用于流体的化学分析的方法和设备的制作方法

专利名称：用于流体的化学分析的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量存在于流体中的化学成份浓度的系统、装置和方法，更具体而言涉及用于电化学测量分析物浓度的系统、装置和方法。

背景技术：
流体中分析物的化学浓度可通过将分析物的存在转换为可测量物理参数来测量。例如，分析物溶液的浓度可以经由诸如光谱法、色谱法、量热法或者光学荧光的技术来确定。
另外的浓度测量技术涉及探测分析物溶液的电学特性。一些这样的技术涉及电量测定法。其它涉及电流、电压和/或电势滴定。许多这样的技术能够达成高准确度、速度(例如吞吐量)以及效率。遗憾的是，实施这些技术所需的设备会趋于庞大且笨重。结果，这些设备的使用典型地限制在实验室环境，且寻求经由测量电学特性来进行浓度确定的本领域技术人员经常面临很少的有吸引力的选择。
尽管迄今为止所做出了努力，仍然需要用于分析物浓度的电化学测量的有效方法和系统，特别是用于在便携性和现场可用性方面进行了额外投入的应用。这些和其它需要是由此处公开的方法和系统来满足的。


发明内容
根据此公开内容，提供了用于流体的电化学分析的设备和方法。
在此公开内容的实例性实施例中，提供了一种设备，该设备包括腔体，具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度；第一电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度延伸；第二电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度按与所述第一电极横向分隔方式延伸；以及可溶性固体，布置在所述第一和第二电极之间的所述腔体内，从而基本上完全占据第一和第二电极之间的横向间隙至所述深度维度至少一部分的程度。可溶性固体在所述流体中的溶解速率至少部分地依赖于存在于所述流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。
还提供了一种用于流体的电化学分析的方法。在此公开内容的实例性实施例中，该方法包括将可溶性固体暴露到流体；测量可溶性固体在流体中的溶解速率；以及基于所测量的溶解速率，确定流体中溶液内存在的相应分析物的化学浓度。
所公开的用于流体电化学分析的设备和方法的附加有利特征、功能和应用在特别当结合附图来阅读时将根据后续描述而显而易见。



参考附图以辅助本领域技术人员制作和使用所公开的系统和方法，其中 图1为依据此公开内容的分析物浓度测量工具的实施例的示意图； 图2为依据此公开内容的可用于制作图1测量工具的CMOS管芯的向下透视图； 图3为依据此公开内容的图2CMOS管芯在经由在其上缘形成金属性接触图案的改进之后的俯视平面图； 图4为沿图3所示剖面线4--4截取的图3改进CMOS管芯的剖面图； 图5为图3改进的CMOS管芯的向下透视图； 图6为依据此公开内容的图3改进的CMOS管芯，在经由在其金属性接触图案的顶上形成成对电极阵列的进一步改进之后的俯视平面图； 图7为沿图6所示剖面线7--7截取的图6改进的CMOS管芯的剖面图； 图8为图6改进CMOS管芯的向下透视图； 图9为依据此公开内容的图6改进的CMOS管芯在经由在其成对电极阵列的顶上形成电介质材料层的进一步改进之后的俯视平面图； 图10为沿图9的剖面线10--10截取的图9改进的CMOS管芯的剖面图； 图11为图9改进CMOS管芯的向下透视图； 图12为依据此公开内容的图9改进的CMOS管芯在用聚合物材料填充其圆柱形腔体以及关联的退火以形成图1分析物浓度测量工具的实施例之后的俯视平面图； 图13为图12分析物浓度测量工具的剖面图； 图14为依据此公开内容的图12分析物浓度测量工具的流体-聚合物填充的圆柱体的剖面图； 图15为依据此公开内容的图12分析物浓度测量工具的流体填充的圆柱体的剖面图； 图16为对应于图14的流体-聚合物填充的圆柱体的实例性电学电路的示意图；以及 图17为对应于图15的流体填充圆柱体的实例性电学电路的示意图。
图18为实例性电学电路的示意图。

具体实施例方式 提供了一种用于流体的电化学分析的设备，该设备可以适合于尺寸上紧凑，制造上经济且便于部署。用于流体电化学分析的设备的实例性实施例包括具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度的腔体，以及布置在该腔体内且沿着腔体的深度维度按彼此横向分隔方式延伸的一对电极。可溶性固体布置在电极之间的腔体内，占据电极之间的横向间隙至该腔体的深度维度至少一部分的程度。流体内可溶性固体的溶解速率至少部分地依赖于存在于该流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。直到可溶性固体溶解在流体内的程度，流体填充由溶解的固体产生的孔洞。因为可溶性固体与该流体相比是不良导体，可溶性固体的溶解引起电极之间电导的增大。电导变化速率进一步依赖于溶解的固体属性以及流体中溶液内的实际分析物浓度。
适合于针对根据此公开内容的可溶性固体而使用的材料包括这样可购得的材料，该材料呈现依赖于感兴趣化学成份或活性物质的溶液内浓度的相应溶解度，感兴趣化学成份或活性物质为例如H+浓度(即pH)、蛋白质、氨基酸、葡萄糖、酶和其它感兴趣分析物。针对根据此公开内容的可溶性固体而使用的实例性材料包括呈现依赖于pH的溶解速率的聚合物，诸如由Degussa GmbH制造的EUDRAGIT丙烯酸聚合物，以及呈现溶解速率依赖于结肠酶存在的聚合物，诸如由Alizyme plc(英国剑桥)使用的偶氮聚合物。
依据此公开内容的用于流体电化学分析的设备和方法可用于测量受测试流体中存在的许多种化学成份的浓度。在此公开内容的实施例中，此设备和方法依靠具有依赖于在流体中混合的化合物浓度的特定溶解度的聚合物，且包括基于复电导(complex conductance)测量而允许精确测量溶解度的电子装置。依据此公开内容的实施例，电子装置的寿命是有限的，且由装置的工艺参数控制。
依据此公开内容的一些实施例，提供了一种小、简单、高能效的‘芯片上实验室’溶液，该溶液具有与许多通常限于在实验室内使用的更大、更笨重的系统至少可比较(如果不更优)范围内的响应时间。此设备可以通过使用与受限制微圆柱体阵列组合的集成电路(IC)电子装置来实施，该受限制微圆柱体阵列是经由MEMS工艺制作在与IC电子装置相关联的管芯表面处，且用相对于受测试流体中溶液内活性物质的化学浓度具有已知刻蚀速率的聚合物来填充。
出于说明目的，这里参考用于测量受测试流体中溶液内分析物浓度的工具来更详细描述所公开的设备和方法。然而，所公开的系统和方法具有宽范围的应用性，如本领域技术人员所容易显见的，包括涉及各种分析物的实施方式。因此，在此公开内容的一个实例性实施例中，该设备包括形式为直到pH高于阈值时才溶解的聚合物的可溶性固体，结果为，除非受测试流体具有高于此阈值的pH，否则电极之间的电导不增大。如果受测试流体的pH高于可适用的阈值，电极之间的电导将有利地与受测试流体的实际pH值与可溶解聚合物的下阈值pH之间的差值成比例地增大。
此外，在此公开内容的一个实例性实施例中，该设备包括形式为当受测试流体的pH低于阈值时才溶解的聚合物的可溶性固体，结果为，除非受测试流体具有低于此阈值的pH，否则电极之间的电导不增大。如果受测试流体的pH低于可适用的阈值，电极之间的电导将有利地与受测试流体的实际pH值与可溶解聚合物的上阈值pH之间的差值成比例地增大。因此，通过监测可溶性固体布置于其间的电极之间的电导变化速率，可以导出pH极限值和实际pH值之一或二者。
当使用用于基于浓度相关溶解度的这一原理来电化学分析流体的设备时，每对电极之间的电导可以作为时间的函数而被测量，且电导变化速率可用于导出受测试流体中溶液内存在的分析物的浓度值。这种用于电化学分析流体的设备的唯一一个优点是，该设备可以工作而无需进行绝对校准。制造工艺以及例如受测试流体整体电导率的环境条件的变化会导致电极之间绝对电导的变化。然而这些变化不妨碍受测试流体中溶液内存在的分析物浓度值的导出，因为浓度值是由电导的变化速率确定，而不是由电导的绝对值确定。当然，这种设备可以结合参考电极来使用以应对电导率(rate of conductance)的环境变化。
依据此公开内容实施例的用于测量受测试流体中溶液内分析物浓度的设备100示于图1。设备100可包括硅基集成电路(IC)102。IC102可含有输入/输出(IO)数据区块104、数据处理器和控制单元(DPCU)106、振幅和频率控制单元(AFCU)108、复导纳测量单元(CAMU)110、以及电极选择器(ES)112。设备100可进一步包括电极阵列(EA)114。
IO 104可以是电路的相对于外部装置的接口。EA 114为存在于IC 102的上缘或表面的电极矩阵。EA 114的每一个电极可以通过ES112区块连接到CAMU 110的相应测量端口。EA 114的所有其它电极可接地。ES 112可以是模拟开关阵列，此模拟开关阵列允许从EA 114选出单个电极。CAMU 110可以测量连接在来自EA 114的所选择电极处的电路的复导纳。测试信号的频率和振幅可以由AFCU 108控制和/或施加。DPCU 106可接收由CAMU 110提供的模拟信号并将其转换成数字值。DPCU 106可进一步存储和/或处理此数字值，就来自AFCU 108的操作的频率和振幅方面做出决定以及相应地操作ES112。DPCU 106可进一步被采用以将关于存在于受测试流体中溶液内的一种或多种分析物浓度的测量结果传递到IO 104。
依据此公开内容的实施例，图2中示出的CMOS管芯200可以实施图1的IC 102。例如，CMOS管芯200可包括上缘202，该上缘202的特征为沿外周布置的接触204的阵列，该阵列与电路的输入/输出接口相关联(例如，与图1的IO 104相关联)。
MEMS工艺可被利用以改进和/或转换图2的CMOS管芯200，以形成依据此公开内容的图1设备100的实施例。这样工艺的示例在下面参考图3至13予以示出和描述。
现在参考图3、4和5，根据本发明，改进的CMOS管芯300可这样来形成，即通过传统金属沉积工艺和关联的恰当图案化来改进图2的CMOS管芯102以在管芯300的上缘304上形成接触图案302，该接触图案可操作地允许IC(例如图1的IC 102)和电极阵列(例如图1的EA 114)之间的电气互连。
现在参考图6、7和8，改进的CMOS管芯600可通过进一步改进图3的改进的CMOS管芯300来形成，通过恰当的铝硅沉积和刻蚀工艺(例如，使用高选择性的RIE)来改进图3的改进CMOS管芯300以形成掩模602。掩模602可包括用于容纳小体积的受测试液体的腔体604阵列，每个腔体可包括连接到地的圆柱体形状的微桶606以及柱状的中心电极608。中心电极608可布置在微桶606内，且可进一步与微桶606同轴和/或共延伸(例如，沿深度方向)。
现在参考图9、10和11，改进的CMOS管芯900可通过进一步改进图6的改进CMOS管芯600来形成，通过恰当的材料层沉积和刻蚀工艺来改进图6的改进CMOS管芯600，例如以在图6掩模602顶上形成电介质材料层902。例如，电介质材料层902可以是SiO2-Si3N4层。图6的腔体604的一个或多个可在此步骤期间被掩蔽从而防止电介质材料层902延伸到其中。例如，四个这样的腔体(例如，没有电介质材料层902的腔体)可被置于管芯900的各个角904、906、908、910上，和/或可被用于测量空气导纳(例如，作为测量控制功能的一部分)。
现在参考图12和13，分析物浓度测量工具1200予以示出。例如，工具1200可被实施成包含图1的分析物浓度测量工具100。工具1200可通过进一步改进图9的改进CMOS管芯900来形成，即，通过用相似和/或不同聚合物填充一个或多个图6的腔体604以及执行恰当的退火工艺进一步改进图9的改进CMOS管芯900，以形成流体-聚合物填充的圆柱体或腔体1202(在下文中进一步描述)，其中每种此聚合物的溶解速率可以是特定于受测试流体中溶液内的一种或多种相同或不同化学化合物。出于测量空气导纳而作为部分测量控制功能的目的，图9的布置在角的腔体904、906、908、910可不用聚合物填充。类似地，整行1204的腔体1206，此处也称为流体填充的圆柱体或腔体1206可以出于测量受测试流体导纳的目的而不用聚合物填充，如下文更全面描述的。
工具1200包括IC 1208，其可包含例如图1的IC 102，以及MEMS区域1210，其可包含图1的EA 114。MEMS区域1210可以配置成暴露于受测试流体，而IC 1208可配置为使得其布置在内部的电学电路系统和/或功能免受来自受测试流体的损伤。
现在参考图14，当暴露于来自受测试流体的流体1400时，腔体1202内的可溶性固体1402(例如，聚合物)被存在于受测试流体中溶液内的分析物溶解。图14给出在包含在流体-聚合物填充的圆柱体(FPC)1202中的可溶性固体1402被刻蚀到等于hfluid的刻蚀值之后，穿过FPC1202的垂直面剖面。图15给出穿过流体填充的圆柱体(FC)1206的垂直面剖面。当暴露于受测试流体时，不含有可溶性固体(例如，不含有聚合物)的流体填充的圆柱体1206被流体1500填充。图12的工具1200在特定时间间隔测量MEMS区域1210的所有FPC 1202和FC 1206的复导纳，并评估FPC 1202内聚合物和FC 1206内流体的电学属性以及来自每一FPC 1202的每种聚合物的刻蚀速率。基于该刻蚀速率，可以确定受测试流体中活性化学物质的浓度。进行这些确定的能力可以持续，只要FPC 1202中的聚合物不被完全溶解在受测试流体中即可。
用于FPC 1202和FC 1206的实例性电学等效电路1600、1700分别在图16和17中给出。
下述算法是由依据此公开内容的处理器(例如，由图1的DPCU106)可执行的，以允许在时间tj处确定存在于受测试流体中溶液内的物质浓度，假设FPC 1202使用不同聚合物来填充，这些聚合物针对这些物质的每一化学浓度具有特定的刻蚀速率。
Vprobe为电压源


V0振幅；ω角频率；

相位；t时间。(由电压源电压源Vprobe看到的)来自图8的电路的复阻抗为 其中 且电阻器不具有频率依赖性(电压源频率小于流体或聚合物内的最小离子旋转频率)。
电容和电阻使用同轴模型来计算。作为提醒

在用电阻率为ρ材料填充的长度为l同轴电缆的半径为Ri内电极和半径为Ro输出电极之间测量的电阻为

在用相对介电常数为εdielectric材料填充的长度为l同轴电缆的半径为Ri内电极和半径为Ro输出电极之间测量的电容为 有趣的是，关联到此同轴电缆的时间常数不依赖于该电缆的任何几何参数 τ＝R(l)C(l)＝εdieleciricε0ρ(5) 我们将使用下述表示法 helectrodes＝hconductor ε′dielectric＝2πεdielectricε0，ε′fluid＝2πεfluidε0，ε′polymer＝2πεpolymerε0 τpolymer＝ε0ρpolymerεpolymer＝ε′polymerρ′polymer，τfluid＝ε0ρfluidεfluid＝ε′fluidρ′fluid 由方程(2)所例示的用于电容的表达式为 所有电容为hfluid的线性函数。
由方程(2)所例示的用于电阻的表达式为 所有电导为hfluid的线性函数。
步骤1在空气中的装置 FPC仅用聚合物填充 FC用空气填充 测试圆柱体用空气填充。
测量测试圆柱体在空气(εair＝1)中的导纳

允许实验上确定FPC和FC内电介质的厚度
用空气填充的FC的导纳为(ρair≈∞，εair＝1)

在空气中进行的测量允许确定两个关键值ε′dielectric和tdielectric让我们测量在空气中的FPC(hfluid＝0) 用hfluid＝0在方程(7)中给出的表达式来替代XCpe_i和XCpe_o的值



步骤2测量装置沉浸在流体内之后任何时间的流体和聚合物导纳。
假设流体刻蚀聚合物，且转到FPC的坐标hfluid。
FC复导纳得到
FPC复导纳得到 以及 于是 采用这种复阻抗测量方法，FPC hfluid内聚合物的刻蚀是基于FPC(在空气中的FPC)的阻抗的初始值以及相邻FPC测量来计算。这并不解决聚合物电学参数随时间的变化问题。
让我们考虑频率扫描(frequency swipe)方法对于相同的hfluid，AMA测量的频率在大于复导纳的极点和零点的极限内变化。
对于FC FC的阻抗的测量绝对值具有极点和零点，其置于 其中 从FC的复阻抗绝对值的伯德图，可以提取τfluid+τdf和τfluid，这等效于求解ρfluid和εfluid。
我们将使用相同的流程用以提取FPC内聚合物的参数

的极点和零点可以从

的伯德图评估得到，因此可以提取在流体测量期间内任何时间的ρpolymer和εpolymer。
确定化学活性物质浓度 让我们以下述特性考虑上述导纳测量阵列(AMA)

限制Ncylinders×Ncylinders个圆柱体的方形(不是必须的)阵列。


AMA的4个圆柱体不覆盖有Si3N4/SiO2电介质且用于(在空气中)测量覆盖Al电极的电介质的细节(εdielectric，tdielectric)。


Ncylinder＝NFC，cylinder个圆柱体(不同于上文的4个)不用任何聚合物填充。


Npolymer＝Ncylinders×Ncylinders-NFC，cylinder-4个圆柱体用Npolymer种不同类型的聚合物填充。


每种聚合物对受测试流体中的特定化学物质是化学敏感的。例如，假设受测试流体限制浓度为Cspecie的Nspecie种活性物质。圆柱体

中的聚合物与流体中的活性物质反应。反应的结果为，聚合物将变得在该溶液内可溶。溶解速率通过以下述同构的函数与聚合物刻蚀速率相关联 其中 rks为与物质s反应的聚合物k的刻蚀速率， θ(Cs-Cks，threshold)为活性物质浓度Cs和浓度阈值Cks，threshold之间差值的亥维赛函数(heaviside function)，聚合物k在高于该浓度阈值时与物质s反应， mks(Cs-Cks，threshold)为描述由浓度为Cs物质s对聚合物k的刻蚀速率的单调递增函数。


在与流体中所有物质Nspecie反应时聚合物k的总刻蚀速率为单位物质该聚合物刻蚀速率之和 其中Mki(Ci-Cki，threshold)＝mks(Cs-Cks，threshold)θ(Cs-Cks，threshold). AMA结构是在空气中测量，且所有Npolymer的细节存储为 AMA结构沉浸在受测试溶液内。我们将假设在任何时间在AMA表面处任何活性物质不存在浓度梯度，因此所有圆柱体在相同时间“看到”任意物质的相同值的浓度值。
导纳测量电路以采样速率S对每个圆柱体(流体聚合物填充的圆柱体(FPF)和流体填充的圆柱体(FC))测量所有的复导纳并计算

对于每个


在时间tj，

的平均值

基于上面得到的值，并假设相邻FC和PFC中的流体参数是相同的(在AMA表面处没有浓度梯度)，对于每个FPC计算
我们可以将在时间tj的刻蚀速率近似为 因此对于任何时间tj，我们得到 我们可以用矩阵形式来表达上面的关系

在时间tj测量的刻蚀速率矩阵

在时间tj的浓度矩阵，待确定

与物质i反应的聚合物k的浓度阈值，已知(25)

与物质i反应的聚合物k的刻蚀速率函数矩阵，已知 归一化浓度矩阵 来自(24)的方程组可以写成 对于当矩阵

具有逆矩阵即Npolymer＝Nspecies＝Ne时的情形，该方程写成 以及在一些线性变换之后变为 这代表具有Ne个未知数

的Ne个方程的方程组，只要矩阵

是可逆的，该方程组应具有唯一解。
尽管参考具体实施例说明和描述了本发明，但本发明不意图限于所示细节。相反，可以在权利要求的等同特征的范畴和范围内且不背离本发明的情况下进行各种修改。
权利要求
1.用于流体的电化学分析的设备，包括
-腔体，具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度；
-第一电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度延伸；
-第二电极，布置在所述腔体内且在所述腔体内沿着所述深度维度按与所述第一电极横向分隔方式延伸；以及
-可溶性固体，布置在所述第一和第二电极之间的所述腔体内，从而基本上完全占据第一和第二电极之间的横向间隙至所述深度维度至少一部分的程度；
其中所述可溶性固体在所述流体中的溶解速率至少部分地依赖于存在于所述流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述可溶性固体为经退火的聚合物。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述可溶性固体基本上完全占据所述第一和第二电极之间的所述横向间隙至所述腔体内所述第一和第二电极之间基本上全部深度方向交迭的程度。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述可溶性固体从所述腔体的最高程度向下贯穿所述基本上全部所述深度方向交迭的程度，以基本上完全填充所述腔体。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二电极的每一个电极至少部分地限定所述腔体的内壁，所述内壁在所述腔体内向下延伸至所述腔体内所述第一和第二电极之间深度方向交迭的程度。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述第一电极连接到地且限定基本上直的圆柱体形状的壁，所述壁在所述腔体内向下延伸到所述深度方向交迭的所述程度，所述第二电极连接到电源且限定基本上直的柱状的侧壁，所述侧壁与所述圆柱形侧壁基本上同轴地延伸，且在所述腔体内向下延伸至所述深度方向交迭的所述程度。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述设备包括测量工具，所测量工具包括限定上缘的硅基集成电路装置；以及所述腔体、所述第一和第二电极的分组实例的阵列，且所述可溶性固体沿着所述上缘布置以允许所述实例的所述可溶性固体的每一个直接暴露于所述受测试流体；所述集成电路装置进一步包括电极选择单元，所述电极选择单元用于允许所述集成电路装置可选择地单独地施加预定测试信号到每个成对的所述第一和第二电极实例，以及响应于所述预定测试信号而接收用于确定存在于所述流体中溶液内的所述相应分析物的所述化学浓度的模拟信号，所述模拟信号对应于所述腔体的相应实例中的主要电学情况。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述主要电学情况是选自包括电导、复导纳和复阻抗的群组。
9.如权利要求7所述的设备，其中所述集成电路装置进一步包括测量单元，所述测量单元用于基于所述模拟信号响应来确定所述主要电学情况的相应值。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述集成电路装置进一步包括数据处理器单元，所述数据处理器单元用于控制所述电极选择单元，接收来自所述测量单元的与所述主要电学情况的所述确定值对应的模拟信号，以及基于所述主要电学情况的所述确定值，确定存在于所述流体中溶液内的所述相应分析物的化学浓度。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述设备适合于确定存在于所述流体中溶液内的所述相应分析物的所述化学浓度，而不进行绝对校准。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述集成电路装置进一步包括输入/输出数据模块，所述输入/输出数据模块用于将所述集成电路装置与至少一个外部装置接口，所述接口包括接收来自所述数据处理器单元的与所述化学浓度的值对应的数字信号以及将所述数字信号传递到所述至少一个外部装置。
13.如权利要求7所述的设备，其中所述集成电路进一步包括控制单元，所述控制单元用于针对频率和振幅至少其一来控制所述测试信号。
14.如权利要求7所述的设备，其中针对所述分组实例的阵列，所述可溶性固体的所述实例呈现所述可溶性固体的多种变化，每一个所述变化与所述流体内的溶解速率关联，所述关联至少部分地依赖于存在于所述流体中溶液内的所述相应分析物的各个不同的化学浓度。
15.如权利要求7所述的设备，其中针对所述分组实例的阵列，所述可溶性固体的所述实例呈现所述可溶性固体的多种变化，每一个所述变化与所述流体内的溶解速率关联，所述关联至少部分地依赖于存在于所述流体中溶液内的各种不同的相应分析物的化学浓度。
16.如权利要求7所述的设备，其中在所述可溶性固体开始溶解到所述流体内时，所述设备对于测量存在于所述流体中溶液内的所述分析物的浓度的目的而言仍是可工作的，至少直到所述可溶性固体不再基本上完全占据所述第一和第二电极之间的所述横向间隙。
17.如权利要求7所述的设备，其中所述集成电路装置包括CMOS管芯，所述分组实例的阵列经由关联的恰当MEMS工艺沿着所述上缘形成。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述MEMS工艺包括经由至少一种实例的金属性沉积和随后关联的恰当刻蚀，沿着所述上缘形成金属性接触图案，以及形成每个所述分组实例的所述成对的第一和第二电极，其中所述金属性接触图案用于提供所述集成电路装置和所述分组实例的阵列之间的连接性。
19.如权利要求18所述的设备，其中形成所述分组实例的每个实例的所述成对的第一和第二电极进一步包括至少一种实例的沉积选自由SiO2和Si3N4组成的群组的材料层，随后进行关联的恰当刻蚀，其中所述分组实例的腔体的至少一个实例被合适地掩蔽以防止所述材料层的所述沉积，且进一步保持基本上没有任何所述可溶性固体，从而允许所述至少一种实例的腔体的所述腔体在关联的分析物浓度测量期间被用于控制目的。
20.如权利要求7所述的设备，其中所述分组实例的腔体的至少一个实例保持基本上没有任何所述可溶性固体，从而允许所述至少一种实例的腔体的每个腔体基本上用所述受测试流体完全地填充，由此用作参考腔体用于在关联的分析物浓度测量期间监测所述受测试流体中电学特性的变化。
21.用于流体的电化学分析的方法，包括
-将可溶性固体暴露到流体；
-测量所述可溶性固体在所述流体中的溶解速率；以及
-基于所测量的溶解速率，确定所述流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。
22.计算机可读取介质，包括程序，所述程序当由处理器执行时执行用于电化学分析流体的方法，该方法包括
-测量暴露于流体的可溶性固体的溶解速率；以及
-基于所述测量的溶解速率，确定所述流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。
全文摘要
用于电化学流体分析的设备和方法包括腔体(1202)，具有用于容纳一定体积的受测试流体的深度维度；第一和第二电极(A1)，布置在腔体内且沿着深度维度按彼此分隔方式延伸；以及可溶性固体，诸如经退火的聚合物例如EUDRAGIT，占据第一和第二电极之间的横向间隙。由电化学阻抗谱(EIS)监测的可溶性固体在流体内的溶解速率依赖于存在于流体中溶液内的相应分析物的化学浓度。在一个实施例中，限定上缘的硅基集成电路装置包括沿着所述上缘布置的电极阵列，以允许将电极阵列直接暴露于受测试流体。该装置使用CMOS技术来构建。
文档编号G01N27/416GK101796402SQ200880106161
公开日2010年8月4日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年9月6日
发明者L·R·阿尔布, H·周, J·施米朱 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司