CN114096854A - 传感器装置 - Google Patents

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F.阿斯
O.H.詹森
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Abstract

本公开涉及一种传感器装置，包括：具有至少第一壁的测量室，该测量室包括多个分析物传感器；其中当流体容纳在测量室内时，测量室允许待分析流体与多个分析物传感器中的每个相互作用；该测量室具有配置为接收待分析流体的入口和配置为允许流体在与多个分析物传感器相互作用之后离开测量室的出口；该测量室限定用于容纳待分析流体的样品体积，该样品体积至少在入口和出口之间延伸；加热元件，其配置为加热容纳在测量室内的流体。

Description

传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器装置及包括这样的传感器装置的分析仪设备。
背景技术
借助于相应的分析物传感器测量流体样品中分析物的物理参数的分析仪广泛用于各种行业，例如食品行业、环境行业以及医疗和临床行业。
这种分析仪通常包括传感器装置，其具有用于容纳待分析样品的测量室。测量室可以具有分布在整个测量室中的多个分析物传感器。
为了确保准确和精确的结果，这种传感器装置的性能需要对待分析样品进行足够精确的温度控制。
为此，已知的传感器装置包括加热元件。
在WO2017120464中公开了包括加热元件的传感器装置的示例。
通常希望将传感器装置的生产成本保持在低水平，或者甚至降低生产成本。这是特别理想的，因为传感器装置通常具有有限的寿命，并且作为可更换部件提供。
然而，重要的是传感器装置提供准确、精确和可靠的测量结果。由于许多传感器的操作对样品温度敏感，因此希望在整个测量室中保持均匀的温度，该测量室具有分布在整个测量室中的多个分析物传感器。
分析仪系统的准确和精确操作在临床分析应用中尤其重要，用于分析体液(比如全血)中分析物的物理参数。除了准确度、精确度和可靠性要求之外，这种用于临床应用的分析仪系统还受到进一步的严格限制，例如分析时间短，即从施加样品到获得测量结果的时间短，以及能够从非常小的样品体积提供高度可靠的结果。
所有这些限制的组合在血液分析仪中特别相关。血液分析仪提供各种参数的测量，用于分析哺乳动物受试者的血液，例如用于建立和/或监测受试者的生物状况。通常，哺乳动物受试者是人类患者。在各种情况下，希望测量例如哺乳动物受试者的全血样品中的血液气体分压、血液样品中电解质和代谢物的浓度以及血液样品的血细胞比容值。例如，测量pCO2,pO2,pH,Na+,K+,Ca2+,Cl-,Mg2+、葡萄糖、乳酸盐、肌酐、尿素和血红蛋白以及血红蛋白衍生物的值是评估患者病情的主要临床指标。目前有许多不同的分析仪用于进行这种测量。
为了在进行的每次分析中尽可能少地使用患者的血液，需要提供相对较小的测量室来容纳待分析样品，并提供多个分析物传感器，以便能够确定使用同一样品的多次测量。当必须在相对短时间量内采集相对大量的样品时，或者如果血液量有限时，例如在新生儿中，使用少量血液样品进行血液分析是很重要的。例如，重症监护中的患者可能需要每天多达15-20个样品的采样频率来进行血气和临床化学测量，这可能导致患者评估期间大量失血。此外，为了限制必须进行的测试数量，希望在每次测试完成后收集尽可能多的信息。此外，出于同样的原因，重要的是从这些测量中获得的测量和相应的分析结果是可靠的。在临床环境中，分析单个样品所需的时间尽可能短也很重要，因为关键的临床决策可能取决于对测量结果的了解。此外，如果分析仪能够以高通量运行，则有利于分析仪的有效使用。
因此，仍然希望提供满足一个或多个上述目标的改进的传感器装置，或者至少提供已知传感器装置的合适替代物。
发明内容
根据第一方面，本文公开了一种传感器装置的实施例，包括：
-具有至少第一壁的测量室，该测量室包括多个分析物传感器；其中当流体容纳在测量室内时，测量室允许待分析流体与多个分析物传感器中的每个相互作用；该测量室具有配置为接收待分析流体的入口和配置为允许流体在与多个分析物传感器相互作用之后离开测量室的出口；该测量室限定用于容纳待分析流体的样品体积，该样品体积至少在入口和出口之间延伸；以及-加热元件，其配置为加热容纳在测量室内的流体，
其中，加热元件配置成在测量室的入口附近比在测量室的出口附近提供更大的加热效果。
事实证明，提供加热元件，该加热元件配置为在测量室的入口附近比在测量室的出口附近提供更大的加热效果，从而在多个分析物传感器上提供更均匀的温度分布，从而有利于所有分析物传感器的准确和精确测量，同时保持相对低的生产成本和短的测量周期时间。具体而言，本文描述的传感器装置的实施例在整个测量室中，或者至少沿着入口和出口之间的样品流体的流动路径，提供均匀的样品温度。此外，本发明的一些实施例提供了增加每个加热元件的样品温度的均匀性。因此，可以用较少数量的加热元件实现测量室中类似的温度均匀性。这又降低了制造复杂性和成本。
由加热元件的一部分提供的加热效果可以由贯穿一个测量周期提供的加热效果来限定，即从样品开始通过入口进入测量室时直到样品已经通过出口离开测量室。为此，加热元件可以配置成在测量室入口附近比在测量室出口附近提供更大的加热功率，即每单位时间更大的加热效果。
响应于流体与分析物传感器的相互作用的传感器装置的测量结果通常依赖于温度。因此，准确可靠的测量结果通常要求流体具有预定的温度。例如，对于体液，要进行测量的温度通常被指定为对应于体温的范围，例如在35℃和40℃之间、在36℃和39℃之间、在36℃和38℃之间或约37℃。然而，在其他实施例中可以使用其他目标温度。
在一些实施例中，当进入测量室时，流体的样品温度低于要执行测量的目标温度。此外，当流体样品被插入分析仪时，其初始温度可能会变化。例如，流体样品在插入分析仪时可能具有不同的室温，或者它们可能被冷藏。即使在流体在进入测量室之前被分析仪预热的实施例中，当流体进入测量室时，流体的样品温度通常仍低于目标温度。
分析物传感器可以位于相应的位置，分布在测量室中，例如分布在整个测量室中或仅分布在测量室的一部分中。在一些实施例中，测量室内的流体温度在整个测量室中，至少在测量室中分析物传感器所在的部分上应尽可能均匀。发明人已经认识到，加热效果的不均匀分布导致流体在测量室中更均匀的温度分布，特别是沿着入口和出口之间限定的流动路径。特别地，在入口附近提供比出口附近更高的加热效果有助于避免样品一旦接近出口就过热。提供不均匀的加热效果允许样品与多个分析物传感器在均匀的样品温度下相互作用，同时避免由于例如获得热平衡或样品和/或测量室的长时间预热而延长处理时间。
测量室可以具有各种形状和尺寸，例如圆柱形、箱形等。测量室可以是细长室，具有入口所在的入口端和出口所在的出口端。通常，至少在测量室的填充和排空过程中，样品沿着从入口朝向出口的方向流动。测量室在测量室的入口和出口之间限定流动路径。流动路径具有限定在入口和出口之间的长度。在一些实施例中，流动路径的长度在穿过流动路径的一个或两个其他方向上大于测量室的尺寸，即大于测量室的宽度和/或高度。例如，测量室可以具有毫米和/或亚毫米范围内的横截面尺寸。
测量室限定样品体积，其可以由测量室的一个或多个壁限定。例如，测量室可以由椭圆形壁限定。在其他示例中，测量室可以是圆柱形室，其中第一壁是管状壁。在其他实施例中，传感器装置包括测量室的与第一壁相对的至少第二壁。例如，第一和第二壁可以是平面的或弯曲的壁，并且测量室可以限定在第一和第二壁之间。入口和出口之间的流动路径可以是线性的、弯曲的、蜿蜒的和/或具有不同的形状。加热元件配置成沿着流动路径的靠近入口的第一部分提供较大的加热效果，并且沿着流动路径的在第一部分的下游并靠近出口的第二部分提供较小的加热效果。在一些实施例中，加热元件配置为仅沿着流动路径的第一部分提供加热效果，而沿着第二部分基本不提供加热效果。
通常，测量室可以沿着流动路径具有均匀的宽度和/或高度。可替代地，测量室可以沿着流动路径具有不均匀的宽度和/或不均匀的高度。例如，测量室可以具有例如围绕分析物传感器的一个或多个加宽或变窄。
类似地，分析物传感器可以附接或集成到测量室的一个或多个壁中。例如，分析物传感器可以包括通过附接或集成到壁的传感器等而沉积在测量室壁上的材料。
当加热元件位于测量室的一个或多个壁上时，可以实现将流体样品快速、可靠和可再现地调节到期望的目标温度，其中可以进行分析测量。为此，加热元件可以物理地附接或集成到测量室的一个或多个壁。通过将至少一个加热元件物理附接到测量室的至少一个壁，或者通过将至少一个加热元件与测量室的至少一个壁集成，可以实现加热元件和测量室内的流体样品之间的良好热传递，从而确保热能从加热元件到流体样品的快速且可再现的传递。虽然热损失是不可避免的，但加热元件与测量室的至少一个壁的物理附接或者加热元件与之的集成提供了良好控制的加热机制，其中传递到样品的热量系统地与加热元件产生的热量相关联，并且进一步与加热元件消耗的功率/能量相关联。加热元件可以各种方式附接或集成到壁，例如印刷、结合、胶粘等。加热元件可以设置在一个以上壁处，例如在第一和第二壁处，或者在第一和第二壁以及至少一个任何另外的壁处。可替代地，加热元件可以仅设置在第一壁处。
通常，根据第二方面，本文公开了一种传感器装置的实施例，包括：
-具有至少第一壁和与第一壁相对的第二壁的测量室，该测量室包括多个分析物传感器；其中当流体容纳在测量室内时，测量室允许待分析流体与多个分析物传感器中的每个相互作用；该测量室具有配置为接收待分析流体的入口和配置为允许流体在与多个分析物传感器相互作用之后离开测量室的出口；该测量室限定用于容纳待分析流体的样品体积，该样品体积至少在入口和出口之间延伸；以及
-加热元件，其配置为加热测量室中的流体，
其中，加热元件仅设置在所述第一壁处。
已经发现，将加热元件仅设置在第一壁处，特别是仅在测量室的单侧，以提供足够均匀的热分布，同时保持低制造成本和短测量周期时间。
参照本发明的第一方面公开的实施例及其组合同样可以应用于本发明的第二方面，反之亦然。
在一些实施例中，第一壁具有面向第二壁的第一表面和与第一表面相对并背离第二壁的第二表面；其中加热元件设置在第一壁的第二表面处，例如设置在第一壁上或集成到第一壁中。因此，实现了对测量室内容物的特别有效的加热。
通常，加热元件可以是配置为向测量室中的样品流体散热的任何合适的元件。
加热元件可以是加热系统的一部分。加热系统可以包括加热元件和其他部件，例如温度控制电路和/或温度传感器和/或附加电路。例如，附加电路可以包括电触点和连接线，用于将加热元件与温度控制电路电连接。温度控制电路可以包括用于控制加热元件的加热效果的电路或装置，例如基于温度传感器的温度测量。温度控制电路可以包括以下部件中的一个或多个：A/D转换器、占空比调节电路、适当编程的处理单元。
加热元件可以是电加热元件，例如电阻加热元件。在一些实施例中，加热元件包括由导电材料制成的加热迹线，其设置在第一壁的表面处并在第一端点和第二端点之间延伸。加热迹线可以沉积在第一壁的表面上或者集成到第一壁中。在一些实施例中，测量室仅具有单一加热迹线。因此，当在第一和第二端点之间施加电压时，电流流过加热迹线。加热迹线的电阻率导致热量被加热迹线散发。因此，由加热迹线散发的电流感应热量加热第一壁和测量室的内容物。通过控制施加的电压，可以控制加热量。加热元件的其他示例包括半导体加热元件。例如，半导体可以以彼此之间的可变距离定位。加热元件的又一些示例可以利用微波、红外辐射和/或空气系统加热。
在一些实施例中，传感器装置或传感器装置插入其中的分析仪设备可以包括配置为控制所施加的电压的温度控制电路。应当理解，可以以多种方式控制电压，例如通过增加/减少电压或者通过以脉冲施加电压以及通过改变脉冲宽度和/或脉冲密度。这里描述的传感器装置的各种实施例提供了高响应装置，其允许对样品体积中的流体进行即时和直接的温度控制。可以通过任何合适的方式向加热元件供电，例如通过导电引线或其他形式的端子向加热元件供应DC或AC电流，例如通过电感耦合。
加热迹线可以布置在加热迹线布局中，穿过第一壁的整个面或者仅横跨第一壁的一部分面。在一些实施例中，加热迹线可以延伸穿过测量室的一个或多个另外的壁的至少一部分。在一些实施例中，加热迹线以具有交替方向的部分的布局设置，例如蜿蜒布局、之字形布局、蛇形布局等。布局的其他示例包括螺旋布局。
在一些实施例中，加热迹线布局将迹线密度定义为每单位表面积的加热迹线长度。在一些实施例中，入口附近的迹线密度高于出口附近的迹线密度，从而导致入口附近的加热功率高于出口附近的加热功率。特别地，在一些实施例中，沿着测量室的在入口和沿着流动路径的参考位置之间的第一部分的迹线密度高于沿着测量室的在参考位置和出口之间延伸的第二部分的迹线密度。优选地，参考位置可被定义为温度传感器的位置。可替代地，参考位置可被定义为入口和出口之间的中点，或者以另一种合适的方式。更特别地，在一些实施例中，第一壁具有沿着流动路径从入口延伸到参考位置的入口壁部分，以及从参考位置延伸到出口的出口壁部分，并且为整个入口壁部分计算的迹线密度高于为整个出口壁部分计算的迹线密度，例如至少大于系数1.0，例如至少系数1.1；1.5；2.0；2.5；3.0；3.5；4.0；4.5或5.0以上。
可替代地或另外，在一些实施例中，加热迹线具有沿着加热迹线变化的电阻率。例如，可以通过沿着加热迹线的长度改变加热迹线的横截面积来改变加热迹线的电阻率。横截面积可以通过改变加热迹线的高度/厚度和/或通过沿着加热迹线的长度改变加热迹线的宽度来改变。此外，可替代地或另外，加热迹线的电阻率可以通过沿着加热迹线的长度改变加热迹线材料来改变，特别是通过选择不同电阻率的加热迹线材料。
在一些实施例中，传感器装置包括限定测量室第一壁的第一衬底层，特别是第一平面衬底层。此外，传感器装置可以包括限定测量室第二壁的第二衬底层，特别是第二平面衬底层。第一和第二衬底层可以彼此平行，并且测量室可以设置在第一和第二衬底层之间。特别地，在一些实施例中，传感器装置包括设置在第一和第二衬底层之间的中间层，该中间层容纳测量室。例如，中间层可以限定圆周壁，第一和第二衬底层可以分别限定顶壁和底壁。中间层可以由限定孔的衬垫材料制成，并且孔的相对端可以分别被第一和第二衬底层覆盖。
特别地，在一些实施例中，入口和出口中的每个形成为延伸穿过第一衬底层或第二衬底层的相应孔口。例如，测量室可以制成由具有限定样品体积的凹部的间隔件分开的两个相对堆叠的衬底/板的平面夹层结构。衬底可以由陶瓷或其他合适的衬底材料制成。衬底可以是柔性的或刚性的，并且可以使用例如标准PCB、柔性PCB、PET、PI、陶瓷、玻璃等来构造。例如，衬底可以由惰性材料制成，比如电介质、压敏粘合剂、层压材料等。间隔件可以由聚合物材料或另一种合适的材料制成。加热元件比如加热迹线可以印刷或以其他方式沉积在第一衬底和可选的第二衬底的表面上。当入口和出口形成在一个或两个衬底层中时，间隔件可以形成测量室的封闭圆周壁。在替代实施例中，入口和/或出口可以形成在间隔件中。
在一些实施例中，第一衬底层可以具有在测量室的入口和出口之间的流动路径的长度方向上测量的宽度，该宽度大于测量室的宽度。特别地，第一衬底层可以包括中心层部分和外围层部分，中心层部分限定测量室的第一壁，外围层部分从测量室横向移位，即外围层部分的表面不限定测量室。根据这些实施例，测量室限定具有在测量室的入口和出口之间限定的长度的流动路径，并且加热迹线包括外围迹线部分和中心迹线部分，外围迹线部分设置在外围层部分的表面上，中心迹线部分设置在中心层部分上。在一些实施例中，外围迹线部分沿着入口端和出口端之间的流动路径的长度基本均匀分布。因此，外围迹线部分可以沿着流动路径的长度提供基本均匀的基部加热效果。中心迹线部分可以沿着流动路径的长度不均匀地分布，例如使得中心迹线部分的迹线密度在入口附近比在出口附近高。因此，中心迹线部分提供在入口附近比在出口附近更高的额外加热效果。特别地，在一些实施例中，中心迹线部分仅设置在测量室的靠近入口的部分中，例如仅在入口所在的室的入口端和沿着流动路径的参考位置之间，参考位置例如定义为温度传感器的位置或测量室的中心。
在一些实施例中，传感器装置包括温度传感器，例如热敏电阻元件，其可以布置成与测量室中的样品热接触。可替代地，可以使用其他类型的温度传感器，例如半导体温度传感器或红外温度传感器。
因此，传感器装置或包括传感器装置的分析仪设备可以响应于由温度传感器感测到的测量室的温度来控制加热元件。该控制可以例如通过响应于来自温度传感器的信号控制施加到加热元件的电压来实现。可替代地，集成到加热元件中的热敏电阻可用于提供自调节加热元件。在一些实施例中，温度传感器设置在第一壁处，例如在第一壁的表面处，比如面向样品体积的表面。温度传感器可以附接到表面或嵌入壁中。在一些实施例中，温度传感器设置在测量室的中心部分，例如使得温度传感器和入口之间的距离基本等于温度传感器和出口之间的距离，例如使得这些距离之间的差不超过两个距离中最大距离的50％，例如不超过两个距离中最大距离的5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或45％。从而获得代表流体样品温度的可靠温度读数。在替代实施例中，温度传感器位于出口附近或入口附近。在一些实施例中，温度传感器定位在第一壁的未被加热元件覆盖的部分，例如从加热元件的最近部分偏移超过0.5mm，例如从加热元件的最近部分偏移超过1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或5.0mm。
发明人已经认识到，这样的位置允许控制加热元件，从而实现特别均匀的温度分布。
在一些实施例中，传感器装置仅包括单个加热元件，例如单个加热迹线，和/或仅单个温度传感器。事实证明，单个加热元件和/或仅单个温度传感器可能足以实现均匀的温度分布，同时保持低成本的传感器装置。在替代实施例中，传感器装置包括一个以上加热元件和/或一个以上温度传感器。例如，通过在测量室内提供两个或更多个区域，可以实现甚至更紧密的温度调节，每个区域具有其自己的加热元件和温度传感器。
在一些实施例中，当流体与分析物传感器相互作用时，例如通过关闭传感器装置的入口和/或出口，容纳在测量室中的流体可以在测量室内保持静止。在其他实施例中，当流体沿着测量室从入口流向出口时，流体可以与分析物传感器相互作用，因此不需要流体保持静止。根据一些实施例，可以在填充测量室已经完成之后，可选地在进一步的延迟时间之后，开始测量。
在一些实施例中，在传感器装置的操作期间，测量室可以填充有样品流体，以允许流体接触或以其他方式与分析物传感器相互作用，并且目的是对流体样品执行测量。在一些实施例中，一些或所有分析物传感器是非接触式分析物传感器，其不需要分析物传感器和样品流体之间的物理接触。
根据一些实施例，传感器装置适于测量流体样品中的一种或多种分析物，以便确定分析物的相应参数，比如pH、电解质浓度、代谢因子浓度或酶浓度。流体样品可以是生物样品，比如体液，即生理流体。
生物样品的示例可以包括液体样品和/或气体样品。液体样品可以包括体液。液体样品可以选自以下组：血液、稀释或未稀释的全血、血清、血浆、唾液、尿液、脑脊液、胸膜、滑液、腹水、腹膜液、羊水、乳液、透析液样品等，以及用于测量任何这些液体的分析仪设备中的任何质量控制材料和校准溶液。气态样品可以包括呼吸器气体、呼出空气等，以及用于测量任何这些流体的分析仪设备中的任何质量控制和校准材料。因此，在一些实施例中，传感器装置配置用于分析液体样品比如体液的参数。样品可以在测试前进行处理，以使其更易于测试。预处理方法可包括以下一种或多种：混合、稀释、过滤、浓缩、提取、去除或灭活可能干扰结果的成分，和/或添加试剂。其他生物样品的示例包括发酵液或微生物培养物、废水、食品等。
可以通过本文公开的传感器装置的至少一些实施例来确定的关于分析物的参数的示例包括：pO2,pCO2,pH；电解质的浓度，比如Li+,Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,HCO3-或NH3(NH4 +)；代谢因子的浓度，比如葡萄糖、肌酐、尿素(BUN)、尿酸、乳酸、丙酮酸、抗坏血酸、磷酸盐或蛋白质；酶的浓度，比如乳酸脱氢酶、脂肪酶、淀粉酶、胆碱、酯酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸、氨基转移酶或肌酸酐激酶。
此外，根据一些实施例，传感器装置适于测量流体样品中气体的分压，比如pO2或pCO2。
传感器装置和/或包括传感器装置的分析仪可以包括测量系统，例如包括电路、一个或多个检测器、传感器读出仪器、信号处理电路等。在操作期间，测量系统可以配置成从分析物传感器读出信号，处理信号并确定测量结果。应当理解，一些或所有分析物传感器可以共享测量系统的至少一些部件，而测量系统的其他部件可以特定于单个分析物传感器。在本说明书中，术语分析物传感器表示能够测量样品流体的物理参数的任何传感器，例如样品流体中存在的化学物质的存在和/或浓度。应当理解，传感器装置和/或分析仪可以包括一种或多种不同类型的分析物传感器，例如光学传感器、电化学传感器和/或利用其他感测技术的传感器。应当理解，在一些实施例中，测量系统的部件可以分布在传感器装置和传感器装置可以插入其中的分析仪之间。例如，一些或所有测量电路、激发源、检测器等可以布置在分析仪中，从而允许相对简单的传感器装置。
每个分析物传感器可以限定各自的感测区域，例如在测量室的面向内的表面。每个感测区域可以是面向内的表面的一部分。当样品流体与感测区域相互作用时，分析物传感器可以配置成检测相互作用的结果，例如作为光或电信号。感测区域可以布置在整个测量室的各个位置。
本公开涉及不同的方面，包括上述传感器装置、相应的设备、系统、方法和/或产品，每个方面产生结合一个或多个其他方面描述的一个或多个益处和优点，并且每个方面具有对应于结合一个或多个其他方面描述的和/或在所附权利要求中公开的实施例的一个或多个实施例。
根据一方面，在此描述的是包括配置为接收如上或下文所述的传感器装置实施例的传感器装置保持机构特别是容座的分析仪设备的实施例。
在一些实施例中，传感器装置包括容纳至少测量室的壳体，比如至少第一和第二衬底层；其中壳体包括暴露测量室的一个壁的表面的一部分的开口，特别是除了第一壁之外的壁，比如第二衬底层的一部分，所述暴露部分背离样品体积。因此，在一些实施例中，传感器装置保持机构包括限定热交换构件的储热元件，该热交换构件配置为延伸穿过开口，并且当传感器装置被传感器装置保持机构接收时，与壁的暴露部分(例如第二衬底层的暴露部分)进行热交换接触。因此，可以实现更均匀和精确的加热。
在一些实施例中，传感器装置保持机构包括：
-导管，其配置为当传感器装置被传感器装置保持机构接收时，与传感器装置的入口流体连通；以及
-加热元件，其配置为预热朝向传感器装置的入口流过所述导管的流体。
分析仪设备的一些实施例可以配置成分析液体样品。为此，分析仪设备的一些实施例包括液体处理系统，其可以包括一个或多个阀、导管和/或泵送/转移装置，用于控制液体流动，比如用液体样品填充和排空测量室，优选以自动或半自动方式。
此外，根据一些实施例，流体样品是气体，例如医用气体，比如生理气体。分析仪设备的一些实施例因此可以适于分析医用气体样品的参数。特别有用的医用气体样品的示例选自以下组：呼吸器气体、呼出空气等，以及用于测量任何这些流体的分析仪设备中的任何质量控制和校准材料。因此，分析仪设备的一些实施例可以包括气体处理系统，其包括一个或多个阀、导管和/或泵送/转移装置，用于控制气流，比如用于用气体样品填充和排空测量室，优选以自动方式。在一些实施例中，分析仪设备包括适用于液体和气体的流体处理装置。
分析仪设备和/或传感器装置可以包括温度控制电路，其配置为从传感器装置的温度传感器接收信号，并且响应于从温度传感器接收的信号来控制加热元件，例如以便最小化从温度传感器接收的信号和目标值之间的差。温度控制电路可以由控制单元实现，该控制单元配置为控制分析仪的操作，例如分析物传感器和/或样品处理系统等的操作。
在一些实施例中，传感器装置可以是一次性的和/或单次使用的装置，其可以用作独立装置或者与分析仪设备结合使用。
附图说明
将结合附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了包括传感器装置的血液分析仪的示意图。
图2示意性地示出了传感器装置的示例。
图3示意性地示出了第二衬底层的示例的俯视图。
图4示意性地示出了中间层的示例的俯视图。
图5A-D示意性地示出了第一衬底层的各个示例的外表面的俯视图。
图6示意性地示出了测量室的另一示例。
图7-12示出了具有不同加热元件设计的测量室的不同示例的比较温度测量结果。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于分析生物液体样品(比如体液)的设备1的示例。在一些实施例中，设备1配置用于分析生物流体样品，比如医用气体样品和/或体液。设备1具有传感器装置60、液体处理系统20和处理单元8。
传感器装置60具有测量室2，其配备有一个或多个分析物传感器，该传感器可以通过接触销读出。为此，传感器装置包括用于与传感器电极建立电接触的接触销3(a-i)和参考电极5。在图1的示例中，传感器装置60是可更换的传感器盒，其可以插入到分析仪的外壳40中并且在其使用寿命结束时可以再次从分析仪中取出。在图1的示例中，传感器装置包括pO2测量系统4。
液体处理系统20适于通过测量室的入口6将液体样品供给到测量室2的样品体积中，并通过测量室2的出口7移除液体样品。
传感器装置60具有加热元件32，其布置成与测量室良好热接触。特别地，加热元件布置在形成测量室2的顶壁的衬底30的表面上。下面将参考图2更详细地描述测量室的示例。传感器装置60还具有温度传感器31，这里是热敏电阻，其布置在测量室2的内表面上，大约在入口6和出口7之间的一半处。温度传感器31用于测量测量室内的液体样品的温度，并将测量结果提供给处理单元8。
处理单元8配置为控制传感器装置60和液体处理系统的操作。具体地，处理单元8响应于来自温度传感器31的温度读数来控制加热元件32的操作，以便使样品温度与要进行测量所处的目标温度一致。应当理解，在替代实施例中，温度控制可以由独立的温度控制器来执行，该温度控制器可以与处理单元8分离。
处理单元8还适于接收来自液体处理系统20的流量数据和/或来自传感器装置60的分析物传感器的测量数据。处理器单元8包括编程指令，用于执行合适的信号和数据处理任务，包括数据采集、过程控制等。
例如，处理单元可以配置成例如基于来自液体处理系统20的流量数据和/或基于来自温度传感器31的信号的样品加热数据来确定进入测量室2的液体样品的初始温度。
为了执行测量，用户可以在设备1的输入端口提供液体样品，其在图1的示例中可被带入两个位置12a/b。然而，其他实施例可以具有不同类型的输入端口。液体样品通过入口6转移到测量室2。血液样品的可选预热由可选预热器38保证。预热器可以是放置在传感器装置上游的管。预热器可被电加热，或者通过直接接触从储热器(例如传感器装置保持器)传递到预热器的热量来加热。当样品已经进入测量室时，通过加热元件32将样品加热到期望的目标温度。液体样品与相应的分析物传感器接触或相互作用。在一实施例中，分析物传感器布置成提供对液体样品(例如全血样品)中的分析物参数的基本同时的测量。优选地，获得精确可靠的分析数据所需的样品量尽可能小。特别适用于同时测量体液中特别是全血中的多个不同参数的传感器组件设计的详细示例及其在血液分析仪中的应用可以例如在EP2147307B1或US8728288B2中找到。
例如，一种类型的分析物传感器包括电化学传感器。电化学传感器可以包括一个或多个分析物电极和参考电极。电化学传感器可以包括一个或多个膜。电化学传感器可以包括一个或多个电响应部件，其配置为当与测量室中的流体接触时提供电响应，该流体包括电响应部件所响应的分析物。
分析物传感器的其他示例包括具有传感器层的光学传感器4，该传感器层可以与容纳在测量室中的样品流体相互作用。传感器层对测量室中提供的流体样品中存在的分析物的量敏感。光学传感器还包括用于光学读出传感器层对分析物存在的响应的仪器。读出仪器通常包括用于向传感器层提供刺激的装置。读出仪器还可以包括检测器和/或光学元件，比如透镜和/或光学波导部件，用于收集响应于刺激从传感器层发射的辐射，并且进一步用于将收集的发光辐射传输到光学传感器的检测器。刺激通常是辐射源，例如激光或发光二极管(LED)，其布置和配置为向传感器层提供光学探测辐射。
光学传感器还可以包括用于在光被检测器接收之前光学选择和/或分析从传感器层收集的辐射的可选部件，例如滤光器和/或光学放大器。检测器将检测到的发光辐射转换成相应的信号。因此，光学传感器配置成提供代表其被敏化的分析物的量的信号。
来自光学传感器和/或电化学传感器和/或来自分析仪的其他分析物传感器的信号被提供给样品分析仪的处理单元8，用于模拟和/或数字信号处理。处理单元可以将测量数据存储在分析仪的存储设备中，在分析仪的显示器上显示测量数据和/或在分析仪的输出(例如通信接口)处提供测量数据。
应当理解，多个分析物传感器可以共享一些或全部读出仪器，但包括限定相应感测区域的相应传感器层。还应当理解，读出仪器的至少一些部件可以设置在分析仪中。为此，传感器装置可以包括合适的接口，例如电和/或光接口，以便允许分析仪的读出仪器与传感器装置的感测层协作。
在一些实施例中，一个或多个感测区域由相应分析物传感器的传感器层提供。每个传感器层可以限定形成朝向测量室的前侧界面的传感器表面。在测量过程中，前侧界面可能与流体样品接触。光学和/或其他探测可以从传感器层的后侧进行，即从背离样品流体的一侧进行。为此，传感器层可以是透明的或半透明的。可以给出刺激，通常以从后侧指向传感器层的激发光的形式，以便在传感器层中产生发光体的激发部分。受激发的发光体分子在发光的发射下松弛回到基态，这也可以从后侧观察到。因此，光学传感器还包括用于检测和记录从发光体发射的光的仪器，从而观察传感器层对施加的刺激的响应。
遵循加载在处理单元8中的预编程指令和/或基于用户输入，使用分析物传感器进行测量。分析物传感器产生代表相应分析物的物理参数的定量信号，并将信号提供给处理单元8。处理单元8适于接收和处理来自分析物传感器的信号，并将处理的信号作为输出呈现给用户和/或后续/进一步的数据分析。在测量之后，液体样品被排出，并且测量室2被准备用于下一次测量。
图1所示的设备1的实施例特别适用于测量血液参数，并且还包括测量室2下游的可选血氧测定测量装置9。因此，执行测量、校准任务和质量控制程序通常涉及不同液体的装载、卸载、冲洗、清洁和再装载，这可以使用液体处理系统20的基础设施来完成。液体处理可以由处理单元8根据预先编程的指令和/或用户输入以自动方式控制。液体处理系统20包括预先填充有处理液体(这里表示为RINSE/CAL1、CAL2、QC1、QC2、QC3、METCAL、GAS)的多个储存器21，用于冲洗/刷洗、校准和质量控制任务。处理液体(RINSE/CAL1,CAL2,QC1,QC2,QC3,METCAL,GAS)具有已知的成分。给定批次的准确成分可以存储在芯片25中，芯片25可以附接到包括储存器21的盒，其中芯片25可被处理单元8读取。给定过程步骤的处理液体(RINSE/CAL1,CAL2,QC1,QC2,QC3,METCAL,GAS)可由流体选择器阀22选择，并经由供给管线12c通过入口6转移至测量室2。测量室2的正确填充可以通过视觉检查或根据已知的程序通过借助于位于测量室上游和下游的液体传感器10a、10b、10c观察液体界面通过系统的传播来监控和验证，比如分别在入口6处(液体传感器10a)，在出口7处(液体传感器10b)，以及刚好在血氧测定测量装置9之后(液体传感器10c)。通过设备1的流体流由泵23驱动，这里是布置在测量室2和氧合测量装置9下游的蠕动软管泵，并通过流体管线13连接到测量室2和氧合测量装置9。排出的流体最终通过流体管线14输送到废物储存器24。
分析仪设备1包括用于容纳传感器装置60的外壳40。外壳40的壁形成具有壁和保持机构的壳体，该保持机构用于保持传感器装置并用于提供合适的接口，以将流体传送到传感器装置和从传感器装置传送，并且用于传送来自传感器装置的传感器信号和/或数据和用于向加热元件提供操作功率。外壳的壁可以保持在固定温度，以便提供热屏蔽，并用于将传感器装置的直接环境保持在恒定温度。
图2示意性地示出了例如用于图1的分析仪中的传感器装置的示例的更详细视图。
总体用60表示的传感器装置包括容纳传感器装置的各种部件的壳体61。壳体可以由塑料或其他合适的材料制成。
传感器装置具有样品体积21的测量室2。在该示例中，测量室形成为包括衬底层30和33以及衬垫层34的夹层结构。然而，应当理解，测量室的其他设计也是可能的。
测量室包括限定测量室2的顶壁和底壁的第一衬底30和第二衬底33。测量室还包括由衬垫材料例如聚合材料制成的中间层34。中间层也可以称为间隔件。中间层设置为夹在第一和第二衬底层之间。中间层限定测量室2的侧壁。中间层可以限定凹部、通孔或类似的空隙。应当理解，这里使用的术语顶壁、底壁和侧壁仅仅是为了便于区分测量室的各种壁；本领域技术人员将理解，取决于传感器装置中测量室的物理定向，壁可以在空间中沿不同方向定向，即顶壁不需要在底壁之上等。第一和第二衬底可以是陶瓷衬底，或者它们可以由其他合适的材料制成。
测量室在样品体积的入口端216具有入口6，在测量室的与入口端相对的出口端217具有出口7。如图2所示，入口和出口可以一直位于测量室的相应端部。可替代地，测量室可以比仅在入口和出口之间延伸得更远，即入口和/或出口可被定位成偏离端壁。在图2的示例中，入口6和出口7形成为第二衬底33中的通孔。然而，入口和/或出口的替代布置是可能的。例如，入口和出口中的一个或两个可以形成为穿过第一衬底层或甚至穿过中间层侧壁的通孔。入口6与壳体61的入口端口611流体连通。入口端口允许传感器装置联接到分析仪的液体处理系统20的相应供给端口56。类似地，出口7与壳体61的出口端口71流体连通。出口端口允许传感器装置耦合到分析仪的液体处理系统20的相应返回端口57。
测量室2具有用于检测相应分析物的分析物传感器39。在图2的示例中，分析物传感器位于测量室的内表面上面向样品体积21的相应位置。特别地，在图2的示例中，一些分析物传感器位于第一衬底层30的内表面上，一些分析物传感器位于第二衬底层33的内表面上。当面对本公开时，分析物传感器39可以电、光和/或以技术人员显而易见的另一种合适的方式读出。应当理解，分析物传感器的数量和类型可以变化。虽然图2的测量室在两个衬底层上都具有分析物传感器，但本领域技术人员将理解，在一些实施例中，所有分析物传感器可以布置在同一衬底层。此外，一些或甚至所有分析物传感器可以其他方式布置在测量室的相应位置。
测量室包括设置在第一衬底层30的外表面上的电加热元件32，即背离样品和测量室21。在替代实施例中，测量室可以包括在替代或附加位置处的一个或多个加热元件，例如在第二衬底层上、在第一或第二衬底层的内表面上，即面对样品和测量室21、嵌入在第一衬底层内等。电加热元件具有电阻加热迹线的形式，该电阻加热迹线以合适的加热迹线布局设置在第一衬底的表面上或集成到第一衬底中。下面将结合图5A-D描述加热迹线布局的不同示例。加热元件通过端点301和电接口36接收电能。该示例的测量室仅包括单个加热迹线，其仅设置在第一衬底层上。
测量室还包括热敏电阻31或其他合适的温度传感器。在图2的示例中，热敏电阻位于第一衬底层30的内表面，大约在入口6和出口7之间的中间。在其他实施例中，温度传感器可以位于不同的位置，例如在第二衬底上和/或偏离中心。
测量室可以可选地包括其他部件，例如电路35和/或与分析物传感器相关的部件，其可以设置在第一衬底的外表面上和/或传感器装置60的不同位置处。电路35可以提供传感器装置的电接口36和各种电子部件比如分析物传感器和/或热敏电阻31之间的电接触。电接口36通过相应的接口58提供与处理单元8的电连接。应当理解，在一些实施例中，电功率和/或信号可以非接触方式(例如感应地)在传感器装置和分析仪的其他部件之间传递。
传感器装置60是可替换的传感器装置，其可被插入到分析仪设备中。为此，如图2示意性示出，分析仪设备可以包括传感器装置保持机构45，例如以凹部、适配器、容座等的形式。传感器装置保持机构45可以是结合图1描述的外壳的一部分。传感器装置保持机构45提供供给端口56和返回端口57，用于经由传感器装置的相应入口和出口端口611和71提供与测量室的入口6和出口7的流体连接。分析仪还提供电接口58，用于通过传感器装置的相应电接口36将加热元件32和热敏电阻31与分析仪的处理单元8连接。接口36和58还可以用于响应于液体样品与测量室的分析物传感器39的相互作用，传送来自传感器装置的分析物传感器的传感器信号。接口58可以例如位于保持机构中或不同的合适位置处，例如位于用于容纳传感器装置的外壳的盖部分或其他部分处。当电接口位于传感器装置的与入口和出口所位于的侧相对的一侧时，潜在的液体溢出影响电接口的风险降低。
传感器装置保持机构45可以进一步用于保持测量室2的恒定温度。为此，传感器装置保持机构包括传热块41，其的形状和尺寸设置成延伸穿过传感器装置的壳体中的相应开口，使得当传感器装置插入或以其他方式连接到传感器装置保持机构45时，传热块41与第二衬底层33直接接触。传感器装置保持机构45因此将热量直接传导到测量室。如上所述，传感器装置保持机构可以是外壳的一部分，外壳还可以包括热盖(未明确示出)，使得传感器装置容纳在外壳内，外壳可以有助于传感器装置周围的热环境并防止热量从传感器装置导出。传感器装置保持机构45还可以包括加热器，并且可选地包括温度传感器，比如热敏电阻。提供与第二衬底层接触的传热块41在测量室仅包括位于第一衬底的加热元件的实施例中可能特别有用。
图3示意性地示出了例如图2的测量室的第二衬底层的示例的俯视图。第二衬底层33包括分别限定入口6和出口7的通孔。
图4示意性地示出了例如图2的测量室的中间层的示例的俯视图。中间层34包括限定样品体积21的侧壁的衬垫材料，例如聚合物材料。中间层形成分隔第一和第二衬底层的间隔件。
图5A-D示意性地示出了从背离测量体积的一侧看到的例如图2的测量室的第一衬底层的各个示例的外表面的俯视图。
第一衬底层30具有设置在其内表面上的温度传感器，例如热敏电阻，其相对于组装的测量室位于中心。在图5A-D中，温度传感器的位置由方形31表示。特别地，温度传感器定位成使得其距入口端的距离大约等于其距出口端的距离。温度传感器还定位成使得它离测量室的横向侧基本同样远。
第一衬底层30还包括形成为在端点301A和301B之间延伸的加热迹线的单个电阻加热元件32。加热迹线以蜿蜒/蛇形迹线布局延伸穿过第一衬底层的外表面。加热迹线可以设置例如印刷在表面的顶部或集成到衬底层中。
在图5A-D中，当第一衬底与中间层组装时，由中间层限定的样品体积的范围由虚线21表示。样品体积是在入口端(其在第一衬底层与其他部件组装形成测量室时位于测量室的入口附近)和出口端(其位于组装好的测量室的出口附近)之间延伸的细长体积。在图5A-D中，入口和出口的位置分别由圆圈6和7表示。
图5A-D的示例具有以不同迹线布局布置的加热迹线。在所有示例中，迹线布局包括在入口6和出口7之间沿着测量室21的纵向侧一直延伸的外围部分303。迹线布局的外围部分303位于测量室的覆盖区之外，即从测量室横向移位。
迹线布局还包括位于测量室21的覆盖区内的中心部分304。在图5A-D的示例中，迹线布局的中心部分304在测量室的长度上不同程度地延伸，特别是沿着入口6和出口7之间的流动路径延伸：
在图5A的示例中，迹线布局的中心部分仅覆盖测量室长度的大约一半，特别是仅接近入口6的一半，而接近出口7的测量室壁的另一半没有任何加热迹线。在图5A的示例中，加热迹线32延伸超过温度传感器31的位置，即第一衬底的内表面在温度传感器31附近的部分被加热迹线覆盖。在一些实施例中，加热迹线的整个长度具有均匀的每单位长度电阻率，即加热迹线的每单位长度的加热效果沿着加热迹线的长度基本均匀，即加热元件的加热效果在具有高加热迹线密度(以每单位表面积的加热迹线长度测量)的衬底层区域中比在具有低加热迹线密度的区域中更高。因此，图5A的衬底层的加热元件32在靠近入口6的测量室的一半处提供较高的加热效果，而在靠近出口7的测量室的一半处提供较低的加热效果。
在替代实施例中，加热迹线的每单位长度的电阻率可以沿其长度变化。例如，可以在虚线305所示的区域内为加热迹线提供不同的单位长度电阻率，例如通过改变迹线材料和/或加热迹线的横截面积。
图5B所示的迹线布局类似于图5A，除了迹线布局的中心部分304覆盖样品体积的不到一半的长度，特别是不到入口和出口之间的流动路径长度的一半。特别地，温度传感器31的位置没有被加热迹线覆盖。
在图5C所示的迹线布局中，迹线布局的中心部分覆盖测量室的大部分长度，特别是入口和出口之间的流动路径的大部分长度。然而，在最靠近入口6的测量室的覆盖区的一半中，迹线密度高于最靠近出口7的一半中。
因此，在图5A-C的所有示例中，在最靠近入口6的测量室的覆盖区的一半中，迹线布局的横向中心部分比在最靠近出口7的一半中具有更高的迹线密度。
图5D示出了迹线布局的示例，其中加热迹线基本均匀地延伸穿过测量室的整个长度，特别是沿着入口6和出口7之间的流动路径的整个长度。该示例用作下述对比试验的参考。
图6示意性地示出了测量室的另一示例。图6的测量室2类似于结合图2描述的测量室，其形成为分层结构，包括第一衬底层30、中间层34和第二衬底层33，所有这些都结合图2描述。第一衬底元件34包括加热元件32，其形成为在测量室的入口端216和出口端217之间延伸的加热迹线。加热迹线以蜿蜒/蛇形布局布置，使得迹线密度在入口端216附近比在出口端217附近高。
示例：
已经比较了具有测量室的传感器装置，测量室具有带有不同加热迹线布局的电阻加热元件。
传感器装置是结合图2-5描述的类型。制造了四个不同的测量室示例。除了第一衬底层上的加热迹线布局之外，这些示例是相同的：
-示例A具有如图5A所示的第一衬底层，具有均匀的加热迹线电阻率。
-示例B具有如图5B所示的第一衬底层，具有均匀的加热迹线电阻率。
-示例C具有如图5C所示的第一衬底层，具有均匀的加热迹线电阻率。
-示例D具有如图5A所示的第一衬底层，但加热迹线的电阻率不均匀。特别地，在由线305指示的区域内，加热迹线的横截面积以及因此其电阻率不同于加热迹线的其余部分的横截面积。可替代地或另外，电阻率可以通过在加热迹线的不同部分提供不同的材料成分来改变。
此外，制造了与示例A-D相同的参考测量室(当前状态)，除了第一和第二衬底层具有基本均匀分布的加热迹线，如图5D所示用于第一衬底。
所有测量室设置有四个相同的分析物传感器来测量钾(“K-传感器”)。选择K-传感器是因为它具有很高的温度依赖性。通过将相同类型的传感器设置在整个测量室的不同位置，测量结果的差异指示了整个测量室的样品液体的温度差异。使用具有预定钾浓度的参考液体进行测量。
所有测试都是用来自丹麦辐射计医学ApS的ABL-90分析仪进行的。分析仪配备有特殊的软件版本，可以将所有分析物传感器读取为K-传感器。
在分析仪中设置之前，测量所有测量室的加热器电阻。所有K-传感器都经过校准，因此它们的温度敏感系数是已知的。
如下表1所述，测试了多个场景。
-将分析仪置于室温(约25℃)的标准测试实验室或温控室(设定在不同的温度，即15℃或32℃)。
-分析的样品都是冲洗溶液的样品，并置于冰水浴中(对于0℃的样品)或温控室中。
-测量以高频率进行(ABL90准备就绪后立即吸气—每次开始间隔最大2分钟—连续10次测量)。
表1：测试的场景
Figure BDA0003456459560000201
图7–12示出了在不同的环境条件下，K-传感器对每个传感器位置和每个加热迹线布局测量的平均温度。在图7-12中，传感器位置分别标记为“K”,“Na”“pH”和“Ca”(反映了通常设置在测量室的相应位置的传感器类型)。加热迹线布局分别标记为“TEMP_A”(示例A)、“TEMP_B”(示例B)、“TEMP_C”(示例C)、“TEMP_D”(示例D)和“TEMP_REF”(参考)。
表2：各图的测量结果
图号 实验室温度 样品温度
图7 15℃ 0℃
图8 25℃ 0℃
图9 32℃ 0℃
图10 15℃ 15℃
图11 25℃ 25℃
图12 32℃ 32℃
基于上述实验数据，尽管仅具有设置在第一壁的加热元件的所有示例A-D提供了可接受的结果，即使与在测量室的第一和第二壁上都具有加热迹线的现有相对复杂的测量室设计相比，加热器迹线布局B似乎是优选的，因为：
-性能结果与相对复杂的现有测量室设计相当，该测量室的第一和第二壁上都有加热器通道。
-与其他测试示例(即示例A、C和D)相比，整个测量室的温度均匀性是优选的。
尽管已经参考某些特定实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员来说，在不脱离所附权利要求中概述的本发明的精神和范围的情况下，对本发明的各种修改是显而易见的。
特别地，一些实施例已经主要参考特定类型的测量室进行了描述。然而，应当理解，传感器装置的其他实施例包括其他类型的测量室。因此，在此描述的加热元件或加热元件系统的各种实施例可被包括在各种不同类型的传感器装置中，特别是具有不同类型的测量室的传感器装置中，所述加热元件或加热元件系统配置成加热容纳在测量室内的流体，其中加热元件配置成在测量室的入口附近比在测量室的出口附近提供更大的加热效果。
通常，在一些实施例中，如本文所述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：a)具有第一和第二表面的第一电子线路衬底以及形成在其第一表面上的至少一个分析物传感器，该至少一个分析物传感器与一个或多个电接触点连接，b)具有第一和第二表面的第二电子线路衬底以及形成在其第一表面部分上的至少一个分析物传感器，该至少一个分析物传感器与一个或多个电接触点连接，以及c)具有带有第一和第二开口的贯通凹部的间隔件，其中第一衬底、第二衬底和间隔件以层状结构布置，其中第一衬底的第一表面封闭间隔件的第一开口，第二衬底的第一表面封闭间隔件的第二开口，从而形成测量室，该测量室面对来自每个衬底的至少一个分析物传感器。这种传感器装置已经在WO2008/131767(辐射计医疗ApS)中进行了描述。在其另一实施例中，测量室的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如小于2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升。在另一实施例中，测量室的体积在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。因此，在一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。由间隔件中的凹部以及第一和第二衬底的第一表面提供的测量室优选提供约25-45微升的体积，更优选约30-40微升的体积。在这样的体积下，测量室中的分析物传感器需要非常小的样品进行测量。优选地，间隔件的尺寸在以下范围内：长度20-60mm，宽度5-20mm，厚度0.2-0.6mm。间隔件内的凹部可以具有以下范围内的尺寸：长度10-50mm，宽度1-5mm，深度0.2-0.6mm。第一和第二衬底以及间隔件的尺寸且因此传感器装置的尺寸可以根据预期用途进行调整。然而，在优选实施例中，第一衬底的尺寸在以下范围内：长度约为20-60mm，宽度约为5-20mm，厚度约为0.3-0.8mm。第二衬底的宽度和/或长度可以稍微大于第一衬底的宽度和/或长度。这是因为对于一些优选实施例，优选的是，第二衬底的第一表面在传感器装置中的间隔件和第一衬底的边缘上突出。第二衬底的尺寸优选在以下范围内：长度约为20-60mm，宽度约为5-40mm，厚度为0.3-0.8mm。第二衬底的长度和宽度可以提供超出第一衬底和间隔件的边缘的范围约为4-20mm的延伸。
在另一实施例中，这里描述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：壳体，该壳体具有基部、在基部上方间隔开的顶部以及从基部延伸到顶部的外壁；壳体中的入口，其尺寸适于接收流体样品；围绕流体入口布置且彼此基本隔离的多个分区，每个分区在流体入口处具有端口，用于接收由流体入口接收的流体样品的一部分；以及每个分区中的至少一个传感器，其中当流体接触至少一个传感器时，至少一个传感器响应于流体，其中传感器装置配置成选择性地引导由多个分区中的一个或多个从流体入口接收的流体样品与至少一个传感器接触。WO 2018/112017中已经描述了这种传感器装置。在本发明的另一实施例中，每个分区中用于确定的体积即包含在分区内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，本文所述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：第一微传感器，其具有第一外鞘、在第一外鞘内的第一膜芯以及至少部分地被第一膜芯包围并与之接触的第一导电元件，其中当第一膜芯与流体接触时，第一导电元件检测第一电响应信号；以及与第一微传感器的外表面相邻的第二微传感器，第二微传感器具有第二外鞘、在第二外鞘内的第二膜芯以及至少部分地被第二膜芯包围并与之接触的第二导电元件，其中当第二膜芯与流体接触时，第二导电元件检测第二电响应信号。WO2018/112012中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，本文所述的加热元件包括在微毛细管传感器装置中，该微毛细管传感器装置包括：沿纵向轴线伸长的传感器主体，该传感器主体具有第一端、沿纵向轴线与第一端间隔开的第二端、外表面和内表面，其中内表面限定沿纵向轴线从第一端朝向第二端延伸的中空毛细管；感测元件，其从外表面穿过传感器主体延伸到中空毛细管；以及与感测元件接触的导电元件；其中当流体流过接触感测元件的中空毛细管时，导电元件检测由感测元件和流体之间的反应产生的响应信号。WO2018/112008中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，本文所述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：具有第一平面表面的第一平面衬底；具有第二平面表面的第二平面衬底；第一感测区域和第二感测区域，第一感测区域和第二感测区域设置在第一平面表面和第二平面表面之间，第一感测区域和第二感测区域都包括分别与第一电极和第二电极电连接的化学物质和/或试剂；具有流动通道的第一平面中间隔离层，其中第一感测区域与第二感测区域相对，流动通道设置在第一感测区域和第二感测区域之间；以及设置在第一平面表面和第二平面表面之间的第一加热元件。WO2017/120464中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，这里描述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：具有至少第一感测区域的第一平面中间隔离层；具有至少第二感测区域的第二平面中间隔离层；具有流动通道14的第三平面中间隔离层，其中第一感测区域与第二感测区域相对，流动通道设置在第一感测区域和第二感测区域之间；第一平面导电层，其与与第三平面中间隔离层相对的第一中间隔离层相邻设置；第一平面衬底，其与与第一中间隔离层相对的第一平面导电层相邻设置；第二平面衬底，其与与第三平面中间隔离层相对的第二平面中间隔离层相邻设置，第二平面衬底至少具有与第二感测区域电接触的第一导电通孔；以及第二平面导电层，其与与第二平面中间隔离层相对的第二平面衬底相邻设置，第二平面导电层与第一导电通孔电接触，其中第一平面中间隔离层、第二平面中间隔离层、第三平面中间隔离层、第一平面导电层、第一平面衬底、第二平面衬底和第二平面导电层中的每个具有由厚度分开的两个平面表面，相应的两个平面表面中的每个具有近似相等的平面面积，其中第一导电层的平面面积大于第一平面中间隔离层、第二平面中间隔离层、第三平面中间隔离层、第二平面衬底和第二平面导电层中的每个的平面面积。WO2017/019609中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，这里描述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：单个衬底，该衬底具有第一表面，该第一表面具有由线分开的第一区域和第二区域，该第一区域与单个衬底的第一表面的第二区域相对；设置在单个衬底上的导体层，该导体层包括印刷在第一区域中的第一组电极和印刷在第二区域中的第二组电极；设置在导体层上的介电层，该介电层包括设置在第一组电极上的第一介电材料区域和设置在第二组电极上的第二介电材料区域，第一介电材料区域和第二介电材料区域各自包括形成在介电层中的相应的第一组和第二组反应阱，至少一个反应阱电耦合到相应的电极并包含化学物质；以及与第一介电材料区域和第二介电材料区域相邻的间隔件层，该间隔件层在第一组和第二组反应阱之间形成流动路径。WO2016/106320中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，本文所述的加热元件包括在测试条中，该测试条包括：在第一平面表面上具有共面电极的第一平面衬底和在第二平面表面上具有共面电极的第二平面衬底，第一平面衬底和第二平面衬底布置成使得第一平面衬底的第一表面与第二平面衬底的第二平面表面相对；中间层，其设置在第一平面衬底的相对的第一表面和第二平面衬底的第二平面表面之间；第一平面衬底的第一平面表面具有电连接到第一电触点的第一感测区域；并且第二平面衬底的第二平面表面具有通过导电元件电连接到第一电触点的第二电触点，导电元件在第一平面衬底的第一表面和第二平面衬底的第二表面之间延伸，而不穿过第一平面衬底或第二平面衬底。在WO2016/011308中已经描述了这种测试条。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，本文所述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：具有基层的第一平面衬底，形成在基层的第一平面表面上的导电层，以及形成在导电层的第一平面表面或基层的第一平面表面中的至少一个上的介电层，该介电层具有第一平面表面，其位于距导电层的第一平面表面一定距离处，导电层包括至少第一电触点和与第一电触点电隔离的第二电触点，介电层限定穿过介电层的液体流动路径，该流动路径具有两个侧壁和在两个侧壁之间延伸的底表面，两个侧壁在基层的第一平面表面和介电层的第一平面表面之间延伸，并且介电层还在导电层的相应第一电触点和第二电触点上方限定第一感测区域和第二感测区域，第一感测区域和第二感测区域允许流动路径中的液体分别接触第一电触点和第二电触点；以及第二平面衬底，该第二衬底结合到第一衬底，当结合到第一衬底时，第二衬底限定液体流动路径的上表面，液体流动路径的上表面在两个侧壁之间延伸，并且位于距流动路径的底表面一定距离处。WO2016/007716中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。
在另一实施例中，本文所述的加热元件包括在传感器装置中，该传感器装置包括：具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的衬底；至少一个分析物传感器，其位于衬底的第一表面和第二表面中的至少一个上；以及至少一个电触点，其位于衬底上与至少一个分析物传感器中的相应一个电连通，其中衬底配置成限定具有内表面和外表面的管，衬底的第一表面的至少一部分限定管的内表面，并且至少一个分析物传感器设置在管的内表面和外表面中的至少一个上。WO2013/163120中已经描述了这种传感器装置。在其另一实施例中，用于确定的体积即容纳在测量室内的体积小于1ml，比如小于0.5ml，例如小于200微升，比如小于100微升，例如小于50微升，比如在2和50微升之间，例如从2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48或49微升至3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50微升。

Claims (31)

1.一种传感器装置，包括：
-具有至少第一壁的测量室，所述测量室包括多个分析物传感器；其中当流体容纳在所述测量室内时，所述测量室允许待分析流体与所述多个分析物传感器中的每个相互作用；所述测量室具有配置为接收待分析流体的入口和配置为允许流体在与所述多个分析物传感器相互作用之后离开所述测量室的出口；所述测量室限定用于容纳待分析流体的样品体积，所述样品体积至少在所述入口和所述出口之间延伸；以及
-加热元件，配置为加热容纳在所述测量室内的流体，
其中，所述加热元件配置成在所述测量室的所述入口附近比在所述测量室的所述出口附近提供更大的加热效果。
2.根据权利要求1所述的传感器装置；包括所述测量室的与所述第一壁相对的至少第二壁。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置；其中，所述加热元件仅设置在所述第一壁上。
4.一种传感器装置，包括：
-具有至少第一壁和与所述第一壁相对的第二壁的测量室，所述测量室包括多个分析物传感器；其中当流体容纳在所述测量室内时，所述测量室允许待分析流体与所述多个分析物传感器中的每个相互作用；所述测量室具有配置为接收待分析流体的入口和配置为允许流体在与所述多个分析物传感器相互作用之后离开所述测量室的出口；所述测量室限定用于容纳待分析流体的样品体积，该样品体积至少在所述入口和所述出口之间延伸；以及
-加热元件，配置为加热所述测量室中的流体，
其中，所述加热元件仅设置在所述第一壁处。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的传感器装置；其中，所述第一壁具有面向所述第二壁的第一表面和与所述第一表面相对并背离所述第二壁的第二表面；其中，所述加热元件设置在所述第一壁的所述第二表面处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述加热元件包括由导电材料制成的加热迹线，所述加热迹线设置在所述第一壁的表面处并在第一端点和第二端点之间延伸。
7.根据权利要求6所述的传感器装置；其中，所述加热迹线以蜿蜒和/或蛇形和/或螺旋形布局设置。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的传感器装置；其中，所述加热迹线以加热迹线布局设置，所述加热迹线布局将迹线密度定义为每单位表面积的加热迹线长度；其中，所述入口附近的迹线密度高于所述出口附近的迹线密度。
9.根据权利要求8所述的传感器装置；其中，所述测量室限定所述测量室的所述入口和所述出口之间的流动路径；其中，沿着所述测量室的第一部分的迹线密度高于沿着所述测量室的第二部分的迹线密度，所述第一部分在所述入口和沿着流动路径的参考位置之间，所述第二部分在所述参考位置和所述出口之间延伸。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的传感器装置；其中，所述加热迹线具有沿着所述加热迹线变化的电阻率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置；包括限定所述测量室的所述第一壁的第一衬底层。
12.根据权利要求11所述的传感器装置；其中，所述第一衬底层包括中心层部分和外围层部分，所述中心层部分限定所述测量室的所述第一壁，所述外围层部分从所述测量室横向移位；其中，所述测量室限定在所述测量室的所述入口和所述出口之间限定的流动路径；并且其中，所述加热迹线包括外围迹线部分和中心迹线部分，所述外围迹线部分设置在所述外围层部分的表面上，所述中心迹线部分设置在所述中心层部分上。
13.根据权利要求12所述的传感器装置；其中，所述外围迹线部分沿着所述入口和所述出口之间的所述流动路径的长度基本均匀分布。
14.根据权利要求12或13的传感器装置；其中，所述中心迹线部分沿着所述入口和所述出口之间的所述流动路径的长度不均匀分布，使得所述中心迹线部分的迹线密度在所述入口附近比在所述出口附近更高。
15.根据权利要求14所述的传感器装置；其中，所述中心迹线部分仅设置在所述测量室的靠近所述入口的部分中，比如仅在所述测量室的入口端和中心部分之间。
16.根据当从属于权利要求2至5中任一项时的权利要求11至15中任一项所述的传感器装置，包括限定所述测量室的所述第二壁的第二衬底层。
17.根据权利要求16所述的传感器装置，包括设置在所述第一和第二衬底层之间的中间层，该中间层容纳所述测量室。
18.根据权利要求16至17中任一项所述的传感器装置，其中，所述入口和所述出口中的每个延伸穿过所述第一衬底层或所述第二衬底层。
19.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，包括至少容纳所述测量室的壳体；其中，所述壳体包括暴露所述测量室的至少一个壁的表面的一部分的开口，所述暴露部分背离所述样品体积。
20.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置；包括温度传感器，特别是热敏电阻元件。
21.根据权利要求20所述的传感器装置；其中，所述温度传感器设置在所述第一壁的表面处的没有所述加热迹线的位置。
22.根据权利要求20或21所述的传感器装置，其中，所述温度传感器设置在所述测量室的中心部分。
23.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，仅包括单个加热元件。
24.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，每个分析物传感器配置成感测选自以下组的一种或多种分析物的参数：
-pO2,pCO2,pH；
-电解质的浓度，比如Li+,Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,HCO3-或NH3(NH4 +)；
-代谢因子的浓度，比如葡萄糖、肌酐、尿素(BUN)、尿酸、乳酸、丙酮酸、抗坏血酸、磷酸盐或蛋白质；以及
-酶的浓度，比如乳酸脱氢酶、脂肪酶、淀粉酶、胆碱、酯酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸、氨基转移酶或肌酸酐激酶。
25.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，配置成用于分析诸如体液之类的液体样品的参数。
26.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述流体样品是选自以下组的液体：血液、稀释或未稀释的全血、血清、血浆、唾液、尿液、脑脊液、胸膜、滑液、腹水、腹膜液、羊水、乳液、透析液样品。
27.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置；其中，所述流体样品是选自呼吸器气体或呼出空气的组的医用气体样品。
28.一种分析仪设备，包括传感器装置保持机构，配置成接收根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置。
29.根据权利要求28所述的分析仪设备；其中，所述传感器装置保持机构配置为接收根据权利要求19所述的传感器装置；其中，所述传感器装置保持机构包括限定热交换构件的储热元件，所述热交换构件配置为延伸穿过所述开口，并且当所述传感器装置被所述传感器装置保持机构接收时，与所述表面的暴露部分进行热交换接触。
30.根据权利要求28至29中任一项所述的分析仪设备；其中，所述传感器装置保持机构包括：
-导管，配置为当所述传感器装置被所述传感器装置保持机构接收时，与所述传感器装置的所述入口流体连通；以及
-加热元件，配置为预热朝向所述传感器装置的所述入口流过所述导管的流体。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的分析仪设备，其中，所述分析仪设备适于分析医用气体样品的参数。
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