[發(fā)明專利]溫度無關(guān)的化學和生物傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110461799.0
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102589582A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·A·波泰雷洛;C·M·敘爾曼
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12;G01N27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;朱海煜

關(guān)于聯(lián)邦資助研發(fā)的聲明

本發(fā)明以政府支持進行，并且部分由美國國家環(huán)境衛(wèi)生科學研究所資助，許可號為1R01ES016569-01A1。政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本文所公開的主題涉及化學和生物傳感器，并且更具體來說，涉及高選擇性溫度無關(guān)的化學和生物傳感器。

背景技術(shù)

化學和生物傳感器往往用于其中多種蒸汽的檢測可用于鑒別有用信息的許多應用。例如，在監(jiān)測生物制藥產(chǎn)品、食品或飲料的變化中、監(jiān)測工業(yè)區(qū)的化學或物理危害方面、以及在安全應用(例如，住宅區(qū)監(jiān)測、機場的國家安全)中、不同環(huán)境和臨床背景中、以及其中某些有害和/或有毒蒸汽的檢測會特別有用的其它公共場所中，通過鑒別傳感器之中或周圍的某些環(huán)境變量的變化來測量蒸汽的存在會是特別有用的。

一種用于感測這類環(huán)境變化的技術(shù)是通過采用涂敷有特定感測材料的傳感器、如RFID傳感器。另外，傳感器可通過涂敷有一種或多種感測材料的單獨換能器的陣列來設(shè)置。許多傳感器陣列包括多個相同傳感器。但是，雖然使用相同傳感器簡化了傳感器陣列的制造，但是這種陣列可具有用于僅感測單個響應(例如，電阻、電流、電容、功函數(shù)、質(zhì)量、光學厚度、光強度等等)的有限能力。在某些應用中，多個性質(zhì)的多個響應或變化可發(fā)生。在這類應用中，包括這樣的傳感器的陣列會是有利的：其中陣列中的不同換能器采用相同或不同響應(例如，電阻、電流、電容、功函數(shù)、質(zhì)量、光學厚度、光強度等等)并且涂敷有不同感測材料，以使得能夠測量一個以上的性質(zhì)。不利的是，制造具有獨特制作以感測特定響應的單獨傳感器的傳感器陣列使該陣列的制造復雜化。

此外，在許多實際應用中，有利的是使用高選擇性化學和生物傳感器。也就是說，往往希望提供能夠在其它蒸汽和混合物存在的情況下感測多個蒸汽和蒸汽混合物的傳感器陣列。可能存在的蒸汽和蒸汽混合物的數(shù)量越大，則準確感測和鑒別特定類型的、要被感測的蒸汽或蒸汽混合物可能越困難。當一個或多個蒸汽以高于要檢測的其它感興趣蒸汽的幅值水平存在時，情況可能尤其是這樣。例如，高濕度環(huán)境往往干擾傳統(tǒng)傳感器檢測選擇的蒸汽的能力。此外，當傳感器用作單獨傳感器或者按照陣列來設(shè)置時，溫度變化降低了化學和生物感測的精度。

本文公開的多種實施例可解決上述難題的一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容

按照一個實施例，提供一種傳感器，其中包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路以及設(shè)置在感測區(qū)之上的感測材料。感測區(qū)包括LCR電路的至少一部分。LCR電路和感測材料的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應系數(shù)彼此相差至少大約5％。LCR電路和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應系數(shù)的差使傳感器能夠與溫度基本無關(guān)地從被分析流體混合物中有選擇地檢測分析物流體。

按照另一個實施例，提供一種檢測流體中的化學或生物種類的方法。該方法包括測量涂敷有感測材料的諧振傳感器天線的阻抗譜的實部和虛部。諧振傳感器天線和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應系數(shù)彼此不同。該方法還包括在多個溫度下計算涂敷有感測材料的諧振傳感器天線的至少6個譜參數(shù)。該方法還包括使用多變量分析將阻抗譜減小到單個數(shù)據(jù)點，以有選擇地識別分析物。該方法還包括使用所存儲校準參數(shù)從阻抗譜來確定一個或多個環(huán)境參數(shù)。一個或多個環(huán)境參數(shù)的確定與溫度基本無關(guān)。

按照另一個實施例，提供一種制造傳感器的方法。該方法包括組裝包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路的換能器。換能器包括LCR電路的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應系數(shù)。LCR電路的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應系數(shù)彼此相差至少大約5％。該方法還包括選擇包括感測材料的介電常數(shù)和電阻性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應系數(shù)的感測材料。感測材料的性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應系數(shù)與LCR電路的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應系數(shù)相差至少大約5％。該方法還包括將感測材料設(shè)置在感測區(qū)之上。感測區(qū)包括LCR電路的至少一部分。

附圖說明

通過參照附圖閱讀以下詳細描述，將會更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點，附圖中，相似符號在附圖中通篇表示相似部件，附圖包括：

圖1示出按照本發(fā)明的實施例的感測系統(tǒng)；

圖2示出按照本發(fā)明的實施例的RFID傳感器；

圖3示出按照本發(fā)明的備選實施例的RFID傳感器；

圖4示出按照本發(fā)明的實施例的RFID傳感器的測量的響應；

圖5是示出按照本發(fā)明的實施例、用于在可變溫度存在的情況下分析蒸汽的過程的流程圖；以及