傳感器板的制作方法

專利名稱：傳感器板的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器板，包括含有主體材料并具有彼此大致平行的兩個表面的板狀主體，以及至少一個光學傳感器和至少一個非光學傳感器，在此這些傳感器位于主體的相同表面上。
背景技術：
在該上下文中，術語傳感器板表示一種在該板的至少一個表面上承載兩個或更多傳感器的固體材料的板。
光學傳感器廣泛用于分析設備中，這些分析設備用于分析幾個技術領域內的取樣，例如用于評估食品和飲用品或工業產品的質量。
在試管中光學確定血液取樣中的參數通常是通過血液氣體分析器進
行，例如名稱為ABL800 FLEX的丹麥的哥本哈根的Radiometer Medical
ApS生產和出售的血液氣體分析器。在這些分析器中，光學傳感器一般安裝為配套的光度單元并且要求空間，進而使分析路徑更長，其又會要求更大的取樣。
由于使測量要求血液的量最小化的趨勢，其特別是對會要求許多后續取樣的嚴重病人以及可用血量被高度限制的嬰兒來說確實如此，因此希望例如通過在盡可能小的體積內提供盡可能多的用于分些不同參數的傳感器來使分析路徑最小化。
而且在其他場合中，和最小取樣體積的條件是有關的，例如當取樣來源的樣本稀少或昂貴時。因此，如果光學傳感器可以和傳感器板上的其他傳感器相結合，這將會是非常有利的。

發明內容
本發明的目的是提供一種包括至少光學傳感器的傳感器板，該傳感器板可承載用于希望分析所需要的所有傳感器同時非常緊湊。
本發明還提供了一種傳感器板，其能夠使分析路徑最小化并且在較小量的取樣上獲得可靠的結果。而且，根據本發明的傳感器板不需要在光學 傳感器所在區域周圍進行密封，其簡化了制造工藝并且顯著減小泄露的風 險。
根據本發明的光學傳感器板包含至少一個集成的光學傳感器并且通過 集成這些光學傳感器可減小這些傳感器所需要的空間。
因此，在根據本發明的傳感器板中，主體包括主體材料的厚度為D, 的第一區域以及主體材料的厚度為D2的第二區域，在此D^D2X),至少一 個光學傳感器位于第二區域處。
第二區域的厚度D2是比第一區域的厚度D!小的厚度。然而，第二區 域的厚度D2是為例如關于承載傳感器的第二區域或其他材料提供足夠強 度的厚度。優選第二區域僅構成傳感器板的較小的部分并且優選第二區域 遠離傳感器板的邊緣。這將確保傳感器板因此保持使用中強度足夠。
傳感器是板狀的表示該傳感器板具有作為薄板的形狀并且優選大致矩 形的形狀。
本發明基于意外的發現，即通過將區域中的傳感器板的厚度減小到比 一般整個的厚度Dt小的厚度D2能夠使不透明的傳感器板在至少有限的區 域中透明。至今已經假定將厚度減小到能夠使傳感器板透明會對傳感器板 的強度產生不利影響。
與上述假定相反，現在出現能夠至少有限區域中的傳感器板的厚度減 小到D2厚度，在此D,〉D2X),同時基本上保持傳感器板的強度。傳感器板 的厚度在第二區域中被被減小到D2以及減小到使得傳感器板在區域中對 所希望波長的電磁輻射足夠透明的程度。
第二區域的底部，即，其余材料，會被認為形成光學傳感器系統的透 明區域。以這樣的方式形成透明區域具有這樣的優勢，即，圍繞透明區域 封裝是多余的，因為不存在需要封裝的通道。因此，泄露和污染的風險顯 著減小。
優選地，光學傳感器連接于位于第二區域處的光學傳感器系統。 優選光學傳感器系統包含用于發射電磁輻射束的發射器。發射的電磁 輻射可被光學傳感器系統中的檢測器直接或間接地檢測到。而且，檢測器 檢測到發射的電磁輻射或電磁輻射中的改變。電磁輻射原則上可以是具有 任何波長的電磁輻射，例如，紫外光、紅外光、可見光、X射線等。當然傳感器板可包括不只一個第二區域，如果希望的話該第二區域具
有用于光學傳感器的厚度D2。原則上該數量是不受限制的，實際上厚度為 D2的區域的數量將被限制為的1到大約12或2、 4、 5、 6、 7或8個。厚度 為D2的區域可通過傳統方法例如切割、磨削、鉆孔或通過激光或聲音處 理得以制造，可選擇地具有最終拋光的底部。傳感器板還可通過將不同層 粘結在一起形成層疊結構例如第一薄透明層層疊到具有通孔的較厚的第二 層予以制造。具有厚度為D2的第二區域然后由在第二層中的通孔的位置 處的第一薄層形成。
厚度為D2的第二區域適合具有圓形的橫截面，然而，其他橫截面， 例如橢圓形、正方形、矩形等也是適合的。
可以設想到在另一些實施例中，傳感器板可包含厚度為D3的區域， 在此，D^D^O,并且D3不同于D2。還可以是具有不同厚度D4、 D5、 D6 等的幾個這樣的區域。這些實施例在當使用每個都要求板的不同厚度為 D3、 D4等的不同光學傳感器時是有用的。
優選地，傳感器板包含多個非光學傳感器，其布置在傳感器板的第一 表面上。多個非光學傳感器可包含位于相同表面上的一個、兩個、三個、 四個、五個、六個、七個或另外的多個非光學傳感器。在此使用的術語非 光學傳感器是可用來使用非光學方法檢測和測量希望的參數的量的任何種 類的傳感器。非光學傳感器一般包含在被一個或更多薄膜封閉的封殼中的 一個或更多電極。布置在相同表面上的非光學傳感器優選通過厚膜技術得 以貼附。優選非光學傳感器選自電勢測量傳感器以及電流測量傳感器。
通過非光學和光學傳感器被結合的結構，與傳統分析器相比，能夠實 現非常緊湊的單元，在此每個傳感器自身構成一個單元。因此，傳感器需 要的空間更小并且需要的取樣尺寸較小。
為了用作厚薄膜裝置(thick film appliance)的合適基片，優選主體材 料是耐熱的，優選耐熱溫度超過200°C，更優選超過400。C,甚至更優選 超過600°C。合適的主體材料的耐熱溫度是超過80(TC或甚至超過1000 °C。雖然傳感器板可由幾種材料例如陶瓷、玻璃、聚合物、金屬及其結合 制造而成，但是優選傳感器板由陶瓷材料做成。陶瓷材料可選自礬土、氧 化鋁、碳化硅、氮化硼、氮化硅和相似材料或其混合物。該材料被認為具 有例如關于承載電線等的非常好的強度和特性。目前，優選的陶瓷材料是礬土，其為厚膜貼附(thick film application)提供了非常好的基片。
厚度—般在0.3mm到2.5mm的范圍內，優選在0.5mm到1mm的 范圍內。
為了在根據本發明的傳感器板上獲得滿意的光學傳感器特性，厚度D2 優選小于大約0.5mm。而且，為了獲得甚至更好的特性，優選厚度D2在 大約0.05mm到大約0.5mm的范圍內。
優選厚度D2足夠薄以抑制由傳感器板的材料能夠引起的發光干涉光 學測量。這將減小光學系統中的錯誤源。
在根據本發明的優選實施例中，傳感器板涂有發光體層，其與厚度為 D2的第二區域至少部分重疊。優選地，發光體已被直接分配到厚度為D2 的區域處的傳感器板。
在優選的實施例中，傳感器板的厚度D2足夠小以防止或至少顯著減 小或抑制由傳感器板的材料可能引起的發光與由發光體引起的發光測量相 干涉。照此，測量中的另一錯誤源可予以消除。
優選地，光學傳感器系統包含一種用于檢測由發光體產生的發光的檢 測器。用于進行電輻射的發射器可以是例如發光二極管或燈泡。源優選發 出具有大約519nm范圍內的波長的電輻射。用于檢測由發光體產生的發光 的裝置可以是例如一種適合于能夠檢測由發光體產生的例如大約672nm的 波長范圍內的輻射的光學檢測器。發光體材料優選涂覆在接觸取樣的傳感
態的壽命縮短。
而且，在傳感器板的優選實施例中，厚度D2足夠薄以允許具有適合 于激勵發光體的波長的相當一部分的電磁輻射束通過厚度為D2的位置處 的傳感器板。
在傳感器板的另一優選實施例中，光學傳感器用來測量氧，并且發光 體優選是一種具有被氧破壞其發光特性的發光體。當傳感器板例如用于對 如血液的生理流體進行測量時，希望在其他參數中能夠確定血液中的氧的 含量。
的含量。通常，這些方法包含測量合適發光體的發光強度和/或發光壽命， 發光體接觸于含氧取樣并且被照亮。抑制發光的基本特征是使得和氧分子發生碰撞的發光體的激發發光的電子狀態失去活性。當激勵的電子狀態中 的發光體分子的平均數量是通過和氧分子相互作用得以減小時，發光體的
發光強度和激發的狀態壽命得以減小。減小值通過Stern-Volmer方程和接 觸發光體的氧分子的量相關聯，其中Stern-Volmer方程為
以上方程中的MG和M表示分別在不存在和存在氧時的發光體的發光 強度或激發狀態壽命。
表示對應于測量的M值的氧分子的濃度。是 所謂的Stern-Volmer常數。通過使用該方程以及它與已知氧取樣的含量的 關系，能夠確定取樣的氧濃度。通過所謂的抑制發光來確定血液或其他介 質中的氧含量的光度可從例如Jensen等的US 5,242,835中獲知，其通過用 于確定離散取樣中的氧的試管方法并且基于簡單的取樣處理原理公開了氧 的光度分析。US 5,242,835以參考的方式被結合于此。
光學傳感器適合于被定位成使發光體層流體接觸流體取樣以便檢測流 體取樣中存在的成分的部分壓力。因此，優選發光體層是接觸要被分析的 取樣的 一部分分析通道。
在確定氧濃度的過程中，希望用于發光體層的優選材料包含鈀-吟 啉，例如釔(II)-四苯基卟啉(PdTTP)或釔(II)- (pentafluorohenyl)畫卟啉 (PdTFPP )。
因此，在優選的實施例中，光學傳感器適合于測量取樣中的氧含量。 優選地，用于發射具有適合于激發發光體的波長的電磁輻射束的發射
器適合于厚度為D2的第二區域中的沒有承載傳感器的傳感器板的表面
上。在該實施例中，發射器和檢測器適合在傳感器板的同一表面上，因此
便于板連接于光學傳感器。
替換地，兩個相對的傳感器板可布置成第一表面彼此面對且厚度為D2
的第二區域彼此面對，以使電磁束會穿過兩個傳感器板上厚度為02的區域。
在該結構中，這些傳感器板能夠起到還包括一個或多個電化學傳感器 的光學測量單元的作用。在該實施例中， 一個或兩個傳感器板會承載一個 或更多電化學傳感器。照此， 一個或多個光學傳感器以及一個或多個電化 學傳感器可存在于小型體積中，因此通過光學傳感器系統可以測量較小的 取樣。
8本發明還涉及使用傳感器板，其中至少一個光學傳感器與光學傳感器系統相互作用。
傳感器板可用于測量流體取樣中的部分氧壓力。特別是可有利地使用用于測量血液取樣中的部分氧壓力的光學傳感器板。因此，光學傳感器板
適合用于在試管中確定血液取樣中的氧含量的光度。


現在將參照附圖更詳細地解釋本發明，其中圖1示出根據本發明的傳感器板；圖2示出根據本發明的傳感器板；
圖3示出應用具有根據本發明的傳感器板的光學傳感器系統的剖視
圖4示出光學傳感器系統的另一實施例；以及圖5示出光學傳感器系統的另一實施例。
具體實施例方式
圖1看到的是描述根據本發明使用的傳感器板1。傳感器1具有表面6 (在圖中朝下并且不可見)以及表面3。兩個表面6和3大致平行并且它們之間的距離限定了整個厚度D,,其在傳感器板1被表示為5。在表面3中，傳感器板1具有^f皮底部4限制向下的凹槽2。底部4的厚度，其是減小凹槽2的位置處的傳感器板的整個厚度D！的結果，被減小到厚度D2,該厚度D2使底部4對電磁束足夠透明。
圖2表示朝向表面6觀察的傳感器板1。厚度為D2的傳感器板1的區域涂有發光體層8。 5個電化學傳感器元件7表示在傳感器板1的第一表面6上。
圖1和圖2中描述的傳感器板是由提供很好強度的陶瓷氧化鋁制作而成。傳感器板具有尺寸長度大約4.3mm、寬度大約8mm、厚度D,大約0.8mm。厚度D2大約O.lmm。構成具有厚度D2減小的部分傳感器板1的凹槽2的直徑大約為2.8mm。凹槽2通過使用金剛鉆在傳感器板1中從第二表面3朝向第一表面6進行鉆孔形成。傳感器元件7是通過厚膜技術貼附。圖3表示具有傳感器板1的光學傳感器系統的剖視圖，其中傳感器板1在表面3中具有凹槽2并且在凹槽2中具有底部4。在表面6上的底部4的區域上涂有發光體層8。底部4之上表示的是用于檢測來自發光體8的發光的檢測器IO和并排的電磁輻射的源9。清楚地表示了在板中被示為5的厚度D,。而且，傳感器板1的表面6包括用于確定希望的參數的傳感器元件7。傳感器元件7是通過厚膜技術予以貼附。圖3還表示了相對板13，其是構成分析路徑的通道14的一部分。板13還包括傳感器元件17。兩個板1和13的傳感器元件7和17和發光體層8直4矣接觸在通道14中流動的取才羊。
圖4表示光學傳感器系統的另一實施例。該系統包含根據本發明的兩個相對的板1和la，板1和la都具有凹槽2和2a，當分別與被表示為傳感器板1和la的5和5a的整個厚度D,相比，該凹槽2和2a具有減小厚度D2的底部4和4a。而且，第二表面6上的傳感器板1涂有蓋住厚度為D2的區域4發光體8并且包含傳感器元件7。
電磁輻射的發射器9適合于在傳感器板1的第二表面3上。檢測器10適合于在傳感器板la的第二表面3a上。
圖5表示與圖4的實施例類似的光學傳感器系統的另一實施例，并且附圖標記參照光學傳感器系統的相同部件。圖4的光學傳感器系統不同于圖5的光學傳感器系統之處在于厚度為D2的區域未涂有發光體，并且兩個傳感器板1之間的空間12起到光學測量室的作用。因此從位于板1的第二表面3處的發射器9發射的電磁輻射穿過空間12中的取樣并且最終的輻射被位于板la的第二表面3a處的檢測器IO檢測到。而且，在該實施例中，傳感器板la包括傳感器元件7a。
當然傳感器板是分析設備的一部分，該分析設備包括許多其他部分例如分析設備、泵以及熱元件等，它們對于熟悉傳感器板如何與其他部件相結合的本領域技術人員是熟知的。而且，本領域技術人員將能夠根據本發明指出傳感器板以及與其連接的光學傳感器系統的其他實施例。
權利要求
1.一種傳感器板包含-板狀主體，該板狀主體包含主體材料并且具有彼此基本上平行的兩個表面，以及-至少一個光學傳感器和至少一個非光學傳感器，這些傳感器被定位在所述主體的相同表面處，其中所述主體包括具有主體材料厚度為D1的第一區域以及主體材料厚度為D2的第二區域，在此D1＞D2＞0，所述至少一個光學傳感器位于所述第二區域處。
2. 根據權利要求1的傳感器板，其中所述至少一個非光學傳感器選自于電勢測量傳感器和電流測量傳感器。
3. 根據權利要求1或2的傳感器板，其中所述至少一個非光學傳感器是由厚膜技術制造。
4. 根據前述權利要求的任一項的傳感器板，其中多個非光學傳感器被布置在所述主體上。
5. 根據前述權利要求的任一項的傳感器板，其中所述主體材料是耐熱的，優選耐熱溫度高于200°C,較優選高于400。C,更優選高于600。C。
6. 根據前述權利要求的任一項的傳感器板，其中所述板狀主體是由陶瓷材料制造。
7. 根據權利要求6的傳感器板，其中所述厚度D,在0.8到2.5mm的范圍內。
8. 根據權利要求6或7的傳感器板，其中所述厚度D2小于0.4mm。
9. 根據權利要求6-8的任一項的傳感器板，其中所述厚度D2在0.05mm到0.3mm的范圍內。
10. 根據前述權利要求的任一項的傳感器板，其中所述光學傳感器是氧傳感器。
11. 根據前述權利要求的任一項的傳感器板，其中所述至少一個光學傳感器包括發光體層。
12. 根據權利要求11的傳感器板，其中發光體的發光被氧抑制。
13. 根據權利要求12的傳感器板，其中所述發光體層包含鈀-口卜啉。
14.根據權利要求1-13的任一項的傳感器板的使用，其中所述至少一個光學傳感器與光學檢測器系統相互作用。
全文摘要
本發明涉及一種傳感器板，該傳感器板包含板狀主體，該板狀主體包含主體材料并且具有彼此大致平行的兩個表面；以及至少一個光學傳感器和至少一個非光學傳感器，這些傳感器被定位在所述主體的相同表面處，其中所述主體包括具有主體材料厚度為D₁的第一區域以及主體材料厚度為D₂的第二區域，在此D₁＞D₂＞0，所述至少一個光學傳感器位于所述第二區域處。
文檔編號B01L3/00GK101688826SQ200880013566
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月25日 優先權日2007年4月27日
發明者邁克爾·S·漢森 申請人:雷迪奧米特醫學公司