用于流體分析的諧振傳感器組合件和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及用于流體分析的系統(tǒng)和方法，并且更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于使用諧振傳感器的流體分析的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諧振傳感器通常用來(lái)提供與樣本中存在的物理、化學(xué)和生物組分有關(guān)的信息。傳感器的選擇性在傳感器性能和應(yīng)用方面是合乎需要的。選擇性的缺乏通常阻礙諸如但不限制于醫(yī)療診斷、生命科學(xué)、水、油氣以及安全性的應(yīng)用中感測(cè)流體中的物理、化學(xué)和生物種方面的傳感器的廣泛使用。阻抗譜常常用于材料科學(xué)和材料表征。阻抗譜提供生物種的分析方面的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼮樯锓N的分析提供無(wú)創(chuàng)無(wú)毒平臺(tái)。但是，傳統(tǒng)阻抗譜的廣泛接受的局限性包含對(duì)寬頻率范圍的相對(duì)低的靈敏度和極長(zhǎng)的獲取時(shí)間。
[0003]當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室技術(shù)常常利用多個(gè)預(yù)處理步驟用于樣本，并且要求病理學(xué)家或技術(shù)人員手動(dòng)識(shí)別樣本組成。當(dāng)前傳感器技術(shù)利用基于光、電、機(jī)械、熱和磁檢測(cè)原理的不同換能器。傳感器可以是諧振或者非諧振的。與非諧振換能器相比，諧振換能器在不受控制的周圍環(huán)境噪聲影響存在的情況下提供更準(zhǔn)確地探測(cè)任何樣本的介電性質(zhì)的機(jī)制。周圍環(huán)境噪聲影響的非限制性示例包含溫度、介質(zhì)組成以及樣本中的干擾的存在。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，諧振傳感器組合件包含具有感測(cè)區(qū)的介電基片。該傳感器組合件還包括操作上耦合到感測(cè)區(qū)的多個(gè)調(diào)諧元件，其中感測(cè)區(qū)耦合到多個(gè)調(diào)諧元件以限定多個(gè)諧振電路。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包含諧振傳感器組合件以及與諧振傳感器進(jìn)行操作通信的讀取器，其中讀取器配置成以多個(gè)頻率獲取響應(yīng)。該諧振傳感器組合件包含:包括感測(cè)區(qū)的介電基片，其包括感測(cè)區(qū)，以及操作上耦合到感測(cè)區(qū)的多個(gè)調(diào)諧元件。感測(cè)區(qū)耦合到多個(gè)調(diào)諧元件以限定多個(gè)諧振電路。
[0006]在又一實(shí)施例中，諧振傳感器組合件包含:包括具有至少四個(gè)叉指電極結(jié)構(gòu)的感測(cè)區(qū)的介電基片，以及操作上耦合到感測(cè)區(qū)的多個(gè)調(diào)諧元件。感測(cè)區(qū)耦合到多個(gè)調(diào)諧元件，其配置成提供與多個(gè)電極對(duì)關(guān)聯(lián)的預(yù)定諧振頻率以限定多個(gè)諧振電路。
【附圖說(shuō)明】
[0007]在參照附圖閱讀下面詳細(xì)的描述時(shí)，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似符號(hào)貫穿附圖表示相似部分，其中:
圖1是按照本技術(shù)的實(shí)施例、采用配置成使用多個(gè)頻率探測(cè)流體樣本的傳感器組合件的不例傳感器系統(tǒng)的一部分的不意圖；
圖2是按照本技術(shù)的實(shí)施例、諧振傳感器的實(shí)施例的所測(cè)量的阻抗參數(shù)的圖表；
圖3是按照本技術(shù)的實(shí)施例、包括多個(gè)電極的示例感測(cè)區(qū)的示意圖； 圖4-6是按照本技術(shù)的實(shí)施例、具有多個(gè)電極的示例感測(cè)區(qū)的示意圖；
圖7是按照本技術(shù)的實(shí)施例、具有可重新配置設(shè)計(jì)的電極/樣本結(jié)構(gòu)的等效電路；
圖8是按照本技術(shù)的實(shí)施例、采用單一傳感器區(qū)的傳感器系統(tǒng)的示意表示；以及圖9是按照本技術(shù)的實(shí)施例、用于分析樣本的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例涉及用于物理、化學(xué)和/或生物檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)和方法可用于流體的分析。有利地，系統(tǒng)和方法促進(jìn)使用單一傳感器以各種頻率探測(cè)流體。在某些實(shí)施例中，諧振傳感器組合件可包括單一感測(cè)區(qū)，其配置成以多個(gè)頻率進(jìn)行諧振。在這些實(shí)施例的一些中，單一感測(cè)區(qū)配置成以多個(gè)頻率探測(cè)流體。單一感測(cè)區(qū)中的各種子區(qū)域可配置成探測(cè)流體樣本中的不同深度，從而提供沿與傳感器平面垂直的方向、與流體樣本有關(guān)的斷層掃描的信息。這種斷層掃描的信息可通過(guò)使用電磁場(chǎng)貫穿波來(lái)提供。在一個(gè)示例中，電磁波可包括電場(chǎng)貫穿波和磁場(chǎng)貫穿波。例如，如果流體樣本包含樣本中的細(xì)胞或其他組分，則斷層掃描的信息可包含與作為離感測(cè)表面的距離的函數(shù)的樣本的復(fù)介質(zhì)常數(shù)有關(guān)的信息。從細(xì)胞內(nèi)的不同深度所得到的信息提供細(xì)胞粘著、新細(xì)胞的迀移、細(xì)胞活動(dòng)的變化以及對(duì)外部激勵(lì)(例如環(huán)境、藥物學(xué))的響應(yīng)的指示。在一個(gè)示例中，關(guān)于細(xì)胞形態(tài)的信息可用來(lái)在快速收集活組織檢查中跟蹤癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。
[0009]在某些實(shí)施例中，傳感器可在醫(yī)療診斷、生命科學(xué)、水技術(shù)、油氣以及安全性的領(lǐng)域的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用中來(lái)采用。在醫(yī)療診斷的情況下，諧振傳感器組合件可用來(lái)檢測(cè)或診斷感染或癌。在水技術(shù)的情況下，諧振傳感器組合件可用來(lái)檢測(cè)水樣本中的蛋白質(zhì)和細(xì)菌細(xì)胞積聚。水樣本可來(lái)自飲用水或者蒸餾或冷卻箱。
[0010]有利地，由于系統(tǒng)和方法促進(jìn)在使用單一傳感器時(shí)以多個(gè)頻率探測(cè)樣本，所以不要求將流體樣本設(shè)置在多個(gè)傳感器上以便以多個(gè)頻率探測(cè)樣本。
[0011]在某些實(shí)施例中，諧振傳感器組合件可包含:包括感測(cè)區(qū)的介電基片，以及操作上耦合到感測(cè)區(qū)的多個(gè)調(diào)諧元件。此外，感測(cè)區(qū)耦合到多個(gè)調(diào)諧元件以限定多個(gè)諧振電路。每個(gè)諧振電路可用來(lái)限定單一感測(cè)區(qū)中的子區(qū)域，其中每個(gè)子區(qū)域配置成探測(cè)流體樣本中的不同深度。在一個(gè)實(shí)施例中，介電基片和感測(cè)區(qū)可以是諧振傳感器的一部分。在某些實(shí)施例中，諧振電路可包含相結(jié)合以引起產(chǎn)生諧振傳感器響應(yīng)的組件。
[0012]在一些實(shí)施例中，諧振傳感器可耦合到多個(gè)調(diào)諧元件以限定多個(gè)諧振電路。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)諧元件可以是諧振傳感器外部的。在另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)諧元件可以不是諧振傳感器外部的，調(diào)諧元件可以是諧振傳感器的整體的。
[0013]在一些實(shí)施例中，傳感器讀取器可配置成監(jiān)測(cè)來(lái)自諧振傳感器組合件的多個(gè)響應(yīng)。讀取器可通過(guò)讀取器天線與傳感器進(jìn)行操作關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，讀取器可配置成監(jiān)測(cè)諧振傳感器的諧振性質(zhì)。來(lái)自諧振傳感器的數(shù)據(jù)可使用有線或無(wú)線傳輸來(lái)傳遞。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線傳輸是電感耦合傳輸。在某些實(shí)施例中，讀取器可以是響應(yīng)分析器，其配置成接收多個(gè)頻率的信號(hào)。
[0014]在某些實(shí)施例中，傳感器讀取器可配置成測(cè)量具有樣本的諧振傳感器的阻抗譜的實(shí)部和虛部。在某些實(shí)施例中，傳感器讀取器可配置成測(cè)量與傳感器諧振之外的樣本關(guān)聯(lián)的諧振傳感器的阻抗譜的實(shí)部和虛部。除了復(fù)阻抗譜參數(shù)的測(cè)量之外，讀取器還可測(cè)量與復(fù)阻抗譜相關(guān)的其他譜參數(shù)。譜參數(shù)的非限制性示例包含S參數(shù)(散射參數(shù))和Y參數(shù)(導(dǎo)納參數(shù))。在一些實(shí)施例中，傳感器讀取器可配置成實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)傳感器。此外，讀取器可配置成以間斷或連續(xù)的方式來(lái)監(jiān)測(cè)傳感器響應(yīng)。
[0015]在某些實(shí)施例中，諧振傳感器可包含單一感測(cè)區(qū)，其中感測(cè)區(qū)配置成以多個(gè)頻率進(jìn)行諧振。在一個(gè)示例中，諧振傳感器可以是RFID傳感器。RFID傳感器可包括存儲(chǔ)器芯片。存儲(chǔ)器芯片可用于在需要時(shí)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可包含RFID傳感器的數(shù)字ID或者RFID傳感器的任何其他信息。存儲(chǔ)器芯片可以是讀寫芯片，例如集成電路(1C)芯片。備選地，存儲(chǔ)器芯片可以是只讀芯片，例如聲波裝置芯片。存儲(chǔ)器芯片可以是獨(dú)立傳感器的模擬輸入。
[0016]如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“RFID標(biāo)簽”指的是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)告技術(shù)，其將電子標(biāo)簽用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且包含至少兩個(gè)組件，其中第一組件是用于存儲(chǔ)和處理信息并且對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的集成電路(存儲(chǔ)器芯片)。這種存儲(chǔ)器芯片也可用于其他專門功能，例如它能夠包含電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器芯片也可包含用于模擬信號(hào)的輸入。第二組件是用于接收和傳送射頻信號(hào)的天線。天線也可配置成用作感測(cè)區(qū)。在某些實(shí)施例中，具有感測(cè)功能的RFID標(biāo)簽是RFID傳感器。在某些實(shí)施例中，具有感測(cè)區(qū)的RFID標(biāo)簽是RFID傳感器。
[0017]在某些實(shí)施例中，諧振傳感器可包括具有例如當(dāng)RFID標(biāo)簽的天線還通過(guò)作為環(huán)境變化的函數(shù)而改變其復(fù)阻抗參數(shù)來(lái)執(zhí)行感測(cè)功能時(shí)的增加感測(cè)功能的RFID標(biāo)簽。采用這類諧振傳感器對(duì)環(huán)境變化的確定通過(guò)分析復(fù)阻抗來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，RFID標(biāo)簽可通過(guò)耦合跨RFID標(biāo)簽的天線和/或存儲(chǔ)器芯片的互補(bǔ)傳感器來(lái)轉(zhuǎn)換為RFID諧振傳感器。通過(guò)耦合互補(bǔ)傳感器，所附連傳感器的電氣響應(yīng)可轉(zhuǎn)化為諧振傳感器的復(fù)阻抗響應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)的對(duì)應(yīng)變化。諧振傳感器的復(fù)阻抗響應(yīng)的非限制性示例可包含諧振傳感器的復(fù)阻抗響應(yīng)的諧振峰值位置、峰值寬度、峰值高度和峰值對(duì)稱性、復(fù)阻抗的實(shí)部的幅值、復(fù)阻抗的虛部的諧振頻率、復(fù)阻抗的虛部的反諧振頻率、零電抗頻率、相位角和阻抗的幅值。
[0018]在某些實(shí)施例中，諧振傳感器可用來(lái)測(cè)量多種物理、化學(xué)和生物參數(shù)。在RFID諧振傳感器中，用于集成詢問(wèn)的方法和系統(tǒng)可用來(lái)從RFID傳感器收集數(shù)字和模擬信號(hào)以得至IJ與RFID標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的數(shù)字或模塊數(shù)據(jù)(例如標(biāo)簽ID、最終用戶存儲(chǔ)信息、感測(cè)信息、從標(biāo)簽可得到的任何其他數(shù)字信息)以及與RFID傳感器對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)(例如感測(cè)測(cè)量、反射功率測(cè)量)。在一個(gè)實(shí)施例中，RFID傳感器的RFID標(biāo)簽可以是無(wú)源標(biāo)簽。無(wú)源RFID標(biāo)簽不需要電池用于其功能，并且包括連接到傳感器天線的存儲(chǔ)器芯片。
[0019]在一些實(shí)施例中，可處理諧振傳感器阻抗譜以提取若干“譜參數(shù)”。譜參數(shù)是Fp、&、匕或？2以及其他?？蓪鞲衅髯杩棺V傳送給中央計(jì)算中心供處理。在一個(gè)示例中，中央計(jì)算中心可使用來(lái)自阻抗讀取器的穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)分析阻抗譜或譜特征的至少一部分。穩(wěn)態(tài)傳感器響應(yīng)是在所確定的時(shí)間期間來(lái)自傳感器的響應(yīng)，其中在測(cè)量時(shí)間響應(yīng)沒(méi)有細(xì)微變化。因此，在時(shí)間穩(wěn)態(tài)傳感器響應(yīng)的測(cè)量產(chǎn)生相似值。動(dòng)態(tài)傳感器響應(yīng)是在所測(cè)量環(huán)境參數(shù)(溫度、壓力、化學(xué)濃度、生物濃度等)的突然變化時(shí)來(lái)自傳感器的響應(yīng)。因此，在測(cè)量時(shí)間傳感器響應(yīng)顯著變化。因此，在時(shí)間動(dòng)態(tài)傳感器響應(yīng)的測(cè)量產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)態(tài)簽名。響應(yīng)的動(dòng)態(tài)簽名的非限制性示例包含平均響應(yīng)斜率、平均響應(yīng)幅值、信號(hào)響應(yīng)的最大正斜