[发明专利]用于测量样本中的带电粒种浓度的装置

说明书

本申请是发明名称为“用于测量样本中的带电粒种浓度的装置”、申请号为2009801569943、申请日为2009年02月17日的发明专利申请的分案申请。

其它申请的交叉引用

本申请涉及2006年11月21日提交的名称为“Ion Sensor for Fluid and Method for Its Manufacture(用于流体的离子传感器及其制造方法)”的国际专利申请PCT/EP2006/011148。

技术领域

本发明涉及用于检测生物、化学、工业或环境样本中的带电粒种(charged species)的装置和方法。特别是，本发明涉及用于测量在样本诸如血浆中的带电粒种浓度，特别是离子浓度，例如锂离子浓度的方法和装置。

背景技术

无机离子是生命的基本需要并大量出现在饮用水、有机体的血液和每个细胞以及环境中。例如，细胞内部和外部的很多离子，即钠、钾、镁和钙的浓度对于任何活的有机体至关重要。因此，动物和人类的血液和血细胞中的离子浓度对于各种不同的身体机能来说也非常重要。

通常，锂作为痕量元素出现在血浆中。锂还被用作治疗双极情绪失调(bipolar mood disorder)的药物。估计在世界范围内超过一百万人每天摄取锂。使用锂的缺点是治疗指数，即中毒浓度和治疗浓度之比很低。多数病人对于0.4-1.2mmol/L锂的血浆浓度响应良好，而中毒效应可能出现在高于1.6mmol/L的锂浓度。长期的高血液锂水平甚至会对神经系统永久损害造成甚至造成死亡。因此治疗期间对锂浓度的监测至关重要，需每几个月进行常规检查以将锂水平保持在期望的水平。

为了避免大量的操作者处理，常规地使用离子选择性电极(ISE，Ion-Selective Electrodes)以自动方式测量血液参数。这些离子选择性电极速度快并提供较大的动态范围。然而，其响应是对数级的，对于锂所需的高敏感性成为问题。另外，在锂中毒的情况下，需要有快速的血液分析过程。目前，静脉血液样本必须由专门训练过的人员从病人抽取并传送到中心实验室，且需要在进行测量之前去除血细胞。该过程可能需要多至45分钟。为了最小化样本通过时间(sample throughput time)并允许现场测量，使用离子敏感场效应晶体管的小型装置可用于确定钾和钠在全血中的浓度，其甚至可作为手持式分析器。然而，由于其它带电粒种，特别是钠离子的高背景浓度，锂离子浓度与之相比小得多，这样的分析器未被用于锂的确定。

直接测量全血中的锂和确定血浆中的无机阳离子已由E·沃韦(E.Vrouwe)等人在Electrophoresis(电泳)2004,25,1660-1667和Electrophoresis(电泳)2005,26,3032-3042中描述和演示。对定义的样本负载使用微芯片毛细管电泳(CE，capillary electrophoresis)并应用柱耦联(column coupling)的原理，可以确定一滴全血中的碱金属浓度。将手指采血器(finger stick)收集的全血传输到微芯片上而不提取或去除全血中的成分。可以确定在进行锂疗法的病人的血浆中的锂浓度而不进行样本预处理。使用具有电导检测的微芯片，对于140mmol/L的钠基体中的锂可以获得0.1mmol/L的检测限制。

在现有技术中已知有其它现有技术文献了公开用于测量血液样本中的离子浓度的几种类型的微芯片。例如，(曼兹的)美国专利申请US 2005-0150766公开了一种毛细管电泳微芯片。

(诺思拉普(Northrup)等人的)美国专利5,882,496号公开了一种制造和使用多孔硅结构以增加电泳装置中的一个的表面积的方法。

(昌治(Shoji)等人转让给日立高新技术公司的)美国专利7,250,096号教导了一种用于在电泳期间测量电流承载通路以检测电流承载通路状态的方法和装置。

现有技术中的一个问题是由于在装置的微通道中电极处的电解，电极处的电解质中会形成气泡(如US 7,250,096所述)和/或不期望的氧化还原(氧化－还原)反应。这是因为传输通过装置的电荷由电通路中的电子和化学通路中的离子承载。在电极和电极处的离子之间交换电荷。

微通道中的电解质具有特定气体容量。最大量的特定气体容量称为气体限制。当在微通道内局部地达到气体限制时会形成气泡。气泡的形成会直接影响测量。