專利名稱：具有導(dǎo)引流體流動的孔口的流體測試傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于流體分析的傳感器，具體針對具有定位成用以控制毛細(xì)管腔內(nèi)流體位置的孔口的傳感器。
背景技術(shù)：
傳感器在許多應(yīng)用中，包括臨床、環(huán)境與過程監(jiān)控中用來測量被分析物。在許多這類應(yīng)用中，總希望用少量的液體樣品體積來進(jìn)行測量。為了獲得精確的結(jié)果，將樣品的等分試樣正確地定位于傳感器的換能元件或作用區(qū)上至為關(guān)鍵。
例如，電化學(xué)流體分析應(yīng)用(例如血糖測定)傳感器依賴于流體正確地放置到傳感器的電極或“作用”部分上。在基于光學(xué)方法的傳感器中，流體的位置同樣是重要的。若是流體樣品沒有定位于光路上，此系統(tǒng)就會產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。于是，流體在傳感器內(nèi)(例如在毛細(xì)管腔內(nèi))的位置成為取得準(zhǔn)確測量結(jié)果的重要因素。
有許多因素影響到傳感器內(nèi)的流體位置。例如毛細(xì)管的幾何結(jié)構(gòu)、毛細(xì)管內(nèi)表面的濕潤能力、樣品大小以及成分都會影響到流體位置。孔口的形狀與位置的影響曾被忽略，因為于它與流體在毛細(xì)管內(nèi)的位置有關(guān)，需要有這樣的流體分析傳感器，其中將孔口的位置與形狀設(shè)計成能使流體合適地定位，以便使所需的樣品體積最小化和提高讀數(shù)的精度。

發(fā)明內(nèi)容
提供了這樣的流體分析傳感器，它設(shè)有一或多個具有各種幾何形狀的孔口用以導(dǎo)引流體流動。毛細(xì)管作用將流體推入或經(jīng)過流體分析傳感器，孔口邊緣導(dǎo)引和控制流體流過傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，孔口的邊緣導(dǎo)引樣品流體覆蓋傳感器內(nèi)電極的優(yōu)選部分。
本發(fā)明另一些實施例的孔口邊緣則用來沿傳感器內(nèi)的迂回路徑導(dǎo)引流體。
根據(jù)本發(fā)明又一實施例，這種孔口用來控制流體流過傳感器的時間。這種孔口還可用來控制流體與試劑接觸的時間。
上述的本發(fā)明的概要并非用來代表本發(fā)明的各種實施形式或其每個方面，本發(fā)明的其他特點與優(yōu)點可以從下面給出的詳細(xì)描述、附圖與權(quán)利要求中獲得認(rèn)識。


圖1是本發(fā)明一實施例的流體分析傳感器的分解圖，圖2是流體分析傳感器的正視圖，圖3是圖2的流體分析傳感器在傳感器測試腔中含有樣品流體時的正視圖，圖4a～4c是示明傳感器中樣品流體流動的經(jīng)時變化圖。
圖5a～5d是示明另一傳感器中樣品流體流動的經(jīng)時變化圖。
圖6a～6f是示明又一傳感器中樣品流體流動的經(jīng)時變化圖。
本發(fā)明可以有種種改型和其他可能的形式，而在此是以附圖用舉例形式詳述了一些特殊的實施形式。但應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明并非限制于所公開的特殊形式。相反，本發(fā)明將涵蓋為后附權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有改型、等效形式與其他的可能形式。
具體實施例方式
本發(fā)明的傳感器利用孔口將樣品流體導(dǎo)向所需的測試位置如試劑區(qū)與電極處。先來參考圖1，其中以分解圖示明了傳感器10。該傳感器10包括用來支承傳感器元件的底層12、電極層14與蓋層16。該電極層包括第一與第二電極18、20，它們必須與流體樣品接觸來進(jìn)行測試，例如對流體樣品進(jìn)行血糖分析。電極18與20同與導(dǎo)線23電連的電極組件19與21接觸，得以將傳感器10用于電化學(xué)分析裝置。此第一與第二電極18、20也可分別稱為“工作電極”與“計數(shù)器電極”。
所示的第二電極組件21具有子電極20a，后者用來當(dāng)不足所需量的樣品流體插入傳感器10時協(xié)助探測“不滿”狀態(tài)。當(dāng)傳感器10未裝滿樣品流體時，在子電極20a與第一電極18之間有少量的電流流過，提醒用戶傳感器未裝滿。
蓋層16疊置于電極層14上，包括一讓流體流入的流體入口區(qū)22。蓋層16還包括一突出區(qū)24，后者在組裝傳感器10時形成樣品腔(后面示明于圖2與3中)。第一與第二孔口26設(shè)于蓋層16內(nèi)，用以將流體通過毛細(xì)作用吸入樣品腔內(nèi)，還用來導(dǎo)引樣品腔內(nèi)流體的位置，這將更詳細(xì)地示明于圖2與3中。在電極層14與蓋層16間的電介質(zhì)層28包圍樣品接觸區(qū)30，確保樣品流體不與電極引線32作電接觸，這是由于與這些引線32接觸會使讀數(shù)不精確。
試劑34設(shè)于電介質(zhì)層28與蓋層16之間，包含有與樣品流體起反應(yīng)以產(chǎn)生用于樣品分析的所需電化學(xué)性質(zhì)的化合物。
參看圖2，它是圖1的傳感器10的正視圖，集中于由蓋層16的突出區(qū)24形成的樣品腔36。樣品腔36設(shè)計用來保持用于測試的流體，使得此流體能接觸電極層14的第一電極18與第二電極20兩者。測試時，樣品流體通過流體入口區(qū)22進(jìn)入樣品腔36，同時由于孔口26所實現(xiàn)的毛細(xì)作用而吸入樣品腔36內(nèi)。樣品流體與第一和第二電極18、20保持接觸而可以對流體樣品進(jìn)行電化學(xué)測試如血糖測試。
電極18與20的外邊緣38、40覆蓋以電介質(zhì)層如圖1中標(biāo)號28所示，于是這些邊緣不起電化學(xué)作用(為便于圖示，電介質(zhì)層未于圖2中給出)。最好是將樣品流體導(dǎo)向電極18與20中心的作用部分。
圖3示明了圖2的等角圖中的傳感器10，且在樣品腔36中有樣品流體?？卓?6的樣品導(dǎo)向邊緣44將樣品流體42從計數(shù)器電極20的外邊緣38與40處導(dǎo)離，且向此電極的中部導(dǎo)引，樣品流體42同電極18與20在電極的中部可進(jìn)行最佳的電接觸。如圖3所示，樣品流體42的前緣46已導(dǎo)引到孔口26之間以與第二電極20作充分的接觸，使得能從傳感器10求得精確的讀數(shù)。
本發(fā)明的采用孔口的傳感器可以以各種實施形式來改進(jìn)流體測試作業(yè)。圖4a～c是傳感器48的經(jīng)時變化圖像，此傳感器48利用孔口50在樣品流體42流過傳感器時給樣品流體形成瓶頸或“窄縮點”。如圖4a所示，樣品流體42首先通過毛細(xì)作用吸入傳感器48中并限制在蓋層16之下的隔離邊緣52之間。樣品流體42的前緣46沿著孔口50的樣品導(dǎo)向邊緣44進(jìn)入瓶頸區(qū)54?？卓?0雖為方形，但它們成一角度使隔離邊緣52與孔口50的相對頂點相交，而用于樣品流體42的孔口50的輪廓則是相對的直角等腰三角形。圖4a所示的樣品流體42正好是在不與電極20接觸之時。
參看圖4b，它示明的是較后時間中的圖4a的傳感器48。樣品流體42的前沿46已超過傳感器48的瓶頸區(qū)54，此時樣品流體42的一部分接觸到第二電極20的中央?yún)^(qū)。前緣46隨著時間的流逝繼續(xù)通過瓶頸區(qū)54，如圖4c所示，使得第二電極20進(jìn)一步為樣品流體42更完全地覆蓋。具有形成瓶頸區(qū)的樣品導(dǎo)向邊緣的孔口由于通過瓶頸區(qū)減慢了流體的流速，就可有效地于傳感器內(nèi)精確地導(dǎo)引樣品流體，并在流體通過傳感器時對之作更精確的定時控制。根據(jù)一種實施形式，圖4a～c所示的進(jìn)程發(fā)生超過約3秒鐘，而沒有瓶頸的這種進(jìn)程則不到0.3秒。
本發(fā)明的孔口可以布置成使樣品流體沿著特殊的路徑且延遲地流過傳感器。這種使用方式能有效地改進(jìn)樣品流體與試劑的混合和能更精確地控制流體流過傳感器的時間。圖5a～5d是具有兩個設(shè)于交錯位置的孔口58以形成樣品流體42的曲折路徑的傳感器56的經(jīng)時變化圖像。圖5a示明樣品流體42進(jìn)入傳感器56并由孔口58的樣品導(dǎo)向邊緣44沿流體通道60導(dǎo)引。在圖5a中，樣品流體42剛進(jìn)入傳感器56且由第一孔口58a的樣品導(dǎo)向邊緣44導(dǎo)引通過第一電極18。樣品流體42的前緣處于第一電極18與第二電極20之間。
然后如圖5b所示，樣品流體42的前緣46已由第二孔口58b的樣品導(dǎo)向邊緣44環(huán)繞第二孔口58b導(dǎo)引，同時樣品流體42與第二電極20接觸。此樣品流體42繼續(xù)流過傳感器56，如圖5c與5d所示，且其前沿在通過傳感器56時繼續(xù)依循流體通道60。
如圖5a～5d所示的彎曲通道由于樣品流體42沿著流體通道60的迂回加大了擾動，增強(qiáng)了樣品流體42與試劑34在傳感器56內(nèi)的混合。此外，由于采用了彎曲的流體通道60而顯著增大了時延。例如依據(jù)某些實施例的如圖5a～5d所示的傳感器56可以在流體進(jìn)入傳感器的初始位置和樣品流體沿著流體通道完全通過之間延遲一至五秒。流體沿此流體通道流動的時間可以通過窄化或拓寬或是加長或縮短此通道而改變，例如可以將不同尺寸的孔口58設(shè)于不同位置來界定這種流體通道。
當(dāng)用到不止一種試劑時，由于不同試劑具有與樣品流體的不同最佳反應(yīng)時間，因而控制流體流過傳感器的時間是有利的。在某些光學(xué)與電化學(xué)的測試應(yīng)用中可以采用多種試劑?，F(xiàn)在參看圖6a～f，其中在經(jīng)時變化圖像中示明了具有第一與第二孔口64a與64b來控制流體沿流體通道60流動的傳感器62。圖6a示明樣品流體引入到傳感器62之前的傳感器62。圖6b示明正引入傳感器62內(nèi)的樣品流體42。樣品流體42的前緣46被樣品導(dǎo)向邊緣44，沿著流體通道60且圍繞第一孔口64a導(dǎo)引。在圖6c中，樣品流體42的前緣46已通過第一孔口64a且被第二孔口64b的樣品導(dǎo)向邊緣44導(dǎo)向。
現(xiàn)在參看圖6d，樣品流體42已充填流體通道60，并受到外通道邊緣(它們在圖6a～6f中為隔離邊緣52)以及孔口64a與64b的樣品導(dǎo)向邊緣44的約束。然后如圖6e所示，樣品流體42充填第一孔口64a下的容積。最后如圖6f所示，樣品流體42充填第二孔口64b下的容積。若是將試劑供給于兩個試劑區(qū)66a與66b中(如圖6d所示)，則圖6a～6f所示過程可以用來控制樣品流體42與各種試劑的接觸時間。
圖6a～6f所示的樣品流體流動的時間控制有利于其中可能用到具有不同的最佳反應(yīng)時間的多種被分析物的測試，如血與尿的測試。例如，設(shè)第一試劑設(shè)于第一試劑區(qū)66a，而第二試劑設(shè)于第二試劑區(qū)66b中，則樣品流體42將在其與第二試劑反應(yīng)之前開始與第一試劑反應(yīng)，這是由于第一孔口64a的區(qū)域要比第二孔口64b的區(qū)域更快地被樣品流體充滿。如同在圖4a～4c與5a～5d的實施例中，可以改變流體通道的長度與寬度以及孔口的尺寸與形狀來實現(xiàn)所要求的時間控制。根據(jù)某些實施例，通過使用用圖6a～6f的實施例可以在與試劑區(qū)的接觸之間取得2～5秒的時延。而通過調(diào)節(jié)表面性質(zhì)如試劑的可濕潤性則可以實現(xiàn)甚至更長的時延。
通過使第一試劑區(qū)的產(chǎn)物擴(kuò)散到第二試劑區(qū)中并用作為第二反應(yīng)的基底，借助這種方法也可以實現(xiàn)對這種時延的利用。因為時延，可以確定反應(yīng)產(chǎn)物的濃度。
圖6的實施例的另一種應(yīng)用是可通過利用相應(yīng)的多種信號換能元件(包括光束與電極)同時讀取多個試劑區(qū)。在此實施例中，當(dāng)同時讀取全部的信號換能時，有差異的潤濕時間提供了不等的反應(yīng)時間。
這里以圖示的例子詳細(xì)地描述了本發(fā)明的特殊實施例，但本發(fā)明是可以有各種變型與其他形式的。應(yīng)知本發(fā)明并不限定于在此所公開的特殊形式中，相反，本發(fā)明涵蓋了后附權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所有的改型、等效形式與其他可能形式。
權(quán)利要求
1.用于分析流體樣品的傳感器，它包括用以接收樣品流體的樣品腔；沿此樣品腔設(shè)置的至少一個測試區(qū)；用于給所述樣品腔通氣的至少一個孔口，此至少一個孔口具有至少一個樣品導(dǎo)向邊緣用以將所述樣品流體導(dǎo)引到所述至少一個測試區(qū)。
2.權(quán)利要求1的傳感器，它具有多個孔口，這些孔口有著排列好的樣品導(dǎo)向邊緣用以將所述樣品流體導(dǎo)引到所述測試區(qū)。
3.權(quán)利要求2的傳感器，其中兩個孔口是方形的，而所述測試區(qū)則位于此兩孔口的分離區(qū)域上的樣品導(dǎo)向邊緣之間。
4.權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個孔口包括兩個相互分開的交錯孔口以在所述樣品腔內(nèi)形成流體通道。
5.權(quán)利要求4的傳感器，其中所述流體通道是具有至少一個所述樣品流體沿其流動的彎角的曲折流體通道。
6.權(quán)利要求5的傳感器，它還包括與所述樣品腔通連的試劑層。
7.權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個孔口包括兩個相互鄰近設(shè)置的孔口，它們形成用于控制所述樣品流體流動的瓶頸區(qū)。
8.權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個測試區(qū)是從包括電極與試劑區(qū)的組中選取。
9.權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個測試區(qū)包括兩個電極。
10.權(quán)利要求9的傳感器，它還包括覆蓋上述兩電極邊緣的電介質(zhì)材料。
11.用以收集樣品流體且將其置于用于對它分析的測試傳感器中的方法，此方法包括通過毛細(xì)作用將所述樣品流體接收到樣品腔內(nèi)；及利用設(shè)在為所述樣品腔通氣的至少一個孔口上所設(shè)的至少一個樣品導(dǎo)向邊緣，將此樣品流體導(dǎo)引通過所述樣品腔而到達(dá)此傳感器的至少一個測試區(qū)。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述的接收樣品流體的步驟包括在流體入口區(qū)接收所述樣品流體。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述至少一個測試區(qū)選自包括電極與試劑區(qū)的組中。
14.權(quán)利要求11的方法，其中所述至少一個測試區(qū)包括兩個電極。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述至少一個孔口包括兩個孔口。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述兩個孔口沿著所述樣品腔內(nèi)的交錯位置設(shè)置，還包括沿流體通道導(dǎo)引所述樣品流體。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述測試傳感器沿所述樣品腔設(shè)有試劑而所述流體通道是曲折的，還包括在所述樣品流體沿所述流體通道導(dǎo)引時使此測試流體與所述試劑混合。
18.用于分析流體樣品的傳感器，它包括用以接收樣品流體的樣品腔，所述樣品腔具有流體入口；在此樣品腔內(nèi)的第一與第二孔口，此第一與第二孔口分別有第一與第二孔口邊緣且沿此樣品腔的流體通道設(shè)置成，使第一孔口比第二孔口更靠近上述流體入口，沿此樣品腔設(shè)于第一孔口下的第一試劑區(qū)；沿此樣品腔設(shè)于第二孔口下的第二試劑區(qū)。
19.權(quán)利要求18的傳感器，其中所述第一與第二孔口沿上述流體通道分開設(shè)置成，使進(jìn)入上述流體入口的樣品流體連續(xù)不斷地接觸所述第一與第二孔口邊緣。
20.權(quán)利要求18的傳感器，其中所述第一試劑適用于在第一最優(yōu)反應(yīng)時間與上述樣品流體反應(yīng)，而所述第二試劑適用于在第二最優(yōu)反應(yīng)時間與上述樣品流體反應(yīng)，且此第二最優(yōu)反應(yīng)時間比此第一最優(yōu)反應(yīng)時間短。
21.權(quán)利要求18的傳感器，它還包括具有孔口邊緣且沿上述流體通道設(shè)置的另外的孔口。
22.權(quán)利要求21的傳感器，它還包括沿所述樣品腔分別在上述另外的孔口之下的另外的試劑區(qū)。
23.用于分析流體樣品的方法，它包括通過毛細(xì)作用將所述樣品流體接收到樣品腔內(nèi)，此樣品腔具有流體入口和沿流體通道設(shè)置的第一與第二孔口，上述樣品腔還具有設(shè)于第一孔口下的第一試劑和設(shè)于第二孔口下的第二試劑，此第一與第二孔口具有第一與第二孔口邊緣；通過毛細(xì)作用沿上述流體通道導(dǎo)引上述流體樣品使所述流體在通過所述第二孔口之前通過所述第一孔口；充填所述樣品腔使所述樣品流體首先充填第一孔口下的第一容積然后再充填第二孔口下的第二容積。
24.權(quán)利要求23的方法，其中上述樣品流體充填第一孔口下的第一容積的時間與上述樣品流體充填第二孔口下的第二容積的時間兩者間的時延大于約3秒。
25.用于分析流體樣品的傳感器，它包括底層；由所述底層支承的電極層，此電極具有第一與第二電極，它們分別從第一與第二電極引線延伸出且具有中央部分；設(shè)在電極層之上的蓋層，此蓋層具有限定出樣品腔的突出部；與上述樣品腔流體通連的流體入口區(qū)，第一與第二孔口，此第一孔口具有第一導(dǎo)向邊緣而所述第二孔口具有與此第一導(dǎo)向邊緣相對的第二導(dǎo)向邊緣，且此第一與第二導(dǎo)向邊緣在上述第一與第二電極的所述的至少一個中央部分上相互相對。
26.權(quán)利要求25的傳感器，其中所述電極具有中央部分，而在所述電極的所述中央部分的一個之上設(shè)有在上述第一與第二相對導(dǎo)向邊緣之間的中間區(qū)。
27.用于分析流體樣品的傳感器，它包括具有流體入口區(qū)的樣品腔，此樣品腔適于通過毛細(xì)作用充填且具有孔口，此孔口具有至少一個導(dǎo)向邊緣，用來在充填上述樣品腔時在毛細(xì)作用下將流體導(dǎo)引到所述樣品腔內(nèi)。
全文摘要
用于分析流體樣品的傳感器(10)，具有用以接收樣品流體的樣品腔(36)。沿樣品腔(36)設(shè)有至少一個測試區(qū)(14)，同時至少有一個孔口(26)起到給樣品腔(36)通氣且通過其至少一個樣品導(dǎo)向邊緣(44)的適當(dāng)位置與幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)引此樣品腔(36)內(nèi)樣品流體(42)的雙重作用。
文檔編號G01N27/403GK1918470SQ200580004274
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
發(fā)明者C·布拉?？? D·V·布朗, 鄭成權(quán) 申請人:拜爾健康護(hù)理有限責(zé)任公司