确定汗液参数的制作方法

本发明涉及一种用于确定用户的汗液参数的设备和方法。

背景技术：

1、需要对指示健康和快乐的生物标志物进行无创、半连续和长期监测。例如，这样的生物标志物监测在评估脱水、应激、睡眠、儿童健康和围手术期监测中可能有用。汗液是一种不易访问的生物流体并且是与对象的生理和代谢有关的丰富信息来源。

2、汗液中临床相关生物标志物的一些示例是用于监测脱水和囊性纤维化诊断的na+、cl-或k+离子、作为炎症早期预警的乳酸(其与败血症相关)、用于糖尿病患者和新生儿的葡萄糖、用于皮肤状况和脱水监测的尿素、用于酒精使用监测的乙醇、用于代谢障碍的铵以及用于应激监测的皮质醇。

3、尽管早在20世纪40年代和50年代的临床研究就显示出了有希望的结果，但是可靠的汗液感测技术的发展受到了若干问题的阻碍。迄今为止，汗液分析的有效应用主要局限于囊性纤维化诊断、药物和酒精滥用测试。

4、如mena-bravo和de castro在“sweat:asample with limited presentapplications and promising future in metabolomics”(j.pharm.biomed.anal.90,139–147(2014))中所总结的，已经发现汗液感测的结果可能是高度可变的，并且对于各种生物标志物来说，从血液样本和汗液样本中确定的值之间似乎缺乏相关性。

5、为了解决这些问题，人们已经做出了努力：使可穿戴传感器在汗液从皮肤中排出时几乎立即与汗液接触。一个示例是gao等人在“fully integrated wearable sensorarrays for multiplexed in situ perspiration analysis”(nature 529,509-514(2016))中提出的可穿戴贴片。该贴片包括用于测量na+、k+、葡萄糖、乳酸和皮肤温度的传感器阵列。然而，这项研究的重点是传感器本身的开发和集成，虽然这方面明显至关重要，但是并没有解决与汗液收集有关的问题。后者主要通过在皮肤与传感器之间放置面积约为几个cm2的吸收垫来完成。假设是：如果产生了大量的汗液(因此对进行剧烈运动的人进行测试)，吸收垫将吸收汗液以供分析，新产生的汗液会重新填充吸收垫并“冲洗掉”旧汗液。然而，由于积累效应，传感器的时间依赖性响应很可能不会直接反映生物标志物随时间的实际水平，因此，很难在长时间段内连续可靠地进行感测。这种贴片也可能未被设计成处理通常在休息和热舒适时个体产生的少量汗液，例如在0.03-0.1nl/min/腺体的范围内。

6、ep3649941a1涉及一种用于估计由汗腺释放的汗液中的分析物浓度的设备、系统和方法。它还涉及一种用于感测由汗腺释放的汗液中的分析物浓度的切换(switching)传感器设备、以及一种用于感测由汗腺释放的汗液中的分析物浓度的触发传感器设备。

7、目前对连续汗液测量有相当大的关注。需要解决的一个主要问题是温度调节的生理学机理引起皮肤上的小汗滴的快速蒸发。

技术实现思路

1、本发明由独立权利要求限定。在从属权利要求中限定了有利的实施例。

2、如果用于确定用户的汗液参数的设备包括减少不希望的汗液蒸发的特征，则将是有利的。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中，提供了一种用于确定用户的汗液参数的设备，所述设备包括：

3、微流体结构，其包括收集室和传感器，所述收集室被配置为收集来自第一皮肤区域的汗液，所述传感器被配置为根据来自所述第一皮肤区域的汗液确定汗液参数，以及

4、蒸发控制室，其与所述微流体结构流体连接，并被配置为利用在第二区域处收集的流体来润湿所述微流体结构，其中，所述第二区域是第二皮肤区域和/或冷凝元件的表面，所述冷凝元件被配置为冷凝由所述设备释放的蒸汽。

5、所述设备被配置为从对象的特定皮肤区域(即，第一皮肤区域)收集汗液，并且使用传感器来根据从所述第一皮肤区域收集的汗液确定所述对象的汗液参数。

6、所述第二区域可以是第二皮肤区域。所述对象中不包括所述第一皮肤区域的任何其他皮肤区域是第二皮肤区域，并且它可以与第一皮肤区域相邻。第一皮肤区域被定义为与设备的收集室接触的皮肤区域。不与收集室接触的任何其他皮肤区域是第二皮肤区域。流体(即汗液或经表皮水(tew))在第二皮肤区域中排出。该设备被配置为利用该汗液或tew作为湿度源来润湿其微流体结构，增加其微流体结构内的蒸汽压力，并因此减少用于确定汗液参数的汗液(即，源自第一皮肤区域的汗液)的蒸发。

7、通过减少汗液从第一皮肤区域的蒸发，增加了到达传感器的液体汗液的可用量，并且可以防止汗液中干燥成分的积聚，从而阻碍设备内可靠且可再现的流动。此外，由于总液体汗液体积的减少，汗液蒸发可能改变到达传感器的液体汗液中的生物标志物的浓度。另外，汗液蒸发也可能阻碍汗液速率的确定。因此，减少汗液蒸发也可以改善汗液传感器的测量结果。

8、该设备可以是可穿戴设备。可穿戴设备可以提高易用性，对于对象而言长时间穿戴是舒适的，并且适合于长时间(例如，数天或数周)的连续测量。

9、根据本发明的实施例，来自第二皮肤区域的流体(即，要用于润湿设备的微流体结构的汗液或tew)可以处于液态或气态。例如，所述流体可以在蒸发控制室中蒸发，以便增加微流体结构内的湿度，所述微流体结构连接(即流体连接)到蒸发控制室。在另一示例中，所述流体被收集在蒸发控制室中并以液态输送到微流体结构，以润湿传感器或微流体结构的其他部件并维持设备内的潮湿环境。

10、来自第一皮肤区域的汗液被收集在收集室中。收集室可以包括锥形柱。锥形柱减小了收集室中的总体积和流体运动的影响，从而减少了填充收集室的时间。收集室可以包括水凝胶或芯吸材料。

11、此外，所述微流体结构可以包括第一吸收器，所述第一吸收器经由微流体通道与所述收集室和所述传感器连接。来自第一皮肤区域的汗液被收集在收集室中，并且由于汗腺的压力和毛细作用，汗液沿着传感器输送并最终进入第一吸收器。替代地，汗液可以基于离散化液滴输送(例如，基于被动化学梯度或电润湿技术)沿着微流体通道移动。由于由第一吸收器接收的汗液已经经过传感器，因此测量不再需要汗液，并且汗液可以被存储和蒸发。第一吸收器的润湿使微流体通道保持润湿，因此它有助于减少尚未经过传感器的第一皮肤区域的汗液的蒸发。汗液从第一吸收器的逐渐蒸发还有助于在微流体通道内产生压力梯度，从而有助于汗液从收集室向传感器输送并最终进入吸收器。

12、蒸发控制室对微流体结构的润湿导致来自第一吸收器的汗液的蒸发速率的降低。尽管期望汗液从第一吸收器蒸发，但是还期望该蒸发速率应当受到限制，因为汗液从第一吸收器的快速蒸发也会导致微流体通道内的汗液快速蒸发，从而导致汗液在其到达传感器之前蒸发。

13、此外，传感器可以包括用于排出已经进入传感器的汗液的排气口。排气口去除汗液，这样汗液就不会堆积在传感器内部，因此，为新的汗液进入并由传感器测量留出了空间。出于与第一吸收器相同的原因，尽管期望通过排气口从传感器去除汗液，但是还期望应当限制去除速率。

14、在一组示例中，蒸发控制室与微流体结构的传感器的第一吸收器或排气口直接连接。在该示例中，处于蒸汽、液体或两种状态的第二皮肤区域的流体可以直接流向第一吸收器，或流向传感器的排气口，或流向第一吸收器和传感器的排气口两者。直接润湿(作为连接到微流体通道的部件的)第一吸收器或传感器的排气口减少了微流体通道内的汗液的蒸发，来自第一皮肤区域的汗液通过微流体通道移动到达传感器。

15、在另一示例中，所述蒸发控制室可以包括第二吸收器，所述第二吸收器被配置为接收从所述第二皮肤区域收集的流体并且被配置为润湿所述微流体结构。所述蒸发控制室还可以包括流体输送器，所述流体输送器被配置为将流体的液滴输送到所述第二吸收器。

16、流体输送器(例如基于被动化学梯度或电润湿移动离散化液滴的输送器)提供比毛细管作用更快的流体输送。第二吸收器的优点是其被配置为用于尽可能快地刺激流体的蒸发，导致微流体结构的润湿速率增加。

17、在另一示例中，所述蒸发控制室可以包括流体输送器，所述流体输送器被配置为将流体的液滴输送到所述第一吸收器。

18、在另一示例中，所述蒸发控制室还可以包括加热器。皮肤温度可以足以在蒸发控制室中产生足够的蒸发。然而，从加热器产生的热能刺激源自第二皮肤区域的流体的蒸发可能是有益的。

19、在另一示例中，所述设备可以包括通气口和冷凝元件，所述通气口被配置为将蒸汽释放出所述设备，所述冷凝元件连接到所述通气口和所述微流体结构并被配置为对蒸汽进行冷凝。此外，所述设备由位于所述收集腔室和所述传感器处的具有第一热阻的第一材料和位于所述通气口和所述冷凝元件处的具有第二热阻的第二材料构成。此外，所述第一热阻被配置为高于所述第二热阻，以在将蒸汽释放出所述设备之前对蒸汽进行冷凝。

20、通气口将蒸汽释放出设备，以减小设备内的压力并允许来自第一皮肤区域的新汗液被收集并被输送到传感器。为了防止来自第一皮肤区域的汗液在微流体结构内并且因此在微流体通道内的快速蒸发，湿度应当保持高。因此，产生温度梯度以促进蒸汽在通过通气口离开设备之前的冷凝。为了产生温度梯度，该设备由第一材料构成，该第一材料用于包围收集室和传感器的设备的部分。第一材料具有第一热阻。该设备在包围通气口和冷凝元件的部分处利用第二材料来构造。第二材料具有第二热阻，并且第一热阻高于第二热阻。

21、具有比在通气口和冷凝元件处使用的材料更大的热阻的第一材料在皮肤附近(即在收集室处)产生具有比在通气口和冷凝元件处的温度更高的温度的温度梯度。通气口和冷凝元件处的第二材料的更低热阻导致它们具有更接近环境温度的温度，该环境温度比蒸汽冷。蒸汽与较冷表面的接触将导致部分蒸汽的冷凝。因此，冷凝的蒸汽将流回到设备并减少从设备内的湿度损失。

22、在示例中，第二区域是冷凝元件的表面。在该示例中，该设备不需要从第二皮肤区域收集流体。来自第一皮肤区域的已经经过传感器的汗液以蒸汽形式增加了微流体结构内部的湿度。这些蒸汽在冷凝元件的表面处冷凝，流回到设备并减少从设备内的湿度损失。

23、该设备还可以包括诸如冷却块的被动冷却元件或诸如珀耳帖元件的主动冷却元件，以增加通风口和冷凝元件的冷却，从而增加蒸汽在离开设备之前的冷凝。

24、本发明还提供了一种用于确定用户的汗液参数的方法，所述方法包括：

25、收集源自第一皮肤区域的汗液；

26、收集源自第二区域处的流体以润湿设备的微流体结构，所述设备具有传感器和蒸发控制室，所述传感器被配置为根据来自所述第一皮肤区域的汗液确定汗液参数，所述蒸发控制室与所述微流体结构流体连接并被配置为利用在所述第二区域处收集的流体来润湿所述微流体结构，其中，所述第二区域是第二皮肤区域和/或冷凝元件的表面，所述冷凝元件被配置为冷凝由所述设备释放的蒸汽，并且

27、使用所述传感器根据源自所述第一皮肤区域的汗液确定汗液参数。

28、本方法旨在通过增加包括传感器的设备内部的湿度并且因此减少汗液的蒸发来增加传感器确定汗液参数的可用汗液。

29、参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。