用于更快的身体传感器响应的新型传感器初始化方法技术

本发明专利技术公开了一种用电压序列初始化传感器的方法，该电压序列包括与双相电压脉冲组合的斜坡电压。初始化方案导致更快的体外传感器试运行和稳定时间。在各种示例中，体外传感器稳定时间从200分钟减少到40‑55分钟(与未初始化的传感器相比减少了至少5倍)。另外，自适应地实现阶梯电压初始化，使得电压步长和扫描速率根据传感器的状态(特征在于ISIG幅值)而改变。结果，可以定制的方式而不是通过使用一般的硬连线和苛刻的初始化方案来初始化单个传感器。

A new sensor initialization method for faster body sensor response

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于更快的身体传感器响应的新型传感器初始化方法相关申请的交叉引用本申请要求由AnujM.Patel于2017年6月30日提交的名称为“NOVELSENSORINITIALIZATIONMETHODSFORFASTERBODYSENSORRESPONSE”的美国专利申请序列号15/639,116第120节下的优先权，该申请通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于制造和/或初始化分析物传感器的方法和装置。
技术介绍
电化学传感器通常用于检测或测量诸如葡萄糖的体内分析物的浓度。典型地，在这种分析物感测系统中，分析物(或由其衍生的种类)是电活性的并且在传感器中的电极处产生可检测信号。然后，此信号与生物样本中的分析物的存在或浓度相关联。在一些常规传感器中，提供了与待测量的分析物反应的酶，反应的副产物在电极处被鉴定或量化。在一个常规的葡萄糖传感器中，固定化葡萄糖氧化酶催化葡萄糖的氧化以形成过氧化氢，然后通过一个或多个电极通过安培计测量(例如电流的变化)来量化过氧化氢。在常规的传感器启动中，在传感器变得足够稳定以启动感测之前存在显著延迟，从而使临床环境中的护理复杂化。另外，在非医院环境中使用分析物传感器的个体中(例如糖尿病患者使用葡萄糖传感器来管理他们的疾病)，传感器植入后相对长的传感器初始化和/或启动周期可能是成问题的，这是由于对用户的不便以及延迟接收与用户健康相关的信息。因为许多糖尿病患者没有医疗训练，所以他们可能由于与这种管理相关联的复杂性而放弃对血糖水平的最佳监测和调节，例如，两小时的启动周期，这对于患者的主动日常例程可能是不便的。出于上述原因，设计用于降低传感器初始化和/或启动时间的方法和传感器系统是可取的。
技术实现思路
本公开报告了一种新型传感器初始化和预热方案，该方案导致更快的传感器启动和改善的传感器性能。初始化应用包括双相电压脉冲和斜坡电压(例如，阶梯电压)的组合的电压序列。当应用于响应于葡萄糖的存在而产生电流(例如，ISIG)的典型的葡萄糖传感器实施方案时，初始化方案：●降低初始化(INIT)阶段期间的电流产生，导致传感器的金属(例如铬)损耗减少；以及●改善第1天的体内性能(其特征在于电流稳定性时间更短)，这是实际实施和工厂校准的关键优势。本文呈现的数据示出，在阶梯电压初始化方案期间产生的传感器信号(ISIG)表示电极表面状态。通过以不同的扫描速率施加不同幅度的电压阶跃(例如，施加电压斜坡或双/单相脉冲)，可实现在初始化传感器的同时以工程方式达到工作超电势。因此，伏安分析(例如，电化学阻抗谱(EIS))可用于自适应地调制或定制特定传感器的初始化过程，例如，以便考虑生理和/或制造环境中的变化。说明性实施方案描述了传感器的伏安分析，其将驱动非法拉第/充电电流的电压(由于传感器两边的电荷再分布)与驱动法拉第电流的电压(由于涉及各种氧化还原对的反应)区分开来。在一个示例中，测量作为斜坡电压的函数的电流，以便确定斜坡电压中的阈值电压，在该阈值电压及之上，电流为法拉第，使得当初始化电压序列被传输到工作电极时，初始化电压序列中的初始电压至少等于阈值电压，或在阈值电压的5％之内，以便形成具有稳定(稳态)电荷分布的金属。因此，如本文描述的，最适合于开始特定传感器的初始化过程的电压参考电平可通过伏安分析确定。在一个或多个示例中，斜坡电压从初始电压(V_init)阶跃到最终电压(V_final)，该初始电压仅在电荷再分布或双层模式下驱动电流，该最终电压是传感器工作电势。初始电压的示例包括但不限于在250mV-450mV的范围内的电压。最终电压的示例包括但不限于400mV-600mV的范围内的电压。此外，斜坡电压中的电压阶跃和电压扫描速率可被调整，使得斜坡电压在不到1小时内从初始电压斜坡上升到最终电压和电荷分布。在一个或多个示例中，初始化电压改变金属的电荷分布，使得从初始化电压首次施加不到1小时之后，响应于分析物产生的电流与2小时移动平均电流值以5％一致，并且与稳态(非瞬态)电流以10％一致。在说明性实施方案中，电压产生电路(例如，专用集成电路，ASIC)产生初始化电压，并且稳压器将初始化电压传输到传感器中的工作电极。产生至少22个不同频率的ASIC可用于调节阶梯电压，从而实现更有效和优化的伏安分析和初始化协议。因此，如本文描述的，斜坡电压可利用具有一定频率范围(例如，0.1Hz至100kHz的范围内的频率)的双相脉冲来调节或叠加。根据以下详细描述，本专利技术的其他目的、特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示本专利技术的一些实施方案，但是它们是以例示而非限制的方式给出的。在不脱离本专利技术的精神的情况下，可以在本专利技术的范围内进行许多改变和修改，并且本专利技术包括所有这些修改。附图说明图1示出来自在400mV没有初始化的情况下运行的Harmony1传感器的ISIG数据，显示了更长的试运行时间。图2A示出双相正弦波或方波与阶梯电压的叠加。图2B示出叠加在阶梯电压上并且用于初始化方案中的恒定幅度的双相方形脉冲，绘出了电压(E)作为时间(t)的函数。图3示出由多个平面分层元件形成的安培分析物传感器的图示。图4提供示出可适于与本专利技术的实施方案一起使用的一种类型的皮下传感器插入组、遥测特性监视器发射器设备和数据接收设备、元件的透视图。图5示出在本专利技术的实施方案中可用于测量电流的稳压器的示意图。如图5中所示，稳压器300可包括连接在电路中的运算放大器310，以便具有两个输入：Vset和Vmeasured。如所示，Vmeasured为参比电极与工作电极之间的电压的测量值。另一方面，Vset是工作电极与参比电极之间的最佳期望电压。测量反电极与参比电极之间的电流，产生从稳压器输出的电流测量值(isig)。图6示出根据第一示例的施加到Harmony1传感器的输入电压序列。图7A-7D绘出在施加图6的输入电压序列之后，多次运行的ISIG作为时间的函数。图8示出根据第二示例的施加到Harmony1传感器的输入电压序列。图9A-9C绘出在施加图8的输入电压序列之后，多次运行的ISIG作为时间的函数。图10绘出应用于Enlite传感器的方案1的ISIG信号与施加电压的关系。图11绘出应用于Enlite传感器的方案2的ISIG信号与施加电压的关系。图12是示出根据一个实施方案的制造传感器的方法的流程图。图13是示出根据另一实施方案的制造传感器的方法的流程图。图14示出用于实现本专利技术的一个或多个实施方案的硬件环境。图15示出根据本专利技术实施方案的可植入传感器和用于驱动该可植入传感器的电子器件。具体实施方式除非另外定义，否则本文使用的所有的专门术语、符号和其他科学术语旨在具有本专利技术所属领域的技术人员通常理解的含义。在一些情况下，为了清楚起见和/或为了便于参考而可能在本文中定义具有通常理解的含义的术语，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析物传感器装置，包括：/n基础衬底；/n分析物感测层，所述分析物感测层设置在电极上方，其中在存在分析物的情况下，所述分析物感测层能够检测地改变所述电极处的电流；/n分析物调节层，所述分析物调节层设置在所述分析物感测层上方，其中所述分析物调节层调节所述分析物穿过其中的扩散；和/n电路，所述电路耦接到所述电极，所述电路产生并向所述电极传输初始化电压，并且所述初始化电压包括与双相脉冲组合的斜坡电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 US 15/639,1161.一种分析物传感器装置，包括：
基础衬底；
分析物感测层，所述分析物感测层设置在电极上方，其中在存在分析物的情况下，所述分析物感测层能够检测地改变所述电极处的电流；
分析物调节层，所述分析物调节层设置在所述分析物感测层上方，其中所述分析物调节层调节所述分析物穿过其中的扩散；和
电路，所述电路耦接到所述电极，所述电路产生并向所述电极传输初始化电压，并且所述初始化电压包括与双相脉冲组合的斜坡电压。


2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述斜坡电压包括阶梯电压。


3.根据权利要求1所述的传感器，其中：
所述电路包括连接到电压产生电路的稳压器，
所述电压产生电路产生并将所述初始化电压输入所述稳压器，
所述稳压器将所述初始化电压传输到所述电极，并且
所述斜坡电压包括从引起所述电极中的电荷再分布的初始电压阶跃到最终电压的电压，在所述最终电压下，当所述电流在稳态操作期间提供所述分析物浓度的可靠测量时，所述稳压器被偏置。


4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述初始电压在250mV-450mV的范围内，并且所述最终电压在400mV-600mV的范围内。


5.根据权利要求3所述的传感器，其中所述初始电压至少等于输入到所述稳压器的最低电压或在所述最低电压的5％内，对于所述最低电压，所述电流为法拉第。


6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述电压产生电路调整所述斜坡电压中的电压阶跃，使得所述斜坡电压在不到1小时内从所述初始电压斜坡上升到所述最终电压。


7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述双相脉冲具有在0.1Hz至8kHz的范围内的频率。


8.根据权利要求1所述的传感器，其中：
所述电极包括形成所述电极的电活性表面的金属，
所述初始化电压改变所述金属的电荷分布，使得在从所述初始化电压首次施加不到1小时之后：
所述电流与2小时移动平均电流值以5％一致，并且
所述电流与稳态(非瞬态)电流以10％一致。


9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述斜坡电压被施加一时段并且包括低于阈值的电压幅值，使得所述电极和/或所述基层的金属损耗小于1％。


10.一种制造传感器的方法，包括：
将电路连接到传感器中的工作电极，所述传感器包括：
基础衬底；
所述工作电极，所述工作电极位于所述基础衬底上，其中所述工作电极包括具有电活性表面的金属；
分析物感测层，所述分析物感测层设置在所述工作电极上方，其中在存在分析物的情况下，所述分析物感测层能够检测地改变所述工作电极处的电流；并且
其中所述电路产生并将初始化电压传输到所述工作电极，所述初始化电压包括与双相脉冲组合的斜坡电压，以便形成具有稳定(稳态)电荷分布的金属。


11.根据权利要求10所述的方法，其中所述斜坡电压包括阶梯电压。


12.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述电路包括连接到电压产生电路的稳压器，
所述电压产生电路产生并将所述初始化电压输入所述稳压器，
所述稳压器将所述初始化电压传输到所述电极，并且
所述斜坡电压包括从引起所述电极中的电荷再分布的初始电压阶跃到最终电压的电压，在所述最终电压下，当所述电流在稳态操作期间提供所述分析物的可靠测量时，所述传感器被偏置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿努杰·M·帕特尔，
申请(专利权)人：美敦力泌力美公司，
类型：发明
国别省市：美国;US