[发明专利]温度无关的化学和生物传感器

说明书

关于联邦资助研发的声明

本发明以政府支持进行，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。政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。

附图说明

通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地理解本发明的这些及其它特征、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示出按照本发明的实施例的感测系统；

图2示出按照本发明的实施例的RFID传感器；

图3示出按照本发明的备选实施例的RFID传感器；

图4示出按照本发明的实施例的RFID传感器的测量的响应；

图5是示出按照本发明的实施例、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