專利名稱：溫度無關(guān)的化學(xué)和生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及化學(xué)和生物傳感器，并且更具體來說，涉及高選擇性溫度無關(guān)的化學(xué)和生物傳感器。
背景技術(shù)：
化學(xué)和生物傳感器往往用于其中多種蒸汽的檢測可用于鑒別有用信息的許多應(yīng)用。例如，在監(jiān)測生物制藥產(chǎn)品、食品或飲料的變化中、監(jiān)測工業(yè)區(qū)的化學(xué)或物理危害方面、 以及在安全應(yīng)用(例如，住宅區(qū)監(jiān)測、機(jī)場的國家安全)中、不同環(huán)境和臨床背景中、以及其中某些有害和/或有毒蒸汽的檢測會特別有用的其它公共場所中，通過鑒別傳感器之中或周圍的某些環(huán)境變量的變化來測量蒸汽的存在會是特別有用的。一種用于感測這類環(huán)境變化的技術(shù)是通過采用涂敷有特定感測材料的傳感器、如 RFID傳感器。另外，傳感器可通過涂敷有一種或多種感測材料的單獨(dú)換能器的陣列來設(shè)置。 許多傳感器陣列包括多個相同傳感器。但是，雖然使用相同傳感器簡化了傳感器陣列的制造，但是這種陣列可具有用于僅感測單個響應(yīng)(例如，電阻、電流、電容、功函數(shù)、質(zhì)量、光學(xué)厚度、光強(qiáng)度等等)的有限能力。在某些應(yīng)用中，多個性質(zhì)的多個響應(yīng)或變化可發(fā)生。在這類應(yīng)用中，包括這樣的傳感器的陣列會是有利的其中陣列中的不同換能器采用相同或不同響應(yīng)(例如，電阻、電流、電容、功函數(shù)、質(zhì)量、光學(xué)厚度、光強(qiáng)度等等)并且涂敷有不同感測材料，以使得能夠測量一個以上的性質(zhì)。不利的是，制造具有獨(dú)特制作以感測特定響應(yīng)的單獨(dú)傳感器的傳感器陣列使該陣列的制造復(fù)雜化。此外，在許多實(shí)際應(yīng)用中，有利的是使用高選擇性化學(xué)和生物傳感器。也就是說， 往往希望提供能夠在其它蒸汽和混合物存在的情況下感測多個蒸汽和蒸汽混合物的傳感器陣列?？赡艽嬖诘恼羝驼羝旌衔锏臄?shù)量越大，則準(zhǔn)確感測和鑒別特定類型的、要被感測的蒸汽或蒸汽混合物可能越困難。當(dāng)一個或多個蒸汽以高于要檢測的其它感興趣蒸汽的幅值水平存在時，情況可能尤其是這樣。例如，高濕度環(huán)境往往干擾傳統(tǒng)傳感器檢測選擇的蒸汽的能力。此外，當(dāng)傳感器用作單獨(dú)傳感器或者按照陣列來設(shè)置時，溫度變化降低了化學(xué)和生物感測的精度。本文公開的多種實(shí)施例可解決上述難題的一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容
按照一個實(shí)施例，提供一種傳感器，其中包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR) 電路以及設(shè)置在感測區(qū)之上的感測材料。感測區(qū)包括LCR電路的至少一部分。LCR電路和感測材料的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此相差至少大約5 %。LCR電路和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差使傳感器能夠與溫度基本無關(guān)地從被分析流體混合物中有選擇地檢測分析物流體。按照另一個實(shí)施例，提供一種檢測流體中的化學(xué)或生物種類的方法。該方法包括測量涂敷有感測材料的諧振傳感器天線的阻抗譜的實(shí)部和虛部。諧振傳感器天線和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。該方法還包括在多個溫度下計算涂敷有感測材料的諧振傳感器天線的至少6個譜參數(shù)。該方法還包括使用多變量分析將阻抗譜減小到單個數(shù)據(jù)點(diǎn)，以有選擇地識別分析物。該方法還包括使用所存儲校準(zhǔn)參數(shù)從阻抗譜來確定一個或多個環(huán)境參數(shù)。一個或多個環(huán)境參數(shù)的確定與溫度基本無關(guān)。按照另一個實(shí)施例，提供一種制造傳感器的方法。該方法包括組裝包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路的換能器。換能器包括LCR電路的電感L、電容C和電阻R 的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)。LCR電路的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此相差至少大約5%。該方法還包括選擇包括感測材料的介電常數(shù)和電阻性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的感測材料。感測材料的性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)與LCR電路的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)相差至少大約5%。該方法還包括將感測材料設(shè)置在感測區(qū)之上。感測區(qū)包括LCR電路的至少一部分。


通過參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述，將會更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似符號在附圖中通篇表示相似部件，附圖包括圖1示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的感測系統(tǒng)；圖2示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的RFID傳感器；圖3示出按照本發(fā)明的備選實(shí)施例的RFID傳感器；圖4示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的RFID傳感器的測量的響應(yīng)；圖5是示出按照本發(fā)明的實(shí)施例、用于在可變溫度存在的情況下分析蒸汽的過程的流程圖；以及圖6-11示出試驗(yàn)說明按照本發(fā)明的實(shí)施例、能夠與溫度無關(guān)地區(qū)別濕度水平的單個傳感器的測試數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式本文所公開的實(shí)施例提供用于選擇性蒸汽感測的溫度無關(guān)方法和系統(tǒng)，其中單個傳感器被提供并且能夠檢測單獨(dú)的或者彼此存在的情況下的多個蒸汽和/或蒸汽的混合物。在標(biāo)題為 “Highly Selective Chemical and Biological Sensors” 的美國專利申請序號12/942，732中描述了用于使用單個傳感器進(jìn)行蒸汽感測的一般方法的示例，通過引用將其結(jié)合到本文中。所公開的傳感器甚至在高濕度環(huán)境下或者在其中一個或多個蒸汽與混合物中的其它成分相比具有高得多濃度(例如，10倍)的環(huán)境下也能夠檢測在可變溫度存在的情況下的不同蒸汽和混合物。各傳感器包括涂敷有感測材料的諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)傳感器。LCR電路和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差影響所公開傳感器的測量。但是，關(guān)于性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的知識和/或關(guān)于傳感器如何受到性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差影響的知識連同傳感器的測量餓阻抗的多變量分析一起使用，以便提供溫度無關(guān)選擇性蒸汽感測和改進(jìn)的響應(yīng)穩(wěn)定性。例如，可形成包括基于傳感器的實(shí)驗(yàn)測試的系數(shù)的查找表。在傳感器的使用期間， 實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)可在多變量分析中用于考慮感測期間的溫度的變化。本文所公開的其它實(shí)施例提供用于選擇性化學(xué)和生物感測的溫度無關(guān)方法和系統(tǒng)，其中單個傳感器被提供并且能夠檢測單獨(dú)的或者彼此存在(presense of one another)的情況下的化學(xué)或生物種類的液體和/或混合物中的多個化學(xué)或生物種類。LCR傳感器的非限制性示例包括具有集成電路(IC)存儲器芯片的RFID傳感器、具有IC芯片的RFID傳感器以及沒有IC存儲器芯片的RFID傳感器(無芯片RFID傳感器)。 LCR傳感器能夠是無線或有線的。為了收集數(shù)據(jù)，對較窄頻率范圍、例如LCR電路的諧振頻率范圍來獲取阻抗譜。該技術(shù)還包括從所獲取譜來計算多變量簽名，并且操縱該數(shù)據(jù)以鑒別某些蒸汽和/或蒸汽混合物的存在。蒸汽的存在通過下列步驟來檢測通過觀測電路的諧振電子性質(zhì)的變化，來測量介電、維、電荷轉(zhuǎn)移中的變化以及采用材料的性質(zhì)的其它變化。通過使用數(shù)學(xué)過程、如主成分分析(PCA)等，多個蒸汽和混合物能夠在彼此存在的情況下以及在干擾物存在的情況下被檢測，如下面進(jìn)一步描述的。本文所公開的實(shí)施例提供用于選擇性流體感測的溫度無關(guān)方法和系統(tǒng)，其中單個傳感器被提供并且能夠檢測單獨(dú)的或者彼此存在的情況下的多個流體和/或流體的混合物。進(jìn)一步實(shí)施例公開用于通過下列步驟來制造這類傳感器的方法組裝包括LCR電路的換能器，并且將感測材料設(shè)置在換能器的至少一部分之上，其中換能器和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。在其它實(shí)施例中，除了用于蒸汽和流體的化學(xué)傳感器之外，生物傳感器還可具有溫度無關(guān)檢測能力。為了更清楚準(zhǔn)確地描述要求保護(hù)的發(fā)明的主題，提供在以下描述和所附權(quán)利要求中使用的具體術(shù)語的如下定義。術(shù)語“流體”包括氣體、蒸汽、液體、粒子、生物粒子、生物分子和固體。術(shù)語“數(shù)字ID”包括RFID傳感器的存儲器芯片中存儲的所有數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)的非限制性示例是用于傳感器的制造商標(biāo)識、電子譜系(pedigree)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。術(shù)語“監(jiān)測過程”包括但不限于測量傳感器周圍發(fā)生的物理變化。例如，監(jiān)測過程包括監(jiān)測與傳感器周圍的環(huán)境的物理、化學(xué)和/或生物性質(zhì)的變化相關(guān)的生物制藥、食品或飲料制造過程的變化。監(jiān)測過程還可包括監(jiān)測物理變化以及成分的組成或位置的變化的那些工業(yè)過程。非限制性示例包括國家安全監(jiān)測、住宅區(qū)保護(hù)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、臨床或床邊患者監(jiān)測、機(jī)場安全監(jiān)測、入場驗(yàn)票和其它公共事件。能夠在傳感器信號已經(jīng)達(dá)到略微穩(wěn)態(tài)響應(yīng)時和/或傳感器具有動態(tài)響應(yīng)時執(zhí)行監(jiān)測。穩(wěn)態(tài)傳感器響應(yīng)是在所確定的時間周期來自傳感器的響應(yīng)，其中響應(yīng)在測量時間沒有略微的變化。因此，穩(wěn)態(tài)傳感器響應(yīng)隨時間的測量產(chǎn)生相似值。動態(tài)傳感器響應(yīng)是在所測量環(huán)境參數(shù)(溫度、壓力、化學(xué)濃度、生物濃度等等)的變化時來自傳感器的響應(yīng)。因此，動態(tài)傳感器響應(yīng)在測量時間明顯變化，以便產(chǎn)生對所測量的一個或多個環(huán)境參數(shù)的響應(yīng)的動態(tài)簽名。響應(yīng)的動態(tài)簽名的非限制性示例包括平均響應(yīng)斜率、平均響應(yīng)幅值、信號響應(yīng)的最大正斜率、信號響應(yīng)的最大負(fù)斜率、信號響應(yīng)的平均變化、信號響應(yīng)的最大正變化以及信號響應(yīng)的最大負(fù)變化。響應(yīng)的產(chǎn)生的動態(tài)簽名能夠用于進(jìn)一步增強(qiáng)在單獨(dú)蒸汽及其混合物的動態(tài)測量中的傳感器的選擇性。響應(yīng)的所產(chǎn)生
6動態(tài)簽名還能夠用于進(jìn)一步優(yōu)化感測材料和換能器幾何形狀的組合，以便增強(qiáng)在單獨(dú)蒸汽及其混合物的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)測量中的傳感器的選擇性。術(shù)語“環(huán)境參數(shù)”用于表示制造或監(jiān)測系統(tǒng)之中或周圍的可測量環(huán)境變量?？蓽y量環(huán)境變量包括物理、化學(xué)和生物性質(zhì)中的至少一個，并且包括但不限于溫度、壓力、材料濃度、導(dǎo)電率、介電性質(zhì)、傳感器附近或者與傳感器接觸的電介質(zhì)、金屬、化學(xué)或生物粒子的數(shù)量、離子化輻射的劑量和光強(qiáng)度的測量。術(shù)語“分析物”包括任何預(yù)期測量環(huán)境參數(shù)。術(shù)語“干擾”包括不合需要地影響傳感器的測量的精度和準(zhǔn)確性的任何不希望的環(huán)境參數(shù)。術(shù)語“干擾物”表示潛在地可由傳感器產(chǎn)生干擾響應(yīng)的流體或環(huán)境參數(shù)(包括但不限于溫度、壓力、光等)。術(shù)語“多變量分析”表示用于從傳感器響應(yīng)來分析一個以上變量并且提供與來自所測量傳感器譜參數(shù)的至少一個環(huán)境參數(shù)的類型有關(guān)的信息和/或與來自測量的傳感器譜參數(shù)的至少一個環(huán)境參數(shù)的水平有關(guān)的定量信息的數(shù)學(xué)過程。術(shù)語“主成分分析(PCA) ” 表示用于將多維數(shù)據(jù)集減小到更低維供分析的數(shù)學(xué)過程。主成分分析是多變量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析的本征分析方法的一部分，并且可使用協(xié)方差矩陣或相關(guān)矩陣來執(zhí)行。多變量分析工具的非限制性示例包括正則相關(guān)分析、回歸分析、非線性回歸分析、主成分分析、區(qū)別函數(shù)分析、多維定標(biāo)、線性區(qū)別分析、對數(shù)回歸或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析。術(shù)語“譜參數(shù)”用于表示傳感器響應(yīng)的可測量變量。傳感器響應(yīng)是LCR或RFID傳感器的諧振傳感器電路的阻抗譜。除了測量采取Z參數(shù)、S參數(shù)和其它參數(shù)形式的阻抗譜之外，阻抗譜(其實(shí)部和虛部兩者)可使用供分析的多種參數(shù)來同時分析，例如阻抗的實(shí)部的最大數(shù)的頻率(Fp)、阻抗的實(shí)部的幅值(Zp)、阻抗的虛部的諧振頻率(F1)和阻抗的虛部的反諧振頻率(F2)、在阻抗的虛部的諧振頻率(F1)的信號幅值(Z1)、在阻抗的虛部的反諧振頻率(F2)的信號幅值(Z2)以及零電抗頻率(Fz，阻抗的虛部為零的頻率)。其它譜參數(shù)可使用整個阻抗譜、例如諧振的質(zhì)量因數(shù)、相位角和阻抗的幅值來同時測量。從阻抗譜所計算的“譜參數(shù)”在這里統(tǒng)稱作“特征”或“描述符”。從能夠由譜所計算的所有潛在特征來執(zhí)行特征的適當(dāng)選擇。在標(biāo)題為 “Methods and systems for calibration of RFID sensors" 的美國專利申請序號12/118,950中描述了多變量譜參數(shù)，通過引用將其結(jié)合到本文中。術(shù)語“諧振阻抗”或“阻抗”表示從其中提取傳感器“譜參數(shù)”的傳感器的諧振周圍的測量的傳感器頻率響應(yīng)。術(shù)語“保護(hù)材料”包括但不限于LCR或RFID傳感器上保護(hù)傳感器免受非預(yù)計機(jī)械、物理或化學(xué)效應(yīng)、同時仍然準(zhǔn)許執(zhí)行預(yù)計測量的材料。例如，預(yù)計測量可包括溶液導(dǎo)電率測量，其中保護(hù)膜將傳感器與液體溶液分隔，但仍允許電磁場透入溶液中。保護(hù)材料的一個示例是施加在傳感器上面以保護(hù)傳感器免受機(jī)械損壞和磨損的紙膜。保護(hù)材料的另一個非限制性示例是施加在傳感器上面以保護(hù)傳感器在放入液體中進(jìn)行測量時免受腐蝕的聚合物膜。保護(hù)材料也可以是施加在傳感器上面以防止傳感器的天線電路在放入導(dǎo)電液體中進(jìn)行測量時短路的聚合物膜。保護(hù)膜的非限制性示例是紙、聚合和無機(jī)膜，例如聚酯、 聚丙烯、聚乙烯、聚醚、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、沸石、金屬有機(jī)骨架和穴狀配體 (cavitand)。保護(hù)材料能夠設(shè)置在換能器與感測膜之間，以便保護(hù)換能器。保護(hù)材料能夠設(shè)置在本身處于換能器上面的感測膜上面，以便保護(hù)感測膜和換能器。本身處于換能器上面的感測膜上面的保護(hù)材料能夠用作過濾材料，以便防止感測膜暴露于氣體或離子干擾。過濾材料的非限制性示例包括沸石、金屬有機(jī)骨架和穴狀配體。 本文所使用的術(shù)語“感測材料和感測膜”包括但不限于沉積到換能器的電子模塊、 如LCR電路組件或RFID標(biāo)簽上以便執(zhí)行在與環(huán)境交互時可預(yù)測并且可再現(xiàn)地影響阻抗傳感器響應(yīng)的功能的材料。例如，諸如聚苯胺之類的導(dǎo)電聚合物在暴露于不同PH的溶液時改變其導(dǎo)電率。當(dāng)這種聚苯胺膜沉積到LCR或RFID傳感器上時，阻抗傳感器響應(yīng)作為pH 的函數(shù)發(fā)生變化。因此，這種LCR或RFID傳感器作為pH傳感器進(jìn)行工作。當(dāng)這種聚苯胺膜沉積到LCR或RFID傳感器上供氣相中的檢測時，阻抗傳感器響應(yīng)在暴露于堿性(例如， NH3)或酸性(例如，HCl)氣體時也發(fā)生變化。備選地，感測膜可以是介電聚合物。傳感器膜包括但不限于基于它們所在的環(huán)境來改變其電氣和/或介電性質(zhì)的聚合物、有機(jī)、無機(jī)、 生物、合成和納米合成膜。傳感器膜的非限制性額外示例可以是諸如高氟化離子交換樹脂 (Nafion)之類的磺化聚合物、諸如硅酮膠之類的粘合聚合物、諸如溶膠-凝膠膜之類的無機(jī)膜、諸如碳黑聚異丁烯膜之類的合成膜、諸如碳納米管-高氟化離子交換樹脂膜、金納米粒子聚合物膜、金屬納米粒子聚合物膜、靜電紡聚合物納米纖維、靜電紡無機(jī)納米纖維、靜電紡合成納米纖維之類的納米合成膜、或者摻雜有有機(jī)、金屬有機(jī)或生物衍生分子的膜/ 纖維以及任何其它感測材料。為了防止傳感器膜中的材料浸析到液體環(huán)境中，使用諸如共價接合、靜電接合之類的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)將感測材料附連到傳感器表面。另外，感測材料具有與感測材料的材料介電常數(shù)和電阻的溫度相關(guān)變化相關(guān)的至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)。術(shù)語“換能器和傳感器”用于表示預(yù)計用于感測的電子裝置、如RFID裝置?！皳Q能器”是在涂敷有感測或保護(hù)膜之前或者在經(jīng)校準(zhǔn)以用于感測應(yīng)用之前的裝置。換能器包括 LCR電路的電容C、電阻R和電感L的溫度相關(guān)變化的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)?！皞鞲衅鳌笔峭ǔＴ谕糠笥懈袦y或保護(hù)膜之后并且在經(jīng)校準(zhǔn)以用于感測應(yīng)用之后的裝置。本文所使用的術(shù)語“RFID標(biāo)簽”表示將電子標(biāo)簽用于標(biāo)識和/或跟蹤RFID標(biāo)簽可與其附連的產(chǎn)品的標(biāo)識和報告技術(shù)。RFID標(biāo)簽通常包括至少兩個組件，其中第一組件是用于存儲和處理信息并且對射頻信號進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的集成電路(IC)存儲器芯片。這個存儲器芯片還能夠用于其它專門功能，例如它能夠包含電容器。它還能夠包含模擬信號的至少一個輸入，例如電阻輸入、電容輸入或電感輸入。在無芯片RFID標(biāo)簽的情況下，RFID標(biāo)簽可以不包括IC存儲器芯片。在不需要識別特定RFID標(biāo)簽而是只指示標(biāo)簽的存在的信號提供有用信息(例如，產(chǎn)品安全應(yīng)用)的應(yīng)用中，這種類型的RFID標(biāo)簽會是有用的。RFID 標(biāo)簽的第二組件是用于接收和傳送射頻信號的天線。術(shù)語“RFID傳感器”是具有增加的感測功能的RFID標(biāo)簽，其例如當(dāng)RFID標(biāo)簽的天線還通過作為環(huán)境變化的函數(shù)而改變其阻抗參數(shù)來執(zhí)行感測功能。采用這類RFID傳感器對環(huán)境變化的準(zhǔn)確確定通過分析諧振阻抗來執(zhí)行。例如，可通過采用感測膜涂敷RFID標(biāo)簽，將RFID標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為RFID傳感器。通過采用感測膜來涂敷RFID標(biāo)簽，將膜的電響應(yīng)轉(zhuǎn)換為對傳感器天線的阻抗響應(yīng)，傳感器天線的阻抗響應(yīng)的諧振峰值位置、峰值寬度、峰值高度和峰值對稱性，阻抗的實(shí)部的幅值、阻抗的虛部的諧振頻率、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、以及在術(shù)語傳感器“譜參數(shù)”的定義中描述的其它參數(shù)的同時變化?！癛FID傳感器”能夠具有附連到天線的集成電路(IC)存儲器芯片，或者能夠沒有IC存儲器芯片。沒有IC存儲器芯片的RFID傳感器是LCR傳感器。LCR傳感器由形成 LCR電路的諸如至少一個電感器(L)、至少一個電容器(C)和至少一個電阻器(R)之類的已知組件組成。術(shù)語“一次性容器”包括但不限于可在使用之后被丟棄或者可經(jīng)過檢修供再使用的制造或監(jiān)測設(shè)備和包裝。食品行業(yè)的一次性包裝包括但不限于食品和飲料包裝、以及糖果和點(diǎn)心盒。一次性監(jiān)測組件包括但不限于一次性筒(cartridge)、劑量計和收集器。一次性制造容器包括但不限于一次性器皿、袋、箱、管道、連接器和支柱。術(shù)語“寫入器/讀取器”包括但不限于將數(shù)據(jù)寫入和讀入存儲器芯片的存儲器以及讀取天線的阻抗的裝置的組合?！皩懭肫?讀取器”的另一個術(shù)語是“詢問器”。按照本文公開的實(shí)施例，描述用于感測蒸汽、蒸汽混合物、化學(xué)和生物種類的LCR 或RFID傳感器。如前所述，RFID傳感器包括涂敷有與LCR電路不同的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的感測材料的RFID標(biāo)簽。在一個實(shí)施例中，可采用無源RFID標(biāo)簽。大家會意識到， RFID標(biāo)簽可包括與天線線圈連接供與寫入器/讀取器進(jìn)行通信的IC存儲器芯片。能夠通過經(jīng)由寫入器/讀取器所發(fā)送的射頻(RF)和/或微波載波信號照射標(biāo)簽，來讀取IC存儲器芯片。當(dāng)RF和/或微波場經(jīng)過天線線圈時，在線圈上產(chǎn)生AC電壓。在微芯片中對該電壓整流，以便產(chǎn)生供微芯片操作的DC電壓。IC存儲器芯片在DC電壓達(dá)到預(yù)定電平時開始起作用。通過檢測從微芯片后向散射的RF和/或微波信號，能夠完全識別微芯片中存儲的信息。RFID標(biāo)簽/傳感器與寫入器/讀取器之間的距離通過包括工作頻率、RF和/或微波功率級、讀取器/寫入器的接收靈敏度、天線維度、數(shù)據(jù)速率、通信協(xié)議和微芯片功率要求的設(shè)計參數(shù)來管理。沒有IC存儲器芯片的“RFID傳感器”(無芯片RFID傳感器或LCR傳感器或LCR換能器)與傳感器讀取器之間的距離通過包括工作頻率、RF或微波功率級、傳感器讀取器的接收靈敏度和天線維度的設(shè)計參數(shù)來管理。在一個實(shí)施例中，可采用帶有或沒有IC存儲器芯片的無源RFID標(biāo)簽。有利地，無源RFID標(biāo)簽不依靠電池進(jìn)行操作。但是，寫入器/讀取器與RFID標(biāo)簽之間的通信距離通常限制在接近距離之內(nèi)，因?yàn)闊o源標(biāo)簽僅采用來自寫入器/讀取器的數(shù)微瓦RF功率進(jìn)行操作。對于工作在13. 56MHz的無源標(biāo)簽，讀取距離通常不超過數(shù)厘米。13. 56MHz無源RFID標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)字ID寫入/讀取的操作的典型頻率范圍是從13. 553至13. 567MHz。13. 56MHz無源RFID傳感器感測RFID傳感器周圍的環(huán)境變化的操作的典型頻率范圍是從大約5MHz至大約20MHz，更優(yōu)選地是從10至15MHz。這個頻率范圍的要求是能夠采用工作在13. 56MHz 的寫入器/讀取器來識別標(biāo)簽，同時RFID標(biāo)簽的傳感器部分從5至20MHz進(jìn)行操作。將感測膜沉積到無源RFID標(biāo)簽上創(chuàng)建RFID化學(xué)或生物傳感器。通過測量作為傳感器周圍的環(huán)境變化的函數(shù)的RFID傳感器的阻抗的變化，來執(zhí)行RFID感測，如下面進(jìn)一步描述的。如果天線線圈的頻率響應(yīng)在沉積感測膜之后沒有超過標(biāo)簽的操作的頻率范圍，則微芯片中存儲的信息能夠采用常規(guī)RFID寫入器/讀取器來識別。阻抗分析器(傳感器讀取器)能夠讀取天線線圈的阻抗，以便將阻抗的變化與感興趣化學(xué)和生物種類相關(guān)，并且校正傳感器周圍的溫度不穩(wěn)定性。在操作中，在采用化學(xué)敏感膜涂敷RFID標(biāo)簽之后，可測量標(biāo)簽天線的阻抗和數(shù)字標(biāo)簽ID兩者。測量的數(shù)字ID提供與標(biāo)簽本身、例如這個標(biāo)簽與其附連的對象的識別以及傳感器的性質(zhì)(例如不同條件的校準(zhǔn)曲線、制造參數(shù)、到期日期等)有關(guān)的信息。對于多成分檢測，可確定來自單個RFID傳感器的阻抗的測量的實(shí)部和虛部的多個性質(zhì)，如下面進(jìn)一步描述的?？傊⑶野凑毡疚乃龅膶?shí)施例，為了實(shí)現(xiàn)在溫度改變存在的情況下的分析物的檢測，傳感器應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)多個特性。首先，所選換能器應(yīng)當(dāng)包括多變量輸出，以便獨(dú)立檢測不同環(huán)境參數(shù)對傳感器的影響。其次，感測材料應(yīng)當(dāng)具有在大范圍的溫度變化上對分析物的響應(yīng)的保存的幅值。對較小分析物濃度的響應(yīng)不應(yīng)當(dāng)被較大溫度變化完全抑制。第三， 感測材料和換能器的溫度影響響應(yīng)是允許的，但是應(yīng)當(dāng)在換能器的多變量輸出響應(yīng)的不同方向中。為了實(shí)現(xiàn)這些特性，在一個實(shí)施例中，感測材料具有對蒸汽的多個響應(yīng)機(jī)制，其中，這些響應(yīng)機(jī)制與感測材料的介電常數(shù)、電阻和膨脹的變化相關(guān)，其中這些變化彼此之間不是完全相關(guān)的，以及在暴露于單獨(dú)蒸汽及其混合物時產(chǎn)生不同模式。此外，LCR換能器能夠具有來自LCR電路的LCR響應(yīng)的多個分量，其中LCR響應(yīng)的這些多個分量源自影響換能器電路的不同因素，其作為非限制性示例包括材料電阻和電容、換能器與感測材料之間的接觸電阻和電容以及換能器襯底與感測材料之間的電阻和電容。此外，LCR換能器能夠具有LCR電路操作的多個條件，其中集成電路芯片是傳感器電路的一部分。因此，一種用于控制溫度校正傳感器響應(yīng)的方法涉及對集成電路芯片供電，以便影響阻抗譜剖面。不同阻抗譜剖面基于與不同蒸汽以及化學(xué)和生物種類的交互來改變溫度相關(guān)傳感器響應(yīng)。諧振天線上的IC芯片或IC存儲器芯片包含整流器二極管，并且能夠以不同功率級對它供電，以便影響傳感器的阻抗譜剖面。在不同功率級的譜剖面中的差在Fp、 F1^ F2、Fz、ZP、Z2、Z2的不同值以及C和R的計算的值中是顯著的。在一個實(shí)施例中，通過適當(dāng)選擇IC芯片或IC存儲器芯片操作的至少一個功率級來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的溫度無關(guān)傳感器性能。在另一個實(shí)施例中，通過適當(dāng)選擇IC芯片或IC存儲器芯片操作的至少兩個功率級，并且分析不同功率級下的傳感器的組合阻抗譜剖面，來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的溫度無關(guān)傳感器性能。按照交替方式在較低與較高功率之間執(zhí)行通過至少兩個功率級對傳感器供電。在比所測量環(huán)境參數(shù)的動態(tài)變化要快至少5倍的時標(biāo)上執(zhí)行通過至少兩個功率級對傳感器交替供電。在所有這些實(shí)施例中，以不同功率級進(jìn)行供電處于從-50daii至+40daii的范圍之內(nèi)，并且提供實(shí)現(xiàn)溫度無關(guān)傳感器性能的能力。通過改變集成電路芯片的操作功率以增強(qiáng)溫度相關(guān)響應(yīng)，來提供改進(jìn)的溫度無關(guān) LCR電路操作。具體來說，以傳感器的集成電路芯片的操作的至少兩個功率級來執(zhí)行溫度無關(guān)操作的傳感器校準(zhǔn)。傳感器首先工作在略低的功率，因此集成電路芯片基本斷開(功率處于大約-50daii至-lOcffim之間)，并且在分析物存在和不存在的情況下確定換能器和感測材料的溫度相關(guān)系數(shù)。隨后，傳感器工作在略高的功率，因此集成電路芯片基本接通(功率處于大約-lOcffim至+40daii之間)，并且在分析物存在和不存在的情況下確定換能器和感測材料的溫度相關(guān)系數(shù)?，F(xiàn)在來看附圖，并先參照圖1，提供感測系統(tǒng)10，以便示出利用其上涂敷有感測材料14的RFID傳感器12進(jìn)行的溫度無關(guān)選擇性蒸汽感測的原理。感測材料14具有介電常數(shù)和電阻性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)。簡要地參照圖2，傳感器12是包括涂敷有感測材料14的電感器-電容器-電阻器結(jié)構(gòu)(LCR)的諧振電路。LCR結(jié)構(gòu)包括LCR電路的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)。LCR電路的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此相差至少大約5%。另外，感測材料14的性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)與LCR電路的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)相差至少大約5%。將感測材料14 施加到電極之間的感測區(qū)上，電極形成傳感器天線18，它們構(gòu)成諧振電路。正如下面進(jìn)一步描述的，通過將感測材料14施加到諧振電路上，將改變電路的阻抗響應(yīng)。傳感器12可以是有線傳感器或無線傳感器。傳感器12還可包括耦合到諧振天線18的存儲器芯片16，其中諧振天線18耦合到襯底20。存儲器芯片16可包括其上存儲的制造數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和/或其它數(shù)據(jù)。存儲器芯片16是集成電路裝置，并且包括使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)過程所制造的RF信號調(diào)制電路以及非易失性存儲器。RF信號調(diào)制電路組件包括二極管整流器、電源電壓控制、調(diào)制器、解調(diào)器、時鐘發(fā)生器和其它組件。圖3示出由參考標(biāo)號21所表示的傳感器12的一備選實(shí)施例，其中包括感測材料 14的補(bǔ)充傳感器23附連跨過天線18和集成電路(IC)存儲器芯片16，以便改變傳感器阻抗響應(yīng)。在另一個實(shí)施例中(未示出)，補(bǔ)充傳感器可附連跨過沒有IC存儲器芯片的天線， 并且改變傳感器阻抗響應(yīng)。補(bǔ)充傳感器的非限制性示例是彼此交叉?zhèn)鞲衅?、電阻傳感器和電胃^專胃^!!。 ￠1^11 “Methods and systems for calibration of RFID sensors''^^ 國專利申請序號12/118，950中描述了補(bǔ)充傳感器，通過引用將其結(jié)合到本文中。在一個實(shí)施例中，可采用13. 56MHz RFID標(biāo)簽。在感測系統(tǒng)10的操作期間，可獲取傳感器天線18的阻抗Z(f)以及存儲器芯片16上存儲的數(shù)字傳感器校準(zhǔn)參數(shù)。再次參照圖1，天線18的諧振阻抗Z (f)的測量以及來自存儲器芯片16的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的讀取/寫入經(jīng)由RFID傳感器天線18與讀取器M的拾取線圈22之間的互感耦合來執(zhí)行。如圖所示， 讀取器M可包括RFID傳感器阻抗讀取器沈和集成電路存儲器芯片讀取器觀。RFID傳感器12與拾取線圈22之間的交互能夠使用通用互感耦合電路模型來描述。該模型包括拾取線圈22的固有阻抗&和傳感器12的固有阻抗&。互感耦合M和固有阻抗通過跨過拾取線圈22的端子的總測量阻抗τ 來相關(guān)，如下式所表示ZT = Zc+ (ω 2M2/ZS)(1)其中，ω是弧度載波頻率，以及M是互感耦合M系數(shù)。經(jīng)由監(jiān)測由天線18(圖2)中生成的電磁場所探測的感測材料14的性質(zhì)的變化， 來執(zhí)行感測。在通過拾取線圈22讀取RFID傳感器12時，在傳感器天線18中生成的電磁場從傳感器12的平面伸出，并且受到周圍環(huán)境的介電性質(zhì)影響，從而提供測量物理參數(shù)、 化學(xué)參數(shù)和生物參數(shù)的機(jī)會。經(jīng)由監(jiān)測由補(bǔ)充傳感器23(圖幻中生成的電磁場所探測的感測材料14的性質(zhì)的變化，來執(zhí)行感測。在通過拾取線圈22讀取RFID傳感器12時，在補(bǔ)充傳感器23中生成的電磁場從補(bǔ)充傳感器23的平面伸出，并且受到周圍環(huán)境的介電性質(zhì)影響，從而提供測量物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)和生物參數(shù)的機(jī)會。圖4示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的示范RFID傳感器12的所測量響應(yīng)的一示例，其中包括傳感器的全阻抗譜和若干單獨(dú)測量的譜參數(shù)。為了使用單個RFID傳感器、如RFID傳感器12來有選擇地檢測若干蒸汽或流體，從涂敷有感測材料的傳感器天線18來測量阻抗譜Z(f) = Zre (f)+JZiffl (f)的實(shí)部；e(f)和虛部Zim (f)，并且從所測量Zm (f)和Zim(f)來計算至少四個譜參數(shù)，如圖4的曲線30所示。能夠計算7個譜參數(shù)，如圖4的曲線30所示。 這些參數(shù)包括的頻率位置Fp和幅值ZP、Ziffl(f)的諧振頻率F1和反諧振頻率F2、分別在F1和F2頻率的阻抗幅值&和&以及零電抗頻率Fz。還可計算諸如質(zhì)量因數(shù)之類的附加參數(shù)。從所測量參數(shù)，還可確定感測膜涂敷的諧振天線18的電阻R、電容C和其它參數(shù)。 多變量分析可用于將阻抗響應(yīng)的維數(shù)從阻抗譜的所測量實(shí)部和虛部Zim(f)或者從所計算參數(shù)FpZpF1和F2以及可能的其它參數(shù)降低到多維空間中的單個數(shù)據(jù)點(diǎn)，供有選擇地量化不同蒸汽或流體，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的，并且下面將進(jìn)一步描述。用于痕量分析物檢測的實(shí)際傳感器中的阻抗光譜的公認(rèn)限制包括較低靈敏度以及對大頻率范圍的極長獲取時間。本文所述的實(shí)施例通過將材料放到諧振LCR傳感器電路的電極上，來增強(qiáng)測量感測材料的性質(zhì)的變化的能力。類似地，所公開的實(shí)施例增強(qiáng)測量諧振LCR傳感器電路的電極附近的流體的性質(zhì)的變化的能力。實(shí)驗(yàn)測試檢驗(yàn)了改變具有和沒有諧振器的感測電極上的介電常數(shù)的效果。與常規(guī)阻抗光譜相比，裸諧振LCR傳感器提供了對最小測量范圍△ ε的信噪(SNR)的至少100倍增強(qiáng)，其中具有介電常數(shù)確定的檢測極限的相應(yīng)改進(jìn)。如使用多變量分析工具所分析的LCR傳感器的性能提供對單獨(dú)傳感器的單獨(dú)響應(yīng)的處理的改進(jìn)選擇性的優(yōu)點(diǎn)。具體來說，測試結(jié)果表明，與呈現(xiàn)更大變化的多變量參數(shù)之間的關(guān)系相比，F(xiàn)p與4之間的關(guān)系以及計算的傳感器電阻R與計算的傳感器電容C之間的關(guān)系在對不同蒸汽或流體之間具有小許多的選擇性，如下面詳細(xì)論述的。此外，LCR傳感器實(shí)驗(yàn)說明改進(jìn)LCR傳感器的多變量響應(yīng)的總選擇性的獨(dú)立接觸電阻和接觸電容響應(yīng)。這種選擇性改進(jìn)源自接觸電阻和接觸電容響應(yīng)對傳感器的等效電路響應(yīng)的獨(dú)立貢獻(xiàn)。諸如圖1-3所示的傳感器12和21之類的RFID傳感器的多種組件各處理多種物理性質(zhì)，例如但不限于熱導(dǎo)率、熱膨脹、彈性模數(shù)、電阻、阻抗等等。這類性質(zhì)可受到溫度變化影響。因此，性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)定義為溫度改變固定量、如1攝氏度時的性質(zhì)的相對變化。例如，該性質(zhì)可隨溫度以線性或多項式、對數(shù)或指數(shù)方式而改變。一些性質(zhì)可隨溫度而增加，而其它性質(zhì)可隨溫度而降低。例如，阻抗的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)在感測材料14與 RFID傳感器12或21的另一個組件(例如但不限于存儲器芯片16、天線18、襯底20、線圈 22、集成電路(IC)芯片、換能器或膜)之間可以不同。換言之，感測材料14的阻抗可隨溫度以不同于RFID傳感器12或21的其它組件的方式而改變。例如，對于1攝氏度的溫度變化，感測材料14的阻抗可增加1歐姆。相比之下，對于1攝氏度的相同溫度變化，RFID傳感器12或21的天線18的阻抗可增加0. 8歐姆。因此，阻抗的兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)之間的百分比差大約為22%。在多種實(shí)施例中，LCR電路和感測材料14的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的絕對值可在大約0. 5 %至500 %、2 %至100 %或5 %至50 %之間。基于LCR電路和感測材料14的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差，RFID傳感器12或21可與溫度基本無關(guān)地從被分析流體混合物中有選擇地檢測分析物流體。圖5是示出用于使用RFID傳感器12或21來分析在可變溫度存在的情況下的蒸汽的示范過程的流程圖40，其中感測材料14和RFID傳感器12或21的其它組件的阻抗的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)不相同。在下列步驟中，RFID傳感器12或21的測量的阻抗的多變量分析用于提供溫度相關(guān)蒸汽響應(yīng)。在第一步驟42，RFID傳感器12或21經(jīng)由監(jiān)測由天線18 中生成的電磁場所探測的感測材料14的性質(zhì)的變化來執(zhí)行感測，如以上詳細(xì)描述的。在第二步驟44，發(fā)生影響RFID天線電路和感測材料14的阻抗的溫度波動。但是，RFID天線電路和感測材料14的阻抗由于RFID天線電路和感測材料14的阻抗的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的
12差而非受到相等影響。另外，RFID天線電路和感測材料14的阻抗的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差影響諧振天線的測量的阻抗譜。在第三步驟46，RFID傳感器12或21感測待量化蒸汽的濃度的變化。溫度波動可在第三步驟46繼續(xù)發(fā)生。在第四步驟48，RFID傳感器12或21測量諧振天線的阻抗譜?？蓮淖杩棺V的測量的實(shí)部和虛部來計算若干譜參數(shù)，如以上詳細(xì)描述的。在第五步驟50，執(zhí)行全阻抗譜或者計算的譜參數(shù)的多變量分析，如下面詳細(xì)描述的。在第六步驟52，得到RFID傳感器12或21的存儲器芯片16中存儲的適當(dāng)多變量校準(zhǔn)值或校準(zhǔn)系數(shù)。校準(zhǔn)系數(shù)在RFID傳感器12或21的實(shí)驗(yàn)測試期間確定。例如，RFID傳感器12或21用于在若干溫度感測改變的蒸汽濃度。然后，PCA或者任何其它多變量分析方法或者方法的組合可用于產(chǎn)生所測量溫度的每個的響應(yīng)曲線。確定最好地對應(yīng)于每個響應(yīng)曲線的最佳擬合曲線，并且確定諸如多項式函數(shù)之類的函數(shù)，以便以數(shù)學(xué)方式來表示最佳擬合曲線。各函數(shù)包括表征該函數(shù)的若干數(shù)值系數(shù)。然后，這些系數(shù)用作校準(zhǔn)系數(shù)，它們例如可作為查找表存儲在存儲器芯片16中。在操作期間，由RFID傳感器12或21所感測的蒸汽的濃度和/或溫度可能沒有對應(yīng)于實(shí)驗(yàn)濃度或溫度之一。但是，使用查找表中的實(shí)驗(yàn)確定的校準(zhǔn)系數(shù)，可生成最好地表示在所感測濃度和溫度的蒸汽的預(yù)測行為的內(nèi)插函數(shù) (即，響應(yīng)曲線)。在第七步驟54，RFID傳感器12或21基于在第五步驟50所執(zhí)行的多變量分析以及在第六步驟52所確定的響應(yīng)曲線與可變溫度無關(guān)地量化蒸汽的濃度。具體來說，將第五步驟50的多變更分析的結(jié)果代入在第六步驟52所確定的內(nèi)插函數(shù)，以便計算蒸汽濃度。計算的蒸汽濃度是準(zhǔn)確的，因?yàn)樵诹鞒虉D40的先前步驟已經(jīng)考慮可變溫度對RFID傳感器12 或21的影響。如流程圖40所示，不需要獨(dú)立溫度傳感器，因?yàn)閱为?dú)RFID傳感器12或21 能夠基于所測量阻抗值的多變量分析來提供溫度無關(guān)蒸汽響應(yīng)。因此，RFID傳感器12可以比使用獨(dú)立溫度傳感器的其它傳感器系統(tǒng)更小、成本更低、更簡單和/或更加可靠。在LCR諧振傳感器的感測區(qū)上可有利地使用多種感測材料，因?yàn)楦袦y材料膜的分析物感應(yīng)變化通過材料電阻和電容、換能器與感測材料之間的接觸電阻和電容以及換能器襯底與感測材料之間的電阻和電容中的變化來影響天線LCR電路的阻抗。這類變化提供單獨(dú)RFID傳感器的響應(yīng)的多樣性，并且提供采用單個LCR或RFID傳感器取代常規(guī)傳感器的整個陣列的機(jī)會。所公開LCR和RFID傳感器的感測膜可包括多種材料，只要環(huán)境變化是通過諧振 LCR電路參數(shù)的變化可檢測的。另外，感測膜的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)與LCR電路的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)不同，如以上詳細(xì)描述的?？赡艿母袦y膜材料的非限制性示例是諸如聚O-甲基丙烯酸羥)之類的水凝膠、諸如高氟化離子交換樹脂之類的磺化聚合物、諸如硅酮膠之類的粘合聚合物、諸如溶膠-凝膠膜之類的無機(jī)膜、作為膜所沉積的諸如DNA、 抗體、肽或其它生物分子之類的含生物膜、作為無機(jī)或聚合膜、合成膜、納米合成膜、官能化 (functionalized)碳納米管膜或者由表面官能化金納米粒子、靜電紡聚合、無機(jī)和合成納米纖維以及具有一個介電性質(zhì)并且結(jié)合在具有另一個介電性質(zhì)的基體中的納米粒子所組成的膜的一部分沉積的諸如DNA、抗體、酶、肽、聚糖、蛋白質(zhì)、適體或其它生物分子或病毒、 孢子、細(xì)胞之類的含生物膜。感測材料能夠選擇成具有從大約2至大約40的范圍的不同介電常數(shù)。非限制性示例包括聚異丁烯(ΡΙΒ, ε，r = 2. 1)、乙基纖維素(EC, ε，r = 3. 4)、聚表氯醇(PECH，ε，r=7.4)、氰丙基甲基苯甲基硅酮((^皿叩1~叩又1 methyl phenylmethyl silicone) (0V-275, ε，r = 33)。這些材料的使用提供在暴露于不同介電常數(shù)的蒸汽時適應(yīng)感測響應(yīng)的相對方向的能力。蒸汽到這些或其它感測材料中的不同分配系數(shù)進(jìn)一步調(diào)制響應(yīng)的多樣性和相對方向?！昂铣晌铩笔怯删哂性诔善方Y(jié)構(gòu)中在宏觀水平上保持獨(dú)立和不同的明顯不同物理或化學(xué)性質(zhì)的兩種或更多組成材料所構(gòu)成的材料。例如，兩種或更多組成材料可具有諸如阻抗之類的性質(zhì)的不同溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)。合成物的非限制性示例包括具有聚乙烯基苯酚)、聚(苯乙烯共丙烯醇)(poly(Styrene-CO-allyl alcohol)、聚(氯乙烯-共醋酸乙烯酯)和其它材料的碳黑合成物。“納米合成物”是由具有在成品結(jié)構(gòu)中在納米級水平上保持獨(dú)立和不同的明顯不同物理或化學(xué)性質(zhì)的兩種或更多組成材料所組成的材料。納米合成物的非限制性示例包括具有聚合物(例如聚(N-乙烯吡咯烷酮)、聚碳酸酯、聚苯乙烯等) 的碳納米管納米合成物；具有聚合物、金屬氧化物納米線和碳納米管的半導(dǎo)電納米晶體量子點(diǎn)納米合成物；采用碳納米管官能化的金屬納米粒子或納米簇(nanocluster)。感測材料呈現(xiàn)分析物響應(yīng)，這能夠通過LCR或RFID傳感器的三個響應(yīng)機(jī)制的一個或多個來描述，例如電阻變化、介電常數(shù)變化和膨脹變化。能夠構(gòu)成結(jié)合了各通過顯著不同的響應(yīng)機(jī)制對分析物進(jìn)行響應(yīng)的多個不同單獨(dú)感測材料的合成感測材料。這類合成感測材料產(chǎn)生多變量響應(yīng)中增強(qiáng)多樣性。這類合成感測材料可在LCR諧振器的特定部分之上同質(zhì)或異質(zhì)地混合或者局部形成圖案。例如，大范圍的金屬氧化物半導(dǎo)體材料(例如，Zn0、Ti02、SrTi03、LaFe03等)在暴露于分析物氣體時呈現(xiàn)電阻的變化，但是某些混合金屬氧化物(例如Cu0-BaTi03、Zn0-TO3) 在暴露于分析物蒸汽時改變其電容率/電容。通過將這些材料結(jié)合為混合物，或者通過空間分離沉積到同一傳感器上，它們對傳感器周圍的局部環(huán)境的獨(dú)立貢獻(xiàn)用于增強(qiáng)單個分析物的響應(yīng)機(jī)制的多樣性，因而增強(qiáng)選擇性。作為又一個示例，配體涂敷導(dǎo)電(例如，金屬)納米粒子由于它們因分析物吸收到配體殼中所感應(yīng)的局部膨脹引起的電阻的強(qiáng)變化以及相鄰導(dǎo)電納米粒子之間的隧穿效率的后續(xù)變化以及這些導(dǎo)電納米粒子之間的環(huán)境的介電常數(shù)變化而用作蒸汽感測材料。與介電聚合物(非限制性示例包括硅酮、聚(醚氨酯(etherurethane))、聚異丁烯硅酮氟代醇等)、共軛聚合物(聚苯胺、聚噻吩、聚(乙烯二茂鐵)、聚(芴-二苯基丙烷)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)、聚吡咯、二吡咯(bilypyrrole))或者以電容或電阻的更突出變化來響應(yīng)分析物吸收的任何其它材料(非限制性示例包括卟啉、金屬卟啉、金屬酞青、碳納米管、半導(dǎo)電納米晶體、金屬氧化物納米線)結(jié)合，形成具有更寬分析物響應(yīng)的傳感器。此外，為了避免全異材料在合成感測材料中彼此之間的潛在有害影響(例如，高介電常數(shù)介質(zhì)抑制導(dǎo)電填充材料的導(dǎo)電)，這些材料成分選擇成因親水/疏水交互或彼此不溶混性而局部相分離，從而允許不同機(jī)制在各成分中是活性的，以便由傳感器感測。在另一個實(shí)施例中，合成感測材料能夠形成為彼此相鄰沉積到單個傳感器上的單獨(dú)材料的扇區(qū)。在另一個實(shí)施例中，合成感測材料能夠形成為彼此重疊沉積到單個傳感器上的單獨(dú)材料的層。在某些實(shí)施例中，感測材料可以是卟啉、金屬卟啉、金屬酞青和相關(guān)大環(huán)。在這些材料中，氣體感測通過氣體到扁平大環(huán)的有機(jī)化層的η堆積或者通過對金屬中心的氣體配位而沒有空腔包含來實(shí)現(xiàn)。金屬卟啉提供氣體響應(yīng)的若干機(jī)制，包括氫接合、極化、極性交互、金屬中心配位交互和分子排列。卟啉、金屬卟啉、金屬酞青和相關(guān)大環(huán)的分子也能夠組裝到納米結(jié)構(gòu)中。進(jìn)一步類型的材料包括其中對齊通過多種已知方法(介電泳對齊、材料聚合期間的對齊、因空間限制引起的對齊、慢溶劑蒸發(fā)期間的對齊等等)來執(zhí)行的對齊納米結(jié)構(gòu)、自組裝結(jié)構(gòu)(例如，相同大小的粒子的膠體晶體結(jié)構(gòu)、其中不同層具有不同大小的組裝粒子的多層膠體晶體膜、其中粒子具有帶一個介電性質(zhì)的粒子核和另一個介電性質(zhì)的粒子殼的核-殼結(jié)構(gòu)的納米粒子組裝)、仿生(bio inspired)材料、零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料和三維納米材料。自組裝結(jié)構(gòu)包括相同大小的粒子膠體晶體結(jié)構(gòu)、其中不同層具有不同大小的組裝粒子的多層膠體晶體膜、其中粒子具有帶一個介電性質(zhì)的粒子核和另一個介電性質(zhì)的粒子殼的核-殼結(jié)構(gòu)的納米粒子組裝。自組裝膠體晶體結(jié)構(gòu)的材料的非限制性示例包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基苯乙烯、苯乙烯/ 丁二烯共聚物、苯乙烯/甲苯乙烯共聚物和硅石。這些膠體粒子的典型直徑取決于材料的類型，并且范圍可從50納米至25微米。具有多層的膠體晶體結(jié)構(gòu)的非限制性示例包括作為膠體陣列組裝到傳感器襯底上的至少一層一種大小的粒子以及作為膠體陣列組裝到前一層上面的至少一層另一種大小的粒子。仿生材料的非限制性示例包括超疏水或超親水涂層。零維納米材料的非限制性示例包括金屬納米粒子、介電納米粒子、核-殼納米粒子和半導(dǎo)電納米晶體。一維納米材料的非限制性示例包括納米管、納米線、納米棒和納米纖維。二維納米材料的非限制性示例包括石墨烯。三維納米材料的非限制性示例包括若干層膠體球體的自組裝膜。具有帶一個介質(zhì)性質(zhì)的粒子核和另一個介電性質(zhì)的粒子殼的核-殼結(jié)構(gòu)的納米粒子的非限制性示例包括金屬(金、銀、它們的合金等)核納米粒子和有機(jī)殼層(十二烷硫醇、癸烷硫醇、1-丁硫醇、2-乙基己硫醇、己硫醇、叔十二硫醇、4-甲氧基-甲苯硫醇、 2-巰基苯并惡唑、11-巰基-1-十一醇、6-羥基己硫醇)；聚合的(聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯)和無機(jī)殼(硅石)；隔離核(聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅石)和半導(dǎo)電殼(碳納米管、Ti02、&ι0、Sn02、W03)以及點(diǎn)綴有金屬納米粒子的碳納米管核。金屬(金、銀、它們的合金等)核納米粒子的納米粒子和有機(jī)殼層能夠采用有機(jī)和聚合分子進(jìn)一步改進(jìn)。有機(jī)分子的非限制性示例包括卟啉、金屬卟啉、金屬酞青和大環(huán)、穴狀配體、超分子化合物。聚合分子的非限制性示例包括具有范圍從2至40的不同介電常數(shù)的聚合分子。非限制性示例包括聚異丁烯(ΡΙΒ, ε，r = 2. 1)、乙基纖維素(EC, ε，r = 3. 4)、聚表氯醇(PECH，ε，r =7. 4)、氰丙基甲基苯甲基硅酮(0V-225，ε ‘ r = 11)、雙氰烯丙基硅酮(0V-275，ε ‘ r = 33)。制造這些感測材料的非限制性示例包括(1)在溶劑中制備具有有機(jī)殼的金屬核納米粒子，( 在溶劑中將這個組成與聚合或有機(jī)分子的另一個組成混合，以及(3)在LCR或 RFID換能器上由這個組合混合物來制作感測膜。這些材料與金屬核納米粒子結(jié)合使用提供在暴露于不同介電常數(shù)的蒸汽時適應(yīng)感測響應(yīng)的相對方向的能力。蒸汽到這些或其它感測材料中的不同分配系數(shù)進(jìn)一步調(diào)制響應(yīng)的多樣性和相對方向。其它感測材料包括半導(dǎo)電金屬氧化物、沸石、穴狀配體、離子液體、液晶、冠醚、酶、 聚倍半硅氧烷、金屬有機(jī)骨架(MOF)。
其它感測材料包括具有不同聚合物側(cè)基官能度和不同聚合物配方的合成介電和導(dǎo)電聚合物；氣相感測的生物分子；具有主導(dǎo)腔內(nèi)配位的穴狀配體以及穴狀配體沉積所提供的蒸汽的總抑制非特定腔外吸收；卟啉和作為單獨(dú)分子并且組裝到聚合物和納米結(jié)構(gòu)中的相關(guān)分子。為了進(jìn)一步改進(jìn)溫度校正響應(yīng)，可執(zhí)行采用輔助隔膜過濾膜的感測膜的涂覆。這些過濾膜的非限制性示例包括沸石、金屬有機(jī)骨架和穴狀配體過濾器。在LCR或RFID諧振傳感器的感測區(qū)上提供作為非限制性示例示出的這些多種感測材料，因?yàn)楦袦y材料膜的分析物感應(yīng)變化通過材料電阻和電容、換能器與感測材料之間的接觸電阻和電容以及換能器襯底與感測材料之間的電阻和電容的變化來影響天線LCR 電路的阻抗。這類變化提供單獨(dú)RFID傳感器的響應(yīng)的多樣性，并且提供采用單個LCR或 RFID傳感器取代常規(guī)傳感器的整個陣列的機(jī)會，如下面針對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步說明的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)諸如以上所述之類的諧振天線結(jié)構(gòu)用于證明所公開技術(shù)。通過常規(guī)繪涂、滴定涂敷和噴涂過程，將多種感測材料施加到諧振天線上。RFID傳感器的阻抗的測量例如采用網(wǎng)絡(luò)分析器(型號為E5062A, Agilent Technologies, Inc.，圣克拉拉，加利福尼亞州)、在計算機(jī)控制下使用Lab VIEW來執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)分析器用于掃描感興趣范圍(即，LCR電路的諧振頻率范圍)的頻率，并且收集來自RFID傳感器的阻抗響應(yīng)。通過將RFID傳感器放入環(huán)境室中，并且以大約0. 1攝氏度的準(zhǔn)確性和精度控制溫度，來產(chǎn)生溫度變化。對于氣體感測，使用內(nèi)部構(gòu)建的計算機(jī)控制蒸汽發(fā)生系統(tǒng)來產(chǎn)生不同的蒸汽濃度。所收集的阻抗數(shù)據(jù)使用Excel (Microsoft Inc.，西雅圖，華盛頓州)或者 KaleidaGraph (Synergy Software，里丁，賓夕法尼亞州)以及與 Matlab (The Mathworks Inc.，內(nèi)蒂克，馬薩諸塞州)配合操作的PLSToolbox(Eigenvector Research, Inc.，曼森， 華盛頓州)。示例。采用單個傳感器在不同溫度下精確檢測濕度水平如圖6-11所示，得到測試結(jié)果，以便證明使用單個傳感器(例如，上述傳感器12) 在若干不同溫度處準(zhǔn)確檢測水蒸汽。這類測試結(jié)果可用于生成以上針對圖5所述的校準(zhǔn)系數(shù)。如圖6、圖7和圖9所示，傳感器在下列溫度下暴露于變化的水蒸汽濃度25攝氏度、30 攝氏度、35攝氏度和40攝氏度。被測水蒸汽濃度大約為0ppm、2807ppm、4210ppm、5614ppm、 7017ppm 和 8421ppm。用于涂敷RFID標(biāo)簽的感測材料仔細(xì)選擇并且提供在四個溫度下準(zhǔn)確檢測水蒸汽濃度的能力。在本實(shí)驗(yàn)中，所選擇的感測材料是在諸如二氯甲烷之類的無極溶劑中溶解的聚(醚氨酯)(PEUT)。在實(shí)驗(yàn)期間，RFID傳感器在四個溫度的每個下遞增地暴露于多種水蒸汽濃度。具體來說，通過將傳感器定位在具有計算機(jī)控制溫度編程的環(huán)境室中，來執(zhí)行測量。使用具有計算機(jī)控制蒸汽濃度編程的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)來執(zhí)行不同水蒸汽濃度的生成。測試分步驟進(jìn)行，其中，水蒸汽的濃度隨各步驟而增加。通過監(jiān)測某些性質(zhì)的變化并且檢查對四個溫度以及增加的濃度水平的多種響應(yīng)，數(shù)據(jù)證明在上述實(shí)驗(yàn)中與溫度無關(guān)地準(zhǔn)確量化水蒸汽濃度的能力。圖6和圖7示出當(dāng)RFID傳感器用于測量蒸汽(即，這個示例中的水蒸汽)時對 RFID傳感器的單獨(dú)響應(yīng)的溫度影響的示例。圖表55和56示出涂敷有膜的傳感器在暴露于大約0、2807、4210、5614、7017和8421ppm的水蒸汽濃度時的電容響應(yīng)C與電阻響應(yīng)R的顯著溫度相關(guān)。換言之，電容和電阻響應(yīng)相對于溫度而變化。在圖8中，相對于涂敷有膜的傳感器在暴露于大約0、觀07、4210、5614、7017和8421ppm的水蒸汽濃度時對于大約25、30、35 和40攝氏度的不同溫度的電阻響應(yīng)R來繪制電容響應(yīng)C。圖8中的各線條對應(yīng)于在不同溫度下的特定水蒸汽濃度的傳感器響應(yīng)。例如，實(shí)線圓圈對應(yīng)于在四個溫度下對8421ppm的水蒸汽的傳感器響應(yīng)。線條的左上部對應(yīng)于40攝氏度的響應(yīng)，而線條的右下部對應(yīng)于25攝氏度的響應(yīng)。圖8示出溫度顯著影響電容與電阻響應(yīng)之間的關(guān)系。因此，難以基于圖8來區(qū)分溫度與水蒸汽濃度影響。但是正如下面所述，通過應(yīng)用傳感器響應(yīng)的多變量分析，得到區(qū)別溫度與蒸汽濃度影響的顯著改進(jìn)。分析傳感器的多種響應(yīng)的一種便利方式是使用主成分分析(PCA)來產(chǎn)生多變量簽名。大家將會意識到，PCA分析是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于將多維數(shù)據(jù)集減小到更低維供分析的數(shù)學(xué)過程。例如，在給定濃度的各蒸汽的多種響應(yīng)可減小到單個數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且由此可鑒別可表示為向量的各蒸汽的單個響應(yīng)，如圖9所示。圖9表示在上述四個溫度處的六種水蒸汽濃度的多種響應(yīng)的PCA曲線60。水蒸汽濃度沿箭頭方向62增加。換言之，在最高水蒸汽濃度、即8421ppm的結(jié)果出現(xiàn)在曲線60的左側(cè)附近，而在Oppm的最低濃度的結(jié)果出現(xiàn)在曲線60的右側(cè)附近，其中在Oppm的結(jié)果對四個溫度重疊到單個數(shù)據(jù)點(diǎn)。大家將會意識到，F(xiàn)ACTOR 1(因素1)表示具有最大變化的響應(yīng)，而FACTOR 2(因素幻表示具有次最大變化的響應(yīng)。與圖8相比，圖9中表示不同蒸汽濃度的線條分得更開，從而表明通過多變量分析使區(qū)別溫度與蒸汽濃度影響的改進(jìn)是可能的。如圖9所示，雖然水蒸汽濃度在25攝氏度比在40攝氏度顯示相對于FACTOR 1的更大變化，但是在四個溫度的結(jié)果可以清楚地加以區(qū)分。因此，按照多種實(shí)施例的傳感器能夠校正這些溫度影響，以便提供準(zhǔn)確的水蒸汽濃度信息。具體來說，可對四個溫度的每個形成最佳擬合曲線和對應(yīng)函數(shù)。這些函數(shù)的系數(shù)則可用作以上詳細(xì)描述的校準(zhǔn)系數(shù)。相應(yīng)地，本測試數(shù)據(jù)提供對能夠與溫度無關(guān)地鑒別水蒸汽濃度的傳感器的支持。使用基于在實(shí)驗(yàn)溫度所收集的數(shù)據(jù)的函數(shù)和校準(zhǔn)系數(shù)，可外推或內(nèi)插溫度對其它溫度下的傳感器測量的影響。例如，可以能夠外推25攝氏度與30攝氏度之間的水蒸汽濃度。這種附加外推數(shù)據(jù)還可用于有選擇地檢測其它溫度下的水蒸汽濃度。此外，通過改變所選擇的感測材料，利用單個RFID傳感器已經(jīng)證明在除了以上所述之外的溫度和濃度有選擇地檢測除了水之外的蒸汽。可生成其它曲線，以便進(jìn)一步示出對單個RFID傳感器所收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何用于與溫度無關(guān)地量化水蒸汽濃度。例如，來自圖9的數(shù)據(jù)用于生成圖10的左側(cè)所示的與水蒸汽濃度相比所形成的二次模型的FACTOR 1和FACTOR 2的多變量響應(yīng)曲線70。換言之， 形成二次模型以表示圖9所示的PCA曲線60的結(jié)果。在以上詳細(xì)描述的多種條件下的水蒸汽濃度的預(yù)測值使用二次模型來計算，并且與圖10的曲線72中的實(shí)際測量值進(jìn)行比較。 如圖10的曲線72所示，點(diǎn)靠近與一的斜率對應(yīng)的線條。例如，二次模型的標(biāo)準(zhǔn)誤差大約為 212ppm的水蒸汽(即，0.7%相對濕度)。因此，預(yù)測值與實(shí)際值密切相關(guān)，從而證明示范傳感器和方法的可預(yù)測性。類似地，來自圖9的數(shù)據(jù)用于生成圖11的左側(cè)所示的與水蒸汽濃度相比所形成的三次模型的FACTOR 1和FACTOR 2的多變量響應(yīng)曲線80。換言之，形成三次模型以表示圖9所示的PCA曲線60的結(jié)果。在以上詳細(xì)描述的多種條件下的水蒸汽濃度的預(yù)測值使用三次模型來計算，并且與圖11的曲線82中的實(shí)際測量值進(jìn)行比較。如圖11的曲線82所示， 點(diǎn)靠近與一的斜率對應(yīng)的線條。例如，二次模型的標(biāo)準(zhǔn)誤差大約為188ppm的水蒸汽(即， 0.63%相對濕度)。因此，如同圖10的二次模型一樣，預(yù)測值與實(shí)際值密切相關(guān)，再次證明示范傳感器和方法的可預(yù)測性。在其它實(shí)施例中，也可使用除了二次和三次模型之外的其它多項式模型。 雖然本文僅說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到多種修改和變更。因此要理解，所附權(quán)利要求預(yù)計涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神之內(nèi)的所有這類修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路；設(shè)置在感測區(qū)之上的感測材料，其中，所述感測區(qū)包括所述LCR電路的至少一部分，并且其中，所述LCR電路和所述感測材料的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此相差至少大約5%，并且其中所述LCR電路和所述感測材料的所述性質(zhì)的所述溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差使所述傳感器能夠與溫度基本無關(guān)地從被分析流體混合物中有選擇地檢測分析物流體。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述傳感器沒有包括獨(dú)立溫度傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，包括存儲器芯片，其中所述存儲器芯片包括基于所述 LCR電路和所述感測材料的所述性質(zhì)的所述溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的所述差的校準(zhǔn)系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述傳感器包括RFID傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，LCR電路中包括襯底、線圈、存儲器芯片、集成電路(IC)芯片、換能器、或感測材料膜，其中所述襯底、線圈、存儲器芯片、集成電路(IC)芯片、換能器、或感測材料膜的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，LCR電路中包括襯底、線圈、存儲器芯片、集成電路(IC)芯片、換能器、和感測材料膜，其中所述襯底、線圈、存儲器芯片、集成電路(IC)芯片、換能器、和感測材料膜的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。
7.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述感測材料包括合成介電聚合物、共軛聚合物、合成導(dǎo)電聚合物、聚合物配方、生物分子、穴狀配體、單層保護(hù)金屬納米粒子、具有有機(jī)配體殼的金屬納米粒子核、嚇啉、酞菁、碳黑粒子、碳納米管及其組合。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述LCR電路包括天線，其中所述天線和所述感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。
9.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述LCR電路包括補(bǔ)充傳感器，其中所述補(bǔ)充傳感器和所述感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同。
10.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述感測材料設(shè)置在所述LCR電路的電極之間。
11.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述傳感器配置為一次性傳感器。
12.—種檢測流體中的化學(xué)或生物種類的方法，包括測量涂敷有感測材料的諧振傳感器天線的阻抗譜的實(shí)部和虛部，其中所述諧振傳感器天線和所述感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此不同；在多個溫度下計算涂敷有所述感測材料的所述諧振傳感器天線的至少6個譜參數(shù)；使用多變量分析將所述阻抗譜減小到單個數(shù)據(jù)點(diǎn)，以有選擇地識別分析物；以及使用存儲的校準(zhǔn)系數(shù)從所述阻抗譜確定一個或多個環(huán)境參數(shù)，其中所述一個或多個環(huán)境參數(shù)的所述確定與溫度基本無關(guān)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述存儲的校準(zhǔn)系數(shù)基于所述諧振傳感器天線和所述感測材料的所述性質(zhì)的不同溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)對所述阻抗譜的影響。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，測量所述阻抗譜并且計算至少6個譜參數(shù)包括在所述諧振傳感器天線的諧振頻率范圍上進(jìn)行測量。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，計算至少6個譜參數(shù)包括計算所述阻抗譜的所述實(shí)部的頻率位置以及所述阻抗譜的所述實(shí)部的幅值。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，計算至少6個譜參數(shù)包括計算所述阻抗譜的所述虛部的諧振頻率以及所述阻抗譜的所述虛部的反諧振頻率。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，將所述阻抗譜減小到單個數(shù)據(jù)點(diǎn)包括計算多變量簽名。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，包括在多個功率級操作集成電路芯片，使得諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路操作在多種條件下。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，在所述多個條件下的所述LCR電路的操作改進(jìn)所述一個或多個環(huán)境參數(shù)的溫度無關(guān)確定。
20.一種制造傳感器的方法，包括組裝包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路的換能器，其中所述換能器包括所述LCR電路的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)，其中所述LCR 電路的所述性質(zhì)的所述至少三個溫度相關(guān)系數(shù)響應(yīng)彼此相差至少大約5% ；選擇感測材料，其包括所述感測材料的介電常數(shù)和電阻性質(zhì)的至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)，其中所述感測材料的所述性質(zhì)的所述至少兩個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)與所述LCR電路的所述性質(zhì)的所述至少三個溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)相差至少大約5% ；將所述感測材料設(shè)置在感測區(qū)之上，其中所述感測區(qū)包括所述LCR電路的至少一部分。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述性質(zhì)的第一溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)和第二溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差使所述傳感器提供基本溫度無關(guān)的感測。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述傳感器配置成在多個溫度下對所述換能器的諧振頻率范圍獲取阻抗，并且使用基于所述性質(zhì)的第一溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)和第二溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差的存儲的校準(zhǔn)系數(shù)從所述多個溫度下所獲取的阻抗譜來計算多變量簽名。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“溫度無關(guān)的化學(xué)和生物傳感器”。提供用于選擇性流體感測的方法和傳感器。一種傳感器，包括諧振電感器-電容器-電阻器(LCR)電路以及設(shè)置在感測區(qū)之上的感測材料。感測區(qū)包括LCR電路的至少一部分。LCR電路和感測材料的電感L、電容C和電阻R的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)彼此相差至少大約5％。LCR電路和感測材料的性質(zhì)的溫度相關(guān)響應(yīng)系數(shù)的差使傳感器能夠與溫度基本無關(guān)地從被分析流體混合物中有選擇地檢測分析物流體。
文檔編號G01N27/02GK102589582SQ201110461799
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者C·M·敘爾曼, R·A·波泰雷洛 申請人:通用電氣公司