用于侵入性生物传感器的唤醒电池的制作方法

本公开一般涉及侵入性生物传感器，更具体地涉及用于侵入性生物传感器的唤醒电池。

背景技术：

侵入性生物传感器(诸如可植入葡萄糖传感器)可以使用电池来为传感器组件或其他电路或电子设备供电，以从传感器组件获得信息并将信息传输到另一设备。然而，当生物传感器闲置(例如，在货架上的包装中)时，其电池在使用传感器之前可能随时间缓慢放电，从而减少传感器的使用寿命。

技术实现要素：

描述了用于侵入性生物传感器的唤醒电池的各种示例。例如，一个公开的设备包括：生物传感器，包括第一电极，具有用于插入患者皮肤下方的皮下层的远端；耦合到第一电极的第二电极，该第二电极的一部分用于插入皮下层中；以及第一电池，该第一电池在第一和第二电极之间施加电压，第一电池至少部分地与电极电解耦合；第二电池，包括耦合到第一电极的远端的一部分的阳极材料和第二电极的一部分，该阳极材料用于插入到皮下层，该第二电池在浸入电解液中之后可激活；以及唤醒电路，耦合到第二电池以从第二电池接收信号，并且作为响应，将第一电池电耦合到第一和第二电极。

一种公开的方法包括：将生物传感器的可插入部分和第二电池插入到患者的皮肤中并插入到患者的组织液中，该可插入部分包括：第一电极的远端和第二电极的一部分，该第一电极耦合到第二电极，生物传感器还包括第一电池，用于在第一和第二电极上施加电压，第一电池至少部分地与电极电解耦合，第二电池包括耦合到第一电极的远端的一部分的阳极材料和第二电极的一部分；在第二电池浸入患者的组织液之后通过第二电池产生信号；响应于从第二电池接收信号，通过唤醒电路将第一电池电耦合到第一和第二电极；以及将来自生物传感器的传感器信息提供给射频(“rf”)发送器。

另一种公开的设备包括生物传感器，其包括：第一电极，具有用于插入到患者皮肤下方的皮下层的远端，以及耦合到第一电极的第二电极，该第二电极的一部分用于插入皮下层中，以及第一电池，其包括：耦合到第一电极的远端的一部分的阳极材料和第二电极的一部分，该阳极材料用于插入到皮下层，第一电池可在浸入电解液中之后激活以向第一和第二电极施加电压。

进一步公开的方法包括：将生物传感器的可插入部分和第二电池插入到患者的皮肤中并插入到患者的组织液中，可插入部分包括：第一电极的远端和第二电极的一部分，第一电极耦合到第二电极，生物传感器还包括第一电池，以在第一和第二电极上施加电压，第一电池至少部分地与电极电解耦合，第二电池包括耦合到第一电极的远端的一部分的阳极材料和第二电极的一部分；在第二电池浸入患者的组织液之后，通过第二电池产生信号；响应于从第二电池接收信号，通过唤醒电路将第一电池电耦合到第一和第二电极；以及将来自生物传感器的传感器信息提供给射频(“rf”)发送器。

提及这些说明性示例不是为了限制或限定本公开的范围，而是提供示例以帮助理解本公开。在具体实施方式中讨论了说明性示例，其提供了进一步的描述。通过检查本说明书，可以进一步理解各种示例提供的优点。

附图说明

并入本说明书中并构成其一部分的附图示出一个或多个特定示例，并且与示例的描述一起用于解释特定示例的原理和实现方式。

图1显示具有唤醒电池的说明性示例葡萄糖传感器；

图2a-图3显示具有唤醒电池的示例性生物传感器；

图4-图6示出适用于配合具有唤醒电池的示例生物传感器使用的示例唤醒电路；

图7显示带有唤醒电池的生物传感器的示例系统；

图8显示制造具有唤醒电池的生物传感器的示例方法；以及

图9显示使用具有唤醒电池的生物传感器的示例方法。

具体实施方式

本文在用于侵入性生物传感器的唤醒电池的背景下描述了示例。本领域普通技术人员将认识到，以下描述仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。现在将详细参照如附图中所示的示例的实现方式。在整个附图和以下描述中将使用相同的元件符号来指代相同或相似的项目。

为了清楚起见，并未示出和描述本文描述的示例的所有常规特征。当然，应当理解，在任何此实际实现方式的开发中，必须做出许多特定实现方式决定以实现开发者的特定目标(诸如符合应用和商业相关的约束)，并且这些特定目标将随实现方式及发开者而变化。

用于侵入性生物传感器的唤醒电池的说明性示例

图1中所示的一个示例性侵入式传感器是葡萄糖传感器100。该示例性葡萄糖传感器100具有两个电极110，112，其插入患者皮肤102中以将电极110，112暴露于组织液，可以从该葡萄糖传感器100获得葡萄糖读数。在此示例中，两个电极110，112是(1)铂或铂涂层的导线110及(2)覆盖导线110的一部分的银/氯化银(ag/agcl)材料112。导线110的一端和ag/agcl材料112的一部分插入到患者皮肤102，而导线110的另一端附接到电池120的一个端子124且ag/agcl材料112的另一部分附接到电池120的另一个端子122。

插入到患者皮肤102的导线110的一部分还具有葡萄糖氧化酶(“gox”)涂层，其将对患者组织液中存在的葡萄糖起反应。当导线110和ag/agcl材料112的侵入部分插入到患者的皮肤102中时，gox与葡萄糖反应，产生反应产物，诸如过氧化氢。当电压施加到电极110，112时，基于由葡萄糖/gox反应产生的这些反应产物的量产生电流。然后检测电流并且电流强度表示存在的葡萄糖量。

然而，侵入式传感器、例如该示例葡萄糖传感器100在使用之前可能闲置达长期时间段，例如，存储达数月或更长时间。如果葡萄糖传感器100在闲置时未停用，则电池120可能耗尽，从而降低或如果电池完全耗尽则消除葡萄糖传感器100的使用寿命。为了降低或消除电池120的过早放电，可以通过将少量阳极材料130(诸如锌)附装到插入患者皮肤102的导线110的端部而由葡萄糖传感器组件构成第二电池。阳极材料130与ag/agcl材料112及患者的组织液结合产生小电池，其从葡萄糖传感器100的两个电极110，112产生电流。通过第二电池产生的电流独立于任何葡萄糖/gox反应。在本公开中可以被称为“唤醒”电池的第二电池因此产生电流，该电流可以用于通过激活、诸如通过闭合开关142，经由例如稳压器(未示出)将电池120连接到电极的电路140来启用或“唤醒”葡萄糖传感器110。还可以将电池120连接到葡萄糖传感器100内的其他电路，诸如射频(“rf”)发送器(未示出)来发送葡萄糖传感器读数。一旦启用葡萄糖传感器100，则主电池120可以将电压供应给电极110，112，并且可以测量组织液中的葡萄糖浓度。

然而，因为葡萄糖传感器读数基于由两个电极产生的电流，因此由唤醒电池产生的电流可能干扰葡萄糖传感器读数。因此，通过仅使用少量阳极材料130产生唤醒电池。例如，适当量的阳极材料130可以是10纳克(“ng”)锌。因此，唤醒电池能够供应足够的电流以激活通过启用葡萄糖传感器100的第一电池供电的电子电路，但接着快速失效。一旦唤醒电池失效，葡萄糖传感器100就可以提供可靠的葡萄糖信息。

给出该说明性示例以向读者介绍本文所讨论的一般主题，并且本公开不限于该示例。以下段落描述了各种另外的非限制性示例和用于侵入性生物传感器的唤醒电池的系统和方法的示例。

现在参照图2a-图2b，图2a示出生物传感器的示例性唤醒电池。在该示例中，生物传感器200是葡萄糖传感器，但是在其他示例中，生物传感器200可以是插入到患者皮肤或其他组织的适当传感器，诸如血氧传感器。

生物传感器200包括传感器元件210，其在图2b中单独示出。传感器元件210包括电极212和反电极(countelectrode)214。反电极214作为部分覆盖电极212的涂层或护套施加到电极212，同时使电极212的远端和近端212a-b二者的一部分暴露。传感器还包括两个导电触点222-224，每个导电触点连接到电极212或反电极214中的一个。

生物传感器200还包括电池220、唤醒电路240、发送器250和天线252。电池220的负极或接地端子连接到导电触点中的一个224，并且电池220的正极端子选择性地连接到另一个导电触点222。在该示例中，导电触点222-224是导电橡胶触点，但是在其他示例中，可以使用其他合适的导电材料，诸如导电金属。

唤醒电路240连接到导电触点222-224二者和电池220的正极端子。唤醒电路240可以选择性地将电池220的正极端子连接到相应的导电触点222。此外，在该示例中，唤醒电路240还可以选择性地将电池220的正极端子连接到发送器250。发送器可以通过使用天线252发送数据来向远程设备提供传感器数据。在一些示例中，发送器250和天线252可以使用适当通信技术进行通信，诸如射频识别(“rfid”)、近场通信(“nfc”)或bluetooth^tm。例如，具有rfid或nfc读取器的远程设备可以被携带接近天线252并使发送器250将传感器信息发送到远程设备。

电极212和反电极214各自连接到不同的导电触点222-224，并且在操作期间可以接收施加到导电触点222-224的电压并基于发生在患者的组织液中的反应向导电触点222-224供应电流。

在该示例中，电极212是铂导线，但是在一些示例中，电极212可以是涂覆铂的导线。可以通过任何适当技术，包括电镀或物理气相沉积，包括蒸发和溅射技术，将铂涂层施加到基线。虽然用于导线的铂材料或用于导线的涂层可适用于葡萄糖传感器，但是根据其他实施例，可基于应用或所需反应使用其他材料。

在此示例中，反电极214是施加到电极212的银/氯化银(ag/agcl)涂层。然而，任何适当涂层或护套可以沉积、烧结、覆盖或以其他方式施加到电极上以提供反电极214。此外，虽然银/氯化银材料可适用于葡萄糖传感器，但根据其他实施例，可基于应用或所需反应使用其他材料。

在一些示例中，反电极214可以与电极212物理分离。图3示出具有与电极310物理分离的反电极312的示例传感器300。在该示例中，反电极312包括第二导线，其可以分别插入患者的皮肤并进入患者的组织液。

再次参见图2a，生物传感器200还包括第二电池230，如图2c所示。第二电池230具有两个组件，当浸入电解液中时，产生电流。第二电池230的第一组件是沉积在电极212上的阳极材料232。第二电池230的第二组件是传感器元件210的反电极214。阳极材料232沉积在插入到患者的组织液中的电极212的端部(被称为“远”端212a)上，因此允许阳极材料232浸入组织液中，组织液是电解液。

在该示例中，阳极材料232是锌，然而，可以使用其他适当材料，诸如铁，铝或镍。沉积在电极上的阳极材料的量可以取决于“唤醒”生物传感器200所需的电量。图2中所示的生物传感器200具有约10ng的锌作为阳极材料232，其应提供约100纳安(“na”)或0.6至0.8伏特约达约5分钟；然而，可施加约100ng的锌，其应提供约100na或0.6至0.8伏特达约50分钟。对于一些其他阳极材料(诸如铁和镍)，阳极材料的适当量也可以在约10-100ng之间。对于使用铝构造的第二电池230，铝的适当量可以是锌的量的大约30％，例如在约3-30ng之间。如上文关于锌所讨论的，这种量的阳极材料232应产生类似量的电流和电压达类似时间。

阳极材料232的量的选择可以基于“唤醒”生物传感器200中的其他电路的电力需求以及从第二电池230提供电力的所要时间量。传感器元件210在激活时也产生电流；然而，在该示例中，该电流用于确定组织液中存在的葡萄糖量。如果第二电池230与传感器元件210同时产生电流，则生物传感器200可能无法提供可靠的葡萄糖浓度信息。因此，可以选择阳极材料232的量以最小化第二电池230的寿命，同时仍然提供足够的电流来唤醒生物传感器200。如上所述，在该示例中，第二电池230将提供电流达约5分钟；然而，其他示例可能需要更多时间或电力来唤醒生物传感器200。

如上所述，唤醒电路240连接到导电触点222-224的每一个。当第二电池230产生电流时，唤醒电路240经由导电触点222-224，例如从第二电池230接收电流，并且当由第二电池230激活时，其通过并入唤醒电路240中的稳压器将电池220连接到导电触点224且连接到rf发送器250。然后，稳压器将向传感器元件210提供电压，传感器元件210将开始感测在此示例中患者的组织液中存在的葡萄糖量。

现在参照图4，图4示出示例唤醒电路400。唤醒电路400被示为检测器410和激活器420的组合；然而，这不应该被解读为要求唤醒电路需要单独的检测和激活组件。检测器410从唤醒电池接收输入信号，例如，唤醒电池230。在各种示例中，输入信号可以是电流或电压。检测器410接收输入信号并确定输入信号是否指示唤醒电池已被激活。如果检测器410确定唤醒电池已被激活，则其向激活器420发送信号，激活器420通过稳压器将电池220连接到传感器元件210，并且在一些示例中，激活其他组件或处理。

在该示例中，检测器410包括电压阈值检测器500，如图5所示。电压阈值检测器500包括比较器电路510，其从电池220接收参考电压512并从第二电池230接收感测电压514。如果检测的电压超过参考电压，则比较器电路510通过输出端子516输出非零电压，否则比较器电路510输出零电压。在该示例中，激活器420包括晶体管。比较器电路510的输出连接到晶体管并导通晶体管，通过稳压器将电池220连接到感测元件210，并连接到发送器250。此外，晶体管的输出耦合到其自己的输入，使得一旦晶体管导通，则甚至在第二电池230失效之后仍保持导通。

图6示出另一个示例性唤醒电路600，其包括电压控制开关610，电压控制开关610基于来自唤醒电池的输入电压612选择性地将唤醒线616连接到地614。在该示例中，唤醒线616被反转，使得在开关610闭合之前，唤醒线616通过第二电池保持高，但是当开关610闭合时，唤醒线616被拉低，从而激活传感器上的电路，诸如处理器或rf发送器。虽然在该示例中开关610被示为电压控制开关，但是可以采用任何适当开关。

在一些示例中，唤醒电路可以包括不同类型的电路。例如，唤醒电路可以包括电流阈值检测器、环形振荡器、上电复位电路或nmos脚踏开关。在一些示例中，激活器420可以包括dc-dc转换器、时钟电路或者处理器。例如，检测器410可以输出信号以接通将电池连接到传感器元件的dc-dc转换器。在一些示例中，检测器410可以输出作为信号提供给处理器或时钟电路的信号。例如，处理器可以基于上电复位信号通电并从电池220汲取电力并向传感器元件供应电压。唤醒电路的时钟电路、诸环形振荡器可以用于产生另一电路的时钟信号、诸如用于激活处理器的处理器时钟，其开始从电池220汲取电力。nmos脚踏开关可以接近从电池220向处理器或另一电路供电以激活感测元件。

现在参照图7，图7示出包括图2的葡萄糖传感器200的示例系统，葡萄糖传感器200附接到患者并且传感器元件210已经插入到患者的皮肤中，但是在根据本公开的示例系统中可以使用其他适当生物传感器，诸如图1和图3中所示的生物传感器。系统还包括计算设备700，当计算设备700在传感器的rf发送器250的范围内时，其可以从葡萄糖传感器200接收传感器信息。

计算设备700包括处理器710和存储器720，计算设备700使用处理器710和存储器720来执行用于从葡萄糖传感器700获得信息的软件并将此信息存储在存储器720中。显示器720可以提供用户界面和可以提供从葡萄糖传感器200获得的传感器信息。计算设备700还包括无线电收发器730和天线732。在该示例中，无线电收发器730是向葡萄糖传感器200发射rf信号的rfid收发器，然后，葡萄糖传感器200将传感器信息发送到计算设备。然而，根据本公开的其他适当计算设备700可以具有其他类型的无线电接收器或收发器，诸如nfc收发器、bluetooth^tm收发器或无线局域网(“wlan”)收发器(诸如wifi收发器)。选择适当收发器可取决于传感器200内的发送器250的类型。

现在参照图8，图8示出制造具有唤醒电池的生物传感器的方法。

在块810，提供电极和反电极。如上所述，电极可以是铂或涂覆铂的导线。反电极可以是ag/agcl。在一个示例中，可以通过适当技术，包括电镀或物理气相沉积，包括蒸发和溅射技术，将铂层施加到基线。可以在电极的一部分上沉积或形成反电极材料，诸如ag/agcl。例如，可以将反电极材料沉积、烧结、覆盖或以其他方式施加到电极。在一些示例中，反电极可以与电极分开形成。例如，可以采用ag/agcl导线或涂覆ag/agcl的导线作为反电极。

在块820，在电极的一端附近或一端施加阳极材料。在该示例中，阳极材料是锌；然而，可以使用其他适当材料，诸如铁、铝或镍。如上所述，沉积在电极上的阳极材料的量可取决于“唤醒”生物传感器200所需的电量。在一些示例中，对于锌、铁或镍阳极材料，阳极材料的适当量可为10-100ng，而铝的适当量可以是3-30ng。

在块830，电极和反电极耦合到唤醒电路内的稳压器。以上参照图4-图6讨论了适当唤醒电路的示例。在该示例中，电极和反电极耦合到唤醒电路的vsense输入。

在块840，唤醒电路耦合到电池。在该示例中，唤醒电路通过可选择地耦合到电压控制开关的电阻器耦合到电池。电压控制开关初始设置为断开位置，但是当唤醒电路被激活时，唤醒电路闭合开关以向处理器提供唤醒信号。

现在参照图9，图9显示使用具有唤醒电池的生物传感器的方法。将参照图2中所示的示例性葡萄糖传感器200描述图9的方法；然而，该方法不限于这种葡萄糖传感器200。而是，该方法可以使用根据本公开的具有唤醒电池的任何适当生物传感器来执行。

在块910，将生物传感器的电极212和反电极214插入到患者的皮肤中并暴露于患者的组织液。另外，唤醒电池230的阳极材料232浸入在组织液中。阳极材料232和反电极214在浸入患者的组织液之后激活唤醒电池230。

在块920，唤醒电池在浸入在组织液中之后产生被发送到唤醒电路240的电压和电流。

在块930，响应于从唤醒电池230接收到电压和电流，唤醒电路240经由稳压器将电池220耦合到电极212和反电极214，以触发在患者的组织液中的gox/葡萄糖反应。

在块940，感测由gox/葡萄糖反应产生的电流，并且通过无线发送器250和天线252发送感测的电流水平。在一个示例中，无线发送器250可以发送传感器信息，而不管是否存在远程设备，但是在一些示例中，无线发送器250可以响应于rfid或nfc信号的存在而发送传感器信息。

一些示例的前述描述仅出于说明和描述的目的而呈现，并且不旨在是详尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员将清楚其许多修改和改编。

本文参照示例或实现方式意味着结合该示例描述的特定特征，结构，操作或其他特性可以包括在本公开的至少一个实现方式中。本公开不限于如此描述的特定示例或实现方式。在说明书中的各个地方出现的短语“在一个示例中”，“在示例中”，“在一个实现方式中”或“在实现中”或其变体不一定是指相同的示例或实现方式。本说明书中关于一个示例或实现方式描述的任何特定特征，结构，操作或其他特性可以与关于任何其他示例或实现描述的其他特征，结构，操作或其他特性组合。

根据本公开的具有唤醒电池的一些示例性生物传感器可以包括处理器。生物传感器可以包括计算机可读介质，诸如耦合到处理器的随机存取存储器(ram)。处理器可以执行存储在存储器中的计算机可执行程序指令，诸如执行一个或多个计算机程序。这种处理器可以包括微处理器，数字信号处理器(dsp)，专用集成电路(asic)，现场可编程门阵列(fpga)和状态机。这种处理器还可以包括可编程电子设备，诸如plc，可编程中断控制器(pic)，可编程逻辑器件(pld)，可编程只读存储器(prom)，电子可编程只读存储器(eprom或eeprom)或其他类似设备。

这种处理器可以包括可以存储指令的介质(例如，计算机可读存储介质)或可以与介质通信该，该指令在通过处理器执行时可以使处理器执行如通过处理器执行或协助本文所述的步骤。计算机可读介质的示例可以包括但不限于存储器芯片，rom，ram，asic或计算机处理器可读取或写入信息的任何其他介质。所描述的处理器和处理可以是一个或多个结构，并且可以通过一个或多个结构分散。处理器可以包括用于执行本文描述的方法(或方法的一部分)中的一个或多个的代码。

本文使用的词语“或”旨在涵盖包含性和排他性或条件。换句话说，a或b或c包括适合于特定用途的以下任何或所有替代组合：仅a；仅b；仅c；仅a和b；仅a和c；仅b和c；以及a，b和c的全部三个。