调制安培传感器的极化电压制造技术

通过仅仅在校准期间或当测量样本时才以适合于测量这样的样本的氧含量的极化电压操作安培电化学氧传感器的电极来增加这样的传感器的服务寿命，并且此后将极化电压调制到较低的极化电压以使得所述电极基本上不产生电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学传感器、尤其是安培传感器的操作，所述安培传感器例如被用于测量氧、葡萄糖、乳酸盐等，并且最特别地用于测量血液的氧含量的安培传感器。
技术介绍
存在若干种用于测量液体的氧浓度的方法。对于医学应用，已研发了电化学传感器并且已在市场上销售。当前正在使用的一种工具是可以从Siemens Healthcare Diagnostics有限公司得到的Rapidpoint 400。当测量血液的氧含量时，使用在美国专利 5，387，329中描述的类型的传感器。该传感器采用三个电极，即工作电极、参考电极和反电极。在美国专利4，571，292中描述了这样的三个电极传感器的基本原理。在工作电极处， 氧被还原成氢氧离子，而在反电极处氢氧离子被氧化成分子氧。该传感器提供可逆的反应组并且不需要电极的消耗。当跨工作和反/参考电极施加电压时所测量的电流与样本的氧含量相关。参考美国专利5，387，329中的描述，以得到典型的氧传感器的细节。三个电极是沉积在非导电衬底上的薄金属带。在‘329专利中，工作电极位于反电极和参考电极之间。 在使用传感器时被激活的电解质层(例如Nafion 层)覆盖电极。接着，允许样本中的氧扩散通过其到达工作电极的隔膜覆盖该电解质层。‘329专利传感器的特征是，工作电极非常小并且展示出快速的非消耗行为。这种传感器的使用寿命非常重要，因为通常它们在医院或其它临床环境中是一天 24小时可用的。‘329专利教导隔膜被样本成分或其它杂质污染可能会影响隔膜，缩短其寿命。传感器部件的分层也被看成传感器不精确或出现故障的起因。已观察到与氧传感器寿命有关的另一问题，这由本专利技术克服。经验已示出，传感器可能不是逐渐损失精确度，而是突然在电流输出中产生尖峰， 其与被测试的样本的氧含量、或者清洗或校准溶液的氧含量无关。除非电流尖峰仅仅是暂时的，否则传感器是毫无用处的并且必须被代替。现在相信，电流增加由从电极扩展到电解质层中的小的树枝状晶体的形成产生，这引起电流的增加或者引起电极之间的短路。因为电极非常小，它们之间的距离也非常小，所以难以在保持本传感器大小的同时找出解决该问题的方案。与‘329专利中的提议相反，在典型的操作中，传感器通常以操作电压被极化，因为它必须被定期地校准并且随时可以使用。在测试了样本的氧含量之后，使用通常包含表面活性剂的水清洗剂来清洗传感器隔室以便移除样本并且电极保持在测试极化电压(例如-0. 800v)直到被需要，同时保持与停滞的清洗溶液的一部分接触。清洗剂的一部分通常会包含接近环境水平的氧或者会随着时间逐步朝向环境水平的氧平衡。每30分钟，利用校准溶液来测试传感器以确保传感器提供精确的结果。因此，传感器总是保持有效并且暴露于一部分停滞清洗和校准溶液二者中的氧。研究示出这样的暴露于氧促成了因为上述电流尖峰的突然出现而缩短传感器的寿命。如将在下文中详细描述地，本专利技术涉及一种用于增加氧传感器的寿命并且避免突然出现电流尖峰的装置。本专利技术还可应用于其它安培传感器以便改进性能并且增加它们的服务寿命。
技术实现思路
本专利技术是一种用于操作安培传感器(例如被用于测量血液或生物流体中的氧、葡萄糖、乳酸盐的安培传感器)的方法。仅当测量目标组分(例如氧)的样本时，传感器才以它们的适当的极化电压来操作。此后，极化电压被调制到较低的电压，以使得电极基本上不产生电流。因此，仅当传感器要被校准或用于测试样本时，才以操作电压极化电极。在一个实施例中，本专利技术是一种操作电化学氧传感器的方法，其中仅当测试样本或者被校准时，才以适于测量氧含量的极化电压来操作该传感器。此后，极化电压被调制到较低的电压以使得电极基本上不产生电流。仅在传感器要被校准或者被用于测试样本时， 电压才被升高到操作电压。因此，传感器在服务寿命约96%的时间内以较低的电压被极化。在特定实施例中，电化学传感器具有衬底上的平面电极，其覆盖有聚合物电解质和氧可渗透的隔膜。邻近氧可渗透的隔膜放置的样本中的氧迁移通过隔膜进入电解质层， 并且通过工作电极处的氧还原来产生电流。电流被 测量并且与样本的氧含量相关。在测试样本之后，当它被清洗时，传感器的极化电压被降低。极化电压保持在降低的水平直到传感器被校准并且再次用于测试新的样本为止。在优选实施例中，极化电压是约-0. 4到-1. 2伏特，优选地约-0. 8伏特，并且调制电压小于-0. 4伏特，优选地约-0. 1伏特。在图5中示出了极化电压的周期性变化。附图说明图1是氧传感器的横截面图。图2是图的氧传感器的电流对时间的曲线图。图3是针对氧传感器的校准电流对日期的典型曲线图。图4是针对显示突然故障的氧传感器的校准电流对日期的典型曲线图。图5是先前实践中使用的极化与本专利技术的比较的图。具体实施例方式本专利技术通常涉及改进(例如被用于测量生物流体比如血液中的氧、葡萄糖、乳酸盐等的)安培传感器的性能和服务寿命。特别地，本专利技术具有分析血液的氧含量的优点，如下文详细描述的那样。安培氧感测如上所述，电化学氧传感器使用由电解质分开的电极。氧可渗透的隔膜将样本与电解质分开。当将电势跨越电极施加时，来自样本的氧穿过隔膜迁移到电解质中以便到达电极， 其中它在工作电极处被还原以产生电流。电流被测量并且与样本的氧含量相关。应该参考美国专利5，387，329，其中示出典型的平面氧传感器。可以在图1中看到这种氧传感器的一个实施例的横截面图。在图1中，传感器10被组装在衬底12上。工作电极18被定位在参考电极14和反电极16之间。层20是包含针对电极的开口的电介质层。电极被电解质层22(例如Naf ion )和可渗透的隔膜24 (例如共聚物)覆盖。样本液体通过进端口 30进入腔28并且通过出端口 32出去。盖子34封闭传感器10。衬垫26密封样本腔28和端口 30和32。如 在‘329专利中所描述的那样，衬底可以是陶瓷绝缘体。导电带通常由衬底上的丝网印刷贵金属(钼)膏制成，金属被选择以便在电极以约一 0.8伏特极化时提供电流平稳段。优选地，电解质是Nafion 聚合物。隔膜是共聚体，其对氧具有有限的可渗透性，但在阻挡可能干扰传感器性能的污染物时通过水蒸汽。从气体不能渗透并且不包含污染物的材料中选择密封衬垫。这样的传感器非常小。在‘329专利中，样本腔体积小于ΙΟμ 。整个尺寸仅是约 0. 18英寸(4. 57mm)长和0. 18英寸(4. 57mm)宽。参考电极和反电极的暴露区域每一个仅是约1. 6mm2,并且工作电极的工作区域约0. 01mm2。工作电极和反电极及参考电极之间的间隔仅约0. 024英寸(0. 61mm)。因此，如果传感器要提供始终如一地精确结果，它就必须被非常精确地制造。在图2中图示了这种氧传感器的操作。当电极被极化并且样本被引入到传感器中时，取决于样本中的氧的百分比，由样本中的氧产生的电流被看作相对水平的值。在改编自‘329专利的、图示出所测量的电流对时间的图2中，典型传感器(例如在图1中示出的典型传感器)的响应接收12%的氧水校准溶液并且产生在40处的电流。此后，包含20 %氧的血液样本产生在42处示出的电流，并且包含12 %的氧的样本产生在44 处示出的电流。显然，当引入12%的氧样本时，产生比当20%的氧样本被添加到样本腔时更低的电流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于延长安培氧传感器的服务寿命的方法，所述安培氧传感器具有覆盖有聚合物电解质的平面电极和可渗透氧的隔膜，改进包括仅在当所述电极被校准或测试样本的时间段期间以适合于测量邻近所述氧可渗透隔膜放置的样本的氧含量的极化电压来操作所述传感器，在其它时间将极化电压调制到较低的极化电压以使得所述电极基本上不产生电流。

【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：A·陈，
申请(专利权)人：西门子医疗保健诊断公司，
类型：发明
国别省市：US