CN108451502A - 汗液电解质流失监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了将基于悬浮液(即基于水凝胶和触变性化合物)的离子选择性电极和参考电极集成在可穿戴汗液感测装置中的装置和方法。装置的实施例配置为在苛刻的使用条件下监测汗液电解质浓度、趋势和比率。相应的方法包括使用所公开的装置来追踪流体和电解质的增加和流失，以便生成电解质评估，例如汗液电解质浓度、汗液电解质浓度趋势、出汗率或多个电解质之间的浓度比率。

Description

汗液电解质流失监测装置

相关申请的交叉引用

本申请是2017年10月16日提交的PCT/US17/56750的部分继续申请，并要求2016年10月14日提交的第62/408097号美国临时申请、2017年2月21日提交的第62/461562号美国临时申请，以及2017年6月29日提交的第62/526810号美国临时申请的优先权，并且具有建立在2016年6月6日提交的PCT/US2016/36038之上的说明书，这些申请各自公开的内容通过引用整体并入本文。

背景技术

无创生物感测技术在体育、新生儿学、药理监测、个体数字健康等应用领域具有巨大的潜力。在有潜力用于生理监测的生物流体(例如汗液、血液、尿液、唾液和眼泪)中，在缺乏技术解决方案的情况下，汗液可以说具有最不可预测的采样率。Sonner等人在2015中在标题为“The microfluidics of the eccrine sweat gland,including biomarkerpartitioning,transport,and biosensing implications”(Biomicrofluidics 9，031301)的文章中给出了精辟总结，该文章的全文通过引用的方式并入本文。然而，通过适当的技术应用，可以使得汗液在可预测的采样中胜过其他非侵入性或低侵入性的生物流体。因此，汗腺管可以提供获取许多生物标记、化学物质或溶质的途径，这些生物标记、化学物质或溶质与血液中所携带的相同，并且可以提供重要信息，使得甚至能够在任何体征出现之前诊断疾病、健康状况、中毒、行为表现以及其他生理属性。

然而，创建精确的汗液感测装置的一个挑战是，开发实际应用于可穿戴、半一次性装置的传感器，而这种传感器所需的灵敏度和特异性通常是在昂贵的台式配置中实现的，这些配置提供了稳定的运行环境。但是，汗液传感器必须在足够小并且耐用的装置内工作，以便佩戴在身体上。这些装置必须在动态环境下运行，并且足够便宜到能够定期更换。当台式离子选择性电极(“ISE”)和它们相应的参考电极从实验室移至汗液传感器时，它们的尺寸必须大大减小，并且通常置于在柔性基质上，并与皮肤接触。然而，由于这样的配置的尺寸小，它们易于偏移，可能受到来自身体的干扰，可能从基质脱离，或者通过与皮肤或其他装置部件的接触而磨损。Horiba LaquaTwin在US5200706中成功地将ISE整合到手持式水样采样装置中。但是，对于在穿戴式汗液传感器中的使用来说，这些传感器仍然太大且过于昂贵。

所需要的是将ISE和参考电极并入穿戴式配置中的简单但耐用的方法，这些穿戴式配置在汗液感测装置的使用期间不会偏移、脱离和磨损。特别地，汗液感测装置在工作场所安全、体育、军事环境中的使用具有巨大的前景。一种可以改善这些环境中的人员安全和效率的潜在应用是耐用的可穿戴汗液电解质流失监测器。如本文所公开的，汗液感测装置配置为在苛刻的使用条件下监测汗液电解质浓度、比率和趋势。

发明内容

本发明的实施例提供了将基于悬浮液(即基于水凝胶和触变性化合物)的离子选择性电极和参考电极集成在可穿戴汗液感测装置中的装置和方法。该装置的实施例配置为在苛刻的使用条件下监测汗液电解质浓度、趋势和比率。相应的方法包括使用所公开的装置来追踪流体和电解质的增加和流失，以便生成电解质评估，例如汗液电解质浓度、汗液电解质浓度趋势、出汗率或多个电解质之间的浓度比率。

附图说明

根据以下详细描述和附图将进一步理解本发明的目的和优点，其中：

图1是本发明的示例性汗液感测装置；

图2是本发明的示例性实施例，其包括用在可穿戴汗液感测装置中的离子选择性电极的盒子设计和参考电极；

图3是用在可穿戴汗液感测装置中的离子选择性电极的盒子设计和参考电极的俯视图；

图4是本发明的示例性实施例，其包括用在可穿戴汗液感测装置中的离子选择性电极中的悬浮材料；

图5是本发明的示例实施例，其包括用在可穿戴汗液感测装置中的参考电极中的悬浮材料；

图6描绘了本发明的一个实施例的至少一部分；

图7描绘了具有可重复使用部件和一次性部件的本发明的实施例的至少一部分；

图8A描绘了本发明的实施例的横截面；

图8B描绘了本发明的实施例的横截面。

术语定义

现在提供各种定义，在本发明的详细描述和实施例中将获得这些定义的进一步的理解和范围。

如本文所使用的，“汗液”是指主要为汗液的生物流体，例如外分泌腺的汗液或者顶分泌腺的汗液，并且还可以包括生物流体(例如汗液和血液，或汗液和组织液)的混合物，只要生物流体混合物的平流传输(例如，流)主要由汗液驱动。

“汗液传感器”是指以绝对的、相对的、趋势的或其他方式测量汗液中的状态、存在、流率、溶质浓度、溶质存在的任何类型的传感器。汗液传感器可以包括例如电位、电流、阻抗、光学、机械、抗体、肽、适体或感测或生物感测领域的技术人员已知的其他手段。

“分析物”是指由汗液感测装置测量的物质、分子、离子或其他材料。

“电解质”是指人体体液和组织中的溶质，包括所有的酸和碱、无机盐以及一些蛋白质。感兴趣的例子包括Na⁺、Cl^-、H⁺、K⁺、NH₄ ⁺、Ca⁺、HCO₃ ^-和Mg⁺。

“测量”可以意味着准确或精确的定量测量，并且可以包括更广泛的含义，例如测量某物的相对变化量。测量也可以意味着“二元测量(binary measurement)”，例如“是”或“否”类型的测量。

“按时间顺序保证”是指保证以能够对从身体排出的新生物流体分析物进行测量的速率来测量生物流体中的分析物的采样率或采样间隔。按时间顺序保证还可以包括对传感器功能的效果的确定，对基于先前产生的分析物、其他流体或相对于测量的其他测量污染源的潜在污染效果的确定。按时间顺序保证可以抵消体内时间延迟(例如，分析物在血液中和出现在组织液中已知有5-30分钟的滞后时间)，但产生的采样间隔(下文定义)不依赖于滞后时间，此外，该滞后时间在体内，因此，对于如上定义并在此解释的按时间顺序保证，该滞后时间不适用。

“分析物特定传感器”是指特定于一种分析物，并执行分析物存在或浓度的特定化学识别的传感器(例如，离子选择性电极、酶传感器、基于电化学适体的传感器等)。例如，感测流体(如汗液)阻抗或电导率的传感器被排除在“分析物特定传感器”的定义之外，因为感测阻抗或电导率合并汗液中所有离子的测量值(即，传感器不是化学选择性的；它提供了间接测量)。传感器也可以是光学的、机械的、或者使用针对单个分析物的其他物理/化学方法。此外，多个传感器可以分别针对多个分析物中的一个。

“汗液流率感测部件”是在汗液感测或收集装置的至少一部分中测量汗液速率的任意一个或多个部件。

“水凝胶”是指主要为水的充分稀释的聚合物材料，并且当处于由于化学结合的附加材料的三维交联网络而产生的稳定状态时，其很少流动或不流动。

“触变性化合物”是指在静态条件下机械稳定或具有粘性，但在振动、搅动、剪切或以其他方式控制时会流动(或变得更不粘稠)的材料。

“基于悬浮液的电极”是指包含基于水凝胶或触变性化合物的悬浮材料的ISE或参考电极。

“运行和合规性警告”是指如果读数表明装置没有与皮肤充分接触，那么将由汗液感应装置产生警报，并且该警报将被传递给系统用户。

具体实施方式

本发明提供了一种汗液感测装置，其配置为在装置佩戴者参与身体活动时监测电解质浓度、趋势和比率，以改善佩戴者的安全性或体能表现。个体出汗的任何时候，他/她都会失去电解质。在极端的身体条件下，例如酷热或长时间的身体劳累，个体可能会因汗液而流失足够量的电解质，以致许多重要的生物过程受损。例如，过多的钠流失，或低钠血症可表现为头痛、恶心、呕吐、肌肉痉挛和癫痫发作。同样，过多的K+流失，或低钾血症可表现为肌肉痉挛、心悸或精神错乱。其他电解质失衡症包括碱毒症、低氯血症、低钙血症、低镁血症和碳酸氢盐(HCO₃ ^-)的流失。因此，监测电解质的流失和补充可以改善在极端电解质流失条件下个体活动的安全性和效率。

本发明将主要但不完全限于使用可穿戴汗液传感装置的装置、方法和子方法。因此，尽管这里没有详细描述，根据本发明理解的或并入本发明的其他步骤将包括作为本发明的一部分。本发明提供了描述创造性步骤的具体示例，但是其不一定涵盖本领域技术人员公知的所有可能的实施例。例如，特定的发明不一定包括操作所需的所有明显特征。可以提供如下几个具体但非限制性的例子。本发明参考了在“IEEE Transactions onBiomedical Engineering”杂志中发表的题为“Adhesive RFID Sensor Patch forMonitoring of Sweat Electrolytes”的文章、在“AIP Biomicrofluidics(9 031301(2015))”杂志中发表的题为“Adhesive RFID Sensor Patch for Monitoring of SweatElectrolytes”的文章、以及2016年4月21日提交的PCT/US15/55756和2016年9月1日提交的PCT/US16/19282。其全部内容通过引用的方式并入本文。

本发明至少适用于测量汗液、汗液产生率、汗液按时间顺序保证、汗液溶质、从皮肤转移到汗液中的溶质、皮肤表面上的属性或物质、或皮下的属性或物质的任何类型的汗液感测装置。本发明适用于可以采用各种形式的汗液感测装置，包括贴片、绑带、皮带、衣服或设备的部分、或任何合适机构，当汗液产生时，这些机构可靠地将汗液收集和/或汗液感测技术与汗液紧密结合。

本发明的某些实施例将传感器展示为简单的个体元件。可以理解的是，许多传感器需要两个或更多电极、参考电极或附加的支撑技术或特征，这些在这里的描述中并未出现。传感器本质上优选是电化学的，但是也可以包括电学的、光学的、化学的、机械的或其他已知的生物感测机制。传感器可以是二联的，三联的或更多，以提供改善的数据和读数。传感器可以在此通过传感器感测的内容来引用，例如：分析物特定传感器；阻抗传感器；汗流体积传感器；出汗率传感器；或溶质产生率传感器。本发明的某些实施例展示了具有更多子部件的汗液感测装置为在各种应用中使用该装置所需的一些子部件，这些子部件是显而易见的(例如，电池)，为了简洁起见并且关注于创造力的方面，这些子部件没有在图中明确展示或者在本发明的实施例中明确描述。

已知汗液含有大量可用于表面个体生理状态的化合物。一般来说，确定个体的生理状态是一个重大的挑战。不仅每个个体可能存在不同的生理状态，而且即使是简单的生理状态或失调也是一系列复杂的生物过程，不容易使其自身简化。因此，对生理状况的明确诊断往往是不可能的。在汗液中发现的最常见的物质如下：Na⁺、Cl^-、K⁺、铵(NH₄ ⁺)、尿素、乳酸盐，葡萄糖、丝氨酸、甘油、皮质醇和丙酮酸盐。除了这些常见的汗液分析物之外，每种生理状况也可以具有特定的汗液分析物，这些汗液分析物将被证明有益于指示生理状态的信息。例如，血液肌酸酐水平已经证明对表面水合水平是很有用的，这同样也证明了汗液是适用的。

迄今为止，几乎没有将汗液分析物或分析物浓度与生理状态联系起来的研究。这些研究包括将增加的汗水氯化物水平与囊性纤维化联系或将氯化物水平峰值与排卵联系。可能有必要在多个个体之间建立关联生理状态和汗液传感器读数的数据。通过这种方式，给定的生理状态将会显现出来，并且通过汗液感测装置可以检测到可识别的汗液分析物标记。

此外，将分析物浓度和比率转换成有意义的生理信息将必须对与浓度差异无关的大量变异性做出解释。例如，已知相对于血液或血浆浓度的分析物的汗液浓度根据出汗率、取样的身体位置、肾脏或肝脏疾病或功能、外部温度和其他因素而变化。为了开发有意义的生理信息，因此有必要开发反映各种分析物标志如何响应于这些可变性而改变的算法和技术。

汗液含有多种不同浓度的电解质，包括以下物质：Na⁺(10mM-100mM)、Cl^-(10mM-100mM)，H⁺(0.1mM-0.0001mM)，K⁺(1mM-24mM)，NH₄ ⁺(0.5mM-8mM)，Ca⁺(大约0.5mM)和Mg⁺。汗液还包括更低浓度的各种其他电解质。

针对确定个体的电解质状态，汗液感测装置配置为精确测量电解质流失量、趋势和比率。电解质流失是构成个体整体电解质状态的更大图景的关键部分，其至少包括以下三个基本因素：1)通过个体饮食的电解质输入；2)个体体内的电解质再分配；3)电解质的流失。

在基本水平上，电解质的输入是通过食用食物或流体获得的电解质，并且通过消化道吸收用于整个身体。吸收是一个复杂的过程，可能受到食用的食物或流体的量、体内电解质的现有水平或比率、吸收过程中发生的活动、消化道的循环水平、不同电解质吸收的动力学和其他因素的影响。

电解质再分配是一种持续的过程，通过这种过程，身体通过在体内不同储存库间移动电解质来管理细胞外液中的电解质浓度。这些储存库包括细胞内液、细胞外液、组织液、血浆容量和某些组织，例如钙的骨骼储存库。基于渗透压和流体静压力梯度，电解质在不同的储存库之间移动，该移动可以通过选择性渗透膜来控制，或者可能对由特定电解质的细胞外液浓度触发的稳态控制机制做出反应。

电解质流失可能是通过尿液排出、汗液排出或胃肠道排出。电解质流失量受体内平衡反馈回路的影响，体内平衡反馈回路控制电解质滞留和排出过程以及水滞留和排出过程。此外，电解质流失由于个体因素而复杂化，例如关键器官(例如肾脏)的健康或身体的稳态机制中的相对功能障碍。可能会导致汗液电解质流失的潜在因素的非穷举列表包括以下内容：出汗率、水合状态、监测期间电解质摄入量、运动强度、体温、环境条件、热适应、健康水平、每日常规电解质摄入量、BMI、装置的身体位置、表型、性别、年龄、医疗状况和药物使用。

本发明提供了汗液电解质流失的准确测量，这是确定装置佩戴者的电解质状况的要素。通常，汗液电解质流失和出汗率高度相关，因此，本公开的装置可以配置有出汗率传感器，例如容积式出汗率传感器、ISE或微热流率传感器，以及能够确定出汗率的算法，如在PCT/US2016/36038和US15/653494中所公开的，它们均都通过引用的方式整体并入本文。

各种分泌学的研究已经表征了Na⁺，Cl^-和K⁺的摩尔浓度与出汗率的变化。参见Sato,K.等人的“Biology of sweat glands and their disorders”(J.of theAm.Academy of Dermatology，p.552，20/4/Apr.1989)。Na⁺和Cl^-在外分泌汗腺的分泌卷曲中进入汗液，并且在可忽略的出汗率下，与组织液的Na⁺和Cl^-浓度是等渗的(Bovell的“Journal of Local and Global Health Science”，p.9，2015:5)。随着出汗的开始，Cl^-被泵入腺体的内腔，在那里它的负电位拉入Na⁺。Na⁺和Cl^-结合形成NaCl，这形成了将水吸入内腔的渗透梯度。由于新产生的汗液从分泌卷曲离开，Na⁺和Cl^-一起，通过导管被再次吸收，并且重新进入组织液。

在较低的出汗率下(0.0μL/cm²/min至0.4μL/cm²/min)，相对较多的Na⁺和Cl^-被导管再次吸收，因此到达皮肤的汗液具有较低浓度的Na⁺和Cl^-(Amano T.等人的“Determination of the maximum rate of eccrine sweat glands’ion readsorptionusing galvanic skin conductance to local sweat rate relationship”，Eur.J.Appl.Physiology，p.4，DOI 10.1007/s00421-015-3275-9)。起初，出汗率在0.2μL/cm²/min到0.4μL/cm²/min之间时，Na⁺腺体再吸收率达到最大(约85％)，这转化为10mM-15mM的Na⁺浓度(Sato K.等人的“Biology of sweat glands and their disorders”，J.of theAm.Academy of Dermatology，p.552,20/4/Apr.1989，p.552；Buono M.等人的“Na+secretion rate increases proportionally more than the Na+reabsorption ratewith increases in sweat rate”，J.Appl.Physiology，105:1044-1048，2008)。随着出汗率的增加，流经导管的Na⁺的量和速度压倒再吸收机制，从而在出汗率高于0.4μL/cm²/min时，导管吸收显著降低的百分比的Na⁺，在出汗率为0.8μL/cm²/min时，降低至约65％的Na⁺(Buono,M.等人)。结果，随着出汗率从0.4μL/cm²/min增加到1.5μL/cm²/min，Na+浓度从大约20mEq/L线性增加到60mEq/L(Allen J.等人的“Influence of acclimatization on sweatsodium concentration”，J.of Applied Physiology，1971,30(5)：710；Bovell：11；以及Buono：1025)。(0.25μL/cm2/min的出汗率对应20mM/L的Na⁺，0.9μL/cm2/min的出汗率对应55mM/L的Na⁺)。Cl^-浓度大致对应不同出汗率的Na⁺水平，但通常低于20mM(Sato K.等人)。对于适应温暖环境或从事体育锻炼的个体而言，身体再吸收Na⁺的能力得到改善，并且这些个体的出汗特征将倾向于具有比不具备这些条件的个体低大约15mM的Na⁺浓度(Allen J.等人：710)。

K⁺摩尔浓度随着出汗率变化的类似检测揭示了能够用作许多汗液应用(包括测定出汗率)的参考的分析物。与Na⁺和Cl^-不同，汗腺排出K⁺的速率不随出汗率增加而增加，并且K⁺不会被导管显著量地再吸收。结果，K⁺浓度在整个出汗率的范围内保持相对稳定。在可忽略的出汗率的情况下，分泌卷曲中的K⁺浓度对应于约3-4mM的血浆浓度(Baker L.等人的“Comparison of regional patch collection vs.whole body washdown for measuringsweat sodium and potassium loss during exercise”，J.Appl.Physiology，107:887-895，2009)。在出汗率非常低的情况下下，K⁺倾向于以增加的水平进入汗液，即在下降到大约6mM的浓度之前，达到9mM(Sato,K.等人；Bovell：11)。预计其他感兴趣电解质的流失量趋势和比率也将显示对于出汗率的依赖性，这可以通过本发明的汗液感测装置来表征和检测。

参考图1，将本发明所应用的代表性汗液传感装置1置于皮肤12上或皮肤12附近。汗液感测装置可以通过微流体或其他合适的技术流体连接到皮肤或皮肤附近的区域。装置1与读取装置130有线通信110或者无线通信120，读取装置130可以是智能电话或平板电脑或其他便携式电子装置，或者对于一些装置，装置1和读取装置150可以被组合。读取装置还可以与计算机网络进行通信，该计算机网络能够提供对数据库信息进行访问，该数据库信息能够报告装置功能。在优选实施例中，通信152或120不是持续不断的，可以是在开始使用时向装置简单地上传一次性数据，一旦装置完成汗液测量，则从装置周期性地下载数据。

如所公开的，汗液感测装置可以包括多个传感器以改善对汗液分析物的检测，包括容积式出汗率传感器、汗液电导率传感器、pH传感器、GSR传感器、温度传感器、皮肤阻抗传感器、电容式皮肤接近传感器和加速度计。本发明的许多辅助特征可以需要或可以不需要汗液感测装置的其他方面，包括两个或更多反电极、参考电极或附加支撑技术或特征，这些方面都没有在此处的描述中被提及，例如片上实时时钟、片上闪存(即，最小1MB)、Bluetooth^TM、Listnr^TM或其他通信硬件，以及用于处理多个传感器输出的多路器。

本发明的汗液感测装置还包括足够运行装置的计算和数据存储能力，这包括在系统部件之间进行通信的能力，执行数据聚合的能力以及执行能够生成通知消息的算法的能力。装置可以具有不同程度的机载计算能力(即，处理能力和数据存储容量)。例如，所有计算资源可以板载于装置上，或者一些计算资源可以位于装置的一次性部分上，并且附加处理能力位于装置的可复用部分上。或者，该装置可以依赖于便携式、固定式或基于云的计算资源。

汗液传感装置的数据汇总能力可以包括收集由汗液感测装置生成或者传送到装置的所有汗液传感器数据。汇总的汗液传感器数据可以去除个体佩戴者的标识，或者可以与个体佩戴者保持关联。这些数据还可以与外部信息相关联，例如时间、日期、药物、药物敏感性、医疗状况、个体执行的活动、运动水平、体质水平、数据收集期间的心理和身体表现、身体定位、接近重要的健康事件或压力源、年龄、性别、健康史或其他相关信息。

读取器装置或伴随的收发器也可以配置为将速度、位置、环境温度或其他相关数据与汗液传感器数据相关联。收集到的数据可以通过安全的网站门户访问，以便让汗液系统用户能够对目标个人进行安全性、符合性和/或护理监视。由用户监测的汗液传感器数据包括实时数据、趋势数据、或者还可以包括从系统数据库中提取的并与特定用户相关联的汇总汗液传感器数据、用户概况(例如年龄、性别或体质水平)、天气状况、活动、组合分析物概况或其他相关度量。趋势数据，例如目标个体的随时间变化的水合水平，可以用于预测未来的表现或者即将发生的生理事件的可能性。

这样的预测能力可以通过使用相关的汇总数据来增强，这使得随着汇总数据的发展，用户能够将个体的历史分析物和外部数据概况与实时情况进行比较，或者甚至将数以千计的其他个体的类似分析物和外部数据概况与实时情况进行比较。汗液传感器数据也可以用于识别需要额外监测或指导的佩戴者，例如需要额外喝水或坚持药物治疗方案。

由于汗液感测装置可能产生潜在的敏感生理数据，因此一些数据库字段将被例行加密。优选的加密方法是高级加密标准。该装置将访问随机的128位加密和解密密钥，在需要进行数据传输时，该密钥将由伴随读取装置生成和存储。另外，由于一些汗液传感器数据可能频繁地重复，所以通过在每个值的加密之前引入随机初始化矢量来提供额外的保护。这将防止加密的汗液传感器数据中出现可观察的模式。其他的加密方法和步骤可以根据最优方法被应用，如本领域技术人员已知的那样。

参考图2，描绘了本发明的实施例，包括基于悬浮液的参考电极和至少一个基于悬浮液的离子选择性电极。所描绘的实施例包括盒子壳体270，其具有沿微流体通道230布置的多个井272，用于输送汗液通过该装置。该通道包括入口232、出口234和多个离子交换端口236，每个井都具有一个端口。参考电极和离子选择性电极中的悬浮液起到悬浮盐的结构的作用，该结构允许电极和汗液样本之间的离子交换。在一些实施方案中，悬浮材料将是一种或多种水凝胶，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、胶原、明胶或聚亚烷基二醇(PAG)。水凝胶悬浮材料是一种水性聚合物基体，当该材料处于稳定状态时，基本上抵抗流动。这种特性允许盐桥盐和参考盐保留在它们各自的悬浮层中，同时允许电极和汗液样本之间的自由离子交换。在其他实施方案中，悬浮材料是一种或多种触变性化合物，例如煅制氧化硅，其使化合物内的盐溶液机械稳定化，从而促进与汗液样本的自由离子交换。触变性化合物对于某些应用是理想的，因为相对于水凝胶，它们更加能够抵抗气泡的形成，不需要防水密封，并且防止电极流体泄漏到离子交换端口外面。此外，使用触变性化合物支持更典型的制造实践，因为它不需要聚合物基质的热引发或化学引发的交联，即，触变性悬浮液可以直接注入到传感器井中。一些实施方案采用至少一种水凝胶和至少一种触变性化合物作为悬浮材料。在另一个实施方案中(未图示)，只有参考电极是基于悬浮液的，并且ISE由置于PVC或PET基质上的电极上的丝网印刷的离子载体聚合物组成，如在2015年10月15日提交的PCT/US15/55756和在2017年10月16日提交的PCT/US17/56750中所公开的，它们均通过引用的方式整体并入本文。

图3描绘了图2所示的盒子的俯视图，其中相似的附图标记引用于先前附图的相似元件(例如，220和320两者都代表参考电极)。至少一个井372包含离子选择性电极322(示出了九个)并且一个井包含参考电极320。参考电极优选位于离入口332最近的通道的前部，以便在汗液进入通道后尽可能快地运行。在运行中，汗液14流过入口332并进入微流体通道330，在微流体通道330汗液经由离子交换端口336与参考电极320和ISE 322相互作用。由于汗液与每个ISE 322都相互作用，当传感器检测到汗液样本和用于IS目标离子的ISE之间的电位差时，目标离子将通过端口336选择性地交换。根据能斯特(Nernst)方程，然后该装置将检测到的电压转换为目标离子的浓度值。

参考电极320类似地运行，但配置为非选择性地通过它的端口336交换离子，使得电极保持一致且稳定的电压，用于和ISE进行比较。随着时间的推移，ISE 322和参考电极320将从端口336泄漏离子，最终耗尽必需的离子并停止运行。这种离子耗尽的时间是ISE/参考电极的运行寿命。该寿命可以通过例如减小端口336的表面积来延长，这降低了离子离开井的速率；或通过增加井的体积来延长该寿命。

壳体370由刚性的不透水的热塑性塑料，例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”)构成。虽然示出了十个井372，但盒子可以仅包括一个包含参考电极的井。在其他实施方案中，盒子仅包括两个井，例如用于检测Na⁺的ISE井和参考电极井，或者在其他实施方式中，包括多个井以检测另外的分析物，提高准确性或提供冗余度。根据装置的空间要求、人体工程学和其他类似的考虑，井被描绘为长方体形状，但可以采取其他形状，例如具有圆形外边缘的井。井容量受多个变量的影响，包括应用要求或个体ISE/电极要求，如运行寿命。例如，由于为在运行过程中ISE/电极将耗尽离子，所以井体积必须考虑到应用的持续时间要求。对于大多数应用而言，至少20μL的井体积应该足以运行24小时。另外，还必须考虑每个传感器/电极的离子交换特性。参考电极的离子耗尽速度比ISE快得多，因此参考电极的井体积能够比ISE的井大，例如大2倍或者3倍。因此，可以为了每个ISE或参考电极优化井容积，这将转化井372和盒子壳体370的一系列构造、形状和覆盖区。

参考图4，其中相似的附图标记指代先前附图中的相似元件，描绘了本所公开发明的基于悬浮液的ISE传感器。ISE位于盒子的传感器井472内，包括离子交换端口436。传感器包括包含离子选择性材料420的第一层，该离子选择性材料420沉积在传感器井472的基质并且与端口436流体连通。与离子选择性材料流体连通的是水凝胶、触变性化合物或其他悬浮材料层421，其中注入包含目标分析物(例如NaCl)的盐423以检测Na⁺。悬浮材料层内的盐的摩尔浓度将与汗液中目标离子的摩尔浓度成比例，以促进准确的感测。用于低浓度离子(如Mg2⁺或Zn2⁺)的ISE将包含相对于ISE较低的内部分析物浓度的悬浮材料，以获得更充足的离子。例如，如果Na⁺通常以100mM的浓度存在于汗液中，则悬浮物质将含有约100mM的NaCl。相似地，如果Mg2⁺以100μM出现在汗液中，则悬浮物质将含有约100μM的MgCl₂。传感器还包括电极450，该电极450为例如，稳定的Ag/AgCl导线，并且与悬浮材料层421流体连通。电极450优选嵌入悬浮材料中，并且被固定以在装置被穿戴时最小化移动。传感器井472覆盖有由例如PET制成的保护性不透蒸汽层474。ISE传感器可配置为检测以下一种或多种目标分析物：H⁺；Na⁺；Cl^-；K⁺；NH₄ ⁺；Mg²⁺；Zn²⁺；HPO₄ ^2-；和HCO₃ ^-；铵(NH₄ ⁺)。

参考图5，其中相似的附图标记指代先前附图中的相似元件，描绘了本发明的基于悬浮材料的参考电极。参考电极位于盒子的传感器井572内，包括离子交换端口536。传感器包括膜520，该膜520位于端口536与井内容物的其余部分之间。该膜可以是例如径迹蚀刻膜、透析膜、渗透膜或任何允许离子交换的膜，但在其他方面使汗液样本与参考电极孔内容物之间的相互作用最小化。半渗透透析膜将允许井内容物与汗液样本之间的自由离子交换。膜的分子量截止限制可以定制，以提供使参考电极具有足够的性能的离子扩散速度。膜可以具有大小从10纳米到100微米的孔。类似地，径迹蚀刻膜可以具有适当调整的纳米孔尺寸，以促进自由离子交换。另一种方法是使用具有疏水区域和亲水区域的多相膜，该疏水区域和亲水区域配置为通过区域大小和组成的变化，促进自由离子交换。

除了这种化学简单膜之外，也可以使用某些化学复合膜，例如两性离子聚合物膜。两性离子膜可以通过采用标准聚合物骨架并添加两个离子部分(一个是阳离子，另一个是阴离子)来构建。可以改变每种单元链的基团的类型、数量和比率，以相对于每种应用的参考电极优化离子交换。各种氨基酸可作为一般基团获得，而阴离子基团包括硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、硝酸和羧酸；阳离子基团包括取代的芳族胺、胺、过渡金属和类金属。可选地，合适的两性离子膜可以购买现成的。也可以使用离子交换树脂膜，其中带电离子基团连接到聚合物基质上。这种材料能够被修改以促进参考电极所需的快速和选择性离子交换。一些ISE实施例可以包括代替膜520的保护性悬浮层(未图示)。在其他实施例中，基于悬浮液的ISE还包括如所公开的参考电极所描述的那种可调膜(未图示)，以提供应用所需的性能特征。

与膜520流体连通的是盐桥水凝胶、触变性化合物或其他悬浮材料层526，其中注入了倾向于不污染汗液样本(例如MgSO₄)的吸湿且稳定的盐527。与盐桥层526流体连通的是参考悬浮材料层521，其中注入了参考盐523。参考盐必须是高度溶于水且含有参考分析物的盐，例如用于参考分析物Cl^-的KCl。一些实施例包括接触限制屏障525，该接触限制屏障525包括至少一个开口527，并且减少了盐桥悬浮材料和参考悬浮材料之间的接触面积。这种局部屏障通过减缓两种悬浮材料之间的离子扩散来延长参考电极的寿命，并且是类似于隔膜的材料，或者是ABS壳体的延伸。传感器还包括电极550，该电极550与参考悬浮材料层521流体连通。电极550优选嵌入参考悬浮材料中，并且被稳定或固定以在装置被穿戴时最小化移动。传感器井572覆盖有由例如PET组成的不透蒸汽层574。

在一些实施方案中，盐桥悬浮液和参考悬浮液由至少一种水凝胶组成。在其他实施方案中，悬浮液由至少一种触变性化合物(如煅制二氧化硅)组成。在其他实施方案中，至少一种悬浮材料是水凝胶，并且至少一种悬浮材料是触变性化合物。

参考图6，如本文所公开的用于确定电解质流失的汗液感测装置被置于皮肤12上。装置600包括可复用部件602和一次性部件604。一次性部件可以包含导流收集器630或微流体通道(未图示)，该导流收集器630或微流体通道将在装置使用时与皮肤12流体连通。导流收集器将来自皮肤的汗液输送到布置成阵列的多个分析物特定传感器622、624、626和628。所述分析物特定传感器可以包括例如用于Na⁺、Cl^-、K⁺和H⁺的离子选择性传感器。传感器可以是丝网印刷或悬浮材料ISE，如2017年6月29日提交的美国临时申请62/526810中所公开的。在其他实施例中，装置可以使用丝网印刷和悬浮材料ISE的组合，例如参考电极可以是悬浮材料配置，而离子选择性传感器是丝网印刷在电极上的离子载体聚合物。

一些实施例可以包括与收集器630流体连通的导流泵632，以促进汗液流动穿过传感器。其他实施例可以包括多个次级传感器，包括体积式出汗率、微热流率、GSR、汗液电导率、用于皮肤接触测量的阻抗或电容传感器，或温度传感器(未图示)。在其他实施方案中，装置可以包括额外的分析物特定传感器，例如电化学适体传感器或安培传感器，该分析物特定传感器能够测量生物标记浓度，例如指示脱水或应激的生物标记。一次性部件602将流体连接至可复用部件604，并且在一些实施例中将电连接至可复用部件。通过包括可移除粘合剂层、弹性带或皮带、衣服元件，例如压缩套筒等(未图示)的各种手段将该装置固定到佩戴者的皮肤上，只要在装置和皮肤之间保持有足够的流体接触，就可以使得装置运行。

参考图7，本发明的汗液感测装置700的外观图描绘为通过柔性带702固定到佩戴者的皮肤12。可复用部件704将配置为通过各种手段向佩戴者输出通信。例如，装置可以包括一个或多个发光指示器755、756和757，该发光指示器755、756和757可以是相同颜色的或多种不同颜色的，例如一个红色光、一个黄色光和一个绿色光。可选地，LED灯可以配置为可读显示器，或者装置可以包括液晶显示器(未图示)。在一些实施例中，装置可以包括使装置通信输出听觉警报和信号。在其他实施例中，装置可以包括触觉输出信号。不同的输出装置也可以组合使用，以促进在各种应用或环境中与佩戴者的通信。

该装置还将配置为接收来自装置用户或佩戴者的输入。除了从读取装置输入通信之外，装置还可以包括允许来自装置用户的直接输入的部件。例如，装置可以包括中继来自用户的输入的至少一个按钮779。在另一个示例性的实施例中，发光指示器755、756和757可以与输入按钮位于同一位置以允许来自用户的输入。在其他实施例中，该装置可以包括触摸屏，光学输入部件770，例如照摄像头或激光扫描仪，该光学输入部件770配置为读取条形码、QR码或其他视觉输入。一些实施例可以包括近场通信能力，例如RFID通信系统、Bluetooth^TM、Blue Robin^TM、Listnr^TM，并且其他实施例可以经由蜂窝或无线互联网进行通信。这些输入可用于在装置使用之前、开始或期间将关于佩戴者的电解质状态通知给装置。通过提供关于电解质和流体摄入量的信息，通过非出汗方式(例如尿液排出)的电解质或流体的流失或其他相关信息，输入也可以在使用期间改善装置功能。

对于示例性的使用情境，电解质流失监测器700将通过柔性带702固定到长跑运动员的二头肌。佩戴者将使用智能手机来初始化装置，这可以包括输入或从数据库下载关于佩戴者的最近的流体和食物的摄入量、流体流失、近期训练、天气状况或其他相关的输入信息。一旦装置初始化，佩戴者就会开始跑步并开始出汗。装置将基于按时间顺序保证的采样间隔测量佩戴者汗液中的电解质浓度。该装置将处理汗液电解质数据，产生例如汗液电解质浓度、浓度趋势信息或不同的被监测的电解质之间的浓度比率。然后，使用算法，装置将确定电解质流失的估算值与佩戴者反映的预期或正常浓度、趋势或比率的基线值相比较，其中所述基线反映佩戴者概况的相关特征，这可以包括例如个体的皮肤温度、出汗率、心率、年龄、性别、初始水合状态、体重指数、经皮肤蒸发的流体流失、肾脏健康、体质水平、热适应水平、流体吸收速率能力和最近的身体活动、或者与另一人或具有类似的相关特征的人进行比较；或外部因素，如海拔高度、气温和湿度。然后，根据电解质流失的估算值，装置例如通过听觉警报、触觉信号、光信号或这些的组合将结果传送给佩戴者。

所描述的装置输出和物理输入部件可以由佩戴者实时地使用，以通知佩戴者的电解质状态。例如，装置可以显示绿灯，以指示当时只有水被消耗。佩戴者按下绿色指示器按钮，警报关闭，并使装置运行算法以记录标准量的流体摄入，例如8液量盎司。在另一个示例中，装置可以显示红灯，指示对编码或推荐量的电解质的补充的紧急需求。然后佩戴者将编码或推荐的电解质剂量包装，例如商业电解质补充凝胶、饮料或咀嚼物放置在光学扫描器上。扫描仪将读取包装的条形码，使得装置关闭指示灯，并运行算法记录电解质摄入量。一些实施例可以包括RFID通信系统，该系统能够与放置在电解质包装上的RFID标签交互。在另一种情境下，佩戴者可以按压输入按钮779，以通知装置在装置使用期间发生了流体流失事件，例如排尿或呕吐。然后，装置可以更新其电解质状态模型以解释由佩戴者输入的流失的流体和电解质。

本发明的装置的一些实施方案可以包括电流皮肤响应(GSR)传感器，汗液电导率传感器和容积式出汗率传感器，所有这些都可以与同时发生的ISE衍生的汗液离子测量结合使用，以提供改善的汗液离子浓度和出汗率数据。例如，参考图8A，描绘了本公开发明的装置的第一层800a的俯视图。汗液感测装置配置为穿在皮肤12上并且通过由氯丁橡胶、弹力纤维、有弹性的或其他合适的材料制成的柔性带、带或袖套802固定，所述材料能够舒适地将装置保持在皮肤上，同时防止装置相对于皮肤的过度运动。所描述的装置层包括不透水基质870a，该基质870a具有用于感测皮肤电流响应(“GSR”)的多个电极820(示出四个)。这些电极820中的一个或多个还可以配置为包括温度传感器(未图示)。当佩戴装置时，这些传感器穿过基质并与佩戴者的皮肤12接触。该层还包括参考电极822，该参考电极822包括：参考室823，其用于容纳与参考电解质化合物(例如KCl)混合的煅制氧化硅基质；盐桥室825，其包含与盐桥化合物(例如MgSO₄)混合的煅制氧化硅基质；端口836，其允许参考电极与配置在第二层(图8B中所示)上的ISE传感器流体连通；以及电极丝850，其由例如Ag/AgCl制成。在一些实施例中，端口836包括选择性半透膜，如针对上述图5所示的膜520所描述的。参考室823成形为用于改善与电极丝850的离子交换。如所描绘的，该端口836将位于第二层上的ISE的上游，这意味着当新的汗液从身体出现并进入装置时，汗液在到达ISE之前将与参考端口836相互作用。然而，在其他实施例中，端口将位于ISE的下游。第一层还包括入口832，用于将从皮肤12收集的汗液输送到也配置在第二层上的微流体通道。

图8B中示出了装置的所述第二层800b。与第一层一样，该层也包括不透水基质870b。第一层和第二层不一定相对于穿着者的皮肤以所描绘的顺序排列，即，在一些实施例中，第二层可以比第一层更靠近皮肤定位。基质容纳微流体通道830，微流体通道830被构造成接收来自皮肤的汗液并将汗液样本传送到多个传感器。如图所示，一些实施例可以使用微流体织物或芯子而不是通道。传感器包括多个离子选择性电极828(示出了六个)、一个或多个汗液电导率传感器826以及多个容积式出汗率传感器电极或开关824。通道830被切入基质中，或者整个部分将被注塑成型并且随后添加传感器电极。通道具有例如若干nL的容积。一些实施例将包括防气阀或气泡排气部件以防止气泡干扰由电极或其他传感器进行的测量。在运行期间，汗液经由入口832进入通道830，并且沿着箭头14的方向流过通道。一旦汗液到达端口836，汗液进入与参考电极的流体连通，然后与汗液电导率传感器826接触，在这里测量汗液样本的总电解质含量将被测量。随着汗液持续充满通道830，汗液样本将移动穿过ISE 828，ISE 828与电解质的测量汗液浓度的参考(例如，Na⁺、Cl^-、K⁺、Mg⁺等)配合工作。然后汗液将接触体积式出汗率开关824，该体积式出汗率开关824沿着通道以已知的彼此间隔布置，从而确定开关之间的通道容积，例如1nL-5nL。汗液样本关闭附加开关的速率可提供出汗率的值，该速率与充满汗水的通道部分的体积相结合。由于可穿戴装置的空间限制，体积式出汗率通道的运行寿命有限，可能无法覆盖整个应用周期。例如，基于中等高出汗率，即，10nL/min/腺体，本发明的具有约2cm²汗液收集面积的装置将运行约2小时。可以修改通道设计，以便通过改变通道几何形状(长度、横截面、路径的几何形状)、内表面处理或开关间距，以促进单个的应用。一些实施例包括汗液收集泵或储液器(未图示)，或者包括将汗液排出装置的排出装置434。

基质配置为允许GSR电极820穿过第二层，并且当装置被组装时，接触印刷电路板层(未图示)，使得电极促进皮肤12和器件电子器件之间的电连通。装置还可以包括附加层(未图示)，附加层包括用于承载电子器件、通信和处理能力的印刷电路板层、电池、不透水盖子以及其他部件。

通过将同时发生的ISE电解质测量值、GS、汗液电导率、体积式出汗率和皮肤温度组合在单个装置上，本发明提供了超过现有能力的许多优点。这些优势中最主要的是能够促进装置传感器之间的冗余和反馈循环，以提高从装置佩戴者的汗液中获得的信息的质量。如美国申请15/653,494(其通过引用整体并入本文)中所公开的，同时发生的GSR、汗液电导率和体积式出汗率测量提供了出汗率计算的冗余。本发明可以通过使用ISE来提供额外的冗余层。因为Na+和Cl-高的汗液浓度依赖于出汗率，所以这些电解质的ISE衍生浓度可以通过查表、数据库或其他手段与出汗率相关联。总之，这四种传感器模式可以提供复合出汗率估算值，例如，通过计算四个估算值的加权平均值，或者通过使用估算值来创建一个概况。因此，体积式出汗率、GSR衍生出汗率、电导率衍生出汗率和ISE衍生出汗率之间的对比可以被建立，以针对多次使用或单次使用的装置提供个体的校准曲线。

除了冗余之外，ISE衍生出汗率与GSR/电导率/容积式出汗率的这种比较可用于缓解ISE测量中的缺点，反之亦然。例如，本发明的设计的特征在于GSR和汗液电导率传感器将在比ISE更早的时间测量新的汗液，导致需要在不同的传感器模式之间同步测量，以使得相同的汗液样本的测量值被比较。装置也可以解释ISE的相对位置，因为靠近入口832的那些ISE比下游ISE更早看到新的汗液。另外，汗液倾向于聚集在ISE附近，尤其是在出汗减少或不出汗的时期。在ISE附近聚集时，新旧汗液将倾向于在ISE附近的室830中混合，因此在这些时段内由装置记录的ISE浓度的变化主要是由于新旧汗液的混合。因此，当ISE测量或多或少连续测量时，按时间顺序保证的数据将受到更多的限制，并且将与出汗率、ISE电极的表面积和通道容积有关。由于GSR可能是出汗起始、出汗率变化和出汗停止的最敏感的模式，因此GSR读数将用于指示出汗起始、出汗减少或出汗完全停止的时间。类似地，也可以使用其他传感器的测量变化的时间，例如出汗率、汗液电导率或皮肤温度，该测量变化的时间用于改善ISE测量质量。然后，在减少或停止的出汗率期间可以校正ISE测量值，加权的更少或丢弃以考虑传感器响应滞后，并且更多响应的传感器响应模式(即，GSR)可以被更多地加权或专门的使用，以通知出汗率和离子浓度。

ISE测量汗液离子浓度的另一个方面是需要按时间顺序保证的间隔测量。来自其他传感器模式的出汗率测量结合通道830的已知体积可以用于评估由ISE接触的汗液样本是新汗液，旧汗液(即，已经测量的汗液)还是新旧汗液的混合物。例如，体积式出汗率测量结合ISE附近的通道容积可用于设置按时间顺序保证的采样间隔，使得ISE仅测量当汗液样本主要或全部是新汗液时的离子浓度。可选地，装置可以使用出汗率和通道容积来确定汗液样本的新旧汗液的相对混合，并且通过与之前的读数进行比较，确定这种混合汗液样本的新组分的离子浓度。另一种技术方案是在ISE传感器套件中散布参考ISE，例如CI-ISE，以测量正在发生的混合量。在出汗率下降期间，沿通道的浓度变化很可能来自样本的混合，应该通过参考ISE检测。

同样，由于GSR读数由三部分组成(出汗率、汗液离子含量(电导率)和皮肤接触电阻)，ISE离子含量的测量值可用于告之GSR测量值。例如，ISE离子测量值可以被映射到GSR变化以确定出汗率变化或皮肤接触电阻变化的相对贡献。ISE测量还可以校准GSR测量值，以校正GSR皮肤接触电阻部件中的大量人对人以及使用对使用的变化。例如，当汗液感测装置首先被激活并且对佩戴者进行测量时，该装置可以比较ISE离子浓度、汗液电导率和在整个三种GSR出汗状态中的GSR变化。然后，装置可以将Na⁺/Cl^-的浓度与每种状态的GSR/汗液电导率读数相关联，并且通过扩展，计算的出汗率。然后，在随后的周期出汗，装置可以测量的Na⁺/Cl^-的浓度的变化、汗液导电率的变化、和GSR变化来计算基于在适当的出汗状态中感测模式之间的校准关系的出汗率。然后，可以将这种复合出汗率与体积式传感器形成的出汗率进行比较。

由于它们的重叠和互补的属性，四种传感器模式可以协同使用，通过使用连续反馈回路提供改进的电解质流失测量。例如，当获得附加数据时，可以对来自四种模式的瞬时出汗率和离子浓度读数的解释进行改进和更新。如果在时间t0，装置佩带者开始出汗，并且在t1，GSR和汗液电导率传感器开始测量。t1的出汗率测量值必定是一个粗略的估算值，仅基于两种传感器模式。在时间t2，ISE和容积式出汗率传感器首次读数。从这一点来说，可以持续地或多或少地进行ISE、GSR和汗液电导率测量，而体积式出汗率将是周期性的，基于通道中的移动的汗液在随后的开关中行进。在t3，汗液到达第二个体积式开关，并且确定新的出汗率估算值。该装置不仅可以比较不同的传感器模式以产生复合出汗率，而且该装置还可以根据由出汗率指示的按时间顺序保证的采样间隔来回溯以改进先前的ISE测量。然后，可以使用来自时间t2的经校正的ISE测量值来改进在t3处获得的出汗率和离子浓度测量值。在出汗率降低期间，这种改进将尤为重要。

本发明的实施例还可以包括用于确定汗液感测装置是否被个体佩戴的装置，以及它是否处于适当的皮肤接触以允许准确的汗液感测装置读数，如PCT/US15/55756中所公开的，在此整体并入本文。这可以通过GSR电极或通过使用电容式传感器电极来完成，如在消费者可穿戴式健康监测装置和移动计算装置中常用的那样。如果阻抗电极与皮肤接触或变得不足，则可以将其检测为阻抗增加，并且装置可以向用户或另一装置发送警报信号。类似地，电容传感器可以放置在装置的面向皮肤侧的选定位置上，并且可以传达关于装置和皮肤之间的距离的信息。接触不足可能表明装置已被用户取走，或因其他原因已脱离皮肤。

汗液感测装置的皮肤接触传感器也可连续或接近连续地监测装置运行期间的皮肤接触的适当性。不充分的皮肤接触会以多种方式影响传感器读数，例如，气泡可能会进入微流体通道。如果气泡接触到ISE、汗液电导率传感器或体积式出汗率开关，传感器可能会记录不准确的测量值。如果皮肤接触不足，依靠皮肤接触的传感器(如GSR，温度和某些ISE配置)也可能会提供不准确的测量值。在皮肤接触不良或无皮肤接触的时候，装置可能会避免进行测量，或者可能会通过算法解释或加权测量时说明皮肤接触不良或无皮肤接触。该装置还可以与佩戴者或用户通信以告知他们皮肤接触的不足或不存在并提出纠正措施。或者，装置可跟踪装置与皮肤脱离接触并丢弃任何收集的数据的时间段，或推断先前的测量值以桥接装置使用中的间隙。

这是基于实施本发明的优选方法对本发明的进行的描述，然而，本发明本身应该仅由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种汗液感测装置，其用于汗液电解质流失监测，所述汗液感测装置包括：

一个或多个离子选择性电极传感器，其用于测量汗液样本中分析物的特征；

参考电极，其中所述参考电极包括电极、包含参考盐的第一悬浮材料、包含桥盐的第二悬浮材料、参考端口和参考膜；并且其中所述电极与所述第一悬浮材料流体连通，所述第一悬浮材料与所述第二悬浮材料流体连通，所述第二悬浮材料与所述参考膜流体连通，并且所述参考膜与所述参考端口流体连通；

微流体通道，其被配置为使得皮肤、所述离子选择性电极传感器和所述参考端口之间能够流体连通；

一个或多个次级传感器；和

用户界面。

2.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述用户界面是以下中的至少一个：一个或多个灯、视觉显示器、发声部件、触觉部件、触摸屏、一个或多个按钮、光学扫描仪和摄像头。

3.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述离子选择性电极传感器被配置为测量以下中的一个或多个：Na⁺、Cl^-、H⁺、K⁺、NH₄ ⁺、Ca⁺、HCO₃ ^-和Mg⁺。

4.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述一个或多个次级传感器是以下之一：容积式出汗率传感器、微热汗液流率传感器、皮肤电反应传感器、汗液电导率传感器和皮肤温度传感器。

5.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述一个或多个离子选择性电极传感器中的每一个离子选择性电极传感器都包括电极、含有目标分析物盐的悬浮材料、离子选择性材料、离子交换端口和离子交换膜；和

其中所述电极与所述悬浮材料流体连通，所述悬浮材料与所述离子选择性材料流体连通，所述离子选择性材料与所述离子交换膜流体连通，并且所述离子交换膜与所述离子交换端口流体连通。

6.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述第一悬浮材料和所述第二悬浮材料是以下之一：水凝胶和触变性化合物。

7.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述参考盐是以下之一：KCl和LiCl。

8.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述桥盐是以下之一：MgSO₄和MgCl₂。

9.根据权利要求5所述的汗液感测装置，其特征在于，所述目标分析物盐是以下之一：NaCl、KCl和MgCl₂。

10.根据权利要求1所述的汗液感测装置，其特征在于，所述参考膜是以下之一：透析膜、渗透膜、径迹蚀刻膜、多相膜、两性离子聚合物膜、离子交换树脂膜和可调膜。

11.一种使用汗液感测装置监测电解质水平的方法，所述方法包括：

从离子选择性电极传感器接收汗液样本中的一种或多种分析物的一个或多个第一测量值；

从次级传感器接收一个或多个第二测量值；

接收包括以下中的一个或多个的输入：水合状态；电解质状态；流体摄入；流体输出；电解质摄入和电解质输出；

使用所述一个或多个第一测量值、所述一个或多个第二测量值和所述输入生成一组电解质值，所述一组电解质值包括以下中的一个或多个：汗液电解质浓度、汗液电解质浓度趋势、出汗率以及多个电解质之间的浓度比率；

使用所述一组电解质值产生输出；和

传送所述输出。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括将所述一组电解质值中的电解质值与基线值进行比较，其中所述基线值包括以下中的一个或多个：所述汗液感测装置的用户的概况；具有与所述用户类似的相关特征的一个或多个人的概况；外部信息。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基线值基于以下之一：皮肤温度、出汗率、心率、年龄、性别、初始水合状态、体重指数、经皮肤蒸发的流体流失、肾脏健康、体质水平、热适应水平、最近的身体活动、其他一个人或多个人的特征、海拔高度，气温和湿度。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用以下中的一个或多个来计算所述一组电解质值中的电解质值：出汗率测量值、汗液电导率测量值、出汗起始时间、出汗停止时间，出汗率变化时间、汗液电导率变化时间和皮肤温度变化时间。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述输出包括以下之一：所述一组电解质值中的电解质值；对消耗的流体的量的建议；对消耗的电解质的量的建议。