JP2012503770A - キャップ式感知装置を有するセンサ、その製造方法及びそれを使用する方法 - Google Patents

キャップ式感知装置を有するセンサ、その製造方法及びそれを使用する方法 Download PDF

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Abstract

センサが提供される。センサは、第１の電極及び第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の１つ以上の対向する内面の間の距離として規定されるギャップとを具備し、ギャップの距離は少なくとも一部で１つ以上の感知パラメータの閾値を判定する少なくとも１つの感知装置と、感知装置と動作可能に関連するアンテナとを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明はセンサに関し、特に化学センサ、物理センサ又は生物センサに関する。
従来、無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグは資産追跡のために使用されている。例えば、ある場所からの物品の取り外し及びその場所における物品の交換を追跡するためにＲＦＩＤタグが使用されてもよい。ＲＦＩＤタグは生体認証読み取り装置と組み合わされている。そのようなＲＦＩＤ回路は、生体認証信号及びＲＦＩＤ信号の双方を処理するためにある特定の機能ブロックを使用する。ＲＦＩＤタグは固有の番号を有してもよく且つタグが装着されている物品に関連する情報と共にそれらの識別番号を読み取るために使用されてもよい。ＲＦＩＤタグは、コンテナ及び手荷物を許可なく開けることを検出するためにも使用される。ＲＦＩＤタグは、郵便切手及び他の郵便ラベル、衣類及び多くの他の物品などの多様な物品に含まれてもよい。ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤ系温度センサなどの無線感知の用途にも最近適用されている。
ＲＦＩＤタグの上記の特性及び他の特性を利用して、化学的特性、生物学的特性及び物理的特性を検出可能なセンサが形成されてもよい。
米国特許出願公開第２００８／０２３４５９９号明細書
一実施形態では、センサが提供される。センサは、第１の電極及び第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の１つ以上の対向する内面の間の距離として規定されるギャップとを具備し、ギャップの距離は少なくとも一部で１つ以上の感知パラメータの閾値を判定する少なくとも１つの感知装置と、感知装置と動作可能に関連するアンテナとを具備する。
別の実施形態では、無線周波系センサが提供される。センサは、２つ以上の電極により規定される感知ギャップと、感知ギャップ及び電極と動作可能に関連するアンテナとを具備する。
更に別の実施形態では、センサを製造する方法が提供される。方法は、１つ以上の巻線を有するアンテナを準備することと、第１の電極及び第２の電極を具備し且つ第１の電極及び第２の電極の１つ以上の対向する内面の間の距離として規定される感知ギャップを形成することとから成り、ギャップの距離は少なくとも一部で１つ以上の感知パラメータの閾値を判定し、且つ感知ギャップはアンテナと動作可能に関連する。
本発明の上記の特徴、態様及び利点並びに他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより更によく理解されるだろう。図面中、同じ図中符号は一貫して同じ部分を示す。
図１は、アンテナと電気的に通信する別の感知装置を有するセンサを示す概略図である。 図２は、アンテナと電気的に通信する別の感知装置を有するセンサを示す概略図である。 図３は、アンテナと電気的に通信する別の感知装置を有するセンサを示す概略図である。 図４は、アンテナの一部が感知装置として動作するように構成されているセンサを示す概略図である。 図５は、アンテナの一部が感知装置として動作するように構成されているセンサを示す概略図である。 図６は、アンテナの一部が感知装置として動作するように構成されているセンサを示す概略図である。 図７は複数の穴を含む電極を有する感知装置を示す平面図である。 図８は図７の感知装置を示す側面図である。 図９は、物理的関心パラメータ、化学的関心パラメータ又は生物学的関心パラメータの検出時の感知装置の信号の変化を示す特性図である。 図１０はセンサの検出原理を示す特性図である。 図１１はセンサの検出原理を示す特性図である。 図１２はセンサの検出原理を示す特性図である。 図１３は、センサが測定環境の中に物理的に配置されている場合のセンサによる感知事象の検出及び記録を示す特性図である。
本発明の実施形態は、少なくとも１つの感知装置を有するセンサに関する。感知装置は第１の電極及び第２の電極を有する。感知装置は、第１の電極及び第２の電極の１つ以上の対向する内面の間の距離として規定されるギャップを更に含む。ギャップの距離は少なくとも一部で１つ以上の感知パラメータの閾値を判定する。感知パラメータは、物理的パラメータ（例えば、圧力）、化学的パラメータ（例えば、ｐＨ、ブドウ糖レベル、ガス）及び生物学的パラメータ（例えば、ウィルス、蛋白質、ＤＮＡ）を含んでもよい。
ギャップを有する感知装置はアンテナと電気的に通信してもよい。感知装置はアンテナと直列又は並列に電気接続してもよい。ある特定の実施形態では、センサは、無線センサ、有線センサ、電子センサ、（無線自動識別）ＲＦＩＤ系センサ、非ＲＦＩＤ系センサ又はそれらの２つ以上の組合せであってもよい。センサがＲＦＩＤ系センサである実施形態では、センサは無線センサであってもよい。また、ＲＦＩＤ系センサは、受動ＲＦＩＤタグ、半受動ＲＦＩＤタグ又は能動ＲＦＩＤタグを含んでもよい。更に、ＲＦＩＤタグは、約１２５ＫＨｚ〜約１３５ＫＨｚの低周波数範囲、約１３．５６ＭＨｚの高周波数範囲、約８５０ＭＨｚ〜約９６０ＭＨｚの超高周波数範囲及び約２．４５ＧＨｚ〜５．８ＧＨｚのマイクロ波周波数範囲などの周波数範囲で動作するように構成されてもよい。尚、センサが動作する周波数範囲は上記の範囲に限定されない。
ある特定の実施形態では、ＲＦＩＤタグはＲＦＩＤセンサに変換されてもよい。ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤセンサに変換される実施形態では、ギャップを有する感知装置はＲＦＩＤタグに組み込まれる。それらの実施形態では、感知領域として作用するように構成されたギャップは、ＲＦＩＤタグのアンテナと動作可能に関連するようにＲＦＩＤタグに配設されてもよい。図１〜図３に示すように、ギャップはＲＦＩＤタグのアンテナとは別の構成要素であってもよい。或いは、図４〜図６に示すように、ギャップはアンテナの一部であってもよい。図示されてはいないが、図１〜図６に示す実施形態は２つ以上の感知装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、アンテナの大きさは約０．５ｍｍ×０．５ｍｍ〜約１００×１００ｍｍの範囲であってもよい。一実施形態では、アンテナの大きさは約１０ｍｍ×１０ｍｍであってもよい。
通常、アンテナの一部が感知装置として動作する場合、感知装置として動作する部分のアンテナ巻線の間隔は約０．００５μ〜約５００μの範囲であってもよい。一実施形態では、感知装置として動作するように構成された部分のアンテナ巻線の間隔は約２５μである。
感知装置がＲＦＩＤタグに組み込まれる場合、センサの電気的応答は、抵抗変化、キャパシタンス変化及び抵抗変化とキャパシタンス変化の組合せのうち１つ以上であってもよい。一実施形態では、感知装置をＲＦＩＤタグに組み込むことにより、ＲＦＩＤセンサの電気的応答は、アンテナの複素インピーダンス応答の共振変化に変換される。ＲＦＩＤタグからの信号は、アンテナの複素インピーダンスの共振特性の変化又はデジタル読み取り／書き込み装置によるＲＦＩＤタグの読み取りデータのデジタルＩＤの出現又は消滅のうち１つ以上により反映される。本明細書において使用される場合の用語「デジタル読み取り／書き込み装置」は、ＲＦＩＤタグのメモリチップからデジタル情報を読み取り且つユーザ定義デジタル情報をメモリチップに書き込む装置である。本出願において、デジタル読み取り／書き込み装置は、「読み取り装置」、「質問器」又は「書き込み装置」と呼ばれてもよい。いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤタグに感知装置を追加することにより、共振感知構造が形成される。それらの実施形態では、環境の変化はセンサの共振に影響を及ぼす。デジタル書き込み装置はデータの時間シーケンスをメモリチップに書き込む。感知装置によってセンサの共振が変化し、その結果、共振周波数位置がデジタルデータ書き込みの周波数範囲から外れ且つ／又は共振マグニチュードがデジタルデータ書き込みのマグニチュードの範囲（それより大きく又は小さくなった）から外れた場合、ある特定の値はチップに書き込まれないので、時間シーケンスデータは永久的に格納されることになる。センサが環境にさらされる時間を追跡する必要があるような時間制約の厳しい用途において、関心パラメータが閾値を超えた場合にのみデジタルデータはチップに記録される。
一実施形態では、センサ共振の特性を判定するために、デジタル読み取り／書き込み装置は共振センサのインピーダンスのスキャナと組み合わされてもよい。本明細書において使用される場合の用語「共振センサのインピーダンスのスキャナ」は、センサの共振の周波数を走査し且つセンサ共振の特性を判定する装置である。センサ共振の特性の例は、複素インピーダンス信号の幅、形状、形状の対称性、ピーク高さ及びピーク位置を含んでもよいが、それらに限定されない。
デジタル読み取り／書き込み装置が共振センサのインピーダンスのスキャナと組み合わされる場合、ＲＦＩＤセンサのメモリチップのメモリに格納されるデータは、センサ共振の少なくとも１つの特性（例えば、複素インピーダンス信号の幅、形状、形状の対称性、ピーク高さ及びピーク位置）を含んでもよい。この感知情報はデータの時間シーケンスと共にメモリチップに格納される。感知情報は１ビット情報（オン‐オフ応答）ではない。感知情報は、センサによってではなく、共振センサのインピーダンスのスキャナによって限定される情報分解能を有する量的情報である。
感知ギャップの形状は、１つの溝穴、溝穴の列、モルフォロジーにより導き出された形状、蛇行形状、コイル、フラクタル又はそれらの組合せを含んでもよい。ある特定の実施形態では、ギャップは、チャネル、インターディジタル電極構造、３次元（３Ｄ）電極構造又はそれらの組合せの形であってもよい。ある特定の実施形態では、ギャップは、０次元ギャップ構造、１次元ギャップ構造、２次元ギャップ構造、３次元ギャップ構造を含んでもよい。０次元ギャップ構造は、電極間のギャップがただ１つの目標種（例えば、ただ１つの胞子、ただ１つのバクテリアなど）に適合するほどの狭さになるように相対的に小さな横断面を有する電極により形成されるギャップ構造である。１次元ギャップ構造は、ギャップが目標種（例えば、１列に並んだ胞子又はバクテリア）の１次元アレイにのみ適合するほどの狭さになるように一方向に相対的に小さな横断面を有する電極により形成されるギャップ構造である。２次元ギャップ構造は、２方向に小さな横断面を有する電極により形成されるギャップ構造である。３次元ギャップ構造は、３方向に小さな横断面を有する電極により形成されるギャップ構造である。ギャップの構造は、製造の難易度に応じて且つ検出する必要がある物理的特性及び／又は化学種及び／又は生物種に基づいて変更されてもよい。
ある特定の実施形態では、ギャップの中に存在する物質は、金属、有機材料、半導体材料、有機エレクトロニクス材料、誘電体材料又はそれらの組合せを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ギャップは、ギャップセンサの周囲の化学的変化、生物学的変化及び／又は物理的変化を検出するための感知材料を含んでもよい。ギャップ領域内の感知材料の例は、ナノワイヤ、ナノファイバ、ナノ粒子、機能性添加剤を含む調合材料、ドープ共役ポリマー、無機材料、有機材料、高分子材料、生物材料、生体細胞、生物分子レセプタ、抗体、アプタマー、核酸、金属粒子によって機能化された生物分子、ポリマー粒子によって機能化された生物分子、シリカ粒子によって機能化された生物分子、並びに感知装置の周囲における化学的変化、生物学的変化及び／又は物理的変化によって検出可能な抵抗及び／又はキャパシタンスの変化を発生する他の任意の周知の感知材料及びそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。
他の実施形態では、ギャップには電極材料はほぼ存在しなくてもよい。ギャップが感知材料を含まない実施形態では、信号変化はギャップにおける試料組成の変化によって起こってもよい。試料組成の変化の例は、空気又は他の任意の気体の水蒸気濃度（相対湿度）、水中のイオン濃度（例えば、脱イオン水、飲料水、海水の比較）、廃水中の有機物質濃度、水中の生物物質（例えば、バクテリア、細胞、ウィルス）濃度を含むが、それらに限定されない。
ある特定の実施形態では、第１の電極及び第２の電極の対向する内面の距離は、約数ｎｍ〜約数千ｎｍの範囲であってもよい。一実施形態では、ギャップの距離は約２ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲である。ギャップの距離は検出する必要があるパラメータに基づいて判定されてもよい。例えば、ギャップの距離は検出する必要がある生物学的特性の大きさに基づいて判定されてもよい。別の実施例では、通常は数十μの大きさであるバクテリアの検出に合わせてギャップの距離は広く設定されてもよいが、数十ｎｍであるウィルスの検出に際してはギャップの距離はそれより狭くてもよい。
一実施形態では、第１の電極又は第２の電極のいずれか、或いは第１の電極及び第２の電極の双方は連続する面を有する。例えば、第１の電極又は第２の電極は、連続する矩形、正方形、円又は他の任意の幾何学的形状であってもよい。別の実施形態では、第１の電極又は第２の電極は不連続の面を有してもよい。例えば、第１の電極又は第２の電極は、格子、貫通孔であってもよいが貫通していなくてもよい複数の穴を有する面、複数の突出構造を有する面又はそれらの組合せなどの一定のパターンに従って形成された面を有してもよい。更に、第１の電極及び第２の電極は同一の種類の面を有してもよいが、面の種類は異なっていてもよい。一実施形態では、センサが導電性流体にさらされた場合に電極が短絡するのを防止するために、第１の電極又は第２の電極のいずれか、或いは双方の電極の１つ以上の露出面に誘電体材料が塗布されてもよい。
ある特定の実施形態では、電極材料は判定される電気的特性を有する電流を搬送可能であってもよい。電極材料の例は、銅、アルミニウム、金、銀などの金属、銅の合金（例えば、黄銅、青銅）、アルミニウムの合金（例えば、Ｎａｍｂｅ（商標）、Ｓｉｌｕｍｉｎ（商標））、金の合金（例えば、Ｅｌｅｃｔｒｕｍ（商標））、導電性ポリマー、ドープポリアセチレン、ドープポリアニリン、ドープポリチオフェンなどのドープポリマー、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボン粒子、カーボンペースト、導電性インク又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。
一実施形態では、電極材料の電気抵抗は約１００Ω未満である。別の実施形態では、電極材料の電気抵抗は約５０Ω未満又は約０．５Ω未満である。これに対し、アンテナ構造の電気抵抗は約０．５Ω〜１００Ω未満の範囲であってもよい。
ある特定の実施形態では、センサを製造する方法は１つ以上の巻線を有するアンテナを準備することを含んでもよい。更に、第１の電極及び第２の電極を含む感知ギャップが製造される。ある特定の実施形態では、アンテナは、マイクロリソグラフィ及び／又はナノリソグラフィなどの技術を使用することにより製造されてもよい。感知ギャップ又は感知装置は、自己集合、ロール処理、リソグラフィ、液体蒸着、ミリング、集束イオンビームミリング又はマイクロリソグラフィなどの技術を使用することにより製造されてもよいが、使用可能な技術はそれらに限定されない。一実施形態では、第１の電極及び第２の電極はバッチ製造処理により形成されてもよい。アンテナの一部が感知装置として動作するように構成される実施形態では、ギャップは上記の技術を使用することにより別に製造されてもよい。感知装置がアンテナとは別の構成要素である実施形態では、感知装置は別に製造され且つその後にアンテナに結合されてもよい。更に、感知装置は、上記の製造技術を使用することにより並列電気接続又は直列電気接続でアンテナに結合されてもよい。一実施形態では、分子及び分子集合体の非特異的結合のためにギャップ内のシリカ面が表面の改質を含まないようにセンサはシリカ面に付着されてもよい。
そこで図１を参照すると、センサ１０は２つの電極１６の対向する内面の間のギャップ１４を有する感知装置１２を含み、ギャップ長さ１３は２つの電極１６に沿った距離として規定される。感知装置１２はコネクタ１７を使用することによりアンテナ１８に電気的に結合される。図１の実施形態では、感知装置１２及びアンテナ１８は直列に接続する。一実施例では、コネクタ１７は、導電性ケーブル、ワイヤ、条片などであってもよい。センサ１０は２つの端部２０及び２２を有するアンテナ１８を更に含む。導体媒体２４（導体ワイヤ、導体条片又は導体ケーブルなど）と交差するアンテナ１８の他の領域を導体媒体２４が電気的に短絡しないように、アンテナ１８の端部２０及び２２は導体媒体２４を使用して電気的に接続される。メモリチップ２６は情報を格納するために使用される。メモリチップ２６は、読み取り／書き込み装置から送信される無線周波信号により起動されてもよい。センサ１０のアンテナは信号を送受信する。アンテナ１８により送信される信号は、動作可能な範囲内でセンサ１０に近接して配設されたピックアップコイル又は読み取り装置（図示せず）によりピックアップされる。ピックアップコイルは読み取り装置の一部であってもよい。一実施例では、センサ１０及びピックアップコイルは誘導結合を介して結合されてもよい。或いは、別の実施形態では、センサ１０及びピックアップコイルは必ずしも電気接点を介して結合されない。そのような実施形態では、センサ１０及びピックアップコイルは無線通信するように構成されてもよい。
図２に示すように、センサ３０は、電極３６により規定されるギャップ３４を有する感知装置３２を含む。感知装置３２は、電気導体４０を使用することによりアンテナ３８に電気的に結合される。電気導体４０は、感知装置３２に直接結合されたサブコネクタ４２に結合される。一実施形態では、電気導体４０及びサブコネクタ４２は同一であってもよい。すなわち、電気導体４０及びサブコネクタ４２は、接続媒体の連続する構造を形成してもよい。別の実施形態では、電気導体４０及びサブコネクタ４２は異なる物理的構成要素であってもよい。センサ３０はメモリチップ４４を更に含む。更に、導体媒体５０（導体ワイヤ、導体条片又は導体ケーブルなど）と交差するアンテナ３８の他の領域を導体媒体５０が電気的に短絡しないように、アンテナ３８の２つの端部４６及び４８は導体媒体５０を使用して電気的に接続される。
次に図３を参照すると、センサ５２は、電極５８により規定されるギャップ５６を有する感知装置５４を含む。感知装置５４は、電気導体６０を使用することによりメモリチップ６２に電気的に結合される。感知装置５４とメモリチップ６２との電気的接続は、メモリチップのアナログ入力端子を介して実現される。メモリチップ６２はアンテナ６４に結合される。導体媒体７０（導体ワイヤ、導体条片又は導体ケーブルなど）と交差するアンテナ６４の他の領域を導体媒体７０が電気的に短絡しないように、アンテナ６４の２つの端部６６及び６８は導体媒体７０を使用して電気的に接続される。
図４〜図６は、アンテナの一部が感知装置として動作するように構成されている実施形態を示す。図４に示す実施形態では、センサ７２はアンテナ７４を含む。アンテナ７４の一部分７８は感知装置８０として動作するように構成される。アンテナ７４の部分７８は、感知装置８０のギャップ７６として作用するアンテナの不連続部分を含む。図示されてはいないが、アンテナ７４に２つ以上のそのようなギャップがあってもよい。アンテナ７４は、導体媒体８６を使用して電気的に接続される２つの端部８２及び８４を更に含む。センサ７２はメモリチップ８７を更に含む。
図５はアンテナ９０を有するセンサ８８を示す。アンテナ９０は、２つの感知装置、すなわち第１の感知装置９２及び第２の感知装置９４を含む。第１の感知装置９２は、巻線９８及び１００の一部の間に形成され且つギャップ長さ９５を有する第１のギャップ９６を含む。同様に、第２の感知装置９４は、巻線１０４及び１０６の一部の間に形成され且つギャップ長さ９３を有する第２のギャップ１０２を含む。図に示すように、巻線９８及び１００の距離及び巻線１０４及び１０６の距離は、アンテナ９０の残る巻線部分の間の距離と比較して相対的に狭い。そのように距離を狭くすることにより、感知装置９２及び９４を形成できる。アンテナ９０は、導体媒体１１２を使用して電気的に接続された２つの端部１０８及び１１０を更に含む。センサ８８はメモリチップ１１４を更に含む。
図６はアンテナ１２２を使用するセンサ１２０を示す。突出部分１２４及び１２６は、１つの感知装置１２８として動作するように構成される。感知装置１２８は、点線１３１で示すギャップ長さを有し且つ巻線部分１３２及び１３４の間に限定されたギャップ１３０を含む。ギャップ１３０は一方の突出部分１２４から他方の突出部分１２６まで続いている。アンテナ１２２は、導体媒体１４０を使用して電気的に接続された２つの端部１３６及び１３８を更に含む。センサ１２０はメモリチップ１４２を更に含む。感知装置９２及び９４の個別のギャップ長さ９５及び９３（図５を参照）と比較して、感知装置１２８のギャップ長さ１３１は長いので、感知領域は広くなる。バクテリア、胞子又はウィルスの生物学的検出において、ギャップを長くすることにより、ギャップ内で目標種を捕獲する確率が高くなる。気体及び液体の化学的検出において、長いギャップは感知領域を拡張するので、信号応答が大きくなる。
図７は、本発明により採用されてもよい感知装置１４６の一実施形態を示す平面図である。感知装置１４６は、支持構造１５２の間に支持された上面電極１５０に複数の穴１４８を含む。一実施形態では、穴の直径は約５ｎｍ〜約２０，０００ｎｍの範囲であってもよい。上面電極１５０は、正方形、矩形、円形、六角形、三角形又は他の任意の多角形などの幾何学的形状を有してもよい。図８は感知装置１４６の横断面側面図を示す。図示されるように、感知装置は底面電極１５４を更に含む。上面電極１５０と同様に、底面電極は、正方形、矩形、円形、六角形、三角形又は他の任意の多角形などの種々の幾何学的形状を有してもよい。図示されてはいないが、上面電極１５０及び底面電極１５４は平坦な面を有してもよく、或いは平坦でなくてもよい。例えば、感知装置のギャップに適合するように、一方又は双方の電極に凹部又は突起が設けられてもよい。一実施形態では、上面電極１５０と底面電極１５４との間の距離が突起を有する領域で短くなるように、底面電極１５４は上面電極１５０の方向に突出する突起を有してもよい。
図９は、物理的関心パラメータ、化学的関心パラメータ又は生物学的関心パラメータの検出時の感知装置の信号の変化を示す。現時点で考えられる実施形態では、アンテナの複素インピーダンスの共振特性の変化が測定される。図示される実施形態では、アンテナの複素インピーダンス応答は縦座標１６０に示され、且つ横座標１６２はＲＦＩＤセンサの共振を測定するための走査周波数を示す。特性曲線１６４、１６６、１６８及び１７０は、センサの周囲の物理的特性、化学的特性又は生物学的特性を変化させる複数の異なる試料又は１つの試料にさらされた場合のセンサの複素インピーダンスの変化を周波数の関数として示す。図示されるように、センサの応答の変化は、複素インピーダンス信号の幅、形状、形状の対称性、ピーク高さ及びピーク位置の変化、すなわち、曲線１６４、１６６、１６８及び１７０で示す。
ある特定の実施形態では、判定された閾値に至るまでアンテナにより種又はパラメータがまったく検出されていない初期段階ではアンテナの回路は不完全である。それらの実施形態では、ギャップにより形成される不連続性のために、アンテナの電気回路は物理的に不完全である。それらの実施形態では、初期状態にある場合、アンテナの不完全な回路の抵抗は１，０００Ω以上になることもある。検出される種又は試料の物理的特性の変化がギャップの抵抗及びキャパシタンスに影響を及ぼし、その結果、デジタル読み取り／書き込み装置の動作周波数範囲で共振のマグニチュードが判定された閾値を超えた時点で、アンテナの電気回路は完成される。この段階で、読み取り／書き込み装置によるメモリチップの読み取り又は認識が可能になる。デジタル読み取り／書き込み装置はメモリチップにデータの時間シーケンスを書き込む。センサの応答に影響を及ぼす物理的特性の例は、電離放射線（例えば、γ線、β線、Ｘ線）の線量、液体の導電率、温度、圧力、加速又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。
一実施形態では、感知装置を追加することにより共振構造が形成され、感知装置は環境変化の関数として構造の共振に影響を与える。ＲＦＩＤに感知装置が装着されたために共振変化が起こり、その結果、共振がセンサのデジタルデータを書き込むための周波数範囲外となった場合、センサ応答のある特定の値はメモリチップに書き込まれなくなるので、時間シーケンスデータは永久的に格納される。
図１０〜図１２は、デジタル読み取り／書き込み装置によるデジタルＩＤデータ読み取り値の出現又は消滅の概念を示す。中心点はデジタル読み取り／書き込み装置の動作周波数範囲を示す。デジタル書き込み装置／読み取り装置の動作周波数範囲は約１２０ＫＨｚ〜約５．８ＧＨｚであってもよい。一実施例では、中心点は約１３．５６ＭＨｚの周波数であってもよい。図１０に示すように、周波数Ｆ１７６におけるアンテナの複素インピーダンス応答は縦座標１７２に示され、且つ横座標１７４は特性曲線１７８で示す。図１０に示す実施形態では、感知装置の応答によってアンテナの共振マグニチュードが小さすぎる状態になっている（特性曲線１８０）。この場合、書き込み装置はＲＦＩＤセンサを検出不可能であるので、時間シーケンスの対応部分をメモリチップに書き込まない。図１１に示すように、センサの応答によってセンサのインピーダンス／共振応答（特性曲線１８２）は移動し、矢印１８４で示すように、感知装置の応答によって中心点から外れすぎてしまうので、読み取り／書き込み装置はＲＦＩＤセンサを認識できず且つ時間シーケンスの対応部分をメモリチップに書き込まない。次に図１２を参照すると、矢印１８８で示すように、センサ応答の前の時点で共振は中心点１７６から外れてしまっており、センサ応答で中心点と重なり合う（１８６）ので、読み取り／書き込み装置はＲＦＩＤセンサを認識し且つ時間シーケンスの対応部分をメモリチップに書き込む。従って、読み取り／書き込み装置はＲＦＩＤセンサを検出不可能であるので、時間シーケンスの対応部分をメモリチップに書き込まない。
図１３は、書き込み装置によりメモリチップに書き込まれないシーケンス１９４、１９６及び１９８を有するデジタルデータストリーム１９２を示す。これに対し、シーケンス２００及び２０２は書き込み装置によりメモリチップに書き込まれる。デジタルデータストリームは読み取り／書き込み装置により生成される。センサは物理的には測定環境の中に配置される。所定の限界を超える暴露時間を追跡する必要がある時間制約の厳しい用途では、関心パラメータが閾値を超えた場合にのみデジタルデータはチップに記録される。横座標２０４は時間を示す。データストリームは、関心パラメータの値２１０及び２１２がそれぞれ閾値２１４を超えている時間間隔２０６及び２０８の間に記録される。これに対し、値２２２、２２４及び２２６がそれぞれ閾値２１４を超えない時間間隔２１６、２１８及び２２０の間、データストリームは記録されない。
メモリチップに記録される値は、記録事象の時間に関連するデジタルデータストリーム及びキャップ式装置の応答の感知値を含む。キャップ式装置の応答の感知値は、センサの周囲の測定試料における物理的関心パラメータ、化学的関心パラメータ又は生物学的関心パラメータの濃度、レベル又は大きさと相関される。
本発明のある特定の特徴のみを図示し且つ説明したが、当業者には多くの変形及び変更が明らかだろう。従って、添付の特許請求の範囲は本発明の範囲内に入るそのようなすべての変形及び変更を含むことを意図すると理解すべきである。
１０ センサ
１２ 感知装置
１３ ギャップ長さ
１４ ギャップ
１６ 電極
１７ コネクタ
１８ アンテナ
２０ 端部
２２ 端部
２４ 導体媒体
２６ メモリチップ
３０ センサ
３２ 感知装置
３４ ギャップ
３６ 電極
３８ アンテナ
４０ 電気導体
４２ サブコネクタ
４４ メモリチップ
４６ 端部
４８ 端部
５０ 導体媒体
５２ センサ
５４ 感知装置
５６ ギャップ
５８ 電極
６０ 電気導体
６２ メモリチップ
６４ アンテナ
６６ 端部
６８ 端部
７０ 導体媒体
７２ センサ
７４ アンテナ
７６ ギャップ
７８ （アンテナの）一部分
８０ 感知装置
８２ 端部
８４ 端部
８６ 導体媒体
８７ メモリチップ
８８ センサ
９０ アンテナ
９２ 第１の感知装置
９３ ギャップ長さ
９４ 第２の感知装置
９５ ギャップ長さ
９６ 第１のギャップ
９８ 巻線
１００ 巻線
１０２ 第２のギャップ
１０４ 巻線
１０６ 巻線
１０８ 端部
１１０ 端部
１１２ 導体媒体
１１４ メモリチップ
１２０ センサ
１２２ アンテナ
１２４ 突出部分
１２６ 突出部分
１２８ 感知装置
１３０ ギャップ
１３１ 点線（ギャップ長さ）
１３２ 巻線部分
１３４ 巻線部分
１３６ 端部
１３８ 端部
１４０ 導体媒体
１４２ メモリチップ
１４６ 感知装置
１４８ 穴
１５０ 上面電極
１５２ 支持構造
１５４ 底面電極
１６０ 縦座標
１６２ 横座標
１６４ 特性曲線
１６６ 特性曲線
１６８ 特性曲線
１７０ 特性曲線
１７２ 縦座標
１７４ 横座標
１７６ 周波数Ｆ
１７８ 特性曲線
１８０ 特性曲線
１８２ 特性曲線
１８４ 矢印
１８６ センサ応答
１８８ 矢印
１９２ デジタルデータストリーム
１９４ シーケンス
１９６ シーケンス
１９８ シーケンス
２００ シーケンス
２０２ シーケンス
２０４ 横座標
２０６ 時間間隔
２０８ 時間間隔
２１０ 値
２１２ 値
２１４ 閾値
２１６ 時間間隔
２１８ 時間間隔
２２０ 時間間隔
２２２ 値
２２４ 値
２２６ 値

Claims (10)

  1. 第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の１つ以上の対向する内面の間の距離として規定されるギャップとを具備し、前記ギャップの距離は少なくとも一部で１つ以上の感知パラメータの閾値を判定する少なくとも１つの感知装置と、
    前記感知装置と動作可能に関連するアンテナとを具備するセンサ。
  2. 前記第１の電極及び前記第２の電極の前記内面の間の前記ギャップは、約５ｎｍから約１０，０００ｎｍの範囲である請求項１記載のセンサ。
  3. 前記アンテナの一部は前記感知装置として機能するように構成される、請求項１記載のセンサ。
  4. 前記センサは、化学種、生物種、物理的特性又はそれらの組合せを検出するように構成される、請求項１記載のセンサ。
  5. 前記ギャップは、電極材料又は感知材料のいずれか、或いは電極材料及び感知材料の双方を含まない、請求項１記載のセンサ。
  6. 前記ギャップは、空気、誘電体材料、金属、半導体材料、有機電子材料、生物感知材料、有機感知材料、無機感知材料を含む、請求項１記載のセンサ。
  7. 分子又は分子集合体のいずれか、或いは分子及び分子集合体の双方の非特異的結合を可能にするために、前記センサは表面改質を含まないシリカ表面の上に配設される、請求項１記載のセンサ。
  8. 前記電極材料は、金属、銅、アルミニウム、金、銀、銅の合金、アルミニウムの合金、金の合金、導電性ポリマー、ドープポリアセチレン、ドープポリアニリン、ドープポリチオフェン、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボン粒子、カーボンペースト、導電性インク又はそれらの組合せを含む、請求項１記載のセンサ。
  9. ２つ以上の電極により規定される感知ギャップと、
    前記感知ギャップ及び前記電極と動作可能に関連するアンテナとを具備する無線周波系センサ。
  10. センサを製造する方法であって、
    １つ以上の巻線を有するアンテナを準備することと、
    第１の電極及び第２の電極を具備し且つ前記第１の電極及び前記第２の電極の１つ以上の対向する内面の間の距離として規定される感知ギャップであって、前記ギャップの距離は少なくとも一部で１つ以上の感知パラメータの閾値を判定し且つ前記感知ギャップは前記アンテナと動作可能に関連する感知ギャップを形成することとから成る方法。
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