用于流体的化学分析的方法和设备技术

用于电化学流体分析的设备和方法包括：腔体（１２０２），具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度；第一和第二电极（Ａ１），布置在腔体内且沿着深度维度按彼此分隔方式延伸；以及可溶性固体，诸如经退火的聚合物例如ＥＵＤＲＡＧＩＴ，占据第一和第二电极之间的横向间隙。由电化学阻抗谱（ＥＩＳ）监测的可溶性固体在流体内的溶解速率依赖于存在于流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。在一个实施例中，限定上缘的硅基集成电路装置包括沿着所述上缘布置的电极阵列，以允许将电极阵列直接暴露于受测试流体。该装置使用ＣＭＯＳ技术来构建。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量存在于流体中的化学成份浓度的系统、装置和方法，更具体而言涉及用于电化学测量分析物浓度的系统、装置和方法。
技术介绍
流体中分析物的化学浓度可通过将分析物的存在转换为可测量物理参数来测量。例如，分析物溶液的浓度可以经由诸如光谱法、色谱法、量热法或者光学荧光的技术来确定。 另外的浓度测量技术涉及探测分析物溶液的电学特性。一些这样的技术涉及电量测定法。其它涉及电流、电压和/或电势滴定。许多这样的技术能够达成高准确度、速度(例如吞吐量)以及效率。遗憾的是，实施这些技术所需的设备会趋于庞大且笨重。结果，这些设备的使用典型地限制在实验室环境，且寻求经由测量电学特性来进行浓度确定的本领域技术人员经常面临很少的有吸引力的选择。 尽管迄今为止所做出了努力，仍然需要用于分析物浓度的电化学测量的有效方法和系统，特别是用于在便携性和现场可用性方面进行了额外投入的应用。这些和其它需要是由此处公开的方法和系统来满足的。
技术实现思路
根据此公开内容，提供了用于流体的电化学分析的设备和方法。 在此公开内容的实例性实施例中，提供了一种设备，该设备包括腔体，具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度；第一电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度延伸；第二电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度按与所述第一电极横向分隔方式延伸；以及可溶性固体，布置在所述第一和第二电极之间的所述腔体内，从而基本上完全占据第一和第二电极之间的横向间隙至所述深度维度至少一部分的程度。可溶性固体在所述流体中的溶解速率至少部分地依赖于存在于所述流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。 还提供了一种用于流体的电化学分析的方法。在此公开内容的实例性实施例中，该方法包括将可溶性固体暴露到流体；测量可溶性固体在流体中的溶解速率；以及基于所测量的溶解速率，确定流体中溶液内存在的相应分析物的化学浓度。 所公开的用于流体电化学分析的设备和方法的附加有利特征、功能和应用在特别当结合附图来阅读时将根据后续描述而显而易见。 附图说明 参考附图以辅助本领域技术人员制作和使用所公开的系统和方法，其中 图1为依据此公开内容的分析物浓度测量工具的实施例的示意图； 图2为依据此公开内容的可用于制作图1测量工具的CMOS管芯的向下透视图； 图3为依据此公开内容的图2CMOS管芯在经由在其上缘形成金属性接触图案的改进之后的俯视平面图； 图4为沿图3所示剖面线4--4截取的图3改进CMOS管芯的剖面图； 图5为图3改进的CMOS管芯的向下透视图； 图6为依据此公开内容的图3改进的CMOS管芯，在经由在其金属性接触图案的顶上形成成对电极阵列的进一步改进之后的俯视平面图； 图7为沿图6所示剖面线7--7截取的图6改进的CMOS管芯的剖面图； 图8为图6改进CMOS管芯的向下透视图； 图9为依据此公开内容的图6改进的CMOS管芯在经由在其成对电极阵列的顶上形成电介质材料层的进一步改进之后的俯视平面图； 图10为沿图9的剖面线10--10截取的图9改进的CMOS管芯的剖面图； 图11为图9改进CMOS管芯的向下透视图； 图12为依据此公开内容的图9改进的CMOS管芯在用聚合物材料填充其圆柱形腔体以及关联的退火以形成图1分析物浓度测量工具的实施例之后的俯视平面图； 图13为图12分析物浓度测量工具的剖面图； 图14为依据此公开内容的图12分析物浓度测量工具的流体-聚合物填充的圆柱体的剖面图； 图15为依据此公开内容的图12分析物浓度测量工具的流体填充的圆柱体的剖面图； 图16为对应于图14的流体-聚合物填充的圆柱体的实例性电学电路的示意图；以及 图17为对应于图15的流体填充圆柱体的实例性电学电路的示意图。 图18为实例性电学电路的示意图。 具体实施例方式 提供了一种用于流体的电化学分析的设备，该设备可以适合于尺寸上紧凑，制造上经济且便于部署。用于流体电化学分析的设备的实例性实施例包括具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度的腔体，以及布置在该腔体内且沿着腔体的深度维度按彼此横向分隔方式延伸的一对电极。可溶性固体布置在电极之间的腔体内，占据电极之间的横向间隙至该腔体的深度维度至少一部分的程度。流体内可溶性固体的溶解速率至少部分地依赖于存在于该流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。直到可溶性固体溶解在流体内的程度，流体填充由溶解的固体产生的孔洞。因为可溶性固体与该流体相比是不良导体，可溶性固体的溶解引起电极之间电导的增大。电导变化速率进一步依赖于溶解的固体属性以及流体中溶液内的实际分析物浓度。 适合于针对根据此公开内容的可溶性固体而使用的材料包括这样可购得的材料，该材料呈现依赖于感兴趣化学成份或活性物质的溶液内浓度的相应溶解度，感兴趣化学成份或活性物质为例如H+浓度(即pH)、蛋白质、氨基酸、葡萄糖、酶和其它感兴趣分析物。针对根据此公开内容的可溶性固体而使用的实例性材料包括呈现依赖于pH的溶解速率的聚合物，诸如由Degussa GmbH制造的EUDRAGIT丙烯酸聚合物，以及呈现溶解速率依赖于结肠酶存在的聚合物，诸如由Alizyme plc(英国剑桥)使用的偶氮聚合物。 依据此公开内容的用于流体电化学分析的设备和方法可用于测量受测试流体中存在的许多种化学成份的浓度。在此公开内容的实施例中，此设备和方法依靠具有依赖于在流体中混合的化合物浓度的特定溶解度的聚合物，且包括基于复电导(complex conductance)测量而允许精确测量溶解度的电子装置。依据此公开内容的实施例，电子装置的寿命是有限的，且由装置的工艺参数控制。 依据此公开内容的一些实施例，提供了一种小、简单、高能效的‘芯片上实验室’溶液，该溶液具有与许多通常限于在实验室内使用的更大、更笨重的系统至少可比较(如果不更优)范围内的响应时间。此设备可以通过使用与受限制微圆柱体阵列组合的集成电路(IC)电子装置来实施，该受限制微圆柱体阵列是经由MEMS工艺制作在与IC电子装置相关联的管芯表面处，且用相对于受测试流体中溶液内活性物质的化学浓度具有已知刻蚀速率的聚合物来填充。 出于说明目的，这里参考用于测量受测试流体中溶液内分析物浓度的工具来更详细描述所公开的设备和方法。然而，所公开的系统和方法具有宽范围的应用性，如本领域技术人员所容易显见的，包括涉及各种分析物的实施方式。因此，在此公开内容的一个实例性实施例中，该设备包括形式为直到pH高于阈值时才溶解的聚合物的可溶性固体，结果为，除非受测试流体具有高于此阈值的pH，否则电极之间的电导不增大。如果受测试流体的pH高于可适用的阈值，电极之间的电导将有利地与受测试流体的实际pH值与可溶解聚合物的下阈值pH之间的差值成比例地增大。 此外，在此公开内容的一个实例性实施例中，该设备包括形式为当受测试流体的pH低于阈值时才溶解的聚合物的可溶性固体，结果为，除非受测试流体具有低于此阈值的pH，否则电极之间的电导不增大。如果受测试流体的pH低于可适用的阈值，电极之间的电导将有利地与受测试流体的实际pH值与可溶解聚合物的上阈值pH之间的差值成比例地增大。因此，通过监测可溶性固体布置于其间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于流体的电化学分析的设备，包括：－腔体，具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度；－第一电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度延伸；－第二电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度按与所述第一电极横向分隔方式延伸；以及－可溶性固体，布置在所述第一和第二电极之间的所述腔体内，从而基本上完全占据第一和第二电极之间的横向间隙至所述深度维度至少一部分的程度；其中所述可溶性固体在所述流体中的溶解速率至少部分地依赖于存在于所述流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：LR阿尔布，H周，J施米朱，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]