恒电位器参考电极接口的制作方法
【专利说明】恒电位器参考电极接口
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月7日提交的美国临时申请N0.61/863，400的优先权，该临时申请由此通过引用整体并入本文中。
【背景技术】
[0002]在恒电位器系统上的参考电极对来自外部源的电气干扰高度敏感。当参考电极的大小减小时和/或当例如在医学诊断装置中期望最小化时，防止来自外部源的电气干扰特别重要。各种设计使用外部法拉第笼和/或屏蔽同轴电缆来降低对参考信号的干扰。因为参考电极具有非常高的阻抗，当屏蔽来自外部干扰的电信号时增加的电容具有减慢恒电位器系统和因而诊断装置的性能的副作用。因此，用于减少对电信号的外部影响并增加在恒电位器系统中的参考电极上的阻抗的替换的系统和方法可能对于诊断装置是有益的。
[0003]基于电子读数的生物标记物分析作为将使得能够实现具有适当的成本和对于医学诊断装置的灵敏度的新的一系列基于芯片的装置的有希望的方法(Drummond等人，Nat.B1technol.21:1192，Katz 等人，Electroanalysis 15: 913)已经长期被引用。电子读数的灵敏度原则上足以允许使用简单的仪器来直接检测少量被分析物分子。然而，尽管在这个领域以及朝向新诊断法进行工作的相关领域中的巨大的进步(Clack等人，Nat.B1technol.26:825，Geiss等人，Nat.B1technol.26:317，Hahm等人，Nano Lett.4:51, Munge等人，Anal.Chem.77:4662, Nicewamer-Pena等人，Science 294:137,Park等人，Science 295:1503, Sinensky等人，Nat.Nan0.2:653, Steemers等人，Nat.B1technol.18:91, Xiao等人，J Am.Chem.Soc.129:11896, Zhang等人，Nat.Nan0.1:214, Zhang等人，Anal.Chem.76:4093, Yi等人，B1sens.B1electron.20:1320，Ke等人，Science 319:180，Armani等人，Science 317:783)，当前复用芯片还没有实现在细胞和临床样本中的生物标记物的直接电子检测。已经限制这样的装置的实现的挑战主要源于在当复杂的生物样本被化验时存在的高背景噪声水平的存在的情况下得到非常低检测的限制的困难，和生成高度灵敏和特定的复用系统的挑战。因此，改进这样的检测装置的信噪比的系统、方法和装置是期望的。
【发明内容】
[0004]本文公开的是用于屏蔽电信号而基本上不使系统速度退化或基本上不增加系统的体积的系统、装置和方法。在一个方面中，用于在传输线上传输信号的方法包括将第一信号施加到导体，将第二信号施加到基本上围绕导体的屏蔽物，阻塞对第一信号的电干扰，以及增加由耦合到导体的电极看到的有效阻抗，同时降低电容性负载的效应。在特定实现中，第二信号是第一信号的缓冲和补偿版本。可使用补偿电路通过测量在导体上的第一信号、放大第一信号、从第一信号移除至少一个高频分量并使第一信号相移来创建第二信号。在特定实现中，该方法包括基本上减小或消除在导体和屏蔽物之间的电位差。在特定实现中，第二信号由低阻抗源施加。
[0005]在另一个方面中，提供了用于使用护理点诊断装置来检测样本中的目标的方法，其中诊断装置包括恒电位器，其为在恒电位器中的一个或多个参考电极提供有源屏蔽。在特定实现中，信号路径包括在恒电位器中的参考电极。在一些实现中，信号路径包括高阻抗换能器接口。在特定实现中，装置使用本文公开的方法(及其变体)。
[0006]在又另一方面中，提供信号传输系统，信号传输系统包括:传输线，所述传输线包括导体和基本上围绕导体的屏蔽物;耦合在导体和屏蔽物之间的第一和第二补偿电路；以及耦合在第一和第二补偿电路之间的单位增益缓冲器。在一些实现中，传输系统包括耦合到导体的电极。在特定实现中，第一补偿电路包括能够从第一信号移除在高频处的增益的第一电容器和第一电阻器。在一些实现中，第二补偿电路包括能够使第一信号相移的第二电容器和第二电阻器。在特定实现中，传输线是同轴电缆。在特定实现中，屏蔽物包括编织圆柱体。在特定实现中，屏蔽物包括法拉第笼。在一些实现中，提供包括恒电位器的护理点诊断装置，所述恒电位器包括上面所述的信号传输系统，从而为恒电位器中的一个或多个参考电极提供有源屏蔽。
【附图说明】
[0007]在考虑结合所附附图理解的下面的详细描述时，前述和其它目的和优点将是明显的，其中相似的附图标记始终指的是相似的部件，且其中:
图1描绘例证性3电极恒电位器系统的方框图；
图2描绘例证性传输线系统的方框图；
图3描绘例证性补偿电路的电路图；
图4描绘用于接收、准备和分析生物样本的例证性药筒系统；
图5描绘分析检测系统的例证性药筒；
图6描绘例证性自动测试系统；
图7描绘在没有有源屏蔽的情况下测量的电压-电流曲线；
图8描绘在有有源屏蔽的情况下测量的电压-电流曲线；
图9描绘代表性电催化检测信号；
图10描绘具有病原体传感器和寄主传感器的分析室；
图11描绘具有病原体传感器和寄主传感器的分析室；以及图12描绘分析室的附加实施例。
【具体实施方式】
[0008]为了提供对本文所述的系统、装置和方法的全面理解，将描述特定例证性实施例。应理解，虽然被示出用于在用于细菌疾病例如衣原体的诊断系统中使用，本文公开的系统、装置和方法可被应用在其它应用中，所述其它应用包括但不限于其它细菌、病毒、真菌、朊病毒、植物物质、动物物质、蛋白质、RNA序列、DNA序列的检测以及癌筛选和遗传测试，包括对于遗传特性和遗传病的筛选。
[0009]图1描绘3电极恒电位器系统100的方框图。可例如在诊断装置中使用恒电位器系统100。恒电位器系统包括耦合到在辅助电极104和工作电极106之间的电压源102以及耦合在参考电极110和工作电极106之间的控制电路108。在操作期间，恒电位器系统可起作用来通过调整在辅助电极104处的受控电压源102而相对于参考电极110将工作电极106的电位维持预先确定电平处。连接到参考电极110(用图1中的虚线框114突出)的传输线112携带参考信号，并可被屏蔽以防止通过外部影响来对参考信号的干扰。例如，传输线112可包括具有基本上由外部屏蔽物围绕的内部导体的同轴电缆。在一些实施例中，外部屏蔽物可以是编织的或可包括法拉第笼。外部屏蔽物可用于阻塞对在同轴电缆的内部导体上携带的参考信号的干扰。在常规设计中，外部屏蔽物可被接地。然而，当外部屏蔽物被接地时，在外部屏蔽物和内部导体之间创建的电容装载参考电极输出，并可减慢由诊断装置进行的检测。
[0010]在本公开中，可通过禁止在内部导体和外部屏蔽物之间的电容被充电或放电来防止诊断系统的减慢。参考信号的适当缓冲和补偿的版本被施加到外部屏蔽物而不是将外部屏蔽物连接到地电位。作为结果，基本上没有电位差存在于内部导体上的参考信号和外部屏蔽物之间。此外，使在外部屏蔽物上的阻抗非常低，使得外部影响耦合到外部屏蔽物且不使它们行进到内部导体。减小在外部屏蔽物和内部导体之间的电位差可增加在参考电极上的有效阻抗并改进相关联的诊断装置的性能。
[0011]图2描绘传输线系统200的方框图。图2的传输线系统200包括传输线202。传输线202可以是由图1中的虚线框114突出的相同传输线112。传输线202包括导体和屏蔽物212。屏蔽物212基本上围绕导体210。图2的传输线系统200还包括第一补偿电路204、单位增益缓冲器206和耦合在导体210和屏蔽物212之间的第二补偿电路208。在特定实施例中，图2的传输线系统200可包括耦合在“输出到仪器的信号”节点和第一补偿电路204之间的高Z缓冲器(未示出)。为了提供从导体210到外部屏蔽物212的参考信号的适当缓冲和补偿的版本，来自导体210的参考信号被测量。信号然后通过高Z缓冲器(未在图2中示出)。作为例子，高Z缓冲器可包括如在图3中被示为U204的一批电路部件。其次，第一补偿电路204移除信号的高频分量。这由于在外部屏蔽物212和内部导体210之间的耦合而防止电路振荡。单位增益缓冲器206放大信号，且第二补偿电路208使信号的相位移动。使信号相移提供在