[发明专利]传感器系统以及和传感器系统使用的采样单元组件

说明书

技术领域

本发明涉及传感器系统以及和传感器系统使用的采样单元组件。

背景技术

在化学、生物和生理的各种领域中，广泛采用用于测量试验流体的参数 的传感器。

该领域之一是血液气体(blood gas)监测。动脉血液气体参数的测量是 监测危重患者的必需部分。尽管分析动脉血液样品被认为是确定患者的血液 气体状态的最精确的方法，但是由这样的精确测量提供的信息仅反映样品采 集时的情形。由于血液气体值在某些临床条件下可以迅速变化，特别是对于 呼吸或者心肺状态不稳定的患者，要求进行频繁甚至连续的血液气体参数监 测，以为患者提供最佳的护理。

对这种类型的监测的需求已经促进了几个评估血液气体参数的介入和 非介入方法的发展。其中，经由皮肤(transcutaneous)监测血液气体是如今 仅有的允许同时测量氧气和二氧化碳的分压的非介入技术。该方法的独特特 征是提供人体经由心肺系统给组织传输氧气并去除二氧化碳的能力的即时 信息。

优选地，传感器应当具有高的灵敏度，即检测和区别真实参数信号与错 误信号的能力。传感器的灵敏度涉及对样品体积(sample volume)的要求和 响应时间。对于大的样品体积，灵敏度可能高，而响应时间也长。对于小的 样品体积，可以减少响应时间，而传感器的灵敏度也下降。另一方面，在很 多情况下，根本得不到大的样品体积。

对于小的样品体积，可以参考Pandraud，G等人的文章(Pandraud，G.et al. in″Sensors and actuators B″，Chemical 85(2000)p.158-162)，其中揭示了 用于液体样品分析的传感器系统。该传感器系统基于：运用Lambert-Beer 定律作为读出原理的以检测介质的光吸收为重点的渐逝波传感，以及用于采 样单元的构造和微型化的微流体(micro-fluidic)直接结合。得到的样品单元 的体积约为0.8mm³，很适合小体积分析。

然而，对于很多应用，需要测量的分析物可能处于气态相，如血液气体 监测的情况。这增加了对灵敏度的要求，因为与液体或者固体样品相比气体 样品的样品密度比较低。

在GB 2219656中，描述了分析气体样品的检测原理，其是采用准直光 束和回复反射器(retro-reflector)的连续信号(DC)检测。在经由进入光纤 返回之前，光束在气体内相互作用超过两倍的单元长度，该单元长度定义为 准直仪与反射器之间的距离。然而，由于光返回到进入光纤，所以向前传播 的模式与向后传播的模式发生干扰，并且产生谐振信号(干涉噪声)，这将 降低系统性能。

US6,599,253中描述的呼吸气体分析器适合于红外光谱监测病人的呼吸 气体。分析器可以检测样品体积在1000mm³量级的气体，对应于人类呼吸气 流监测的要求。然而，为了高频率或者连续的血液气体监测，采样体积比实 际得到的气体体积高数十倍，即在mm³的范围内。

在经由皮肤的血液气体传感的具体领域中，对传感器系统的要求是： (1)在短的响应时间内根据气体渗透和扩散来获取气体浓度；(2)以小的 体积实现高灵敏度和高选择性；(3)获取血液气体的局部浓度和(4)以实 时监测的方式执行(1)-(3)。

通过1993年引入MicroGas 7650，引入了新一代经由皮肤的监测器。该 传感器包括Clark型pO₂传感器和Severinghaus型pCO₂传感器的基本元件。 通过确定电解质的pH值来电位滴定(potentiometrically)测量pCO₂。pH值 的改变与pCO₂改变的对数成比例。通过测量微型pH玻璃电极与Ag/AgCI 参考电极之间的电势来确定pH值。

然而，尽管迄今已经提出了小体积气体检测的传感器系统，例如渗透气 体，但是仍然需要结合高灵敏度、低样品体积和短响应时间的传感器系统。 还优选不用校准的操作，即仅在制造期间校准。

发明内容