在容器中组装和利用rfid传感器的制作方法

专利名称：在容器中组装和利用rfid传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种用于在容器中组装和利用传感器的系统。
背景技术：
为了保证人身安全远离可能有毒或对他们有害的溶液(例如液体、 气体和固体)，使用不同的装置来测试溶液以确定它们是否有害。这些
装置包括将识别标记物附于抗体的化学或生物传感器。例如， 一些化学 /生物传感器包括附着到抗体的芯片，其中所述芯片包括识别特定抗体的 荧光标记物。
已知的化学或生物传感器包括结构元件，所述结构元件由选择性地 对特定分析物起反应的材料形成，如美国专利No. 6,359,444中所示。其 他已知的化学或生物传感器包括位于传感器上的特定位置的电磁活性 材料，所述电磁活性材料可以由外部条件改变，如美国专利No. 6,025,725 中所示。 一些已知的化学或生物传感器系统包括用于测量多于一个的电 参数的部件，如美国专利No. 6,586,946中所示。
尽管前述传感器可以被用来测量电参数，但是利用这些传感器的一 次性使用生物处理系统还未被开发。尽管一次性生物处理系统和技术可 以被容易地使用，但是它们的接受度由于缺乏有效的一次性使用、无创 监视技术而受到阻碍。关键过程参数的监视对于可靠安全性、过程文件 编制和产出化合物的效率以及对于保持过程在控制之下来说是至关重 要的。用于多参数在线读取的在线无创一次性传感器技术在一次性生物 处理组件中的利用将允许安全和快速的生产调度，因为它允许一次性净 化策略的完美吸取并且将消除昂贵和耗时的离线分析。所以，需要一种 使用户能够简单地和无创地在 一 次性生物处理系统中测试溶液中的化学和/或生物材料的系统，其中用户可以安全地获得材料的测量值，然后 处置该生物处理系统。
发明的简短概要
本发明是鉴于上述技术背景而实现的，并且本发明的目的是提供一 种用于在容器中组装和利用传感器的系统和方法。
在本发明的 一个优选实施例中，提供一种用于测量多个参数的系 统。容器具有溶液。保护层被沉积在至少一个传感器和所述容器的至少 一个壁上，其中所述保护层被附着到所述容器的所述壁以在所述容器与 所述至少一个传感器之间形成密封。所述至少一个传感器被配置成具有 基于所述容器和所述保护层的厚度的能操作的电磁场。与数字识别标签 结合的所述至少一个传感器接近于构成测量装置的阻抗分析器和读取 器。所述至少一个传感器被配置成确定所述溶液的至少一个参数。所述
标签被配置成提供与所述至少一个传感器相关联的数字ID,其中所述容
器接近于所述读取器和阻抗分析器。所述阻抗分析器被配置成基于所述
的频率范围上测量的复阻抗计算参数变化。
在本发明的另 一优选实施例中，公开一种用于组装测量参数的系统 的方法。提供至少一个传感器，其中所述至少一个传感器被放置在第一 层膜与第二层膜之间。第一层膜和笫二层膜具有一定的厚度，其中所述 至少一个传感器被配置成具有能操作的电磁场。第二层在所述至少一个 传感器之上形成于笫一层中，其中笫二层在所述至少一个传感器之上形 成于第一层中以将所述至少一个传感器嵌入第一层中。提供第三层膜， 其中第三层膜形成于第 一层膜中，第 一层膜4皮配置成与第三层膜形成容 器。溶液被提供到所述容器中，其中第一层膜和所述至少一个传感器被 配置成测量所迷溶液的至少一个参数。
附图简述
当结合附图阅读以下描述时，本发明的这些和其他优点将变得更加
显而易见，其中


图1示出根据本发明一个实施例的用于在容器中组装和利用传感器 的系统的框图；图2A和2B示出根据本发明 一个实施例的嵌入容器中的传感器； 图3示出根据本发明的图1的射频识别(RFID)标签的分解图； 图4A、 4B、 4C和4D是根据本发明构造的RFID系统的电路的示 意图5描绘了根据本发明如何通过利用超声焊接将传感器结合到容器 中的流程图6描绘了根据本发明如何通过利用射频焊接将传感器结合到容器 中的流程图7描绘了根据本发明如何通过利用热层合将传感器结合到容器中 的流程图8描绘了根据本发明如何通过利用热板焊接将传感器结合到容器 中的流程图9描绘了根据本发明如何通过利用注模热塑性塑料将传感器结合 到容器中的流程图IOA和10B示出根据本发明的硅管中的传感器；
图11示出根据本发明的传感器的例子；
图12示出根据本发明的测量传感器的例子；
图13是根据本发明的图12的动态响应和响应幅度的图示；以及
图14是根据本发明的图12的校准曲线的图示。
发明详述
本发明的当前优选实施例是参考附图描迷的，其中相同的部件用相 同的数字来标识。对优选实施例的描述是示例性的，并且不打算限制本 发明的范围。
图1示出用于在容器中测量参数的系统的框图。系统100包括容器 101、标签102和在标签102上的传感器103、读取器106、阻抗分析器 108、标准计算枳i 109和测量装置111。测量装置111包4舌读取器106和 阻抗分析器108。阻抗分析器108包括接收天线108a，所述接收天线108a 激励阵列103中的多个RFID传感器并且所述接收天线108a收集来自阵 列103中的多个RFID传感器的反射的射频信号。标签102和传感器103 被结合或集成到容器101中。几个传感器103或多个传感器103可以以 阵列形式形成于标签102上。传感器103或传感器阵列103被结合到容器101中，所述容器通过无线连接或电线连接被连接到阻抗分析器108 和计算机109。传感器103或传感器阵列103、标签102通过无线连接 或电线被连接到测量装置111和计算机109。阻抗分析器108通过无线 连接或电线连接被连接到计算机109。
参考图2A和2B,容器101可以是一次性生物处理容器、不锈钢容 器、塑料容器、聚合材料容器、色谱装置、过滤装置、具有任何关联传 输管道的色谱装置、具有任何关联传输管道的过滤装置、离心装置、具 有任何关联传输管道的离心装置、预消毒的聚合材料容器或者本领域普 通技术人员已知的任何类型的容器。在一个实施例中，生物容器101优 选地由下列材料(但不限于下列材料)单独地或以任何组合制造为多层 膜乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、低或甚低密度聚乙烯(LDPE或VLDPE) 乙烯-乙烯醇(EVOH)、聚丙烯(PP)、聚乙烯、低密度聚乙烯、超低 密度聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、弹性体材料，它们都是本领域 公知的。RFID标签典型地包括前天线和具有塑料背衬(例如聚酯、聚 酰胺等)的微芯片。
而且，容器101可以由一个制造商生产的多层生物处理膜制造。例 如，制造商可以是位于犹他州Logan的Hyclone公司，例如HyQ CX5-14 膜和HYQ⑧CX3-9膜。CX5-14膜是5层、14密耳流延膜。该膜的外层 由与EVOH阻挡层和超低密度聚乙烯产品接触层共挤的聚酯弹性体制 造。CX3-9膜是3层、9密耳流延膜。该膜的外层是与超低密度聚乙烯 产品接触层共挤的聚酯弹性体。前述膜可以进一 步被转换成多种几何形 状和配置的一次性生物处理部件，它们都可以容纳溶液101a。在本发明 的又一实施例中，容器101可以是被结合到过滤装置中的聚合材料。此 外，容器101可以包括或包含色谱基质。
取决于容器的材料，传感器103或传感器阵列103、标签102通过 无线连接或电线净皮连接到测量装置111和计算机109。容器101也可以 是容纳流体(例如液体或气体)的器皿，其中该器皿可以具有输入和输 出。此外，容器101可以具有液体流或不具有液体流。此外，容器101 可以是袋或管、或管道、或软管。
溶液101a也可以;故称为生物处理流体。溶液101a在容器101内部。 容器101中的溶液101a可以净皮储存或用于转移。溶液101a可以是液体、 流体或气体、固体、浆糊、或液体和固体的组合物。例如，溶液101a可以是血液、水、生物緩冲剂或气体。溶液101a可以包含有毒工业材 料、化学战剂、气体、蒸气或致病物(explosive)、呼气中的疾病标志 物、水中的生物病原、病毒、细菌和其他病原。如果溶液101a是血液， 那么它可以包含各种物质，例如肌酸酐、脲、乳酸脱氬酶、石咸性z瞵酸盐、 钾、总蛋白、钠、尿酸、溶解气体和蒸气例如C02、 02、 NOx、乙醇、 曱醇、氟烷、苯、氯仿、曱苯、化学战剂、蒸气、活组织、来自生物流 体的分馏物、疫苗或致病物等。另一方面，如果溶液101a是气体或蒸 气，那么它可以是C02、 02、 NOx、乙醇、曱醇、氟烷、苯、氯仿、甲 苯或化学战剂。如果溶液101a是可以被吸入并且溶解在血液中的有毒 工业试剂，则它可以是氨、丙酮合氰化氬、三氯化砷、氯、^L化羰等。 在溶液101a是化学战剂的情况下，它可以是塔崩(Tabun )、沙林(Sarin )、 索曼(Soman) 、 Vx、糜烂性毒剂、芥子气、窒息剂或血液毒剂。如果 溶液101a是呼气中的疾病标志物，它可以是乙醛、丙酮、 一氧化"碳等。 如果溶液101a包括生物病原，则它可以是炭疽、布鲁氏菌、志贺氏菌、 土拉菌等。此外，容器中的溶液101a可以包括表示蛋白的原核细胞和 真核细胞、重组蛋白、病毒、质粒、疫苗、细菌、病毒、活组织等。容 器101可以具有许多结构，例如单生物细胞、微流体通道、樣i滴定板、 陪替氏培养皿、手套箱、通风橱(hood)、步入式通风橱、建筑物中的 房间或建筑物。因此，容器101可以具有任何大小，其中传感器103和 标签102被结合到容器101中，其中它们被定位成测量容器101中的环 境或容器101中的溶液101a。
阵列103中的多个传感器紧靠溶液101a或在溶液101a中。传感器 阵列103通过图5 -图9中所述的各种工艺中的任何一种被嵌入、集成 或结合到容器101的壁101b，例如超声焊接、介电焊接(也称为高频(HF) 焊接或射频(RF)焊接)、激光焊接、热板焊接、热封刀焊接、感应/ 脉冲、夹物模压、模内装饰、以及本领域普通技术人员已知的其他标准 类型的材料焊接和接合方法。
前述工艺也被用来将保护层105沉积到传感器103上，如图2A和 2B中所示。保护层105可以是阻挡层、半渗透层或选择渗透层。该保护 层105被用来防止传感器103的各部件和位于保护层105与传感器103 之间的可选传感器涂层107 (图2B)释放到容器101的环境中，并且阻 止溶液101a腐蚀传感器103,这允许嵌入式传感器103的正确化学或生物识别。而且，保护层105防止生物处理流体(溶液101a)受到存在于 RFID传感器103中的任何可浸出或可提取物质导致的污染。传感器涂 层107被选择用于正确的化学或生物识别。典型的传感器涂层或膜107 是聚合物、有机、无机、生物复合或纳米复合膜，其基于放置在其中的 溶液101a而改变它的电特性。传感器膜(或传感器涂层)107可以是水 凝胶(例如聚(2-羟乙基)异丁烯酸)、磺化聚合物(例如Nafion ,其 是位于特拉华州Wilmington的DuPont公司的注册商标)、粘性聚合物 (例如硅粘合剂)、无机膜(例如溶胶-凝胶膜)、复合膜(例如炭黑-聚异丁烯膜)、纳米复合膜(例如碳纳米管-Nafior^膜)、金纳米颗粒-水凝胶膜、电纺聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒氢膜电纺无机纳米纤维、 电纺复合纳米纤维、以及任何其他传感器材料。用于传感器膜107的这 些前述材料可以通过喷墨印刷、丝网印刷、化学淀积、蒸气淀积、喷涂、 抽吸涂敷、湿溶剂涂敷、巻对巻涂敷、切槽^t、凹版涂敷、滚涂、浸渍 涂敷等被沉积到传感器103上。为了防止传感器膜107中的材料释放到 容器101中，传感器材料使用标准技术被附着到多个传感器阵列103的 表面，例如离子配对、共价键合、静电键合以及本领域普通技术人员已 知的其他标准技术。保护层105的厚度在1纳米到300mm的范围内。 壁101b的厚度在5纳米到50cm的范围内。优选地，壁101b具有10cm 的厚度。更优选地，壁101b具有5cm的厚度，或者更优选地，壁101b 具有lcm的厚度。然而，如果模内装饰/注射模制被用来制造具有嵌入 式传感器的3-D容器，则壁厚可以显著更高，例如高达10cm。
当传感器103在容器101内时，为了使围绕传感器103的电磁场能 够操作并被保持，保护层105和壁101b的厚度是必需的。当阻抗分析 器108接近于传感器103时围绕传感器103生成电^f兹场时，发生传感器 103与阻抗分析器108的无线集成。具体而言，电磁场延伸到传感器103 的平面之外进入壁101b和保护层105的方向。接收天线108a激励RFID 传感器103。在一个实施例中，接收天线108a被布置在壁101b的与传 感器103相对的侧上。在另一实施例中，接近于传感器103的接收天线 108a被布置在保护层105的与传感器103相对的侧上。
为了使接收天线108a接收来自传感器103的信号，保护层105、壁 101b以及接收天线108a与传感器103之间的可选传感器涂层107的材 料的厚度和介电特性必须足够。在本发明的其他实施例中，接收天线108a可以以几种方式被附着或连接到容器101: 1.接收天线被机械地附 着到容器101, 2.接收天线通过任何典型的化学手段(例如粘合剂)被 化学地附着到容器，以及3.接收天线108a通过重力^皮附着到容器101。 在本发明的另一实施例中，接收天线108a在不与传感器103电接触的 情况下被附着到容器101。当传感器103与接收天线108a之间的距离增 大时，来自传感器103的信号将被衰减。
当位于传感器103与接收天线108a之间的材料的传导率增大时， 来自传感器103的信号将被改变，通常被衰减。因此，通常，在壁101b 或保护层105的恒定实际介电特性下，壁101b或保护层105的厚度越 小，来自传感器103的信号将越大。
为了提供接近于传感器103定位接收天线108a的便利方式，接收 天线108a被附着到容器101。在一个实施例中，容器101的外表面的部 分在嵌入RFID传感器103的区域被修改，因此用于传感器103的接收 天线108a具有更好的稳定性控制(位置、倾斜等)。在另一实施例中， 容器101的外表面的部分在嵌入RFID传感器103的区域:故修改，因此 通过在接收天线108a卡扣或以其他方式连接到它的适当位置的角、边 等使用机械连接(塑料接头、夹子等)，用于传感器103的接收天线108a 具有更好的稳定性控制。
在又一实施例中，容器101的外表面的部分在嵌入RFID传感器103 的区域被修改，因此通过使用粘合材料使接收天线108a连接到它在容 器101上的适当位置，用于传感器103的接收天线108a具有更好的稳 定性控制。在另一实施例中，容器101的外表面的部分在嵌入RFID传 感器103的区域被修改，因此通过使用接收天线108a的重力以更好地 将它连接到它在容器101上的适当位置，用于传感器103的接收天线 108a具有更好的稳定性控制。不使用接收天线108a与传感器103之间
使用、。、 s、 '、'、、、、、、 P 、', 、
传感器103由保护层105和传感器涂层107覆盖。如果保护层105 和壁101b的前述厚度未浮皮遵守，则围绕传感器103的电磁场将衰减， 并且传感器103将不能够测量溶液101的参数。
保护层105的边缘例如通过焊接或层合^C永久地附着到容器101的 壁101b以形成紧密封。也被称为具有嵌入式传感器或传感器阵列103的一次性生物处理系统的容器101满足生物相容性、可消毒性、机械韧 性、弹性和低可浸出性的要求。该保护层也可以包括致密塑料膜、膜、
多微孔层、多中孔层(例如膨胀聚四氟乙烯PTFE(e-PTFE)),纳米 过滤和超滤膜也可以被用作保护层或选择渗透层以减小生物污垢，集中 待检测种属以及为传感器103部件提供耐腐蚀性。在本发明的另一实施 例中，保护层105是传导聚合物膜。在本发明的又一实施例中，保护层 105可以是复合膜，其可以包括填充聚合物、聚合物混合物与合金。该 复合膜具有期望的电常数、电导率、热导率、溶解气体(例如氧气和 C02)的渗透性。
读取器106位于容器101外部的测量装置111中。标签102的天线 301 (图3)在由聚合物无机、复合或其他类型的膜纳米纤维网或纳米结 构涂层覆盖时是传感器103或传感器阵列103。阵列103中的多个传感
ip^歹';中的多(传感器可以是射频识另;:RF^)《:i器阵^;o3。阵;寸
103中的RFID传感器是负责基于来自溶液101a的参数产生有用信号的 装置。所述参数包括传导率测量值、pH水平、温度、血液相关测量值、 压力测量值、离子测量值、非离子测量值、非传导率、物质沉积例如生 物沉积、蛋白沉积、细菌沉积、细胞沉积、病毒沉积、无才几沉积(例如 钙沉积)、电磁辐射水平测量值、压力和可以从典型溶液取得的其他类 型的测量值。而且，所述参数包括作为时间的函数的溶液的物理、化学 或生物性质的测量值，其对于多种应用来说是重要的。这些测量值提供 关于反应动力学、结合动力学、浸出效应、老化效应、可提取效应、扩 散效应、恢复效应和其他动力学效应的有用信息。阵列103中的多个传 感器被覆盖或包裹在上述的典型传感器膜107中，所述传感器膜允许它 获得溶液101a的参数。阵列103中的多个RFID传感器的每一个可以测 量单个参数，或者每个传感器103可以测量溶液101a中的所有参数。 例如，RFID传感器阵列103的传感器阵列可以仅仅测量溶液101a的温 度，或者多个RFID传感器阵列103的传感器阵列可以测量溶液101a的 传导率、pH和温度。另外，阵列103中的多个RFID传感器是收发器， 其包括接收信号的接收器和发射信号的发射器。传感器103可以充当无 源、半有源或有源的典型RFID传感器。在本发明的另一实施例中，传 感器103可以是由标准伽马辐射过程辐射的伽马射线。图3示出射频识别(RFID)标签。RFID标签102也可以净皮称为无 线传感器。RFID标签102包括衬底303,天线301和识别芯片305被布 置在所述衬底上。各种各样商业上可用的标签可以应用于传感器结构的 沉积。这些标签在范围从大约125kHz到大约2.4GHz的不同频率下操作。 合适的标签可从不同的供应商和销售商获得，例如Texas Instruments、 TagSys、 Digi Key、 Amtel、 Hitachi和其他^i^司。而且，标签可以是以下 类型的传感器技术之一传感器单参数射频(SSPRF)和传感器多参数 射频(SMPRF)。合适的标签可以在无源、半无源和有源模式中操作。 无源RFID标签不需要电源进行操作，而半无源和有源RFID标签依赖 于板上电源的使用来进行它们的操作。RFID标签102具有存储在芯片 305中的数字ID,并且RFID标签102的天线电路的频率响应可以作为 具有复阻抗的实部和虚部的复阻抗纟皮测量。而且，RFID标签102可以 是收发器，其是接收、放大和转发不同频率的信号的自动装置。此外， RFID标签102可以是另一种类型的收发器，其响应于预定义的接收信 号而发射预定的消息。该RFID标签102等同于在以下美国专利中公开 的各种RFID标签2005年10月26日提交的、顺序号为US 11/259,710 的"Chemical and Biological Sensors, Systems and Methods Based on Radio Frequency Identification"以及2006年9月28日提交的、顺序号为 PCT/US2006/038198和US 11/536,030的"Systems and Method for Monitoring Parameters in Containers" ， 二者要求2006年5月26日提交 的US 60/803,265的权益，上述专利的公开内容被结合于此以作参考。
天线301是传感器103的集成部分。多个RFID传感器103位于离 读取器105和阻抗分析器107大约0.1 - 100cm的距离处。在本发明的 另一实施例中，RFID天线301包括用作天线材料的一部分以调制天线 特性的化学或生物敏感材料307。这些化学和生物材料是传导性敏感材 料，例如无机、聚合、复合传感器材料等。复合传感器材料包括与有传 导性的可溶或不溶添加剂相混合的基本材料。该添加剂采用颗粒、纤维、 薄片的形式或者提供电导的其他形式。在本发明的又一实施例中，RFID 天线301包括用作天线材料的一部分以调制天线电特性的化学或生物敏 感材料。化学或生物敏感材料通过排列、喷墨印刷、丝网印刷、蒸气淀 积、喷涂、抽吸涂敷以及本领域普通技术人员已知的其他典型淀积被沉 积在RFID天线301上。在本发明的又一实施例中，在溶液101a的温度(图1 )正被测量的情况下，覆盖天线301的化学或生物材料可以是被选
择成当温度变化时收缩或膨胀的材料。该类型的传感器材料可以包含导 电的添加剂。添加剂可以采用微颗粒或纳米颗粒的形式，例如炭黑粉末，
或碳納米管或金属纳米颗粒。当传感器膜307的温度变化时，添加剂的 这些单个颗粒变化，这影响传感器膜307的总电导率。
除了用传感器膜307或传感器膜107涂敷传感器103之外，在不用 传感器膜307涂敷传感器103的情况下测量一些物理参数，例如溶液的 温度、压力、传导率以及其他参数。在不将传感器膜307施加到传感器 103上的情况下，这些测量值依赖于作为物理参数的函数的天线特性的 变化。尽管示出了无线传感器103的几个实施例，但是应当认识到，传 感器103的其他实施例在本发明的范围内。例如，在无线传感器上包含 的电路可以利用来自照射RF能量的功率以驱动高Q谐振电路，例如图 4A中所示的基于电容的传感器401内的电路403。高Q谐振电路403 具有由传感器401确定的振荡频率，或者传感器103结合了其电容随着 感测量而变化的电容器。照射RF能量可以在频率上变化，并且传感器 的反射能量被观察。当最大化反射能量时，电路403的谐振频率被确定。 谐振频率然后可以;故转换成传感器401或103的上述参数。
在其他实施例中，照射RF能量以接近高Q振荡器的谐振频率的某 个重复频率脉动。例如，如图4B中所示，脉动能量在无线传感器401 或103 (图1 )中被整流并且被用来驱动高Q谐振电路407,所述高Q 谐振电路407具有由它所连接的传感器405确定的振荡谐振频率。在一 段时间之后，脉动RF能量被停止，并且稳定水平的照射RF能量被发射。 高Q谐振电路407被用来使用存储在高Q谐振电路407中的能量来调制 天线409的阻抗。反射RF信号被接收并且检查边带。边带与照射能量 之间的频率差是电路401的谐振频率。图4C示出用于驱动高Q谐振电 路的无线传感器的另一实施例。图4D示出可以包括谐振天线电路和传 感器谐振电路二者的无线传感器，所述传感器谐振电路可以包括LC储 能电路。天线电路的谐振频率是比传感器电路的谐振频率更高的频率， 例如高达四到1000倍。传感器电路具有的谐振频率可以随着某个感测 的环境条件而变化。这两个谐振电路可以以这样的方式连接，即使得当 交流(AC)能量由天线谐振电路接收时，它将直流能量施加于传感器谐 振电路。AC能量可以通过使用二极管和电容器而被供应，并且AC能量可以通过LC储能电路通过LC储能电路的L内的抽头或LC储能电路 的C内的抽头被传输到传感器谐振电路。此外，这两个谐振电路可以被 连接，以使得来自传感器谐振电路的电压可以改变天线谐振电路的阻 抗。天线电路的阻抗的调制可以通过使用晶体管例如FET (场效应晶体 管)来实现。
可选地，照射射频(RF)能量以某个重复频率脉动。脉动能量在无 线传感器(图4A -图4D)中被整流并且被用来驱动高Q谐振电路，所 述高Q谐振电路具有由它所连接的传感器确定的振荡谐振频率。在一段 时间之后，脉动RF能量被停止，并且稳定水平的照射RF能量被发射。
谐振电路被用来使用存储在高Q谐振电路中的能量来调制天线的 阻抗。反射RF信号被接收并且检查边带。为多个不同的脉沖重复频率 重复该过程。最大化返回信号的边带的幅度的脉冲重复频率被确定为谐 振电路的谐振频率。谐振频率然后被转换成谐振电路上的参数或测量 值。
参考图1, RFID读取器106和阻抗分析器108 (测量装置111)在 RFID标签102之下，其基于读取来自RFID天线301的信息而提供关于 RFID标签102的实和复阻抗的信息。RFID读取器106可以是Model M-1, Skyetek, CO,其使用软件Lab VIEW在计算机控制下进行操作。而且， 读取器106读取来自RFID标签102的数字ID。读取器106也可以被称 为射频识别(RFID)读取器。RFID标签102通过无线连接或电线纟皮连 接到RFID读取器106和阻抗分析器108。 RFID读取器106和阻抗分析 器108 (测量装置111 )通过无线或电线连接被连接到标准计算机109。 该系统可以以3种方式操作，所述方式包括1. RFID读取器106的读 取系统，其中RFID读取器106将读取来自多个RFID传感器阵列103 的信息以获得化学或生物信息，并且RFID读取器106读取RFID标签 102的数字ID; 2. RFID读取器106读取RFID标签102的数字ID，并 且阻抗分析器108读取天线301以获得复阻抗；以及3.如果存在具有 或不具有传感器膜的多个RFID传感器103，其中RFID读取器106将读 取来自多个RFID传感器阵列103的信息以获得化学或生物信息，以及 RFID读取器106读取RFID标签102的数字ID，并且阻抗分析器108 读取天线301以获得复阻抗。
测量装置111或计算机109包括模式识别子部件(未示出)。模式识别技术被包括在模式识别子部件中。这些对从传感器103或阵列103 中的多个RFID传感器中的每一个收集的信号的模式识别技术可以被用 来找出测量数据点之间的相似性和差异。该方法提供用于警告测量数据 中的异常的出现的技术。这些技术可以揭示大数据集中的相关模式，可 以确定筛选命中之间的结构关系，并且可以显著减小数据维度以使它在 数据库中更易管理。模式识别的方法包括主成分分析(PCA)、层次聚 类分析(HCA)、软独立建才莫分类(SIMCA)、神经网络以及本领域普 通技术人员已知的^t式识别的其他方法。读取器106与阵列103中的多 个RFID传感器或传感器103之间的距离被保持恒定或者可以是可变的。 阻抗分析器108或测量装置111周期性地测量来自阵列103中的多个 RFID传感器的反射的射频(RF)信号。来自相同传感器103或阵列103 中的多个RFID传感器的周期性测量值提供关于传感器信号的变化速度 的信息，所述变化速度与围绕阵列103中的多个RFID传感器的化学/生 物/物理环境的状态相关。在该实施例中，测量装置111能够读取和量化 来自阵列103中的多个RFID传感器的信号的强度。
阻抗分析器108接近RFID读取器106,所述阻抗分析器是用来分 析电网络的频率相关特性，尤其是与电信号的反射和传输相关联的那些 特性。而且，阻抗分析器108可以是实验室设备或者便携式专门制造的 装置，其在给定的频率范围上扫描以测量RFID标签102的谐振天线301 电路的复阻抗的实部和虚部。另外，该阻抗分析器108包括与上述溶液 101a相关联的各种材料的频率的数据库。此外，该阻抗分析器108可以 是网络分析器(例如Hewlett Packward 8751A或Agilent E5062A)或精 确阻抗分析器(Agilent 4249A )。
计算机109是典型计算机，其包括处理器，输入/输出(1/0)控 制器，大容量存储器，存储器，视频适配器，连接接口，以及将前述系 统部件可操作地、电力地或无线地耦合到处理器的系统总线。而且，系 统总线将典型的计算机系统部件电力地或无线地、可操作地耦合到处理 器。处理器可以被称为处理单元、中央处理单元(CPU)、多个处理单 元或并行处理单元。系统总线可以是与常规计算机相关联的典型总线。 存储器包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM) 。 ROM包 括具有基本例程的典型输入/输出系统，所述基本例程帮助在启动期间在 计算机的各部件之间传送信息。大容量存储器在存储器之上，其包括1.用于从硬盘和硬盘驱动器 接口读取和写入的硬盘驱动器部件，2.磁盘驱动器和硬盘驱动器接口， 以及3.用于从可移动光盘(例如CD-ROM)或其他光学介质和光盘驱 动器接口读取或写入的光盘驱动器(未示出)。前述驱动器和它们的关 联计算机可读介质提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和用于计 算机109的其他数据的非易失性存储。而且，前述驱动器可以包括具有 获得溶液101a的参数的技术创新的算法、软件或方程，这将在用计算 机109的处理器进行工作的图5 -图9的流程图中进行描述。计算机109 也包括Lab VIEW软件，其从标签102收集来自复阻抗响应的数据。而 且，计算机109包括宾夕法尼亚州Reading的Synergy Software公司的 KaliedaGraph寿欠4牛和来自华盛顿州Manson的Eigenvector研究乂>司的 PLS—Toolbox软件，上述软件用来自马萨诸塞州Natick的Mathworks公 司的Matlab软件操作以分析接收的数据。在另一实施例中，溶液101a 的算法、软件或方程所获得的参数可以被存储在处理器、存储器或本领 域普通技术人员已知的计算机109的任何其他部分中。
图5是描绘了如何通过利用超声焊接方法将传感器结合到容器中的 流程图。在块501,容器101 (图1)的层或膜被切割成期望的尺寸。如 上所述的容器101的层、膜或壁101b (图2)可以具有多层，并且由各 种类型的材料制造。壁101b也可以被称为第一层膜101b。容器101的 膜101b可以通过任何类型的切割装置来切割，例如刀、剪刀或本领域 普通技术人员已知的任何标准切割装置或自动切割装置。容器101可以 具有如上所述的许多不同结构，例如陪替氏培养皿或微滴定板或任何其 他类型的结构。对于该例子，容器的该切割膜101b的尺寸可以具有范 围在lxlmm到6x6英寸或以上的长度和宽度，这取决于传感器103 (图 1)的最终应用和大小。该切割膜101b的尺寸的大小大约是容器101的 一个壁大小。接着，在块503，保护层膜105(图2)由前述典型切割装 置切割。保护层膜105如上所述可以由不同类型的材料制造，例如PTFE。 保护层膜105被切割成小于容器101的切割膜并且优选大于传感器103 的尺寸。例如，保护层膜105的尺寸可以具有.08x.08mm到3x3英寸或 以上的范围，这取决于传感器103或壁101b的大小。保护层膜105可 以被称为第二层膜105。
在块505,传感器103被放置或堆叠在壁101b与保护层膜105之间。优选地，传感器103#1放置在壁101b的中间部分与保护层膜105之间。 在本发明的另一实施例中，可选传感器涂层107被预沉积在传感器上或 者通过前述切割方法被切割，其中尺寸小于保护层膜105。然后可选传 感器涂层107被放置在传感器103与保护层膜105之间。可选传感器涂 层107可以被看作第四层膜。在本发明的另一实施例中，保护层膜105 或传感器涂层107可以是沉积在传感器103上的唯一层膜。
接着，在块507,利用超声焊接工艺将保护层105、传感器103上 的可选传感器涂层107压入壁101b中。典型的超声焊接工艺利用被称 为焊头(horn)或超声焊极的典型的钛或铝部件，所述钛或铝部件被带 到与保护层105接触。来自典型焊头的受控压力被施加到保护层105、 可选传感器涂层107、传感器103以及壁101b,从而将这些部件夹在一 起。焊头在以数千英寸(微米)计的距离处以每秒20,000Hz (20kHz) 或40,000Hz (40kHz)次的速度垂直振动一个典型地;故称为焊接时间的 预定量的时间。机械振动通过保护层105被传递到保护层105、可选传 感器涂层107、传感器103和壁101b之间的接合表面以产生摩擦热。当 在接合界面处的温度达到保护层105和壁101b的塑料的熔点时，然后 停止振动，这允许这些部件的熔化塑料开始冷却。典型焊头的夹紧力被 保持预定量的时间，例如30秒到3小时，从而当保护层105和壁101b 的熔化塑料冷却和凝固时允许各部分熔合，这被称为保持时间。在本发 明的另 一 实施例中，在该保持时间期间可以施加更高的压力以将部件进 一步保持在一起。在保持时间之后，然后从组合的保护层105、传感器 涂层107,传感器103和壁101b中收回典型焊头。
接着，在块509，另一壁101c或多层膜或第三层膜通过如上所述的 形成容器101的焊头工艺被超声焊接到组合保护层105、可选传感器涂 层107、传感器103和壁101b上。优选地，该壁101c具有与壁101b相 同的尺寸，因此壁101c的周缘被密封到壁101b的周缘上。 一个管或多 个管被插入在壁101b与101c之间，并且通过使用上述典型的焊头工艺 被超声焊接以将多个管接合到壁101b和101c中，然后该过程结束。这 些管表示用于将被插入和从容器101去除的溶液101a的装置。周缘和 多个管的焊接可以在独立步骤中或在相同工序中发生。
图6是描绘了如何通过利用射频(RF)焊接方法将传感器结合到容 器中的流程图。块601、 603和605中的过程分别与块501、 503和505中的相同，因此在这里将不公开对这些过程的描述。在块607,利用典 型塑料焊接机在壁101b(图2)上熔化保护层105、可选传感器涂层107 和传感器103。典型塑料焊接机包括射频发生器(其产生射频电流)， 气动压力机，将射频电流传递到正被焊接的保护层105、可选传感器涂 层107、传感器103和壁101b的电极，以及将前述部件固定就位的焊接 工作台。也有不同类型的塑料焊接机可以用于射频焊接，例如帆布机、 服装才几和自动机。前述机器的调谐可以:故调节以使它的场强适应于正祐_ 焊接的材料。
在块609，另一壁101c或多层膜与块607中一样被射频焊接到组合 保护层105、可选传感器涂层107、传感器103和壁101b上从而形成容 器IOI。优选地，该壁101c具有与壁101b相同的尺寸，因此壁101c的 周缘被密封到壁101b的周缘上。 一个管或多个管被插入在壁101b与 101c之间，并且被RF焊接以将多个管接合到壁101b和101c中，然后 该过程结束。这些管表示用于将被插入和从容器101去除的溶液101a 的装置。周缘和多个管的焊接可以在独立步骤中或在相同工序中发生。
图7是描绘了如何通过利用热层合方法将传感器结合到容器中的流 程图。块701、 703和705中的过程分别与块501、 503和505中的相同， 因此在这里将不公开对这些过程的描述。在块707,用户利用典型层合 装置，例如由印第安納州Wabash的Carver公司制造的Carver层合压力 机、由亚利桑那州Scottsdale的K-Sun公司制造的MaxiLam热层合机、 或由康涅狄格州Benthany的PSA公司提供的热熔机，以在壁101b (图 2)上熔化保护层105、可选传感器涂层107和传感器103。例如，具有 标称频率为13.5MHz的传感器103的RFID标签102被层合到容器101 的多层壁101b的内部，例如5-L Labtainer 生物处理容器的ULDPE层， 一种由HyClone制造的、从Aldrich购买的HyQ CX5-14膜。该CX5-14 膜是5层、14密耳流延膜。壁101b的外层包括与EVOH阻挡层和超低 密度聚乙烯层共挤的聚酯弹性体。保护层105是褐色的4密耳厚的超低 密度聚乙烯单层膜(由HyClone制造、从Aldrich购买的HyQ BM1膜)。
实际的层合或嵌入过程通过在典型Carver层合压力机中层合保护 层105、可选传感器涂层107和壁101b与夹在容器壁膜101b与保护膜 105之间的RFID传感器103进行。Carver压力机利用稍大于RFID传感 器103的框架以防止Carver压力机提供作用在传感器103上的直接压力。框架由铝制造并且为了容易释放而涂敷有特氟隆(Teflon)。框架 可以具有任何形状，但是对于该例子而言，它具有带有任何类型的尺寸 的矩形框架，例如具有尺寸为40x50mm并且厚度为.7mm的中空内部的 50x70mm的尺寸。在该层合过程期间，Carver压力机保持140摄氏度的 稳定温度。具有框架的夹层结构然后以最小压力被移动到Carver压力机 内部并且保持l分钟，并且然后在2000 lbs的力下保持30秒。保护层 105、可选传感器涂层107和壁101b的层合结构被转移到冷压机。
在块709,另一壁101c或多层膜与块707中一样被层合和冷压到组 合保护层105、传感器涂层107、传感器103和壁101b上从而形成容器 101。优选地，该壁101c具有与壁101b相同的尺寸，因此壁101c的周 缘被密封到壁101b的周缘上。至少一个塑料管或多个塑料管通过利用 如块707中的前述层合装置被层合到壁101b和101c。这些塑料管充当 将溶液101a插入容器101中的插入件和用于从容器101释放溶液101a 的出口。图11描绘了三个层合的RFID传感器和一个无层合的RFID传 感器的例子。三个RFID传感器1111、 1113和1115等同于传感器103， 因此在这里将不7>开对传感器1111、 1113和1115的描述。RFID传感 器1111、 1113和1115被层合到容器101的由聚丙烯制造的壁101b中。 RFID传感器1117未被层合到容器101中。
图8是描绘了如何通过利用热板焊接方法将传感器结合到容器中的 流程图。块801、 803和805中的过程分别与块501、 503和505中的相 同，因此在这里将不公开对这些过程的描述。在块807,用户利用具有 加热压板的典型热板焊接装置以在壁101b (图2)上熔化保护层105、 可选传感器涂层107、传感器103的接合表面。保护层105、可选传感 器涂层107、传感器103和壁101b的一部分被带到与精确加热压板接触 预定的时间段，例如5秒到1小时，这取决于保护层105、可选传感器 涂层107、传感器103和壁101b的材料的厚度。在保护层105、传感器 涂层107、传感器103和壁101b的塑料界面熔化之后，这些部分被聚靠 在一起以形成分子的、永久的和常常密封的键合。在精确过程控制下焊 接的适当设计接头常常等于或超过任何其他部分区域的强度。
在块809,另一壁101c或多层膜与块807中一样被热板焊接到组合 保护层105、可选传感器涂层107、传感器103和壁101b上从而形成容 器IOI。优选地，该壁101c具有与壁101b相同的尺寸，因此壁101c的周缘被密封到壁101b的周缘上。至少一个塑料管或多个塑料管被插入
在壁101b与101c之间，并且通过利用如块807中的前述加热压泽反;故热 板焊接到壁101b和101c,然后该过程结束。这些塑料管充当将溶液101a 插入容器101中的插入件和用于从容器101释放溶液101a的出口 。
图9是描绘了如何通过利用注射模制/模内装饰方法将传感器结合 到容器中的流程图。块901和903中的过程分别与块503和505中的相 同，因此在这里将不公开对这些过程的描述。然而，在块903,保护层 105、可选传感器涂层107、传感器103被堆叠在典型模具内部而不是仅 仅被堆叠。在块905,用户利用典型注射模制制造技术来组合保护层105 与可选传感器涂层107和壁101b。典型地，注射^t制是用于由热塑性材 料制造部件的制造技术。壁101b的材料以高压被注射到模具中，所述 模具是期望形状的颠倒形状。模具典型地通过模具制造机或工具制造机 由金属(通常是钢或铝)制造，并且被精加工以形成期望部件的特征。 在凝固之后，进行保护层105、可选传感器涂层107、传感器103和相 对较厚的注射模制壁101b的组装。
在块907，另一壁101c和如上所述充当溶液101a的入口和出口的 多个管被放置在保护层105、可选传感器涂层107、传感器103和壁101b 之上，其中热:故施加以在壁101b上熔化多个管和壁101c从而形成容器 101。优选地，壁101c在壁101b的周缘上熔化以提供密封从而形成容 器101或生物容器101，然后该过程结束。在本发明的另一实施例中， 本领域普通4支术人员已知的标准感应加热方法可以用于4戈替传导加热 以在保护层105、可选传感器涂层107、传感器103和壁101b上熔化多 个管。图9中所示的过程可用于制造具有相对较厚的壁的3维生物处理
谷為o
在其他实施例中，图5 -图9中所示的工艺的各种排列被用于制造
具有嵌入式传感器的容器。多于一种的材料焊接和接合方法可以在容器 制造工艺的各种阶段被使用。例如，在制造具有嵌入式传感器的容器的 工艺的另 一实施例中，传感器到容器的附着通过传感器的热封来实现，
而容器材料和管的密封通过RF焊接来实现，另外，可以使用图5-图9 中所示的容器制造工序的各种排列。例如，在制造具有嵌入式传感器的 容器的工艺的又一 实施例中，基本上连续的腹板可以首先用于制造具有 嵌入式传感器的容器，并且在工序结束时执行切割以分离这样制造的容器。
图10a描绘了具有不同直径的硅管1000,当流体流过其中时，所述 不同直径产生差压。图10b示出嵌有RFID压力传感器1001和1003的 图10a的硅管的分解图。RFID压力传感器1001和1003以与上述RFID 传感器103相同的能力操作，因此在这里将不公开对传感器1001和1003 的描述。然而，压力RFID压力传感器1001和1003为靠近RFID压力传 感器1001和1003定位的网络阻抗分析器108 (图1)提供压力相关信 息，例如，Pa表示10psi的压力水平，并且Pb表示8psi的压力水平。 因此，Pa-Pb=10psi-8psi=2psi或压力变化。基于标准的伯努利原理和利 用RFID压力传感器1001和1003,可以计算流过石圭管1000的液体的质
量流速。
平滑通过硅管1000的变化缩窄部的流体经历速度和压力的变化。
这些变化可以;故用来测量流体的流速。只要流体速度足够亚声速
(V<Mach 0.3),则不可压缩伯努利方程通过将该方程应用于沿着水平 管的轴向下移动的流体的流线来描述流动，提供以下方程
a是沿着管道的第一点
b是沿着管道的第二点
P是以牛顿/平方米计的静态压力
p是以千克/立方米计的密度
v是以米/秒计的速度
g是以米/平方秒计的重力加速度
h是以米计的高度
尸"-尸6-AP^/2pVb2-1/2 pVa2 (方程1 )
根据连续性，喉部速度Vb可以代出以上方程以得到 AP=7/2pVa2[(Aa/Ab)2-l]
(方程2 )
解出上游速度Va并且乘以横截面积Aa得到体积流速Q:<formula>formula see original document page 27</formula>
理想地，在粘性流体中将遵守以上方程。在粘性边界层内被转换成热的 少量能量往往会稍稍降低真实流体的实际速度。流量系数C典型地被弓I 入以解释流体的粘度。<formula>formula see original document page 27</formula>
发现C取决于流动的雷诺数，并且对于平滑渐缩文氏管通常处于0.90 与0.98之间。
质量流速可以通过Q乘以流体密度获得 <formula>formula see original document page 27</formula>例如，在上游管Da和下游部分Db的硅管1001的直径分别为20cm 和4cm。管内部的液流的流体密度为lkg/m3。而且，硅管1000的上游 部分的直径或D^20cm,硅管1000颈部的直径或D^4cm,流体密度或 p=lkg/m3，流量系数0=0.98，并且速度A或V为2.35m/s。 Pa表示10psi 的压力水平，并且Pb表示8psi的压力水平。因此，D/ Pa-Pb^0psi-8psi-2psi或压力变化。基于标准的伯努利原理和利用RFID 压力传感器1001和1003,流过石圭管1000的液体的体积流速和质量流速 从方程4和5被算出，分别为.07m3/s和.07kg/s。
图12示出正从传感器取得的传导率测量的例子。RFID传感器103 -故显示为附着到包含流体测试室的表面1201,同时该表面正由右支架 1205保持。左支架1203保持接收天线以接收来自RFID传感器的信号。 两个管1207和1209被用来将水或溶液带入和带出测试室。接收天线被 连接到阻抗分析器107a或测量装置111 (图1 )。
图13是图12中所示的RFID传感器103的图示，其中复阻抗关于 时间被测量。该图形示出当重复暴露于不同传导率的水样时在流动池中的层合RFID传感器103的动态响应的再现性和响应幅度的图形。五个 不同水样具有0.49、 7.78、 14.34、 20.28、 44.06mS/cm的传导率水平。 其中这些水样分别被标记为1-5。传感器响应(例子是在图12中的响应 Zp)在重复暴露之间再现性很高。图14是图12中所示的RFID传感器 响应的图示，其中复阻抗关于时间被测量(图13)。而且，该图描绘了 作为传导率响应的校准曲线，其由RFID传感器103对具有0.49、 7.78、 14.34、 20.28、 44.06mS/cm的传导率的不同水样的响应构成。图14示出 作为水传导率的函数的传感器响应。结合了 RFID传感器的另一实施例 利用粘合层将传感器附着到表面，物理、化学或生物测量应当在所述表 面进行。
在另一实施例中，容器(一次性的或可再用的)101可以是微滴定 板。微滴定板或微滴定孔板的各个孔具有RFID传感器。这些传感器通 过上述方法中的任何一种被结合到微滴定板中。RFID传感器也可以通 过分配被布置在各个孔中。通常，关键的是观察、检测和感测用化学、 物理或生物扰动来扰动样本的影响。非限制性例子包括试剂添加、溶剂 添加、成分添加、加热、搅拌、冷却、暴露于电磁辐射和许多其他手段。 这些观察用布置在微滴定板中的RFID传感器103的阵列实时地进行监 视。
本发明提供一种用于组装一次性生物处理系统的系统，其中用户可 以利用该生物处理系统来单独测量溶液中的参数，然后用户可以丢弃该 一次性生物处理系统。
本发明的前述详细描述打算被看作是示例性的而非限制性的，并且
围。？ 口 、 、 ，…' 、权利要求
1.一种用于测量多个参数的系统，包括具有溶液的容器；保护层，其被沉积在至少一个传感器和所述容器的至少一个壁上，其中所述保护层被附着到所述容器的所述壁以在所述容器与所述至少一个传感器之间形成密封，其中所述至少一个传感器被配置成具有基于所述容器和所述保护层的厚度的能操作的电磁场；与标签相结合的所述至少一个传感器接近于构成测量装置的阻抗分析器和读取器；其中所述至少一个传感器被配置成确定所述溶液的至少一个参数；所述标签被配置成提供与所述至少一个传感器相关联的数字ID，其中所述容器接近于所述读取器和阻抗分析器；以及其中所述阻抗分析器被配置成基于所述参数从所述至少一个传感器接收给定的频率范围，并且基于在所述给定频率范围上测量的复阻抗计算参数变化。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中所述阻抗分析器被连接到计算机。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中所述测量装置被配置成读取来 自所述至少一个传感器的所述至少一个参数。
4. 根据权利要求3所迷的系统，其中所述计算机被配置成显示来自 所述至少一个传感器的所述参数。
5. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器是一次性容器。
6. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器是塑料容器。
7. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器是塑料微滴定板容器。
8. 根据权利要求l所述的系统，其中所述溶液选自由流体、血液和 气体组成的组。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液是包括以下物质的血 液月几酸酐、脲、乳酸脱氬酶、以及石咸性钾。
10. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液是气体或溶解气体， 所述气体或溶解气体包括C02、 02、 NOx。
11. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液包括有毒工业试剂， 所述有毒工业试剂包括氨、丙酮合氰化氢。
12. 根据权利要求1所述的系统，其中所述读取器是射频识别 (RFID)读取器。
13. 根据权利要求l所述的系统，其中所述至少一个传感器是阵列中 的多个传感器。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中阵列中的所述多个传感器是 阵列中的多个RFID传感器。
15. 根据权利要求l所述的系统，其中所述至少一个参数由下列组 成传导率测量值、pH水平、温度、血液相关测量值、生物测量值、离 子测量值、压力测量值、非离子测量值和非传导率测量值。
16. 根据权利要求l所述的系统，其中传感器涂层被布置在所述至少 一个传感器之上并位于所述至少一个传感器与所述保护层之间，其中所 述传感器涂层确定所述溶液的所述至少一个参数。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中所述传感器涂层来自包括下 列的组聚合物膜、有机膜、无机膜、生物复合膜或納米复合膜。
18. 根据权利要求16所述的系统，其中所述传感器涂层选自下列组 成的组水凝胶膜、溶胶-凝胶膜、炭黑-聚合物膜、碳納米管-聚合物膜、 金属纳米颗粒-聚合物膜和电纺纳米纤维膜。
19. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液包含原核细胞。
20. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液包含真核细胞。
21. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液是气体，所述气体包括032和02。
22. 根据权利要求8所述的系统，其中所述溶液是溶解气体，所述溶解气体包括C02和02。
23. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器由聚合材料制造。
24. 根据权利要求23所述的系统，其中所述容器是过滤装置和与所 述过滤装置相关联的任何关联传输管道。
25. 根据权利要求23所述的系统，其中所述容器是色谱装置和与所 述色谱装置相关联的任何关联传输管道。
26. 根据权利要求23所述的系统，其中所述容器是离心装置和与所 述离心装置相关联的任何关联传输管道。
27. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器由预消毒的聚合材料 制造。
28. 根据权利要求27所述的系统，其中所述容器是过滤装置和与所 述过滤装置相关联的任何关联传输管道。
29. 根据权利要求27所述的系统，其中所述容器是色谱装置和与所 述色镨装置相关联的任何关联传输管道。
30. 根据权利要求27所述的系统，其中所述容器是离心装置和与所 述离心装置相关联的任何关联传输管道。
31. 根据权利要求l所述的系统，其中所述溶液包括来自包含下列的 组的生物材料细菌、重组蛋白、病毒、疫苗、活组织或来自生物流体 的分馏物。
32. 根据权利要求l所述的系统，其中所述保护层来自包含下列的 组聚四氟乙烯(PTFE)和复合膜。
33. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器由包括下列的组制 造聚乙烯、低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、 聚碳酸酯和弹性体材料。
34. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器是微滴定板，其中所 述微滴定板的各个孔包含阵列中的多个RFID传感器。
35. 根据权利要求28所述的系统，其中在所述微滴定板的各个孔中 的阵列中的多个RFID传感器测量所述溶液的物理性质、所述溶液的化学 性质和所述溶液的生物性质。
36. 根据权利要求28所述的系统，其中在所述微滴定板的各个孔中 的阵列中的多个RFID传感器测量作为时间的函数的溶液的物理、化学或 生物性质。
37. 根据权利要求28所述的系统，其中在所述微滴定板的各个孔中 的阵列中的多个RFID传感器测量作为用各个溶液执行的实-睑步骤例如 试剂添加、溶剂添加、成分添加、加热、搅拌、冷却、暴露于电磁辐射 的函数的溶液的物理、化学或生物性质。
38. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器是被结合到过滤装置 中的聚合材料。
39. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器包含色谱基质。
40. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器用于储存。
41. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器用于转移。
42. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器用于混合。
43. 根据权利要求l所述的系统，其中所述容器用于分离。
44. 一种用于测量多个参数的系统，包括 具有至少一个溶液的微滴定孔板容器；保护层，其被沉积在所述微滴定孔板容器的各个孔中的至少 一个 RFID传感器上，其中所述至少一个RFID传感器被配置成具有基于所述 容器和所述保护层的厚度的能操作的电磁场；与标签相结合的所述至少一个传感器接近于构成测量装置的阻抗 分析器和读取器；其中所述至少一个传感器被配置成确定所述溶液的至少一个参数； 所述标签被配置成提供与所述至少一个传感器相关联的数字ID,其中所述容器接近于所述读取器和阻抗分析器；以及其中所述阻抗分析器被配置成基于参数从所述至少一个传感器接收给定的频率范围，并且基于所述给定的频率范围计算参数变化。
45. —种用于测量多个参数的系统，包括 具有至少一个溶液的^t滴定孔板容器；传感器涂层，其被沉积在所述微滴定孔板容器的各个孔中的至少一 个RFID传感器上，其中所述至少一个RFID传感器被配置成具有基于所 述容器和所述传感器涂层的厚度的能操作的电磁场；与标签相结合的所述至少一个传感器接近于构成测量装置的阻抗 分析器和读取器；其中所述至少一个传感器被配置成确定所述溶液的至少一个参数； 所述标签被配置成提供与所述至少一个传感器相关联的数字ID,其中所述容器接近于所述读取器和阻抗分析器；以及其中所述阻抗分析器被配置成基于参数从所述至少一个传感器接 收给定的频率范围，并且基于所述给定的频率范围计算参数变化。
46. 根据权利要求45所述的系统，其中所述RFID传感器测量生物参数。
47. 根据权利要求45所述的系统，其中所述RFID传感器测量化学参数。
48. 根据权利要求45所述的系统，其中所述RFID传感器测量物理参数。
49. 一种用于测量参数的系统，包括至少一个传感器，其被放置在第一层膜与第二层膜之间；所述笫一层膜和所述笫二层膜具有一定的厚度，其中所述至少一个 传感器被配置成具有能操作的电磁场；所述第一层在所述至少一个传感器之上形成于所述第二层中，其中 所述第一层在所述至少一个传感器之上形成于所述第二层中以将所述 第一层和所述至少一个传感器嵌入所述第二层中；第三层膜，其中所述第三层膜形成于所述第一层膜中，其被配置成 与所述第一层膜形成容器；以及溶液被插入所述容器中，其中所述第 一层膜和所述至少一个传感器 被配置成测量所述溶液的至少一个参数。
50. —种用于组装测量参数的系统的方法，包括提供至少一个传感器，其中所述至少一个传感器被放置在第一层膜 与第二层膜之间；为所述第一层膜和所述笫二层膜提供一定的厚度，其中所述至少一 个传感器被配置成具有能操作的电磁场；使所述第 一层在所述至少一个传感器之上形成于所述第二层中，其 中所述第一层在所述至少一个传感器之上形成于所述第二层中以将所 述第 一层和所述至少 一个传感器嵌入所述第二层中；提供第三层膜，其中所述第三层膜形成于所述第一层膜中，所述第 一层膜被配置成与所述第三层膜形成容器；以及在所述容器中提供溶液，其中所述第一层膜和所述至少一个传感器 被配置成测量所述溶液的至少一个参数。
51. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括 提供多个管，其中所述多个管形成于所述第一层膜中。
52. 根据权利要求50所述的方法，其中所述至少一个传感器是无线 传感器。
53. 根据权利要求52所述的方法，其中所述无线传感器是RFID (射 频识别)传感器。
54. 根据权利要求50所述的方法，其中所述第一层膜具有范围在2 纳米到100mm的厚度。
55. 根据权利要求50所述的方法，其中所述第二层膜具有范围在IO 纳米到50mm的厚度。
56. 根据权利要求50所述的方法，其中所述第二层膜具有范围在IO 纳米到20mm的厚度。
57. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括在所述第一层膜与所 述至少一个传感器之间提供第四层膜。
58. 根据权利要求57所述的方法，其中所述第四层膜是传感器涂层。
59. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括提供超声焊接工艺以 在所述至少一个传感器之上将所述第一层形成于所述笫二层中。
60. 根据权利要求59所述的方法，进一步包括提供来自焊头的受控 压力以在所述至少 一个传感器之上将所述第 一层压入所述笫二层中。
61. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括提供射频焊接工艺以 在所述至少一个传感器之上将所述第一层形成于所述第二层中。
62. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括提供热层合焊接工艺 以在所述至少一个传感器之上将所述笫一层形成于所述第二层中。
63. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括提供热板焊接工艺以 在所述至少一个传感器之上将所述第一层形成于所述第二层中。
64. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括提供注射模制工艺以 在所述至少一个传感器之上将所述笫 一层形成于所述第二层中。
65. 根据权利要求50所述的方法，进一步包括邻近所述至少一个传 感器提供接收天线以测量所述溶液的参数。
66. 根据权利要求65所述的方法，其中所述接收天线被附着到所述 至少一个传感器。
67. 根据权利要求65所述的方法，其中所述接收天线被机械地附着 到所述容器。
68. 根据权利要求65所述的方法，其中所述接收天线被化学地附着 到所述容器。
69. 根据权利要求65所述的方法，其中所述接收天线被化学地附着 到所述容器。
70. —种用于组装测量参数的系统的方法，包括提供至少 一个RFID传感器，其中所述至少 一个RFID传感器被放置 在容器内；在所述至少一个RFID传感器上沉积一层膜，其中所述层膜与所述容 器中的溶液接触，其中所述至少一个传感器被配置成具有能操作的电磁场；将所述至少一个RFID传感器配置成基于在给定的频率范围上测量 的复阻抗测量所述溶液的至少一个参数；以及接近所述至少一个RFID传感器提供接收天线以测量所述溶液的至 少一个参数和所述至少一个RFID传感器的数字ID。
71. 根据权利要求70所述的方法，其中所述层膜是保护层。
72. 根据权利要求70所述的方法，其中所述层膜是传感器层。
73. 根据权利要求70所述的方法，其中所述接收天线在不与所述传 感器电接触的情况下被附着到所述容器。
74. 根据权利要求70所述的方法，其中所述接收天线被机械地附着 到所述容器。
75. 根据权利要求70所述的方法，其中所述接收天线被化学地附着 到所述容器。
76. 根据权利要求70所述的方法，其中所述接收天线被物理地附着 到所述容器。
全文摘要
公开了一种用于在容器(101)中测量参数的系统(100)。容器(101)具有溶液(101a)。保护层(105)被沉积在至少一个传感器(103)和所述容器的至少一个壁(101b)上，其中所述保护层(105)被附着到所述容器的所述壁(101b)以在所述容器与所述至少一个传感器(103)之间形成密封。所述至少一个传感器被配置成具有基于所述容器和所述保护层的厚度的能操作的电磁场。与标签(102)相结合的所述至少一个传感器接近于构成测量装置(111)的阻抗分析器(108)和读取器(106)。所述至少一个传感器(103)被配置成确定所述溶液的至少一个参数。所述标签(102)被配置成提供与所述至少一个传感器相关联的数字ID，其中所述容器(101)接近于所述读取器(106)和阻抗分析器(108)。所述阻抗分析器被配置成基于在给定的频率范围上测量的复阻抗从所述至少一个传感器(103)接收所述给定的频率范围。
文档编号G01N27/02GK101583866SQ200780043014
公开日2009年11月18日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年11月21日
发明者R·A·波蒂赖洛, S·T·赖斯, V·F·皮兹, 华 王 申请人:通用电气医疗集团生物科学公司