本发明涉及一种用于输送汗滴的设备。
背景技术：
1、在监测脱水、压力、睡眠、儿童健康和围手术期监测等方面，需要对指示疾病/健康状况和舒适的生物标记物进行非侵入式、半连续和长时间监测。
2、汗液、泪液和唾液都可以通过非侵入式方法获得。汗液是一种特别容易获取的生物流体，是与受试者的生理和新陈代谢相关的丰富信息来源。
3、与临床相关的汗液成分的一些示例包括：用于监测脱水的na+、cl-和/或k+、作为炎症预警(与败血症相关)的乳酸盐、糖尿病患者和新生儿的葡萄糖以及与睡眠呼吸暂停和压力监测相关的皮质醇。
4、使用汗液生物标记物监测装置对高危患者(例如，患有严重慢性疾病的患者、术前或术后患者以及老年人)进行连续监测，与通常通过反复抽取多个血液样本进行的定期生物标记物抽查相比，可以提供更高质量的诊断信息。这种连续监测可以在医院或其他地方进行。人体汗液单独或与皮脂的混合物可以是皮肤上可穿戴装置进行生物标记物测量的一个容易获取的来源。例如，胆固醇是与心血管疾病发病风险升高相关的重要生物标记物。白细胞介素(例如，tnf-a、il-6)等炎症标记物或细胞因子在免疫反应、肠道疾病以及类风湿关节炎和银屑病关节炎的关节损伤的检测或疾病监测中发挥着重要作用。
5、久坐状态的人(如医院患者)的排汗率极低，因此在汗液排泄和生物标记物检测之间存在明显的延迟，这可能会妨碍对任何即将发生的并发症的及时监测和预警。特定相关生物标记物的浓度与排汗率有关，因此必须对每个腺体的排汗率进行评估，才能得出与临床相关的解释。传统的汗液感测方案应用有限，因为它们要求被监测者参与运动，并倾向于使用相当复杂的微流控技术和传感器来确定排汗率。
6、wo2018/125695 a1公开了具有主动汗液采样功能的可穿戴汗液生物感测装置。其中描述了一种利用电润湿的机电效应输送汗液的主动方法。电润湿板包括覆盖电极的疏水电介质层(例如，特氟龙)。由亲水性材料制成的汗液耦合"吸芯"部件可使皮肤表面的汗液随着时间缓慢扩散到电润湿板上，然后通过机电效应输送汗液。这种方法非常耗时，而且由于蒸发的原因，对于少量的汗液可能无效。此外，该技术需要将不同时间从皮肤接收到的汗液混合在一起，这对于可靠的半连续生物标记测量是不可取的。
7、wo2021/074010 a1公开了一种用于将汗滴输送到传感器的设备。该设备包括用于填充汗液的腔室。该腔室具有紧邻皮肤表面的入口，该入口允许汗液进入并填充腔室。该腔室具有出口，一旦腔室被填满，汗滴就会从该出口冒出。该设备还包括流体输送组件，该流体输送组件被设计成使从出口冒出的汗滴能够从腔室的出口处脱离。汗滴随后被流体输送组件输送到传感器。一旦冒出的液滴从出口处释放，出口就可以在腔室被进一步填充时供随后的汗滴从出口处冒出。释放的汗滴通过流体输送组件的输送速度至少与后续汗滴从出口冒出的速度相同，这样，各个汗滴在到达传感器之前就不会相互接触。这样，该设备就能以逐滴的方式将汗液供应到传感器。
8、如上所述，文献已经证明，小液滴可以通过电润湿进行输送。此外，利用电润湿，液滴还可以分裂和合并。在电极矩阵上利用电润湿对若干液滴进行复杂的液滴操作已经得到证实。当涉及许多电极时，可在电极矩阵层下面使用有源矩阵驱动层，以减少与装置的控制电子元件的电连接(电气连接)的最终数量。有源矩阵驱动层可单独控制每个电极。然而，当需要一种可穿戴的一次性贴片形式时，这种设置的成本可能会限制其应用空间。
技术实现思路
1、本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。
2、根据一个方面，提供了一种用于输送汗滴的设备，所述设备包括：在基板中限定的多个腔室，所述腔室中的每个腔室具有用于接收来自皮肤的汗液的入口以及由所述基板的表面限定的出口，所述出口被布置成使得在所述腔室被汗液填满后从所述出口处形成并冒出汗滴，其中，所述出口围绕所述基板的表面的中心部分沿径向方向分组(呈放射状排列)，以至少限定腔室的第一组、第二组和第三组；以及电润湿装置，所述电润湿装置包括：多个电极，每个电极可充电和可放电，其中，所述电润湿装置包括电极的第一分支、第二分支和第三分支，其被配置成允许通过所述电极的充电和放电，在所述第一分支的情况下将汗滴从所述第一组输送到或输送向中心区域，在所述第二分支的情况下类似地将汗滴从所述第二组向中心输送，并且在所述第三分支的情况下类似地将汗滴从所述第三组向中心输送；以及导电迹线装置，所述导电迹线装置被布置成将所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支的电极相互电连接。
3、所述出口围绕所述基板的表面的中心部分径向分组(呈放射状排列)意味着，每个组的出口(特别是第一组、第二组和第三组的出口)被布置在从中心部分延伸的两个(例如名义上的)半径和(例如名义上的)边界(例如圆周)的一部分之间限定的径向部段中，该边界(例如圆周)环绕所述多个腔室，以使得所述多个腔室中的每个腔室都位于所述边界内。
4、术语"分支"可以指将汗滴从各组的出口运输至或运输向中心区域的电极的总体路径。如下所述，每个分支可包括一个或多个系列电极。
5、所述导电迹线装置可视为在所述设备的一个平面或层面上提供与电极的电连接以及电极之间的电连接，从而通过所述导电迹线装置在该平面或层面上连接电极。因此，所述导电迹线装置有别于所述设备不同平面之间或不同层面之间的连接，如垂直互连通道(via)连接。换句话说，via是物理电子电路中各层之间的电连接，它穿过一个或多个相邻层的平面。
6、通过第一分支、第二分支和第三分支分别从第一组、第二组和第三组向中心输送汗滴，所述设备特别适合于结合在例如可穿戴汗液感测装置(例如，可穿戴贴片形式的可穿戴汗液感测装置)中。
7、在这种可穿戴汗液感测装置中，一个或多个传感器优选地布置在所述设备的上述中心区域中，汗滴通过(至少)第一分支、第二分支和第三分支被输送到或输送向所述中心区域。至少在某些实施例中可被视为分支的径向配置的分支布置可有助于将从距离中心区域最远的出口到传感器的输送距离最小化。而这又有助于将汗滴在被输送到传感器期间的蒸发最小化。
8、此外，通过将导电迹线装置布置成将第一分支、第二分支和第三分支的电极相互电连接，所述设备的物理设计可以简化和/或更加坚固，例如，这是因为所需的垂直互连通道(via)连接可以更少和/或可以避免使用矩阵驱动层来控制电极的充电和放电。因此，制造工艺的复杂性、成本和错误/故障的来源都会降低。
9、在某些实施例中，所述多个电极包括多组电极，其中，每组电极包括来自所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支的相互连接的电极。
10、在这些实施例中，所述导电迹线装置中包括的第一导电迹线可配置成将第一分支的一个电极连接至第二分支的一个电极，所述导电迹线装置中包括的第二导电迹线可配置成将第二分支的所述一个电极(连接至第二分支的电极)连接至第三分支的一个电极。
11、第一分支可包括至少一个系列的第一电极，其中，所述至少一个系列中的每个第一电极都被配置成释放和/或输送从第一组中各个出口冒出的汗滴之一。由所述系列的第一电极限定的汗滴路径可被视为"零级轨道"。
12、第一分支可包括至少一个附加系列的第一电极，所述至少一个附加系列的第一电极被配置成接收来自所述至少一个系列的第一电极中的每个系列的第一电极的汗滴，并将汗滴从所述至少一个系列的第一电极输送走，例如向中心输送走。由所述附加系列的第一电极限定的汗滴路径可被视为"一级轨道"。
13、可以没有腔室并因此也没有出口与所述附加系列的电极相关联。因此，所述附加系列的电极可以只用于输送汗滴，例如将汗滴输送到或输送向至少一个传感器。
14、在某些实施例中，第一分支包括额外系列的第一电极，并且第一分支包括多个所述附加系列的第一电极。在这些实施例中，所述额外系列的第一电极可配置成接收来自所述多个附加系列的第一电极中的每个附加系列的第一电极的汗滴，并将所述汗滴从所述多个附加系列的第一电极输送走，例如向中心输送走。所述额外系列的第一电极可被视为二级轨道。
15、可以没有腔室并因此也没有出口与所述额外系列的电极相关联。因此，所述额外系列的电极可以只用于输送汗滴，例如将汗滴输送到或输送向至少一个传感器。
16、备选地或附加地，第二分支包括至少一个系列的第二电极，其中，所述至少一个系列中的每个第二电极都被配置成释放和/或输送从第二组中各个出口冒出的所述汗滴之一。由所述系列的第二电极限定的汗滴路径可被视为零级轨道。
17、第二分支可包括至少一个附加系列的第二电极，所述至少一个附加系列的第二电极被配置成接收来自所述至少一个系列的第二电极中的每个系列的第二电极的汗滴，并将所述汗滴从所述至少一个系列的第二电极输送走，例如向中心输送走。由所述附加系列的第二电极限定的汗滴路径可被视为一级轨道。
18、在某些实施例中，第二分支包括额外系列的第二电极，并且第二分支包括多个所述附加系列的第二电极。在这些实施例中，所述额外系列的第二电极可配置成接收来自所述多个附加系列的第二电极中的每个附加系列的第二电极的汗滴，并将所述汗滴从所述多个附加系列的第二电极输送走，例如向中心输送走。所述额外系列的第二电极可被视为二级轨道。
19、备选地或附加地，第三分支可包括至少一个系列的第三电极，其中，所述至少一个系列中的每个第三电极都被配置成释放和/或输送从第三组中各个出口冒出的所述汗滴之一。由所述系列的第三电极限定的汗滴路径可被视为零级轨道。
20、第三分支可包括至少一个附加系列的第三电极，所述至少一个附加系列的第三电极被配置成接收来自所述至少一个系列的第三电极中的每个系列的第三电极的汗滴，并将所述汗滴从所述至少一个系列的第三电极输送走，例如向中心输送走。由所述附加系列的第三电极限定的汗滴路径可被视为一级轨道。
21、在某些实施例中，第三分支包括额外系列的第三电极，并且第三分支包括多个所述附加系列的第三电极。在这些实施例中，所述额外系列的第三电极可配置成接收来自所述多个附加系列的第三电极中的每个附加系列的第三电极的汗滴，并将所述汗滴从所述多个附加系列的第三电极输送走，例如向中心输送走。所述额外系列的第三电极可被视为二级轨道。
22、在某些实施例中，所述至少一个系列的第一电极包括多个系列的第一电极，所述多个系列的第一电极中的每个系列的第一电极都与所述至少一个附加系列的第一电极中的一个附加系列的第一电极沿着所述一个附加系列的第一电极在相对于彼此不同的位置处相交。
23、因此，零级轨道可以将汗滴移动到一级轨道的若干位置上。这可以提供一种空间效率高的布置，从而使所述设备特别适合于结合到例如可穿戴贴片中。
24、在某些实施例中，汗滴可随后从一级轨道(零级轨道在不同位置与一级轨道相交)输送到二级轨道，例如，同样离开一级轨道到达二级轨道的若干位置上，最后，二级轨道可以例如将液滴分别输送到或输送通过排汗率传感器，并输送向生物传感器所在或靠近的中心区域。
25、更一般地说，在某些实施例中，所述至少一个附加系列的第一电极包括多个附加系列的第一电极，所述多个附加系列的第一电极中的每个附加系列的第一电极都与所述额外系列的第一电极沿着所述额外系列的第一电极在相对于彼此不同的位置处相交。
26、通过这种方式优化腔室的密度，就可以在皮肤上放置一个较小的包含所述设备的可穿戴贴片，同时保持汗液收集性能。
27、备选地或附加地，所述至少一个系列的第二电极可包括多个系列的第二电极，所述多个系列的第二电极中的每个系列的第二电极都与所述至少一个附加系列的第二电极中的一个附加系列的第二电极沿着所述一个附加系列的第二电极在相对于彼此不同的位置处相交。
28、在某些实施例中，所述至少一个附加系列的第二电极包括多个附加系列的第二电极，所述多个附加系列的第二电极中的每个附加系列的第二电极都与所述额外系列的第二电极沿着所述额外系列的第二电极在相对于彼此不同的位置处相交。
29、备选地或附加地，所述至少一个系列的第三电极可包括多个系列的第三电极，所述多个系列的第三电极中的每个系列的第三电极都与所述至少一个附加系列的第三电极中的一个附加系列的第三电极沿着所述一个附加系列的第三电极在相对于彼此不同的位置处相交。
30、在某些实施例中，所述至少一个附加系列的第三电极包括多个附加系列的第三电极，所述多个附加系列的第三电极中的每个附加系列的第三电极都与所述额外系列的第三电极沿着所述额外系列的第三电极在相对于彼此不同的位置处相交
31、在某些实施例中，所述设备可包括四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个上述定义的分支。
32、在某些实施例中，每个分支都因具有沿着所述分支的径向中心线延伸的镜像平面而是对称的。
33、在每个分支包括镜像平面的实施例中，所述导电迹线装置的导电迹线可在每个分支的所述径向中心线上改变方向。这有助于减少via的数量。
34、每个分支的径向中心线上的每个方向变化都可导致所述导电迹线装置在平面上呈现星形。
35、更一般地说，所述设备可以包括附加基板，电润湿装置和导电迹线装置被布置在所述附加基板上和/或所述附加基板中。
36、在某些实施例中，所述附加基板包括第一径向延伸边缘和第二径向延伸边缘，所述分支在所述第一径向延伸边缘和所述第二径向延伸边缘之间布置在所述基板上和/或所述基板中。
37、在某些实施例中，所述导电迹线装置的导电迹线从所述第一径向延伸边缘的近侧(附近)一直延伸到所述第二向中心延伸边缘的近侧。
38、例如，可在所述第一和/或第二径向延伸边缘的近侧设置via。在某些实施例中，所述设备可以不包括任何via，例如，由于采用了在第一和第二径向延伸边缘的近侧制造电迹线端部的工艺。
39、所述设备可包括第一排汗率传感器、第二排汗率传感器和第三排汗率传感器中的至少一个。第一排汗率传感器可布置在第一组出口的下游，并配置成根据由第一分支输送的汗滴确定排汗率。同样，第二排汗率传感器可以布置在第二组出口的下游，并配置成根据由第二分支输送的汗滴确定排汗率，并且第三排汗率传感器可以布置在第三组出口的下游，并配置成根据由第三分支输送的汗滴确定排汗率。
40、更一般地说，所述设备可包括每个分支的排汗率传感器。
41、所述设备可包括生物传感器，所述生物传感器被配置成确定汗液分析物的浓度。所述生物传感器可布置成接收由第一分支、第二分支和第三分支输送到其处的汗滴。因此，生物传感器可以定位在中心，例如在中心区域中或中心区域的近侧，例如在位于上述附加基板上的中心区域处或中心区域的近侧，以便接收通过分支输送到其处的汗滴。
42、在某些实施例中，所述设备包括汗液收集器，如吸收器/吸收垫，其被布置在一个或多个传感器的下游。特别是，当所述设备中包括生物传感器时，这种汗液收集器可以布置在生物传感器的下游。
43、例如，这种汗液收集器可以布置在上述第一径向延伸边缘和第二径向延伸边缘之间限定的空间(例如，径向部段空间)中。
44、所述设备可包括电场发生器，所述电场发生器用于对所述电润湿装置的每个电极进行充电和放电，以输送每个所述汗滴。所述电场发生器可通过所述导电迹线装置与电极相连。
45、根据另一方面，提供了一种可穿戴装置，例如可穿戴贴片，其包括上述设备。
46、在某些实施例中，所述可穿戴装置包括附接装置，所述附接装置被配置成使得所述设备能够附接到身体部位上，以使得所述入口从所述身体部位的皮肤上接收汗液。
1.一种用于输送汗滴的设备(100)，所述设备包括：
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述多个电极(116)包括多组电极，每组电极包括来自所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支(134、136、138)的相互连接的电极，并且其中，包括在所述导电迹线装置中的第一导电迹线(140a；140b；140c)被配置成将所述第一分支(134)的一个电极连接至所述第二分支(136)的一个电极，并且包括在所述导电迹线装置中的第二导电迹线(142a；142b；142c)被配置成将所述第二分支(136)的所述一个电极连接至所述第三分支(138)的一个电极。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，所述第一分支(134)包括至少一个系列的第一电极(116a)，所述至少一个系列中的每个第一电极被配置成释放和/或输送从所述第一组中的各个出口(114)冒出的所述汗滴之一。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其中，所述第一分支(134)包括至少一个附加系列的第一电极(116ad)，所述至少一个附加系列的第一电极被配置成接收来自所述至少一个系列的第一电极(116aa、116ab、116ac)中的每个系列的汗滴，并将所述汗滴从所述至少一个系列的第一电极输送走。
5.根据权利要求4所述的设备(100)，其中，所述第一分支(134)包括额外系列的第一电极(116ada)，并且其中，所述第一分支包括多个所述附加系列的第一电极(116aad、116abd、116acd)，所述额外系列的第一电极被配置成接收来自所述多个附加系列的第一电极中的每个附加系列的汗滴，并将所述汗滴从所述多个附加系列的第一电极输送走。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(100)，其中，所述第二分支(136)包括至少一个系列的第二电极(116b)，所述至少一个系列中的每个第二电极被配置成释放和/或输送从所述第二组中的各个出口(114)冒出的所述汗滴之一。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中，所述第二分支(136)包括至少一个附加系列的第二电极(116bd)，所述至少一个附加系列的第二电极被配置成接收来自所述至少一个系列的第二电极(116ba、116bb、116bc)中的每个系列的汗滴，并将所述汗滴从所述至少一个系列的第二电极输送走。
8.根据权利要求7所述的设备(100)，其中，所述第二分支(136)包括额外系列的第二电极，并且其中，所述第二分支包括多个所述附加系列的第二电极，所述额外系列的第二电极被配置成接收来自所述多个附加系列的第二电极中的每个附加系列的汗滴，并将所述汗滴从所述多个附加系列的第二电极输送走。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备(100)，其中，所述第三分支(138)包括至少一个系列的第三电极(116c)，所述至少一个系列中的每个第三电极被配置成释放和/或输送从所述第三组中的各个出口(114)冒出的所述汗滴之一。
10.根据权利要求9所述的设备(100)，其中，所述第三分支(138)包括至少一个附加系列的第三电极(116cd)，所述至少一个附加系列的第三电极被配置成接收来自所述至少一个系列的第三电极(116ca、116cb、116cc)中的每个系列的汗滴，并将所述汗滴从所述至少一个系列的第三电极输送走；可选地其中，所述第三分支(138)包括额外系列的第三电极，并且其中，所述第三分支包括多个所述附加系列的第三电极，所述额外系列的第三电极被配置成接收来自所述多个附加系列的第三电极中的每个附加系列的汗滴，并将所述汗滴从所述多个附加系列的第三电极输送走。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备(100)，其中，所述至少一个系列的第一电极包括多个系列的第一电极，所述多个系列的第一电极中的每个系列都与所述至少一个附加系列的第一电极中的一个附加系列的第一电极沿着所述一个附加系列的第一电极在相对于彼此不同的位置处相交；和/或其中，所述至少一个系列的第二电极包括多个系列的第二电极，所述多个系列的第二电极中的每个系列都与所述至少一个附加系列的第二电极中的一个附加系列的第二电极沿着所述一个附加系列的第二电极在相对于彼此不同的位置处相交；和/或其中，所述至少一个系列的第三电极包括多个系列的第三电极，所述多个系列的第三电极中的每个系列都与所述至少一个附加系列的第三电极中的一个附加系列的第三电极沿着所述一个附加系列的第三电极在相对于彼此不同的位置处相交。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备(100)，所述设备包括第一排汗率传感器、第二排汗率传感器和第三排汗率传感器(168)中的至少一个，所述第一排汗率传感器被布置在所述第一组的出口(114)的下游，并被配置成根据由所述第一分支(134)输送的汗滴确定排汗率，所述第二排汗率传感器被布置在所述第二组的出口的下游，并被配置成根据由所述第二分支(136)输送的汗滴确定排汗率，并且所述第三排汗率传感器被布置在所述第三组的出口的下游，并被配置成根据由所述第三分支(138)输送的汗滴确定排汗率。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备(100)，所述设备包括生物传感器(170)，所述生物传感器被配置成确定汗液分析物的浓度，其中，所述生物传感器被布置成接收由所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支(134、136、138)输送到其处的汗滴；可选地其中，所述设备还包括位于所述生物传感器的下游的汗液收集器。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备(100)，所述设备包括电场发生器，所述电场发生器用于对所述电润湿装置的每个电极(116)进行充电和放电，以输送每个所述汗滴。
15.一种可穿戴装置，所述可穿戴装置包括根据权利要求1至14中任一项所述的设备(100)；可选地其中，所述可穿戴装置包括附接装置，所述附接装置被配置成使得所述设备能够附接到身体部位上，从而使所述入口(104)接收来自所述身体部位的皮肤的汗液。
