用於檢測的方法和系統與流程

2023-04-23 18:21:17 3

本發明，在其部分實施例中，涉及檢測，特別是但不限於涉及一種系統及方法用於例如實時同步檢測多種樣本及/或實時檢測氧化還原反應基團，例如代謝產物產生的氧化基團。本文中所述系統及方法用於例如監控及/或分析細胞的代謝活動，並因此在各種診斷及/或治療中應用。

背景技術：

代謝被定義為活體生物體內生產或消耗能量的生物化學過程的總和。代謝過程調節細胞生長或死亡，改造它們的結構，並對它們的環境作出反應。異常代謝反應擾亂了正常的生理狀態，導致嚴重的組織功能障礙，並與許多疾病有關。

癌症是一個常見的人類疾病與代謝擾動的例子。細胞代謝的改變是癌症的一個標誌，有助於腫瘤的惡性轉化的發生、生長和維持。因此，例如，研究顯示葡萄糖代謝改變促使癌症的發展，癌症細胞比正常組織消耗更多的葡萄糖和分泌更多的乳酸。

因此理解用於監測與癌症代謝相關的複雜網絡，被公認為是必要的以區分癌症的代謝意義，評估治療的有效性，並促進個性化的治療。例如，見穆尼奧斯皮內多等人：細胞死亡的信息，2012，3：e248；以及格裡芬和夏克爾：癌症自然評論，2004，4(7)：551-561。

數種方法迄今已被用於監測細胞的代謝活動。最常見的是質譜測定(MS)技術與一種分離方法，如氣相(氣相色譜)或液相(液相色譜)色譜法聯用。在質譜中，物質被離子化並根據其質量電荷比分離。質譜測定在代謝產物的生理濃度範圍內是敏感的，但結果是在終端的方式獲得，停止樣本的代謝活動來收集數據，而不是實時的。另外，這種方法需要樣本預處理，使其與生物樣本如血液或血清的直接測試為不兼容性。用於質譜測定的替代分離方法包括電噴霧電離(ESI)，從而提高了預處理、以及納米結構引發的質譜測定(NI-MS)，它允許直接檢測生理溶液。例如，見於蕭雷夫：代謝技術和生物信息學，生物信息簡要2006，7(2)：128-139和洛斯頓等：自然期刊，2007，449(7165)：1033-u1033。

對於檢測生理樣本中實時與多重分析，已經尋求結合電化學和螢光感測技術方法。酵素反應的電化學傳感器結合具有酵素修飾膜以轉化代謝產物為過氧化氫用於實時檢測的過氧化氫檢測電極已被開發(普朗特，動物細胞生物技術：方法及步驟，第二版，湖麥納出版社：託託瓦，新澤西州，2007年)。具有嵌入螢光基團的螢光傳感器以用於檢測實時生物樣本的氧氣消耗量和pH值的變化也已開發(馬克思，自然期刊，2013，494(7435)，頁131)。

世界智能財產組織專利號WO 2012/137207公開一種測量細胞代謝活性的方法，通過獨立地測量細胞的胞外環境、由於非揮發性易溶性代謝產物、非揮發性易溶性的代謝產物和易溶性的代謝產物、及易溶性代謝產物的分泌而隨著時間的酸化特性產生的影響，以及用於診斷和監測疾病治療的方法。

在微流體技術和納米技術的最新發展，也被用於微量代謝物超敏感的即時檢測。微流體裝置使用電泳技術將溶液中的代謝產物微觀分層(加西亞-佩雷斯等：色譜分析期刊，2008，第1204(2)：130-139；加西亞和亨利：分析化學學報，2004，508(1)：王等；分析化學學報，2007，585(1)：11-16；等。分析期刊，2009，134(3)：486-492；以及佛克瓦與施瓦茨，層析期刊，2007，1142(2)：214-221)，或液相層析(王等人，微機電期刊，2008，17(2)：318-327；林等人，分析化學，2008，80(21)：8045-8054)皆已被公開。然而目前使用的微流體晶片，需要耦合到其他的檢測技術，並因此需要預處理(卡利等，分析化學學報，2009，653(1)：23-35)。

電化學、光化學、和抗體/酶官能化納米線的傳感器也被公開用於檢測目標代謝物。例如，見雷米格等，小型期刊，2010，6(16)：1705-1722年；以及佩雷茨-索羅卡等，納米快報2013，13(7)：3157-3168。

抗體/酶納米線場效電晶體裝置通過結合的親和力來標目標代謝產物也已被公開於，例如劉等，生物電化學期刊，2007,71(2):211-216、帕託洛斯基等，納米線為基礎的生物傳感器，分析化學，2006，78(13)：4260-4269以及楊等人，納米技術，2006，17(11)：S276-S279。

用於由氧化反應檢測代謝產物的電化學敏感納米線傳感器已經公開在，例如，劉等人。生物傳感器與生物電學期刊，2009，25(1)：218-223、卡利佛斯基等，納米快報，2012，12(9)：4748-4756；蕭等人，進階研究期刊，2005，15(9)：1478-1482、蘇等人，組件分析期刊，2013，30(4)：326-331以及泰雅基等人，分析化學，2009，81(24)：9979-9984。

現有的半導體納米線是對吸附在其表面上的化學物質極其敏感。對於納米線設備，帶電分析物與納米線表面的結合導致了電導率的改變，或在電流流過該導線的變化。所述一維(1D)納米結構和極高的表面-體積比使所述電導率的改變遠大於基於納米線的傳感器對平面的場效電晶體(FET)，增加單一分子檢測的點的靈敏度是可能的。

因此，以納米線為主的場效電晶體(NW-FET)在過去十年中被認為是具有強大潛力用於檢測化學及生物物質的新傳感器。例如，見於帕託洛斯基等，分析化學78期，4260-4269(2006)、斯特恩等人，電子裝置上的IEEE交易，55，3119-3130(2008)；崔等人，科學期刊293期，1289-1292(2001)。帕託洛斯基等，美國國家科學院學報101，14017-14022(2004)，上述通過引用被併入，並且完全引用至本文。

有關納米線電子裝置用於醫療診斷上同步檢測多種生物物種生物分子相關性的研究，如DNA和蛋白質[鄭等人，自然生物技術23期，(2005)，1294-1301、提寇等人，納米快報9期，914-918(2009)、李等人，納米快報4期、245-247(2004)]。

一般而言，在納米線為主的場效電晶體的結構中，柵極電位控制通道的電導用於達一預定源極-汲極電壓(VSD)以及調整柵極電壓(VGD)以改變測得的源極-漏極電流。為將納米線傳感器作為場效電晶體使用，檢測機制為帶電粒子對納米線傳感器中載流子傳導的柵極場效應。相較於由微型材料或散裝材料製造的裝置，納米裝置靈敏度的提高和減少尺寸與較大的表面積/體積比有密切相關。由於大多數生物分析物分子具有固有的電荷，在納米線表面上的結合可以作為對半導體矽納米線的分子柵極[崔等人，2001，同上]。

具有美國專利公開號為2010/0022012的美國專利公告號7,619,290及相對案教示構成納米裝置，特別是官能化的納米線，其可以用於當作傳感器。

卡瓦古拉等人，公開了一種使用化學官能矽納米場效應電晶體檢測低於ppm級的神經毒劑的方法[卡瓦古拉等人，化學詮釋，2010年，49期，1-5]。

二氧化矽的表面化學性質被用於構建「納米電子鼻」庫，可以經由分布式反應區分丙酮和己烷的蒸汽[自然材料，卷6，2007，頁379-384]。

具有美國專利公開號為2010/0325073的美國專利申請案教示納米裝置設計用於吸收氣相一氧化氮，世界智能財產組織專利號WO 2011/000443公開納米裝置其利用官能納米線用於檢測含硝基化合物。

技術實現要素：

一種檢測方法，整合了多用和實時能力，對於生物樣本的直接檢測和最少的樣本要求是高度需要的。例如，這樣的系統可以被利用，例如，用於監測和分析細胞的代謝活性。這種方法應該允許檢測不改變產物，或擾動相關物種的細胞外濃度。

本發明人設計並成功製備了一整合微流體納米結構檢測系統，由一個或多個功能性的(例如，氧化還原反應)的納米結構陣列檢測室組成，其與一個或多個樣本腔室流體連通。該系統已被證明在生理溶液中執行多重即時監測細胞的代謝活動，並展示了作為一種有效的工具，促進代謝路徑的理解和癌症的個人化醫療的需求。

根據本發明部分實施例的目標為提供一系統，包括：至少一腔室，與一檢測室形成可控制的流體連通，所述至少一腔室被配置為包含一流體，且所述檢測室包括：一半導體納米結構；和共價連接到所述納米結構的一官能基團，所述官能基團使得在接觸一氧化還原反應劑時，所述納米結構表現出一電性的一可檢測變化。

根據部分本發明任何的實施例，所述官能基團為一氧化還原官能基團。

根據部分本發明任何的實施例，所述官能基團包括至少一官能基，在所述官能基的多個原子中的至少一個的一氧化數能夠可逆變化。

根據部分本發明任何的實施例，所述官能基團為一醌類。

根據部分本發明任何的實施例，所述官能基團為一芳香醌。

根據部分本發明任何的實施例，所述官能基團或包括一官能基選自於每個被取代或未被取代的醌類、苯醌、蒽醌和菲醌所組成的群組。

根據部分本發明任何的實施例，所述電性包括所述納米結構的一表面上的電子密度。

根據部分本發明任何的實施例，所述納米結構為一納米線。

根據部分本發明任何的實施例，所述半導體納米結構包括矽。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括一檢測器被構造和配置用於確定所述電性的變化。

根據部分本發明任何的實施例，所述納米結構為一電晶體。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統包括多個所述納米結構。

根據部分本發明任何的實施例，所述多個納米結構實質上相同。

根據部分本發明任何的實施例，所述多個納米結構被包括於相同的所述檢測室內，並且所述多個納米結構彼此之間在任何時候都形成流體連通。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括一基板，所述納米結構或所述多個納米結構被設置於所述基板上及/或內。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統包括至少兩腔室，各腔室被配置為包含一流體且與所述檢測室流體連通。

根據部分本發明任何的實施例，所述至少兩腔室之間形成流體連通。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括一閥體，配置用於控制各所述腔室與所述檢測室之間及/或多個所述腔室之間的一流體連通。

根據部分本發明任何的實施例，所述流體連通是通過微流道的方式實現。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括至少一閥體，分別用於允許或防止由所述至少一腔室至所述檢測室的流動。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括一控制器，用於選擇性地操作所述至少一閥體以控制由所述至少一腔室至所述檢測室的流體流動。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括一附加檢測裝置。

根據部分本發明任何的實施例，所述附加檢測裝置包括一光學檢測裝置。

根據部分本發明任何的實施例，所述系統更包括一不具有所述半導體納米結構的附加腔室，所述附加腔室也與所述至少一腔室流體連通，其中所述附加檢測裝置用於接收來自所述附加腔室的多個信號。

根據本發明部分實施例的目標為提供一種用於確定至少一流體樣本中的一氧化還原反應劑的存在及/或含量的方法，所述方法包括：將所述至少一樣本導入根據本文前述任何實施例中所述的檢測系統中，其中所述電性的可檢測變化表示各個所述至少一樣本中的氧化還原反應劑的存在及/或含量。

根據本發明部分實施例的目標為提供一種用於確定在至少一流體樣本中產生一氧化還原反應劑的一物質的存在及/或含量的方法，其特徵在於，所述方法包括：將所述至少一樣本導入根據本文前述任何實施例中所述的檢測系統中，其中所述電性的可檢測變化表示各個所述至少一樣本中的物質的存在及/或含量。

根據部分本發明任何的實施例，所述方法更包括：供應至少一流體樣本至所述物質產生所述氧化還原反應劑的一反應條件下。

根據部分本發明任何的實施例，所述供應包括：使所述腔室與提供所述條件的一腔室流體連通。

根據部分本發明任何的實施例，所述供應包括：使提供所述條件的一腔室與所述檢測室流體連通。

根據部分本發明任何的實施例，所述條件包括一酶反應，以通過所述物質催化所述氧化劑或所述還原劑的產生。

根據部分本發明任何的實施例，提供所述條件的所述腔室構成所述檢測系統的一部分。

根據部分本發明任何的實施例，至少一流體樣本包括一細胞，所述方法被用於確定所述細胞中產生所述氧化劑或所述還原劑的所述物質的存在及/或含量。

根據部分本發明任何的實施例，所述物質為一代謝產物。

根據部分本發明任何的實施例，至少一流體樣本包括一細胞，所述方法被用於確定或監控所述細胞的代謝活動。

根據部分本發明任何的實施例，包括所述細胞的至少一流體樣本更包括一治療劑，所述方法被用於確定或監控所述細胞在接觸所述治療劑時的活動。

根據部分本發明任何的實施例，所述方法用於確定所述治療劑對於所述細胞的一效用。

根據部分本發明任何的實施例，所述物質為一代謝產物，所述方法用於鑑定能夠改變所述細胞的代謝活性的一試劑。

根據部分本發明任何的實施例，所述流體樣本為一受試者的一生物樣本。

根據部分本發明任何的實施例，所述方法用於診斷一受試者中與一修正後代謝活性相關的疾病。

根據部分本發明任何的實施例，所述方法用於監控一受試者與一修正後代謝活性相關的一疾病的一治療。

根據部分本發明任何的實施例，所述氧化劑是一活性氧化物或產生一活性氧化物的一試劑。

根據部分本發明任何的實施例，所述氧化劑是一過氧化物。

根據本發明部分實施例的目標為提供一種檢測系統，包括：

一檢測室，配置用於檢測一目標分子；

多個腔室，各通過各自的一微通道和對應安裝在所述微通道上的一閥體，而與同一檢測室形成可控制的流體連通；以及

一控制器，用於選擇性地操作各閥體，以控制由至少兩所述腔室至所述檢測室的流體流動。

根據部分本發明任何的實施例，所述檢測室包括一半導體納米結構，配置為使得在接觸一目標分子時，所述納米結構表現出所述目標分子的一電性的一可檢測變化。

除非另有定義，否則本文使用的所有技術和/或科學術語具有如本發明有關的領域中的普通技術人員通常的相同的含義來理解。儘管類似方法或等同於本文描述的材料可以在本發明實施例中實踐或測試，以下將以例示性方法和/或材料進行說明。在衝突的情況下，專利說明書將控制定義。此外，材料、方法和實施例僅是說明性的，並不是必要限制。

本發明實施例中的方法及/或系統的實現，可以包括對所選的工作進行手動、自動或組合操作。此外，根據本發明方法及/或系統的實際儀器和裝置，所選擇的工作可以通過硬體、軟體或韌體或使用作業系統的組合來實現。

例如，根據本發明的實施例執行所選工作的硬體可以為一晶片或一個電路來實現。作為軟體，根據本發明的實施例所選擇的任務，使用任何合適作業系統的計算機所執行的多個軟體指令可以實現。在本發明的例示性實施例中，根據本發明的方法及/或系統的例示性實施例中，由數據處理器執行的一個或多個任務，例如用於執行多個指令的計算平臺。可選地，數據處理器包括用於存儲指示及/或數據及/或非易失性存儲數據的非易失性存儲器，例如，硬碟及/或可移動媒介，用於存儲指令及/或數據。或者，提供了一個網絡連接。一個顯示及/或用戶輸入設備，如鍵盤或滑鼠可選擇提供。

附圖說明

本發明在本文中描述的一些實施例，參考附圖僅作為例示的方式。附圖的詳細說明，它強調的是通過舉例的方式例示細節，並用於本發明實施例的說明性討論的目的。在這點上，結合附圖所作的描述使得本領域技術人員如何在本發明的實施例可以顯而易見的實施。

所附圖式：

圖1A-1D呈現根據本發明部分實施例的一例示性生物檢測系統的影像(圖1A-1B)以及示意圖(圖1C-1D)。所述生物檢測系統包括一培養室，在其中有不同樣本可以被輕易的轉換以進行多重檢測，以及一以納米線為主的場效電晶體檢測室(圖1A-1B)。在所述檢測室中，一矽納米線場效電晶體數組修飾的9,10-蒽醌-2-磺醯氯作為一個例示的氧化還原反應基團(圖1C)。代謝產物的酶促氧化反應產生的活性氧化物或隨之而來的過氧化氫在一場效電晶體表面氧化9,10-二氫蒽以形成9,10-蒽醌，從而降低表面電子密度，而還原劑N，N-二乙基羥胺(DEHA)減少-9,10-蒽醌還原為9,10-二氫蒽，從而提高表面的電子密度(圖1D)。(LOX：乳酸氧化酶；GOX：葡萄糖氧化酶；POX：丙酮酸氧化酶；Pi：無機磷酸鹽)。

圖2A-2D呈現矽納米線場效電晶體在表面修飾和氧化還原反應期間XPS方法測量得到的數據。修飾程序：轉化9,10-蒽醌-2-磺酸鈉鹽的磺酸鹽基團為磺醯氯(插入)；矽納米線的表面的以胺基團(圖2B)矽烷化；及形成磺醯胺連接9,10-蒽醌基團及修飾的表面(圖2C)。XPS光譜和非修飾的矽納米線場效電晶體(圖2A)的表面修飾的原子組合物碳(C)、氮(N)及硫(S)在每一個修飾步驟呈現。圖2D呈現氧化-9,10-蒽醌修飾的矽納米線表面(藍色曲線)和還原9,10-二氫蒽修飾的矽納米線的表面(紅色曲線)的XPS代表性的調查光譜。由C1s的曲線配適計算C＝O鍵的比例。

圖3A-3B呈現對應於過氧化氫在加入血清的介質中，9,10-二氫蒽修飾的矽納米線場效電晶體的檢測特性。圖3A呈現9,10-二氫蒽修飾的場效電晶體在不同過氧化氫濃度的氧化動力學曲線以及由流入還原劑溶液還原場效電晶體表面，相較於由3-氨基丙基二甲基乙氧基矽烷(APDMES)修飾的場效電晶體。(ΔIds：一所測得電流和基線之間的差距；I0：標準化因子；Vg＝0伏特；Vds＝0.2伏特；在pH值為7.4在血清補充的培養基中進行檢測)。相較於圖中所示的在氧化和還原相關官能基團的表面化學鍵群。圖3B以過氧化氫濃度和pH值的作用呈現一9,10-二氫蒽修飾的矽納米線場效電晶體的檢測反應(數據為平均值±標準偏差，n≥4重複)。

圖4A-4C通過使氧化酶於加入血清的培養基中，呈現對應於小分子乳酸代謝物(圖4A)及葡萄糖(圖4B)，一9,10-二氫蒽修飾的矽納米線場效電晶體的檢測特性，以及以在磷酸緩衝生理食鹽水中丙酮酸的小分子代謝物(圖4C)。圖中所示對應的標準曲線(LOX：乳酸氧化酶；GOX：葡萄糖氧化酶，POX：丙酮酸氧化酶；Vg＝0伏特，Vds＝0.2伏特)。

圖5A-5C呈現使用一9,10-二氫蒽修飾的矽納米線場效電晶體在還原劑培養基的pH值檢測。圖5A呈現通過質子化或去質子化對表面質子密度變化的改變，進而改變所量測的電流，通過添加還原劑，轉換修飾的場效電晶體成為pH檢測器的示意圖。圖2B呈現pH依賴型檢測反應在添加還原劑的培養基中且不含過氧化氫(Vg＝-0.3伏特；Vds＝0.2伏特)。圖5C繪示檢測器在添加還原劑的培養基中對於過氧化氫的不敏感性。由加入還原劑獲得基礎平衡(Vg＝0伏特(無還原劑),-0.3伏特(添加還原劑)；Vds＝0.2伏特)，在注入700秒後獲得信號，檢測在PH值為8的加入血清的培養基中完成。

圖6A-6I呈現使用一9,10-二氫蒽修飾的矽納米線場效電晶體監測細胞代謝活動獲得的數據。代謝物的測量水平通過活細胞的數量標準化。圖6A及圖6D分別呈現在MTX處理和2DG處理Jurkat細胞24小時監測獲得的數據。圖6B及圖6B顯示在MTX處理和2DG處理的Jurkat細胞在24小時後活性氧化物水平和所得的細胞增殖率之間的相關性。相對細胞計數是在t＝24小時細胞計數為初始細胞計數的比率。圖6F顯示24小時後2DG處理Jurkat細胞和所得細胞增殖率的乳酸水平之間的相關性。實驗對照的數據，通過使用二氯二氫螢光染劑(dichlorodihydrofluorescein)獲得，顯示於圖6A、圖6B、圖6D及圖6E。圖6C和圖6G分別顯示MTX處理和2DG處理的Jurkat細胞的pH值。CLL細胞的測得的代謝水平通過那些正常B細胞標準化。數據分別為平均值±平均值(SEM)的標準誤差，正≥3次重複；N＝6的設備；學生t實驗被使用；*表示P<0.05，**表示P<0.01)。圖6H-圖6I分別顯示在24小時生存能力的觀測數據(MTX處理和2DG處理的Jurkat細胞)。

圖7A-7B呈現慢性淋巴細胞白血病(CLL)細胞和正常B細胞(圖7A)的代謝水平及其存活率(圖7B)，數據分別為平均值±標準偏差(SD)中，n＝6裝置；；學生t實驗被採用；*表示P<0.05，**表示P80％純度)，例如，T細胞，或異種的細胞群，其包含各種類型的免疫的分離的人口細胞如外周血白細胞(PBL)或單核細胞。

細胞可以是非培養，培養的原代細胞或克隆細胞(例如，細胞系)。

可以將細胞粘附細胞或細胞懸浮液中。

根據進一步的實施例中，細胞可以是非轉基因或基因修飾。

根據一些任何本文描述的，兩個或更多的樣本，每一個包括不同的細胞或細胞的不同的解決方案，可以同時引入到系統的實施例的(例如，每個樣本被引入到不同的腔室中的樣本中的車廂)。任選地，引入無預處理樣本。

這些樣本中的每一個可以進行相同或不同的條件下檢測有效前，如本文所述。

任選地，相同的樣本進行不同的條件，並且感測在每個隸屬實現。

如本文所述的樣本可以是生物樣本。

示範性的生物樣本包括，但不限於，血液(例如，外周血白細胞，外周血單核細胞，全血，臍帶血)，固體組織活檢，腦脊液，尿，淋巴液，和各種外分泌物的呼吸道，腸道和泌尿生殖道，滑液，羊水和絨毛。

活檢包括，但不限於，手術活檢包括切口或切除活檢，細針抽吸和類似物，完全切除或體液。活檢檢索方法在本領域中是公知的。

在被引入到系統中，細胞在本文中所述的樣本中的任何一個可以被引入到其在腔室中生長，無論是在生理介質中或以另外的試劑的存在下(例如藥物，如本文所述)。

應用：

如上文所述的檢測方法，可以在多種診斷和治療應用中使用。

在一些實施例中，至少一個流體樣本，它包括一個細胞還包含治療劑，並且如本文所述，用於確定或根據治療劑接觸監測細胞的活性的方法。

這樣的方法可以用於確定朝向細胞的治療劑的功效。

在一些實施例中的物質是一種代謝產物，並且所述方法是用於監測細胞的代謝活性(MA)。

根據本發明的一些實施例的一個方面，提供了監測細胞的代謝活性的方法。所述方法是通過如本文所述導入細胞的檢測系統中的任何一個，任選地對細胞在其下的代謝物產生靶標部分的一個條件，並流體連通以檢測室中的靶標部分進行。

在所述方面的一些實施例中，細胞可以如本文所述被引入到系統中，培養的，然後，將培養的細胞的部分可流體地與不同的腔室連通並且每個可以經受不同的條件，並且各腔室每個條件可以然後用合適的檢測室流體地連通，如本文所述。

在這個方面，一個或多個檢測隔室的一些實施例是用於檢測氧化還原反應性部分的檢測隔室和細胞經受其下的代謝物產生的氧化還原反應性部分，如本文中所描述的條件。

監測細胞的代謝活性的方法可用於，例如，用於識別能夠改變細胞，其中細胞培養，例如，在如本文所述，一個系統經受的條件的代謝活性的試劑它包括一個測試劑，然後如本文所述被確定的代謝活性。培養的細胞可以同時進行不同的代理，在不同的腔室，並且每個這些室的隨後可以進行用於確定量和/或一種或多種代謝物的存在下不同的進一步的條件，如本文所述。

使用如流體樣本中任如本文描述的方法的實施例的本文所述的主題可用於診斷與受試者的改性代謝活性有關的疾病的生物樣本。

可替代地，可使用用於監視治療在受試者的改性代謝活性有關的疾病的這樣的方法。

在一些實施例中，檢測系統包括至少兩個腔室用於容納流體樣本，並且所述方法包括將至少兩個樣本的檢測系統，其中，每個所述的至少兩個樣本被引入到每個所述至少兩個腔室的，並且所述方法是用於同時或依次確定存在和/或所述至少兩個流體樣本中的物質的量。在一個示例性實施例，兩個樣本包括細胞，人們的健康細胞和一個患病細胞，並且所述方法可以比較在患病細胞的代謝活性的變化。在一個示例性實施例，兩個樣本包括患病細胞，人們進行治療條件(例如，藥物或治療)和一個經受另一種治療病症或不經受任何條件，並且所述方法可以比較在代謝活性的變化從而患病細胞作為治療條件，結果和指示所述測試治療劑的治療功效的。

根據本發明的一些實施例的一目的，提供一種診斷在需要其的受試者的改性代謝活性相關的疾病的方法。所述方法是通過如本文所述的(如本文所述的生物細胞的樣本)的主題的一個檢測系統導入細胞樣本，並測定樣本中的一種或多種代謝物的存在和/或量進行，如本文所述。

受試者可以是健康動物或人類受試者接受常規福祉檢查。可替代地，受試者可以是具有帶修飾代謝活性，如癌症相關的疾病(例如，遺傳上易感受試者，具有癌症的醫療和/或家族史的受試者，受試者誰已暴露於致癌物質的風險，職業危害，環境危害)和/或誰表現出癌症的可疑臨床症狀的對象[例如，便血或黑便，不明原因的疼痛，出汗，不明原因的發熱，體重不明原因的損失達厭食，大便習慣改變(便秘和/或腹瀉)，裡急後重(排便不完全感，直腸癌專)，貧血和/或全身無力)。

如本文所用的術語「診斷」或「診斷」是指確定病理的存在或不存在(例如，疾病，障礙，病症或症候群)，分類的病理或症狀，確定所述病理的嚴重度，監測病理進展，預測一個病理學和/或為特定的疾病的受試者的恢復和篩選的前景的結果。

如本文所用的「具有改良的代謝活性相關的疾病」是指特徵在於相比於從正常的，健康的(未受影響的疾病所採取的相同的細胞群已經經歷在代謝活性的移位的細胞群體的疾病)。已經歷代謝活性的轉變，細胞群，可以是致病細胞群體(即，引起疾病的細胞如,.癌細胞)或一個非致病細胞群體(例如，疾病防治的細胞如免疫細胞如在固體腫瘤的情況下)。例如，在腫瘤學，大多數癌細胞主要和免疫系統的某些人群進行克隆擴增由隨後乳酸生產在胞質溶膠中，而不是由隨後的氧化糖酵解相對低速率糖酵解高產量產生能量丙酮酸像大多數正常細胞線粒體。

根據正常的，健康的(未受影響的)相同細胞組合物的樣本中的一種或多種代謝物的一些實施例中，水平(存在及/或量)這被用來監測受試者的細胞相同的條件下測定。

受試者，細胞對照(正常，未受影響的)之間的轉變(即，改變)的代謝活性(一種或多種代謝物的水平)，如從代謝物水平(多個)證明在相同的獲得的條件下，是表示與改性代謝活性曲線有關的疾病的。

因此，例如，通過這樣的方法獲得的數據如本文像乳酸鹽，任選為葡萄糖和/或丙酮酸的水平數據相結合的代謝物的水平(量)中所述，可以與數據呈現一個或多個這些代謝物的水平進行比較在正常細胞中，以便確定是一個受試者患有癌症。此外，這樣的數據可以與其他數據相比較用於更準確地確定一類型的癌症和/或它的起源和/或它的階段，基於一個或多個這些代謝物的生物細胞的樣本中的水平。

代謝活性測定的結果可能會受到決策樹模型分類，其中的結果和協助最終診斷。根據一個優選實施例，至少兩個模型被結合(見圖9和圖10)。這種模型的例子包括，但不限於，CHAID C5和C&R Tree。Logistic模型可以進一步應用。

可根據本教導的診斷和治療(如下文中進一步描述)的醫學病症的實例包括，但不限於，癌症，病原體感染和自身免疫性疾病。在下文中提供了具體例子。

炎性疾病包括，但不限於，慢性炎症性疾病和急性炎性疾病。

與過敏性疾病相關的炎症性疾病的過敏，如相關聯的，但不限於，I型超敏反應，II型超敏反應，III型超敏反應，IV型超敏反應，速髮型超敏反應，抗體介導的過敏症，免疫複合物介導的過敏症，T淋巴細胞介導的過敏症和DTH。包括有以下幾種，作為非限制性的例子：

I型或速髮型超敏反應如哮喘；

II型超敏反應，例如但不限於，類風溼疾病，類風溼自身免疫性疾病，類風溼關節炎，脊椎炎，強直性脊柱炎，全身性疾病，全身性自身免疫疾病，全身性紅斑狼瘡，硬化，全身性硬化症，腺體疾病，腺自身免疫疾病，胰腺自體免疫疾病，糖尿病，I型糖尿病，甲狀腺疾病，自身免疫性甲狀腺疾病，格雷夫斯病，甲狀腺炎，自發自身免疫性甲狀腺炎，橋本氏甲狀腺炎，粘液性水腫，特發性粘液性水腫；自身免疫性生殖系統疾病，卵巢疾病，卵巢自身免疫，自身免疫抗精子不孕，反覆流產，神經變性疾病，神經系統疾病，神經系統的自身免疫性疾病，多發性硬化症，阿爾茨海默氏病，重症肌無力，馬達神經病，格林-巴利綜合症，神經病變和自身免疫神經病變，重症肌無力疾病，蘭伯特-伊頓肌無力症候群，神經系統副腫瘤性疾病，小腦萎縮，癌旁小腦萎縮，非旁及僵人症候群，小腦萎縮，進行性小腦萎縮，腦炎，拉斯穆森的腦炎，肌萎縮側索硬化症，西德納姆舞蹈病，抽動穢語症候群，多內分泌腺病，自身免疫性多內分泌腺病；神經疾病，慢性炎性脫髓鞘多發性神經病；神經性肌強直，獲得性神經性肌強直，關節攣縮多路復用先天性，心血管疾病，心血管自身免疫性疾病，動脈粥樣硬化，心肌梗塞，血栓形成，肉芽腫病，韋格納肉芽腫病，動脈炎，大動脈炎和川崎病；抗因子VIII的自身免疫性疾病；血管炎，壞死性血小管血管炎，顯微鏡下多，丘和史特勞斯綜合症，腎小球腎炎，少免疫焦點壞死性腎小球腎炎，新月體腎炎；抗磷脂症候群；心臟衰竭，心臟衰竭，血小板減少性紫癜激動劑樣腎上腺素受體抗體；溶血性貧血，自身免疫性溶血性貧血，胃腸道疾病，胃腸道的自身免疫性疾病，腸道疾病，慢性炎性腸疾病，乳糜瀉，肌肉組織，肌炎的自身免疫性疾病，自身免疫性肌炎，乾燥症候群；平滑肌的自身免疫性疾病，肝疾病，肝自身免疫性疾病，自身免疫性肝炎和原發性膽汁性肝硬化。

IV型或T細胞介導的過敏症，包括但不限於，類風溼疾病，類風溼關節炎，全身性疾病，全身性自身免疫疾病，全身性紅斑狼瘡，腺體疾病，腺自身免疫疾病，胰腺疾病，胰腺自體免疫疾病，1型糖尿病；甲狀腺疾病，自身免疫性甲狀腺病，葛瑞夫茲氏症；卵巢疾病，前列腺炎，自身免疫性前列腺炎，多腺體症候群，自身免疫性多腺體症候群，I型自身免疫性多腺體症候群，神經系統疾病，自身免疫性神經系統疾病，多發性硬化症，神經炎，視神經炎，重症肌無力，僵人症候群，心血管疾病，心臟自身免疫南美錐蟲病，自身免疫性血小板減少性紫癜，抗輔助性T淋巴細胞的自身免疫，溶血性貧血，肝疾病，肝自身免疫性疾病，肝炎，慢性活動性肝炎，膽汁性肝硬化，原發性膽汁性肝硬化，腎疾病，腎臟功能異常自身免疫疾病，腎炎，間質性腎炎，結締組織疾病，耳病，自身免疫性結締組織病，自身免疫性耳病，內耳疾病，皮膚病，皮膚疾病，皮膚疾病，大皰性皮膚病，尋常性天皰瘡，大皰性類天皰瘡和天皰瘡。

遲髮型超敏反應的實例包括，但不限於，接觸性皮炎和藥疹。

的介導超敏反應類型T淋巴細胞的實例包括，但不限於，輔助性T淋巴細胞和細胞毒性T淋巴細胞。

輔助性T淋巴細胞介導的過敏症的實例包括，但不限於，Th1細胞淋巴細胞介導的過敏症和Th2淋巴細胞介導的過敏症。

自體免疫疾病，如，但不限於，心血管疾病，類風溼疾病，腺疾病，胃腸道疾病，皮膚疾病，肝疾病，神經系統疾病，肌肉疾病，腎疾病，疾病相關的再現時，結締組織病和全身性疾病。

自身免疫性心血管疾病的實例包括，但不限於動脈粥樣硬化，心肌梗塞，血栓形成，韋格納肉芽腫病，大動脈炎，川崎病，抗凝血因子VIII的自身免疫性疾病，壞死性小血管炎，顯微鏡下多丘和過敏性肉芽腫，免疫焦點和壞死性新月體腎炎，抗磷脂症候群，抗體誘導心臟衰竭，血小板減少性紫癜，自身免疫性溶血性貧血，在南美錐蟲病和抗輔助性T細胞自身免疫自身免疫性心臟。

自身免疫性類風溼性關節炎疾病的實例包括，但不限於類風溼關節炎和強直性脊柱炎。

自身免疫性腺疾病的實例包括，但不限於，胰腺疾病，I型糖尿病，甲狀腺疾病，格雷夫斯病，甲狀腺炎，自發自身免疫性甲狀腺炎，橋本氏甲狀腺炎，特發性粘液性水腫，卵巢自身免疫，自身免疫抗精子不育症，自身免疫性前列腺炎和I型自身免疫性腺體症候群。疾病包括但不限於胰腺的自身免疫性疾病，1型糖尿病，自身免疫性甲狀腺疾病，格雷夫斯病，自發的自身免疫性甲狀腺炎，橋本氏甲狀腺炎，特發性粘液性水腫，卵巢自身免疫，自身免疫抗精子不育症，自身免疫性前列腺炎和I型自身免疫性腺體症候群。

自身免疫性胃腸疾病的實例包括，但不限於，慢性炎症性腸道疾病，乳糜瀉，結腸炎，迴腸炎和克羅恩病。

自身免疫性皮膚疾病的實例包括，但不限於，自身免疫性大皰性皮膚疾病，如，但不限於，尋常天皰瘡，大皰性類天皰瘡和天皰瘡。

自身免疫性肝臟疾病的例子包括，但不限於，肝炎，自身免疫性慢性活動性肝炎，原發性膽汁性肝硬化和自身免疫性肝炎。

自身免疫性神經病學疾病的實例包括，但不限於，多發性硬化，阿爾茨海默氏病，重症肌無力，神經病，馬達神經病；格林-巴利症候群和自身免疫性神經病變，重症，蘭伯特-伊頓肌無力症候群；副腫瘤性神經系統疾病，小腦萎縮，旁及小腦萎縮和僵人症候群；非副腫瘤僵人症候群，進行性小腦萎縮，腦炎，拉斯穆森的腦炎，肌萎縮側索硬化症，薛登漢氏舞蹈病，抽動穢語症候群和自身免疫性多內分泌腺病；慢性炎性脫髓鞘多發性神經病；神經性肌強直收購，關節攣縮多重先天性，神經炎，視神經炎和神經退行性疾病。

自身免疫性肌肉疾病的實例包括但不限於，肌炎，自身免疫性肌炎和原發性乾燥症候群和平滑肌自身免疫性疾病。

自身免疫性腎疾病的實例包括但不限於，腎炎和自身免疫性間質性腎炎。

與再現相關的自身免疫性疾病的實例包括但不限於，反覆流產。

自身免疫性結締組織疾病的實例包括但不限於，耳病，自身免疫性耳病和內耳的自身免疫性疾病。

自身免疫系統疾病的實例包括，但不限於，系統性紅斑狼瘡和系統性硬化症。

感染性疾病如，但不限於，慢性感染性疾病，亞急性感染性疾病，急性感染性疾病，病毒性疾病，細菌性疾病，原生動物疾病，寄生蟲病，真菌病，支原體病和朊病毒病。

移植物排斥疾病，包括用接枝諸如移植有關的疾病，但不限於，移植物排斥，慢性移植物排斥，亞急性移植排斥，超急性移植排斥，急性移植排斥和移植物抗宿主病。

過敏性疾病，其中包括，但不限於，哮喘，蕁麻疹，蕁麻疹，花粉過敏，塵蟎過敏，毒液過敏，化妝品過敏，乳膠過敏，化學過敏，藥物過敏，蟲咬過敏，動物皮屑過敏，刺痛植物過敏，毒常春藤過敏和食物過敏。

根據一個特定的實施例中，疾病是癌症。

癌性疾病包括但不限於：癌，淋巴瘤，母細胞瘤，肉瘤和白血病。癌性疾病，但具體實例不限於：骨髓白血病如慢性髓細胞性白血病。急性骨髓性白血病與成熟。急性早幼粒細胞性白血病，急性非淋巴細胞白血病具有增加嗜鹼性粒細胞，急性單核細胞白血病。急性單核細胞白血病伴嗜酸細胞增多；惡性淋巴瘤，如非何杰金氏；淋巴細胞白血病，如急性淋巴細胞白血病。慢性淋巴細胞性白血病；骨髓增生性疾病，如實體瘤良性腦膜瘤，唾液腺的混合腫瘤，結腸腺瘤；腺癌，例如小細胞肺癌，腎，子宮，前列腺，膀胱，卵巢，結腸，肉瘤，脂肪肉瘤，黏液，滑膜肉瘤，橫紋肌肉瘤(肺泡)，骨骼外黏液軟骨肉瘤，尤因氏瘤；其他包括睪丸和卵巢無性細胞瘤，視網膜母細胞瘤，腎母細胞瘤，神經母細胞瘤，惡性黑色素瘤，間皮瘤，乳腺癌，皮膚癌，胰腺癌，宮頸癌，前列腺癌和卵巢。

因此，本教導可在疾病檢測中使用。下面是一個非限制性的實施例，其涉及早期癌症檢測。

根據本發明的教導製成的疾病診斷，接著用金標準方法在屏幕的結果證明。一旦診斷建立或者依靠本發明的教導或使用金標準方法證實是，受試者被告知診斷，並根據需要進行處理。

因此，根據本發明的一些實施例的一個方面，提供了治療疾病的方法，在有需要的受試者，所述方法包括：

(a)診斷根據上述方法的疾病的受試者的存在；和

(b)處理基於所述診斷受試者。

本發明的實施例有多種關於應用單獨優化疾病的治療，受試者監測疾病的治療，確定用於受試者的治療，並確定能夠治療與代謝異常活性相關的疾病的試劑。

根據本發明，提供的單獨優化疾病的治療，所述方法包括的方法的一些實施例的一個方面：

確定代謝物的存在和/或量，其包含與至少一種藥物的細胞的受試者的生物樣本中，使用如本文所述的，包括它們的任何實施例的相關的任何一種方法，

而在代謝活性(變速如由一個或多個代謝物的水平測定，如本文所述實現所述相同的條件下檢查正常的健康細胞樣本的細胞的，指示用於所述疾病的有效藥物。

這裡使用的「單獨優化治療」是指操作治療方案(例如，藥物的種類、劑量)的離體方法。

如本文所使用的「藥物」描述了一種藥，藥用藥物或藥物的製劑，如在此可以互換使用。藥物的實例，包括但不限於，化療，抗生素，抗寄生蟲藥，抗病毒等。

如在整個中，用於本文所述的任何相關的實施例中，一個「治療」描述了一種治療劑，其在本文作為藥物，以及其他處理例如也稱為，例如，輻射，脫水，失活，和類似物。

如本文通篇使用，生物樣本的細胞與藥物或一檢測系統的一個樣本隔室中的任何其他治療接觸，如本文所述。貫穿本文的術語「接觸」是指將藥物導入細胞的附近的條件下，使得細胞膜並且如果向其中需要內在化的藥物接觸。因此，例如，接觸應緩衝液條件下進行，在一溫度和時間足以允許所述藥物以影響細胞表型(例如，細胞毒性或細胞抑制效果)。所述接觸可以在體外，離體或體內進行。

根據一個具體實施例「，在實現所述相同的條件下檢查正常的健康細胞樣本的細胞的代謝活性的移位」是指至少10％的局部或全局的(整個輪廓)移優選向100％同一性到控制正常的健康細胞樣本。

超過預定閾值作為本領域技術人員確定的變速指示一種有效的治療。

根據本發明，提供了監測疾病治療的方法中的受試者的一些實施例的一個方面，所述方法包括：

(a)施用對疾病的受試者的至少一種藥物；

(b)中檢索的生物樣本，其包括各管理以下的受試者的細胞；

(c)將所述生物樣本的檢測系統，根據本文所述實施例中的任何一個；和

確定樣本中的一種或多種代謝物的水平，

其中至少一個代謝物的水平，和優選幾個代謝物，指示細胞中實現這一相同的條件下檢查正常的健康細胞樣本的細胞的代謝活性的移位和而代謝活性的指示的一個有效的治療這種疾病。

同樣地，提供了一種鑑定能夠改變的細胞的代謝活性，所述方法包括的試劑的方法：

(a)使細胞對藥物；

(b)測量之前和之後隸屬的藥劑，其中，在一個或多個代謝物的水平的換檔指示能夠改變的細胞的代謝活性的試劑的細胞的代謝活性。

如本文所用，術語「活性劑」指的是試驗組合物，包括生物製劑或化學試劑。

(包括但不限於RNA，可能作為代謝活性的潛在調節劑，根據本發明的方法進行試驗包括，但不限於生物劑的實例，核酸，例如，多核苷酸，核酶，siRNA和反義分子，DNA的，RNA/DNA雜交體，肽核酸，和多核苷酸類似物具有改變的主鏈結構或其它化學修飾)；蛋白質，多肽(例如肽)，碳水化合物，脂質和「小分子」的候選藥物。「小分子」可以，例如，天然存在的化合物(例如，從植物提取物，微生物培養液等的衍生化合物)，或具有小於約10,000道爾頓的分子量，優選小於約5,000合成的有機或有機金屬化合物道爾頓，並且最優選小於約1500道爾頓。

根據本發明的這個方面的一個優選實施例中，試劑是抗癌，抗病毒或抗生素。

應所述理解的是，移位，如本文所使用的，可以是也不同的級別在相同輪廓的MA(例如，更高級別)；在基礎狀態的變化，和/或在誘導最大MA效果的藥劑濃度的轉變。

一旦能夠改變的細胞的代謝活性的試劑已經根據上述教導已經確定，本發明還包括配製劑成藥物組合物/藥物。

如在此方面中所描述的方法可用於篩選引線候選人的疾病的治療活性劑；用於篩選用於治療在一個特定的受試者的疾病的治療活性劑；和類似物。

根據一些實施例，在受試者中監測疾病治療的方法，通過進行：

(a)施用對疾病的受試者的至少一種藥物；

(b)中檢索的生物樣本，其包括以下所述施用受試者的細胞；

(c)監測所述產生的氧化劑或還原劑中所述細胞的細胞外環境的代謝物的存在和/或量，如在本文所述的任一實施例描述了使用任何檢測的方法和系統，

其中的變化的存在和/或代謝物的量指示所述細胞中實現這一相同的條件下檢查正常的健康細胞樣本的細胞的代謝活性的移位和而代謝活性的指示一個有效的治療的的疾病。

在一些實施例中，任何的系統和方法的如本文所述進一步包括用於靶細胞從生物樣本中分離，如本文所述的裝置。這樣的裝置包括，例如，在和樣本隔室流體連通的樣本隔室引入標記物、因子、活化劑、抑制劑或任何其它生物物質適合於分離目標細胞的樣本。靶細胞可以隨後用流體地連通，例如，培養基和/或經受了病症的存在或不存在於感測到，如本文所述。例示性的目標細胞是癌細胞。

這樣的方法在本文中也描述為上實驗室晶片。

在本文所述的任何應用中，比代謝物的其他物質，其產生可檢測的部分的，可用於診斷，治療和/或監測治療如本文所述，通過確定生物樣本中的物質的存在和/或量本文中所描述。

在一些中任一個方法的應用這裡所描述的實施例作為與一個或多個其它檢測系統或檢測室，本文所述的檢測系統，用於檢測氧化還原反應劑，如本文所述，利用，任選地結合，如本文中所描述。

預計一個專利在此應用許多相關的納米結構，功能性部分和製造方法相同將開發和這些術語的範圍成熟的壽命期間是指包括所有這些新的技術先驗。

如本文所用的術語「約」是指正負10％。

如本文所用的術語術語「包括」，「包含」，「包括」，「包含」，「具有」和它們的結合物的意思是「包括但不限於」。

術語「由...組成」表示「包括並限於」。

術語「基本由......組成」是指組合物，方法或結構可包括另外的成分，步驟和/或部分，但只有當另外的成分，步驟和/或部件不實質上改變所要求保護的基本特徵和新特徵組合物，方法或結構。

如本文中所使用的，單數形式「一」，「一個」和「所述」包括複數引用，除非上下文另有明確說明。例如，術語「化合物」或「至少一種化合物」可包括多種化合物，包括它們的混合物。

在整個本申請中，本發明的各種實施方式可以以範圍的形式呈現。但是應當理解的是，範圍形式的描述僅僅是為了方便和簡潔，不應所述被解釋為對本發明的範圍的硬性限制。因此，範圍的描述應當被認為具有具體公開所述範圍內的所有可能的子範圍以及單獨的數值。例如，範圍的描述，例如從1到6應被認為具有具體公開的子範圍如從1到3，從1到4，從1到5，從2到4，從2到6，從3到6等，以及個人數在所述範圍內，例如，1，2，3，4，5，和6不論範圍的寬度的這適用。

每當數值範圍在本文中所指出的，它是指包括任何引用標號指示的範圍內(分數或整數)。短語在第一指示數字和第二指示數字以及第一指示數字「到」第二指示數字在本文中可互換使用「測距/範圍從」並且意味著包括第一和第二指示數字「範圍內/範圍之間」和其間的所有分數和整數。

如本文所用的術語「方法」是指的方式，手段，技術和用於完成給定任務包括程序，但不限於，那些方式，手段，技術和程序是已知的或容易從已知的方式開發，手段，通過化學，藥理學，生物學，生物化學和醫學領域的從業者的技術和方法。

如本文所使用術語「治療」包括消除，基本上抑制，減慢或逆轉狀況的進展，基本上改善狀況的臨床或美學症狀，或基本上預防狀況的臨床或美學症狀的出現。

如本文所用的術語「胺」描述兩者-NR'R「基團和-NR'-基團，其中R'和R」各自獨立地是氫，烷基，環烷基，芳基，這些術語在下文中定義。

因此胺基可以是伯胺，其中兩個R'和R「是氫，仲胺，其中R'是氫且R」是烷基，環烷基或芳基，或叔胺，其中每個R'和R「獨立地是烷基，環烷基或芳基。

可替代地，R'和R」可以各自獨立地為羥基烷基，三滷代烷基，環烷基，烯基，炔基，芳基，雜芳基，雜脂，胺，滷化物，磺酸酯，亞碸，膦酸酯，羥基，烷氧基，芳氧基，巰基，硫代烷氧基，硫代芳氧基，氰基，硝基，偶氮，磺醯，羰基，C-羧酸，O-羧酸，N-硫代氨基甲酸鹽，O-硫代氨基甲酸酯，脲，硫脲，N-氨基甲酸酯，O-氨基甲酸鹽，C-醯胺，N-醯胺，脒，胍和肼。

如本文中所使用術語「胺」在本文中用於描述在例-NR'R」基團，其中的胺是端基，如所定義下文，並且在本文中用於描述一種-NR'-基團的情況下，其中的胺是連接基團。

貫穿本文的術語「端基」描述的是通過一個原子連接在化合物另一部分或其組(的取代基)。

「連接基團」一詞描述了通過兩個或多個原子連接到兩個或多個部分中的化合物組成的組(取代基)。

例如，當在納米結構的表面產生點胺基它是一個端基，和在被共價連接到官能部分，它是一個連接基團。

如本文中所使用術語「烷基」描述了一種飽和脂族烴，包括直鏈和支鏈基團。優選地，烷基具有1至20個碳原子。每當數值範圍；例如，「1-20」，在本文中所述，這意味著所述基團，在這種情況下，所述烷基，可含有1個碳原子，2個碳原子，3個碳原子等，至多並包括20個碳原子。更優選地，所述烷基是碳原子數為1～10的中等大小的烷基。最優選地，除非另有說明，烷基是碳原子數為1～6或1～4的低級烷基。如本文所述的烷基可以被取代或未被取代。

烷基可以是一個端基，因為這樣短語的定義同上，其中，它被連接到單個相鄰的原子，或一個連接基團，作為這種短語的定義同上，其通過至少兩個碳原子中的兩個或多個部分連接它的鏈條。

術語「氨基烷基」在本文中用於描述通過胺取代的烷基，如本文定義。在一些實施例中，胺取代在烷基末端碳原子。

術語「環烷基」描述了一種全碳單環或稠環(即，共享相鄰的一對碳原子的環)基團，其中一個或多個環不具有完全共軛的π電子系統。如本文所述的環烷基可被取代或未被取代。環烷基可以是一個端基，因為這樣短語的定義同上，其中，它被連接到單個相鄰的原子，或連接基團，作為這種短語的定義同上，在其兩個或多個位置連接兩個或多個部分。

術語「芳基」描述了一種全碳單環或稠環多環(即，共享相鄰碳原子對的環)基團具有完全共軛的π電子系統。如本文中所述的芳基可以被取代或未被取代。芳基可以是一個端基，作為所述術語的定義同上，其中，它被連接到單個相鄰的原子，或連接基團，作為所述術語的定義同上，在其兩個或多個位置連接兩個或多個部分。實例包括苯基、萘、蒽和類似物。

術語「雜芳基」描述的單環或稠環(即共享相鄰的一對原子的環)在環中具有(多個)的一個或多個原子，例如，例如，氮，氧和硫，並且在組此外，具有完全共軛的π電子系統。實施例包括但不限於雜芳基，包括吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、惡唑、噻唑、吡唑、吡啶、嘧啶、喹啉、異喹啉和嘌呤。如本文描述的雜芳基可以被取代或未被取代。雜芳基可以是一個端基，因為這樣短語的定義同上，它被連接到單個相鄰的原子或連接基團，作為這種短語的定義同上，在其兩個或多個位置連接兩個或多個部分。代表性的例子是吡啶、吡咯、惡唑、吲哚、嘌呤等。

術語「雜」描述了在環(多個)具有單環或稠環基的一個或多個原子如氮，氧和硫。環也可以有一個或多個雙鍵。然而，環不具有完全共軛的π電子系統。如本文所述的雜脂可被取代或未被取代。所述雜脂基團可以是一個端基，因為這樣短語的定義同上，它被連接到單個相鄰的原子，或連接基團，作為這種短語的定義同上，在其兩個或多個位置連接兩個或多個部分。代表性的實例是哌啶，哌嗪，四氫呋喃，四氫吡喃，嗎啉等。

術語「氧化胺」描述一個-N(OR')(R「)或-N(OR')-基團，其中R'和R」。如本文所定義所述術語指的是-N(OR')(R」)的情況下基團，其中所述胺氧化物是端基，因為這樣短語的定義同上，以及一個-N(OR')-基團的情況下，其中的胺氧化物是端基，如這句話的定義同上。

每當一個基團，部分或如本文所述化合物被取代時，取代基可以是，例如，一個或多個羥基烷基，三滷代烷基，環烷基，烯基，炔基，芳基，雜芳基，雜脂，胺，滷化物，磺酸酯，亞碸，膦酸酯基，羥基，烷氧基，芳氧基，巰基，烷硫基，芳硫基，氰基，硝基，偶氮，磺醯，C-羧酸，O-羧酸，N-硫代氨基甲酸鹽，O-硫代氨基甲酸酯，脲，硫脲，N-氨基甲酸酯，O-氨基甲酸鹽，C醯胺，N-醯胺，脒，胍和肼，如本文定義。

術語「滷化物」和「滷素」描述了氟，氯，溴或碘。

術語「滷代烷基」描述了如上述定義的烷基，被一個或多個滷化物進一步取代。

術語「硫酸鹽」描述了一種-O-S(＝O)2OR'端基，作為所述術語的定義同上，或-OS(＝O)2-O-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'是如上文所定義。

術語「硫代」描述了一種-O-S(＝S)(＝O)-OR'末端基團或-O-S(＝S)(＝O)-O-連接基團，作為這些術語的定義同上，其中R'是如上文所定義。

術語「亞硫酸鹽」描述了一種-O-S(＝O)-O-R'端基或O 3S(＝O)O-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R基團'是如上文所定義。

術語「硫代」描述了一種-O-S(＝S)-O-R'端基或-O-S(＝S)-O-基團連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'是如上文所定義。

術語「亞磺酸」描述一個-S(＝O)-OR'端基或-S(＝O)-O-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R基團'是如上文所定義。

術語「亞碸」或「亞硫醯基」描述一個-S(＝O)R'端基或-S(＝O)-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'是如上文所定義。

術語「磺酸酯」描述一個-S(＝O)2R'端基或-S(＝O)2-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'是如本文定義。

術語「S-磺醯胺」，描述一個-S(＝O)2NR'R「，端基或-S(＝O)2NR'-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」如本文定義。

術語「N-二磺醯胺」，描述的R'S(＝O)2NR「-端基或-S(＝O)2NR'-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」是如本文定義。

術語「二硫化物」是指-S-SR'端基或-S-S-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'是如本文定義。

如本文所用的術語「羰基」或「碳酸酯」描述一個-C(＝O)-R'末端基團或-C(＝O)-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'的定義於此。

如本文所用的術語「硫代羰基」，描述了一個-C(＝S)-R'末端基團或一個-C(＝S)-的連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'如本文所定義。

術語「肟」描述了一種＝N-OH端基或＝N-O-連接基團，作為這些短語的定義同上。

術語「羥基」描述了一個-OH基團。

術語「烷氧基」既描述了一個-O-烷基和-O-環烷基，如本文定義。

術語「芳氧基」既描述了一個-O-芳基和-O-雜芳基，如本文定義。

術語「巰基」描述了一個-SH基團。

術語「硫代烷氧基」既描述了一個-S-烷基基和-S-環烷基，如本文定義。

術語「硫代芳氧基」既描述了一個-S芳基和-S-雜芳基，如本文定義。

術語「氰基」描述了一個-C≡N組。

術語「異氰酸酯」描述了一個-N＝C＝O組。

術語「硝基」描述的是-NO2組。

術語「醯基滷」描述了一個-(C＝O)R」」基團，其中R」」是滷化物，如上文所定義。

術語「偶氮」或「重氮」描述了一種-N＝NR'端基或-N＝N連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'如上文所定義。

術語「C羧酸」描述一個-C(＝O)-OR'末端基團或-C(＝O)-O連接基團，作為這些短語上文，所定義，其中R'如本文所定義。

的術語「O-羧酸」描述一個-OC(＝O)R'末端基團或連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R a OC(＝O)「是如本文所定義。

術語「C硫代羧酸」描述一個-C(＝S)-OR'末端基團或一個-C(＝S)-O連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'是如本文定義。

的術語「O-硫代羧酸」描述一個-OC(＝S)R'末端基團或連接基-OC(＝S)，因為這些短語的定義同上，其中R'是如本文定義。

術語「N-二氨基甲酸酯」描述的R「OC(＝O)NR'-端基或OC(＝O)NR'-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」為本文所定義。

術語「O型氨基甲酸酯」描述了一種-OC(＝O)-NR'R「端基或-OC(＝O)-NR'連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」為本文所定義。

術語「O型硫代氨基甲酸酯」描述一個OC(＝S)NR'R「，端基或OC(＝S)NR'連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」如本文定義。

術語「N-二硫代氨基甲酸酯」描述的R「OC(＝S)NR'-端基或OC(＝S)NR'-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」如本文所定義。

術語「S-硫代氨基」描述了SC(＝S)NR'R「，端基或SC(＝S)NR'連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」如本文定義。

術語「N-二硫代氨基甲酸」描述的R「SC(＝S)NR'-端基或SC(＝S)NR'-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」如本文所定義。

術語「尿素」，這是在本文中也稱為「脲基」指的，描述了一種NR'C(＝O)-NR「R」'端基或NR'C(＝O)-NR」連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R「是如本文所定義，R」'是如本文中對於R'和R」中定義。

術語「硫脲」，這是在本文中也稱為「硫脲基」，簡稱描述了一個-NR'-C(＝S)-NR「R」'端基或-NR'-C(＝S)-NR如本文所定義的「連接基團，其中R'，R」和R」'。

術語「C-醯胺」描述一個-C(＝O)-NR'R「端基或-C(＝O)-NR'連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」是如本文定義。

術語「N-二醯胺」描述了一種R'C(＝O)-NR「-作為這些短語的定義同上，其中R'和R端基或R'C(＝O)-N-連接基團，」如本文所定義。

術語「脒基」描述了一種R'R「NC(＝N)-端基或-R'NC(＝N)-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'和R」是如本文所定義。

術語「胍」描述了一種-R'NC(＝N)-NR「R」'端基或-R'NC(＝N)NR」連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'，R」和R」'是如本文所定義。

術語「肼」描述了一個-NR'-NR「R」'端基或-NR'-NR」連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'，R「，和R」'為本文所定義。

術語「甲矽烷基」描述了一種SiR'R「R'」端基或SiR'R「-連接基團，作為這些短語的定義同上，由此每個R的'，R」和R如本文所定義的」'。

術語「甲矽烷氧基」描述了一個-Si(OR')R「R」'端基或Si(OR')R「-連接基團，作為這些短語的定義同上，由此每個R的'，R」和R'「如本文所定義。

術語「silaza」描述一個-Si(NR'R「)，R」'端基或Si(NR'R「)，連接基團，作為這些短語的定義同上，由此每個R的'，R」和R「'是如本文所定義。

術語「矽酸乙酯」描述了一個氧矽(OR')(OR「)(OR」')端基或氧矽(OR')(OR」)-連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'中，R」和R「'如本文定義。

如本文中所使用的，「醯肼」一詞描述了一個-C(＝O)-NR'NR「R'」端基或-C(＝O)-NR'-NR「連接基團，作為這些短語的定義同上其中R'，R「和R」'如本文所定義。

如本文所用，術語「硫代醯肼」描述一個-C(＝S)-NR'NR「R'」端基或-C(＝S)-NR'-NR「連接基團，作為這些短語的定義同上其中R'，R「和R」'如本文所定義。

如本文所用的術語「亞甲基胺」描述了一種NR'CH 2 CH＝CR「R」'端基或NR'CH 2 CH＝CR「連接基團，作為這些短語的定義同上，其中R'，R」和R'「如本文所定義。

可以理解，本發明的某些功能，其中，為清楚起見，在單獨實施例的上下文中描述的，也可以組合在單個實施例中提供。相反地，本發明的各種特徵，這是為簡明起見，在單個實施例的上下文中描述，也可以單獨地或以任何合適的子組合或適合於本發明的任何其他描述的實施例提供。在各種實施例的上下文中描述的某些特徵不應被認為是那些實施例的必要特徵，除非所述實施例是沒有那些組件不起作用。

各種實施例和本發明的各方面如上文劃定與如權利要求部分下面找到在以下實施例實驗支持。

實施例：

現在參考以下實施例，其與上面的描述一起說明了本發明以非限制性方式的一些實施例。

實施例1

系統製造

示例性微流體生物檢測系統(在本文中的微流體陣列或晶片也稱為)，根據本發明的一些實施例，其可以用作納米線生物檢測器的代謝物的多重即時監控，示於圖1A和1B。

示範性系統包含幾個孔含有一個或多個的解決方案(例如，含有解細胞，還原劑，和/或氧化酶)排列，單獨或組合，在孔中的培養室。井通過與檢測室的微通道均流體連通。所述檢測隔間包括多個功能化的納米結構。所述解決方案是從孔到檢測室可導入，通過可操作以關閉或打開的流體連通通道的電磁閥裝置。

允許不同的樣本閥體被切換為多路檢測。

在檢測室，一個矽納米線的場效電晶體陣列與氧化還原反應性官能團修飾的，諸如，例如，9,10-蒽醌-2-磺醯氯為活性氧化物的檢測，以及其它活性氧化物產生的小分子代謝物。活性氧化物產生的代謝產物進行反應，以產生過氧化氫(例如，過氧化物，過氧化氫)中，例如，在氧化酶的存在下，在場效電晶體陣列接觸，所例舉在圖1C和1D之前。

然後，活性氧化物或過氧化氫隨之氧化在場效電晶體表面9,10-二羥基蒽形成-9,10-蒽醌(圖1D)。所述氧化反應降低表面的電子密度，而還原劑，如N，N-二乙基羥胺(DEHA)，降低-9,10-蒽醌向-9,10-二羥基蒽以增加表面的電子密度。

通過氧化或還原而變化的表面的電子密度變化的測量電流。

上述微流體晶片被製造如下。

納米線場效電晶體製造：

檢測室，一個矽納米線場效電晶體陣列的核心是通過光刻法製造。場效電晶體的源極和漏極分別與由LOR5A(MICROCHEM)和S1805(希普利)的多層光致抗蝕劑結構限定。場效電晶體的源極和漏極電極之間的間隙為2微米。光致抗蝕劑的曝光和顯影后，圖案是由鈦/鈀/鈦(5/60/10納米，分別)的電子束蒸發金屬化。電極後，用60納米的Si3N4層，在80℃(ICP-PECVD，Axic公司)通過等離子體增強化學氣相沉積，和20納米的氧化鋁通過原子層沉積(ALD)製成的層(絕緣薩凡納200系統，劍橋納米技術)。

表面修飾：

矽納米線的場效電晶體陣列的製造後，所述晶片被化學修飾以(例如，在圖2所描繪的)進行細胞代謝物的檢測。

9,10-蒽醌-2-磺醯氯的製備：

9,10-蒽醌-2-磺酸鈉鹽的磺酸鹽基團被轉化為磺醯氯，用草醯氯和DMF在甲苯中，如在圖2的插圖描繪。

(5克，0.0158摩爾)和甲苯(150毫升)鈉蒽醌-2-磺酸的混合物置於0.25升圓底燒瓶，裝備有自動水分離器(斯達克榻水分離器)和冷凝器，並將混合物在回流下加熱2小時以乾燥所述反應混合物。此後，將混合物冷卻至60℃和草醯氯(6毫升)和DMF(2滴)加入。將所得混合物在回流下加熱8小時，然後蒸餾甲苯和草醯氯過量(30毫升)的混合物中。氯化鈉的沉澱通過過濾收集並在減壓下從濾液中除去溶劑。固體殘留物在真空乾燥過夜，得到蒽醌-2-磺醯氯(4.36克，90％產率)。

9,10-蒽醌官能化矽納米線場效電晶體的製備：

其製造之後，在矽納米線場效應電晶體陣列晶片用丙酮洗滌，異丙醇(IPA)，和去離子水(DIW)依次用氮氣乾燥。氧等離子體(100W，0.2乇)施加15分鐘。此後立即，晶片上覆蓋著約100微升(3-氨基丙基)-二甲基乙氧基矽烷(APDMES；SIA0603.0，Gelest公司)處理10分鐘。然後，將晶片在65℃下放置在熱板上2小時。在晶片表面此後用IPA再次洗滌，隨後用氮氣乾燥。

然後APDMES處理晶片放置在熱板上在115℃25分鐘，並且隨後浸沒在含有50毫克9,10-蒽醌-2-磺醯氯，將20毫升甲苯(201547，生物實驗Ltd。製造)和1毫升吡啶(270970，SIGMA)，在室溫下攪拌24小時以形成磺醯胺的9,10-蒽醌基團連接到矽納米線的改性表面。

表面特性：

用於表面改性9,10-蒽醌-2-磺醯氯元素組成用質譜法進行驗證，(自動特定化m250q，水域)利用下列參數：一個電子衝擊測量模式，在70eV的正離子，二氯甲烷為溶劑。

利用X射線光電子能譜(XPS)在9,10-蒽醌-2-磺醯氯處理的改性的場效電晶體單層表徵。

XPS測量在超高真空(2.5×10-10託基礎壓力)進行(多技術體系5600，PHI)。樣本用的AlKα照射單色源(1486.6電子伏特)和結果的電子被一個球形電容器分析器使用0.8mm的狹縫孔進行分析。

圖2A-C存在表面改性和氧化還原反應矽納米線場效電晶體的表徵期間在XPS測量得到的數據。圖2A提出修改之前的矽納米線XPS測量表面。圖2B給出以下使用APDMES，以便產生胺基的矽納米線的表面的矽烷化XPS測量。圖2C提出了9,10-蒽醌基團連接到胺改性表面的磺醯胺鍵的形成。在每個在每個修改步驟圖2A-2C，XPS譜和改性表面的碳原子的組合物(C)，氮(N)和硫(S)的介紹。

所獲得的XPS譜，並在圖2A-C的呈現的改性表面的原子組合物顯示出的碳(C)的各改性步驟後的增加，氮(N)和硫(S)。

圖2D展示了氧化-9,10-蒽醌修飾的矽納米線的表面的XPS代表性調查光譜(藍色曲線)，並減少9,10-二羥基蒽修飾的矽納米線的表面(紅色曲線)。的C＝O鍵的比例由C1s的曲線擬合計算。減少表面後，觀察C＝O鍵的下降率。

對於氧化還原過程中的表面化學推定樣本用1mM的過氧化氫進行了任一氧化，或由1％體積/體積的DEHA(N，N-二乙基羥胺)減少。由於樣本在測量過程中略微帶電，輸入在作為能源參考285伏特數學糾正，C1s的。所有測定均在25°的淺表起飛角度進行。

聚二甲基矽氧烷細胞培養室具有電磁驅動閥PDMS功能：

將PDMS(聚二甲基矽氧烷)培養與螺線管致動閥，如在圖1A和1B所示，對於細胞培養和多解控制隔室，使用軟光刻製造。的螺線管致動的PDMS閥製造根據赫姆等。實驗室晶片2009年，9(1)：79-86。此後閥門被納入PDMS培養室。

實施例2：

檢測

實驗方法：

一般實驗步驟；

數據採集系統是用來測量一個矽納米線場效應電晶體(IDS)的中的分析物溶液中的分析物的氧化過程中誘導的從活性氧化物或過氧化氫，表面電荷的電流或從還原劑，在分析物溶液減少的分析物中。

對細胞代謝物/活性的測定，細胞培養在晶片，即，在培養室體(參見，例如，圖1A)，而在測量期間將所述晶片在培養箱。樣本通過使用注射泵引入到檢測室20 1分鐘-1。

施加到漏極和源極(VDS)電壓為0.2伏，而檢測之前，從IDS-Vg特性確定電壓到柵極(VG)。

電流-時間信號以1秒的間隔記錄。

所有獲得的信號分別由於數據採集系統的預設扭轉。在測量期間，樣本的切換可能引入了一些噪音成電能讀數。每次測量後，分析物溶液用還原劑，1％體積/體積DEHA取代，以減少在場效電晶體表面(參見圖1D)，以達到對後續測量的電基地級。

過氧化氫檢測：

數據採集系統是用來測量由從過氧化氫表面電荷引起的矽納米線的場效電晶體(IS)的當前，對含有各種濃度過氧化氫的溶液。

乳酸、葡萄糖及丙酮酸檢測：

乳酸檢測，0.1單位/ml乳酸氧化酶；而在無酚紅培養基中加入(LOX L0638，SIGMA)以乳酸鹽轉化為丙酮酸和過氧化氫的乳酸到達場效電晶體陣列之前(如在圖1D示出)。

(；G2133，SIGMA GOX)的磷酸鹽緩衝生理鹽水中葡萄糖檢測同樣用40單位/ml的葡萄糖氧化酶來進行。

(POX；P4105，SIGMA)丙酮酸檢測，測量在磷酸鹽緩衝生理鹽水中以0.625單位/ml丙酮酸氧化酶進行的，21.90毫氯化鎂，1.06毫焦磷酸硫胺素，和0.27毫黃素腺嘌呤二核苷酸。

檢測可以在pH7.0的血清中加入培養介質中進行。

pH值檢測：

改性場效電晶體成pH檢測器的轉化通過使用還原劑添加的溶液來實現。補充培養基含有0.1％體積/體積DEHA降低改性場效電晶體表面之後，通過質子化或通過去質子化而變化表面質子密度顯性改變所測量的電流。根據觀察，加入0.1％體積/體積DEHA到培養基沒有引起pH的顯著變化。

統計分析：

在裝置中檢測特性的數據是正負標準差(SD)，作為標準差(SD)被視為研究納米線器件平均值的變化的指標。

結果

由9,10-二羥基蒽修飾的矽納米線的場效電晶體對應過氧化氫在血清中加入介質檢測圖3A-B呈現。

圖3A示出了在不同濃度的過氧化氫修飾後的場效電晶體的氧化動力學，並且在流動的還原劑相應減少的動力學。

所獲得的數據表明，沒有過氧化氫的添加劑血清添加培養基也引起可檢測信號。暗示地，從血清中加入培養基中的信號沒有H 2 O 2的添加劑，可能是由於在複雜的內容。因此，所述信號被認為是作為背景的信號。因此，從樣本獲取的信號是由背景信號減去以從過氧化氫得到真正的信號。

如圖3A所示，從9,10-二羥基蒽修飾的場效電晶體獲取的信號是濃度依賴性的，而不對應顯著檢測是使用一個APDMES改性的場效應電晶體中。

所獲得的數據進一步顯示，引入過氧化氫樣本到場效電晶體後約600秒，採集的信號的濃度依賴性為顯著，而不對應顯著檢測是使用APDMES改性的FET找到。這些發現首次確認9,10-二羥基蒽修飾的矽納米線場效電晶體的特定過氧化氫感應能力，並進一步表明，過氧化氫濃度可以在10分鐘之內進行區分。這些結果表明所述系統的監測代謝變化持續數個小時的時間跨度長的適用性。

所獲得的數據進一步表明，由流動的還原劑如1％體積/體積的DEHA，減小的場效電晶體表面的信號達到約300秒的基級，並因此表明，所述短的時間內，系統已準備好要用於後續檢測，並且所述氧化還原反應的場效電晶體生物檢測器具有良好的檢測可逆性。值得注意的是，一個溶液開關還原劑引起的電讀出一個跳轉還原劑之前到達場效電晶體陣列。

圖3A(圖示)進一步提出了表面化學鍵人口比較相關官能團來區分的氧化和還原修改後的單層分子的差異。如其中所示，減少表面的降低C＝O鍵的人口。參見圖2。

此外，過氧化氫感應應答測定濃度和pH的函數，並且所獲得的數據在圖3B中呈現。結果表明，檢測限制過氧化氫為100納莫耳，和對應檢測所覆蓋的過氧化氫生理濃度範圍。見，例如，拉齊等，高血壓雜誌1998，16(3)：291-303。

小分子代謝物的檢測：

小分子代謝物的檢測是由氧化酶的轉化代謝物為過氧化氫協助。

圖4A展示在含有血清培養基的乳酸濃度依賴性檢測特性。如其中所示，對於沒有乳酸鹽溶液，添加的液氧樣本的信號(從左邊的第一個紅色曲線)比其無乳酸氧化酶-對方(黑色曲線)高等。再次，在兩個信號之間的差異可能是由於在血清中加入介質的高複雜性。因此，兩個信號之間的差被定義為背景信號。

以獲得從乳酸鹽真正的信號，加乳酸氧化酶樣本讀數通過無乳酸氧化酶相應的樣本，即通過無乳酸氧化酶-空白介質的信號中減去的讀數中減去，因為沒有液氧乳酸鹽樣本不會引起任何氧化還原，以改變測電流。背景信號，進一步從獲取的乳酸鹽的信號中減去。一個相應的標準曲線示於圖4A的插圖。

所獲得的數據表明，該檢測限制在血清添加培養基乳酸為1微莫耳，且檢測範圍覆蓋乳酸的生理範圍。見，例如，Wacharasint等，2012，38(1)：4-10。

圖4B給出了在磷酸鹽緩衝生理鹽水中葡萄糖檢測的反應而獲得的資料。同樣為乳酸檢測，從葡萄糖採集信號，添加葡萄糖氧化酶樣本(紅色曲線)的讀數是10毫米含葡萄糖-無葡萄糖氧化酶的樣本(黑色曲線)的讀數減去，因為葡萄糖添加劑不含葡萄糖氧化酶沒有產生過氧化氫與氧化還原反應的場效電晶體檢測器反應。相應的標準曲線示於圖中。

所獲得的數據呈現，所述檢測限制在磷酸鹽緩衝生理鹽水中葡萄糖為10微莫耳，檢測範圍覆蓋葡萄糖的生理範圍。見於例如魯等人，(2009)，同上。

圖4C展示在磷酸鹽緩衝生理鹽水中丙酮酸的檢測反應。加丙酮酸氧化酶樣本的讀數在紅色，而一個無丙酮酸氧化酶-樣本的讀數是黑色。以獲得從丙酮酸真正的信號，加POX樣本的讀數首先通過無丙酮酸氧化酶對應樣本，即，由10毫莫耳的丙酮酸-包含自丙酮酸樣本無丙酮酸氧化酶樣本未經丙酮酸氧化酶處理不會引起任何的信號中減去的讀數減去氧化還原改變測量電流。

值得注意的是，在磷酸鹽緩衝生理鹽水中丙酮酸檢測發現沒有顯著背景信號，暗示背景感測信號是依賴於檢測介質的複雜性。

pH值檢測：

上文中描述的改性的場效電晶體被簡單地添加還原劑轉化成pH傳感器如在圖5A中，示意性地示出。補充培養基用DEHA降低改性單層到9,10-二羥基蒽和過氧化氫含量，表面質子密度通過質子化或通過去質子化而變化後顯性改變所測量的電流。

用於pH感測，0.1％體積/體積的DEHA中補充在傳感介質來減少場效電晶體的表面上的9,10-蒽醌單層同時獲得9,10-二羥基蒽(也參見圖1d)的和過氧化氫。因此，過氧化氫在一DEHA的培養基無顯著量改變的測量信號。其結果是，表面的質子密度，通過質子化或通過去質子化而變化，顯性改變所獲取的信號。

加入0.1％體積/體積DEHA到培養基沒有造成基於我們的觀察pH的顯著變化。

圖5B呈現在還原劑添加的培養基的pH依賴性傳感響應。如其中所示，pH值檢測靈敏度為0.2個pH單位，檢測能力覆蓋生理pH範圍內。

圖5C呈現在無還原劑介質和還原劑加中過氧化氫的對比檢測。如其中所示，在還原劑添加的培養基，過氧化氫濃度低於1毫米，這完全覆蓋在血液過氧化氫的正常生理水平[拉齊等，高血壓雜誌，1998，16(3)：291-303；Valko等，生物化學細胞詮釋，B2007，39(1)：44-84]，

沒有引起從無還原劑的培養基比較信號的顯著信號。換句話說，在還原劑添加的培養基中的傳感器在正常的生理濃度不敏感的過氧化氫。從而，通過使用還原劑補充的溶液，pH值感測9,10-二羥基蒽改性納米線場效電晶體的特異性被啟用。

實施例3：

監測細胞代謝

實驗方法：

細胞培養、投藥實驗和存活率分析：

人T淋巴細胞，Jurkat細胞(TIB-152，ATCC)中培養並在37℃潮溼的5％CO 2氣氛下培養。所使用的培養基是RPMI 1640培養基(52400，GIBCO)中，用10％胎牛血清(FBS；04-001-1A，生物工業)和1％青黴素/鏈黴素(15140，GIBCO)中。

在實驗過程中，將細胞重新懸浮在存在或不存在不含酚紅藥物的培養基(11835-063，GIBCO)，無論是甲氨蝶呤水合物(MTX；M8407，SIGMA)或2-脫氧-D-葡萄糖(2DG；D6134，SIGMA)，以1×106細胞/毫升的密度。

在培養箱，細胞樣本分配到檢測晶片的孔中(參見圖1A和1B)。

細胞存活率通過使用臺盼藍染色的細胞以血球計數器估計。

分離初級人類B細胞：

分別來自健康提供者和慢性淋巴白血病(CLL)提供者得到外周血(PB)細胞。

為分離低密度細胞，PB細胞用Ficoll-Paque淋巴細胞分離液(GE Healthcare)上分級分離。分離的細胞重懸浮在用於檢測酚紅無血清添加培養基。

用於分離B淋巴細胞(CD19+)，PB低密度細胞從患者樣本或PB從健康樣本使用按照製造商的說明B細胞純化試劑盒的微免疫磁珠(美天旎)分級分離，以及分級分離的B細胞立即分別用於感測。

感測被如上所述進行。

經分析，流式細胞儀分析確認正常或慢性淋巴細胞白血病分餾細胞超過93％是CD19+。

使用二氯二氫螢光測定細胞外活性氧化物/乳酸：

對照實驗中，用於與細胞的納米線感測比較，通過使用螢光二氯二氫(DCFH)中進行。原則上，DCFH由活性氧化物被氧化成螢光二氯(DCF)。

如在卡思卡特等人所述製備螢光二氯二氫。[分析生物化學期刊，1983，134(1)：111-116]。

Jurkat細胞在無酚紅的RPMI 1640培養基中培養，用10％FBS和1％青黴素/鏈黴素，以1×106活細胞/ml的密度。

測量之前，除去細胞，得到無細胞培養基。然後，用DCFH加入無細胞培養基樣本並以100微升每孔裝入96孔黑培養板的孔中。所述培養板並在從光被防止的室溫下培育10分鐘，然後用讀板器(I-200，Tecan公司)在525nm處測定螢光的DCF的隨後發射強度進行分析。

同樣使用DCFH估計乳酸代謝物濃度。主附加步驟為在37℃下細胞樣本的以0.004單位/毫升的乳酸氧化酶5分鐘培育，然後加入DCFH到樣本用於測量。為了從乳酸獲取信號，加乳酸氧化酶樣本的讀數被無乳酸氧化酶的讀數減去。

統計分析：

關於細胞代謝物的數據，呈現在平均值(SEM)正負標準偏差(SD)的標準誤差中。此外，雙尾雙兩樣本的t實驗被進行，以得到統計分析有關的細胞代謝數據。

結果：

使用T細胞株檢測：

活性氧化物(ROS)的形式作為氧正常代謝的自然副產物和具有如在多種生物過程的調控信號分子重要作用。作為一種信號分子，活性氧化物的一個重要特點是它在不同隔室之間的移動能力，例如穿過細胞膜。因此，不斷升高的細胞內活性氧化物將通過細胞膜擴散到細胞外空間作為一個指針來顯示代謝活動。

藥物處理的Jurkat細胞通過使用納米線生物檢測器進行24小時監測測量細胞外活性氧化物水平的代謝活性，所獲得的數據在圖6A-G呈現。

用於通過MTX處理的Jurkat細胞數據示於圖6A-6C和用於通過2DG處理的細胞都呈現在圖6D-6F。

所測定的活性氧化物水平通過活細胞的數量標準化。

相對細胞數，在圖6B和圖6E-6F呈現，是在t＝24小時細胞計數和初始細胞計數的比率。

結果表明，在t＝6小時內發現無論MTX治療和2DG處理Jurkat細胞活性氧化物水平的明顯減少了(參見圖6A和6D)。它可以通過抗氧化劑的作用來解釋降低過氧化氫水平[Valko等。(2007)和Wacharasint等。(2012)同上]。

結果進一步表明，24小時的處理，藥物處理的Jurkat細胞的活性氧化物水平顯著積累(參見圖6A和圖6D)，和細胞增殖率已經降低(參見，圖6B和6E)。

所獲得的數據可用於分析作用機制。它可能表明促氧化劑的表達可試圖減少活性氧化物水平之後被刺激。其結果，助氧化劑可誘導的氧化應激，或者通過產生活性氧化物或通過抑制抗氧化劑[Sablina等。納特醫學期刊，2005，11(12)：1306-1313]，從而抑制細胞增殖[洛佩斯·拉薩羅M.癌症信件期刊，2007，252(1)：1-8]。但應注意的是，從對照實驗數據(圖6A-6F的插圖示出)，通過使用DCFH如上所述得到的，在螢光光譜進行分析，是在與基於納米線生物傳感器檢測的觀察結果一致。

癌細胞通過糖酵解率高和較正常組織分泌更多乳酸產生能量，在被稱為「華伯格效應」的現象。因此，胞外乳酸因此是細胞代謝活動的重要指標。

2DG處理的Jurkat細胞的細胞外乳酸水平並在24小時後，得到的細胞增殖率之間的相關性進行了研究。所獲得的數據示於圖6F，呈現2DG處理的Jurkat細胞的細胞乳酸分泌降低，並且細胞有降低的增殖率。這與先前的研究得出的結論是死亡受體誘導的細胞凋亡相一致，通過使用2DG抑制糖酵解[radelli等。癌基因期刊，2010，29(11)：1641-1652]。

此外，進行藥物處理的Jurkat細胞的pH值檢測，並且得到數據在圖6C和6G呈現。如其中所示，所有培養細胞的pH值變成為隨著時間的推移，從而2DG處理的細胞的pH值比對照(參見圖6G)更低的，這可能是由於降低的乳酸分泌(如圖6F酸性)。因為乳酸具有3.9的pKa，它在生理pH下解離成乳酸陰離子和質子。因此，2DG處理的Jurkat細胞降低乳酸分泌對細胞外酸化比較於控制組的影響較小。

圖6H和6I分別呈現MTX處理的樣本和2GD處理的樣本的細胞生存力，證實了藥物的抗增殖活性。

使用人類初級B細胞檢測：

24小時監測慢性淋巴細胞白血病(CLL)細胞和正常B細胞的代謝水平和測定代謝意義。

首先通過活細胞將慢性淋巴細胞白血病細胞測定的代謝水平標準化，然後通過正常B細胞將所述代謝水平進一步標準化。所獲得的數據在圖7A呈現，並且表明活性氧化物水平和CLL細胞的乳酸水平更高於正常B細胞中。這些研究結果都符合先前的研究顯示，癌細胞比正常細胞產生較高水平的過氧化氫[Szatrowski和Nathan CF.癌症研究期刊，1991，51(3)：794-798；Zieba等。呼吸道藥物期刊，2000，94(8)：800-805]。

結果還證實癌細胞較正常組織分泌更多乳酸的假說。

該數據進一步暗示，氧化還原反應納米線傳感器將評估在治療過程中腫瘤細胞的代謝變化，實現個人化的藥品治療。

圖7A-7B呈現慢性淋巴細胞白血病(CLL)細胞和正常B細胞(圖7A)的代謝水平及其存活率(圖7B)。顯著地，活性氧化物水平和CLL細胞的乳酸水平遠高於正常B細胞。

下面的表1給出了CLL細胞的生物參數。

表1

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