传感器单元、测量方法和制造方法与流程

1.本发明涉及一种用于测量在样品中的分析物的传感器单元、一种在使用传感器单元的情况下的相应的测量方法以及一种用于制造传感器单元的方法。


背景技术：

2.已知使用传感器来检定在样品中的分析物，例如参见德国专利申请de102010061 182a1、de 102011 055272a1、de 10214 107837a1或德国专利de 10 2013 108659b3以及其中引用的来自现有技术的文献。
3.这种传感器包含对样品的分析物、即在样品中待检定的物质敏感的传感器材料。例如，传感器材料可以具有以直接或间接方式受分析物影响的光学特性。从光学特性的评估可以定量地推断分析物，即例如根据分析物的种类确定分析物的浓度或分压。这种传感器、其结构、适合于相应分析物和使用条件的传感器材料以及用于评估传感器或传感器材料的光学特性的测量方法对于本领域技术人员来说例如由上述背景技术是已知的。
4.在设有若干传感器的情况下，在使用它们进行测量之前，需要用合适的溶液使传感器润湿，以建立使用准备。例如，如果在短时间内需要测量结果，则在测量前的该预备阶段是不利的，并且对于用户来说通常是麻烦的。
5.欧洲专利申请ep 0354895 a2涉及一种一次性测量元件，在该一次性测量元件中在测量之前传感器布置于在双侧封闭的测量通道的测量区域中。测量通道填充有标定介质和存储介质。为了进行测量，标定介质和存储介质由流入到测量通道中的样品置换。传感器可以是光学传感器。测量通道的封闭可以通过可刺穿的膜片实现。对于类似的构造，欧洲专利申请ep 0460343 a2提出：首先通过分离介质(分离介质可以是标定介质)置换存储介质，然后通过样品置换分离介质。
6.德国实用新型de 202010006207 u1涉及可以用于在测量装置中将包含传感器的区域至少暂时地与样品区域分离的多种装置。目的是，在灭菌期间保护传感器。在某些实施方案中，传感器在此由含水还原剂包围。
7.美国专利申请us 2012/0267518a1公开了一种传感器，该传感器在灭菌时布置在存储区域中以进行保护并且可以从存储区域移动到样品区域中。
8.在灭菌时的保护是传感器应用的一个重要方面，但不能解决直至能使用的等待时间的问题。在现有技术中为此提出的在测量通道的测量区域中存储由存储介质包围的传感器的解决方案需要将用于样品的容器或管线连接到测量通道。这在处理中是复杂的。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种传感器单元，在该传感器单元中省去了在测量的准备阶段中使传感器润湿的麻烦。
10.通过根据权利要求1的传感器单元实现该目的。权利要求12涉及相应的样品器皿、技术方案14涉及相应的测量方法以及技术方案15涉及用于传感器单元的制造方法。从属技
权利要求分别涉及有利的实施方式。
11.根据本发明的传感器单元包括：传感器元件，传感器元件具有与样品的至少一种分析物有关的光学特性；以及具有辅助介质的储存器。根据本发明，设有膜片，该膜片在传感器单元的预备状态下能实现在辅助介质和传感器元件之间的扩散接触。通过将在一侧的传感器元件以及在另一侧的膜片和储存器从彼此移开，可以使传感器单元置于测量状态。
12.在传感器单元的测量状态下，传感器单元准备好测量分析物。在传感器单元的预备状态下，传感器单元可以被存储；有时也可以在测量的准备阶段执行程序，如传感器单元或传感器单元所处的样品容器的灭菌。传感器元件的与至少一种分析物有关的光学特性如由在传感器元件中包含开头所述类型的传感器材料得出。在不限制本发明的情况下，传感器材料例如可以嵌入载体中或施加到载体的表面上；载体可以例如由聚合物制成。传感器材料的光学特性例如可以是发光。例如，传感器材料可以是发光染料，并且例如发射光(lumineszenzlicht)的强度、发射光的强度的衰减时间、发射光的偏振、发射光的偏振的衰减时间或发射光的其他参数可以直接或间接地与分析物有关。可以使用已知的方法测量发射光的强度、衰减时间、偏振或其他参数。传感器材料或传感器元件的光学特性的另一示例是颜色；也就是说，传感器元件的颜色可以直接或间接地与分析物有关。可以使用已知的方法测量颜色。分析物的非限制性的示例例如是氧气、二氧化碳、ph值。
13.在根据本发明的传感器单元的预备状态下，经由膜片实现在传感器元件与储存器中的辅助介质之间的扩散接触。以这种方式，使传感器元件在预备状态下，也就是说如在传感器单元的存储期间已经由辅助介质润湿。因此，在测量之前直接在使用传感器单元之前省去了等待时间或附加步骤。
14.如果在储存器中发生微生物生长，则在根据本发明的传感器单元中几乎不会对利用传感器单元进行的测量产生影响。这是因为可能被微生物污染的储存器在测量之前被从传感器元件移开。
15.在一个实施方式中，储存器和膜片可松脱地与传感器单元连接。通过使储存器和膜片与传感器单元松脱，如将储存器和膜片从传感器单元取下，可以容易地将在一侧的传感器元件以及在另一侧的膜片和储存器从彼此移开。
16.在该实施方式的一个改进方案中，设有罩，该罩覆盖储存器和传感器元件。该罩在存储期间以及还在对包含传感器单元的样品器皿的灭菌期间保护传感器单元。在更特殊的设计方案中，传感器元件布置在载体上；罩可松脱地与载体连接，并且膜片固定在罩中并与罩一起界定储存器。在该设计方案中，可以将储存器和膜片与罩一起容易地从载体取下并进而从传感器元件移开。
17.在另一实施方式中，传感器单元具有传感器分部和与传感器分部不同的储存器分部。在传感器分部处安装传感器元件，在储存器分部中构造储存器并且安装膜片。储存器分部和传感器分部可以相对于彼此旋转和/或移动。通过相应的旋转或移动，在一侧的传感器元件以及在另一侧的膜片和储存器可以从彼此移开。
18.在一个改进方案中，传感器分部具有可以引导光导体的通道。光导体在此用于将光引导至传感器元件和/或用于引导光从传感器元件离开。
19.还可能的是，储存器分部具有开口，在传感器单元的测量状态下可以通过该开口从传感器单元的周围环境被接近传感器元件。经由该开口，传感器元件可以尤其与样品(要
在该样品中测量分析物)接触。
20.在根据本发明的传感器单元的常规实施方式中，辅助介质是存储介质，用以使传感器元件在润湿状态下存储在传感器单元中。存储介质例如可以是水或包含碱液、如氢氧化钠溶液。碱液例如可以用于中和在辐照传感器单元时可能产生的酸。在灭菌过程中可能需要对传感器单元进行辐照，但在此产生的酸可能会损坏传感器元件；尽管进行辐照，酸的中和还确保了传感器元件的功能性。存储介质还可以包含抗菌的、优选非挥发性的防腐剂、例如苄索氯铵(benzethoniumchlorid)。这种防腐剂抑制了在储存器中的微生物的生长，并因此避免了由于这些微生物的存在、如由于它们的新陈代谢而导致的测量结果的失真，甚至比如上所述仅通过传感器单元的结构已经给出的结果更可靠。
21.在实施方式中，使用存储介质以将用于标定传感器元件的限定的状态固定。作为非限制性示例，如果传感器单元被设置用于测量co2的分压，则可以使用如具有几毫摩尔碳酸氢盐和精确设定的ph值的磷酸盐缓冲液作为存储介质。这种缓冲液是辐照稳定的并产生可再现的co2分压。其可用于传感器元件的单点标定。
22.根据本发明的样品器皿具有如上所述的根据本发明的传感器单元。样品器皿的形状不受限制。其可以是一次性或可重复使用的样品器皿。作为不完整的示例列表，例如可以是杯子、袋子、生物反应器、通流元件。
23.可以对样品器皿进行灭菌。因为传感器元件在预备状态下被保护防止受辐照或辐照产品影响，可以通过辐照对带有安装的传感器单元的样品器皿进行灭菌，而不损害传感器单元的传感器元件。
24.对在传感器单元中的传感器元件的保护还使得在制造样品器皿时可以较少地考虑样品器皿的材料或例如粘合剂的辅助材料对传感器元件的影响。在具有内置传感器单元的样品器皿的存储期间，在传感器单元中的传感器元件受到保护，如防止材料和辅助材料蒸发。在测量使用期间，这种蒸发由样品置换。
25.根据本发明的用于测量在样品中的分析物的方法至少包括以下步骤：
26.首先，给样品器皿提供上述根据本发明的传感器单元。然后，如通过辐照对样品器皿进行灭菌。在此，传感器单元仍处于预备状态，因此传感器元件仍受到保护。
27.然后，通过将在一侧的传感器元件以及在另一侧的储存器和膜片从彼此移开，使传感器单元置于测量状态。由此，可以从样品器皿接近传感器元件。此外，用样品填充样品器皿。在此，首先使传感器单元置于测量状态还是首先将样品填充到样品器皿中以对于本领域技术人员显而易见的方式与所执行的测量的细节有关的；有时这两个步骤的顺序也是任意的。
28.如果样品被填充到样品器皿中并且使传感器单元置于测量状态，根据已知方法使用传感器单元的传感器元件来执行对分析物的测量。
29.一种用于制造传感器单元的方法至少包括以下步骤：在预切割的膜片中产生空腔。将具有与分析物有关的光学特性的上述类型的传感器元件固定在透明的载体上。用辅助介质填充空腔。将膜片(辅助介质或其组成部分可以通过该膜片扩散)放置到被充填的空腔处并且固定在薄膜处。最后，将带有传感器元件的载体放置在膜片上；这使得传感器元件指向膜片。将载体固定在薄膜处。
附图说明
30.在下文中，借助示意性的附图更详细地阐述本发明及其优点。
31.图1以剖视图示出了根据本发明的传感器单元的实施方式。
32.图2以俯视图示出了图1中根据本发明的传感器单元的实施方式。
33.图3以剖视图示出了根据本发明的传感器单元在预备状态下的另一实施方式。
34.图4以剖视图示出了在测量状态下的图3的实施方式。
35.图5示出了借助如图1和图2所示的根据本发明的传感器单元进行测量的预备工作。
具体实施方式
36.附图示出了本发明的为了阐述本发明的目的而示出的实施方式，但本发明并不限制于所示出的实施例。
37.图1以剖视图示出了根据本发明的传感器单元1的实施方式。传感器元件2固定在透明的载体3处，在所示出的示例中利用双面胶带21进行固定。传感器元件2经由膜片4与位于储存器5中的辅助介质51处于扩散接触。储存器5除了通过膜片4之外还通过罩6界定，其在这里形成为在薄膜61中的空腔。薄膜61延伸至在这里仅部分地示出的手柄62。膜片4通过焊接环41固定在薄膜61处。此外，薄膜61经由焊接环31固定在载体3处。在所示状态下，传感器单元1处于预备状态。传感器元件2尤其是在以灭菌为目的的辐照期间通过罩6来保护。通过膜片4得到的在辅助介质51与传感器元件2之间的扩散接触用于传感器元件2在预备状态下润湿，传感器单元1例如在该预备状态下可以被存储。
38.薄膜61例如可以是铝薄膜或塑料-铝-复合薄膜；例如低密度聚乙烯(ldpe)适合作为塑料。载体3例如可以由环烯烃共聚物(coc)制成。膜片4例如可以是微孔聚丙烯(pp)。
39.透明的载体3使得光通过载体3被引导到传感器元件2和/或光从传感器元件2穿过载体3被检测用于评估传感器元件2的光学特性。这表明，“透明的”在这里意味着载体3在一定程度上对于在此相关的光波长度来说是可穿透的，使得可以以期望的精度测量分析物。在同样的意义上，胶带21在这种情况下也必须是透明的。
40.在图示中，膜片4经由焊接环41固定在薄膜61处。例如也可以考虑，借助夹持环来固定膜片4，其中夹持环例如经由焊接环固定在薄膜61处。
41.图2示出了图1所示传感器单元1的俯视图。在这里完全示出了手柄62。传感器元件2由圆圈表示。参见图1，可以利用手柄62将罩6连同储存器5和膜片4从载体3取下，在此由焊接环31提供的连接松脱，更准确地说，焊接环31于载体3松脱并保留在薄膜61处，而由焊接环41提供的连接保存；在这种情况下可以从传感器单元1之外接近传感器元件2。由此，传感器单元1置于测量状态。
42.图3以剖视图示出了根据本发明的传感器单元1的另一实施方式。示出了在预备状态下的传感器单元1。传感器单元1包括传感器分部20，传感器元件2在此借助载体3安装在传感器分部20处。传感器单元1还包括储存器分部50，在储存器分部中构造有储存器5。储存器5在一侧通过同样安装在储存器分部50处的膜片4界定，除此以外通过金属化薄膜52界定；薄膜52用作扩散阻挡部。在传感器分部20中构造用于光导体的通道22。经由通道22，光导体可以被导引到载体3处，用以通过光导体并且经由载体3将光导向至传感器元件2和/或
引导光从传感器元件2离开。这用于检测在传感器元件2中的传感器材料的光学特性。储存器分部50此外具有开口54，在测量状态下通过该开口54可以实现在样品与传感器元件2之间的接触。在所示的预备状态下，通过膜片4存在传感器元件2与储存器5之间的扩散接触，使得在储存器5中的辅助介质(在这里未示出)或其组分可以通过扩散穿过膜片4到达传感器元件2。
43.传感器分部20和储存器分部50可以围绕轴线200相对于彼此旋转；通过这种旋转，传感器单元1可以置于图4所示的测量状态。传感器分部20和储存器分部50通过o形环53相对于彼此密封。在储存器分部50处的法兰56用于将传感器单元1固定在样品器皿处。根据样品器皿和传感器单元1的设计方案，这种固定可以以不同方式进行。如果样品器皿例如是由塑料制成的袋，并且法兰56同样由塑料制成，则袋和法兰可以被焊接也或被粘接。如果样品器皿具有较坚硬的壁，则法兰可以例如通过螺纹连接或经由卡口式连接与壁连接。在所示的实施方式中，保持夹70用于将储存器分部50与传感器分部20保持在一起。
44.图4示出了在测量状态下的图3中的传感器单元1。已经参照图3讨论了所有所示的元件。在这里，样品现在可以通过开口54到达传感器元件2。相反，不再存在储存器5与传感器元件2之间的扩散接触。
45.图5示出了在使用根据本发明的传感器单元1进行测量之前的三个阶段a、b、c的顺序。传感器单元1(对应于图1和图2所示出的实施方式)在这里插入到样品器皿100中，如紧粘在样品器皿100的底部处。在阶段a中，罩6覆盖传感器元件和储存器(在这里未示出，见图1和图2)，并且手柄62倾斜且从样品器皿100被引导出。在该状态下，样品器皿100连同传感器单元1可以出于灭菌目的被辐照，传感器元件通过罩6被保护。样品器皿100连同传感器单元1也可以这样被存储。在阶段b中，通过将力65施加到手柄62上将罩6连同储存器和膜片(参见图1和图2)从传感器单元1取下，从而到达阶段c。在阶段c中，固定在载体3上的传感器元件2可以从样品器皿100的内部被接近。现在可以用样品填充样品器皿100。然后可以使用传感器元件2执行测量。
46.附图标记列表：
47.1 传感器单元
48.2 传感器元件
49.3 载体
50.4 膜片
51.5 储存器
52.6罩/空腔
53.20 传感器分部
54.21 双面胶带
55.22 通道
56.31 焊接环
57.41 焊接环
58.50 储存器分部
59.51 辅助介质
60.52 金属化薄膜
61.53 o形圈
62.54 开口
63.56 法兰
64.61 薄膜
65.62 手柄
66.65 力
67.70 保持夹
68.100 样品器皿
69.200 轴线。