[发明专利]具有惰性阻隔层的图案化化学传感器

说明书

本发明涉及一种可响应于在化学品中的暴露而显示预定可见图案的传感器。

背景技术

传感器通常用于检测特定化学物质存在与否。为实现此目的，已提供了各种形式的已知传感器。例如，已经开发出指示牌和徽章-参见例如美国专利6,284,198和美国专利申请2004/0223876A1，以及包括化学指示剂的过滤器、滤筒和呼吸面罩(呼吸器)-参见例如美国专利5,323,774、5,297,544和4,684,308。已经开发出来的一种特定的化学传感器为具有膜状主体的无源式使用寿命终止指示器(ESLI)。膜主体内部为用于检测特定化学物质是否存在的检测层。膜状无源ESLI的实例在授予Rakow等人的美国专利公开案2008/0063575A1和2008/0063874A1中有所描述。可对ESLI进行调控，以对各种有机蒸气和反应性气体产生响应。

已在滤筒中使用ESLI，以帮助用户了解滤筒的使用寿命何时终止-参见例如美国专利7,442,237、6,497,756、5,323,774、5,297,544、4,684,380、4,530,706、4,365,627、4,326,514和4,154,586。美国专利申请2007/0137491及12/470,865、12/470,890、以及12/470,920也描述了采用使用寿命终止指示器的滤筒。将ESLI设置在邻近壳体侧壁的位置，从而可容易地从外部对其进行观察。通常将ESLI设计为比色传感器-即它们在暴露于所过滤空气中的足量污染物时会改变颜色。对颜色改变和传感器位置进行调控，以提供与滤筒使用寿命终止时刻相符的指示。比色ESLI的一个特定的问题是佩戴者需要记住初始颜色，才能在邻近ESLI的位置没有初始参照色时知道何时发生了颜色改变。如果佩戴者无法记住初始颜色，则所述佩戴者将无法确定ESLI正在显示的是初始颜色还是警告颜色。因为已知的ESLI未被设计成向使用者提供无需使用者记忆或区分初始颜色和警告颜色的警告，所以当佩戴者未能注意到颜色改变时可能会发生安全问题。

发明内容

本发明提供一种检测化学物质的新型传感器。该传感器具有包括膜主体的膜，该膜主体具有检测层并且可通过提供颜色改变而对化学物质的存在产生响应。该膜还包括阻隔层，该阻隔层具有第一主表面并结合到膜主体，但是对检测层为惰性的，以防止阻隔层与化学物质作用而引起膜主体在垂直于阻隔层第一主表面的区域中发生颜色改变。

如上所指出，已知的ESLI会发生完全的颜色改变，这需要使用者辨别初始颜色和警告颜色。本发明通过提供对检测层为惰性的阻隔层而省去了这种对记忆不同颜色的需要。另外，由于“旧”颜色和“新”颜色并排地布置在同一个一体式膜主体中，所以对照物被精确地排列并可易于识别，从而允许进行多种图像的制备。因为阻隔层对检测层为惰性，所以即使阻隔层结合到膜主体上，膜主体也不会响应于阻隔层的存在而产生显著颜色改变。另外，因为阻隔层结合到膜主体上，所以传感器所响应的化学物质也无法与检测层产生联系，从而不会引起传感器那一部分中发生颜色改变。因此，传感器的某些区域被掩蔽起来而不发生颜色改变，并因此保持初始的传感器颜色。因而，当传感器确实发生颜色改变时，传感器所掩蔽的部分在其他部分呈现警告颜色时保持其初始颜色。本发明能够提供初始颜色和警告颜色间的明显对比。使用者因此可以看到两个不同的颜色区域、而非一种特定的颜色或这两者的合并情况。本发明从而无需记住初始颜色和警告颜色之间的差别，并且能够在两个不同的颜色区域间形成细纹或明确的界线。

根据本发明结合到膜主体的惰性阻隔层可以多种构造提供，使得使用者可看到多个可清楚识别的图像。由于待检测的化学物质无法在膜主体和惰性阻隔层间显著渗透，所以将阻隔层结合到膜主体的能力可提供良好的图像分辨率。惰性阻隔层用于阻止检测层在传感器的那个区域中发出假阳性警告。因此，当使用者看到特定的图像时，他们就知道传感器已进入其警告模式。此特征特别适用于已到达其使用寿命终点的滤筒。一旦传感器已显示出警告图像，使用者就会知道该更换滤筒了。

在一个具体的实施例中，所述传感器可用于具有用于指示使用寿命剩余水平的标记的滤筒上。可在例如剩余75％、50％、25％或10％的使用寿命时提供标记。此特征使得传感器也用作滤筒上的剩余寿命指示器或“RLI”。

术语表

如本文中所使用：

“化学物质”是指分子、原子、离子、自由基，或它们中的任意种的组合；

“清洁空气”是指已滤除污染物的一定体积的大气环境空气；