温度无关的化学和生物传感器制造技术

本发明专利技术名称为“温度无关的化学和生物传感器”。提供用于选择性流体感测的方法和传感器。一种传感器，包括：谐振电感器-电容器-电阻器(LCR)电路以及设置在感测区之上的感测材料。感测区包括LCR电路的至少一部分。LCR电路和感测材料的电感L、电容C和电阻R的性质的温度相关响应系数彼此相差至少大约5％。LCR电路和感测材料的性质的温度相关响应系数的差使传感器能够与温度基本无关地从被分析流体混合物中有选择地检测分析物流体。

【技术实现步骤摘要】
温度无关的化学和生物传感器关于联邦资助研发的声明本专利技术以政府支持进行，并且部分由美国国家环境卫生科学研究所资助，许可号为1R01ES016569-01A1。政府在本专利技术中具有某些权利。
本文所公开的主题涉及化学和生物传感器，并且更具体来说，涉及高选择性温度无关的化学和生物传感器。
技术介绍
化学和生物传感器往往用于其中多种蒸汽的检测可用于鉴别有用信息的许多应用。例如，在监测生物制药产品、食品或饮料的变化中、监测工业区的化学或物理危害方面、以及在安全应用(例如，住宅区监测、机场的国家安全)中、不同环境和临床背景中、以及其中某些有害和/或有毒蒸汽的检测会特别有用的其它公共场所中，通过鉴别传感器之中或周围的某些环境变量的变化来测量蒸汽的存在会是特别有用的。一种用于感测这类环境变化的技术是通过采用涂敷有特定感测材料的传感器、如RFID传感器。另外，传感器可通过涂敷有一种或多种感测材料的单独换能器的阵列来设置。许多传感器阵列包括多个相同传感器。但是，虽然使用相同传感器简化了传感器阵列的制造，但是这种阵列可具有用于仅感测单个响应(例如，电阻、电流、电容、功函数、质量、光学厚度、光强度等等)的有限能力。在某些应用中，多个性质的多个响应或变化可发生。在这类应用中，包括这样的传感器的阵列会是有利的：其中阵列中的不同换能器采用相同或不同响应(例如，电阻、电流、电容、功函数、质量、光学厚度、光强度等等)并且涂敷有不同感测材料，以使得能够测量一个以上的性质。不利的是，制造具有独特制作以感测特定响应的单独传感器的传感器阵列使该阵列的制造复杂化。此外，在许多实际应用中，有利的是使用高选择性化学和生物传感器。也就是说，往往希望提供能够在其它蒸汽和混合物存在的情况下感测多个蒸汽和蒸汽混合物的传感器阵列。可能存在的蒸汽和蒸汽混合物的数量越大，则准确感测和鉴别特定类型的、要被感测的蒸汽或蒸汽混合物可能越困难。当一个或多个蒸汽以高于要检测的其它感兴趣蒸汽的幅值水平存在时，情况可能尤其是这样。例如，高湿度环境往往干扰传统传感器检测选择的蒸汽的能力。此外，当传感器用作单独传感器或者按照阵列来设置时，温度变化降低了化学和生物感测的精度。本文公开的多种实施例可解决上述难题的一个或多个。
技术实现思路
按照一个实施例，提供一种传感器，其中包括谐振电感器-电容器-电阻器(LCR)电路以及设置在感测区之上的感测材料。感测区包括LCR电路的至少一部分。LCR电路和感测材料的电感L、电容C和电阻R的性质的温度相关响应系数彼此相差至少大约5％。LCR电路和感测材料的性质的温度相关响应系数的差使传感器能够与温度基本无关地从被分析流体混合物中有选择地检测分析物流体。按照另一个实施例，提供一种检测流体中的化学或生物种类的方法。该方法包括测量涂敷有感测材料的谐振传感器天线的阻抗谱的实部和虚部。谐振传感器天线和感测材料的性质的温度相关响应系数彼此不同。该方法还包括在多个温度下计算涂敷有感测材料的谐振传感器天线的至少6个谱参数。该方法还包括使用多变量分析将阻抗谱减小到单个数据点，以有选择地识别分析物。该方法还包括使用所存储校准参数从阻抗谱来确定一个或多个环境参数。一个或多个环境参数的确定与温度基本无关。按照另一个实施例，提供一种制造传感器的方法。该方法包括组装包括谐振电感器-电容器-电阻器(LCR)电路的换能器。换能器包括LCR电路的电感L、电容C和电阻R的性质的至少三个温度相关响应系数。LCR电路的性质的至少三个温度相关响应系数彼此相差至少大约5％。该方法还包括选择包括感测材料的介电常数和电阻性质的至少两个温度相关响应系数的感测材料。感测材料的性质的至少两个温度相关响应系数与LCR电路的性质的至少三个温度相关响应系数相差至少大约5％。该方法还包括将感测材料设置在感测区之上。感测区包括LCR电路的至少一部分。在一个实施例中，LCR电路中包括衬底、线圈、存储器芯片、集成电路(IC)芯片、换能器、和感测材料膜，其中所述衬底、线圈、存储器芯片、集成电路(IC)芯片、换能器、和感测材料膜的性质的温度相关响应系数彼此不同。在另一个实施例中，LCR电路包括补充传感器，其中所述补充传感器和感测材料的性质的温度相关响应系数彼此不同。附图说明通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地理解本专利技术的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：图1示出按照本专利技术的实施例的感测系统；图2示出按照本专利技术的实施例的RFID传感器；图3示出按照本专利技术的备选实施例的RFID传感器；图4示出按照本专利技术的实施例的RFID传感器的测量的响应；图5是示出按照本专利技术的实施例、用于在可变温度存在的情况下分析蒸汽的过程的流程图；以及图6-11示出试验说明按照本专利技术的实施例、能够与温度无关地区别湿度水平的单个传感器的测试数据。具体实施方式本文所公开的实施例提供用于选择性蒸汽感测的温度无关方法和系统，其中单个传感器被提供并且能够检测单独的或者彼此存在的情况下的多个蒸汽和/或蒸汽的混合物。在标题为“HighlySelectiveChemicalandBiologicalSensors”的美国专利申请序号12/942,732中描述了用于使用单个传感器进行蒸汽感测的一般方法的示例，通过引用将其结合到本文中。所公开的传感器甚至在高湿度环境下或者在其中一个或多个蒸汽与混合物中的其它成分相比具有高得多浓度(例如，10倍)的环境下也能够检测在可变温度存在的情况下的不同蒸汽和混合物。各传感器包括涂敷有感测材料的谐振电感器-电容器-电阻器(LCR)传感器。LCR电路和感测材料的性质的温度相关响应系数彼此不同。性质的温度相关响应系数的差影响所公开传感器的测量。但是，关于性质的温度相关响应系数的知识和/或关于传感器如何受到性质的温度相关响应系数的差影响的知识连同传感器的测量饿阻抗的多变量分析一起使用，以便提供温度无关选择性蒸汽感测和改进的响应稳定性。例如，可形成包括基于传感器的实验测试的系数的查找表。在传感器的使用期间，实验确定的系数可在多变量分析中用于考虑感测期间的温度的变化。本文所公开的其它实施例提供用于选择性化学和生物感测的温度无关方法和系统，其中单个传感器被提供并且能够检测单独的或者彼此存在(presenseofoneanother)的情况下的化学或生物种类的液体和/或混合物中的多个化学或生物种类。LCR传感器的非限制性示例包括具有集成电路(IC)存储器芯片的RFID传感器、具有IC芯片的RFID传感器以及没有IC存储器芯片的RFID传感器(无芯片RFID传感器)。LCR传感器能够是无线或有线的。为了收集数据，对较窄频率范围、例如LCR电路的谐振频率范围来获取阻抗谱。该技术还包括从所获取谱来计算多变量签名，并且操纵该数据以鉴别某些蒸汽和/或蒸汽混合物的存在。蒸汽的存在通过下列步骤来检测：通过观测电路的谐振电子性质的变化，来测量介电、维、电荷转移中的变化以及采用材料的性质的其它变化。通过使用数学过程、如主成分分析(PCA)等，多个蒸汽和混合物能够在彼此存在的情况下以及在干扰物存在的情况下被检测，如下面进一步描述的。本文所公开的实施例提供用于选择性流体感测的温度无关方法和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.23 US 12/9775991.一种传感器，包括：谐振电感器-电容器-电阻器LCR电路；设置在感测区之上的感测材料，其中，所述感测区包括所述LCR电路的至少一部分，并且其中，所述LCR电路的电感L性质、电容C性质和电阻R性质的至少三个温度相关响应系数彼此相差至少5%，并且所述感测材料的介电常数和电阻性质的温度相关响应系数与所述LCR电路的电感L性质、电容C性质和电阻R性质的所述至少三个温度相关响应系数相差至少5%，并且其中所述LCR电路和所述感测材料的所述性质的所述温度相关响应系数的差使所述传感器能够与温度基本无关地从被分析流体混合物中有选择地检测分析物流体。2.如权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器没有包括独立温度传感器。3.如权利要求1所述的传感器，包括存储器芯片，其中所述存储器芯片包括基于所述LCR电路和所述感测材料的所述性质的所述温度相关响应系数的所述差的校准系数。4.如权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器包括RFID传感器。5.如权利要求1所述的传感器，其中，LCR电路中包括衬底、线圈、存储器芯片、集成电路(IC)芯片、换能器、或感测材料膜。6.如权利要求1所述的传感器，其中，LCR电路中包括衬底、线圈、存储器芯片、集成电路(IC)芯片、换能器、和感测材料膜，其中所述衬底、线圈、存储器芯片、集成电路(IC)芯片、换能器、和感测材料膜的性质的温度相关响应系数彼此不同。7.如权利要求1所述的传感器，其中，所述感测材料包括合成介电聚合物、共轭聚合物、合成导电聚合物、聚合物配方、生物分子、穴状配体、单层保护金属纳米粒子、具有有机配体壳的金属纳米粒子核、卟啉、酞菁、碳黑粒子、碳纳米管及其组合。8.如权利要求1所述的传感器，其中，所述LCR电路包括天线，其中所述天线和所述感测材料的性质的温度相关响应系数彼此不同。9.如权利要求1所述的传感器，其中，所述LCR电路包括补充传感器，其中所述补充传感器和所述感测材料的性质的温度相关响应系数彼此不同。10.如权利要求1所述的传感器，其中，所述感测材料设置在所述LCR电路的电极之间。11.如权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器配置为一次性传感器。12.一种检测流体中的化学或生物种类的方法，包括：测量涂敷有感测材料的谐振传感器天线的阻抗谱的实部和虚部，其中所述谐振传感器天线和所述感测材料的性质的温度相关响应系数彼此不同；在多个温度下计算涂敷有所述感测材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·波泰雷洛，C·M·叙尔曼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：