用于金属检测的传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求2012年12月20日提交的编号为61/740, 271的在先美国临时专利申 请的权益，其全部内容通过引用并入。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于金属检测的传感器，以及与所述传感器相关的方法和系统， 所述金属包括有毒金属。
【背景技术】
[0004] 用于痕量金属分析的当前标准技术包括电感親合等离子体质谱仪（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS)、电感親合等离子体发射光谱仪 (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，ICP-0ES)和原子吸收光 谱（Atomic Absorption Spectrometry，AAS)。这些方法需要笨重而昂贵的设备，所述设备 是不能在现场使用的。此外，上述方法产生的气态流出物可以是难以处理或处置的。此外， 这样的方法需要复杂而费时的样品预浓缩和处理的步骤，其需要由训练有素的专业人员执 行。因此，目前还有对使用便携式分析仪器对现场样品中的金属进行快速检测和测量的需 要。
【发明内容】
[0005] 阳极溶出伏安法（Anodic Stripping Voltammetry，ASV)或者吸附溶出伏安法 (Adsorptive Stripping Voltammetry，AdSV)是用于定性和定量分析的技术。这些技术是 目前用于现场检测金属（例如重金属）的通用解决方案。使用ASV/AdSV方法的先前的重 金属检测方法涉及劳动密集的工作。在ASV/AdSV方法中，检测的每一步需要手动地操作， 并且所述检测需要大量的样品和试剂。仪器的总大小和质量以及操作所需要的所有试剂不 容易携带，因而这是难以用于现场操作的。
[0006] 在一方面，一种用于检测样品中的金属的传感器包括微流体流动通道，所述通 道包括入口、出口和检测室，所述检测室包括一组传感电极，其包括工作电极、反电极 (counter electrode)和参考电极；流量传感器，其构造为测量通道中的流动；温度传感 器，其构造为测量通道中的温度；以及电连接，其构造为将所述传感器连接到传感设备。
[0007] 该组传感电极可以包括两个叉指电极（interdigitated electrodes)和布置在叉 指电极之间的一个蛇形电极。该传感器还可包括构造为加热在流动通道中的样品的微型加 热器。该传感器还可包括构造为测量在流动通道中的样品的pH的pH传感器。所述传感器 还可包括一个或多个样品过滤器。
[0008] 所述传感器可以被构造为选择性地检测从铬（Cr)、锰（Mn)、铁（Fe)、钴（Co)、镍 (Ni)、铜（Cu)、锌（Zn)、砷（As)、硒（Se)、银（Ag)、镉（Cd)、锡（Sn)、锑（Sb)、碲（Te)、金 (Au)、汞（Hg)、钛（Ti)、铅（Pb)、铋（Bi)和它们的组合中选出的一种或多种金属。
[0009] 流量传感器可以是热差动传感器。该传感器可以布置在玻璃基板上。该传感器还 可以包括构造为释放试剂到流动通道的试剂室。所述试剂可以是铜（Cu)、铅（Pb)、镉（Cd) 或它们的组合的标准溶液。电极可以由无毒材料组成。无毒材料可以包括银（Ag)、金（Au)、 钼（Pt)、祕（Bi)、石墨或玻碳（glassy carbon)。电极可以由萊（Hg)组成。
[0010] 在另一方面，一种用于检测样品中的金属的系统包括传感设备；和传感器，其包 括：微流体流动通道，所述通道包括入口、出口和检测室，所述检测室包括一组传感电极， 其包括工作电极、反电极和参考电极；流量传感器，其构造为测量通道中的流动；温度传感 器，其构造为测量通道中的温度；以及电连接，其构造为将所述传感器连接到传感设备。
[0011] 传感设备还可连接到计算机系统。该计算机系统可以是智能手机。计算机系统还 包括具有计算机可读程序代码存储于其中的计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代 码包括的指令用于控制检测过程；检测结果数据的分析；和/或检测结果数据的可视化。
[0012] 在另一方面，使用传感器用于检测样品中的金属的方法包括提供传感器，所述传 感器包括：微流体流动通道，所述通道包括入口、出口和检测室，所述检测室包括一组传感 电极，其包括工作电极、反电极和参考电极；流量传感器，其构造为测量通道中的流动；温 度传感器，其构造为测量通道中的温度；以及电连接，其构造为将所述传感器连接到传感设 备；将样品经由入口引入流动通道；允许样品流到检测室；以及使用该组传感电极检测样 品中的金属。
[0013] 允许样品流动可包括将负压施加至所述出口。压力可以选择为将恒定的流速维持 在0. lml/min(毫升/分钟）至lOOml/min的范围内。允许样品流动可以包括使用毛细作 用。允许样品流动可包括将正压施加到入口。
[0014] 所述方法还可以包括测量样品在流动通道中的流速或流量。测量流速或流量可包 括使用热差动传感器。所述方法还可以包括测量在流动通道中的样品的温度。
[0015] 所述方法还可以包括在工作电极与反电极之间施加一段时间的沉积电势。所述方 法还可以包括在工作电极与反电极之间施加一段时间的保持电势。所述方法还可以包括在 工作电极与反电极之间施加一段时间的溶出电势。所述方法还可以包括使用传感设备测量 流过反电极的电流。
[0016] 电流峰值可以从所测量的电流获得，并与标准测量比较以确定检测到的金属的类 型和/或金属在样品中的浓度。使用该组传感电极检测金属可以包括ASV或AdSV。
[0017] 所述样品可以是临床样品、水样品、食品样品、空气样品或土壤样品。食品样品可 以包括液体。临床样品可以包括粪便、唾液、痰、支气管灌洗液、尿、阴道拭子、鼻拭子、活组 织检查、组织、眼泪、呼吸、血液、血清、血浆、脑脊髓液、腹膜液、胸膜液、心包液、关节液或羊 水。
[0018] -个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。其他的特征、目的和优点从 描述、附图以及从权利要求书中将是显而易见的。
【附图说明】
[0019] 图1是描绘传感器原型的示图。
[0020] 图2是安全数字（secure digital，SD)卡与两个传感器的比较。
[0021] 图3是描绘传感器的操作配置的示图。
[0022] 图4是描绘传感设备的示图。
[0023] 图5a_5g描绘了不同的电极配置。
【具体实施方式】
[0024] 本文描述的传感器提供了一种用于现场金属检测的优秀解决方案，所述现场金属 检测包括重金属检测。与常规的ASV和AdSV重金属检测方法相比，本文描述的传感器提 供的显著优势在于更高的吞吐量、更低的成本，同时是较少劳动密集的并且更少地依赖于 个人技能。其它优点还包括传感器的一次性设计、增强的测量可靠性和可重复性。所述传 感器可广泛应用于各种行业，诸如但不限于临床诊断（活检测试、排泄试验-利用唾液、血 液、血浆或血清、粪便、尿液、泪液、汗液等作为样品）、环境保护、食品工业、农业和兽医领域 (veterinary settings)。包括传感器的设备不仅可用在工业或环境领域中，而且可用于例 如医生办公室或家庭领域中。
[0025] 本文所描述的用