DE102017125489A1 - Analyt-Messvorrichtung - Google Patents

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DE102017125489A1
DE102017125489A1 DE102017125489.7A DE102017125489A DE102017125489A1 DE 102017125489 A1 DE102017125489 A1 DE 102017125489A1 DE 102017125489 A DE102017125489 A DE 102017125489A DE 102017125489 A1 DE102017125489 A1 DE 102017125489A1
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Germany
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chemochromic
measuring device
sensor plate
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substantially transparent
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DE102017125489.7A
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James Costello
Boon Keat Tan
Serene Chan
Wee Sin Tan
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Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Original Assignee
Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
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Abstract

Offenbart sind eine Analyt-Messvorrichtung und eine mobile Vorrichtung, die eine Analyt-Messvorrichtung aufnimmt. Ein Beispiel einer Analyt-Messvorrichtung ist so offenbart, dass sie einen Hauptkörper, eine Sensorplatte und ein im Wesentlichen transparentes Material, das so angeordnet ist, dass die Sensorplatte zwischen dem Hauptkörper und dem im Wesentlichen transparenten Material eingelegt ist, aufweist. Die Sensorplatte kann in optischer Kommunikation mit dem im Wesentlichen transparenten Material und in elektrischer Kommunikation mit dem Hauptkörper sein.

Description

  • KREUZVERWEIS AUF KORRESPONDIERENDE ANMELDUNGEN
  • Gemäß 35 U.S.C. § 119(e) beansprucht die vorliegende Anmeldung den Vorteil und die Priorität der U.S. Provisional Application Serien Nr. 62/527,750 , die am 30. Juni 2017 eingereicht worden ist, sowie der U.S. Application Serien Nr. 15/787,923 , die am 19. Oktober 2017 eingereicht worden ist, und deren gesamte Offenbarungen hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit für alles, was diese lehren, und für alle Zwecke aufgenommen sind.
  • TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen sind allgemein gerichtet auf Sensoren und Vorrichtungen, die diese aufnehmen, und genauer gesagt auf eine Analyt-Messvorrichtung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Biosensor ist eine Vorrichtung, die zur Detektion eines Analyt (z.B. eine Substanz, deren chemische Bestandteile identifiziert und gemessen werden) verwendet wird, und die eine biologische Komponente mit einem physikochemischen Detektor kombiniert. Das sensitive (oder empfindliche) biologische Element (z.B. Gewebe, Mikroorganismen, Organellen, Zellrezeptoren, Enzyme, Antikörper, Nukleinsäuren usw.) ist normalerweise ein biologisch abgeleitetes Material oder eine biomimetische Komponente, die mit dem Analyten unter Beobachtung (oder in Prüfung) wechselwirkt (z.B. sich mit diesem verbindet oder diesen erkennt). Das Detektorelement des Biosensors wandelt das von der Wechselwirkung des Analyts mit dem biologischen Element herrührende Signal in ein anderes Signal (z.B. ein elektrisches Signal) um, das leichter gemessen, quantifiziert und/oder durch einen Mikroprozessor oder einen ähnlichen Schaltkreis verarbeitet werden kann. Das Detektorelement kann jegliche Art eines Messwertgebers (oder Transducers) verwenden (z.B. einen optischen Messfühler, einen piezoelektrischen Messfühler, einen elektrochemischen Messfühler, usw.). Während Biosensoren bekannt sind, sind die meisten, wenn nicht alle, Biosensoren in zweckbestimmt gebauten Einrichtungen, die in hohem Maße immobil und für deren Benutzer ungewöhnlich (oder unbequem) sind, eingebaut.
  • Figurenliste
  • Erfinderische Konzepte werden im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, beschrieben:
    • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine mobile Einrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das Einzelheiten einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 3A ist ein Blockdiagramm, das einen ersten Aufbau von Komponenten einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 3B ist ein Blockdiagramm, das einen zweiten Aufbau von Komponenten einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 3C ist ein Blockdiagramm, das einen dritten Aufbau von Komponenten einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 4A ist eine isometrische Ansicht einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4B ist eine Querschnittsansicht der in 4A gezeigten Analyt-Messvorrichtung.
    • 5A ist eine isometrische Ansicht einer anderen Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5B ist eine Querschnittsansicht der in 5A gezeigten Analyt-Messvorrichtung.
    • 6A ist eine Aufsicht auf eine chemochrome Schicht für eine Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6B ist eine isometrische Ansicht, die eine chemochrome Schicht in Bezug zu einem Satz von Detektoren zeigt, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6C ist eine Aufsicht, die einen ersten Aufbau einer chemochromen Schicht in Bezug zu einem Satz von Detektoren zeigt, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6D ist eine Aufsicht, die einen zweiten Aufbau einer chemochromen Schicht in Bezug zu einem Satz von Detektoren zeigt, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7A ist eine Wellenform, die ein erstes spektrales Profil veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7B ist eine Wellenform, die ein zweites spektrales Profil veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7C ist eine Wellenform, die ein drittes spektrales Profil veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7D ist eine Wellenform, die ein erstes Transmissionsprofil eines chemochromen Materials in einem ersten Zustand veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7E ist eine Wellenform, die ein zweites Transmissionsprofil eines chemochromen Materials in einem zweiten Zustand veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7F ist eine Wellenform, die eine erste spektrale Antwort veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7G ist eine Wellenform, die eine zweite spektrale Antwort veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7H ist eine Wellenform, die eine dritte spektrale Antwort veranschaulicht, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen Entwurfs einer Analyt-Messvorrichtung, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 9 ist eine isometrische Ansicht eined noch anderen alternativen Entwurfs einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 10 ist eine isometrische Ansicht eines noch anderen alternativen Entwurfs einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 11A ist eine isometrische Ansicht einer Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 11B ist eine isometrische Ansicht eines alternativen Aufbaus für die in 11A dargestellte Analyt-Messvorrichtung.
    • 11C ist eine Querschnittsansicht einer Analyt-Messvorrichtung, so wie diese entweder in 11A oder 11B gezeigt ist.
    • 12A ist eine isometrische Ansicht einer anderen analytischen Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 12B ist eine isometrische Ansicht eines alternativen Aufbaus für die in 12A dargestellte Analyt-Messvorrichtung.
    • 12C ist eine Querschnittsansicht einer Analyt-Messvorrichtung, so wie diese entweder in 12A oder 12B gezeigt ist.
    • 13A ist eine Querschnittsansicht einer einfach ausgeformten Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    • 13B ist eine Querschnittsansicht einer doppelt ausgeformten Analyt-Messvorrichtung gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 14 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer mobilen Vorrichtung, die eine chemochrome Schicht aufnimmt, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 15 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer mobilen Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Analyten durch eine Vertiefung zu detektieren, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 16A ist eine Querschnittsansicht einer Analyt-Messvorrichtung, die ein drahtgebondetes Gehäuse aufweist, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und
    • 16B ist eine Querschnittsansicht einer Analyt-Messvorrichtung, die ein Flip-Chip-Gehäuse aufweist, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung stellt lediglich Ausführungsformen bereit, und ist nicht dazu gedacht, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Patentansprüche zu beschränken. Vielmehr wird die folgende Beschreibung den Fachleuten in dem technischen Gebiet eine ermöglichende Beschreibung zum Implementieren der beschriebenen Ausführungsformen bereitstellen. Es wird verstanden, dass vielfältige Änderungen in der Funktion und der Anordnung der Elemente ausgeführt werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.
  • Vielfältige Aspekte von beispielhaften Ausführungsformen werden hierin mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, die schematische Darstellungen oder idealisierte Konfigurationen sind. Als solche sind Abweichungen von den Formen der Veranschaulichungen zu erwarten als ein Ergebnis von, beispielsweise, Herstellungstechniken und/oder Toleranzen. Daher sollten die verschiedenen Aspekte der beispielhaften Ausführungsformen, die in diesem gesamten Dokument vorgelegt werden, nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die bestimmten Formen von Elementen (z.B. Abschnitte, Schichten, Sektionen, Substrate usw.), die hierin veranschaulicht und beschrieben sind, sondern dass Abweichungen hinsichtlich der Formen, die beispielsweise aus der Herstellung herrühren, umfasst sind. Beispielsweise kann ein Element, das als ein Rechteck veranschaulicht oder beschrieben ist, gerundete oder gekrümmte Merkmale und/oder eine Gradientenkonzentration an ihren Rändern aufweisen, statt einer diskreten Veränderung von einem Element zu einem anderen. Somit sind die in den Zeichnungen veranschaulichten Elemente hinsichtlich ihrer Natur schematisch, und ihre Formen sind nicht dazu gedacht, die exakten Formen eines Elements zu veranschaulichen und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken.
  • Es wird verstanden werden, dass, wenn ein Element, wie etwa ein Gebiet, eine Schicht, ein Abschnitt, ein Substrat oder dergleichen, als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf‟ einem anderen Element bezeichnet wird, dann sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Es wird ferner verstanden werden, dass, wenn ein Element als „ausgebildet“ oder „hergestellt“ auf einem anderen Element bezeichnet wird, dann kann es gewachsen, abgeschieden, geätzt, befestigt, verbunden, gekoppelt oder anderweitig präpariert oder hergestellt sein auf dem anderen Element oder einem zwischenkommenden Element.
  • Des Weiteren können hierin relative Ausdrücke, wie etwa „unterer“ oder „unterseitig“ und „oberer“ oder „oberseitig“ verwendet werden, um eine Beziehung von einem Element zu einem anderen Element zu beschreiben, so wie das in den Zeichnungen veranschaulicht ist. Es wird verstanden werden, dass relative Ausdrücke dazu gedacht sind, verschiedene Orientierungen eines Geräts zusätzlich zu der in den Zeichnungen dargestellten Orientierung zu umfassen. Beispielsweise, wenn ein Gerät in den Zeichnungen umgedreht wird, wären Elemente, die als auf der „unteren“ Seite von anderen Elementen beschrieben sind, nun auf der „oberen“ Seite der anderen Elemente orientiert sein. Der Ausdruck „unterer“ kann daher sowohl eine Orientierung von „unterer“ und „oberer“ umfassen, als Funktion der bestimmten Orientierung des Geräts. Gleichermaßen, wenn ein Gerät in den Zeichnungen umgedreht wird, wären Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ von anderen Elementen beschrieben sind, dann „über“ den anderen Elementen orientiert sein. Die Ausdrücke „unter“ oder „unterhalb“ können daher sowohl eine Orientierung von über und unter umfassen.
  • Außer wo dies anderweitig definiert ist, weisen alle Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke), die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung auf, so wie das gemeinhin von einem gewöhnlichen Fachmann in dem technischen Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, verstanden wird. Es wird ferner verstanden werden, dass Ausdrücke, so wie diejenigen, die gewöhnlich in Wörterbüchern verwendet werden, so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung aufweisen, die konsistent ist mit deren Bedeutung in dem Kontext des relevanten Stands der Technik und dieser Offenbarung.
  • So wie diese hierin verwendet werden, sind die Singular (oder Einzahl-) Formen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ dazu gedacht, auch die Pluralformen zu enthalten, außer wo der Kontext dies deutlich anderweitig angibt. Es wird ferner verstanden werden, dass die Ausdrücke „enthalten“, „enthaltend“, „enthaltend“, „umfassend“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben ausschließen. Der Ausdruck „und/oder“ enthält irgendeine und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten, aufgelisteten Gegenstände.
  • Mit Verweis nun auf die 1-16B werden verschiedene Konfigurationen von Analyt-Messvorrichtungen und von mobilen Einrichtungen, die eine Analyt-Messvorrichtung darin eingebaut haben, beschrieben werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Analyt-Messvorrichtung in einer mobilen Einrichtung, wie etwa, beispielsweise einem Mobiltelefon, einem tragbaren Gerät, einem portablen Computer oder einem Tablet, aufgenommen werden. Die Offenbarung ist nicht beschränkt hinsichtlich der Arten von Geräten oder Systemen, in denen die Analyt-Messvorrichtung gemäß dieser Offenbarung verwendet werden. Des Weiteren kann die Analyt-Messvorrichtung, so wie diese in dieser Offenbarung offenbart ist, bereitgestellt werden auf dem Wafer-Niveau, dem Chip-Niveau, dem Gehäuse-Niveau, oder Kombinationen derselben.
  • Analyt, so wie dies hierin verwendet wird, kann in der Form von festen Partikeln, einer Flüssigkeit, einem Gel, einem Gas, Tropfen oder anderen Formen sein. Allgemein kann das Gehäuse für die Analyt-Messvorrichtung in zwei Arten getrennt werden. Die erste Art weist eine flache Oberfläche auf für einen direkten Kontakt mit dem Analyt, der ein Teil eines menschlichen Körpers, beispielsweise, sein kann. Die zweite Art weist eine Vertiefung auf, die in Fluidkommunikation mit dem Analyten ist. Die zweite Art einer Analyt-Messvorrichtung kann geeignet sein, um Tröpfchen aus dem Atem zu detektieren, wenn ein Benutzer in die Vertiefung bläst.
  • Des Weiteren kann in dieser Offenbarung der Ausdruck „Licht“ oder „Strahlung“ interpretiert werden als eine spezifische Art einer elektromagnetischen Welle. Alternativ oder zusätzlich können „Licht“ oder „Strahlung“ so interpretiert werden, dass sie alle Variationen von elektromagnetischen Wellen umfassen. Beispielsweise, Ultraviolet, Infrarot, nahes Infrarot und andere (für das menschliche Auge) unsichtbare Strahlung können umfasst sein, wenn der Ausdruck „Licht“ oder „Strahlung“ betrachtet wird.
  • Mit Verweis nun auf 1 wird eine veranschaulichende mobile Vorrichtung 100 beschrieben, die eine Analyt-Messvorrichtung 128 eingebaut hat, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In der dargestellten Ausführungsform ist die mobile Vorrichtung 100 gezeigt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die mobile Vorrichtung 100 kann eine oder mehrere Komponenten umfassen, wie etwa einen Speicher (oder eine Speichereinrichtung) 104, einen Mikroprozessor 108, eine Antenne (Antennen) 124, eine Netzwerkschnittstelle (Netzwerkschnittstellen) 120, einen oder mehrere Benutzereingänge 112 und einen oder mehrere Benutzerausgänge 116. In einigen Ausführungsformen kann die mobile Vorrichtung 100 ferner ein Leistungsmodul enthalten. So wie das gewertschätzt werden kann, kann die mobile Vorrichtung 100 dazu ausgelegt werden, Information/Daten mit anderen mobilen Vorrichtungen 100 entweder über eine direkte Maschine-zu-Maschine-Kommunikation oder durch ein Kommunikationsnetzwerk auszutauschen.
  • Der Speicher 104 der mobilen Vorrichtung 100 kann im Zusammenhang mit der Ausführung von Anwendungsprogrammierung oder Befehlen durch einen Mikroprozessor 108 sowie für die vorübergehende oder Langzeit-Speicherung von Programmbefehlen und/oder Daten verwendet werden. Der Speicher 104 kann ausführbare Funktionen enthalten, die durch den Mikroprozessor 108 verwendet werden, um andere Komponenten der mobilen Vorrichtung 100 zu betreiben (oder laufen zu lassen). In einer Ausführungsform kann der Speicher 104 dazu ausgelegt sein, Informationen über Berechtigungsnachweise, Informationen bezüglich einer elektronischen ID (z.B. Bilder, persönlich identifizierbare Information (PII) usw.) zu speichern. Beispielsweise kann die Information über Berechtigungsnachweise oder elektronische ID-Information einzigartige Identifikationen, Namen, Geburtstage, ID-Ablaufdaten, Adressen, Herstelleridentifikation, Passwörter, Schlüssel, Verschlüsselungsschemata, Übertragungsprotokolle und dergleichen umfassen, ist jedoch nicht beschränkt darauf. In einigen Ausführungsformen kann der Speicher 104 dazu ausgelegt sein, Konfigurationsinformation, Identifizierungsinformation, Authentifizierungsinformation und/oder dergleichen zu speichern. In einigen Ausführungsformen kann der Speicher 104 flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicher und eine Steuereinrichtung (Controller) für dieselben aufweisen. Nicht-beschränkende Beispiele des Speichers 104, die in der mobilen Vorrichtung 100 verwendet werden können, umfassen RAM, ROM, Pufferspeicher, Flash-Speicher, Festkörperspeicher oder Varianten derselben.
  • Der Mikroprozessor 108 kann einem oder vielen Mikroprozessoren entsprechen, die in dem Gehäuse der mobilen Vorrichtung 100 mit dem Speicher 104 enthalten sind. In einigen Ausführungsformen nimmt der Mikroprozessor 108 die Funktionen der zentralen Recheneinheit (CPU, Central Processing Unit) der Nutzereinrichtung auf einem einzelnen integrierten Schaltkreis (IC) oder einigen IC-Chips auf. Der Mikroprozessor 108 kann eine programmierbare Mehrzweck-Einrichtung sein, die digitale Daten als Eingabe akzeptiert, die digitalen Daten gemäß Befehlen, die in seinem internen Speicher gespeichert sind, verarbeitet, und die Ergebnisse als Ausgabe bereitstellt. Der Mikroprozessor 108 implementiert sequenziell digitale Logik, weil er einen internen Speicher aufweist. So wie das mit den meisten bekannten Mikroprozessoren ist, kann der Mikroprozessor 108 auf Zahlen und Symbolen, die in dem binären Zahlensystem dargestellt sind, arbeiten.
  • Die eine oder die mehreren Antennen 124 können dazu ausgelegt sein, drahtlose Kommunikationen zwischen der mobilen Vorrichtung 100 und anderen mobilen Vorrichtungen und/oder mit einem Kommunikationsnetzwerk zu ermöglichen. So wie das gewertschätzt werden kann, kann die Antenne (Antennen) 124 angeordnet werden, um so betrieben zu werden, dass sie eine oder mehrere drahtlose Kommunikationsprotokolle und Betriebsfrequenzen verwendet, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Bluetooth®, NFC, Zig-Bee, GSM, CDMA, WiFi, RF und dergleichen. Beispielsweise können die Antenne (Antennen) 124 eine RF-Antenne (Antennen) sein und als solche RF-Signale durch den freien Raum übertragen, um durch einen Netzwerkzugangspunkt (z.B. einen WiFi-Zugangspunkt, einen zellulären Turm (cellular tower) usw.) empfangen zu werden. Eine oder mehrere der Antennen 124 können durch einen zweckbestimmten Antennentreiber getrieben oder betrieben werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die mobile Vorrichtung 100 ein Leistungsmodul enthalten. Das Leistungsmodul kann dazu ausgelegt sein, Leistung für die Teile der mobilen Vorrichtung 100 bereitzustellen, um zu arbeiten. Das Leistungsmodul kann Leistung speichern in einem Kondensator des Leistungsmoduls. In einer Ausführungsform kann Elektronik in dem Leistungsmodul Energie in dem Kondensator speichern und abschalten, wenn ein RF-Feld vorhanden ist. Diese Anordnung kann sicherstellen, dass der mobilen Vorrichtung 100 Energie dargeboten wird, wodurch jeglicher Effekt auf einen Leseabstand minimiert wird. Obwohl die mobile Vorrichtung 100 dazu ausgelegt sein kann, Leistung passiv aus einem elektrischen Feld von einer anderen mobilen Einrichtung 100 zu empfangen, sollte gewertschätzt werden, dass die mobile Vorrichtung 100 ihre eigene Leistung bereitstellen kann. Beispielsweise kann das Leistungsmodul eine Batterie oder eine andere Leistungsquelle enthalten, um Leistung zuzuführen an Teile der mobilen Vorrichtung 100. Das Leistungsmodul kann eine eingebaute Leistungsversorgung (z.B. Batterie) und/oder einen Leistungskonverter, der die Umwandlung von extern zugeführter Wechselstromleistung in Gleichstromleistung, die zum Versorgen mit Leistung der verschiedenen Komponenten der mobilen Vorrichtung 100 verwendet werden, erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsmodul auch einige Implementierungen von Überspannungsschutzschaltkreisen enthalten, um die Komponenten der mobilen Vorrichtung 100 vor Leistungsstößen (oder Leistungsspitzenwerten) zu schützen.
  • Die mobile Vorrichtung 100 kann eine Netzwerkschnittstelle (oder Netzwerkschnittstellen) 120 enthalten, die dazu ausgelegt ist, mit einem oder mehreren verschiedenen Systemen oder Einrichtungen zu kommunizieren, entweder abgesetzt (remote) in Bezug auf die, oder lokal zu der mobilen Einrichtung 100. Folglich kann die Netzwerkschnittstelle (oder die Netzwerkschnittstellen) 120 Nachrichten senden oder empfangen nach oder von anderen Einrichtungen 100, einem Netzwerkzugangspunkt oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann die kommunizierte Information bereitgestellt werden an, oder ausgetauscht werden mit, anderen Komponenten innerhalb der mobilen Vorrichtung 100.
  • Die Nutzereingabe 112 kann mindestens einen Gerätesensor umfassen, Unter anderen Dingen kann ein Gerätesensor dazu ausgelegt sein, einen Zustand der mobilen Vorrichtung 100 oder eine Position der mobilen Vorrichtung 100 zu detektieren. Eine Art eines geeigneten Sensors, der in der mobilen Vorrichtung 100 enthalten sein kann, obwohl er nicht dargestellt ist, ist ein Positionssensor. Ein Positionssensor kann dazu ausgelegt sein, eine geografische Stelle und/oder Position der mobilen Vorrichtung 100 zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann diese Positionsfindung basiert sein auf Global Positioning System (GPS)-Daten, die durch ein GPS-Modul der mobilen Vorrichtung 100 bereitgestellt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die mobile Vorrichtung 100 eine Nutzerschnittstelle enthalten. Die Schnittstelle kann oder kann nicht enthalten einen oder mehrere von einem Nutzereingang 112 und/oder einem Nutzerausgang 116. Beispiele von geeigneten Nutzereingabe-112-Geräten, die in der Nutzerschnittstelle enthalten sein können, umfassen, ohne Beschränkung, Knöpfe, Tastaturen, eine Maus, berührungsempfindliche Oberflächen, einen Stift, eine Kamera, Mikrofone usw. Beispiele von geeigneten Nutzerausgabe-116-Geräten, die in der Nutzerschnittstelle enthalten sein können, enthalten, ohne Beschränkung, Anzeigeschirme, Touchscreens, Lampen, Lautsprecher usw. Es sollte gewertschätzt werden, dass die Nutzerschnittstelle auch ein kombiniertes Nutzereingang-112- und Nutzerausgang-116-Gerät, wie etwa ein berührungsempfindliches Anzeigegerät oder dergleichen, enthalten kann.
  • So wie das oben angemerkt wurde, können eine oder mehrere der Antennen 124 einer Kommunikationsnetzwerkschnittstelle entsprechen, während andere der Antennen 124 einer Schnittstelle für drahtlose Maschinen entsprechen können. Eine Schnittstelle für drahtlose Maschinen kann umfassen eine Bluetooth-Schnittstelle (z.B. Antenne und zugehörige Schaltkreise), eine NFC-Schnittstelle (z.B. eine Antenne und zugehöriger Schaltkreis), eine Infrarotschnittstelle (z.B. LED, Photodiode und zugehöriger Schaltkreis) und/oder eine Ultraschallschnittstelle (z.B. Lautsprecher, Mikrofon und zugehöriger Schaltkreis). Eine Kommunikationsnetzwerkschnittstelle andererseits kann eine Wi-Fi/802.11N-Schnittstelle (z.B. eine Antenne und zugehöriger Schaltkreis), einen Ethernet-Port, eine Netzwerkschnittstellenkarte (NIC, Network Interface Card), eine Mobilfunkschnittstelle (z.B. Antenne, Filter und zugehöriger Schaltkreis) oder dergleichen umfassen. Die Netzwerkschnittstelle kann dazu ausgelegt sein, eine Verbindung zwischen der mobilen Vorrichtung 100 und einem Kommunikationsnetzwerk zu ermöglichen, und kann ferner dazu ausgelegt sein, Kommunikationen (z.B. Pakete) gemäß einem Protokoll, das von dem Kommunikationsnetzwerk 104 verwendet wird, zu codieren und zu decodieren.
  • Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie ein Teil einer mobilen Vorrichtung 100 ist. Es sollte gewertschätzt werden, dass die Analyt-Messvorrichtung 128 als Teil der mobilen Vorrichtung 100 integriert sein kann, oder dass sie eine gesonderte Einrichtung sein kann, die mit der mobilen Vorrichtung 100 verbindbar ist. Die Analyt-Messvorrichtung 128 kann, zumindest teilweise, durch eine Messanwendung 136, die in dem Speicher 104 gespeichert ist, betrieben werden. So wie das gewertschätzt werden kann, können in dem Speicher 104 gespeicherte Befehle durch den Mikroprozessor 108 oder einige andere IC-Chips in der mobilen Vorrichtung 100 ausgeführt werden. Auf die Messanwendung 136 kann von einem Benutzer über das Betriebssystem (OS, Operating System) 132, das ebenfalls in dem Speicher 104 gespeichert ist, zugegriffen werden. Die Messanwendung 136 kann einer spezifischen Anwendung (z.B. einem Befehlssatz), der den Betrieb der Analyt-Messvorrichtung 128 ermöglicht, entsprechen. Insbesondere kann die Messanwendung 136 Befehle umfassen, die, wenn sie durch den Prozessor 108 ausgeführt werden, ermöglichen, dass Ausgaben der Analyt-Messvorrichtung 128 über den Benutzerausgang 116 angezeigt werden und kann ferner ermöglichen, dass Eingaben, die an dem Nutzereingang 112 empfangen werden, ermöglichen, den Betrieb der Messanwendung 136 und/oder der Analyt-Messvorrichtung 128 zu steuern.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Analyt-Messvorrichtung 128 einen Schaltkreis, wie etwa einen Zeitgeberschaltkreis 140, umfassen, der die Analyt-Messvorrichtung 128 in die Lage versetzt, eine bestimmte Zeitgebung, mit der die Analyt-Messvorrichtung 128 arbeitet, zu steuern. Insbesondere kann der Zeitgeberschaltkreis 140 eine Menge von Zeit (z.B. eine Zeitdauer), während der die Analyt-Messvorrichtung 128 ein chemochromes Material und seine Reaktionen auf ein Analyt analysiert, steuern. Anders gesagt kann der Zeitgeberschaltkreis 140 einen Zeitgebungsbetrieb der Analyt-Messvorrichtung 128 steuern und kann ferner eine Menge an Zeit, während der insbesondere Analyseoperationen ausgeführt werden, steuern.
  • Es sollte gewertschätzt werden, dass der Zeitgeberschaltkreis 140 gesondert von der Analyt-Messvorrichtung 128 sein kann. Beispielsweise kann der Zeitgeberschaltkreis (z.B. eine Taktfunktion) innerhalb des Mikroprozessors 108 verwendet werden, um den Zeitgeberschaltkreis 140 zu replizieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Mikroprozessor 108 andere Schaltkreise bereitstellen, die einen Betrieb der Analyt-Messvorrichtung 128 innerhalb der mobilen Vorrichtung 100 ermöglicht. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann der Mikroprozessor 108 oder einige andere IC-Chips innerhalb der mobilen Vorrichtung 100 einen Schaltkreis bereitstellen, der dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Satz von Detektoren in der Analyt-Messvorrichtung 128 elektrisch zu verbinden, so dass der Satz von Detektoren eine Ausgabe bereitstellt, die mit bestimmten chemochromen Teilen in der Analyt-Messvorrichtung 128 entspricht. Diese Funktionalität wird hierin in näherer Einzelheit beschrieben werden. Es sollte jedoch gewertschätzt werden, dass ein Schaltkreis, der den Betrieb der Analyt-Messvorrichtung 128 ermöglicht, in der Analyt-Messvorrichtung 128 integriert werden kann (z.B. ein IC-Chip, der mit anderen Komponenten der Analyt-Messvorrichtung 128 zusammengepackt ist) oder gesondert von der Analyt-Messvorrichtung 128 sein kann und beispielsweise durch den Mikroprozessor 108 bereitgestellt sein kann.
  • Mit Verweis nun auf 2 werden zusätzlich Einzelheiten einer Analyt-Messvorrichtung 128 beschrieben, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie ein im Wesentlichen transparentes Material 204, ein chemochromes Material 212, ein optisches Element 216, eine Verriegelungsstruktur 220, einen Gehäusekörper (oder ein Gehäuseteil) 224, einen Strahler (oder eine Emissionseinrichtung) 228 und eine Sensorplatte (oder einen Sensor-Chip, sensor chip) 232 aufweist. Das im Wesentlichen transparente Material 204 ist ferner so gezeigt, dass es eine Detektionsoberfläche 208, die an einer äußeren Oberfläche der Analyt-Messvorrichtung 128 freiliegend ist (oder bloßliegt, oder exponiert ist), umfasst, wodurch es dem chemochromen Material 212 ermöglicht ist, einem zu testenden oder zu analysierenden Analyt direkt ausgesetzt zu sein.
  • Eine Beleuchtung des chemochromen Materials 212 kann durch Umgebungslicht oder einen Strahler 228 oder eine Kombination von beiden bereitgestellt werden. Beispielsweise ist der Strahler 228 so gezeigt, dass er ein abgestrahltes Licht 236 erzeugt, das durch das optische Element 216 in Richtung zu dem chemochromen Material 212, das hierin auch als eine chemochrome Schicht bezeichnet werden kann, gerichtet wird. Zumindest ein Teil des abgestrahlten Lichts 236 kann von dem chemochromen Material 212 reflektiert werden und an der Sensorplatte 232 detektiert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Umgebungslicht 240 auch vorhanden sein und kann durch das im Wesentlichen transparente Material 204 hindurchlaufen. Das Umgebungslicht 240 kann auch an der Sensorplatte (oder dem Sensor-Chip) detektiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Sensorplatte 232 dazu ausgelegt sein, ein elektrisches Signal auszugeben, das indikativ ist für das Licht, das an der Messoberfläche derselben empfangen wird. In einigen Ausführungsformen kann das durch die Sensorplatte 232 ausgegebene elektrische Signal Information enthalten, die sowohl das abgestrahlte Licht 236, das von dem chemochromen Material 212 zurückreflektiert wurde, als auch das Umgebungslicht 240, repräsentiert. Ein oder mehrere Auslöschungsalgorithmen oder - protokolle können verwendet werden, um den Anteil des elektrischen Signals, der durch das Umgebungslicht 240 erzeugt wurde, von dem Anteil des elektrischen Signals, der durch das reflektierte abgestrahlte Licht 236 erzeugt wurde, zu trennen. In einigen Ausführungsformen ist der Strahler 228 eine optionale Komponente, in welchem Fall das chemochrome Material 212 ausschließlich durch das Umgebungslicht 240 beleuchtet wird.
  • Das im Wesentlichen transparente Material 204 ist so angeordnet, dass die Sensorplatte 232 zwischen dem Hauptkörper 224 und dem im Wesentlichen transparenten Material 204 zwischengelegt ist. Die Sensorplatte 232 ist in einigen Ausführungsformen in einer optischen Kommunikation mit dem im Wesentlichen transparenten Material 204 und in einer elektrischen Kommunikation mit dem Hauptkörper 224. Genauer gesagt kann der Hauptkörper 224 einen oder mehrere integrierte Schaltkreis (IC)-Komponenten aufweisen, die elektrisch mit der Sensorplatte 232 über einen oder mehrere Drahtbonden und/oder einen oder mehrere Lötperlen (z.B. über eine Flip-Chip-Verbindung) elektrisch verbunden sind.
  • Das im Wesentlichen transparente Material 204 umfasst die Detektionsoberfläche 208, die nach außen freiliegend (oder bloßliegend, oder exponiert) ist (z.B. weg von anderen Komponenten der Analyt-Messvorrichtung 128), so dass die Detektionsoberfläche 208 anpassbar ist, um in direktem Kontakt mit dem einen oder den mehreren Analyten zu sein. Das im Wesentlichen transparente Material 204 umfasst ferner ein chemochromes Material 212 oder mehrere chemochrome Materialien 212, die zumindest teilweise angrenzend (oder anliegend) an die Detektionsoberfläche 208 angeordnet sind, so dass ein Abschnitt des chemochromen Materials 212 dazu ausgelegt ist, über die Detektionsoberfläche 208 für einen Analyt freiliegend zu sein. Das chemochrome Material 212 zeigt, in einigen Ausführungsformen, eine erste Farbe in einem ersten Zustand und eine zweite Farbe in einem zweiten Zustand, wenn es einem vorbestimmten Analyten ausgesetzt ist. Es sollte gewertschätzt werden, dass das chemochrome Material 212 mehr als zwei Zustände annehmen kann (z.B. Wechseln in eine dritte Farbe, wenn es einem anderen Analyten ausgesetzt ist), jedoch wird das Konzept eines chemochromen Materials 212, das zwei verschiedene Farben in zwei verschiedenen Zuständen annimmt, zur Erleichterung des Verständnisses von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung besprochen werden. Die erste Farbe und die zweite Farbe können auch einen Zustand aufweisen, wo das Material transparent ist. In einer Ausführungsform beispielsweise ist das chemochrome Material 212 ohne Alkoholdämpfe in dem ersten Zustand transparent, und das chemochrome Material 212 kann seine Farbe in einen zweiten Zustand ins Rote verändern, wenn es in Kontakt mit Alkoholdämpfen ist, die in einem Atem einer betrunkenen Person existieren, die Luft in Richtung zu dem chemochromen Material 212 bläst. In noch einem anderen Beispiel kann die Veränderung der Farbe permanent sein. Beispielsweise ist in dem ersten Zustand vor dem In-Berührung-Kommen mit menschlichem Schweiß einer diabetischen Person das chemochrome Material 212 transparent, jedoch zeigt in einem zweiten Zustand nach dem In-Kontakt-Sein mit menschlichem Schweiß einer diabetischen Person das chemochrome Material 212 eine orange (oder bernsteinfarbene) Farbe.
  • Die Sensorplatte (oder der Sensor-Chip) 232 kann einem IC-Chip entsprechen, der eine photosensitive Oberfläche oder einen darauf bereitgestellten Photodetektor aufweist. In einigen Ausführungsformen kann die Sensorplatte 232 eine Matrixanordnung (array) von Photodetektoren, die dazu ausgelegt sind, empfangene elektromagnetische Energie in ein elektrisches Signal umzuwandeln, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorplatte 232 einen einfachen Photodetektor (z.B. eine Photodiode) oder eine Matrixanordnung von einfachen Photodetektoren, die über einen darunterliegenden Schaltkreis in der Sensorplatte 232 miteinander verbunden sind, aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist die Sensorplatte 232 dazu ausgelegt, die Änderung der Farbe des chemochromen Materials 212 zu detektieren. Das chemochrome Material 212, die Detektionsoberfläche 208 und das im Wesentlichen transparente Material 204 können in einigen Ausführungsformen integral in einer Halbleiterinheit (einem Halbleitergehäuse) ausgebildet sein. Die Analyt-Messvorrichtung 208 kann optional den Strahler 228 umfassen. Der Strahler 228 ist so angeordnet, dass das von dem Strahler 228 abgestrahlte optische Signal (z.B. das abgestrahlte Licht 236) zu dem im Wesentlichen transparenten Material 204 gerichtet ist, um durch die Detektionsoberfläche 208 in Richtung zu der Sensorplatte 232 reflektiert zu werden, nachdem es durch das chemochrome Material 212 hindurchgelaufen ist.
  • Das optische Element 216, so wie das hierin in weiterer Einzelheit besprochen werden wird, kann einem oder mehreren Elementen entsprechen, die in der Lage sind, optische Signale zu tragen und/oder auszurichten. Nicht-beschränkende Beispiele eines optischen Elements 216 umfassen eine Linse, eine Mehrzahl von Linsen, einen Lichtleiter, eine Mehrzahl von Lichtleitern, einen optischen Filter, einen Film, einen Spiegel, ein Prisma oder Kombinationen derselben.
  • Die Verriegelungsstruktur 220 ist bereitgestellt als eine Komponente, die die Befestigung oder Integration des chemochromen Materials 212 mit dem im Wesentlichen transparenten Material 204 unterstützt. Die Verriegelungsstruktur 220 kann eine mechanische Struktur, ein Klebstoff, ein Klebeband oder Kombinationen davon sein.
  • Der Strahler 228 kann irgendeiner Art einer Einrichtung entsprechen, die dazu ausgelegt ist, abgestrahltes Licht 236 zu erzeugen in Antwort auf das Empfangen eines elektrischen Signals (z.B. über einen Schaltkreis in dem Hauptkörper 224). Nichtbegrenzende Beispiele eines Strahlers 228 umfassen eine lichtemittierende Diode (LED), eine Matrixanordnung (Array) von LEDs, einen Laser, einen oberflächenemittierenden Diodenlaser (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder Kombinationen derselben.
  • Der Hauptkörper 224 kann einem einfachen Substrat oder einer Leiterplatte („PCB“, Printed Circuit Board) entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann der Hauptkörper 224 eine oder mehrere elektrische Spuren oder Verbindungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Hauptkörper 224 ein Halbleitermaterial (z.B. einen Halbleiterwafer) oder ein Gehäuse, das einen Halbleiterwafer umgibt (z.B. ein Plastikgehäuse oder dergleichen), aufweisen.
  • Um in eine mobile Vorrichtung 100 hineinzupassen, sollte die Analyt-Messvorrichtung 128 in einem kleinen Formfaktor sein. Das Bereitstellen aller Elemente (z.B. der Hauptkörper 224, die Sensorplatte 232, das im Wesentlichen transparente Material 204, die Detektionsoberfläche 208, das chemochrome Material 212, der Strahler 228 usw.) in eine einzige miniaturisierte Halbleitereinheit für mobile Vorrichtungen 100 kann aus mehreren Gründen herausfordernd sein. Zunächst sollte das chemochrome Material 212 nach außen freiliegen und kann leicht verschleißen oder sich verschlechtern, wenn es äußeren Umweltbedingungen ausgesetzt ist. Zweitens kann das Aufweisen eines kleinen Formfaktors zu Fragen der Ausrichtung und der Zuverlässigkeit führen, wie etwa eine Delaminierung oder ein Abblättern zwischen Komponenten. Drittens bedeutet das Aufweisen einer Einrichtung mit einem kleinen Formfaktor auch, dass weniger Licht 240 durch das chemochrome Material 212 hindurch zu der Sensorplatte läuft. Mit anderen Worten, die Sensorplatte 232 muss eine hohe Sensitivität aufweisen, um effektiv zu arbeiten (oder zu funktionieren).
  • Es gibt verschiedene Herangehensweisen, um das chemochrome Material 212 in eine einzige Halbleitereinheit aufzunehmen. Jedoch ist das chemochrome Material 212 integriert (ausgebildet als eine einzige, einheitliche Einheit oder als eine Komponente zusammen mit dem im Wesentlichen transparenten Material 204). Um eine Farbdetektion zu ermöglichen, sind das chemochrome Material 212 und das im Wesentlichen transparente Material 204 in dem optischen Pfad der Sensorplatte 232 angeordnet. Das chemochrome Material 212 kann organische oder anorganische Partikel aufweisen. In einigen Ausführungsformen besitzen die Partikel des chemochromen Materials 212 die Charakteristik des Veränderns der Farbe, wenn sie bestimmten bekannten Substanzen, die in gasförmiger, flüssiger oder fester Form erscheinen, ausgesetzt sind. Das chemochrome Material 212 kann eine Mehrzahl von chemochromen Partikeln umfassen, die gleich oder verschieden (z.B. um verschiedene Arten von Analyten zu detektieren) sein können. Eines oder mehrere chemochrome Partikel können eine Farbveränderung in Antwort (oder Reaktion) auf ein Ausgesetztsein an einen Analyt zeigen. Durch Aufweisen einer ausgewählten Menge von chemochromen Partikeln, um ein chemochromes Material 212 auszubilden, kann das chemochrome Material 212 angepasst sein, um einen, zwei, drei, vier oder mehr Analyten zu detektieren.
  • Das im Wesentlichen transparente Material 204 ist dazu ausgelegt, eine strukturelle Abstützung für das chemochrome Material 212 bereitzustellen. Dies kann eine Situation umfassen, wo das im Wesentlichen transparente Material 204 mit dem chemochromen Material 212 integriert ist und als eine Trägerlösung für das chemochrome Material 212 fungiert. Beispielsweise ist das im Wesentlichen transparente Material 204 in einigen Ausführungsformen dazu ausgelegt, die Sensorplatte 232 ebenso wie andere leitfähige Spuren auf einer Oberfläche des Hauptkörpers 224 zu überdecken und zu schützen. Das im Wesentlichen transparente Material 204 kann ein Verkapselungsstoff sein, wie etwa ein Epoxy oder Silikon, das/die dazu ausgelegt ist/sind, die Sensorplatte 232 zu verkapseln. In anderen Ausführungsformen kann das im Wesentlichen transparente Material 204 den ausgesetzten Abschnitt der Sensorplatte 232 als ein Deckel überdecken. In noch einer anderen Ausführungsform kann das im Wesentlichen transparente Material 204 eine Schicht sein, die das Halbleitergehäuse abdichtet, so dass die Sensorplatte 232 innerhalb einer Vertiefung geschützt ist. Das im Wesentlichen transparente Material 204 kann in verschiedenen beispielhaften Formen als eine Schicht ausgebildet werden, die eine strukturelle Unterstützung für das chemochrome Material 212 bereitstellt, das als eine Schicht auf dem im Wesentlichen transparenten Material 204 ausgebildet ist.
  • Es gibt viele Herangehensweisen, das im Wesentlichen transparente Material 204 und das chemochrome Material 212 zu integrieren. Die verschiedenen Herangehensweisen mögen für verschiedene Arten von Analyt-Messvorrichtungen 128 funktionieren, oder können für spezifische Betrachtungen verwendet werden. Das chemochrome Material 212 kann eine Mehrzahl von chemischen Partikeln umfassen, um auf mehr als den einen Analyt zu antworten (oder zu reagieren). Beispielsweise kann das chemochrome Material 212 eine organische oder anorganische chemische Substanz, die in einem Trägerlösungsmittel verdünnt ist, aufweisen. Das Trägerlösungsmittel, wie etwa das im Wesentlichen transparente Material 204, kann während des Herstellungsprozesses in flüssiger Form sein, jedoch nach dem Herstellungsprozess in eine feste Form gegossen oder geformt sein. Das Trägerlösungsmittel kann sein ein, besser geeignet, jedoch nicht beschränkt sein auf ein, Material auf Polymerbasis für organische chemochrome Substanzen. Die Adhäsion zwischen dem Trägerlösungsmittel und dem im Wesentlichen transparenten Material kann eine Betrachtung hinsichtlich der Leistungsfähigkeit bezüglich Zuverlässigkeit sein.
  • Mit Verweis nun auf die 3A-C werden verschiedene Konfigurationen, wie das im Wesentlichen transparente Material 204 und das chemochrome Material 212, integral ausgebildet werden können, beschrieben gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In der Ausführungsform des in 3A gezeigten ersten Aufbaus ist das chemochrome Material 212 so gezeigt, dass es ein erstes chemochromes Material 304a und ein zweites chemochromes Material 304b aufweist, die als eine chemochrome Schicht auf einer oberseitigen Oberfläche des im Wesentlichen transparenten Materials 204 abgeschieden ist. In einigen Ausführungsformen kann die durch die chemochromen Materialien 304a, 304b ausgebildete chemochrome Schicht eine dünne chemochrome Schicht sein, die abgeschieden, gedruckt, beschichtet, laminiert oder unter Verwendung von anderen geeigneten Techniken zum Ausbilden auf dem im Wesentlichen transparenten Material 204 sein kann, welches vorgeformt oder vorab hergestellt ist als eine im Wesentlichen transparente Schicht, die eine relativ konsistente/konstante Dicke aufweist. In einigen Ausführungsformen ist das im Wesentlichen transparente Material 204 als eine Schicht ausgebildet, um einen strukturellen Träger für die chemochromen Schichten/Materialien 304a, 304b bereitzustellen. Die durch die chemochromen Materialien 304a, 304b ausgebildete chemochrome Schicht kann als eine dünne Schicht auf die Dicke der im Wesentlichen transparenten Schicht 204 bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform kann das chemochrome Material 304a, 304b weniger als 20% der Dicke der im Wesentlichen transparenten Schicht 204 sein. In einer anderen Ausführungsform kann das chemochrome Material 304a, 304b weniger als 5% der Dicke der im Wesentlichen transparenten Schicht 204 sein. Verriegelungsstrukturen 220 können eingesetzt werden, um die mechanische Verriegelung oder Schnittstelle zwischen dem chemochromen Material 304a, 304b und dem im Wesentlichen transparenten Material 204 zu verbessern.
  • Der bestimmte, in 3A gezeigte Aufbau kann für Messvorrichtungen 128 geeignet sein, die eine oder mehrere Arten von chemochromem Material aufweisen, in denen das chemochrome Material in einer Mehrzahl von chemochromen Abschnitten angeordnet ist, wie etwa in einer Matrixanordnung (array) oder in einer zweidimensionalen Weise (z.B. in einem Reihen- oder Spaltenformat). Als ein nichtbeschränkendes Beispiel kann die Struktur der 3A für chemochrome Materialien 304a, 304b in pulveriger Form geeignet sein. Zusätzlich kann diese dargestellte Struktur für chemochrome Materialien 304a, 304b geeignet sein, die dünn genug ausgebildet werden können, um zu ermöglichen, dass Licht hindurchläuft, während sie gleichzeitig eine Veränderung der Farbe zeigen.
  • Alternativ oder zusätzlich können das im Wesentlichen transparente Material 204 und das chemochrome Material 212 integral miteinander ausgebildet werden. Genauer gesagt zeigt 3B eine Anordnung, wobei das erste und das zweite chemochrome Material 304a, 304b innerhalb des im Wesentlichen transparenten Materials 204 bereitgestellt sind, im Gegensatz dazu, auf der Oberseite des im Wesentlichen transparenten Materials 204 ausgebildet zu sein. In dieser Anordnung ist die Detektionsoberfläche (z.B. die oberseitige Oberfläche des im Wesentlichen transparenten Materials) im Wesentlichen glatt oder eben, weil die oberseitige Oberfläche der chemochromen Materialien 304a, 304b im Wesentlichen komplanar mit der oberseitigen Oberfläche des im Wesentlichen transparenten Materials 204 ist. Es sollte gewertschätzt werden, dass diese besondere Art der Integration ferner dazu beitragen kann, eine Delaminierung zwischen dem im Wesentlichen transparenten Material 204 und den chemochromen Materialien 304a, 304b zu vermeiden.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform können das im Wesentlichen transparente Material 204 und das chemochrome Material 212 vollständig integriert sein, um eine einzelne (oder einzige) chemochrome Schicht 308 auszubilden. Mit anderen Worten, das im Wesentlichen transparente Material 204 kann als eine Trägerlösung für das chemochrome Material 304 eingesetzt werden, so wie das in 3C veranschaulicht ist. Diese besondere Konfiguration kann weiter dazu beitragen, eine Delaminierung zu vermeiden, weil die Partikel des chemochromen Materials 304 durch das im Wesentlichen transparente Material 204 vollständig dispergiert sind. Die durch diese Integration ausgebildete chemochrome Schicht 308 kann eine im Wesentlichen konstante Dicke oder Breite aufweisen.
  • Obwohl spezifische in den 3A-C veranschaulichten Aufbauten (oder Konstruktionen) mit verschiedenen spezifischen Analyt-Messvorrichtungen 128, die hierin beschrieben sind, korrelieren können, sollte gewertschätzt werden, dass die Analyt-Messvorrichtung 128 auch unter Verwendung eines anderen Aufbaus ausgebildet werden kann. Beispielsweise kann die in 2 gezeigte Ausführungsform einen Aufbau (oder eine Konstruktion) von integral ausgebildetem, chemochromem Material 212 und im Wesentlichen transparentem Material aufweisen, so wie das in irgendeiner der 3A-C veranschaulicht ist, und andere Verfahren, die oben nicht veranschaulicht sind, mit nebensächlichen Modifikationen, so wie das einem Fachmann mit normalen Fähigkeiten in dem technologischen Fachgebiet geeignet erscheint.
  • Mit Verweis nun auf die 4A-B wird ein spezifischer Aufbau einer Analyt-Messvorrichtung 128 beschrieben, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie eine Version der Analyt-Messvorrichtung 128 ist, die einen einzelnen Analyten misst. Es sollte gewertschätzt werden, dass die Analyt-Messvorrichtung 128 modifiziert werden kann, um mehr als einen Analyten zu messen. Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie einen Hauptkörper 404 und eine Sensorplatte 416, die auf einer aufnehmenden Oberfläche des Hauptkörpers 404 angeordnet ist, aufweist. Der Hauptkörper 404 kann beispielsweise ein Keramik-basiertes Gehäusesubstrat mit einer vorbestimmten Form aufweisen. Andere geeignete Substratmaterialien können ebenfalls nützlich sein, wie etwa Polymere, Verkapselungsstoffe usw. Der Hauptkörper 404 umfasst in einer Ausführungsform eine Vertiefung, die allgemein eingeschlossen oder verdeckt ist. Die Vertiefung des Hauptkörpers 404 ist beispielsweise durch mindestens eine Seitenwand und die aufnehmende Oberfläche des Hauptkörpers begrenzt.
  • So wie das gezeigt ist, umfasst die Analyt-Messvorrichtung 128 auch eine im Wesentlichen transparente Schicht 404. Die im Wesentlichen transparente Schicht 408 ist auf dem Hauptkörper 404 angeordnet, so dass die Sensorplatte 416 zwischen der aufnehmenden Oberfläche des Hauptkörpers 404 und der im Wesentlichen transparenten Schicht 408 angeordnet ist. Die Analyt-Messvorrichtung 128 umfasst ferner eine chemochrome Schicht 412, die auf einer nach außen ausgesetzten (oder freiliegenden) Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408 angeordnet ist. Genauer gesagt kann die nach außen freiliegende Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408 einer Oberfläche der Schicht 408 entsprechen, die der Oberfläche, die eine Schnittstelle mit dem Hauptkörper 404 aufweist und der Sensorplatte 416 zugewandt ist, gegenüberliegt. Das Aussetzen der chemochromen Schicht 412 auf einer äußeren Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408 ermöglicht, dass die chemochrome Schicht 412 äußeren Umweltbedingungen ebenso wie einem oder mehreren Analyten ausgesetzt sein kann. Gleichzeitig schützen die Vertiefung des Hauptkörpers 404 und der Hauptkörper 404 selbst die Sensorplatte 416 vor denselben Umweltbedingungen, die die Sensorplatte 416 negativ beeinflussen könnte. In einigen Ausführungsformen zeigt die chemochrome Schicht 412 in einem ersten Zustand (z.B. vor dem Aussetzen an einen vorbestimmten Analyten) eine erste Farbe, und in einem zweiten Zustand (z.B. nach dem Aussetzen an einen vorbestimmten Analyten) eine zweite Farbe. Die Sensorplatte 416 ist in einer Ausführungsform dazu ausgelegt, die Veränderung der Farbe der chemochromen Schicht 412 zu detektieren.
  • Die im Wesentlichen transparente Schicht 408 umfasst beispielsweise ein Glasmaterial, einen Formgebungswerkstoff, ein Acrylmaterial oder andere geeignete Materialien, die im Wesentlichen transparent sind. Die im Wesentlichen transparente Schicht 408 kann in der Form eines Glasdeckels bereitgestellt werden, der die Sensorplatte 416 innerhalb der Vertiefung des Hauptkörpers 404 hermetisch versiegelt. Die extern bloß liegende Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408 ist so gezeigt, dass sie ausreichend eben oder plan ist, um einen Kontakt zwischen der Analyt-Messvorrichtung 128 und dem einen oder mehreren Analyten zu ermöglichen. Die chemochrome Schicht 412 ist winkelgetreu zu der darunterliegenden, extern bloß liegenden Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408. In einigen Ausführungsformen kann die chemochrome Schicht 412 koaxial ausgerichtet sein mit den Umkreisen der im Wesentlichen transparenten Schicht 408, was bedeutet, dass die chemochrome Schicht 412 die gesamte oberseitige Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408 im Wesentlichen überdeckt.
  • Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist auch so gezeigt, dass sie ein optisches Element 420 aufweist. Das optische Element 420 ist gezeigt als eine Linse (z.B. mit einer nicht ebenen Oberfläche), die dazu beitragen kann, Licht auf die photosensitiven Flächen der Sensorplatte 416 zu fokussieren. Das optische Element 420 kann bereitgestellt werden als ein transparentes (vollständig oder teilweise) Epoxy oder Verkapselungsstoff (z.B. Silikon), der auch dazu beiträgt, die Sensorplatte 416 innerhalb der Vertiefung des Hauptkörpers zu versiegeln und zu schützen. Es sollte gewertschätzt werden, dass das optische Element 420 eine optionale Komponente ist, dass sie jedoch nützlich sein kann, um die Menge oder die Qualität des Lichts, das auf der Sensorplatte 416 empfangen wird, vergrößert.
  • In einer Ausführungsform erstreckt sich die chemochrome Schicht 412 vollständig über die extern freiliegende (oder bloß liegende) Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 408. Eine derartige Konfiguration kann geeignet sein zum Detektieren eines einzelnen Analyten, oder eines begrenzten Satzes (oder einer begrenzten Menge) von Analyten, die begrenzte oder vorbestimmte Arten von Farbveränderungen aufweisen, so dass die Farbveränderungen detektiert werden können unter Verwendung eines Satzes (oder einer Menge) von Farbsensoren, die in der Sensorplatte 416 bereitgestellt sind.
  • In einigen Ausführungsformen kann die chemochrome Schicht 412 eine Mehrzahl von chemochromen Materialien aufweisen. Ein Beispiel eines derartigen Aufbaus wird nun mit Verweis auf die 5A-B beschrieben. Beispielsweise kann die chemochrome Schicht 512 N verschiedene chemochrome Materialien 528a-N aufweisen, die in einer Matrixanordnung (Array) oder in einer zweidimensionalen Weise (z.B. ein Zeilen- oder Spaltenformat) angeordnet sind. Jedes der chemochromen Materialien 528a-N kann ausgewählt werden, um reaktionsfähig auf einen vorbestimmten Analyten oder einen Satz (oder Menge) von Analyten zu sein. Beispielsweise kann das erste chemochrome Material 528a zur Farbe P sich verändern, wenn es einem Analyten X ausgesetzt ist, jedoch zur Farbe Q sich verändern kann, wenn es einem Analyten Y ausgesetzt ist. Ein anderes chemochromes Material 528N kann sich in verschiedene Farben ändern in Reaktion auf ein Ausgesetztsein an andere Analyten.
  • Um irgendeine Farbveränderung zu detektieren, ist die Sensorplatte 516 mit mindestens drei Detektoren für jeden Analyten versehen. Beispielsweise können Detektoren oder Sensoren, wie etwa ein RGB-Sensor oder ein CMY-Sensor, mit der Sensorplatte 516 verwendet werden. Andere geeignete Sensoren, die die Änderung der Farbe der chemochromen Schicht detektieren könnten, können ebenfalls nützlich sein. Um eine höhere Genauigkeit aufzuweisen, kann die Sensorplatte 516 mindestens vier Detektoren für jeden Analyten 528a-N aufweisen, beispielsweise einen RGB-Sensor und einen klaren (etwa weißlich) Photosensor. Jedoch, weil jeder Analyt 528a-N dazu ausgelegt ist, Farbe in einer begrenzten Weise zu verändern, braucht die Sensorplatte 516 nicht drei oder vier Detektoren für jeden Analyten zu benötigen. In einigen Fällen kann ein Satz von zwei Detektoren ausreichend sein, um Farbänderungen der chemochromen Materialien 528a-N zu detektieren. Wenn in der chemochromen Schicht 512 mehr als ein chemochromes Material ist, kann die Sensorplatte 516 Sätze von Detektoren umfassen, die so angeordnet sind, dass sie sich den chemochromen Materialien 528a-N angleichen (oder annähern).
  • Die Analyt-Messvorrichtung 128 der 5A-B ist anderweitig ähnlich wie die Analyt-Messvorrichtung der 4A-B dahingehend, dass die Sensorplatte 516 in einer Vertiefung des Hauptkörpers 504 bereitgestellt ist, und dass die im Wesentlichen transparente Schicht 508 als ein Deckel für den Hauptkörper 504 bereitgestellt ist. Die Analyt-Messvorrichtung 128 der 5A-B ist jedoch nicht so gezeigt, dass sie ein optisches Element aufweist. Es sollte gewertschätzt werden, dass die Analyt-Messvorrichtung 128 zum Messen von mehreren Analyten mit einem optischen Element versehen werden kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Andere Betrachtungen zum Entwerfen der Anzahl der Detektoren ist die Ausrichtung der chemochromen Materialien relativ zu den Detektoren der Sensorplatte. Allgemein wird die Sensorplatte bei einem Abstand von näherungsweise mehr als zehn Mal der Detektorgröße angeordnet. Jeder Detektor kann eine Größe oder Messfläche von einigen Mikrometern aufweisen. Daher kann die Ausrichtung des Detektors zu den chemochromen Materialien nicht ideal sein.
  • Die 6A-D stellen veranschaulichende Diagramme bereit, die die Entwurfsbetrachtungen des chemochromen Materials relativ zu der Mehrzahl der Detektoren zeigt. Beispielsweise zeigt 6A eine chemochrome Schicht 604 mit einer Mehrzahl von verschiedenen chemochromen Materialien. Die veranschaulichende chemochrome Schicht 604 der Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie vier chemochrome Materialien aufweist, die in einer Matrixanordnung angeordnet sind (z.B. chemochromes Material A, chemochromes Material B, chemochromes Material C und chemochromes Material D). Es sollte gewertschätzt werden, dass eine größere oder kleinere Anzahl von chemochromen Materialien in der chemochromen Schicht 604 enthalten sein kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es sollte gewertschätzt werden, dass die chemochrome Schicht 604 in irgendeinem der hierin dargestellten und beschriebenen Analyt-Messvorrichtungen 128 bereitgestellt werden kann. Jedes der chemochromen Materialien in der chemochromen Schicht kann reagieren (oder antworten) auf eine Menge von Analyten, die dieselbe Menge von Analyten sein kann oder nicht sein kann.
  • Allgemein wird der Satz (oder die Menge) der Analyten, die durch ein chemochromes Material detektierbar sind, so ausgewählt, dass das chemochrome Material für jeden Analyt verschieden antwortet (oder reagiert). Beispielsweise führen sowohl ein Analyt A als auch ein Analyt B dazu, dass ein chemochromes Material sich von transparent zu einer roten Farbe verändert. In diesem Beispiel ist es bevorzugt, das chemochrome Material A dazu ausgelegt zu haben, den Analyt A zu detektieren, und ein verschiedenes chemochromes Material B zu haben, um den Analyt B zu detektieren. Wenn das chemochrome Material A dazu ausgelegt ist, eine Farbveränderung ins Rote aufzuweisen in Reaktion auf sowohl den Analyt A als auch den Analyt B, dann kann die Detektion der Farbveränderung nicht in der Lage sein, das Vorhandensein des Analyten oder des Analyten B zu bestimmen. Jedoch kann das chemochrome Material A ausgewählt sein, um den Analyt C zu detektieren (was zu einer Farbveränderung ins Blaue führt), und einen Analyt D zu detektieren (was zu einer Farbveränderung ins Grüne führt).
  • Jeder Satz der auf der Sensorplatte bereitgestellten Detektoren 608 kann einen RGB-Sensor, einen CMY-Sensor, einen RGB- und klaren Photodiodensensor, einen RGB- und bedeckten Photodiodensensor, eine Kombination von Interferenzfiltern oder irgendeiner Kombination derselben umfassen, um Farbveränderungen des chemochromen Materials in der chemochromen Schicht 604 zu detektieren. Der Satz der Detektoren 608 kann über die Detektionsoberfläche der Sensorplatte verteilt sein. Weil die Änderungen der Farbe in jedem chemochromen Material eine vorbestimmte, bekannte Menge von Auswahlen ist, kann die Anzahl der Sensoren in jedem Detektor weiter optimiert oder verringert werden. In einer Ausführungsform kann die Sensorplatte zwei Farbsensoren aufweisen.
  • So wie das in 6B gezeigt ist, kann die Sensorplatte einen Satz von Detektoren 608 aufweisen, die in einem Abstand entfernt von der chemochromen Schicht 604 angeordnet sind. Die chemochrome Schicht 604 ist extern ausgesetzt an die im Wesentlichen transparente Schicht. Andererseits ist die Sensorplatte allgemein verdeckt auf einer gegenüberliegenden Seite der im Wesentlichen transparenten Schicht (z.B. versiegelt und geschützt durch die im Wesentlichen transparente Schicht). In 6B ist jedes Set von Detektoren 608 dargestellt durch eines der Quadrate in der Matrixanordnung. Beispielsweise kann der Satz von Detektoren 608 darin zwei oder mehr Detektoren aufweisen. Mit anderen Worten, die Sensorplatte umfasst eine Mehrzahl von Sets von Detektoren, die in einer Matrixanordnung angeordnet sind, so wie das in den 6C und/oder 6D gezeigt ist. Jeder Satz von Detektoren kann eine gleiche Anzahl von Detektoren aufweisen. Jeder Detektor in demselben Satz kann eine verschiedene Wellenlängencharakteristik aufweisen. Jeder Satz von Detektoren kann eine ähnliche Zusammensetzung von Detektoren aufweisen. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Detektoren 616a-p in dem Satz von Detektoren 608 bereitgestellt sein, und die Mehrzahl der Detektoren 616a-p kann in einer Matrixkonfiguration bereitgestellt sein. Allgemein stimmt die Anzahl der Sätze von Detektoren 608 überein mit der Anzahl von chemochromem Material in der chemochromen Schicht 604. Jedoch in einigen der in den 6B-6C gezeigten Ausführungsformen können mehr Sätze von Detektoren 608 umfasst sein als im Vergleich zu der Anzahl von chemochromem Material in der chemochromen 604, um die Erfordernisse der Maschinenausrichtungspräzision zu erleichtern. Die chemochrome Schicht 604 kann über dem Satz von Detektoren 608 angeordnet sein, so dass es eine Überlappungsfläche 612 zwischen der chemochromen Schicht 604 und dem Satz von Detektoren 608 gibt, die jede von der Mehrzahl von Detektoren 616a-p schneidet. In einigen Ausführungsformen kann die Mitte der chemochromen Schicht 604 im Wesentlichen ausgerichtet sein mit der Mitte des Satzes von Detektoren 608, in welchem Fall die Überlappungsfläche 612 die mittleren Detektoren 616f, 616g, 616j und 616k vollständig überdeckt, so wie das in 6C gezeigt ist. Alternativ, weil der Satz von Detektoren 608 hinsichtlich seiner Größe größer ist als die Überlappungsfläche 612, können neben der Achse liegende Ausrichtungen aufgenommen werden. In einigen Ausführungsformen kann die Überlappungsfläche 612 tatsächlich korrespondieren mit einer Beleuchtungsfläche, die nicht notwendigerweise mit der Größe der chemochromen Schicht 604 übereinstimmen muss wegen eines optischen Elements, das zwischen der chemochromen Schicht 604 und dem Satz von Detektoren 608 angeordnet ist. Wenn ein optisches Element verwendet wird, dann kann die Größe der an dem Satz von Detektoren 608 beleuchteten Fläche größer oder kleiner sein als die Größe der von der chemochromen Schicht 604 überdeckten Fläche. In einigen Ausführungsformen kann jeder der Detektoren 616a-p eine Mehrzahl von Detektoren aufweisen (z.B. jeder Detektor 616a-p kann einen roten Detektor, einen blauen Detektor und einen grünen Detektor aufweisen).
  • Die Ausgabe der Detektoren 616a-p ist ein Faktor der spektralen Profile der Beleuchtungsquelle (einschließlich der externen Strahlung 240 oder der internen Strahlung 236), der spektralen Antwort des chemochromen Materials in jedem Zustand, und der spektralen Antwort der Detektoren. Die 7A-H stellen verschiedene Beispiele von derartigen Ausgaben dar.
  • Die 7A-C zeigen drei spektrale Profile von drei verschiedenen Beleuchtungsquellen. Die X-Achse stellt die Wellenlänge dar, wohingegen die Y-Achse die Intensität des Lichtes, das bei jeder Wellenlänge detektiert wird, darstellt. Beispielsweise, wenn die Messvorrichtung durch Lichtquellen beleuchtet wird in einem Raum unter Verwendung einer weißen LED, dann kann das spektrale Profil ähnlich zu dem in 7A gezeigten Profil sein. Im Vergleich dazu zeigt 7B ein spektrales Profil von einer RGB-LED-Lichtquelle. Als noch ein anderes Beispiel zeigt 7C ein spektrales Profil einer Einzelwellenlichtquelle (z.B. eine Rotlichtquelle oder eine rote LED).
  • Die 7D-E zeigen Beispiele von Transmissionsprofilen eines chemochromen Materials in einem ersten Zustand und in einem zweiten Zustand. Die X-Achse stellt die Wellenlänge dar, wohingegen die Y-Achse den Transmissionsgrad der chemochromen Schicht darstellt (z.B. die Menge von Licht, die durch die chemochrome Schicht hindurchgelassen wird). In dem ersten Zustand, so wie das in 7D gezeigt ist, ist das chemochrome Material ausreichend dünn, um es einer Mehrheit von Licht zu ermöglichen, hindurchzulaufen, unabhängig von der Wellenlänge. Beispielsweise ist die chemochrome Schicht ausreichend dünn, um zu ermöglichen, dass mindestens 30% einer externen Strahlung da durchlaufen. Nachdem es in Kontakt mit einem vorbestimmten Analyten war, kann das chemochrome Material seine Farbe ändern, beispielsweise ins Rote, was ein Profil aufweist, so wie das in 7E gezeigt ist. Der Spitzenwert (Peak) des Transmissionsprofils ist bei ungefähr 630 nm, und daher kann das chemochrome Material rot erscheinen.
  • Die 7F-H zeigen drei Beispiele einer spektralen Antwort von drei verschiedenen Detektoren. Die X-Achse stellt die Wellenlänge dar, wohingegen die Y-Achse eine Ausgabe des Detektors bei jeder Wellenlänge darstellt. Die Detektoren können beispielsweise beschichtet sein mit einem Farbfilter oder einem Interferenzfilter. 7F entspricht einem Ausgang eines Photosensors/Detektors, der mit einem blauen Pigmentfarbfilter beschichtet ist. Die 7G entspricht einem Ausgang eines Photosensors/Detektors mit einem roten Pigmentfarbfilter beschichtet ist. Der Farbfilter mit organisch-basiertem Pigment kann ein Profil aufweisen, das es einer kleinen Menge von Licht bei einer anderen Wellenlänge ermöglicht, hindurchzulaufen. Beispielsweise kann der Farbfilter mit blauem Pigment es einigen Komponenten von roten Wellenlängen erlauben, da hindurchzulaufen. 7H entspricht einem Ausgang eines Photosensors/Detektors, der mit einem Interferenzfilter (reflektiv oder absorptiv) beschichtet ist. Der Interferenzfilter kann ausgelegt sein, jegliche Wellenlänge zurückzuweisen (z.B. eine vorbestimmte und eine ausgewählte Wellenlänge).
  • Jeder der Detektoren kann dazu ausgelegt sein, Strahlung mit verschiedenen Wellenlängencharakteristiken zu detektieren. Beispielsweise kann der Detektor in 7F primär zum Detektieren von blauem Licht verwendet werden. Um rotes Licht zu detektieren, kann einer der Detektoren in 7G oder 7H verwendet werden. Jedoch kann die Ausgabe eines einzelnen Detektors nicht in der Lage sein, eine Situation zu unterscheiden (oder differenzieren), wo der Farbwechsel durch die Beleuchtungsquelle verursacht ist. Man betrachte beispielsweise ein Szenario A, wo eine Beleuchtungsquelle sich verändert von einer weißen LED zu einer roten LED, oder sich verändert in Antwort auf eine Änderung in dem chemochromen Material. Man betrachte auch ein Szenario B, in dem das chemochrome Material eine Farbänderung aufgrund des Ausgesetztseins an den Analyt zeigt. In sowohl dem Szenario A als auch dem Szenario B kann der Detektor, der die in den 7G oder 7H gezeigten Profile aufweist, der hauptsächlich zum Detektieren von rotem Licht (z.B. eine Strahlung mit einer Wellenlängencharakteristik, die ihr Maximum primär bei roten Wellenlängen zeigt) verwendet wird, beide eine erhöhte Ausgabe zeigen, wodurch es schwierig ist, die Quelle der Farbveränderung auseinanderzuhalten. Jedoch kann durch Verwenden von zwei Detektoren die Quelle der Farbveränderung bestimmt werden. In dem oben veranschaulichten Beispiel würde der Detektor mit einem Profil, so wie dem in 7F gezeigten, eine höhere Ausgabe haben, wenn die Änderungen der Farbe bei der chemochromen Schicht auftreten (z.B. Szenario B) im Vergleich zu einer Situation, wo die Ausgabe durch Änderungen der Beleuchtungsquelle verursacht ist (z.B. Szenario A), weil die Beleuchtungsquelle der roten LED null oder im Wesentlichen vernachlässigbare Komponenten von blauer Wellenlänge aufweist.
  • Das Obige sind einfache Beispiele zum Veranschaulichen von Zwecken und mögen nicht einen tatsächlichen Entwurf (oder Design) widerspiegeln. Die Bestimmung der Farbe kann komplizierter sein, eine sorgfältige Kalibrierung und Verwendung von Software zum Ausführen eines sehr viel komplizierten Algorithmus zum Bestimmen der Quelle einer Farbveränderung involvieren. Zusätzlich kann die Bestimmung der Farbe ausgeführt werden unter Verwendung von Detektoren, die Licht von der Beleuchtungsquelle direkt, ohne Durchlauf durch das chemochrome Material, detektieren, so wie das in den nächsten einigen Absätzen gezeigt wird. Alternativ oder zusätzlich zu dem Obigen kann der Detektor dazu ausgelegt sein, eine Ausgabe von einer früheren Zeitdauer zu vergleichen, um eine Farbveränderung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen.
  • Die Sensorplatte kann mehrere Detektoren als die Anzahl der chemochromen Materialien aufweisen. Die Detektoren können mit einem Schalt-Netzwerk (oder Verschaltungs-Schaltkreis) und einem Steuerungsschaltkreis (z.B. in der Form des Mikroprozessors 108 bereitgestellt) verbunden sein, um die Farbveränderung in jedem der chemochromen Materialien zu bestimmen. Beispielsweise kann für vier chemochrome Materialien, wie gezeigt, die Sensorplatte 16x3 Detektoren aufweisen. Eine größere Anzahl von Detektoren kann die Bestimmung der Farbe ohne richtige Ausrichtung zwischen der chemochromen Schicht und der Sensorplatte ermöglichen, so wie das in 6D gezeigt ist. Beispielsweise werden, wenn die chemochromen Schichten und die Sensorplatte in einer idealen Weise ausgerichtet sind, so wie das in 6C gezeigt ist, die Detektoren (oder Detektorsätze) 616a, 616b, 616e und 616f eine Ausgabe erzeugen, die dem chemochromen Material A entspricht. Die Detektoren (oder Detektorsätze) 616c, 616d, 616g und 616h werden eine Ausgabe erzeugen, die dem chemochromen Material B entspricht. Die Detektoren (oder Detektorsätze) 616i, 616j, 616m und 616n werden eine Ausgabe erzeugen, die dem chemochromen Material C entspricht. Die Detektoren (oder Detektorsätze) 616k, 616l, 616o und 616p werden eine Ausgabe erzeugen, die dem chemochromen Material D entspricht. Zusätzlich wird der Detektor 616f eine Ausgabe erzeugen, die nahezu zu 100% den Änderungen des chemochromen Materials A entspricht, während der Detektor 616a nicht so reaktionsfähig sein kann wie der Detektor 616f, weil der Detektor 616a der Beleuchtung direkt, ohne Durchlaufen durch das chemochrome Material A, ausgesetzt sein kann.
  • Während des Herstellungsprozesses kann es wünschenswert sein, nicht zuzulassen, dass die chemochromen Materialien durch eine Farbveränderung gehen. Für Kalibrierungszwecke können eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen neben den chemochromen Materialien angeordnet werden. Beispielsweise können die Begrenzungen (z.B. äußerer Rand, eine bestimmte Ecke oder alle äußeren Ränder) der chemochromen Materialien Ausrichtungsmarkierungen, die darauf bereitgestellt sind, aufweisen.
  • Der Verschaltungsschaltkreis und der Steuerungsschaltkreis (z.B. in dem Mikroprozessor 108) können dazu ausgelegt sein, Ausgaben der Detektoren zu vergleichen, beispielsweise des Detektors 616a und des Detektors 616f, um zu bestimmen, ob die detektierten Veränderungen der Ausgabe verursacht sind durch die Änderungen der Farbe in der Lichtquelle (z.B. Strahler 228 oder Umgebungslicht 240) oder durch die Änderungen der Farbe in dem chemochromen Material A. Wenn die Farbveränderung an der Beleuchtungsquelle stattfindet, können sowohl der Detektor 616a als auch 616f ähnliche Änderungen beobachten. Wenn jedoch die Farbveränderung an dem chemochromen Material A stattfindet, kann der Detektor 616f mehr Änderungen der Ausgabe beobachten als im Vergleich zu dem Detektor 616a. Eine andere Art und Weise, um die Quelle der Veränderung zu bestimmen, ist durch Beobachten, wie schnell die Farbveränderung stattfindet. Dies kann durch Verwenden des Zeitgeberschaltkreises 140 detektiert werden.
  • In den meisten Umständen, weil das Anordnen der Komponenten allgemein mit einer Genauigkeit von 5 Mikrometern bis 50 Mikrometern ausgeführt wird, sollte die Ausrichtung nicht als ideal angenommen werden. Das in 6D gezeigte Beispiel zeigt auf, dass die Detektoren (oder Detektorsätze) 616b, 616d, 616j und 616l primär verwendet werden können, um Änderungen der Farben in den chemochromen Materialien A, B, C, D, respektive, zu detektieren. Veränderungen der Ausgaben in den anderen Detektoren können herrühren von der Beleuchtungsquelle oder einer Kombination von Effekten aufgrund mehrerer chemochromer Materialien. Eine Kalibrierung kann ausgeführt werden, und jeder der Detektoren 616a-p kann analysiert werden unter Verwendung einer Software, die auf externen Computern oder dem Mikroprozessor 108 läuft. Für diesen Zweck kann der Steuerungsschaltkreis einen Kommunikationsport aufweisen, der dazu ausgelegt ist, eine Kommunikation zwischen dem Steuerungsschaltkreis und dem externen Prozessor herzustellen. In einigen Ausführungsformen kann der Kommunikationsport ein serieller Kommunikationsport sein, wie etwa ein I2C-Kommunikationsport. Der Verschaltungsschaltkreis und der Steuerungsschaltkreis können externe Schaltkreise sein, die mit der Sensorplatte gekoppelt sind. Alternativ können der Steuerungsschaltkreis und der Verschaltungsschaltkreis Teil der Sensorplatte sein.
  • Die Analyt-Messvorrichtung 128 kann beispielsweise optional ein optisches Element aufweisen. Das optische Element kann beispielsweise eine Linsenstruktur aufweisen. Das optische Element kann innerhalb der im Wesentlichen transparenten Schicht ausgebildet sein, oder alternativ dazu kann das optische Element als eine gesonderte Struktur innerhalb der Vertiefung ausgebildet sein, so wie das in 4B gezeigt ist. Das optische Element ist dazu ausgelegt, Strahlung zu den Detektoren oder Detektorsätzen zu richten. Das optische Element überdeckt in einer Ausführungsform im Wesentlichen die Detektoren der Sensorplatte.
  • Alternativ dazu ist das optische Element auf einer inneren Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht angeordnet, so wie das in 8 veranschaulicht ist. Genauer gesagt kann die Analyt-Messvorrichtung 128 eine im Wesentlichen transparente Schicht 804 aufweisen, die an einer Seite (z.B. die extern bloß liegende Seite der im Wesentlichen transparenten Schicht 804) eine chemochrome Schicht 812 aufweist, und die eine oder mehrere Linsen 808, die auf ihrer gegenüberliegenden Seite ausgebildet sind (z.B. die innere Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 804), aufweist. Die innere Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 804 kann der Sensorplatte 816 und den darauf bereitgestellten Detektorflächen 820 gegenüberliegen (oder zugewendet sein). So wie das in 8 gesehen werden kann, können die optischen Elemente 808, die auf der inneren Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 804 angeordnet sind, in der Form von einer oder mehreren Mikrolinsen bereitgestellt sein. Andere geeignete Linsenkonfigurationen können ebenfalls verwendet werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Jedes optische Element kann nützlich sein, um Licht, das durch die im Wesentlichen transparente Schicht 804 hindurchläuft (oder von der oberseitigen Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 804 reflektiert wird) auf die Detektorfläche (oder Detektorflächen) 820 der Sensorplatte 816 zu fokussieren.
  • So wie das oben beschrieben wurde, weist in einigen Ausführungsformen die Sensorplatte einen Satz oder Sätze von Detektoren auf, und die chemochrome Schicht weist eine Mehrzahl von chemochromen Materialien auf. In einer derartigen Konfiguration kann die Analyt-Messvorrichtung 128 eine Mehrzahl von optischen Elementen aufweisen, die so angeordnet sind, dass jeder von der Mehrzahl der chemochromen Abschnitte mit einem vorbestimmten Satz von Detektoren durch eine oder mehrere von der Mehrzahl der optischen Elemente optisch gekoppelt ist. Die Mehrzahl der optischen Elemente kann in der Form von Linsen 808 bereitgestellt sein. Alternativ oder zusätzlich können eines oder mehrere der optischen Elemente, die die Sensorplatte mit der im Wesentlichen transparenten Schicht optisch koppeln, in der Form eines Lichtleiters bereitgestellt sein. Ein Beispiel von einer derartigen Konfiguration ist in 9 gezeigt.
  • Die Analyt-Messvorrichtung 128 der 9 ist so gezeigt, dass sie eine Sensorplatte 912 mit einer Mehrzahl von darauf bereitgestellten Detektoren 916 aufweist. Die Sensorplatte 912 empfängt Licht, das durch die chemochrome Schicht 904 hindurchläuft. In dieser besonderen Ausführungsform ist die Form der optischen Elemente 908, die zwischen der chemochromen Schicht 904 und der Sensorplatte 912 angeordnet sind, in der Form von einem oder mehreren Lichtleitern. So wie das gezeigt ist, sind die Lichtleiter 908 zwischen einem von der Mehrzahl der Detektoren 916 und einem von der Mehrzahl der chemochromen Abschnitte angeordnet. So wie das gezeigt ist, stellt der Lichtleiter 908 einen optischen Kommunikationskanal zwischen dem Detektor 916 und der chemochromen Schicht 904 her.
  • In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, eine optische Isolation zwischen den Detektoren oder Detektorflächen aufrechtzuerhalten. 10 zeigt ein Beispiel einer Analyt-Messvorrichtung 128, die eine derartige optische Isolation ermöglicht. Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie eine Sensorplatte 1008 mit einem darauf angeordneten optischen Isolierungselement 1004 aufweist. Das optische Isolierungselement 1004 weist beispielsweise individuelle Kammern (oder Kompartimente) 1012 auf, die jeden Detektor auf der Sensorplatte 1008 optisch isolieren. Jede der Kammern 1012 ist neben einem von der Mehrzahl der Detektoren und einem von der Mehrzahl der chemochromen Abschnitte angeordnet, um dazwischen einen optischen Kommunikationskanal zu begrenzen. Das optische Isolierungselement 1004 kann zwischen und in direktem physischen Kontakt mit der Sensorplatte 1008 und der im Wesentlichen transparenten Schicht zwischengelegt sein. Die im Wesentlichen transparente Schicht ist in 10 nicht dargestellt, um die Darstellung des optischen Isolierungselements 1004 nicht zu verschleiern.
  • So wie das oben beschrieben worden ist, kann der Hauptkörper der Analyt-Messvorrichtung 128 derart gestaltet werden, dass er eine Vertiefung aufweist, und die Sensorplatte kann innerhalb der Vertiefung des Hauptteils angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform muss der Hauptkörper nicht notwendigerweise eine Vertiefung aufweisen. Ein Beispiel eines derartigen Aufbaus der Analyt-Messvorrichtung 128 ist in den 11A-C gezeigt. Es sollte gewertschätzt werden, dass ein derartiger Aufbau für eine Analyt-Messvorrichtung verwendet werden kann, um mehrere Analyten (z.B. 11A) oder einen einzelnen Analyten (z.B. 11B) zu detektieren. In einigen Ausführungsformen umfasst die Analyt-Messvorrichtung 128 eine Sensorplatte 1116, die auf einem Hauptkörper 1104 befestigt ist. Der Hauptkörper 1104 kann beispielsweise ein PCB (oder Platine)-Substrat sein. Andere geeignete Substrate können für den Hauptkörper 1104 ebenfalls verwendet werden. So wie das gezeigt ist, ist die Sensorplatte 1116 auf der empfangenen Oberfläche des Hauptkörpers 1104 angeordnet, und die im Wesentlichen transparente Schicht 1108 weist einen klaren (oder transparenten) Formgebungswerkstoff auf, der dazu ausgelegt ist, die Sensorplatte 1116 zu verkapseln.
  • Die extern freiliegende Oberfläche des im Wesentlichen transparenten Materials 1108 ist so gezeigt, dass sie die darauf bereitgestellte chemochrome Schicht 1112 aufweist. Die chemochrome Schicht 1112 kann in diesem Beispiel einem chemochromen Material entsprechen, das auf dem im Wesentlichen transparenten Material 1108 abgeschieden wird, nachdem das im Wesentlichen transparente Material 1108 um die Sensorplatte 1116 herum ausgebildet und gehärtet worden ist. Alternativ kann das chemochrome Material in das Material des im Wesentlichen transparenten Materials 1108 integriert sein (so wie das in 3C gezeigt ist), in welchem Fall die Sensorplatte 1116 an ihrer Oberseite und ihren Seiten durch das chemochrome Material umringt (oder umgeben) ist.
  • In einigen Ausführungsformen, so wie wenn die Analyt-Messvorrichtung 128 in einer abnutzbaren Vorrichtung bereitgestellt (oder vorgesehen) ist, kann eine externe Strahlungs- oder Beleuchtungsquelle nicht leicht verfügbar sein, um das chemochrome Material zu beleuchten. Die 12-C zeigen einen alternativen Entwurf einer Analyt-Messvorrichtung 128, die für derartige Anwendungen nützlich sein kann. So wie das gezeigt ist, kann die Analyt-Messvorrichtung 128 ferner eine Strahlerplatte (oder Strahler-Chip, emitter die) 1224 zusätzlich zu der Sensorscheibe 1216 aufweisen. Die Strahlerplatter 1224 kann als eine Lichtquelle oder eine Strahlungsquelle arbeiten, die dazu ausgelegt ist, eine Strahlung 1236, 1240 in Richtung zu der chemochromen Schicht 1212 abzustrahlen. Die Strahlung kann sichtbares Licht oder unsichtbares Licht, wie etwa ein Ultraviolett oder Infrarot, sein. In einer Ausführungsform kann die Strahlerplatte 1224 eine LED sein.
  • Die Analyt-Messvorrichtung 128 ist so gezeigt, dass sie ein abstrahlendes optisches Element 1228, das in optischer Kommunikation mit der Strahlerplatte 1224 ist, und ein empfangendes optisches Element 1220, das in optischer Kommunikation mit der Sensorplatte 1216 ist, aufweist. So wie das gezeigt ist, können das abstrahlende optische Element 1228 und das empfangende optische Element 1220 die Strahlerplatte 1224 und die Sensorplatte 1216, respektive, verkapseln. So wie das gezeigt ist, können die optischen Elemente 1220, 1228 beispielsweise optische Linsen sein, die an dem Substrat oder dem Hauptkörper 124 der Analyt-Messvorrichtung 128 befestigt sind. Das abstrahlende optische Element 1228 ist beispielsweise dazu ausgelegt, eine Strahlung 1236, 1240 von der Strahlerplatte 1224 zu der chemochromen Schicht 1212 zu richten, so dass ein wesentlicher Anteil der Strahlung 1240 in Richtung zu der Sensorplatte 1216 reflektiert wird.
  • In einer Ausführungsform weist der Hauptkörper eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung auf. So wie das gezeigt ist, ist die erste Vertiefung von der zweiten Vertiefung durch einen Abschnitt des Hauptkörpers isoliert. Die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung können dazu ausgelegt sein, das abstrahlende optische Element und das empfangende optische Element, respektive, aufzunehmen, so dass die von der Strahlungsplatte abgestrahlte Strahlung durch die erste Vertiefung in Richtung zu der chemochromen Schicht transmittiert werden kann und von der chemochromen Schicht in Richtung zu der Sensorplatte reflektiert werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist die im Wesentlichen transparente Schicht 1208 mit der chemochromen Schicht 1212 darauf versehen und ist dazu ausgelegt, die reflektierte Strahlung 1240 in Richtung zu der Sensorplatte 1216 zu richten. Eine Oberflächenbehandlung 1232 kann auf der extern freiliegenden Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht 1208 bereitgestellt sein, um eine Mehrheit der reflektierten Strahlung 1240, 1244 in Richtung zu der Sensorplatte 1216 zu richten. In einem Beispiel weist die im Wesentlichen transparente Schicht 1208 eine Mikrolinse auf, die dazu ausgelegt ist, die reflektierte Strahlung 1240, 1244 in Richtung zu der Sensorplatte 1216 zu richten. Die Mikrolinse ist beispielsweise innerhalb der im Wesentlichen transparenten Schicht 1208 angeordnet, so dass die reflektierte Strahlung 1240, 1244 in Richtung zu der Sensorplatte geführt wird. Ferner können die Strahlerplatte 1224, das abstrahlende optische Element 1228, die im Wesentlichen transparente Schicht 1208 und die Sensorplatte 1216 angeordnet (oder ausgelegt) sein, um eine gesamte innere Reflexion zu erzielen, so dass weniger als 50% der von der Strahlerplatte abgestrahlten Strahlung durch die extern freiliegende Oberfläche austritt (z.B. in der Form der Strahlung 1236).
  • Zusätzlich kann anstelle des Bereitstellens des abstrahlenden optischen Elements 1228 in der Form einer Linse eine Reflektorstruktur über der Strahlerplatter 1224 bereitgestellt werden als eine alternative Form eines optischen Elements. In einer Ausführungsform ist der Reflektor dazu ausgelegt, die Strahlung von dem Strahler so auszurichten, dass ein wesentlicher Teil der Strahlung in Richtung zu der Sensorplatte 1216 reflektiert wird.
  • Das Gehäusehauptteil 1204 kann ähnlich erscheinen wie ein herkömmlicher Annäherungssensor, jedoch mit mehreren ausgeprägten Unterschieden, wie etwa dem Fehlen der chemochromen Schicht 1212 und dem Unterschied im optischen Entwurf (oder Design). Anders als der herkömmliche Annäherungssensor, der erfordert, dass das abzustrahlende Licht in Richtung zu einem weiter entfernten Objekt abgestrahlt wird, so wie das durch die Strahlung 1236 veranschaulicht ist, ist das Gehäusehauptteil 1204 für die Analyt-Messvorrichtung 128 dazu entworfen, die chemochrome Schicht 1212 zu beleuchten, um durch die Sensorplatte 1216 detektiert zu werden, so wie das durch die Strahlung 1240 veranschaulicht ist. In einer anderen Ausführungsform können die Seitenwände des Reflektors auf verschiedene Winkel eingestellt werden und müssen folglich nicht symmetrisch sein, so wie das in 12C gezeigt ist. Des Weiteren kann die im Wesentlichen transparente Schicht 1208 als ein Lichtleiter (mit der Hilfe der Mikrolinse) fungieren, um Licht aus der Strahlerplatter 1224 in Richtung zu der Sensorscheibe 1216 zu richten, so wie das durch die Strahlung 1244 veranschaulicht ist.
  • In einigen Ausführungsformen können die in der chemochromen Schicht 1212 bereitgestellten chemochromen Materialien ein aktives Zurückversetzen in ihren ursprünglichen oder ersten Zustand erfordern, so dass sie wiederverwendet werden können, innerhalb eines kurzen Zeitrahmens. In einem derartigen Fall kann die Strahlerplatter 1224 ausgelegt sein, eine Strahlung in Richtung zu der chemochromen Schicht 1212 abzustrahlen, um die zweite Farbe des chemochromen Materials in die erste Farbe zu verändern. Alternativ kann ein zusätzlicher Strahler zum Zurückversetzen der chemochromen Schicht 1212 zusätzlich zu der Strahlerplatter 1224 hinzugefügt werden.
  • Mit Verweis nun auf die 13A-B werden alternative Entwürfe einer Analyt-Messvorrichtung 128 zum Detektieren von einem oder mehreren Analyten beschrieben, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Derartige Entwürfe verbessern die Standzeit (oder Dauerhaltbarkeit) der Analyt-Messvorrichtung 128. In einer Ausführungsform weist die im Wesentlichen transparente Schicht 1304 eine Verriegelungsstruktur 1320 auf, um eine mechanische Verriegelung zwischen der chemochromen Schicht 1316 und einer transparenten Form 1312 der im Wesentlichen transparenten Schicht 1304 herzustellen. Die Verriegelungsstruktur 1320 umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Mesas (oder Tafelbergen), welche die chemochrome Schicht 1316 in eine Mehrzahl von Wannen (oder Flüssigkeitsbehältern) des chemochromen Materials begrenzen. In einer Ausführungsform begrenzt die Mehrzahl der Mesas jede von der Mehrzahl der Wannen des chemochromen Materials in eine linsenförmige Struktur zum Ausrichten der Strahlung in eine vorbestimmte Richtung. Die im Wesentlichen transparente Schicht 1304 kann auf einem Hauptteil 1308 angeordnet sein. So wie das hierin gezeigt ist, ist das Hauptteil 1308 eine vereinfachte Version und kann eine Sensorplatte, einen Strahler oder eine Kombination derselben (nicht gezeigt) aufweisen, und der Hauptkörper 1308 kann in verschiedenen geeigneten Konfigurationen vorgelegt werden, einschließlich derjenigen, die in den 4A-B, 5A-B, 11A-C und 12A-C gezeigt sind.
  • In einer anderen Ausführungsform, so wie das in 13B gezeigt ist, umfasst die im Wesentlichen transparente Schicht 1304 eine erste Verkapselungsschicht 1324, die einen ersten Reflexionsindex aufweist, und eine zweite Verkapselungsschicht 1328, die einen zweiten Reflexionsindex aufweist, der von dem ersten Reflexionsindex verschieden ist. Die erste Verkapselungsschicht 1324 ist zwischen der chemochromen Schicht 1316 und der zweiten Verkapselungsschicht 1328 zwischengelegt. Die Verriegelungsstruktur 1320 ist beispielsweise auf der ersten Verkapselungsschicht 1324 ausgebildet, während die zweite Verkapselungsschicht 1328 eine Mehrzahl von Linsen neben einer Mehrzahl von Wannen des chemochromen Materials aufweist.
  • Mit Verweis nun auf die 14 und 15 werden Einzelheiten von verschiedenen Arten und Weisen, um eine Analyt-Messvorrichtung 128 in eine mobile Vorrichtung 100 aufzunehmen, beschrieben, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 14 zeigt einen Abschnitt einer mobilen Vorrichtung 100, die die Analyt-Messvorrichtung 128 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform bildet die Analyt-Messvorrichtung 128 eine Form einer tragbaren Vorrichtung, die eine Einhausung oder Gehäuse aufweist, das auch als ein Gehäusehauptkörper 1404 bezeichnet werden kann. Der Gehäusehauptkörper 1404 weist eine Vertiefung auf, um die Sensorplatte 1416 aufzunehmen - ähnlich wie in den in den 4A-B gezeigten Ausführungsformen. Der Gehäusehauptkörper 1404 ist mit der im Wesentlichen transparenten Schicht 1408 überdeckt, die als ein Deckel zum Abdecken der Vertiefung des Gehäusehauptkörpers 1404 bereitgestellt sein kann. In der gezeigten Ausführungsform ist die chemochrome Schicht 1412 in einem Gehäuse 1420 der mobilen Vorrichtung 100 angeordnet. Mit anderen Worten ist die im Wesentlichen transparente Schicht 1408 ein Teil der Einhausung oder des Gehäuses 1420 der mobilen Vorrichtung 100 in dieser Ausführungsform. In einer anderen Ausführungsform kann die Einhausung oder das Gehäuse 1420 eine Öffnung aufweisen, die den Gehäusehauptkörper 1404 aufweist, so dass eine Oberfläche des Gehäusehauptkörpers 1404 durch die Öffnung extern freiliegend sein kann. Die in 14 gezeigte Ausführungsform kann geeignet sein zum Detektieren von Analyten, wie etwa menschlichem Schweiß, was direkten Kontakt erfordert.
  • Im Gegensatz zu dem in 14 gezeigten Aufbau kann die mobile Vorrichtung 100 alternativ mit einem Gehäuse 1520, das eine darin bereitgestellte Öffnung 1524 aufweist, versehen sein. Die Öffnung 1524 in dem Gehäuse 1520 ist bereitgestellt, um die Analyt-Messvorrichtung 128 aufzunehmen und um die chemochrome Schicht 1512 der Analyt-Messvorrichtung 128 an eine äußere Umgebung (und daher einen Analyt) auszusetzen (oder freizulegen).
  • Eine optionale, bewegliche Schutzeinrichtung 1508 kann auf dem Gehäuse 1520 der mobilen Vorrichtung 100 bereitgestellt werden, wodurch ein optionales Freilegen und Abdecken der Öffnung 1524 ermöglicht wird. Die bewegliche Schutzeinrichtung 1508 überdeckt die Öffnung in einer ersten Position (nicht gezeigt) und die bewegliche Schutzeinrichtung legt in einer zweiten Position die Öffnung frei, so wie das veranschaulicht ist.
  • Diese besondere Ausführungsform zeigt auch ein Gehäusehauptteil 1504 mit einer darauf befestigten Sensorplatte 1516, jedoch ist der Gehäusehauptkörper 1504 in direktem Kontakt mit dem Gehäuse 1520 der mobilen Vorrichtung 100. Ein derartiger Aufbau ermöglicht, dass die chemochrome Schicht 1520 der Messvorrichtung 128 in Fluidkommunikation ist mit einem oder mehreren der Analyten, die durch die Öffnung 1524 hindurchlaufen. In einigen Ausführungsformen sind die extern freiliegende Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht und eine Oberfläche des Gehäuses 1520 im Wesentlichen komplanar zueinander, was bedeutet, dass die Analyt-Messvorrichtung 128 flächenbündig (flush) in Bezug auf die äußere Oberfläche des Gehäuses 1520 montiert ist. Während der Verwendung kann ein Nutzer Luft in Richtung zu der Öffnung 1524 blasen, um einen Kontakt mit der Analyt-Messvorrichtung 128 herzustellen. Die in 15 gezeigte Ausführungsform kann geeignet sein zum Detektieren von Analyten, die in Dampfform, wie etwa einem menschlichen Atem, auftreten.
  • In einigen Ausführungsformen zeigt die chemochrome Schicht 1512 in einem ersten Zustand eine erste Farbe und in einem zweiten Zustand, wenn sie einem vorbestimmten Analyt ausgesetzt ist, eine zweite Farbe. Die Sensorplatte 1516 ist dazu ausgelegt, die Änderung der Farbe der chemochromen Schicht 1512 zu detektieren. So wie das gezeigt ist, ist die Sensorplatte 1516 in einem Gehäusehauptteil 1504 eingehaust. Der Hauptkörper bildet eine Vertiefung aus, so dass die Vertiefung sich der Öffnung des Gehäuses angleicht (oder annähert). Die chemochrome Schicht ist innerhalb der Vertiefung angeordnet, so dass die Öffnung, die Vertiefung und die chemochrome Schicht in Fluidkommunikation miteinander sind.
  • Mit Verweis nun auf die 16A-B werden verschiedene Gehäusekonfigurationen, die für eine Analyt-Messvorrichtung 128 geeignet sind, beschrieben, gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 16 zeigt eine erste Konfiguration, in der ein oder mehrere Drahtbonden verwendet werden, um die Sensorplatte 1620 mit einer oder mehreren elektrischen Spuren oder Kontakten auf dem Substrat 1608 elektrisch zu verbinden. In dieser Ausführungsform ist die chemochrome Schicht 1616 direkt auf der Sensorplatte 1620 anstatt auf einer im Wesentlichen transparenten Schicht angeordnet. Die chemochrome Schicht 1616 kann ein im Wesentlichen transparentes Material 204, das als ein Träger für das in 2 veranschaulichte chemochrome Material 212 fungiert, aufweisen. Die Sensorplatte 1620 weist auf ihrer Oberseite eine Passivierungsschicht auf, um die Anwendung der chemochromen Schicht 1616 darauf einzurichten. Somit ist die chemochrome Schicht 1616 direkt auf der Passivierungsschicht angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Drahtbonden innerhalb des Gehäusehauptkörpers 1604 verkapselt. Der Gehäusehauptkörper 1604 weist ein Substrat 1608 und einen oberen Abschnitt 1612, der neben dem Substrat 1608 angeordnet ist, auf. Der obere Abschnitt 1612 des Gehäuses 1604 weist eine Öffnung neben der chemochromen Schicht 1616 auf.
  • 16B zeigt eine alternative Anordnung, wobei die Sensorplatte 1620 in Flip-Chip-Weise an das Substrat 1608 gebondet ist. Somit können eine oder mehrere Lötperlen verwendet werden, um elektrische Verbinder oder Verbindungs-Pads auf der Sensorplatte 1620 mit entsprechenden Verbindungs-Pads auf dem Substrat 1608 elektrisch zu verbinden. Diese besondere Art der Konfiguration kann ein dünneres Gehäusehauptteil 1604 gegenüber (oder vis-à-vis) einem dünneren oberen Abschnitt 1612 ermöglichen.
  • In der Beschreibung wurden spezifische Einzelheiten angegeben, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann in dem technischen Gebiet verständlich werden, dass die Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Ausführungen können wohlbekannte Schaltkreise, Prozesse, Algorithmen, Strukturen und Techniken gezeigt werden ohne unnötige Einzelheiten, um das Verschleiern von beispielhaften Ausführungsformen zu vermeiden.
  • Während hierin veranschaulichende Ausführungsformen in Einzelheiten beschrieben worden sind, sollte verstanden werden, dass die erfinderischen Konzepte auch in anderer Weise verschiedenartig ausgeführt und verwendet werden können, und dass die beigefügten Patentansprüche dazu gedacht sind, so ausgelegt zu werden, dass sie derartige Variationen enthalten, außer wo dies durch den Stand der Technik begrenzt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/527750 [0001]
    • US 15/787923 [0001]

Claims (30)

  1. Eine Messvorrichtung zum Detektieren von einem oder mehreren Analyten, wobei die Messvorrichtung Folgendes aufweist: einen Hauptkörper, eine Sensorplatte, insbesondere ein Sensorchip, und ein im Wesentlichen transparentes Material, das so angeordnet ist, dass die Sensorplatte zwischen dem Hauptkörper und dem im Wesentlichen transparenten Material zwischengelegt ist, wobei die Sensorplatte in optischer Kommunikation mit dem im Wesentlichen transparenten Material und in elektrischer Kommunikation mit dem Hauptkörper ist, und wobei das im Wesentlichen transparente Material Folgendes aufweist: eine Detektionsoberfläche, die freiliegend ist, so dass die Detektionsoberfläche dazu anpassbar ist, in direktem Kontakt mit dem einen oder mehreren Analyten zu sein, und ein chemochromes Material, das zumindest teilweise anliegend an die Detektionsoberfläche angeordnet ist, so dass ein Teil des chemochromen Materials dazu ausgelegt ist, zu dem einen oder den mehreren Analyten durch die Detektionsoberfläche freiliegend zu sein, wobei das chemochrome Material in einem ersten Zustand eine erste Farbe zeigt und in einem zweiten Zustand, wenn es einem vorbestimmten Analyt ausgesetzt ist, eine zweite Farbe zeigt, die Sensorplatte dazu ausgelegt ist, die Änderung der Farbe des chemochromen Material zu detektieren, und das chemochrome Material, die Detektionsoberfläche und das im Wesentlichen transparente Material in einer Halbleitereinheit integral ausgebildet sind.
  2. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Strahler, der so angeordnet ist, dass ein von dem Strahler abgestrahltes optisches Signal zu dem im Wesentlichen transparenten Material gerichtet ist, so dass es zu der Sensorplatte durch die Detektionsoberfläche nach dem Durchlaufen durch das chemochrome Material reflektiert wird.
  3. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das chemochrome Material ausreichend dünn ist, so dass mindestens 30% einer externen Strahlung durch das chemochrome Material in dem ersten Zustand oder in dem zweiten Zustand hindurchläuft.
  4. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das chemochrome Material sich vollständig über der freiliegenden Detektionsoberfläche erstreckt.
  5. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sensorplatte dazu ausgelegt ist, eine Ausgabe, die einem spektralen Profil einer externen Strahlung, die durch das chemochrome Material hindurchläuft, und einer spektralen Antwort des chemochromen Materials entspricht, zu erzeugen.
  6. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Änderung der Farbe in dem chemochromen Material innerhalb einer ersten Zeitdauer stattfindet und wobei die Messvorrichtung ferner einen Zeitgeberschaltkreis aufweist, um eine Länge der ersten Zeitdauer zu bestimmen.
  7. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sensorplatte mindestens zwei Detektoren aufweist, und wobei die Messvorrichtung ferner ein optisches Element aufweist, das dazu ausgelegt ist, eine Strahlung auf jeden der mindestens zwei Detektoren zu richten.
  8. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das optische Element auf einer inneren Oberfläche des im Wesentlichen transparenten Materials angeordnet ist, wobei die innere Oberfläche der freiliegenden Detektionsoberfläche gegenübersteht.
  9. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das im Wesentlichen transparente Material eine Ausrichtungsmarkierung angrenzend an mindestens einen von einer Mehrzahl von chemochromen Abschnitten des chemochromen Materials aufweist.
  10. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend eine Mehrzahl von optischen Elementen und eine Mehrzahl von Detektoren, wobei jeder von der Mehrzahl der chemochromen Abschnitte mit einem vorbestimmten Satz von Detektoren durch eines oder mehrere von der Mehrzahl der optischen Elemente optisch gekoppelt ist.
  11. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei jedes von der Mehrzahl der optischen Elemente ein optisches Isolierungselement aufweist, das angrenzend an einen von der Mehrzahl Detektoren und einen von der Mehrzahl der chemochromen Abschnitte angeordnet ist, um dazwischen einen optischen Kommunikationskanal zu begrenzen.
  12. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend: einen Schaltkreis, der dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten Satz von der Mehrzahl der Detektoren elektrisch zu verbinden, so dass der vorbestimmte Satz von der Mehrzahl der Detektoren eine Ausgabe liefert, die einem von der Mehrzahl der chemochromen Abschnitte entspricht.
  13. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Messvorrichtung einen Teil einer tragbaren Einrichtung, die ein Gehäuse aufweist, ausbildet, wobei das im Wesentlichen transparente Material ein Teil des Gehäuses ist.
  14. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Strahlerplatte, die dazu ausgelegt ist, das chemochrome Material zu beleuchten.
  15. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend: ein abstrahlendes optisches Element, das dazu ausgerichtet ist, eine Strahlung von dem Strahler zu dem chemochromen Material zu richten, so dass ein wesentlicher Anteil der Strahlung in Richtung zu der Sensorplatte reflektiert wird.
  16. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der Strahler, das strahlende optische Element, das im Wesentlichen transparente Material und die Sensorplatte angeordnet sind, um eine gesamte innere Reflexion zu erzielen, so dass weniger als 50% von der von dem Strahler abgestrahlten Strahlung durch die Detektionsoberfläche austritt.
  17. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend: einen Reflektor, der dazu ausgelegt ist, eine Strahlung von dem Strahler zu dem chemochromen Material zu richten, so dass ein wesentlicher Teil der Strahlung in Richtung zu der Sensorplatte reflektiert wird.
  18. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das im Wesentlichen transparente Material eine Verriegelungsstruktur aufweist, die eine mechanische Verriegelung zwischen dem chemochromen Material und dem im Wesentlichen transparenten Material herstellt.
  19. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Verriegelungsstruktur eine Mehrzahl von Mesas aufweist, die das chemochrome Material in eine Mehrzahl von chemochromen Wannen begrenzen.
  20. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei das im Wesentlichen transparente Material eine erste Verkapselungsschicht mit einem ersten Reflexionsindex und eine zweite Verkapselungsschicht mit einem zweiten Reflexionsindex, der von dem Reflexionsindex verschieden ist, aufweist, und wobei die Verriegelungsstruktur auf der ersten Verkapselungsschicht ausgebildet ist.
  21. Eine mobile Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das eine Öffnung aufweist, eine Sensorplatte, insbesondere ein Sensorchip, die innerhalb des Gehäuses angrenzend an die Öffnung angeordnet ist, wobei die Sensorplatte Folgendes aufweist: eine Detektionsoberfläche, die nach außen freiliegend ist, so dass die Detektionsoberfläche dazu anpassbar ist, in direktem Kontakt mit einem oder mehreren Analyten zu sein, und ein chemochromes Material, das zumindest teilweise angrenzend an die Detektionsoberfläche angeordnet ist, so dass ein Abschnitt des chemochromen Materials dazu ausgelegt ist, durch die Detektionsoberfläche freiliegend zu sein, wobei das chemochrome Material in einem ersten Zustand eine erste Farbe zeigt, und in einem zweiten Zustand, wenn es einem vorbestimmten Analyten ausgesetzt ist, eine zweite Farbe zeigt, die Sensorplatte dazu ausgelegt ist, die Änderung der Farbe des chemochromen Materials zu detektieren, und das chemochrome Material, die Detektionsoberfläche und die Sensorplatte in einer Halbleitereinheit integral ausgebildet sind.
  22. Die mobile Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei die Sensorplatte auf eine oberseitigen Oberfläche eine Passivierungsschicht aufweist, und wobei das chemochrome Material in einer chemochromen Schicht, die auf der Passivierungsschicht angeordnet ist, bereitgestellt ist.
  23. Die mobile Vorrichtung gemäß Anspruch 22, wobei: das Halbleitergehäuse einen Hauptkörper aufweist, und der Hauptkörper eine Vertiefung ausbildet, so dass die Vertiefung sich der Öffnung des Gehäuses angleicht.
  24. Die mobile Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die chemochrome Schicht innerhalb der Vertiefung angeordnet ist, so dass die Öffnung, die Vertiefung und die chemochrome Schicht in Fluidkommunikation miteinander sind.
  25. Die mobile Vorrichtung gemäß Anspruch 23, ferner aufweisend: mindestens einen Drahtbonden, wobei das mindestens eine Drahtbonden innerhalb des Hauptteils verkapselt ist.
  26. Die mobile Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei der Hauptkörper ein Substrat und einen oberen Abschnitt, der angrenzend an das Substrat angeordnet ist, aufweist, und wobei der obere Abschnitt des Hauptkörpers eine Öffnung angrenzend an die chemochrome Schicht aufweist.
  27. Die mobile Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei das Gehäuse eine bewegliche Schutzeinrichtung aufweist, und wobei die bewegliche Schutzeinrichtung in einer ersten Position die Öffnung überdeckt und in einer zweiten Position die Öffnung freilegt.
  28. Eine Messvorrichtung zum Detektieren von einem oder mehreren Analyten, die Messvorrichtung aufweisend: einen Hauptkörper, eine Sensorplatte, insbesondere ein Sensorchip, die auf einer Oberfläche des Hauptkörpers angeordnet ist, eine im Wesentlichen transparente Schicht, die auf dem Hauptkörper angeordnet ist, so dass die Sensorplatte zwischen der Oberfläche des Hauptkörpers und der im Wesentlichen transparenten Schicht angeordnet ist, eine nach außen freiliegende Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht, und eine chemochrome Schicht, die auf der nach außen freiliegenden Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht angeordnet ist, wobei die chemochrome Schicht in einem ersten Zustand eine erste Farbe zeigt und in einem zweiten Zustand, wenn sie einen vorbestimmten Analyt ausgesetzt ist, eine zweite Farbe zeigt, und wobei die Sensorplatte dazu ausgelegt ist, die Änderung der Farbe der chemochromen Schicht zu detektieren.
  29. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei die nach außen freiliegende Oberfläche der im Wesentlichen transparenten Schicht ausreichend eben ist, um einen Kontakt zwischen der Messvorrichtung und dem vorbestimmten Analyt zu fördern.
  30. Die Messvorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei die chemochrome Schicht ein erstes chemochromes Material und ein zweites chemochromes Material aufweist, wobei das erste chemochrome Material und das zweite chemochrome Material verschiedene Farben in Antwort auf verschiedene Analyten zeigen.
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