[发明专利]动态汗液传感器管理

说明书

联邦资助研究或开发的声明

本发明的开发没有使用联邦资金。

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2015年2月24日提交的美国临时申请62/120,342，本申请的说明书基于2014年10月17日提交的申请PCT/US14/061098、以及2015年10月15日提交的申请PCT/US15/55756；这些专利申请的公开内容通过引用而整体并入本文。

背景技术

汗液感测技术在诸如竞技、新生儿学、劳动力安全、药理监控及个人数字健康等应用中具有巨大的潜力。汗液中包含有多种生物标记物、化学物质或者溶质，与血液中承载的相同，这些物质能够先于其他体征提供明显的信息，使得人们能够对疾病、健康状况、毒素暴露、性能以及其他生理属性进行诊断。进一步地，可以测量汗液本身、出汗的行为以及皮肤表面、皮肤附近或者皮肤下的其他参数、属性、溶剂或者特点，以进一步揭示生理信息。

在所有用于生物监控的其他生理液体(例如血液、尿液、唾液、眼泪)中，汗液的采样率可以说具有最大的可变性，这是由于其采集方法和可变的产生速率均导致有效采样率的较大变动。汗液中还含有随时间而高度可变的溶质浓度，其不仅取决于这些溶质在血液中的浓度，还取决于外泌汗腺的功能。进一步地，汗液传感器还可能在与皮肤或汗液样本的适宜接触水平上存在明显的变动，这可能引起能够破坏有用数据的变动。汗液样本独有的这些因素对于准确可靠的汗液读数(特别是在连续监控应用中)构成了巨大的挑战。

汗液作为传感范本具有巨大的潜力，但是，汗液作为传感范本仅仅出现在几十年前在针对囊肿性纤维化进行的婴幼儿氯化物检测(例如Wescor Macroduct系统)以及非法药物监控贴片(例如由Pharm Chem生产的Pharm Check药物滥用贴片)的使用中。虽然医学文献公开有汗液刺激和采集、将汗液样本运输至实验室、之后由受过训练的专家通过台式机对该样本进行分析的过程，但这些过程大多数是缓慢且不便的。上述过程劳动强度大、复杂、且成本较高，以致在大多数情况下，人们宁愿实施抽血，因为血液是对绝大多数形式的高性能生物标志物检测而言的黄金标准。因此，汗液感测尚未发挥其在生物感测方面，特别是在连续或重复的生物感测或监控方面的最大潜力。进一步地，利用汗液来感测例如葡萄糖等“圣杯”(holy grails)的尝试没能够生产可行的商业产品，这削弱了汗液感测为公众所认知的能力，减小了机会空间。最近在由Castro提供的题为“汗液：一种在代谢物组学中同时具有当前应用局限和光明前景的样本”(Sweat:A sample with limited present applications and promising future in metabolomics)的实质2014评论(substantial 2014review)中得出了类似的结论，其中记载道：“汗液作为临床样本的主要局限在于：难以产生足够量的汗液以用于分析，样本蒸发，缺少合适的采样装置，需要受过训练的运行人员，以及由于匹鲁卡品的存在而造成结果中存在错误。在进行定量测量时，主要缺陷在于取样体积的标准化。”。

以一种随汗液生成而实惠有效、方便智能或可靠地将汗液感测技术密切地应用于汗液的方式，通过创制化学品、材料、传感器、电子装置、微流体、算法、运算、软件、系统以及其他特征或设计的新颖而先进的相互作用，能够解决上述多种缺陷。

人们尤其感兴趣的是，实时地动态控制地汗液传感器以降低由汗液感测装置产生的能耗，优化传感器的寿命和性能，允许有限寿命传感器的使用，以及应对皮肤或汗液接触问题的能力。

发明内容