Датчик ионов для текучей среды и способ его изготовления

ДАТЧИК ИОНОВ ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ В изобретении описывается способ измерения концентрации одного типа заряженных частиц в пробе, в которой имеется несколько типов заряженных частиц и по меньшей мере один нерастворимый компонент. Предлагаемый в изобретении способ содержит следующие стадии: обеспечение пробы на поверхности частично проницаемого слоя (30); обеспечение прохождения компонентов пробы сквозь частично проницаемый слой (30) в канал (12); разделение компонентов по зонам, так чтобы каждая зона содержала, по существу, один тип из нескольких типов заряженных частиц, и определение концентрации зарядов по меньшей мере в одной зоне. Стал Стивен, Флорис Ян, Ван Ден Берг Альберт (NL) Дементьев В.Н. (RU) 017597 Область техники Изобретение относится к датчикам заряженных частиц в пробах для анализов в биологии, химии,промышленности или экологии. Более конкретно, изобретение относится к способам и к датчикам для измерения концентраций заряженных частиц, в частности концентраций ионов, например концентраций ионов лития, в пробах, таких как пробы крови. Изобретение также относится к способам изготовления таких датчиков. Предпосылки для создания изобретения Ионы неорганических соединений играют важную роль для живых организмов, и такие ионы находятся в больших количествах в питьевой воде, крови и каждой клетке организма, а также в окружающей среде. Например, концентрация многих ионов, таких как ионы натрия, калия, магния и кальция внутри и снаружи клеток весьма существенна для живых организмов. Соответственно, концентрация ионов в крови и в клетках крови животных и человека также имеет большое значение для многих функций организма. Обычно литий - это микроэлемент, присутствующий в плазме крови, однако он используется в качестве лекарственного средства для лечения некоторых видов душевных расстройств, таких как биполярные аффективные расстройства. По некоторым оценкам в мире более миллиона человек ежедневно принимают литий. Недостатком использования лития является очень низкий терапевтический индекс, то есть, отношение токсичной концентрации к терапевтической концентрации. Большинство пациентов хорошо реагируют на концентрации лития в плазме крови, составляющие 0,4-1,2 ммоль/л, в то время как токсическое воздействие может происходить при концентрации лития порядка 1,6 ммоль/л. Продолжительное действие высокого уровня лития в крови может приводить к устойчивым расстройствам нервной системы и даже к смерти. Поэтому контроль концентрации лития в процессе лечения особенно важен,причем необходимо проводить регулярные проверки раз в два месяца для поддержания содержания лития на нужном уровне. Для исключения большого объема работы оператора обычно используются ионоизбирательные электроды, обеспечивающие измерения параметров крови в автоматическом режиме. Такие электроды имеют высокое быстродействие и широкий динамический диапазон, однако их выходная характеристика имеет логарифмический характер, и получение высокой избирательности для лития может представлять проблемы. Кроме того, в случае отравления литием необходимо быстро проводить анализ крови. При современной методике специально обученный персонал берет пробы венозной крови у пациентов, и эти пробы передаются в центральную лабораторию для проведения измерений, причем предварительно из проб должны быть удалены клетки крови. Такая процедура может занимать до 45 мин. Для минимизации временных затрат и обеспечения проведения измерений на месте были разработаны миниатюрные приборы, носимые анализаторы, в которых используются ионочувствительные полевые транзисторы, позволяющие определять концентрацию калия и натрия в цельной крови. Однако такие анализаторы не используются для определения концентрации лития из-за высоких фоновых концентраций других заряженных частиц, в частности ионов натрия, по сравнению с гораздо меньшими концентрациями ионов лития. Прямое измерение содержания лития в цельной крови и определение неорганических катионов в плазме крови описано и проиллюстрировано примерами в публикациях "Электрофорез", Е. Vrouwe и др.,2004, 25, 1660-1667 и 2005, 26, 3032-3042. Содержание щелочных металлов определялось в капле цельной крови с использованием капиллярного электрофореза с заданными пробами крови и применением принципов соединения колонок. Кровь, отбираемая из пальца пациента, переносилась на чип без выделения или удаления компонентов. Концентрация лития может быть определена в плазме крови, взятой у пациента, проходящего лечение литием, без предварительной обработки пробы. Используя микрочип с измерением проводимости, получали для лития чувствительность порядка 0,1 ммоль/л в матрице, содержащей 140 ммоль/л натрия. В вышеуказанных документах указывается, что компоненты пробы крови разделяются с использованием электрофореза внутри микроканала. При этом используется двойная тройниковая схема ввода пробы для селекции интересующих ионов и направления их к измерительным электродам. В этих системах величина пробы должна быть точно определенной для обеспечения точного разделения компонентов плазмы крови в двойной тройниковой схеме. Кроме того, такие устройства сложны в применении и не очень подходят для оперативного проведения анализов Краткое описание изобретения В изобретении предлагается способ измерения концентрации одного типа заряженных частиц в пробе, в которой имеется несколько типов заряженных частиц и по меньшей мере один нерастворимый компонент, причем способ содержит обеспечение пробы на поверхности частично проницаемого слоя; обеспечение прохождения компонентов пробы сквозь частично проницаемый слой в канал; разделение компонентов по зонам, так чтобы каждая зона содержала в основном один из нескольких типов заряженных частиц, и определение концентрации зарядов по меньшей мере в одной зоне. Таким образом, в изобретении предлагается способ разделения пробы, в частности биологической пробы, например, плазмы крови, по зонам, каждая из которых содержит по существу один тип заряжен-1 017597 ных частиц или одну группу типов заряженных частиц, и последующее определение концентрации заряженных частиц в каждой такой зоне. В изобретении также предлагается устройство для измерения концентрации одного типа заряженных частиц в пробе, в которой имеется несколько типов заряженных частиц и по меньшей мере один нерастворимый компонент, причем устройство содержит по меньшей мере один канал по меньшей мере с одним отверстием, частично проницаемый слой, закрывающий указанное по меньшей мере одно отверстие, по меньшей мере два электрода электрофореза, размещенных вдоль указанного по меньшей мере одного канала с каждой стороны отверстия, и по меньшей мере один датчик для измерения по меньшей мере одного типа заряженных частиц в указанном по меньшей мере одном канале. Способ и устройство особенно подходят для измерения концентрации ионов в биологических пробах, например, в пробах плазмы крови. Могут быть измерены такие ионы, как, например ионы калия,натрия, кальция, магния и т.п. В одном из вариантов применения изобретения проба может также содержать литий. В этом случае предпочтительно измеряется концентрация ионов лития, однако и любые другие ионы могут присутствовать в пробе. Изобретение в равной степени может применяться в отношении других заряженных частиц, таких как липиды, ДНК и другие полиэлектролиты или полимеры, несущие электрические заряды. Концентрацию одного типа заряженных частиц можно определять относительно концентрации другого типа заряженных частиц. Первым типом заряженных частиц могут быть ионы лития, а вторым типом заряженных частиц могут быть ионы натрия, и в этом случае можно определить отношение между ионами лития и натрия. Указанный по меньшей мере один канал может быть снабжен одним отверстием, закрытым слоем частично проницаемого материала. При использовании одного отверстия для введения пробы может быть предотвращено возникновение электроосмотического или гидродинамического давления и какоголибо гидродинамического потока внутри канала. При этом основным или единственным транспортным механизмом является диффузия. В одном из вариантов осуществления изобретения указанный по меньшей мере один канал может быть снабжен двумя отверстиями в герметизированной системе каналов. Введение пробы за счет гидродинамического давления осуществляется в форме конвективного потока от одного отверстия к другому. В этом конкретном варианте пробу помещают только на одном из двух отверстий. Частично проницаемый слой может быть мембраной, отделяющей пробу от канала. Мембрана может быть проницаемой для ионов или других заряженных частиц, в то время как она может быть непроницаемой для компонентов, имеющих большие размеры. В частности мембрана может быть непроницаема для нерастворимого компонента. Мембрана также может быть проницаемой для газов и непроницаемой для жидкостей. Частично проницаемый слой может быть отдельным слоем, помещенным в верхней или в нижней части по меньшей мере одного отверстия в первом слое покрытия. Для размещения мембраны на первом слое покрытия может использоваться держатель мембраны. Держатель мембраны может быть прикреплен, например приклеен к первому слою покрытия, или же может быть сформирован непосредственно в первом слое покрытия. Проницаемый слой также может быть участком первого слоя покрытия, которому приданы свойства частичной проницаемости. Проницаемый слой может содержать по меньшей мере один участок поверхности с гидрофильными свойствами. Кроме того, проницаемый слой или первый слой покрытия может содержать по меньшей мере один участок поверхности с гидрофобными свойствами. Проницаемый слой может также содержать один или несколько проходов в канал. Таким образом,проба может находиться в непосредственном контакте с раствором внутри канала. Проба также содержит по меньшей мере один нерастворимый компонент, то есть, в случае биологической пробы, такой как кровь, эритроциты, лейкоциты, тромбоциты и другие аналогичные компоненты, которые обычно присутствуют в крови. Таким образом, использование настоящего изобретения позволяет определять концентрацию ионов в цельной крови без предварительной фильтрации или обработки, в результате чего исключается необходимость в какой-либо предварительной лабораторной обработке пробы. Поэтому изобретение особенно полезно для применения в системах, которыми управляет пациент и которые не требуют участия специально подготовленного персонала. Указанный по меньшей мере один датчик содержит одну или несколько пар электродов проводимости для определения концентрации ионов по меньшей мере в одной зоне, содержащей в основном один из нескольких типов заряженных частиц. Например, первая пара электродов проводимости может быть размещена в канале или возле него на некотором расстоянии от указанного по меньшей мере одного отверстия для измерения концентрации заряженных частиц первой полярности. Вторая пара электродов проводимости может быть размещена на противоположном конце канала для определения концентрации второго типа заряженных частиц противоположной полярности. В изобретении также предлагается способ изготовления устройства для измерения заряженных частиц в пробе, содержащий обеспечение основного субстрата; формирование канала в основном субстрате; размещение первого слоя покрытия на основном субстрате так, чтобы первый слой покрытия закрывал канал, причем первый слой покрытия содержит по меньшей мере одно отверстие, обеспечивающее дос-2 017597 туп в канал; и размещение частично проницаемого слоя на указанном по меньшей мере одном отверстии. В этом способе изготовления устройства частично проницаемый слой может быть размещен на указанном по меньшей одном отверстии перед размещением первого слоя покрытия на основном субстрате,одновременно или после указанного размещения. Перед использованием устройства канал может быть заполнен электролитом. В одном из вариантов осуществления изобретения заполнение канала осуществляют путем откачивания воздуха, в результате чего происходит всасывание электролита внутрь канала. Электролит также может быть введен в канал перед установкой на канале второго слоя покрытия. Краткое описание чертежей Изобретение можно лучше понять из рассмотренных в нижеприведенном описании предпочтительных вариантов его осуществления, не ограничивающих объем изобретения, со ссылками на фигуры, на которых показано: фиг. 1a-1d - вид сверху основных компонентов предлагаемого в изобретении устройства; фиг. 1 е -вид сбоку компонентов, показанных на фиг. 1a-1d, в составе предлагаемого в изобретении устройства; фиг. 2 - более подробный вид части фиг. 1 е; фиг. 3a-3f - увеличенные и подробные виды (как на фиг. 2), иллюстрирующие основные стадии ввода в микроканал пробы, для которой должны быть выполнены измерения; фиг. 4 а-4b - виды сверху и сбоку, соответственно, предлагаемого в изобретении устройства; фиг. 4c-4d - виды конструкций электродов для измерения проводимости, как бесконтактных (фиг. 4 с), так и контактных (фиг. 4 с и 4d); фиг. 4 е - виды двух возможных сигналов измерения фона для двух разных температур измерения; фиг. 5 а-5b - виды альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения; фиг. 5 с - примеры соответствующих сигналов измерения; фиг. 6 а - вид другого варианта устройства с каналом, имеющим в целом U-образную форму; фиг. 6b - вид еще одного варианта устройства с двумя отверстиями в одном канале; фиг. 7 - вид еще одного варианта осуществления изобретения с держателем мембраны; фиг. 8 а-8b - виды варианта осуществления изобретения с дополнительным электродом; фиг. 9a-9d - виды, на которых иллюстрируется предлагаемый в изобретении способ, в котором жидкость вводится в канал с помощью разрежения; фиг. 10 - вид еще одного варианта осуществления изобретения, в котором жидкость вводится в канал с использованием второго отверстия в канале. На всех фигурах одинаковые ссылочные номера указывают одни и те же или аналогичные элементы. Подробное описание изобретения На фиг. 1a-1d приведены виды сверху компонентов предлагаемого в изобретении устройства. Устройство содержит основной субстрат 10, в котором сформирован канал 12, как показано на фиг. 1 а. Основной субстрат 10 может быть изготовлен из стекла или из пластмассы. Может быть использован любой другой материал, в котором может быть выполнен канал 12. В случае использования стекла в качестве материала для основного субстрата 10 канал 12 протравливается между первым резервуаром 14 и вторым резервуаром 16, и боковые стороны канала 12 покрывают полимером. Размеры канала 12 могут быть менее 1 см в ширину и менее 100 мк в глубину. Размеры первого резервуара 14 и второго резервуара 16 могут значительно превышать ширину канала 12 (например, от 100 мк до 1 см), и могут иметь практически такую же глубину. Канал 12, первый резервуар 14 и второй резервуар 16 могут быть заполнены электролитом перед использованием устройства. Этого можно достичь путем откачивания воздуха из канала 12, первого резервуара 14 и второго резервуара 16, и затем электролит будет засасываться в канал и резервуары. Первый резервуар 14 и второй резервуар 16 могут использоваться, например, для выравнивания разницы давлений для обеспечения постоянного заполнения электролитом канала 12. Канал 12 также может представлять собой несколько микроканалов шириной от 1 до 500 нм. Малый размер микроканалов способствует подавлению гидродинамического и электроосмотического давления внутри канала 12. Устройство также содержит первый слой 20 (см. фиг. 1b), покрывающий основной субстрат 10 при использовании устройства и закрывающий канал 12 для предотвращения испарения или вытекания из него какой-либо текучей среды, такой как электролит и материал пробы, находящиеся внутри канала 12. Первый слой 20 может быть изготовлен, например, из стекла, из полипропиленовой пленки или из гидрофобной мембраны, например, поставляемой компанией Pall Corporation под названием Supor Membrane Disk Fillers (гидрофильный полиэфир-сульфон) или Millipore Durapor (поливинилиден - PVDE), и может иметь толщину, не превышающую 1 мм, в частности не более 1 мк. Первый слой 20 является непроницаемым. В первом слое 20 обеспечивается первое отверстие 22, выполненное в верхней части канала 12, для обеспечения поступления пробы внутрь канала 12. Отверстие 22 может быть круглым, но может использоваться и любая другая форма, подходящая для ввода жидкости в канал.-3 017597 Кроме того, в соответствии с изобретением обеспечивается мембрана 30, показанная на фиг. 3 с. В рассматриваемом примере мембрана 30 при использовании устройства располагается сверху или ниже отверстия 22 в первом слое 20. Мембрана 20 может быть изготовлена из проницаемого гидрофильного и/или биологически совместимого полимера толщиной от 1 до 100 мк, например, из полупроницаемой нитроцеллюлозы. Мембрана 30 может быть установлена на канале 12 перед размещением первого слоя 20. То есть, мембрана 30 может быть также установлена между первым слоем 20 и основным субстратом 10. Мембрана 30 также может быть интегрирована в первый слой 20. В любом случае мембрана 30 обладает гидрофильными свойствами и может быть изготовлена, например, из нитроцеллюлозы. Размеры и свойства мембраны 30 могут быть такими, чтобы для обеспечивалась диффузия частиц или передача определенного объема пробы со стороны пробы внутрь канала 12 для того, чтобы можно было выполнить сопоставимые измерения. В одном из вариантов осуществления изобретения мембрана 30 проницаема для плазмы крови и ее компонентов в пробе, но не пропускает большие по размерам нерастворимые компоненты, такие как,например, клеточный материал в пробе и т.п. В этом случае клеточный материал, например эритроциты,лейкоциты, тромбоциты и аналогичные компоненты отфильтровываются, и только плазма крови проходит в канал 12 для последующего анализа. Могут отфильтровываться также и другие компоненты. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения мембрана 30 проницаема для заряженных частиц в плазме крови, и первое отверстие 22, закрытое мембраной 30, является единственным отверстием в канале. Отверстие 22 может быть также единственным отверстием, обеспечивающим конвективный поток внутрь канала 12. Таким образом, конвективный поток подавляется, и предотвращается поступление в канал, по меньшей мере, плазмы крови и других видов клеточного материала, и только заряженные частицы, в частности ионы, диффундируют в канал 12 для последующего анализа. Еще в одном варианте осуществления изобретения мембрана 30 и первый слой 20 могут быть изготовлены на одной стадии, причем первый слой 20 представляет собой пленку полимера, которая устроена таким образом, чтобы действовать в некоторой зоне в качестве мембраны, или первый слой 20 представляет собой пленку полимера, которая целиком является мембраной, в которой изменяются свойства гидрофобности. В последнем случае гидрофобность пленки изменяется таким образом, чтобы пленка была гидрофильной в том месте, в котором должна вводиться проба. В первом слое 20 может быть выполнено более одного отверстия 22 доступа. Такое решение может быть полезным, например, для обеспечения поступления пробы в канал 12 в нескольких точках ввода. В этом случае можно выполнять несколько измерений и усреднять полученные результаты. Еще одно достоинство использования нескольких отверстий 22 доступа заключается в том, что в этом случае возникает конвективный поток от одного отверстия в направлении другого отверстия, то есть, обеспечивается альтернативный механизм транспортировки через отверстие 22 в канал 12. Кроме того, поверхность мембраны 30 может быть снабжена микроиглами, прокалывающими кожу для более удобного получения пробы крови. Далее мембрана 30 сама может быть снабжена отверстиями для обеспечения, изменения или повышения ее пористости. Первый слой 20 и полупроницаемая мембрана 30 покрываются второй полимерной пленкой 40, показанной на фиг. 1d, для защиты первого слоя 20 и полупроницаемой мембраны 30 от загрязнения так,чтобы они оставались стерильными и/или чистыми перед использованием устройства, и для предотвращения вытекания жидкости из канала 12. Если полупроницаемая мембрана 30 снабжена микроиглами, то они также будут защищаются второй полимерной пленкой 40. Вторая полимерная пленка 40 может быть изготовлена, например, из полипропилена. Вторая полимерная пленка 40 может быть снята непосредственно перед использованием устройства, и проба крови, то есть, капелька цельной крови может быть помещена на верхней части полупроницаемой мембраны 30. Вторая полимерная пленка 40 может иметь свободный конец, так что она может быть легко захвачена для удаления перед использованием устройства 2. На фиг. 1 е показан вид сбоку компонентов, показанных на фиг. 1a - 1d в составе предлагаемого в изобретении устройства 2. Первый слой 20 помещен на верхней части основного субстрата 10 и, таким образом, закрывает верхнюю сторону канала 12. Первый слой 20 снабжен отверстием 22, устроенным сверху канала 12. Отверстие 22 закрыто мембраной 30. В варианте, показанном на фиг. 1d, устройство 2 покрыто вторым полимерным слоем 40, закрывающим всю или часть поверхности устройства 2 и обеспечивающим его защиту от повреждения, пыли, испарения и т.д. Первый слой 20 может также содержать гидрофобные газопроницаемые мембраны. Назначением гидрофобной газопроницаемой мембраны является предотвращение возникновения в канале 12 избыточного давления, как это будет объяснено ниже. Гидрофобная газопроницаемая мембрана может быть размещена отдельно, но может быть также интегрирована в первый слой 20. На фиг. 2 показана более подробно часть устройства, выделенная окружностью на фиг. 1 е. Мембрана 30 помещена сверху отверстия 22 в первом слое 20. Первый слой 20 покрывает канал 12 в основном субстрате 10, оставляя доступ в канал 12 через отверстие 22. Таким образом, при использовании устройства отверстие 22 закрывается мембраной 30, и в канал 12 могут попасть только те компоненты, которые могут диффундировать или проходить иным образом через мембрану 30. Для защиты от загрязнения и-4 017597 для предотвращения нежелательного доступа к мембране 30 она закрывается второй полимерной пленкой 40. Мембрана может быть приклеена или иным образом закреплена на первом слое 20, или же под ним, или в нем. Мембрана 30 может быть установлена в держателе, который вводится в отверстие 22 первого слоя 20. Пример такого держателя рассмотрен ниже со ссылками на фиг. 7. Канал 12 может быть покрыт полимерами для подавления электроосмотического потока, как это известно специалистам в данной области техники. На фиг. 3 а-3f приведены увеличенные и подробные виды (как на фиг. 2), иллюстрирующие основные стадии поступления в канал 12 пробы, для которой должны быть выполнены измерения. На фигуре 3 а показан подробный вид части устройства 2, показанной на фиг. 2, причем канал 12,отверстие 22 и мембрана 30 заполнены фоновым раствором (показан на фигурах серым цветом). Для целей измерения лития в качестве фонового раствора может использоваться раствор фонового электролита,содержащий, например, 50 ммоль/л 2-(N-морфолино)этансульфокислоты и 50 ммоль/л гистидина при уровне рН, равном 6,1. Для регулирования осмотической эффективности фонового раствора может добавляться глюкоза, например, в количестве порядка 200 ммоль/л. Могут использоваться и другие фоновые растворы в зависимости от типа заряженных частиц, то есть, ионов, которые должны быть измерены. Вторая полимерная пленка 40 защищает устройство 2 и раствор и предотвращает загрязнение раствора перед использованием устройства. На фиг. 3 а иллюстрируется форма устройства 2, в которой оно может поставляться пользователю. На фиг. 3b показано удаление второй полимерной пленки 40 перед использованием устройства 2. Вторая полимерная пленка 40 служит защитным слоем для защиты мембраны 30 и первого полимерного слоя 20 при транспортировке и хранении устройства 2. Как можно видеть на фиг. 3b, вторая полимерная пленка 40 снимается с устройства 2 для обеспечения доступа материала пробы к мембране 30. Вторая полимерная пленка 40 снабжена механизмом быстрого снятия, таким как язычок, который можно захватывать пальцами, для облегчения удаления по меньшей мере части второй полимерной пленки 40. Перед помещением пробы на мембрану, как это показано на фиг. 3 с, могут быть измерены параметры устройства, такие как проводимость электролита или температура, для целей калибровки или проверки системы. Измерение проводимости чистого электролита также может выполняться в рамках проверки системы, то есть, проверки того, что электролит присутствует в каналах, и что измерительная система работает правильно. Целесообразно выполнять промывку канала 12 с использованием электрокинетических процессов перед проведением измерений. Это позволяет очистить канал 12 от первых диффундировавших в него частей пробы. Измерение проводимости может использоваться для измерений температуры. Измерение проводимости также может использоваться в качестве внутреннего контроля работоспособности устройства 2. Он может быть реализован с другим способом измерения температуры, осуществляемым внутри или снаружи устройства 2. Внутри или вокруг канала 12 (или вокруг устройства 2) могут быть размещены нагревательные элементы для изменения температуры жидкости в канале 12. Изменение проводимости в зависимости от температуры может использоваться для целей контроля или калибровки. На фиг. 3 с проба 50, то есть необработанная проба цельной крови, помещена на верхней поверхности мембраны 30. Мембрана 30 обладает свойствами гидрофильности и проницаемости для жидкостей. Таким образом, проба 50 будет поглощаться мембраной 30 и проходить сквозь нее, как показано на фиг. 3d, в то время как клеточный материал, такой как эритроциты, лейкоциты и т.п. будет отфильтровываться. Это необходимо, поскольку клеточный материал, проникающий внутрь канала 12, может изменять в нем концентрацию. Размер пор мембраны 30 также может регулироваться таким образом, чтобы обеспечивалась фильтрация, например,липидов или других более крупных объектов, чтобы только электролиты проходили внутрь канала 12. Фильтруемая проба 50, диффундирующая через мембрану 30, будет вступать в контакт с первым слоем 20 и входить в отверстие 22. Как показано на фиг. 3d и 3 е, фильтруемая проба 50 диффундирует через отверстие 22 в канал 12 основного субстрата 10. Количество фильтруемой пробы 50, проходящей в канал 12, определяется размером отверстия 22, характеристиками мембраны 30, характеристиками пробы 50, а также электролита,присутствующего в канале 12. На фиг. 3f показано, как часть отфильтрованной пробы 50, которая поступила в канал путем диффузии, с помощью электрофореза разделяется в канале 12, когда вдоль него создается электрическое поле. Это поле будет разделять все заряженные частицы в профильтрованной пробе и перемещать их в направлении резервуаров 14 и 16, находящихся на концах канала 12. Электроды, создающие электрическое поле вдоль канала 12, могут быть встроены или введены в первый и второй резервуары, 14 и 16, соответственно. Также возможен вариант, в котором вдоль канала 12 размещено несколько электродов для создания сверхсильных полей, причем электроды располагают в тех зонах, в которых необходимо разделение ионов, путем переключения электрического поля от одной зоны к другой. Как уже указывалось, газопроницаемые гидрофобные мембраны используются в устройстве для предотвращения возникновения избыточного давления газа. Это избыточное давление может возникать возле электродов как следствие электролиза.-5 017597 Измерения могут выполняться неоднократно. На фиг. 4 а и 4b представлены виды сверху и сбоку, соответственно, варианта предлагаемого в изобретении устройства 2, в котором первый резервуар 14 содержит первый электрод 64 электрофореза, и второй резервуар 16 содержит второй электрод 66 электрофореза. При приложении электрического напряжения к электродам 64, 66 электрофореза заряженные частицы внутри канала 12 могут быть разделены или перемещены по каналу 12. Электроды 64, 66 электрофореза могут быть изготовлены из любого электропроводного материала. В целях изобретения могут использоваться, например, титановые электроды с хромовым покрытием или электроды, состоящие из серебра и хлорида серебра. Электроды 64, 66 электрофореза могут быть интегрированы в основной субстрат 10 или же могут быть установлены иным образом в резервуарах 14 и 16 или в любом месте канала 12. В альтернативном варианте электроды 64, 66 электрофореза и/или электроды 72, 74 проводимости могут быть размещены в измерительном приборе, на котором может быть установлено устройство 2 для выполнения измерений. Кроме двухэлектродной схемы, в которой используются электроды 72, 74, могут использоваться схемы, состоящие из нескольких электродов. Напряжение на электроды 64, 66 электрофореза может быть подано от источника питания или от любых иных средств, известных в технике. На фиг. 4 с представлен увеличенный вид сверху зоны, выделенной окружностью на фиг. 4 а, и на фиг. 4d представлен увеличенный вид сбоку той же самой зоны, выделенной окружностью на фиг. 4b. В этой зоне установлены два электрода 72 и 74 проводимости в непосредственной близости от канала 12 или внутри него для измерения проводимости текучей среды в канале 12 в месте расположения электродов 72, 74. Электроды 72 и 74 измерения проводимости могут быть интегрированы в основной субстрат 10 и по меньшей мере частично выступают в канал 12. Как показано на фиг. 4d, электроды проводимости 72, 74 могут быть размещены в нижней части канала 12, но возможны также и другие места их размещения относительно канала 12. Электроды 72, 74 проводимости могут быть подсоединены к прибору измерения проводимости, известному в технике. В одном из вариантов осуществления изобретения используются две пары электродов 72 и 74 проводимости. Одна пара электродов проводимости измеряет в канале 12 положительные ионы, и другая пара электродов проводимости измеряет отрицательные ионы. Две пары электродов 72 и 74 размещаются по сторонам отверстия 22, через которое проба поступает в канал 12. Установка электродов 72 и 74 проводимости, а также электродов 64, 66 электрофореза может выполняться в процессе изготовления устройства 2 или позже. Например, электроды 72 и 74 проводимости и электроды 64, 66 электрофореза могут быть вдавлены сквозь поверхность полимерного покрытия 20 или основного субстрата 10 в канал 12, и в этом случае можно избежать затратной реализации электродов 72 и 74 проводимости и электродов 64, 66 электрофореза в чипе. Проводимость в канале 12 между электродами 72 и 74 проводимости может контролироваться по времени. В том случае, когда внутри канала отсутствует компонент, содержащий заряды, или распределение заряженных частиц однородно, например, фоновый раствор, будет измеряться и наблюдаться постоянная или медленно изменяющаяся проводимость, как показано на фиг. 4 е. Когда в канал 12 вводятся заряженные частицы, такие как, например ионы, с использованием способа, описанного со ссылками на фиг. 3, заряженные частицы перемещаются по каналу 12 электрическим полем, возникающим между электродами 64 и 66 электрофореза. Заряженные частицы будут разделяться в процессе электрофореза при их перемещении по каналу 12. Например, ионы натрия пробы 50 крови будут двигаться быстрее ионов лития, которые также могут присутствовать в пробе 50. Таким образом,электроды 72 и 74 проводимости будут измерять последовательно два пиковых значения. Первое пиковое значение представляет более быстро перемещающиеся ионы натрия, проходящие мимо электродов 72 и 74 проводимости, и второе пиковое значение представляет сравнительно медленно перемещающиеся мимо электродов 72 и 74 ионы лития. Для специалистов в данной области техники ясно, что могут измеряться два типа ионов и что любой заряженный компонент, который может быть разделен с помощью электрофореза, может контролироваться указанным способом. Изобретение может использоваться для измерения абсолютной концентрации ионов или же для измерения относительных концентраций, например, для измерения отношения концентраций ионов натрия и лития. Могут использоваться дополнительные измерительные электроды или другие типы датчиков, например оптические датчики, такие как известные в технике флюоресцентные датчики, для измерения концентрации или присутствия других частиц в пробе в одном процессе измерения. Также могут использоваться емкостные датчики. Перед выполнением измерения концентрации заряженных частиц, таких как ионы, полезно измерить проводимость электролита и температуру устройства для проверки его работоспособности. На фиг. 5 а и 5b представлены альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения. Эти варианты могут быть использованы, например, для целей калибровки. На фиг. 5 а в соответствии с изобретением приведен вид устройства 102, являющегося модификаци-6 017597 ей уже рассмотренного устройства 2. В этом варианте осуществления изобретения канал 112 между первым резервуаром 114 и вторым резервуаром 116 имеет первое ответвление 111 канала и второе ответвление 113 канала. Первое 111 и второе 113 ответвления канала 112 соединяются перед вторым резервуаром 116. Первое ответвление 111 канала значительно длиннее второго ответвления 113 канала. В первом 111 и втором 113 ответвлениях канала имеются отверстия 122 и 123, соответственно. Отверстия 122 и 123 закрыты мембранами 130 и 131, соответственно. Если на мембраны 130 и 131 поместить две различные пробы 150 и 151, соответственно, и создать электрическое поле вдоль канала 112, то ионы каждой из проб будут разделяться и перемещаться по каналу 112. Поскольку первое ответвление 111 канала длиннее второго ответвления 113 канала, то заряженные частицы, такие как ионы, второй пробы 151 поступают первыми в канал 112, в то время как заряженные частицы первой пробы 150 несколько задерживаются. Таким образом, заряженные частицы могут быть измерены последовательно независимо друг от друга с использованием одной пары электродов проводимости (не показаны), в результате чего формируется сигнал, показанный верхней линией на фиг. 5 с. Этот вариант может также использоваться для калибровки путем помещения на мембрану 130 пробы 150 с известными характеристиками, в результате чего получают первый сигнал, который может быть использован для калибровки устройства. Второй сигнал от пробы 151 с неизвестными характеристиками,помещенной на мембрану 131, появится с большим сдвигом во времени, определяемым большей длиной ответвления 111 канала. Затем уровень второго сигнала можно сравнить с первым калибровочным сигналом, и концентрация компонентов, содержащих заряд, в пробе с неизвестными характеристиками может быть определена с использованием известных средств. В этом варианте также можно на мембраны 130 и 131 поместить одинаковые пробы для повышения точности измерений, например, путем усреднения полученных результатов. На фиг. 5b показан альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором используются два параллельных канала 212 и 213. Каждый из каналов 212 и 213 в целом аналогичен варианту, представленному на фиг. 1-4, и в данном случае обеспечивается возможность помещения двух проб 250 и 251 параллельно на мембраны 230 и 231, соответственно, так что может осуществляться параллельное измерение проб. Поскольку оба канала 212 и 213 одинаковы, то результаты измерений можно сравнивать. Результаты измерений показаны нижними линиями на фиг. 5 с. Для целей калибровки одна проба, например первая проба 250 может иметь известные концентрации ионов. Таким образом, сигнал, полученный при измерении первой пробы 250, может использоваться для калибровки и сравнивается с сигналом, полученным при измерении второй пробы 251 в канале 213, и концентрация заряженных частиц может быть определена с использованием одного из известных способов. Ясно, что могут использоваться несколько параллельных каналов, например, для выполнения нескольких измерений для ускорения процесса или для увеличения статистики измерений. На фиг. 6 а показан еще один вариант осуществления изобретения для измерения концентрации ионов в пробе, где канал 312 имеет в целом криволинейную форму, и первый резервуар 314, содержащий первый электрод 364 электрофореза, расположен на той же стороне основного субстрата, что и второй резервуар 316, содержащий второй электрод 366 электрофореза. Контакты обоих электродов 364 и 366 электрофореза для удобства могут быть выведены на одну сторону устройства. Кроме того, электроды 372 и 374 проводимости обеспечиваются возле второго резервуара 366 для измерения проводимости компонента, содержащего заряды, в этом месте канала 312. Электроды 372 и 374 проводимости могут быть соединены с контактами, которые расположены на одной стороне устройства или основного субстрата в качестве контактов электродов проводимости. Таким образом, только часть устройства с контактами должна соединяться с измерительным прибором, и в этом случае может быть обеспечен свободный доступ к мембране 330, расположенной в отверстии 322. В таком варианте устройства обеспечивается возможность удобного доступа, например, пальцем к мембране 330, когда устройство введено или находится в контакте с измерительным и/или управляющим прибором. Канал 312 является прямолинейным между отверстием 322 и электродами 372, 374, так что отсутствует криволинейность канала 312,содержащего пробу, которая могла бы повлиять на точность измерения или иным образом создать проблемы для измерения. На фиг. 6b показан модифицированный вариант конструкции, схема которой приведена на фиг. 6 а,и в этом модифицированном варианте обеспечивается дополнительно второе отверстие 423 в канале 412,закрытое общей мембраной с первым отверстием 422. Таким образом, проба на мембране 430 будет диффундировать практически одновременно через оба отверстия 422 и 423 в канал 412. Электрическое поле, возникающее между электродами 464 и 466, в зависимости от знака приложенного напряжения,будет заставлять, например, положительно заряженные частицы или ионы двигаться в первой части 411 канала в направлении второго электрода 466 электрофореза. Аналогично, отрицательно заряженные частицы будут перемещаться в части 412 канала в направлении первого электрода 464 электрофореза. Электроды 472, 474 и 471, 473 проводимости обеспечивают измерения как положительно, так и отрицательно заряженных частиц. Таким образом, положительно и отрицательно заряженные частицы могут измерять-7 017597 ся параллельно. На фиг. 7 показан модифицированный вариант предлагаемого в изобретении устройства, схема которого приведена на фиг. 2. В верхней части второго слоя 20 установлен держатель 32 мембраны. Мембрана 30 может быть закреплена на держателе 32 или внутри него, например, с использованием клеевого соединения. Таким образом, мембрана может быть установлена на держателе мембраны перед установкой держателя в устройстве. Держатель 32 мембраны может быть изготовлен из пластмассы. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения держатель 32 мембраны имеет чашеобразную или кольцевую форму, обеспечивающую прием мембраны 30. Верхняя поверхность мембраны лежит практически в одной плоскости с верхней кромкой чашеобразной конструкции держателя мембраны. Таким образом, держатель мембраны обеспечивает рамку для мембраны 30, причем верхняя поверхность мембраны остается открытой для контакта с пробой. При этом количество пробы, входящей в контакт с мембраной, может легко и эффективно регулироваться даже в том случае, когда размер пробы гораздо больше размеров мембраны. Высота стенок держателя мембраны также может быть больше толщины мембраны, в результате чего обеспечивается чашеобразная или кольцевая конструкция для пробы (не показана), причем мембрана является дном "чаши". Чаша может использоваться для сбора пробы на мембране. Держатель 32 мембраны может обеспечивать быструю и удобную замену мембраны 30. Замена мембраны 30 позволяет быстро адаптировать устройство к различным измерениям, например, используя мембраны с разными размерами пор, можно регулировать размеры компонентов, которые будут отфильтровываться или поступать в канал в зависимости от требований конкретного измерения. Кроме того, держатель 32 мембраны может обеспечивать простую фиксацию мембраны 30 на первом слое покрытия, например, с использованием механизма защелки. Держатель 32 мембраны может иметь сверху второй слой 40 покрытия для предотвращения вытекания, испарения и т.п. На фиг. 8 а и 8b показан вариант осуществления настоящего изобретения с дополнительным электродом 65 для предотвращения возникновения "хвостов" пробы или компонентов внутри канала 12. Дополнительный электрод 65 показан между первым слоем 20 покрытия и мембраной 30. Однако дополнительный электрод 65 также может быть расположен в верхней части отверстия 22 первого слоя 20 покрытия. На фиг. 8 а показано устройство с дополнительным электродом 65 в таком же состоянии, как и устройство, показанное и описанное со ссылками на фиг. 3 е. Описание устройства и способа со ссылками на фиг. 1-3 подходит и для данного случая, и, таким образом, отфильтрованная проба может диффундировать через мембрану 30 и первое отверстие 22 в канал 12, как это уже было описано. Перед созданием электрического поля вдоль канала 12 для отделения с помощью электрофореза части профильтрованной пробы, как это было описано со ссылками на фиг. 3f, или одновременно с созданием этого поля, дополнительно подают напряжение на дополнительный электрод 65. В результате часть компонента пробы также выводится назад через первое отверстие 22 в направлении мембраны 30,как показано стрелкой 800 на фиг. 8b. Электрическое поле разделяет заряженные частицы в профильтрованной пробе и перемещает их в направлении резервуаров 14 и 16, находящихся на концах канала 12 и в направлении мембраны 30. Поэтому ни один компонент пробы не поступает в канал после начала разделения. При этом повышается точность измерений. Дополнительный электрод 65 может также состоять из нескольких электродов и может быть использован для определения параметра до измерения или в процессе измерения. На фиг. 9 а-9d показано, как текучая среда, например раствор фонового электролита или какой-либо другой раствор может быть введен в канал 12 устройства, описанного со ссылками на фиг. 1-3, с использованием только одного отверстия 22 в канале 12. На фиг. 9 а показано устройство, схема которого приведена на фиг. 2, до введения какой-либо текучей среды. Капелька текучей среды 14 помещена на мембрану 30, как показано на фиг. 9b. Затем текучая среда 14 поступает внутрь мембраны 30 и заполняет отверстие 22 канала 12. В этом момент, показанный на фиг. 9 с, текучая среда не поступает более в канал 12, поскольку внутри канала 12 имеется воздух или газ. Воздух или газ, находящийся внутри канала 12,может выходить из него только через отверстие 22, которое закрыто текучей средой 14. На фиг. 9d можно видеть, что под действием разрежения (показано стрелкой 900) воздух или газ, находящийся внутри канала 12, может выходить из него, так что текучая среда 14 может поступать в канал 12. На фиг. 10 иллюстрируется еще один способ подачи пробы текучей среды, такой как, например,кровь, в микроканал 12. На некотором расстоянии от первого отверстия 22 может быть устроено второе отверстие 23. Отверстия 22 и 23 соединяются каналом 12. Предпочтительно канал 12 не имеет других отверстий, кроме отверстий 22 и 23, и герметизирован в остальных своих частях. Однако второе отверстие 23 не закрыто мембраной. Текучая среда внутри канала 12 может выходить через второе отверстие 23, когда проба помещается в первом отверстии 22. Второе отверстие 23 может быть закрыто слоем полимера или закрыто иным образом, после того как текучая среда заполнила канал 12, для предотвращения ее испарения. В процессе ввода пробы второе отверстие 23 должно быть соединено каким-либо образом с воздушной средой и не должно быть закрыто-8 017597 непосредственно материалом пробы. Соединительные контакты также могут быть расположены на одной стороне устройства, в результате чего обеспечивается его удобное прикрепление и соединение с измерительным прибором. Удобный доступ особенно важен, когда устройство осуществлено в форме одноразового чипа, вводимого в измерительный прибор, которым может управлять пациент, для осуществления одного измерения. Устройство 2 может быть размещено внутри упаковки с соответствующими средствами сопряжения, обеспечивающими соединение электронных цепей для измерения и управления, интерфейсами связи и индикации, а также электронной схемой источника питания. Как было указано выше, отверстия 22 выполняются в верхней поверхности основного субстрата 10. Однако отверстия 22 могут быть также выполнены в любом другом месте устройства 2, например сбоку. Устройство 2 может легко использоваться пациентом для измерения концентрации ионов в крови. Например, пациенты, страдающие биполярными аффективными расстройствами, могут периодически измерять концентрацию ионов лития в крови. Если концентрация падает ниже критического уровня, например ниже 0,4 ммоль/л, то пациент может принять дополнительно препарат лития. Если концентрация превышает критический уровень, например 1,0 ммоль/л, то пациент может прекратить или снизить прием препарата, и при необходимости он может быть госпитализирован. Использование устройства 2 было описано в отношении измерения ионов лития. Однако устройство 2 может быть также использовано для измерений ионов калия и/или фосфатов, чтобы контролировать работу почек, или ионов натрия и/или калия для определения обезвоживания. Предлагаемое в изобретении устройство может применяться не только в медицине, но и в других областях. Например, при использовании устройства для измерений параметров окружающей среды было бы желательно, чтобы в течение некоторого времени использовалось одно и то же устройство. В этом случае устройство может быть снабжено нескольким отверстиями 22, каждое из которых имеет свое отдельное покрытие. Для проведения многократных измерений можно последовательно удалять покрытия разных отверстий 22. Изобретение было описано в отношении нескольких вариантов его осуществления. Однако специалистам в данной области техники ясно, что изобретение не ограничивается этими вариантами. Объем изобретения должен толковаться в соответствии с прилагаемой формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для измерения концентрации заряженных частиц в жидкой пробе, содержащей несколько типов заряженных частиц, содержащее по меньшей мере один канал (12) в субстрате (10), имеющем слой покрытия (20), причем этот слой(20) имеет по меньшей мере одно или более отверстий (22), обеспечивающих доступ в канал (12), причем в остальной части указанный канал герметизирован; по меньшей мере два электрода (64, 66), расположенных вдоль указанного по меньшей мере одного канала (12) по разные стороны относительно отверстия (22); по меньшей мере один датчик для измерения концентрации по меньшей мере одного типа заряженных частиц, находящийся в указанном по меньшей мере одном канале (12). 2. Устройство по п.1, в котором слой покрытия (2) содержит одно отверстие в направлении канала(12). 3. Устройство по п.1 или 2, в котором ширина или высота по меньшей мере одного канала (12) не превышает 100 мк. 4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором по меньшей мере один датчик содержит электроды проводимости. 5. Устройство по любому из пп.1-4, содержащее дополнительно по меньшей мере один электрод(65), расположенный со стороны по меньшей мере одного отверстия (22), которая противоположна каналу (12). 6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором по меньшей мере один канал (12) содержит первый резервуар (14) на первом конце по меньшей мере одного канала (12) и второй резервуар (16) на втором конце по меньшей мере одного канала (12), причем первый резервуар (14) и второй резервуар (16) содержат по одному электроду электрофореза (64, 66). 7. Устройство по любому из пп.1-6, содержащее дополнительно защитное покрытие (40). 8. Способ измерения концентрации заряженных частиц в жидкой пробе, в которой имеется несколько типов заряженных частиц, причем способ содержит помещение пробы на поверхность устройства по любому из пп.1-7 с возможностью прохождения компонентов жидкой пробы сквозь слой покрытия в канал (12); разделение компонентов внутри канала (12) по зонам так, чтобы по меньшей мере одна зона содержала, по существу, один из нескольких типов заряженных частиц; и определение концентрации частиц в зонах. 9. Способ по п.8, содержащий дополнительно измерение проводимости по меньшей мере в одной-9 017597 зоне. 10. Способ по п.8 или 9, в котором концентрацию одного из нескольких типов заряженных частиц определяют относительно концентрации другого из нескольких типов заряженных частиц. 11. Способ по любому из пп.8-10, в котором разделение компонентов по зонам осуществляют с использованием метода капиллярного электрофореза. 12. Способ по любому из пп.8-11, в котором прохождение пробы сквозь частично проницаемый слой в канал (12) происходит в конвективном потоке, вызываемом вторым отверстием (23) в канале (12). 13. Способ по любому из пп.8-12, содержащий дополнительно определение по меньшей мере одного параметра. 14. Способ по любому из пп.8-13, содержащий дополнительно удаление защитного покрытия (40) со слоя покрытия (20) для возможности прохождения компонентов пробы через слой покрытия в канал(12). 15. Способ изготовления устройства (2) по п.1, содержащий формирование канала (12) в субстрате (10) и нанесение на субстрат (10) слоя (20) покрытия, при этом нанесение слоя (20) покрытия на субстрат (10) производят так, чтобы слой (20) покрытия герметично закрывал канал (12), причем слой (20) покрытия снабжают по меньшей мере одним отверстием (22),обеспечивающим доступ в канал (12). 16. Способ по п.15, содержащий дополнительно нанесение на проницаемый слой (30) и слой (20) покрытия защитного покрытия (40). 17. Способ по п.15 или 16, содержащий дополнительно заполнение канала (12) электролитом. 18. Способ по п.17, в котором заполнение канала (12) электролитом осуществляют путем откачивания воздуха, в результате чего происходит всасывание электролита в канал (12).