CN104321645B - 多层凝胶 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多层凝胶以及形成多层凝胶的方法。该多层凝胶包括隔离层和电解质层。该隔离层提供分子量筛选，以防止蛋白质或其它分子与隔离层覆盖的参比池接触。该电解质层覆盖该隔离层，并提供了将参比池放置成与流体样本离子和/或电接触的离子源。该多层凝胶可以用于在正在确定样本流体的电位或其它电特性的时候保持来自相关参比池的可靠参比电压。

Description

多层凝胶
交叉引用相关申请
本申请要求2012年4月19日提交的美国临时专利申请第61/635,537号的利益，特此通过引用将其整个内容全部并入本文中。
技术领域
本发明涉及用在电化学参比池上的多层凝胶、以及在电化学参比池上沉积多层凝胶的方法。
背景技术
全血和像血浆和血清那样的血制品具有氧化还原电位(ORP)。临床上，血液、血浆和血清的ORP提供了动物的氧化状态的诊断分析。更具体地说，研究人员已经确定，血液、血浆和血清的ORP与健康和疾病有关。
氧化还原系统或redox系统牵涉到电子按照如下方程从还原剂到氧化剂的转移：
其中ne-等于转移的电子的数量。在平衡状态下，按照能斯特-彼得斯(Nernst-Peters)方程计算redox电位(E)或氧化还原电位(ORP)：
E(ORP)＝E0–RT/nF ln[reductant]/[oxidant] (2)
其中R(气体常数)、T(开氏温度)和F(法拉弟常数)都是常数。E0是相对于对其任意指定0伏的E0的氢电极测量的redox系统的标准电位，以及n是转移的电子的数量。因此，ORP取决于还原剂和氧化剂的总浓度，以及ORP是特定系统中的总氧化剂和还原剂之间的平衡的综合度量。这样，ORP提供了患者的体液或组织的总体氧化状态的度量。
显著高于正常人的ORP测量值将指示存在氧化压力。氧化压力的存在与许多疾病有关，已经发现出现在所有类型的严重疾病中。于是，显著高于健康个体的ORP水平指示存在疾病以及或许是严重疾病。与健康个体相同或比其低的ORP测量值指示不存在氧化压力以及不存在疾病或严重疾病，尽管太低的数字也指示有问题。因此，患者的ORP水平可以被医生或兽医用于辅助诊断或排除疾病、尤其严重疾病的存在。ORP随时间的依次测量值可以用于监视疾病的进展和治疗疾病的有效性或无效性。如果患者的ORP在治疗之后未降低，尤其，如果尽管治疗了但ORP反而升高了，则这可能指示预后不良，需要更积极的和/或另外的和/或不同的治疗。在由像经历心肌梗塞的症状的患者那样的患者所作的测量的情况下，ORP水平可能指示需要患者去看医生或马上转到急诊室接受治疗。
氧化压力由活性氧和活性氮类的较高产量或体内保护抗氧化能力的降低引起。氧化压力与各种疾病和衰老有关，已经发现出现在所有类型的严重疾病中，参见，例如，如下文献：Veglia et al.,Biomarkers,11(6):562-573(2006)；Roth et al.,Current Opinionin Clinical Nutrition and Metabolic Care,7:161-168(2004)；美国专利第5,290,519号；以及美国专利公告第2005/0142613号。几项调查表明了严重疾病患者的氧化状态与患者的后果之间的密切联系。参见如下文献：Roth et al.,Current Opinion in ClinicalNutrition and Metabolic Care,7:161-168(2004)。
患者的氧化压力通过测量各种单独标志物来评估。参见，例如，如下文献：Vegliaet al.,Biomarkers,11(6):562-573(2006)；Roth et al.,Current Opinion in ClinicalNutrition and Metabolic Care,7:161-168(2004)；美国专利第5,290,519号；以及美国专利公告第2005/0142613号。但是，这样的测量往往是不可靠的，并提供了患者的氧化状态的冲突和可变测量。参见如下文献：Veglia et al.,Biomarkers,11(6):562-573(2006)；以及Roth et al.,Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care,7:161-168(2004)。人们已经开发出了然后用于提供患者的总体氧化状态的分数或其它评估的多种标志物的测量来克服使用单种标志物的测量值所带来的问题。参见如下文献：Veglia etal.,Biomarkers,11(6):562-573(2006)；以及Roth et al.,Current Opinion inClinical Nutrition and Metabolic Care,7:161-168(2004)。尽管这样的做法比单种标志物的测量更可靠和敏感，但它们既复杂又耗时。因此，需要一种可靠地测量患者的总体氧化状态的更简单和更快速方法。
可以用电化学手段测量氧化/还原电位。测量血液和血制品的ORP的电化学设备通常需要大样本体积(也就是说，十至数百毫升)和长期平衡时段。更进一步，电化学设备具有在样本测量之间需要清洗的既大又笨重的电极。这样的电化学设备不怎么适合例行临床诊断测量。已经建议使用经过处理以防止电极表面生物结垢的电极。但是，这样的设备必然牵涉到复杂的制造技术。此外，传统电化学设备未提供方便用在临床环境中的格式。
人血浆及其血液成分(像低密度脂蛋白、血清白蛋白和氨基酸那样)的氧化和自由基特性也可以利用或不利用热引发自由基生成地从相片化学发光测定中确定。相片化学发光测定系统一般包括自由基生成器和测量抗氧化剂的存在的化学发光变化的检测器。更具体地说，使包含一定数量的抗氧化剂的血浆样本(或其成分之一)与已知数量的自由基接触和反应。用化学发光手段确定与血浆样本接触之后剩下的自由基。这种类型的测量和检测系统不适合在临床环境中对血浆样本的迅速、大规模测量。
发明内容
人们正在开发为迅速地和方便地使用测试条和读出设备测量流体样本的ORP创造条件的系统。在这样的系统中，测试条包含电化学参比池或半池。为了获得精确的ORP测量值，应该控制允许与参比池接触的材料。于是，本公开的实施例提供了一般覆盖测试条的参比池的至少一些部分、具有多层凝胶的形式的保护单元。
依照本公开的实施例，如本文所公开的包含多层凝胶的测试条作为适合迅速、例行临床诊断测试的测量氧化还原电位(ORP)的系统和方法的一部分来提供。除了测试条之外，整个系统一般还包括读出设备。本发明系统的实施例可以确定包括血液、血浆和血清的患者的体液、或像，但不限于，细胞外和细胞内流体(像，例如，房水、玻璃体液、乳汁、脑脊液、耳垢、内淋巴、外淋巴、胃液、粘液、腹膜液、胸膜液、唾液、皮脂、精液、汗液、泪液、阴道分泌物、呕吐物和尿液那样)那样，来自体内源的流体的ORP。
该测试条一般包括衬底、一个或多个测试引导件、参比引导件、参比池、多层凝胶、和桥段。在一个优选实施例中，一个或多个测试引导件、参比引导件、参比池、多层凝胶、和桥段处在覆盖层与衬底之间。该测试条还可以包括过滤器。该过滤器可以分开提供，和/或可以形成该桥段。样本室一般至少包含该桥段的一部分和该一个或多个测试引导件的每一个的一部分。该一个或多个测试引导件可以包含工作电极和计数电极。在一个实施例中，包含该样本室的样本区由孔隙限定，该孔隙包含在该覆盖层内。可替代地或另外，该样本室包括在该衬底内的凹坑或井眼、或在中间层中的孔隙或井眼。该样本室一般被配置成包含像血液和/或血制品那样的流体样本。该流体样本一般包含小于约1ml(毫升)的体积。作为一个例子，但非限制性地，该流体样本的体积是大约一滴血液(例如，0.05ml)或更小。依照本发明的实施例，该桥段被该流体样本弄湿，以便使该桥段和该样本室的至少一部分与该多层凝胶并且又与该参比池电接触。
该衬底可以包含介电材料以及可以具有基本平坦表面。依照本发明的实施例，该覆盖层可以包含介电材料。该覆盖层可以与该衬底接合或相叠。
该引导件一般包含含有基本连续和/或均匀成分的导电材料。更具体地说，该引导件可以包含贵金属或其它导电材料。作为一个例子，该引导件可以包含在印刷工艺中沉积在该衬底上的导电油墨。该一个或多个测试引导件一般从该样本室延伸到读出区，以及该参比引导件一般从该参比池延伸到该读出区。该读出区包含与该引导件相联系的电触点，一般适用于可操作地与该读出设备互连以及形成该读出设备与该至少一个测试引导件和该参比引导件之间的电触点。
该多层凝胶包括至少两层。第一或隔离层与该参比池的表面接触。依照本公开的实施例，该隔离层起阻止蛋白质和其它不想要分子的过滤器的作用，防止这样的分子与该参比池接触。于是，该隔离层可以包含使大分子远离该参比池、而允许离子流过的分子量筛选层。此外，不要求该过滤效果是绝对的。例如，可以提供减慢蛋白质的运动、以便在ORP测量时段期间至少防止大多数蛋白质与该参比池接触的隔离层。作为一个例子，但非限制性地，该隔离层可以具有在纯净水中包含4％琼脂糖/1％羟乙基纤维素(HEC)的凝胶的形式。多层凝胶的第二层可以包含电解质层。该电解质层一般覆盖该隔离层。作为一个例子，但非限制性地，该电解质层允许或促进位于该测试条的测试室中的样本与该参比池之间的离子和电连接。在至少一些实施例中，该电解质层起氯离子源的作用。在该电解质层提供氯离子的情况下，由于当该参比池与氯离子反应时，该参比池的参比电压是众所周知的，所以可以相对高精度地确定该样本的电位。作为一个例子，但非限制性地，该电解质层可以具有在3MKCl中包含3％HEC的凝胶的形式。
该参比池一般提供已知的电压电位。非限制性地，该参比池可以包含银/氯化银半池、铜/硫酸铜半池、汞/氯化亚汞半池和标准氢半池之一。
该桥段被配备成建立该样本室中的流体样本与该参比池之间的电接触。该桥段可以包括电解液、离子凝胶、过滤器、或像纸那样的任何水芯吸(water wicking)或水输送材料。该桥段一般被布置在该样本室与该参比池之间。
如前所述，作为该桥段的一部分，或除了该桥段之外，还可以配备过滤器。该过滤器一般起分离流体样本的不想要成分或分子的作用。例如，在该流体样本是全血的情况下，该过滤器可以起使血浆穿过该桥段，经由该多层凝胶与该参比池接触，而使全血的非血浆成分不与该多层凝胶和/或该参比池接触的作用。该过滤器还可以起防止红血细胞与工作电极接触的作用。依照至少一些实施例，该过滤器和该桥段由相同成分形成。例如，该过滤器和该桥段可以由相同过滤材料片形成。在该过滤器和该桥段相互成整体的实施例中，该整体组件的第一部件可以包含过滤部分，而第二部分包含桥段。
实际上，当将适当流体样本放在样本室中时，在引导件之间建立起电接触，该桥段起使该流体样本与该参比池相互电接触的作用。例如，在该桥段包含水输送材料的情况下，当该桥段足够潮湿，使得与该参比池和该流体样本建立电接触时，该桥段起在该流体样本与该参比池之间建立电接触的作用。进一步，当将流体样本放在样本室120中以及两个或更多个引导件可操作地与读出设备互连时，建立起电路。
在进一步的方面中，本公开提供了将多层凝胶施加于参比池的方法。更具体地说，依照本公开的实施例的方法提供了可以将凝胶施加于参比池的协议，该凝胶沉积在可以用于测量流体样本的ORP的测试条的衬底和/或其它部分上。该协议包括在具有高温的环境下将包含琼脂糖/羟乙基纤维素和纯净水溶液的第一或隔离层施加于半池中。作为一个具体例子，可以将在纯净水中包含4％琼脂糖/1％羟乙基纤维素(HEC)的5μL凝胶施加于具有约4mm直径的半池中。包含隔离层的凝胶可以使用65°加热块技术来施加。沉积在隔离层上的材料的具体数量取决于参比池的表面区域。尤其，应该提供足够的材料，以便参比池未与衬底接触的部分完全被覆盖。在初始施加之后，可以从加热器中移走衬底，让它在环境温度下干燥。在干燥之后，该隔离层形成覆盖该参比池的表面的薄膜。作为一个例子，可以让测试条在环境温度(即，室温)下干燥大约一个小时。接着，可以将真空烘箱预热到高温。例如，可以将真空烘箱加热到65℃的温度。然后在隔离层上施加电解质层。该电解质层可以在3MKCl中包含3％HEC。延续具有约4mm的直径、已经施加了组成隔离层的约5μL溶液的参比池的例子，可以施加约10μL的电解质溶液作为电解质层。然后可以将测试条放在预热的65℃真空烘箱中。此刻应该关闭该真空烘箱的通气孔。然后接通真空泵，并打开真空孔。将真空烘箱的内部抽到大气压以下的0.02MPa(兆帕)，关闭真空孔，并断开真空泵。然后可以在真空下加热测试条一段时间。例如，可以在真空烘箱中加热测试条约20分钟。然后可以打开通气孔，并从真空烘箱中移走测试条。在让其冷却之后，可以完成完成测试条的制备所需的其余制备过程。
本公开的实施例的另外特征和优点将从如下描述中更明显看出，尤其当结合附图作出时。
附图说明
图1描绘了依照本发明的实施例测量流体的氧化还原电位的系统；
图2用平面图例示了依照本发明的实施例的测试条；
图3例示了依照本发明的实施例的组装测试条中的组件的关系；
图4是例示在图2和3中的测试条的分解图；
图5是例示在图2和3中的测试条的局部横截面；
图6是描绘依照本公开的实施例在参比池上形成多层凝胶的过程的各个方面的流程图；
图7是描绘依照本公开的实施例的读出设备的组件的框图；
图8是描绘依照本公开的实施例的读出电子线路的组件和互连测试条；以及
图9是描绘依照本公开的实施例测量流体样本的氧化还原电位的过程的各个方面的流程图；
具体实施方式
图1描绘了依照本发明的实施例测量流体样本的氧化还原电位的系统100。系统100一般包括测试条104和读出设备108。此外，还显示成系统100的一部分的是供应流体样本116的流体样本源112。
测试条104一般包括样本室120。样本室120可以对应于在测试条覆盖层128上形成的测试条覆盖层孔隙124。测试条覆盖层128可以与测试条衬底132互连。在读出区140中配备了若干电触点136。如在本文其它地方更详细描述，电触点136可以与测试条104的各种引导件和其它组件相联系。
读出设备108可以包括一组读出设备触点144。读出设备触点144一般被配置成建立读出设备108与测试条104的电触点136之间的电连接。如示范性系统100所示，读出设备触点144可以与读出孔隙148相联系，当测试条104与读出设备108接合时，读出孔隙148接纳测试条104的读出区140，以便读出设备108可以从测试条104的电触点136中读出电信号。可替代地，读出设备触点144可以包含可以使其与测试条104的电触点136接触的两条或更多个柔性导线或引导件。
一般说来，读出设备108包含电压计。更具体地说，读出设备108起读出两个读出触点之间的电压的作用。于是，读出设备触点144起读出测试条104的电触点136的电位或测试条104的任何两个电触点136之间的电压的作用。依照进一步的实施例，读出设备108可以如在本文其它地方更详细描述，进行恒流测量。依照本发明的实施例，不是配备五个电触点136，测试条104可以包括一些其它数量的电触点136，包括但不限于两个或三个电触点136。读出设备108一般包括足够数量的读出设备电触点144，以便可操作地与测试条104连接。此外，可以改变读出设备触点144和/或读出孔隙148的具体安排，以便容纳不同测试条104的不同电触点136和读出区140的安排。
读出设备108另外可以包括用户输出端152。例如，用户输出端152可以包含向医师提供有关流体样本116的氧化还原电位信息的可视显示器。可替代地或另外，用户输出端152可以包含扬声器或其它可听输出源。另外，可以配备用户输入端156以便使医师可以控制读出设备108的操作的各个方面。
依照本发明的实施例，流体样本116可以包含血液或血制品。例如，但非限制性地，流体样本116可以包括人的全血或血浆。流体样本源112可以包含适合将适当体积的流体样本116放在测试条104的样本室120中的任何容器或装置。于是，流体样本源112的例子包括注射器、刺血针、移液管、小瓶或其它容器或设备。
图2用平面图例示了依照本公开的实施例的测试条104，图3用虚线例示了图2的测试条104位于其它组件后面的组件，以及图4用分解图例示了测试条104。一般说来，衬底132承载和/或在上面形成终止在测试条读出触点136上的若干导电引导件204。衬底132本身可以包含介电材料。例如，衬底132可以包含陶瓷材料。此外，衬底132包含可以在上面互连或形成测试条104的各种组件的基本平坦表面。依照进一步的实施例，测试条104的衬底132可以包含或在上面形成在与测试条104的样本室120相对应的区域中的凹坑或井眼206。依照本公开的另外其它实施例，衬底132的表面是完全平坦的。
引导件204的至少一个是延伸在与测试条104的测试池区214相对应或在其内的第一区域212(参见图3)和与工作电极208的读出触点136相对应的第二区域216之间的第一测试引导件或工作电极208。依照本发明的实施例，至少工作电极208的第一区域212由含有基本连续和/或均匀成分的导电材料形成。应当明白，如本文所使用，基本连续和/或均匀成分意味着组成工作电极208的材料在工作电极208的一部分的横截面中的任何点上与工作电极208的横截面中的任何其它点上具有相同的化学成分和/或分子结构。更具体地说，在这样的实施例中，工作电极208的导电材料未涂上或基本上未涂上选来与流体样本116化学反应的物质。
作为例子，以及不必对权利要求书施加限制地，工作电极208可以包含在印刷操作中沉积在衬底132上的导电油墨。依照进一步示范性实施例，工作电极208可以包含溅射在衬底132上，或与衬底132相叠或要不然相连的导电层。
依照本公开的实施例的测试条104另外包括包含参比引导件或电极220的引导件204。参比引导件220一般延伸在与参比池224电接触的第一部分226和参比引导件的读出区228之间。依照本发明的示范性实施例，参比引导件220可以使用与工作电极208相同或相似的工艺和/或材料形成。
依照本公开的实施例的测试条104还可以包括第二测试引导件或计数电极236。计数电极236可以由从与测试池区214相对应或位于其内的第一区域240延伸到与计数电极236的读出部分136相对应的第二区域244的基本连线和/或均匀导电材料形成。计数电极236可以使用与工作电极208和参比电极220相同或相似的工艺和/或材料形成。
参比池224被选成提供稳定的、众所周知的电压电位。更具体地说，参比池224可以包含起作为如本文所述随着样本流体被加入样本室120中而实现的电化学池的一部分的半池作用的参比电极。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，通过使参比池224具有众所周知的电压，可以确定该池的另一半(即，流体样本)的电位。如本文所述，这又使样本流体116的ORP得到确定。例如，但非限制性地，参比池224可以包含银/氯化银电极、铜/硫酸铜电极、汞/氯化亚汞电极、标准氢电极、甘汞电极、或其它电化学参比半池。
桥段232延伸在参比池224与样本室120之间。依照本发明的实施例，桥段232可以包含过滤器。例如，桥段232可以由纸、玻璃纤维、或其它过滤器介质形成。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，当将流体样本116放在样本室120中时，桥段232被弄湿，建立起样本室120中的流体样本116与参比池224之间的导电桥。
桥段232可以作为过滤元件304的一部分来提供。过滤元件304一般是这样布置的，那就是使存放在样本室120中的流体样本116必须通过或跨过过滤元件304，以便进入测试池区214中。于是，过滤元件304可以包含跨过样本室120延伸、和继续通过桥段部分232到测试池区214的过滤介质。依照其它实施例，过滤元件304可以插入在样本室120和测试池区214之间。。依照另外的其它实施例，过滤元件304可以局限于桥段部分232。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，过滤元件304可以提供将流体样本116的一些部分和/或成分从样本室120移动到测试池区214的输送介质。依照至少一些实施例，过滤元件304还可以防止流体样本116的某些成分进入测试池区214中。例如，在样本流体116包含全血的情况下，过滤元件304可以使血浆进入测试池区214中，而防止全血的红血细胞、血小板、和其它成分进入测试池区214中。
如用分解图例示了依照本公开的实施例的测试条104的图4、和用横截面例示了依照本公开的实施例的测试条104的测试池区214的图5所示，参比池224被多层凝胶404覆盖。尤其，第一或隔离层408直接处在参比池224的顶部，覆盖参比池224不与衬底132和/或导电引导件204接触的那些部分。依照本公开的实施例，隔离层408是防止蛋白质和其它分子与参比池224接触的极薄层。依照本公开的至少一些实施例，隔离层包含溶解在纯净水中的4％琼脂糖和1％羟基乙基氯化铵(HEC)。纯净水可以包含超纯净水、去离子水和/或过滤水。可以通过各种工艺纯化，包括但不限于反向渗透、过滤、紫外氧化、和/或电透析。例如，可以将水表征成为高效液相色谱(HPLC)级水和/或18MΩ/cm(兆欧姆/厘米)水。
本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，当在样本室120中不存在适当流体样本116时，各种引导件204不相互电接触。尤其，在将适当流体样本116放在样本室120中，以及桥段232足够潮湿，使参比引导件220通过流体样本116与工作电极208和/或计数电极236电接触之前，未建立测试池区214中的引导件204的一些部分之间的电接触。
衬底132可以包含具有足以为随后层提供机械支承的刚性的陶瓷、纤维或聚合物。衬底132支承着导电引导件204。作为一个例子，但非限制性地，可以通过，例如，溅射、印刷、蚀刻、漏印、或镀敷工艺使导电引导件204沉积在衬底132的表面上。导电引导件204可以由任何导电材料形成。适当导电引导件的材料包括铂、金、铟、导电油墨、和掺杂碳。导电引导件204可以以各种模式形成。一般说来，导电引导件204包括工作电极208、参比电极220和计数电极236。引导件204还可以包括可以被读出设备108用于感测测试条104的存在和/或身份的引导件210。
参比池224可以处在阻挡层衬底132上，参比池224的至少一些部分被布置在参比引导件或电极220的一部分的上面和/或与其接触。介电或屏蔽层412可以处在衬底的一些部分的上面或在其上形成，覆盖导电引导件204的至少一些部分。例如，介电层412可以覆盖各种导电引导件204的一些部分，而使导电引导件204在测试条104的读出区140内的一些部分不被覆盖。另外，介电层412可以包括至少限定样本室120的一部分、和至少使工作电极208的第一区域212和计数电极236的第一区域240的一些部分不被覆盖和暴露在样本室120的体积中的第一孔隙416。介电层412另外可以包括第二孔隙420。第二孔隙420可以对应于参比池224和/或保护多层凝胶404。作为一个例子，介电层412可以由介电膜、或沉积(例如，印刷)介电材料形成。
间隔层424与介电层412互连。间隔层424包括间隔层孔隙428。间隔层孔隙428可以具有与过滤器304的面积相同或大的面积。于是，间隔层孔隙428可以限定过滤器304完全或基本占据的体积的周长。此外，该间隔层孔隙可以包括至少限定样本室120的一些部分的第一部分436、与桥段232相对应的第二部分440、和提供参比池和/或多层凝胶404至少部分占据的体积的第三部分444。
如图所示，过滤器304可以通过桥段232的区域从至少包含第一孔隙416和样本室122的一部分的区域延伸到介电层412的第二孔隙420。过滤器304当被弄湿时，可以起桥段232的作用，通过多层凝胶404将样本116在样本室120中的部分与参比池224电连接。
测试条覆盖层128可以与间隔层424互连。测试条覆盖层128一般包括覆盖层孔隙124。覆盖层孔隙124使流体样本116处在测试条104的样本室120中。测试条覆盖层128另外可以包括通气孔隙432。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，通气孔隙432通过防止在样本室120中形成汽塞，可以促进流体从样本室120与覆盖层孔隙124相邻的区域传送到测试池区214。如图所示，测试条覆盖层128可以由多层形成。此外，顶层下面的一些层可以提供增加样本室120的尺寸、桥段232的区域、和/或测试池区214的特征。于是，测试条覆盖层128本身可以包含与间隔层424协作限定样本室120的一些部分、桥段232的区域、和/或测试池区214的分层结构。依照另外的其它实施例，测试条覆盖层128可以包含除了覆盖层孔隙124和通气孔隙432之外没有其它特征的层。
现在参考图5，所示的是沿着图2中的横截线A-A截取和包括测试池区214的测试条104的垂直横截面。参比池224具有直接处在衬底132上的第一表面。如图3最佳示出，参比池224被布置在参比引导件220的至少第一部分226的上面，使得参比池224与参比引导件220电接触。多层凝胶404的第一或隔离层408处在参比池224的暴露表面(即，参比池224未与衬底132和/或参比引导件220直接接触的表面)的上面。依照本公开的实施例，第一层408在参比池224的要不然暴露的表面上形成薄膜。多层凝胶404的第二或电解质层410处在第一层408上。如图所示，第二层410可以占据比第一层408大的测试池区214的一部分。延伸到测试池区214中的是过滤器304。尤其，如虚线所示，示出了过滤器304的桥段部分232，以及过滤器304的测试池区214部分在图中的右侧，过滤器304(部分显示在图5中)的样本室部分在图中的左侧。此外，在图中还可看见测试条覆盖层128的一部分、和通气孔隙432。
依照本公开的实施例，测试条104像衬底132、介电层412、间隔层424、和测试条覆盖层128那样的各种层可以相互粘合或结合形成分层结构，而像导电引导件204、半池224、和多层凝胶404那样的其它元件沉积在测试条104的衬底132和/或其它组件上。过滤器304可以与衬底132或其它组件粘合，和/或可以简单地限制在由底部上的衬底132、间隔层424、和覆盖层128限定的体积内。
依照本发明的实施例，即使不是大多数或全部，引导件204的至少一些部分通过打印导电材料形成。导电材料的非限制性例子是碳(像炭黑、碳纳米管、石墨烯片、石墨和巴基球那样)、金属材料(像铜、银、金和其它已知导电金属材料的粉末形式那样)和导电聚合物。更进一步，如上所述，导电材料可以以基本连续和/或均匀成分的形式印刷，依照进一步的实施例，引导件204通过溅射金、铂、或一些其它金属形成。
测试条104形成电化学测试池。尤其，当通过，例如，测试条覆盖层128的孔隙124将血样本放在样本池120中时，电化学测试池包括包含在样本室120内和弄湿过滤器304、多层凝胶404、和参比池224的分离血浆。然后可以通过将工作电极208和计数电极236的至少一个、和参比引导件220与读出装置或设备108互连读出测试池的电位。
现在参考图6，所示的是例示依照本公开的实施例在参比池224上形成多层凝胶404的过程的各个方面的流程图。最初，在步骤604中，提供部分组装测试条104，其至少包含在上面形成测试引导件204的衬底132、和使参比池224适当地在衬底132上和与参比引导件220接触。
接着，将隔离层408施加在参比池224上(步骤608)。隔离层408覆盖参比池224未与衬底132和/或参比引导件220接触的表面。用于形成隔离层408的材料被选成起分子量筛选层的作用。更具体地说，隔离层408由被选成至少在正在作出ORP或其它测量的时段期间，阻止像但不限于蛋白质那样的大分子与参比池224接触的材料形成。此外，隔离层408是使离子可以流过隔离层408与参比池224接触的材料。作为一个例子，但非限制性地，可以将隔离层408沉积成包含溶解在水中的琼脂糖和羟乙基纤维素(HEC)的凝胶。琼脂糖和HEC可以以大约4：1的比例配备。此外，水可以包含超纯水。依照至少一些实施例，可以将隔离层408配备成在纯净水中包含4％琼脂糖和1％HEC的凝胶。在参比池224的直径约4mm的情况下，可以在参比池22上沉积约5μL的4％琼脂糖和1％HEC和溶解水凝胶。作为另一个例子，并且也非限制性地，可以将隔离层408配备成在纯净水中包含2％琼脂糖和0.5％HEC的凝胶，以及在4mm直径参比池224上沉积约10μL的凝胶。依照至少一些实施例，使用65℃加热块技术使组成隔离层408的凝胶沉积在参比池224上。然后可以从加热器中移走部分完成测试条104，让隔离层408在环境温度下干燥大约一个小时(步骤610)。在可以在隔离层408正在干燥的同时执行的步骤612中，将真空烘箱加热到65℃。
然后可以将电解质层410施加在隔离层408上(步骤616)。依照本公开的实施例，隔离层408提供了离子源，以促进弄湿过滤器304的样本流体116与参比池224之间的离子/电连接。作为一个例子，但非限制性地，可以将电解质层410配备成在3M KCl中包含3％HEC的凝胶。延续参比池224占据具有约4mm的直径的盘状区域的前例，可以在隔离层408上沉积组成电解质层410的约10μL凝胶。在步骤620中，可以将部分完成的测试条104放在预热的65℃真空烘箱中，关闭真空烘箱上的通气孔，接通真空泵，并打开真空孔。然后将真空烘箱室抽到大气压以下的约0.02MPa，关闭真空孔，并断开真空泵(步骤624)。然后在真空下加热部分完成的测试条104约20分钟(步骤628)。在步骤632中，打开通气孔，并从真空烘箱中移走部分完成的测试条104。然后在继续执行像加入屏蔽层412、间隔层424、过滤器304、和覆盖层128那样的进一步制备步骤之前，让部分完成的测试条104冷却(步骤636)，例如，约10分钟。
本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，可以控制将多层凝胶404施加在参比池224上的过程以便获得一致的结果。例如，可以使多层凝胶404在限制或减小微裂缝或其它间断区的形成的条件下干燥。于是，使多层凝胶404的各层干燥可以在环境温度和压力下进行，而在真空中加热等。可替代地或另外，可以使用不同凝胶层成分。例如，可以将包含羟乙基纤维素材料的凝胶与聚合物混合以促进最终测试条104中的多层凝胶404的一个或多个层的一致性。如本文所述，第一或隔离层408可以直接在参比池224上形成。作为另一个例子，这个第一层可以包含含有约4％琼脂糖和约1％羟乙基纤维素的水基凝胶。这个第一层一般在参比池224上形成薄膜。此外，这种成分相对较抗裂。第二、含盐层410可以在第一层上形成。例如，第二层410可以包含含有约3％羟乙基纤维素和约3M浓度的KCl的水基凝胶。如本文所使用，如果数量在所述值的±10％内，则所述数量是“约”所述值。作为一个例子，但非限制性地，可以使5μL的第一层408处在参比池224上，在让第一层408在环境温度下干燥约1小时到约2小时之后，可以使10μL的第二层410处在第一层408上。可以让第二层410在环境温度下干燥约8小时到约12小时。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，这个第二层410提供了完成样本流体116或样本流体116的成分与参比池224之间的离子和/或电连接的离子源。此外，第二层410提供的离子可以这样选择，那就是使参比池224在参比池224与已经放在样本室120中和已经通过过滤器304输送到凝胶708和参比池224附近的流体样本116中的蛋白质之间建立势垒。这种势垒无需是绝对的。的确，该势垒应该持续足以使测量在来自流体样本的任何蛋白质与参比池224接触之前完成或至少大部分完成的时间长度。
图7是描绘依照本发明的实施例的读出设备108的组件的框图。一般说来，读出设备108包括多个读出设备触点144。读出设备触点144可以与像例示在图1中的孔隙148那样的接纳结构相联系，以便将读出设备108与测试条104机械互连，促进至少两个读出设备触点144与测试条104的至少两个电触点136之间电互连。可替代地或另外，读出设备触点144可以包含可以有选择地放置成与测试条104的电触点136接触的导电引导件或探针。
读出设备108还包括或包含电压计或读出电子线路部分704。本领域的普通技术人员可以懂得，读出电子线路704可以以各种方式实现。例如，读出电子线路704可以包含恒流计。作为一个进一步的例子，读出电子线路704可以包含包括积分转换器的数字电压计。依照进一步的实施例，读出电子线路704可以包含模拟电压计或数字或模拟零点平衡电压计。
可以为控制读出设备108的操作的各个方面配备包括存储器712和/或与其相联系的处理器708。例如，执行存储在存储器712中的指令的处理器708可以实现读出电子线路704随时间监视工作电极208、计数电极236、和/或参比电极220之间的电压的过程。此外，可以在读出电子线路704至少跨过计数电极326和工作电极208地施加电流的同时监视这个电压。处理器708可以进一步起从读出电子线路704读出的电压中计算指示保存在样本室12中的流体样本116的氧化还原电位的读数并使其显示出来的作用。
为了向用户提供有关样本室120中的流体样本116的所确定氧化还原电位的信息，配备了用户输出端152。用户输出端152在一个示范性实施例中，可以包含显示氧化还原电位值的数字输出端。可替代地或另外，用户输出端152可以包括指示灯、模拟输出端、或其它可视输出端。依照另外的进一步实施例，用户输出端152可以包括像所选一个音调或一系列音调或机器生成语音那样的可听输出。
可以包括接收来自用户的控制信息的用户输入端156。例如，用户输入端156可以接收对读出设备108供电或断开、进行与读出设备108的适当操作有关的诊断、接收有关各种操作参数的输入、或接收其它用户输入的输入。作为例子，用户输入端156可以包括按钮、开关、小键盘、和/或像可以包括在用户输出端152中那样、与可视显示器集成的触摸屏界面。
读出设备108另外可以包括通信接口716。如果得到配备，通信接口716可以支持读出设备108与其它系统或设备之间的互连。例如，通信接口716可以包含将读出设备108与个人计算机或计算机网络互连的有线或无线以太网连接件、通用串行总线端口、或IEEE 1394端口。
另外，尽管已经描述了包含可以与或可以不与其它设备互连的专用独立设备的示范性读出设备108，但本发明的实施例不受此限制。例如，依照本发明的实施例的读出设备108可以实现成标准电压计。依照其它实施例，读出设备108可以包含像单独或与个人计算机结合操作的用户可配置恒电位计和/或恒流计那样的电测试或诊断系统。依照另外的其它实施例，读出设备108可以实现成运行适当程序和提供能够感测测试条104的工作电极208和参比电极220之间的电压的接口的个人计算机。
图8描绘了依照本发明的实施例可操作地与测试条104互连的读出设备108的组件。更具体地说，描绘了与包含流体样本116的测试条104互连的读出设备108的电压计或读出电子线路部分704的特征。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，包含流体样本116的测试条104包含电化学池828。电化学池828包括流体样本116、多层凝胶404、和参比池224。此外，例如，通过将桥路232和/或过滤器304弄湿，流体样本116使工作电极208、参比电极220、和计数电极236的一些部分相互电接触。
一般说来，读出电子线路704包括功率放大器804。来自功率放大器804的输出808包含具有由作为输入提供给功率放大器804的电压Vset 812决定的设置点的电流。让来自功率放大器804的输出电流808流到电流-电位(IE)转换器816。来自功率放大器804的电流808可以经由电阻器820供应给IE转换器816的负输入端。IE转换器816接着供应提供给计数电极236的输出电流824。另外将IE转换器816的负输入端与工作电极208连接。本领域的普通技术人员在研究了本公开之后可以懂得，计数电极236与工作电极208之间的阻值可以随存放在测试条104中的流体样本216的成分和特性而变。但是，功率放大器804和IE转换器816结合在一起，提供供应给计数电极236和通过电化学池828的恒定电流。
虽然跨过计数电极236和工作电极208地施加电流，但通过差分放大器或静电计832监视工作电极208与参比电极220之间的电压电位。更具体地说，差分放大器832提供了指示存放在样本室120中的样本116的氧化还原电位的电压输出836。这个电压输出836可以，例如，通过相关读出设备108的输出端153向用户展示。
现在参考图9，所例示的是测量样本流体116的氧化还原电位的方法的各个方面。一般说来，该方法包括如下步骤：获取流体样本116(步骤904)；将流体样本116放在测试条104的样本室120中(步骤908)；以及，例如，通过让样本流体116弄湿过滤器304，在测试条104的参比池224与样本室120之间建立导电桥路232(步骤912)。在步骤916中，将工作电极208、参比电极220、和计数电极236与读出设备触点144互连。例如，计数电极236可以与读出电子线路704的电流输出端824连接，工作电极208可以与读出电子线路704的IE转换器816和差分静电计836的负输入端互连，以及参比电极220可以与差分放大器832的输入端互连。然后让读出电子线路704起在计数电极236与工作电极208之间提供跨过参比池828流动的电流的作用(步骤920)。作为例子，但非限制性地，读出电子线路704让电流在计数电极236与工作电极208之间流过的数量可以从约10-12A到约10-9A。依照进一步的实施例，流过电化学池828的电流的幅度可以从约1×10-14A到约1×10-6A。作为进一步的例子，施加的电流可以随时间而变。例如，可以遵循施加的电流在某个时刻之后从第一数值(例如，10-9A)变成第二数值(例如，10-11A)的阶跃函数。虽然将电流施加在计数电极236与工作电极208之间，但提供工作电极208与参比电极220之间的电位差作为差分放大器832的输出836(步骤924)。
可以随时间监视来自差分放大器832的输出836(步骤928)。在步骤932中，可以就是否达到平衡作出确定。达到平衡的确定可以包括监视差分放大器832的输出信号836的变化速率，直到该变化速率下降预定水平。可替代地，可以在不同时刻测量输出电压836，以及可以使用电压输出836的变化的线性或曲线表示来实现氧化还原电位读取。如果已经达到平衡，则向读出设备108的用户展示确定的氧化还原电位值(步骤936)。例如，可以将所确定氧化还原电位值展示成测量电压。如果未确定平衡，则该过程可以返回到步骤920。此外，至少在作为确定ORP值的一部分来测量电位差的大部分时间内，多层凝胶404防止流体样本116中的蛋白质破坏测量值。在输出了ORP值之后，可以结束该过程。
前面为了例示和描述的目的展示了对本发明的讨论。进一步，该描述无意使本发明局限于本文公开的形式。因此，在相关技术的技能或知识内与上面的教导相当的变种和修改都在本发明的范围之内。上文所述的实施例还旨在说明实践本发明的当前已知的最佳方式，以及使本领域的普通技术人员能够在这样的实施例中或在其它实施例中以及借助于本发明的特定应用或使用所需的各种修改利用本发明。目的是将所附权利要求书理解为在现有技术允许的程度上包括可替代实施例。

Claims (19)

1.一种氧化还原电位测试设备，包含：
衬底；
与该衬底的至少一部分互连的间隔层，其中该间隔层限定样本室；
测试条覆盖层，其中该测试条覆盖层与该间隔层的至少一部分互连；
该衬底支承的第一测试引导件，该第一测试引导件包括：
延伸到该样本室中的第一区域；
从该样本室延伸到测试设备的读出区的第二区域；
该衬底支承的第二测试引导件，该第二测试引导件包括：
延伸到该样本室中的第一区域；
从该样本室延伸到测试设备的读出区的第二区域；
参比池；
参比引导件，包括：
与该参比池电接触的第一区域；
从该参比池延伸到测试设备的读出区的第二区域；
过滤器，其中该过滤器的至少一部分与该第一测试引导件的第一区域、该第二测试引导件的第一区域、和该参比引导件的第一区域的每一个的至少一部分重叠；以及
凝胶体，其中该凝胶体包括与该参比池接触的第一层和在该第一层上的第二层，以及其中该第一层在成分上不同于该第二层，
其中该第一层是隔离层，以及其中该第二层包含电解质层。
2.如权利要求1所述的设备，其中该第一层包含琼脂糖和羟乙基纤维素层，以及其中该第二层包含琼脂糖和KCl层。
3.如权利要求1所述的设备，其中该第一层包含含有约4％琼脂糖和约1％羟乙基纤维素的水基凝胶，以及其中该第二层包含含有约4％琼脂糖和约3M浓度的KCl的水基凝胶。
4.如权利要求1所述的设备，其中当将该覆盖层与该衬底互连时，该第一测试引导件的至少一部分、该参比池、和该参比引导件的至少一部分在该衬底与该覆盖层之间，其中该覆盖层包括孔隙，其中当将该覆盖层与该衬底互连时，该孔隙对应于该样本室的至少一部分，其中该过滤器至少部分包含在该样本室内，以及其中该凝胶体与该样本室连通。
5.如权利要求1所述的设备，其中该参比池包括银/氯化银参比池。
6.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
流体样本，其中该流体样本包含将电互连该第一测试引导件的第一区域、该第二测试引导件的第一区域、和该参比引导件的第一区域的过滤器弄湿的润湿剂。
7.如权利要求6所述的设备，其中该流体样本是全血。
8.如权利要求1所述的设备，其中该第一测试引导件、该第二测试引导件、和该参比引导件由含有恒定成分的导电材料形成。
9.如权利要求8所述的设备，其中该含有恒定成分的导电材料是铂。
10.如权利要求1所述的设备，其中当将该覆盖层与该衬底互连时，该第一测试引导件、该第二测试引导件、和该参比引导件可在测试设备的读出区中接近读出设备。
11.如权利要求1所述的设备，其中该第一测试引导件、该第二测试引导件、和该参比引导件处在共面上。
12.如权利要求1所述的设备，其中该隔离层是分子筛选层。
13.如权利要求1所述的设备，其中该电解质层是氯离子源。
14.一种形成多层凝胶的方法，包含：
提供包括第一测试引导件、第二测试引导件、参比池和与该参比池电接触的参比引导件；
与该参比池接触地施加隔离层；以及
在该隔离层上施加电解质层。
15.如权利要求14所述的方法，其中施加隔离层包括在参比池上施加包含琼脂糖和羟乙基纤维素(HEC)的凝胶。
16.如权利要求15所述的方法，其中使用加热块技术施加该隔离层。
17.如权利要求16所述的方法，其中施加电解质层包括在该隔离层上施加在3M KCl中包含3％HEC的凝胶。
18.如权利要求16所述的方法，其中在施加了隔离层之后，让测试条在环境温度下干燥，以及其中在施加了电解质层之后，将测试条放在比大气压低的0.02MPa上的预热真空烘箱中。
19.一种测试设备，包含：
测试条衬底，至少部分地限定样本室；
第一测试引导件，其中该第一测试引导件是由该测试条衬底支承的；
第二测试引导件，其中该第二测试引导件是由该测试条衬底支承的；
参比池，其中桥段延伸在该参比池与该样本室之间；
与该参比池电接触的参比引导件；
与该参比池接触的隔离层，其中该隔离层是分子量筛选层；
在该隔离层上的电解质层，其中该电解质层是离子源。
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