[发明专利]包括含有涂覆的导电纳米颗粒的传感器阵列的通过呼气检测癌症

说明书

发明领域

本发明涉及用于检测癌症的包括被有机涂层包覆的导电纳米颗粒的传感器阵列的呼气分析仪。

发明背景

呼气分析一直被认为是用于通过检测呼出的呼气中的挥发性有机化合物(VOC)来诊断某些医学病症的可靠技术。诊断通常通过将呼气样品收集至容器，随后使用质谱分析法测量具体的VOC来进行。

呼出的呼气中的VOC的组成取决于细胞的代谢过程，并且其包括饱和烃和不饱和烃、含氧化合物、含硫化合物和含氮化合物以及其他的。在健康的个体中，组成提供清楚的化学特征，且在单一个体的样品与不同个体的样品之间存在相对窄的变异性。

在癌症患者呼出的呼气中，发现含量升高的某些VOC，包括挥发性C₄-C₂₀烷烃化合物、特定的一甲基化的烷烃以及苯衍生物(Phillips等人，Cancer Biomark.，3(2)，2007，95)。因此，癌症患者呼出的呼气中的VOC的组成不同于健康个体呼出的呼气中的VOC的组成，并且因此可以被用于诊断癌症。通过呼气诊断癌症的另外的优点是本技术的无创性，这具有用于大规模筛查的潜力。

最近已经应用用于检测癌症患者的呼气样品中的VOC的气体感测装置。这样的装置通过使用交叉反应性传感器的阵列结合模式识别方法进行气味检测。与“锁-匙”模型相反，电子鼻装置中的每个传感器广范地响应于多种气味。在这种架构中，每个分析物从宽交叉反应性传感器的阵列产生清楚的指纹。这种配置可以被用于显著拓宽给定的基质对其敏感的化合物的种类，以增加组分识别的程度以及在特定的情况下，对复杂的多组分(生物)化学介质中的单个组分进行分析。然后模式识别算法可以被应用于从阵列中的所有传感器同时获得的整个信号集，以搜集关于被暴露于传感器阵列的蒸气的名称和浓度的消息。

至今使用的气体感测装置包括多种传感器阵列，包括导电聚合物、不导电聚合物/炭黑复合材料、金属氧化物半导体、荧光染料/聚合物体系、被金属卟啉包覆的石英微量天平传感器、表面包覆聚合物的声波装置和化学响应染料(Mazzone，J.Thoracic Onc.，3(7)，2008，774)。Di Natale等人(Biosen.Bioelec.，18，2003，1209)公开了使用被不同的金属卟啉包覆的八个石英微量天平气体传感器来分析肺癌患者的呼气的组成。Chen等人(Meas.Sci.Technol.，16，2005，1535)使用一对表面声波(SAW)传感器来检测作为肺癌标志的VOC，其中一个被薄聚异丁烯(PIB)膜包覆。Machado等人(Am.J.Respir.Crit.Care Med.，171，2005，1286)验证了使用包括具有32个单独的传感器的碳聚合物传感器系统的气态化学感测装置来诊断肺癌。Mazzone等人(Torax，62，2007，565)公开了使用主要由被浸渗在一次性软骨上的化学敏感化合物组成的比色传感器阵列来分析患有肺癌的个体和其他肺疾病的个体的呼气样品。然而，在这些公开内容中提出的结果没有提供临床使用所需要的精确性或一致性。

基于主要由被有机涂层包覆的纳米颗粒(“NPCOC”)组成的膜的传感器被作为化学电阻器(chemiresistor)、石英晶体微量天平、电化学传感器以及类似的应用。NPCOC用于感测应用的优点来源于增强的感测信号，增强的感测信号可以通过改变纳米颗粒和/或聚结物尺寸、颗粒间距离、组成和周期性被容易地操纵。通过修改包覆膜以及连接分子的结合特性可以进一步获得增强的选择性。NPCOC网络的形态和厚度被示出为引起对传感器响应的显著影响，其中介电常数的变化导致较薄的NPCOC膜的电阻减小(Joseph等人，J.Phys.Chem.C，112，2008，12507)。NPCOC结构的三维组装物提供另外的用于信号放大的框架。其他优点来源于纳米结构与固态基材的耦合，这使容易的阵列集成、迅速的响应以及由低功率驱动的便携式装置成为可能。

某些关于NPCOC用于感测应用的用途的实例在美国专利第5,571,401号、第5,698,089号、第6,010,616号、第6,537,498号、第6,746,960号、第6,773,926号中；专利申请第WO 00/00808号、第FR 2,783,051号、第US 2007/0114138号中；以及Wohltjen等人(Anal.Chem.，70，1998，2856)和Evans等人(J.Mater.Chem.，8，2000，183)中公开。