ΧΗΜΙΚΟΙ ΒΙΟ-ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ
517
ναλογικά κυκλώματα της “πρώτης-γραμμής” (front-end circuitry) στη μονάδα προσαρμογής του ασθενή τοποθετήθηκε έτσι ώστε το αναλογικό σήμα να μετατρέπεται σε ένα ψηφιακό σήμα και να πολυπλέκεται για να σταλεί κατά μήκος περίπου 4 m καλωδίου στο τμήμα του αναλυτή. Όλα τα σήματα είναι κανονικοποιημένα ως προς την ένταση και χρησιμοποιούνται τεχνικές μέτρησης αναλογίας για να συγκρίνουν το ενεργό μήκος κύματος φθορισμού με το μήκος κύματος αναφοράς προτού υπολογιστεί η συγκέντρωση των αερίων-αίματος. Η συσκευή βαθμονόμησης Για όλα τα συστήματα ανίχνευσης αερίων-αίματος, είναι σημαντικό να γίνεται μια ανεξάρτητη βαθμονόμηση του καθετήρα πριν από τη χρήση του στον ασθενή. Αυτό γίνεται με τη χρήση τονομετρικών τεχνικών και μια κυβέττας βαθμονόμησης γεμάτη από υγρό, η οποία είναι ένα αναπόσπαστο τμήμα της συσκευασίας του καθετήρα, δεδομένου ότι οι αισθητήρες πρέπει να παραμένουν ενυδατωμένοι. Η συσκευή βαθμονόμησης χρησιμοποιεί δύο κυλίνδρους αερίων, κάθε ένας με τις κατάλληλες, ακριβώς ελεγχόμενες τιμές οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα (Gehrich et al, 1986).
10.4
ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ-ΠΕΔΙΟΥ ΕΥΑΙΣΘΗΤΟ ΣΤΑ ΙΟΝΤΑ (ISFET)
Η δυνατότητα για χαμηλού κόστους, αξιόπιστες μικρογραφίες αισθητήρων που χρησιμοποιούν τα τρανζίστορ επίδρασης-πεδίου ευαίσθητα στα ιόντα (ion-sensitive field-effect transistors, ISFET) αναγνωρίστηκε αρχικά πριν από 20 έτη (Bergveld, 1970). Τα ISFET υιοθετούν τις ίδιες ηλεκτροχημικές αρχές στη μέτρησή τους όπως τα ηλεκτρόδια ευαίσθητα στα ιόντα (ion-sensitive electrodes, ISE). Τα ISFET παράγονται με αφαίρεση της περιοχής της μεταλλικής πύλης που είναι κανονικά παρούσα σε ένα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (Rolfe, 1988). Ένα τρανζίστορ επίδρασης-πεδίου μεταλλικού οξειδίου ημιαγωγού (metal oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) αποτελείται από δύο διόδους που χωρίζονται από μια περιοχή πύλης. Η πύλη είναι ένας λεπτός μονωτής-συνήθως διοξείδιο του πυριτίου-επάνω στο οποίο ένα μεταλλικό υλικό εναποτίθεται. Αυτό το υλικό πύλης μπορεί να είναι οποιοδήποτε αγώγιμο υλικό που είναι συμβατό με την επεξεργασία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η τάση που εφαρμόζεται στην πύλη ελέγχει το ηλεκτρικό πεδίο στο διηλεκτρικό και επομένως το φορτίο στην επιφάνεια πυριτίου. Αυτή η επίδραση πεδίου είναι η βάση της λειτουργίας των MOSFET και των ISFET. Η υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου προκύπτει από τον μονωτή της πύλης, ο οποίος είναι απαραίτητος για τη λειτουργία της συσκευής ISFET (Janata, 1989). Το Σχήμα 10.17(α) είναι ένα σχηματικό διάγραμμα ενός τρανζίστορ επίδρασης-πεδίου ευαίσθητο σε ιόντα με το υπό μέτρηση δείγμα σε επαφή με μια ιοντο-επιλεκτική μεμβράνη και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς. Για τη βελτίωση της ευαισθησίας-pH και της σταθερότητας του στρώματος του διοξειδίου του πυριτίου, ένα στρώμα νιτριδίων του πυριτίου τοποθετείται πάνω από το διοξείδιο του πυριτίου. Το δυναμικό που αναπτύσσεται στο μονωτή εξαρτάται από τη συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη του διαλύματος που είναι σε επαφή με την ιοντο-επιλεκτική μεμβράνη. Το ISFET μετρά το δυναμικό στην πύλη· το δυναμικό αυτό προέρχεται μέσω μιας ιοντοεπιλεκτικής διαδικασίας, στην οποία τα ιόντα που περνούν μέσω της ιοντο-επιλεκτικής μεμβράνης διαμορφώνουν το ρεύμα μεταξύ της πηγής και της εκροής (drain). Η τάση