ДАТЧИКИ ВЛАЖНОСТИ
MOISTURE SENSOR

Уровень техники
Одноразовые впитывающие изделия, такие как подгузники, спортивные трусы, прокладки при недержании и тому подобные хорошо впитывают воду и предохраняют пользователя от контакта с влагой, снижая раздражение кожи, вызванное длительным воздействием влаги. Однако, вследствие высокой впитывающей способности данных изделий, пользователи могут не осознавать, что произошло мочеиспускание, особенно если это неопытные маленькие дети, которые могут не понимать значение телесных ощущений, связанных с мочеиспусканием. Таким образом, пользователь может не осознавать свою неспособность контролировать мочеиспускание или тот факт, что изделие следует заменить. Кроме того, родители или опекуны могут не понять, что впитывающее изделие необходимо заменить.
Визуальные механизмы также использовались для оповещения о присутствии влаги во впитывающих изделиях. В настоящее время существует большое количество методик определения влажности, включая электронные датчики влажности, цветовые датчики влажности и ферментные датчики влажности. Однако такие традиционные датчики обычно являются сложными и дорогими. Кроме того, сигналы, посылаемые такими датчиками, обычно кратковременны. Также, традиционные методики определения влажности не обеспечивают возможности подтверждения точности результатов анализа.
Таким образом, существует потребность в эффективных датчиках, не требующих внимательного наблюдения для точного обнаружения мочи. Особенно полезным было бы впитывающее изделие, которое содержит такой датчик.
Краткое описание изобретения
В одном варианте выполнения настоящего изобретения описан способ определения присутствия мочи. Данный способ включает применение датчика мочи, имеющего матрикс, на котором недиффундирующим образом иммобилизован индикатор рН, способный изменять цвет при контакте с мочой. Моча взаимодействует с матриксом датчика, и присутствие мочи определяется на основании изменения цвета датчика рН.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения описан способ определения присутствия мочи. Данный способ включает применение датчика мочи, имеющего пористый матрикс, содержащий смесь термохромного вещества и вещества, изменяющего температуру, при этом изменяющее температуру вещество при контакте с мочой способно вызывать изменение температуры в термохромном веществе, что приводит к изменению цвета. Моча взаимодействует с матриксом датчика, и присутствие мочи определяется на основании изменения цвета термохромного вещества.
Другие отличительные признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно описаны ниже.
Краткое описание чертежей
Полное и дающее возможность осуществления описание, включая наилучший способ осуществления, предназначенное для квалифицированных специалистов в данной области техники, более подробно приведено ниже в остальной части описания, в котором содержатся ссылки на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе одного варианта выполнения датчика, который можно использовать в настоящем изобретении; и
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе одного варианта выполнения датчика, который можно использовать в настоящем изобретении.
Повторяющееся использование номеров позиций в настоящем описании и чертежах предназначено для обозначения одинаковых или аналогичных отличительных признаков или элементов настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Далее будут подробно обсуждены различные варианты выполнения настоящего изобретения, один или более примеров которых приведены ниже. Каждый пример приведен в целях разъяснения изобретения, а не ограничения изобретения. Действительно, для квалифицированных специалистов в данной области техники очевидно, что в настоящем изобретении возможны различные модификации и изменения, не выходящие за рамки сути и объема настоящего изобретения. Например, отличительные признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта выполнения, могут использоваться в другом варианте выполнения, приводя в результате к новому варианту выполнения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые находятся в рамках прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.
В целом, настоящее описание касается датчиков для определения наличия или отсутствия мочи. В данных датчиках могут использоваться недиффундирующим образом иммобилизованные индикаторы рН и/или термохромные смеси для точного определения наличия или отсутствия мочи.
Недиффундирующая иммобилизация индикатора рН на твердом матриксе может в значительной степени увеличить период времени, в течение которого сигнал обнаружения мочи остается стабильным, даже после нескольких воздействий. Аналогично, описанные в данном тексте термохромные смеси могут давать сигналы, которые остаются стабильными в течение длительных периодов времени, и в то же время способны выдерживать множественные воздействия. Датчики, которые объединяют индикатор рН и термохромные смеси, могут обеспечивать надежное дублирование обнаружения мочи.
Описанные в данном тексте датчики обеспечивают простой, легкий в эксплуатации, экономичный подход к быстрому детектированию влажности, вызванной мочой. Кроме того, описанные в данном тексте датчики могут быть включены во впитывающие изделия, такие как подгузники и изделия, применяемые при недержании, для помощи в детектировании вызванной мочой влажности.
4
В привязке к Фиг.1, далее более подробно будет описан один вариант выполнения датчика 20, который может быть создан согласно настоящему изобретению. Как показано, датчик 20 включает матрикс 22. В целом, матрикс 22 может быть изготовлен из любого из множества материалов, через которые может проходить моча. Например, матрикс 22 может представлять собой пористую мембрану, изготовленную из синтетических или природных материалов, таких как полисахариды (например, целлюлозные материалы, такие как бумага и производные целлюлозы, такие как ацетат целлюлозы и нитроцеллюлоза); полиэфирсульфон; полиэтилен; нейлон; поливинилиденфторид (PVDF); полиэфир; полипропилен; диоксид кремния; неорганические материалы, такие как дезактивированный оксид алюминия, диатомовая земля, MgSO или другой неорганический мелкоизмельченный материал, равномерно диспергированный в пористом полимерном матриксе, с полимерами, такими как винилхлорид, винилхлорид-пропилен сополимер и винилхлорид-винилацетат сополимер; ткань, как натуральную (например, хлопок), так и синтетическую (например, нейлон или вискоза); пористые гели, такие как силикагель, агароза, декстран и желатин; полимерные пленки, такие как полиакриламид; и так далее. В одном частном варианте выполнения, матрикс 22 сформирован из мембраны Biodyne Plus, положительно заряженной нейлоновой мембраны производства Pall Corporation. В другом варианте выполнения, матрикс изготовлен из пористого целлюлозного материала, такого как фильтровальная бумага и ткань, которые положительно заряжают путем обработки положительно заряженными полимерами.
Размер и форма матрикса 22 в целом может варьироваться, как хорошо известно квалифицированным специалистам в данной области техники. Например, матрикс может иметь длину и ширину от около 10 до около 100 миллиметров, в некоторых вариантах выполнения от около 20 до около 80 миллиметров, и в некоторых вариантах выполнения, от около 40 до около 60 миллиметров. Толщина матрикса может быть менее примерно 500 микрометров, в некоторых вариантах выполнения менее примерно 250 микрометров, и в некоторых вариантах выполнения, менее примерно 150 микрометров.
Чтобы начать определение наличия или отсутствия мочи, пользователь может непосредственно нанести тестовый образец на часть матрикса 22. В проиллюстрированном варианте выполнения, в матриксе 22 обозначены зона индикатора рН 26 и термохромная зона 28. Однако необходимо понимать, что в некоторых вариантах выполнения, единственной зоной, находящейся на матриксе, может быть или зона индикатора рН, или термохромная зона.
Для облегчения обнаружения мочи, индикатор рН недиффундирующим образом иммобилизован в зоне индикатора рН 26. Индикатор рН может быть нанесен непосредственно на матрикс 22, или перед нанесением сначала переведен в раствор. Для образования раствора можно использовать различные растворители, такие как (но не ограничиваясь только ими): ацетонитрил, диметилсульфоксид (ДМСО), этиловый спирт, диметилформамид (ДМФА) и другие полярные органические растворители. Количество индикатора рН в растворе может варьироваться от около 0.001 до около 100 миллиграмм на миллилитр растворителя, и, в некоторых вариантах выполнения, от около 0.1 до около 10 миллиграмм на миллилитр растворителя. Концентрацию индикатора рН можно селективно контролировать для обеспечения требуемого уровня чувствительности обнаружения.
Желательно наносить индикатор рН таким образом, чтобы он не диффундировал в заметной степени через матрикс 22 (т.е., был иммобилизован недиффундирующим образом). Индикатор рН подбирают таким образом, чтобы он изменял цвет при воздействии таких уровней рН, которые находятся в диапазоне рН, обычном для мочи (или больше примерно 5.5, или меньше примерно 10). Изначально индикатор рН имеет цвет, обусловленный значением рН вне диапазона рН, обычного для мочи (либо меньше примерно 5.5, либо больше примерно 10). При взаимодействии образца мочи с индикатором рН, моча вызывает изменение рН, что индуцирует изменение цвета индикатора рН, сигнализируя о контакте мочи с матриксом.
Предпочтительные индикаторы рН и их производные имеют рН цветового перехода выше около 10 или ниже около 5.5. Примеры подходящих индикаторов рН с цветовым переходом при рН ниже около 5.5 включают хлорбромфеноловый синий, бромфеноловый синий, бромкрезоловый синий, метиловый фиолетовый, метиловый оранжевый, конго красный, лейкомалахит зеленый, метиловый желтый, бромфеноловый синий, малахитовую зелень, бриллиантовую зелень, кристаллический фиолетовый, эритрозин В, метиловый зеленый, метиловый фиолетовый 2 В, пикриновую кислоту, нафтоловый желтый S, хинальдиновый красный, основной фуксин. Примеры индикаторов рН с цветовым переходом при рН выше около 10 включают "нильский голубой" А, тимолфталеин, анилиновый синий W.S., ализариновый желтый GG, morgant orange I, тропеолин О, оранжевый G, кислый фуксин, тиазоловый желтый G, индигокармин, фенолфталеин, тимолфталеин, ализариновый желтый R. Производные таких индикаторов рН также могут применяться для изготовления датчиков по настоящему изобретению.
Однако, любой подходящий индикатор рН, известный в данной области техники, охватывается как пригодный для использования в настоящем изобретении.
В некоторых вариантах выполнения, начальный цвет иммобилизованного индикатора рН можно легко регулировать совместной иммобилизацией индикатора с регулятором рН - кислотой, буферным раствором, основанием или какой-либо их комбинацией. Начальный цвет важен для обеспечения как можно более резкого цветового контраста. Например, при использовании в качестве индикатора бромотимольного синего, в основных условиях индикаторная зона имеет ярко-зеленый цвет, который легко отличить от желтого цвета при слабокислых условиях. Аналогично, при использовании в качестве индикатора бромкрезолового зеленого, в кислых условиях индикаторная зона имеет желтый цвет, который легко отличить от зеленого цвета при нейтральных или основных условиях.
Кроме того, другие подходящие регуляторы рН могут включать неорганические кислоты, сульфоновые кислоты (например, 2-[N-морфолино]этансульфоновую кислоту ("MES"), карбоновые кислоты и полимерные кислоты. Частными примерами подходящих неорганических кислот являются соляная кислота, азотная кислота, фосфорная кислота и серная кислота. Частными примерами подходящих карбоновых кислот являются лимонная кислота, гликолевая кислота, молочная кислота, уксусная кислота, малеиновая кислота, галловая кислота, яблочная кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, бензойная кислота, малоновая кислота, салициловая кислота, глюконовая кислота и их смеси. Частные примеры подходящих полимерных кислот включают поли(акриловую) кислоту с прямой цепью и ее сополимеры (например, малеин-акриловый, сульфон-акриловый и стирол-акриловый сополимеры), сшитые полиакриловые кислоты, имеющие молекулярный вес ниже примерно 250000, поли(метакриловую) кислоту и природные полимерные кислоты, такие как каррагиновая кислота, карбоксиметилцеллюлоза и альгиновая кислота. И в этом случае, регулятор рН обеспечивает начальный рН за рамками диапазона рН, обычного для мочи (или ниже около 5, или выше около 10), вследствие чего индикатор рН способен изменять цвет при контакте с мочой.
Регуляторы рН также могут включать основания - либо неорганические основания, либо органические основания. Примеры таких оснований могут включать карбонаты, такие как карбонат натрия, бикарбонаты, такие как бикарбонат натрия, бораты, такие как борат натрия, гидроксиды, такие как гидроксид натрия
Регуляторы рН могут включать буферные растворы, приготовленные из слабых кислот или слабых оснований. Примеры таких буферных растворов могут включать забуференный фосфатом физиологический раствор и ацетатные буферные растворы.
Желательно использовать индикатор рН таким образом, чтобы он не диффундировал в заметной степени через матрикс 22 (т.е., был иммобилизован недиффундирующим образом). Это позволяет пользователю легко обнаруживать изменение цвета, которое происходит при взаимодействии индикатора рН с мочой, а также предотвращает утечку индикатора рН из матрикса 22. Иммобилизацию можно осуществлять различными способами, такими как химическое связывание, физическая адсорбция, или с помощью носителя, такого как полимер или частица. В одном предпочтительном варианте выполнения, высокозаряженный пористый материал может эффективно иммобилизовывать противоположно заряженный индикатор. В этом отношении, подходящие для использования заряженные пористые субстраты могут включать положительно заряженные нейлоновые мембраны, такие как Biodyne Plus от Pall Corporation. Также было обнаружено, что пористые нетканые материалы, такие как хлопчатобумажные ткани, обработанные Kymene, являются пригодными для применения заряженными материалами для иммобилизации отрицательно заряженных индикаторов.
В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения, на описанном в данном тексте матриксе датчика формируют сшитую сеть, содержащую индикатор рН. Не ограничиваясь рамками какой-либо теории, считают, что сшитая сеть содействует длительной иммобилизации индикатора рН, тем самым позволяя пользователю легче обнаруживать изменение цвета во время использования. Сшитая сеть может содержать "внутримолекулярные сшивки" (т.е., ковалентные связи между функциональными группами одной молекулы) и/или "межмолекулярные сшивки" (т.е., ковалентные связи между разными молекулами, например, между двумя молекулами индикатора рН или между молекулой индикатора рН и поверхностью субстрата). Сшивание можно осуществлять посредством самосшивки индикатора и/или посредством включения отдельного сшивающего агента. Подходящие сшивающие агенты, например, могут включать полиглицидиловые эфиры, такие как этиленгликоль-диглицидиловый эфир и полиэтиленгликоль-диглицидиловый эфир; акриламиды; соединения, содержащие одну или более гидролизуемых групп, таких как алкокси-группы (например, метокси, этокси и пропокси); алкоксиалкокси-группы (например, метоксиэтокси, этоксиэтокси и метоксипропокси); ацилокси группы (например, ацетокси и октаноилокси); кетоксимные группы (например, диметилкетоксим, метилкетоксим и метилэтилкетоксим); алкенилокси-группы (например, винилокси, изопропенилокси и 1-этил-2-метилвинилокси); аминогруппы (например, диметиламино, диэтиламино и бутиламино); аминокси-группы (например, диметиламинокси и диэтиламинокси); и амидные группы (например, N-метилацетамид и N-этилацетамид).
-14
-5
-13
-9
В настоящем изобретении можно использовать любой из множества различных механизмов сшивания, такой как термическое инициирование (например, реакции конденсации, реакции присоединения и т.д.), электромагнитное излучение и так далее. Некоторые подходящие примеры электромагнитного излучения, которое можно использовать в настоящем изобретении, включают (но не ограничены только ими) электронно-лучевое излучение, природные и искусственные радиоизотопы (например, α-, β- и γ-лучи), рентгеновское излучение, нейтронные пучки, положительно заряженные пучки, лазерные пучки, ультрафиолетовое излучение и т.д. Электронно-лучевое излучение, например, включает продуцирование ускоренных электронов электроннолучевым устройством. Электроннолучевые устройства в целом хорошо известны в данной области техники. Например, в одном варианте выполнения, можно использовать электроннолучевое устройство, которое доступно от Energy Sciences, Inc., Woburn, Massachusetts под названием "Microbeam LV." Другие примеры подходящих электроннолучевых устройств описаны в U.S.Patent Nos. 5,003,178 от Livesav: 5,962,995 от Avnerv: 6407492 от Avnerv и др., которые полностью включены в данный текст в виде ссылки. Длина волны излучения (А) может варьироваться для различных типов излучения спектра электромагнитных излучений, например от около 10 метров до около 10 метров. Электроннолучевое излучение, например, имеет длину волны λ от около 10 метров до около 10 метров. Помимо выбора конкретной длины волны А электромагнитного излучения, можно также подбирать другие параметры для контроля степени сшивания. Например, дозировка может варьироваться от около 0.1 мегарад до около 10 мегарад, и, в некоторых вариантах выполнения, от около 1 мегарад до около 5 мегарад.
Источником электромагнитного излучения может быть любой источник излучения, известный квалифицированным специалистам в данной области техники. Например, можно использовать эксимерную лампу или ртутную лампу с D-лампой. Другие лампы со специальными добавками, дающие излучение с достаточно узким пиком излучения, можно использовать с фотоинициаторами, которые имеют эквивалентный максимум поглощения. Например, V-лампа, доступная от Fusion Systems, представляет собой еще одну подходящую для использования лампу. Кроме того, можно разработать специальные лампы со специфичным спектром излучения для использования с одним или более специфичными фотоинициаторами.
В некоторых вариантах выполнения, можно применять инициаторы, которые увеличивают функциональность выбранной методики сшивания. Например, в некоторых вариантах выполнения можно использовать термические инициаторы, такие как азо-соединения, перекись водорода, персульфатные и редокс-инициаторы. Репрезентативные примеры подходящих термических инициаторов включают азо-инициаторы, такие как 2,2'-азобис(2,4-диметилвалеронитрил), 2,2'-азобис(изобутиронитрил), 2,2'-азобис-2-метилбутиронитрил, 1,1'-азобис(1-циклогексанкарбонитрил), 2,2'-азобис(метилизобутират), 2,2'-азобис(2-амидинопропан) дигидрохлорид и 2,2-азобис(4-метокси-2,4-диметилвалеронитрил); пероксидные инициаторы, такие как перекись бензоила, перекись ацетила, лауроилпероксид, деканоилпероксид, дицетилперкарбонат, ди(4-трет-бутилциклогексил)перкарбонат, ди(2-этилгексил)перкарбонат, трет-бутилпероксипивалат, трет-бутилперокси-2-этилгексаноат и дикумилпероксид; персульфатные инициаторы, такие как персульфат калия, персульфат натрия и персульфат аммония; редоксные (окислительно-восстановительные) инициаторы, такие как комбинации вышеуказанных персульфатных инициаторов с восстановителями, такими как метабисульфит натрия и бисульфит натрия, системы на основе органических пероксидов и третичных аминов, и системы на основе органических гидропероксидов и переходных металлов; другие инициаторы, такие как пинаколы; и тому подобные (и их смеси). Азо-соединения и пероксиды в целом являются предпочтительными. Также можно использовать фотоинициаторы, такие как замещенные ацетофеноны, такие как бензилдиметилкеталь и 1-гидроксициклогексилфенилкетон; замещенные альфа-кетолы, такие как 2-метил-2-гидроксипропиофенон; бензоиновые эфиры, такие как бензоинметиловый эфир и бензоинизопропиловый эфир; замещенные бензоиновые эфиры, такие как анизоинметиловый эфир; ароматические сульфонилхлориды; фотоактивные оксимы; и так далее (и их смеси). Другие подходящие фотоинициаторы описаны в U.S.Patent No.6,486,227 от Nohr и др. и U.S.Patent No.6,780,896 от MacDonald и др., каждый из которых включен в настоящий текст в виде ссылки.
Также можно использовать дополнительные компоненты в сшитой сети для облегчения иммобилизации индикатора рН, хотя они и не являются обязательными. Например, можно использовать фиксирующее соединение, которое связывает индикатор рН с поверхностью матрикса, а также повышает долговечность индикатора рН на датчике. Фиксирующее соединение обычно больше по размеру, чем индикатор рН, что повышает вероятность того, что он останется на поверхности хроматографической среды во время использования. Например, фиксирующее соединение может включать высокомолекулярное соединение, такое как полимер, олигомер, дендример, частицу и т.д. Полимерные фиксирующие соединения могут быть природными, синтетическими или представлять собой их комбинации. Примеры природных полимерных фиксирующих соединений включают, например, полипептиды, протеины, ДНК/РНК и полисахариды (например, полимеры на основе глюкозы). Примеры синтетических полимерных фиксирующих соединений включают, например, полиакриловую кислоту и поливиниловые спирты. Одним частным примером полисахаридного фиксирующего соединения является активированный декстран. В некоторых вариантах выполнения, фиксирующее соединение может представлять собой частицу (иногда называемую "гранула" или "микрогранула"). Можно использовать природные частицы, такие как ядра, микоплазмы, плазмиды, пластиды, клетки млекопитающих (например, «тени» эритроцита), одноклеточные микроорганизмы (например, бактерии), полисахариды (например, агароза) и т.д. Кроме того, можно также использовать синтетические частицы. Например, в одном варианте выполнения используют латексные микрочастицы. Хотя можно использовать любую синтетическую частицу, данные частицы обычно получают из полистирола, бутадиен-стирола, стиролакрил-винил терполимера, полиметилметакрилата, полиэтилметакрилата, сополимера стирола с малеиновым ангидридом, поливинилацетата, поливинилпиридина, полидивинилбензола, полибутилентерефталата, акрилонитрила, винилхлорид-акрилатов и так далее, или их альдегидных, карбоксильных, аминных, гидроксильных или гидразидных производных. В случае их применения, форма частиц может варьироваться. В одном частном варианте выполнения, например, частицы имеют сферическую форму. Однако, необходимо понимать, что также охватываются другие формы, такие как пластинки, стержни, диски, бруски, трубки, неправильные формы и т.д. Кроме того, размер частиц также может варьироваться. Например, средний размер (например, диаметр) частиц может варьироваться от около 0.1 нанометров до около 1,000 микрон, в некоторых вариантах выполнения, от около 0.1 нанометров до около 100 микрон, и, в некоторых вариантах выполнения, от около 1 нанометра до около 10 микрон.
Способ использования фиксирующего соединения для соединения индикатора рН и матрикса может варьироваться. В одном варианте выполнения, например, фиксирующее соединение присоединяют к индикатору рН до их нанесения на матрикс. В других вариантах выполнения, фиксирующее соединение можно связывать с матриксом перед нанесением индикатора рН. В других вариантах выполнения, указанные материалы можно наносить на матрикс в виде отдельных компонентов, и реакции их соединения могут протекать in situ, необязательно одновременно со сшиванием сети. Например, индикатор рН может связываться с фиксирующим соединением, фиксирующее соединение может связываться с матриксом, и одновременно могут проходить реакции сшивания между фиксирующими соединениями, между индикаторами, или между двумя этими компонентами. В одном таком варианте выполнения, сформированная таким образом сшитая сеть может физически удерживаться на матриксе без необходимости соединения матрикса и других компонентов системы. В частности, сшитая сеть, участки которой могут располагаться внутри и между пор матрикса, может физически закрепляться на матриксе, даже без специальных связей между матриксом и компонентами сшитой сети.
В случае образования связей между компонентами датчика, присоединение фиксирующего соединения к матриксу, а также присоединение фиксирующего соединения к индикатору рН может осуществляться с помощью карбоксильных, аминных, альдегидных, бромацетильных, иодацетильных, тиоловых, эпокси- или других реакционно-способных функциональных групп, а также остатков свободных радикалов и радикал-катионов, посредством которых можно осуществлять реакцию соединения по любым подходящим методикам, например, посредством термо-индуцируемых процессов, фото-индуцируемых процессов, посредством каталитических реакций и т.д. Например, матрикс можно функционализовать амином посредством контакта с амин-содержащим соединением, таким как 3-аминопропилтриэтоксисилан, для усиления аминной функциональности поверхности, и затем присоединить к поверхности фиксирующее соединение через, например, альдегидную функциональную группу фиксирующего соединения. Поверхностную функциональную группу также можно вводить в качестве реакционно-способной функциональной группы в фиксирующее соединение типа частицы, например в случае, когда поверхность частицы имеет относительно высокую поверхностную концентрацию полярных групп. В некоторых случаях, частица может напрямую связываться с матриксом и/или индикатором рН, не требуя дополнительной модификации.
Необходимо понимать, что, помимо ковалентного соединения, другие методики присоединения, такие как взаимодействия противоположных зарядов, также можно использовать для присоединения фиксирующего соединения к хроматографической среде и/или для присоединения индикатора рН к фиксирующему соединению. Например, заряженное фиксирующее соединение, такое как положительно заряженное полиэлекролитное фиксирующее соединение, можно иммобилизовать на отрицательно заряженном матриксе, таком как отрицательно заряженная пористая нитроцеллюлозная мембрана, посредством взаимодействий противоположных зарядов между ними. Аналогично, отрицательно заряженный индикатор, такой как ион диазония, можно иммобилизовать на положительно заряженном фиксирующем средстве.
В проиллюстрированном варианте выполнения, матрикс 22 также имеет термохромную зону 28. Для облегчения детектирования мочи, на термохромную зону наносят смесь термохромного вещества и изменяющего температуру средства. При контакте с мочой, изменяющее температуру средство способно вызывать изменение температуры в термохромном веществе, что приводит к изменению цвета.
В этом отношении, термохромные вещества могут включать термохромные жидкокристаллические вещества, термохромные чернила, термохромные красители и их комбинации. Описанные в настоящем тексте термохромные чернила используются как механизмы температурной индикации. При использовании в настоящем тексте, термин "термохромный" касается веществ, которые изменяют свой цвет отражения как функцию от температуры. Термохромные красители, способные изменять цвет, обычно называют лейкокрасителями. Подходящие термохромные чернила коммерчески доступны от Polytex D'Pere. Дополнительные подходящие термохромные чернила подробно описаны в U.S.Pat. Nos. 4,121,011, 4,826,550, 5,389,093 и 5,221,228. Используемые термохромные вещества могут иметь вид тонкодисперсных частиц пигментов, микроинкапсулированных материалов, молекулярных материалов и тому подобных.
Описанное в настоящем тексте термохромное вещество может изменять цвет в результате нагревания или охлаждения. Температуры, вызывающие такие изменения цвета, могут варьироваться в зависимости от конкретного выбранного термохромного вещества.
Как описано выше, термохромное вещество объединяют с изменяющим температуру средством, таким как охлаждающее или нагревающее средство, в зависимости от типа выбранного термохромного вещества.
Можно использовать разнообразные охлаждающие средства. Например, подходящие охлаждающие средства могут включать, среди прочих: ментол, ксилит, сорбит, эритрит, гексагидропарацимол, ментон, кетали, ментонкетали, ментонглицеринкетали, замещенные п-ментаны, ациклические карбоксамиды, мономентилглутарат, замещенные циклогексанамиды, замещенные циклогексанкарбоксамиды, замещенные мочевины и сульфонамиды, замещенные ментанолы, гидроксиметил и гидроксиметильные производные п-ментана, 2-мерпапто-цикло-деканон, 2-изопропанил-5-метилциклогексанол, гидроксикарбоновые кислоты с 2-6 атомами углерода, циклогексанамиды, ментилацетат, изопулегол, ментиллактат, ментилсалицилат, N,2,3-триметил-2-изопропилбутанамид (WS-23), N-этил-п-ментан-3-карбоксамид (WS-3), ментилсукцинат, 3,1-метоксипропан-1,2-диол, п-ментан-3,8-диолы и глутаратные сложные эфиры. Перечисленные и другие подходящие охлаждающие средства дополнительно описаны в перечисленных далее патентах США, каждый из которых полностью включен в настоящий текст в виде ссылки: U.S.Pat. Nos. 4,230,688; 4032,661; 4,459,425; 4,136,163; 5,266,592; 6,627,233. Такие охлаждающие средства могут вызывать понижение температуры при контакте с мочой.
Аналогично, в настоящем изобретении можно применять разнообразные нагревающие средства. Нагревающие средства могут включать н-бутиловый эфир ванилинового спирта (ТК-1000), поставляемый Takasago Perfumary Company Limited, Токио, Япония, н-пропиловый эфир ванилинового спирта, изопропиловый эфир ванилинового спирта, изобутиловый эфир ванилинового спирта, н-амиловый эфир ванилинового спирта, изоамиловый эфир ванилинового спирта, н-гексиловый эфир ванилинового спирта, метиловый эфир ванилинового спирта, этиловый эфир ванилинового спирта, гингерол, шогаол, парадол, зингерон, капсаицин, дигидрокапсаицин, нордигидрокапсаицин, гомокапсаицин, гомодигидрокапсаицин, изопропиловый спирт, изо-амиловый спирт, бензиловый спирт, глицерин и их комбинации. Такие нагревающие средства могут вызывать повышение температуры при контакте с мочой.
Необходимо понимать, что можно использовать любое подходящее количество охлаждающего или нагревающего средства, чтобы вызвать изменение температуры в термохромном веществе, приводящее к изменению цвета. Например, в некоторых вариантах выполнения, охлаждающее или нагревающее средство может присутствовать в количестве от около 1 до около 99 процентов по весу термохромной смеси, в частности от около 15 до около 30 процентов по весу. В некоторых вариантах выполнения, термохромное вещество может присутствовать в количестве от около 99 до около 1 процента по весу термохромной смеси.
Термохромную смесь можно наносить на матрикс любым подходящим способом, и можно наносить таким образом, чтобы получались буквы, слова, графические символы, изображения, товарные знаки, инструкции и так далее.
В некоторых вариантах выполнения, датчики, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, способны сохранять силу сигнала в течение, по меньшей мере, около 10 минут, более конкретно, по меньшей мере, около 30 минут, более конкретно, по меньшей мере, около 1 часа. Кроме того, такие датчики могут подвергаться многократному воздействию мочи и все равно обеспечивать точные результаты теста.
Один конкретный вариант выполнения способа определения наличия или отсутствия мочи с помощью датчика 20 по Фиг.1 будет описан далее более подробно. Сначала тестовый образец мочи наносят на матрикс 22. Образец мочи контактирует с рН-индикаторной зоной 26, где изменение рН детектируется индикатором рН, способным изменять цвет при контакте с мочой. Аналогично, индикатор рН контактирует с термохромной зоной 28, побуждая способное к изменению температуры средство изменять температуру термохромных чернил, что приводит к изменению цвета.
В настоящем изобретении описан относительно простой, компактный и экономичный датчик для точного обнаружения наличия или отсутствия мочи. Результаты анализа визуальные, поэтому они легко видны человеку, проводящему анализ соответствующим образом и при условиях проведения анализа, обеспечивающих высоконадежные и воспроизводимые результатам.
В соответствии с настоящим изобретением, один или более описанных в настоящем тексте датчиков можно также интегрировать во впитывающее изделие. "Впитывающее изделие" в целом означает любое изделие, способное впитывать воду или другие жидкости. Примеры некоторых впитывающих изделий включают (но не ограничены только ими) впитывающие изделия для личной гигиены, такие как подгузники, спортивные трусы, впитывающее белье, изделия для применения при недержании, женские гигиенические изделия (например, гигиенические прокладки), купальники, детские полотенца и так далее; медицинские впитывающие изделия, такие как одежда, материалы для использования при операциях, постельное белье, бинты, впитывающие простыни и медицинские полотенца; столовые салфетки; одежда; и так далее. Материалы и процессы, подходящие для производства таких впитывающих изделий, хорошо известны квалифицированным специалистам в данной области техники. Обычно впитывающие изделия имеют практически водонепроницаемый слой (например, внешнее покрытие), водопроницаемый слой (например, обращенный к телу слой, контактирующий с волной слой, и т.д.) и впитывающий внутренний слой.
Далее будут более подробно описаны различные варианты выполнения впитывающего изделия, которое можно производить в соответствии с настоящим изобретением. Исключительно в качестве иллюстрации, впитывающее изделие изображено на Фиг.2 в виде подгузника 101. В проиллюстрированном варианте выполнения показано, что подгузник 101 в незастегнутом состоянии имеет форму песочных часов. Однако, разумеется, можно применять другие формы, такие как практически прямоугольную форму, Т-образную форму или I-образную форму. Как показано, подгузник 101 имеет основание, состоящее из нескольких компонентов, включая внешнее покрытие 117, обращенный к телу слой 105, впитывающий слой 103 и контактирующий с волной слой 107. Однако необходимо понимать, что в иллюстративных вариантах выполнения настоящего изобретения можно также использовать другие слои. Аналогичным образом, один или более слоев, представленных на Фиг.2, можно также исключить в некоторых иллюстративных вариантах выполнения настоящего изобретения.
Обращенный к телу слой 105 в целом используется для изоляции кожи пользователя от жидкостей, удерживаемых во впитывающем слое 103. Например, обращенный к телу слой 105 представляет собой контактирующую с телом поверхность, обычно являющуюся податливой, мягкой на ощупь и не раздражающей для кожи пользователя. Обычно обращенный к телу слой 105 также менее гидрофилен, чем впитывающий слой 103, так что его поверхность остается для пользователя относительно сухой. Как указано выше, обращенный к телу слой 105 может быть водопроницаемым, чтобы обеспечивать прохождение жидкости через него. Иллюстративные конструкции данного слоя, содержащие волокнистый холст, описаны в U.S.Patent Nos. 5,192,606 от Proxmire и др.: 5,702,377 от Collier. IV и др.: 5,931,823 от Stokes и др.: 6,060,638 от Paul и др.: и 6,150,002 от Varona. а также U.S.Patent Application Publication Nos. 2004/0102750 от Jameson: 2005/0054255 от Morman и др.: и 2005/0059941 от Baldwin и др.. каждый из которых полностью включен в данный текст в виде ссылки.
Подгузник 101 может также включать контактирующий с волной слой 107, который содействует замедлению и рассеиванию потоков или сильных потоков жидкости, которые легко попадают во впитывающий слой 103. Желательно, чтобы контактирующий с волной слой 107 быстро принимал и временно удерживал жидкость перед ее высвобождением в участки хранения или удерживания во впитывающем слое 103. В проиллюстрированном варианте выполнения, например, контактирующий с волной слой 107 помещен между внутренней поверхностью 116 обращенного к телу слоя 105 и впитывающим слоем 103. Альтернативно, контактирующий с волной слой 107 может быть расположен на внешней поверхности 118 обращенного к телу слоя 105. Контактирующий с волной слой 107 обычно делают из хорошо пропускающих воду материалов. Примеры подходящих контактирующих с волной слоев описаны в U.S.Patent No.5,486,166 от Ellis и др. и 5,490,846 от Ellis и др.. которые полностью включены в данный текст в виде ссылки.
Внешнее покрытие 117 обычно изготавливают из материала, практически непроницаемого для жидкостей. Например, внешнее покрытие 117 можно изготавливать из тонкой пластиковой пленки или другого гибкого водонепроницаемого материала. В одном варианте выполнения, внешнее покрытие 117 изготовлено из полиэтиленовой пленки, имеющей толщину от около 0.01 мм до около 0.05 мм. Данная пленка может быть непроницаемой для жидкостей, но проницаемой для газов и водяных паров (т.е., "дышащая"). Это позволяет парам выходить из впитывающего слоя 103, но предотвращает прохождение жидкостей через внешнее покрытие 117. Если желательно более «тканевое» ощущение, внешнее покрытие 117 можно изготавливать из полиолефиновой пленки, нанесенной на нетканое полотно. Например, растянутую полипропиленовую пленку можно термически ламинировать на фильерный нетканый материал из полипропиленовых волокон.
Помимо вышеуказанных компонентов, подгузник 101 может также содержать различные другие компоненты, как известно в данной области техники. Например, подгузник 101 также может содержать гидрофильный тканевый охватывающий слой (не проиллюстрировано), который помогает поддерживать целостность волокнистой структуры впитывающего слоя 103. Охватывающий слой обычно помещают около впитывающего слоя 103 поверх, по меньшей мере, двух его основных лицевых поверхностей, и он состоит из впитывающего целлюлозного материала, такого как крепированная целлюлозная вата или высоковлагоустойчивая ткань. Охватывающий слой можно располагать так, чтобы создавался капиллярный слой, помогающий быстро распределять жидкость по всей массе впитывающих волокон впитывающего слоя 103. Материал охватывающего слоя на одной стороне впитывающей волокнистой массы может быть связан с охватывающим слоем, расположенным на противоположной стороне волокнистой массы, для эффективной фиксации впитывающего слоя 103. Более того, подгузник 101 может также включать вентилирующий слой (не показан), расположенный между впитывающим слоем 103 и внешним покрытием 117. В случае его применения, вентилирующий слой помогает заизолировать внешнее покрытие 117 от впитывающего слоя 103, таким образом снижая влажность на внешнем покрытии 117. Примеры таких вентилирующих слоев могут включать нетканый сетчатый материал, нанесенный на дышащую пленку, как описано в U.S.Patent No.6,663,611 от Blanev и др., который полностью включен в данный текст в виде ссылки.
В некоторых вариантах выполнения, подгузник 101 также может включать пару боковых крылышек (или ушек) (не показано), которые тянутся от боковых краев 132 подгузника 101 к одному из участков талии. Боковые крылышки могут быть неразрывно соединены с выбранным компонентом подгузника. Например, боковые участки могут быть неразрывно соединены с внешним покрытием 117 или с материалом, используемым для наружного покрытия. В альтернативной конструкции, боковые крылышки могут формироваться компонентами, связанными и соединенными с внешним покрытием 117, наружной поверхностью, между внешним покрытием 117 и наружной поверхностью, или могут иметь место различные другие конструкции. При желании, боковые участки можно прорезинивать или каким-либо другим образом придавать эластичность за счет использования эластичного нетканого композитного материала по настоящему изобретению. Примеры впитывающих изделий, имеющих эластичные боковые крылышки и избирательно сконфигурированные застежки, описаны в РСТ Patent Application WO 95/16425 от Roessler: U.S.Patent 5,399,219 от Roessler и др.; U.S.Patent 5,540,796 от Fries: и U.S.Patent 5,595,618 от Fries, каждый из которых полностью включен в данный текст в виде ссылки.
Как репрезентативно проиллюстрировано на Фиг.2, подгузник 101 также может иметь пару сдерживающих лент 112, расположенных таким образом, чтобы останавливать и удерживать боковой поток выделяемых телом жидкостей. Сдерживающие ленты 112 могут располагаться вдоль боковых краев 132 обращенного к телу слоя 105, по боковым краям впитывающего слоя 103. Сдерживающие ленты 112 могут располагаться вдоль всей длины впитывающего слоя 103, или могут располагаться вдоль части длины впитывающего слоя 103. Когда сдерживающие ленты 112 короче, чем длина впитывающего слоя 103, они могут избирательно располагаться в любом месте вдоль боковых краев 132 подгузника 101 в районе промежности 110. В одном варианте выполнения, сдерживающие ленты 112 располагаются вдоль всей длины впитывающего слоя 103 для лучшего удерживания выделяемых телом жидкостей. Такие сдерживающие ленты 112 в целом хорошо известны квалифицированным специалистам в данной области техники. Например, подходящие конструкции и расположение сдерживающих лент 112 описаны в U.S.Patent No.4,704,116 от Enloe. который полностью включен в данный текст в виде ссылки.
Чтобы обеспечить лучшее прилегание и уменьшить протекание выделяемых телом жидкостей, подгузнику 101 можно придавать эластичность подходящими эластичными компонентами, как описано ниже. Например, как репрезентативно проиллюстрировано на Фиг.2, подгузник 101 может включать резинки для ног 106, предназначенные для натяжения боковых краев подгузника 101 с формированием лент, которые могут вплотную облегать ноги пользователя, снижая протекание и обеспечивая улучшенный комфорт и внешний вид. Также можно применять резинки для талии 108 для придания эластичности концевым краям подгузника 101, формируя эластичный пояс. Резинки для талии 108 предназначены для обеспечения упругого, комфортного плотного облегания талии пользователя.
Подгузник 101 также может иметь одну или более застежек 130. Например, на Фиг.2 проиллюстрированы две эластичные застежки 130 на противоположных сторонах в области талии, формирующие отверстие для талии и два отверстия для ног пользователя. Форма застежек 130 в целом может варьироваться, но может включать, например, в целом прямоугольные формы, квадратные формы, круглые формы, треугольные формы, овальные формы, линейные формы и так далее. Застежки могут включать, например, застежки-липучки, пуговицы, булавки, кнопки, застежки с липкой лентой, прилипающие застежки, цепляющиеся за ткань застежки и т.д. В одном частном варианте выполнения, каждая застежка 130 имеет отдельный участок цепляющегося материала, прикрепленный к внутренней поверхности гибкой подкладки.
Разные участки и/или компоненты подгузника 101 можно соединять с помощью любого известного механизма соединения, такого как адгезивные, ультразвуковые, термические связи и т.д. Подходящие клеящие материалы могут включать, например, клеи-расплавы, клеи для склеивания под давлением и так далее. В случае его применения, клей можно наносить в виде равномерного слоя, структурированного слоя, в распыленном виде или любыми отдельными линиями, спиралями или точками. В проиллюстрированном варианте выполнения, например, внешнее покрытие 117 и обращенный к телу слой 105 соединены друг с другом и с впитывающим слоем 103 с помощью клея. Альтернативно, впитывающий слой 103 может быть соединен с внешним покрытием 117 с помощью традиционных застежек, таких как пуговицы, застежки-липучки, застежки с липкой лентой и так далее. Аналогично, другие компоненты подгузника, такие как резинки для ног 106, резинки для талии 108 и застежки 130, также могут быть соединены с подгузником 101 с помощью любого механизма прикрепления.
В целом, датчики по настоящему изобретению можно интегрировать во впитывающее изделие с различной ориентацией и конфигурацией, с тем условием, что датчик может контактировать с мочой и сигнализировать пользователю или опекуну о наличии или отсутствии мочи. Например, пользователь или опекун может видеть датчик, таким образом получая простой, точный и быстрый сигнал о влажности. Видимость датчика можно обеспечивать несколькими способами. Например, в некоторых вариантах выполнения, впитывающее изделие может включать прозрачный или полупрозрачный участок 140 (например, окошко, пленку и т.д.), который позволяет легко видеть датчик без снятия впитывающего изделия с пользователя и/или без разборки впитывающего изделия. В других вариантах выполнения, датчик может выходить наружу через отверстие или щель во впитывающем изделии, чтобы быть видимым пользователю.
В других вариантах выполнения, датчик просто может быть расположен на поверхности впитывающего изделия в целях наблюдения.
Вне зависимости от конкретного способа интегрирования датчика, моча может непосредственно поступать в участок датчика, водопроницаемое покрытие или другой материал, окружающий датчик, или может поступать на компонент впитывающего изделия, в который был интегрирован датчик 120.
Настоящее изобретение можно лучше понять на основании следующих примеров.
ПРИМЕРЫ
1. Изготовление и тестирование датчика:
Готовили раствор 0.5 мг/мл бромхлорфенолового синего и 5 мг/мл щавелевой кислоты в воде. 10 мл полученного раствора помещали в чашку Петри. Кусок 10 см × 10 см Biodyne Plus мембраны от Pall Co. помещали в чашку Петри и пропитывали раствором. Мембрану пропитывали в течение 10 минут и затем высушивали при 45°С в течение 2 часов. Мембрану нарезали на кусочки размером 5 см × 1 см. После высыхания цвет датчика был желтым. Цвет изменялся на темно-синий при контакте с мочой.
2. Изготовление и тестирование датчика:
Готовили раствор 0.2 мг/мл бромкрезолового зеленого и 2 мг/мл лимонной кислоты в воде. 10 мл полученного раствора помещали в чашку Петри. Кусок 10 см × 10 см Biodyne Plus мембраны от Pall Co. помещали в чашку Петри и пропитывали раствором. Мембрану пропитывали в течение 10 минут и затем сушили воздухом при комнатной температуре. Мембрану нарезали на кусочки размером 5 см × 1 см. После высыхания цвет датчика был желтым. Цвет изменялся на зеленый при контакте с мочой.
3. Впитывающее изделие с датчиком:
Удаляя часть внешнего покрытия, делали прямоугольное отверстие вокруг центра внешнего покрытия подгузника Huggies. Затем у впитывающего слоя размещали датчики, приготовленные в описанных выше примерах. Для закрытия, закрепления и наслаивания датчиков использовали прозрачный скотч. 5 мл мочи наносили на центр внутренней стороны. Датчик изменял цвет с желтого на синий (при использовании бромфенолового синего) или зеленый (при использовании бромкрезолового зеленого).
4. Изготовление и тестирование датчика:
Фильтровальную бумагу от Waterman пропитывали 0.5%-ным раствором Kymene от Hercules и нагревали при 70°С в течение 2 часов. Фильтровальную бумагу затем пропитывали 0.5 мг/мл бромкрезолового зеленого с 2 мг/мл лимонной кислоты в этаноле в течение 5 минут. Затем фильтровальную бумагу высушивали при комнатной температуре. Бумагу нарезали на кусочки размером 5 см × 1 см. После высыхания цвет датчика был желтым. Цвет изменялся на зеленый при контакте с мочой.
5. Изготовление и тестирование датчика:
Фильтровальную бумагу от Waterman пропитывали 0.5%-ным раствором Kymene от Hercules и нагревали при 70°С в течение 2 часов. На фильтровальную бумагу распыляли 1 мг/мл бромкрезолового зеленого с 5 мг/мл лимонной кислоты в этаноле. Затем фильтровальную бумагу высушивали при комнатной температуре. Бумагу нарезали на кусочки размером 5 см × 1 см. После высыхания цвет датчика был желтым. Цвет изменялся на зеленый при контакте с мочой.
6. Тест на протекание
20 см × 20 см датчики, изготовленные описанными выше методами, нарезали на кусочки размером 1 см × 1 см и помещали на два дня в 20 мл водного раствора с концентрацией 100 мг/мл NaCl. Датчики затем вынимали и измеряли концентрации индикатора спектрофотометром. Для датчиков с использованием Biodyne Plus мембраны отсутствовало заметное протекание красителя в раствор. Для датчиков с использованием Kymene-обработанной фильтровальной бумаги, протекание составило менее 6% красителя.
7. К термохромным чернилам Polytex D'Pere добавляли ксилит. Сразу после добавления ксилита к чернилам цвет был очень ярким. Смешанный раствор чернил затем наносили на пленку XP-8635Y и давали высохнуть.
После высыхания чернила значительно утрачивали цвет и становились слабо видны. Когда пленку обрабатывали жидкостью, чернила снова становились очень яркими и были отчетливо видны в течение нескольких минут, в некоторых случаях до одного часа или более.
В целях краткости и лаконичности, любые диапазоны указанных значений в настоящем описании необходимо понимать как письменное описательное подкрепление для формулы изобретения, включающие любые под-диапазоны с крайними точками, являющимися целыми числами, входящими в рассматриваемый диапазон. В качестве гипотетического иллюстративного примера, приведение в настоящем описании диапазона 1-5 следует рассматривать как поддержку в формуле изобретения любого из следующих под-диапазонов: 1-4; 1-3; 1-2: 2-5; 2-4; 2-3; 3-5; 3-4 и 4-5.
Эти и другие модификации и изменения настоящего изобретения могут осуществляться на практике квалифицированными специалистами в данной области техники, без выхода за рамки сути и объема настоящего изобретения, более подробно представленные в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, необходимо понимать, что аспекты различных вариантов выполнения могут быть взаимозаменяемыми как в целом, так и частично. Кроме того, для квалифицированных специалистов в данной области техники будет понятно, что представленное выше описание является только примером, и не предназначено для ограничения изобретения, описанного далее в прилагаемой формуле изобретения.