СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КУСКА ПЛЕНКИ МАГНИТОУПРУГОГО МАТЕРИАЛА С ПОВЫШЕННОЙ ИЗГИБНОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ, ПРОДУКТ, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ, И СЕНСОР
METHOD OF MAKING PIECE OF FILM OF MAGNETOELASTIC MATERIAL WITH HIGH FLEXURAL RIGIDITY, PRODUCT MADE USING SAID METHOD AND SENSOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к способу изготовления куска пленки магнитоупругого материала, обладающего первоначальной изгибной жесткостью при повышенной изгибной жесткости в первом направлении. Помимо этого данное изобретение относится к продукту, содержащему кусок пленки магнитоупругого материала, этот продукт получают посредством указанного способа. Данное изобретение относится также к сенсору, содержащему кусок пленки магнитоупругого материала, данный кусок обладает первоначальной изгибной жесткостью в первом направлении. Кроме того, данное изобретение относится к абсорбирующей структуре и впитывающему изделию, содержащему сенсор в соответствии с данным изобретением, а также к сенсорной абсорбирующей системе, содержащей абсорбирующую структуру в соответствии с данным изобретением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Имеется множество разных видов впитывающих изделий, таких как подгузники, подгузники в виде трусов, предметы одежды для лиц, страдающих недержанием, гигиенические прокладки, коврики для защиты постельного белья, носовые платки, полотенца, ткани, продукты в виде тампонов и повязки для ран или язв, известных в настоящее время для впитывания, удерживания и изолирования выделений человеческого организма, таких как моча, фекалии и кровь. Некоторые из таких известных впитывающих изделий содержат сенсор, который реагирует на такие события, как мочеиспускание или дефекация, после абсорбции на впитывающем изделии или внутри него. Данный отклик может, например, быть сигналом после того, как случилось данное событие, и может быть основан на измерении, например, влажности, биологического вещества, определяемого при анализе, и/или химического вещества, определяемого при анализе. Сигнал о событии позволяет пользователю, родителю, сиделке, медицинскому персоналу и т.п. определить простым образом, что произошло данное событие. Одним из видов сенсоров, который используется в некоторых впитывающих изделиях, является магнитоупругий сенсор. Магнитоупругие сенсоры описаны Grimes et al. (Biomedical Microdevices, 2:51-60, 1999).
3
4
2
4
40
38
4
8
80
20
80
20
80
20
Магнитоупругий сенсор содержит кусок, обычно полоску, магнитоупругого материала. Материалы, которые пригодны для использования в качестве магнитоупругого материала в магнитоупругом сенсоре, являются материалами с ненулевой магнитострикцией и сильной магнитоупругой связью, такими как, например, железоникелевые сплавы, редкоземельные металлы, ферриты, например ферриты шпинельного типа (FeO, MnFeO), сплавы кремния с железом, многие другие различные сплавы и их смеси. Могут быть использованы мягкие магнитоупругие материалы, сплавы и их смеси, а также аморфные магнитоупругие материалы, сплавы и их смеси. Примерами аморфных магнитоупругих сплавов являются метглассы (металлические стекла), такие как FeNiMoBi, например Metglas 2826MB™ (Honeywell Amorphous Metals, Pittsburg, PA, USA), (FeCo)B, (CoNi)B и (FeNi)B.
Термин «магнитострикция» относится к эффекту, посредством которого материал изменяет размеры в присутствии внешнего магнитного поля. Величина изменения размеров зависит от намагничивания материала и, естественно, от свойств материала. Эффект магнитострикции обусловлен взаимодействием между атомными магнитными моментами в материале.
Термин «сильная магнитоупругая связь» относится к тому факту, что материал, обладающий сильной магнитоупругой связью, эффективно преобразует энергию магнитного поля в механическую энергию упругой деформации и наоборот. Когда материал, который может преобразовывать энергию магнитного поля в механическую энергию упругой деформации, возбуждается магнитным полем, изменяющимся во времени, упругие волны механически деформируют материал, который имеет механическую резонансную частоту, обратно пропорциональную его длине. Если материал также обладает магнитострикцией, то он генерирует магнитный поток, когда данный материал деформируется, при этом магнитный поток распространяется на удалении от материала и может быть обнаружен следящей катушкой.
Кроме того, магнитоупругий материал магнитоупругого сенсора сохраняет энергию магнитного поля в магнитоупругом режиме, когда возбуждается внешним магнитным полем. Когда магнитное поле отключается, магнитоупругий материал проявляет затухающие колебания со специфической частотой, представляющей собой магнитоакустическую резонансную частоту. Эти колебания вызывают магнитный поток, изменяющийся со временем, который может быть обнаружен на удалении следящей катушкой. Если к магнитоупругому материалу прикладывается пульсирующее магнитное поле, такое как, например, пульсирующее магнитное поле с синусоидальными колебаниями, то становится возможным определение характеристической резонансной частоты, т.е. магнитоакустического эффекта, среди импульсов магнитного поля. Магнитоакустическая резонансная частота обратно пропорциональна длине куска магнитоупругого материала. Изменения в магнитоакустической резонансной частоте могут контролироваться таким образом, чтобы измерять или обнаруживать различные данные об окружающей среде.
WO 2004/021944 описывает сенсорную абсорбирующую структуру одноразового использования, содержащую по меньшей мере один впитывающий слой и по меньшей мере одно сенсорное устройство, содержащее магнитоупругую пленку. Сенсорная абсорбирующая структура может содержаться во впитывающем изделии, таком как, например, подгузник, подгузник в виде трусов, предмет одежды для лиц, страдающих недержанием, гигиеническая прокладка или коврик для защиты постельного белья. В одном варианте осуществления сенсорное устройство предназначено для использования с целью определения влажности. Магнитоупругая пленка сенсорного устройства в этом случае покрывается полимером, чувствительным к влажности, который взаимодействует с влагой, например мокротой, жидкостью или сыростью. Полимер, чувствительный к влажности, взаимодействует с влагой, такой как моча, посредством абсорбции или адсорбции, в результате которой масса сенсорного устройства изменяется. Это изменение массы будет увеличивать или уменьшать магнитоакустическую резонансную частоту магнитоупругой пленки. Соответственно, изменение массы может быть измерено и соотнесено с количеством влаги, взаимодействующей с полимером, чувствительным к влажности. В другом варианте осуществления магнитоупругая пленка сенсорного устройства покрывается непосредственным или косвенным образом по меньшей мере одним молекулярным детектором, приспособленным к обнаружению по меньшей мере одного целевого биологического и/или химического вещества, определяемого при анализе, в выделениях человеческого организма, экссудатах тела или коже пользователя/владельца. Патент WO 2004/021944 включен в данный документ посредством ссылки во всей его полноте.
Известно использование магнитоупругих элементов во многих других технических областях, помимо впитывающих изделий. Например, известно использование магнитоупругих элементов с датчиками положения, идентификационными маркерами и в качестве ярлыков системы защиты от краж и хищений или ярлыков электронной системы наблюдения за товаром (EAS).
Магнитоупругие материалы, которые могут быть использованы в качестве магнитоупругого материала, например, в магнитоупругом сенсоре, обычно производят в виде непрерывных лент. Однако такие ленты обычно проявляют продольную кривизну или склонность к искривлению в продольном направлении. Продольная кривизна или тенденция к искривлению в продольном направлении может быть связана с изготовлением и/или может быть обусловлена тем, что лента хранится в виде рулона. Например, аморфные ферромагнитные металлы обычно изготавливают быстрым затвердеванием из расплава в виде непрерывной ленты. В таких лентах продольная кривизна, обусловленная изготовлением, может быть объяснена термически индуцированными механическими напряжениями, возникающими во время быстрого затвердевания.
Тот факт, что ленты магнитоупругого материала, которые могут быть использованы для изготовления магнитоупругих сенсоров, обычно имеют продольную кривизну или склонны к искривлению в продольном направлении, является общей проблемой. Полоски из таких лент магнитоупругого материала обычно используются в магнитоупругих сенсорах. Если лента магнитоупругого материала проявляет продольную кривизну или склонна к искривлению в продольном направлении, то полоска, вырезанная из такой ленты, также будет проявлять продольную кривизну или также будет склонна к искривлению в продольном направлении. Обычно магнитоупругий сенсор герметизирован или заключен в оболочку, корпус, кожух или подобный элемент. Однако, если полоска магнитоупругого материала, использованная в магнитоупругом сенсоре, проявляет продольную кривизну или склонна к искривлению в продольном направлении, то оболочка должна иметь сравнительно большую высоту, чтобы вмещать магнитоупругий сенсор, не препятствуя его колебаниям. Если магнитоупругий сенсор во время колебаний касается оболочки, то магнитоакустическая резонансная частота сенсора может быть нарушена или демпфирована. Например, в области впитывающих изделий по причинам обеспечения свободы действий важно, чтобы оболочка была такой тонкой, насколько это возможно. Соответственно, то, что ленты магнитоупругого материала, которые могут быть использованы для изготовления магнитоупругих сенсоров, обычно проявляют продольную кривизну или склонны к искривлению в продольном направлении, вызывает проблемы, связанные с конструкцией оболочек. Нарушение колебаний герметизированного магнитоупругого сенсора является обычной проблемой.
Кроме того, обычно для улучшения магнитострикционного эффекта магнитоупругого материала магнитоупругого сенсора используют подмагничивающее поле. Например, подмагничивающее поле может быть образовано подмагничивающим элементом, таким как постоянный магнит или пленка из постоянного магнита, расположенным поблизости от магнитоупругого материала. Однако магнитоупругий материал и подмагничивающий элемент обычно проявляют магнитное притяжение одного по отношению к другому. В связи с этим, если магнитоупругий материал проявляет продольную кривизну или склонен к искривлению в продольном направлении, и если подмагничивающий элемент расположен поблизости от магнитоупругого материала, имеет место опасность того, что магнитоупругий материал будет приведен в соприкосновение с подмагничивающим элементом и/или, в случае герметизации, в соприкосновение с оболочкой. В таком случае колебания магнитоупругого материала будут нарушены или демпфированы.
Продольному изгибанию ленты магнитоупругого материала или склонности ленты магнитоупругого материала к искривлению в продольном направлении можно противодействовать и устранять ее посредством повышения изгибной жесткости в продольном направлении ленты. Одним из известных путей повышения изгибной жесткости в продольном направлении ленты магнитоупругого материала является придание ленте поперечной кривизны. Это описано, например, в патенте US 5676767. В способе по US 5676767 с целью придания ленте магнитоупругого материала поперечной кривизны в печи устанавливается закручивающее приспособление. Лента протягивается в продольном направлении через данное приспособление, имеющее искривленную поверхность, которая образует выступы и углубления в направлении, поперечном продольному осевому направлению ленты. На ленту при ее пропускании через данное приспособление воздействуют нагреванием, приводя профиль ленты в соответствии с профилем указанной искривленной поверхности, в результате чего получают ленту с поперечной кривизной. Поперечная кривизна повышает изгибную жесткость в продольном направлении ленты и противодействует какому-либо продольному изгибанию или склонности к искривлению в продольном направлении. Тем самым поперечная кривизна снижает остроту вышеуказанных проблем с нарушением или демпфированием колебаний магнитоупругого материала и вышеуказанных проблем с конструкцией оболочки. Однако этот способ требует использования термообработки в отношении магнитоупругого материала, чтобы повысить изгибную жесткость в продольном направлении. Кроме того, этот способ требует использования приспособления и протягивания магнитоупругого материала через данное приспособление. Помимо этого, когда должен быть изготовлен магнитоупругий сенсор, покрытый полимером, таким как, например, полимер, чувствительный к влажности, этот способ требует дополнительной производственной стадии, перед тем как полимер может быть нанесен на магнитоупругий материал.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одной из задач данного изобретения является предоставление усовершенствованного способа изготовления куска пленки магнитоупругого материала, обладающего первоначальной изгибной жесткостью при повышенной изгибной жесткости в первом направлении.
Эта задача решается в соответствии с отличительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Другой особенностью данного изобретения является предоставление продукта, содержащего кусок пленки магнитоупругого материала, данный продукт получают посредством вышеуказанного способа.
Другой целью данного изобретения является предоставление усовершенствованного сенсора, содержащего кусок пленки магнитоупругого материала, данный кусок обладает первоначальной изгибной жесткостью в первом направлении.
Эта задача решается в соответствии с отличительной частью пункта 7 формулы изобретения.
Другие задачи и особенности данного изобретения станут очевидными из представленного ниже подробного описания вместе с сопутствующими чертежами. Следует, однако, понимать, что данные чертежи представлены единственно с иллюстративными целями, а не в целях определения ограничений данного изобретения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения. Следует также понимать, что чертежи не обязательно представлены в масштабе, и что, если не указано иное, они предназначены лишь для того, чтобы понятным образом иллюстрировать структуры, описанные в данном документе.
Краткое описание чертежей
На чертежах одинаковые обозначения относятся к аналогичным элементам на нескольких видах.
Фиг.1a представляет собой схематический перспективный вид пленки магнитоупругого материала, который может быть использован в качестве магнитоупругого материала в магнитоупругом сенсоре;
Фиг.1b представляет собой схематический перспективный вид примера полоски, обладающей продольной кривизной, при этом полоска отделена от ленты, показанной на Фиг.1a, без дополнительной обработки ленты перед отделением.
Фиг.2a представляет собой схематический перспективный вид полоски после первоначальной стадии первого варианта осуществления способа в соответствии с данным изобретением;
Фиг.2b представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски, показанной на Фиг.2a;
Фиг.2c представляет собой схематический перспективный вид полоски, показанной на Фиг.2a и 2b, после стадии изгибания по первому варианту осуществления способа в соответствии с данным изобретением, примененной в отношении данной полоски;
Фиг.2d представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски, показанной на Фиг.2c;
Фиг.2e-2f представляют схематические виды поперечного сечения полоски, показанной на Фиг.2a и 2b, для других модификаций выполнения стадии изгибания по первому варианту осуществления способа в соответствии с данным изобретением, примененных в отношении данной полоски;
Фиг.2g представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски для второго варианта осуществления способа в соответствии с данным изобретением, примененного в отношении данной полоски;
Фиг.2h-2k представляют схематические виды поперечного сечения полоски после применения в отношении полоски после выполнения модификаций третьего варианта осуществления способа в соответствии с данным изобретением;
Фиг.3a представляет собой схематический перспективный вид первого варианта осуществления сенсора в соответствии с данным изобретением;
Фиг.3b-3c представляют схематические виды поперечного сечения для модификаций первого варианта осуществления сенсора в соответствии с данным изобретением;
Фиг.3d представляет собой схематический вид поперечного сечения второго варианта осуществления сенсора в соответствии с данным изобретением;
Фиг.3e-3f представляют схематические виды поперечного сечения для модификаций третьего варианта осуществления сенсора в соответствии с данным изобретением, и
Фиг.4 представляет собой схематическое изображение одного из неограничивающих примеров впитывающего изделия, содержащего сенсор в соответствии с данным изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1a представляет собой схематический перспективный вид пленки 1 магнитоупругого материала, который может быть использован в качестве магнитоупругого материала, например, в магнитоупругом сенсоре. Пленка 1 магнитоупругого материала, показанная на Фиг.1a, предоставлена в форме ленты 2, имеющей поперечное направление x и продольное направление y. Лента 2 хранится в виде рулона 3. Лента 2 может рассматриваться как образованная некоторым числом кусков в виде полосок 4 в продольном направлении, при этом полоски 4 еще не разделены и не отмечены. Границы раздела соответствующих полосок 4 обозначены пунктирными линиями на Фиг.1a. Кроме того, лента 2 проявляет продольную кривизну, которая схематически показана на Фиг.1a. Как описано выше, лента магнитоупругого материала, который может быть использован в качестве магнитоупругого материала, например, в магнитоупругом сенсоре, проявляет обычно продольную кривизну или склонность к искривлению в продольном направлении. Продольная кривизна или тенденция к искривлению в продольном направлении может быть связана с изготовлением и/или может быть обусловлена тем, что лента хранится в виде рулона. Термин «продольная кривизна» в данном документе означает искривление, которое имеет протяженность в продольном направлении пленки магнитоупругого материала. Соответственно, лента пленки магнитоупругого материала, которая проявляет продольную кривизну, проявляет искривление в продольном направлении ленты, т.е. лента искривлена в продольном направлении. Полоска, отделенная от ленты, которая проявляет продольную кривизну или склонна к искривлению в продольном направлении, будет также проявлять продольную кривизну или будет склонна к искривлению в продольном направлении, если не будет выполнена дополнительная обработка ленты перед разделением. Фиг.1b представляет собой схематический перспективный вид примера одной из полосок 4, составляющих ленту 2, после того как она отделена от ленты 2. Полоска 4, показанная на Фиг.1b, отделена от ленты 2, показанной на Фиг.1a, без дополнительной обработки ленты 2 перед отделением. Полоска 4 имеет поперечное направление x и продольное направление y.
Данное изобретение предоставляет способ изготовления куска пленки магнитоупругого материала, обладающего первоначальной или присущей ему изгибной жесткостью при повышенной изгибной жесткости в первом направлении. Способ в соответствии с данным изобретением включает следующие стадии:
изготовление куска по меньшей мере с одним линейным углублением в первом направлении куска, и
изгибание куска вдоль по меньшей мере одного линейного углубления из одного или нескольких линейных углублений, с тем чтобы изготовить кусок с устойчивым изгибом в направлении, поперечном первому направлению, посредством чего обеспечивается повышенная изгибная жесткость куска в первом направлении.
3
4
2
4
40
38
4
18
80
20
80
20
80
20
Магнитоупругий материал куска, по отношению к которому может быть применен способ в соответствии с данным изобретением, может быть любым известным магнитоупругим материалом. Например, он может быть применен к любому магнитоупругому материалу с ненулевой магнитострикцией и сильной магнитоупругой связью. Примерами таких магнитоупругих материалов являются железоникелевые сплавы, редкоземельные металлы, ферриты, например ферриты шпинельного типа (FeO, MnFeO), сплавы кремния с железом, многие другие различные сплавы и их смеси. Кроме того, способ в соответствии с данным изобретением может быть применен, например, к мягким магнитоупругим материалам, сплавам и их смесям, а также к аморфным магнитоупругим материалам, сплавам и их смесям. Примерами аморфных магнитоупругих сплавов являются метглассы (металлические стекла), такие как FeNiMoB, например Metglas 2826MB™ (Honeywell Amorphous Metals, Pittsburg, PA, USA), (FeCo)B, (CoNi)B и (FeNi)B.
Кроме того, способ в соответствии с данным изобретением может быть применен к куску, имеющему форму полоски, ленты или любую другую форму. Кусок, к которому применяется способ в соответствии с данным изобретением, может быть составной частью ленты или может быть отдельным куском. Кроме того, способ в соответствии с данным изобретением может быть применен к куску, являющемуся составной частью ленты, хранящейся в виде рулона или в любом другом виде. Например, способ в соответствии с данным изобретением может быть применен к ленте 2, показанной на Фиг.1a, к одной из полосок 4, являющихся составной частью ленты 2, показанной на Фиг.1a, или к полоске 4, показанной на Фиг.1b.
Теперь будут описаны другие варианты осуществления способа по данному изобретению при применении к куску 4 пленки 1 магнитоупругого материала, имеющему форму полоски, показанному на Фиг.1b, для изготовления полоски 4 с повышенной изгибной жесткостью в продольном направлении, т.е. в первом направлении.
На первоначальной стадии первого варианта осуществления способа по данному изобретению изготавливается полоска 4 с линейным углублением/канавкой/щелью 5 в продольном направлении на первой стороне 6 полоски 4. В соответствии с этим на полоске 4 формируется линейное углубление 5, вытянутое в продольном направлении полоски 4. В первом варианте осуществления линейное углубление 5 образовано таким образом, что по существу центрировано на полоске 4, т.е. оно образовано по существу в середине полоски 4. Фиг.2a представляет собой схематический перспективный вид полоски 4 после первой первоначальной стадии изготовления полоски 4 с линейным углублением 5. Фиг.2b представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски 4, показанной на Фиг.2a.
Глубина линейного углубления 5 меньше толщины пленки 1 полоски 4, т.е. линейное углубление 5 не вытянуто по глубине на всю толщину пленки 1 полоски 4. Толщина пленки 1 магнитоупругого материала, к которой может быть применен способ в соответствии с данным изобретением, обычно составляет примерно 0,01-1000 мкм, например, 0,01-200 мкм, 5-100 мкм или 0,01-100 мкм. Глубина линейного углубления 5 может составлять, например, 1-40% от толщины пленки, предпочтительно 10-20% от толщины пленки.
В первом варианте осуществления способа в соответствии с данным изобретением, полоска 4 изготавливается с линейным углублением 5 посредством процесса травления. Используемый процесс травления может быть любым известным процессом травления, который подходит для изготовления линейного углубления 5 в пленке 1 магнитоупругого материала. Например, процесс травления может быть химическим процессом, электрохимическим процессом или процессом с использованием ионного пучка. Кроме того, может быть также использован процесс фототравления, в котором фотолитография объединена с процессом травления.
Один из неограничивающих примеров процесса травления, который может быть использован в первом варианте осуществления данного изобретения, будет теперь описан в общих чертах. В этом примере на первой стадии полоска 4 покрывается с первой стороны 6 фоторезистом. На другой стороне 7 полоски 4, т.е. ее стороне, противоположной первой стороне 6, затем также формируется подходящее покрытие для защиты во время процесса травления. На второй стадии фоторезистом подвергается воздействию света через маску. В зависимости от того, используется позитивный или негативный фоторезист, маска сформирована либо таким образом, что воздействию света подвергаются те участки фоторезиста, которые покрывают участки полоски 4, на которых должно быть образовано линейное углубление 5, либо таким образом, что воздействию света подвергаются те участки фоторезиста, которые не покрывают участки полоски 4, на которых должно быть образовано линейное углубление 5. На третьей стадии удаляются те участки фоторезиста, которые покрывают участки полоски 4, на которых должно быть образовано линейное углубление 5. После этого, на четвертой стадии, полоска 4 травится посредством подходящего травителя, например, такого как кислота или хлорное железо. Оставшийся фоторезист на первой стороне 6 и покрытие на другой стороне 7 служат в качестве защиты против воздействия травителя. Посредством этого полоска 4 открыта воздействию травителя лишь на тех участках, на которых должно быть сформировано линейное углубление 5. После стадии травления оставшийся фоторезист удаляется.
Описанный выше неограничивающий пример процесса травления и другие процессы травления, пригодные для применения в способе по данному изобретению, хорошо известны специалистам в данной области техники и поэтому не разъясняются дополнительно.
На последующей стадии первого варианта осуществления полоска 4 со сформированным линейным углублением 5 изгибается вдоль линейного углубления 5 таким образом, чтобы снабдить полоску 4 устойчивым изгибом в поперечном направлении полоски 4, т.е. в направлении, поперечном первому направлению. Тот факт, что полоска 4 обладает устойчивым изгибом в поперечном направлении, означает, что полоска 4 имеет форму поперечного профиля, отклоняющуюся от плоской формы поперечного профиля. Устойчивый изгиб или постоянный изгиб образуют посредством стадии изгибания с использованием того факта, что изгибание выполняется таким образом, чтобы магнитоупругий материал по меньшей мере частично пластически деформировался на дне 8 линейного углубления 5, вдоль которого изгибается полоска 4.
В первом варианте осуществления полоска 4 изгибается вдоль линейного углубления 5 таким образом, чтобы образовать полоску 4 с устойчивым угловым изгибом. После стадии изгибания поперечное сечение полоски 4 имеет тем самым угловую форму. Соответственно, изгибание полоски 4 в первом варианте осуществления выполняется таким образом, чтобы был образован угол α. Изгибание в первом варианте осуществления может быть выполнено таким образом, чтобы был образован любой подходящий угол α в интервале 0°<α<180°. Например, полоска 4 может в первом варианте осуществления быть изогнута таким образом, чтобы образовать полоску 4 с устойчивым изгибом с углом α, превышающим 90° (Фиг.2c-2d). Полоска 4 может быть, например, изогнута таким образом, чтобы угол α составлял 160°≤α<180°. Предпочтительно угол α составляет 170°≤α<180°. Однако полоска 4 в первом варианте осуществления может также быть изогнута таким образом, чтобы образовать полоску 4 с устойчивым в основном прямоугольным изгибом (Фиг.2e) или с устойчивым изгибом при угле α меньше 90°, например, с устойчивым V-образным изгибом (Фиг.2f). Фиг.2c представляет собой схематический перспективный вид полоски 4, показанной на Фиг.2a и 2b, после того как ей придан устойчивый изгиб при угле α более 90°, а Фиг.2d представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски 4, показанной на Фиг.2c. Фиг.2e представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски 4, показанной на Фиг.2a и 2b, после того как ей придан устойчивый изгиб под прямым углом, а Фиг.2f представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски 4, показанной на Фиг.2a и 2b, после того как ей придан устойчивый изгиб при угле менее 90°.
Кроме того, полоска 4 может быть изогнута вдоль линейного углубления 5 таким образом, что она изогнута либо в направлении к линейному углублению 5, либо в направлении от него.
Поскольку полоска 4 обладает устойчивым изгибом в поперечном направлении полоски 4, то обеспечивается повышенная изгибная жесткость в продольном направлении полоски 4. Достигнутая повышенная изгибная жесткость будет противодействовать какому-либо искривлению полоски 4 в продольном направлении и/или устранять его или же противодействовать/устранять любую тенденцию к искривлению в продольном направлении, которая может быть связана с изготовлением и/или обусловлена тем, что пленки 1 магнитоупругого материала хранятся в виде рулона.
Предпочтительно изгибание выполняется посредством формы или в форме, таким образом, чтобы обеспечить контролируемое изгибание полоски 4. Например, используемая форма может содержать изгибающую поверхность, которая имеет такой профиль, что полоска 4 может быть изогнута вдоль линейного углубления 5 и приобрести желательный изгиб в поперечном направлении при по меньшей мере частичном прижиме к данной изгибающей поверхности. Полоска 4 может быть прижата к изгибающей поверхности любым подходящим средством. Например, она может быть прижата к изгибающей поверхности посредством второй формы, имеющей вторую изгибающую поверхность. Полоска 4 во время изгибания позиционируется между двумя изгибающими поверхностями данных двух форм. Вторая изгибающая поверхность имеет при этом такую форму, что она также содействует изгибанию полоски 4 вдоль линейного углубления 5 и приданию полоске 4 желательного изгиба в поперечном направлении. Кроме того, вместо использования одной или нескольких форм для изгибания полоска 4 может быть изогнута между двумя валками, имеющими изгибающие поверхности, так что может быть выполнено желательное изгибание.
Второй вариант осуществления способа по данному изобретению соответствует первому варианту осуществления, за исключением того, что линейное углубление 5 не образовано таким образом, что оно находится в центральной части полоски 4. Вместо этого линейное углубление 5 образовано на полоске 4 таким образом, что оно расположено ближе к одному боковому краю полоски 4, чем к ее другому боковому краю. Стадия изгибания во втором варианте осуществления выполняется таким образом, чтобы достигался любой подходящий угловой изгиб, т.е. таким образом, чтобы обеспечивался любой подходящий угол α в интервале 0°<α<180°. Например, стадия изгибания во втором варианте осуществления может быть выполнена таким образом, чтобы образовать полоску 4 с устойчивым изгибом с углом α больше 90° (не показано). Полоска 4 может быть, например, изогнута таким образом, чтобы угол α составлял 160°≤α<180°. Предпочтительно угол α составляет 170°<α<180°. Однако полоска 4 во втором варианте осуществления может также быть изогнута таким образом, чтобы образовать полоску 4 с устойчивым в основном прямоугольным изгибом (Фиг.2g) или с устойчивым изгибом при угле α меньше 90° (не показано). Кроме того, линейное углубление 5 во втором варианте осуществления может быть сформировано в таком месте полоски 4, и полоска 4 может быть изогнута таким образом, чтобы получить полоску 4 с устойчивым L-образным изгибом. Фиг.2g представляет собой схематический вид поперечного сечения полоски 4 с образованным в основном прямоугольным изгибом, который имеет L-образную форму.
Третий вариант осуществления способа по данному изобретению соответствует первому варианту осуществления, за исключением того, что на первой стороне 6 сформировано несколько линейных углублений 5, т.е. на ней сформировано два или более линейных углубления 5, вытянутых в продольном направлении полоски 4. Линейные углубления 5 в третьем варианте осуществления могут быть сформированы в любых подходящих позициях и при любых расстояниях одно от другого или от любого бокового края, так что они позиционируются с обеспечением требуемой формы изгиба, когда полоска 4 изгибается вдоль линейных углублений 5 на стадии изгибания.
Например, полоска 4 в третьем варианте осуществления может быть образована с двумя линейными углублениями 5, и полоска 4 может быть изогнута вдоль данных двух линейных углублений 5 на стадии изгибания, так что обеспечивается изгиб с чашеобразным профилем. Вид поперечного сечения одного из примеров полоски 4 после выполнения такой модификации третьего варианта осуществления показан на Фиг.2h. Другой модификацией является то, что на полоске 4 в третьем варианте осуществления формируется несколько линейных углублений 5 на первой стороне 6, и то, что полоска 4 изгибается вдоль данных нескольких линейных углублений 5 таким образом, что обеспечивается изгиб с криволинейным профилем. Например, может быть образован такой изгиб, который образует часть круга или который имеет U-образную форму. Вид поперечного сечения одного из примеров полоски 4 после выполнения такой модификации третьего варианта осуществления показан на Фиг.2i. Таким образом, посредством изготовления нескольких линейных углублений 5 на первой стороне 6 полоски 4 и изгибания полоски 4 вдоль данных нескольких линейных углублений 5 возможно изготовление полоски 4 с поперечной кривизной. Термин «поперечная кривизна» в данном документе означает искривление, которое имеет протяженность в поперечном направлении пленки 1 магнитоупругого материала. Соответственно, полоска 4 пленки 1 магнитоупругого материала, которая проявляет поперечную кривизну, проявляет искривление в поперечном направлении полоски 4, т.е. полоска 4 искривлена в поперечном направлении.
Кроме того, на полоске 4 в третьем варианте осуществления может быть сформировано несколько линейных углублений 5 на первой стороне 6, и полоска 4 может быть искривлена вдоль нескольких линейных углублений 5 таким образом, чтобы достигался S-образный изгиб (Фиг.2j) или волнообразный изгиб (Фиг.2k). Виды поперечного сечения примеров полоски 4 после выполнения таких модификаций третьего варианта осуществления показаны на Фиг.2j и Фиг.2k. Для простоты линейные углубления 5 на Фиг.2j и 2k не показаны.
Четвертый вариант осуществления способа по данному изобретению соответствует любому из описанных выше вариантов осуществления, за исключением того, что одно или несколько линейных углублений 5 образовано на каждой из сторон 6, 7 полоски 4, т.е. по меньшей мере одно линейное углубление 5 сформировано на первой стороне 6 и по меньшей мере одно линейное углубление 5 сформировано на второй стороне 7.
Как понятно из представленного выше описания, в способе по данному изобретению на полоске 4 может быть образовано любое подходящее число линейных углублений 5, в любых подходящих местах на полоске 4, так что возможно изгибание полоски 4 таким образом, что достигается форма устойчивого изгиба, которая повышает изгибную жесткость в продольном направлении полоски 4. Кроме того, в способе по данному изобретению не требуется активное изгибание вдоль всех образованных линейных углублений 5, т.е. могут быть образованы линейные углубления 5, вдоль которых полоска 4 не изгибается.
Даже если разные варианты осуществления способа по данному изобретению описаны для применения к куску пленки 1 магнитоупругого материала, имеющему форму полоски и являющемуся отдельным куском, описанные варианты осуществления могут быть также применены к куску пленки 1 магнитоупругого материала, имеющему любую другую форму, или к куску, являющемуся, например, составной частью ленты. Таким образом, любой из описанных выше вариантов осуществления способа в соответствии с данным изобретением может, например, быть применен к одной из полосок 4, составляющих ленту 2, показанную на Фиг.1a. Затем полоска 4, к которой применен данный способ, опционально отличается от ленты 2 между стадией формирования одного или нескольких линейных углублений 5 на полоске 4 и стадией изгибания. Например, полоска 4 может быть затем отделена от ленты 2 на стадии резки, следующей за стадией образования одного или нескольких линейных углублений 5 на полоске 4. В качестве варианта, если травление используется для изготовления одного или нескольких линейных углублений 5 на полоске 4, последующая стадия травления может быть опционально выполнена таким образом, что на полоске 4 не только формируются в процессе травления одно или несколько линейных углублений 5, но и полоска 4 также отделяется от ленты 2 в процессе травления. Затем лента 2 травится на участках, на которых образовано(ы) линейное(ые) углубление(я) 5, и вдоль одной или нескольких разделительных линий, т.е. вдоль одной или нескольких линий, по которым полоска 4 должна быть отделена от ленты 2. Вдоль разделительной(ых) линии(й) лента 2 травится на всю толщину, так что полоска 4 отделяется от ленты 2.
Кроме того, даже если способ по данному изобретению описывается для изготовления куска пленки магнитоупругого материала с повышенной изгибной жесткостью в продольном направлении, способ по данному изобретению может быть применен для изготовления пленки магнитоупругого материала с повышенной изгибной жесткостью в любом другом желательном направлении. Одно или несколько линейных углублений 5 при этом формируют в направлении, в котором желательна повышенная изгибная жесткость. В дополнение к этому, способ в соответствии с данным изобретением может быть применен к куску пленки магнитоупругого материала, проявляющему кривизну в любом направлении или являющемуся в основном плоским.
Кроме того, кусок пленки магнитоупругого материала, к которому применен данный способ, может быть покрыт на одной из первой и второй сторонах 6, 7 по меньшей мере частично полимером, чувствительным к влажности, или может быть покрыт на одной из первой и второй сторонах 6, 7 непосредственным или косвенным образом по меньшей мере одним молекулярным детектором, приспособленным к обнаружению по меньшей мере одного целевого биологического и/или химического вещества, определяемого при анализе. Затем на куске предпочтительно формируют одно или несколько линейных углублений 5 лишь на стороне 6, 7, которая не покрыта полимером, чувствительным к влажности, или каким-либо молекулярным детектором. Кроме того, если для формирования одного или нескольких линейных углублений 5 на данном куске используется травление, то полимер, чувствительный к влажности, или молекулярный детектор наносится вместе с покрытием для защиты во время выполнения стадии травления. Примеры полимеров, чувствительных к влажности, молекулярных детекторов, а также биологических и химических веществ, определяемых при анализе, для обнаружения которых может быть применен молекулярный детектор, приведены ниже.
В модификациях любого из описанных выше вариантов осуществления способа в соответствии с данным изобретением на куске пленки магнитоупругого материала формируют одно или несколько линейных углублений посредством скрайбирования вместо травления.
Когда любой из описанных выше вариантов осуществления способа в соответствии с данным изобретением применен к куску пленки магнитоупругого материала, то получают продукт, содержащий кусок пленки магнитоупругого материала. Данный продукт может быть, например, использован в качестве сенсора или в сенсоре. Если кусок пленки магнитоупругого материала не покрыт каким-либо дополнительным слоем, таким как слой полимера, чувствительного к влажности, или каким-либо молекулярным детектором, то продукт, полученный применением способа в соответствии с данным изобретением к куску, может быть включен, например, в идентификационные маркеры, датчики положения, ярлыки системы защиты от краж и хищений или ярлыки электронной системы наблюдения за товаром (EAS).
Кроме того, данное изобретение предоставляет сенсор, содержащий пленку магнитоупругого материала. Сенсор в соответствии с данным изобретением может быть изготовлен использованием способа в соответствии с данным изобретением или любым другим способом, предоставляющим такой же результат. Фиг.3a представляет собой схематический перспективный вид первого варианта осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением.
3
4
2
4
40
38
4
18
80
20
80
20
80
20
Первый вариант осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением содержит полоску 4 пленки 1 магнитоупругого материала. Магнитоупругий материал полоски 4 может быть любым известным магнитоупругим материалом. Например, он может быть любым магнитоупругим материалом с ненулевой магнитострикцией и сильной магнитоупругой связью. Примерами таких магнитоупругих материалов являются железоникелевые сплавы, редкоземельные металлы, ферриты, например ферриты шпинельного типа (FeO, MnFeO), сплавы кремния с железом, многие другие различные сплавы и их смеси. Кроме того, магнитоупругий материал может быть любым материалом, выбранным из группы, включающей мягкие магнитоупругие материалы, сплавы и их смеси, а также аморфные магнитоупругие материалы, сплавы и их смеси. Примерами аморфных магнитоупругих сплавов являются метглассы (металлические стекла), такие как FeNiMoB, например Metglas 2826MB™ (Honeywell Amorphous Metals, Pittsburg, PA, USA), (FeCo)B, (CoNi)B и (FeNi)B. Толщина пленки 1 магнитоупругого материала составляет обычно примерно 0,01-1000 мкм, например, 0,01-200 мкм, 5-100 мкм или 0,01-100 мкм. Пленка 1 магнитоупругого материала обладает первоначальной или присущей ему изгибной жесткостью.
На полоске 4, показанной на Фиг.3a, сформировано линейное углубление/канавка/щель 5 в продольном направлении, т.е. в первом направлении, на первой стороне 6. Таким образом, на полоске 4 образовано линейное углубление 5, вытянутое в продольном направлении. Линейное углубление 5 образовано таким образом, что по существу центрировано на полоске 4, т.е. оно образовано по существу в середине полоски 4. Глубина линейного углубления 5 меньше толщины пленки 1 полоски 4, т.е. линейное углубление 5 не вытянуто по глубине на всю толщину пленки 1 полоски 4. Глубина линейного углубления 5 может составлять, например, 1-40% от толщины пленки, предпочтительно 10-20% от толщины пленки. Кроме того, полоска 4 изгибается вдоль линейного углубления 5 таким образом, что полоске 4 придается устойчивый или постоянный изгиб в поперечном направлении полоски 4, т.е. в направлении, поперечном первому направлению. Такой изгиб является устойчивым или постоянным изгибом вследствие того, что магнитоупругий материал по меньшей мере частично пластически деформируется на дне 8 линейного углубления 5, вдоль которого изгибается полоска 4. Тот факт, что полоска 4 обладает изгибом в поперечном направлении, означает, что полоска 4 имеет форму поперечного профиля, отклоняющуюся от плоской формы поперечного профиля.
Кроме того, изгиб полоски 4, показанной на Фиг.3a, является угловым, посредством чего форма поперечного сечения полоски 4 является угловой. Более конкретно, изгиб полоски 4, показанной на Фиг.3a, образован под углом α, который превышает 90°.
Поскольку полоска 4 обладает устойчивым изгибом в поперечном направлении полоски 4, то повышенная изгибная жесткость, т.е. изгибная жесткость, которая больше первоначальной или присущей ей изгибной жесткости, придается полоске 4 в ее продольном направлении. Достигнутая повышенная изгибная жесткость будет противодействовать какому-либо искривлению полоски 4 в продольном направлении и/или устранять его или же противодействовать/устранять любую тенденцию к искривлению в продольном направлении, которая может быть связана с изготовлением и/или обусловлена тем, что пленки 1 магнитоупругого материала хранятся в виде рулона.
Кроме того, полоска 4, показанная на Фиг.3a, покрывается по меньшей мере частично слоем 12 полимера, чувствительным к влажности, на второй стороне 7, т.е. стороне, противоположной первой стороне 6, при этом полимер, чувствительный к влажности, выбирается из группы, состоящей из линейных и гидрофильных полимеров или химически/физически сшитых набухающих полимерных гелей на базе поливинилового спирта, поливинилпирролидона, полиэтиленоксида и их сополимеров, полиуретана, полиамидов, крахмала и его производных, целлюлозы и ее производных, полисахаридов, белков, полиакрилонитрила, полиэтиленимина, акрилатных полимеров и их смесей.
Полимер, чувствительный к влажности, может взаимодействовать с влагой, например, жидкостью, сыростью или мокротой, посредством, например, абсорбции или адсорбции. Когда полимер, чувствительный к влажности, взаимодействует с влагой, масса первого варианта осуществления сенсора 11 изменяется, что приводит к изменению резонансной частоты, например магнитоакустической резонансной частоты, сенсора 11. Изменение магнитоакустической резонансной частоты определяется и сопоставляется с количеством влаги, с которым взаимодействовал полимер, чувствительный к влажности, т.е. оно сопоставляется, например, с количеством влаги, абсорбированной или адсорбированной полимером, чувствительным к влажности. Таким образом, сенсор 11, показанный на Фиг.3a, может быть использован в качестве сенсора влажности. Он может быть, например, использован для обнаружения выделений человеческого организма, таких как жидкости человеческого организма, испражнения или экссудаты тела, т.е. мочи, фекалий, крови, менструальной крови, жидкостей, выделяемых из ран и язв, промывающей жидкости и слюны.
Хотя изгиб, представленный на Фиг.3a, показан как имеющий конкретный угол α, изгиб полоски 4 сенсора 11 в соответствии с первым вариантом осуществления может иметь любой походящий угол α в интервале 0°<α<180°. Тем самым изгиб полоски 4 сенсора 11 в соответствии с первым вариантом осуществления может иметь угол α более 90° (Фиг.3a). Полоска 4 может быть, например, изогнута таким образом, чтобы угол α составлял 160°≤α<180°. Предпочтительно угол α составляет 170°≤α<180°. Однако изгиб полоски 4 сенсора 11 в соответствии с первым вариантом осуществления может также быть образован в основном под прямым углом, посредством чего изгиб является прямоугольным (Фиг.3b), или под углом α, который составляет менее 90° (Фиг.3c). Фиг.3b представляет собой схематический вид поперечного сечения сенсора 11 в соответствии с первым вариантом осуществления, в котором полоска 4 обладает прямоугольным изгибом. Фиг.3c представляет собой схематический вид поперечного сечения сенсора 11 в соответствии с первым вариантом осуществления, в котором полоска 4 обладает изгибом при угле α, составляющем менее 90°.
Кроме того, полоска 4 по первому варианту осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением может быть изогнута вдоль линейного углубления 5 таким образом, что она изогнута либо в направлении к линейному углублению 5, либо в направлении от него.
Второй вариант осуществления сенсора 11 по данному изобретению соответствует первому варианту осуществления сенсора 11, за исключением того, что линейное углубление 5 не образовано таким образом, что оно находится в центральной части полоски 4. Вместо этого линейное углубление 5 образовано на полоске 4 таким образом, что оно расположено ближе к одному боковому краю полоски 4, чем к ее другому боковому краю. Устойчивый изгиб полоски 4 сенсора 11 в соответствии со вторым вариантом осуществления является угловым и может иметь любой подходящий угол α в интервале 0°<α<180°. Например, полоска 4 сенсора 11 в соответствии со вторым вариантом осуществления может иметь устойчивый изгиб при угле α более 90° (не показано). Полоска 4 может быть, например, изогнута таким образом, чтобы угол α составлял 160°≤α<180°. Предпочтительно угол α составляет 170°≤α<180°. Однако полоска 4 сенсора 11 в соответствии со вторым вариантом осуществления может также обладать устойчивым в основном прямоугольным изгибом (Фиг.3d) или устойчивым изгибом при угле α менее 90° (не показано). Кроме того, линейное углубление 5 может быть сформировано в таком месте полоски 4, и полоска 4 может быть изогнута таким образом, чтобы полоска 4 имела устойчивый L-образный изгиб. Фиг.3d представляет собой схематический вид поперечного сечения второго варианта осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением, в котором полоска 4 обладает устойчивым L-образным изгибом.
Третий вариант осуществления сенсора 11 по данному изобретению соответствует первому варианту осуществления сенсора 11, за исключением того, что на первой стороне 6 полоски 4 сформировано несколько линейных углублений 5, т.е. на ней сформировано два или более линейных углубления 5, вытянутых в продольном направлении полоски 4. Линейные углубления 5 в третьем варианте осуществления могут быть сформированы в любых подходящих позициях и при любых расстояниях одно от другого или от любого бокового края. Полоска 4 в третьем варианте осуществления изгибается вдоль линейных углублений 5 таким образом, чтобы образовать полоску 4 с устойчивым изгибом, имеющим любую подходящую форму. Например, полоска 4 в третьем варианте осуществления сенсора 11 может быть образована с двумя линейными углублениями 5, и полоска 4 может быть изогнута вдоль данных двух линейных углублений 5 таким образом, чтобы полоска 4 имела изгиб с чашеобразным профилем (не показано). Другой модификацией является то, что на полоске 4 в третьем варианте осуществления сенсора 11 формируется несколько линейных углублений 5 на первой стороне 6, и то, что полоска 4 изгибается вдоль данных нескольких линейных углублений 5 таким образом, что полоска 4 имеет изгиб с криволинейным профилем. Например, изгиб может в этом случае образовывать часть круга или иметь U-образную форму. Соответственно, полоске 4 в третьем варианте осуществления сенсора 11 может быть придана поперечная кривизна. Вид поперечного сечения примера сенсора 11 в соответствии с третьим вариантом осуществления, в котором полоске 4 придан изгиб с криволинейным профилем, представлен на Фиг.3e. Кроме того, на полоске 4 в третьем варианте осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением может быть сформировано несколько линейных углублений 5 на первой стороне 6, и полоска 4 может быть искривлена вдоль нескольких линейных углублений 5 таким образом, чтобы достигался S-образный изгиб или волнообразный изгиб. Схематический вид поперечного сечения примера сенсора 11 в соответствии с третьим вариантом осуществления, в котором полоске 4 придан S-образный изгиб, представлен на Фиг.3f. Для простоты линейные углубления 5 на Фиг.2f не показаны.
Четвертый вариант осуществления сенсора 11 по данному изобретению соответствует любому из описанных выше вариантов осуществления, за исключением того, что одно или несколько линейных углублений 5 образовано на каждой из сторон 6, 7 полоски 4, т.е. по меньшей мере одно линейное углубление 5 сформировано на первой стороне 6 и по меньшей мере одно линейное углубление 5 сформировано на второй стороне 7.
В модификации (не показано) любого из описанных выше вариантов осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением полоска 4 вместо того, чтобы быть покрытой слоем 12 полимера, чувствительного к влажности, покрывается непосредственным или косвенным образом другими слоями, например, покрывается на одной из первой и второй сторон 6, 7, при использовании подходящих промежуточных соединительных слоев, по меньшей мере одним молекулярным детектором, приспособленным к обнаружению по меньшей мере одного целевого биологического и/или химического вещества, определяемого при анализе.
Молекулярный детектор в одном варианте осуществления может быть приспособлен для обнаружения биологического или химического вещества, определяемого при анализе, выбранного из группы, состоящей из энзима или последовательности энзимов; антитела; нуклеиновой кислоты, такой как ДНК или РНК; белка, такого как растворимый белок или мембранный белок; пептида, такого как олигопептид или полипептид; органеллы; частей природной или синтетической клеточной мембраны или капсида, таких как бактериальная клеточная мембрана или клеточная мембрана млекопитающего или же капсид вируса; неповрежденных, частично жизнеспособных или нежизнеспособных бактериальных, растительных или животных клеток; куска растительной ткани или ткани млекопитающего или же любых других молекул биологического происхождения; липида, углевода; лектина и их смесей.
В другом варианте осуществления молекулярный детектор может быть приспособлен для обнаружения биологического или химического вещества, определяемого при анализе, выбранного из группы, состоящей из патогенных бактерий, непатогенных бактерий, например бактерий толстой кишки; вирусов; паразитов; бактериальных токсинов; грибков; энзимов; белков; пептидов; гемоцитов млекопитающего, таких как человеческие лейкоциты и эритроциты; гормонов; компонентов крови млекопитающего, включая человеческую кровь, такие как глюкоза крови; мочу и ее компоненты, такие как глюкоза, кетоны, уробилиноген и билирубин; и их смесей.
Бактерии, патогенные или непатогенные, к обнаружению которых может быть приспособлен молекулярный детектор, выбираются из группы, состоящей из
В еще одном варианте осуществления молекулярный детектор приспособлен для обнаружения химического соединения или химического вещества, определяемого при анализе, такого как маркеры здоровья или маркеры питания. Маркеры питания включают маркеры, например, метаболической эффективности, дефицита питательных веществ, абсорбции или малабсорбции питательных веществ, потребления пищи и напитков, пищевой аллергии (например, к арахису), пищевой непереносимости (например, непереносимости лактозы или глютена), экологии бактерий толстой кишки (например, полезных бактерий, таких как бифидобактерии и молочнокислые бактерии) и полного энергетического баланса. Маркеры здоровья могут включать химические вещества, определяемые при анализе, такие как тяжелые металлы (например, свинец, ртуть и т.п.), радиоактивные вещества (например, цезий, стронций, уран и т.п.), жиры, энзимы, эндогенные секреты, белковые вещества (например, кровяные цилиндры), вещества, секретирующие слизь, и микроорганизмы, как описано выше, которые могут быть связаны с различными проблемами со здоровьем, такими как инфекционные заболевания, диарея, желудочно-кишечные расстройства или отравление. Тяжелые металлы, особенно в некоторых развивающихся странах и в более старых и/или менее зажиточных регионах развитых стран, представляют серьезную угрозу для здоровья. Например, отравление свинцом и ртутью может происходить при пероральном поступлении этих тяжелых металлов из источников, относящихся к окружающей среде (например, из краски, содержащей свинец, предприятий тяжелой промышленности без должного контроля и т.п.), и может быть смертельным. Более обычно, когда отравление в низких дозах этими и другими тяжелыми металлами приводит к замедленному умственному и/или физическому развитию, особенно у детей, и такое отравление может происходить в течение длительного времени и обусловливать постоянное действие на индивидуум. Другие примеры маркеров питания включают кальций, витамины (например, тиамин, рибофлавин, ниацин, биотин, фолиевую кислоту, пантотеновую кислоту, аскорбиновую кислоту, витамин E и т.п.), электролиты (например, натрий, калий, хлор, бикарбонат и т.п.), жиры, жирные кислоты (с длинной и короткой молекулярной цепью), мыла (например, пальмитат кальция), аминокислоты, энзимы (например, лактозу, амилазу, липазу, трипсин и т.п.), желчные кислоты и их соли, стероиды и углеводы. Например, важность малабсорбции кальция заключается в том, что она может привести к отдаленному дефициту костной массы.
Подходящие молекулярные детекторы могут включать любые биораспознающие элементы, и их примерами являются углеводы, антитела или их части, синтетические антитела или их части, энзимы, лектины, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК (рибонуклеиновая кислота), клетки и/или клеточные мембраны или любые другие молекулы, обладающие способностью к образованию связей с определенным биоаналитом или химическим веществом, определяемым при анализе.
Например, молекулярные детекторы могут быть полностью или частично физически сорбированы на одной из первой и второй сторон 6, 7 полоски 4 при использовании, например, катионного полимера, такого как полиэтиленимин (PEI, например, от Sigma-Aldrich), коллоидной суспензии, такой как микросферы полистирола (PS) (например, от Scientific Polymer Products), или гидрофобного полимера, такого как полистирол (например, от Scientific Polymer Products).
Специалистам в данной области техники очевидно, что любое подходящее средство нанесения молекулярного детектора на одну из первой и второй сторон 6, 7 полоски 4, иное, чем физическая сорбция, может быть использовано для других видов применения. Например, может оказаться желательным химическое связывание молекулярного детектора непосредственным или косвенным образом с одной из первой и второй сторон 6, 7 при использовании любого одного из множества обычных сшивающих агентов, включающих, однако не ограничивающихся ими, глутаральдегид, N-гидроксисукцинимид, карбодиимиды.
Когда молекулярный детектор, содержащийся в сенсоре 11 по данному изобретению, обнаруживает биологическое и/или химическое вещество, определяемое при анализе, масса сенсора 11 изменяется, что приводит к изменению магнитоакустической резонансной частоты сенсора 11, которая является определяемым параметром.
В другой модификации любого из описанных выше вариантов осуществления сенсора 11 в соответствии с данным изобретением кусок магнитоупругого материала сенсора 11 не покрывается каким-либо дополнительным слоем, таким как слой 12 полимера, чувствительного к влажности, или каким-либо молекулярным детектором. Сенсор 11 может в этом случае быть реализован, например, при использовании положения сенсора в качестве определяемого параметра.
Как следует из вышеизложенного, полоска 4 сенсора 11 в соответствии с данным изобретением может быть снабжена любым подходящим числом линейных углублений 5. Кроме того, одно или несколько линейных углублений 5 могут быть сформированы в любом(ых) подходящем(их) месте(ах) на полоске 4, так что обеспечивается требуемая форма устойчивого изгиба. В дополнение к этому, полоска 4 может быть снабжена одним или несколькими линейными углублениями 5, вдоль которых полоска 4 не изгибается.
Кроме того, в модификациях любого из описанных выше вариантов осуществления кусок пленки магнитоупругого материала сенсора 11 в соответствии с данным изобретением имеет какую-либо другую подходящую форму, а не форму полоски. Например, кусок магнитоупругого материала может в этом случае иметь форму ленты. Кроме того, даже если кусок магнитоупругого материала в соответствии с данным изобретением в вариантах осуществления, описанных выше, снабжен повышенной изгибной жесткостью в продольном направлении, он может быть в модификациях любого из описанных выше вариантов осуществления снабжен повышенной изгибной жесткостью в любом другом направлении. Одно или несколько линейных углублений 5 при этом формируют в направлении, в котором предоставляется повышенная изгибная жесткость.
Как описано выше, магнитоупругий материал магнитоупругого сенсора сохраняет энергию магнитного поля в магнитоупругой моде, когда возбуждается внешним магнитным полем. Когда магнитное поле отключается, магнитоупругий материал проявляет затухающие колебания со специфической частотой, представляющей собой магнитоакустическую резонансную частоту. Эти колебания вызывают магнитный поток, изменяющийся со временем, который может быть обнаружен на удалении следящей катушкой. Соответственно, определяется магнитоакустическая резонансная частота, и тем самым определяется также изменение магнитоакустической резонансной частоты. Если пульсирующее магнитное поле воздействует на магнитоупругий материал, то магнитоакустическая резонансная частота может быть определена между импульсами магнитного поля. Магнитоакустическая резонансная частота, например, для полоски магнитоупругого материала обратно пропорциональна длине полоски.
Например, импульсное магнитное поле или пульсирующее магнитное поле с синусоидальными колебаниями может быть применено к сенсору 11 в соответствии с данным изобретением, чтобы определить магнитоакустическую резонансную частоту сенсора 11. Как указано выше, магнитоакустическая резонансная частота может при этом быть определена между импульсами. Амплитуда импульсного магнитного поля должна быть достаточно большой, чтобы намагничивать магнитоупругий материал до определенной степени, чтобы обеспечивались достаточно большое изменение размеров материала. Размеры магнитоупругого материала изменяются вследствие эффекта магнитострикции. Используемое конкретное магнитное поле должно быть оптимизировано для каждого магнитоупругого материала.
Используемая частота повторения импульсов может, например, составлять примерно 10-1000 Гц, например, примерно 50-700 Гц. Скважность импульсов может, например, составлять примерно 1-90%, например, примерно 10-50%. Если магнитное поле является пульсирующим магнитным полем с синусоидальными колебаниями, то синусоидальные колебания могут, например, иметь частоту примерно 50-80 кГц. Если в качестве магнитоупругого материала используется материал METGLAS от Honeywell, то амплитуда пульсирующего магнитного поля может составлять примерно 0,05-0,1 мТл.
Для приложения магнитного поля к магнитоупругому материалу сенсора 11 может быть, например, использована катушка возбуждения. Следящая катушка может быть, например, использована для восприятия образованного сигнала, т.е. магнитоакустического эффекта. Катушка возбуждения и следящая катушка могут быть расположены в ручном блоке. Кроме того, катушка возбуждения и следящая катушка могут быть расположены в одном и том же ручном блоке или в разных ручных блоках. В альтернативном варианте одна и та же катушка может быть использована как в качестве катушки возбуждения, так и в качестве следящей катушки, т.е. как для возбуждения, так и для обнаружения. Патент WO 2004/021944 объединен с данным документом посредством ссылки во всей его полноте в отношении дополнительных деталей, относящихся к возбуждению магнитоупругого материала, определению магнитоакустической резонансной частоты, а также ее изменений, и к устройствам для определения магнитоакустической резонансной частоты.
Одним из путей дальнейшего улучшения магнитострикционного эффекта магнитоупругого материала в сенсоре 11 в соответствии с данным изобретением является использование подмагничивающего поля. Например, подмагничивающее поле может быть образовано магнитной пленкой с постоянным магнетизмом или постоянным магнитом, расположенным поблизости от куска магнитоупругого материала сенсора 11. Если в качестве магнитоупругого материала используется материал METGLAS от Honeywell, то может быть использовано подмагничивающее поле величиной примерно 0,5-1 мТл.
Сенсор 11 в соответствии с данным изобретением может быть расположен при соприкосновении с абсорбирующим материалом абсорбирующей структуры впитывающего изделия или при пространственном соотношении с ним. Например, сенсор 11 в соответствии с данным изобретением может находиться в абсорбирующей структуре во впитывающем изделии, таком как подгузник, подгузник в виде трусов, предмет одежды для лиц, страдающих недержанием, гигиеническая прокладка, носовой платок, полотенце, ткань, коврик для защиты постельного белья, повязка для ран или язв, продукт в виде тампона или подобный продукт. При нормальном использовании абсорбирующая структура в таком впитывающем изделии служит, чтобы абсорбировать, поддерживать и изолировать выделения человеческого организма или экссудаты тела, например мочу, фекалии, кровь, менструальную кровь, жидкости, выделяемые из ран и язв, промывающую жидкость и слюну. Когда сенсор 11 по данному изобретению, в котором кусок магнитоупругого материала по меньшей мере частично покрыт слоем 12 полимера, чувствительного к влажности, или по меньшей мере одним молекулярным детектором, размещен в такой абсорбирующей структуре, то он будет обеспечивать простым образом определение влажности или биологического и/или химического вещества, определяемого при анализе, т.е. он будет обеспечивать простым образом обнаружение того, что произошло такое событие, как мочеиспускание или дефекация. Такое обнаружение выполняется посредством определения изменения магнитоакустической резонансной частоты сенсора 11. Таким образом, состояние абсорбирующей структуры и, соответственно, впитывающего изделия, может легко контролироваться пользователем, родителем, сиделкой и т.п.
Например, сенсор 11 по данному изобретению, в котором кусок магнитоупругого материала по меньшей мере частично покрыт слоем 12 полимера, чувствительного к влажности, или по меньшей мере одним молекулярным детектором, может заменить сенсорное устройство, раскрытое в WO 2004/021944 и, таким образом, может быть включен в абсорбирующие структуры и впитывающие изделия, раскрытые в WO 2004/021944. Соответственно, такой сенсор 11 по данному изобретению может быть расположен в разных позициях в абсорбирующей структуре, в соответствии с позициями расположения сенсорного устройства в WO 2004/021944, и впитывающее изделие может также содержать несколько таких сенсоров 11. Например, впитывающее изделие может содержать 1-10 таких сенсоров 11.
Один из неограничивающих примеров впитывающего изделия 13, содержащего сенсор 11 по данному изобретению, схематически показан на Фиг.4.
Опционально, сенсор 11 в соответствии с данным изобретением может быть герметизирован или заключен в оболочку аккуратным образом, чтобы не подвергаться, например, механическому усилию, которое может влиять на резонансную частоту или магнитоакустическую резонансную частоту. В таком случае сенсор 11 может быть герметизирован таким образом, чтобы влага или по меньшей мере одно биологическое и/или химическое вещество, определяемое при анализе, могло проникать через оболочку в сенсор 11, например, через поры, щели или отверстия в материале оболочки. Подходящие оболочки включают оболочки в виде ярлыков, такие как ярлыки, например, от Sensormatic или подобный продукт. Оболочки проектируются или выбираются в каждом случае специалистом в данной области техники, чтобы удовлетворять конкретному специфическому варианту осуществления.
Кроме того, если сенсор 11 по данному изобретению не содержит какого-либо полимера, чувствительного к влажности, или молекулярного детектора, сенсор 11 в одном варианте осуществления может быть заключен в оболочку вместе с абсорбирующим материалом, например, суперабсорбентом (SAP). Заключение в оболочку в этом случае проектируют таким образом, чтобы позволить жидкости проникать в оболочку, так что суперабсорбент (SAP) будет оказывать механическое усилие на сенсор 11 при абсорбции жидкости, мокроты или влаги. Механическое усилие соотносится с количеством, например, абсорбированной жидкости и будет полностью или частично демпфировать колебания сенсора 11. Снижение магнитоакустического эффекта будет определяться, когда колебания демпфируются, посредством чего обеспечивается возможность обнаружения жидкости, мокроты или влаги. Патент WO 2004/021944 включен в данный документ посредством ссылки во всей его полноте в отношении дополнительных деталей, относящихся к заключению в оболочку в этом варианте осуществления и к тому, как этот вариант осуществления работает.
В качестве альтернативы, если сенсор 11 в соответствии с данным изобретением не содержит какого-либо полимера, чувствительного к влажности, или молекулярного детектора, сенсор 11 может в другом варианте осуществления быть включенным в абсорбирующую структуру вместе с постоянным магнитом. Когда абсорбирующий материал абсорбирующей структуры разбухает вследствие поглощения жидкости, влаги или мокроты, абсорбирующий материал прижимает постоянный магнит в направлении к сенсору 11 или от него. Это будет изменять постоянное магнитное поле на сенсоре 11, посредством чего оказывается воздействие на магнитоакустические колебания. Патент WO 2004/021944 включен в данный документ посредством ссылки во всей его полноте в отношении дополнительных деталей, относящихся к заключению в оболочку в этом варианте осуществления и к тому, как этот вариант осуществления работает.
В общих чертах, сенсор 11 в соответствии с данным изобретением содержит кусок 2, 4 пленки 1 магнитоупругого материала, при этом кусок 2, 4 имеет первоначальную изгибную жесткость в первом направлении. Кусок 2, 4 снабжен по меньшей мере одним линейным углублением 5 в первом направлении куска 2, 4. Кроме того, кусок 2, 4 изогнут вдоль по меньшей мере одного из указанных одного или нескольких линейных углублений 5, так что он снабжен устойчивым изгибом в направлении, перпендикулярном первому направлению. Вследствие такого устойчивого изгиба обеспечивается повышенная изгибная жесткость в первом направлении куска 2, 4.
При этом в то время как были представлены, описаны и охарактеризованы фундаментальные элементы новизны данного изобретения в применении к предпочтительным вариантам его осуществления, следует понимать, что специалистами в данной области техники могут быть различные пропуски, замены и изменения в форме и деталях проиллюстрированных устройств, стадий способа и продуктов. Например, ясным образом предполагается, что все комбинации этих элементов и/или стадий способа, которые выполняют по существу такую же функцию в основном таким же образом, чтобы достигнуть таких же результатов, находятся в пределах объема данного изобретения. Более того, очевидно, что структуры и/или элементы, и/или стадии способа, представленные и/или описанные в связи с любой из раскрытых форм или вариантов осуществления данного изобретения, могут быть включены в любую другую раскрытую или описанную, или предполагаемую форму или вариант осуществления в качестве основы проектного решения. Поэтому данное изобретение ограничивается лишь объемом, определяемым прилагаемой формулой изобретения.