多层比色传感器制造技术

本发明专利技术公开了检测被分析物存在的方法和装置。这些方法和装置可包括至少一种感测元件，该感测元件包括至少一个光响应层，所述光响应层包括至少一个对被分析物高度响应的子层和一个对被分析物响应最小的子层。还公开了制作和使用这些感测元件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
检测化学被分析物例如有机化学被分析物的能力在包括环境监测等的多种应用中是重要的。对被分析物的此类检测和/或监测在例如个人监测器(如可由个人佩戴或携带的监测器)和/或区域监测器(如可置于所需环境中的监测器)中尤其有用。已经开发出了许多用于检测化学被分析物的方法，例如光学法、重量分析法、微电子机械法和比色法。虽然比色设备目前可用于一范围内的被分析物，但大多是基于使用染料或有色化学指示剂来检测。此类化合物通常是选择的，这意味着可能需要多个传感器来检测各类化合物。此外，其中的许多系统由于光漂白或不良副反应而存在寿命有限的问题。许多此类系统还依靠复杂或笨重的光电元件进行光学询问。
技术实现思路
本申请公开了用来检测被分析物存在的方法和装置。这些方法和装置可包括至少一种感测元件，该感测元件包括至少一个光学响应层，所述光学响应层至少包括一个对被分析物高度响应的子层和一个对被分析物响应最小的子层。因此，在一个方面，本专利技术公开了一种用于感测被分析物的可光学询问感测元件，其在一个反射层和一个半反射层之间包括一个光学响应层，其中所述光学响应层至少包括第一对被分析物高度响应的子层和第二对被分析物响应最小的子层。因此，在另一方面，本专利技术公开了一种制造用于感测被分析物的感测元件的方法，所述方法包括：在光学透明的基底上形成半反射层；在所述半反射层上面形成对被分析物响应最小的层；在所述被分析物响应最小的<br>层上面形成对被分析物高度响应的层；以及在所述对被分析物高度响应的层上面形成被分析物可透过的反射层。因此，在再一个方面，本专利技术公开了一种使用感测元件的方法，包括：设置可光学询问感测元件以感测被分析物，所述感测元件包括一个在反射层和半反射层之间的光学响应层，其中所述光学响应层至少包括第一对被分析物高度响应的子层和第二对被分析物响应最小的子层；以及将所述感测元件暴露于可能含有所关注被分析物的气氛中。本专利技术的这些方面以及其他方面在下面的具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述
技术实现思路
理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。附图说明图1为一示例性感测元件的一部分的侧剖视图。图2为一示例性感测元件的一部分的侧剖视图。图3为一示例性感测元件呈现的反射光谱的通用图示。图4为示出感测元件光学响应层的侧剖视图。图5为对于不同感测元件的实验数据图，示出感测元件暴露于不同浓度的受测被分析物时观察到的波长偏移。在上述各图中，相同的附图标记代表相同的元件。除非另外指明，本申请中的所有附图均未按比例绘制，并且选择这些附图是为了示出本专利技术的不同实施例。具体地讲，除非另外指明，各个组件的尺寸仅用于展示性目的，并且不应从绘图推断各个组件的尺寸之间的关系。尽管在本申请中可能使用了例如“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”、“向下”、“第一”和“第二”的术语，但应当理解，除非另外指明，这些术语仅在其相对含义下使用。特别是，在给定上下文中将某些参数(如浓度)表征为“低于”、“在…中间”和/或“高于”应当理解为在该上下文中以相对(比较)含义进行解释(例如，“中间”浓度为所指的同一上下文中“低”浓度和“高”浓度之间的浓度)。具体实施方式本专利技术中的感测元件2示于图1和图2中的不同示例性实施例中。感测元件2为包括位于反射层240和半反射层220之间的至少一层光学响应层230的多层结构，这些层结合而构成所谓的在被分析物存在的情况下呈现反射光谱变化的干扰滤波器。感测元件2呈现出图3中通用图示的普通型反射光谱，该光谱包括在不同的波长的一个或多个峰(如181、183和184)和谷(如185)，并且在存在被分析物或被分析物浓度变化时可能改变(此处和本申请中的其它涉及浓度处均指感测元件所在的气氛中的被分析物浓度)。例如，足量被分析物的存在可能导致图3中的峰和谷移至更高(更长)的波长。一经视觉观察到暴露于足量被分析物时可能改变的外观(例如，相对主要的颜色、色调或深浅)，感测元件2所呈现的反射光谱就得以显现。因此，当暴露于足量浓度的被分析物时，感测元件2的外观可从第一(初始)外观改变为可与第一外观在视觉上分辨的第二外观。可通过将感测元件2暴露于入射光线40(如图1和图2所示)并观察从其反射的光线，对感测元件2进行光学询问。无需专用(外部)光源来提供光线40(虽然如果需要也可使用一个或多个专用光源)。光线40可源自单个的离散光，或环境光(其可源自几个离散光源、直接光源的组合光和反射光、太阳光等)也可用作光线40的光源。在图1所例示的一般类型的实施例中，感测元件2按顺序包括半反射层220、光学响应层230、反射层240和基底210。在对感测元件2进行询问时，光线40投射到半反射层220上。光线40的一部分可从半反射层220上以光线41反射。光线40的其它部分可透过半反射层220并透过光学响应层230而照射到反射层240。这些光线的至少一部分可从反射层240反射而作为光线42从感测元件2射出。光线41和42可合并(如通过相长和/或相消干扰)而共同构成在存在被分析物或被分析物浓度变化时可能变化的反射光谱。在图1的示例性结构中，被分析物可透过半反射层220进入光学响应层230。这可改变层230的至少一部分(如下文详述的层230的子层)的光学性质(如光学厚度)而使从感测元件2反射的光的反射光谱充分改变，使被分析物的存在和/或其浓度能够被检测或监测。在带有图1所示设计的实施例中，半反射层220是被分析物可透过的(其性能可设为如下文所讨论)，并且可与光学响应层230流体连通以使被分析物能通过层220进入层230。在图1的结构中，反射层240可以是或不是被分析物可透过的层。在图1的结构中，在对感测元件2进行光学询问期间，光可以不必穿过基底210或与其相互作用，因此基底210可以不需要任何特定的光学性质(如透明性)。另一个示例性的感测元件2示于图2中。在具有图2所示构造的实施例中，感测元件2按顺序包括(可选的)基底210、半反射层220、光学响应层230和反射层240。光线40投射到基底210上并从中穿过。光线40的一部分可从半反射层220上反射回来，从而以光线41从感测元件2射出。光线40的其它部分可透过半反射层220并透过光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.22 US 61/180,4831.一种用于检测被分析物的可光学询问感测元件，包括：
在反射层和半反射层之间的光学响应层，
其中所述光学响应层至少包括第一对被分析物高度响应的
子层和第二对被分析物响应最小的子层。
2.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物高度响应的子层
包括自具微孔聚合物。
3.权利要求1所述的感测元件，其中所述光学响应层具有从约400nm
到约1000nm的总厚度。
4.权利要求1所述的感测元件，其中所述第一对被分析物高度响应的
子层和第二对被分析物响应最小的子层的厚度比为从约1∶8到约
8∶1。
5.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物高度响应的子层
具有小于约500nm的厚度，所述对被分析物响应最小的子层具有大
于约200nm的厚度。
6.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物高度响应的子层
具有小于约300nm的厚度，所述对被分析物响应最小的子层具有大
于约300nm的厚度。
7.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物响应最小的子层
为所述被分析物不可透过的子层。
8.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物响应最小的子层
由疏水材料构成，并且所述对被分析物高度响应的子层由疏水材料
构成。
9.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物响应最小的子层
包括交联聚合物网络材料。
10.权利要求1所述的感测元件，其中所述对被分析物响应最小的子层
包括至少一个无孔无机材料层。
11.权利要求10所述的感测元件，其中所述无孔无机材料层构成所述对
被分析物响应最小的层的全部。
12.权利要求10所述的感测元件，其中所述对被分析物响应最小的子层
包括：邻近所述对被分析物高度响应的子层的至少一个被分析物不
可透过的无机无孔层；以及通过所述无机无孔层与所述对被分析物
高度响应的子层隔开的有机聚合物层。
13.权利要求1所述的感测元件，其中所述反射层为所述被分析物可透
过的层。
14.权利要求13所述的感测元件，其中所述反射层为包含烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·S·文德兰，尼尔·A·拉科，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：