用于即时诊断的集成表面声波生物传感器系统的制作方法

本公开涉及用于识别与疾病或健康或环境问题相关的化学物质、毒素、气态材料和/或生物标志物的方法和仪器，所述疾病或健康或环境问题包括例如可引起疾病或影响人类福祉的传染病(例如，细菌、真菌、寄生虫感染、病毒感染等)、趋化毒素、生物毒素。更具体地，本公开涉及用于检测诸如细菌或病毒的传染原的集成(表面和体)声波传感器系统。此外，还包括可用于确定替代能源(例如氢气)的气态材料检测。

背景技术：

1、长期以来，人们一直需要一种高效、准确的即时诊断系统和方法来检测传染病、健康标记物和其他感兴趣的生物或气体标记物，这些标记物在发生此类遭遇的地区需要更加准确、便携和快速。这可以包括人类和动物的诊断(伴侣动物和饲料动物)、研究相关应用和食品安全应用。

2、目前可用的诊断系统利用光学(光)或电化学分析方法。然而，先前已经提出使用类似条件的基于声学的分析(所有声学分析方法，特别是表面声波和体声波)，但并未在用于便携式和即时诊断系统和检测器的各种生物传感器设计中实现。特别地，在本技术中，声波被称为表面声波(saw)传感器，其使用压电作为感测剂，以被动无线感测质量/粘度的原理工作，随后描述当声学变化时的电子检测参数。压电是某些晶体(例如石英和钽酸锂)中表现出的一种现象，其中电压的产生是由机械应力引起的。有趣的是，相反的，施加电压将引起机械变形或应力。压电晶体在存在电产生的射频输入的情况下经历原子振动的能力表现出晶体充当传感器的能力。saw传感器用于检测由机械或电气变化引起的质量、弹性、电导率和介电特性的变化。saw传感器还利用压电效应在输入换能器处电激发声波并在输出换能器处接收声波。特别是在我们的例子中，我们也采用反射器作为电子声波路径的一部分。

技术实现思路

1、本公开描述用于诊断传染病的集成且相互依赖的系统和方法，所述传染病例如细菌、真菌、寄生虫感染、病毒感染和由病毒引起的传染病，例如sars-cov-2，例如，许多非感染性生物标记物，如激素、蛋白质等，以及许多其他具有生物学意义的生物标志物，包括确定实时生物结合活性检测，如亲和剂的实时结合，如本技术中描述的各种生物条件下的抗原抗体结合动力学。所公开的系统在用于即时诊断用途的高效、低成本的基于集成表面声波(saw)生物传感器的系统中采用集成表面声波传感器技术，所述系统能够可靠地识别具有特定感染因子的生物样本，其采用增强型检测系统和整合连接器和软件以激活此类系统并提供用于准确生物检测的分析工具和用户接口。

2、本公开的各方面包括用于即时诊断的集成表面声波生物传感器系统。所述系统包括一次性盒组件和可重复使用的读取器，所述读取器包括新颖的接触区域。它还包括可重复使用读取器的工作原理。根据本公开的各方面，一次性盒组件包括用于添加生物样品的样品井、盐水饱和的吸收垫或含有选择的缓冲剂的缓冲剂罐、集成表面声波(saw)生物传感器、耦合到saw生物传感器的印刷电路板(pcb)和垫片。此外，盒外试剂一次性系统将构成所述系统的一个组成部分。一次性盒还包括用于容纳样品井的卡式盒、盐水饱和的或含有盐水的压缩垫或罐、saw生物传感器、印刷电路板和垫片。还可以包括用于样品处理的盒外系统，以及含有许多试剂(例如金奈米粒子和缓冲剂)的试剂管。根据本公开的各方面，可重复使用的读取器接触区域包括配置为将电容耦合pcb耦合到一次性盒组件中的saw生物传感器的匹配电容耦合pcb，以及配置为固定用于从匹配电容耦合pcb传输数据到可重复使用的读取器的电缆的连接器。所公开的系统的说明性实施方式还可以包括介电材料，如耦合到可重复使用的读取器接触区域的匹配电容耦合pcb的kaptontm带。

3、本公开的另一方面提供一种用于即时诊断用途的集成表面声波生物传感器系统的一次性盒组件。一次性盒组件包括用于添加生物样本的样本井、盐水饱和吸收垫、集成表面声波(saw)生物传感器、耦合到saw生物传感器的印刷电路板(pcb)、垫片；以及用于容纳样品井的卡式盒、盐水饱和的压缩垫、saw生物传感器、印刷电路板、垫片。例如，一次性盒还可以包括具有排气口的样品盖以固定样品井。

4、在示例性实施方式中，盐水饱和的吸收垫用包括弹簧的盐水盖压缩。在另一说明性实施方式中，saw生物传感器包括样品通道和一个或多个参考通道。在另一个示例性实施方式中，saw生物传感器包括压电晶体底座，例如钽酸锂晶体底座。在另一个示例性实施方式中，saw生物传感器还包括电容耦合接触垫。

5、本公开的另一方面提供一种用于即时诊断用途的集成表面声波生物传感器系统的一次性盒组件。一次性盒组件包括用于添加生物样品的样品井、包括用于与样品井耦合的盐水的盐水井、包括集成表面声波(saw)生物传感器的卡式盒主体结构、电容耦合到saw生物传感器的印刷电路板(pcb)和垫片、卡式盒主体结构上用于与盐水井和样品井耦合的对接站以及吸收芯垫。

6、在说明性实施方式中，样品井和盐水包括箔片，以固定生物样品和盐水。在另一说明性实施方式中，卡式盒主体结构包括至少一个盐水夹管阀和至少一个样品通道阀。在另一个说明性实施方式中，当盐水井耦接到对接站时，盐水夹管阀打开。在另一个说明性实施方式中，吸收芯垫以5μl/min的速率吸取盐水。在另一个说明性实施方式中，垫片由聚二甲基硅氧烷(pdms)制成。在另一个说明性实施方式中，saw生物传感器包括样品通道和参考通道。

7、本公开的另一方面提供一种用于即时诊断用途的集成表面声波生物传感器系统的一次性盒组件。一次性盒组件包括用于添加生物样品的样品井、可重复使用的具有沙粒的柔性沙漏、用于固定具有沙粒的柔性沙漏的定时器支架、用于固定样品井的柔性样品盖、包含盐水的盐水吸塑包裝、包括集成表面声波(saw)生物传感器的卡式盒主体、耦合到saw生物传感器的印刷电路板(pcb)以及垫片。生物样品在添加到一次性盒上的样品井之前可能需要处理。用于盒外样品制备的材料包括但不限于试剂管，其含有缓冲溶液、试剂(如金奈米粒子)，可以是冷冻干燥的或在溶液、注射器和注射器过滤器中。

8、在说明性实施方式中，一次性盒组件还可以包括具有用于排出的生物样本和盐水的通气口的废物井。在另一个示例性实施方式中，saw生物传感器由二次成型(overmolded)的热塑性弹性体包装。在另一个示例性实施方式中，saw生物传感器包括样品通道和参考通道。

9、其他迭代包括含有可以释放到流体中的缓冲液的容器，以及一种在正确的测试时间推进适当的流体的方法，其通过使用手动前进曲柄或自动移动过程，以按照外部研究确定的正确流体体积/分钟将流体移动到传感器上。

10、本公开的另一方面提供一种使用集成表面声波生物传感器系统检测生物样品中的靶分析物的方法。根据本公开的各方面，所述方法包括以下步骤：提供集成表面声波生物传感器系统的一次性盒组件、提供生物样品到一次性盒组件的样品井中、对样品井中的样品施加表面声波以产生生物样本的特征电信号，以及基于特征电信号检测靶分析物。根据本公开的方面，一次性盒组件包括用于添加生物样品的样品井、盐水饱和吸收垫、集成表面声波(saw)生物传感器、耦合到saw生物传感器的印刷电路板(pcb)、垫片以及用于容纳样品井、盐水饱和压缩垫、saw生物传感器、印刷电路板、垫片的卡式盒。