CN108604553A - 通过测量电信号检测溶液中电活性物质的存在或流动 - Google Patents

Abstract

电化学传感器可以使用传感器测量溶液中的离子和/或电化学物质的流动，由于电活性物质不断与电极接触，通过扩散和对流的组合可以把电活性物质带到电极从而产生电信号。测量的电信号将随着离子和/或电化学物质的浓度和流量而变化。如果离子和/或电化学物质的浓度是已知的，则可以测量流量；相反，如果流量是已知的，则可以测量离子和/或电化学物质的浓度。传感器也可用于确认含有离子和/或电化学物质的流体输送。

Description

通过测量电信号检测溶液中电活性物质的存在或流动

技术领域

本发明涉及以流动溶液中的电化学物质测量溶液的流量或溶液中电化学物质的浓度。

现有技术

在本部分背景技术中提到的参考文献不应被认为是关于本发明的现有技术。

第一个例子是US 6,695,958。该设计与本发明近似，但涉及基于一个具有底部的圆柱形空腔。检测流过或沉积在空腔顶部的溶液。底板不允许可检测物质流过圆柱形空腔。而本发明的一个关键点是溶液可以很容易地流过嵌在管腔壁中的电极。

以下一个例子是US 7,067,351。该专利描述了“形成具有交替导体层和绝缘层的纳米叠层结构的方法”。该方法的规模和生产与本发明并不相同。此外，该发明并未指定使用液体流过电极来进行电化学感测，而这正是本发明的一个关键点所在。

最后一个例子是US 7,703,336。该发明是一种电化学流量传感器，其中第一组电极用于改变溶液的化学性质以产生可检测的物质，并在下游用第二组电极来进一步检测。所产生物质的飞行时间可以用于确定流量。本发明使用单组电极来测量由固有电化学物质的流动引起的电化学信号的变化。本发明不需要改变溶液的化学性质。

发明内容

本发明涉及一种电化学传感器。该传感器通过测量当具有电活性物质的溶液以不同速率流动时产生的电化学信号的变化来操作。如果已知电活性物质的浓度，则该传感器可以测量流量。如果已知流量，则该传感器可用于测量电活性物质的浓度。

用于测量流量时，该传感器比当前用于药物泵送的堵塞传感器更为先进，因为该传感器能够立即检测到由堵塞、泄漏、药物供应耗尽以及任何机械或电气故障导致的流量变化或流量中断。在一些实施例中，该传感器便宜、坚固且小巧，并且可以检测纳升至微升范围内的体积。

为了完善对优选实施例和所附权利要求的详细描述，以及更好地理解本发明的上述特征、其他特征、以及目的和优点，本发明附有如下所述的附图。

附图说明

图1A示出的曲线图是根据本发明的一个实施例使用计算机模拟得出流过阶梯壁电化学传感器的塞流特性的结果。

图1B示出的曲线图是根据本发明的一个实施例使用计算机模拟得出流过光滑壁电化学传感器的塞流特性的结果。

图2是根据本发明的一个实施例的电极组件的侧视图。

图3A，图3B和图3C示出了根据本发明的一个实施例中的低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic，LTCC)陶瓷生片层上的环形电极的掩模设计。

图4是根据本发明的一个实施例的电化学传感器中的管腔中心的剖视图。

图5A的示意图示出了根据本发明的一个实施例的流式传感器的配置。

图5B示出的曲线图是根据图5A中所描述的配置，用计时电流法扫描两种六铵合钌浓度所获取的数据。

图6的曲线图是根据本发明的一个实施例，在低流量下通过计时电流法所测量的电流。

图7A的曲线图是根据本发明的一个实施例中，电流相对于泵送速率的变化。

图7B的曲线图是根据本发明的一个实施例中，在两种可能的溶液中多次运行，所得平均电流相对于流量的曲线图。

图8A的曲线图是根据本发明的一个实施例中，传感器对在流动的PBS溶液中添加0.2％间甲苯酚的响应，其中电流相对于时间绘制，并标出不同流量。

图8B的曲线图是根据本发明的一个实施例中，传感器对含有0.2％间甲苯酚的PBS溶液流动的响应曲线图，其中电流相对于两种不同电位下的流量绘制。

具体实施方式

在进一步详述本发明之前，应当理解本发明不仅限于所描述的特定实施例和实施方案，以及用于描述特定实施例和实施方案的术语，只是为了用于描述那些特定实施例和实施方案，而不是为了去限制本发明，因为本发明的范围将仅由权利要求书的内容来限制。

当电活性物质存在于溶液中时，可以用电极测量溶液中的电子往來到电极再往來到离子的流动。在静滞的溶液中，在紧靠电极的溶液体积中会形成扩散限制耗尽层，并且电信号将由物质向电极扩散的速率所限制。然而，如果溶液在流动，离子将不断与电极接触，并且通过扩散和对流的组合将离子带到电极从而产生电信号。所测得的电信号将随电活性物质的浓度和流量而变化。如需测量流量，则必须知道电活性物质的浓度。相反，如果电活性物质的浓度未知，则必须知道流量。

由于溶液的流动，环形电极的结构是一种可以获得稳态电流解析解的排布；该电极上测得的电流可按照下式表示：

其中n是每个电活性物质分子的电子数,F是法拉第常数,C_b是主体溶液的浓度，D是电活性物质的扩散系数，R是电极的内半径，X是电极的长度，V₀是溶液的轴向流量。该电流是通过求解二维稳态扩散方程得出的。为了得出上述方程，作出了几个假设，例如：Poiseuille速度分布近似线性、径向的扩散过程是线性的及忽略轴向扩散。简单而言，电流由两部分组成：零流量时的电流(扩散受限)和与对流相关的电流。总电流的形式如下所示：

其中i_ind是与流量无关的电流(零流量)，而是来自式1与流量相关的电流的重新表述，其中所有非流量变量以常数k表示。

近年来微结构的制造取得了很大进展。对于环形结构，发明人发现了使用低温共烧陶瓷(LTCC)方法是一种合適的制造方法。LTCC技术可以归为中等规模制造技术，其中的关键特征可达100μm量级，而整个结构的面积可达几平方厘米，且成本并不昂贵。需特别指出的是，对于环形结构，使用目前的薄膜微制造方法来构建类似的结构的可能性不大。

已有报道有关LTCC中三维封装电化学传感器的丝网印刷电极。这些电极沿着长矩形通道的两侧制成，很可能捕集气泡。LTCC和在矩形通道两侧的丝网印刷金电极已被用于磁流体动力学的研究。尽管平面丝网印刷电极已经被应用并且可以在市场上购买，但是所有已知的设计均没有结合环形电极。在环形电极的设计中，电极制于通道壁中，溶液可以流过通道和环形电极。该设计可防止捕集气泡并促进流体流动。高纯度贵金属油墨和层压型制造方法的出现使设计和制造用于微流控的环形电极变得更容易。应当注意的是，尽管环形电极在管状内腔中使用起来非常便利，但这并不排除类似结构在其他任何形状(包括椭圆形、正方形或其他流动路径形状)的管腔使用。

制造嵌入通道壁的环形电极可减少气泡捕集的问题，并且允许使用便宜的一次性的贵金属电极。根据本发明的一个实施例，将导电油墨丝网印刷到二氧化硅和氧化铝“陶瓷”生片上制造LTCC。然后把几片片材在高压下层压在一起。其后把组装的产品在200-500℃的温度下热解，在此期间，油墨和陶瓷生带中使用的有机粘合剂将被烧掉。在该烘烤步骤之后，LTCC组件被加热至850-900℃的峰值温度，在此期间金属油墨被熔融成导电电极，二氧化硅被烧结而留下坚硬的连贯结构。

在各种实施例中，尽管电极的直径几乎可以任选，但是本发明的一个实施例选择了500μm(20mil)的直径。该直径与许多微型药物输送装置中使用的管道的直径相同。为了确定最适合测量电信号的结构，可以通过模拟来檢定两个环形几何形状。采用二维模拟可以减少计算时间。该横截面如图1所示。第一种结构(图1A)为阶梯式设计。该设计与设计2(图1B)相比，好处是对管腔中心对齐的要求较为宽松，且具有相对较大的电极面积(101)。设计1最有可能被可靠地制造出来。设计2在对齐方面有更严格的要求，但捕集气泡的机会最小。这两种不同的环形结构通过COMSOL计算机建模来檢定。图1A和图1B示出了模拟电极的结构以及等浓度线，并显示了高浓度区和低浓度区之间不同的距离。两种设计均以物质初始浓度0M的溶液作为模拟普通水。流体用入口处以压力为30Pa的液压驱动。注入物质的浓度为1M，并且监测电极完全浸泡在1M的溶液中所需的时间。

图1A所示的阶梯壁设计具有三个电极(101)并有不同的电极面积。电极尺寸基于便于实现和便于对齐的原则来选择。第一电极的电极面积是半径为15密耳(381μm)的圆盘面积减去半径为10密耳(254μm)的圆盘面积。

A_i＝π(381μm)²-π(254μm)²＝0.253mm² 式3

A_ii＝π(508μm)²-π(381μm)²＝0.355mm² 式4

A_iii＝π(635μm)²-π(508μm)²＝0.4563mm² 式5

该设计步骤限制了此装置中电极的分配。对电极的面积应等于或大于工作电极的面积。此外，在三电极电池中，参比电极应放置在工作电极和对电极的上游。参比电极用于测量施加到工作电极上的电位，因此没有电化学反应来改变参比电极的电位是非常重要的。对电极具有与工作电极相反的电位以构成完整的电路。由于电流并不是通过对电极测量的，所以惯例做法是增加对电极相对于工作电极的尺寸，以使得电化学反应限制在工作电极上发生。这迫使溶液首先流入传感器的狭窄端。最后，该设计增加了填充结构所需的液体体积。在设计1中，计算所得的体积是0.547μl。图1A中示出了该流体在0.6秒的模拟时间后的物质浓度，右侧通道中心的等浓度线为1M。很明显，在0.6秒的模拟时间之后，进入的物质不能完全覆盖参比电极(最右边)，更不能完全覆盖工作电极(中央)和对电极(最左边)。靠近电极(101)的表面形成了停滞区，减慢了传感器对起始流动的响应。

图1B显示了另一结构。光滑壁式设计具有三个尺寸相同的电极：

A_band＝(2πrh)＝(2π*0.254mm)*0.2mm＝0.319mm² 式6

尽管使所有三个电极都具有相同的面积并非理想设计，但发明人发现这样的传感器设计可以正常運作。光滑壁设计允许修改，以添加附加层，使对电极面积增加为原来的两倍。事实上，所有电极的面积均可以通过添加附加层来改变。如建模所示，该结构具有0.162μl的体积，是设计1的体积的约30％。同样，物质的起始浓度为0M，压力驱动流的压力为30Pa，注入物质的浓度为1M。图1B显示了0.6秒后的浓度分布，与图1A阶梯壁设计的时间相同。很明显，浓度分布的建立变得更好，高浓度溶液可以接触全部三个电极(101)。

基于该计算机模拟，由于在电极(101)周围持续出现低浓度耗尽区和填充检测器的液体体积增加，所以没有进一步发展阶梯壁设计。图中的等浓度线表明大部分电极表面距离分析物高浓度区域较远。具有这种配置的电化学传感器对分析物的小体积液塞不太敏感。另一方面，在光滑侧壁设计中，电极附近没有大的滞止区。实际上，电极因油墨层的厚度而突出到分析物的流体中。

与阶梯式设计中存在的耗尽区相比，该设计中的边界层可以減少感测正确浓度时所遇到的障碍。尽管光滑壁设计增加了对齐的难度，但此设计对于研发可快速响应最低体积分析物的传感器非常有利。然而，对于具体的应用而言，阶梯壁设计可能更有利。本发明没有考查其他结构，但可以作为本发明的替代实施例。其中一种可能的选择是使用不同数量的电极。结合参比电极和对电极的双电极配置就是一种可能的方案，尽管并未在此处进行探讨。双电极排列的困难之处在于为了获得最佳稳定性，伪参比电极需要暴露于未经电化学变化的溶液。此外，叉指电极设计也是一种可能的方案，可增加更多的电极和绝缘层。最后，多个电极将允许过剩或通过改变电极的大小来改变灵敏度。

根据本发明的一个实施例，可以使用LTCC方法来制造传感器。LTCC技术本质上是层压工艺。每片陶瓷生片(DuPont 951 PX)均用直径为575μm的过孔来冲孔，该过孔作为管腔稍后使流体通过。另外，还在接触引线上方冲压直径为12密耳的过孔，以允许从较低层到结构顶部的电连接。图2示出了该结构的侧视图。图3A、3B和3C示出了三个电极的俯视图。LTCC陶瓷生带用图3A、3B和3C所示的图案丝网印刷。连接过孔如图2所示穿过中间层，并直至顶层。每个电极层为其下面的层提供连接焊盘。简而言之，陶瓷生带的各层用图3所示的设计来丝网印刷。层压的底部电极以图3A的样式丝网印刷。阴影区域定义墨水印刷的位置，阴影圆盘上的孔定义冲孔通路的位置。在该层上的面，LTCC片材与主流体过孔以及所冲压的小电连接过孔一起放置。层压中的第二电极用图3B所示的设计来印刷。同样，大圆中的孔表示流体通道的位置。在图3B中有两个用于电连接到电极结构的焊盘。右侧连接焊盘连接到第二电极，而左侧连接焊盘通过电连接过孔连接到底部电极，所述过孔冲压并填充在插入的绝缘层中。最后的电极也用此过程处理，其丝网印刷图案如图3C所示。

首先，丝网印刷的墨水是否会均匀地涂布于管腔内部是未知的，因此先用成本较低的银墨(DuPont 6142D)来制造以测试结构。如图2所示，把陶瓷生带的层与绝缘层一起层压在电极层之间，共七层。然后用等静压来层压这些层并根据DuPont公布的方案进行烧制。图4示出了用银油墨制造的测试结构的横截面图。可見油墨流入管腔并形成界限清晰的环形电极(101)，其厚度由LTCC片材的宽度所限定。同样，电极之间的距离由除了填充电连接过孔以外的未被丝网印刷的绝缘LTCC片材的厚度所限定，并且为过孔到过孔的连接提供了“着陆垫”。使用银墨进行的测试证实，在模拟中产生最佳结果的设计可以在现实中实现。通过改变LTCC层的厚度或数量，可以改变电极的间距。此外，可以堆叠如图3所示的三种丝网印刷特征来制造叉指式设计，或增加对电极的面积。

先前对市售的丝网印刷的金电极的测试显示，测试低浓度分析物时出现了杂峰。发明人怀疑该电极中使用的金墨的质量较差，在循环伏安法中看到的峰为来自未知污染物的溶出峰。为了消除这些干扰，可以选择DuPont TC502金墨水来制造用于电化学测试的电极，因其声称具有高纯度。烧成后，油墨中的碳残留物被烧掉，留下金电极。测试表明TC502油墨在对低浓度分析物进行电化学测试时不会产生杂峰。对于电化学测试的芯片，每个电极(参比电极、工作电极和对电极)都通过在分开的层上丝网印刷金墨的方法来制造。绝缘层在远离管腔中心的地方也用金墨印刷以填充连接过孔。电极通过与银测试结构相同的方法进行层压和烧制。关于951LTCC生瓷带的DuPont文献指出，在层压和烧制后x-y平面的收缩率为12.7％。为了解决这个问题，中心过孔被设计并冲压成直径为575μm，以在成品部件中产生500μm的直径。在层压和烧制后，发现管腔中心的直径为445+/-6μm，这可能是由于烧制期间的23.5％收缩。额外的收缩可能是由每层打印少量的墨水或较低数量的压层所致。基于200μm的后焙烧层厚度，产生了约0.03mm²的电极面积。为了简单起见，所有三个电极都被制造成相同的宽度，尽管在本发明的替代实施例中并非必须。

尽管本发明的这种实施例使用LTCC所制造的传感器来构建，但是在其他实施例中也可以使用其他制造技术。其中一种方法是使用在塑料基底上印刷导电油墨的技术。另一种方法是用薄膜技术制造多个层，例如蒸镀金和聚酰亚胺，然后蚀刻这些层以露出环形电极结构。

在对上述实施例进行电化学测试前，芯片先在KOH H₂O₂溶液中浸泡清洁，然后在KOH溶液中用循环伏安法(CV)扫描，直至CV曲线重叠。

此处所述的传感器可以作为用于检测上游产生的电化学物质的流式传感器。在这种模式下，作为时间函数的流量是已知的，但是电化学物质的类型和浓度可能是未知的。图5A显示了该配置的一个实施例。把0.5M氯化钾和0.5M含六铵合钌的氯化钾装载到注射器(501)中。不含六铵合钌的氯化钾流过样品环路(502)和传感器(503)，并进入废液瓶(504)。然后，切换两个阀(505)，使得含六铵合钌的氯化钾流过样品环路(502)并进入废液瓶(504)。如图5B所示的检测，将两个阀(505)切换回来并且泵送0.5M氯化钾。因此，传感器(503)先后暴露于第二个阀后面剩余的0.5M氯化钾，100μl含有六铵合钌的溶液，以及0.5M氯化钾溶液中。图5B显示了两个六铵合钌液塞以相同流量通过检测器的数据。较粗的曲线对应于100μL的含有250mM六铵合钌和0.5M氯化钾的溶液。较细的曲线是来自100μl的含有500mM六铵合钌和0.5M氯化钾的溶液的信号。在这两种情况下，传感器在测试开始时都装有0.5M氯化钾，然后是六铵合钌的液塞流过，再之后是0.5M的氯化钾流过。

为了探索增强对流在非常低的流量下所增加的电流，可以采用计时电流法(chronoamperometry，CA)进行研究。在此设置中，工作电极总是偏置的，并且电流与物质通过对流进入电极表面的速率成正比例。首先，在没有电活性物质的情况下测量电极表面产生的电流。图6显示了该实验的数据。相对于芯片上的参比电极，在工作电极上施加-1.0V的偏压，并由CHI 1030记录数据。同时使用芯片上的对电极。此流体由ePump Model 190(SFCFluidics)产生，其在泵送过程中不产生脉冲。流量由Sartorius SE2超微量天平(0.0001mg分辨率)来验证。简而言之，在溶液流过电极之后，其流入位于天平上的杯子中，该天平经修正后可用于测量非常低的流量。天平上的防风罩被替换为类似的罩子，其具有固定到顶部的360微米直径的熔融石英管(Idex Health Sciences)，石英管向下突出到一个小型储液器中。储液器中的水覆盖着高纯度矿物油(PML Microbiologicals)，以消除因蒸发而造成的测量误差。管子穿过油进入水中而不接触储液器的壁或底部。泵的流量通过测量溶液质量的变化来确认。图6示出了由电极测得的电流与预期流量之间的关系，以及由超微量天平确认的流量与预期流量之间的关系。所述预期流量在x轴上绘制。根据超微量天平的测量结果，ePump Model 190能够产生低至10nl/min(nl/分钟)的流量，同时具有高精度和高准度。低于此值的流量则未有测试。在这种情况下，测量的电流与电荷载体(K⁺,Na⁺,Cl^-)携带到电极的速率成正比。电化学测量比天平测量具有更高的灵敏度，因为电流与v1/3成正比，而质量与v成正比。但电极所需要的空间更小，并且对复杂的测量电子元件的需求更小。

在环形电极中测得的电流具有由式2预测的形式，其中：

i_T＝i_ind+k_v1/3

根据式1所示，常数k应为：

k＝2.01nFπC_bD²/3R2/3X2/3

其中C_b＝0.140mol/L,D＝1×10^-7cm²/sec,R＝0.025cm,及X＝0.02cm。

对于所述的实施例，可得出:

i_T＝3X10^-9A+1.8X10^-5(C·sec-2/3·cm^-1)·v1/3 式8

图6绘出了具有该值的直线，而实验所得的值则用方格表示，两者具有良好的一致性。由于简单的设计和基于流量来预测电流的闭式解，环形电极可被用作流量传感器，应用于需要稳健和简易的微流控系统。由于从无流动状态到流动状态的比例变化较大，环形传感器可以很容易地被用作检测有流动/无流动的堵塞传感器。加入更灵敏的控制和感测电子装置后，还可以把环形电极作为传感器，来区分含有已知浓度电活性物质的溶液的不同流量。图7A、图7B、图8A和图8B中显示了类似的数据。图7A示出了不同流量下通过检测器的电流，所述流量和图6中所示的数据相似。图7B示出了在不同流量下通过检测器的平均电流。方格表示磷酸盐缓冲溶液的电流与流量之间的关系，而三角形是1mM六铵合钌溶液(电活性化合物模型)的电流与流量之间的关系。

除了模型电化学物质的流量测定以外，环形电极还可用于确定其他电活性化合物的流量。图8A和8B显示的数据收集自添加0.2％间甲苯酚的PBS缓冲液。在一些胰岛素制剂中，相似浓度的间甲苯酚可作为防腐剂使用。图8B的曲线图示出了平均电流与施加两个不同电位到流式传感器的工作电极上时的流量之间的关系。对于该浓度和流量范围，来自环形电极的电流与流量大致成线性关系。电极可以充当独立的流量确认传感器。由于电活性物质的浓度是已知的，信号幅度的变化对应于溶液流量。此外，通过测量增强信号的持续时间，还可以确定输送药物的体积(流量*时间)。该信号与流体的产生方式无关，故可用于确认由各种泵送机制所产生的剂量。传感器摆脱气泡的能力对于这种测量非常有利。在电极表面被捕集的气泡会显著减小电极与溶液的接触面积，导致信号幅度变化，继而导致计算所得的输送剂量的变化。

尽管这是一个优选实施例，但并不要求必须用溶液流过嵌入管腔中的电极的方法来确认液体流动。电极也可放在含电活性物质的溶液进入较大体积的位置的附近，这种方法也可以确认液体的流动。在这种情况下，溶液将流过套管，而溶液中的电活性物质将被分散到电极附近。电极将测量电化学物质浓度的变化，其指示了溶液分散到较大体积中的情况。电化学物质可以添加到许多溶液中作为防腐剂；其中一种是在食物中添加抗坏血酸作为除氧剂。另一个例子是添加间甲苯酚或苯酚作为胰岛素中的防腐剂。如果无法确认含电活性物质的溶液的供给，则认为发生了堵塞或其他供给错误。如果由电极测得的信号与供给体积成正比，则信号允许对供给体积和供给时间进行闭环确认。对于更简单的有/无流量指示，双电极的实施例可能已经足够了。这样的系统可以用于警告供给错误，例如堵塞，管道扭结，泄漏，药物供应耗尽或任何机械或电子故障。电极并不必须是对检测管腔内流体最有效的环形结构。其他设计，例如叉指或甚至更简单的平面几何形状可能更适合于确认含电活性物质的溶液的供给情况。本发明的一个可能的实施例是将非常靠近用于药物输送的套管的电极插入患者。当电极连接到控制电子元件时，含有电化学物质的药物的供给将导致电极信号的改变。这个信号证实药物已经被输送给病人。这允许控制供给机制的电子元件独立地报告药物输送的确认。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解相同。尽管在本发明的实践或测试中，也可以使用与本文所述的那些类似或等同的任何方法和材料，但是本文仅描述了有限数量的示例性方法和材料。对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本文的发明构思的情况下可以做出更多的修改。

本文中使用的所有术语应用与上下文一致的最宽泛的可能的方式来解释。当在此使用分组时，该组中的所有个体成员以及该组可能的所有组合和子组合都应被单独包括在内。当此处规定范围时，范围旨在包括该范围内的所有子范围和单个点。本文引用的所有参考文献均以与本说明书的公开内容不存在不一致的程度通过引用并入本文。

本发明已经参照优选和替代的实施例进行描述，该实施例仅仅是示例性的，并不限制如所附权利要求中所阐述的有关本发明的全部范围。

Claims (21)

1.一种电化学传感器，包括：

a.第一环形电极，所述第一环形电极包括第一电极环形部分；

b.第二环形电极，所述第二环形电极邻近所述第一电极并包括第二电极环形部分；

c.位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一绝缘体；

d.第三环形电极，所述第三环形电极邻近所述第二电极并包括第三电极环形部分；以及

e.位于所述第二电极和所述第三电极之间的第二绝缘体；

其中所述第一、第二和第三电极环形部分和所述绝缘体对齐，为流过其中的流体提供流动路径，所述流体包含一种或多种离子或电化学物质，其中所述第一、第二和第三电极被配置成测量来自所述流体的电信号。

2.根据权利要求1所述的电化学传感器，所述电化学传感器还包括至少一个额外的环形电极，一绝缘层将所述额外的环形电极与任一其他环形电极层分隔开。

3.根据权利要求1所述的电化学传感器，所述电化学传感器还包括管腔，所述流动路径穿过所述管腔，并且将所述第一、第二和第三电极嵌入在所述管腔内，其中所述各电极的环形部分和所述第一、第二绝缘体包括开口，所述开口与其嵌入的所述管腔具有相同的形状。

4.根据权利要求1所述的电化学传感器，其中每个所述电极包括：

a.至少一件陶瓷生片块，其包含玻璃和陶瓷中至少之一；和

b.在所述至少一件陶瓷生片的表面上的导电油墨。

5.根据权利要求1所述的电化学传感器，其中所述电化学传感器包括多个绝缘片，所述多个绝缘片与印刷在所述多个绝缘片中一些上的导电油墨层压在一起。

6.一种电化学传感器，包括：

a.第一环形电极，所述第一环形电极包括第一电极环形部分；

b.第二环形电极，所述第二环形电极邻近所述第一电极并包括第二电极环形部分；

c.位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一绝缘体；

其中所述第一和第二电极环形部分和所述绝缘体对齐，为流过其中的流体提供流动路径，所述流体包含一种或多种离子或电化学物质，所述第一和第二电极被配置成测量来自所述流体的电信号。

7.根据权利要求6所述的电化学传感器，所述电化学传感器还包括至少一个额外的环形电极，一绝缘层将所述额外的环形电极与任一其他环形电极层分隔开。

8.根据权利要求6所述的电化学传感器，所述电化学传感器还包括管腔，所述流动路径穿过所述管腔，并且将所述第一和第二电极嵌入在所述管腔内，其中所述各电极的环形部分和所述绝缘体包括开口，所述开口与其嵌入的所述管腔具有相同的形状。

9.根据权利要求6所述的电化学传感器，其中每个所述电极包括：

a.至少一件陶瓷生片块，其包含玻璃和陶瓷中至少之一；和

b.在所述至少一件陶瓷生片的表面上的导电油墨。

10.根据权利要求6所述的电化学传感器，其中所述电化学传感器包括多个绝缘片，所述多个绝缘片与印刷在所述多个绝缘片中一些上的导电油墨层压在一起。

11.一种测量流体中的一种或多种离子或电化学物质的浓度的方法，包括以下步骤：

a.测量流过管腔的流体的流量；

b.使所述流体流过多个环形电极，所述多个环形电极被定位成使所述管腔穿过所述环形电极；

c.对至少一个所述环形电极施加电刺激；

d.测量来自至少一个所述环形电极所得的电信号；以及

e.基于所述流量和测得的所述电信号确定流体中的所述一种或多种离子或电化学物质的浓度。

12.一种测量含有已知浓度的离子或电化学物质的流体中的一种或多种离子或电化学物质的流量的方法，包括以下步骤：

a.使所述流体流过管腔；

b.使所述流体流过多个环形电极，所述多个环形电极被定位成使所述管腔穿过所述环形电极；

c.对至少一个所述环形电极施加电刺激；

d.测量来自至少一个所述环形电极所得的电信号；以及

e.基于流体中的所述离子或电化学物质的所述浓度和测得的所述电信号来确定所述流体的流量。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定流量减少或无流量，这表示阻塞、流体耗尽、泵故障、阀故障或其他系统故障。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述流体包括递送给患者的药物、激素或药剂。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述流体包含胰岛素和胰高血糖素中至少之一。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述流体包含一种或多种离子或电化学物质。

17.一种检测流体中是否存在一种或多种离子或电化学物质的方法，包括以下步骤：

a.使流体流过管腔，其中所述管腔的末端非常靠近多个电极；

b.对至少一个所述电极施加电刺激；

c.测量来自至少一个所述电极所得的电信号；以及

d.根据所述电信号确定含有所述离子或电化学物质的所述流体是否已经被输送到所述电极。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定所述流体输送的中断或减少，这表指示阻塞、流体耗尽、泵故障、阀故障或其他系统故障。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述流体包括用于递送给患者的药物、激素或药剂。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述流体包含胰岛素和胰高血糖素中至少之一。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述流体包含一种或多种离子或电化学物质。