专利名称：无源无线表面声波化学传感器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及化学和/或生化传感器，特别是涉及声波化学和/或生化传感器。
背景技术：
表面声波传感器可用于各种各样的传感应用中，并且由于其对表面负载的高灵敏度因而通常能提供高度灵敏的检测机制，以及由于其具有本征的高Q因子因而具有低噪声。表面声波器件通常利用光刻技术与设置在压电材料上的梳状叉指换能器相结合来制造。
发明概述本发明涉及声波化学和/或生化传感器、系统和方法。在一个说明性的实施方式中，提供了一种化学传感器，其包括沿声波路径具有吸收层的表面声波器件。所述吸收层适合于选择性地吸收目的化学和/或生化成分，并且会影响沿表面声波器件的声波路径的质量负荷。在一些实施方式中，表面声波器件可以呈延迟线构造，沿声波路径的质量负荷的变化可导致对应于目的化学和/或生化成分浓度的延迟时间改变。在另一些实施方式中，表面声波器件可呈共振器构造，沿声波路径的质量负荷的变化可导致对应于目的化学和/或生化成分浓度的共振频率改变。在一些情况下，表面声波器件可适用于2.5GHz以上，4.0GHz以上，5.0GHz以上工作，如果需要的话。
在一些实施例中，表面声波传感器可能是无电池和无线的装置。例如，表面声波装置可配置成无线接收能驱动所述表面声波装置的功率信号，并进一步配置成提供无线输出信号。在一些情况下，可以使用远程应答机来提供无线功率信号，并且在需要时可用以接收无线输出信号。无电池和无线化学传感器可用于各种应用中。例如，这类设备可以用作可植入设备。例如，这类设备可植入人体内并用于监测体内的一种或多种化学和/或生化物质(如葡萄糖)。
表面声波传感器可具有至少一个在压电基板上的叉指换能器。当功率信号提供给该叉指换能器时，有时是通过天线无线提供，沿声波路径的压电基板中产生了声波。吸收层或物质可沿着至少部分声波路径与压电基板相耦联。所述吸收层或物质适合于选择性地吸收感目的化学和/或生化成分，并可影响沿声波路径的质量负荷。
至少一个叉指换能器可以接收沿声波路径和吸收层或物质通过之后的声波，并作为响应，可生成与被吸收层或物质吸收的化学和/或生化物质的量相关的输出信号。在一些情况下，所述输出信号传输到远程应答机中，有时通过天线无线传输。
在一些说明性实施方式中，可将一个或多个反射器设置在压电基板上，并可用于将声波反射回一个或更多叉指换能器。例如，在一个说明性实施方式中，可用相同的叉指换能器来生成声波和接收沿声波路径传播后的返射声波。在一些实施方式中，所述吸收层或物质位于叉指换能器与一个或多个反射器之间。例如并且在一个说明性的实施方式中，表面声波装置可包括一个或多个位于叉指换能器一侧的第一反射器，和一个或多个位于所述叉指换能器相反侧的第二反射器。吸收层可位于叉指换能器和所述一个或多个第一反射器之间。叉指换能器和所述一个或多个第一反射器之间的声波路径可用于提供对目的化学和/或生化成分的测量。在叉指换能器和所述一个或多个第二反射器之间的声波路径可用作基线，或者可用于提供对其它一些环境参数的测量，如温度、压力或其它合适的参数。
在一些实施方式中，所述表面声波传感器能够以多种模式被激发，有时通过适当的功率信号。若如此，同一表面声波传感器可用于检测多个参数。例如并且当设置成共振构造时，通过振动的多个正交模式，可以检测多个频率改变，然后可将其用于估测多个环境参数，如化学浓度、温度、压力等等。
在一些情况下，目的化学和/或生化成分与吸收层或物质之间会出现亲和键。已经发现这会造成要检测的化学分子残留在吸收层或物质顶部上或附近，并减缓传感器的响应时间。在一些说明性实施方式中，可在初始时提供较高振幅的模式来打断所述亲和键。一旦这些键被充分打断，就可使用较低振幅的模式来测量目的化学和/或生化成分的浓度。在一些情况下，所述较高振幅的模式相当于压电基板中的水平剪切模式，但这并非在所有的实施例都需要。
附图简述当参考以下详细说明并结合附图后本发明的其它目的以及本发明的伴随优点将更容易理解，因而将更容易为人们所接受，其中在整个附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中
图1是根据本发明一个说明性实施方式的表面声波共振传感器的顶视示意图；图2是图1的说明性实施方式沿着线A-A的横截面视图；图3是根据本发明另一个说明性实施方式的表面声波传感器的顶视示意图；图4是说明性的表面声波传感器和包装的横截面示意图；图5是本发明的表面声波传感器的体内应用示意图；图6是表示根据本发明的说明性多模式启动顺序的图表；图7是表示图1中的表面声波共振传感器的说明性输入和输出信号图表；以及图8是表示图3的表面声波延迟线传感器的说明性输入和输出信号图表。
附图详述图1是根据本发明说明性实施方式的表面声波共振传感器的顶视示意图。图1的说明性表面声波传感器设置成共振构造；即，所述表面声波传感器的输出信号在一个或多个共振频率下容易较大，如下面进一步说明。
所述说明性表面声波传感器包括两个叉指换能器102和112，尽管这并非在所有的实施方式都需要。在该说明性的实施方式中，叉指换能器102和112分别适合于产生不同的声波波长。所述声波波长至少部分取决于各叉指换能器102和112的叉指电极钳的线宽和间距。在每一种情况下，叉指电极具有的线宽和/或间距是预期声波波长的大约四分之一的倍数。在一些情况下，叉指换能器可以设计成在高于2.5GHz，高于4.0GHz，或者甚至高于5.0GHz的声波频率下运行，但这不是必需的。
正如图1中所见，叉指换能器102的线宽和间距小于叉指换能器112的线宽和间距。因而，由叉指换能器102产生的声波波长可能小于由叉指换能器112产生的声波波长。叉指电极可由任何适当的材料制成，如铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)、钛(Ti)、钨(W)、铬(Cr)，或镍(Ni)等等。
在说明性的实施方式中，叉指换能器102和112形成于压电基板122上。当AC信号加到叉指换能器102和112上时，在单个电极钳之间产生电场，并且压电基板122的压电效应引起机械置换，其在压电基板122中产生表面声波。压电基板122可以由任何适当的压电材料制成，包括例如，石英、聚合压电材料、生物惰性陶瓷材料，如氧化铝，或者任何其它合适的压电材料。
可将第一天线110与叉指换能器102的第一套钳相连。所述第一天线110适合于接收无线输入信号，其在一些情况下可以是无线功率信号。所述无线功率信号可提供足够的功率以使得叉指换能器102在压电基板122中产生表面声波。还可以提供叉指换能器102的第二套钳。所述叉指换能器102的第二套钳可以与第一套钳通过电容性耦和相互电连接。在说明性的实施方式中，叉指换能器102的第二套钳通过金属痕迹(metal trace)或其它合适的连接与叉指换能器112的第一套钳电连接。叉指换能器112的第二套钳与第二天线120相连，如图所示。所述第二天线120适合于提供输出信号，在一些情况下，是无线输出信号，其能够被应答机所读取并处理。在一些情况下，如果需要的话，第一天线110和第二天线120可以是相同的天线。
在工作过程中，无线功率信号导向第一天线110。通过第一天线110接收到的输入功率信号与第一叉指换能器102和第二叉指换能器112均耦联。作为响应，所述第一叉指换能器102在压电基板122中产生第一表面声波，而第二叉指换能器112在压电基板122中产生第二表面声波。
在说明性的实施方式中，第一表面声波同时沿声波路径在左方向反射器104传播和沿声波路径在右方向反射器106传播。声波到达反射器104和106，并被反射回第一叉指换能器102。所述第一叉指换能器102将反射声波转换成功率信号，其接着被传递给第二叉指换能器112并最终到达第二天线120。同样，第二表面声波同时延声波路径在左方向反射器114传播和沿声波路径在右方向反射器116传播。所述声波到达反射器114和116，并被反射回第二叉指换能器112。所述第二叉指换能器112将反射声波传换成功率信号，其接着被传递到第二叉指换能器112并且最终到达第二天线120。
在说明性的实施方式中，吸收层或物质108沿着第一叉指换能器102和反射器104之间的至少部分声波路径626与压电基板122相耦联。同样，吸收层或物质118沿着第二叉指换能器112和反射器114之间的至少部分声波路径622与压电基板122相耦联。所述吸收层或物质108和118适合于选择性地吸收目的化学和/或生化成分，并可影响沿着声波路径622和626的质量负荷。
第一叉指换能器102可接收沿声波路径626和吸收层或物质108通过之后的声波，并且作为响应，可生成与吸收层或物质108所吸收的目的化学和/或生化成分的量相关的输出信号。在一些情况下，叉指换能器102和反射器106之间的声波路径628可用于提供对一些其它环境参数的测量，如温度、压力或任何其它合适的参数，如果需要的话。在一些情况下，来自于第一叉指换能器102的输出信号被传输到远程应答机，有时是通过第二天线120无线传输。
同样，第二叉指换能器112可接收沿声波路径626和吸收层或物质118通过之后的声波，并且作为响应，可生成与吸收层或物质118所吸收的目的化学和/或生化成分的量相关的输出信号。在一些情况下，叉指换能器112和反射器116之间的声波路径624可用于提供对一些其它的环境参数的测量，如温度、压力或任何其它合适的参数，如果需要的话。在一些情况下，来自于第二叉指换能器112的输出信号被传输到远程应答机，有时是通过第二天线120无线传输。
正如图1示，第二叉指换能器112可具有不同的钳宽和/或间距，其可产生与第一叉指换能器102波长不同的声波。尽管不需要，但提供两个单独的叉指换能器102和112，分别适于在不同的声波波长下工作，有助于提供两个单独的被吸收层或物质吸收的化学和/或生化成分浓度测量值，以提高精度和可靠性。同样，具有两种或多种单独的声波波长可提高传感器的灵敏度和/或工作范围。而且，在一些情况下，所检测的化学和/或生化成分的浓度可由两种波的共振频率之差所确定。
在一些实施方式中，所述表面声波传感器能够以多种模式被激发，有时通过应用适当的功率信号。在一些情况下，这可能有助于传感器检测多个参数。例如并且当设置成如图1所示的共振构造时，通过亚电基板122中振动的多个正交模式，可以检测多个频率改变，然后可将其用于估测或确定多个环境参数，如化学浓度、温度、压力等等。
在一些情况下，目的化学和/或生化成分与吸收层或物质108、118之间会出现亲和键。已经发现这会造成要检测的化学分子残留在吸收层或物质108、118顶部上面或附近，并减缓传感器的响应时间。在一些说明性的实施方式中，如下面参考下图6进一步描述，可在初始时提供较高振幅的模式来打断所述亲和键。一旦所述键被充分打断，就可使用较低振幅的模式来测量目的化学和/或生化成分的浓度。在一些情况下，所述较高振幅的模式相当于压电基板122中的水平剪切模式，但这并非在所有的实施例都需要。
还可设计成在压电基板122上面或沿着它提供额外的SAW传感器，有时可与化学和/或生化SAW传感器124和126并联。在图1中，示意性地表示了、一些额外的SAW传感器130和132，并且其与化学和/或生化SAW传感器124和126并联在天线110和120之间。额外的SAW传感器130和132可以是，例如，对相同或不同化学和/或生化成分敏感的其它SAW化学和/或生化SAW传感器，SAW压力传感器，SAW温度传感器，和/或所需的任何其它合适的传感器。在一些情况下，每个SAW传感器，或SAW传感器组，可以设置成在不同的频率下工作。例如，SAW压力传感器可设置成在2.410MHz下工作，SAW温度传感器可设置成在2.430MHz下工作，SAW生化传感器可设置成在2.470MHz下工作。这些只是频率的实例，预计还可以使用其它的频率，这取决于应用。若如此，每个传感器或传感器组可通过在第一天线处引导相应的无线功率信号而单独应答。
图2是图1的说明性实施方式沿着线A-A的横截面视图。该图表表示了叉指换能器102，反射器104和106，以及设在压电基板122上面或上方的化学吸收材料物质108。所述表面声波装置的顶部可以覆盖有除化学吸收层或物质108之外的层，如无栓塞剂(non-thrombogenic)128。当传感器用于检测血液中的化学和/或生化成分时，所述无栓塞剂128可帮助减少栓塞或类似疾病。
在一些情况下，可根据需要在压电基板122的同测125提供额外的SAW传感器作为化学和/或生化SAW传感器124和/或126，和/或在压电基板122的相反侧或后侧123提供。例如，图2表示可以将一个或多个SAW传感器，如图1的SAW传感器130，设置在压电基板122的后侧123上或沿其设置，如果需要的话。在一个说明性实施方式中，化学和/或生化SAW传感器124和126设置在压电基板122的前侧125，相应的吸收层或物质108和118分别暴露于目的化学和/或生化成分，而压力传感器130a和/或温度传感器132a设置在压电基板122的后侧123上。在一些情况下，如图4所示，设置在压电基板122后侧123上的传感器316，318和320可位于包装304的内部，如图所示。
回到图2，当传感器130a和130b设置在压电基板122的后侧123上时，可通过压电基板122提供一个或多个塞孔(vias)，如图所示。这些塞孔140a和140b可用于将传感器130a和130b与天线110和120电连接。如上所述，在一些实施方式中，额外传感器130a和130b可与化学和/或生化SAW传感器124和126并联，并且使用相同的天线110和120。然而，这不是必须的，并且预计可使用任何合适的连接方式。可选择地或者另外地，可在压电基板122的后侧123上提供单独的天线，如果需要的话。在一些情况下，可根据需要通过一些外部设备，如支架或任何其它合适的可植入导电部件来提供天线110和120。
图3是根据本发明另一个说明性实施方式的表面声波传感器的顶视示意图。图3的说明性表面声波(SAW)传感器设置成延迟线构造；即，所述表面声波传感器的输出信号相对于输入信号有延迟，如下面进一步所述。
在该说明性实施方式中，叉指换能器202可接收来自于第一天线210的输入信号，并可在压电基板214中产生表面声波。所述声波可通过吸收层或物质204，其可用于选择性地吸收可能影响沿着声波路径的质量负荷的目的化学和/或生化成分。在该说明性实施方式中，所述声波通过反射器106和208反射回叉指换能器202。然后将叉指换能器202的输出信号提供给第二天线212。天线212适用于将所述输出信号无线传输给远程应答机(未显示)。
如上所述，可以提供两个(或多个)反射器206和208。在该实施方式中要测量的参数是延迟时间。由于吸收层或物质204的质量负荷的影响，延迟时间至少部分地与吸收层或物质204所吸收的化学和/或生化成分的量相关。延迟时间还与叉指换能器202和相应反射器206和208之间的间距相关。因为具有两个(或多个)反射器，可实现与吸收层或物质204所吸收的化学和/或生化成分量相关的两个(或多个)单独的测量，这使得提高了精度和/或可靠性。而且，具有两个或多个单独的延迟时间可提高传感器的灵敏度和/或工作范围。在一些情况下，检测的化学和/或生化成分的浓度可以由两个反射波的延迟时间之差所确定，如果需要的话。
图4是说明性的表面声波传感器和包装的横截面示意图。该说明性的表面声波传感器302完全由包装304所包围，除了开口310将化学吸附物质308暴露于目的分析物之外。所述传感器302通过粘合剂、焊料和/或其它适当的物质相对于包装304固定。包装304可以是扁平的、圆柱状的或者具有任何其它预期的形状。包装304可包括生物相容性的材料，因为在一些应用中，所述传感器会植入活体或以其它方式与活体相结合使用。
图5是本发明的表面声波传感器的体内应用示意图。在该说明性的实施方式中，显示表面声波传感器402入了活人体的皮肤408下。远程应答机404用于传输和接收到达/来自传感器402的信号。应答机404可用于，例如，生成许多输入或功率波形，其可无线传输至表面声波传感器402。输入或功率波形可用于给驱动表面声波传感器设备402。作为响应，表面声波传感器设备402可提供一个或多个输出信号，在一些情况下，其通过应答机404无线接收。
在一些情况下，如上所述，应答机404适用于在表面声波传感器402中激发多种模式。在一些情况下，这可以通过向表面声波传感器402传输适当的输入或功率信号来实现。在一些情况下，表面声波模式(SAW)，假表面声波模式(PSAW)，和/或漏表面声波模式(LSAW)可能最容易被激发，但如果需要的话也可以激发其它的。不同的激发模式可以通过提供具有不同频率和/或功率水平的输入信号由应答机404来控制。例如，一些激发模式可能具有较高的阻抗，并需要较高的功率水平来激发。
在一些情况下，可对表面声波传感器402进行优化使得一些预定的模式更容易被激发，同时抑制其它模式。这可以通过许多方式实现，包括例如，选择合适的设计参数如电极厚度，叉指换能器的钳宽和/或间距，所使用的压电材料，叉指换能器相对于压电材料中晶面的朝向等等。
图6是表示根据本发明的说明性多模式启动顺序的图表。由于传感器可能连续地暴露于分析物，可采用多个模式502和504来打断键和/或除去吸附的分析物以精确地测量目的分析物的浓度。如上所述，在一些情况下，亲和键可能在目的化学和/或生化成分与表面声波传感器的吸收层或物质之间形成。已经发现这会造成要检测的化学分子残留在吸收层或物质的顶部上面或附近，并减缓传感器的反应时间。
这样，在一些说明性的实施方式中，可以激发较高振幅的模式502以帮助打断亲和键。在一些情况下，剪切力能比法向力更有效地打断亲和键，因而较高振幅的模式502可相当于压电基板上的水平剪切模式，但这并非所有的实施例中都需要。在一些情况下，可采用更高频率和振幅的泛音和/或其它谐波。通常，较高的振幅振动模式需要较高的驱动水平或电流，这样热和机械振动的组合效应可帮助打断吸收层或物质与分析物之间的亲和键。一旦键被充分打断，就可采用较低振幅的模式504来测量目的化学和/或生化成分的浓度。
还可使用一种或多种较高振幅的模式来帮助解除吸收层或物质对目的化学和/或生化成分的吸附。如上所述，较高的振幅振动模式需要较高的驱动水平或电流。增加的热和/或机械振动的效应可帮助解除吸收层或物质对目的化学和/或生化成分的吸附，这有助于防止吸收层或物质达到饱和。在一些情况下，较高振幅的模式502既可用于打断亲和键还可帮助解除吸收层或物质对目的化学和/或生化成分的吸附。在另一些情况下，不同的较高振幅模式可用于打断亲和键并用以解除吸收吸收层或物质对目的化学和/或生化成分的吸附。
图7是表示图1的表面声波共振传感器的说明性输入和输出信号的图表。在该说明性图表中，将输入功率信号提供给图1的天线110。所述输入功率信号是AC功率信号，其包括随时间增加的频率。随着频率的增加，最终能够达到四个单独的共振频率，如图7中标注的频率602，604，606，和608。第一共振频率602对应于沿着图1中表示为628的声波路径、从第一叉指换能器102传输到反射器106并返回的声波相。第二共振频率604对应于沿着图1中表示为626的声波路径、从第一叉指换能器102传输到反射器104并返回的声波。第三共振频率606对应于沿着图1中表示为624的声波路径、从第二叉指换能器112传输到反射器116并返回的声波。最后，第四共振频率608对应于沿着图1中表示为622的声波路径、从第二叉指换能器112传输到反射器114并返回的声波相。
吸收层或物质108所吸收的化学和/或生化成分的浓度可由第二共振频率604确定。吸收层或物质108所吸收的化学和/或生化成分的浓度的另一测量值可通过第四种共振频率608所确定。在一些情况下，测量的精度可以通过两种浓度的比较来验证。在一些情况下，吸收层或物质108所吸收的化学和/或生化成分的浓度可由第一共振频率604和第二共振频率604之差所确定。共振频率602和606可用作基线，或者可用于提供对一些其它环境参数的测量，如温度，压力或所需要的任何其它合适的参数。
图8是表示图3的表面声波延迟线传感器的说明性输入和输出信号的图表。在该说明性图表中，将输入功率信号脉冲698提供给图1的天线110。输入功率信号脉冲698使得图3的叉指换能器216产生声波，其传播并从射器206和208反射出。被反射器206反射的声波返回叉指换能器216，并在输出信号中产生主脉冲700，其通过天线212传输。被反射器208反射的声波也返回叉指换能器216，并在输出信号中产生另一个主脉冲702，其也通过天线212传输。
在输入功率脉冲698与第一主脉冲700之间存在第一延迟708。同样，在输入功率脉冲698与第二主脉冲702之间存在第二延迟710。吸收层或物质204所吸收的化学和/或生化成分的浓度可通过检测第一延迟708来确定。随着吸收层或物质204吸收更多的目的化学和/或生化成分，沿着声波路径的质量负荷将增加，这会增大第一延迟708。吸收层或物质204所吸收的化学和/或生化成分的浓度的另一测量值可通过检测第二延迟710来确定。在一些情况下，测量精度可以通过两种浓度的比较来验证。在其它情况下，吸收层或物质204所吸收的化学和/或生化成分的浓度可通过第二延迟710和第一延迟708之间的差来确定。
这样已对本发明的优选实施方式作出说明，本领域技术人员很容易明白本文中的教导还可应用于在说明书所附权利要求范围之内的其它实施方式。
权利要求
1.一种用于检测化学和/或生化成分的化学传感器系统，所述化学传感器系统包括具有吸收层的表面声波器件，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件的输出信号；用于向所述表面声波器件无线提供功率的装置；以及用于无线接收来自所述表面声波器件的输出信号的装置。
2.权利要求1所述的化学传感器系统，其中所述化学和/或生化成分是葡萄糖。
3.权利要求1所述的化学传感器系统，其中用于向所述表面声波器件无线提供功率的装置包括应答机。
4.权利要求3所述的化学传感器系统，其中用于无线接收来自所述表面声波器件的输出信号的装置包括应答机。
5.权利要求1所述的化学传感器系统，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件输出信号相对于输入信号的时间延迟。
6.权利要求1所述的化学传感器系统，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件输出信号的频率。
7.权利要求1所述的化学传感器系统，进一步包括与所述表面声波器件相耦联的天线，用于无线接收输入信号，所述输入信号向所述表面声波器件提供功率。
8.权利要求1所述的化学传感器系统，进一步包括与所述表面声波器件相耦联的天线，用于无线传输所述输出信号。
9.权利要求1所述的化学传感器系统，其中所述表面声波器件具有至少一个在压电基板上的叉指换能器，其中所述至少一个叉指换能器在所述压电基板中沿着一路径产生声波。
10.权利要求9所述的化学传感器系统，其中所述吸收层与所述压电基板沿者至少部分所述路径相耦联，所述吸收层影响沿着所述路径的声波。
11.权利要求10所述的化学传感器系统，其中所述表面声波器件包括一个或多个位于压电基板上的反射器，用于将所述声波反射回所述至少一个叉指换能器。
12.权利要求11所述的化学传感器系统，其中所述吸收层位于所述至少一个叉指换能器和所述一个或多个反射器之间。
13.权利要求10所述的化学传感器系统，其中所述表面声波器件包括一个或多个位于所述至少一个叉指换能器一侧的第一反射器，以及一个或多个位于所述至少一个叉指换能器相反侧的第二反射器。
14.权利要求13所述的化学传感器系统，其中所述吸收层位于所述至少一个叉指换能器与所述一个或多个第一反射器之间。
15.权利要求9所述的化学传感器系统，其中所述表面声波器件具有至少一个在所述压电基板第一侧的叉指换能器，其中所述一个或多个其它SAW传感器设置在所述压电基板的第一侧。
16.权利要求15所述的化学传感器系统，其中所述一个或多个其它SAW传感器包括压力传感器。
17.权利要求16所述的化学传感器系统，其中所述一个或多个其它SAW传感器包括温度传感器。
18.权利要求9所述的化学传感器系统，其中所述表面声波器件具有至少一个在所述压电基板第一侧的叉指换能器，其中一个或多个其它SAW传感器设置在所述压电基板的相反第二侧。
19.权利要求18所述的化学传感器系统，其中所述一个或多个其它SAW传感器包括压力传感器。
20.权利要求18所述的化学传感器系统，其中所述一个或多个其它SAW传感器包括温度传感器。
21.一种用于检测化学和/或生化成分的化学传感器，所述化学传感器包括具有吸收层的表面声波器件，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件的输出信号；用于无线接收功率信号以驱动所述表面声波器件的装置；以及用于无线传输所述输出信号的装置。
22.权利要求21所述的化学传感器，其中所述表面声波器件具有至少一个在压电基板上的叉指换能器，其中所述至少一个叉指换能器在所述压电基板中沿着一路径产生声波。
23.权利要求22所述的化学传感器，其中所述吸收层与所述压电基板沿者至少部分所述路径相耦联，所述吸收层影响沿着所述路径的声波。
24.权利要求23所述的化学传感器，其中所述表面声波器件包括一个或多个位于压电基板上的反射器，用于将所述声波反射回所述至少一个叉指换能器。
25.权利要求24所述的化学传感器，其中所述吸收层位于所述至少一个叉指换能器与所述一个或多个反射器之间。
26.权利要求22所述的化学传感器，其中所述压电基板包括石英。
27.权利要求22所述的化学传感器，其中所述压电基板包括聚合压电材料。
28.权利要求22所述的化学传感器，其中所述压电基板包括生物惰性陶瓷。
29.权利要求28所述的化学传感器，其中所述生物惰性陶瓷包括氧化铝。
30.一种用于检测化学和/或生化成分的方法，所述方法包括以下步骤提供具有吸收层的表面声波器件，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件的输出信号；将所述吸收层暴露于所述化学和/或生化成分；通过功率信号向所述表面声波器件无线提供功率；以及无线接收来自所述表面声波器件的输出信号。
31.根据权利要求30的方法，进一步包括步骤向所述表面声波器件无线提供解除吸附信号，其中所述解除吸附信号引起所述表面声波器件产生振动并使所述吸收层发热的声波，从而使所述吸收层解除至少一些所吸收的化学和/或生化成分的吸附。
32.根据权利要求31的方法，其中所述解除吸附信号比功率信号的振幅高。
33.根据权利要求31的方法，其中所述解除吸附信号与所述功率信号具有不同的频率。
34.根据权利要求31的方法，其中所述表面声波器件可以以多种模式激发，并且所述解除吸附信号与所述功率信号激发不同的模式。
35.一种用于检测化学和/或生化成分的方法，所述方法包括以下步骤提供具有吸收层的表面声波器件，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件的输出信号；将所述吸收层暴露于所述化学和/或生化成分；向所述表面声波器件提供初始信号，所述初始信号使得所述表面声波器件产生有助于打断吸收层与化学和/或生化成分之间的键以提高所述表面声波器件响应时间的声波；通过功率信号向所述表面声波器件无线提供功率；以及接收来自所述表面声波器件的输出信号，其中所述输出信号与所述化学和/或生化成分的浓度相关。
36.根据权利要求35的方法，其中所述表面声波器件可以以多种模式激发，并且所述初始信号与所述功率信号激发不同的模式。
37.根据权利要求36的方法，其中所述初始信号激发水平剪切模式。
38.根据权利要求35的方法，其中所述初始信号在所述表面声波器件中激发比所述功率信号高的振幅声波。
39.根据权利要求35的方法，其中所述表面声波器件可以以多种模式激发，并且所述功率信号激发两种或多种模式。
40.根据权利要求35的方法，其中所述初始信号具有与所述功率信号不同的频率。
41.根据权利要求35的方法，进一步包括在所述接收步骤之后提供解除吸附信号的步骤，其中所述解除吸附信号的振幅高于所述功率信号。
42.根据权利要求41的方法，进一步包括在所述接收步骤之后提供解除吸附信号的步骤，其中所述解除吸附信号的频率不同于所述功率信号。
43.根据权利要求41的方法，进一步包括在所述接收步骤之后提供解除吸附信号的步骤，其中所述表面声波器件可以以多种模式激发，并且所述解除吸附信号激发与所述功率信号不同的模式。
44.一种用于检测化学和/或生化成分的化学传感系统，包括具有至少一个位于压电基板上的叉指换能器的表面声波传感器，所述表面声波传感器在压电基板中沿着一路径产生输出信号；沿着至少部分所述路径与所述压电基板相耦联的吸收物质，所述吸收物质吸收所述化学和/或生化成分；与所述至少一个叉指换能器相连的天线，其中所述天线接收至少一个输入信号，其激发至少一个叉指换能器以在所述压电基板中沿所述路径产生所述声波。
45.权利要求44所述的化学传感系统，其中至少一个所述叉指换能器接收所述压电基板中沿所述路径通过之后的声波，并生成与所述吸收物质所吸收的化学和/或生化成分浓度相关的输出信号。
46.权利要求45所述的化学传感系统，其中所述输出信号是无线传输的。
47.权利要求45所述的化学传感系统，其中所述至少一个输入信号无线传输并通过所述天线接收。
48.权利要求45所述的化学传感系统，其中所述至少一个输入信号的频率高于2.5GHz。
49.权利要求45所述的化学传感系统，其中所述至少一个输入信号的频率高于4.0GHz。
50.权利要求48所述的化学传感系统，其中所述输出信号的频率高于2.5GHz。
51.权利要求50所述的化学传感系统，其中所述输出信号的频率高于4.0GHz。
52.一种用于检测流体中化学和/或生化成分的方法，所述方法包括步骤提供用于检测所述流体中化学和/或生化成分浓度的表面声波传感器，其中所述表面声波传感器包括至少一个叉指换能器和形成于压电基板上的化学/生化吸收涂层，其中所述至少一个叉指换能器选择成能将电信号转换成在所述压电基板中的表面声波；以及将天线连接到所述表面声波传感器上，其中所述天线接收至少一个输入信号，其激发所述至少一个叉指换能器以生成与所述流体中化学和/或生化成分浓度相关的输出信号；以及提供传送器，其中所述传送器生成被所述天线接收的输入信号，其中所述传送器具有多模式应答；第一应答模式采用较高振幅的信号，其在所述压电基板中引起水平剪切模式，其中所述第一应答模式有助于打断所述化学/生化吸收涂层与所述流体中的化学/生化成分之间的键；以及第二应答模式采用较低振幅的信号，其中所述第二模式用于获得对所述流体中化学和/或生化成分浓度的测量。
53.权利要求52所述的方法，其中所述化学和/或生化成分是葡萄糖。
54.权利要求52所述的方法，其中所述流体是血液。
55.权利要求54所述的方法，其中所述表面声波传感器和所述天线可植入人体内用于监测所述血液。
56.权利要求55所述的方法，其中所述传送器位于所述人体外部。
57.一种用于检测化学和/或生化成分的化学传感器系统，所述化学传感器系统包括具有吸收层的表面声波器件，其中所述吸收层吸收所述化学和/或生化成分并影响所述表面声波器件的输出信号，所述表面声波器件适于在高于2.5GHz的频率下工作。
58.权利要求57所述的化学传感器系统，其中所述表面声波传感器适于在高于4.0GHz的频率下工作。
全文摘要
一种无源无线声波化学传感器，可用于检测诸如血液的物质中的分析物浓度。这种声波化学传感器可构造成包括一个或多个叉指换能器，以及形成于压电基板上的选择性涂层。所述涂层和叉指换能器可用于将电信号转换成其表面波。可将天线连接到所述声波器件中，其中所述天线接收一个或多个输入信号，其激发所述声波器件并生成与目的分析物浓度相关的输出信号。
文档编号G01N29/24GK101052873SQ200580037967
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月3日
发明者J·刘, M·A·雷普科, P·P·迪劳尔 申请人:霍尼韦尔国际公司