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原文传递电化学传感器及其使用方法

专利名称：	电化学传感器及其使用方法
摘要：	本发明旨在提供一种传感器，包括：a.支撑基底；b.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层；c.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触包含目标分析物的样本；d.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域与所述传感表面分离；其中，在使用中，附着到所述结合区域处的结合层的结合剂也适于接触包含所述目标分析物的所述样本。本发明还涉及此类传感器的生产和使用方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	新西兰;NZ
申请人：	数码传感有限公司
发明人：	A·侯赛尼;A·帕特里奇
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201780074979.9
公开号：	CN110140043A
代理机构：	北京世峰知识产权代理有限公司
代理人：	康健;王思琪
分类号：	G01N27/327(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	新西兰奥克兰
主权项：	1.一种传感器，包括： a.支撑基底； b.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层； c.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触包含目标分析物的样本； d.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域与所述传感表面分离；其中，在使用中，附着到所述结合区域处的结合层的结合剂也适于接触包含所述目标分析物的所述样本。 2.一种传感器，包括： a.支撑基底； b.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层； c.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触包含目标分析物的样本； d.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域与所述传感表面分离；其中，在使用中，附着到所述结合区域处的结合层的结合剂也适于接触包含所述目标分析物的所述样本；并且其中所述传感器适于在所述目标分析物与附着于所述结合层的结合剂结合后在所述传感表面处检测可检测响应。 3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述结合剂以静电的、共价的方式或通过所述结合剂已经附着于其上的磁珠附着到所述结合区域。 4.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述传感器包括磁性元件，所述结合区域处的所述结合层是磁性粒子上的功能表面，其中所述磁性粒子通过由所述磁性元件产生的磁场附着到所述支撑基底。 5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述结合区域和所述传感表面之间的分隔距离在大约1nm和50mm之间，和/或所述表面结构彼此分离大约50nm到大约2000μm，和/或所述表面结构连接所述支撑基底处的宽度在大约20nm到大约5000μm之间，和/或每个所述表面结构的顶点的宽度优选地在大约1nm到大约5000μm之间。 6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述电极层沉积在所述表面结构的上表面上。 7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述结合层包括附着到所述支撑基底的一个或多个磁性粒子上的功能表面。 8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述传感器包括通过所述电极层电连接到一个或多个传感表面或传感组的测量电极。 9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述结合层或所述结合区域邻近第一电极层上的第一传感表面；以及其中所述第一传感表面邻近第二电极层上的第二传感表面；以及其中所述第一传感表面与所述结合层或所述结合区域的第一分隔距离小于所述第二传感表面与所述结合层或所述结合区域的第二分隔距离；以及其中所述第一和第二电极层彼此电隔离。 10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述支撑基底与所述表面结构成一体。 11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述传感表面和所述结合层被惰性材料或间隙隔开。 12.一种生产传感器的方法，包括： a.提供支撑基底，其中从所述支撑基底的上表面突出至少一个表面结构； b.在所述至少一个表面结构的上表面上沉积电极层； c.在所述电极层上沉积惰性层，使得所述电极层的一个或多个部分保持裸露，以在所述电极层上形成至少一个传感表面，其中所述惰性层包括对待分析样本的组分基本惰性的材料； d.在所述支撑基底上形成结合区域，其中所述结合区域适于通过将磁性元件或磁性元件定位装置定位在所述支撑基底之上、之中或之下来将至少一个磁性粒子附着到所述支撑基底上，以便于建立能够吸引所述磁性粒子的磁场； e.可选地将磁性粒子附着到所述结合区域； f.可选地将结合剂附着到所述磁性粒子上的结合层上的功能表面上；其中，所述传感表面与所述结合区域分开足够的分隔距离，以在使用中用于在目标分析物与所述结合剂结合后在所述传感表面处检测可检测响应。 13.根据权利要求11所述的方法，其中所述结合区域和所述传感表面之间的分隔距离在大约1nm和50mm之间，所述表面结构彼此分离大约50nm到大约2000μm(顶点到顶点的距离)，和/或所述表面结构连接所述支撑基底处的宽度在大约20nm到大约5000μm之间，和/或每个所述表面结构的顶点的宽度优选地在大约1nm到大约5000μm之间。 14.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述至少一个表面结构与所述支撑基底成一体。 15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述生产方法还包括将磁性元件和/或磁性元件定位装置附着到所述传感器。 16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中保护涂层被施加到所述电极层。 17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中通过在所述支撑基底或表面结构上沉积结合层或惰性层来形成所述传感表面，使得所述表面结构的上部没有结合层或惰性层，从而导致所述表面结构的所述上部上的所述电极层的表面裸露作为所述传感表面。 18.根据权利要求16所述的方法，其中所述结合层或惰性层邻近所述电极层沉积。 19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中所述惰性层是导电的，并且连接到至少一个能够向所述惰性层施加电位的电极。 20.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中在所述电极层或所述支撑基底上沉积结合层的步骤包括施加自组装单层膜结合层。 21.一种检测样本中目标分析物与结合剂结合的方法，所述方法包括： a.提供传感器，其包括： i.支撑基底； ii.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层； iii.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触所述样本； iv.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域还适于接触所述样本，与所述传感表面分离，并且包括磁场； b.将磁性粒子附着到所述结合区域，其中所述磁性粒子包括附着到所述磁性粒子上的结合层的至少一种结合剂； c.将所述结合剂和所述传感表面与含有目标分析物的样本接触； d.允许所述目标分析物与所述结合剂结合，以在所述传感表面产生可检测响应；其中所述目标分析物与所述结合剂的结合产生电活性物质，所述电活性物质介导所述传感表面处的所述可检测响应，并在电连接到所述至少一个传感表面的测量电极处测量变化；并且其中所述结合区域和所述传感表面之间的分隔距离在大约1nm和50mm之间，所述表面结构彼此分离大约50nm到大约2000μm(顶点到顶点的距离)，和/或所述表面结构连接所述支撑基底处的宽度在大约20nm到大约5000μm之间，和/或每个所述表面结构的顶点的宽度优选地在大约1nm到大约5000μm之间。 22.一种确定样本中目标分析物浓度的方法，所述方法包括： a.提供传感器，其包括： i.包括结合区域的支撑基底； ii.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层； iii.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触所述样本； iv.磁性元件； v.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域包括结合层，适于接触所述样本，与所述传感表面分离，并且包括由所述磁性元件产生的磁场； b.将至少一种结合剂附着在所述结合区域处的所述结合层上； c.将包括所述结合剂和至少一个传感表面的所述传感器与包含所述目标分析物的样本接触； d.测量两个或多个测量电极处的变化，每个测量电极电连接到电极层和至少一个传感表面，所述测量电极彼此电隔离； e.测量作为与结合位点的分隔距离的函数的可检测响应的变化，在所述结合位点发生所述结合试剂与所述目标分析物的结合； f.将响应的变化与对照样本中的已知浓度的目标分析物的响应变化进行比较；以及 g.确定所述样本中所述目标分析物的浓度；其中所述目标分析物与所述结合剂的结合产生电活性物质，所述电活性物质在所述传感表面处介导可检测响应，并且其中所述结合区域和所述传感表面之间的分隔距离在大约1nm和50mm之间，所述表面结构彼此分离大约50nm到大约2000μm(顶点到顶点的距离)，和/或所述表面结构连接所述支撑基底处的宽度在大约20nm到大约5000μm之间，和/或每个所述表面结构的顶点的宽度优选地在大约1nm到大约5000μm之间。 23.一种检测样本中目标分析物与结合剂结合的方法，所述方法包括： a.提供根据权利要求1至11中任一项所定义的传感器； b.用配体标记所述样本中的所述目标分析物； c.将所述传感器与含有预定量的所述标记目标分析物和未标记目标分析物的所述样本接触； d.将电活性基底施加到所述传感器上，使得所述电活性基底的一部分被所述结合的标记目标分析物氧化或还原；其中所述标记和未标记目标分析物与所述结合剂的结合产生电活性物质，所述电活性物质介导所述传感表面处的可检测响应，并在电连接到至少一个传感表面的测量电极处测量变化。 24.根据权利要求23所述的方法，其中所述电活性基底是3,3',5,5'-四甲基联苯胺。 25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述电活性基底接触配体标记的目标分析物，从而导致所述电活性基底氧化以产生电活性物质，所述电活性物质通过与保持在还原电位的所述传感表面接触而在所述传感表面引发可检测响应。 26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中所述结合层在附着到所述支撑基底上的结合区域的磁性粒子上，其中所述结合区域由所述支撑基底之上、之中或之下的磁性元件建立的磁场区域限定，所述磁性元件在使用中吸引磁性粒子并将磁性粒子附着到所述支撑基底上。 27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其中通过在微流体环境中使所述样本流过所述传感器的表面来施加所述样本。 28.一种检测样本中目标分析物的方法，所述方法包括： a.提供传感器，其包括： i.包括结合区域的支撑基底； ii.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层； iii.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触样本； iv.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域与所述传感表面分离并包括磁场； b.将至少一种结合剂附着在结合层上； c.用配体标记所述目标分析物； d.将所述传感器、结合剂和至少一个传感表面与含有预定量的所述标记目标分析物和未标记目标分析物的样本接触，从而进行竞争性试验； e.将电活性基底，例如H2O2存在下的3,3',5,5'-四甲基联苯胺，施加到所述传感器上，使得所述电活性基底的一部分被所述结合的标记目标分析物氧化或还原；其中所述标记和未标记目标分析物与所述结合剂的结合产生电活性物质，所述电活性物质介导所述传感表面处的可检测响应，并在电连接到至少一个传感表面的测量电极处测量变化。 29.根据权利要求20至28中任一项所述的方法，其中所述方法包括使用传感器，所述传感器在两个或更多电极层上具有两个或更多传感表面，其与所述结合区域的距离增加。 30.根据权利要求29所述的方法，其中测量变化的步骤包括在两个或多个测量电极处测量变化，每个测量电极电连接到电极层和至少一个传感表面，所述测量电极彼此电隔离；其中所述方法还包括：测量作为与所述结合位点的分隔距离的函数的所述可检测响应的变化；将所述可检测响应的变化与对照样本中已知浓度的目标分析物的响应变化进行比较；以及确定所述样本中所述目标分析物的浓度。 31.一种生产传感器的方法，包括： a.提供支撑基底，其中从所述支撑基底的上表面突出至少一个表面结构； b.在所述至少一个表面结构的上表面上沉积电极层； c.在所述电极层上沉积惰性层，使得所述电极层的一个或多个部分保持裸露，以在所述电极层上形成至少一个传感表面，其中所述惰性层包括对待分析样本的组分基本惰性的材料； d.在所述支撑基底上形成结合区域，其中所述结合区域适于静电、共价或磁性地附着至少一种结合剂；其中，所述传感表面与所述结合区域分开足够的分隔距离，以在使用中用于在目标分析物与所述结合剂结合后在所述传感表面处检测可检测响应。 32.根据权利要求31所述的方法，其中所述表面结构彼此分离大约50nm到大约2000μm，和/或所述表面结构连接所述支撑基底处的宽度在大约20nm到大约5000μm之间，和/或每个所述表面结构的顶点的宽度优选地在大约1nm到大约5000微米之间。 33.根据权利要求31或32所述的方法，其中所述至少一个表面结构与所述支撑基底成一体。 34.根据权利要求31至33中任一项所述的方法，其中保护涂层被施加到所述电极层。 35.根据权利要求31至34中任一项所述的方法，其中通过在所述支撑基底或表面结构上沉积结合层或惰性层来形成所述传感表面，使得所述表面结构的上部没有结合层或惰性层，从而导致所述表面结构的所述上部上的所述电极层的表面裸露作为所述传感表面。 36.根据权利要求35所述的方法，其中所述结合层或惰性层邻近所述电极层沉积。 37.根据权利要求35或36所述的方法，其中所述惰性层是导电的，并且连接到至少一个能够向所述惰性层施加电位的电极。 38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中在所述电极层或所述支撑基底上沉积结合层的步骤包括施加自组装单层膜结合层。 39.一种提高检测样本中目标分析物的准确度的方法，所述方法包括提供传感器的步骤，所述传感器包括： a.支撑基底； b.从所述支撑基底的上表面突出的至少一个表面结构，其中所述表面结构包括电极层； c.所述电极层上的传感表面，其中所述传感表面适于接触所述样本； d.所述支撑基底上的结合区域，其中所述结合区域与所述传感表面分离； e.将所述结合剂与含有所述目标分析物的所述样本接触； f.允许所述目标分析物与所述结合剂结合，以在所述传感表面产生可检测响应； g.测量电连接到所述至少一个传感表面的测量电极处的变化；其中所述目标分析物与所述结合剂的结合产生电活性物质，所述电活性物质介导所述传感表面处的所述可检测响应，并提高检测所述样本中所述目标分析物的准确性。 40.根据权利要求39所述的方法，其中所述结合区域和所述传感表面之间的所述分隔距离在大约1nm和大约50mm之间。
所属类别：	发明专利