用多层有源传感器测量样品的溶液特性的设备、系统和方法技术方案

公开了用于测量包含微生物的样品的溶液特性的各种装置、系统和方法。在一个实施例中，公开了一种传感器装置，包括：样品室，其具有围绕被配置成接收样品的室腔的室侧壁；参考传感器，其包括将样品芯吸到参考电极材料的芯吸部件；以及有源传感器，其由部分被有源电极层覆盖的衬底制成。有源传感器可以在沿室侧壁限定的窗口开口处耦合到室侧壁的至少一部分。有源传感器可以被定位成使得有源电极层面向室腔，以允许室腔内的样品通过围绕窗口开口的室侧壁的至少一部分与有源电极层进行流体接触。壁的至少一部分与有源电极层进行流体接触。壁的至少一部分与有源电极层进行流体接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用多层有源传感器测量样品的溶液特性的设备、系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年5月15日提交的美国临时申请No.63/025,575的权益，该临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。


[0003]本公开总体涉及用于测量样品的溶液特性的诊断设备；更具体地说，涉及用于使用多层有源传感器测量样品的溶液特性的设备、系统和方法。
[0004]背景
[0005]对医院、疗养院和其他医疗保健环境中的医疗保健专业人员来说，由抗感染性传染物(anti
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infective resistant infectious agent)或微生物引起的感染是一个重大问题。例如，这种感染可能会导致潜在的危及生命的被称为败血症的并发症，其中由传染物释放到血流中的化学物质会引发危险的全身炎症反应以及血管活性反应，导致发烧、低血压，甚至可能导致死亡。当面对这种感染时，对于临床医生来说，一个优选的行动方案是明智地使用抗感染化合物，优选只使用减轻感染所必需的那些化合物。
[0006]然而，现在最常发生的是，在生物体被识别和针对药物敏感性被测试之前，广谱抗感染药物，通常是多种药物，被给予患者以确保治疗的充分性。这往往会产生多种耐药传染物。理想情况下，在识别出传染物的存在之后，不久就会检测它的敏感性。为了确定这种传染物对抗感染药物的敏感性，必须对包括这种传染物的样品进行量化，这要求针对微生物生长或微生物生长的缺乏对这样的样品进行测定。
[0007]用于测定生物或其他类型的样品中的传染物和病原体的现有生物传感器通常包括与感兴趣的样品进行流体接触或连通的有源感测部件和参考感测部件。目前的体外诊断测量系统，尤其是用于检测生物或流体样品中氧化还原电位(ORP)和pH的那些系统，往往在设计时没有同时考虑到高性能和低成本。此外，由于防止患者样品的交叉污染是很重要的，所以单次使用的一次性耗材是用于诊断测量系统的感测部件的优选设计。这使得单次使用的一次性感测部件的成本和可制造性得到了极大的重视。
[0008]传统的生物传感器通常使用昂贵的玻璃或硅衬底制造，这提高了此类传感器的成本，并需要大量的制造步骤来生产。此外，当生物样品或其他流体样品无意中接触到不旨在接触样品的有源感测的导电部分时，此类生物传感器的有源感测部件可能会发生故障。
[0009]因此，需要一种解决上述缺点和限制的解决方案。这样的解决方案应该是单次使用的并且制造起来成本效益高。然而，这样的解决方案还应该提供准确的测量，并由生物相容性材料制成。
[0010]概述
[0011]公开了用于测量包括微生物的样品的溶液特性(例如，ORP或pH)的装置、系统和方法。在一个实施例中，公开了一种用于测量样品的溶液特性的传感器装置。该传感器装置可以包括样品容器，该样品容器包括样品室(sample chamber)。样品室可以包括围绕被配置成接收样品的室腔的室侧壁。传感器装置还可以包括参考传感器，该参考传感器包括参考
电极材料和与样品室流体连通的芯吸件(wick)。样品中的至少一些可以由芯吸件在参考电极材料的方向上吸取。
[0012]该传感器装置还可以包括由部分被有源电极层覆盖的导电衬底制成的有源传感器。有源传感器可以在沿着室侧壁限定的窗口开口处耦合到室侧壁的至少一部分。在一些实施例中，有源传感器的任何部分都没有延伸到室腔中。有源电极层可以面向室腔，以允许室腔内的样品通过围绕窗口开口的室侧壁的至少一部分与有源电极层进行流体接触。当参考传感器和有源传感器电耦合到读取器装置时，可以基于在有源传感器和参考传感器之间测量的电位差来确定样品的溶液特性。
[0013]测量的溶液特性可以是氧化还原电位。测量的溶液特性可以是pH。有源电极层可以包括(在铂层上形成的)氧化铂层和氧化钽层中的至少一个。导电衬底可以是不锈钢。有源电极层可具有在约50nm至500nm之间的有源电极层厚度。有源传感器还可以包括在导电衬底和有源电极层之间的粘附层。粘附层可以具有在5nm至50nm之间的厚度。粘附层厚度与有源电极层厚度之比可以在约1:10至1:20之间。粘附层可以是铬层、金层或镍层。
[0014]有源层可具有400nm的有源电极层厚度。在样品容器通过注射成型而形成时，有源传感器可被嵌件成型(insert
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molded)到室侧壁中。在样品容器通过注射成型而形成之后，有源传感器可被压制成型(press
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molded)到室侧壁中。室侧壁可以包括围绕窗口开口的凹进部分。凹进部分可以沿着室侧壁的外侧来限定。有源传感器可以经由粘合剂被粘附到在凹进部分内的室侧壁的至少一部分。
[0015]有源传感器可以包括有源电极侧、与有源电极侧相对的导电衬底侧、和横向侧。横向侧可以由室侧壁和粘合剂中的至少一个覆盖，以防止横向侧接触样品。样品室可以部分由聚甲醛、聚酰胺、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯中的至少一种制成。参考电极材料可以是固化或硬化的导电墨，该导电墨被沉积在或以其他方式施加在芯吸件的芯吸件近端上。
[0016]在一些实施例中，有源传感器可以由部分被电极层覆盖的非导电印刷电路板(PCB)衬底制成。有源电极层可以通过延伸穿过PCB衬底的导电过孔而电耦合到PCB衬底的导电触点。PCB衬底可以是柔性PCB衬底。
[0017]PCB衬底可以部分由聚酰亚胺、FR
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4复合材料、铜等制成。测量的溶液特性可以是氧化还原电位。有源电极层可以是铂层或金层。有源电极层可以具有至少50nm的有源电极层厚度。在某些实施例中，有源电极层可以具有至少400nm的有源电极层厚度。
[0018]在一些实施例中，有源传感器可以由包括通孔的非导电聚合物衬底制成。聚合物衬底的一侧和通孔的一端可以由导电层覆盖。有源电极层可以经由覆盖通孔的横向侧的导电涂层而电耦合到导电层。
[0019]有源电极层可以是铂层或金层。有源电极层可具有至少50nm的有源电极层厚度。在某些实施例中，有源电极层可以具有至少400nm的有源电极层厚度。
[0020]有源传感器可以是矩形件，其具有在约100μm至6.0mm之间的宽度尺寸和在约100μm至6.0mm之间的长度尺寸。通孔可以具有在约10μm至100μm之间的直径。覆盖通孔的横向侧的导电涂层可以是铂、金等的涂层。
[0021]在一些实施例中，有源传感器可以由部分被有源电极层覆盖的导电销(dowel)制成。有源传感器可以在沿着室侧壁限定的窗口开口处耦合到室侧壁的至少一部分。导电销
的被有源电极层覆盖的部分可以延伸到室腔中，以允许室腔内的样品与有源电极层进行流体接触。导电销的未延伸到室腔中的端部可延伸出室侧壁。导电销可以部分由不锈钢制成，并且可以基本上被成形为具有圆形边缘的圆柱体。
[0022]还公开了一种测量样品的溶液特性的方法。该方法可以包括用酸碱处理来清洗导电衬底，在导电衬底的一侧上沉积粘附层，以及在粘附层上沉积有源电极层。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量样品的溶液特性的传感器装置，所述传感器装置包括：样品容器，所述样品容器包括样品室，其中，所述样品室包括围绕被配置成接收所述样品的室腔的室侧壁，参考传感器，所述参考传感器包括参考电极材料和与所述样品室流体连通的芯吸件，使得所述样品中的至少一些由所述芯吸件在所述参考电极材料的方向上吸取；以及有源传感器，所述有源传感器由部分被有源电极层覆盖的导电衬底制成，其中，所述有源传感器在沿所述室侧壁限定的窗口开口处耦合到所述室侧壁的至少一部分，其中，所述有源传感器的任何部分都没有延伸到所述室腔中，并且其中，所述有源电极层面向所述室腔，以允许所述室腔内的样品通过围绕所述窗口开口的所述室侧壁的至少一部分与所述有源电极层进行流体接触，其中，当所述参考传感器和所述有源传感器电耦合到读取器时，基于在所述有源传感器和所述参考传感器之间测量的电位差来确定所述样品的所述溶液特性。2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，测量的所述溶液特性是氧化还原电位，并且其中，所述有源电极层是铂层。3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，测量的所述溶液特性是pH，并且其中，所述有源电极层包括氧化铂层和氧化钽层。4.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述导电衬底是不锈钢。5.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述有源电极层具有在约50nm至500nm之间的有源电极层厚度。6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中，所述有源传感器还包括位于所述导电衬底和所述有源电极层之间的粘附层，其中所述粘附层具有5nm至50nm之间的粘附层厚度。7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中，所述粘附层厚度与所述有源电极层厚度之比在约1:10至1:20之间。8.根据权利要求6所述的传感器装置，其中，所述粘附层是铬层。9.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述有源电极层具有至少50nm的有源电极层厚度。10.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，在所述样品容器通过注射成型而形成时，所述有源传感器被嵌件成型到所述室侧壁中。11.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，在所述样品容器通过注射成型而形成之后，所述有源传感器被压制成型到所述室侧壁中。12.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述室侧壁包括围绕所述窗口开口并沿着所述室侧壁的外侧限定的凹进部分，并且其中，所述有源传感器经由粘合剂被粘附到在所述凹进部分内的所述室侧壁的至少一部分。13.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述有源传感器包括有源电极侧、导电衬底侧和横向侧，所述导电衬底侧与所述有源电极侧相对，其中，所述横向侧由所述室侧壁和粘合剂中的至少一个覆盖，以防止所述横向侧接触所述样品。14.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述样品室由聚甲醛、聚酰胺、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯中的至少一种制成。15.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述参考电极材料是固化的或硬化的银
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氯化银墨，该银
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氯化银墨被沉积或以其他方式施加在所述芯吸件的芯吸件近端上。16.一种用于测量样品的溶液特性的传感器装置，所述传感器装置包括：样品容器，所述样品容器包括样品室，其中，所述样品室包括围绕被配置成接收所述样品的室腔的室侧壁，参考传感器，所述参考传感器包括参考电极材料和与所述样品室流体连通的芯吸件，使得所述样品中的至少一些由所述芯吸件在所述参考电极材料的方向上吸取；以及有源传感器，所述有源传感器由部分被有源电极层覆盖的非导电印刷电路板(PCB)衬底制成，其中，所述有源电极层经由延伸穿过所述PCB衬底的导电过孔而电耦合到所述PCB衬底的导电触点，其中，所述有源传感器在沿所述室侧壁限定的窗口开口处耦合到所述室侧壁的至少一部分，其中，所述有源传感器的任何部分都没有延伸到所述室腔中，并且其中，所述有源电极层面向所述室腔，以允许所述室腔内的样品通过围绕所述窗口开口的所述室侧壁的至少一部分与所述有源电极层进行流体接触，其中，当所述参考传感器和所述有源传感器电耦合到读取器时，基于在所述有源传感器和所述参考传感器之间测量的电位差来确定所述样品的所述溶液特性。17.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述PCB衬底是柔性的PCB衬底。18.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述PCB衬底部分地由聚酰亚胺制成。19.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述PCB衬底部分地由FR
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4复合材料制成。20.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述导电过孔由铜制成。21.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，测量的所述溶液特性是氧化还原电位，并且其中，所述有源电极层是铂层或金层。22.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述有源电极层具有至少50nm的有源电极层厚度。23.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，在所述样品容器通过注射成型而形成时，所述有源传感器被嵌件成型到所述室侧壁中。24.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，测量的所述溶液特性是pH，并且其中，所述有源电极层是金属氧化物层。25.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述室侧壁包括围绕所述窗口开口并沿着所述室侧壁的外侧限定的凹进部分，并且其中，所述有源传感器经由粘合剂被粘附到在所述凹进部分内的所述室侧壁的至少一部分。26.根据权利要求16所述的传感器装置，其中，所述有源传感器包括被所述有源电极层覆盖的有源电极侧、与所述有源电极侧相对并包括所述导电触点的导电触点侧、以及横向侧，其中，所述横向侧由所述室侧壁和粘合剂中的至少一个覆盖，以防止所述横向侧接触所述样品。27.一种用于测量样品的溶液特性的传感器装置，所述传感器装置包括：样品容器，所述样品容器包括样品室，其中，所述样品室包括围绕被配置成接收所述样品的室腔的室侧壁，参考传感器，所述参考传感器包括参考电极材料和与所述样品室流体连通的芯吸部件，使得所述样品中的至少一些由所述芯吸部件在所述参考电极材料的方向上吸取；以及
有源传感器，所述有源传感器由包括通孔的非导电聚合物衬底制成，其中，所述聚合物衬底的一侧和所述通孔的一端被有源电极层覆盖，并且其中，所述聚合物衬底的另一侧和所述通孔的另一端被导电层覆盖，其中，所述有源电极层经由覆盖所述通孔的横向侧的导电涂层而电耦合到所述导电层，其中，所述有源传感器在沿所述室侧壁限定的窗口开口处耦合到所述室侧壁的至少一部分，其中，所述有源传感器的任何部分都没有延伸到所述室腔中，并且其中，所述有源电极层面向所述室腔，以允许所述室腔内的样品通过围绕所述窗口开口的所述室侧壁的至少一部分与所述有源电极层进行流体接触，其中，当所述参考传感器和所述有源传感器电耦合到读取器时，基于在所述有源传感器和所述参考传感器之间测量的电位差来确定所述样品的所述溶液特性。28.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，所述有源电极层是铂层。29.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，所述导电层是金层。30.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，所述有源电极层具有至少50nm的有源电极层厚度。31.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，所述有源传感器是具有在约100μm至6.0mm之间的宽度尺寸和在约100μm至6.0mm之间的长度尺寸的矩形件。32.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，所述通孔具有在约10μm至100μm之间的直径。33.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，覆盖所述通孔的横向侧的所述导电涂层是铂涂层。34.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，覆盖所述通孔的横向侧的所述导电涂层是金涂层。35.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，在所述样品容器通过注射成型而形成时，所述有源传感器被嵌件成型到所述室侧壁中。36.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，在所述样品容器通过注射成型而形成之后，所述有源传感器被压制成型到所述室侧壁中。37.根据权利要求27所述的传感器装置，其中，所述室侧壁包括围绕所述窗口开口并沿着所述室侧壁的外侧限定的凹进部分，并且其中，所述有源传感器经由粘合剂被粘附到在所述凹进部分内的所述室侧壁的至少一部分。38.一种用于测量样品的溶液特性的传感器装置，所述传感器装置包括：样品容器，所述样品容器包括样品室，其中，所述样品室包括围绕被配置成接收所述样品的室腔的室侧壁，参考传感器，所述参考传感器包括参考电极材料和与所述样品室流体连通的芯吸部件，使得所述样品中的至少一些由所述芯吸部件在所述参考电极材料的方向上吸取；以及有源传感器，所述有源传感器由部分被有源电极层覆盖的导电销制成，其中，所述有源传感器在沿所述室侧壁限定的窗口开口处耦合到所述室侧壁的至少一部分，其中，所述导电销的被所述有源电...

【专利技术属性】
技术研发人员：克赖顿，
申请(专利权)人：阿威尔斯医疗公司，
类型：发明
国别省市：