(57)【要約】  皮膚（１２）上の汗を感知するための汗センサ装置（４００ｃ）は、一以上の汗センサ（４２０）、及び、装置（４００ｃ）が上記皮膚（１２）上に配されるときに一以上の汗センサ（４２０）と上記皮膚（１２）における汗腺との間で汗に関する減容経路（４８０）を提供する減容構成部品を含む。減容構成部品は、減容材料（４７０）及び圧力透過構成部品（４６０）、汗溶解性材料（４９０）、皮膚（１２）へ順応するための機械的に柔軟な材料（５７０）、垂直異方性汗経路を有する接着剤、及び、バリア材料を含むマイクロカプセル（１３８５）を含み得る。減容構成部品の存在は、汗体積を減少させ、サンプリング間隔を低下させる。
2017522924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚の上の汗を感知するための汗センサ装置であって、
一以上の汗センサと；
前記装置が前記皮膚の上は配されるときに一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と；
を含み、
前記減容構成部品は、減容材料及び圧力透過構成部品、汗溶解性材料、前記皮膚の表面へ順応するための機械的に柔軟な材料、垂直異方性汗経路を有する接着剤、バリア材料を含むマイクロカプセル、並びにそれらの組み合わせから成る群から選択される、装置。
【請求項２】
減容構成部品が、減容材料、圧力透過構成部品、及び汗溶解性材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
減容構成部品が、複数の密閉体積を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
複数の密閉体積が、閉細胞汗体積の微小流体接続ネットワークである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
減容構成部品が、硬化性接着剤を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
減容構成部品が、汗溶解性材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
汗溶解性材料が微多孔質である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
汗溶解性材料が、汗濡れ促進機能を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
減容構成部品が、前記皮膚の表面へ順応するための機械的に柔軟な材料を含み、機械的に柔軟な材料が複数のビーズを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
ビーズの少なくとも一部分が、親水性である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ビーズの少なくとも一部分が、疎水性である、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ビーズの少なくとも一部分が、オレオスコピック（ｏｌｅｏｓｃｏｐｉｃ）である、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
ビーズの少なくとも一部分が、移転可能な汗不透過性の被覆を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
ビーズの少なくとも一部分が、接着剤被覆を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
ビーズの少なくとも一部分が、少なくとも一つの磁気特性を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
減容構成部品が、垂直異方性汗経路を有する接着剤を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記接着剤が、優位に垂直な多孔質ネットワークを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
減容構成部品が、バリア材料を含むマイクロカプセルを含み、装置が皮膚へ適用されるとき、マイクロカプセルがバリア材料を解放して前記皮膚上にバリアを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
汗促進構成部品を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記汗促進構成部品が、前記装置が前記皮膚の上に配されるときに、汗促進構成部品と汗腺との間に第２の減容経路を含み、
前記減容経路が、減容材料及び圧力透過構成部品、汗溶解性材料、前記皮膚の表面へ順応するための機械的に柔軟な材料、垂直異方性汗経路を備える接着剤、バリア材料を含むマイクロカプセル、ビーズ、複数の水平に密閉された体積、並びにそれらの組み合わせから成る群からの一以上の特徴によって画定される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記減容構成部品が、前記装置が前記皮膚の上に配されるときに、前記一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供し、前記減容経路が、前記センサを横切る汗に関する所定の経路を含み；
一以上のセンサが、汗を感知するときにサンプリング間隔を有し、前記減容経路が、前記一以上のセンサに関するサンプリング間隔を減少させる、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記皮膚からの前記汗の流れが、前記一以上の汗センサにおいて中央にされる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
汗センサ装置であって、
一以上の汗センサと；
装置が皮膚上に配されるときに前記一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品であって、前記減容経路が前記センサを横切る汗に関する所定の経路を含む、減容構成部品と；
を含み、
一以上のセンサが、汗を感知するときにサンプリング間隔を有し、前記減容経路が、一以上のセンサに関するサンプリング間隔を減少させる、装置。
【請求項２４】
前記皮膚からの汗の流れが、前記一以上の汗センサにおいて中央にされる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
汗センサ装置であって、
一以上の汗センサと；
前記装置が皮膚の上に配されるときに前記一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と；
一以上の汗センサの上の汗濡れ材料の被覆と；
を含む、装置。
【請求項２６】
皮膚の上の汗を感知するための汗センサ装置であって、
一以上の汗センサと；
前記装置が前記皮膚の上に配されるときに一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と；
を含み、
前記減容構成部品が、複数の密閉体積を含む、装置。
【請求項２７】
前記複数の密閉体積が、閉細胞汗体積の微小流体接続ネットワークである、請求項２６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、全て２０１４年５月２８日に出願された米国仮出願番号６２／００３，６７５、６２／００３，７１５、６２／００３，６９２、２０１４年１１月３日に出願された６２／０７４，２９５、２０１５年２月１１日に出願された６２／１１４，８３５、及び２０１５年４月１日に出願された６２／１４１，３２７に関するものであり、それらの全体においてここでの参照によってその開示が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
汗感知技術は、いくつか用途を挙げれば、運動競技から、新生児、薬理学的監視、個人のデジタル健康器具まで、膨大な応用の可能性を持っている。汗は、血液で運ばれるのと同じ生体指標、化学物質、または溶質の多くを含んでおり、病気、健康状態、毒素、能力、および他の生理的属性を、何らかの身体的兆候の前であっても診断することを可能にする有意な情報を提供できる。さらに、皮膚の上、皮膚の近く、または皮膚の下方における汗自体、発汗の作用、および他のパラメータ、属性、溶質、または特徴を測定し、生理的情報をさらに明らかにすることができる。
【０００３】
汗が感知パラダイムとしてこのような有意な可能性を有する場合、嚢胞性線維症についての幼児塩化物分析において、または、違法薬物監視パッチにおいて、なぜ数十年も前のやり方を超えて表に出てこなかったのであろうか。何十年における汗感知の文献では、医学文献の大部分は、サンプルの採取、研究室へのサンプルの輸送、次いで卓上機械と訓練された専門家とによるサンプルの分析という汗促進の大雑把な、ゆっくりとした不便なプロセスを利用している。このプロセスは、非常に大きな労力を要し、複雑で、費用が掛かるため、ほとんどの場合で採血も同じく実施するが、これは、採血が、高い性能の生体指標感知のほとんどの形態にとってゴールドスタンダードなためである。したがって、汗感知は、バイオセンシングにとって、特に、連続または繰り返しのバイオセンシングまたは監視にとって、その最大限の機会および能力となって表に出てくることがなかった。さらに、グルコースなどの「至高の目標」を感知するために汗を使用するという試みは、実行可能な市販品を生産することにまだ成功しておらず、汗感知について、公に認められる可能性および機会を小さくしている。
【０００４】
生物学的監視に用いられるすべての他の生理的流体（例えば、血液、尿、唾液、涙）のうち、汗は、その採取方法と発生の変動速度との両方が効果的なサンプリング速度において大きな変化を引き起こすため、おそらく最も変化しやすいサンプリング速度を持っている。汗は、効果的なサンプリング速度又は濃度を歪曲する可能性のある数多くの汚染源にも曝される。変化しやすいサンプリング速度は、経時的保証の提供において、特に、連続監視の用途において、課題を生み出している。
【０００５】
例えば、大きな汗体積を有する汗感知パッチにおいて汗をサンプリングする難しさを考えると、これは、リアルタイムで、または、ほとんどリアルタイムで汗の溶質の測定値を表すために測定されようとしている新たに発生した汗を、以前に発生した汗と混合してしまう可能性がある。標準的なセンサを皮膚の近くに単純に持っていく等の技術が汗体積を減少させるために存在するが、それでも、汗体積は完全には排除されない。さらに、汗腺間の空間は、汗のソースではない皮膚表面を含むので、汗感知へ寄与せずに価値がない。さらに、皮膚表面は、皮膚上の微生物によって、死んだ皮膚細胞の生体指標によって、皮膚の上若しくは皮膚における汚染物質によって、又は、皮膚表面への身体からの汚染物質の拡散によって、汗信号の汚染を引き起こし得る。
【０００６】
上記問題を解決する従来の方法は、それを通して汗が押すことができるワセリン又は油によって皮膚を被覆する等の、臨床文献においてしばしば報告されるものを含む。しかしながら、これらの技術は、汗採取に関してのみ実証されてきており、ウェアラブルセンサとは本質的に互換性がない。例えば、ワセリンは、センサに対して濡れることになり、任意の汗からそれを効果的に封止するであろう。さらに、ゲル又は液体で作製されない、他の可能性のある汗圧力活性化技術は、汗を水平に閉じ込める戦略によって皮膚にどうにかして貼られなくてはならない（それが皮膚表面上全てに広がらないように。さもなければ汗圧力活性化は可能ではない）。従来のアプローチは、ウェアラブルセンサと共に作動することはなく、進歩性が実行可能性のために必要とされる。明らかに、従来技術は、センサと皮膚との間の体積を適切に減少させることが発明において欠けている。汗体積を減少させることは、速いサンプリング時間、又は、非常に低い発汗速度を有するサンプリング時間に関して重要であるだけではなく、長期促進（つまり、より少ない促進が必要とされる）に関して、及び生体指標測定を改善することに関して重要であり得る。なぜなら、多くの生体指標に関して、低い発汗速度は、汗における生体指標濃度を血液において見出されるものへ一致させるために必要とされるからである。
【０００７】
前述の欠点及び制限の多くは、化学物質、材料、センサ、電子工学、微小流体技術、アルゴリズム、演算、ソフトウェア、システム、および他の特徴または設計の新規の進歩した相互作用を、汗が発生されるときに、安価に、効果的に、便利に、合理的に、または確実に、汗感知技術を汗と密に近接させる手法で作り出すことによって、解決できる。このような新規の発明があれば、汗感知は、バイオセンシング基盤として説得力のある新たなパラダイムとなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、サンプリング間隔を減少させる、センサと汗腺との間での減少した体積を可能にする汗センサ装置を提供する。一実施形態では、皮膚の上の汗を感知するための汗センサ装置は、一以上の汗センサと、上記装置が上記皮膚の上に配されるときに一以上の汗センサと上記皮膚における汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と、を含む。減容構成部品は、減容材料及び圧力透過構成部品、汗溶解性材料、上記皮膚へ順応するための機械的に柔軟な材料、垂直異方性汗経路を備える接着剤、バリア材料を含むマイクロカプセル、並びにそれらの組み合わせを含み得る。
【０００９】
一実施形態では、汗センサ装置は、一以上の汗センサと、装置が皮膚の上に配されるときに一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と、を含む。減容経路は、汗に関する上記センサを横切る所定の経路を含む。一以上のセンサは、汗を感知するときにサンプリング間隔を有し、減容経路は、一以上のセンサに関してサンプリング間隔を減少させる。
【００１０】
一実施形態では、汗センサ装置は、一以上の汗センサと、装置が皮膚の上に配されるときに一以上の汗センサと皮膚における汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と、を含む。汗濡れ材料の被覆は、一以上の汗センサの上である。
【００１１】
一実施形態では、汗センサ装置は、一以上の汗センサと、上記装置が上記皮膚の上に配されるときに一以上の汗センサと汗腺との間で汗に関する減容経路を提供する減容構成部品と、を含み、減容構成部品は、複数の密閉体積を含む。
【００１２】
本発明の目的および利点は、以下の詳細な説明と図面とを考慮して、さらに理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】汗のバイオセンシングに関するウェアラブル装置又はパッチの少なくとも一部分の断面図である。
【図２】汗のバイオセンシングに関するウェアラブル装置又はパッチの少なくとも一部分の断面図である。
【図３】汗のバイオセンシングに関するウェアラブル装置又はパッチの少なくとも一部分の断面図である。
【図４Ａ】汗のバイオセンシングに関する従来のウェアラブル装置又はパッチの少なくとも一部分の断面図である。
【図４Ｂ】本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図４Ｃ】本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図４Ｄ】本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図４Ｅ】代替配置を示す本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図４Ｆ】代替配置を示す本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図５】ビーズを含む本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図６Ａ】一層のビーズを含む本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図６Ｂ】二層のビーズを含む本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの装置の囲まれた部分６Ｃの拡大図である。
【図７】様々な溶質経路を示す従来のウェアラブル汗感知装置又はパッチの断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図９Ａ】図９の装置の一部分の拡大図である。
【図１０】汗を促進することが可能な本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図１１】汗を促進することが可能な本発明の様々な実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の断面図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態による装置の断面図である。
【図１３Ｂ】皮膚の上に配された後の図１３Ａの装置の断面図である。
【図１４】本発明の様々な実施形態による装置の断面図である。
【図１５】本発明の様々な実施形態による装置の断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態による装置の少なくとも一部分の上面図である。
【図１６Ａ】図１６の装置の囲まれた部分１６Ａの拡大図である。
【図１７】本発明の一実施形態による装置の断面図である。
【図１７Ａ】図１７の装置の一部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
定義
本明細書で用いられるとき、「連続監視」は、汗の測定値の連続もしくは複数の採取および感知によって決定される汗の少なくとも１つの測定値を提供する、または時間の経過に伴う汗の複数の測定値を提供する、装置の能力を意味する。
【００１５】
本明細書で用いられるとき、「経時的保証」は、身体から生じる新たな汗から、または、汗の新たな溶質から測定が行われ得る速度に関して、汗の測定値または汗における溶質の測定値についてのサンプリング速度の保証である。経時的保証は、センサ機能、以前に発生した汗、以前に発生した溶質、他の流体、または、測定値についての他の測定汚染源による潜在的な汚染の影響の決定も含む可能性がある。
【００１６】
本明細書で用いられるとき、「決定された」は、限定されることはないが、装置の使用前にあらかじめ決定されることと、装置の使用中に決定されることと、装置の使用の前および最中に行われる決定の組み合わせであり得ることとを含む、より具体的な意味を包含してもよい。
【００１７】
本明細書で用いられるとき、「汗サンプリング速度」は、汗腺から生じる、または、皮膚もしくは組織から生じる新たな汗または汗の溶質が、汗またはその溶質の特性を測定するセンサに到達する有効な速度である。汗サンプリング速度は、一部の場合では、単なる発汗率よりはるかに複雑となる可能性がある。汗サンプリング速度は、経時的保証を直接的に決定する、または、経時的保証を決定するときの要因となる。時間および速度は反比例であり（速度は、１／秒の少なくとも部分的な単位を有する）、そのため、汗体積を再び満たすために必要とされる短い時間または小さい時間は、速いまたは大きい汗サンプリング速度を有すると言うこともできる。汗サンプリング速度（１／秒）の逆数は、「汗サンプリング間隔」として解釈されてもよい。汗サンプリング速度または間隔は、規則正しい、離散的、定期的、不連続、または、他の限定を受けるということでは必ずしもない。経時的保証のように、汗サンプリング速度は、以前に発生した汗、以前に発生した溶質、他の流体、または、測定値についての他の測定汚染源による潜在的な汚染の影響の決定も含む可能性がある。汗サンプリング速度は、溶質発生、輸送、流体の移流輸送、溶質の拡散輸送、あるいは、新たな汗もしくは汗の溶質がセンサに到達する速度に影響を与えることになる、および／または、より古い汗、より古い溶質、もしくは他の汚染源によって変えられる他の要因から、全部または一部で決定されてもよい。センサ応答時間は、サンプリング速度に影響することもある。
【００１８】
本明細書で用いられるとき、「汗促進」は、任意の外部刺激による汗発生の直接的または間接的な原因であり、外部刺激は、汗を促進する目的のために加えられる。汗促進の一例は、ピロカルピンなどの発汗剤の投与である。ジョギングに行くことは、汗を促進し、被験者がジョギングすることが汗を促進する目的のためのジョギングである場合のみ、汗促進である。
【００１９】
本明細書で用いられるとき、「発汗率」は、汗が汗腺それら自身によって発生される速度である。発汗率は、典型的には、ｎＬ／分／汗腺で各々の汗腺からの流量によって測定される。一部の場合では、測定値は、汗がサンプリングされる汗腺の数によってその後乗算される。
【００２０】
本明細書で用いられるとき、「測定された」は、正確または的確な量的測定を暗示でき、例えば、何かの変化の相対量を測定することなど、より幅広い意味を含み得る。また、「測定された」は、「はい」または「いいえ」といったタイプの測定など、二元的な測定も含み得る。
【００２１】
本明細書で用いられるとき、「汗体積」は、複数の方法で定義できる空間における流体の体積である。汗体積は、センサと、身体または他の供給源からの汗に出入りする汗または溶質の発生の位置との間に存在する体積であり得る。汗体積は、センサがセンサと皮膚との間に介在層、材料、もしくは構成部品を有しない場合、皮膚におけるサンプリング部位と皮膚におけるセンサとの間の汗によって、または、センサと皮膚におけるサンプリング部位との間に１つまたは複数の層、材料、もしくは構成部品がある場合、皮膚におけるサンプリング部位と皮膚におけるセンサとの間の汗によって専有され得る体積を含むことができる。
【００２２】
本明細書で用いられるとき、「溶質発生速度」は、溶質が身体または他の供給源から汗へと移動する速度なだけである。「溶質サンプリング速度」は、これらの溶質が１つまたは複数のセンサに到達する速度を含む。
【００２３】
本明細書で用いられるとき、「微小流体構成部品」は、流体または流体のうちの少なくとも一部の含有物の移動を案内するための、微小流体の技術において知られている高分子化合物、織物、紙、または他の構成部品における通路である。
【００２４】
本明細書で用いられるとき、「汗のない状態」は、汗によって濡れる、満たされる、または部分的に満たされる可能性のある空間、材料、または表面が、完全に、または、実質的に（例えば、５０％超）乾いている、または、汗がない状態である。
【００２５】
本明細書で用いられるとき、「移流輸送」は、流体の塊の動きによる、流体によっての物質または保存される特性の輸送メカニズムである。
【００２６】
本明細書で用いられるとき、「拡散」は、高濃度の領域から低濃度の領域への物質の正味の移動である。これは、濃度勾配を下る物質の移動とも呼ばれる。
【００２７】
本明細書で用いられるとき、「対流」は、移流を通じて、拡散を通じて、または、両方の組み合わせで、流体およびレイド内の分子の群または集合体の協力した共同の移動である。
【００２８】
本明細書で「減容経路」は、材料、装置、層、又は他の体外物質の追加によって減少された汗体積であり、そのため、所与の発汗率に関する汗サンプリング間隔を増加させる。この用語はまた、経路に沿って汗によって濡れた表面に関して又は体積に関して減少したセンサとエクリン汗腺との間の経路である「減少した汗経路」といくつかの場合交互に用いられ得る。減容経路又は減少した汗経路は、皮膚の表面を封止することによって生成されたものを含む。なぜなら皮膚は、汗サンプリング間隔を増加させる及び／又は汚染を引き起こすことがある、汗における水及び溶質を吸収する又は交換することがあるからであり、汗サンプリング間隔の正確さ又は期間を変更することもあり得る。
【００２９】
本明細書で用いられるとき、「減容構成部品」は、汗体積を減少させる任意の構成部品を意味する。いくつかの場合では、減容構成部品は、単なる減容材料以上のものである。なぜなら、減容材料それ自身が適切な装置機能を許可しないことがあるからである（例えば、減容材料は、減容材料が損傷する又は劣化し得るためにセンサから分離される必要があるので、減容構成部品は、上記センサから減容材料を分離するために減容材料及び少なくとも一つの追加材料又は層を含み得る）。
【００３０】
本明細書で用いられるとき、「圧力透過構成部品」は、汗によって透過されるのに圧力を必要とする構成部品である。圧力透過構成部品はまた、圧力によって開かれる全ての既知の一方向バルブを含み得、微小流体の分野における当業者によって知られるものを含む。汗は、圧力を用いて閉塞され得る。一例では、制汗剤は汗を止めるために圧力を用いる。そのため、圧力透過構成部品は、低い発汗速度と関連する低い圧力で動くように構成され得る。
【００３１】
本明細書で用いられるとき、「水平閉じ込め構成部品」は、流体が皮膚表面に沿って水平に実質的に広がることを可能にしない構成部品である。
【００３２】
本明細書で用いられるとき、「硬化性流体又はゲル」は、乾燥する又は化学的に硬化するかのいずれかで固体になる流体又はゲルである。
【００３３】
汗サンプリング速度、延いては、経時的保証の適切な数値または表現を理解するためには、発汗率および汗体積が理解されるべきである。能動汗腺の数は、様々な人々の中で大幅に変わるが、異なる領域（例えば、鼠径部に対する腋窩部）の間の比較は、同じ方向性の変化を示す（特定の領域は、より多数の能動汗腺を常に有し、一方で、他の領域はより少数の能動汗腺を有する）。身体の異なる領域について、単位ｃｍ２あたりの汗腺の数の推定は、掌については単位ｃｍ２あたり約３７０個の汗腺、手の甲については２００個、額については１７５個、胸、腹、および前腕については１５５個、背中および脚については６０〜８０個である。１００／ｃｍ２の汗腺密度を用いるという前提で、半径が０．５５ｃｍ（直径が１．１ｃｍ）であるセンサは、約１ｃｍ２の領域またはおおよそ１００個の汗腺を覆うことになる。ここで、“Ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｙ：  ａｎ  ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ  ｃｏｌｏｒ  ｔｅｘｔ”  ５ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎから提供される一部の発汗率を検討する。人間の身体は、１日あたり最小で０．５リットルの汗を分泌し、平均で２．５百万の汗腺を有し、１日あたり１４４０分ある。思春期前の子供については、全体の汗または発汗率についてのこれらの値は、典型的にはより小さくなっている。２．５百万個の汗腺については、１汗腺あたり１日で０．２μｌの速度、または、０．１４ｎｌ／分／汗腺である。これは、平均において、最小「平均」発汗率であり、発汗がそれ自体において若干増加するという一部の起こり得る例外がある（睡眠周期を測定するなど）。再び“Ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｙ：  ａｎ  ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ  ｃｏｌｏｒ  ｔｅｘｔ”  ５ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎから、１日あたり１人につき発生される最大の汗は１０リットルであり、これは平均で１汗腺あたり１日あたり最大で４μＬ、または、約３ｎＬ／分／汗腺である。これは、最小発汗率より約２０倍大きい。
【００３４】
Ｂｕｏｎｏ  １９９２，  Ｊ．  Ｄｅｒｍ．  Ｓｃｉ．  ４，  ３３−３７，  “Ｃｈｏｌｉｎｅｒｇｉｃ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｃｃｒｉｎｅ  ｇｌａｎｄ  ｉｎ  ｔｒａｉｎｅｄ  ａｎｄ  ｕｎｔｒａｉｎｅｄ  ｍｅｎ”による最大に促進された発汗率では、ピロカルピン促進による最大発汗率は、訓練されていない人については約４ｎｌ／分／汗腺であり、訓練されている（しばしば運動する）人については８ｎｌ／分／汗腺である。他の情報源は、大人の最大発汗率が、１時間あたり２〜４リットルまで、または、１日あたり１０〜１４リットルまでであり得ることを示しており（１０〜１５ｇ／ｍｉｎ・ｍ２）、これは、１時間あたりに基づいて、２０ｎＬ／分／汗腺または３ｎＬ／分／汗腺に変換される。“Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｎｅｓｓ  ｏｆ  ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ  ｅｃｃｒｉｎｅ  ｇｌａｎｄｓ”  ｂｙ  Ｋ．  Ｓａｔｏ  ａｎｄ  Ｆ．  Ｓａｔｏからの汗促進データ（データは、抽出および分離されたサルの汗腺についてであり、それらは人のものに非常に近い）は、約５ｎＬ／分／汗腺までの発汗率が促進で可能であり、いくつかの種類の汗促進物質が開示されている。簡単にするために、本発明の計算での使用については（しかし、本発明をそのように限定しない）、平均における最小発汗率は約０．１ｎＬ／分／汗腺であり、最大発汗率は約５ｎＬ／分／汗腺であることを前提とし、それらの２つの間には約５０倍の差がある。
【００３５】
１００／ｃｍ２の汗腺密度の前提に基づいて、半径が０．５５ｃｍ（直径が１．１ｃｍ）であるセンサは、約１ｃｍ２の領域またはおおよそ１００個の汗腺を覆うことになる。次に、５０μｍの平均高さまたは５０ｘ１０−４ｃｍで、先と同じ１ｃｍ２の面積の、皮膚に向かい合うセンサの下の汗体積（センサと皮膚との間の空間）を前提とすると、これは、５０Ｅ−４ｃｍ３、約５０Ｅ−４ｍＬ、または５μＬの体積を提供する。５ｎＬ／分／汗腺の最大発汗率と１００個の汗腺とがある場合、汗体積を完全に回復するためには（第１原理／最も単純な計算のみを用いる）、１０分間を要することになる。０．１ｎＬ／分／汗腺の最小発汗率と１００個の汗腺とがある場合、汗体積を完全に回復するためには、５００分間または８時間を要することになる。汗体積が１０分の１で大まかに５μｍの体積高さへと減らすことができる場合、最長時間および最短時間はそれぞれ１分間および１時間であり得るが、最小時間は、拡散および他の汚染の問題を受けることになる（また、５μｍの死体積高さは、技術的に課題があることになる）。時間および速度は反比例であり（速度は、１／ｓの少なくとも部分的な単位を有する）、そのため、汗体積を再び満たすために必要とされる短い時間は、速いまたは大きい汗サンプリング速度を有すると言うこともできる。
【００３６】
センサと皮膚との間の空間は微小流体構成部品を含み得る。例えば、１ｃｍ２の領域を覆う２５μｍの厚さの紙またはガラス繊維は、２．５μＬの体積と一致し、紙が５０％の多孔質（５０％の固体）である場合、汗体積は１．２５μＬとなる。５ｎＬ／分／汗腺の最大発汗率と１００個の汗腺とがある場合、汗体積を完全に回復するためには、２．５分間を要することになる。０．１ｎＬ／分／汗腺の最小発汗率と１００個の汗腺とがある場合、汗体積を完全に回復するためには、約１００分間を要することになる。「完全に回復する」とは、一部の場合では、さらなる詳細または計算が提供されない場合、大まかに解釈されるべきである。時間の経過に伴う混合および拡散のため、「新たな汗体積」を有する瞬間は、具体的な使用、装置、および当該の状況のより細かい詳細を用いて決定されなければならない。
【００３７】
上記の例は、一部の場合では、汗についてのサンプリング間隔を提供すると解釈でき、つまり、サンプリング間隔は、一部の場合では、著しい拡散、混合、および汚染が起こり得る空間である空間を、汗が満たす、または、再び満たすために、大まかにどれくらいの時間を必要とするかということとなる。汗についてのサンプリング間隔は、測定される汗の輸送、拡散、または汚染の、実際のそれらの態様の倍数を含むように、より幅広く解釈されてもよい。サンプリング間隔は広く変化し得る。例えば、小さいイオンは大きい蛋白質よりはるかに容易に拡散できるため、それら両方は、サンプリング間隔に影響を与えている測定された溶質であり得る。サンプリング間隔は、例えば、汗が皮膚からセンサへと、さらには、センサを越えて常に流れている設計、対して、センサと皮膚との間のどこかで、１つまたは複数の汗の死体積または淀んだ体積がある装置など、装置設計のより細かい態様に基づいて、広く異なってもよい。そのため、サンプリング間隔という用語は、幅広く解釈されるべきであり、一部の場合では、測定される汗の各々の態様について、個別的な基準において実験的に決定される必要がある。
【００３８】
汗促進または汗活性化は、既知の方法によって実現できる。例えば、汗促進は、簡単な熱刺激によって、薬物を経口投与することによって、メチルコリンまたはピロカルピンなどの薬物の皮内注射によって、および、イオントフォレシスを用いたそのような薬物の真皮への導入によって実現できる。イオントフォレシスのための装置は、例えば、直流電流を提供し、多孔質材料と並べられた大きな鉛電極を用いることができ、その場合、正極が２％の塩酸ピロカルピンで湿らされ、負極が０．９％のＮａＣｌ溶液で湿らされる。汗は、パッチを用いた被験者に汗をかかせる活動または条件を成立または増加させることによって、制御または作成させることもできる。これらの技術は、発汗率の能動的な制御と呼ばれることがある。
【００３９】
本発明は、汗、発汗率、汗経時的保証、汗の溶質、皮膚から汗へと移動する溶質、皮膚の特性、皮膚の表面上の物体、皮膚の下の特性、または皮膚の下の物体を測定する任意の種類の汗センサ装置に少なくとも適用される。本発明は、パッチ、バンド、ストラップ、衣服の一部、着用可能物、または、汗が発生されるときに、汗促進、汗採取、および／もしくは汗感知の技術を汗と密に近接させる任意の適切な機構を含む形態を取り得る汗感知装置に適用される。本発明の一部の実施形態は、装置を皮膚の近くに保持するために接着剤を利用するが、装置は、ストラップ、または、ヘルメットへの埋め込みなど、皮膚に対する装置固定を保持する他の機構によって保持されてもよい。
【００４０】
本発明の特定の実施形態は、簡単な個々の要素としてセンサを示している。多くのセンサが、２つ以上の電極、基準電極、または、本明細書における説明では捕らえられていない追加の支持の技術もしくは特徴を必要とすることは理解される。センサは、好ましくは、本質的に電気的であるが、光学的、化学的、機械的、または他の既知のバイオセンシングの機構を備えてもよい。センサは、向上されたデータおよび読み取りを提供するために、二重、三重、またはそれ以上であってもよい。センサは、センサが感知しているものによって、例えば、汗センサ、インピーダンスセンサ、汗体積センサ、発汗率センサ、および溶質発生速度センサと呼ばれることがある。本発明の特定の実施形態は、様々な用途での装置の使用のために必要とされる多くのサブ構成部品を備えた汗感知装置であるもののサブ構成部品を示しており、それらサブ構成部品は、明らかであり（電池など）、簡略化と本発明の態様への注力との目的のために、図表において明白に示されていない、または、本発明の実施形態において説明されていない。さらなる例として、本発明の多くの実施形態は、ウェアラブル装置、パッチ、包帯、及び、皮膚に貼られる他の技術若しくは材料において当業者に既知の機械的又は他の手段から利益を得ることがあり、又は、皮膚との一定の接触若しくは皮膚における畝若しくは溝にさえコンフォーマルな接触を好む圧力によって、装置又は皮膚のサブ構成部品を皮膚に固く貼られたままにし、本発明の精神内に含まれる。本出願は、その開示がその全体における参照によってここで本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ／ＵＳ１３／３５０９２上に構築される明細書を有する。
【００４１】
図１を参照すると、汗センサ装置１００が皮膚１２の上または近くに配置されている。代替の実施形態では、汗センサ装置は、微小流体または他の適切な技術を通じて、皮膚、または、皮膚の近くの領域に流体的に連結されるだけであり得る。装置１００は、読取装置１５０と有線通信１５２または無線通信１５４している。本発明の一実施形態では、読取装置１５０は、スマートフォンまたは携帯型電子装置である。代替の実施形態では、装置１００および読取装置１５０は組み合わせられ得る。さらなる代替の実施形態では、通信１５２または１５４は、持続性ではなく、汗の測定を完了すると、装置１００からの単に１回だけのデータダウンロードであり得る。
【００４２】
図２を参照すると、微小流体構成部品２３０が、皮膚１２から、不透過性基材２１４上に配置されているセンサ２２０へと、汗を運ぶ。例えば、センサ２２０は、サイトカイン生体指標のためのインピーダンスセンサとすることができ、不透過性基材２１４は、ポリイミド膜とすることができる。センサ２２０は、汗における１つまたは複数の溶質、または、汗の存在もしくは流量を測定する。微小流体構成部品２３０は、例えば、紙、高分子化合物微小通路、管、ゲル、または、皮膚１２からセンサ２２０へと汗を輸送するための他の手段であり得る。微小流体構成部品２３０の体積が小さい場合、汗流量は、センサ２２０にわたってより大きくなり、汚染溶質の拡散、または、以前に採取された流体の混合を軽減することになる。より優れた経時的保証が、センサ２２０を越えて毛管作用で運ばれた以前に発生した汗からの溶質の逆拡散を減らすことで、もたらされる。連続監視のために、微小流体構成部品２３０は、センサ２２０を越えて、連続的に吸収するヒドロゲルへと汗を毛管作用で運ぶことができ、そのため、汗が皮膚から提供される速度で、皮膚１２からセンサ２２０にわたって汗を汲み出せる。
【００４３】
使用中の装置２００の例について、装置は、レース中のランナーと共に使用でき、ランナーは、５ｎＬ／分／汗腺の発汗率を、レース中に有する状態となっている。微小流体構成部品は、１００個の汗腺または１ｃｍ２を覆う２５μｍの厚さの紙またはガラス繊維の一片であり、２．５μＬの汗体積と一致し得る（２５ｘ１０−４ｃｍ  ｘ  １ｃｍ  ｘ  １ｃｍ＝２５ｘ１０−４ｃｍ３＝２．５ｘ１０−３ｍＬ）。紙が５０％の多孔質（５０％の固体）である場合、汗体積は１．２５μＬとなる。そのため、汗サンプリング速度は、例えば、１．２５μＬ／（５ｎＬ／分／汗腺  ｘ  １００汗腺）＝２．５分として計算できる。そのため、汗感知装置２００は、２．５分間の経時的保証を提供でき、装置が報告するデータは、おおよそ２．５分間の時間の期間内に新たに発生した汗から決定されたランナーの少なくとも１つの生理的測定を表すと解釈できることを意味している。これは、第１の次元の種類の計算であり、これは、一部の場合では、例えば、汗における特定の溶質の大幅な増加の始まりを見ることについては、非常に正確であり得る。この計算は、皮膚の凹凸等の要因に起因する汗体積の増加を無視することに留意すべきである。
【００４４】
図３を参照すると、装置３００が、２つ以上のセンサ３２０、３２１と、基準電極３２２とを担持する材料３１１を備え、材料３１１の下に、接着剤３１０を有する。体積３４０は接着剤３１０と皮膚１２との間である。接着剤は、皮膚との堅牢で電気による流体のイオントフォレシスの接触を促進する感圧式で液体の粘着性ヒドロゲルであり得る。材料３１１は、例えば、汗に対して多孔質であり得る、ヒドロゲルまたは織物のように汗を毛管作用で運べる、または、汗に対して不透過性であり得る。皮膚１２は、それ自体に凹凸を持っており、これは図３に示されている。接着剤３１０を用いたとしても、本発明の一部の実施形態では、体積３４０が存在することになり、利用可能な多孔質の体積または接着剤３１０の汗を取り込む体積と併せて、皮膚１２とセンサ３２０、３２１、および３２２との間に汗体積を提供できる。センサ３２０は、ナトリウムを測定するためのイオン選択電極とすることができ、センサ３２１は、コルチゾールを測定するための電気インピーダンス分光センサとすることができ、センサ３２２は、ドリフトのないＡｇ／ＡｇＣｌ基準電極とすることができる。発汗率は、センサ３２０によるナトリウム濃度によって測定でき、発汗率は、センサ３２１によるインピーダンスによっても測定でき、測定された発汗率を共に提供する。基準電極３２２は、皮膚への最も正確なインピーダンス測定が測定されようとする場合、好ましくはセンサ３２１から数センチメートル以上離されるべきである。
【００４５】
使用における装置３００の例に関して、装置３００は、５０μｍの溝の深さを有する皮膚位置へ付着され得る（体積３４０の平均高さは２５μｍであり得る）。センサ３２０が１０ｍｍ２の面積を有し、接着剤３１０の体積が無視できる場合、所定の汗体積は少なくとも２５０ｎＬとなる。身体における配置位置に基づく汗孔密度についての較正参照テーブルから、センサ３２０の下で平均１０個の孔が決定される。発汗率が１ｎＬ／分／汗腺である場合、有効な汗流量は１０ｎＬ／分となり、そのため、汗サンプリング間隔は２５分間となる。発汗速度がより低い、例えば、０．１ｎｌ／汗腺である場合、サンプリング間隔は、時間のオーダーであろう。これはいくつかの用途に関して比較的遅いサンプリング間隔であるので、拡散及び他の汚染の効果は、いくつかのタイプの測定に関して組み込まれる必要があり得る。皮膚の皺は、１０μｍを超え得る凹凸のある数十ミクロンの深さであり得る。皮膚または装置は、物理的形状において変形、膨張、または変化できる。ある皮膚は、湿ったとき、膨張し、汗流量を低下させる（特に、皮膚が厚い指先端および足）。汗体積が減少し得る場合、より速いサンプリング速度が達成され得、例えば、皮膚の溝がある種の充填材料によって満たされ得る場合、汗サンプリング速度は、２倍又はさらに大きくなり得る。
【００４６】
図４Ａを参照すると、装置４００ａは、布地又はゲル等の汗吸収材料である材料４３０を含む。装置４００ａは、少なくとも一つのセンサ４２０及び接着剤４１０を含む。汗管１４の位置もまた示される。センサ４２０と管１４との間の汗体積４８０もまた図式的に示され、新しい汗に関して、それが管を離れてセンサ４２０に到達するときの有効体積又は流れ経路を表す。示された実施形態では、装置４００ａは、汗体積減少構成部品を有さない。第一原理計算を用いて、サンプリング体積は、新しい汗の入ってくる流量によって割られた体積として適切に計算され得る。当業者は、より詳細な計算が為され得ることを認識するであろう。例えば、１４０個の汗腺／ｃｍ２（例えば、腹）、２．５ｍｍ直径のセンサ、皮膚から１５μｍのセンサギャップ、及び皮膚の凹凸に起因する１５μｍの有効ギャップを同様に前提とする（３０μｍの全体有効ギャップ）。この体積に関する充填時間又はサンプリング間隔は、０．５及び５ｎＬ／分／汗腺それぞれに関して４０分及び４分であろう。再び、実際のサンプリング間隔は、センサ４２０と皮膚１２との間の不均一な汗流量に起因して、並びに、溶質の拡散及びセンサ応答時間等の要因に起因して、実際には、より遅いであろう。これはさらに、汗体積４８０を減少させる必要性を強調する。サンプリング間隔及び汗体積の厳密な計算及び予測は、汗体積４８０を減少させるのに必要とされない。むしろ、本発明の実施形態は、サンプリング間隔の理解に関して考慮された詳細のレベルに関わらず、減少した汗体積及び減少したサンプリング間隔を示す。
【００４７】
図４Ｂを参照すると、装置４００ｂは、図４Ａの特徴を含み、さらに、減容構成部品を含む。示された実施形態では、減容構成部品は、圧力透過構成部品４６０及び減容材料４７０を含む。装置４００ｂはまた、汗吸収材料４３０、及び、減容材料４７０と同一平面である接着剤４１０を含む。装置４００ｂは、センサ４２０に到達し得る汗の発汗刺激性軸索反射汗促進のため、汗促進源及び駆動電力（図示されない）を含む。減容構成部品は、減容構成部品が用いられないであろう場合（例えば図４Ａにおける汗体積４８０）と比較して汗体積４８０を減少させる。この実施形態では、減容構成部品は、単なる減容材料以上である。なぜなら、減容材料自身は、適切な装置機能を許可しないことがあるからである。例えば、減容材料４７０は、ワセリンであり得、装置４００ｂに単独で用いられる場合、センサ４２０の表面を覆うことがあり、それを操作不可能にさせることがある。減容材料４７０は好ましくは、汗及び様々な汗の溶質と混ざらないことがある。そのため、さらなる実施例によって、圧力透過構成部品４６０は、ワセリン等の粘性ゲルがそれをまったく透過しない、又は素早くそれに透過しない一方で、汗などの非常により低い粘性流体が、圧力透過構成部品４６０を通って非常に迅速に透過するように、十分に小さい細孔を備える微多孔質膜であり得る。圧力透過構成部品４６０は圧力透過されるので、汗のみが、又は汗が優先的に、汗管１４それ自身近くの構成部品４６０を透過するであろう。利用可能な汗体積を減少させる結果として、装置４００ｂは、より速い汗サンプリング速度を有し得る。図４Ｂに示される実施形態は、図４Ａの実施形態と比較して２倍以上汗体積４８０を減少させることが可能である。汗体積４８０はまた、「減容経路」を表し得る。皮膚１２と圧力透過構成部品４６０との間の減容経路の一部は、汗発生自身の圧力によって、示された実施形態において形成される。これに関して、汗管１４から来る汗の水圧は、減容材料内で減容経路４８０の一部を形成するために、減容材料４７０の少なくとも一部を適切に置き換えることができなければならない。一実施形態では、減容材料４７０は、汗が材料４７０を通る経路を生成し得るように、ワセリン又は同様の材料（例えば、固体ではない）である。代わりに、又は追加で、一実施形態における減容材料４７０は、減容材料４７０内に汗体積４８０の部分を形成する親水性のウィッキング繊維又は細孔（図示されない）のネットワークを含み得る。
【００４８】
図４Ｃを参照すると、装置４００ｃは、図４Ａ及び４Ｂの特徴、任意のスペーサ材料４１０を含み、汗溶解性材料４９０をさらに含む。減容材料４７０は、高い粘度、ゲル様挙動、又は、圧力透過構成部品４６０と協力した使用を困難にさせる他の特性を備える材料であり得る。例として、減容材料４７０は、圧力透過構成部品４６０における細孔を詰まらせることがあり、そのとき汗発生の圧力は、汗が圧力透過構成部品４６０を押し通すことができるのに十分でないことがある。このような困難性は、溶解性材料４９０の追加によって解決され得る。例として、汗溶解性材料４９０は、スクロース、テーブル塩、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド又は任意の他の適切な材料等の材料で構成され得る。汗溶解性材料４９０の存在は、汗体積における減少、及び、減容構成部品によって提供されるサンプリング間隔における、結果として得られる減少を強化する。
【００４９】
本発明の実施形態は、特徴、界面活性剤、又は、溶解性材料４９０への汗の濡れ又は圧力透過構成部品４６０への減容材料４７０を通る汗の濡れを促進する他の態様を含み得る。全てのこのような技術は本明細書において、汗濡れ促進機能と呼ばれる。図４Ｃに示される実施形態では、溶解性材料４９０は、汗による濡れ及び溶解を促進するためのスパイクを備えるマイクロ複製フィルムであり得る。非平面で荒い又はとげとげしい表面無しでは、汗圧力を備えても、減容材料４７０の汗不透過性フィルム４７０は、汗と溶解性材料４９０との間で望まれるよりも長く存在し得る。しかしながら、本発明の実施形態は、とげとげしくない表面を有する溶解性材料４９０を含み得る。例示的実施形態では、溶解性材料４９０は、圧力透過構成部品４６０上の被覆又はフィルムであり得る。圧力透過構成部品４６０が細孔を備える膜である実施形態では、溶解性材料４９０は、圧力透過構成部品４６０の細孔を少なくとも部分的に塞ぐ材料であり得る。本発明の一態様では、実施形態は、例えば、溶解性材料４９０内への改善された汗透過を通して、及び／又は溶解可能な質量を減少させることによって、汗溶解性材料４９０を通る汗の溶解速度を増加させる特徴を含み得る。一実施形態では、溶解性材料４９０は、細孔又は隙間を含む微多孔質ポリマーであり得る。これに関して、溶解性材料４９０の微多孔質の性質は、汗透過性、それゆえ溶解速度を増加させる。
【００５０】
代替実施形態では、汗溶解性材料４９０は、汗溶解性材料４９０の物理的完全性を維持することになる非汗溶解性プラスチックサポートを含み得る。図４Ｄは、汗溶解性材料４９０が非溶解性プラスチックメッシュ４６２を含む装置４００ｄを示す。汗が汗溶解性材料４９０の一部を溶解した後の装置４００ｄが示され、汗体積４８０は、装置４００ｄが汗を測定しながら設けられる。当業者は、汗溶解性材料４９０の他の配置が、減容構成部品によって提供される汗サンプリング間隔における減少及び汗体積における減少を強化するために可能であることを認識するであろう。
【００５１】
図４Ｅ及び４Ｆを参照すると、本発明の様々な実施形態による汗感知装置の一部のみが示される。図４Ｅ及び４Ｆは、圧力に基づいて、及び／又は、減少した汗体積４８０が提供されるような溶解性材料４９０の溶解に基づいて、汗が経路を形成することが可能である代替配置において溶解性材料４９０及び減容材料４７０が用いられる実施形態を示す。当業者は、他の代替配置が可能であり得ることを認識するであろう。
【００５２】
図５を参照すると、装置５００は、微小流体構成部品５３０、センサ５２０、及び上記センサ５２０を支える不透過性基板５１４を含む。皮膚１２における溝は、ビーズ５７０によって満たされる。「ビーズ」は従来、球状粒子を指すが、本発明内の「ビーズ」の意味は、粒子が互いの上を移動し、一緒にパックすることを可能にする任意の粒子タイプを含む。ビーズ５７０は、それらが汗流体によって容易に濡れるように親水性であり得る。ビーズ５７０は、パッチ適用前に微小流体構成部品５３０に付着し得、パッチ５３０が適用されると、圧力が皮膚１２に適用されるとき、それらは皮膚における溝内に動く。５７０ビーズもまた、同様に溝の上の空間を埋めることを助け得る。微小流体構成部品５３０へのビーズ５７０の付着は、それらを一緒に保持する粘性の非揮発性流体、又はスクロース等の汗において溶解する固体によって提供され得る。等しい球であるビーズ５７０に関して、最も密なパッキングは、体積のおよそ７４％を用いる。等しい球のランダムパッキングは一般的に、６４％付近の密度をもたらす。パッキングは、もちろん、より低い密度を有し得る。しかしながら、球は、３０％、５０％、さらに６０％付近まで汗体積を減少させ得ることが予想され得る。ビーズはまた、接着剤内部であり得、接着剤及びビーズは、汗に関する減容経路を提供するのに十分に流れる又は順応する。
【００５３】
図６Ａを参照すると、装置６００ａは、汗を逃がすための吸収材料６３０、少なくとも一つのセンサ６２０、任意の膜又はメッシュ６６０、疎水性ビーズ６７０、及び接着剤６１０を含む。減容経路６８０は、減容構成部品の少なくとも一部を形成し得る疎水性ビーズ６７０によって制限される。例として、ビーズ６７０は、任意の疎水性ポリマーで作製され得る、又はビーズ６７０を疎水性にする薄い被覆を備える非疎水性ポリマーで作製され得る。一実施形態では、ビーズ６７０は、疎水性Ｔｅｆｌｏｎで作製され得る。ビーズ６７０が、疎水性油又はゲル等の移転可能な被覆で被覆される場合、任意の膜６６０が被覆からセンサ６２０を保護する。これに関して、膜又はメッシュ６６０における開口部又は細孔は、ビーズ６７０より小さいであろう。ビーズ６７０が移転可能な被覆を含まず、センサ６２０が親水性である又は汗によって適切に塗れる親水性材料（図示されない）で被覆される実施形態では、膜６６０は排除され得る。膜６６０は、例えば、油と比べて汗によって優先的に濡れ、それゆえ好ましくは汗に対して透過性の材料であり得る。膜６６０及びビーズ６７０は共に、圧力透過構成部品として機能し得る。油はまた、皮膚１２の表面から来ることがある。
【００５４】
時間にわたる皮膚の油の生成もまた問題であり得る。本発明の一態様では、ビーズ６７０は、それらが油を吸収するように、オレオスコピック（ｏｌｅｏｓｃｏｐｉｃ）であり得る。オレオスコピック（ｏｌｅｏｓｃｏｐｉｃ）ビーズ６７０を含むことは、装置６００ａの機能上の皮膚の油の効果を緩和し得る。例として、ビーズ６７０は、Ｉｍｂｉｂｉｔｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって販売されるＩｍｂｉｂｅｒＢｅａｄｓにおいて商業的に用いられるもの等の材料で構成され得る。ビーズ６７０は、固体粉末又は固体粒子の多数のタイプにおいて見出される任意の適切な形状であり得る。油吸収ビーズが油を吸収するとき、それらは膨張し得る。それらが膨張するときに、ビーズが柔らかくなり、且つより詰まってパックし得る（ＩｍｂｉｂｅｒＢｅａｄｓのように）場合、汗体積は減少するであろう。加えて、又は代わりに、ビーズ６７０の疎水性はまた、それらがビーズ間の空間において皮膚の油を吸収することを可能にし得る（例えば、親油性の性質である）。
【００５５】
図６Ｂを参照すると、装置６００ｂは、装置６００ａのものと同様の特徴を含み、疎水性ビーズ６７０に隣接したビーズ６７２をさらに含む。ビーズ６７２は、親水性であり得る、又はビーズ６７０よりも疎水性が小さいことがある。ビーズ６７２はまた、同じ疎水性を有し得るが、それらがビーズ６７０上で汗によって優先的に透過されるように、それらが汗に関する、より低いラプラス圧を示すように間隔が大きいことがある。減容経路６８０は、疎水性ビーズ６７０によって制限され、センサ６２０への流体接続はビーズ６７２によって提供される。一実施形態では、図６Ａに示される任意の膜又はメッシュ６６０と同様に、ビーズ６７０上であり得る移転可能な被覆からセンサ６２０を保護するために所定の場所にそれらがとどまるように、ビーズ６７２は固く結合される。代わりに、一実施形態では、ビーズ６７０は、ビーズ６７０が皮膚１２に順応し得るように、ワックス、グリース又は他の材料によって、より緩く結合される。装置６００ｂは、面積が小さいことがあり、その周囲の周りの接着剤によって確保されることがある、又はブレスレット、ストラップ又は他の方法で皮膚に対して固定されることがある。例として、装置６００ｂの面積は、約０．３ｍｍ２と約３ｍｍ２との間であり得る。
【００５６】
本発明の一態様では、疎水性ビーズ６７０は、皮膚上の疎水性被覆、皮膚バリア又はシーラントを形成することになる皮膚の表面へ移転可能な、疎水性液体、ゲル、グリース又は粉末で被覆され得る。例として、この移転可能な疎水性被覆は、Ｔｅｆｌｏｎ疎水性粉末、粘性の疎水性シリコーン流体、ワセリン又はシリコーンゲルであり得る。図６Ｃを参照すると、装置６００ｂが皮膚に適用されるとき、移転可能な疎水性被覆６７４は、皮膚を疎水性にし得て、皮膚が、皮膚に出入りする汗の輸送又は溶質の輸送に対して封止される又は不透過性にされる。一実施形態では、皮膚１２の近くに近接したビーズ６７０は移転可能な被覆６７４を有し得、一方でセンサ６２０のより近くに近接したビーズ６７２は被覆６７４を有さないことがあり、被覆６７４がセンサ６２０に到達してセンサ６２０の動作に干渉する機会を減少させるであろう。
【００５７】
装置又はパッチが皮膚へ移転可能な被覆を有するビーズを含む本発明の実施形態では、皮膚に対して装置を押し付けるための圧力を適用する、及び、被覆が皮膚へ移されることを確実にするための縦応力又は力を提供する皮膚へ装置又はパッチを適用するために、器具が含まれ得る。一実施形態では、ビーズ６７０は、装置が皮膚１２に適用されて適用をより容易にさせるまで、一緒に固く結合され得る。例えば、ビーズ６７０は、装置が皮膚上に配される際に刺激が適用されるときに、ビーズ６７０が流れることを可能にする材料と結合され得る。材料は、例えば、ワックス、他のタイプの疎水性被覆、又は非疎水性接着剤であり得る。刺激は、例えば、熱であり得る。皮膚へ装置を適用するこのような方法は、皮膚への装置の付着を改善する。
【００５８】
本発明の一態様において、図５、６Ａ及び６Ｂをさらに参照すると、ビーズ５７０、６７０、６７２は、磁力によって結合され得て、それらが機械的圧力の下で流れる又は動くことを可能にするが、パッチ上でそれらを一緒に保持する。一実施形態では、ビーズ５７０、６７０、６７２は磁性である。生体適合性の磁性マイクロビーズ、ポリマー又は無機物の多数の形態が、当業者によって知られる。他の一つの実施形態では、ビーズ５７０、６７０、６７２はまた、金属性であり得る、又は外部磁場（例えば、いくつかの金属のように、１より大きい透磁率）によって磁化可能であり得、それらは、ビーズ５７０、６７０、６７２が皮膚へ装置と共に適用されるまで所定の場所に保持される。例えば、アプリケーターは、永久磁石又は電磁石を含み得る。他の一つの例として、装置は、装置が皮膚へ固く適用される後まで所定の場所にビーズを保持するために必要とされる磁化構成部品と共にパッケージされ得る。
【００５９】
図６Ｂに示される実施形態の特定の優位点は、（１）汗孔と自己整合する減容材料；（２）センサ動作に損傷を与えないであろう減容材料；及び（３）皮膚及び皮膚表面の他の態様（例えば、凹凸、皺、毛、ごみ繊維等）に順応するが非圧縮性である減容材料、を含み、外的又は内的に誘起された機械的圧力が減容経路に損傷を与える又は変更させることがないようにする。第３の優位点に関して、言い換えると、減容材料は、汗に対して多孔性である機械的に柔軟な構成部品（つまり、ビーズ）であり得る。当業者は、このような優位点をもたらす代替材料又は配置が本発明によって意図されることを認識するであろう。上述された本発明の追加の有利な態様は、装置の適用の間に皮膚上に疎水性シール又はバリア被覆を適用することを含む。一実施形態では、装置は、皮膚に面するその側面上に油又は他のタイプのシーラントによって被覆された多孔性記憶発泡体を利用し得る。
【００６０】
前述のように、本発明の実施形態は、追加の汚染物質が皮膚に入り得、汗感知を変更し得る又は混乱させ得る皮膚からの経路を減少させることに関して、汗のための「減容経路」を含み得る。本質的に、皮膚自身は、透過性であり、汗及び汗の溶質が同様に中に入り得る又は外に出得る、それゆえいくつかの場合に総有効汗体積へ追加する追加の空間を構成する。これは特に、低い汗発生及び／又は流量で真実であり、汗における又は皮膚における溶質の拡散が、汗における溶質の移流輸送と事実上同等になる。従って、減容経路は、皮膚内への及び皮膚からの汗又は溶質輸送を妨げる又はブロックすることになる以下で議論されるこのような特徴及び態様を含むように解釈されるべきであり、減容経路は、皮膚の上だけであると最初に限定されるようになる。例えば、図６Ｃに示される実施形態は、皮膚内への及び皮膚からの汗又はその溶質の輸送を減少させるので、低い汗流量でさえ、皮膚の上の空間に限定される減容経路を生成する。
【００６１】
図７を参照すると、センサ７０１への皮膚１２からの溶質の従来の輸送が示される。便宜上、センサは様々な要素を含み得るが、センサ７０１は単一要素として概略的に表される。要素７９０は、皮膚１２とセンサ７０１との間の接触を概略的に表す。当業者は、要素７９０の厳密な構成又は記載が変わり得ることを認識するであろう。一実施形態では、要素７９０は、皮膚１２とセンサ７０１との間の直接的接触を表し得る。他の一つの実施形態では、要素７９０は、ヒドロゲルを表し得る。皮膚又は汗における溶質は、経路７５２、７５４及び７５６によって要素７９０を通って自由に又は少なくとも部分的に拡散する。経路７５４に関して、皮膚１２は、水又は汗の溶質を吸収し得、汗等を汚染する溶質を濾しだすことがある。様々な輸送経路に起因して、センサは、皮膚１２の表面及び汗管１４から来る溶質間の部分的に又は実質的に混合した信号を見るであろう。これらの信号は、いくつかの場合では、汗における一以上の溶質の意味のある測定を混乱させ得る。
【００６２】
図８を参照すると、本発明の実施形態は、皮膚に出入りする溶質又は皮膚の表面上の汚染物質の輸送８５８よりも汗腺又は管に出入りする溶質の輸送８５６を好むように構成される要素８９０に隣接したセンサ８０１を含む。これに関して「減容経路」及び「汗体積」は、管１４に由来する汗とは対照的に、皮膚１２に由来する汗の体積を減少させることを含む。輸送は、圧力駆動流、浸透、電気浸透、拡散、電気泳動、又は水等の流体において溶質を輸送するのに適した他の力によって影響され得る。当業者は、輸送経路の改善が異なる溶質及び異なる用途に関して変わるであろうことを認識するであろう。要素８９０は、他の例示的実施形態において議論された特徴又は構成部品を含み得る。
【００６３】
図９を参照すると、要素９０５は、汗又は汗における溶質の輸送９５６を好み、皮膚１２における又は上の溶質の輸送９５８を嫌い、より詳細は以下に説明される。溶質の輸送９５６は、その後溶質の検出のためのセンサ９２０への輸送を可能にする微小流体構成部品９３０に入る。一実施形態では、要素９１０は、センサ９２０を支持するための基板である。
【００６４】
図９Ａを参照すると、要素９０５の一部が示され、皮膚１２に対して実質的に要素９０５を封止することが可能な接着剤９１２を含み、有意な水平の汗又は溶質の輸送が接着剤９１２と皮膚１２との間で防止されるようになる。皮膚は非平面であるので、接着剤９１２は柔らかい又は流れ、且つ皮膚の表面上の溝に部分的に又は完全に浸透し得る。接着剤９１２は、圧力透過するゲル又はペースト様材料であり得る。接着剤又はフィルム９１４は、接着剤９１２よりも固くて良い。接着剤又はフィルム９１４は、柔らかい又は流れる接着剤９１２が膜又はメッシュ９１６における細孔に過度に浸透しないように提供され得る。当業者は、要素９０５の代替配置及び構成部品が可能であることを認識するであろう。
【００６５】
本発明の実施形態では、圧力透過構成部品は、トラックエッチング膜であり得る。例として、トラックエッチング膜は、Ｗｈａｔｍａｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ又はＳＰＩ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから入手可能なものであり得る。一例示的実施形態では、図９Ａの膜９１６がトラックエッチング膜である。トラックエッチング膜における細孔は、圧力バルブとして作用することになり、膜９１６を通って、例えば図９に示される微小流体構成部品９３０等の隣接層内への流体接触を可能にするために汗の特定の圧力が必要とされることを意味する。皮膚への流体接触は、汗腺及び管が存在する場所で可能にされるであろう。
【００６６】
例示的な計算は以下のとおりである。汗管は、５００ｍｍＨｇの圧力、又は約６５ｋＮ／ｍ２までを生成し得る。（図９Ａに示されるように）直径ｄを備える、膜９１６における一つの細孔によって保持され得るラプラス圧は、以下のように計算され得る。
【００６７】
【数１】
2017522924.tif 000003
【００６８】
ここで、ｐは圧力であり、ガンマは表面張力であり、Ｒは細孔の半径であり、ｄは細孔の直径であり、シータは細孔の側部との流体接触角である。
【００６９】
水と同様の表面張力及び１２０度の接触角の場合に関して発汗の圧力に耐えることが必要とされる細孔の直径は、以下のように逆算され得る。
【００７０】
【数２】
2017522924.tif 000004
【００７１】
結果はｄ＝２．１５μｍであり、細孔が、膜９１６を通る流体接続を開閉するための汗腺圧力を可能にするためのものよりも大きい直径を必要とすることになるが、上又は下が流体によって濡らされる場合に膜９１６の他の領域が流体によって濡らされないことになる、又はより低い角度になるのに十分に小さいことを意味する。なぜなら、局所的にこのような圧力は、膜９１６を通る流体接続を活性化することができなくなるからである。細孔の端での流体ピニング、及び１８０度の接触角及び／又はより低い汗圧力の効果までを仮定すると、細孔サイズは、さらに大きいことがある。
【００７２】
本発明の一実施形態では、接着剤は、ヒドロゲルベースであり得、且つ、汗及び／又はその溶質に対して部分的に透過性であり得る。他の一つの実施形態では、接着剤は、汗に可溶性であり得、適用電位のおかげで接着剤のイオン又はｐＨ変更によって硬化され得る。多くのタイプのシリコーン接着剤は、例えば、ｐＨ硬化性であり、また、未硬化時に水溶性である。硬化は、皮膚の接触面積に制限され得る。なぜなら、ｐＨ又はイオンは、皮膚との電気的接触が可能である場所のみの変更に限定され得るからである。本発明の態様では、例えば皮膚イオンフォレシスによって、皮膚上でｐＨ勾配を生成することは、それが皮膚に接触している（つまり、汗管の上ではない）場所のみで接着剤を局所的に硬化させるために用いられ得る。汗が生成されるとき、汗は任意の未硬化接着剤を溶解し、膜９１６への汗の自由輸送を促進するであろう。
【００７３】
本発明は、汗管の外側での又は実質的に外側での皮膚領域における輸送よりも、汗管に隣接する又は汗管の上の溶質に関する輸送が好ましい状態を生成する様々な接着剤の配置を意図する。一実施形態では、接着剤層は、皮膚表面にわたる汗の水平輸送を妨げるが、膜９１６への汗管からの汗の輸送を許可する皮膚による閉鎖周辺封止を生成するハニカム（六角形の）等の閉細胞格子パターンにパターニングされ得る。言い換えると、接着剤は、水平に密閉された複数の体積を含み、以下でさらに議論される。本発明の他の一つの実施形態は、汗又は生体指標輸送に対して適切に不透過性であるが、汗圧力に起因して汗管の上で選択的に破裂し、それゆえそれを通る生体指標輸送を局所的に可能にするであろう連続的フィルムにおける接着剤を含み得る。これに関して、接着剤は、破裂することが可能である破裂可能要素を含み得る。破裂可能要素は、非接着剤である薄く脆い固体フィルムであり得るので、圧力透過構成部品としても作用する。さらに、（身体に対して）外部の正の又は負の圧力が適用され得て、汗管の上のみで汗又は生体指標輸送の活性化を可能にする又は強化する。当業者は、他の材料又は配置が、汗管の外部での又は実質的に外部での皮膚領域における輸送よりも、汗管に隣接する又は汗管の上の溶質に関する輸送が好ましい状態を生成し得ることを認識するであろう。
【００７４】
図１０を参照すると、装置１０００は、センサ１０２０、微小流体構成部品１０３０、基板１０１０及び汗促進機構を含む。汗促進機構は、汗促進電極１０５０及び発汗剤１０４０の容器を含む。示された実施形態では、汗促進は、要素１００５が、汗管１４との流体又はイオン導入の接続１０５６を可能にする場所のみの領域に限定される又は好まれる。要素１００５は、輸送１０５８を嫌う。これは、有利には汗促進を局所化し、長引かされた汗促進の潜在的な悪い副作用若しくは炎症を低減する、すなわち、敏感な皮膚を備える人々に関する短期間促進である。加えて、これは、汗腺密度がより低く、皮膚のより小さいわずかな領域が刺激されることになるので潜在的に炎症を起こすことになる、例えば、個人の背の上で、汗を促進することに関して特に有利であろう。そのため、減少した汗体積は、サンプリング間隔のためになるだけではなく、汗促進においても同様に有用である。図示されないが、発汗刺激性軸索反射発汗に関する場合のように、汗促進が間接的である場合でさえ、汗促進は減少した汗体積から利益を得ることがある。本発明の一実施形態は、拡散性発汗剤による（つまり、イオンフォレシスに関する電場を必要としない）汗促進を含む。
【００７５】
図１１を参照すると、装置１１００は、微小流体構成部品又はゲル１１３０におけるセンサ１１２０及び電極１１７０を含み、汗管１４（ライン１１６６）から身体からの溶質をイオン導入的に又は電気浸透的に抽出するために利用される。汗管１４の上が好まれる要素１１０５によって可能にされる流体又は輸送接続１１５８は、溶質抽出が、輸送１１６８よりも、汗管１４から好まれることを可能にする。いくつかの場合では、これは、例えば、測定されることが所望される血液における溶質への好ましいアクセスを提供し得る（例えば、いくつかの場合、汗管は、血液と身体の外側との間に、より短い又はより伝導性の輸送経路を提供する）。当業者は、図１０及び１１に示される汗促進及び溶質抽出もまた組み合わされ、且つ、特定の用途に関する動作を可能にするために必要に応じて材料／層が配置されること認識するであろう。基板１１１０は、例えば、装置へ物理的安定性を提供することを助け得る。本発明の態様では、減少した汗体積はまた、拡散、イオンフォレシス又は電気浸透による溶質流れ又は採取を含むことが有利であり、単に移流に起因しない。
【００７６】
図１２を参照すると、装置１２００は、第２の要素１２１５を含み、要素１２０５と一以上の機能において同様であり得る（例えば、図９の要素９０５又は本明細書で教示されるような他の適切な方法）。要素１２１５はセンサ１２２０の上に配され、ゲル１２３２によって覆われる。装置１２００は、例えば、インピーダンス分光センサ又は電流測定センサを含み得、センサ電極は、要素１２０５、１２１５に隣接し得る、又は要素１２０５、１２１５によって支えられ得る。装置１２００の優位点は以下を含む：ゲル１２３２からの溶質の逆拡散の軽減；皮膚溶質による汚染の軽減；及び、必要とされる流体体積又は流れのかなりの減少。これらの例示的な優位点の内のいくつか又は全ては、最低限の汗促進が望まれるものを含む、汗感知用途に関して非常に好ましいことがある。代替実施形態では、要素１２０５は存在しないことがあり、センサ１２２０は、皮膚に隣接して配され得る。一実施形態では、薄い接着剤が、センサと皮膚との間であり得る。
【００７７】
図１３Ａを参照すると、汗感知装置１３００は、バリア材料を含む破裂可能なマイクロカプセル１３８５として示される、キャリアを含む接着剤１３１０を含む。便宜上、要素１３０１は、装置１３００の様々な構成部品を概略的に表す。一実施形態では、例えば、要素１３０１は、センサ及び微小流体構成部品を表す。バリア材料は、例えば、適切な溶媒におけるバリアポリマーの溶液であり得る。装置１３００が皮膚１２へ固く適用されるとき、マイクロカプセル１３８５は破裂し、皮膚１２はバリア材料で被覆される。これに関して、バリア材料及びキャリア１３８５は、装置１３００の構成部品であり、装置１３００の他の構成部品と同時に皮膚へ提供される。汗が要素１３１０を通って流れ得て要素１３０１によって感知されることになるように、要素１３１０は多孔質であり得る。要素１３１０内への汗に関する多孔性又は流体経路は、細孔がバリアポリマーによって封止されないように、例えば汗管１４のものと同様の直径の細孔を有することによって維持され得る。バリアポリマーにおける溶媒は、皮膚１２又は環境内へ時間と共に散逸し、図１３Ｂに示されるようなバリアフィルム１３８６をもたらす。バリア材料はまた、溶媒フリーであり得る、ｐＨの変化によって硬化され得る、又は、バリア材料が皮膚へ適用されるときに酸素若しくは他の刺激若しくは化学物質の存在によって硬化され得る。接着剤１３１０は、硬化剤、又は、砕かれる若しくは破裂するときにバリア材料を硬化させる他の材料の追加のマイクロカプセルを含み得る、又は、その表面上に持ち得る。最初にマイクロカプセル化された接着剤はまた、本発明の他の態様と組み合わされて用いられ得る。
【００７８】
他の一つの実施形態では、バリア材料は、接着剤１３１０の頂部上の固体乾燥フィルム又は材料であり得る。皮膚１２は、皮膚を清潔にし、且つバリア材料に関する溶媒である溶媒で調整され、清潔にされ得る。装置１３００はその後、バリア材料を溶解させて皮膚表面を被覆させる溶媒にバリア材料が接触する皮膚１２の上へ配される。バリア材料フィルム１３８６は、溶媒が皮膚１２又は環境内へ散逸するにつれて乾燥し、図１３Ｂに示されるものと同様の配置をもたらす。多数のアルコールが皮膚クリーニングにおいて用いられ、より低い蒸気圧を有するものが利用され得、パッチ適用の間に皮膚において又は皮膚上に溶媒を維持するであろう。
【００７９】
本発明の他の一つの態様では、装置はまた、例えばアンモニア等の関心のある溶質のみを輸送する選択的輸送要素を含み得る。例示的実施形態は、アンモニアイオノフォアドープポリマー層を用い得る。この場合では、輸送要素の選択的性質は、センサの性能を低下させ得るアンモニア以外の溶質が皮膚から出ることを防止するであろう。
【００８０】
本発明の他の一つの態様では、接着剤はまた、皮膚自身が溶質の輸送をしにくくなるように、皮膚の頂部層の特性を変えることがある。接着剤が皮膚に触れる領域においてのみ、これが生じることになるので、皮膚が存在しない場所（例えば汗管の開口部）での輸送の変更を防止する。一実施形態では、接着剤は、皮膚内に浸透して汗管の実質的に上以外でそれを封止する、溶媒における非常に低分子量の封止ポリマーである相を有し得る。このような接着剤の例は、限定ではなく、Ｓｍｉｔｈ  ａｎｄ  Ｎｅｐｈｅｗ  ＳＫＩＮ−ＰＲＥＰ製品のものと同様のバリアポリマー処方を含み、また、“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｆｉｌｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｂａｒｒｉｅｒｓ  （Ｓｋｉｎ  Ｓｅａｌａｎｔｓ）”における３Ｍ  ＣｏｒｐのＬｕｔｚによって提供され、参照によって本明細書に含まれる。
【００８１】
図１４を参照すると、装置１４００は、減容経路１４８０を一緒に製造する接着剤１４７０及び圧力透過構成部品１４６０を含む。接着剤１４７０は、例えば、前述したように、六角形の又は他の閉細胞パターンであり得る。構造及び組成に関して、このような配置は、優位に垂直な多孔質ネットワークを有するとも言われ得る。従って、センサ１４２０は、減容経路１４８０に起因して、そうでないよりも素早く汗を受け入れるであろう。減容経路１４８０は、本発明の他の態様と組み合わされ得て、装置１４００に関する汗体積をさらに減少させる。
【００８２】
図１５を参照すると、装置１５００はセンサ１５２０を含み得、水平な（つまり、皮膚の表面に水平な）汗の流れと比較してより速い皮膚からの垂直な汗の流れを可能にすることによって減容経路１５８０を生成する材料１５７０及び任意の圧力透過構成部品１５６０をさらに含む。圧力透過構成部品１５６０は、材料１５７０自身が汗体積を適切に減少させることができない本発明の実施形態において存在し得る。一実施形態では、材料１５７０は接着剤である。
【００８３】
装置１５００の代替実施形態では、任意の圧力透過構成部品は含まれない。このような実施形態では、接着剤を含む材料の大部分はかなり汗不透過性であり得、接着剤は、汗に対して多孔質であるチューブ、細孔又はマイクロファイバーにフィットされ、提供される流路は優位に垂直である。言い換えると、接着剤は、垂直異方性汗経路を有することになり（つまり、接着剤は、水平輸送よりも、汗又は汗における溶質の垂直輸送を好む）、優位に垂直な多孔質ネットワークとも呼ばれ得る。このような接着剤は、例えば、垂直に配向した柔軟なチューブ、細孔又はマイクロファイバーを備える厚い接着剤を形成し、その後接着剤をより薄い層にスライスすることによって作製され得る。スライスは、接着剤のいずれかの側面上にチューブ又は細孔を実質的に露出させるであろう。代わりに、接着剤は、垂直な細孔を形成する多孔性の又は溶解性の粒子で作製され得る。例えば、相分離が、接着剤の硬化の間に生じ得、第１の相は接着剤であり、第２の相は揮発性流体であり、揮発性流体は、それが硬化の間に接着剤を脱出するときに、優位に垂直に配向した細孔を形成する。細孔はまた、例えば、接着剤が皮膚上で用いられる前に、細孔を生成するために接着剤を通して穴を開ける微小針によって機械的に生成され得る。代わりに、細孔又はウィッキング繊維は、接着剤においてランダムに配向し得、接着剤の厚さに匹敵する長さであり得、いくつかが垂直に多孔性の経路を提供することになる一方で、水平なものは、それらが実質的に汗不透過性である接着剤の実質的に内部で終わるので提供しないようになる。汗に関する垂直経路の密度は、汗管の密度よりも大きいべきであり、上述の利点が実現され、十分な量の汗が装置に到達して感知されるようになる。
【００８４】
本発明の実施形態において有用な接着剤は、様々な処方を有し得る。例として、接着剤はヒドロゲル、アクリレート、親水コロイド、又はあるタイプの医療接着剤であり得る。多数の接着剤処方が、構成部品、並びに、親水コロイド被覆材及び接着剤に関する化学物質を用いて適合され得、汗、気体、微生物、油等に対して非常に多孔性である、又は非常に非多孔性であるように最適化され得る。このような接着剤はまた、抗菌性の、油吸収ビーズ、ｐＨ緩衝若しくは維持ビーズ、又は、汗感知装置の長期信頼性及び耐久性を改善するであろう他の物質と共に利用され得る。接着剤はまた、それ自身で又は汗を含むおかげで電気的に伝導性であり得、それが本発明の装置による、溶質サンプリングにおける又はイオン導入の送達における溶質輸送に関して用いられ得るようになる。
【００８５】
本発明の実施形態において有用である、汗流れにおいて垂直異方性である接着剤又は他の材料は、様々な配置を有し得る。例として、接着剤は、優位に垂直な経路を有するフィラメント又は細孔を含み得、このようなフィラメント又は細孔は、多孔性である、及び／又は汗に可溶性である。一実施形態では、水溶性ポリビニルピロリドンで作製される垂直繊維アレイは、ポリマーとして水溶性ポリビニルピロリドンを用いるＶｅｌｃｒｏと同様の構造を生成することによって作製され得る。そして、このＶｅｌｃｒｏ様表面は、かなり汗不透過性である接着剤又はゲルによって埋め込まれ得る。装置が皮膚の上に配されるとき、汗は、ポリビニルピロリドンを溶解して、汗に関する減容経路を形成するであろう。
【００８６】
本発明の態様では、減少した汗体積は、汗サンプリング速度を改善し得る。いくつかの場合では、包帯等の方法を用いる装置の適用は、汗体積を最小限にするには不十分である。実際、本発明の汗体積のような減少した体積を必要とするウェアラブル技術はほとんどないので、このような必要性は、本発明に完全に又はかなり固有のものである。装置は、汗体積を減少させるために、圧力によって皮膚へ固定されたままであり得るが、単純なパッチ又は他のウェアラブル装置では、汗体積を最小限にするための他の方法が存在する。本発明の一態様では、接着剤は硬化可能であり得る。硬化性接着剤を有する装置は、皮膚に対して装置を押し付けるのに十分な外圧と共に皮膚へ適用される。外圧は、例えば、クランプ、ゴムストラップ又は他の一つの器具によって提供され得る。接着剤はその後硬化され得て、外圧が取り除かれた後で、適用された外圧によって生成された、減少した汗体積の全てではないがほとんどを保持することを可能にする。このように、減少した汗体積は、汗サンプリング速度を改善するであろう。装置を適用するために用いられる器具はまた、硬化性の刺激（例えば加熱素子、又はＵＶＬＥＤアレイ）を送達するための要素を含み得る。触媒は、装置を適用する前にも皮膚内に浸漬され得、装置が適用され、触媒は接着剤を硬化させ、一方で圧力は適切な硬化をサポートするのに十分長く維持される。一実施形態では、接着剤自身は、硬化剤、又は、砕かれる又は破裂するときに接着剤を硬化させる他の材料のマイクロカプセルを含み得る。
【００８７】
様々な硬化性接着剤が、本発明の実施形態において有用である。接着剤は、光学的、熱的、ｐＨ、触媒、皮膚における又は皮膚の上の物質、又は、乾燥皮膚内への液体若しくはゲル状態における接着剤から離隔する溶媒等の他の手段、の内の少なくとも一つによって硬化され得る。硬化性接着剤は、本発明の他の態様と組み合わされて用いられ得る。一実施形態では、接着剤は、接着剤内部で汗体積を減少させるであろうビーズ又は粒子を含み得る。
【００８８】
図１６は、本発明の実施形態の装置１６００の少なくとも一部の上面図を示す。接着剤１６７０は、上述のように複数の密閉体積１６８０を生成することによって減容経路を生成する。装置１６００が皮膚１２の上に配されるとき、いくつかの密閉体積１６８０は、汗管１４の上に整列することになる一方で、他は整列しない。汗管１４の上の密閉体積１６８０は、汗に関する減容経路を形成するであろう。代わりに、汗管１４の上でない密閉体積１６８０は、汗に関する減容経路の一部ではないであろう。装置１６００はまた、汗を提供し得る任意の密閉体積１６８０からの汗摂取を可能にするための微小流体構成部品１６６５を含む。これに関して、閉細胞体積の微小流体接続ネットワークは、装置１６００において、減少した汗体積及び減少した汗経路を提供する。微小流体構成部品１６６５は、示される矢印の方向において一以上のセンサ（図示されない）へ密閉体積１６８０から汗を輸送するための任意の微小流体経路又は材料であり得る。互いに各密閉体積１６８０をさらに分離するために、微小流体構成部品のブランチが、例えば圧力透過点によって形成されるセンサへ向かう一方向又は圧力透過流れバルブ（ｖａｌｕｅｓ）を含み得る。多数の一方向又は圧力透過流れバルブが当業者によって知られている。図１６Ａにおける示された実施形態では、微小流体構成部品１６６５におけるポスト又は障害物１６６８の、圧力透過する一方向流れバルブが用いられ、このようなポスト又は障害物１６６８無しの汗流れに関する直径と比較して汗圧力透過１６６６に関して減少した直径をもたらす（つまり、障害物１６６８は圧力透過構成部品のようにふるまう）。微小流体構成部品１６６５は障害物１６６８含むとして具体的に示される一方、代替実施形態では、このようなバリアが含まれないことがあることが容易に理解されるであろう。一実施形態では、微小流体構成部品のブランチに沿った汗の溶質の拡散は、十分に低いことがあり、全ての囲い物が汗で満たされる場合でさえ、汗体積は減少するようになる。
【００８９】
図１７を参照すると、装置１７００は、センサ１７２１、１７２２、１７２３、１７２４のセット、減容構成部品１７７０、膜又はメッシュ１７６０、及び減容経路１７８０を含む。図示されないが、汗促進ゲル及び駆動電力等の汗促進要素が、さらに含まれ得る。ライン１７５５によって示されるように、少なくとも一つのセンサ１７２４は、皮膚１２及び汗管１４から来る汗に関するセンサが中心にされた減容経路１７８０を有し得、サンプリング間隔を減少させる。センサが中心にされた減容経路を有することは有利である。なぜなら、汗の流れが中心でない場合、そのときセンサの一部は、不均一な非常により遅い流れを有することになるからである。特に、少なくとも第１の領域の近くの汗の流れは、センサの下の他の領域での流れよりも遅いであろう。この遅い汗の流れは、古い汗が新しい汗と一緒に測定されることを引き起こすことになり、サンプリング間隔を効果的に増加させるであろう。そのため、どんなに少なくとも又はどんなに多くてもセンサと汗管との間で汗体積は減少され、皮膚１２上に配されたセンサは、センサの感知表面の下に中心が置かれていない汗の流れを受けることがある。本発明は、経路１７８０等の、センサが中心にされた減容経路を達成する多数の方法を意図する。円形領域を有するセンサに関して、センサの中心内への流れは、古い汗及び新しい汗の同時読み取りの混合を最小限にすることに関して最適であろう。「中心にされる」との用語は、非円形形状を備えるセンサへ厳密に適用することがないかもしれない一方で、本発明の態様は、最適な又はほぼ最適なサンプリング間隔をもたらす方法で汗を受けるセンサ配置を含む。例えば、本発明の一実施形態では、装置は、少なくとも一つのセンサ及び少なくとも一つの減容経路を含み得、減容経路は、センサに関する速いサンプリング間隔に関する流れパターンを有する。言い換えると、減容経路は、サンプリング間隔を減少させる、汗に関するセンサを横切る所定の経路を含む。装置１７００及び同様の実施形態が、様々な方法を用いて構成され得ることが認識されるべきである。例として、装置１７００は、他の方法の内で、フィルムの整列した積層又はフォトリソグラフィーを用いて構成され得る。
【００９０】
本発明の一有利な態様では、センサは汗に対して多孔性であり得る。汗に対して多孔性のセンサを含むことは、センサから古い汗を流すために新しい汗に関して必要とされる時間を減少させ得る。加えて、センサが多孔性である場合、そのとき、汗の流れは、センサの中心であろう、又はセンサを通って均一であろう（それゆえ「中心にされた流れ」はまた、「均一な流れ」を含み得る）。多孔性センサはまた、中心にされた又は均一な流れを有すること無しでさえ、本発明の他の実施形態へと利益を伸ばすことがある。
【００９１】
本発明の一態様では、センサは、汗濡れ材料によって被覆され得て、センサへの汗の濡れ性を改善する。いくつかのセンサは、それらの表面上で疎水性、又は少なくとも適切に親水性でなく、汗によって均一に濡れない。従来、布地、紙、又は微小流体構成部品若しくは特徴は、センサに隣接して配され得て、センサ表面に対して流体を逃がして濡れさせる。しかしながら、任意のこのような追加の構成部品は、布地又は紙構成部品の厚さを特に考慮すると、汗体積を実質的に増加させる。図１７Ａに関して、本発明の一実施形態では、皮膚１２に面するセンサ１７２１、１７２２、１７２３の表面は、親水性の又は超親水性の被膜１７９０によって被覆される。センサ被覆は、例えば、ポリビニルピロリドン、ウィッキングナノファイバ、又はセンサ表面上へ直接配される他の材料であり得る。例として、センサ被覆は、界面活性剤あり又は無しの、水、エタノールにおける希薄溶液を用いてスプレーコートされ得て、センサ表面に対する被覆濡れを改善する。乾燥形態では、このような被覆は、いくつかの単一層厚さからマイクロメートル厚さ以上までの範囲であり得、センサ表面を横切る汗の所望の濡れをいまだに達成し得る。センサ上の、汗で濡れる被覆は、従来の方法と比較して、減少した汗体積又は減容経路を提供する。
【００９２】
本発明の実施形態を参照すると、接着剤、ビーズ層、又は他の特徴若しくは材料は、汗体積を増加させることになる粒子、髪、モル又は他の特徴無しで皮膚の上の接触に関して示されてきた。本発明は、より厚い層若しくは接着剤等の、皮膚を滑らかにする又は含む装置修正等の、このような問題を同様にカバーするための実施形態の変更を含む。
【００９３】
以下の実施例は、本発明を示すことを補助するために提供されるのであり、包括的ではなく、又は如何なる方法で限定するものでもない。
【００９４】
実施例１
本発明によって可能にされた、低い発汗速度又は目標溶質抽出領域はまた、本発明以外では難しいことがあるいくつかの溶質の感知を可能にし得る。例えば、大きな発汗速度は、汗腺自身がかなりの乳酸塩を生成することを引き起こし得、血中乳酸塩の測定を不可能にさせ得る。本発明の実施形態は、汗管又は汗腺内に分配される血中乳酸塩を、汗腺によって発生される乳酸塩により優勢になることを可能にし得るので、汗管又は汗腺を通る乳酸塩の改善された測定を可能にし得る。同様に、より大きいサイズ又は親油性の汗の溶質は、非常に遅く汗内に拡散し得、血液と相互関係を提供するために非常に低い発汗速度でのサンプリングを要求し得るので、本発明の減少した汗体積は大きな価値がある。この実施例は、本発明の汗体積が単なるサンプリング間隔を超える価値があることをさらに示す。
【００９５】
実施例２
１分当たり０．５及び５ｎＬの発汗率、並びに１４０汗腺／ｃｍ２（例えば、腹）の実施例の汗サンプリングサイト上の汗感知装置に関するサンプリング間隔を決定するために、計算が実施された。単純な体積充填モデルを用いると、３０μｍの皮膚表面からの平均ギャップを備える直径２．５ｍｍのセンサは、５及び０．５ｎＬ／分／汗腺に関して４２．９及び４．３分のサンプリング間隔をそれぞれ提供するであろう。この実施例は、減少した汗体積を有さない。
【００９６】
実施例３
同じサンプリングサイト特性及びセンササイズを用いて、ワセリンがセンサと皮膚との間の汗体積を満たしている実施例が計算された。センサとワセリンとの間の無視できる汗体積が想定される（例えば、圧力透過構成部品は、センサとワセリンとの間であり得る）。０．５ｎＬ／分／汗腺での結果として得られるサンプリング間隔は、１分未満である。センサと圧力透過構成部品との間のわずか１０μｍの空間を有することでさえ、実施例２に対してサンプリング間隔において３倍の改善が提供される。
【００９７】
実施例４
同じサンプリングサイト特性及びセンササイズを用いて、装置が皮膚の上の接着剤の六角形の閉細胞格子を含む実施例が計算された。接着剤高さが３０μｍであり、接着剤幅が３：１のアスペクト比（つまり、９０μｍの幅）であると想定すると、８０％の開口領域（ｏｐｅｎ  ａｒｅａ）に関する接着剤直径は３６０μｍであろう。０．５ｎＬ／分／汗腺での結果として得られるサンプリング間隔は、４分未満である。これに関して、センサと圧力透過構成部品との間に空間が存在する場合でさえ、汗体積の少なくとも一部分は、実質的に減少された。
【００９８】
実施例５
実施例４と同じサンプリングサイト特性及びセンササイズを用いて、ランダムパックされた疎水性ビーズを装置が含む実施例が計算された。０．５ｎＬ／分／汗腺での結果として得られるサンプリング間隔は、１分未満である。これに関して、センサと圧力透過構成部品との間に空間が存在する場合でさえ、汗体積の少なくとも一部は、実質的に減少されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１６Ａ】
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【図１７】
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【図１７Ａ】
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【国際調査報告】
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