CN110741248A - 基于芯片的多通道电化学转换器及其使用方法 - Google Patents

基于芯片的多通道电化学转换器及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110741248A
CN110741248A CN201880038463.3A CN201880038463A CN110741248A CN 110741248 A CN110741248 A CN 110741248A CN 201880038463 A CN201880038463 A CN 201880038463A CN 110741248 A CN110741248 A CN 110741248A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrodes
converter
electrode
electronic circuits
electrochemical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880038463.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110741248B (zh
Inventor
彼得·斯特兹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bi DeSitezi
Original Assignee
Bi DeSitezi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bi DeSitezi filed Critical Bi DeSitezi
Publication of CN110741248A publication Critical patent/CN110741248A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110741248B publication Critical patent/CN110741248B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

实施例涉及一种单片装置，其包括一个或多个电化学响应电极，该电极被配置成产生与流体样品的特征有关的信号；和用于处理由该至少一个电极产生的信号的一个或多个电子电路。可选地，该单片装置包括被配置成实现恒电位和/或恒电流测量技术的多个电极。可选地，该多个电极中的至少两个具有不同的电化学材料层，以获得相应不同的电极功能化。

Description

基于芯片的多通道电化学转换器及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月11日提交的题为“基于芯片的多通道转换器和分析***”的美国临时专利申请No.62/517，968的优先权，并且其全部内容通过引用明确地结合于此。
技术领域
本公开涉及同时测量流体样品中的多种化学目标分析物(诸如离子、原子和/或分子)的浓度。
背景技术
流体或潮湿材料的化学分析是普遍的问题，对此存在大量的研究技术。电化学方法特别简单且易于使用。电化学技术包括一类分析化学方法，其通过测量其中有存在于流体样品中的分析物的电化学电池中的电势和/或电流来测量化学分析物的浓度，实际上，电化学的两个主要类别是电位分析法和电流测定法(也称为安培法或伏安分析法)。
电位分析法通过所谓的恒电位计来实现，其测量双电极电化学电池中的工作电极(WE)和参考电极(RE)之间的电压差。电位分析法用于测量流体样品中离子(带电原子或分子)的浓度。
电流测定法通过所谓的恒电流计来实现，其在三电极电化学电池中测量对电极与工作电极之间的电流，同时控制参考电极与工作电极之间的电势。电流测定法用于通过将分析物从一种氧化态转变为另一种氧化态来测量液体样品中不带电荷的分析物的浓度。通过测量在该氧化还原反应中转移的电子数，可以确定样品中分析物的浓度。
以下列出了可以被认为与当前公开的主题有关的参考文献：
L.I.Baichen的国际专利申请WO2016/070083，“多通道恒电位计分析器***和方法”公开了(摘要)：
“本公开概述了一种具有多通道恒电位计电路和用于控制该多通道恒电位计电路的微控制器的装置。该多通道恒电位计电路包括对电极，参考电极以及在对电极和参考电极之间的第一开关。该多通道恒电位计电路还包括耦联至相应第二开关的多个测量电路，该微控制器可以配置为向多通道恒电位计电路提供第一信号以控制第一开关，其中，所述第一开关的状态改变所述多通道恒电位计电路的操作模式。所述微控制器还被配置为向所述多通道恒电位计电路提供第二信号，以控制所述第二开关中的至少一个以耦联所述多个测量电路中的至少一个到工作电极。”
Marshall的标题为“电化学传感器***及传感方法”的欧洲专利申请EP2980577公开了(摘要)：
“公开了一种用于评估液体介质中目标物质的传感器***。该传感器***包括一个传感器元件，该传感器元件被***要测试的液体介质样品。该传感器元件具有三个或更多电极，并从恒电位计接收预定电势。该电势被确定为与目标物种的液体介质中的电化学反应特性相关的电势，该传感器***还包括一个输出，用于显示与流过液体介质的电流相对应并表示目标物种的浓度的数据，以及由发生的电化学反应产生的数据。”
Ritter等人的标题为“离子敏感膜电极”的欧洲专利申请US4670127公开了(摘要)：
“为了生产对其他阴离子和亲脂性离子或干扰物质具有高选择性的灵敏膜电极，该膜基于未增塑的聚合物基质，其电活性成分的含量在50％至90％重量之间。”
Maalouf等在“通过电化学阻抗谱仪进行无标签细菌检测：与表面等离振子共振的比较”中披露了该方法。Anal.Chem.2007，79，4879-4886：(结论)：
“本研究表明，生物素硫醇和羟基硫醇的混合SAM成功沉积在金电极上，从而能够通过强大的生物素-中性亲和素相互作用将生物素化的抗E抗体大肠杆菌固定下来。”
在此对以上参考文献的确认不应被推断为意味着这些参考文献以任何方式与当前公开的主题的可专利性有关。
此外，以上描述是作为本领域中的相关技术的一般概述而呈现的，并且不应解释为承认其包含的任何信息构成针对本专利申请的现有技术。
附图说明
附图通常以示例的方式而不是以限制的方式示出了本文档中讨论的各种实施例。
为了图示的简单和清楚起见，附图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大。此外，附图标记可以在附图之间重复，以指示对应或类似的元件。对在先出现的元件的引用意味着不必进一步引用出现它们的附图或描述。附图中所示的元件的数量绝不应被解释为限制性的，并且仅用于说明性目的。这些附图在下面列出。
图1A是根据一些实施例的用于基于恒电位计的电化学分析的电化学电池的示意图；
图1B是根据一些实施例的适合于进行基于恒电位计的电化学分析的电子电路的示意图；
图2A是根据一些实施例的适用于基于恒电流计的电化学分析的基于三电极的电化学电池的示意图；
图2B是根据背景技术的适于进行基于恒电流计的电化学分析的电子电路图的示意图；
图3是根据一些实施例的单芯片多通道转换器的示意性三维(3D)视图实例；
图4是根据一些实施例的单芯片多通道恒电位计的示意性俯视图；
图5是根据一些其他实施例的单芯片多通道恒电位计的示意性俯视图；
图6是根据一些实施例的单芯片多通道恒流计的示意性俯视图；
图7是根据一些实施例的单芯片多通道恒流计的替代实施例的示意性俯视图；
图8是根据一些实施例的单芯片多通道转换器的示意性截面图；
图9是根据一些实施例的单芯片多通道转换器的示意性3D视图实例；
图10是根据一些实施例的单芯片多通道转换器的示意性截面图；
图11是根据一些实施例的多通道转换器和分析***的示意图；和
图12是根据一些实施例的用于制造单芯片多通道转换器的方法的流程图。
具体实施方式
所披露的实施例的某些方面涉及使用基于芯片(例如，单芯片)的多通道电化学转换器同时测量与流体溶液有关的性质(也包括：特征)，包括例如流体样品的离子(例如，用于pH测量)、原子(例如，重金属原子)和/或分子(例如，未荷电分子)的一个或多个化学目标分析物的浓度水平，及其使用方法。分析物(还包括：目标分析物)可包括例如以下各项之一：氢离子(定义pH)；葡萄糖；乳酸盐；镁；钙；氯化钾；氯化物；氯化钠；钠；磷酸盐；铅；钾；皮质醇；钙；任何氨基酸；尿酸；乙醇；肌酐；过氧化氢；细胞因子和/或激素。
本文所用的术语“性质”可以指被监测的流体样品所具有的固有性质和非本征性质。例如，分析物的浓度水平可以被认为是一种非本征性质，因为这种性质可能取决于多种环境因素，而一种元素的原子量可以被认为是该元素的内在性质。
术语“流体”可以指能流动的任何物质，如液体、气体和/或空气。
基于芯片的多通道转换器在本文中可以被认为是包含一个或多个电化学响应电极的多通道集成电路或基于IC的电化学(MTIC)转换器。在此，MTIC转换器的多个电极可称为“电极装置”。
在一个实施例中，单片芯片结构(也称为：单片装置)包括一个或多个MTIC转换器。换言之，将一个或多个MTIC转换器制作在单个晶圆上。在一个实施例中，所述单片芯片结构包括半导体材料。
在一些实施例中，所述单片装置包括用于实现MTIC转换器的至少一个电极和至少一个电子电路。可选地，该电极是电子电路的一部分。在一个实施例中，至少一个电极被构造成电化学响应的。这种电极具有电化学传感能力，当与流体样品接触时，可以产生与流体样品的一个或多个特征有关的电子信号。例如，所述MTIC转换器可包括用于实施例如电位分析法和/或电流测定法测量的多个电极。
包括至少一个电化学响应的电极的同样的单片装置可以进一步包括用于处理电极端子所产生的信号的电子电路。例如，该电子电路可以是例如A/D和/或信号放大电路。
MTIC转换器的电极可以包括电化学响应端子和从该电极的传感端子延伸至该单片装置的电子电路的导电连接线。可选地，所述单片装置可以包括电极的感测端子。在电极的传感端子处和/或由其产生的信号通过所述导电连接线传输至MTIC转换器的信号处理电路。
虽然导电连接线可以认为是由单片装置包含的电子电路的一部分，但是仅仅为了清楚起见，并且以不限定的方式解释，本文的讨论可以区分电极的导电连接线和电子电路。
因此，上述的单片装置可以包含(即：包括或嵌入)至少一个电化学响应电极，该电化学响应电极包括电极端子，该电极端子通过嵌入在该单片装置中的导电连接线(例如导电迹线)，与上述单片装置的电子信号处理电路可操作地连接，用来实现MTIC转换器。可选地，可以认为电极的导电连接线包括电极端子。
在一些实施例中，可以配置MTIC转换器，以实现至少两种不同的转换模式(即：形式)。
MTIC转换器的电子信号处理电路是可操作的，以进行信号的模拟、数字处理和/或预处理。因此，电化学传感及相关处理可由与电极端子位于“同一位置”的部件执行，即，不远离端子，从而使电极端子与电子电路通信耦联的导电连接线的长度，例如，不超过100微米。产生信号的电极端子与接收由该端子产生的信号的电子电路之间较短的距离甚至可以消除偶然的杂散信号拾取和/或泄漏电流的产生。
在某些实施例中，MTIC转换器可以配置成输出有关流体性质的模拟和/或数字信号。可选地，由MTIC转换器提供的与流体性质有关的信号输出仅仅是数字信号类型。
由于传输模拟电极信号的导电连接线长度较短，和/或由于MTIC转换器基于模拟信号提供数字输出信号，该MTIC转换器输出的信号，例如，对偶然的电干扰(例如，由50/100或60/120Hz的市电产生的电干扰；附近WiFi发射器或RF电子产生的高频干扰，和/或类似干扰)具有较强的鲁棒性。
此外，通过采用模拟电极信号的芯片上A/D转换，上述的数字输出线可以，例如，利用信号多路复用技术，传输多个模拟电极信号输出有关的信息。
在一些实施例中，包含MTIC转换器的单片装置可以另外包括分析模块，该分析模块是可操作的，以分析由电化学响应电极的导电连接线传输的输出信号。因此，根据一些实施例，上述的单片装置可包括多通道电化学分析***，该多通道电化学分析***包括MTIC转换器和分析模块。可选地，分析模块可以位于MTIC转换器的外部。
尽管本文公开的实施例涉及“多通道”实施方式，但不能对其作限制性解释。在一些实施例中，该MTIC转换器可以配置成仅实现与分析物相关的信号输出的单个通道。
可选地，采用和/或包含MTIC转换器的单芯片可以采用多种半导体制造方法制造，其可以包括，例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术。在一些实施例中，单芯片可以被配置为实现模数(A/D)信号技术。可选地，与流体性质测量有关的模拟信号可以被转换为数字信号，然后通过MTIC转换器的附加电路放大。
尽管本文中讨论的示例涉及恒电位计和/或恒电流计实施，但这一点不得以限制性方式进行解释。MTIC转换器可以例如采用基于电化学发光、光电化学、磁电化学和/或光敏技术的分析通道。
MTIC传感器的实施例可采用其他类型的传感器，例如光电传感器、光谱仪(多光谱传感器)、热传感器、磁力仪(霍尔传感器)、电导传感器、电容传感器、加速度计和/或声学传感器(麦克风)。
任何上述传感器类型可与适当的化学传导原理相结合。作为一个例子，一种多光谱(亦：电阻抗光谱法或EIS实施)传感器可以涂覆一种指示化合物，其经受的颜色随分析物浓度变化而变化。通过这种方式，同一个通道可以同时提供不同的输出模态。不同的输出模态，无论是在同一通道上还是在不同通道上实现，可通过MTIC转换器获得与相同流体溶液性质(例如，同一分析物的浓度)有关的数据、获得与不同的流体溶液性质(例如，第一输出模态可用于确定第一分析物的浓度，第二输出模态可用于确定第二分析物的浓度)有关的数据来实现，和/或至少可以采用两种不同的输出方式，例如，一种用于定量分析，一种用于定性分析。
因此，在某些实施例中，可将MTIC转换器配置为包括多通道和多模式，以实现，例如，通过互补分析方法验证测量结果的目的和/或执行数据融合。
在一些实施例中，可以使用同一分析通道，通过将MTIC转换器的电极装置的电极依次承受至少两个不同的电压和/或电压差，来测量两种或更多种分析物的浓度。例如，如以上在本文中简要提及的，可以采用电阻抗光谱法(EIS)。在EIS中，电刺激的频率可能随时间而改变，并且观察到转换器响应随频率变化。用这种方法，可以测量一种分析物的浓度，也可以区分同一样品中几种分析物的浓度水平。
可选地，EIS可以采用对偏置电压的频率变化作出响应的电化学电池的阻抗进行测量。例如，该频率可以在100mHz到100kHz范围内。观察到的频率相关阻抗曲线的特性于是可用来提取关于分析物浓度的信息，也可以是关于同一样品中多个分析物的存在的信息。因此，EIS利用频率相关的电压和电流测量值。
需要说明的是，术语“生产”、“制造”、“制作”以及这些术语的语法变化在本文中可交替使用。
在一些实施例中，与已知的电化学分析***相比，MTIC转换器包括相对减少数量的输出连接。可以使用同一输出连接读出MTIC转换器的不同分析通道提供的输出数据。
可选地，由MTIC转换器的输出连接提供的输出可相对地免受来自环境、电磁耦联和/或泄漏电流产生的潜在不希望的信号拾取的影响。可选地，输出连接可以只提供以数字方式编码数据的信号。
在一些实施例中，外部连接的数量可以与MTIC转换器的分析通道的数量无关。例如，可采用时分或其他多路复用技术来读出由外部连接输出的信号。
在一些实施例中，包含MTIC转换器的多通道电化学转换器和分析(MTA)***可以包括非易失性存储器。通过这种方式，MTA***可以存储描述其制造过程、在每个工作电极上的增敏涂层或其制造材料、校准过程，以及用MTIC转换器所进行的测量的历史的信息的数据。可用于增敏涂层应用的材料可包括，例如聚氯乙烯(PVC)、甲基三辛基氯化铵、甲基三十二烷基氯化铵和/或类似物。在一些实施例中，MTIC转换器可以具有平面配置。可选地，MTIC转换器的分析通道可以相对于彼此处于平面配置。这种平面配置可以，例如，允许MTA***与微流体载体***比较容易且具有成本效益的可操作的耦联。可选地，MTIC转换器可以例如比较容易地与各种设备可操作地集成，各种设备例如包括一次性测量盒、测量模块和/或可穿戴的贴片。可选地，一种装置可以包括多个MTIC转换器。MTA***的部件可以通过采用例如CMOS制造技术来制造。
在一些实施例中，所述MTIC转换器包括电化学池，所述电化学池可以表现出例如高达1GOhm的较高的内电阻，同时确保较低的干扰敏感性。
MTIC转换器配置的实施例可使该转换器不易受到泄漏电流的影响。可选地，MTIC转换器配置的实施例满足与电磁兼容性相关的规定要求。可选地，尽管恒电位测量中的电势差可以必须以低于毫伏(sub-mV)的精度测量，并且尽管恒电流计中的电流可以必须以低于纳安(sub-nA)的精度测量，但用于MTIC转换器的电连接线的基底可以具有较低的介电电阻，并且可以降低保护电极的电屏蔽要求。最后，该MTIC转换器可以包括缓冲放大器，该缓冲放大器具有减小的输入阻抗范围，例如，从10MOhm到100GOhm。
在一些实施例中，可在芯片的基底上提供由导电材料制成的多个电极端子。这些电极端子可作为参考电极、对电极和工作电极。为了使这些电极端子具有电化学分析***在灵敏度、选择性和/或稳定性方面所需的特性，不同的电极端子可以涂覆和/或包含合适的材料。
举例来说，假设该对电极不允许提供化学目标分析物的电化学反应，例如，电化学电池的对电极端子可以例如由化学惰性材料制成，例如铂、金或石墨。
参考电极可用作测量电路中的稳定节点，呈现出公知的不变的电势。为了进行正确的电化学测量，通过参考电极的电流必须保持尽可能接近为零。
在一些实施例中，电极端子通过信号线与形成在芯片中和/或芯片上的模拟电子电路可操作地连接，以实现例如多通道恒电位计和/或恒电流计所需的电子功能。
可选地，输入到模拟电子电路中的模拟信号在嵌入式微处理器内核的控制下被转换为数字信号。该微处理器内核可以访问芯片上存储器(例如可编程只读存储器或PROM)和随机存取存储器或RAM)。芯片上存储器是可运行的，以存储描述例如芯片的制造说明和数据日志历史的数据。微处理器可执行存储在存储器中的指令，从而产生通信驱动器应用程序，该程序可操作地执行协议，用于，例如，向互联网(Internet)、内部网(Intranet)、广域网(WAN)、采用例如无线局域网(WLAN)的局域网(LAN)、城域网(MAN)、个人局域网(PAN)、外联网(extranet)、2G、3G、3.5G、4G(包括例如先进的移动WIMAX或长期演进(LTE)、5G、
Figure BDA0002310769160000071
(如蓝牙智能)、ZigBeeTM、近场通信(NFC)和/或任何其他当前或将来的通信网络、标准和/或***传输数据。
在一些实施例中，对模拟电子电路输出的模拟信号的处理可以“芯片外”实现，即由芯片外部的处理器和存储器来实现。在一个示例执行过程中，每个(缓冲的)输出模拟信号可提供给芯片外电子设备，以便用于读取模拟信号的信号线的数量与分析物通道的数量相对应。在模拟信号“芯片外”处理的另一实例执行过程中，实现MTIC转换器的集成电路可包括通道选择电路(未图示)。该模拟通道选择电路允许通过同一输出线选择性地输出由多个分析通道提供的模拟信号，用于进一步对读出的模拟信号进行芯片外处理。
实施例的各个方面还涉及一种使用MTIC转换器和/或MTA***来测量与流体样品的目标分析物有关的参数值的方法。这样的方法可包括可操作地与感测部位(例如脊椎动物皮肤，诸如人类皮肤)接合，以及处理由一个或多个MTIC转换器产生的信号，以确定与流经感测部位的流体样品的一个或多个目标分析物有关的参数值。例如可采用MTIC转换器与用户可操作地结合以确定可能由用户排出(如***或分泌)的体液的一种或多种目标分析物的相关参数值(例如，用于确定流体样品的特性或其变化特性)。体液可能包括例如汗液、唾液和/或眼泪。例如，MTIC转换器可以与使用者的皮肤(如表皮)相接触(例如，直接，或例如，经由液体通道间接地)，以测量使用者排出的体液中的一种或多种目标分析物的浓度。使所述MTIC转换器与使用者可操作地接合可包括所述MTIC转换器的电极端子与使用者的器官组织(例如皮肤)可操作地接合，以便所述电极端子可与使用者的器官组织排出的体液接触。
通过测量例如一种或多种目标分析物的浓度来确定液体的特性，即使在任何体征出现之前，也可获得能够诊断出使用者的疾病、健康状况、毒素、性能和其他生理属性(如肌肉疲劳的乳酸电化学传感)的信息。例如，可以测量出汗的动作以及用户皮肤上、皮肤附近和/或皮肤下面的其他参数、属性、溶质和/或特征，以进一步显示生理信息。仅举几例，MTIC转换器及相关***和方法可被应用于慢性病前期检测和/或后续医疗护理。
在某些实施例中，MTIC转换器可以是诸如医疗植入物的医疗设备的部件。可选地，所述MTIC转换器可被植入到使用者的体内。
使用者可以是患者、医学专业人员、从事体育活动的人员、在危险环境中工作的人员、交通参与者(如驾驶员、行人)、从事执法工作或其他心理紧张和/或身体剧烈活动的人员、和/或在任何姿势(如坐和站等)中长时间保持静止姿势工作的人员，和/或类似人员。
所公开的MTIC转换器的实施例可以实现例如图1A和图1B的恒电位计。图1A示意性地示出了用于进行电位测量的双电极电化学池105；图1B示意性地示出了用于进行电位测量的电子电路图。参考电极(亦：RE)101和工作电极(亦：WE)102可以浸入与分析物(特定类型的离子)有关的流体样品中。通过用合适的离子敏感材料(ISM)103涂覆电极或通过将电极制造为包括合适的离子敏感材料(ISM)103，可以使工作电极102对分析物离子选择性地敏感。
参考电极101可以通过偏置电路104偏置至参考电位VR，电化学电池105中的电压或其变化可以通过缓冲放大器106测量，从而得到Vout。参考电极101和工作电极102之间的电压可以是分析物离子浓度的单调函数。任选地，电压的变化可以与分析物离子浓度的对数成正比。这个函数可以用所谓的“能斯脱方程(Nernst equation)”来表示。
图2A示出用于进行检流计测量的三电极电化学池的符号表示。参考电极211、工作电极212和对电极(CE)213可浸没在有关分析物的流体样品中。通过适当选择电极材料和/或用涂层覆盖电极，使工作电极212对分析物选择性地敏感，以便工作电极212发生期望的氧化还原反应。用于进行电流测量的电子电路在图2B示意性地示出。参考电极211用偏置电路214被偏置到参考电位VR，以由于电化学电池215中的氧化还原反应而产生从对电极213流向工作电极212的电流I1。响应于参考电极211偏置到参考电位VR而产生的电流I1可以通过测量经过缓冲放大器216的电阻R两端的电压，从而得到Vout。以这种方式，所关注的电流I2可以用公式I2＝Vout/R表示。这个关注的电流是氧化还原反应中消耗的分析物浓度的单调函数。可选择地，所关注的电流I2是分析物浓度的线性函数。
参见图3，其示意性地示出了单芯片多通道电化学分析(又称MTIC)转换器300的示意性三维(3D)视图。MTIC转换器300可包括例如恒电位计和/或恒电流计的电极装置，其可在MTIC转换器300的基底表面上实现。可提供所述电极装置。包含MTIC转换器300的芯片还可以包括模拟和数字信号处理电子器件，该电子器件与实现例如恒电位计和/或恒电流计的电极装置可操作地连接。可选地，信号处理电子器件可以形成在MTIC转换器300的基底的主体内和/或其上，并配置成输出例如描述例如一个或多个化学目标分析物的电化学性质的值的编码数据的信号。在一些例子中，该信号处理电子器件可以与(半导体)基底的主体整体形成。
使MTIC转换器300的电极对期望的分析物目标具有灵敏度和选择性。例如，如图1B和图2B所示，该电极的导电材料可以连接到一个或多个电子电路的输入端，分别实现恒电位计和/或恒电流计。电极端子到一个或多个相应的电子电路(图1B和2B中未示出)的输入之间的导电连接线的长度可小于几微米。例如，电化学电池与其可操作地关联的(如模拟)信号处理电子器件之间的距离可以在0.1微米至10mm的范围内。从几厘米减小到例如100微米或更小的距离，减少或甚至可能消除杂散信号拾取和/或泄漏电流的产生。
进一步参照图4。在一些实施例中，MTIC转换器400包括参考电极421，该参考电极可以是MTIC转换器400的所有工作电极422所共有的。包括参考电极421和工作电极422的电极阵列可以被屏蔽电极423静电屏蔽。屏蔽电极423可保持恒定电位，以使参考电极421和工作电极422的测量条件稳定(也就是：基本稳定)且与MTIC转换器400附近的电压或电流源无关。
可选地，参考电极421可由工作电极422包围。参考电极421和工作电极422的端子可以用合适的材料涂覆或包含合适的离子敏感材料。可选地，屏蔽电极423可以围绕或包围参考电极和工作电极422，并进一步配置为电屏蔽该参考电极和工作电极。
另请参考图5。根据一些实施例，MTIC转换器500包括参考电极531，该参考电极可选择部分或全部环绕工作电极532(反之亦然)。
这样，就可以在不需要额外加屏蔽电极的情况下，建立起相对稳定的静电测量条件。如果分析物浓度测量的误差范围为例如小于等于10％、小于或等于5％、小于或等于1％，可认为条件是“稳定的”。例如，在恒电位计应用中，误差边际也可以替代地用绝对值表示，并且要求小于例如3mV或小于1mV。
参考电极531可作为大面积导电材料实施，并在其内部提供多个工作电极532。参考电极531和工作电极532均可涂覆或包含合适的离子敏感材料。
进一步参考图6。在一些实施例中MTIC转换器600包括多个恒电流计通道。每个恒电流计通道可由工作电极641实现，该工作电极可以选择性地被参考电极642包围。公共对电极643可以选择性地包围由该电极阵列形成的多个恒电流计通道，以便可以创建比较稳定的静电测量条件。工作电极641可以涂覆或包含适当的化学材料，以潜在地影响目标分析物中所需的氧化还原反应。
在一些实施例中，MTIC转换器的多个工作电极中的至少两个(例如，多个工作电极641中的至少两个)可以涂覆或包含不同的材料(例如金、银或铂)。
另外参考图7。MTIC转换器700包括多个恒电流计通道。每个恒电流计通道可通过工作电极751、参考电极752和对电极753的布置来实现
可选地，工作电极751可以被参考电极752环绕，而参考电极752可以可选地被对电极753环绕。工作电极751可涂覆适当的化学涂层，其能够影响氧化还原反应。
]本文所例示的MTIC转换器的上述恒电位计和恒电流计通道的任何通道可以在化学和电气上彼此独立，即，每个通道可以配置成提供与不同分析物相关的输出，这可以在单个芯片上实现恒电位计和恒电流计通道的任何数量和任意组合。
另外参考图8和图9。如上所述，通过采用连接在测量电极的一个或多个端子与电子信号处理电路的输入端之间的比较短距离的信号线，由该信号线传输的电子信号可以较少地受到外部影响的干扰，并且可以改善信号质量。例如，可以提高信噪比(SN)。
图8示出实现MTIC转换器800的芯片，其包括具有上、下表面的基底861。可以采用包括例如CMOS技术在内的多种制造技术在基底861的上表面提供含有导电材料的各种电极结构。
由于这些芯片的后处理可能发生在环境大气中，因此希望这些电极材料在环境条件下不形成隔离氧化物层(所谓的天然氧化物)。因此，电极可以由诸如金、钨、钒等惰性金属或由诸如氮化钛等高导电非氧化半导体制成。
可以使用沉积在电极862上的合适的电化学响应材料层863，通过单独的功能化来对不同的电极进行(后-)处理。电极862与MTIC转换器800的一个或多个电子信号处理电路864的高阻输入端电耦联，以产生所需的电子信号，该信号是相应分析物浓度的函数。
根据一些实施例，电极可以进行处理以包括化学敏化层，以便具有相应层的每个电极由于在环境条件中受到相应的变化而响应地输出不同的电参数值。这种环境条件可以涉及例如局部磁场、不同光谱范围的照明(即入射到电极上的光的各种“颜色”)、温度、热通量、湿度、气体/流体通量等等。
术语“光”不应理解为仅限于可见光，可以附加或替换地包括非可见辐射。此外，术语“光”和“电磁辐射”在本文中可以互换使用。可选地，MTIC转换器800可用于检测和/或测量感测部位(例如人的皮肤区域)的颜色变化。
电子信号处理电路864可以设置在靠近电极862的位置。可选地，信号处理电路864可以嵌入在基底861中，例如在基底861的上表面和下表面之间，例如，距离为小于5微米，例如在几百纳米的范围内。可选地，可在基底861的上表面上提供电子信号处理电路864。
电子信号处理电路864可以产生低阻抗电输出信号，其被输入到驱动模块以从其进行外部读出。
如图8示意性所示，驱动模块可以包括芯片上驱动端子865和驱动器布线(即，丝焊)868，用于将由芯片上驱动端子865从芯片上驱动端子(例如焊点)866接收到的信号传输到芯片外(即：外部)驱动端子(即：芯片外焊盘)867，以从其读出信号。例如，芯片外驱动端子867可以形成在印刷电路板(PCB)870上。
可选地，焊点866也可以提供在基底板861的上表面上。芯片外焊盘867可以提供在基底的表面上，并通过焊丝868分别与芯片上各焊点866连接。
MTIC转换器800的配置可以提供比较可靠的电连接，用于信号读取以及可选地用于其进一步处理。
正如从图8和图9很容易看到的，MTIC转换器600的表面平面度可视丝焊868和基底上方电极的高度以及电极涂层的厚度而定。例如，通过提供具有如图10所示的配置的MTIC转换器1600，平面度可以得到相当的改善。
MTIC转换器1600包括基底1081，基底1081上设有涂有电化学响应材料层1083的各种电极端子1082。例如，电极端子1082可包含惰性金属，诸如金、钨或钒，或高导电的非氧化半导体，例如氮化钛。该电极可以选择性地功能化，例如，通过在其上涂覆适当的电化学材料层863。
电极端子1082电连接到一个或多个信号处理电子电路1084的高阻抗输入端，在一些实施例中，这些电路嵌入在基底1081中。
电子电路1084被配置成产生被输入到线路驱动器1085的信号线的低阻抗电输出信号。所述信号线可通过金属插塞材料1088与顶部金属结构1087 A和/或底部金属结构1087 B可操作地连接该顶部金属结构1087 A允许从基底1081的上表面读出信号，而底部金属结构1087 B允许从基底1081的下表面读出信号。
可选地，可采用贯穿硅孔(TSVs)，以便通过完全穿过基底1081的金属插塞材料1088将顶部金属结构1086电连接到顶部或底部金属结构1087。以这种方式，金属结构1087可用作焊盘，用于将电子电路1084与例如PCB 1070电连接。图3示意性地示出了这种具有TSV的单芯片多通道电化学转换器的相应透视图。
另外参考图11。多通道电化学转换器和分析(MTA)***1100可以包括MTIC转换器和处理转换器输出的附加部件，所有部件可以包含在一个单片装置中。MTA***1100可包括电化学电池1191和与其电连接的用于读出多个输入通道的信号的信号处理电子部件1192。
电化学电池1191可操作以感应物理刺激或传递与电池电极接触的流体的性质有关的信号。例如，电化电学池1191可以是恒电位计或恒电流计电池。在恒电位计的情况下，电压信号可由信号处理电子器件1192测量。在恒电流计的情况下，电流信号用信号处理电子器件1192测量。
模拟信号可以由信号处理电子部件1192输出，也可以由模-数转换器(ADC)1194进行处理，提供以数字方式编码数据的输出信号，用于由微控制器1193进一步处理。ADC转换器1194的操作可由微控制器1193控制。
MTA***1100还可进一步包含数模转换器(DAC)1195。DAC 1195可用来将由微控制器1193提供的数字信号转换为包括例如电压信号的模拟信号。如图1B和2B所示的示意图电路所示，例如，由DAC 1195输出的模拟信号可用于将电化学池1191的参考电极偏置到适当的参考电压VR。
微控制器1193可以可操作地与一个或多个存储器单元耦联，例如，可编程只读存储器(PROM)1196和随机存取存储器(RAM)1197。PROM 1196可用于永久存储数据，例如，在本文举例说明的MTIC转换器之一的电极功能化、校准和/或操作期间。
在功能化过程中，可以存储相关的生产数据，例如，序列号、制造日期、制造地点、工厂经理的ID、制造条件以及相应的时间戳记(温度、湿度、大气成分、压力等)和/或电化学池的布置。
在校准过程中，MTIC转换器的至少一部分可浸没在包含浓度已知的分析物的流体样品中，并测量电化学电池的响应。这些校准结果可以存储在PROM 1196中，以供以后在计算校准-已校输出数据时使用。
此外，操作数据可以存储在PROM 1196中，例如，MTIC转换器首次用于测量时的日期和时间、长时间断电时测量其最低和最高分析物浓度、收集与由MTA***提供的输出的可重复性有关的信息等。收集并分析操作数据，例如，可以能够得出有关MTIC转换器的失效日期、电化学电池的工作应力和电化学测量的可靠性的信息。
PROM 1196可以存储指令，当微控制器1193执行这些指令时，可能导致与MTIC转换器有关的应用。例如，这类应用可以包括校准过程。可选地，RAM 1197可用于存储中间结果和进行计算。作为一个例子，利用在PROM 1196中存储的校准数据，微控制器1193可以通过执行存储在PROM 1196中的校准指令，在RAM 1197的帮助下进行扩展计算，从而导致校准应用。这样，所提供的输出数据可以总是被校准。
在一些实施例中，该(一个或多个)应用在本文中可以被认为是“MTIC模块”。模块可以是一个自备的硬件和/或软件元件，它与一个更大的***接口。模块可以包括能执行指令的机器或多个机器。模块可以由被编程成使***实现本文公开的方法、过程和/或操作的电路或控制器来体现。例如，模块可以实现为硬件电路，包括例如自定义VLSI电路或门阵列、应用专用集成电路(ASIC)、现成半导体(如逻辑芯片、晶体管和/或其他分立件)。模块也可以在诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备和/或类似的可编程硬件设备中实现。
微控制器1193可以通过接口1198与外界通信，以用于向外部设备(未示出)发送和接收数据。
外部设备可包括也称为"智能手机"的多功能移动通信设备、个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、服务器(其可能涉及一台或多台服务器或存储***和/或与企业或公司实体有关的服务，包括例如文件托管服务、云存储服务、在线文件存储提供商、对等文件存储或托管服务和/或网络储物柜)、个人数字助理、工作站、可穿戴设备、手持计算机、笔记本电脑、车辆设备、固定设备和/或家用电器控制***。
接口1198可以可选地与一条(如双向)总线1199可操作地相耦联。例如，总线1199的接收节点可以输出一个命令，以获得特定通道的测量数据。然后，微控制器1193可以进行这种测量，将结果转换为数字值，在必要时进行校准过程，并将测量数据提供给总线1199上的接收节点用于读出。可选地，总线1199可以实现为使用四线i2C总线或四线USB总线的双向数字总线。
在一些实施例中，MTA***1100的一个或多个元件可以包含电源或可操作地与电源连接。例如，可以通过总线1199提供电力。由于总线1199含有较低的阻抗信号，总线与电源之间的距离可以是几米长。
总线1199的宽度可以与MTIC转换器中的电化学测量通道数无关。可以实现超过几十个通道的大量并行通道，同时仍使用例如时分多路复用(TDM)在同一总线1199上控制电化学分析***。
将会理解，可以为MTA***中的每个元件或处理功能分配单独的处理器和/或控制器。但为简便起见，这里的描述是指作为执行MTA***所有必要处理功能的通用处理器的微控制器1193。因此，在一些实施例中，用于分析流体样品的全部或大部分信号处理可以在本地执行，即现场执行，而不需要将信号无线传输到用于执行流体样品的分析的外部设备。在一些实施例中，用于分析流体样品和显示相关信息的信号的处理可由外部设备执行。
进一步参考图12。如方框1210所示，在一个实施例中，一种用于制造MTIC转换器的方法包括提供单片结构。如方框1220所示，在一个实施例中，该方法还包括为单片结构提供至少一个电极，该至少一个电极被配置为生成与流体样品的特征有关的信号。如方框1230所示，在一个实施例中，该方法包括为单片结构提供至少一个用于处理由该至少一个电极产生的信号的电子电路。
附加示例：
例1包括一个单片装置，其包括：至少一个电化学响应电极，其被配置成产生与流体样品特征有关的信号；以及至少一个用于处理由该至少一个电极产生的信号的电子电路。
例2包括例1的主题，可选地，其中该至少一个电子电路包括该至少一个电极。
例3包括例1或例2的主题，并且可选地，其中的单片装置进一步包括多个电极。
例4包括例3的主题，并且可选地，其中该多个电极被配置为能够实现恒电位测量技术和/或恒电流测量技术。
例5包括例3或例4的主题，并且可选地，其中该多个电极的至少有两个具有不同的电化学材料层，以获得相应的不同电极功能化。
例6包括例1至例5中任何一个的主题，并且可选地，其中该至少一个电子电路执行由电极的导电连接线传输的模拟信号的A/D转换，以提供与流体样品的特性有关的数字输出信号。
例7包括例6的主题，并且可选地，其中该至少一个电子电路放大该数字输出信号。
例8包括例6或例7的主题内容，并且可选地，其中给定的数字输出可以承载与至少两个电极的模拟信号有关的数据。
例9包括了例1至例8中任一个的主题，并且可选地，其中该至少一个电子电路实施分析模块功能时，该分析模块是可操作的，以分析由该至少一个电极产生的信号，并且根据所进行的分析输出与样品有关的信息。
例10包括电化学转换器，其包括：至少一个电化学响应电极，该电化学响应电极被配置为产生与流体样品特征有关的信号；以及至少一个用于处理由该至少一个电极产生的信号的电子电路，其中，该至少一个电化学响应电极和电子电路被包括在单芯片结构中。
例11包括例10的主题，并且可选地，其中该至少一个电子电路包括该至少一个电极。
例12包括例10或例11的主题，其中，电化学换热器包括多个电极。
例13包括例12的主题，并且可选地，其中多个电极被配置为实施恒电位测量技术和/或恒电流测量技术。
例14包括例13的主题，并且可选地，其中该多个电极的至少两个具有不同的电化学材料层，以获得相应的不同电极功能化。
例15包括一种用于制造电化学转换器的方法，该方法包括：提供一个单片结构；向该单片结构提供至少一个电极，该电极被配置成产生与流体样品的特征有关的信号；以及向该单片结构提供至少一个用于处理由该至少一个电极产生的信号的电子电路。
例16包括例1至例9中任意一个的单片装置的用途，和/或例10至例14中任一个的转换器的用途。
例17包括一种用于测量流体样品特征的方法，该方法包括：提供例1至例9中的任何一个的并包括电化学转换器的单片装置，；以及将电化学转换器置于流体样品中。
例18包括一种用于测量与一个或多个流体样品有关的一个或多个参数值的方法，包括：该方法将包括一个或多个电化学响应电极的单片装置与使用者的器官组织可操作地接合；以及处理由该一个或多个电化学响应电极响应于与该器官组织排出的体液的接触而产生的信号。
本文举例说明的任何数字计算机***、模块和/或引擎可以配置成或以其他方式编程以实施本文所公开的方法，在该***、模块和/或引擎被配置成实施该方法的这方面来说，它在本公开的范围和精神内。一旦对***、模块和/或引擎被编程，以依据实现本文公开的方法的程序软件中的计算机可读的并可执行的指令来执行特定功能之后，则其实际上就成为为本文公开的方法的实施例所特有的专用计算机。本文公开的方法和/或过程可以被实现为计算机程序产品，其可以是真实地体现在信息载体中，该信息载体包括，例如，在非暂时性有形计算机可读和/或非暂时性有形机器可读存储设备中。该计算机程序产品可以直接可加载到数字计算机的内部存储器中，该数字计算机包括用于执行本文所公开的方法和/或过程的软件代码部分。
另外或可替代地，本文公开的方法和/或过程可以被实现为可以由计算机可读信号介质无形地体现的计算机程序。计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分传播的数据信号，该传播的数据信号具有包含在其中的计算机可读程序代码。这样的传播的信号可以采取各种形式，包括但不限于电磁的、光学的或它们的任何适当组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，它不是非暂时性计算机或机器可读存储设备，并且能够通信、传播或传输程序，以供本文所讨论的设备、***、平台、方法、操作和/或过程使用或与之相关。
术语“非暂时性计算机可读存储设备”和“非暂时性机器可读存储设备”包括分布介质、中间存储介质、计算机执行存储器，和其他任何能够存储由执行本公开方法实施例的计算机程序日后读取的介质或设备。可以将计算机程序产品部署为在一个站点上的一台计算机或多台计算机上执行，或者分布在多个站点上并通过一个或多个通信网络互连。
这些计算机可读的并可执行的指令可以被提供给一台通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器来产生机器，以至于通过计算机处理器或其他可编程数据处理设备执行的指令产生用于实现本文指定的功能/动作的手段。这些计算机可读并可执行的程序指令也可以存储在计算机可读的存储介质中，该存储介质可以指导计算机、可编程数据处理设备和/或其他设备以特定的方式运行，从而使得具有存储在其中的指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实现流程图和/或框图方框或方框中指定的功能/动作的各方面的指令。
计算机可读并可执行的指令也可加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使计算机、其他可编程装置或其他设备执行一系列操作步骤以产生计算机执行的过程，从而使在计算机、其他可编程装置或其他装置上执行的指令实现流程图和/或方框图或方框中规定的功能/行为。
在该讨论中，除非另有说明，诸如“实质上”和“大约”等改变本发明某一实施例的一个或多个特征的条件或关系特征的形容词，应理解为意指该条件或该特性被限定在容限之内，该容限对于预定的应用实施例的操作是可接受的。
“耦联”是指间接或直接“耦联”。
需要注意的是，这种方法可以包括但不限于这些附图或相应的描述。例如，与附图中描述的过程或操作相比，该方法可以包含更多或甚至更少的过程或操作。此外，该方法的实施例不一定限于本文所示和所述的时间顺序。
本文在讨论中使用的术语，如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”、“估计”、“推导”、“选择”和“推断”等，可以是指计算机、计算平台、计算***或其他电子计算装置中的操作和/或过程，这些操作和/或过程，将作为计算机寄存器和/或存储器中的物理(例如，电子)量表示的数据操纵和/或转换成其他数据，所述其他数据类似地表示为计算机寄存器和/或存储器或可以存储执行操作和/或过程的指令的其他信息存储介质中的物理量。
应当理解，当权利要求或说明书中提及“某个”或“一个”元件和/或特征时，不应将其理解为只有一个这种元件。例如对“一个元件”或“至少一个元件”的引用也可以包括“一个或多个元件”。
除非另有说明或上下文另有要求，单数形式的术语也应包括其复数形式。
在本申请的说明书和权利要求书中，动词“包含”，“包括”和“具有”中的每个以及它们的动词变形被用来指示动词的一个或多个对象不一定是完整的列出该动词的一个或多个主题的组成部分，元素或部分。
除非另有说明，否则在选择选项列表的最后两个项之间使用表述“和/或”表示选择一个或多个所列选项是适当的，并且可以与“至少其中一个”、“下列任何一个”或“下列一个或多个”等表述互换使用。
应当理解，为清楚起见，在单独的实施例或示例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合中提供。相反，为简明起见，在单个实施例、示例和/或选择的上下文中描述的发明的各种特征也可以单独提供或在任何适当的子组合中提供，或在发明的任何其他实施例、示例或选项中提供。在各种实施例、示例和/或可选实施例的上下文中描述的某些特征不得被视为这些实施例的基本特征，除非没有这些要素该实施例、示例和/或可选实施例是不起作用的。
附图中所示的元件的数量绝不应被解释为限制性的，并且仅用于说明性目的。
本文可以使用的位置术语，例如“上”、“下”、“右”、“左”、“底部”、“下方”、“降低”、“低”、“顶部”、“上方”、“升高”、“高”、“垂直”、“水平”及其语法变化形式不一定表示，例如，“底部”元件在“顶部”元件下方，或者“在...下方”确实是在另一元件“之下”，或者“在...上方”的元件确实是在另一元件“之上”，因为这样的方向、元件或两者都可以在空间中翻转，旋转，移动，以对角线方向或位置放置，水平或垂直放置，或进行类似修改。因此，将意识到，术语“底部”，“下方”，“顶部”和“上方”在本文中仅可用于示例性目的，以说明某些元件的相对定位或放置，以表示第一和第二元件或表示两者。
正如此处所使用的，在一些实施例中，机器(例如处理器)可以描述为“设置成”“可操作的”或“运转的”以执行任务(例如，设置成引起预定的现场模式的应用)。于是，至少在一些实施例中，机器可以包括组件，部件或各方面(例如，软件)，使该机器能够执行特定的任务。在一些实施例中，该机器在操期间可以执行这种任务。类似地，当一项任务被描述为“为了”产生目标结果而被执行时，那么，至少在某些实施例中，执行该任务可以达到该目标结果。
需注意的是，术语“可操作的”可以包括术语“适用于或配置成”的含义。换句话说，在某些实施例中，“可操作以”执行任务的机器可以仅具有执行该功能的能力(例如，“适于”)，而在其他一些实施例中，则可以是实际制造成(例如，“配置为”)来执行该功能的机器。
在整个本申请中，各种实施例可以以范围形式呈现和/或涉及范围形式。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，不应被解释为对实施例范围的不灵活的限制。因此，一个范围的描述应当被认为具有特定揭示的所有可能的子范围及其在该范围内的单个数字值。例如，诸如从1至6的范围的描述应当认为已明确公开了子范围，例如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，还应当包括该范围内的各个数字，例如1、2、3、4、5、6等。无论范围的广度如何，这都适用。
在适用的情况下，无论何时在本文中指出数值范围，其均意图包括在指明范围内的任何引用数字(分数或整数)。
短语“在第一指示数字和第二指示数字“之间”的范围”和““从”第一指示数字“到”第二指示数字的范围”在本文中可互换使用，并且旨在包括第一和第二指示数字，以及第一和第二指示数字之间的所有小数和整数。
尽管已经针对有限数量的实施例描述了本发明，但是这些不应被解释为对本发明范围的限制，而应被解释为实施例的一些示范。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种多通道转换器和分析***，包括:
多个电化学响应电极，其可操作以产生与流体样品的特性有关的信号；
至少一个电子电路，其用于处理由所述多个电极产生的信号；和
芯片上存储器，用于存储与由所述多个电极产生的信号有关的数据，
其中，所述多个电极、所述至少一个电子电路和所述芯片上存储器均包括在所述同一个单片装置中。
2.根据权利要求1所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述至少一个电子电路包括A/D处理电路，用于将接收的由所述多个电极提供的模拟信号转换成数字信号，用于进一步的处理。
3.根据权利要求1或2所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，
所述芯片上存储器存储与校准过程有关的数据，以及
其中，所述至少一个电子电路是可操作的以处理由所述多个电极提供的信号，以基于所述存储的数据提供校准-已校的输出数据。
4.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，
所述芯片上存储器进一步存储描述该***的生产、敏化电极涂覆和/或用所述多个电极和所述至少一个电子电路进行的测量的数据。
5.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，描述生产的数据包括：序列号、制造日期、制造地点、工厂经理ID、制造条件以及各自的时间戳记和/或电化学电池的布置的描述。
6.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述芯片上存储器存储操作数据，包括，例如，MTIC转换器首次用于测量时的日期和时间、长时间断电时，测量其最低和最高分析物浓度、和/或收集与由该***提供的输出的可重复性有关的信息，例如，以获取关于MTIC转换器失效日期的信息、关于电化电池的工作应力的信息和/或所进行的电化学测量的可靠性的信息。
7.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，还包括分析模块，所述分析模块是可操作的以分析由所述多个电化学响应电极产生的信号，并基于所进行的分析输出有关流体样品的信息。
8.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，可操作以进行恒电位和/或恒电流测量。
9.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述多个电极和所述至少一个电子电路是可操作的以在同一通道上提供不同的输出模态，以获得与不同的流体溶液性质有关的数据。
10.根据权利要求9所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，第一输出模态决定第一分析物的浓度，第二输出模态与第二分析物相关；和/或至少两种不同的输出模态能够用于定量和定性分析。
11.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述多个电极和所述至少一个电子电路是可操作的，通过将所述多个电极依次置于至少两个不同的电压和/或电压差下，以进行两个或更多个分析物的浓度测量。
12.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述多个电极和所述至少一个电子电路是可操作的以进行电阻抗光谱分析(“EIS”)。
13.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，包括工作电极，所述工作电极通过适当选择电极材料和/或通过用涂层覆盖所述电极选择性地对分析物敏感，以使所希望的氧化还原反应能够发生在所述工作电极上。
14.根据权利要求13所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述至少一个电子电路实现用于偏置参考电极的偏置电路。
15.根据权利要求14所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，还包括用于将数字信号转换为模拟信号的数模转换器，以基于所述模拟信号将所述参考电极偏置到适当的参考电压。
16.根据上述权利要求中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述多个电化学响应电极包括围绕至少两个电极的屏蔽电极。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的多通道转换器及分析***，其特征在于，所述至少两个电极还包括参考电极。
18.根据权利要求17所述的多通道转换器和分析***，其特征在于，所述屏蔽电极是包围工作电极的参考电极，或其中所述屏蔽电极是部分或完全围绕参考电极的工作电极。
19.一种用于多通道转换器和分析***的方法，包括:
提供单片结构；
为所述单片结构提供至少一个电极，所述电极被配置成产生与流体样品的特性有关的信号；
为所述单片结构提供至少一个电子电路，用于处理由所述至少一个电极产生的信号；以及
为所述单片结构提供芯片上存储器，用于存储与由所述至少一个电极产生的信号有关的数据。
20.根据权利要求1至18中任一项所述的多通道转换器和分析***的用途。
21.一种用于测量与一个或多个流体样品有关的一个或多个参数值的方法，该方法包括:
将包括一个或多个电化学响应电极的单片装置与使用者的器官组织可操作地接合；以及
处理由所述至少一个电极响应于与所述器官组织排出的体液的接触而产生的信号；，
其中，所述信号的处理包括通过分析模块分析与所述处理的信号有关的数据。

Claims (19)

1.一种单片装置，包括：
至少一个电化学响应电极，所述电化学响应电极被配置成产生与流体样品的特征有关的信号；和
用于处理由所述至少一个电极产生的信号的至少一个电子电路。
2.根据权利要求1所述所述的单片装置，其特征在于，所述至少一个电子电路包括所述至少一个电极。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的单片装置，其特征在于，包括多个电极。
4.根据权利要求3所述的单片装置，其特征在于，所述多个电极配置成实施恒电位和/或恒电流测量技术。
5.根据权利要求3或4所述的单片装置，其特征在于，所述多个电极的至少两个具有不同的电化学材料层，以相应获得不同的电极功能化。
6.根据上述权利要求中任一项所述的单片装置，其特征在于，所述至少一个电子电路进行由所述至少一个电极的导电连接线承载的模拟信号的A/D转换，以提供与所述流体样品的特征有关的数字输出信号。
7.根据权利要求6所述的单片装置，其特征在于，所述至少一个电子电路放大所述数字输出信号。
8.根据权利要求6或7所述的单片装置，其特征在于，给定的数字输出可以携带与至少两个电极的模拟信号有关的数据。
9.根据上述权利要求中任一项所述的单片装置，其特征在于，所述至少一个电子电路执行可操作的分析功能，以分析至少一个电极产生的信号并根据所所完成的分析输出与样品有关的信息。
10.一种电化学转换器，包括：
至少一个电化学响应电极，所述电化学响应电极被配置成产生与流体样品的特性有关的信号；和
用于处理由所述至少一个电极产生的信号的至少一个电子电路，
其中所述至少一个电化学响应电极和电子电路被包括在单芯片结构中。
11.根据权利要求10所述的电化学转换器，其特征在于，所述至少一个电子电路包括所述至少一个电极。
12.根据权利要求10或11所述的电化学转换器，其特征在于，包括多个电极。
13.根据权利要求12所述的电化学转换器，其特征在于，所述多个电极配置成实施恒电位和/或恒电流测量技术。
14.根据权利要求13所述的电化学转换器，其特征在于，所述多个电极的至少两个具有不同的电化学材料层，以相应获得不同的电极功能化。
15.一种用于制造电化学转换器的方法，包括：
提供单片结构；
为所述单片结构提供至少一个电极，所述电极被配置成产生与流体样品的特征有关的信号；和
为所述单片结构提供至少一个电子电路，用于处理由所述至少一个电极产生的信号。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的单片装置的用途。
17.根据权利要求10至14中任一项所述的电化学转换器的用途。
18.一种测量与一个或多个流体样品有关的一个或多个参数值的方法，所述方法包括：将包括一个或多个电化学响应电极的单片装置与使用者的器官组织可操作地接合；以及
处理由所述至少一个电极响应于与所述器官组织排出的体液的接触而产生的信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述一个或多个电化学响应电极配置成能够实现恒电位和/或恒电流测量技术。
CN201880038463.3A 2017-06-11 2018-05-30 基于芯片的多通道电化学转换器及其使用方法 Active CN110741248B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762517968P 2017-06-11 2017-06-11
US62/517,968 2017-06-11
PCT/IB2018/053836 WO2018229581A1 (en) 2017-06-11 2018-05-30 Chip-based multi-channel electrochemical transducer and method of use thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110741248A true CN110741248A (zh) 2020-01-31
CN110741248B CN110741248B (zh) 2023-05-30

Family

ID=62599656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880038463.3A Active CN110741248B (zh) 2017-06-11 2018-05-30 基于芯片的多通道电化学转换器及其使用方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11579116B2 (zh)
EP (1) EP3639018A1 (zh)
CN (1) CN110741248B (zh)
WO (1) WO2018229581A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022000313A1 (zh) * 2020-06-30 2022-01-06 浙江大学 恒电位电路、血糖测量电路及设备

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI746182B (zh) * 2020-09-24 2021-11-11 禪譜科技股份有限公司 多通道恆電位儀裝置
US11786150B1 (en) * 2021-09-01 2023-10-17 Integrated Medical Sensors, Inc. Wired implantable monolithic integrated sensor circuit
CN115728373B (zh) * 2022-11-07 2024-05-28 中国科学院长春应用化学研究所 针对单通道电化学工作站实现多通道电化学检测的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100276734A1 (en) * 2006-08-14 2010-11-04 Georgia Tech Research Corporation Electrochemical biosensor arrays and systems and methods of making same
US20110053289A1 (en) * 2006-03-29 2011-03-03 Inverness Medical Switzerland Gmbh Assay Device and Method
EP2980576A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-03 Electrochemical Sensor Technological (EST) Limited Electrochemical sensor system and sensing method

Family Cites Families (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222815A (en) * 1979-06-04 1980-09-16 The Babcock & Wilcox Company Isotropic etching of silicon strain gages
AT380741B (de) 1985-01-31 1986-06-25 Avl Ges F R Verbrennungskraftm Ionensensitive membranelektrode
US5062432A (en) 1990-05-09 1991-11-05 Labelle Industries, Inc. Method and apparatus for monitoring personal core temperature
DE4329898A1 (de) 1993-09-04 1995-04-06 Marcus Dr Besson Kabelloses medizinisches Diagnose- und Überwachungsgerät
US5437999A (en) 1994-02-22 1995-08-01 Boehringer Mannheim Corporation Electrochemical sensor
DE10038247C2 (de) 1999-10-20 2002-12-12 Draeger Medical Ag Doppeltemperatursensor
GB0030929D0 (en) 2000-12-19 2001-01-31 Inverness Medical Ltd Analyte measurement
US6560471B1 (en) 2001-01-02 2003-05-06 Therasense, Inc. Analyte monitoring device and methods of use
DE10139705A1 (de) 2001-08-11 2003-04-03 Draeger Medical Ag Vorrichtung zur Messung der Körpertemperatur
US7785266B2 (en) 2003-08-19 2010-08-31 Advanced Monitors Corporation Medical thermometer for determining body core temperature
DE102004032812B4 (de) 2003-11-11 2006-07-20 Dräger Safety AG & Co. KGaA Kombinationssensor für physiologische Messgrößen
DE102004028359B4 (de) 2004-06-11 2007-09-13 Drägerwerk AG Vorrichtung zur Messung der Körperkerntemperatur
DE102004062052B4 (de) * 2004-12-23 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Sensor
US9259175B2 (en) 2006-10-23 2016-02-16 Abbott Diabetes Care, Inc. Flexible patch for fluid delivery and monitoring body analytes
DE102005004933B3 (de) 2005-02-03 2006-08-31 Dräger Safety AG & Co. KGaA Vorrichtung zur Messung der Körpertemperatur eines Lebewesens
DE102005037921B3 (de) 2005-08-11 2006-06-14 Dräger Medical AG & Co. KG Temperaturmessvorrichtung mit Funktionsindikator
US20070239038A1 (en) 2006-03-28 2007-10-11 Nicolaescu Ion V Method and apparatus for monitoring heat stress
KR100832242B1 (ko) 2006-09-30 2008-05-28 케이엠에이치 주식회사 포도당 추출용 패치 및 그를 포함하는 무채혈 혈당 측정장치
WO2008078271A1 (en) 2006-12-20 2008-07-03 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Device and method for measuring core temperature
DE102007002369B3 (de) 2007-01-17 2008-05-15 Drägerwerk AG & Co. KGaA Doppeltemperatursensor
DE102007025806B3 (de) 2007-06-02 2008-06-26 Dräger Safety AG & Co. KGaA Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Körpertemperatur eines Lebewesens
US8565850B2 (en) 2007-07-02 2013-10-22 Universitetet I Oslo Method and kit for sweat activity measurement
US8197417B2 (en) * 2008-03-04 2012-06-12 Medical Graphics Corporation Metabolic analyzer transducer
DE102008026642B4 (de) 2008-06-03 2010-06-10 Dräger Medical AG & Co. KG Doppeltemperatursensor mit einem Aufnahmeelement
US7942825B2 (en) 2008-06-09 2011-05-17 Kimberly-Clark Worldwide Inc. Method and device for monitoring thermal stress
GB0815694D0 (en) 2008-08-28 2008-10-08 Cambridge Tempreature Concepts Tempreature sensor structure
WO2010045247A1 (en) 2008-10-14 2010-04-22 Vivomedical, Inc. Sweat glucose sensors and collection devices for glucose measurement
EP2251660B1 (de) 2009-05-14 2016-07-27 Drägerwerk AG & Co. KGaA Doppeltemperatursensor
US8226294B2 (en) 2009-08-31 2012-07-24 Arizant Healthcare Inc. Flexible deep tissue temperature measurement devices
JP5648283B2 (ja) 2009-12-24 2015-01-07 セイコーエプソン株式会社 電子体温計及び体温測定方法
AU2011279872B2 (en) * 2010-07-19 2015-10-08 Cilag Gmbh International System and method for measuring an analyte in a sample
US9084570B2 (en) 2010-10-08 2015-07-21 Roche Diagnostics Operations, Inc. Electrochemical sensor having symmetrically distributed analyte sensitive areas
JP2012112767A (ja) 2010-11-24 2012-06-14 Citizen Holdings Co Ltd 温度測定装置
US9010198B2 (en) 2011-07-29 2015-04-21 United Technologies Corporation Aircraft debris monitoring sensor assembly
DE102011114620B4 (de) 2011-09-30 2014-05-08 Dräger Medical GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmungder Körperkerntemperatur
US20130331676A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Medtronic Minimed, Inc. Application of electrochemical impedance spectroscopy in sensor systems, devices, and related methods
DE102013005900A1 (de) 2013-04-05 2014-10-09 Dräger Medical GmbH Körperkerntemperatursensor
WO2016030869A1 (en) 2014-08-29 2016-03-03 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Wearable, multi-parametric wireless system-in-patch for hydration level monitoring
US20160081562A1 (en) 2014-09-24 2016-03-24 Pelletric Llc System and method for measuring vital signs
CN107249451A (zh) 2014-10-15 2017-10-13 外分泌腺***公司 汗液传感装置通信安全性和依从性
US9983167B2 (en) 2014-10-31 2018-05-29 Zansors, Llc Multichannel potentiostat analyzer system and methods
US10006882B2 (en) 2014-11-21 2018-06-26 EnLiSense, LLC Biosensing system and methods using electron-ionic mechanisms at fluid-sensor interfaces
CH710704A1 (de) 2015-02-09 2016-08-15 Greenteg Ag Thermoelektrischer Sensor und Herstellungsverfahren.
US10398343B2 (en) 2015-03-02 2019-09-03 Mc10, Inc. Perspiration sensor
DE102015206938A1 (de) 2015-04-17 2016-10-20 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens
US10765353B2 (en) 2015-07-02 2020-09-08 Verily Life Sciences Llc Calibration methods for a bandage-type analyte sensor
US10709384B2 (en) 2015-08-19 2020-07-14 Mc10, Inc. Wearable heat flux devices and methods of use
US20180357886A1 (en) 2015-12-01 2018-12-13 Isaac Tavori System, devices and methods for health care worker training, monitoring and providing real time corrective guidance for procedures and practice related to hospital infection control
WO2017108964A1 (en) 2015-12-21 2017-06-29 Koninklijke Philips N.V. Heat-flow sensor
GB2535614B (en) 2015-12-22 2017-06-14 Tfm Invent Ltd A skin patch
CN108778099B (zh) 2016-03-15 2023-01-03 皇家飞利浦有限公司 用于确定对象的一个或多个生理特性的基线的方法和装置
US11564579B2 (en) 2016-04-15 2023-01-31 U.S. Government, As Represented By The Secretary Of The Army System and method for determining an adaptive physiological strain index
CN109688906B (zh) 2016-06-12 2021-07-09 诺基亚技术有限公司 用于估计体温的方法和装置
WO2017216056A1 (en) 2016-06-14 2017-12-21 Koninklijke Philips N.V. Monitoring infection risk
DE102016212948A1 (de) 2016-07-15 2017-08-24 Continental Automotive Gmbh Wasserstoffsensor zur Ermittlung eines Wasserstoffgehalts eines Gases
US20180028072A1 (en) 2016-07-29 2018-02-01 VivaLnk, Inc. Wearable thermometer patch capable of measuring human skin temperature at high duty cycle
EP3493731A4 (en) 2016-08-02 2020-07-22 Eccrine Systems, Inc. SCREENING ON DISEASES AND INFECTIONS WITH BIOSENSORS
US11224344B2 (en) 2016-08-19 2022-01-18 James Foody Method and system for determination of core body temperature
WO2018033795A2 (en) 2016-08-19 2018-02-22 Thalman Health Ltd. System and method for monitoring core body temperature
US20200359909A1 (en) 2016-08-30 2020-11-19 BIOTRONIK SE & Co. KG. Monitoring device including vital signals to identify an infection and/or candidates for autonomic neuromodulation therapy
CH713267A1 (de) 2016-12-21 2018-06-29 Greenteg Ag Sensoreinheit für ein tragbares Computersystem und Integration der Sensoreinheit in das Gehäuse des Computersystems.
US10827931B2 (en) 2016-12-30 2020-11-10 Welch Allyn, Inc. Patch for temperature determination
DE112018006023T5 (de) 2017-12-28 2020-09-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung System und verfahren zum erkennen einer kerntemperatur
CN108542362A (zh) 2018-03-22 2018-09-18 成都杠上花信息技术有限公司 一种基于大数据的睡眠监测仪
JP7073919B2 (ja) 2018-06-01 2022-05-24 日本電信電話株式会社 生体内温度測定装置および生体内温度測定方法
CN211237738U (zh) 2020-03-13 2020-08-11 赵志强 感温智能穿戴监控装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110053289A1 (en) * 2006-03-29 2011-03-03 Inverness Medical Switzerland Gmbh Assay Device and Method
US20100276734A1 (en) * 2006-08-14 2010-11-04 Georgia Tech Research Corporation Electrochemical biosensor arrays and systems and methods of making same
EP2980576A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-03 Electrochemical Sensor Technological (EST) Limited Electrochemical sensor system and sensing method

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J ROTHE 等: "Multi-target electrochemical biosensing enabled by integrated CMOS electronics", 《J. MICROMECH. MICROENG.》 *
MEINRAD SCHIENLE 等: "A Fully Electronic DNA Sensor With 128 Positions and In-Pixel A/D Conversion", 《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》 *
TOMOYUKI YAMAZAKI等: "An Electrochemical Array Sensor with CMOS Signal Processing Circuits Integrated on a Single Chip", 《2010 IEEE》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022000313A1 (zh) * 2020-06-30 2022-01-06 浙江大学 恒电位电路、血糖测量电路及设备

Also Published As

Publication number Publication date
EP3639018A1 (en) 2020-04-22
US20200182825A1 (en) 2020-06-11
WO2018229581A1 (en) 2018-12-20
CN110741248B (zh) 2023-05-30
US11579116B2 (en) 2023-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110741248B (zh) 基于芯片的多通道电化学转换器及其使用方法
AU2004268222B2 (en) Method and apparatus for assay of electrochemical properties
US9568450B2 (en) Measuring arrangement and method for registering an analyte concentration in a measured medium
KR101929057B1 (ko) 바이오센서를 위한 잔여 보상
CN104422720B (zh) 测量装置
US20180209932A1 (en) Normalized Calibration Of Analyte Concentration Determinations
JP6923647B2 (ja) バイオセンサの導電性エレメントの未補償抵抗の補正方法および装置とシステム
JP6494813B2 (ja) 分析物濃度決定のシステム誤差補償
Broeders et al. Mobile application for impedance-based biomimetic sensor readout
Tonello et al. Wireless point-of-care platform with screen-printed sensors for biomarkers detection
CN111108374A (zh) PH传感器和用于pH传感器的校准方法
Mahato et al. Low-noise potentiostat circuit for electrochemical detection of heavy metals or metalloids
Fujcik et al. New CMOS potentiostat as ASIC for several electrochemical microsensors construction
Hanitra et al. Multi-target electrolyte sensing front-end for wearable physical monitoring
Thulasi et al. Portable impedance measurement device for sweat based glucose detection
Sefid-Sefidehkhan et al. Transfer of multivariate calibration model for simultaneous electrochemical determination of ascorbic acid and uric acid
Lakshminarayana A Wearable Sensing System for High-Speed Interface of Wide Range Electrochemical Sensor Array
Asokan Thulasi Portable, Configurable Impedance Measurement Device for Sweat Based Glucose Detection
이지환 Development of potentiostat for human-body mounted portable diagnostic devices
AU2012204094B2 (en) Method and apparatus for assay of electrochemical properties
JP2015224904A (ja) イオンセンサ
Broeders et al. Embedded unit for point-of-care impedance based biosensor readout

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200212

Address after: 108 frisenberg street, Zurich, Switzerland

Applicant after: Imitrex

Address before: 35 Berger street, urdorf, Switzerland

Applicant before: Peter Stetz

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant