CN108780085A - 先进的电穿孔装置和用于获得生物流体中的分析物的方法 - Google Patents

Abstract

一种收集和感测由于电穿孔而具有增强的分析物浓度的生物流体的方法，包括电穿孔生成生物流体的生物流体腺(14)，以及特异性地感测所述生物流体中的至少一种分析物，所述至少一种分析物的分子量大于50Da。一种可佩戴在用户皮肤(12)上用于接收生物流体的平流的装置(100)，包括生物流体刺激组件(140)、特定于分析物的生物流体传感器(220、222)或生物流体收集元件(230,232)中的至少一个，至少一个电穿孔电极(290)，用于增加分子量大于50Da的生物流体中的至少一种分析物的浓度，对电极(195)，和电穿孔波形发生器，其被配置成使电穿孔电极(290)生成多个电穿孔脉冲并将其引导到皮肤(12)中。

Description

先进的电穿孔装置和用于获得生物流体中的分析物的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请No.62/279,189和62/307,131的优先权，在此该申请的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

针对应用而言，汗液和唾液感测技术具有巨大的潜力，该应用范围从田径、到新生儿学、到药物监控、到个人数字健康，这仅举几例。汗液和唾液含有许多相同的生物标记物、化学物质或溶质，它们在血液中被携带并且可以提供重要信息，使人们即使在任何体征之前也可以诊断疾病、健康状况、毒素、表现和其他生理属性。此外，可测量汗液或唾液本身、出汗或流涎的动作、以及皮肤或口腔粘膜上、及其附近或及其下方的其他参数、属性、溶质或特征，以进一步揭示生理信息。此外，与其他生物流体相比，感测汗液和唾液是相对非侵入性的。

然而，与其在血浆中的浓度相比，诸如分子(例如，100Da至1000Da)和蛋白质(例如，10,000Da)之类的一些溶质在汗液和唾液中被稀释，这通常是由于较大尺寸或过滤时缺乏亲油性的影响。获取(access)并分析汗液或唾液中的这种大分子已被证明是困难的。这些分析物可通过微针获得以进行分析，但微针是侵入性的。这样的分析物也可以通过角质层的电穿孔获取，但是角质层的电穿孔可以引起感染途径，并且可以包括疼痛或不适。因此，需要改进的精细且有效整合和施加汗液刺激、汗液或唾液收集以及汗液或唾液感测的方法来解决这些缺点中的一个或更多个。

发明内容

所公开的发明的实施例提供了汗液或唾液传感器装置，其能够在相同部位进行高性能汗液刺激、电穿孔和/或汗液或唾液感测。所公开的本发明的元件可以组合使用或在某些情况下单独使用。

在一个实施例中，提供了一种收集和感测由于电穿孔而具有增强的分析物浓度的生物流体的方法。该方法包括电穿孔生成生物流体的生物流体腺，以及特异性地感测所述生物流体中的至少一种分析物，所述至少一种分析物具有大于50Da的分子量。

在另一实施例中，提供了一种收集和感测由于电穿孔而具有增强的分析物浓度的唾液的方法。该方法包括电穿孔唾液腺并特异性地感测所述唾液中的至少一种分析物。

在另一实施例中，提供了一种可佩戴在使用者皮肤上用于接收生物流体的平流的装置，其中，所述生物流体是汗液、唾液和泪液中的一种。该装置包括生物流体刺激组件、特定于分析物的生物流体传感器或生物流体收集元件中的至少一个、至少一个电穿孔电极，用于增加分子量大于50Da的生物流体中的至少一种分析物的浓度，对电极，和电穿孔波形发生器，其配置成使电穿孔电极生成多个电穿孔脉冲并将其引导到皮肤中。

附图说明

根据以下详细描述和附图，将进一步理解所公开发明的目的和优点，其中：

图1是根据一个实施例的用于感测生物流体的装置的俯视图。

图2A是沿着图1中的线2A-2A截取的装置的横截面图，示出了与皮肤接触的感测组件。

图2B是图2A中的装置的横截面图，示出了与皮肤接触的刺激组件。

图3是沿图1中的线3-3截取的装置的横截面图，示出了与皮肤接触的刺激组件。

图4是根据一个实施例的图1的装置的感测组件的横截面图，包括用于电穿孔、汗液收集和汗液感测的元件。

图5A是根据一个实施例的图1的装置的感测组件的横截面侧视图，其包括用于电穿孔、汗液收集和汗液感测的元件。

图5B是图5A的感测组件的一部分的横截面俯视图，示出了与皮肤接触的电极元件。

图6A是围绕皮肤表面附近的汗腺管的电场的示意性侧视图。

图6B是图6A的电场的示意性俯视图。

图6C是根据一个实施例的用于电穿孔的交叉型(interdigitated)电极的示意性侧视图。

图7是根据一个实施例的用于感测生物流体的装置的横截面图，该实施例包括用于电穿孔和汗液感测的元件。

图8是根据一个实施例的用于感测生物流体的装置的横截面图，该实施例包括用于电穿孔和唾液感测的元件。

图9是根据一个实施例的用于感测生物流体的装置的横截面图，包括用于电穿孔和唾液收集的元件。

定义

以下定义在汗液和汗腺的上下文中提供，但在本发明的上下文中也适用于唾液、唾液腺、泪液和泪管。

如本文所用，“时序(chronological)保证”是指使用汗液传感器装置测量汗液分析物，使得测量值反映从皮肤中排出(emerge)的新鲜汗液样品中分析物的浓度。相比之下，缺乏时序保证的汗液分析物测量值可能反映出汗液样品中分析物的浓度，该汗液样品由新鲜汗液与旧汗液混合组成。确定时序保证可以考虑特定测量值如何受先前生成的汗液、先前生成的溶质、其他流体或其他污染源的潜在污染的影响。

如本文所用，“连续监测”是指装置提供至少一次汗液测量的能力，所述汗液测量由连续或多次收集确定，并感测该测量或提供汗液随时间的多个测量值。

如本文所使用的，“确定的”可以包括更具体的含义，包括但不限于：在使用装置之前预先确定的东西；在使用装置时确定的东西；以及可能是在使用装置之前和使用装置期间所进行的确定的组合的东西。

如本文所用，“汗液采样率”是以下有效速率：源自汗腺或来自皮肤或组织的新汗液或汗液溶质到达测量汗液或其溶质性质的传感器的有效速率。在某些情况下，汗液采样率可能远远比汗液生成率复杂。汗液采样率直接确定或是确定时序保证的一个因素。时间和速率成反比(速率具有至少为1/秒的部分单位)，因此，再填充汗液体积所需的短时间或较短时间也可以说具有快速或高汗液采样率。汗液采样率(1/s)的倒数也可以解释为“汗液采样间隔”(s)。汗液采样率或间隔不一定是规律的、离散的、周期性的、不连续的或受其他限制。与时序保证一样，汗液采样率还可包括确定先前生成的汗液、先前生成的溶质、其他流体或其他测量污染源对一个或更多个测量值的潜在污染的影响。汗液采样率也可以全部或部分地由溶质生成、运输、流体的平流输送、溶质的扩散输送或影响新的汗液或汗液溶质到达传感器的速率和/或由较旧的汗液或溶质或其他污染源改变的其他因素确定。传感器响应时间也可能影响采样率。

如本文所用，“汗液刺激”是通过任何外部刺激(例如化学、热、光学、电流或其他方法)直接或间接引起汗液生成，其中外部刺激被施加用于刺激汗液的目的。汗液刺激的一个示例是通过离子电渗疗法、扩散、注射、摄取或其他合适的方式给予汗液刺激剂，如毛果芸香碱、乙酰胆碱、乙酰甲胆碱、卡巴胆碱、氨甲酰甲胆碱或其它合适的化学刺激剂。一些汗液刺激剂在几分钟、几小时或更长时间内有效。通常，持久的汗液刺激方法使组件在使用期间的机械重新布置最小化。汗液刺激还可以包括汗腺调节神经轴突反射性出汗，其中刺激部位和汗液生成部位不同，但与汗液反应接近并生理学相关。

如本文所用，“汗液刺激组件”或“汗液刺激组件”是能够局部刺激汗液至大于自然局部速率的速率的任何组件或材料，如果这种刺激不局部施加于身体的话。

如本文所用，“汗液感测组件”或“汗液传感器组件”是能够感测汗液、汗液中的溶质、汗液的特性、由于出汗皮肤的特性、或要感测的与汗液或汗液的原因相关的任何其他特性的任何组件或材料。汗液感测组件可包括例如一个或多个传感器，例如电位计、电流计、阻抗、光学、机械或本领域技术人员已知的其他类型。汗液感测组件还可包括用于其他目的的支撑材料或特征，非限制性示例包括传感器电子信号的局部缓冲或用于汗液管理的附加组件，例如微流体材料。

如本文所用，“汗液生成率”是汗腺自身生成汗液的速率。汗液生成率通常通过来自每个腺的流速(nL/min/gland)来测量。在某些情况下，然后，将测量值乘以从其采样汗液的汗腺数量。

如本文所用，“测量的”可以暗示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。测量的也可以暗示二进制测量，例如“是”或“否”类型测量。

如本文所用，“汗液采样事件”表示每个给定单位时间的汗液样品的数量，其能够被测量并产生生理上有意义的汗液测量值。这些事件可以针对连续的汗液流，相当于汗液采样率。这些事件可以针对不连续的汗液流，例如汗量或汗液生成率足以进行适当的汗液测量的次数。例如，如果一个人每天需要测量三次皮质醇，那么汗液流速可能需要足以在一天中至少三次提供有用的汗液皮质醇测量值，而白天的其他时间可能高于或者低于足够的汗液流速。

如本文所用，“汗液体积”是空间中的流体体积，其可以多种方式定义。汗液体积可以是传感器与汗液生成点之间存在的体积。汗液体积可以包括汗液在以下之间可以占据的体积：皮肤上的采样部位和皮肤上的传感器，其中传感器在其与皮肤之间没有中间层、材料或组件；或皮肤上的采样部位和皮肤上的传感器，其中传感器和皮肤上的采样部位之间存在一个或更多个层、材料或组件。

如本文所用，“溶质生成速率”简单地是溶质从身体或其他来源移动到汗液中的速率。“溶质采样率”包括这些溶质到达一个或更多个传感器的速率。

如本文所用，“微流体组分”是聚合物、纺织品、纸或本领域已知的用于引导流体移动或至少部分容纳流体的其他组分(component)中的通道。

如本文所用，“无汗状态”是指可被汗液润湿、填充或部分填充的空间或材料或表面处于完全或基本上(例如，大于50％)干燥或无汗的状态。

如本文所用，“平流运输”是由于流体的整体运动而由流体引起的物质或守恒量的运输机制。

如本文所用，“扩散”是物质从高浓度区域到低浓度区域的净移动。这也称为物质沿浓度梯度的移动。

如本文所用，“对流”是流体和流变体中分子的基团或聚合物通过平流或通过扩散或两者的组合所进行的协同的、共同的集体运动。

如本文所用，“体积减小的通路(pathway)”是通过添加材料、装置、层、或其他身体外的物质而减少的汗液体积，因此增加了给定的汗液生成率的汗液采样间隔。在某些情况下，该术语也可以与“减小的汗液通路”互换使用，这是汗腺和传感器之间的通路，其在体积方面或在沿着通路的汗液润湿的表面方面减少。体积减小的通路或减小的汗液通路包括通过密封皮肤表面生成的通路，因为皮肤可以吸收或交换汗液中的水和溶质，这可能会增加汗液采样间隔和/或造成污染，这也可以改变汗液采样间隔的准确性或持续时间。

如本文所用，“体积减少的组分”是指减少汗液体积的任何组分。在一些情况下，体积减少的组分不仅仅是体积减小的材料，因为体积减小的材料本身可能不允许适当的装置功能(例如，体积减小的材料需要与体积减小的材料可能损坏或降解的传感器隔离，并且因此体积减少的组分可包括体积减小的材料和至少一种另外的材料或层，以将所述传感器与体积减小的材料隔离)。

如本文所使用的，“机械共同定位”是指一个或更多个组分，一个或更多个组分可以以使得组分耦合或解耦合到皮肤的公共区域(即，一个或两个组分可相对于皮肤的公共区域移动)的方式机械移动或布置，并且使得在至少一个点期间的两个或多个组分由装置同时承载，并且使得至少一个组分在其使用期间由装置连续地承载。术语“机械运动”包括对装置组件的手动运动。例如，一种将刺激组分放在皮肤上、从皮肤上去除刺激组分的装置，然后用一个单独的装置将感测组件放在皮肤上，不符合“机械共同定位”的定义，因为这些组件都不总是由装置承载，如将在所公开的发明中进一步描述的那样。对于第一个示例，“机械共同定位”的定义将通过以下装置来满足：所述装置在装置的使用期间，承载汗液感测组件并且临时集成离子电渗汗液刺激成分，其中，刺激期间的刺激成分被耦合到感测组件耦合到其上的皮肤的至少共同部分。对于第二个示例，“机械共同定位”的定义将通过以下装置来满足：在装置使用期间，该装置承载电穿孔组件和感测组件。

如本文所用，“电穿孔”是指主要为外分泌或顶分泌汗腺管和腺体或其他生物流体腺的电穿孔，并且不包括主要是角质层的电穿孔。多个电穿孔或通路是可能的，例如通过细胞膜的通路、细胞旁通路(包括通过紧密连接)或其他可能的通路。在一个方面，汗液中分析物浓度增加的至少2/3可以是由于汗腺管和汗腺的电穿孔(即，额外的分析物不是源自皮肤表面)。在另一方面，分析物浓度增加的至少9/10可以是由于汗腺管和汗腺的电穿孔(即，不是来自皮肤表面)。这些值可以通过以下来验证：测试有或没有出汗的电穿孔，然后测试有或没有主动出汗的溶质浓度，或通过使用有或没有出汗的皮肤阻抗来估计。这些值也可以通过有或没有一种或更多种用于减少汗液体积的方法来测量汗液中的分析物来验证，该方法可以将汗腺管与皮肤表面分离。如本文所用的电穿孔取决于汗液的流动，和/或充满汗液的汗液体积，以形成溶质能够到达传感器的路径。因此，电穿孔排除了在没有出汗的情况下的电渗透，例如，如先前针对用于透皮葡萄糖监测的Glucowatch Biographer产品所示，其完全依赖于连续施加的DC电压，电流密度为约0.3mA/cm²，以生成流体通路和分析物通量的电渗透。GlucoWatch需要2小时的预热期才能通过电渗透达到稳态葡萄糖通量。下面描述的实施例可以允许分析在几分钟内测量的信号。电穿孔可以使用满足上述电穿孔定义的任何幅度、频率、波形、极性、电流限值、电压限值或其他电压或电流特征或要求。电穿孔通常可以包括将通量电性增强到分析物汗液中的任何现象，这些分析物的摩尔质量大于50Da，并且可以包括在组织或细胞膜中或细胞之间生成的物理孔或通路，或者可以包括允许增加分析物通量的组织或者膜的不稳定。在一些情况下，电穿孔还可以增加小于50Da的分析物(例如离子)的通量。因此，当应用电穿孔以增加大于50Da的分析物的通量时，另外的效果可以是小于50Da的分析物通量的增加。

如本文所用，“电穿孔波形”是用于增加皮肤渗透性的任何波形，其通过在皮肤、组织或细胞结构中生成物理孔隙或使其不稳定而起作用，从而增加进入摩尔质量大于50Da的分析物汗液的通量。这种增加的皮肤渗透性可以持续几分钟。电穿孔可以完全或部分地由一种或更多种电穿孔波形引起。通常，电穿孔波形大约为100至1000V/cm的量级，但不限于此。使用的实际波形可以根据具体应用、电极距离等而变化。电穿孔波形可以是单极或双极的(即，负极和/或正极)。

如本文所用，“追加(chaser)波形”是可以在电穿孔波形之前、电穿孔波形期间(通过波形叠加)或在电穿孔波形之后，或在多个电穿孔波形之间施加的波形。因此，电穿孔可能部分地由一个或更多个追加波形引起。追加波形的目的是通过由电穿孔波形引起的物理孔增强分析物进入汗液的通量，其中汗液的摩尔质量大于50Da。追加波形通常具有、但不必限于组织或细胞上的电压，其低于用于电穿孔波形的电压。追加波形可以是但不限于10到100V/cm的量级。使用的实际波形可能根据具体应用、电极距离等而变化。追加波形可以是单极或双极的。

具体实施方式

所公开发明的实施例旨在能够进行高性能生物流体感测的生物流体感测装置，由此通过电穿孔实现更大的溶质进入。尽管下面描述的各种实施例被描述为特别针对汗液或唾液，即使没有明确提及，该描述也可适用于汗液、唾液和眼泪。尽管关于汗液的讨论集中于外分泌汗腺，但应该认识到，该描述可能适用于其他生物流体腺类型，例如大汗腺、唾液腺或泪腺。大的分析物可以在汗液或唾液中以更高的浓度提取，其中电穿孔以更有针对性、精确的方式进行，并且仅限于衬在口腔中的外分泌汗腺或唾液腺的活组织。对于眼泪，可以在角膜、小管、泪囊或泪管的表面上或附近的任何地方提供电穿孔电极或传感器。这种方法是安全且有效地非侵入性的，因为汗液或唾液的向外流动防止感染，并且如果电穿孔被充分控制，活细胞可以修复任何损伤或快速再生(例如，一分钟或小于一分钟)。当电穿孔对于仅衬在汗腺导管或唾液导管/腺体内的活细胞更具选择性时，可以使能更安全和更可重复/可靠的生物标记物提取和感测机制。此外，如果汗腺主动出汗(例如，填充有导电的咸汗)，则汗液、重复性、可靠性和安全性都可以得到改善。

参考图1，在所公开发明的实施例中，示出了汗液感测装置100，其能够电穿孔汗腺。装置100包括：包括孔110a的第一基板110，第一基板110上的感测组件120，第二基板115，以及刺激和/或电穿孔组件140。第一基板110可以是柔性塑料薄膜，例如PET或纺织品等。第一基板110还可以包括医用粘合剂，以将第一基板110粘附到皮肤12。感测组件120可以是例如用于白蛋白或用于促黄体激素的电阻抗适体或抗体传感器。第二基板115和刺激和/或电穿孔组件140的尺寸设计成可移动通过孔110a。例如，第二基板115的宽度或第二基板115连接到部件140的部分的宽度可以小于孔110a的宽度。第二基板115可以是例如半刚性的塑料膜。组件140被配置为刺激汗液或其他生物流体，并且可以是例如承载具有化学汗液刺激剂的半刚性阿拉伯糖凝胶(aragose gel)的离子电渗疗法电极。刺激组件140也可用于电穿孔。例如，在完成用于汗液刺激的离子电渗疗法之后，可以施加一系列短电脉冲，以引起电穿孔。被配置为感测汗液并对皮肤12进行电穿孔的感测组件120在下面更详细地描述，并且可以包括电子器件、汗液传感器、微流体或其他合适的或改进的元件、设计或特征。

参考图2A，在插入第二基板115之前示出了装置100。如图所示，感测组件120靠近皮肤12或与皮肤12紧密接触。另外，对电极195可以位于第一基板110和皮肤12之间。对电极195可以是例如电穿孔或者离子电渗疗法的对电极。

参照图2B和图3，示出了在以下之后的装置100：在第二基板115和刺激组件140已经机械地移动通过孔110a到达先前由感测组件120占据的皮肤12上的激活位置之后。换句话说，当第二基板115处于激活位置时，刺激组件140占据先前由感测组件120占据的皮肤12的区域。在该配置中，刺激组件140然后可以通过如前所述的例如汗液刺激剂的离子电渗疗法或施加电穿孔来刺激汗液。接下来，从孔110a移除第二基板115和刺激组件140，以使装置100返回到图2A的配置，在图2A的配置中，感测组件120再次与皮肤12接触，并感测受刺激的汗液。基于对汗液的需要、基于测量的需要，或者通过任何方法或时间表(schedule)确定，可以重复该过程。例如，在刺激组件140包括刺激性卡巴胆碱的实施例中，其可以诱导出汗达10小时，可以施加刺激达两分钟(例如，使用图2B和图3中所示的配置)，同时，感测组件120测量汗液9小时58分钟(例如，使用图2A中所示的配置)。第二基板115的机械运动可以由以下实现：使用者(例如，使用手指或专门设计的涂抹器)或通过机械马达、轨道或可以集成到装置100上的其他机械技术。在另一实施例中，刺激组件140和第二基板115可以集成到装置100中并根据需要移入该位置和移出该位置。

第一基板110被配置成：(1)当未插入第二基板115时(图2A)将感测组件120抵靠在皮肤12上，以及(2)当插入第二基板115(图2B和图3)时，将刺激组件140抵靠皮肤12。例如，第一基板可以是弹性的或柔性的，或可以拉伸皮肤12。可替选地或另外地，第一基板110可以包括例如弹簧、海绵或其他合适的材料以提供压力，以将一个或更多个组件抵靠皮肤12进行固定。

进一步参考图3，装置100的组件的机械共同定位可包括保护感测组件120和/或刺激组件140在一个或更多个这样的组件的机械运动期间免于显著损坏的材料、特征或方法。更具体地，在一个实施例中，第二基板115包括凸起部分115a。当第二基板115插入孔110a以及从孔110a移除时，凸起部分115a防止第二基板115刮擦感测组件120的感测表面。应该认识到，在第二基板115的移动期间，可以使用其他技术来保护组件。例如，可以在感测组件120和皮肤12或第二基板115(未示出)之间放置纺织品或微流体。应该认识到，根据所公开发明的装置的配置可以变化。

参考图4，更详细地示出了根据实施例的感测组件120的配置。基板219承载电极290。电极290被配置成将一个或更多个电穿孔电压或波形传递到皮肤12，并因此传递到皮肤12中的汗腺14。应该认识到，在感测组件120包括电穿孔组件(例如电穿孔电极290)的实施例中，组件140可任选地仅用于刺激出汗。对于电极290的电穿孔用途，还需要与身体接触的对电极。因此，在该实施例中，对电极可以是图2A中所描绘的电极195。与电极290与皮肤12的接触面积相比，这种对电极可以具有与皮肤12更大的接触面积，使得皮肤12上的电应力主要限于电极290和皮肤12之间的接触面积。电极290可以可选地配置为执行感测功能。在一个实施例中，电极290可测量皮肤阻抗，其用于确定汗液速率、电穿孔度或皮肤从电穿孔愈合(即恢复)、或电穿孔的逆转。用于电极290的材料包括但不限于金属、导电聚合物、碳或其他合适的材料。电极290可以包括pH平衡组合物或pH缓冲材料(未示出)，以防止在操作期间pH显著变化(例如，由于水在电极处的电解)。

进一步参考图4，基板217承载传感器220、222。基板217可以是例如聚酯。传感器220、222可包括用于感测分析物(诸如离子、分子或蛋白质)的任何类型的汗液传感器。示例性传感器类型包括离子选择性、安培计、比色、适体、抗体、电学、光学、机械或其他合适类型。传感器220、222可以是分析物特异性的(analyte-specific)，并且可以感测相同的分析物或者可以感测不同的分析物。在一个实施例中，感测组件包括至少一个分析物特异性传感器，用于测量汗液中的至少一种分析物，其由于电穿孔而增强汗液中的浓度。通常但不限于此，可通过电穿孔而增加其在汗液中浓度的分析物将具有大于50Da的分子量(例如，不包括诸如K+、Na+和C1-的电解质，其均具有小于50Da的分子量)。在某些情况下，二价分析物虽然很小，但也可能受益于电穿孔。甚至像甘油一样小(92Da)的分析物也在唾液中稀释，并且在高汗液生成率(例如，1nL/min/gland)下，也可以在汗液中稀释。

仍然参考图4，基板219还承载汗液芯吸(wicking)收集器232。芯吸收集器232收集从皮肤12中的腺体生成的汗液，并将汗液运输到传感器220、222。尽管示出了在皮肤12和电极290之间的芯吸收集器232，但应该认识到，电极290和芯吸收集器232的位置可以反转或重新布置。此外，电极290和芯吸收集器232可以组合(未示出)。用于芯吸收集器232的材料可包括但不限于纸、织物、纤维素、珠子、凝胶、微流体或其他合适的材料。还提供芯吸泵230，以接收来自芯吸收集器232的汗液，使得在从皮肤12生成和收集汗液的同时，在传感器220、222上提供连续的汗液流。芯吸泵230可由与芯吸收集器232相似或不同的材料制成。

在一个实施例中，电极290电接地(例如，使用由传感器220、222(未示出)使用的相同电接地)，并且用于电穿孔的电压由位于皮肤12的其他位置的更大对电极(例如，电极195)施加。换句话说，电极参考与所述至少一个生物流体传感器相同的电压电位。结果，传感器220、222不会经历可能干扰或损坏传感器220、222的电穿孔电压。另外或可替选地，装置100中的电子器件(未示出)也可以使用锁定放大、屏蔽或者消除电穿孔电压施加在传感器220、222上的电噪声的滤波方法。

参考图5A和图5B，其中相同的附图标记和特征对应于先前附图的附图标记和特征，示出了感测组件120的示例性配置。感测组件120包括承载传感器320、322的基板317和承载芯吸组件332和电极390的基板319。芯吸组件332具有涂覆有电穿孔电极390的通道332a的网络(例如，六边形网络)。在一个实施例中，芯吸组件332是微复制聚合物，并且电穿孔电极390由亲水金制成。电极390也可以被纹理化，以获得更大的亲水性，还可以用水凝胶(例如琼脂)涂覆，或者例如用亲水性单层涂覆。这些通道332a形成用于减少汗量的芯吸组件。该特定构造具有减少汗液体积的优点，如美国临时申请No.62/196,541中所教导的，其公开内容通过引用整体并入本文。与电极290,195(图2B和图4中所示)相比，对电极395更靠近电穿孔电极390，这可以相对于那些配置降低所需的电穿孔电压。图5B提供了电极395和390与皮肤接触时的俯视图(未示出未与皮肤接触的部分)。具有围绕电穿孔电极390的对电极395有利地为由电穿孔电极390覆盖的更多汗腺14提供均匀的电场。

进一步参考图5A，在所公开发明的一个方面，电穿孔可以通过电穿孔波形发生器控制。例如，电穿孔电极390和对电极395可以耦合到电穿孔波形发生器，其也可以称为控制器。电穿孔波形发生器被配置成通过使电穿孔电极590生成多个电穿孔脉冲来控制施加到皮肤12的电穿孔，所述电穿孔脉冲被引导到皮肤12中。电穿孔波形发生器可以被配置为引起除电穿孔波形外的追加波形的生成。应该认识到，电穿孔波形发生器可以与本文描述的其他方面和特征组合。例如，电穿孔波形发生器可以耦合到装置100的电穿孔电极290和对电极195。

现在描述使用装置100的示例性方法。首先，如图1至图2B所示，在感测组件120占据的位置处诱导汗液刺激。可替选地，可以自然地生成汗液(例如，由于运动、热或焦虑)。其次，感测组件120放置在皮肤12的位置处，其被刺激以生成汗液，例如通过从孔110a移除基板115和刺激组件140。此时，正在发生主动出汗，并且进一步参考图4，所生成的汗液通过芯吸收集器232从皮肤12朝向传感器220、222传输。所收集的汗液的存在可以通过电极290、传感器220、222或通过其他机构感测。一旦确认出汗，电极290由于芯吸收集器232中的汗液是导电的，因此与汗腺14导电。电极290和汗腺14之间的电连接允许汗腺14的电穿孔。电穿孔波形发生器(如图5A所示)可以使电极290生成引入皮肤12的多个电穿孔脉冲。电穿孔可以包括至少一个电穿孔波形，并且可以可选地包括一个或更多个追加波形。一旦实现适当水平的电穿孔，分析物可以平流、对流、扩散、离子电渗、电泳或电渗透传输到传感器220、222。在感测生成的汗液期间，维持由一个或更多个汗腺生成的汗液而引起的平流。换句话说，分析物被转移到传感器220、222，以至少部分地通过大量的汗液流来感测。

应该认识到，电穿孔电压可以基于预期的应用而变化。在一个实施例中，可以以维持一定程度的电穿孔所需的重复脉冲或电压幅度的一定频率施加1至3V双极电穿孔电压达1ms持续时间。在一个实施例中，在500mV或更高的电压下间歇地施加电穿孔。如果汗腺管是针对电穿孔的，则可能需要约2至4V的电压来穿透汗腺管的双细胞内衬(lining)。唾液腺也可能存在类似情况。在2至4V时，电穿孔可以增强来自目标活细胞和组织的溶质的分割达一个或更多个数量级。然而，在皮肤或口腔粘膜的角质层是主要目标的情况下，通常使用约30至100V或更高的电穿孔电压，这对周围细胞的损害更大。在一个实施例中，可以将电穿孔电压增加至以下值，该值允许更大的分析物浓度和/或更大的分析物尺寸，在该尺寸下使用者可以开始感测电压的存在。因此，在这种情况下，可以在放置装置之前或期间，局部或离子电渗法地施用麻木、抗炎或止痛剂(例如唇疹消(Oragel))。

应该认识到，所施加的电穿孔电压的特性可以基于预期的应用而变化。在所公开发明的一个方面，使用各种极性、频率、幅度、波形和改变电穿孔电压应用的其他方法可以增强特定于特定类型或尺寸的分析物的电穿孔。此外，电穿孔可以针对可能来自细胞内或来自组织的细胞外区域的不同比例的溶质增加。例如，与细胞内葡萄糖相比，细胞外葡萄糖可以是进行测量的优选分析物。不同的脉冲幅度和宽度可用于控制进入汗腺或其他目标位置的电穿孔的深度(例如，参见示例4)。例如，可能优选的是，仅仅或主要对真皮导管(dermal duct)进行电穿孔，以便不干扰腺体的分泌部分。应该认识到，施加到皮肤的电压大于到达所需位置的电压(例如，一定长度的真皮导管)。在一个实施例中，设置安全水平，例如不超过重复脉冲的最大频率或最大电压幅度(例如，参见示例4)，以避免损伤皮肤或特定的皮肤结构。根据应用，电穿孔脉冲可以具有不同的持续时间，并且可以是例如小于10s、小于1s、小于100ms、小于10ms、小于1ms、小于100μs、小于10μs、或小于1μs。

电穿孔可以一次、间歇地(例如，AC、脉冲DC等)、连续地或根据电极290的需要施加。在所公开发明的一个实施例中，电穿孔可以周期性地或根据需要施加，而不是连续施加，以减少对身体的压力或减少对分泌线圈的干扰，这可以抑制汗液的生成。关于汗液抑制，持续的电流流入皮肤可以抑制出汗(例如，离子电渗疗法通常用于治疗多汗症)。这可能会对需要汗液刺激的装置应用产生负面影响，特别是在电穿孔更具侵略性以获得进入汗液的更高浓度或更大尺寸的分析物的情况下。在人对电穿孔特别敏感或具有某些生理问题的情况下，可能存在类似需要以减轻压力。现在提供两个示例性实施例。

在所公开发明的一个方面，可以施加一种或更多种类型的波形。如前所述，两种这样的波形包括电穿孔波形和追加波形。例如，电穿孔波形可以作为双极性DC方波(+/-4V)施加，周期为10μs，每个极性共8个脉冲，相当于总共100到200μs的电压施加。可替选地，可以使用0s时正4V、10μs长脉冲，0.5s时-4V和10μs脉冲，重复8次(即总共8秒)来施加具有较低占空比的类似波形。由此生成的小汗腺导管衬里的透化作用通常可持续几分钟。应该认识到，根据所施加的波形、特定目标分析物或其他因素，透化作用的有效长度可以更短或更长。

仅仅因为小汗腺导管的衬里通过电穿孔波形透化，并不意味着大多数或所有分析物将容易地穿过它。因此，在一个实施例中，可以施加追加波形以增加通过小汗腺导管的透化作用衬里的分析物的通量。可以在电穿孔波形之后或之间施加追加波形，以继续或增加进入汗液中的分析物并增加汗液中分析物的浓度。这种增加可能是由于带电分析物或非带电分析物的离子电渗疗法效果，这是由于局部流动和由非带电分析物附近的带电溶质赋予的相关阻力。追加波形可以是AC、DC、脉冲、单极、双极或任何其他合适类型的波形。例如，因为大的分析物在汗液中高度稀释，如果追加波形的第一极性在分析物中被拉入汗腺管的内腔中，则可以在稍后(几毫秒到几秒到几分钟)施加相反的第二极性，其中，因为大的分析物已经从孔隙附近扩散或者通过管腔中的汗液流动而被平流地运走，所以不会明显地从管腔中的汗液中去除大的分析物。

如所公开的，电穿孔组件可以部署多个不同的电穿孔波形和追加波形，并且可以多次部署那些各种电穿孔波形和追加波形。因此，在各种实施例中，电穿孔和追加波形可以是双极的，对于每个极性具有相等的幅度(magnitude)、幅度不对称，或者可以是单极的，并且在极性或幅度上可以是相似的或相反的。此外，因为汗液pH和/或盐度可以改变电穿孔波形和/或追加波形的功效，所以可以根据需要调节这些波形。例如，对波形的调整可以基于与电穿孔组件通信的装置组件进行的一个或更多个测量，包括提供分析物浓度、皮肤阻抗、汗液pH、汗液盐度或其他测量值的测量的传感器。

在所公开发明的一个方面，代替或者除了比较每种分析物的绝对浓度随时间的变化之外，可以测量两种或更多种分析物的浓度比，并且可以比较其随时间的变化。在这方面，对于一些分析物，尤其是较大尺寸的分析物或更稀释的分析物，电穿孔将不能提供与血浆、细胞、细胞内液或其他感兴趣液体中的分析物浓度相似的特定分析物的浓度。两种或更多种分析物将选自那些由于电穿孔(例如，由于相似的尺寸、电荷、亲水性、形状等)而具有与汗液中的类似的浓度增强的分析物。测量和比较参考分析物和目标分析物的浓度比的变化允许确定身体的状况、疾病或其他因素，并且在某些情况下，优选直接测量血液中的分析物本身的浓度。示例性应用包括测量皮质醇和硫酸脱氢表雄酮(DHEAS)的浓度，并测量皮质醇/DHEAS比率，其对于应力监测是有意义的，或确定两种细胞因子(例如，一种促炎症、一种抗炎剂)的比率。在一个实施例中，可以为IL-1β(例如，传感器220)和TNF-α(例如，传感器222)中的每一个提供传感器，随时间比较，其具有相似分子量(17kDa)和类似的有效扩散率，以及它们的比率。细胞因子比率或其他分析物比率的其他示例是可能的。

在所公开发明的一个方面，装置可用于收集汗液而无需用于感测目标分析物的板载传感器。为此，该装置可以仅包括可用于电穿孔和用于收集适当的汗液样品(例如，汗液收集元件)的那些特征和元件，其可以通过装置外部的传感器或技术进行分析。例如，所公开发明的装置可包括用于收集汗液的微流体组件，例如图4中所示的芯吸组件230,232。

参考图6A和图6B，提供了在皮肤12的表面附近的汗腺14的真皮导管和电穿孔期间的电场线16的图，以供参考。随着更大面积或更多数量的导管被电穿孔，将需要更大电压或持续时间的电穿孔。另外，如果电场具有强的水平分量(即，平行于皮肤表面)，则汗腺管可以充当导体，其可以部分地屏蔽其他小汗腺导管以接收足够的电穿孔电压。可以使用各种技术来减轻这种电场的屏蔽。例如，大的对电极允许电场更深的垂直穿透进入体内。另外，对电极的位置影响电场的穿透。在一个实施例中，对电极可以定位在感兴趣的皮肤表面的对面(例如，臂的一侧上定位电穿孔电极，另一侧上定位对电极)。例如，本发明的装置可以通过用作对电极的大的导电包裹织物保持在与皮肤接触的臂上。又例如，一个或更多个对电极可以设置在臂的一个或更多个侧面上，并且电穿孔电极设置在臂的中心上。在一个实施例中，电穿孔元件从与对电极接触的皮肤表面围绕身体或身体部分定位成至少90度。可替选地，如图6C所示，可以散布(或相互交叉)多个电穿孔电极490和对电极495以定位电场。例如，在一个实施例中，在100个腺体/cm²，平均腺体间隔为1mm，交替的电穿孔和对电极可以每500μm距离进行定位。

在所公开发明的一个方面，电穿孔可以施加于皮肤上的多于一个位置，因为电穿孔可以在皮肤上引起应力。在一个实施例中，可以将单个装置(例如，装置100)放置在皮肤上并移动到皮肤上的新位置，使得该装置在多于一个位置感测汗液和电穿孔。例如，元件219、290、232可以在装置100的使用期间在装置100内物理移动到替选位置。可替选地，装置可以包括多组元件219、290、232，其中每组设置在皮肤上的特别的位置处，以将汗液芯吸到公共组的传感器220,222。另一实施例中，装置可以包括多个子组件120，每个子组件120位于皮肤上的特别的位置。在皮肤上的多于一个位置处施加电穿孔可以改善使用者的舒适度。

参考图7，在一个实施例中，其中相同的附图标记和特征对应于先前附图的附图标记和特征，装置500包括由基板517和电穿孔电极590承载的传感器520、522、524。虽然未示出，但应该认识到，装置500可以包括对电极和电穿孔波形发生器。装置500使用自然刺激的汗液操作。提供汗液可渗透膜540和汗液不可渗透材料560以减少装置500的汗液体积(即，传感器520、522、524和皮肤12之间的汗液体积)。在国际专利申请No.PCT/US2015/032893中更详细地描述了减少的汗液体积，其公开内容以引用方式整体并入本文。汗液可渗透膜540涂覆有电穿孔电极590。在汗液不可渗透材料560可能干扰传感器520、522、524(例如，如果汗液不可渗透材料560是油或胶状物)的实施例中，汗液可渗透膜540确保汗液不可渗透材料560不会到达传感器520、522、524。如图所示，汗液570形成穿过汗液不可渗透材料560的通路并填充减少的汗量体积，从而减少皮肤12的与电穿孔电极590提供的波形直接电接触的面积。这可以减少来自皮肤表面、死皮细胞、微生物或其他污染源的污染。皮肤12的直接电接触的面积的减少还可以减少由角质层、毛囊或角质层中的缺陷的任何电穿孔引起的不适或其他不期望的效果。

在所公开发明的一个方面，电极尺寸和与皮肤的接触面积可以设计成缓解由进入皮肤12的电流引起的疼痛或不适的问题。皮肤中的电流引起的疼痛或不适不会根据电流密度与电极面积的关系线性地缩放。接触皮肤的电极面积越小，通常可以使用的电流密度越大，而不会感觉到电流或感觉到疼痛。例如，24cm²面积的电极生成0.08mA/cm²的刺痛，而0.64cm²的电极生成0.4mA/cm²的刺痛(基于皮肤上的位置和人与人不同而变化)。在所公开发明的一个方面，由于减少的样品体积，减少了用于反向离子电渗疗法的与皮肤电接触的面积，如上所述。例如，考虑从已存在的通路中采集生物流体的样本，这些通路是汗液导管，其密度为100glands/cm²。因此，覆盖平均5、10和50个腺体所需的接触面积分别为0.05cm²、0.1cm²和0.5cm²。汗液导管的密度为200glands/cm²，那么覆盖平均5、10和50个腺体所需的接触面积分别为0.025cm²、0.05cm²和0.25cm²。可以覆盖甚至更少的腺体，因此，上述接触面积可以表示所公开发明的一个或更多个实施例的接触面积的上限或下限。这些区域可以是电极本身，或者在电极和皮肤之间存在介入材料或层的情况下，可以表示与皮肤的电接触面积。

进一步参考图7，在一个实施例中，测量和控制电穿孔的量(例如，使用反馈控制)。反馈控制可以包括但不限于通过电极590测量皮肤阻抗或测量由于一个或更多个传感器520、522、524的电穿孔而增加的分析物浓度。例如，电极590和传感器524可以耦合到控制器或计算组件，其被配置为基于传感器524的测量值来控制由电极590施加的电穿孔。反馈控制可以用于维持皮肤阻抗的减少，例如，比没有电穿孔的皮肤阻抗低不超过20％，或不超过50％，或不超过80％。在一个实施例中，可以在电穿孔发生之前测量皮肤阻抗，然后，可以将其与在电穿孔期间或之后测量的皮肤阻抗进行比较，以确定皮肤阻抗的降低。

在所公开发明的一个方面，装置可以配置成仅在可能导致目标分析物的期望增加时施加电穿孔。在这方面，如果没有汗液的存在或流动，则电穿孔对于增加目标分析物的通量是无效的。类似地，即使施加电穿孔，一些汗液生成速率可能如此之高(例如，几nL/min/gland)，使得汗液中的分析物浓度太稀而不能被感测。因此，装置可以以二进制是/否格式来测量来自汗腺导管的汗液的平流(例如，汗液流动或者不流动)或测量汗液流量的量级(例如，汗液生成率以nL/min/gland为单位)。可以通过使用微流体流量计或热流量计或其他合适的方法测量皮肤阻抗、测量汗液钠(Na+)浓度来进行该是/否确定。这种额外的流量测量可以允许仅在有用时(即，在汗液存在时或当发生充分或非过量的汗液流动时)装置才施加电穿孔。为此，流量测量组件可以与装置的电穿孔组件电子通信。换句话说，可以使用来自流量测量组件的反馈来控制电穿孔组件。例如，再次参考图7，在一个实施例中，装置500可以测量汗液生成速率(例如，通过测量阻抗经由电极590)或通过汗液的平流(例如，经由传感器524通过热质量流量感测)。当例如汗液生成速率在约0.1至0.5nL/min/gland之间时，控制器可以仅实施电穿孔。类似地，在一个实施例中，电穿孔的量可以分别随着汗液生成速率增加或减少而增加或减少。

虽然相对于汗液描述了上述实施例，但是所公开发明的实施例不限于此。唾液是一种类似于汗液的生物流体并且被较大的分子和蛋白质稀释。唾液不一定需要刺激(即，它总是流动)，因此，用于感测唾液的装置可以使用或不使用刺激方法，例如上面描述的针对汗液所指定的那些。进一步参考图4，可以将装置放置在口中，装置包含感测组件120。皮肤12表示内衬于嘴中的组织，其可以是电穿孔的。换句话说，当待感测的生物流体是唾液时，对“皮肤”的提及可包括口中的口腔粘膜或其他组织。当将这样的装置放置在舌头下方时，类似于针对外分泌汗腺所描述的那样，可以经由电极290、195对唾液腺进行电穿孔。然后，较大的分析物可以划分到唾液中并由传感器220、222感测。对于唾液，芯吸组件230、232可能是没用的，因为唾液生成速率通常远高于汗液生成速率。在这方面，可以快速地向传感器提供新鲜的唾液，并且当新的唾液出现而没有芯吸组件作用时，该新鲜的唾液被取代。

参考图8，在一个实施例中，示出了唾液感测装置600，其中，装置100中的相同附图标记和特征也在装置600中找到。装置600位于口腔粘膜18上。口腔粘膜18位于唾液腺存在的位置(例如，在舌下)。基板617承载芯吸组件632、传感器620,622和电穿孔电极690。电穿孔通过电穿孔电极690和对电极695实现。电极690和传感器620,622可以处于相同或相似的电位，如先前针对汗液感测示例所描述的。芯吸组件632可以是但不限于亲水性纺织品、海绵、聚合物或允许新生成的唾液到达传感器620,622的其他组件。如前所述，针对汗液感测，附加的机械外壳、粘合剂或本领域技术人员已知的其他特征可以根据需要添加和布置。

与汗液监测装置相比，唾液监测装置对于长期使用来说，在机械上不太舒适或不符合人体工程学。然而，由于唾液总是在口中生成，它可适合于一次性生物标志物分析。结果，仅收集装置(类似于先前针对汗液描述的装置)可能是有用的。

参考图9，在一个实施例中，描绘了装置700，其中相同的附图标记和特征对应于在前面的附图中所示的那些。装置700包括承载芯吸组件730和电极790的基板717。装置700包括将装置700粘附到口腔粘膜18的粘合材料750。芯吸组件730被配置成收集并保持一定量的唾液，该唾液范围可以从10nL到mL的样品范围。基板717可以是唾液不可渗透的聚合物(例如PET)，其防止旧唾液与收集装置700下方新生成的唾液混合。口腔粘合材料750有助于减少或消除口中新旧唾液的混合。口腔粘合材料750可以是本领域技术人员已知的任何合适的口腔粘合剂，其允许根据需要容易放置、固定和移除装置700。在一个实施例中，由电极790,795实现的电穿孔在装置700收集唾液之前或期间发生。对电极795也可以暴露于口腔，其中，通过唾液，它将提供大面积的电接触到口腔组织，因此，通过组织的电流密度较低且不太明显。

所公开发明的实施例至少应用于刺激和测量生物流体(例如，汗液、唾液和泪液)、生物流体内的溶质、从皮肤转移到生物流体中的溶质、皮肤表面上的特性或者物质、或皮肤下的特性或物质的任何类型的生物流体传感器装置。所公开的发明应用于汗液传感装置，其可以采取以下形式：包括贴片、带子、条带、衣服的部分、可穿戴装置或任何合适的机构，其随着汗液的生成而可靠地将汗液刺激、汗液收集和/或汗液感测技术与汗液紧密关联。所公开发明的一些实施例利用粘合剂将装置保持在皮肤附近，但是装置也可以通过其他机构保持，该机构将装置抵靠皮肤，例如条带或嵌入头盔中。所公开发明的某些实施例将传感器示出为简单单独的元件。应当理解，许多传感器需要两个或更多个电极、参考电极或附加的支持技术或特征，这些技术或特征未在本文的说明书中明确描述。传感器优选地是本质上是电学的，但也可以包括光学、化学、机械或其他已知的生物传感机制。传感器可以成对，三倍或更多，以提供改进的数据和读数。以上对所公开发明的各种实施例的描述可能不包括根据应用(例如，电池或用于离子电渗疗法的对电极)对装置运行可能需要的每一和每个组件的描述，尽管应该认识到，这些组件包括在所公开的本发明的范围内。出于简洁的目的并且关注于上述本发明的多方面，这些组件未在图中明确示出或包括在相关描述中。

提供以下示例以帮助说明所公开的发明，并且不以任何方式全面或限制。

示例1

血管加压素(也称为抗利尿激素)是与水合有关的神经脑垂体激素。血管加压素是一种分析物，其分子量大约为1,000Da，因此与较小的亲脂性分子(如皮质醇)相比，可以在汗液中稀释。根据公开的本发明的一个实施例的装置可以不断施加温和水平的电穿孔，以增加汗液中提取的加压素的浓度。首先考虑使用定期电穿孔来监测脱水。在这样的应用中，可能希望通过测量未受刺激的汗液感测部位处的汗液生成速率(例如，通过测量钠(Na)浓度、皮肤阻抗和/或使用流量计)并且还通过测量每小时的脱水生物标记(如血管加压素)来跟踪水分流失。在测量皮肤阻抗、Na+、尿素和血管加压素以监测脱水的情况下，加压素可能是唯一测量的分析物，其中，汗液中的浓度将由于电穿孔而显著增加。因为测量是每小时一次，所以不需要连续电穿孔。因此，电穿孔(如果需要可以在汗液刺激之前进行)可以每小时施加10分钟，这与连续电穿孔相比仅为总电穿孔时间的1/6。结果，电穿孔的总量显著减少。

示例2

促黄体激素(也称为促黄体素，有时也称为毛地黄黄酮(lutrophin))是由垂腺前叶中的促性腺细胞生成的激素，并且在女性中是排卵的标记。促黄体激素大约30,000Da。根据公开的本发明一个实施例的装置，可以每天一次短时间应用中等水平的电穿孔，以增强通过汗液提取促黄体激素，从而感知生成的汗液中的促黄体激素。

接下来考虑使用根据需要电穿孔来测量用于生育力监测的促黄体激素。每天可以应用新装置或装置的新的一次性部分。该装置可以测量汗液中的雌激素和黄体酮或一些其他生物标志物(例如，CI-浓度)，其可用于指示身体的热设定点，进而指示即将到来的排卵。该装置可以根据需要实施电穿孔，以增加汗液中促黄体激素的浓度。根据需要，可以在每天的设定时间或在适当的时间开始电穿孔。例如，在一个实施例中，电穿孔可以由用户在适当的时间启动。结果，在一些情况下，用户的电穿孔可能每月仅发生一次或几次。例如，也可以基于反馈(诸如黄体酮的测量)自动实施电穿孔。

示例3

考虑施加电穿孔以使汗液感测装置测量在汗液的pH和盐度下具有负ζ电位的大蛋白质的实施例。在一个实施例中，可以每秒一次向电穿孔电极施加+0.2V至+0.4V的10ms DC电穿孔脉冲(1/100占空比)，以帮助将该蛋白质传输到汗腺导管中。脉冲可以每秒施加一次，因为例如，在该带负电荷的蛋白质能够在小汗腺导管的透化位置附近重新填充其浓度之前，需要大约一秒钟。在其中带负电荷和带正电荷的蛋白质都被靶向用于电穿孔的实施例中，上述示例性脉冲本质上可以是双极性的(例如，+/-0.2V至+/-0.4V，1/50占空比)。

示例4

该示例显示了如何可以使用不同的脉冲幅度和宽度来控制电穿孔进入汗腺的深度。例如，可以优选的是，仅仅或主要对真皮导管进行电穿孔，以便不干扰生成汗液的腺体的分泌部分。可以使用基本电学模型来确定所需的脉冲持续时间，以使施加到皮肤的电压沿着真皮导管的整个长度达到其施加水平的80％。真皮导管的RC时间常数可估计为33Mohm*0.03nF＝0.0009s，或约1ms(电压变化63.2％)。截止频率因此是1/(2*Pi*1ms)＝160Hz。因此，使用基于逆指数趋势的相同RC时间常数计算，确保80％的电压到达真皮导管底部的脉冲的上升时间为1.4ms。

可以进一步探索该基本电学模型。真皮主要是填充有间质液的开放空间(胶原蛋白)。如果假设真皮导管衬里中平均有两层细胞，则有四个脂质双层进行电穿孔。假设汗腺导管和对电极之间的全电容，由于存在许多脂质双层而导致的实际电容可以小约4X(例如，根据上述计算，需要约350μs的脉冲)。而且，如果该场的大部分是垂直的(即，向下进入皮肤)，则电容将在导管内增加更深。用于独立细胞的电穿孔的常规靶标通常是10μs，但是在电穿孔汗腺的情况下，在一些情况下，所需的脉冲可能更长，以实现电穿孔更深地渗透到汗腺中。

如果电压增加，则脉冲宽度非线性地减小，使得更高的电压可能需要更少的总瓦数，从而减少皮肤上的电应力。例如，从上面计算的350μs脉冲开始，使用V＝Vapp*(1-e(^tRC))将真皮导管底部充电至施加电压的10％的时间为35μs。因此，如果电穿孔波形需要较短的脉冲，则施加的电压可以升高10倍。如果初始电穿孔目标电压约为2V(对于四个双层)，则增加的电压将为约20V，以将导管底部充电至2V，这是用于常规离子电渗疗法的最大电压(典型范围为12V至15V)。现在，假设8个双极脉冲，每个35μs。这将小于1ms的总电应力，这比用于Nanoduct汗液刺激的2分钟少120,000倍的电应力。

在另一示例中，可能希望仅对真皮导管的第一个三分之一进行电穿孔(例如，距皮肤表面0.66mm深)。假设出汗速率为0.3nL/min/gland，其需要1分钟使汗液穿过该真皮导管的上三分之一，并且假设汗液总是在离导管壁7.5μm的距离内(即，非常接近)。在这种情况下，电容下降3倍，电阻下降3倍，RC时间常数下降近10倍。因此，在该示例中，电穿孔脉冲可以减少到仅3.5μs。

作为另一示例，可以施加多个不同的电穿孔脉冲，每个脉冲具有比先前脉冲更高或更低的电压幅度、和更高或更长的脉冲持续时间。例如，可以首先施加直流坡道(DCramp)约200μs，这使得更多的汗腺深度与自然状态相比处于等电位且接近电穿孔的阈值。然后，可以以更短的脉冲(例如，10μs)施加更高频率的电压以引起电穿孔。在此之后，然后可以施加一个或更多个追加波形。在该示例中，电穿孔脉冲将叠加在较低频率或DC波形上。

尽管已经相当详细地描述了具体实施例以说明本发明，但是该描述并不旨在将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制于这些细节。本文讨论的各种特征可以单独使用或以任何组合使用。本领域技术人员容易想到其他优点和变型。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，在不脱离本发明总体构思的范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (42)

1.一种收集和感测由于电穿孔而具有增强的分析物浓度的生物流体的方法，包括：

电穿孔生成生物流体的生物流体腺；以及

特异性地感测所述生物流体中的至少一种分析物，所述至少一种分析物具有大于50Da的分子量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生物流体腺是汗腺，所述方法还包括：

在电穿孔所述汗腺之前刺激汗液。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔包括首先施加电穿孔波形，然后施加追赶波形。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定由所述生物流体腺引起的电穿孔的量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定包括使用传感器测量以下中的至少一个：皮肤阻抗、分析物浓度的变化或来自所述生物流体腺的生物流体的平流。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述传感器与至少一个电穿孔元件通信，所述方法还包括：

基于来自所述传感器的反馈，经由所述至少一个电穿孔元件控制所述电穿孔。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，确定包括：

在电穿孔之前测量第一皮肤阻抗；以及

在电穿孔期间或之后测量第二皮肤阻抗，

其中，电穿孔使得所述第二皮肤阻抗降低不超过所述第一皮肤阻抗的20％、50％或80％中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔所述生物流体腺包括在皮肤上的多个特殊位置处施加电穿孔脉冲。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔包括施加持续时间小于以下中的至少一个的电穿孔脉冲：10s；1s；100ms；10ms；1ms；100μs；10μs；或1μs。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在电穿孔所述生物流体腺之前，确定电穿孔电极是否与所述生物流体腺电接触。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔所述生物流体腺导致生物流体样品中所述至少一种分析物的浓度增加，其中，所述浓度增加的至少2/3来自对皮肤中所述生物流体腺的电穿孔。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔所述生物流体腺引起生物流体样品中所述至少一种分析物的浓度增加，其中，所述浓度增加的至少9/10来自对皮肤中所述生物流体腺的电穿孔。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔包括周期性地施加电穿孔脉冲。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔包括按需地施加电穿孔脉冲。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔包括施加包括负极性和正极性的电穿孔脉冲。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，电穿孔包括施加至少一种电穿孔波形。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，电穿孔包括在施加所述至少一种电穿孔波形之前、期间或之后施加至少一种追赶波形。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，感测包括感测所述生物流体中的第一分析物并且感测所述生物流体中与所述第一分析物不同的第二分析物，所述方法还包括：

比较所述第一分析物的浓度与所述第二分析物的浓度。

19.一种收集和感测由于电穿孔而具有增强的分析物浓度的唾液的方法，包括：

电穿孔唾液腺；以及

特异性地感测所述唾液中的至少一种分析物。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，电穿孔包括首先施加电穿孔波形，然后施加追赶波形。

21.根据权利要求19所述的方法，还包括：

使用与至少一个电穿孔组件通信的传感器测量电穿孔的量。

22.一种装置，所述装置可佩戴在使用者皮肤上以用于接收生物流体的平流，其中，所述生物流体是汗液、唾液和泪液中的一种，包括：

生物流体刺激组件、特定于分析物的生物流体传感器或生物流体收集元件中的至少一个；

至少一个电穿孔电极，用于增强分子量大于50Da的生物流体中至少一种分析物的浓度；

对电极；以及

电穿孔波形发生器，被配置为使得所述电穿孔电极生成多个电穿孔脉冲并将其引导到皮肤中。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，每个所述电穿孔脉冲的持续时间小于以下中的至少一个：10s；1s；100ms；10ms；1ms；100μs；10μs；或1μs。

24.根据权利要求22所述的装置，还包括：

至少一个传感器，用于测量来自所述皮肤的生物流体管道的生物流体的平流。

25.根据权利要求24所述的装置，其中，用于测量平流的所述至少一个传感器与所述至少一个电穿孔电极进行电气通信。

26.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极引起生物流体样品中所述至少一种分析物的浓度增加，其中，所述浓度增加的至少2/3来自对皮肤中生物流体管道和生物流体腺的电穿孔。

27.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极引起生物流体样品中所述至少一种分析物的浓度增加，其中，所述浓度增加的至少9/10来自对皮肤中生物流体管道和生物流体腺的电穿孔。

28.根据权利要求22所述的装置，还包括：

用于减少所述装置内的生物流体体积的以下组件中的至少一个：芯吸组件或生物流体不可渗透的填充材料。

29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述芯吸组件与所述至少一个电穿孔电极进行流体通信。

30.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极参考与所述至少一个生物流体传感器相同的电压电位。

31.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极与皮肤的接触面积小于与所述对电极的皮肤的接触面积。

32.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极与皮肤的接触面积小于0.05cm²、0.1cm²或0.5cm²。

33.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极至少与所述对电极平行或部分被所述对电极包围。

34.根据权利要求22所述的装置，还包括：

多个电穿孔电极和对电极，其被散布以定位电场。

35.根据权利要求22所述的装置，还包括：

面向皮肤的第一表面的至少一个对电极，

其中，所述电穿孔电极面向皮肤的第二表面，所述第二表面从皮肤的所述第一表面旋转90度或更多。

36.根据权利要求22所述的装置，还包括：

麻醉剂、抗炎剂或止痛剂中的至少一种。

37.根据权利要求22所述的装置，还包括：

至少一个电穿孔传感器，用于测量皮肤中生物流体管道或生物流体腺引起的电穿孔的量。

38.根据权利要求37所述的装置，其中，所述电穿孔传感器测量皮肤阻抗或分析物浓度变化中的至少一个。

39.根据权利要求37所述的装置，其中，存在没有电穿孔的第一皮肤阻抗和具有电穿孔的第二皮肤阻抗，并且所述电穿孔传感器和所述电穿孔电极进行通信，使得第二皮肤阻抗减少不超过第一皮肤阻抗的20％、50％或80％中的至少一个。

40.根据权利要求22所述的装置，其中，存在至少两个分析物特异性传感器，用于测量生物流体样品中至少两种分析物的浓度，其中，所述生物流体样品中所述分析物的浓度通过电穿孔增加。

41.根据权利要求22所述的装置，其中，所述至少一个电穿孔电极生成以下中的至少一种：电穿孔波形或追赶波形。

42.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电穿孔电极与用于以下的至少一个传感器进行通信：分析物浓度、皮肤阻抗、生物流体pH或生物流体盐度。