TW495608B - Optical-based sensing devices - Google Patents

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60 5 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____Β7___五、發明說明（1 ) 本發明爲1999年5月5日提出之美國專利申請案〇9/3〇4,83i 及⑽年8月2 6日提出之美國專利申請案〇9/i4〇,747之接績 邵份，這些揭示全部在此併人作爲參考，％同在此全部列 出。 發明之背景 1.發明 < 領域 本發明係關於電光學感測裝置以在液態或氣態介質中檢測 分析物之存在或濃度。更特別地，本發明係關於（但在所有 之情況不必要限於）以光學爲主之感測裝置，其特徵爲完全 自我容納，具有平滑且磨圓之長橢圓形，卵形，或橢圓形 形狀（例如，豆或醫學膠囊形），_及格外細密之大小，其使 此裝置可移植在人類以原地檢測各種分析物。 2 ·背景复^ 美國專利5,5 17,3 13，此揭示在此併入作爲參考，敘述一 種以螢光爲主之感測裝置，其包含指示劑分子與感光元 件’例如，光檢測器。廣義言之，在本發明領域之内容 中’指示劑爲其一或更多種光學特徵受分析物之局部存在 影響之分子。在依照美國專利5,5 17,3 13之裝置中，一種光 源，例如，發光二極體（”LED”），至少部份位於一層含螢 光指π·劑分子之物質内，或者，至少部份位於導波層内， 使來源發射之輪射（光）撞擊及造成指示劑分子發勞光。高 通滤光器使指示劑分子發射之要光到達感光元件（光檢測 器）同時過濾來自光源之散射之光。 用於美國專利5,517,3 13所述裝置之指示劑分子之螢光因 (請先閱讀背面之注音？事項m寫本頁) 裝 -線· A7 、發明說明（2 ) ::物心局邵存在而調節，#，衰退或増強人 坪滅…’此錯合物可有利地在氧感 山。中4乍馬扣示劑分子。亦已知其勞光性質受各種其他分 析物影響之指示劑分子。 此外，其吸收程度受分析物之存在或濃度影響之吸收光 之指示劑分子亦爲已知的。例如，參見美國專利5 512 246, 此揭示在此併人作爲參考，其揭示光譜反應因如糖之多声 基化合物之存在而衰退之組合物。然而，據信此吸收光指 示，分子以往尚未被用於如美國專利5,517,3U所敎示之感 測器構造，或如在此所敎示之感-測器構造。 在美國專利5,5 17,3 13所述之感測器，含指示劑分子之物 質對分析物爲可滲透的。因此，分析物可自周圍試驗介質 擴散至物負中’因而影響指示劑分子之螢光。設計光源， 含指不劑分子基質物質，高通濾光器，及光檢測器使得指 示劑分子發射之螢光衝擊光檢測器，使得產生電信號，其 爲周圍介質中分析物濃度之指示。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 社 印 製 rllr-------!裝 (請先閱讀背面之注意事項HI寫本頁) 美國專利5,517,3 13所述之感測裝置代表超越組成關於美 國專利5，5 1 7，3 13之先行技藝之顯著改良。然而，其仍持續 在極重要之環境-人體中，可檢測各種分析物之感測器之 需求。此外，在此領域已完成進一步之精製，此精製生成 更小且更有效之裝置。 — 發明之概要 通常，依照本發明之一種狀態之感測器爲完全自我容 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4%娜 A7

具有輻射源（例如，LED)且具有感光元件（例如，光檢 ’則务），兩者均完全地嵌入作爲導波器之透光感測器主體 。指示劑☆子位於感測器主體之外表面i，例*，直‘ 塗後万；其上或在聚合物基質層内移動。在輻射源發射輕射 時，由於由感測器主體與周圍介質（聚合物基質或分析物 2在之介質）之界面之内反射，大部份之輻射在感測器主 版内反射。在輻射衝擊感測器主體與周圍介質之界面時， 2與在感測器主體之表面上移動之指示劑分子交互作用。 指示劑分子發射（即，在螢光指示劑分子之情形爲螢光）或 =源發1且未被指示劑分子吸收（例如，在吸收光指示劑 分子 < 情形）之輻射由於内反射而完全在感測器主體反 射。内反射之輻射撞擊感光元件，使得產生信號，其爲分 析物之存在及/或濃度之指示。 依照本發明此狀態之感測器以可使輻射源藉外部裝置， 例如，電磁波，超音波，或紅外線，或完全藉内部裝置， 例如，使用放射發光或如微電池，微發電機，壓電等組件 而充電之組件構成。感測器亦具有組件以傳送表示内反射 光或其他輻射之信號，由此内反射輻射之程度決定分析物 濃度。此組件可爲與電力接收感應器分離之感應器，或可 使用相同感應器之接收電力產生電磁能量及傳送載資訊電 磁波信號波。 依照本發明之另一種狀態，構成感測器以利於其在人類 活體之皮下使用。關於此點，依―照本發明之此種狀態，感 測器大約爲豆或醫藥冷膠囊之大小與形狀。此外，感測= (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝 -線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印努 -6- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印封 A7 、^----_BZ_— _ 五、發明說明（4 ) 車乂佳馬具有感測器/組織界面層，其防止疤組織之形成或 其藉由促進載分析物血液系統之向内生長而克服疤組織之 形成。已發現依照本發明此種狀態之感測器形狀本身提供 有疏'^光學性質，因此可構成用於人體以外之應用之感測 咨，即，無界面層及/或具有延伸至感測器内外之電引線。 依照本發明之另一種狀態，構成具有吸收光（或吸收輻 射）4日示Μ刀子之感測為’其吸收來源產生之輻射。吸收 <程度如分析物濃度之函數而改變。藉由測量内反射輻射 之！ ’決定分析物之量。 依照本發明之另一種狀態之感測器利用介質之密度與其 折射率之間之關係測量分析物濃度。分析物濃度改變時， 感測器所暴露之介質之密度改變，因此周圍介質之折射率 亦改變。周圍介質之折射率改變時，内反射之光（或者相 反地’通過感測器/介質界面者）之量亦改變，而且此照明 之改變可由感測器内之感光性元件測量且與局部周圍分析 物濃度有關。 依照本發明之進一步狀態，提供一種感測器，其包括： (a)至少一個分析物感測指示劑通道，其如上所述而操作； 及（b)至少一個額外通道作爲光學參考通道。光學參考通 道較佳爲：（a)劑量不受分析物之存在或濃度影響或通常不 受影響之指示劑分子（即，分析物感測指示劑通道之指示 劑分子）之一或更多種光學特徵了及/或（|3)測量不受分析物 之存在或濃度影響或通常不受影響之第二對照指示劑分子 之光學特徵。在本發明之領域中，不受分析物之存在或濃 (請先閱讀背面之注意事項H寫本頁) 裝 訂· -線- 本呔張 <度適用Ψ國國家標準（CNS)A4規烙（210 X 297公釐） 495608 A7 B7 五、發明說明（5 ^影響或通常不受影響之指示劑分子在此廣義地稱爲對照 寸曰7JT劑分子。 例如’：使用光學參考通道補償或修正：感測器组成固 二：件操作〈變化或轉移；感測器外部之環境條件；或 二 :數例Γ光學參考通道可用以補償或修正以下誘發 戈敏：卢之輻射源〈老化；影響感光元件之性能 戎敏感度炙交化；指示劑分子之 劑基質層等之輕射透光率之變化.並他r器王體，指示 等。在其他之實例中，光學參考匕通C器組件之變化 盔的八> k ▼通通亦可用以補償哎修正 …關刀析物又存在或濃度而影響 " 視光學特徵之環e jg去 H丨lj刀子又光學特徵或 點，例示之外:===，旬。關於此 周：=，·感測器施加之介質之反射率或濁p度存在（ 基万；以下艾説明結合附圖而進—+ 態，特點與優點。 v 解以上及其他狀 由本發明之詳細説明及以下 其 其

訂 他狀態爲顯而易知的，其以余回;大’本發明之這些及 中·· ㈢歹’之方式給予且非限制 圖1爲依照本發明以螢光爲、、 圖2爲圖丨所示以螢光爲主二 <、感測器之略示切面圖，· 測器之導波性質；、t測器之略示圖，其描述感 圖3爲圖1圓圈部份之詳細〜 反射與感測器/或組織界面；/、澄明感測器主體内之内 臂〈較佳構造；

7h：J < t i§ ^ ^ φ. (CKS)A4 •8 - 8 60 5 49

圖4 A類似圖2之略示圖，其描述感測器主體内因内輻射 源產生之輕射及外部指示劑分子發射之螢光之反射； 圖：)馬證明依照本發明之感測器在人類之使用之略示圖； 圖6爲輻射發光來源、之略示切面圖； 圖7a與7b爲證明依照本發明之另一種狀態，以吸收光 指π劑分子馬主之感測器之操作略示之描述； 圖8為基質層之具體實施例之化學式，其中基質層之聚 合巨分子大約每4個單體含一個側接胺基； 圖9 4田述依照本發明之基質層之交聯與摻染片段； 圖1 0敌述依照本發明之葡萄糖敏感性，吸收調節指示劑 分子，2,3’-二羥基硼羥基j禹氮苯（，，硼酸紅，，）； 圖1 1钦述依照本發明之葡萄糖敏感性，吸收調節指示劑 分子之額外具體實施例； 圖1 2敎述鍵聯指示劑分子與摻染單體AEM A之標準 Mannich反應； 圖1 3a與13b爲證明依照本發明之另一種狀態，以折射率 為王之感測器之操作原則之略示描述； 圖14a爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之上 視圖’其加入參考通道與正常指示劑通道； 圖14b爲圖ua所示之感測器之侧視圖； 圖14c爲類似圖14a所示之經修改感測器之部份側視圖， 其包含參考通道與指示劑通道；一 θ 14d爲本發明之另一個具體實施例之正視圖，其加入 類似圖14c所示之參考通道與指示劑通道； 卜……、又Μ %國家標準（CNSM4規烙（210x297公餐） ΐ 丨 i_i n ί ·ϋ *ϋ 1 ϋ n 1 II · · 1 ϋ (請先閱讀背面之注咅？事項Ιϋ寫本頁) 訂. --線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印贤 CC 60 5 49 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7五、發明說明（7 ) 圖14e爲以圖14d所示之箭頭A-A之方向所取之橫切面 圖，裝置示於外部物件之内； 圖14f爲以圖14d所示之箭頭B-B之方向所取之橫切面 圖，裝置示於外部物件之内； 圖15a爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之上 視圖，其加入參考通道與指示劑通道； 圖1 5 b爲圖1 5 a所示之感測器之側視圖。 圖1 5c爲類似圖1 5a所示之經修改感測器之部份側視圖， 其包括參考通道與指示劑通道； 圖16a爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之上 視圖，其加入參考通道與指示劑通道； 圖16b爲圖16a所示之感測器之側視圖； 圖17a爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之侧 視圖，其在具有内膠囊與外套筒之感測器構造中加入參考 通道與指示劑通道； 圖17b爲圖17a所示之感測器之上視圖； 圖1 7c爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之側 視圖，其在具有内膠囊與外套筒之感測器構造中加入參考 通道與指示劑通道； 圖17d爲圖17c所示之感測器之上視圖； 圖1 7e爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之侧 視圖，其在具有内膠囊與外套f之感測器構造中加入參考 通道與指示劑通道； 圖17f爲圖17e所示之感測器之上視圖； (請先閱讀背面之注意事項HI寫本頁) -Γ 裝 訂· -線_ -10- 本t阀國家標準（CNTS)A4規恪（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制β ~---—._E_— 五、發明說明（8 ) 圖18a爲依知本發明之具體實施例之感測器之側視圖， 其具有内膠囊與外套筒而無參考通道； 圖18b爲圖18a所示之感測器之上視圖； 圖19a-19j顯示許多種證明各種包裝配置與套筒結構之可 能套筒構造之側視圖； 圖20a-20b各顯示本發明之另一個具體實施例之上視圖與 側視圖，其包括含感測薄膜之可移動膜；及 圖2 1為y軸之光吸收（例如，光學密度）相對X軸之激發 波長\例如，自輕射源發射）之圖表（僅爲了描述目的而提 供’爲了方便起見，由美國專利5,137,833之圖翻卬，其 在此併入作爲參考）’其證明基於分析物濃度吸收不改變 之等吸光點（即，波長）。 圖22(A)爲依照本發明之另一個具體實施例之上視圖， 其具有遮蔽套筒（遮蔽套筒部份地去除）。 圖22(B)爲圖22(A)所示之感測器之橫切面側視圖。 圖22(C)爲圖22(B)所示描述之一部份之放大圖。 圖22(D)爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之 橫切面側視圖。 圖2 j(A)爲依照本發明之另一個具體實施例之感測器之 k切面側視圖，其具有以兩個方向發射輻射之LED輻射 源。 圖23(B)爲圖23(A)所示描述之一部份之放大圖。 圖23(C)爲沿圖23(A)之箭頭23(C)-23(C)所取之橫切面側 視圖。 -11 - 本纸張尺度3用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复)' ill,r— — — — — — — — · I I (請先閱讀背面之注音？事項寫頁) 訂· -線- A7 B7

修正| 補天 495608 第8S114612號專利申請案 中文說明書修正頁(89年5月） 五、發明説明（9 ) 圖23(D)為顯示安裝於反射杯内之常用LED晶片之岭示侧 視圖。 圖24(A)為依照圖23(A)所示具體實施例之一個描述性實 例，顯示來自LED兩側之發光之說明圖表。 圖24(B)為顯示安裝在平坦表面上之現存LED之發光之說 明圖表。 圖25(A)為感測器之另一個具體實施例之橫切面側視圖， 其具有自輕射源之上與下側發射之輻射（省略感測器薄 膜）。 圖25(B)為圖25(A)所示之具體實施例之橫切面側視圖， 感測器薄膜位於感測器上。 圖26為感測器之另一個具體實施例之橫切面側視圖，其 具有光學透明基材。 0 27(A)為在圖27(B)中沿線27-27所取之感測器之另一個 具體實施例之橫切面側視圖，其具有外部加熱元件以抑制 ㉔測器之冷凝。 圖27(B)為圖27(A)所示之感測器之上視圖。 圖27(C)為顯示圖27(A)之感測器組件之分解正視圖。 元件符號說明 ----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I# 杜濟郎中央標準局員工消費合作社印製 10 感測器 20 感光元件 12 感測器主體 28 螢光光線 14 基質層 32 反射塗層 16 螢光指示劑分子 34 光學濾光器 18 輻射源 35 罩 -12 495608 第88114612號專利申請案 A7 中文說明書修正頁(89年5月） B7 五、發明説明（9a) 36 感測器/組織界面層 84 發光團分子 37 毛細管 110 感測器 39 纖維變性細胞 114 基質層 40 電力來源 116 光吸收指示劑分子 42 傳送器 117 分析物分子 50 皮膚 130 擋板 52 皮下組織 700 基材 54 電磁輪射場 710 熱產生器 56 感應器線圈 711 熱阻體 58 電磁場 1000感測器 60 外部接收器 1110引線 64 溫度感測器 1200 蓋 66 信號放大器 1210 上壁 70 陶瓷基材 1220 開口 71 接點 1230侧壁 80 光學傳送容器 1400加熱元件 82 放射性同位素 1410切開開口 發明之詳細說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟郎中央標準局員工消費合作社印製 依照本發明之一種狀態，一種以光學為主之感測器感 測器”）1 0示於圖1，其基於螢光指示劑分子之螢光操作。 感測器1 0具有其主要組件，感測器主體1 2 ;塗覆於感測 器主體12之外表面上之基質層14，螢光指示劑分子16分 布於全部之層；發射輻射之輻射源1 8，例如，LED，其包 -123 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） 495608 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10 ) 括與指示劑分子交互作用之油I #阁、 十 、义波長範圍之輻射（在此簡稱爲，， 在與指示劑分子交互作用之浊4 ^ j，皮長之輻射”），即，在以螢光 爲主之感測器之情形，i告成扣-w \ k成“不劑分子1 6發螢光之波 長；及感光元件2 0，例如，亦伶 &，， 尤測态，在以螢光爲主之 感測器之情形’其對指示碎丨分早】 "曰不釗刀子1 6發射之螢光爲敏感 的，使彳于反應之而產生信號，其爲指示劑分子之螢光程产 之指示。在最簡單具體實施例中，指示劑分子“可僅： 覆於感測器主體之表面上。然而，在較佳具體實施例中， 指示劑分子含於基質層14内，其包含依照此技藝已知之 方法製備且如以下所解釋塗覆在感測器主體之表面上之生 物相容聚合物基質。適合之生物相容基質物質，其必須對 分析物爲可滲透的，包括甲基丙烯酸酯與水凝膠，其有 利地爲選擇性地可滲透的…特別是對分析物…即，其實疒 分子量阻斷功能。 κ订 感測态1 2有利地由具有充份異於使用感測器之介質之折 射率之適合，光學可傳送聚合物物質形成，使得聚人物作 爲光學導波器。較佳之物質爲丙烯基物質，如增 : A ^ ^ 水T基丙晞 酉父甲酉曰’聚甲基丙烯酸經丙酯等，及聚碳酸酯， 、、 口 k乂 標 Lexan®銷售者。此物質可使裝置使用之輻射、、輻射源γ、 產生之輻射（例如，在輻射源爲LED之具體實施例之々人 波長之光），及在以螢光爲主之具體實施例中， " 2… - 知不劑分 子發射又螢光…經過之。如圖2所示，輻射（例如，“ 輻射源1 8發射而且（至少一些）在感測器主體1 、由 〈表面内 反射，例如，在位置2 2，因而在感測器主體]9、丄 A z又内部全 (請先閱讀背面之注意事項Jmllj 寫本頁) 裝 訂- 參 13 <度:§用中國國家標準（cn，s)a4規格（210 X 297公釐） ------------ 五、發明說明（Ή ) 部來回，，反彈”。 灣已發現自感測器主體與周圍介質之界面反射之光可與塗 ^ ί表面上（不論是直接塗覆於其上或含於基質内）之指示 j刀子父互作用，例如，激發塗覆於表面上之螢光指示劑 刀子之螢光。此外，以相對正交界面而測量爲太小而無法 反射之角度撞擊界面之光通過界面且亦激發螢光指示劑分 子之螢光。光（或其他輻射）及界面與指示劑分子間之交互 作用之其他杈式亦已發現爲有用的，其視感測器之構造及 應用而定。此其他模式包括短暫激發與表面等離子體激原 共振型式激發。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印％ 如圖3與4所證明，至少一些|光指示劑分子丨6發射之 光直接或被基質層1 4之最外層表面反射（關於感測器主體 1 2 )後，進入感測器主體丨2，如區域3 〇所描述。此螢光 28然後在全部感測器主體12内反射，非常類似輻射源18 發射之輕射，而且如同輻射源發射之輻射，一些以太小而 典法反射之角度撞擊感測器主體與周圍介質間之界面且自 感測器主體折回。如圖4所略示地描述，輻射源1 8發射之 •fe射’及對於以螢光爲主之感測器，螢光指示劑分子i 6 發射之查光之内反射撞擊感光元件2 〇，其對此内發光之 程度爲敏感的。 如圖1所進一步描述，感測器1 〇亦可包括在感測器主體 之外表面與基質層1 4之間，形3在感測器主體1 2之末端 上足反射么層3 2 ’以使勞光指示劑分子發射之輕射及/或 光之内反射最大或增強之。例如，反射塗層可由塗料或由 -14- 本國家標準(CNSM4 規烙（210 X 297 五、發明說明（12 ) 金屬化物質（只要此金屬化物不阻礙遙控測定信號出入感 ’則备之傳送，如以下所述）形成。 仍如圖1所進一步描述，光學濾光器3 4較佳地提供在感 光元件（光檢測器）2 0之光敏感表面上。如由先行技藝所已 知’此滤光器防止或實質上降低來源1 8產生之輕射量衝 擊在感光元件20之光敏感表面上。同時，濾、光器使榮光 指示劑分子發射之螢光通過以撞擊檢測器之感光區域。如 此大爲降低光檢測器信號之，，噪音”，其歸因爲來自來源 1 8之入射輻射。 特別地爲依照本發明之一種狀態之感測器1 〇發展之應用 一雖然絕非其所適合之唯一應用…爲在人體測量各種生物 分析物，例如，葡萄糖，氧，毒素，醫學或其他藥物，荷 爾蒙，及其他新陳代謝分析物。基質層1 4與指示劑分子 1 6之特定組合物可視使用感測器檢測之特定分析物及/或 使用感測器檢測分析物（即，在血液或在皮下組織）而改 變。然而’兩個固足之需求爲基質層1 4利於指示劑分子 對分析物之暴露，及指示劑分子之光學特徵（例如，勞光 指示劑分子之螢光程度）爲指示劑分子所暴露之特定分析 物濃度之函數。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了利於在人體之原地使用，感測器1 〇以平滑，長擴圓 或磨圓形狀形成。有利地，其具有大約爲豆或醫學明膠膠 囊之大小與形狀，即，其爲長反L約500微米至約0·5英寸 之級數及直徑D約300微米至約〇:3英吋之級數，通常全部 爲平滑，磨圓表面。此組態使感測器1 〇可移植至人 -15- A7 五、發明說明（13 ) :)’，即而’二皮/或t底下之組織中(包括器官中或血管 f------------裝 i I (請先閱讀背面之注意事項|1|寫本頁) 或不舒適' 不干擾重要之身體功能或造成過度之疼痛 此外，應了解，僅因获# & 士 (或任何並他動物、： 刺激原之事實，置於人 物鶩·^移植―會在蒋結带从 、 ,,^ . . M "'斤插入 < 器官内造成某些程度之”外 來身體反應’。在移始S /滅油丄 + A 私植土人體内之感測器1 0之情形，”外 來身體反應’’最常爲纖維變性 、Λ , _ 、 译夂比封包，即，疤組織之形成。葡 萄糖--依照本發明之咸、、目丨哭、3 、 Λ <泛測备預期用以檢測之主要分析物… 可二有"被此纖維變性封包阻礙之擴散或運輸速率。甚至 非常小之分子氧（02)亦可具有其被此纖維變性封包阻礙之 擴散或運輸速率。並僅闵良取彡，，. y、惶u馬开/成織維變性封包(疤組織）之細 胞本性上相當稠密戎且右田 4 /、有井於正常組織之新陳代謝特徵。 灼了克服將指示劑分子暴露於生物分析物之此可能阻礙 或，遲，意圖兩種主要之方法。依照-種方法，其或爲最 i線· 簡單t方法，感測器/組織界面層…在指示劑分子直接在 感測為王<表面上移動時，在感測器主體12之上及/或 指7Γ劑分子本身，或在指示劑分子含於其中時，在基質層 1 4足表面上一由造成形成極少或可接受程度之纖維變性封 經濟部智慧財產局員工¾費合作社印製 包足物質製備。兩個在文獻中敘述爲具有此特徵之此種物 質之實例爲得自W· L. Gore公司之precludeTM peri〇cardial

Membrane，及共價地組合親水吞之聚異丁烯，如Kennedy 之< Tailoring Polymers for Biol〇gical Uses”，chemtech ， 1994年2月，第24-31頁所述。 16- 本」-張ϋ :S 网國家標準（CNSM4規格(2107297 ^¾ ) 495608 A7

五、發明說明（14 ) 或者’由許多層特殊生物相容物質組成之感測器/組織 界面層可提供於感測器上。例如，如圖3所示，感測器/組 織界面層3 6可包括三個次層36a，36b，與36c。促進組織向 内生長之次層36a較佳爲由可使毛細管37穿透至其中之生 物相容物質製造，甚至如纖維變性細胞3 9 (疤組織）累積於 其上。Gore-Tex® Vascular Graft物質（ePTFE)，已使用許多 年之Dacron® (PET) Vascular Graft物質，及由高密度聚乙 晞製造之 MEDPOR Biomaterial(得自 POREX Surgical公司） 爲其基本組合物，孔度，與孔結構促進組織與血管向内生 長至纽織向内生長層之物質之實例。 另一方面，次層36b較佳爲具-有遠小於組織向内生長次 層36a之孔度（小於5微米）以防止組織向内生長之生物相容 層。目前製造次層36b之較佳物質爲得自w· L, Gore公司之

Preclude Periocardial Membrane(先前稱爲GORE-TEX Surgical

Membrane)，其包括膨脹聚四氟乙晞（ePTFE) o 第三層36c作爲分子篩，即，其提供分子量阻斷功能， 排除如免疫球蛋白，蛋白質，與葡萄糖蛋白之分子，同時 使感興趣之分析物通過至指示劑分子（直接塗覆於感測器 主體1 2之上或在基質層1 4内移動）。許多已知之纖維素型 式薄膜，例如，用於腎透析過濾離心之類，可用於分子量 阻斷層36c。 雖然在圖3敘述及顯示感測器7^且織界面層3 6爲包括第三 層，分子量阻斷層36c，應了解―，可選擇製造基質層丨4之 聚合物，例如，曱基丙烯酸酯或水合親水性丙芙其實 ___ - 17- 本呔張<度沩用ψ國國家標準（CNS)A4規丨各m〇x 297公釐） .£ 11K.---------^ —— (請先閱讀背面之注意事項ίϋ寫本頁) 訂. •線 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 495608 經凊部智慧財產局員工消費合作钍印公 A7 五、發明說明（15 ) 仃分子量阻斷功能而無需分別之次層36c。然而，推薦使 用兩個次層36a與36b，外層36a促進組織向内生長及内層 3^b防止組織向内生長，因爲内層3讣作爲外層36&與分子 里阻斷層（不論是分別提供或基質層丨4本身）之間之額外障 壁（或”預濾器”）。如此降低分子量阻斷層被如免疫球蛋 白，細胞外基質蛋白質，脂等之巨分子阻塞或污染之可能 性，因而使感興趣之分析物接觸指示劑分子之速度與效= 最大。（對於用於活體試驗之感測器，分析物暴露經過時 間，即，指示劑分子直接暴露之分析物之濃度達到移定狀 態所花費之時間量，必須相當短，即，在2至5分鐘之級 數）構成感測器/組織界面層之生物相容物質之各種組合與 排列對熟悉醫學移植技藝者爲明顯的。 、"Λ 最後，關於感測器/組織界面層，除了防止負面反應 據信界面層增強來自基質層14之最外層表面且進入2測 器主體1 2中之光之反射（不論是來自螢光指示劑分子^ 自輻射源1 8 )。 一“ 依照本發明之感測器之進一步狀態爲，並 』馬元全自我 容納。換言之，在特定具體實施例中，感測器以無電引 延伸至感測器主體内外以供應感測器電力（ 、 、』那’驅動爽 源1 8 )或自感測器傳送信號之方式構成。而是，依只” 明之此狀態之感測器包括完全嵌於或封包於感測器、$ 12内之電力來源40(，），及亦：·完全嵌於或封 主體1 2内之傳送器4 2 (圖1 )。 ' 、口口 (然而，已發現感測器1 0之形狀本身裎役盘 习促彳，、讀：異之光學性 氏&义t HP E國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ϋ n I ϋ n 1 I · immme ϋ (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂： --線· 60 5 49 A7 B7 五、發明說明（16 經濟部智慧財產局員工消費合作社印敦 質。因此，延伸至感測器主體内/外之具有電力及/或信號 傳送引線之感測器之具體實施例亦在本發明之範圍内。） 在較佳具體實施例中，電力來源4〇爲感應器，如同傳送 器4 2。因此’在感測器移植至體内時，例如，在皮卢$ 〇 與皮下組織5 2之間，如圖5所示，感測器可藉由將感測器 暴露於，例如，接近感測器安置之位於適當設計儀“器 不）之感應器線圈56製造之電磁輻射場54而充電…即，造 成輻射源發射與指示劑分子1 6交互作用之輕射…。简 地，作爲感應器之傳送器42產生電磁場5 8，其爲撞擊 光元件之光之程度因此及分析物之存在或濃度之指示。 58組成可被外部接收器60檢測-之信號。例如，此信號 爲5 0百萬赫茲載體，振輻調節信號；頻率調節信號；數 位信號；或熟悉此技藝者已知之任何其他型式之電磁波信 號。 或者’對所有之搖控測定可使用信號線圈及信號感 器。在此具體實施例中，線圈5 6在一個頻率產生電磁 54以在感應器40誘發電流，其將輻射源18充電；感光 件2 0感測之内反射光心量以相同之感應器4 〇如調節電 波而傳送，其在線圈56誘發電流。此調節波藉由以感 元件20調節流經感應器40之電流如檢測光之函數而 生’而且藉由測量線圈56之生成感應電流而檢測。 或者’系統可設計爲在發電模式與信號傳送模式之 換（以快速t順序）。這些與其他搖控測定體系對熟悉几3 藝者爲熟悉的，因爲此技術相當常用於，例如，關於具巧 似 感 場 可 應 波 元 磁 光 產 (請先閱讀背面之注意事項m寫本頁) trii—- 線_ -19 495608 A7 B7 五、發明說明（17 ) 移植積體電路晶片之”聰明卡”，其可揮動通過感測器以進 入建築物，有時稱爲無線頻率證驗。 其他意圖之用於驅動輻射源1 8之自我容納電源包括微電 池；壓電（其在暴露於如超音波之機械能量時產生電壓）； 械發電機；聲（例如，超音波）動發電機；及光電電池，其 可因光（紅外線）通過皮膚5〇而充電。 至於另一個取代LED之替代品，可使用放射發光光源。 如圖6所描述，此放射發光光源包括具有放射性同位素 8 2 (例如，氚）含於其中之密封，光學傳送容器8 〇 (例如， 圓枉形’球形，或立方形）。放射性同位素放射卢粒子， 其撞擊塗覆在容器80之内表面-上之中間發光團分子84， 因而造成中間發光團分子發射光。雖然々粒子太微弱而無 法通過容器之壁，中間發光團分子發射之光確可通過，因 而以與指示劑分子交互作用之光…類似LED_ _照明感測 备。此種光之放射發光產生，及類似之光產生，在此技藝 爲已知的。例如，參見美國專利4,677,008，此揭示在此併 入作爲參考，及 Chuang 與 Arnold之，'Radioluminescent Light Source for Optical Oxygen Sensors，’’ 69 Analytical Chemistry， 第1 〇期，1899-1903，1997年5月1 5日，此揭示在此併入作 爲參考。至於另一個LED之替代品，感測器可使用如美國 專利5,281，825所示之電發光燈。 關於圖1所示之其他組件，亦有利地提供溫度感測器6 4 與選用信號放大器6 6。溫度感測器6 4測量周圍組織與指 示劑分子環境之局部周圍溫度，並且將此資訊提供給控制 -20- 私仏& < 丨丨丨，丨’同國家標準（CNS)A4規烙（210 x 297公餐）

It I I I I--------^ · I I ί請先閱讀背面之注音？事項n寫本頁) 訂： 丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印恝 A7 B7 五、發明說明（18 ) 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 -it 社 印 ^'1 邏輯電路（未示）。例如，㈣邏輯電 析物濃度程度，因而丨欠下认山一 瓦尤柱度與分 大器6 6爲相當簡單夕挞旦士 曰 < 夂化。放 曰里电路，其將光檢測器2 0產生之k 5虎放大。 A 7製造依照本發明之感測器，感測器之各種組件與電 2合在預切割，Ο英叶乘G·4英奴陶峨如，氧化錯） 二7〇上。基材厚度爲〇._英忖。所有之電路元件爲得 例如，Dlgl_Key公司，Garrett公司，與其他公司之標 準表面安裝組件。組件使用標準銀導電性環氧基，如得自 Ablebond之Ablebond-84，連接至基材。 其次、，高通濾光器可藉由塗佈二部份高通濾光器環氧 土 /、通^得自CVI Laser公司與其他公司，而安裝在感光 元件上。濾光态之厚度使用Rainin Micr〇pipett〇r精確分配 而毡制。依據製造者之指示，高通濾光器環氧基在125r j烤钿中固化2小時。類似地，如果需要，低通濾光器可 藉相同之方法用商業可得低通環氧基配方塗覆於放射來源 (led)上。光學濾光器之習慣配方可藉由將所需吸收光 <染料加入Epotek環氧基中而製備。適合之摻染物濃度 猎由相對來自光譜光度計之UV-Vis掃描之透光率監測收 長’直到得到所需之光譜性質而測定。此習慣配製之環氧 基可類似地固化。亦可使用預製之玻璃，聚合物，或塗 遽光器，而且簡單地使用一般之光學符合黏著劑在感光 件或裝置。 一具有光學濾光器之電路（如果安裝及固化）然後使用，

訂 譜 可 波 覆 元 例 線 -21 <义適$ Φ國國家標準（CNtS)A4規恪（210 x 297公釐） 495608 A7 五、發明說明（19 ) 如，Lilly第4號二部份明膠膠囊封包 亦可作用。空勝囊之較長之”半部"向上置於架囊 多滴適合感測器主體物質之光與％ 口入沣 笋> 士的1 貝（先學透明陶以充填膠囊至其髎 半。具有預先组合電路之基材末端插入膝臺Γ 及光學陶中，其填裳兩致此έ 、 ▲囊中 除由今二一 ％ 、+周81之小空間中以幫助排 佘工孔’ q此防止氣泡繼而在完成之 :用微滴管加入額外之光學封裝物，直到在： =達到膠囊頂部。部份之組件然後藉由將 内：Λ於叙罩具空下，及使之在眞空下靜置直到在膠囊 親祭収任何氣泡散逸而進—步職。組件自眞 外之光學封裝物”結束'使表面張力明囊 J其周圍-半以上而製造類似相反端之磨圓，半球形』 ，囊然後置於UV光下及固化數小時，固化時間視可得 奸來Μ原足、強度而足。或可使用熱固化及觸媒固化，視封 衣物質而定。繼而在60。(：培育υν固化後組件12小時，或 衣據製U者之指示’而得到完全強度固化。 /月膠模然後藉由將封包組件浸於水中數小時以溶解明 =，而自感測器主體移除。在此時期換水及清洗數次有助 二自表面去除全邵之明膠。膠囊然後風乾（或在60乇之烤 箱乾燥）以製備塗層。 八—但感測器主體完全乾燥，γ塗以指示劑分子。指示劑 刀子可使用此技藝已知之技術直接固定於感測器主體之表 面上’或者其可含於塗覆於中央主體上之基質層溶液内。 本紙張反7|適用

訂 ·♦ -22 中Ώ國家^T(CNS)A4祕（210 X 297公爱 A7 ----------B7______ — 五、發明說明（20 ) (可依照此技藝已知之方法製備含螢光指示劑分子之基質 層溶液；含吸收光指示劑分子之基質層溶液可如下所述而 製備。）一種以基質層塗覆感測器之方便方法爲將細（例 如’ 3 2針）線固定於封包電路之一端以製造懸垂物。其可 使用相同之UV固化光學封裝物質完成。約一至二微升之 光學封裝物置於控制線之一端。封包之電路置於uv燈 岫，U V燈關閉。光學封裝物於頂端之線接觸膠囊末端並 且開燈。少量之光學封裝”黏著劑，，立即固化，因而將線端 連接至膠囊。膠囊現在可方便地浸入基質層溶液（在適合 之處’及分別之指示劑分子溶液）中並且以線懸垂而固 化。線可在感測器完全組合後簡單地拉開而去除之。 一但指示劑分子堅固地黏合感測器主體之表面，不論是 直接於其上或在基質層，藉由將感測器主體插在物質之預 形成管狀套筒中，並且使用熱或環氧基密封各端，而構成 感測器/組織界面層，或者，如果需要，感測器/組織界面 層物質藉由在物質縱向地捲起而且使用熱或環氧基密封縱 向縫與端縫而成爲片形。 雖然迄今敘述依照本發明之感測器10之具體實施例具有 單一輻射源18(LED)與感光元件20(光檢測器），因而可檢 測單一分析物，其他之組織與組件亦爲可能的。例如，可 提供二或更多種不同型式之指示劑分子以各感測二或更多 種分析物之存在或濃度，及在爲瓷基材7〇上提供二或更 多種感光元件，其各具有本身之傳送器42。各感光元件 具有其本身之濾光器34，其設計爲使來自各指:劑分子 -23- 495608 A7 B7 五、發明說明（21 濟 部 智 ft 財 產 局 消 費 合 作 印 丐.！ 之光通過之。類似地， ” 一個；Γ η β ? „ 谷展—通道，，具體實施例以測量 測之分析物濃度。在此具體實施例中，例 子爲r 爲勞光指示劑分子而其餘之指示劑分 于馬輻射吸收指示劑分子（ … “刀 感光亓杜 # . 下所述）。提供兩個分別之 二，八八有本身適合之濾光器…一個測量螢光指 ^ ^ ^ I采源產生且在全邵感測器 广輻射，及—些輻射吸收指示劑分子之吸收。此外， 用其他型式之感光元件，例如，光阻器，％ 極：，光敏達林镇放大器，光電池，正絕緣負發光:=，大面積發光二極體’雪崩發光二極體，電荷偶合 衣置寺 〇 此外，雖然以上已敘述依照本發明之感測器主要以指示 d刀子芡螢光爲王而作用，本發明並不受限於此。依照本 毛明之另一種狀態，依據本發明之感測器構造可基於光吸 收扣不劑分子 < 光吸收特徵而操作。依照本發明此狀態之 感測奋可使用如以上參考之美國專利5,5η，313所示之感測 器構造；更特別地，其使用如上所述之豆或醫學明膠膠 構造。 / -表 如圖7a與7b所描述，在依照本發明此狀態之感測器 並未暴露於任何分析物時，光吸收指示劑分子丨16(其較佳 爲固足在基質層1 14)吸收特定量之輻射源產生，在特定波 長範圍内及離開感測器主體之系射（光）丨丨9，而且未吸收 輻射1 2 1反射回到感測器主體中。-在感測器n 〇暴露於分析 物’使彳于吸收光指示劑分子1 1 6暴露於分析物分子1 1 7時， 項 頁 訂 _ 24- 闷山同g家標準（CNSM4規恪（210 X 297公餐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裂 495608 Α7 ------- Β7 五、發明說明（22 ) 指示劑分子之吸收光性質受到影響。例如，如圖7 b所 示’指示劑分子Π 6之吸收光能力降低，使得光12 1反射回 到感測器主體12中之強度增加。如上所述，感測器主體内 光之程度藉感光元件（未示）測量。 應了解，以光吸收指示劑分子爲主之感測器必須藉由測 疋各種已知濃度之各種感興趣分析物之發光強度程度而校 正。此外，進一步了解，因爲測量之輻射（光）爲來源本身 發射之輻射，如果輻射源具有非常寬之發射外形且光吸收 指示劑分子具有非常窄之吸收波長範圍，則高通，低通， 或帶通濾光器可提供於感光元件上以使僅此範圍之輻射波 長被感光元件感測。 - 光吸收性質受各種分析物影響之指示劑分子在此技藝爲 已知的。（然而，如上所示，據信此光吸收指示劑分子尚 未關於如在此或美國專利5,517,3 13所敎示之感測器構造而 使用。）例如’美國專利5,5 12,246揭示吸收光之能力如葡 萄糖之局邵濃度之函數而改變光吸收指示劑分子。特別 地’葡甸糖之局部丨辰度增加時’指不劑分子在5 1 5奈米之 波長吸收光之能力降低。因此，如果此指示劑分子關於在 此揭示之豆或冷膠囊形感測器構造而使用，光在此波長之 内發光程度增加。局部葡萄糖濃度程度然後可由在此波長 之發光程度決定。 可反應其他分析物之光吸收指示劑分子在此技藝爲已知 的，例如，如酚g太所例示，其反應ρ η之變化而改變顏 色。 -25- 本纸張义度这丐Ψ 0國家標準（CNS)/Vt規格（210 X 297公釐） -il—'fi—— — — — ·裝.1 I (請先閱讀背面之注意事項βι寫本頁) - -線- 495608 A7

噙同以螢光4曰示劑分子爲主之感測器之情形，使用光吸 收2示劑分子之感測器可使指示劑分子直接配置在感測器 主組之表面上。然而，較佳爲，指示劑分子固定在基質層 Π4内，如圖7&與7b所示。 基質層114可藉各種有機單體之低密度聚合而製造，其 包括甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA)。HEMA廣泛地得自如賓州 Warrington 之 PolySciences 公司，及密蘇里州 St L〇uis 之

Sigma公司之來源，而且可藉由將單體加熱或暴露於紫外 線而聚合，如此技藝所廣爲已知及了解。 在較佳具體實施例中，光吸收指示劑分子丨16藉由反應 HEMA與摻染單體，例如，甲基_丙烯酸胺乙酯（aema)，而 固足於基質層114内。在聚合時，AEMA將側接胺基引入基 貝層114中。在基質層Π4之製造中，亦可使用AEMA以外 之單體’其包括甲基丙晞酸胺丙酯（ApMA)及在胺基與其 餘單體之間具有不同側接基及不同碳鏈長度之其他商業可 得單體。除了含第一胺基之單體（例如，AEMA)，含第二胺 基之單體亦可用於形成基質層114。或者，胺基以外之側接 父聯基亦可用以將指示劑分子116共價地鍵聯至基質層1 14 之聚合物物質。替代側接交聯基之實例包括氫硫基（4出， 羧基（COOH) ’醛（C0H)，羥基（〇H)，氰基（CN)，醚，及環 氧基。 雖然可使用一定範圍之摻染比例以固定指示劑分子 1 16，約1 : 4至約1 : 20之AEMA·對HEMA摻染比例較佳。 提供基質層114以在基質層1 14之全部聚合巨分子中，使每 •26- ί、纸H 卜0 0家慄準（CNS)A4規烙（210 X 297公餐） ,,-------------S--- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) ·. -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印我 495608 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（24) 三個HEMA殘基具有化學計量之側接胺基。其以圖8之化 學式描述。 基質層114之聚合物物質可藉此技藝已知之標準交聯方 法父聯’在較佳具體實施例中，其包括一種使用二官能基 聚（乙二醇）（η )二甲基丙晞酸酯作為交聯基之方法。交聯 基可在單體之起初配製時依據標準實務加入。此種及其他 父聯基商業得自PolySciences公司（Warrington，賓州）。雖 然.¾:數（η)範圍為1至超過1〇〇〇，在本發明之較佳具體實施 例中’ 1000。變數（η)可視基質層η4之所需密度，多孔 性，及親水性性質而定。 圖9描述依照本發明之較佳具-體實施例之基質層} 14之片 段’其包括侧接胺基摻染之單體（AEma)，HEMA主幹，及 二官能基交聯基。 基貝層114對本發明提供許多優點，其包括可使分析物 (例如，葡萄糖）接近光吸收指示劑分子丨16 ;將指示劑分 子1 16固定以防止其瀝濾；維持本發明光學系統之安定 力；使對所需分析物以外之外孔性基質之非特定黏合之量 最低；限制大於所需分析物之分子之接近；及使多孔性基 質物質支撐一或更多種另外之生物相容界面層。基質^ 1丨4亦與感測器主體丨2光學相容，且可傳送指示劑分子 Η 64激發，發射，吸收度，或折射率波長。 各種將指示劑分子116固定於^質層114内之方法敘述於 文獻中，而且範圍為機械捕獲至:共價固定。例如，參見Α. Ρ. 丁Urner 之处娜n，第 85-99 頁，Oxford Science I I r I I I I I I I I 丨 · I I (請先閱讀背面之注意事項HI寫本頁) . --線- -27 495608 A7 ------ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（25 ) Publications，1987。 在較佳具體實施例中，指示劑分子116爲可共價地固定 在基質層114内之對葡萄糖敏感，吸收度調節指示劑分 子。在聚合時，指示劑分子丨丨6經第一胺側接基共價地連 接聚合物主幹，而且其一起形成基質層丨14。此固定形式 對各種在聚合物主幹上使用不同型式之指示劑分子及不同 側接基之方法爲可接受的。對葡萄糖敏感，吸收度調節指 示劑分子之實例包括2,3，-二羥基硼-4-羥基偶氮苯（亦已知 爲11蝴酸紅”），如圖丨〇所述。葡萄糖與指示劑分子丨16交 互作用’如美國專利5，5 12，2 4 6所述。另一種類似地製備較 佳指示劑分子1 16以用於本發明之方法敘述於圖1 1。 在圖1 0與1 1所示，將指示劑分子丨丨6固定於基質層u 4 之幸父佳方法中，g分基之鄰氫位置（在圖1 〇與1 1所述之指示 劑分子中以*表示）使用Mannich反應胺基院化，其在有機 化學已知爲其中在甲醛與胺之存在下，酮，酯，酚，與其 他有機化合物之特定氫可縮合之反應。實行Mannich反應 之試劑商業得自許多化學供應公司，其包括Pierce化學公 司。一種將指示劑分子116鍵聯至AEMA之標準Mannich反 應钦述於圖12。藉由將AEMA與HEMA共聚合至基質層114 之聚合物主幹中，指示劑分子11 6可鍵聯至基質層π 4之聚 合物物質及使得可接近分析物，例如，葡萄糖。 指示劑分子1 16可以各種方法鍵聯至基質層π 4之聚合物 物質，其包括首先在與HEM A共聚合之前將指示劑分子 1 1 6偶合至AEMA。或者，可藉由首先將指示劑分子11 6固 -28- :5 ;丨！十Η 0家標準（CNS)zVl規格（210 X 297公釐） 請先閱讀背面之注意事項Im、寫本頁) 裝 訂· -線· CC60 549 > AT B7 五、發明說明（Ad

圖1 :Ί I — 丨丨 I I 1 I 丨 — 裝 i (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂. --線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ：ώ -八- 本纸張尺度遺用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 495608 A7 _ B7 五、發明說明（U)

OH % (請先閱讀背面之注，咅心事項^^寫本頁) 參 裝 訂- •線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 IX 圖 本纸張&度Θ國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 495608 A7 B7 五、發明說明

H ϋ 2 Η c, 2 Η C 2 Η

ο 2 Η •Ν .03- -Η .Ί I —.ί-丨！！ I ! 裝 i I (請先閱讀背面之沒意事項寫本頁) . •線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 11 圖 6 < CC· /1 本纸張尺度適闬中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 495608 經濟部智慧財產局員工消費合作社印一私 A7 ___ B7___ 五、發明說明（26 ) 定在聚離胺酸之侧接胺基，而使用指示劑分子116之非共 價，機械捕獲。預固定聚離胺酸/指示劑分子先質然後可 在聚合之前混合HEMA。在甲基丙烯酸酯之聚合之前，聚 離胺酸/指示劑分子錯合物在甲基丙烯酸酯基質内捕獲， 同時指示劑分子,116維持共價地固定在聚離胺酸。 感測器110或可如上所述而構成。 依照本發明之第三種狀態之感測器利用上述之豆或冷膠 囊形構造（雖然絕非限制於此構造）以利於基於配置感測器 之介質之折射率變化（或封包感測器之基質之折射率變 化，如果使用）而感測分析物之存在或濃度。通常，通過 具有折射率⑴之第一介質之光穿過第一介質與具有折射率 Μ之第二介質之界面’如果撞擊界面之光之入射角（相對 正交界面而測量）小於臨界角0 c ;另一方面，以大於臨界 角之入射角撞擊界面之光撞擊界面之光在第一介質内内反 射。臨界角<9。二5111-1 (r^/nO。因此，對於n1>>n2使得（n2/n】） 趨近0且臨界角趨近0 °之限制情形，光實際上在第一介質 内完全内反射。反之，對於ηι=η2使得臨界角=9〇。之限制 情況’在第一介質内並無内反射而且所有之光穿過界面至 第二介質中。 此原理在此教示之感測器構造之内文略示地描述於圖 1 3a及13b。在圖13a，感測器主體1 2之折射率n i實質上大於 周圍介質之折射率η 2。因此，來源1 8產生之所有之内光 因為感測器主體之波長性質，此光具有由〇。至9〇。之所 可能之入射角--其以完美垂直以外之角度撞擊界面，在感 -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· --線- 29- A7 --------- B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（27 ) 測器主體内内反射且被感光元件20感測。相對地，如圖 13b所不’其中折射率於感測器主體。之折射率，臨 界角爲90° (即，正切感測器主體與周圍介質間之介面）， 因此來源、1 8產生《所有（光通過感測器主體^ 2且未（或 幾乎未）被感光元件2 0感測。 可利用臨界角與相對折射率間之關係決定感測器暴露之 分析物之濃度’因爲通常介質之折射率隨介質之密度增 加。例如，如果感測器主體封包於對感興趣之分析物爲選 擇〖生◊迻（，’.二大小排除，電荷排除，或滲透選擇性）之薄膜 (未示）内，薄膜之密度隨分析物擴散至其中而增加。其使 更多光穿過感測器王體而且造成較少之光撞擊感光元件。 換言之，隨增加之分析物濃度，内反射之程度降低，而且 可測里此降低及對局邵分析物濃度修正。 應注意，一些生物物質，如蛋白質，荷爾蒙等，不溶於 水中，因此不滲透薄膜。然而，葡萄_，鹽與其他小分子 量化合物爲擴散至薄膜中之主要新陳代謝分析物，因此可 使用以折射爲主之感測器最有效地測量分析物。 在以折射爲主之感測器之最基本具體實施例中，不需使 用周圍薄月旲。在改變濃度之唯一事項爲感興趣之分析物之 處，可使用此基本具體實施例。例如，香檳或酒老化時， 糖含量降低，流體之密度因此及折射率亦蚨。因此，依照 本發明此狀態之感測器可在處7里時置於香檳瓶中或酒桶 中，而且用以在釀製香檳或酒時測量糖含量。其他之可能 應用爲決定容器中之液體含量或決定燃油中之水份含量。 (請先閱讀背面之注意事 --- 寫本頁) 訂‘ 丨線· -30- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X i97公£7 495608 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（四） 最後，雖然以上已敘述本發明之各種狀態之特定真體實 施例，應了解對熟悉此技藝者可發生這些具體實施例之許 多修改與變化。此修改與變化視爲在以下申請專利範園之 範圍内。 本發明之額外具體實施例： 在本發明之其他具體實施例中，提供一種感測器，其包 括：（a)至少一種分析物感測指示劑通道，其如上所述而採 作；及（b)至少一種額外通道作爲光學參考通道。光學參 考通道較佳爲：（a)測量不受分析物之存在或濃度影響或通 常不雙影響之指示劑分子（即，分析物感測指示劑通道之 指不劑分子）之一或更多種光學特徵；及/或（b)測量不受分 析物之存在或濃度影響或通常不受影響之第二對照指示劑 分子之光學特徵。例如，局部參考通道通常如指示劑通道 而操作。在本申請案中，不受分析物之存在或濃度影響或 通常不f影響之指示劑分子在此廣義地稱爲對照指示劑分 子。 例如’可使用光學參考通道補償或修正：（1)感測器組成 固有之組件操作之變化或轉移；及/或（2)感測器外部之環 k條件。例如，光學參考通道可用以補償或修正以下誘發 <内變數：感測器之輻射源之老化；影響其感光元件之性 i或敏感度之變化；指示劑分子之退化或改變；感測器主 & ’或指7Γ劑基質層等之輻射傳送率之變化；其他感測器 組件 < 變化等。在其他之實例中、光學參考通道亦可用以 補k或修正無關分析物之存在或濃度而影響指示劑分子之 i一·Ί !11· I ·11 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) tr_ -線 本纸狀 -31 X 297公釐） 495608 Λ7 五、發明說明（29 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 光學特徵或視光學特徵之瑷持田| γ , 、 Μ ^ ^因素（例如，感測器外部因 素）C關於此點，例示之外部因夸由 〜汴卟U京包括：溫度程度； 度；存在之周圍光；咸測哭赖力、人 又 ΡΗ心 心川备犯加 < 介質之反射率或濁庹 等。 & 在以下之説明中，類仞夕失去味， ,員似灸參考唬碼指先前敘述具體實施 例之類似部份，而且在適合之物， 、、％ 、、、、 、 乂上關於此類似邵份所 述之所有之曰代與變化亦用於任、 、 川力、仗叮以下又具體實施例。 雖然可使用許多得到分％丨少}匕_ + J刀別〈才曰7F劑通道與參考通道讀 之方法，在以下之段芪Φ斗二入 .y 貝数 、、 杈各中时淪一些例示之方法。這些及其 他方法可用於任何以下说、十、K . J σσ 下所述感測态具體實施例，其基於此 揭示爲明顯的。 首先，指示劑薄膜（例如，為丁、+、、# 1 如下述乏溥膜14，）可包括對特 定分析物敏感之指示劑分早，彳| 4 一 d刀子，例如，如對氧敏感之螢光指 :劑λ子’而且其含於分析物可渗透之物質内，同時參考 薄膜（例如，如了述之薄膜14，，）可纟分析物不彳渗透之物 質内包括相同之指示亦丨丨八石 γ丨』 巧从 ^ π釗刀子。例如，在氧之情形，指示劑 溥膜可以氧t由穿越及接觸指示劑分子之方式，具有含指 717劑分子之氧可渗透基質（在實例中，咬橡膠可用於指示 劑海膜，纟對氧爲非常可滲透的）。結果，在參考通道得 到：値之波f:應實質上不歸因於分析物(例如，氧)之存在 或辰度’ 1¾疋如上所述，例如，⑴感測器本身固有之變 數或（2)外部環境因素。 一 對分析物爲實質上不可滲透之物質(即，用於參考通道) 可匕括，例如· a)實質上防止元件穿透之物質（作爲實 •32

(請先閱讀背面之注音？事 寫本頁} 裝 訂- -線· 495608 A7 -----21------ 五、發明說明（3〇 ) 例，參見以下討論之美國專利3,612,866，其中參考通 以清漆）；及b)滲透選擇性薄膜，其中對照指示劑分子位 於滲透選擇性基質内，使得其使特定元件通過而阻止特定 之其他元件，如特定之分析物（作爲實例，基質可使帶負 電分子通過而阻正帶正電分子）。 一 其次，指示劑薄膜可包括對特定分析物敏感之指示劑分 子，例如，如對葡萄糖分子敏感之螢光指示劑分子，而且 含於分析物可滲透之物質内，而參考薄膜亦可包括分析物 不可滲透之物質，但是其不包括相同之指示劑分子，而是 本質上實質上無法辨識分析物之對照指示劑分子。例如， 在分析物爲葡萄糖而且此葡萄糖在液體（例如，體液，如 血液，血漿，組織間流體等，或其他流體）内時，將對照 指示劑分子置於此葡萄糖不可滲透之物質内易於具有限止 如p Η變化之其他因素之額外效果，使得上述之第一實例 爲不需要的。因此，在此第二基本方法中，分析物可穿 透，但是在參考通道選擇之對照指示劑分子選擇爲實質上 無法辨識分析物。結果，參考通道測量之波動應實質上不 歸因於分析物之存在或濃度之變化。 如下完成實質上無法辨識分析物之對照指示劑分子之一 些描述性，非限制性實例。首先，參考1999年3月1 1日提 出之美國專利申請請案序號09/265,979，發明名稱 Detection of Analytes by Fluorescent Lanthanide Metal Chelate Complexes Containing Substituted Ligands，亦爲本 讓渡人所有，其全部揭示在此併入作爲參考（而且其爲 -33- 本纸張虼度適…中ra 0家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------------裝— (請先閱讀背面之注意事Millie寫本頁) 訂. •線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495608 A7 B7 五、發明說明（31 ) 1998年3月1 1日提出之美國專利申請案序號〇9/〇37,96〇之 持續4伤’其全邵揭示在此併入作爲參考），其敘述一種 辨認7L件’例如，硼酸，h〇-B-〇h，其用以利於黏合在葡 萄糖上。作爲實例，意圖藉由省略或改變此辨認元件而製 造實質上”無法辨識”葡萄糖之對照指示劑分子。 特別地’ ’960申請案敘述具有螢光鑭系金屬鉗合錯合物 之指示劑分子，其具有式：

M(.-Ch(.Rx))Y 其中：Μ表示鑭系金屬離子；c h表示鉗合劑，其包含配 位基，較佳爲可包含任何一或更多個々-二酮或其氮同系 物，一每基，致基配位雜環 > 烯醇，巨雙環穴狀配體 (即’籠型配位基），苯基磷酸，或聚胺基-聚羧酸之有機 配位基。C h之有機配位基亦可包含任何一或更多個氮， 硫’與鍵聯羧基之雜環。C h之有機配位基可進一步包含 任何一或更多個烷屬烴或烯屬烴基，較佳爲含1至1 〇個碳 原子，及芳族，碳環或雜環部份，其包括芊基，莕基，慧 基，菲基，或四醯基。此外，一或更多個錯合M之鉗合劑 可爲相同的或不同鉗合劑之混合物（所謂之”混合配位基或 第三鉗合劑"）。R表示分析物特定辨認元件，其一或更多 個結合至鉗合錯合物 < 一或更多個配位基，但是不需要鍵 聯至鉗合錯合物之每個配位基。在較佳具體實施例中，R 可爲硼酸基或含棚酸基之化合物以檢測葡萄糖或其他之順 -一醇化合物。X表示結合至各一或更多個钮合劑之辨認 元件R之數量。X可爲〇至8之整數，而且在本發明之特定 -34 本纸張尺度適用中S國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ----------------裝--- (請先閱讀背面之注意事lelc寫本頁) 訂· -線丨_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、 發明說明（32 ) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 社 印 製 較佳具體實施例中，Χ = 〇至4或Χ = 〇至2。另外，处入至 各-或更多個鉗合劑之辨認元件R之數量可爲相同二 同’其條件爲對於一或更多個鉗合劑， 、 Μ久>〇。Υ表示錯合 鉗合劑之數量，而且可爲丨至4之整數。在本發明之 疋較佳具體實施例中’ Y=1，Y = 3或γ = 4。因此，在這些 描述性情形中，爲了製造實質上無法辨認分析物之對昭二 -劑分子，可省略辨認元件汉或如上所述由 ‘ 改變。 4又π苓 第三，另一種得到分別之指示劑通道與參考通道讀數之 万法涉及利用在特定波長或頻率（例如，在圖21爲了描述 1的所示之非限制實例中，在約440 nm)具有等吸光點之 指示劑分子。”等吸光點”涉1，例如，吸收性無關分析物 足存在或濃度爲相同之處（即，實質上在特定之波長）。 即，在輻射源發射一定頻率範圍之輻射之處，例如，光， 在T定頻率之光吸收度基於分析物之存在或濃度而改變， 但是在等吸光點之光吸收度無關此分析物存在或濃度實質 t保持固定。因此，在此第三實例中，指示劑與參考通道 卞括’、有特足等吸光點之指示劑分子（例如，相同之指示 ^分子可用於各通道）。指示劑通道可包括在以下討論之 感光元件（例如，光檢測器）204上之濾光器（例如，參見 以I討論之濾光器34)，使得離開等吸光點之光被感光元 件檢測（例如，在圖2丨爲約5〇〇 ^)。另一方面，參考通道 ^括在以下討論之感光元件（例如，光檢測器）20-2上之濾 光器（例如，34下方），使得等吸光波長之光穿透及被感光 35 — —.4 — — — — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項m寫本頁) 訂-----

I VI RK I 線- 本纸張尺度適用規格(210· X 297公釐） 495608 __Π7 _ 五、發明說明（33 ) 元件20-2檢測。結果，在參考通道之任何變化應大多無關 分析物存在或濃度，而且如以上所討論，可作爲參考。具 有此等吸光點之其他指示劑分子可基於手邊之特定應用而 使用。至於許多實例中之一些，參見許多其他已知之來 源：（a) M. Uttamial 等人之 A Fiber-Optic Carbon Dioxide Sensor for Fermentation Monitoring，BIOTECHNOLOGY，第 1 9卷，第597-601頁（1995年6月）（討論用於C02感測之羥基 展二續酸（HPTS)(亦及 seminaphthorhodafluor (SNARF)))，其 全部揭示在此併入作爲參考；（b) A· Mills等人之 Elourescence Plastic Thin-film Sensor for Carbon Dioxide， ANALYST，第 118 卷，第 839-843 頁（1993 年 7 月）（化學系， University College of Swansea，Singleton Park，Swansea UK) (討論用於C〇2感測之HPTS)，其全部揭示在此併入作爲參 考；（〇美國專利5，137,833(顯示在約44〇!1111具有等吸光點 之葡萄糖指示劑，例如，參見，833專利之圖1 0，在此在圖 2 1重製），其全部揭示在此併入作爲參考。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -V--f — — — — — — — — —裝 i I (請先閱讀背面之注意事項HI寫本頁) -線- 在使用具有等吸光點之指示劑分予時，同時許多輻射源 (例如，LED)可視狀況而改變，在特定之情形有時較佳爲 利用多個輕射源（例如’ LED)。例如，有時—個輻射源 (例如，LED )供法在等吸光點附近提供充份之發光，使得 P王包括額外之LED以在此波長提供充份之發光。 、視手邊之特定應用而^，本發-明之參考通^與指示劑通 逼可利用在此所述及如此技藝已知之物質。 許多在分析物檢測時使用參考或對照之實例在此技藝爲 — - 36 - 本紙張解（CNSM4祕⑽X 297 A7 A7 吴國專利3,612,866,其全部揭示在 五、發明說明（34 )

? ^ 5 ^ ^w /、 1 Μ' ^ JPCi VX 作爲參考：敘述一種螢光氧感測器，其具有含如測量通道 (相同才:不劑化學之參考通道，除了參考通道塗以清漆以 使之對氧爲不可滲透的。美國專利4,861,727與5，190,729, 八王Ρ揭示亦在此併入作爲參考，敘述使用兩種不同之以 ’ 1系爲主“示劑化學之氧感測器，其在兩個不同波長潑 =^以铖爲主指示劑以氧淬滅及以銪爲指示劑幾乎不受氧 影響。美國專利5,094,959，其全部揭示亦在此併入作爲參 考，敘述一種氧感測器，其中單指示劑分子在特定波長照 射，而且分子發射之螢光在兩個對氧具有不同敏感度之不 同發射光譜測量。特別地，使甩對氧較不敏感之發射光譜 作爲參考以得到兩個發射強度之比例。美國專利5,462,88( 與5,728,422，其全邵揭示亦在此併入作爲參考，敘述一種 放射定量螢光氧感測法，其使用一種實質上不受氧影響而 且具有類似指示劑分子之光分解速率之參考分子。另外，

Muller，Β.等人之 ANALYST，第 121卷，第 339-343 頁（1996 年3月），其全部揭示在此併入作爲參考，敘述一種用於溶 解二之螢光感測器，其中導引藍色LED光源經過光纖偶 合器至指示劑通道及至分別之參考光檢測器，其檢測led 光強度之變化。 此外，美國專利4,580,059,其全部揭示在此併入作爲參 考，敘述一種以螢光爲主感測1，其含參考光測量電池 3 3以測量激發光源強度之變化…--例如，參見第1 〇襴，第1 仃以下。此外，美國專利4,617,277，其全部揭示亦在此併 _ -37- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

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入作爲參考，敘述一種用於二氧化碳，以 測器，其中參考元件12反射來自來源14之收f爲主之邊 池，以決定何時測量元件丨〇由於不光土參考光電 代。 色變而需要取 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然討論許多在此所述之具體實施例以參一 分子之用途，基於此揭示應易於了解，視螢光指示劑 而定，這些所述具體實施例可修改以利用任邊孓特疋狀況 劑分子或其結合。例如，薄膜14，與l4,f(以下7、型人式之指示 括光吸收指示劑分子，如以上所述者。至於^ 均可包 在某些情況，亦可在指示劑或參考薄膜Μ，另”個貫例， 螢光指示劑分子，同時在另-個指示劑或：：，‘利用 14”之一使用光吸收指示劑分子；然而:在f膜14’或 形，指示劑及參考薄膜14，與14，，均使邵份〈情 子，如在此所述。 項似〈指示劑分 除了以上，可使用許多其他之控制方法。例如 其他之具體實施例中，對照通道應使用 、舌士一犯-七\ 儿王典關指示劑通 子之物質。關於此點，例如，參 物、可僅具有所需特徵之一或更多種，例如，反射率，溫 度，pH，及/或各種其他因素。顯然地，在特定且俨杂施 例中^考薄膜可含無關之，，化學”，❻是可用以：， 僅監測反射率（例如，其可用以評估LED是否變暗，或 是，例如，薄膜表面是否在某方一面受影響）。 曰 在本申請案所揭示之任何具體實施例意圖加入一戋更多 個參考通道。以下討論加入參考指示劑之感測器之許多較 (請先閱讀背面之注意事 寫本頁) 裝 訂· 線！ -38- 本纸張义度適用中网网家標準（CNS)A4^T^ 297公釐） 495608 A7

五、發明說明（36 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 佳具體實施例。雖然以下具體實施例中之一些替代與變化 敘述於下，類似之參考號碼指前述具體實施例之類似部 份，而且在適合之處，以上關於此類似部份所述之所有替 代與變化亦可用於任何以下之具體實施例。 圖14(A)-14(B)描述加入光學參考通道之感測器1 〇之第一 具體實施例。如所示，感測器丨〇較佳爲包栝：感測器主 體1 2 ;具有螢光指示劑分子分布於全部薄膜之指示劑薄 膜14’ ；具有螢光對照指示劑分子分布於全部薄膜之參考 薄膜14’’ ；輪射源1 8，例如，如類似以上所述之單一 LED ;指示劑通道感光元件20-1，例如，類似以上所述之 感光元件20 ;類似之參考通道感光元件2〇-2 ;電路基板 7 0 (略示地顯示安裝例示電路元件7〇i);電源4 〇，例如， 如所示之感應電力線圈；及傳送4 2，例如，如所示之傳 送器線圈。在此所述之任何具體實施例中，例如，薄膜 14*與14”可以類似以上討論之基質層i 4之任何具體實施例 之物質製造’或可包含其内可含指示劑分子或指示劑分子 可塗覆於其上之任何其他適合之物質。如果需要，薄膜 14與14 (及/或感測夺主體）亦可包括類似層3 6之任何具骨# 實施例之感測器/組織界面層，如以上所討論。描述之具 體實施例亦可包括許多額外之元件，例如 4 一 Η 如所不：濾光 器34(例如，以排除LED發射之一光之波長或波長苑圍，如 藍色，及使螢光物質發射之光之—波長或波長範園通過，如 紅色）；擋板130(例如，以抑制自指示劑通道與參考通道 發射之光之’’串音’’）；圍繞各感光元件之穿孔 · ^卓3 5 ;及 -39- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210^ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 裝--- 寫本頁) 訂· •線- 495608 A7 、發明說明（37 ) /或溫度感測器64(例如，如上所述）。 在操作時，感測器 類似以上所述而操作。二1所示之具體實施例 p供；#示剜^ 然而，得到兩個分別之感測讀數以

疋’、曰η P貝數（經包括指示劑薄膜14,與咸光元件2〇 i 之通道）；及b)表考贫鉍^ 〇 心九兀件2(M 20-2之通道）。炊後二丨:〜括參考薄膜14”與感光元件 感測器讀數。 ^ 參考讀數提供更正確之 圖14(AH4(B)所示裝置之例示操作如下。首先，電开4〇 造成輻射源1 8，例如，τ ^ . 弘源4 0 i _内JL到、f > ED，么射輻射。輻射經過感測器 Γ。Μ Γ劑薄膜Μ與參考薄膜Μ通常如箭頭所 …’·，、後，廷些各薄膜内之分子激發，例如，螢光，而且 光自其發射(亦如箭頭所示)且被各感 收。:㈣本質上如同參考上述具體實施例所述Γ因此= 再重?夂A 了排除或減少自薄膜14，與14，i發射之光之間之" 串音’:’可包括擋板130。擋板較佳爲對可影響感光元件之 輻射爲不可穿透的…例如’塗黑等。例如:以此方式，單 一輻射源，例如，LED，可用於兩個，,通道，，。 雖然熟悉此技藝者可基於此揭示以各種方式製造裝置， -種製造圖Μ㈧，所示裝置之例示方法如下。起初， 提供易由許多銷售者製造之氧化㈣資基材作爲電路基板 70。此外’例如’可提供感應器作爲電源4〇與傳送器 42。感應器與分離組件可電連哀至基材，域用常用之 焊料或導電性環氧基。此外，其他電子組件可使用，例 如，導電性環氧基連接，如在較佳實例中得自電 -40- 本紙張尺度適用φ’ ra 0家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 „* 1 1 ΙΊ — — ΙΙΙΙΙΙ» ^ - I I (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂- -線- 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 495608 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（38 ) 子材料公司之aB_ND84。然後，組件可以細線结合 以完成電路連接。較佳爲提供矽發光二極體，例如，如得 自 Advanced Photonics公司之料號 15〇 2〇 〇〇2， 于 件2(M與20_2，而且較佳爲使用球黏與導電性環^基: 裝。此外，基材中感光元件穿孔之邊緣較佳爲以 透明且不導電物質遮蓋，例如，如得^p〇xyTee 公司之E32°。光學滤光器物質，例*，如得自CVlLase: 司之LP-595 ’較佳地置於發光二極體穿孔(例如，基材几 内之穿孔切口 )以使來自輕射源之光衰退及/或使周圍光衰 退。使用之輕射源可爲’例％ ’放射藍色或紫外線帶之光 4LED。然後，此電路組件結構較佳爲模塑至光學透 包劑中。料劑可㈣作爲導波器且亦可對電路提境 保護。然後’指示劑與參考感測薄膜可連接至膠囊口'袋内 部（例如’膠囊週邊之凹部内部）。此連接可藉由，例如， 將口袋模塑至膠囊中然後將感測薄膜安置於並 在封包前將指示劑薄膜置於模中 / 、斤來“代品^々 筷甲’使仔在封包時在薄膜附 近/成衣而元成。如所示’其僅爲構造之-個較佳方 =且裝置可以許多方式構成。此外，雖然在此所示之 具…例僅具有兩個通道(即，指示劑通道與來考通 ^道其他之具體實施例亦可含多個指示劑及/或多個參考 意圖以許多種方式修改圖14Γα)-14(β)描述之結構 ::如圖=):示，可修改裝置使得電路板7〇 所不4性電路（即’”）’如經電引線或接點η。例 ^1I!MIIIII1 — — — · I I (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· -線-

495608 五、發明說明（39 ) 智 員 工 消 費 :::ί使電路自膠囊主體等(其僅-部份示於圖14(C))延 /如、·（=)以將電力自外部電源傳送至感測器；⑻將 2測益傳送至外部接收器·’及/或⑷以用於 :至於另一個實例，亦如圖㈣所示 封包於豆内。關於此點，例如，如所示： 括外蓋3 ’及封包導波部份丨2，，其形成在 件及指示齊m參考薄膜間之描緣陰影區域 感測器1 0之内部亦可包括用於電路之 如，空氣，或甚至液體或並仙人斯 σ礼也1夕丨J 如，質子，可經過之。提二;=:光，例 劑=考薄膜折射率之折射率之導波物質二確定 =土感光儿件〈通過。在-個例示，非限制性構造中，導 可由PMMA物質（即，聚（甲基丙㈣甲製 以，％路板70可以陶瓷物質製造，，於環氧基中，指示劑塗層14，可含以^ 以黑色環氧基物質製造’輕射源18可爲led，： 外盖3可以玻璃物質製造。 圖剛爲類似圖14_示之㈣器1G之正 直以 =似==表示類似之部份。圖14⑻與14請示圖糊 斤〜豆貫施例之寬度方向與長度方向橫切面 介質B(例如’液體，氣體等）。如 ：=7:可自介❹之外表面延-長至遠端電源 ;’如以上所討論。如圖Η⑻與14(F)所 ’、’ 王體12可包括封包導波物質，如上所述，或 感測器1 〇可包 例如，感光元 雖然較不佳， 其含氣體，例

I 訂 線 印 I__ -42· 本纸張尺度剌中關家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公爱y 495608 五、發明說明（4〇 ) 導波物質可如圖14(c)所示在區域12,，或如上所述使用另 一種物質，雖然較不佳。 圖15(A)-15(B)顯示本發明之另外且 丨/、月足貝她例，其類似圖 14(A)-14(B)所述，其中提供輻 口 促仏犏射源1 δ如兩個分別之輕射 源心與心，例如，LED，其支撑在座i8m上。如所示， _ 18-1導引至指不劑薄膜14·，而led 18_2導引至參考 薄膜14 ··。如所示，在此彳杳形讲 ^ 社此h形，擋板130再度較佳爲包括 LED之間。因爲在此具體實施例使用多個輻射源，例如， LED’輻射源⑹與心，例如，㈣，可爲相同的，例 如，1射相同之光，或爲不同的，視狀况而定。 在其中使用多個輻射源，例如，LED之具體實施例中， 較佳地解決特定之考量。在使用一個輻射源時，例如， LED ’老化或其他因素較易同樣地影響兩個通道。炊而， 在使用多個輻射源時（例如，各通道一個），輕射源之〆豈 可製造通道間之一些差異。因此，在此情形，希望^# 用對各通道提供類似輕射源（例如，)之步锻；及/或^ 彼此校正輻射源（例如，LED)。例如，在由切成咖晶片 4矽晶圓形成LED時（例如，一般爲具有約3 _ 8英吋直徑之 平坦，長方形晶圓，其切成細微LED晶片之陣列），LED 較佳爲選自長方形晶圓内之相鄰LED，或較佳爲以彼此在 陣列，小距離内（例如，約半英吋之内，或更佳爲約四分 英吋内’或更佳爲約八分之一-英吋内，或更佳爲約十 7T分〈-英吋内）自晶圓切割。以此方式，所選擇咖晶 片之品質彼此應較類似。此外，在使用多個其間不等之晶 -43 本紙張尺度適用中國國家標準&MS)Xn^^7297公爱） *1. I I I I I I I I I .1 I · I I (請先閱讀背面之注意事項β寫本頁) 訂-· .線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495608 A7 B7 五、發明說明（41 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 片時車义佳為起初在已知試驗條件下進行LED晶片間之標 準化杈正以確足任何差異。如在此所述，應了解在一些 It开y ^疋供夕個輻射源（例如，LED )可具有特定之優點-- 土於坠κ例· a)多個來源可利於在所需位置之發光；及/ 或b)在一些情形，多個來源可來回套節以減少通道間之_ 音，如以下所討論。 例如圖i5(a)_15(b)所示之裝置可以如圖14(A)-14(B)所 示裝置之相同方式使用。為了取代或除了擋板130,為了 進步減少自薄膜14’與14”發射之光之間之，，串音，•，亦可 操作兩個ϋ射源18]與心，例如，咖，以改變各哪 間來回之放射。例如，LED丨心丨可致動一秒，然後i8_2致 動一秒等，在一個LED打開時之短期間，另一個led保持 關閉。以此方式，可實質上減少中音。在另一個替代中， 可改造裝置以提供指示劑通道與參考通道之讀取間之時間 延遲（例如，指示劑薄膜可具有兆分子之一秒延遲，而參 考溥，可具有奈秒延遲，或反之，使得由於輻射放射之時 間差異而完成分別之通道讀數）。 雖然圖15(B)顯示各具有自基材7〇之大致水平上表面為 ^25度之角度0之中央轴之LED，這些角度可如所需而選 擇，而且在一些實例可在約〇至9〇度間改變，視狀況而 定。例如，在一些較佳.具體實!例中，角度0為約㈧度 或更小，或者約4 5度或更小。 、 意圓以許多方式修改wl5(A)-i5(B)描述之結構，類似圖 14(A)-丨4(B)所示之具體實施例。例％，圖15⑹描述亦可 (請先閱讀背面之注意事 寫本頁) 裝 訂- -線· -44 - 五、發明說明（42 =行如同圖14(C)所示之修改，如藉由：（a)包括如所示之 t性電路（例如，電纜），如經電引線或接點7 1 ;(…提供 具有元全封包内部，或具有部份封包内部之感測器1 〇， 其具有封包劑導波部份12,形成於其中；（c)其他等等。在 :個例示及非限制構造，導波部份12，可由pMMA封包劑物 質製造，電路板70可以陶電路卡製造，輻射源丨8可 包括兩個LED，座l8m可爲Cu(鋼）LED座，及外蓋3，可以 坡璃物質製造。在-個較佳具體實施例中，如所示，亦在 感光凡件20-1與20-2上之濾4器3 4上提供低折射率層12，，。 裝置再度基於此揭示以許多方式構成，而且以上僅爲許多 例示構造之一。 如圖15(B)所示，指示劑薄膜14，及薄膜μ，，可在主體丨2表 面之口袋等之内形成。或者，薄滕 寻胰14與14，，亦可形成於主 ::12表面上而非口袋等之内。然而，口袋等之使用可在 使用時幫助保謾薄膜14，與14” Π ,, , L /及防止溥腠自主體側向外 例如，如果感測器經套針管等插入病人中，例如， 排除凸起有利於處理）。如上所 ,,. < G測姦1 0吓可在立上 或邵份其上（及/或在薄膜14，與14" 在八 , )匕括’例如，以斗物 相谷物質製造之感測器/组織界 述之任何物質。 自層36，例如，如在此所 圖1 6(A)-16(B)顯示一個本發明乏 似圖刚所示者，其中外具體實施例，其類 之輻射源18-m18-2,例如，心:：射'原18如兩個分別 相反側上之座18ml與18m2上。如杯:各支撑在電路板70 斤不，LED 18-1導引至指 [纸張尺度適用中關家標準（CNS) A㈣FS" ^ f 1 (Ί III — — — — ! - I I (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· •線‘ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -45 297^7" A7 A7 五、 發明說明（43 ) 不劑薄膜I4,，而LED 18-2導引至參考薄膜14”。以此方 -L' 八’例如’電路板7 〇可實際上如擋板而操作以減少或排 除串音。如圖15(A)_15(C)所示之具體實施例，角度Θ可如 所而而選擇，而且較佳爲約〇至9 0度之間-—而且在一些較 佳具體貫施例中小於約4 5度。 圖16(A)-16(B)所示之裝置可以，例如，如圖15(α)-15(β) 所示裝置之相同方式使用。此外，圖16(α)_16(β)所示之具 體實施例亦可以如上關於圖15(Α)-15(Β)所示具體實施例所 述之各種相同方式修改。如所示，基材7 〇之上與下表面 亦車a佳地包括所示之遮蓋區域3 5。輻射源1 8_ 1及1 係較 ^地位於該遮蓋區域35内。在-圖16(八）_16(8)所示之具體 具&例中，感光元件2〇-1與2〇-2各如薄膜14,與14，，安裝於電 路板7 0之相同侧上，而在前例中，板7 〇具有切開區域， 輻射，例如，光，經其通過至感光元件。此外，在圖 16(A)-16(B)所示之具體實施例中，濾光器物質34較佳地 提供在這些感光元件之頂部而非在此切開之内。應了解， 在此之各種實例可由熟悉此技藝者基於此揭示視^況而修 改。至於實例，在前具體實施例中之感光元件可以如圖 16(B)所示之方式安裝於板70之頂部（例如，在板之一側）。 圖17(A)-17(F)描述多通道感測器之額外具體實施例，其 使用以下製造：（a)含感光元件等之内膠橐· '、 測薄膜之外套筒。 一 ^’心 參考圖17(A)，感測器1〇顯示爲具有在膠囊 /表j内〈電子組 件。如囊較佳爲以玻璃製造，但是並可以彳 ” j以任何通合之物質 本纸張义度適W中闷0家標準（CNS)A4規格（210 X 2 (請先閱讀背面之注意事 裝·！ 寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π -46- 495608 A7 五、發明說明（44 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 社 印 製 製造，如以下所述。如果需要，膠囊亦可由生物相 製造。至於另-個實例，可使用如明尼蘇達州一： Electromc Anlmal IdentiHcation Capsules 〇f Detron-Fearin, 公司讀石灰玻璃膠囊物質。較佳爲，膠囊溶接密封。如 所不，套筒s較佳地含指示劑冑膜14，與參考薄膜ί4”（例 如，用以感測，例如，葡萄糖等之螢光薄膜）。電子電路 可爲如用於上述任何具體實施例者，在較佳構造中，電子 電路包括··利於將電力引力裝置之組件；用於螢光^之 ’放心光源，用於光感測之裝置；及用於經無線頻率⑽）或 被動感應搖控測定至外部讀取器之信號轉換。如上述之較 佳具體實施例，在一個例示構造中，全部感測器1〇設計 爲在病人之皮膚下皮下移植。利於將電力引入裝置之組件 較佳爲包括自外部磁場產生器產生將電路充電所需之電壓 與電流之感應線圈40。感應線圈40可安裝於，例如，陶 資電路板70上或電路板末端（如所示）。或者，爲了最佳地 ^合外部磁場產生器。感應線圈可以各種定向用於多個位 輕射源18-1與18-2，例如，LED，較佳爲安裝在基材7〇 上，以適當地以光子（如經箭頭A丨所示）激發指示劑薄膜 14’與14”(例如，t光色素區域）。如上所述，光子較佳地 激發薄膜14,與丨4”以放出營光（如經箭頭A2所示），其各以 ，光元件20-1與20-2檢測。此外一，其他之組件可包括放大 器IC 70A及各種被動組件7〇β，以提供放大與調節電路以 將感光元件強度轉換至搖控測定線圈上。

I 訂 線 -47- 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ撕公复- 495608 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（45 ) 子二進行此裝置之一種較佳方法如下。首先，f 子电路置万；玻璃管3”内，其起初開放左端e 璃爲硼矽酸鹽破璃， 加乱触〜 、一、、々反璃如在一個具體貫施例中，Kimbh

Glass么司之第1型石朋石夕酸鹽 、 （在其他之具體實 犯例可使用廣泛獐類之玻璃及其他物質）。在電子電路置 内之後’内部部份地充填封包劑導波物質I2 ;=::局度I如上所述’例如’封包劑導波物 :可#助知光A- i光學地偶合至薄膜表面Μ，與"”，及將 螢先信號A-2光學地偶合回到感光元件2〇#2〇_2。可使 用上述或此技藝已知之任何光學適合之導波物質。如上， 封包劑導波物質亦可應用於玻璃.管3”之全部内部，或在較 不佳之具體實施例中，玻璃營可宗4 、 _ , ^ 、匕 圾^ & 了疋王以2氣或其他物質作 馬令波物而无％。在一此較佳且體會 一罕又佳，、把貫她例中，導波物質可 匕括一或更多種以下之物皙·々 nu 卜〈物貝·砂酉同；GE RTV 615 ; PMMA ;或光學黏著劑；如N〇RLAND 63。 二囊3’’然後較佳爲在末端E密封以封閉膠囊。較佳爲， 月多義爲在末3而E火焰密封之玻璃f | ’ nm、l & 囊，以提供平滑磨圓端 及k供熔接岔封。較佳爲，在密封 楚、1 J阶襄又珂，處理電子裝 置以去除水份。例如，裝置可供煃^ 一 衣』Μ烤（例如，在約75°C或更 向約12小時）及可置於氮氣氣氛以自 目表置與其組件驅除任 何殘餘之水份。然後，如果需要，在 ^ _仗退仃次一組合步驟之 刖…例如，應用感測薄膜之步驟，組 試，以評估其操作力。在一個例示構可无電及測 m ]不構造中，特別是活體使 用，圖17(A)所π之長度1可爲約ι〇· 15 i：>毛未長，而且更佳爲 48- r---------------Μ — (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· --線！ 本紙張纥度適關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f 五、發明說明（46 ) 約12·5毫米長，而寬度h可爲約2_3臺 9 $古娄办 产甘从、土一 見’而且更佳爲約 2·5笔未見。在其他夂較佳具體實施 L ^ , y ? , A 他列中，感測器可實質 上較小--例如，參見上述之較佳大 、 夫古约0 5芷口+怎荽、从 範圍（例如’約500微 木土約0.5夬吋長寺）。然而，明顧蚰 〜、地，本發明可視狀況以 任何大小與形狀攀造。 此具體實施例之優點爲在上述组人古 β仏、、、且σ万法後，感測薄膜14丨 Μ 14"可在置於，例如，在感測器膠囊3”上滑動之分 製造。以此方式，薄膜製造步驟可有利地自電子與封包製 造步驟分離。 在較佳具體實施例中，套筒S以塑膠物質製造（例如，較 佳爲以聚乙烯，而且最佳爲以醫藥級聚乙烯（例如， UHMWPE(超高分子量聚乙蹄）製造）。$筒可視狀況及感 測器之特定用途由任何適合物質製造。例如，在感測器用 於活體時，套筒可由生物相容物質構成…生物相容物質之 些另外之較佳，非限制實例包括聚丙烯，pMMA，聚烯 烴，聚颯，陶瓷，水凝膠，矽酮橡膠與玻璃。套筒s較佳 爲大小爲使得套筒之内徑可精確地符合膠囊之注射模製塑 膠套筒。在組合在膠囊上時，套筒s較佳爲具有足夠之彈 性以得到不易脱離膠囊3 ”之緊密機械符合。套筒S較佳爲 形成有孔，口袋，或穴Η，以適應指示劑薄膜14，與14”（例 如’機械地捕獲薄膜）。例如，螢光色素口袋Η可在套筒 中易於插入模塑。圖19(A)-i9(I)lf明可用於各種具體實施 例（許多孔等Η在各種套筒s上乏配置。値得注意地，套 筒S應設計爲使得在安裝於膠囊3 ”上時，孔等可與各感光 -49-

本纸張尺巾關家鮮（CNS)A4規_格（21g"t^¥T 495608 Λ7 五、發明說明（47 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件20-1與20-2充份地對齊。圖17(AH7(B)所示之裝置較 佳爲具有如圖19(E)所示構成之套筒—例如，具有孔η 具有配置在感光元件之大部份表面上之橢圓形。或者，雖 然如以上所討論爲較不佳，指示劑薄膜可在套筒之周圍表 面上形成（例如，以自其向外凸起）而無需此口袋。 使用外套筒S之另一個優點爲可使用之物質（例如，如以 上所討論）可具有良好之醫藥級表面以用於結合之皮下组 織，其可在感測器具有移植在人體内（或在其他動物體内） I型式時，有利地幫助防止裝置在病人活體内動作及 動。此外，此模塑套筒之自然分割線與邊緣之粗度亦可 此動作及移動。移植後魴作及移動之防止在一些 =貝犯例中爲非常重要的…例如，使得感應電力與搖控 疋線圈可維持移植裝置與外部讀取器間之最適調整。 在其他之替代具體實施例中，套筒5亦可擠製成管形（例 如，成爲如圖19(1)所示之圓柱形，如以下所討論）並且 =合地應用於膠囊…卜，套筒s亦可形成加熱收縮仏 恥j 3 ’’上之管形。薄膜口袋H亦可藉由模塑，切割，雷射 機製，或雷射鑽床而形成於其中。此外，在一些設計中 可在套筒S之側壁製造數千個小雷射機製孔η。 a另一個使用薄膜套筒S之優點爲在製造，處理，儲 時，而且最重要地，在如一些較佳具體實施例所實行， 套針主射至皮下組織時，保護指示劑與參考薄膜之能力 々果表面並未適當地保護，經金屬套針移植感測器時之 械力與動作可能損壞裝置之外部。 移 幫 具 測 壓 在 存 經 機 (請先閱讀背面之注意 -J-- 事寫本頁) 裝 訂- -線- -50- 關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 495608 A7 B7 五、發明說明（48 雖然已敘述許多例示薄膜套筒S，熟悉此技藝者關於以 上可使用各種其他薄膜物質，大小，位置，幾何設計，製 造方法等。 再度，熟悉此技藝者亦可改變感測器内之零件之配置。 例如，圖17(C)-17(D)顯示類似圖17(Α)]7(Β)所示具體實施 例之第二具體實施例，其中指示劑薄膜丨4，與參考薄膜 在電路板7 0之相同側，而且具有單一輻射源1 8，例如， LED--類似圖14(A)-14(C)所示之具體實施例。上述關於圖 14(A)-14(C)及圖17(A)-17(B)之所有可應用改變可應用於圖 17(C)-17(D)所示之具體實施例。 至於另一個實例，圖17(E)-17<F)顯示類似圖17(a：M7(c) 所π具體實施例之另一個較佳具體實施例，其中指示劑薄 膜14與參考薄膜14’’在電路板7 〇之相同側，但是具有兩個 輻射源18-1與18-2，例如，LED，類似圖15(a)] 5(C)所示 之具體實施例，但是LED在描述之實例中分隔較遠。上述 關於圖15(A)-15(C)及圖17(A)-1 7(C)之所有可應用改變可應 用於圖17(C)-17(D)所示之具體實施例。 雖然上述具體實施例包括一個指示劑通道及一個參考通 C如上所示，上述之各種具體實施例可修改以包括多個 指π劑薄膜（例如，測量相同或不同之分析物）及/或多個 參考薄膜（例如，測量相同或不同之光學性質）。此外，應 注意，有關具有如圖17(α)_17(Ρ^斤示二部份構造之感測器 1 〇之提供亦可用於上述未使用此參考通道之基本感測器 内-例如，圖18(Α)-18(Β)描述具有單一感光元件2〇與單一 -V---f·----------裝--- (請先閱讀背面之注意事項ml寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 51 - 495608 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 --s^---五、發明說明（49 ) 來源18之具體實施例，如上參考圖1-13所述，其可用以得 到感測讀數而無需參考通道讀數。 雖然圖18(A)-18(B)敘述爲無參考指示，應注意具有單_ 來源及/或單一感光元件之裝置在一些具體實施例中仍可 用以提供分別之指示劑與參考讀數，例如，如：a)單_ LED可改變不同頻率之放射以改變指示劑與參考通道讀 數；b )在指示劑薄膜與參考薄膜具有不同輻射放射之頻率 特徵之情形，可改造在感光元件上之濾光器以改變此不同 頻率對感光元件之通過；c )在指示劑薄膜與參考薄膜具有 不同輻射放射之時間特徵之情形，可改造裝置以提供指示 劑通道與參考通道之時間延遲讀數（例如，指示劑通道可 具有兆分之一秒延遲而參考通道具有奈秒延遲或反之）；d) 其他等等。 如上所述，圖19(A)-19(1)顯示一些替代套筒s與口袋H設 計之實例。應注意，圖17(C)-17(F)所示之裝置較佳爲包括 如圖19(E)所示之套同S，其設計爲使得口袋η可易於對齊 各感光元件。此外，套筒設計可如圖19(1)所示，其中套筒 S形成兩端開放而且可在膠囊上滑動之管。此外，亦可使 用夕個套请S (例如，各含一個薄膜），如圖i 9(Α)所示，其 中兩個套筒S可符合膠囊之相反端。在如圖19(D)，19(g) 料19(Η)所示之具體貫施例中，其中口袋提供於套筒周邊 附近，套筒可應用於膠囊上而i感光元件在電路板7〇之 側上時之特足具體實施例中無需將套筒與膠囊確實地定 向（例如，在使用兩個通道時，朝向套筒左側之口袋可含 -52- 本紙張尺度遺ί中關家標準（cns)a4 (請先閱讀背面之注音p事項β、寫本頁) »ί 裝 •線！ A7 B7 五、發明說明（5〇 ) 參考薄膜而朝向右側之口袋可含指示劑 僅爲例示設計而且熟悉此技藝者可完成。再度，其 /或口袋設計。 〃夕其他之套筒及 圖19(J)顯示本發明之另—個具體實施 自r一佳爲形成心也=* 在未偏决狀悲）自感測器之側面向外橫向延 較佳爲，凸緣F由可吸收戋可峰你收的J 。尸不。

RlQm、…H 收或了生物降解物質製造。例如， 19⑺所K具體實施例可用於希望防止移動之應用。例 ”即使在預期連接組織隨時間保持感測器於定位，此且 ^施料料適當^位之維持，即使是在連接組織㈣ =則。即，環形凸緣可幫助防止感測器在其所應用或 杂介質内（例如，如在病人體内)之動作。在最佳具體 貫施例中’凸緣爲撓性的且可彎曲（例如，在以箭頭Α之 =向插入套針管Τ τ時’至圖19(J)之虛線所示之位置），使 仔感測器可插入病人體中。然而，在經套針管將感測器 1 〇插入病人體中然後抽出套針管ττ之後，凸緣F回復至 始形狀（或幾乎回復此形狀）而且利用感測器維持在其 適忌之插入位置。如所示，凸緣F較佳爲由可吸收或可生 物降解物質製造，使得在特定期間之後，凸緣F降解…例 如’使得感測器可·· a)易於去除；b )經其他方法維持定位 (例如’經上述之毛細管向内生長）；及/或c )其他原因。 在替代具體實施例中，可提供f個凸緣F。在其他之替代 具體實施例中，凸緣F可僅在感測器周圍附近部份地延伸 (相對於在其附近完全環狀地）。圖19(J)所示之套筒S較佳 印 I--- -53- 495608 A7 B7 五、發明說明（51 ) 爲包括各指示劑與對照指示劑分子（例如，在口袋Η之薄 膜内）’如上所述。然而，意圖使環形凸緣F可提供於在此 揭示之任何具體實施例之感測器附近，即使是在並未包括 此套筒S之處。關於此點，爲了類似之功能與目的，一或 更多個凸緣F (例如，較佳爲可生物降解）可固定於在此所 述任何感測器之外部。雖然環形凸緣F顯示爲大致平坦的 (例如，具有大致長方形橫切面），凸緣F亦可具有其他之 橫切面形狀…例如，縫線物質帶（較佳爲可生物降解）可捲 繞感測器。雖然凸緣F較佳爲可如所示向内及向外彎曲， 在特定具體實施例中，凸緣或帶亦可無此能力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ,ν—.r----------裝— (請先閱讀背面之注意事wmF'寫本頁) •線！ 意圖可部份基於使用感測器之特定環境選擇特定感測器 構造（而且特別是感測器中指示劑薄膜14,與參考薄膜ι4"之 特定位置）。値得注意地，指示劑分子（即，在指示劑薄膜 中）及對照指示劑分子（即，參考薄膜）應暴露於實質上相 同之環境（即，含被感測分析物之環境）。因此，感測器上 之薄膜位置部份地視使用方法而定。至於一些實例·· a)如 果感測器以其縱向軸垂直溶液而安置，其中試驗之屬性可 基於溶液内深度而改變（例如，在酒瓶内等），希望使用， 例如，圖16-17所示感測器構造之一，其中感光元件在類 似之軸向位置但是在感測器之相反側，使得薄膜14，與14，， 可以類似之垂直咼度配置；而b )例如，如果感測器以其軸 大致平行病人之皮膚而皮下使元，希望使用，例如，圖 1 4(A)或1 5(A)所示感測裔之一。其他之因素中，應了解薄 膜1 4與14 (及含此薄膜之口袋Η )之大小與位置亦部份視所

本紙丨丨關家標準（CNS)A4規格（21G X 297公复T A7五、發明說明（52 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印於 選擇輻射源之視野而定，例如，LED。 示另一個具體實施例，其類似圖⑺& 4 )，具體實施例，除了套筒S被可去除膜F取代。 所7Γ ^膝F包括指示劑薄膜Μ，與參考薄膜Μ”於其上。 同套间s，薄膜14，與14”較佳爲形成於口袋内，但是雖炊 較不，薄膜亦可形成於膜表面上。如上所述，膜?可由、 套：s〈相同型式之物質製造。膜f較佳爲經膜物質本 一 <膠黏性或黏著性，或經不會顯著地影響輻射（例如， 光）進出指示劑薄膜之透光之黏著劑（至於實例，如用於 a司製造之P〇ST-IT6紙張之黏著劑可塗佈於膜F與膠 異之間），可去除地連接在膠囊上。如所示，膜F大小 車:佳爲大到足以在其在膠囊3，，上之適當位置支撑指示劑薄 膜14與參考薄膜14’’。如所示，爲了去除膜F，應拉角落c 且膜F可以類似BAND_AID0黏著繃帶自人體皮膚去除 式去除。 上述各種其他具體實施例亦可修改以包括膜F而非套筒 S。此外，雖然顯示長方形膜構件F，膜可視手邊之狀泥 乂其他形狀與形式構成。此外，亦可使用多個膜F，例 如’包括用於參考與指示劑薄膜之分別膜。 因此，圖20(A)-20(B)所示之具體實施例及其各種替代可 具有許多類似以利用上述可去除套筒S之具體實施例可得 之ϋ處。 ' 圖22(A)-22(C)顯示本發明之另一個具體實施例，其中遮 蔽套筒S f形成在主體1 2附近。在此具體實施例中，構成 -55- ____________ 0家標準（cn：S)aj規烙（210 X 297公釐） "1 — --—丨！ I -裝 i I (請先閱讀背面之注意事*寫本頁) 訂· 線- 495608 B7 五、發明說明（53 套筒S ’以提供對外部光之遮蔽。伴隨如螢光葡萄糖感測器 之感測器之兩個問題涉及輻射源1 8發射以外之光。一個 光源來自周圍來源，如日光與人造光。足夠強度之光可能 飽和感測器，使之對於感測螢光爲無用的。此外，大部份 人造光源具有重要之A C (時間改變）組件；雖然可使用濾 光技術以衰退此噪音源，其仍可重大地降解得到之信號。 另一種散佈光源爲感測器外部之物質之螢光放射。此後者 問題特別困難，因爲生成之信號通常無法與指示劑螢光電 子過濾、。可使用圖22(A)-22(C)所示之具體實施例以排除這 些來自外部光干擾之影響。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一個較佳具體實施例中，套筒S，由含多個小孔Η自其 外表面延伸至薄膜14，與14”之實質上光學不透明，實質上 非反射性物質層形成。在一個例示具體實施例中，套筒s， 可以黑色鐵氟龍管線，例如，其熱收縮至主體丨2上而製 造。套筒s'亦可以任何適合之物質形成。孔H較佳爲以橫 斷，而且較佳爲實質上正交由輻射源至薄膜14，與14”之光 之各傳播RL方向之角度形成（例如，參見角^與θ2)。各 :二之t徑較佳爲夠小以實質上防止光直接由輻射源18; ’二則态’而且較佳馬足夠大以使分析物擴散或穿透至薄 =14’與14”。孔Η之數量較佳爲選擇以使分析物相對未限 Φ丨J擴散至薄膜中。因此，朱 >兄圖22(C)，雖然一些周圍并 A L可經孔Η進入感測器，兑虛二Γ丄ο >、 化 穿透 可大馬哀退周圍光通過之 圖22(D)顯示另一個替代且触每 似曰代具貫施例，其中在外坡璃膠 495608 A7 五、發明說明（54 ) 囊3”’(其他之具體實施例可使用外玻璃套筒）内使用内玻璃 膠囊3’’，兩個膠囊間有指示劑薄膜14，與參考薄膜μ"及雷 射機製孔h通過外膠囊以使分析物（例如，葡萄糖）移動: 指示劑薄膜14，中。基於此揭示，顯然地，包括其他之内 部組件（例如，類似圖16(八）_16(6)所示），因此，此種組件 不需參考圖22(D)進一步描述或顯示。 圖23(A)-23(C)顯示本發明之另一個具體實施例，其中使 用單一 LED 18激發指示劑薄膜14’之指示劑分子與參考薄 膜14”之對照指示劑分子。 … 彳 一般而言，LEDs(例如，LED晶片）藉由在基材物質l8_s 上生長半導體物質18-C之結晶層（例如，取向生長）而製 造。LED晶片可製成非常小…例如，半導體層之全部厚度 可小於約10 "m，或甚至小於約5 ，或甚至更薄。一般 而口，其上形成半導體層之基材實質上較厚…例如，大於 約50 "m，或甚至大於約1〇〇 ，或甚至更厚。 LEDs傳統上用以自相對安裝LED晶片之表面之led頂側 18-A發射光（例如，反射杯表面）。如圖23(D)所略示， 晶片1 8 —般置於反射杯丨8-RC内，其確定向上方向uDi 光傳送。如圖23(D)所示，一或更多個小電線18_w一般連 接至晶片1 8之表面18-A(例如，經金接點）。此外，基材 18-S—般爲實質上透明的，使得半導體物質傳送之光在基 材内内反射及反射離開反射器G_RC，防止經過1^〇 i8_b 底邵足傳送。事實上，在此技藝通常已考慮LED晶片僅用 於自L E D晶片之上表面1 $ _ a向外之光放射。 57- 本紙張义度邊丐山同國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱 ί ：---^----------裝--- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂. -1線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495608 A7 --------------- B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（55 ) 然而’本發明人已發現，LED晶片1 8可製造有效地自 LED晶片之頂側18-A與底側18-B發射光。在一個較佳具體 實施例中，如圖23(A)-23(C)所示，LED晶片1 8形成在實質 上透明基材上（適合之透明基材物質包括，例如，藍寶 石’碳化秒與其他適合之物質），其橫越電路板7 〇之上表 面而安裝（例如，如所示在座18-m上）（較佳爲，通常配置 LED之上與下表面18-A與18-B以使指示劑與參考通道之照 明最大及/或使感測器主體之内照明最大）。較佳爲，亦包 括罩3 4以抑制指示劑通道與參考通道間之串音。 以此方式，單一 LED可有效地用以照明指示劑薄膜14,與 參考薄膜1 4 ’’。圖24(B)爲得自已知LED在習知地安裝於不 透明平坦表面上時之照明場之描述性實行。〇度與1 8〇度之 角度與平坦LED晶片上表面平行，而9 0度爲垂直之。如所 示，照明實質上僅來自LED晶片之一側…即，來自頂侧 18-A。相對地，圖24(A)描述照明之一個實例，其可經 LED晶片1 8之上與下側18-A與18-B致動。在圖24(A)中， 圖之右側由0度至90度表示經LED之底側18-B傳送之光， 而圖之左側由0度至-90度表示經LED之頂側18-A傳送之 光。因此，如此實例所示，大量之光可實際上自Led之底 側1 8-B發射。在此描述性情形，更大量之光實際上自[ED 之底側1 8-B發射，例如，其乃由於電線，電接點（例如， 一般爲一或更多個金接點應用《LED晶片1 8之頂部），或 LED晶片頂側頂邵之其他物質所_造成。圖24(a)所示之測 量爲使用新罕布夏州North Sutton之Labsphere公司之 -58- 本紙張尺t :¾⑴中闷S家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 寫本頁) -裝 訂· .線！ 495608 A7 B7 五、發明說明（56) MODEL LED-11000 Gonometric分析儀得到。用於圖 24(A) 之LED爲日本東京Nichia化學工業有限公司之#NSHU550E0 LED。用於圖24(B)之LED爲得自北卡州Durham之Cree Research公司之 C470-90 LED。 在這些具體實施例中，其中光一般視爲照射led晶片之 頂側1 8-A與底測1 8-B而以單一 LED激發指示劑與對照指示 劑分子，較佳爲足量之光穿過LED之上與之下以充份地照 明兩個通道。較佳爲，自一側傳送之光量爲自另一側傳送 之光量之約6倍或更少，或更佳爲約4倍或更少，或更佳 爲約2倍或更少，而且在更佳具體實施例中爲大約相等。 然而，照射LED之上與之下之光量可視狀況而大爲改變。 圖25(A)-25(B)顯示依照另一個具體實施例之感測器1 〇， 其具有：a)感測器主體，其具有圍繞感測器主體周邊，含 指示劑薄膜1 4之機製週邊凹痕12C ; b )基材7 0，其具有在 輻射源1 8 (例如，LED )下之孔或窗70H ;及c )光學反射器 D，其具有延伸至感測器主體周邊之大致三角形橫切面。 此具體實施例類似圖14(A)-14(B)所示。電與其他組件（未 示）類似以上所述，因此，不需參考圖25(A)-25(B)進一步 敘述。 在圖25(A)-25(B)所示之具體實施例中，輻射源18經其頂 與底側18-A與18-B發射輻射，如上述之具體實施例。箭頭 所示之輻射L在感測器主體内瓦射，如上述之具體實施 例。如所示，經窗或孔7 0 Η發射之輻射以使用來自輻射源 之頂與底側之輻射用於檢測之方式。在感測器主體内反 -59- 闵’卜 0 0 家標準（CNS)A4 規恪（210 X 297 公：Ϊ ) 一---*----------裝--- • * * (請先閱讀背面之注意事寫本頁) . -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495608 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 一________卫7 —__ 五、發明說明（57 ) 射。如所示’感測器主體1 2較佳爲包括輻射反射器d，其 位置爲使得通常自輻射源垂直（即，高於頂側或低於底側） 發射之輻射爲了較佳之分布與内反射及/或爲了確定輻射 導引至指示劑薄膜外部區域，而橫向反射。雖然圖25(A)-25(B)所示之具體實施例包括指示劑與對照通道，熟悉此 技藝者基於此揭示應了解，在其他之具體實施例中可排除 對照通道及/或在適合之處，在此所述關於其他具體實施 例之任何其他修改亦可應用於圖25(A)_25(C)所示之具體實 施例。 圖2 6顯示感測器1 〇之另一個具體實施例，其具有實質 上光學透明電路基板70。實質上光學透明電路基板7〇使 輕射通過基材7 0。其利於激發輻射與放射輕射在感測器 主體1 2全邵之滲透，造成更多輻射被感光構件接收。結 果，可增加信號檢測區域（例如，藉由在感光元件之頂與 底側之信號捕獲）以實質上増強信號檢測。 較佳爲，輻射源1 8以輻射亦自輻射源底側發射之方式， t装在基材7 0上。因此，圖2 6所示之具體實施例通常類 似圖23(A)-23(C)所不，除了輻射自輻射源丨8之頂與底側 發射。或者，輻射應可僅自頂或底側之一傳送。輻射源較 佳爲包括光學地偶合至（例如，使用光學環氧基）光學基材 7 0之LED，以導引激發光至基材中。 光學透明基材70可*，例如，一藍寶石，石英，碳化碳， GaN或可以金屬化圖樣化之其他無機基材物質製造。其他 之有機聚合物亦可用以製造基材。可支援印刷或蝕刻電路 -60- 297^¾) 一；---Λ----------裝--- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂. •線-

^yJOKJQ A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（58 ) 製^之任何實質上透明物質可用於此應用。亦可使用基於 此私ϋ悉此技藝者爲明顯的之其他適合物質。在一個 υ 丁 ^非限制構造，基材7 G以石英製造。許多銷售者提 t ^英基材’因馬此基材在電信工業之其他無關之應用中 爲利的，如在南頻應用。例如，MIC Technologies 〇 (Aeroflex公司之一，丁 . urnpike St· North Andover，ΜΑ 01845)¼供石英基材製造作爲電路基板選項。實質上光學 ^明基材然後可以熟悉此技藝者已知之方法，使用標準混 ^路連接法（例如’導電性環氧基，焊料，線黏，非導 電性壤氧基等）連接零件。一旦連接所有之零件，例如， 全邵電路可浸於單體溶液’然後聚合物反應可使用，例 $ ’熱或輪射引發，使得可形成電路，其封裝，封閉，及 密封於導波聚合物（例如，ΡΜΜΑ)内（即，如上所述）。 上所述’圖2 6所tf之具體實施例較佳爲包括可檢測在 頂與底側導引之輻射之感光元件。_般而言，感光元件 僅可檢測在頂侧導引之輕射。在較佳構造中，感光元， 括光阻器。 ::器固定地以將感光化學物質置於電路内之簡單沈積 法製造。在光子接觸沈積物質之表面時，發生電阻之變化 :且電路因此如入射光強度之函數改變其電阻。—般而 έ，光阻物質沈積在如陶瓷之不透明基材上。其造成生 光阻裝置僅在-個方向爲敏[的’因爲光無法自底側 (即’相鄰基材之側）穿透不透明基材。 在光阻檢測器之常見應用中，此"單方向”構造爲適合 -61 - ·;---〆------------- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· 丨線丨 本纸張尺度適甲Φ Η ® 家標準（CNS)A4 規格（21〇 X 297 公ϊ )

五、發明說明（59 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發具體實施例：，激發與放射光 著之目標爲使來自激發丄具體貫施例中，兩個顯 ,^ ^ . Λ不〆原，在扣示劑薄膜入射之光量最 :目/=光广件捕獲之勞光信號光量最大。相對於這 二：路基板(如以陶资，聚酿亞胺，玻璃纖 m)、可阻止大量之光傳播至裝置全部，因此，可 感測K整體敏感度。另一方面，圖26描述之具體 = : = :足進此兩個目胃。藉由將檢測器物質沈積在 , 土材了作馬較大面積之捕獲導波器因 “ °則达’例如’頦外之螢光信號光至感光元件。此外， ::將輕射源’例如，LED，安裝在實質上透明基材上， 貝貝上自激發來源放射之所有輕射，例如，光，可更 :傳播至裝置全部…匕，更均勾地及以更高之電力效率 導引至指示劑薄膜。當然，圖26所示之具體實施例不限於感光檢測器，在適 合〈處亦可使用其他之感光元件，例如，如發光二極體， 電晶體，複合晶體管等。 在感光元件之兩側接收輻射時，高通濾光器34八與MB較 佳地k供在感光元件20]與2〇_2之上及之下，例如，以分 :發輻射與螢光放射輻射。如果需要，可使用高通濾光 器對感光元件調整光譜選擇性。高通濾光器可藉由，例 如，塗佈濾光環氧基，如得自公司者，及其他如 以上關於圖1所示具體實施例所述者，而安裝於感光元件 足兩側。 -62 (請先閱讀背面之注意事 裝--- 寫本頁) 訂· '•線- 本紙复適叫φ 同Η家標準（CNS)A4規格（210 X 29Τ^Γ 495608 A7 ___B7____— 五、發明說明（60 ) 除了使用濾光器34A與34B，感光元件可使用改造，例 如’凋整’而對特定波長敏感之物質製造。因此，可調整 感光元件以實質上感測，例如，螢光放射輻射而非來自輻 射源之激發輻射。關於此點，感光檢測器可化學地調整以 貫質上在特足波長爲敏感的，因而降低或排除分離濾光元 件之需要。適合之物質爲商業易得的。已知之裝置爲，例 如，Silonex Inc. δ (2150 Ward Ave，Montreal，Quebec，加 拿大’ H4M 1T7)所製造及銷售者，其中基於硫化鎘基料 (與其他）内不同之摻染物比例及混合比例週整及使尖峰波 長敏感度最適化。 雖然參考圖2 6之具體實施例而討論，在此所述，，可調整” 感光元件亦可有利地加入本發明之其他具體實施例所述之 任何具體實施例中。 圖2 6所示之具體實施例較佳爲如上述之具體實施例而操 作。爲了避免不必要之重複，關於此具體實施例並未顯示 及/或未敘述圖2 6所示之感測器元件，例如，電子組件 等。意圖在適合之處，熟悉此技藝者可以在此所述任何其 他具體實施例之相同方式修改圖2 6所示之具體實施例。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ^---···!---------裝--- (請先閱讀背面之注意事項 寫本頁) -線· 圖27(A)-27(C)顯示感測器1000之其他具體實施例，其具 有内邵加熱器。在描述之實例中，感測器1 000不需包括完 全嵌於導波器，膠囊等内部之電路基板。然而，意圖使此 具體實施例之加熱器可用於在此斤述之任何具體實施例， 或任何其他適合之感測器外殼。在描述之實例中，感測器 1 000具有片狀構造，其具有大致長方形組織，以引線1 1⑺ -63- 4十阀a家標準（CNS)A4規恪（210 X 297公釐） 495608

^5608 五、發明說明（62 ) 熱元件1400加熱，基材700較佳爲其上包括$彳 夕1U知敎轉移 至加熱元件之熱產生器710(例如，加熱電七 二’ n 平導體電 阻）。在描述但非限制具體實例中，使用4 a % 心用4個加熱電阻 71 〇。熱產生器710較佳爲位於相鄰（例如，垃$ 接觸或充份接 近）加熱元件1400以將熱轉移之。 例如，加熱元件1400用於以下兩個目的·】、 • 1 )保持信號與 參考薄膜14-1與14-2在實質上相同之熱平衡；及將广 膜14-1與14-2加熱至高於被測量濕氣之露點之溫度。在人 體呼吸監測之實例中，例如，此溫度値可稍高於^ 37。〇。 在一個例示構造，本發明藉熱電阻710與回饋熱阻體hi之 使用而使用約40 C之熱固定點。-在一個例示構造，熱電阻 7 10包括4個平行之390歐姆1/2W表示安裝電阻。在替代具 體實施例中，可使用其他數個熱產生器71〇及/或其他型式 之熱產生器710(如篩電阻，厚膜電阻，加熱帶等）。此 外，替代具體實施例可使用其他形式之溫度控制。値得注 意之溫度控制方法使用一或更多個熱阻體，熱電偶，RTD， 及/或其他用於溫度控制之固態溫度測量裝置。然而，較 佳之具體實施例關於較低之成本而使用熱阻體7 1夏。 將薄膜表面加熱之一個値得注意之優點爲感測器表面之 水份冷凝之防止。在形成冷凝層時，冷凝層可造成感測器 表面之光學散射及像差，其在使用，例如，以螢光輻度模 式爲主之測量時’實質上降低測量正確性。冷凝層亦降低 感測杰之氣態反應時間，因爲改變感測器表面之質量擴散 性質。應注意’藉由測量螢光色素之時間延遲或相性質可 -65- ;Γ---〆----------裝--- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· -·線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印 本紙艾豕準（CI\TS)A-1規格（21〇 X 997公打） A7

495608 A7 五、發明說明（64 ) 測器亦應具有同樣快速地補償吸氣與呼氣氣體中溫度與濕 度程度變化之能力。在較佳具體實施例中，已如所述經由 參考通道之使用而完成之。 〃本發明亦因其造成非侵人性地實行醫學診斷步驟，而且 無需目前此技藝用以進行類似測定之昂貴分析儀器，而爲 有利的。 ~ 在操作時，感測器画如上述二通道具體實施例而操 作。然而，在此具體實施例中，熱產生器7ι〇給予加散元 件剛熱量，其依序作爲散佈器以將熱量分布在感測器 及薄膜14-1與14-2内。 蓋1200較佳爲由絕緣物質形成―，例如，如塑膠等之彈 物。以此方式，蓋1200可幫助保存熱量及維持薄膜之 度。結果，加熱器不需辛苦地作業或消耗太多電力操作 在描述之具體實施例中，薄膜14]與14_2在如圖27(a)所 組合時’亦較佳爲置於孔⑽之上表面下之凹處，使得 膜不易接受外部因素或被損壞。蓋12〇〇可藉由，例如 射模塑或其他適合之方法製造。 :蓋丨200爲選用的而且可在一些情形排除。然而，蓋 幸乂佳H爲其可有利地提供加熱元件14GG2絕緣性質， 成較小之加熱元件及對應測與參考薄膜熱分布之改良均 性’特別是在含分析物介質中之快速熱變化及/或高流 之條件下。因A，蓋較佳爲安裝 — 在感測器上以幫助加孰 件14〇〇之性能及/或在薄膜表面導-引氣體。 如所示’感測器1000較佳爲使用兩個感光元件20-1與20-

I 内 性 訂 示 薄 注 線 造 勻 速 元 η] ψ F3 @ t (CNS)A4 ^ (210 -67- x 297i^i7 495608 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（65 ) 2。較佳爲，感光元件20-1檢測來自指示劑通道薄膜1心1之 氧信號螢光及感光元件20-2檢測來自參考通道薄膜^^之 信號。較佳爲，參考通道薄膜14-2實質上不對氧敏感，# 是對溫度爲如信號實質上通道薄膜14-1之相同程度之敏 感。因爲溫度與水蒸氣變化，其在裝置用於檢測人類或其 他動物之來回吸收（即，吸氣/呼氣）之情形爲値得注音之 特點。在此具體實施例中，指示劑與參考通道之溫度平衡 可經加熱元件1400維持。 在描述之貫例中’薄膜14 -1與14 - 2各較佳爲以實質卜等 厚之硼矽酸鹽玻璃基材製造。因此，較佳爲，薄膜14-1與 14-2具有類似之熱性質。感測氣·態或溶解氧或其他氣體之 較佳基質爲稱爲溶膠-氣體或ormosil之無機聚合物支撑基 質，其中固定或捕獲指示劑分子。這些物質與技術爲已知 的（例如，參見：McDonagh 等人之"Tailoring of Sol-Gel Films for Optical Sensing of Oxygen in Gas and Aqueous Phase"，Analytical Chemistry，第 7 0 卷，第 1 期，1998 年 i 月 1 日，第 45-50 頁；Lev.〇·之’’Organically Modified Sol-Gel Sensors’’，Analytical Chemistry，第 67 卷，第 1 期，1995 年 1 月 1 日；MacCraith等人之’’Development of a LED-based Fibre Optic Oxygen Sensor Using a Sol-Gel-Derived Coating，，， SPIE，第 2293 卷，第 110-120 頁（1994) ; Shahriad 等人之 "Ormosil Thin Films for Chemical Sensing Platforms1 丨， SPIE，第 31 05卷，第 50-51 頁（1997) ; Krihak等人之，’Fiber* Optic Oxygen Sensors Based on the Sol-Gel Coating Technique'1, -68- 本紙張&度:¾屮巾闷Η家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 寫本頁) i裝 訂： -丨線丨 495608 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（66 ) SPIE，第2836卷，第105_115頁（1996)，其全部揭示各在此 併入作為參考）。這些薄膜型式可藉此技藝已知之許多技 術應用於適合之基材，如浸，刷，擠，絲織，墊印，蒸氣 沈積，噴墨印刷等。在適合之處，這些薄膜型式亦可有利地 加入在此所述之本發明之任何其他具體實施例。 較佳為’各薄膜因此以塗覆薄膜凝膠基質塗層之玻璃 (例如，硼矽酸鹽玻璃）形成，其在各薄膜利用相同之基本 化學。較佳為’參考薄膜14_2進一步處理以阻止氧擴散。 在感測〇2之具體實施例之實例中，較佳之指示劑分子包 括，例如，叁（4,7-二苯基-U0_啡啉）釕（π)過氯酸鹽分 子’其討論於美國專利5,517,3 13之第1欄，第17行，此揭 示在此全部併入作為參考。意圖使薄膜可包括許多上述本 發明其他具體實施例中之其他物質。 I射源較佳為包括LED (例如，藍色），其安裝為使得光 輸出經區域R内之導波物質導波至指示劑與參考通道薄膜 丨4-1與14-2。在例示之具體實施例中，導波物質為Ep〇xy Technologies 3010，其具有良好之光學特徵，雖然亦可使 用其他適合之物質。較佳為，來自薄膜之螢光放射類似地 r波土安▲在基材700上之感光元件2〇-1與20-2。較佳為， 對各感光元件提供光學濾光器3 4。如上所述，在例示具體 實施例中，各光學濾光器3 4可包括圍繞感光元件之濾光 環氧基’如得自CVI Laser公司之濾光樹脂，例如，6〇〇 nm 阻斷。如以上所討論，可使用其—他適合之濾光器。光學濾 光器3 4較佳地分離來自薄膜之螢光放射與輻射源1 8 (例 -69- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂· -丨線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495608 Α7 ------- Β7 五、發明說明（67 ) 如’監色LED )之激發能量。基於以上應了解，最佳爲， 全部光學路徑（例如，區域R之導波物質及薄膜14-1與14-2 之間等）爲折射率相符使得發生最大光捕獲與最小内反射 損失。 圖27(A)與27(B).顯示激發來源正中地位於感光元件20-1與 20-2及^曰示劑與參考薄膜14_ι與ι4_2之間，激發來源1 8可 另订安置，只要對指示劑與參考薄膜14-1與14-2提供適合 之激發。 如同在此所述之其他具體實施例，意圖以許多方式修改 圖27(A)與27(B)所示之具體實施例。例如，加熱元件可提 供於未使用對照通道之具體實施例中。此外，如所示，内 加熱器可應用於許多感測器構造内，以降低感測器週邊之 冷凝，特別是在感測薄膜等。此外，其他之具體實施例可 包括其他已知之加熱方法。例如，加熱線圈，電線等可分 布於感測器内’較佳爲至少部份鄰近指示劑薄膜之位置。 如上所示’雖然已敘述本發明各種狀態之特定具體實施 例，熟悉此技藝者可完成這些具體實施例之許多修改與變 化。例如，上述各種具體實施例之狀態可應用或與上述其 “ to 3施例义換，其基於此揭示對熟悉此技藝者爲明顯 的：例如，可採用各種具體實施例以具有上述（或已知）之 何之或更多種指示劑分子，而且可改造以使用在此所 或已知）之任何對照參考。至於另一個實例，應 J卿热悉此技藝者可基於此揭示進行各種電子等之修改， 例扣，如各種組件可加入〗c晶片上，或可使用其他 i 1.Ι----I-----裝·-- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂： 丨線· -70- 495608 Λ7 _________ B7 五、發明說明（68 ) 之修改或技術同時維持本發明之一或更多種狀態。 此外’在感測器以外部裝置充電及/或連接之處，外部 裝置可視狀況而定以許多形式完成一例如，外部裝置可包 括：安裝於肘部之封閉物（例如，類似手錶），其可與鄰近 病人肘部移植之感測器結合；安裝於皮帶或安裝於褲子之 封閉物（例如，類似常見之，，呼叫器”），其可與鄰近病人臀 部或腰部移植之感測器結合；具有内部電子之毯（例如: 類似電毯），個人可躺在其上，其具有鄰近毯之移植裝 置，例如，以易於在病人睡覺時得到讀數；可接近或攜至 鄰近感測器而安置之任何結構及/或攜至鄰近感測器之結 構；或許多其他之結構與設計。 " 卜如上所述，泎多具體實施例之感測器可用於許多 應用㈣竟中一例如，在具有一或更多種可感測分析物之 任何锿境中。例如，各種具體實施例可用於各種介質内… 2包括氣體（例如，空氣及/或任何其他氣體），液體，固 ζ ’、組合等。此外’在此所述之各種具體實施例易於用 '咸二種應用及各種工業，例如，如：醫學工業(例如，在 心測洛插入，例如，病人或動物内部之 :…口感測器插入液體(例如：飲料，如酒精例 寺，及非酒精飲料；及各種其他之液體）； 爲二之處)；消費者產品工業(例如，在此感測力 工處），及上述及基於此握示爲明顯的之各種其他 節圍内4 了解’熟悉此技#者可在以下中請專利範圍之 "圍内70成許多應用，修改與變化。 71 - S)A4 規恪（210 X 297 公复了 VI — .-.----------1·! (請先閱讀背面之注意事13^1^寫本頁) 訂· 丨線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

本纸張 K

Claims (1)

1. 495608 第88114612號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年2月) A B c D 2 i'-·二 ΛΓ 六、申請專利範圍 1 . 一種以光學為主之感測器，以在介質中測定分析物之存 在或濃度，該感測器包含； 一個光學傳輸感測器主體，其用來做為光學波導，並 具有圍繞該感測器主體之外表面； 在該感測器主體之一個輻射源，其在該感測器主體内 發射輕射， 一個指示劑元件，其具有受分析物之存在或濃度影響 之光學特徵，該指示劑元件位於該感測器主體上以接 收來自該輻射源之輻射，而且其傳送輻射至該感測器 主體中； 一個感光元件，其位於該感測器主體中且安置以接收 感測器主體内之輻射，及其發射一信號，以回應自該 指示劑元件所接收之輕射；及 該感測器主體被配置成使得一些該感光元件接收之輻 射在撞擊該感光元件之前，在該感測器主體内部反 射。 2 .根據申請專利範圍第1項之感測器，其中感測器為自我 容納且具有含於該感測器主體内之電源，及包含一位於 該感測器主體内之傳送器。 3. 根據申請專利範圍第2項之感測器，其中至少一種該電源 與該傳送器包括一個感應器。 4. 根據申請專利範圍第3項之感測器，其中該傳送器包括一 個感應器，其產生可被位於該感測器主體外部之單一拾 取裝置檢測之電磁輻射，及該電源包括一個感應器且造

   本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8

   成琢赛射源因感測器暴露於該感測器主體外部產生之電 磁韓射場而發射輻射。 5 ·根據申請專利範圍第1項之感測器，其中該感測器内之 包路元全容納於該感測器内而無引線或電線延伸穿越該 感測器之該外部週邊表面。 6 ·根據申請專利範圍第1項之感測器，其中該輻射源及該 感光元件安裝在完全容納於該感測器主體内之電路基板 上。 •根據申請專利範圍第1項之感測器，其中該指示劑元件 包括鄰近感測器主體表面分布之指示劑分子。 8 ·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 容納於被感測之分析物可滲透之指示劑薄膜内。 9 ·報據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 包括螢光指示劑分子。 10·根據申請專利範圍第9項之感測器，其中該指示劑分子 具有榮光特徵’其為該指示劑分子暴露之分析物之濃度 <函數’該指示劑薄膜使來自該輻射源之輻射與該指示 劑分子交互作用。 11·根據申請專利範圍第10項之感測器，其中該感光元件感 測涊指不劑分子發射之螢光，而且設計以提供表示經檢 測疋螢光特徵及分析物之存在或濃度之反應信號。 12·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 之光學特徵如氧之濃度之函數而改變。 13·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子

   裝 玎

   包括光吸收指示劑分子。 14.根據申請專利範圍第1 3項之感測器，其中配置該感光元 件以檢測該輻射源發射且未被該指示劑分子吸收之輻 射並且设計以提供表示此檢測非吸收輻射之量及該分 析物又存在或濃度之反應信號。 15·根據申請專利範圍第1 3項之感測器，其進一步包括一個 滤光器’使該來源發射且在被該光吸收指示劑分子吸收 足波長 < 輕射撞擊該感光元件，而且其實質上防止該來 源發射且不在被該光吸收指示劑分子吸收之波長之輻射 撞擊該感光元件。 16·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 <光學特徵如葡萄糖之濃度之函數而改變。 17.根據申凊專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 包括具有貫質上在特定波長之等吸光點之指示劑分子， 而且其中參考通道檢測實質上在等吸光波長之光。 18·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 藉短暫激發與該輻射源發射之輻射交互作用。 19·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 藉表面等離子體激原共振型式激發與該輻射源發射之輻 射交互作用。 20·根據申请專利範圍第丨項之感測器，其中該感測器具有 長橢圓形，圓形，而使該感測器可配置於動物體内。 21·根據申請專利範圍第2 〇項之感測器，其中該感測器具有 500微米至〇·5英吋之總長，及3〇〇微米至〇3英吋之直 -3- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) Α4規格(210 X 297公爱) A8 B8 C8 D8 申請專利範i :請專利範圍第！項之感測器，其進一步包括在該 斋王體至少一部份附近之感測器/組織界面層。 申請專利範圍第22項之感測器，其中該組織/感測 面層阻礙纖維變性封包或絶組織之形成。 申叫專利範圍第2 2項之感測器，其中該組織/感測 面層包括一個次層，其促進其中之組織向内生 申睛專利範圍第2 4項之感測器，其中該組織向内 包含維管化。 申凊專利範圍第2 2項之感測器，其中該組織/感測 為'界面層包括一個分子篩次層，其實行分子量阻斷功 能。 27·根據申請專利範圍第2 2項之感測器，其中該指示劑元 件包括指示劑分子，而且該組織/感測器界面層選擇性 地渗透以使該分析物接觸該指示劑分子，同時防止細 胞或巨分子接觸該指示劑分子。 28·根據申請專利範圍第2 2項之感測器，其中該組織/感測 器界面層為生物相容性。 29·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該感測器主體 包括一種封包劑物質，其封包至少該感光元件與該指 不劑分子間之區域。 30·根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該感測器主體 包括一個膠囊殼。 4- 本紙張尺度通财ss家標準(CNS) Μ規格(21QX297公爱) 裝 訂 495608 A8 B8 C8 _______D8__ 六、申請專利範圍 31.根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 配置於塗覆在該感測器主體表面上之基質層内，該基 質層可滲透分析物且該基質層使輕射源發射之輕射進 入其中。 32·根據申請專利範圍第9項之感測器，其進一步包括一個 滤光器’其使該指示劑分子發射且進入該感測器主體 之螢光撞擊該感光元件，該濾光器實質上防止該來源 發射之輻射撞擊該感光元件。 33·根據申請專利範圍第1項之感測器，其進一步包括一個 反射增強層，其配置在該感測器主體之一部分表面上 以增強該來源發射之輻射在該感測器主體内之反射及/ 或該指示劑分子發射且進入該感測器主體之螢光。 34·根據申請專利範圍第1項之感測器，其中該輕射源包括 一個發光二極體。 35·根據申請專利範圍第1項之感測器，其中該輻射源包括 一個放射發光光源。 36.根據申請專利範圍第7項之感測器，其中該指示劑分子 包括第一與第二指示劑分子，其配置在該感測器主體 之表面上，該第一指示劑分子具有反應該第一指示劑 分子所暴露之第一分析物之濃度變化之光學特徵，及 該第二指示劑分子具有反應該第二指示劑分子所暴露 之第一分析物之漠度變化之光學特徵； 該輕射源包括一個發射與該第一指示劑分子依照其分 析物-反應光學特徵交互作用之輻射之來源，及一個發射 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規^^_297公釐） 六、申請專利範圍 與該第二指示劑分子依照其分析物-反應光學特徵交互作 用之輻射之來源，該輻射源嵌於該感測器主體内使得發 射之輻射因而通過該感測器主體内；及 該感光元件包括第一與第二感光元件，其嵌於該感測 器主體内，該第一感光元件提供表示該第一指示劑分子 及與其交互作用之輻射之交互作用程度，因此及表示該 第一分析物之存在或濃度之反應信號，及第二感光元件 提供表示該第二指示劑分子及與其交互作用之輻射乏交 互作用程度，因此及表示該第二分析物之存在或濃度之 反應信號。 37. 根據申請專利範圍第3 6項之感測器，其中反應該第一 分析物濃度變化之該第一指示劑分子之光學特徵與反 應該第二分析物濃度變化之該第二指示劑分子之光學 特徵相同。 38. 根據申請專利範圍第1項之感測器，其中該指示劑元件 包括一部份之該感測器主體，其在表面具有折射率， 使得受分析物之存在或濃度影響之光學特徵涉及離開 該感測器主體之輻射量如該折射率對含分析物介質之 折射率之比例之函數，因此如該分析物在該介質中之 濃度之函數而改變，至少一些離開該感測器主體之輻 射在離開該感測器主體之前，在該感測器主體内内反 射。 39. 根據申請專利範圍第1項之感測器，其進一步包括一個 參考感光元件，其位於該感測器主體且安置以接收實 -6- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 貝上不受分析物之存在或濃度影響之輻射，以提供參 考通道讀數。 4〇.根據申請專利範圍第3 9項之感測器，其中該指示劑感 光7°件包括指示劑分子，其配置在鄰近該感測器主體 週邊之指示劑薄膜内，含指示劑分子之該指示劑薄膜 受分析物之存在或濃度影響，並且安置以接收來自該 輕射源之輕射，及參考薄膜，其配置在鄰近該感測器 主體週邊’並且安置以接收來自該輻射源之輻射，該 參考薄膜實質上不受分析物之存在或濃度影響。 41.根據申請專利範圍第4 〇項之感測器，其中該指示劑薄 膜對被感測之分析物為可滲透的。 42·根據申請專利範圍第4 〇項之感測器，其中該參考薄膜 對該分析物為實質上不可滲透的。 43.根據申請專利範圍第4 〇項之感測器，其中該參考薄膜 貫驁上防止該分析物之穿透。 44·根據申請專利範圍第4 〇項之感測器，其中該參考薄膜 為可選擇性滲透。 45·根據申請專利範圍第4 〇項之感測器，其中該參考薄膜 對該分析物為可滲透的，但是包括對該分析物為實質 上非反應性之對照指示劑分子。 46·根據申凊專利範圍第4 〇項之感測器，其中該參考薄膜 含對照指示劑分子。 47·根據申請專利範圍第3 9項之感測器，其具有兩個LEd 作為輻射源。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 495608 ABCD 申請專利範圍 48.根據申請專利範圍第3 9項之感測器，其中該輻射源 單一 LED。 、、、、 49·根據申請專利範圍第4 〇項之感測器，其中該輻射源包 括一個LED，其安裝使得lED之頂側通常面向該指示劑 與參考薄膜之一，及LED之底側通常面向該指示劑與參 考薄膜之另一個，該LED經該LED之頂側與該底側發射 光以充份地照明該指示劑與參考薄膜。 50·根據申請專利範圍第4 9項之感測器，其中該輻射源與 該感光元件安裝在實質上透明基材上。 51·根據申請專利範圍第！項之感測器，其中該輻射源與該 感光元件安裝在實質上透明基材上。 52·根據申請專利範圍第！項之感測器，其中該輻射源包括 一個LED ’其安裝使得光自其頂與底側發射。 53·根據申請專利範圍第52項之感測器，其進一步包括一 個光學反射器，其具有在感測器主體周圍附近延伸之 大致三角形橫切面且安置以檢測自該led發射之光。 54·根據申請專利範圍第5 2項之感測器，其中該lEd安装 於私路板上’其具有自LED底側發射之輻射通過之孔或 窗。 55·根據申請專利範圍第！項之感測器，其中該感光元件與 該輻射源安裝在實質上光學透明基材上。 56·根據申請專利範圍第5 5項之感測器，其中該感光元件 檢測衝擊其頂與底側之輻射，衝擊該底側之輻射通過 該實質上光學透明基材。 本纸張尺度適财S @家標準(CNS) A4規格(210^^7

   申请專利範圍 7·根據:申π專利範圍第3 9項之感測器，其中該感光元 件泛參考感光元件，及該輻射源安裝在實質上光學 透明基材上。 58·根據申·明專利範圍第5 7項之感測器，其中該感光元件 檢測衝擊其頂與底側之輻射，衝擊該底側之輻射通過 該實質上光學透明基材。 59.根據申請專利範圍第1項之感測器，其進一步包括位於 琢感測器主體内部之加熱器，該加熱器設計為限制該 感測器週邊上之冷凝。 6〇·根據申請專利範圍第4 0項之感測器，其中該薄膜至少 之一以溶膠或ormosil無機聚合物支撐基質製造。 61. —種以光學為主之感測器，以在介質中測定分析物之存 在或濃度，該介質具有第一折射率，其如該分析物在該 介負中之;農度之函數而改變，該感測器包含： 一個作為光學導波器之光學傳送感測器主體，該感測 器主體具有第二折射率與表面； 一個發射輻射之輻射源，該輻射源嵌於該感測器主體 内，使得該輻射源發射之輻射通過該感測器主體内；及 一個反應該輻射源發射之輻射之感光元件，該感光元 件嵌於該感測器主體内； 其中該輻射源發射之輻射量離開該感測器主體，離開 該感測器主體之輻射量如該第/與第二折射率之比例 之函數，因此及如該分析物在該介質中之濃度之函數 而改變，至少一些離開該感測器主體之輻射在離開該 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公董)

   495608 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 感測器主體之前，在該感測器主體内内反射；及 其中未離開該感測器主體之輻射被該感光元件檢測， 至少一些被該感光元件檢測之未離開輻射在撞擊該感 光元件之前，在該感測器主體内内反射。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）