專利名稱：接觸式電導(dǎo)率傳感器和一次性生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
液體電導(dǎo)率測量系統(tǒng)用于測量其中需要液體的離子含量的指示的環(huán)境、醫(yī)療、工業(yè)和其他應(yīng)用中的水以及水溶液或非水溶液的電導(dǎo)率。
背景技術(shù)：
在各種情況下測量液體電導(dǎo)率以提供可能與體積離子濃度(bulkionicconcentration)相關(guān)的參數(shù)。在存在單個(gè)類型的離子的情況下，電導(dǎo)率實(shí)際上可能與具體離子濃度相關(guān)。即使在存在多個(gè)不同離子化合物的情況下，液體體積電導(dǎo)率的測量仍然可以提供非常有用的信息。因此，已經(jīng)通過工業(yè)廣泛采用和利用電導(dǎo)率測量，用于各種不同目的。通常情況下,接觸式電導(dǎo)率測量系統(tǒng)包括傳導(dǎo)單元(conductivitycell)和相關(guān)·的電導(dǎo)率計(jì)(conductivity meter)。圖I圖示了這種系統(tǒng)。電導(dǎo)率計(jì)產(chǎn)生施加到傳導(dǎo)單元的電極的交流電壓。電導(dǎo)率計(jì)然后檢測傳導(dǎo)單元的電極之間的總電流。這個(gè)電流通常是傳導(dǎo)單元所暴露到的液體的電導(dǎo)率的函數(shù)。在電極之間的流動的電流的量不僅取決于溶液的電導(dǎo)率，而且取決于傳感器電極的長度、表面積和幾何形狀。由于傳感器的尺寸和幾何形狀，探頭常數(shù)(probe constant)(也叫傳感器常數(shù)或電極常數(shù))是傳感器對導(dǎo)電溶液的電流響應(yīng)的測量值。接觸式電導(dǎo)率傳感器一般由在絕緣傳感器本體中間隔分開的至少兩對金屬電極制成。電極之間的距離和電極的表面區(qū)域被限定。在操作過程中，電極直接接觸標(biāo)本溶液。標(biāo)本溶液的電導(dǎo)率可以通過使用雙電極或四電極方法測量。傳統(tǒng)制造方法依靠薄膜/厚膜形式的金屬，或作為電極的桿，和作為傳感器本體材料的塑料或陶瓷/玻璃。傳統(tǒng)的制造方法已經(jīng)產(chǎn)生問題，包括成本以及密封件和傳感器本體材料之間的泄漏。提供一種接觸式電導(dǎo)率傳感器，其不僅成本比以前接觸式電導(dǎo)率傳感器低，而且更耐泄漏，這代表接觸式電導(dǎo)率傳感器的重大進(jìn)步。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種接觸式電導(dǎo)率傳感器，包括電絕緣塑料本體和多個(gè)電極。所述多個(gè)電導(dǎo)率電極設(shè)置在塑料本體中。每個(gè)電極由塑料構(gòu)成并且與電絕緣塑料本體熔接。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，電絕緣塑料本體和所述多個(gè)導(dǎo)電電極可以由相同類型塑料形成。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，塑料可以從如下材料構(gòu)成的組中選擇縮醛、丙烯酸樹脂、氟塑料、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚烯烴、聚砜、聚醚砜、聚氨酯彈性體和苯乙烯。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，電絕緣塑料本體和所述多個(gè)導(dǎo)電電極可以由熱固性塑料形成。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，所述多個(gè)電極可以包括四個(gè)電極。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，所述電極共線。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，電絕緣塑料本體可以形成為具有一對相對面的盤形形狀，并且其中每個(gè)電極從第一面延伸通過塑料本體到另一面。較佳地，在上述接觸式電導(dǎo)率傳感器中，所述相對面中的一面可以被配置為被暴露到標(biāo)本溶液，以測量標(biāo)本溶液的電導(dǎo)率。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供了一種一次性生物反應(yīng)器，具有整體塑料接觸式電導(dǎo)率傳感器，該一次性生物反應(yīng)器包括塑料側(cè)壁，在塑料側(cè)壁中限定有生物反應(yīng)室；粘合到塑料側(cè)壁的塑料接觸式電導(dǎo)率傳感器，所述傳感器包括電絕緣塑料本體；和設(shè) 置在塑料本體中的多個(gè)導(dǎo)電電極，其中每個(gè)電極由塑料構(gòu)造并且與電絕緣塑料本體熔接。較佳地，上述一次性生物反應(yīng)器還包括可以分析儀，分析儀通過塑料側(cè)壁電連接到所述多個(gè)導(dǎo)電電極中的每一個(gè)。

圖I是本實(shí)用新型的實(shí)施例特別用于的接觸式電導(dǎo)率測量系統(tǒng)的示意視圖。圖2和3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的單片式塑料電導(dǎo)率傳感器的透視圖和頂視圖。圖4是用于在圖2和3中顯示的電導(dǎo)率傳感器的制造過程的示意圖。圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的固體塑料電導(dǎo)率傳感器的示意圖，固體塑料電導(dǎo)率傳感器用于測量一次性生物反應(yīng)器內(nèi)的溶液的電導(dǎo)率。圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的塑料電導(dǎo)率傳感器的橫截面示意圖，該塑料電導(dǎo)率傳感器安裝到一次性生物反應(yīng)器的塑料壁的一部分。
具體實(shí)施方式
圖2和3是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的整體式塑料電導(dǎo)率傳感器10的透視圖和頂視圖。如在此處使用的，“塑料”意圖表示人工合成的有機(jī)聚合物，其在軟的時(shí)候可以被模制成形，并且然后固著成剛性或略有彈性的形式。傳感器10包括設(shè)置在絕緣傳感器本體20內(nèi)的至少兩個(gè)并且優(yōu)選地四個(gè)導(dǎo)電電極12、14、16、18。圖示傳感器本體具有一對相對面
21、23和在其間延伸的側(cè)壁25。導(dǎo)電電極12、14、16、18中的每一個(gè)從第一面21延伸通過傳感器本體20到達(dá)第二面23。在使用中，面21、23將與標(biāo)本溶液直接接觸以確定標(biāo)本溶液的電導(dǎo)率。如圖3所示，當(dāng)使用四個(gè)電極時(shí)，它們優(yōu)選是彼此共線的。整個(gè)電導(dǎo)率傳感器10被認(rèn)為是整體的，在于整個(gè)傳感器由塑料構(gòu)成，其中沒有密封件或材料界面。相反，整個(gè)傳感器10是單個(gè)塑料件，它的一部分(電極12、14、16、18)是導(dǎo)電的。每個(gè)電極12、14、16、18和傳感器本體20優(yōu)選由熱塑性復(fù)合物形成，其中添加劑或其他合適的材料設(shè)置在電極12、14、16、18的區(qū)域中以提供電導(dǎo)率。諸如用于電極12、14、16、18的導(dǎo)電塑料混合料(thermoplasticcompounds)是已知的并且容易得到。一些示例性的混合料由明尼蘇達(dá)州的Winona(威諾納)的RTP公司出售。從RTP公司獲得的導(dǎo)電熱塑性塑料混合料一般包括已經(jīng)用導(dǎo)電添加劑改性的樹脂，導(dǎo)電添加劑包括碳基(粉末和纖維)、金屬基(固體和涂料)和全部聚合物。已經(jīng)基于聚乙烯、丙烯和聚苯乙烯開發(fā)了混合料。一般來說，這種材料用于具有調(diào)節(jié)能力的靜電放電(ESD)控制，并且力學(xué)性能類似于基質(zhì)樹脂，并且易于加工。從RTP可獲得的其全部聚合物是以商標(biāo)名稱Permastat PS 銷售的。Permastat產(chǎn)品不會脫蝕(non-sloughing)、是可著色的并且可以用于寬范圍的聚合物陣列。許多不同的塑料有機(jī)聚合物可以與導(dǎo)電填料復(fù)合以使它們導(dǎo)電。這種聚合物包括縮醛(POM)、丙烯酸樹脂(PMMA)、氟塑料(PTFE、PVDF、PFA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚烯烴(聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PEC)、聚氨酯彈性體(TPU)和苯乙烯(聚苯乙烯、ABS)。優(yōu)選地，用于傳感器本體20和電極區(qū)域兩者的聚合體復(fù)合物是熱塑性塑料。然而，可以使用任何合適的聚合物。然而，熱塑性塑料提供重要的優(yōu)勢在于，傳感器本體和電極可以單獨(dú)被提供、組裝在一起，并且被加熱到熱塑性塑料的熔點(diǎn)，所有材料界面在熔點(diǎn)處熔接在一起，以形成單一整體。因此，傳感器本體20優(yōu)選地是盤或桿，所述盤或桿被鉆孔或開孔以產(chǎn)生可以接收將形成電極12、14、16、18的桿的孔。在桿放置在合適的孔內(nèi)的情況下，整個(gè)組件被簡單地加熱到傳感器本體和電極的熱塑性塑料熔 點(diǎn)，以形成單個(gè)塑料整體。整個(gè)組件然后可以被切割，以提供單獨(dú)的整體式塑料電導(dǎo)率傳感器10。圖4是用于電導(dǎo)率傳感器10 (顯示在圖2和3中)的制造過程的示意視圖。設(shè)置電絕緣塑料制成的桿22，其具有多個(gè)孔24、26、28和30。能夠以任何合適的方式產(chǎn)生桿22中的孔24、26、28和30，包括鉆孔。然而，孔24、26、28和30也可以在鑄造或擠壓成形類工藝中預(yù)成型在本體22中。導(dǎo)電塑料32、34、36、38被注射或以其他方式傳送到各個(gè)孔24、26、28、30中。通過在塑料處于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度處的同時(shí)將塑料32、34、36和38注射到各個(gè)孔中，塑料將流過通過每個(gè)孔以填充其中的輪廓。一旦冷卻，形成單個(gè)塑料整體。在一個(gè)實(shí)施例中，本體22和塑料部分32、34、36、38由相同的塑料復(fù)合物形成，諸如丙烯酸、ABS、碳酸鹽或其它類似物。本體22和桿32、34、36、38的材料之間的唯一區(qū)別在于在桿32、34、36、38的形成過程中提供的導(dǎo)電添加劑使這種桿是導(dǎo)電的。在任何情況下，在塑料32、34、36、38已經(jīng)被注入各個(gè)孔并且冷卻以后，制造整體是塑料的整體物體。單獨(dú)的電導(dǎo)率傳感器可以通過例如沿著切割線40、42、44等等切割該物件而形成。雖然以上參照圖4提出的制造過程圖示為關(guān)于將多個(gè)導(dǎo)電桿插入絕緣塑料本體，并且加熱本體到至少桿或塑料本體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，但本實(shí)用新型的實(shí)施例也可以使用其他制造方法實(shí)現(xiàn)。例如，可以實(shí)現(xiàn)其中整個(gè)組件被簡單地設(shè)置為單個(gè)合成擠壓件。在這樣的擠壓件中，導(dǎo)電塑料被送入此后將成為電極的區(qū)域，以產(chǎn)生作為擠壓成形工藝的結(jié)果的熔接組件。然后，單獨(dú)的塑料電導(dǎo)率傳感器可以從被擠壓的整體中單獨(dú)地切割而成。雖然參照圖4描述的實(shí)施例將塑料注射到絕緣本體22的孔中，但本實(shí)用新型的實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)為其中絕緣本體22圍繞多個(gè)導(dǎo)電塑料桿注射，同時(shí)這種桿保持或維持在模具或其他合適結(jié)構(gòu)中。圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的固體塑料電導(dǎo)率傳感器的示意視圖，該固體塑料電導(dǎo)率傳感器被用于測量在一次性生物反應(yīng)器或容器內(nèi)的溶液的電導(dǎo)率。如在此所使用的那樣，一次性生物反應(yīng)器或容器50意圖是任何塑料容器，其具有如此低的成本，從而基本上是一次性的，用于諸如生物反應(yīng)之類的工藝。電導(dǎo)率傳感器10安裝在一次性生物反應(yīng)器50內(nèi)，并且傳感器的電極10接觸放置在一次性生物反應(yīng)器50內(nèi)的標(biāo)本52。傳感器10通過兩線式或四線式連接連接到電導(dǎo)率分析儀54，電導(dǎo)率分析儀54提供適合的激勵信號到傳感器10。分析儀54使用傳感器10測量標(biāo)本52的電導(dǎo)率，并且提供標(biāo)本52的電導(dǎo)率的讀出或其他合適的指示。由本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一個(gè)特別優(yōu)勢是由于制造傳感器10所需要的極低成本。成本可以下降到如此程度，即傳感器10可以被認(rèn)為是一次性的。因此，整個(gè)一次性生物反應(yīng)器和傳感器10可以在生物反應(yīng)完成后丟棄。在這個(gè)意義上說，傳感器10可以被認(rèn)為是一次性塑料電導(dǎo)率傳感器。圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的安裝到一次性生物反應(yīng)器的塑料壁的一部分的塑料電導(dǎo)率傳感器的橫截面示意視圖。壁58由塑料構(gòu)成，可以使用熱粘合或基于粘合劑的粘合在參考數(shù)字56處將該塑料粘合到一次性塑料電導(dǎo)率傳感器10。壁58在其中限定了可密封生物反應(yīng)室?？?9形成在壁58中，以允許導(dǎo)體60、62、64和66從中穿過。然而，粘合劑或焊縫56在傳感器10和壁58之間形成液體緊密密封。雖然圖6顯示粘合到一次性生物反應(yīng)器的壁的一次性電導(dǎo)率傳感器10，但根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以采用需要電導(dǎo)率測量的任何其他塑料容器。在圖6的實(shí)施例中，電導(dǎo)率分析儀54通過對應(yīng)的電線或?qū)w60、62、64、66連接到電極12、14、16、18。每個(gè)導(dǎo)體60、62、64、66通過連接器61與對應(yīng)的電極12、14、16、18電接觸。參照圖6圖示的實(shí)施例是四線式實(shí)施例，其中電導(dǎo)率分析儀54在電極12和18之間產(chǎn)生電流或電壓，并且然后使用電極14和16以測量標(biāo)本或其中溶液的電響應(yīng)(electricalresponse)。這也已知為使用單對電極用于電導(dǎo)率測量。雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述本實(shí)用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在沒有背離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，在形式和細(xì)節(jié)上可以變化。
權(quán)利要求1.一種接觸式電導(dǎo)率傳感器，包括 電絕緣塑料本體； 設(shè)置在塑料本體中的多個(gè)導(dǎo)電電極，其中每個(gè)電極由塑料構(gòu)造并且與電絕緣塑料本體熔接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中電絕緣塑料本體和所述多個(gè)導(dǎo)電電極由相同類型塑料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中塑料從如下材料構(gòu)成的組中選擇 縮醛、丙烯酸樹脂、氟塑料、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚烯烴、聚砜、聚醚砜、聚氨酯彈性體和苯乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中電絕緣塑料本體和所述多個(gè)導(dǎo)電電極由熱固性塑料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中所述多個(gè)電極包括四個(gè)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中所述電極共線。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中電絕緣塑料本體形成為具有一對相對面的盤形形狀，并且其中每個(gè)電極從第一面延伸通過塑料本體到另一面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接觸式電導(dǎo)率傳感器，其中所述相對面中的一面被配置為被暴露到標(biāo)本溶液，以測量標(biāo)本溶液的電導(dǎo)率。
9.一種一次性生物反應(yīng)器,具有整體塑料接觸式電導(dǎo)率傳感器,該一次性生物反應(yīng)器包括 塑料側(cè)壁，在塑料側(cè)壁中限定有生物反應(yīng)室； 粘合到塑料側(cè)壁的塑料接觸式電導(dǎo)率傳感器，所述傳感器包括 電絕緣塑料本體；和 設(shè)置在塑料本體中的多個(gè)導(dǎo)電電極，其中每個(gè)電極由塑料構(gòu)造并且與電絕緣塑料本體熔接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一次性生物反應(yīng)器，還包括分析儀，分析儀通過塑料側(cè)壁電連接到所述多個(gè)導(dǎo)電電極中的每一個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種接觸式電導(dǎo)率傳感器和一種一次性生物反應(yīng)器，包括電絕緣塑料本體和多個(gè)電極。所述多個(gè)導(dǎo)電電極本體設(shè)置在塑料本體中。每個(gè)電極由塑料構(gòu)造并且與電絕緣塑料本體熔接。該傳感器的一次性生物反應(yīng)器包括塑料側(cè)壁，在塑料側(cè)壁中限定有生物反應(yīng)室；粘合到塑料側(cè)壁的塑料接觸式電導(dǎo)率傳感器。
文檔編號G01R27/22GK202676808SQ20122017812
公開日2013年1月16日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者馮昌東, 巴里·W·本頓 申請人:羅斯蒙德分析公司