CN112105921A - 一种用于感测流体的电解电导率的设备和方法 - Google Patents

一种用于感测流体的电解电导率的设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112105921A
CN112105921A CN201980031814.2A CN201980031814A CN112105921A CN 112105921 A CN112105921 A CN 112105921A CN 201980031814 A CN201980031814 A CN 201980031814A CN 112105921 A CN112105921 A CN 112105921A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
battery
electrolytic conductivity
cell
instrument
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980031814.2A
Other languages
English (en)
Inventor
L·奥尔特加·塔纳
A·洛雷拉·巴斯廷斯
J·P·埃斯基韦尔·博霍尔克斯
N·萨巴泰·比斯卡拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avancats ICREA
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avancats ICREA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC, Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avancats ICREA filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Publication of CN112105921A publication Critical patent/CN112105921A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G01N27/07—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/484—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring electrolyte level, electrolyte density or electrolyte conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/30—Deferred-action cells
    • H01M6/32—Deferred-action cells activated through external addition of electrolyte or of electrolyte components

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

公开了一种用于感测流体的电解电导率的设备和方法。该设备包括电池(1)和至少一个连接到电池(1)的仪器(5)，该电池具有氧化电极(2)和还原电极(3)，该氧化电极和还原电极由亲水和/或多孔材料或空容器(4)连接，该空容器为流体(10)提供微流体腔，所述电池(1)在添加所述流体(10)时被激活，并在流体(10)通过毛细管浸渍所述微流体腔时提供电能。仪器(5)具有使电池(1)在特定的工作点工作的等效阻抗，特定的工作点允许确定或区分流体(10)的电解电导率值；并且包括用于量化流体(10)的电解电导率的装置，从而通过电池(1)的性能推断流体(10)的电导率。

Description

一种用于感测流体的电解电导率的设备和方法
技术领域
本发明总体上涉及液体激活的电池(例如纸基电池)领域。具体地，本发明涉及一种使用电池来感测/测量流体的电解电导率的设备和方法。
在本文中，电解电导率是指流体、液体或样品由于其离子组成而导电的能力。
背景技术
电导率仪(electrical conductivity meter，EC meter)测量溶液中的电解电导率。常见的实验室电导率仪采用电位或电流法和四个电极。将交流电流或电压施加到外部电极对。测量内部对之间建立的电势或电流。在简化版本中，仅使用两个电极来施加电负载(交流电流或电压)和读取输出信号。
工业电导率探头通常采用感应法，其优点是液体不会弄湿传感器的电气部件。在本文，使用两个电感耦合线圈。其中一个电感耦合线圈是产生磁场的驱动线圈，为其提供精确已知的电压。感应电流是传感器的输出。
在化学或生物化学领域，电导法是一种电解电导率值的测量方法，可以用于监测化学或生物化学反应的进展。已开发了电导生物传感器，用于测量液体样品的电导率的变化，该变化是反应中消耗或产生带电物质的结果。
与电流型或电位型传感器相比，使用电导生物传感器最重要的优势是[1]：这些薄膜电极可以小型化，并适合实际大规模生产；它们不需要参考电极；对光不敏感；功耗低，要求低；并且许多化合物可以基于不同的反应被感测到，这是由于带电物质的变化，并因此也是由于溶液的离子组成的变化。
这些生物传感器通过电化学阻抗谱(Electrochemical ImpedanceSpectroscopy，EIS)施加小正弦AC信号来测量分析物在两个贵金属电极之间传导电流的能力[2]。
传统上，电导生物传感器由两个共面平行电极组成，但随着微电子工业和贵金属技术的使用，许多类型的传感器已经发展到最佳设计，即由交叉电极阵列组成。
基于在酶催化反应或酶抑制中由于带电物质的消耗或产生而导致的离子组成改变现象，已经对这些电导传感器进行了广泛研究。第一类方法中的一种方法是通过电导池和电桥来测定溶液中的尿素浓度[3]。在这项工作中，由于尿酶水解尿素时形成碳酸铵，因此尿素浓度由溶液电导率的变化来确定。尽管尿素的量化是在pH7下从0.1μm到2mM的范围内进行的，但是观察到溶液中存在重金属(例如银或汞)，会破坏性地干扰脲酶活性。
之后，随着微制造的交叉电极的使用，开发了一种多分析物电导生物传感器，用于通过固定化尿素、左旋天冬酰胺和肌酸酐各自的酶进行水解来感测它们[4]，甚至没有观察到相邻电极之间的可感测干扰，由于临床样品的高离子背景和酶促反应中产生的小电导率变化，电导生物传感器方法受到限制。
这些传感器在便携式和可穿戴设备中的适用性的一个重要限制是需要与所提到的系统相关联的大型设备，这是因为在大多数情况下执行阻抗测量所需的仪器是复杂和庞大的。这一事实使得这些类型的传感器不适合用于制造一次性设备。
研究中使用的另一种方法是将抗体-抗原蛋白质固定化在电极表面[5]和电极之间的间隙[6]中，以感测生物识别事件导致的电极电导变化。出于同样的目的，开发了ISFET(离子选择性场效应晶体管)和EnFET(酶场效应晶体管)。FET是晶体管，使用电场来控制两个电极之间通道的导电性。功能化栅极(连接之前提到的两个电极的第三个电极)研究人员一直在开发不同的传感器，如pH敏感型、青霉素、葡萄糖或尿素[7]-[10]，然而，这些设备需要稳定可靠的参考电极，在大多数情况下，这阻碍了它们在实际场景中的应用。它们有限的选择性也是一个缺点。
除此之外，液体激活的电池是由至少两个电活性电极组成的设备，它们中的至少一个氧化电极(阳极2)和至少一个还原电极(阴极3)通过能够容纳流体1的亲水和/或多孔材料(或容器/空腔)4连接，如图1所示。当添加流体1时，电池开始工作，因为该流体充当电池电解质。用于启动电池操作的液体通常是水基流体。这些电池是一次电池，当电极中的一个耗尽时，电池就停止工作。电池有限的操作时间和简单的结构和材料使其特别适合短期应用，如诊断或可穿戴设备。
这些种类的电池已经在几个专利或专利申请中进行了公开，例如US-A1-20080038588、US-A1-20100203394、WO 2007059589、WO 2003034521、CN-A-102760893和US-A1-2017018784。
在之前的专利申请(US-A1-2004245101、US-A1-2010213057)中已经公开了类似的结构，目的是确定液体介质中的分析物浓度。这些文献描述了使用燃料电池产生的信号来提取关于在一个电极中被氧化或还原的有机分析物的浓度或存在的信息。由于燃料电池中产生的电流取决于流体中存在的分析物的量，所以该设备作为自供电传感器工作。在这些发明中，电极必须包括能够氧化和还原待检测分析物的电活性酶。这意味着电极必须能够通过氧化或还原分析物的氧化还原反应与待检测的分析物相互作用。因此，只有能够经历这种氧化还原反应的物质才能被检测到。
在其它发明中(US-A1-2014349211、US-A1-2016223490)，质子激活的石墨烯基电池的变化可以与石墨烯电极暴露的湿度相关，并因此该电池可以用作湿度传感器。
本发明提出使用电池，通过使用待感测的液体作为电池电解质来感测离子电导率。不同于US-A1-2004/245101和US-A1-2010/213057；在本发明中，待感测的流体作为离子电解质而不是燃料。现有技术和本发明之间的主要区别依赖于待检测物质的性质和允许这样做的设备的性质；现有技术中物质的确定需要燃料电池电极，其中，这些物质被氧化和还原，根据分析物浓度产生电流。在本发明中，电池性能仅对具有离子电荷(离子或带电分子)的分析物的存在敏感，离子电荷决定待感测流体的电解电导率。电极由自身氧化和还原的材料制成，并通过待分析的流体(充当电池电解质)连接。以这种方式，流体的带电物质的浓度影响电池的内部电阻率。这决定了两个电极的氧化和还原速率，并因此决定了电池的整体性能。
此外，与US-A1-2014349211和US-A1-2016223490相反，在这两个专利中，由于电极的内阻变化由不同质子浓度的存在来调节，所以具有石墨烯基电极的电池用作湿度传感器，本申请不涉及电极电阻的变化，而是涉及充当电解质的流体的电解电导率的变化。
在本发明中，电极和连接线保持不变和恒定，因此电池性能、电压和电流可以与电解质的离子电导率直接相关，从而获得电导率传感器。
因此，现有技术都没有利用这样的事实，即用于激活电池的流体的电解电导率可以通过测量其对电池性能的影响来感测。
因此，本发明的目的是提供一种用作流体电导率传感器的流体激活的电池。
参考文献
[1]N.Jaffrezic-Renault and S.V Dzyadevych,“ConductometricMicrobiosensors for Environmental Monitoring.,”Sensors(Basel).,vol.8,no.4,pp.2569–2588,Apr.2008.
[2]D.Grieshaber,R.MacKenzie,J.
Figure BDA0002772798970000031
and E.Reimhult,“ElectrochemicalBiosensors-Sensor Principles and Architectures.,”Sensors(Basel).,vol.8,no.3,pp.1400–1458,Mar.2008.
[3]W.Chin and W.Kroontje,“Conductivity Method for Determination ofUrea,”Anal.Chem.,vol.33,no.12,pp.1757–1760,Nov.1961.
[4]D.C.Cullen,R.S.Sethi,and C.R.Lowe,“Multi-analyte miniatureconductance biosensor,”Anal.Chim.Acta,vol.231,pp.33–40,Jan.1990.
[5]R.Pei,Z.Cheng,E.Wang,and X.Yang,“Amplification of antigen–antibodyinteractions based on biotin labeled protein–streptavidin network complexusing impedance spectroscopy,”Biosens.Bioelectron.,vol.16,no.6,pp.355–361,Aug.2001.
[6]E.Katz and I.Willner,“Probing Biomolecular Interactions atConductive and Semiconductive Surfaces by Impedance Spectroscopy:Routes toImpedimetric Immunosensors,DNA-Sensors,and Enzyme Biosensors,”Electroanalysis,vol.15,no.11,pp.913–947,Jul.2003.
[7]Y.-L.Chin,J.-C.Chou,T.-P.Sun,W.-Y.Chung,and S.-K.Hsiung,“A novelpH sensitive ISFET with on chip temperature sensing using CMOS standardprocess.”
[8]Z.X.Wang,S.Y.Li,L.C.Zhong,and G.X.Li,“Research and application ofenzyme FET sensitive to penicillin.,”Chin.J.Biotechnol.,vol.6,no.2,pp.149–56,1990.
[9]X.-L.Luo,J.-J.Xu,W.Zhao,and H.-Y.Chen,“A novel glucose ENFET basedon the special reactivity of MnO2 nanoparticles,”Biosens.Bioelectron.,vol.19,no.10,pp.1295–1300,May 2004.
[10]C.-E.Lue,T.-C.Yu,C.-M.Yang,D.G.Pijanowska,and C.-S.Lai,“Optimization of Urea-EnFET Based on Ta2O5 Layer with Post Annealing,”Sensors,vol.11,no.12,pp.4562–4571,Apr.2011.
[11]M.Esmaeelpour,P.O.Watts,M.E.Boulton,J.Cai,and P.J.Murphy,“Tearfilm volume and protein analysis in full-term newborn infants.,”Cornea,vol.30,no.4,pp.400–4,Apr.2011.
[12]S.Emaminejad et al.,“Autonomous sweat extraction and analysisapplied to cystic fibrosis and glucose monitoring using a fully integratedwearable platform.,”Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,vol.114,no.18,pp.4625–4630,May2017.
[13]H.R.Peck,D.M.Timko,J.D.Landmark,and D.F.Stickle,“A survey ofapparent blood volumes and sample geometries among filter paper bloodspotsamples submitted for lead screening,”Clin.Chim.Acta,vol.400,no.1–2,pp.103–106,Feb.2009.
发明内容
为此，根据第一方面，本发明提供了一种用于感测流体的电解电导率的设备和连接到电池的仪器，如本领域中已知的，该设备包括电池，该电池包括氧化电极(即阳极)和还原电极(即阴极)，这两个电极相隔一定距离并通过亲水和/或多孔材料或空容器连接，该空容器为具有给定电导率的流体提供微流体腔，即吸收区/体积，该仪器配置为捕获由电池产生的电能/电力。
根据所提出的设备，电池在添加流体时被激活，并在流体通过毛细管浸渍微流体腔时提供电能。此外，仪器可以仅通过电池提供的一定量的电能供电(以便执行任务)，或者可替代地，仪器可以由外部电源供电并且仅由电池补充或部分供电。
与已知的建议相反，本文中提出的仪器被设成使得其等效阻抗使得电池在特定的工作点工作(供电)，该工作点允许确定或区分流体的电解电导率值。例如，通过将给定的电阻或阻抗值耦合到电池，电池的性能将取决于电池的内阻，同时取决于流体的电解电导率。因此，对于具有激活电池的给定离子含量的给定流体，将设计特定的仪器来感测所述离子含量。此外，该仪器包括用于量化流体的电解电导率的装置，从而通过电池的性能推断流体的电解电导率。也就是说，所提出的设备使用流体激活的电池作为流体电导率传感器。
特别地，所引用的仪器还包括一个或多个电子模块，该一个或多个电子模块配置为执行电源管理功能、信号控制和处理功能、数据存储或电信功能。此外，该仪器还可以包括用于存储量化的结果的存储器。甚至，该仪器可以包括用于将结果传输到外部设备的通信单元，和/或用于指示所述结果的听觉和/或视觉指示器，例如蜂鸣器、屏幕、显示器或警报器。
在一个实施例中，仪器的电源管理单元包括但不限于仪器的输入阻抗和信号调节模块。根据实施例，输入阻抗可以是静态的或动态的，因此电池以直流(DC)或交流(AC)工作，用于感测流体的电解电导率。所引用的阻抗可以是电阻器、电容器、电感器或它们的组合等。
信号调节模块可以调整电池提供的信号，保护其余电子模块免受过载或短路造成的损坏。信号调节模块元件可以包括(但不限于)电压转换器和/或调节器、电荷泵、偏置控制器、逆变器、电流调节器等。
该仪器还可以包括信号处理模块，该信号处理模块处理电池的输出信号和/或对其进行量化，以便获得作为电解电导率测量的结果的输出值或响应。通过使用例如低通、高通、带通滤波器或它们的组合等滤波策略来执行信号的处理。信号处理模块还可以包括通过使用例如模数转换器或数字滤波器来处理信号的信号数字化。此外，对信号的分析可以通过使用晶体管、微处理器或集成电路等的量化或区分来执行。
数据存储模块包括(但不限于)存储器(包括随机存取存储器或只读存储器)，或存储由电池提供的任何信息的元件，例如电容器或忆阻器等。
所引用的仪器还可以包括用于数据传输的通信模块，包括但不限于视觉、听觉和/或机械发射器，和/或可以通过有线或无线通信技术将数据发送到外部接收器。这种通信技术可以包括用于有线和射频的光纤或USB协议，或者用于无线通信的红外技术等。
在优选实施例中，由于其简单性、较低的成本和较低的空间要求，流体的电解电导率通过DC模式方法确定，例如极化曲线、恒电位仪、恒温度仪等。在这种情况下，仪器可以配置为仅通过电池提供的一定量的电能供电(即，作为自供电设备)，或者可以仅通过外部电源供电，或者通过电池和外部电源提供的一定量的电能的组合供电。
可替代地，在另一实施例中，电解电导率可以通过AC模式方法(例如阻抗谱或电流中断测量)来确定。在这种情况下，仪器可以配置为仅通过电池提供的一定量的电能供电。
根据一个实施例，电池是纸基电池。氧化电极可以由任何氧化还原物质、金属、合金或聚合物氧化材料组成，例如由蒽醌、紫精、TEMPO、钙、铁、钠、钾、锂、镉、铜、银、镁、锌、铝等组成。还原电极可以由任何氧化还原物质、金属、合金或聚合物还原材料组成，例如由吸气阴极、铁、钴、镍、苯醌、TEMPO、银、氯化银、氧化银、过氧化银、铜、氯化铜、锰、汞、铂、金或碳基(包括但不限于基于活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳糊、玻璃碳糊和玻璃碳等的电极)组成。
在所提出的设备中，氧化电极和还原电极可以并排或面对面布置。电极也可以布置成交叉构型，交替阳极和阴极电极轨迹。此外，该设备可以包括串联连接以增加输出电压或并联连接以增加输出电流的几个电池。
设备中使用的流体优选为水基流体，例如普通水或雨水，以及其它类型的水、包括果汁或牛奶(以及其它)等饮料、墨水或生物流体(例如唾液、尿液、血液、精子、血浆、血清、粘液、泪液、粪便、汗液等)。可替代地，流体可以是非水性液体，例如离子液体。
优选地，所引用的仪器还包括一个或多个电子模块，该一个或多个电子模块配置为执行电源管理功能、信号控制和处理功能、数据存储或电信功能。此外，该仪器还可以包括用于存储量化的结果的存储器。甚至，该仪器可以包括用于将结果传输到外部设备的通信单元，和/或用于指示所述结果的听觉和/或视觉指示器，例如蜂鸣器、屏幕、显示器或警报器。
根据一个实施例，用于浸渍亲水和/或多孔材料或空容器的流体与给定量的滴定剂结合，使得流体的特定离子或分子浓度可以通过滴定来确定。因此，所提出的设备可以用于测量已经在烧杯中滴定的流体的电导率；可替代地，已知量的滴定剂可以储存在电池中，并且一旦将流体添加到电池中，就与该流体反应。滴定剂可以以固体形式储存在电池内的不同位置：电极上、亲水和/或多孔材料或电解质腔内、专用的额外亲水多孔膜中等。特定滴定剂和流体中存在的特定离子/分子之间的反应将导致电导率发生变化，即以特定方式影响电池性能。这种变化将允许确定或估计流体中存在的特定离子/分子含量。
根据另一实施例，在将流体引入电池之前，将酶、细菌或无机催化剂添加到流体中，或者可替代地将酶、细菌或无机催化剂储存在亲水和/或多孔材料或空容器/空腔中。酶、细菌或无机催化剂配置为与流体中存在的特定物质发生化学反应，并引起流体的电解电导率发生变化。
在又一个实施例中，在所提出的设备中，离子选择性膜包括在流体的入口点处或与电池接触处，使得引入电池中的流体在到达电池的电极之前流过膜或与膜接触。以这种方式，根据所使用的离子选择性膜的构型，将一组特定的离子截留在膜中，结果，改变了流体的电解电导率。这引起了电池性能的变化，从而可以确定液体样品中存在的离子的性质和数量。
根据第二方面，本发明还提供了一种用于感测流体的电解电导率的方法。该方法包括：将具有给定电解电导率的流体添加到包括氧化电极和还原电极的电池中，氧化电极和还原电极相隔一定距离并通过亲水和/或多孔材料或空容器连接，该空容器提供微流体腔；该电池在添加流体时被激活；当流体通过毛细管浸渍微流体腔时，该电池提供电能/电力；以及将至少一个仪器连接到电池。在所提出的方法中，仪器被设成使得其等效阻抗使得电池在特定的工作点工作，该工作点允许确定或区分流体的电解电导率值。此外，该仪器根据电池提供的能量来量化流体的电解电导率，从而通过电池的性能来推断流体的电解电导率。
根据一个实施例，该方法包括：通过在将流体添加到电池之前或之后添加一种或多种化学物质来调整或调节电池响应，以改变电池工作的电解电导率范围；在将流体添加到电池之前或之后添加盐来增加流体电解电导率以实现选择的灵敏度范围；或者在流体添加到电池或亲水性和/或多孔性材料或空容器中之前，向流体中添加酶或金属催化剂，以使酶或金属催化剂与流体中存在的特定物质反应，从而引起电解电导率发生变化。
根据另一实施例，该方法包括通过向亲水和/或多孔材料或空容器添加给定量的滴定剂来调整电池响应，以确定流体的特定离子或分子浓度。
附图说明
参考附图，从以下实施例的详细描述中，将更全面地理解前述和其它优点和特征，附图必须以说明性和非限制性的方式来考虑，其中：
图1示出了所提出的设备的示例，该设备包括液体激活的电池和连接到电池的仪器，该仪器被设成推断激活电池的流体/液体的电解电导率。
图2示出了考虑到本发明的教导的针对不同NaCl浓度的流体获得的I-V曲线。
图3示意性示出了电池中电极的两种可能构型。
图4示出了并联或串联连接的电池组。
图5A示出了根据本发明实施例的存储不同量滴定剂的n个电池的示例；图5B示出了每个电池的获得值。
图6A是根据本发明的实施例在所提出的设备中添加催化剂的示意图；图6B示出了通用校准曲线。
图7至图9示出了根据本发明的实施例的由所提出的设备获得的不同结果，该设备作为用于囊性纤维化诊断筛查的自供电皮肤贴片。
图10示出了在图7至图9的实施例中使用的电路示意图。
图11示意性地示出了贴片的正面，其产生了用于CF筛查的负结果(顶部)和正结果(底部)。
图12示意性地示出了用于获得自供电筛查贴片的不同层和部件。
图13示出了所提出的设备的实施例，该设备作为用于汗液监测的自供电传感器。
图14A和图14B示出了所提出的设备的另一实施例，作为用于测量水离子电导率的自供电传感器。
图15A和图15B示出了所提出的设备的另一实施例，该设备是用于泪液电导率测量的智能条形式。
图16A、16B、16C和16D示出了另一实施例，其中，两个电池集成在智能条中，用于泪液电导率测量。
具体实施方式
本发明提供了一种通过使用电池来测量流体10(或液体)的电解电导率的设备和方法。
从图1中可以看出，所提出的设备包括液体(或流体)激活的电池(其可以包括一个以上)和连接到电池1的仪器5。
电池1提供的电压首先取决于其电极2、3中涉及的电化学反应的热力学电压。然而，在实践中，该电压由于电极2、3处的电荷转移极化引起的超电势、内部欧姆电阻引起的电压降以及在高电流密度下由于集中极化损耗引起的电压降而降低。
当在中等电流密度下操作时(意味着电池1不受浓度损失的限制)，电池1的内阻主要取决于欧姆电阻元件(电极2、3和连接线)的电导率和电解质(即流体10的电解质)的离子/电解电导率。因此，对于电池材料和设计的特定构型，电池内阻将完全取决于注入其核心的流体10样品的电解电导率。
流体电解电导率对电池性能的影响可以通过例如恒电位或恒电流技术(线性扫描伏安法、计时电流法、计时电位法、电化学阻抗谱法)等众所周知的电化学表征技术来测试。也可以使用AC方法或电流中断测量等。当连接到固定或可变电阻负载时，也可以测量其产生的电压或电流。
与最先进的电导率传感器相比，所提出的设备具有两个主要优势：(1)其对电导率的响应可以用DC模式和AC方法来表征。DC方法允许简化操作仪器5所需的电子模块和功率要求；(2)如果需要，可以在不需要附加电源的情况下获得设备响应，因此其可以作为自供电传感器来操作。最后一个特征使得所提出的设备特别适合于在便携式和一次性应用中感测电解电导率，这是因为其不需要附加电源。
在一个实施例中，连接到电池1的所引用的仪器5是分析设备，其仅由电池1提供的电能供电，以便该仪器能够量化流体样品10的电解电导率。仪器5可以包括存储该量化的结果的存储器和/或可以包括向用户表达该结果的装置。在这种特殊情况下，由于整个仪器5仅利用电池1提供的电力操作，而没有任何外部电源，因此可以将其称为自供电设备。
此外，仪器5可以包括执行例如电源管理、信号控制和处理或电信等功能的电子模块(参见图13的特定实施例)。因此，仪器5可以实施任何电化学表征仪器来评估电池1的性能，并以这种方式量化所提供的流体10的浓度。在更优选的特定实施例中，仪器5被设成使得其等效阻抗使得电池1在特定的工作点工作，该工作点提供足够的灵敏度来区分流体10的电解电导率值。最后一个实施例是有利的，因为实施起来更节能、更简单且成本更低。
电解电导率的结果可以由仪器5通过射频等传输到外部设备(例如计算机、移动电话等)或者可以用用户感知的信号来表示，例如通过蜂鸣器、屏幕、显示器、指示器、警报器等的听觉或视觉指示器。
因此，这种类型的自供电设备可以用于分析和提供各种部门中流体样品的电解电导率的快速结果，例如医疗部门中的生理样品、环境监测部门中的水样品或食品部门中的饮料。
仪器5可以使用不同的制造技术(例如印刷电子工艺)来制造，因为它提供了兼容部件集成、低成本和一次性的优点。
电池1的响应可以通过不同的方式来调整，以便提高其性能来满足特定应用的要求。这些电池功率调整可以导致电压和电流输出的变化，从而改善所提出的设备测量范围及其灵敏度和特异性。下面，描述一些调整电池响应的可能方法。
在第一实施例中，电池响应根据其构型、材料和其它几何参数(例如电极反应面积、电极之间的间隔以及亲水和/或多孔材料或空容器的宽度、长度和高度)来调整。构成电池1的电极材料决定了电池1的热力学开路电压。阳极电极2可以由任何氧化还原物质、金属、合金或聚合物氧化材料组成，例如由蒽醌、紫精、TEMPO、钙、铁、钠、钾、锂、镉、铜、银、镁、锌、铝等组成。阴极电极3可以由任何氧化还原物质、金属、合金或聚合物还原材料组成，例如由吸气阴极、铁、钴、镍、苯醌、TEMPO、银、氧化银、过氧化银、氯化银、铜、氯化铜、锰、汞、铂、金或碳基(包括但不限于基于活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳糊、玻璃碳糊和玻璃碳等的电极)组成。
材料4可以是能够通过毛细作用吸收或保持流体的任何亲水和/或多孔材料。多孔材料包括但不限于毡、纸基材料，例如玻璃纤维基纸或纤维素-二氧化硅、凝胶、泡沫、布、海绵、陶瓷、过滤器、网、芯和聚合物。每种材料都具有对电池1的内阻有影响的电阻率、孔隙率、孔径和流体吸收能力(在纳升至毫升的范围内)。用于填充流体样品10的空容器/空腔(例如微通道)也是使两个电极2、3接触的可能的替代方案。
电极的反应面积和形状决定了电池1提供的电流。电极厚度对电池1的工作持续时间和电池1的内阻有影响。如图3所示，电极2、3可以以共面构型(并排)或夹层构型(面对面)放置。电极构型和电极之间的间隔也决定了电池1的内阻，从而决定了电池1的响应。在替代实施例中，在这种情况下，图中未示出，电极2、3以交叉构型布置。
几个电池1可以串联连接以增加输出电压，或者并联连接以增加输出电流，如图4所示。
在第二实施例中，通过添加化学物质来调整或进一步调整电池响应。待测量的流体样品10的性质可以通过在将流体样品10引入所提出的设备之前或之后添加化学物质来改变。以这种方式，可以改变电池1工作的电解电导率范围，或者可以执行离子或分子的特定检测。
在第三实施例中，通过添加盐来调整电池响应，以增加流体样品10的电解电导率。流体10的电解电导率取决于液体基质中存在的带电物质。电池1在一定的流体电导率范围内表现出灵敏度。这个范围可以通过调整前面详述的不同参数(电极组成、几何形状和间隔、亲水电解质区域的孔隙率和厚度等)来调整。除此之外，当待测量的流体样品10具有低于敏感范围的电解电导率时，添加盐(增加流体样品10的电解电导率以将其置于期望的敏感范围内)可能是有效的。盐可以在流体样品10倒入电池1之前添加，或者它们可以以固体形式储存在电池1的亲水和/或多孔材料或空容器4中，并在添加流体样品10时溶解。
在第四实施例中，所提出的设备用于进行原位电导滴定。在这种情况下，所提出的设备用于通过利用电导滴定技术中建立的原理来确定用于激活电池1的流体样品10中特定离子或分子的浓度。
在该技术中，已知含量和浓度的溶液用于确定未知溶液中存在的特定物质的浓度。通常，以受控方式将滴定剂(已知溶液)从滴定管添加到已知量的样品或分析物(未知溶液)中，直到反应完成。知道添加的滴定剂的体积就可以确定未知物质的浓度。通常，彩色指示器通常用于指示反应的结束。
电导滴定的原理是基于这样一个事实，即在滴定过程中，产生的反应使样品中的一种离子被另一种不同离子电导率的离子代替，结果是溶液的电导率在滴定过程中发生变化。离子也可以结合形成没有净电荷的稳定分子。电导率相对于添加到样品中的滴定剂的量的变化提供了关于先验未知浓度的有价值的信息。
图5中示出了这个第四实施例的一个特定示例。通过在亲水和/或多孔材料(例如，以膜的形式)4(图5a)内存储不同量的滴定剂，相同的n个电池1的矩阵可用于确定流体样品10的等当点。为激活电池1而添加的相同量的分析物或流体样品10将与不同量的滴定剂混合，并因此将产生不同的电解电导率。从每个电池1中提取所得的电解电导率，并且在类似于图5b的图形中描绘所获得的值，这将允许发现哪个电池1最接近等当点。知道存储在特定电池1中的滴定剂的量将允许确定流体样品10的未知浓度。这种方法也可以通过以下方式实现：固定所有电池1的滴定剂的量，但是调整膜4的体积，使得不同的样品体积存储在电池中。此外，滴定剂可能具有不同的性质，因此电池矩阵将允许检测同一样品中的不同分析物。
在第五实施例中，通过添加催化剂来调整电池响应。引入到电池1中的流体样品10的电解电导率可以通过添加与流体样品10中存在的特定物质反应的酶、细菌或无机催化剂来改变。催化剂可以在其引入电池1之前与流体样品10混合，或者可以以固体形式储存在电池1内的不同位置：固定在电极2、3上，在亲水和/或多孔材料或电解质腔4内，或者在专用的多孔膜中。引起电解电导率变化的主要来源是离子基团的产生或中和、不同电荷的分离、离子迁移、离子粒子缔合水平的变化或带电基团大小的变化。该过程允许确定流体样品10中特定物质(将由催化剂特别识别)的存在。在电池矩阵中结合这种策略将允许量化特定物质的浓度。
图6中示出了第五实施例的特定示例。脲酶固定在电池1的亲水和/或多孔材料4(例如以膜的形式)内。含有尿素的流体样品10用于激活电池1。尿素存在时，脲酶会将分子分解成两种不同的离子。将发生的反应是：
CO(NH2)2+H++2H2O→2NH4 ++HCO3 -
新的带电物质的产生改变了流体样品10的电解电导率。电解电导率值的变化将取决于酶活性和尿素浓度。比较两个相同电池1的性能，一个没有脲酶，另一个有储存在膜4中的脲酶，将允许检测纯粹由于脲酶活性引起的电导率的变化(参见图6a的概念示意图)。使用不同的电池并将它们性能与不含酶的电池进行比较，可以校准流体样品10中电解电导率相对于尿素浓度的变化。图6b示出了通用校准曲线。这个想法可以扩展到其它种类的催化剂和酶，以便执行不同的感兴趣的分析物的检测。
在第六实施例中，电池1连接到稳压器，稳压器测量电池1的电压电流特性，并从中导出电解电导率。稳压器可以通过电池1或通过外部电源产生的电能供电。
在一个实施例中，所提出的设备基于纸电池。本实施例的电池1包括尺寸为2.5×5mm2的两个共面电极2、3，每个电极由安装在压敏粘合剂层的顶部并且彼此间隔1.5mm的镁(阳极)和氯化银(阴极)制成。电极2、3在这种情况下并排放置，并且它们之间的区域由两层玻璃纤维基纸覆盖，两层玻璃纤维基纸的总厚度为0.5mm，并且面积为60mm2。纸张4允许容纳15μL的流体体积。当待表征的流体样品10沉积在纸4上时，通过毛细管进行吸收，直到纸4完全饱和。如前所述，该流体样品10起到电池电解质的作用，并且其电解电导率对电池性能具有重要影响。一旦纸4完全充满流体样品10，电池操作开始。该电池1的基本电化学过去已经用于所谓的海水激活的电池。纸电池中参与的反应如下：
阳极：Mg(s)→Mg2+(aq)+2e-
阴极：AgCl(s)+e-→Ag+(s)+Cl-(aq)
总反应：Mg(s)+2AgCl(s)→Mg2+(aq)+2Cl-(aq)+2Ag(s)
该电池的标准电压为2.59V。然而，中性介质中的开路电压(open-circuitvoltage，VOC)设定在1.5-1.7V左右。这种与理论电压的偏差是由于镁膜上氧化层的堆积导致的高极化电压。为了测试电解电导率对电池1的性能的影响，在纸芯填充含有不同氯化钠NaCl浓度的水基溶液后，记录电池1的I-V曲线，该氯化钠NaCl浓度将液体电解电导率设定为1.0mS·cm-1、5mS·cm-1、10mS·cm-1和20mS·cm-1。图2示出了获得的I-V曲线。在该图中还表示了功率与强度的关系，以便可视化流体电解电导率对电池1产生的功率的影响。
极化曲线显示，如预期的，用作电解质的流体样品10的电解电导率对电池的电阻率有明显的影响。这可以在曲线的欧姆区域(0.2mA以上的电流)清楚地观察到。在低电流值下(接近OCP电压)，可以观察到与阳极2中预先存在的氧化镁钝化层相关的大的活化损失。这种钝化层的效果在增加电解电导率时变得不太明显，主要是由于氯离子的存在增加了阳极溶解动力学的速率这一事实。在较高的电流密度下，由于在阴极3氯化银AgCl还原反应速率的限制，电池1显示出浓度损失。
在一个实施例中，所提出的设备是用于诊断筛查汗液中囊性纤维化(cysticfibrosis，CF)疾病的自供电皮肤贴片。已证明汗液电解电导率的测量是区分CF和非CF受试者的可靠方法。在这种应用中，电解电导率是以毫摩尔当量的NaCl测量的，这意味着汗液的电解电导率值等于具有这种特定摩尔浓度的NaCl溶液的电解电导率。公认的是，超过60mM当量值的NaCl被认为是异常的。目前，通过使用包含与皮肤接触的毛细管的专用塑料设备从患者的手臂提取流体样品10来进行汗液测试。一旦通过毛细管收集了足够的流体样品10(即毛细管充满)，必须将汗液转移到注射器中，然后引入到台式测量设备中，该设备用AC方法测量其电解电导率。该贴片优选设计成放置在患者的前臂上，并且在汗液的电解电导率水平异常的情况下产生“正”结果。贴片保持静止，直到汗液(即液体样品10)由与皮肤接触的纸区域吸收。收集的汗液充当电池电解液。电池1将产生与汗液样品10的电解电导率成比例的电能，从而可以以精确的方式推断该电解电导率。流体10的电能和电解电导率的线性范围取决于用于制造电池1的特定几何形状和材料。
测试结果的可视化是用两个电致变色显示器19(参见图12的示例或图14、15或16)实现的，一个面板/显示器评估贴片是否正常工作，并且一个测试显示器在汗液电解电导率高于60mM当量氯化钠NaCl浓度(这被认为是CF测定的阈值)时，显示“正”字。在本文使用的显示器在施加低至0.6V的电压和700nm的电流时打开。因此，为了确保控制显示器在最低电解电导率值为5mM时打开，贴片使用了两个串联的感应电池。图7示出了室温下不同NaCl浓度下用电池组获得的极化曲线。
电池1通过连接固定的电阻值R负载来操作。R负载的值固定为2kΩ，该值是通过设置最小电阻率值来确定的，当电池1在5mM的NaCl下工作时，该最小电阻率值产生0.6V的电压(图7示出了电池1的极化曲线与所选择的R负载之间的交集)。如图8所示，在电解液中NaCl的浓度达到最高60mM之前，电池输出电压与电解液中NaCl的浓度成正比，但是电池输出电压继续响应高达应用所需浓度范围的电解电导率变化。为了表征用于筛查目的的所提出的设备的性能，可以遵循临床和实验室标准协会规定的定性测试性能评估用户协议(EP12-P)，该协议建议在阈值(60mM)和对应于减去该阈值的20％得到的截止值(48mM)下对传感器性能进行统计研究。图7突出示出了在浓度和电池组在所选择的R负载下所产生电压两者下的极化曲线。根据该协议的推荐程序，测量了40个不同电池的阈值和截止值，记录了它们的极化曲线，并且获得了电池电压值的高斯分布。图9示出了获得的结果。由于我们希望所提出的设备在60mM时产生95％的正结果，所以电池组的阈值电压设置为1.26V。
为了区分电池1提供的电压低于和高于阈值电压值，设计了一种仪器(或电子电路)，其具有最少数量的部件，这些部件必须利用电池传感器提供的电力来操作，而不需要任何外部电源的帮助。图10示出了电路的示意图。该电路使用MOSFET晶体管来区分由电池1在R负载(该电阻值在电阻R1和R2之间分配)下产生的电压。校准R2值，因此当电池1提供的电压低于阈值时，V2<V栅极并且没有电流i正流向正显示器。相反，当电池1产生超过阈值的值时，V2大于V栅极，这允许足够的电流流向正显示器。除了这几个部件之外，显示器上还串联了两个二极管，以防止电池停止工作时放电。图12示出了所有不同层和用于获得自供电筛查贴片的部件的分解图，即皮肤友好粘合剂20、电致变色显示器19、混合印刷电子电路18和纸基电池1。
现在参考图13，其中，示出了所提出的设备的另一实施例，在这种情况下是用于汗液监测的自供电皮肤贴片的形式，以评估在长达3或4小时的时间内处于身体压力下的赛跑运动员或其它个体的水合状态。身体体温调节出汗允许身体散热并调节身体核心温度。通过出汗，热量从身体传递到皮肤表面的水。在高强度活动中，排汗量超过液体摄入量，这不仅会导致身体水分不足，还会导致身体电解质、主要是钠和氯化物的不足。由于流体10的量及其离子组成可以与运动员的水合状态直接相关，因此所提出的设备旨在连续监测汗液电解电导率。该设备附着在运动员的皮肤上，并且当汗液开始产生时，汗液被收集起来，测量其电解电导率，并将值记录在存储器中，然后将值发送到外部无线系统，该系统接收自供电皮肤贴片发出的信号。自供电皮肤贴片包括纸基电池1、多孔微流体结构(或通道)21、皮肤友好粘合剂24和仪器，该纸基电池的功率输出直接取决于汗液(即流体样品10)的电解电导率，该多孔微流体结构(或通道)以连续方式将从皮肤吸收的汗液流导向电池多孔芯，该皮肤友好粘合剂允许将设备固定到皮肤，该仪器连接到电池1，在这种情况下，包括微处理器22，用于信号监测和记录，包括RFID芯片23和天线25，用于将信号发送到外部设备(例如RFID读取器)。可替代地，记录在微处理器22中的信息可以通过外部RFID读取器(例如，地板带26)或具有NFC能力的读取器设备来检索。
图14示出了所提出的设备的另一实施例，在这种情况下是用于测量水离子电导率的自供电设备的形式。灌溉用水的离子电导率(也称为盐度)在农业中起着重要作用，因为水中容许盐含量的量取决于种植的作物。该参数表示水中存在的盐的量，该盐是由于岩石中矿物质的溶解或与生物活动(植物或动物)的存在相关联的生物化学循环的贡献产生的。该实施例的设备包括放置在刚性基板上的纸基电池1的串联连接的一个或多个单元。电池1连接到一个或多个微流体纸基通道，该通道以样品收集垫结束，待分析的水10倒入其中。可替代地，收集区可以浸入待分析的水10中，并且然后通过毛细管驱动到电池芯。电池或电池组连接到电阻负载(即仪器5)，该电阻负载根据电解电导率值将电池1设置在特定的工作点(电压和电流)。电压或电流水平由一组电子元件(晶体管、电阻开关等)来区分，该组电子元件在电压或电流超过预定阈值时启用。此外，一组显示器19连接到仪器5，其中，当启用仪器5时，可以打开每个显示器。以这种方式，在显示器19中可以光学可视化的不同水平内区分电解电导率值的结果。
参照图15，其中，示出了所提出的设备的另一实施例，在这种情况下，该设备是用于泪液电导率测量的智能条形式。泪液渗透压是诊断和监测干眼症的相关参数。
渗透压定义为每升溶质浓度的量度。泪液渗透压取决于泪液分泌和从眼睛蒸发的速度。在干眼症中，随着泪液分泌的减少，渗透压和泪液的传导性增加，因为等渗泪液的体积不足以克服主要由蒸发造成的流体损失。该实施例的设备(参见图15A)由空毛细管或纸基微流体通道4组成，该通道从眼睛31收集泪液样品10，并将其导向纸基电池1，该电池在泪液样品10到达时被激活。电池1可连接(参见图15B)到仪器5，该仪器包括电子电路18，该电子电路将电池1设置在取决于泪液电解电导率的操作点，因此允许识别泪液电解电导率值(或范围)。电子电路18包含微处理器(未示出)，以处理来自电池1的信号。显示元件19将结果传达给用户。
在图16中，示出了另一实施例，其中，两个电池1a和1b集成在用于泪液电解电导率测量的智能条中。参见图16A，该实施例的设备包括两个空毛细管或纸基微流体通道4a和4b，其从每只眼睛31a、31b收集泪液样品10(图16B和图16C)，并将泪液样品引向两个电池1a、1b，当泪液样品10a和10b到达电极2a至3a和2b至3b时，这两个电池被激活。两个电池1a、1b都连接到仪器5，该仪器包括电子电路18，该电子电路将电池1a、1b设置在取决于泪液电解电导率的操作点，并处理来自两个泪液样品10a和10b的泪液电解电导率值(或范围)。显示元件19将结果传达给用户(图16D)。
本发明的范围由以下权利要求组限定。

Claims (15)

1.一种用于感测流体的电解电导率的设备，所述设备包括：
-至少一个电池(1)，包括氧化电极(2)和还原电极(3)，所述氧化电极(2)和所述还原电极(3)隔开一定距离并通过亲水和/或多孔材料或空容器(4)连接，所述空容器(4)为流体(10)提供微流体腔，所述电池(1)在添加所述流体(10)时被激活，所述电池(1)在所述流体(10)通过毛细管浸渍所述微流体腔时提供电能；以及
-连接到所述电池(1)的至少一个仪器(5)，
其特征在于，所述仪器(5)被设成使得其等效阻抗使得所述电池(1)在特定的工作点工作，所述特定的工作点允许确定或区分所述流体(10)的电解电导率值；并且包括用于量化所述流体(10)的所述电解电导率的装置，从而通过所述电池(1)的性能推断所述流体(10)的所述电解电导率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电池(1)是纸基电池。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述流体(10)是水基流体，包括普通水、河水、包括果汁或牛奶的饮料、墨水或包括唾液、尿液、血液、精子、血浆、血清、粘液、泪液、粪便或汗液的生物流体，或者包括离子液体的非水液体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述仪器(5)还包括一个或多个电子模块，所述一个或多个电子模块配置为执行功率管理功能、对从电池(1)捕获的电信号的信号控制和处理功能或电信功能。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述仪器(5)还包括存储所述量化的结果的存储器，和/或将所述结果传输到外部设备的通信单元，和/或包括听觉和/或视觉指示器的指示器，所述听觉和/或视觉指示器包括蜂鸣器、屏幕、显示器或警报器以指示所述结果。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体(10)的电解电导率通过直流DC模式方法确定，并且其中，所述仪器(5)配置为仅通过所述电池(1)提供的一定量的电能供电。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体(10)的电解电导率由直流DC模式方法确定，并且其中，所述仪器(5)配置为仅由外部电源，或通过所述电池(1)提供的一定量的电能和来自外部电源的一定量的能量供电。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体(10)的电解电导率通过交流模式方法确定，并且其中，所述仪器(5)配置为仅通过所述电池(1)提供的一定量的电能供电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电池(1)的所述氧化电极(2)和所述还原电极(3)并排、面对面或以交叉构型布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括串联连接以增加输出电压或并联连接以增加输出电流的几个电池(1a、1b)。
11.根据权利要求1、9或10所述的设备，其中，所述亲水性和/或多孔性材料或空容器(4)包括给定量的滴定剂，从而可以确定所述流体(10)的特定离子或分子浓度。
12.根据权利要求1、9或10所述的设备，其中，所述亲水性和/或多孔性材料或空容器(4)包括酶、细菌或无机催化剂，所述酶、细菌或无机催化剂配置为与所述流体(10)中存在的特定物质反应，所述特定物质导致所述流体(10)的所述电解电导率的变化。
13.根据权利要求1所述的设备，还包括离子选择性膜。
14.一种用于感测流体的电解电导率的方法，所述方法包括：
-将流体(10)添加到电池(1)中，所述电池(1)包括氧化电极(2)和还原电极(3)，所述氧化电极(2)和所述还原电极(3)隔开一定距离并通过亲水和/或多孔材料或空容器(4)连接，所述空容器(4)提供微流体腔，当将所述流体(10)添加到所述微流体腔中时，所述电池(1)被激活；
-所述电池(1)在所述流体(10)通过毛细管浸渍所述微流体腔时提供电能；以及
-将至少一个仪器(5)连接到电池(1)，
其特征在于：
-所述仪器(5)被设成使得其等效阻抗使得所述电池(1)在特定的工作点工作，所述特定的工作点允许确定或区分所述流体(10)的电解电导率值；并且所述方法还包括：
-所述仪器(5)通过电池(1)提供的能量量化所述流体(10)的所述电解电导率，从而通过所述电池(1)的性能推断所述流体(10)的所述电解电导率。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括通过以下方式调整电池响应：
-在将所述流体(10)添加到所述电池(1)之前或之后添加一种或多种化学物质，以改变所述电池(1)工作的电解电导率范围；或者
-在将所述流体(10)添加到所述电池(1)之前或之后添加盐，以增加所述流体(10)的所述电解电导率，从而达到选择的灵敏度范围；或者
-在将所述流体(10)添加到所述电池(1)或所述亲水性和/或多孔性材料或空容器(4)之前，向所述流体(10)中添加酶、细菌或无机催化剂，以使所述酶或金属催化剂与所述流体(10)中存在的特定物质反应，导致所述电解电导率发生变化；
-向所述亲水和/或多孔材料或空容器(4)中添加给定量的滴定剂，以确定所述流体(10)的特定离子或分子浓度；或者
-添加离子选择性膜。
CN201980031814.2A 2018-03-12 2019-03-11 一种用于感测流体的电解电导率的设备和方法 Pending CN112105921A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18382158.6 2018-03-12
EP18382158.6A EP3540419A1 (en) 2018-03-12 2018-03-12 A device and a method for sensing the conductivity of a fluid
PCT/EP2019/056053 WO2019175119A1 (en) 2018-03-12 2019-03-11 A device and a method for sensing the conductivity of a fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112105921A true CN112105921A (zh) 2020-12-18

Family

ID=61768228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980031814.2A Pending CN112105921A (zh) 2018-03-12 2019-03-11 一种用于感测流体的电解电导率的设备和方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20200400596A1 (zh)
EP (2) EP3540419A1 (zh)
JP (1) JP7179078B2 (zh)
CN (1) CN112105921A (zh)
AU (1) AU2019236408B2 (zh)
ES (1) ES2906160T3 (zh)
MX (1) MX2020009427A (zh)
WO (1) WO2019175119A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111443243B (zh) * 2020-03-17 2022-07-05 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池粘结剂电导率的检测方法
US20230157587A1 (en) * 2020-04-21 2023-05-25 The Regents Of The University Of California A wearable patch for continuous analysis of sweat at a naturally secreting rate
DE102020213033A1 (de) 2020-10-15 2022-04-21 John Curtin Verfahren zum Betreiben einer Batteriezelle, entsprechende Batteriezelle sowie Batteriezellenanordnung
TWI759927B (zh) * 2020-10-28 2022-04-01 國立清華大學 感測單元與感測裝置
WO2023194002A1 (en) * 2022-04-05 2023-10-12 Unilever Ip Holdings B.V. Oral care measuring device and method

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040245101A1 (en) * 2001-08-29 2004-12-09 Itamar Willner Self-powered biosensor
CN1613161A (zh) * 2002-01-08 2005-05-04 异能公司 储备电池
TW200830615A (en) * 2006-09-19 2008-07-16 Caleb Technology Corp Forming solid electrolyte interface layer on lithium-ion polymer battery electrode
JP2009300271A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Ibaraki Univ バイオ光化学セル及びモジュール及び分析計及び教材とそれらの利用方法
US20100213057A1 (en) * 2009-02-26 2010-08-26 Benjamin Feldman Self-Powered Analyte Sensor
CN102760893A (zh) * 2012-06-25 2012-10-31 南昌大学 一种液体活化镁锰纸电池及其制备方法
US20130057295A1 (en) * 2011-08-31 2013-03-07 Instituto Mexicano Del Petroleo Modular device to measure ionic, electronic and mixed conductivity in polymeric and ceramic membranes
US20140349211A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Nokia Corporation Proton-Battery Based on Graphene Derivatives
CN104508889A (zh) * 2012-06-20 2015-04-08 西班牙高等科研理事会 燃料电池及包含该燃料电池的分析装置
US20160223490A1 (en) * 2013-10-09 2016-08-04 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods for analyte detection

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0424442Y2 (zh) * 1986-12-11 1992-06-09
CN2042993U (zh) * 1988-05-05 1989-08-16 王锦化 三功能声光显示离子导电测试仪
JPH11142355A (ja) * 1997-11-05 1999-05-28 Yokogawa Electric Corp 導電率測定装置
JP2881583B1 (ja) 1998-02-04 1999-04-12 三和ニューテック株式会社 無線式介護補助装置
CN100405051C (zh) 2001-05-30 2008-07-23 爱-森斯株式会社 生物传感器
FI113417B (fi) 2001-10-19 2004-04-15 Vaisala Oyj Vesiaktivoitava paristo
JP2006064499A (ja) 2004-08-26 2006-03-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 塩化水素濃度測定装置及び方法
KR20060023228A (ko) 2004-09-09 2006-03-14 이기방 다공질물질을 가지는 배터리와 배터리제조방법
WO2007059589A1 (en) 2005-11-25 2007-05-31 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A water activated system including a flexible substrate
US20100203394A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 In Tae Bae Thin metal-air batteries
DE102011080517A1 (de) 2011-08-05 2013-02-07 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messaufnehmer zur Bestimmung einer eine Aktivität eines Ziel-Ions in einem Messmedium repräsentierenden Messgröße
JP2014534288A (ja) 2011-11-25 2014-12-18 トンジ ユニバーシティＴｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 鉛イオンを検出するための組成物および方法
US9383332B2 (en) 2013-09-24 2016-07-05 Lifescan Scotland Limited Analytical test strip with integrated battery
US10128512B2 (en) 2014-04-15 2018-11-13 North Carolina Agricultural And Technical State University Paper-based magnesium battery and the use thereof
US9506908B2 (en) * 2014-10-06 2016-11-29 Alveo Technologies, Inc. System for detection of analytes
JP6782968B2 (ja) 2016-08-26 2020-11-11 国立大学法人東京海洋大学 電極およびバイオセンサ

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040245101A1 (en) * 2001-08-29 2004-12-09 Itamar Willner Self-powered biosensor
CN1613161A (zh) * 2002-01-08 2005-05-04 异能公司 储备电池
TW200830615A (en) * 2006-09-19 2008-07-16 Caleb Technology Corp Forming solid electrolyte interface layer on lithium-ion polymer battery electrode
JP2009300271A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Ibaraki Univ バイオ光化学セル及びモジュール及び分析計及び教材とそれらの利用方法
US20100213057A1 (en) * 2009-02-26 2010-08-26 Benjamin Feldman Self-Powered Analyte Sensor
US20130057295A1 (en) * 2011-08-31 2013-03-07 Instituto Mexicano Del Petroleo Modular device to measure ionic, electronic and mixed conductivity in polymeric and ceramic membranes
CN104508889A (zh) * 2012-06-20 2015-04-08 西班牙高等科研理事会 燃料电池及包含该燃料电池的分析装置
CN102760893A (zh) * 2012-06-25 2012-10-31 南昌大学 一种液体活化镁锰纸电池及其制备方法
US20140349211A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Nokia Corporation Proton-Battery Based on Graphene Derivatives
US20160223490A1 (en) * 2013-10-09 2016-08-04 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods for analyte detection

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯彩梅 等: "半固态锂电池电极浆料导电性能的评价方法研究", 功能材料, vol. 48, no. 05, pages 5011 - 5015 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200400596A1 (en) 2020-12-24
MX2020009427A (es) 2020-11-24
WO2019175119A1 (en) 2019-09-19
ES2906160T3 (es) 2022-04-13
JP2021517247A (ja) 2021-07-15
EP3676606B1 (en) 2021-11-03
AU2019236408A1 (en) 2020-10-15
EP3540419A1 (en) 2019-09-18
EP3676606A1 (en) 2020-07-08
AU2019236408B2 (en) 2024-05-16
JP7179078B2 (ja) 2022-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3676606B1 (en) A device and a method for sensing the conductivity of a fluid
van de Velde et al. Solid contact potassium selective electrodes for biomedical applications–a review
JP5022033B2 (ja) 電気化学的特性のアッセイのための方法および装置
US20140012114A1 (en) Monitoring of Fluid Content
US6217744B1 (en) Devices for testing fluid
US6046051A (en) Method and device for measuring blood coagulation or lysis by viscosity changes
US7189314B1 (en) Method and apparatus for quantitative analysis
US20100200400A1 (en) Embedded bodily fluid analysis device
Yang et al. Digital pH test strips for in-field pH monitoring using iridium oxide-reduced graphene oxide hybrid thin films
KR101685234B1 (ko) 바이오센서용 언더필 인식 시스템
KR20030038664A (ko) 화학 반응 속도를 측정하기 위한 전기화학법
US6730201B1 (en) Electronic tongue
EP1151268B1 (en) Method and device for measuring blood coagulation or lysis by viscosity changes
Zdrachek et al. Solid-contact potentiometric cell with symmetry
CA2886446A1 (en) System and method for determining hematocrit insensitive glucose concentration
CN105026921B (zh) 分析物检测仪表和相关使用方法
Punter-Villagrasa et al. Amperometric and impedance monitoring systems for biomedical applications
Li et al. Potential of a simple lab-on-a-tube for point-of-care measurements of multiple analytes
EP1482296B1 (en) Method and device for measuring blood coagulating or lysis by viscosity changes
KR102527686B1 (ko) 이온 농도 모니터링용 디바이스 및 이의 제조 방법
US20220170878A1 (en) Device and procedure for the quantification of the concentration of analytes in a sample
Guagneli et al. Novel design of a planar flow-through potentiometric sensor
CN114765946A (zh) 受试者汗液中化学物质的检测
WO2016038529A1 (en) Device and method for non-enzymatic and electrochemical detection of glucose bioanalyte
Sharma et al. Multimodal simultaneous amperometry and electrochemical impedance spectroscopy measurement for biosensing applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination