[发明专利]功能化纳米管传感器及相关方法

说明书

相关专利申请

本专利申请要求于2012年10月29日提交的美国临时专利申请No. 61/795,850以及于2013年8月1日提交的美国临时专利申请No.61/861,107 的优先权，这两份专利申请各自以引用方式并入本文。

背景技术

用于检测人体的发病状况的非侵入式技术在医护点(POC)处对疾病的快 速生物感测和诊断方面是一个越来越感兴趣的领域。这些技术对于POC诊 断是优选的，因为传统样品诸如血液的处理需要特殊的技能并使医护人员暴 露于可能的血源性病原体。理想的是，非侵入式诊断方法降低该风险。为了 实现这一点，研究人员已专注于筛选外部生物样品(例如，唾液、尿液、毛 发、汗液和痰液)中指示病况诸如糖尿病、脱水和其他疾病的生物标志物。 生物标志物的典型例子是需要液体分析环境的抗原、抗体或蛋白质。因此， 疾病的诊断最经常需要液体生物样品，诸如上文所述的那些。然而，已知与 某些疾病相关且已发现作为诊断工具的有限用途的一类生物标志物是挥发 性有机生物标志物(VOB)。VOB已与不同的慢性和传染性疾病包括结核(TB) 有关。

作为具体例子，结核(TB)检测的常规方法通常在实验室或医院中进行。 例如，TB诊断的最常见方法是临床材料的抗酸染色，然后是痰涂片的显微 镜检测。然而，痰涂片检测的缺点是其灵敏度不佳，据估计其灵敏度为70％。 另外，已表明，在场设置中的痰涂片光谱法的灵敏度低得多(例如，35％)， 特别是在具有高TB和HIV合并感染率的人群中。此外，分支杆菌的药物敏 感性分析无法从显微镜检测中确定。该评估可用于确定适当的患者疗程。对 于这种类型的分析，通常使用培养技术。

对痰样中分支杆菌的培养是更灵敏的技术。采集痰样并在固体培养基或 液体培养基中培养，从而寻找分支杆菌的存在。可使用该技术确定耐药菌株。 然而，该方法耗时(对于固体培养为3-4周，而对于液体培养为10-14天)， 这使得难以用于通常远离检测机构的资源匮乏的环境。近来，已开发了其他 技术，包括用于涂片检测的荧光显微镜法(比光学显微镜法的灵敏度高 10％)，可用于现场而无需暗室的低成本成像设备的LED荧光显微镜法，以 及缩短培养时间的快速培养技术。尽管在TB诊断中已实现了改进，但目前 仍无简单、低成本的POC检测法。因此，将继续对检测TB的快速、准确和 低成本方式进行研究。

发明内容

本发明提供检测空气环境中的挥发性有机化合物、挥发性有机生物标志 物和其他目标化合物以及液体环境中的生物标志物的功能化纳米管阵列、传 感器及相关方法。在一个实施例中，提供了功能化纳米管阵列。该功能化纳 米管阵列可包括多个金属氧化物纳米管。该金属氧化物纳米管可由金属氧化 物形成并可具有通过至少一种金属离子功能化的内表面或外表面。

在另一个实施例中，提供了用于检测目标化合物诸如挥发性有机化合物 的传感器。该传感器可包括纳米管阵列，该纳米管阵列包括多个功能化金属 氧化物纳米管。该金属氧化物纳米管可由金属氧化物形成并可具有通过至少 一种金属离子功能化的并能够与目标化合物结合的内表面或外表面。该传感 器还包括被构造成向纳米管阵列施加电压的电源以及被构造成监控和检测 响应电流的变化的电流传感器(例如，稳压器)，在与目标化合物结合时该 响应电流发生改变。

在另一个实施例中，提供了检测目标化合物的方法。该方法包括以下步 骤：在整个功能化纳米管阵列(诸如上述那些)上施加电压，测量在功能化 纳米管阵列上方经过的电流，使气体在功能化纳米管阵列上方流动以使得目 标化合物可与金属氧化物纳米管的至少一种金属离子结合，监控电流的变 化，以及基于电流的变化鉴定存在于气体中的目标化合物。

附图说明

与附图相结合，通过以下说明和所附权利要求书，本发明将变得更加显 而易见。应当理解，这些附图仅仅示出本发明的示例性实施例，因此不应视 为对其范围的限制。将易于认识到，如本文图中大体描述和示出的本发明的 组件可以按多种不同的构型布置、制定大小和设计。但是，将通过使用以下 附图更具体和详细地描述并解释本发明：

图1A是具有金属离子和与之相关的生物标志物的功能化纳米管的截面 的示意性剖面图。