作中和/或在操作后，用于控制、监控和/或调控该设备的程序单元，优选能适应在恶劣的条件下操作，如北方气候、热带气候和战斗环境，特别是，遭受原子、生物和/或化学战(ABC-战争)攻击的战斗地区。优选的是，可编程的单元应遵照该单元的相关军事说明书。
在本发明的一个实施例中，可编程的单元包括软件，如果芯片与设备功能上相连的话，该软件还可实现设备检查。
包括软件的程序单元还可以影响设备进行一个或者多个从以下组中选出的动作的操作，如2，3，4，5或6个动作，该组动作包括：
在样品室中提供气体样品；
应用第一电势在第一电极上，应用第二电势在第二电极上，因此在第一电极和第二电极之间出现电势差和电场，在样品室中帮助静电收集气体样品中的生物颗粒；
使收集的生物颗粒和第一液体试剂接触；
在所述的样品室，使反应混合物暴露于交替电场之中，所述的交替电场有一个足够的强度能提取生物颗粒中的生物材料；
目标核酸序列进行核酸扩增操作；
检测扩增的目标核酸的出现，和/或检测由于目标核酸序列扩增而得到的产物。
包括软件的可编程单元可以如通过提供气体样品的产生流动设备的操作来实现设备在样品室中提供气体样品。
包括软件的可编程单元可以如实现设备应用第一电势在第一电极上和第二电势应用在第二电极上。
包括软件的可编程单元可以如通过操作一个为提供液体试剂的产生流动的设备和/或操作控制流速的设备，来实现设备使收集的生物颗粒与第一液体试剂接触。
包括软件的可编程单元可以如通过调节至少两个电极的电势，例如第一电极和第二电极，来实现设备使反应混合物暴露于所述样品室中的交替电场中。
包括软件的可编程单元可以如通过所述的加热电极实现设备使目标核酸序列进行核酸扩增。
包括软件的可编程单元可以如通过操作微分脉冲伏安法的检测电极，来实现设备检测扩增的目标核酸序列的出现和/或检测由于扩增目标核酸序列所得到的产物的出现。
在本发明的优选实施方式中，该设备还包括设备和芯片之间的电接口，以用于在样品室的电极之间施加交替电场。
设备另外可检测对照信号，即来自于包括没有生物细胞的样品或包括确定量的给定生物细胞的样品的信号。该对照信号可以例如被从距样品室较远的另一个室中得到，例如位于芯片另一个位置的室或者位于另一个芯片的室。
设备还可以包括一个内部的能量供应器。
内部的能量供应可以例如包括电池。在PCR反应期间使用的能量，可以根据加热一定体积的水所需热量来估计，该体积的水应等同于在PCR循环中最小和最大温度之间的流体样品的量。温度的差别大约为50K，因此对于30μl的样品，每个循环的转移的热量大约为6焦耳。例如运行60个循环，一个PCR反应的总能量消耗达到60×6＝360焦耳。使用与商业热循环器(即每秒2℃)相差不大的等变率(ramping time)，能量需要量为360×2/50＝14.4W。
电池电压被认为是电池的定额电压，如每个镍-铬(NiCr)和镍-金属氢(NiMH)电池电压为1.2伏，每个锂离子(Li离子)电池电压为3.6伏。电池的蓄电量通常以毫安-小时(mAh)为单位，并且称为电池的C-定额(C-rating)。例如，一个具有C-定额1200mA-小时的电池的负载电流1C，就是指1200毫安。当电池电量耗尽至负载电流低于0.1C时(Linden D.1984，电池和燃料电池手册，纽约：McGraw-Hill)，一个电池可以看作是理想的(即保持固定的电容量)。因而，当释放出14.4W的能量如用一个电池释放10.8V时，该电池的C-定额应该在14.4/(10.8*0.1)＝13300mAh范围，以避免剧烈减小电池容量的峰值电量消耗。
为了使能量消耗和电量释放，以及进一步确保真正的可携带，可充电池是优选的。在本发明的优选实施方式中，可充电池可以从由下列所组成的组中选择：镍金属氢(NiMH)类电池和锂离子(Li离子)类电池。
同时，内部的电量供应可以包括发电机例如可携带的发电机。可携带的发电机可以用作外部的能量供应。可携带的发电机可以是日光模块、电池充电器(例如交流或者汽车电池充电器)、燃料燃烧发电机等进行充电或者只是由其所组成。
可以替换的是，来自外部能量供应的电能可被提供到该设备，例如使用备用电池进行补充。
在本发明的实施方式中，设备还包括一个流动产生装置，如为提供芯片样品室中的气体样品，和当芯片插入设备中时，与样品室的第二开口流体连接。
流动产生装置可包括泵，如活塞泵、膜泵或者正排量泵。
在本发明的实施方式中，在选择加样(在10ml/min-500ml/min的范围内)的过程中，泵能够释放适量的气流通过芯片。优选的是，泵应该按照以下一个或者多个标准来选择：尺寸小、重量轻、没有脉冲流动、通过改变马达的极性使媒介可逆流动、通过控制电压可调节流量。在本发明的实施方式中，流动产生装置可以包括用于制造小滴试剂的喷射分配器，或者是类似的微分配设备。
在本发明的实施方式中，能够以通过芯片的被动流提供气体样品。这将要求在芯片和作为样品的周围气体之间的一个流速差。例如芯片可以被移动通过空气，如按第一开口与周围空气是流动相连的方式安装在飞机上，最佳的是与飞行方向相反。可以替换的是，如果空气在芯片周围移动，芯片与空气相比没有速度，如安置在出气口，会发生这种情况。
在本发明的实施方式中，设备还包括用于控制的装置，如通过样品室的流动。
流动可以是，如液体流动或者气体流动。
控制流动的装置通常包括一个或者是多个阀。阀可以是，如从由下列所组成的组中选择：单向阀、两路阀、多位置阀和夹管阀。
阀可以是例如微型组装的阀，在实施方式中阀被集成在芯片上。
在本发明的实施方式中，第一试剂液体能够使用喷墨微分配工艺进行释放。喷墨色带盒含有一个或多个隔间，隔间里包含有第一液体试剂或者第一液体试剂的分开组分，喷墨色带盒以这样一种方式安装，该种方式能使液体微分配到反应室中。
本发明的另一个实施方式中，将第一液体试剂或者其分开的各个组分装入塑料聚合物组成的密封的封套。塑料聚合物封套配置有一个内置的加热电极，可以通过使用适当的电流使塑料聚合物融化，接着将封套里的液体释放到芯片中。在另一个实施方式中，从密封的塑料聚合物封套中释放液体，能够通过机械的或者物理方式破裂封套如用尖的东西刺破来进行。
在本发明的一个实施方式中，设备可以装备一个视觉上读出结果的显示器，显示器可以是光发射源形式的(LED，灯泡或者类似物)、显示屏、数字的读取器或者是上述的任何组合。在本发明的另一个实施方式中，读取器可以以声音信号来交流。
在本发明的优选实施方式中，设备包括可以允许无线通讯的组件。无线通讯的例子是802.11移动无线局域网，蜂窝通讯、蓝牙(
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)、全球定位系统(GPS)、和超宽频带。通讯可以是单向的如从设备传输数据或者是给设备传输数据，或者是通讯可以是组合的如双向的。建立的通讯可进一步扩展为互联网和设备之间的通讯，如建立一个ad-hoc网络，该网络可以使一个设备触发另一个设备的样品，因此有利于监控如气雾云的进程。
在本发明的优选实施方式中，设备为重量轻和/或可携带的设备。
在本发明的实施方式中，设备重量至多10kg，如至多8kg、6kg、4kg、3kg或2kg，如至多1kg。甚至更为优选的设备的重量至多800g、如至多600g、500g、400g、300g、200g、150g、100g、80g、60g、50g、40g、30g、20g、10g或5g，如至多1g。
通常，设备总重量在20g-1kg的范围，如20g-50g、50g-100g、100g-250g、250g-500g或500g-1000g。
然而本发明另一个方面涉及从气体样品中检测生物颗粒的系统，该系统包括与这里所述设备功能上相连的所述芯片。
在本发明的实施方式中，系统的芯片和设备被集成在一起，并且不意味着互相物理上分开。在本发明的实施方式中，系统的芯片和设备被集成在一起以便他们不能够被相互物理上分开而不损坏芯片或者设备。
在本发明重要的实施方式中，该设备是一次性系统例如只能使用一次。
在另一个实施方式中，系统的芯片是一次性的，但是该设备可以被重复使用。
本发明一个特定方面涉及设备，该设备的目标是监测空气传播的传染性疾病和适合监控低气溶胶浓度，其直接暗示是流行病的监控。该设备含有三个集成的在同一个容器中(体积从10纳升到10毫升)进行的工艺，该工艺允许对生物气溶胶进行取样、提取基因材料样品制备物而后DNA或cDNA的扩增。通过普通的气体和液体输入输出，来补给容器。首先，空气流经容器，该气流是由输入端的高压或者输出端的真空而产生。容器装备可促进静电沉淀的电极，电极典型地形成为两相对的薄片，空气从其间通过。然而，其它形状如单薄片的电极结合单一或者一套点电极，也可用来将所取样的颗粒导入容器的指定地点。为了防止电打火，电极间在最短距离处所测试的电场低于1000V/mm。携带自然电荷的生物颗粒在电场中被捕获，因此它们经过容器的运动被中断，它们被引到其所沉淀的电极。捕获机制是有效的，并且捕获效率80％或者以上是可以达到的。通过外部设备来控制电极表面电压，静电沉淀时间可以很容易设置。当电压关掉时，沉淀就会停止。一旦所想要量的空气经处理进入容器，就会停止泵入空气，容器充满包含扩增DNA/cDNA所需要的试剂的液体。
所收集的和浓缩的生物颗粒现在可以进行样品制备。我们已经说明了，众所周知，革兰氏阳性细菌的能生孢子对机械的、化学的和热降解处理具有特别的抵抗力。当它被暴露于通过容器的振荡电场中，它会释放出染色体和质粒体DNA。如果频率在10kHz以上，DNA释放发生在几秒钟内，并且频率在100kHz左右，可以达到最大释放。振荡电场作用就是破坏孢子的完整性，它是通过以下方式来实现的：直接膜崩溃、在内生孢子壁形成孔、或由于孢子的生化退化，伴随的缓冲的二价离子如Mg2+和Ca2+的活化，而导致的突然渗透肿胀。革兰氏阳性细菌的内生孢子壁是在细菌、病毒或者真菌类中发现的最稳定的封闭结构，它保护有机体和并允许其在极其恶劣的条件下休眠几十年。在从细菌细胞和孢子中释放遗传材料方面，使用振荡电场的样品制备工艺是有效的。振荡电场可以由与静电沉淀电极相同的电极来诱导。
紧接着最初的电样品制备，样品被暴露于加热和冷却的循环中，其通过快速加热样品到变性温度，随后又冷却。温度循环介导细胞、孢子和病毒的进一步崩溃，特别是病毒，它不受振荡电场的影响释放遗传材料。病毒一般是植入蛋白质结构中的遗传材料，在较高温下很快变性。快速的温度振荡(加热速率达到>40℃/s，冷却速率>15℃/s)可以通过设计容器最优的热交换来实现。热设计是基于材料总的热时间常数与容器中水的总热时间常数的关系来设计。在能够实现温度快速振荡中，以下都是很重要的因素：容器周围材料总的热容量、这些材料之间相互耦合以及材料与外部安装的散热设备的耦合。热量是通过容器顶端和底端的导电薄膜例如金或铂薄膜来供热的。为了取得快速的加热和冷却，在加热器之间液体形成一个平的薄片是很重要的。
薄膜通过导电材料的电流而被加热。温度通过监控一个四线的惠斯登桥(Wheatstone bridge)热传感器设置来控制，允许温度在容器内设置的精确度为±0.1℃。如果在容器中出现合适的生化条件，温度的振荡进一步有利于DNA或cDNA的扩增。
本发明中设备代表了独特和新颖的方法学组合，它允许将快速取样、样品制备和DNA或cDNA单分子的扩增都集成到一个设备中。
此处使用的术语“流体”是指任何流体，包括空气、气体或者液体，包括水和水溶液。
本发明一个特定方面涉及用于收集生物颗粒、提取遗传材料和引导依赖温度的生化反应的微尺度设备，该设备包括：
反应室，反应室在取样的空气和反应室之间有一个提供气流量的进入口，和在反应室和反应室外部之间有一个提供气流量的出口，进口或出口与吸引气体样品从进口通过反应室到出口的气流产生设备相连接，所述反应室有引入生化上限定的溶剂到反应室的能力，并有从反应室中移除依赖于温度的生化反应的产物的能力，还有快速和准确的控制反应室温度的能力，安装在反应室中进口和出口之间的位置收集和电解部件，所述的收集和电解部件包括两个或多个平行安放的电极，并有表面或至少一部分表面涂覆有或包含有能导电流的材料。
在本发明的一个特定实施方式中，平行的电极能产生倾斜的电场或者垂直于通过设备的气流，有利于使出现在取样空气中的颗粒带静电荷，因此可被带正电或者负电的电极吸附而被捕获。
在本发明的一个特定实施方式中，在引入所述的生化上限定的溶剂之后，电极施加一个高频率的交流电解场在所述捕获的生物颗粒上。
在本发明的一个特定实施方式中，溶剂包括能引导聚合酶链反应或者PCR的试剂。
在本发明的一个特定实施方式中，溶剂包括能引导连接酶链反应或LCR的试剂。
在本发明的一个特定实施方式中，溶剂包括能引导基于转录的扩增的试剂。
在本发明的一个特定实施方式中，溶剂包括能引导基于限制性的扩增的试剂。
在本发明的一个特定实施方式中，反应室适应包含范围大约为0.1μL-500μL的流体。
在本发明的一个特定实施方式中，反应室适应包含范围大约为1.0μL-5μL的流体。
在本发明的一个特定实施方式中，反应室有大约尺寸为4.5mm×1mm×300μm或者成比例的缩小。
在本发明的一个特定实施方式中，设备可再度使用的，并从含有以下材料的组中的材料来制备，该组材料包含有聚合物、二氧化硅、玻璃、金属和陶瓷。
在本发明的一个特定实施方式中，设备可任意使用的，可以从由以下所组成的组中的材料制备：聚合物、二氧化硅、玻璃、金属和陶瓷。
在本发明的一个特定实施方式中，设备可任意使用的，可以从由以下所组成的组中的材料制备：聚合物、二氧化硅、玻璃、金属和陶瓷。
在本发明的一个特定实施方式中，电极包括至少一个平板电极，用于引导电流，从而次年古城电场。
在本发明的一个特定实施方式中，电极包括至少一个线状电极，用于引导电流，从而创造电场。
在本发明的一个特定实施方式中，倾斜的或垂直于通过设备的空气流的电极之间的距离在0.01mm-4mm。
在本发明的一个特定实施方式中，两电极之间应用的静电场在100V/mm到1600V/mm之间。
在本发明的一个特定实施方式中，方法还包括应用高频率的交替电场诱导细胞裂解的操作。
在本发明的一个特定实施方式中，交流电流应用的频率在8000Hz-200,000Hz之间。
本本发明的一个特定实施方式中，应用的脉冲序列在1秒到60秒之间。
在本发明的一个特定实施方式中，本发明设备进一步包括传送所述生化反应结果报告的工具。
在本发明的一个特定实施方式中，传送工具是通过有线连接的、无线电的、红外传输的、微波传输的、无线电话、GSM模块或者计算机网络。
本发明的另一个特定方面涉及微生物的监视系统，它包括此处所述的设备，所述的微生物监视系统包括一个各分开设备的网络。
在本发明的一个特定实施方式中，监视网络是一个集成的网络。
在本发明的一个特定实施方式中，设备的位置如网络中的设备，是由全球定位系统设备来确定。
在本发明的一个特定实施方式中，该方法建立了检测或者诊断化验。
在本发明的一个特定实施方式中，检测化验包括一个可变的或可编程的时间器，来决定检测诊断的频率。
应该指出的是，根据本发明，文中描述的本发明的一个方面的实施方式和特征也适用于本发明的其它方面。
实施例
实施例1芯片制备的代表性实施例
本设计具体实施的容器或者反应室的尺寸(或者按尺寸的比例)为4.5mm×1mm×300μm，建议的设备结构遵循所述的概念性设计的基本框架。
硅基底涂覆有耐热层以限定设备的热性能。随后低阻抗的耐加热层开始铺垫，接触衬垫沉积并且制上图案。加热器统一图案，用来加热通道的基底。下一个介电层沉积使加热器与随后的一层绝热隔离。然后是铂膜沉积，制上图案并在其上提供温度传感器和电极。温度传感器选择性地与样品隔离。硅晶片制备是由任何层的处理完成的，所述层需要以槽/加盖的形式焊接和密封。
盖子由玻璃制成的，以提供本性上的热绝缘。堆积铂电极膜并且制上图案。如果需要，它可以是绝缘的，或者它配有温度传感器。制上图案的步骤基本上是硅晶片制备所用的一部分。然后流体进入端口可在盖子上形成，工艺范围是可能的，但是这可能基本上是传统的机械方法。流体界面部件组分，如Luer fittings，该部件可在组装过程中方便的阶段粘附在端口上。
在铂电极形成之前，通过将通道蚀刻进盖子对其进行限定。只有在盖子上的电极是相对粗糙的允许普通制备图案的几何形状，这才有可能。可以替换的是，盖子保留一个平坦的部件，通道在300微米厚的间隔层形成，该间隔层既与硅基底粘结又与玻璃盖子粘结。
逐步的层处理
在这个分段中，我们限定了在构造设备中使用的层的顺序。我们简要描述设备中层的功能性作用，给出如何获得设备的几种选择，并且列出各种选择的优缺点。
第一步，见图2
硅基底。这是一个500μm厚的硅晶片，优选双面抛光的晶片，因为它有利于与反应室后面热接触。如果通过一个被表面深RIE(back surface deepRIE)处理可以达到侧面的热隔离，然后任一个晶片厚度应该合理接近地限定，或者蚀刻深度的变化来补偿晶片厚度的差别。这样的晶片可以容易地从大量原料中获得。
步骤2，见图3
热绝缘层。为了控制热损失与热冷却的比例，这层是沉积在硅的上表面，从而需要一定的能量维持温度和加热样品。对于所需要的PCR循环次数和能量水平，这将会需要20μm厚的聚酰亚胺层。有各种聚酰亚胺可以使用，BCB(苯并环丁烯)是可以替代的聚合体介电材料。
步骤3，见图4
加热层。这一层是传统的耐热材料形成的，在热模型峰值能量中(thermalmodel peak power)，需要4W的加热器的消散。所需要的阻抗大小依赖于期望的驱动电压和电流。数量级为100mA到1A的电流被认为是合理的，相应的电压范围从40V到4V，因此所需要的电阻在400Ω到4Ω的范围。加热器电阻器的几何形状可以便利地仿照反应室的几何形状，反应室的几何形状是一个覆盖在整个基底上的简单矩形平板。因此电阻器长度大约为4.5square，显示膜的电阻率大约范围1-100Ω/m。这个电阻率可以通过普通的薄膜工艺很容易达到。NiCr电阻器可以通过溅射或蒸发沉积制备而成，并由湿蚀刻法来制作图案。满足需求的NiCr电阻器处理工艺是可广泛得到的。
步骤4，见图5
接触层1。这一层是紧接着NiCr沉积层沉积而成，并且用作与NiCr电阻器接触。典型地，该层是金薄膜，它是由是蚀刻来限定的。显然，图案往往是这样的，在金下面总是NiCr。但是在NiCr之上可能不是金。典型的顺序是照相平板印刷面层，定义一个假设的“金或者NiCr”层，蚀刻金然后蚀刻NiCr，重新覆盖“金”层和再蚀刻金层。(似乎基本上NiCr膜没有被基于碘的金蚀刻剂腐蚀)。可以广泛得到合适的工艺。
步骤5，见图6
电绝缘层1。该层是用作把加热器层与随后的电导层进行电绝缘。最可能使用的材料是PECVD氧化物。用一个标准的反应离子蚀刻工艺，需要的开口或者接触开口能够在氧化物中制成图案。PECVD和RIE两种工艺都是可以广泛得到。
步骤6，见图7
铂1。该层用作形成弯曲结构和形成电极，该弯曲结构用作温度传感器，该电极用作捕获孢子和DNA检测技术。可以设想，薄膜通过升离照相平板印刷(lift-off photolithography)制作图案，并且用电子束沉积技术沉积而成，可以替换的是，可能使用溅射沉积和溅射后蚀刻或者反应离子蚀刻。然而，可能更容易得到升离工艺。
步骤7，见图8
接触2。第二接触层材料需要有利于与铂膜进行线连接。
步骤8，见图9
电绝缘层2。这一层用作把温度传感器与样品绝缘开。与步骤5基本一样，可以设想PECVD氧化物沉积和制成图案。
步骤9，见图10
平面化层1。如果盖子的附着需要一个特别的平面，那么就必须沉积整个一层，在该层上，除了盖子粘附区域以外被移出其它物之前，该层可以抛光至高度平的平面。如此平面化工艺是日益普通并且最有效，例如，硅显示工业中的液晶是使用这种工艺的，它允许在密集的集成电路上形成光学质量的镜面。
步骤10，见图11和12
为了本阶段的完全性，我们显示了“图形框架”的间隔层和设备盖子，这些在下面讨论。盖子假设采用全部是铂层或者钛金层。在框架的边墙裁开的凹口允许接触从盖子到主要的硅基底的铂薄膜，这是用注入的导电材料来取得的，如装满的环氧树脂。
最终设备如图13所示。
其它的工艺信息
玻璃覆盖物的制备
玻璃覆盖物是优选的，因为在已证实的材料中，它可提供一个有效的热障碍。需要定义在这个盖子上的铂结构和流体进出口，轻微的复杂性被引入，但是这点复杂并非超出普通。
关键的设计决定是是否包括温度感应和盖子上加热。如果包括这些，工艺流程就会更复杂。
仅有一个暴露的用于捕获孢子的铂电极的简单覆盖物可通过简单的溅射或者电子束蒸发铂在整个玻璃基底上来生产。如果加热器和温度传感器合并进来，则从硅基底处理工艺的步骤3-9的工艺流程将会使用。与硅基底相比，适应玻璃的流程步骤有很少的细节变化。
一旦制备薄膜，流体进出口将会用玻璃进行机械加工。对于这一工艺，各种手段可用，如使用高速旋转微碾磨机械。其它工艺路线包括电火花腐蚀、超声碾磨和喷砂处理。
形成通道和组装设备
使用粘附在硅和玻璃上的间隔层，可形成通道。许多工艺路线可能形成该层并粘附着该层。我们优选的工艺路线是具有粘性的膜和有活性的或简单夹住的PDMS。可替代通道形成的有以下几种：
A.带粘性的粘结
在最简单可能的水平上，可能的形成通道的有冲模、激光切割成300μm厚的膜粘合剂。对于在医学化验设备，该粘合剂广泛大量使用。然而，对于目前的应用，还得考虑长期可靠性。如果设备可任意使用的，使用粘结带是可能的。
PDMS模板和等离子体辅助焊接
在这步工艺中，衬垫是用硅树脂橡胶由模具铸造而成。使用可便宜制造的原型，这样的模制是容易制造适中数量的产品。模制工艺允许保持很精细的细节。用氧等离子体活化硅树脂来粘结硅树脂橡胶到玻璃上的工艺在很多课题组已经被接受。它很容易形成长效的有良好粘结力的粘结：典型地，在与玻璃粘结失败以前，硅树脂橡胶材料通过撕裂会失去粘性。因为硅制备以PECVD氧化物层完成，PDMS衬垫能用来连接两部分和形成密封。
如果包装和设备设计在一起，则使用夹子密封可能会比较吸引人。最有可能的是PDMS。这个可以用激光或者用冲模从模制成边界厚度超过所期望300μm的精密薄片上切下。组装中的精密间隔层将被用于限制密封压缩，因此限制侧边的压缩中的偏离。
B.玻璃-玻璃熔接
如果两个表面是很平并且很干净，玻璃组分的熔接是可能的。这一工艺路线的主要限制条件是所需温度被证明是太高以致在设备中不能允许有任何聚合物材料。
C.冷焊接
一个有趣的可能性是形成一个限定在薄玻璃中的通道的框架，或许由蚀刻进盖子来界定通道。一个镀金属薄膜沉积并制成图案来限定密封区域，以及电镀一层铟。该层在25μm数量级的厚度，与电镀在其它部件的密封区域层相似。为了装配该部件，铟层被清洗掉表面氧化物层，典型地是用稀盐酸，然后用溶剂漂洗。两个干净的铟表面相互接触并冷焊接在一起。
实施例2确定捕获效率的方法
标准的生物颗粒的制备
将含有大约109个孢子/g的100毫克Biobit苏云金芽孢杆菌(Bacillusthurigiensis)亚种kurstaki(Valent BioSciences Corp，Libertyville，USA)悬浮在1ml去离子水中，并在12000rpm下离心90秒。去上清。重复该步骤4次。在最后一次重悬浮之前，取出一个样品来确定每毫升的CFU数，试管留下来进行脱水干燥如真空干燥。
系列稀释涂布在LB琼脂平板上(Luria Bertani培养基；10.0g胰蛋白胨、5.0g酵母提取物、10.0g氯化钠、15.0g琼脂，在pH＝7.0的1.0L水中重悬浮，高压灭菌)，在30℃孵育过夜，并检查可看见的菌群。CFU数能够确定粉末中的孢子数。
捕获效率测试
冲洗和干燥的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thurigiensis)孢子在合适的气溶胶室中进行气溶胶化，其结果孢子浓度大约为104-105个孢子/升。确定捕获效率的芯片/取样室与设备相连，因而功能性连接。芯片/取样室与气溶胶室相连，并且气溶胶吸入并以气流速大约50ml/min通过芯片的样品室。颗粒计数器(如analyzer model3321，来自TSI Inc.，500Cardigan Road，Shoreview，MN55126-3996，USA)是与芯片出口相连的，并且计算尺寸在1-10μ的离开芯片的孢子数。
首先，当设置第一和第二电极对地的电势时，通过吸入气溶胶来测试25mL气溶胶中的孢子数。所测试的孢子数用作对照值Nc。
然后，将选择的电势应用与第一和第二电极，将另外的25mL气溶胶吸入通过芯片。当吸入过程中，测量排出芯片的孢子数，这个值称作Ns。
通过(Nc-Ns)/Nc*100％，计算在所选择的电势下，芯片/取样室的捕获效率。实施例3确定DNA/RNA释放百分率
将含有大约109CFU/g的100mg Biobit苏云金芽孢杆菌(Bacillusthurigiensis)亚种kurstaki(Valent BioSciences Corp，Libertyville，USA)悬浮在1ml去离子水中，接着在70℃下用巴氏法灭菌5分钟，接着对溶液进行离心(5000xg，5分钟)。去上清。再重复该步骤(Tyndalisation)2次。最终的1ml溶液含有大约108个孢子。
将该溶液稀释成105个孢子/ml的最终浓度，这样得到了储藏溶液。
使用储藏溶液的样品填充样品室，并将样品暴露到交流电场中，所述交流电场具有选定的频率、强度和持续时间。
为了确定样品生物细胞的DNA/RNA释放百分率，将所暴露的样品和含有存储溶液的对照都使用荧光染料4’，6-二咪基-2-联苯基吲哚(DAPI)处理。DAPI是广泛应用的DNA染料，其在结合到双链DNA小凹陷中富含A-T的序列时会形成荧光复合物。染料溶液是含有2.0μg/ml DAPI的水溶液。而且，DAPI限制了细胞的渗透性，并且因此对于显示遗传物质的细胞释放是最佳的。
使用一定体积的染料溶液对样品室进行洗脱，其体积是样品室体积的三倍。将来自样品室的洗脱液在室温下孵育5分钟。
在是对照体积大约3倍体积的染色溶液中，将与所暴露样品体积相当的体积的对照分别染色5分钟。
接着将适当体积的对照和适当体积的所暴露样品在相差显微镜和荧光显微镜(配有DAPI过滤器)下进行观察。使用相差显微镜对于对照和所暴露的样品计算孢子的数目，表示所释放的染色体DNA分子(可以看到的蓝点)的孢子的数目通过荧光显微镜计算。接着按照下式确定DNA/RNA释放百分率：
Figure S05806150220060905D00034170315QIETU
其中ds是所计算的蓝色DNA点的数目，Ss是孢子的总数。
也可以确定背景DNA/RNA释放百分率作为对照，如果表示背景释放高于5％，则建议所确定的被认为无效，需要对生物细胞的新储藏溶液进行重复。
参考文献
美国专利 US.5,723,591
国际专利 WO03/074,473
欧洲专利 EP1481083
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Linden，D.Linden，David.(1984).(电池和燃料电池手册)纽约：McGraw-Hill

Claims (17)

1.一种从气体样品中检测生物颗粒的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)提供样品室和第一电极以及第二电极，第一电极和第二电极以及样品室被安置为，至少部分样品室位于第一电极和第二电极之间，并且第一电极和第二电极之间的距离最多为20mm；
(b)为样品室提供气体样品；
(c)将第一电势应用于第一电极，第二电势应用第二电极，因而在第一和第二电极之间产生电势差和电场以辅助在样品室从气体样品静电收集生物颗粒；
(d)将所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触，从而得到反应混合物；
(e)在所述的样品室中，将所述的反应混合物暴露于交替电场中，所述的交替电场强度为1-30V，以能够从生物颗粒提取生物材料；
(f)进行目标核酸序列的核酸扩增；
(g)检测所扩增目标核酸序列的出现和/或者来自目标核酸序列扩增的产物的出现，任选地，如果出现至少一种拷贝的所扩增目标核酸序列和/或如果出现至少一种所扩增目标核酸序列的产品，则可根据情况推测在样品中已经检测到生物颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一电极和第二电极被安置在样品室相对的两侧。
3.根据前述权利要求任何一项所述的方法，其特征在于，第一液体试剂包括一种或者多种进行核酸扩增操作所需的试剂。
4.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一液体试剂包括一种或者多种从由以下所组成的组中选取的试剂：引物、三磷酸核苷酸和聚合酶。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一液体试剂还包括可被5′-3′核酸外切酶降解的寡聚核酸探针，所述核酸探针的降解导致释放氧化还原活性组分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，氧化还原活性组分是金属茂合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属茂合物为二茂络铁。
8.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f)的核酸扩增是通过使用从由下列所组成的组中选择的扩增技术进行的：聚合酶链式反应技术(PCR)、链置换扩增(SDA)，连接滚环扩增(L-RCA)以及它们的组合/修改。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤f)的核酸扩增技术是PCR。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤f)的核酸扩增技术是嵌套PCR。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述嵌套PCR是单管嵌套PCR。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤g)的检测包括伏安法检测。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，伏安法检测是使用差值脉冲伏安法或者其它用于减弱参照信号以提高信噪比的方法来完成测试。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，伏安法检测是通过使用安置在样品室的检测电极来进行的。
15.一种从气体样品中检测生物颗粒的芯片，其特征在于，该芯片包括：
样品室，该样品室有与周围空气流体连接的第一开口和形成与设备流体连接的第二开口，样品室含有气体样品；
第一电极和第二电极，其被安置在样品室相对的两侧；
加热电极；
温度传感元件；
检测电极。
16.一种从气体样品中检测生物颗粒的设备，其特征在于，该设备包括：
芯片位点，芯片位于此处以便功能上与该设备相连；
设备和芯片之间的电接口，以用于在芯片或设备的第一电极和第二电极之间施加交替电场；以及
可编程的单元，它包括能够使该设备实现进行以下动作的软件：
在样品室中提供气体样品；
将第一电势应用到第一电极，第二电势应用到第二电极，因而在第一电极和第二电极之间形成电势差和电场以辅助在样品室中静电收集气体样品中的生物颗粒；
将所收集的生物颗粒与第一液体试剂接触；
在所述的样品室中，将反应混合物暴露到交替电场下，所述的交替电场有足够的强度以能够从生物颗粒提取生物材料；
对目标核酸序列进行核酸扩增；
检测扩增的目标核酸序列的出现，和/或者来自目标核酸序列扩增的产物的出现。
17.一种检测生物颗粒的系统，其特征在于，该系统包括根据权利要求15所述的芯片，其与根据权利要求16所述的设备功能上相连。
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