[发明专利]具有补偿基线变化的气体感应器

说明书

对相关申请的参考

本申请在此要求于2009年12月2日提交的第61/265,979号美国临时专利申请的优先权。上述申请的全部内容通过引证并入本文。

关于联邦政府发起的研发的声明

本发明是在联邦政府的支持下进行的，根据的是国家科学基金会授予的授权号为DMR0304169的文件。在本发明中联邦政府保留部分权利。

背景技术

医学研究报告最近将人体呼吸的某些气态成分与疾病的特定类型相关联，而且基于对呼出的气息的标记浓度的生理水平的确定，解决了饮食的重要性、牙齿病理学、吸烟等等问题。肺部中的炎症和氧化压力可以通过测定以下气体的浓度的变化来进行监测：NO(其已经被广泛研究用于一种生物标记)，和相关的产出物NO₂^-(亚硝酸盐)；NO₃^-(亚硝酸盐)；呼出的CO(也可以用作心血管疾病、糖尿病、肾炎、胆红素的析出物的标记)；低分子量的呼出的碳氢化合物，例如，乙烷，n-戊烷，乙烯，橡胶基质(受到日常饮食影响的碳氢化合物，是血液胆固醇水平的标记)；丙酮，甲醛；乙醇；氢化硫，氧硫化碳，以及氨水/胺。举例来说，对呼出的胺的测量可以在肺部疾病的病毒和细菌影响之间进行区分，以便判断抗生素的应用。

已经研发出各种不同的感应器来测量这些代谢物。在第7,017,389号美国专利中所描述的各种实施例，其全部内容通过引证并入本文。需要对诊断工具的呼吸分析器的进行持续改进，其可以提供，例如，用于快速和容易地诊断病情的第一检测设备。

发明内容

本发明涉及的是一种用于医学诊断的可靠的、快速的和不贵的呼吸气体检测器系统，该系统包括，在某些实施方案中，用于各种不同的疾病和身体条件的个人用的监控设备，包括，举例来说，例如，哮喘，糖尿病，血液胆固醇和肺癌。这种以集成的微系统和与改进的感应器技术相结合的以基片为基础的系统的方案允许实现用于感应气体成分的感应器设备的显著的小型化，并可以集成到手持式的设备上。

在一个实施方案中，用于检测气体的感应器包括具有电阻的感应元件，该电阻根据目标气体的出现而发生变化；电子连接到感应元件上的读出电路，由于出现目标气体，其测量出感应元件的阻抗的变化并将测量值转变为数字信号；和从数字单元到读出电路的反馈电路，以补偿感应元件的基线阻抗的变化。

在某些实施方案中，气体感应器可以合并到手持式的单元中，具有适当的电源，例如，电池，和包含在单元中的显示设备，例如，LED指示器。可以提供一个或更多的加热元件和温度感应器来在气体感应器中进行精确的温度控制。感应器设备可以包括感应元件的阵列，具有多通道的集成读出电路。

根据一个实施方案，读出电路包括一种A/D转换器，其将感应元件中的阻抗的变化的测量值转换为数字信号。A/D转换器可以包括，例如，第一顺序的单个δ-σ的调节器设备，其具有数字可配置的过度采样比率，以用于控制转换的比例。在某些实施方案中，阻抗记录系统具有16位的分辨率和到1kHz的带宽。

在某些实施方案中，气体感应器被配置为通过感应元件来维持恒定电流，以及测量由于阻抗的变化所导致的电压的改变。可以选择的是，感应器将感应元件维持在偏置恒定电压的状态，并测量由于阻抗的变化而导致的电流的改变。

在某些实施方案中，反馈电路可以在信号处理装置的基础上利用独立的成分分析(ICA)，信号处理装置适用于补偿感应元件中的基线阻抗的变化。一种电流的D/A转换器可以将来自于数字单元的数字信号转换为栅流，其被提供给感应元件。电流的D/A转换器可以包括，例如，多位的(例如，10位)分段D/A转换器，其具有至少一个二进制的加权位和至少一个一元的加权位。最低有效位可以是二进制的加权和最高有效位可以是一元的加权，以便提供复杂性和单一性之间的适当的折中方案。

本发明进一步涉及的是通过如上文中所描述的气体感应器来检测气体的方法，包括用于医学诊断的对呼出气体的检测的方法。其他的详细内容可以参考美国物理协会举办第13届国际研讨会过程中由wang等人提出“An Acetone Nanosensor for Non-invasive Diabetes Detection”，刊登在2009年5月23日出版的公报中第113卷(刊1)，第206-208页，其全部内容通过引证并入本文。