用于流体分析的谐振传感器组合件和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及用于流体分析的系统和方法，并且更具体来说，涉及用于使用谐振传感器的流体分析的系统和方法。
【背景技术】
[0002]谐振传感器通常用来提供与样本中存在的物理、化学和生物组分有关的信息。传感器的选择性在传感器性能和应用方面是合乎需要的。选择性的缺乏通常阻碍诸如但不限制于医疗诊断、生命科学、水、油气以及安全性的应用中感测流体中的物理、化学和生物种方面的传感器的广泛使用。阻抗谱常常用于材料科学和材料表征。阻抗谱提供生物种的分析方面的多个优点，因为它为生物种的分析提供无创无毒平台。但是，传统阻抗谱的广泛接受的局限性包含对宽频率范围的相对低的灵敏度和极长的获取时间。
[0003]当前实验室技术常常利用多个预处理步骤用于样本，并且要求病理学家或技术人员手动识别样本组成。当前传感器技术利用基于光、电、机械、热和磁检测原理的不同换能器。传感器可以是谐振或者非谐振的。与非谐振换能器相比，谐振换能器在不受控制的周围环境噪声影响存在的情况下提供更准确地探测任何样本的介电性质的机制。周围环境噪声影响的非限制性示例包含温度、介质组成以及样本中的干扰的存在。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，谐振传感器组合件包含具有感测区的介电基片。该传感器组合件还包括操作上耦合到感测区的多个调谐元件，其中感测区耦合到多个调谐元件以限定多个谐振电路。
[0005]在另一个实施例中，系统包含谐振传感器组合件以及与谐振传感器进行操作通信的读取器，其中读取器配置成以多个频率获取响应。该谐振传感器组合件包含:包括感测区的介电基片，其包括感测区，以及操作上耦合到感测区的多个调谐元件。感测区耦合到多个调谐元件以限定多个谐振电路。
[0006]在又一实施例中，谐振传感器组合件包含:包括具有至少四个叉指电极结构的感测区的介电基片，以及操作上耦合到感测区的多个调谐元件。感测区耦合到多个调谐元件，其配置成提供与多个电极对关联的预定谐振频率以限定多个谐振电路。
【附图说明】
[0007]在参照附图阅读下面详细的描述时，将会更好地理解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似符号贯穿附图表示相似部分，其中:
图1是按照本技术的实施例、采用配置成使用多个频率探测流体样本的传感器组合件的不例传感器系统的一部分的不意图；
图2是按照本技术的实施例、谐振传感器的实施例的所测量的阻抗参数的图表；
图3是按照本技术的实施例、包括多个电极的示例感测区的示意图； 图4-6是按照本技术的实施例、具有多个电极的示例感测区的示意图；
图7是按照本技术的实施例、具有可重新配置设计的电极/样本结构的等效电路；
图8是按照本技术的实施例、采用单一传感器区的传感器系统的示意表示；以及图9是按照本技术的实施例、用于分析样本的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0008]实施例涉及用于物理、化学和/或生物检测的系统和方法。在某些实施例中，系统和方法可用于流体的分析。有利地，系统和方法促进使用单一传感器以各种频率探测流体。在某些实施例中，谐振传感器组合件可包括单一感测区，其配置成以多个频率进行谐振。在这些实施例的一些中，单一感测区配置成以多个频率探测流体。单一感测区中的各种子区域可配置成探测流体样本中的不同深度，从而提供沿与传感器平面垂直的方向、与流体样本有关的断层扫描的信息。这种断层扫描的信息可通过使用电磁场贯穿波来提供。在一个示例中，电磁波可包括电场贯穿波和磁场贯穿波。例如，如果流体样本包含样本中的细胞或其他组分，则断层扫描的信息可包含与作为离感测表面的距离的函数的样本的复介质常数有关的信息。从细胞内的不同深度所得到的信息提供细胞粘着、新细胞的迀移、细胞活动的变化以及对外部激励(例如环境、药物学)的响应的指示。在一个示例中，关于细胞形态的信息可用来在快速收集活组织检查中跟踪癌细胞的转移。
[0009]在某些实施例中，传感器可在医疗诊断、生命科学、水技术、油气以及安全性的领域的一个或多个应用中来采用。在医疗诊断的情况下，谐振传感器组合件可用来检测或诊断感染或癌。在水技术的情况下，谐振传感器组合件可用来检测水样本中的蛋白质和细菌细胞积聚。水样本可来自饮用水或者蒸馏或冷却箱。
[0010]有利地，由于系统和方法促进在使用单一传感器时以多个频率探测样本，所以不要求将流体样本设置在多个传感器上以便以多个频率探测样本。
[0011]在某些实施例中，谐振传感器组合件可包含:包括感测区的介电基片，以及操作上耦合到感测区的多个调谐元件。此外，感测区耦合到多个调谐元件以限定多个谐振电路。每个谐振电路可用来限定单一感测区中的子区域，其中每个子区域配置成探测流体样本中的不同深度。在一个实施例中，介电基片和感测区可以是谐振传感器的一部分。在某些实施例中，谐振电路可包含相结合以引起产生谐振传感器响应的组件。
[0012]在一些实施例中，谐振传感器可耦合到多个调谐元件以限定多个谐振电路。在一个实施例中，调谐元件可以是谐振传感器外部的。在另一个实施例中，调谐元件可以不是谐振传感器外部的，调谐元件可以是谐振传感器的整体的。
[0013]在一些实施例中，传感器读取器可配置成监测来自谐振传感器组合件的多个响应。读取器可通过读取器天线与传感器进行操作关联。在一个实施例中，读取器可配置成监测谐振传感器的谐振性质。来自谐振传感器的数据可使用有线或无线传输来传递。在一个实施例中，无线传输是电感耦合传输。在某些实施例中，读取器可以是响应分析器，其配置成接收多个频率的信号。
[0014]在某些实施例中，传感器读取器可配置成测量具有样本的谐振传感器的阻抗谱的实部和虚部。在某些实施例中，传感器读取器可配置成测量与传感器谐振之外的样本关联的谐振传感器的阻抗谱的实部和虚部。除了复阻抗谱参数的测量之外，读取器还可测量与复阻抗谱相关的其他谱参数。谱参数的非限制性示例包含S参数(散射参数)和Y参数(导纳参数)。在一些实施例中，传感器读取器可配置成实时地监测传感器。此外，读取器可配置成以间断或连续的方式来监测传感器响应。
[0015]在某些实施例中，谐振传感器可包含单一感测区，其中感测区配置成以多个频率进行谐振。在一个示例中，谐振传感器可以是RFID传感器。RFID传感器可包括存储器芯片。存储器芯片可用于在需要时存储和检索数据。数据可包含RFID传感器的数字ID或者RFID传感器的任何其他信息。存储器芯片可以是读写芯片，例如集成电路(1C)芯片。备选地，存储器芯片可以是只读芯片，例如声波装置芯片。存储器芯片可以是独立传感器的模拟输入。
[0016]如本文所使用的术语“RFID标签”指的是数据存储和报告技术，其将电子标签用于存储数据，并且包含至少两个组件，其中第一组件是用于存储和处理信息并且对射频信号进行调制和解调的集成电路(存储器芯片)。这种存储器芯片也可用于其他专门功能，例如它能够包含电容器。在一个实施例中，存储器芯片也可包含用于模拟信号的输入。第二组件是用于接收和传送射频信号的天线。天线也可配置成用作感测区。在某些实施例中，具有感测功能的RFID标签是RFID传感器。在某些实施例中，具有感测区的RFID标签是RFID传感器。
[0017]在某些实施例中，谐振传感器可包括具有例如当RFID标签的天线还通过作为环境变化的函数而改变其复阻抗参数来执行感测功能时的增加感测功能的RFID标签。采用这类谐振传感器对环境变化的确定通过分析复阻抗来执行。在一个实施例中，RFID标签可通过耦合跨RFID标签的天线和/或存储器芯片的互补传感器来转换为RFID谐振传感器。通过耦合互补传感器，所附连传感器的电气响应可转化为谐振传感器的复阻抗响应的一个或多个的对应变化。谐振传感器的复阻抗响应的非限制性示例可包含谐振传感器的复阻抗响应的谐振峰值位置、峰值宽度、峰值高度和峰值对称性、复阻抗的实部的幅值、复阻抗的虚部的谐振频率、复阻抗的虚部的反谐振频率、零电抗频率、相位角和阻抗的幅值。
[0018]在某些实施例中，谐振传感器可用来测量多种物理、化学和生物参数。在RFID谐振传感器中，用于集成询问的方法和系统可用来从RFID传感器收集数字和模拟信号以得至IJ与RFID标签对应的数字或模块数据(例如标签ID、最终用户存储信息、感测信息、从标签可得到的任何其他数字信息)以及与RFID传感器对应的模拟数据(例如感测测量、反射功率测量)。在一个实施例中，RFID传感器的RFID标签可以是无源标签。无源RFID标签不需要电池用于其功能，并且包括连接到传感器天线的存储器芯片。
[0019]在一些实施例中，可处理谐振传感器阻抗谱以提取若干“谱参数”。谱参数是Fp、&、匕或？2以及其他。可将传感器阻抗谱传送给中央计算中心供处理。在一个示例中，中央计算中心可使用来自阻抗读取器的稳态或动态响应来分析阻抗谱或谱特征的至少一部分。稳态传感器响应是在所确定的时间期间来自传感器的响应，其中在测量时间响应没有细微变化。因此，在时间稳态传感器响应的测量产生相似值。动态传感器响应是在所测量环境参数(温度、压力、化学浓度、生物浓度等)的突然变化时来自传感器的响应。因此，在测量时间传感器响应显著变化。因此，在时间动态传感器响应的测量产生响应的动态签名。响应的动态签名的非限制性示例包含平均响应斜率、平均响应幅值、信号响应的最大正斜