JP2023099322A - ウェアラブル生物流体体積および組成測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ウェアラブル生物流体体積および組成システムが提供される。【解決手段】ウェアラブル生物流体体積および組成システムは、汗収集チャネルとして構成されたマイクロ流体チャネルを有するマイクロ流体可撓性流体捕捉基板を含み、人体に着用されて生物流体を収集および感知するように構成される。マイクロ流体可撓性流体捕捉基板は、複数の導電トレースおよび電極をさらに有する。マイクロ流体可撓性流体捕捉基板に電子モジュールが取り付けられ、電子モジュールは、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板によって収集された生物流体からのデータを測定および分析し、分析されたデータをスマートデバイスへ伝送するように構成される。【選択図】図１

Description

[001]本発明は、一般に、１人または複数の人物に関する生物流体速度、生物流体損失、生物流体体積、生物流体組成、および／または生化学情報を収集、測定、および／または監視するためのウェアラブル流体システムに関する。詳細には、本発明は、生物流体体積、速度、およびバイオマーカ組成を連続して測定および／または監視するための改善されたウェアラブル流体収集デバイスに関する。そのような生物流体には、それだけに限定されるものではないが、汗、創傷滲出液、血液、間質液、および尿が含まれる。バイオマーカには、それだけに限定されるものではないが、ナトリウム、塩化物、細菌負荷、ウイルス負荷、ｐＨ、グルコース、ラクテート、コルチゾール、ホルモン、サイトカイン、および他のタンパク質が含まれる。

[002]消費者、産業労働者、運動選手、軍事要員、消防士、心不全患者、腎不全患者、糖尿病患者、嚢胞性線維症患者、精神病患者、早産児などのための電解質、微量栄養素、化学的毒素、重金属、および代謝産物の実時間監視へのアクセスは、敗血症、アシドーシス、貧血症、高ビリルビン血症、および進行中の脱水の徴候を含む、脱水症、他の生命を脅かす状況、および疾患のリスクを緩和するために重要である。

[003]産業労働者、運動選手、軍事要員、および救急隊員にとって、活動中に流体、電解質、および他の本質的な体内成分が喪失および消費される速度を監視することは、脱水症、低ナトリウム血症、または高ナトリウム血症による負傷または死亡のリスクを低減させるために不可欠である。多くの場合、これらの流体の体内成分の損失を測定するために利用可能なツール、たとえば体重を測定するための体重計、およびイオン組成を測定するための高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）は、かさばって携帯性がない。これらの制限により、最適な時間、すなわち監視されている人物が最も活動しているときには、流体損失の測定が妨げられる。実時間監視は、差し迫ったリスクを個人に警告して、使用者が予防策を講じること、またはその環境から身を遠ざけることを可能にすることができる。

[004]実時間のデータ収集および監視を伴うポイントオブケアの着用可能センサは、生体分析物レベルを非侵襲で能動的に測定する可能性があり、日常的な治療および代謝産物の管理を実験室から遠隔の現場環境、救急もしくは集中治療環境、または家庭へと移すことができる。いくつかの形態のウェアラブル電子間質液および汗分析システムでは、バイオマーカ濃度を監視するために電気化学手法を利用しているが、実時間の監視または分析は可能でない。

国際公開第２０１９／０２３１９５号 （PCT/US2018/043430）

[005]したがって、データの実時間の分析および収集を可能にし、現在の汗収集システムおよび従来の着用可能センサの制限を克服し、高品質であり、実時間データを送達し、健康監視システムまたは作業環境監視システムの容易にアクセス可能な構成要素であり、作業者、運動選手、患者などを実験室または診療所の外で実時間で監視するために必要とされる診断を提供し、収集されたデータを臨床医、データ収集システム、および／または集中レポシトリへ能動的に報告することができる、改善されたデータ伝送システムを有する改善されたウェアラブル汗監視システムを提供することが望ましいはずである。

[006]本発明は、生物流体体積、速度、およびバイオマーカ組成を連続して測定および／または監視するための改善されたウェアラブル汗収集デバイス、ならびにそのようなデバイスを使用するシステムに関する。

[007]本明細書に記載する装着式の汗および／または生物流体監視システムは、生物流体のバイオマーカ、体積、場所、および温度を瞬時に、またはある期間にわたって、測定することができることが有利である。ウェアラブル汗収集システムは、ウェアラブル無線電子測定モジュールと、電極または電気化学センサアレイが埋め込まれた相補形のウェアラブル可撓性使い捨てマイクロ流体基板または吸湿材とから構成される。

[008]一実施形態では、ウェアラブル生物流体体積および組成システムは、汗収集チャネルとして構成されたマイクロ流体チャネルを有するマイクロ流体可撓性流体捕捉基板を含み、人体に着用されて生物流体を収集および感知するように構成される。マイクロ流体可撓性流体捕捉基板は、複数の導電トレースおよび電極をさらに有する。マイクロ流体可撓性流体捕捉基板に電子モジュールが取り付けられ、電子モジュールは、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板によって収集された生物流体からのデータを測定および分析し、分析されたデータをスマートデバイスへ伝送するように構成される。マイクロ流体可撓性流体捕捉基板はまた、可撓性基板体を含み、可撓性基板体は、第１の外向き表面および第２の皮膚向き表面を有し、その皮膚向き表面に、着用者の皮膚に付着する縞状の接着剤が位置し、縞状の接着剤は、汗がマイクロ流体可撓性流体捕捉基板の下に蓄積することを防止する流体チャネルを画定する。

[009]本発明の様々な態様は、添付の図面を考慮して読めば、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。

[010]図１は、使用者の前腕上に示されている本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの第１の実施形態の平面図である。 [011]図１Ａは、図１に示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの拡大平面図である。 [012]図１および図１Ａに示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの分解斜視図である。 [013]図１、図１Ａ、および図２に示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの電子モジュールの簡略化された回路ブロック図である。 [014]図４Ａは、汗伝導率を測定するように構成された回路の一実施形態の回路図である。 図４Ｂは、汗伝導率を測定するように構成された回路の一実施形態の回路図である。 [015]図５Ａは、汗充填体積を測定するように構成された回路の一実施形態の回路図である。 図５Ｂは、汗充填体積を測定するように構成された回路の一実施形態の回路図である。 [016]図１、図１Ａ、および図２に示す可撓性流体捕捉基板の第１の実施形態の拡大平面図である。 [017]図７Ａは、透明基板上に形成された電極アレイおよびトレースを示す平面図である。 [018]図７Ｂは、不透明な基板層に付着させられた図７Ａに示す電極アレイ、トレース、および透明基板を示す平面図である。 [019]図７Ｃは、リボンケーブルを示す、透明基板上に形成された電極アレイおよびトレースの一実施形態の一部分の平面図である。 [020]図１、図１Ａ、図２、および図６に示す可撓性流体捕捉基板の第２の実施形態の斜視図である。 [021]図９は、図１、図１Ａ、図２、および図６に示す可撓性流体捕捉基板の第３の実施形態の分解図である。 [022]図９Ａは、組み立てられた状態で示されている、図９に示す可撓性流体捕捉基板の上面図である。 [023]図９に示す可撓性流体捕捉基板とともに示されている、図１、図１Ａ、および図２に示す電子モジュールの第２の実施形態の分解図である。 [024]図１、図１Ａ、図２、および図６に示す可撓性流体捕捉基板の第４の実施形態の斜視図である。 [025]電気接続ピンを示す、図１、図１Ａ、および図２に示す電子モジュールの第３の実施形態の一部分の斜視図である。 [026]見やすいように外層が部分的に剥ぎ取られた状態を示す、透明基板上に形成された本発明による電極アレイおよびトレースを有する創傷治療用包帯の一実施形態の平面図である。 [027]図１４Ａは、トレースおよび電極アレイの第１の代替実施形態の図である。 [028]図１４Ｂは、トレースおよび電極アレイの第２の代替実施形態の図である。 [029]本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態の使用に関連付けられたスマートウォッチフェイスディスプレイの例の図である。 本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態の使用に関連付けられたスマートウォッチフェイスディスプレイの例の図である。 本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態の使用に関連付けられたスマートウォッチフェイスディスプレイの例の図である。 本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態の使用に関連付けられたスマートウォッチフェイスディスプレイの例の図である。 本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態の使用に関連付けられたスマートウォッチフェイスディスプレイの例の図である。 本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態の使用に関連付けられたスマートウォッチフェイスディスプレイの例の図である。 [030]創傷滲出液湿度測定データフローの一例を示す流れ図である。 [031]失禁湿度測定データフローの一例を示す流れ図である。 [032]作業者安全データフローおよび関連付けられた提案される行動指針の一例を示す流れ図である。 [033]ばね付勢式の電気接続ピンがマイクロ流体可撓性流体捕捉基板に接触していることを示す、図１、図１Ａ、および図２に示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替実施形態の第１の概略側面図である。 [034]電気接続ピンと第１および第２の温度センサとの間の熱抵抗を示す、図１９に示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替実施形態の第２の概略側面図である。 [035]第１および第２の温度センサとプリント回路基板上の他の熱放出電子構成要素との間の熱抵抗を示す、図１９および図２０に示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替実施形態の第３の概略側面図である。 [036]図１９～図２１に示す連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替実施形態の断面の側面斜視図である。 [037]図１、図１Ａ、図２、図６、および図９に示す可撓性流体捕捉基板の第４の実施形態の分解図である。 [038]図２２に示すウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替実施形態とともに組み立てられた状態で示す、図２３に示す可撓性流体捕捉基板の上面図である。 [039]図２４Ａは、危険のある使用者状態を示す、スマートフォンアプリグラフィカルユーザインターフェースの第１の例の平面図である。 [040]図２４Ｂは、ＯＫの使用者状態を示す、スマートフォンアプリグラフィカルユーザインターフェースの第２の例の平面図である。 [041]１群の使用者から収集された集約汗データの最終使用者への集約汗データの流れの一例の概略図である。 [042]図２６Ａは、可撓性流体捕捉基板上に形成されたラッチを示す、図２３に示すウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替実施形態の斜視図である。 [043]図２６Ｂは、図２６Ａに示すウェアラブル生物流体体積および組成システムの代替斜視図である。 [044]図２６Ｃは、電子モジュールがラッチに挿入されている状態を示す、図２６Ａおよび図２６Ｂに示すウェアラブル生物流体体積および組成システムの側面図である。

[045]以下の定義は、本発明の文脈における特定の用途を明らかにするために提供される。
[046]流体基板およびマイクロ流体基板という用語は、たとえば自発的毛管作用または能動的作動を介して基板を通るまたは基板内の体液の輸送を提供することなど、マイクロ流体機能を呈する基板の上または中に配置された１つまたは複数の構成要素のための機械的支持を提供すること以外の少なくとも１つの機能または目的を有するデバイスの基板構成要素を指す。

[047]吸湿基板という用語は、１つの表面から離れる方へ湿気を吸い上げるように設計された基板を指す。
[048]流体チャネルという用語は、流体が流れるための溝または通路を指す。

[049]流体リザーバという用語は、流体チャネルからの流体が流れ込むことができる凹部または空洞を指す。
[050]電気化学という用語は、化学変化と電気エネルギーとの間の相互作用について記述する記述用語である。これは、電流または電圧が化学反応によって生成されるプロセスまたは方法について記述することを含む。

[051]電極アレイという用語は、幾何学的構造で配置されたいくつかの電極対を指す。
[052]スマートデバイスという用語は、第三者の提供者からのカスタムアプリケーションを有することができる無線接続デバイスを指し、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）などのスマートフォン、もしくはＡｎｄｒｏｉｄ（商標）オペレーティングシステムを実行する電話、ｉＰａｄ（登録商標）などのタブレット、またはＡｐｐｌｅウォッチなどのスマートウォッチを含む。

[053]生物流体という用語は、生物学的流体を指す。生物流体は、尿もしくは汗などの排出されたもの、母乳、創傷滲出液、もしくは胆汁などの分泌されたもの、血液もしくは脳脊髄液などの針によって得られたもの、水疱液および嚢胞液などの病理学プロセスの結果として生じたもの、または他の方法によって得られたものとすることができる。

[054]図１および図１Ａを次に参照すると、連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの第１の実施形態が、全体として１０で示されている。連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０は、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板１４の第１の実施形態に取り付けられた電子モジュール１２の第１の実施形態を含む。

[055]本発明による連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０、ならびに本明細書に開示するその代替実施形態は、測定データを記憶することができ、推奨値を計算することができ、かつ／あるいはデータおよび／または評価を集中レポシトリまたはスマートフォン、タブレット、ウォッチ、もしくはパーソナルコンピュータなどのローカル電子デバイスへ無線で伝送することができる。

[056]図１に示すように、連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０は、図１に示す使用者の前腕１６など、使用者の体に直接着用することができる。
[057]図１Ａおよび図２に示すように、電子モジュール１２は、電子モジュール１２内に取り付けられたベース１８、カバー２０、およびプリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリ２２を含む。ベース１８およびカバー２０は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの任意の所望の硬質プラスチック材料から形成することができる。

[058]示されているカバー２０は透明材料から形成されているが、透明材料が必要とされるわけではない。別法として、ベース１８および／またはカバー２０は、静電散逸性グレードのアセタール共重合体、たとえばＧｒｉｌｏｎ ＴＳＣ－１０／４ＥＣブラック９８３２またはＨｏｓｔａｆｏｒｍ（登録商標）ＥＣ１４０ＣＦ－１０などの任意の他の硬質プラスチック材料から形成することができ、不透明、半透明、または透明の材料から形成することができる。加えて、ベース１８およびカバー２０は、比較的薄くすることができ、たとえば約１ｍｍ～約２ｍｍの範囲内の厚さを有することができる。

[059]ベース１８およびカバー２０は、使い捨てまたは再利用可能として設計することができることが理解されよう。加えて、カバー２０は、シリコーンなどの軟質の、曲げやすい、または可撓性の材料から形成することができる。

[060]ＰＣＢアセンブリ２２は、後述するように、ＰＣＢ１９、マイクロコントローラ、および他の必要とされる機能的電子構成要素２３を含み、そのような電子構成要素２３は、ＰＣＢ１９に取り付けられており、電子モジュール１２を動作させるために必要である。図２に示すように、ＰＣＢアセンブリ２２は、オン／オフボタン２１および電気ソケット２４を含む。示されている電気ソケット２４は、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）ソケットである。別法として、電気ソケット２４は、任意の所望の従来の電気ソケットとすることができる。

[061]可撓性流体捕捉基板１４は、人体に着用されるように構成することができ、可撓性基板体１５を含み、可撓性基板体１５は、第１の外向き表面２６と、第２の皮膚向き表面２８と、可撓性基板体１５内に形成された１つまたは複数の汗収集またはマイクロ流体チャネル３０とを有する。各マイクロ流体チャネル３０は、汗入口ポート３２を画定する第１の端部と、汗出口ポート３４を画定する第２の端部とを有する。皮膚向き表面２８は、着用者の皮膚に付着する接着剤を含み、皮膚向き表面２８は、それだけに限定されるものではないが、空気／酸素不透過性材料を含む、任意の所望の可撓性材料から形成された取外し可能な接着ライナ（図９に１３４で示すものなど）によって覆われる。示されている可撓性流体捕捉基板１４には図示しないが、可撓性流体捕捉基板１４内に１つまたは複数の流体リザーバを形成することができる。そのような流体リザーバは、流体チャネルからの流体が流れ込むことができる凹部または空洞として構成することができる。

[062]図１に示すように、可撓性流体捕捉基板１４は、人体の輪郭と共形となるように構成される。
[063]皮膚向き表面２８では、汗が皮膚にたまりまたは蓄積してマイクロ流体チャネル３０に押し込まれる区域を提供するために、入口ポート３２の周りの区域は、接着剤を含まない区域とすることができる。

[064]可撓性流体捕捉基板１４は、それだけに限定されるものではないが、シリコーン、透明ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、および熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を含む所望の可撓性材料から、３層または５層などの１つまたは複数の層で形成することができる。可撓性流体捕捉基板１４を形成することができる方法の例は、開示が参照により本明細書に組み込まれている、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ１８／４３４３０に記載および図示されている。

[065]可撓性流体捕捉基板１４の片面または両面、すなわち外向き表面２６および皮膚向き表面２８に、電極アレイ内に形成された電極３５、および／または１つもしくは複数の電気トレース３６を印刷することができ、これは印刷された電極３５および電気トレース３６のアレイが生物流体に接触する可能性がある場合に行われる。可撓性流体捕捉基板１４に切り込まれたビアホール（図示せず）の使用によって、および可撓性流体捕捉基板１４の頂層と底層との間の電気接続を閉じるビアフィル（図示せず）を介して、電気接続が維持される。このようにして、マイクロ流体チャネル３０内の流体との接触を回避するようにトレース３６を経路指定することができ、したがってトレース３６上の誘電体被覆層の必要をなくすことができる。別法として、トレース３６は、トレース３６がＭｉｌｌ－Ｍａｘ ８ｘｘシリーズのばね荷重式コネクタ（図１１に１８０および図１２に１８４で示すものなど）、またはＢｏｕｒｎｅｓ ７０ＡＡシリーズのコンタクトワイプコネクタ（図示せず）などの特定のタイプのコネクタ（図示せず）に適合するように経路指定することができる。一実施形態では、電極アレイ（図示せず）の電極３５およびトレース３６は、可撓性基板体１５上に印刷された伸縮性の銀ペーストから形成される。別法として、電極３５およびトレース３６は、それだけに限定されるものではないが金を含む、任意の所望の導電性材料から形成することができる。

[066]リボンケーブル３８が、可撓性基板体１５から外方へ延び、基板体１５と同じ材料から形成される。トレース３６の部分が、リボンケーブル３８上に形成される。リボンケーブル３８内のトレース３６の遠位端が露出され、導電性のコネクタパッド３９を画定する。図６に示すように、リボンケーブル３８は、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）コネクタ４０を含むことができる。別法として、リボンケーブル３８は、それだけに限定されるものではないが、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）式コネクタ、導電性マイクロフックおよびループから形成された垂直式接続、ならびにｚ軸導電性テープなどの導電性接着剤転写テープを含む、他のコネクタを含むことができる。リボンケーブル３８がｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）コネクタ４０を含むとき、リボンケーブル３８の遠位端は、補強材４１を含むことができ、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）ソケット２４と噛み合うように構成されたガスケット４４も含むことができる。

[067]所望される場合、電極３５などの任意の露出された電極または電極パッドは、イオン／電気障壁において接合部電位を低減させるために、または低い接合部電位を提供するために、追加のＡｇ／ＡｇＣｌ被覆を有することができる。別法として、任意の露出された電極は、電極を非極性にして低い接合部電位を有するようにする任意の材料で被覆することができる。

[068]トレース３６がマイクロ流体チャネル３０内の流体に接触したときに、可撓性基板体１５内のマイクロ流体チャネル３０への故意でない電気経路を防止し、したがって信号経路を可能にするために、電極３５およびトレース３６に誘電体被覆を施すことができる。

[069]可撓性基板体１５内に形成された１つまたは複数のマイクロ流体チャネル３０は、必要ではないが、汗の流れを減衰させるために特有のチャネル幾何形状を組み込むことを含むことができることが理解されよう。そのような幾何形状の例には、それだけに限定されるものではないが、着用者の発汗速度または排出に関係しない逆流および／または過度の汗の動きを防止するように設計されたバフル、バルブなど（図示せず）が含まれる。

[070]所望される場合、センサ、電極、銅もしくは導電性金属の電極、印刷された導電性電極、および／または導電性電極のアレイを備えるサブアセンブリ（図示せず）を、可撓性基板体１５の１つまたは複数の層内に形成することができ、マイクロ流体チャネル３０内に露出または形成することができ、マイクロ流体チャネル３０を通って進む流体に接触するように位置決めすることができる。

[071]図１Ａにも示すように、電子モジュール１２は、収集されたデータを、図１に概略的に示すスマートデバイス４６へ無線で伝送するように構成される。Ａｐｐｌｅウォッチなどのスマートデバイス４６上に表示することができる収集および／または計算されたデータのタイプの例が、図１５Ａ～図１５Ｆに示されている。

[072]図３を次に参照すると、簡略化された回路ブロック図が４８で示されており、再利用可能な電子モジュール１２の機能ブロックを示す。電子モジュール１２は、電力マネージャ４９に接続された電池４７によって電力供給されており、データを連続して測定してロギングすることができ、２．４ＧＨｚＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）５．１トランシーバ５０などのトランシーバを介して、ネットワーク化された中心ハブ（図示せず）および／またはスマートデバイス４６へそのデータを無線伝送することが可能である。別法として、ＡＮＴ、８０２．１１、Ｚｉｇｂｅｅ、およびＩＥＥＥ ８０２．１５．４規格に基づくトランシーバを含む他のトランシーバなどの他のデータ伝送手段を使用することもできる。電子モジュール１２内に設けられるセンサ５２には、それだけに限定されるものではないが、温度、運動、流体の電気インピーダンス分光法、酸化もしくは還元中の電流測定、および／または化学反応中の電位差測定が含まれる。センサ５２は、使い捨てまたは１度だけ使用できるセンサとすることができる。マルチプレクサ５４は、インピーダンス測定回路５６を介して、電気インピーダンス分光法をいくつかの電極対５７間で切り換える。これにより、相補形の可撓性流体捕捉基板１４上の複数の領域を測定することが可能になる。

[073]電子モジュール１２の皮膚側に配置された内蔵温度センサ５８が含まれているが、追加の任意選択の温度センサ（図示せず）を可撓性流体捕捉基板１４に組み込むこともできる。着用者の運動に応答した流量に関する洞察を加える加速度計６０など、流体バイオマーカ測定に関係しない追加のセンサを含むこともできる。着用者の運動の測定および収集は、複数の目的を担う。第１の目的は、測定中に運動アーチファクトを評価および拒否することである。第２の目的は、着用者の運動を捕捉し、実験的に導出およびモデル化された１組の相関値とその値を比較して、作業負荷としても知られている着用者の体力を評価することである。

[074]内蔵アルゴリズムにより特定の所定のバイオマーカ濃度および／または体積閾値が満たされたことが検出されたときのアラームおよびインジケータを設けることができ、これにはＬＥＤ６２を含むことができ、音声または振動アラート６４などの非視覚インジケータも含むことができる。

[075]加えて、電子モジュール１２は、バイオマーカ特性を測定し、測定されたバイオマーカ特性をたとえばタイマからの時間と組み合わせて、時間データ、たとえば発汗の開始および終了を含む出力を提供するように構成される。電子モジュール１２はまた、バイオマーカ特性を測定し、測定されたバイオマーカ特性を温度測定と組み合わせて、体積充填などのパラメータを較正するように構成される。電子モジュール１２は、バイオマーカ特性を測定し、測定されたバイオマーカ特性を運動測定と組み合わせて、体積測定の変動を拒否し、バイオマーカおよび流体体積の推奨値を提供するようにさらに構成される。加えて、電子モジュール１２は、体力などの特有の作業タスク活動または運動の作業負荷に相関された運動値を測定するように構成され、次いでこれらの運動値を、水分補給推奨アルゴリズムおよび水分補給アラート警告アルゴリズムへの入力として使用することができる。

[076]インピーダンス測定回路５６を介して得られる電気分光法が、図４Ａおよび図５Ａに示されている。示されているように、同じインピーダンス測定回路５６を使用して、２つのタイプのデータを収集することができる。図４Ａに示すように、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）６６が、２つの電極板６９を有する電極パッド６８への励起正弦電圧を生成する。それだけに限定されるものではないが、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＡＤ５６４１ＡＫＳＺ集積回路（ＩＣ）を含む、任意の従来のＤＡＣを使用することができる。相補形の電極パッド６８は、演算増幅器（オペアンプ）７０の負端子に接続され、オペアンプ７０は、トランスインピーダンス増幅器として構成される。それだけに限定されるものではないが、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＬＴＣ６２５５オペアンプを含む、任意の従来のオペアンプを使用することができる。オペアンプ７０によって設定される中規模のＤＣバイアス電圧により、電極誘電体における電圧降下が決まる。汗７２などの生物流体が電極板６９間に位置するとき、汗７２などの生物流体における電圧降下が電流を生成する。生成された電流はトランスインピーダンス増幅器回路７４に入り、電流は基準抵抗器７６内へ流れる。最も簡単な形態では、生物流体７２の抵抗を次式によって表すことができる。

Ｒ＿Ｂｉｏｆｌｕｉｄ＝－Ｒ＿Ｒｅｆ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ
[077]図４Ａに示すトランスインピーダンス増幅器回路７４は、汗伝導率を測定する。しかし、図５Ａは、図４Ａに示すトランスインピーダンス増幅器回路７４とは異なり、異なる流体チャネルおよび異なる形状の電極７８を使用することによって、充填体積が増大するにつれて抵抗が減少することから、汗充填体積を判定することができることを示す。次いで、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）（図示せず）を使用して、出力がデジタル化される。最も簡単な形態では、１０ｋＨｚの固定周波数における正弦曲線が生成され、電極パッド８０を通って送信される。次いで、対応する電流が生物流体７２を通過し、演算増幅器ＬＴＣ６２５５から構築することができるようなトランスインピーダンス増幅器回路７４によって、電極パッド８０上で測定され、トランスインピーダンス増幅器回路７４は電流を電圧に変換し、その電圧がＡＤＣによって測定され、ＡＤＣは信号をデジタル化し、次にマイクロコントローラ（図示せず）が生物流体７２の抵抗または真値を計算する。しかし、ＤＡＣ６６は、電圧の大きさを調整することに加えて、高い周波数から低い周波数へ掃引するようにプログラムすることができ、トランスインピーダンス増幅器回路７４は、大きさおよび位相の両方を測定することができる。出力波形の大きさに加えて、出力波形の位相情報を捕捉することによって、インピーダンスを測定することができ、それにより複雑なインピーダンスを測定することが可能になり、生物流体７２のサンプルの追加の特徴的な署名が得られる。

[078]図４Ｂでは、オペアンプ７０の信号は、汗伝導率抵抗値ＳＲ_Ｃが基準抵抗器７６の分数または倍数であることを示す。同様に、図５Ｂでは、オペアンプ７０の信号もまた、汗体積抵抗値ＳＲ_Ｖが基準抵抗器７６の分数または倍数であることを示す。

[079]図３を再び参照すると、マルチプレクサ５４は、それだけに限定されるものではないが、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって製造されたＴＭＵＸ１２０８およびＴＭＵＸ１２０９マルチプレクサを含む、いくつかの電極領域５７間で測定回路入力５５を切り換えるように構成された任意の従来のマルチプレクサとすることができる。加えて、電子モジュール１２は、入力５５のうちの１つまたは複数を使用して、ＮａＣｌなどの伝導率を測定することができ、または体積の読取り値を較正することができる。マルチプレクサ内の追加の入力５５を使用して、可撓性流体捕捉基板１４上に複数の領域を備えるいくつかの電極対５７間で切り換えることができる。

[080]電子モジュール１２のいくつかの実施形態では、ポテンシオスタット構成を使用して、従来の個別の演算増幅器、計装増幅器、デジタルアナログコンバータを使用して、ならびに／またはそれだけに限定されるものではないが、どちらもＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓによって製造されたＭＡＸ３０２０８電気化学フロントエンドセンサおよびＡＤ５９４０アナログフロントエンドを含む一体化されたＩＣソリューションを使用して、３つの電極または４つの電極の測定を行うことができる。

[081]再利用可能な電子モジュール１２は、データを連続して測定して記憶することができ、ネットワーク化された中心ハブ（図示せず）および／またはスマートデバイス４６へそのデータを無線伝送することができる。そのようなデータは、それだけに限定されるものではないが、温度、運動、流体の電気インピーダンス分光法、酸化もしくは還元中の電流測定、および／または化学反応中の電位差測定を含む、感知能力に関する情報を含むことができる。

[082]図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂに示すように、再利用可能な電子モジュール１２は、２つの電極を通る流体における電圧を励起し、トランスインピーダンス増幅器回路を使用して対応する電流を測定することによって、電気インピーダンスを測定する。これらの実施形態では、励起正弦信号およびトランスインピーダンス増幅器入力の電圧は、中規模電圧１．５Ｖに集中する。励起電圧はＤＡＣ６６によって生成され、最大ピーク間正弦電圧は３．０Ｖピークツーピークである。ＤＡＣ６６は、任意の波形形状をプログラムすることができ、複数の周波数を生成することができるように構成される。一実施形態では、１０ｋＨｚの固定周波数における正弦曲線を生成することができ、電極パッドを通って送信することができる。次いで、対応する電流が流体を通過することができ、これをトランスインピーダンス増幅器によって相補形の電極パッド上で測定することができ、トランスインピーダンス増幅器は電流を電圧に変換し、この電圧が最終的にＡＤＣによって変換され、ＡＤＣは信号をデジタル化する。ＰＣＢアセンブリ２２上のマイクロコントローラ２３は、流体の抵抗または真値を計算する（図４Ｂおよび図５Ｂ参照）。しかし、ＤＡＣは、電圧の大きさを調整することに加えて、高い周波数から低い周波数へ掃引するようにプログラムすることができ、トランスインピーダンス増幅器は、大きさおよび位相の両方を測定することができ、それにより複雑なインピーダンスを測定することが可能になり、流体サンプルの追加の特徴的な署名が得られる。

[083]電子モジュール１２は、同じ信号調節および測定回路を使用して、すべての入力にわたって一貫したオフセットおよび誤差を維持しながら、いくつかの電極対、たとえば電極板６９および電極板７８からの信号を受け入れるためのマルチプレクサ５４を含む。加えて、マルチプレクサは、異なるタイプの測定値、たとえばＮａＣｌモル濃度測定と体積測定とを切り換えることができる。

[084]電子モジュール１２内の電子回路は、約１μＬ～約１００μＬの生理学的範囲内の生物流体の体積を測定し、約１ｍｇ～約１ｇの生理学的範囲内のナトリウム量を測定するように構成されることが有利である。

[085]図７Ａは、可撓性の透明基板８２上に形成された電極アレイ３５およびトレース３６を示す。透明基板８２を形成するために使用することができる材料には、それだけに限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、透明ポリエステル、および熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、たとえばＤｕｐｏｎｔ Ｉｎｔｅｘａｒ ＴＥ－１１Ｃ ＴＰＵが含まれる。示されている基板８２は、約３ミルの厚さを有する。別法として、基板８２は、約２ミル～約４ミルの範囲内の厚さを有することができる。示されている電極３５およびトレース３６は、可撓性の透明基板８２上に印刷された伸縮性の銀ペーストから形成される。別法として、電極３５およびトレース３６は、それだけに限定されるものではないが、銀および金を含む、任意の所望の導電性材料から形成することができる。

[086]Ａｇ／ＡｇＣｌ被覆を施すことによって、電極３５およびトレース３６の接合部過電圧を低減させることができる。たとえば、図７Ａに示すように、露出された電極パッド３５Ａは、イオン／電気障壁における接合部過電圧を低減させるために、または低い接合部過電圧を提供するために、ＤｕＰｏｎｔ ５８８０などの追加のＡｇ／ＡｇＣｌ被覆を有する。マイクロ流体チャネル３０内の流体に接触したときに、可撓性流体捕捉基板１４などのマイクロ流体基板内のマイクロ流体チャネル３０への故意でない電気経路を防止し、それによりトレース３６が障害のない信号経路を提供することを可能にするために、トレース３６にＤｕＰｏｎｔ ＰＥ７７３などの誘電体被覆が施される。

[087]透明基板８２を形成するために使用される材料はまた、図７Ｃに示すリボンケーブル８４を形成するためにも使用される。リボンケーブル８４の遠位端は補強材４１を有し、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）ソケット２４と噛み合うように構成されたガスケット４４（図６に示す）も含むことができる。補強材４１は、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）ソケット２４への容易な挿入を促進するために、リボンケーブル８４の代替実施形態の非導電側に、粘着剤などによって取り付けられる。加えて、不適切な挿入を防止するために、補強材４１に鍵をかけることができる。

[088]図７Ｃは、リボンケーブル８４を示す、透明基板上に形成された電極アレイ３５およびトレース３６の一実施形態の一部分を示す。同じく図７Ｃに示すように、電気トレース３６は、基板８２の外向き表面などの一方の表面（図７Ｃを見たときの下向き表面）上に形成することができ、ビア８７を使用することによって、皮膚向き表面８６などの他方の表面に電気接続することができる。ビア８７は、基板８２に切り込まれた孔として構成されており、一方の表面から他方の表面への導電を可能にするのに十分な導電性材料で充填される。このようにして、流体との接触を回避するようにトレース３６を経路指定することができ、したがって誘電体層被覆の必要をなくすことができる。また、トレース３６は、トレース３６が他の従来のタイプのコネクタ（図示せず）に適合するように経路指定することができる。ビア８７は、外向き表面８６上のトレース３６を皮膚向き表面８６上の導電性コネクタパッド８８に接続する。

[089]図７Ｂに示すように、電極パッド３５Ａのアレイ、トレース３６、および透明基板８２は、不透明な基板層９０に付着される。電極パッド３５Ａおよび３５Ｂの間隔は、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂをジッパー構成に配置することによって、製造時の容易な位置合わせを確実にし、伝導率の調整を増大させるように設計される。電極パッド３５Ａおよび３５Ｂを、マイクロ流体チャネル３０の壁沿いではなく、マイクロ流体チャネル３０内の生物流体の経路内に配置することによって、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂのサイズが流体チャネルに沿って軸方向に増大することができることから、製造時の位置合わせ公差が緩和される。たとえば、図７Ｂに示すように、個々の各電極パッド３５Ａおよび３５Ｂは歯を画定し、電極対は、ジッパーによく似た２組の噛み合う歯を含む。したがって、電極およびトレースの構成により、製造中に流体チャネルに対するトレースの位置合わせ不良がより大きくなる可能性があるが、マイクロ流体チャネル３０内の流体に対する最大の電極接触は維持される。

[090]図７Ｂでは、正の電極パッドまたは歯が３５Ａで示されており、負の電極パッドまたは歯が３５Ｂで示されている。示されているように、電極パッド３５Ａは、電極パッド３５Ｂと織り合わされている。電極パッドまたは歯３５Ａおよび３５Ｂは、電極構造のうちチャネル内の生物流体に接触する唯一の要素である。対照的に、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂが代わりにマイクロ流体チャネル３０に沿って延びた場合、捕捉される体積を低減させる生物流体に対する電極パッド３５Ａおよび３５Ｂの接触を確実にするために、チャネル幅を望ましくなく増大させなければならない可能性がある。別法として、チャネルの高さを増大させることもできるが、その場合、より高いチャネルの構造的完全性を維持するために、流体基板の剛性を増大させなければならないはずであり、どちらの選択肢も流体基板の可撓性および性能に対して好ましくない結果を与える可能性がある。

[091]電極パッド３５Ａおよび３５Ｂをジッパー構成で形成する別の利点は、生物流体に接触する電極面積が低減されることである。生物流体との接触が大きければ大きいほど、インピーダンスが低くなり、したがってより高い分解能の信号調節が必要とされる。生物流体に対する電極パッド３５Ａおよび３５Ｂの接触を制限し、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂを個別の間隔で配置することによって、示されている設計は、複雑さおよびコストを低減させる。加えて、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂまたは歯は織り合わされており、生物流体がマイクロ流体チャネル３０を通って流れると、個別の時間間隔またはステップで信号が変化する。これらの個別のステップにより、汗充填体積の追加の識別子が提供される。

[092]ジッパー状の電極設計はステップを数えるのに役立つが、一部の対象者は高い抵抗を有する塩分濃度の低い汗をかき、他の対象者は低い抵抗を有する塩分濃度の高い汗をかくという難題が残っている。インピーダンス測定回路５６（図３参照）が塩分濃度の高い汗に対して測定することができる汗充填体積は、塩分濃度の低い対象者の場合の汗充填体積より低い。インピーダンス測定回路５６が測定することができる体積の量を最大にするために、生物流体測定の抵抗を増大させ、マイクロ流体チャネル３０内で測定される生物流体の体積を増大させるように、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂ間の間隔を増大させることができ、かつ／または電極パッドの面積をより小さいサイズにすることができる。

[093]図８を次に参照すると、可撓性流体捕捉基板の第２の実施形態が９２で示されている。可撓性流体捕捉基板９２は、可撓性流体捕捉基板１４に類似しており、人体に着用されるように構成することができる。可撓性流体捕捉基板９２は、第１の外向き表面９６、第２の皮膚向き表面（図示せず）を有する可撓性基板体９４と、可撓性基板体９４内に形成された１つまたは複数の汗収集またはマイクロ流体チャネル９８とを含む。各マイクロ流体チャネル９８は、汗入口ポート１００を画定する第１の端部と、汗出口ポート１０２を画定する第２の端部とを有する。皮膚向き表面（図示せず）は、着用者の皮膚に付着する接着剤を含み、任意の所望の可撓性の空気／酸素不透過性材料から形成された取外し可能な接着ライナによって覆うことができ、そのような接着ライナの一部分が１０４で示されている。上記で詳細に説明したように、可撓性流体捕捉基板９２のどちら側にも、電極１０６および１つまたは複数の電気トレース１０８を印刷することができる。

[094]別の実施形態では、測定信号経路は、単一のマイクロ流体チャネル３０がいくつかの順次測定領域によって測定されるように多重化することができ、マルチプレクサ５４は、様々な順次電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂを切り換える。生物流体がマイクロ流体チャネル３０を通って流れるとき、その抵抗が電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂによって測定される。図７Ｂに示すように、マイクロ流体チャネル３０に沿って所定の点で最初の電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂが終了し、新しい電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂが生物流体を測定し始める。このプロセスは、連続的な電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂによって繰り返すことができる。各電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂによって測定される生物流体の量を制限することによって、抵抗がＡＤＣの閾値を下回ることはない。

[095]図６では、３つの領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３が単一の第１の流体チャネル３０内に示されており、これらの領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の各々において生物流体測定値が得られる。第４の領域Ｒ４は第２のマイクロ流体チャネル３０内に示されており、第２のマイクロ流体チャネル３０内で追加の生物流体測定値が得られる。一実施形態では、第１および第２の領域Ｒ１およびＲ２内の電極パッド３５Ａおよび３５Ｂ間の空間は２ｍｍである。第３の領域Ｒ３では、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂ間の空間は３ｍｍである。連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０の異なる実施形態では、必要とされる場合、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂ間のピッチ、ならびに電極パッドの面積を調整することができることが理解されよう。たとえば、生物流体の大きい捕捉体積を測定するために、かつ／または約１ｍｍ～約４ｍｍの範囲内の間隔などのより細かい体積間隔を測定するために、ピッチおよび面積を調整または最適化することができる。汗が各連続領域、たとえば領域Ｒ２またはＲ３に入ったとき、すでに個別の体積閾値に到達していることが知られているため、いくつかの実施形態では、流体が領域Ｒ２に入る時間までに、領域Ｒ１の体積を約１５μＬにすることができることが重要である。

[096]同じマイクロ流体チャネル３０に沿っていくつかの領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３を多重化および／または測定するとき、各領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は順次、信号の大きさおよび／または位相の経時的な変化を受ける。たとえば、生物流体、すなわち汗はまず、第１の領域Ｒ１内のマイクロ流体チャネル３０を充填し、第１の領域Ｒ１内で生物流体が測定される。次いで生物流体は第１のマイクロ流体チャネル３０に沿って第２の領域Ｒ２内の区域へ進み、ここで生物流体が測定される。次に、生物流体は第１のマイクロ流体チャネル３０に沿って第３の領域Ｒ３内の区域へ進み、この場合もここで生物流体が測定される。図６に示す実施形態では、第１の領域Ｒ１内の測定値の大きさがまず変化し、それに続いて第２の領域Ｒ２および第３の領域Ｒ３内の測定値の大きさが順次変化する。経時的に描くとき、生物流体の体積は、単一の隣接する電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂによって測定される。各領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、高塩化ナトリウム（伝導率）の生物流体の体積の小さい変化を認めるために、高い分解能で測定することが可能であることが有利であり、これは単一の領域を使用して体積全体を測定した場合には当てはまらないはずである。別の実施形態では、より高い信号対雑音比、および高ＮａＣｌの汗をより大きい体積で測定するためのさらなる能力を確実にするために、ＤＡＣおよびＡＤＣ分解能を増大させることができ、トランスインピーダンス増幅器のノイズを低減させることができる。

[097]図６を再び参照すると、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂは、各領域Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３内で異なる形で隔置することができる。そのような実施形態では、次いで異なるピッチに対してインピーダンス演算が調整されるはずである。第３の領域Ｒ３内では、より広いピッチにより、生物流体がマイクロ流体チャネル３０を充填するときに増分測定値がより少なくなることを犠牲にして、信号がＡＤＣの分解能を下回るまでにより大きい総流体充填体積を測定することが可能になる。より狭いピッチにより、流体が充填するときにより多くの増分測定値が可能になるが、ＡＤＣの最小分解能閾値を下回るまでにより小さい総体積充填に到達するという欠点がある。一実施形態では、所与の領域内の電極パッド３５Ａおよび３５Ｂは、０．５μＬの増分で分解能を維持しながら、約１０ｍＭの塩化ナトリウムから約９０ｍＭの塩化ナトリウムの範囲内で２６μＬの体積を測定するために、電極パッド３５Ａおよび３５Ｂ間の間隔が２ｍｍになり、パッドの流体接触面積が１×１ｍｍになるように設計される。第３の領域Ｒ３に示すように、ピッチとも呼ばれる電極パッド３５Ａおよび３５Ｂの間隔を増大させることで、増分間隔値が増大するはずであり、単一の電極パッド対３５Ａおよび３５Ｂによって測定される総体積も増大するはずである。しかし、前の領域Ｒ１およびＲ２で細かい顆粒状の体積間隔測定が行われた後、第３の領域Ｒ３に対してより広いピッチが使用される。

[098]別の実施形態では、たとえば図８に示す可撓性流体捕捉基板９２内で、電極１０６は１ｍｍで隔置されている。したがって、生物流体サンプルのＮａＣｌモル濃度が同じ場合、可撓性流体捕捉基板９２および可撓性流体捕捉基板１４によって得られた測定値は、より広く隔置された電極を有する類似の基板より小さい電気の大きさの読取り値を有する。

[099]複数の個人において汗などの流体の体積を測定するとき、ある範囲の伝導率レベルおよび異なる発汗速度が存在する。本発明は、電極への電気接続の数を最小にしながら、集められた流体体積を高精度、低コストで測定するための改善された能力を提供することが有利である。固定の誘電体間隔を有する電極にわたって測定された場合、汗が電極パッド間の誘電体をますます充填するにつれて、その流体体積内で測定される抵抗は減少する。ＡＤＣが測定することができる限界は有限である。さらに、測定値を複雑にするということは、低ＮａＣｌの汗が高い抵抗を有し、ＡＤＣの最小分解能を下回るまでにより大きい体積を充填することができ、高ＮａＣｌの汗が低い抵抗を有し、ＡＤＣの最小分解能を下回るまでにより小さい体積を充填するということである。

[0100]一実施形態では、間隔および電極パッド面積は、ほとんどの人が早期の領域で発汗し、または汗もしくは生物流体で充填する可能性があることから、測定は初めの方が感度が高いのに対して、後期の領域（順次の場合）は、データの多くが早期の領域によって計算されており、後期の領域では関心が流体面または放出される最大体積にあることから、感度がより低くなるという犠牲を払って、より多くの流体を測定することを可能にするために、より広く隔置されたピッチを有するように設計することができる。

[0101]上述したように、計算されたデータは、図１Ａおよび図１５Ａ～図１５Ｆに示すように、スマートウォッチ上に表示することができる。加えて、スマートデバイス表示画面上の振動、音もしくは他の可聴音響信号、点滅光などの光、および／または文字もしくは他の視覚通知などによってスマートウォッチへ送達されるアラートは、一連の行動をとるべきかどうかを示す。たとえば、ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０が運動選手または作業者によって着用されているとき、一連の行動は、着用者が停止し、提案された電解質流体混合物を水分補給することとすることができる。別の例では、一連の行動は、詳細には後述するように、包帯が生物流体で充填されており、最適の状態ではなくなったため、介護者が創傷治療用包帯を交換することとすることができる。

[0102]計算されたデータはまた、スマートフォン（図示せず）上に実時間で表示することができる。たとえば、スマートフォンは、全身発汗量（ｍＬ）、汗ナトリウム損失（ｍｇ）、皮膚温度（摂氏または華氏）、心拍数、および他のデータを表示することができる。運動選手または作業者は、それだけに限定されるものではないが汗ナトリウムを含む、自身の汗のバイオマーカを追跡したいと考えることがある。スマートフォンアプリケーション内のソフトウェアは、たとえば、複数の着用者からのデータを表示することを可能にすることができる。そのようなデータには、それだけに限定されるものではないが、デバイス範囲、低い発汗量、中程度の発汗量、および大きい発汗量を含む全体的な発汗量に関する情報が含まれる。そのような実時間汗データを使用して、産業労働、運動、または臨床治療の状況で脱水症および熱ストレスを追跡し、身体リハビリテーションを受けている高齢者介護患者、嚢胞性線維症患者、または心不全患者の脱水症を追跡することができる。

[0103]本明細書に記載するウェアラブル生物流体体積および組成システムのいくつかの実施形態では、流体摂取量を追跡するスマートフォンアプリケーション、物理的なデバイス搭載ボタン、および／または無線接続されたスマートボトルを介して、消費された流体および電解質をロギングする方法が存在し、この方法は、総摂水不足への入力を提供し、不足は、汗体積および電解質損失量から消費された水および電解質を引いた量として判定される。スマートデバイス上のモバイルアプリは、使用者の状態がＯＫであるか、危険な状態にあるか、それとも脱水した状態であるかを示す文字によって、使用者の摂水不足レベルを色分けして示すための状態インジケータを有することができる。

[0104]たとえば、図２４Ａおよび図２４Ｂを参照すると、スマートフォンアプリのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）の２つの図が３３０で示されている。図２４Ａでは、３３２で示されているＧＵＩの第１の部分が、使用者が水分補給するために必要とされる水および電解質の推奨される体積を表示する。３３４で示されているＧＵＩの第２の部分は、ＯＫから危険、脱水へと変動することができる状態レベルを表示する。状態レベル表示は、使用者による容易な認識のために色分けすることができることが有利である。必要とされるとき、使用者は、３３６で示されているトレイを開くことができ、トレイを使用して消費した水などの流体の量を入力することができる。

[0105]図２４Ｂは図２４Ａに類似しており、ＧＵＩ３３０の第１の部分３３２を示し、第２の部分３３４の代替形態がＯＫの使用者状態を示す。トレイ３３６は図２４Ｂには示されていない。

[0106]運動選手は、たとえば、ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０を二頭筋群上に着用することができる。エクササイズまたは作業が実行されるとき、着用者の身長、体重、および性別を含む汗プロファイルデータをスマートフォンソフトウェアアプリケーションに入力することができる。次いで、実時間汗プロファイルデータがスマートフォン上で捕捉され、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）を使用して、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＡＮＴ＋、セルラー接続などの無線接続を介して、それだけに限定されるものではないが、トレッドミル、エリプティカル、ステーショナリーバイク、および他のスマートフィットネス機器を含む接続されたエクササイズ機器へ、このデータを流すことができる。次いで、運動選手は、自身のスマートフォン、スマートウォッチ、および／またはスマートフィットネス機器のユーザインターフェースディスプレイ上で、実時間汗プロファイルデータを実時間で見ることができる。

[0107]収集された汗データは、作業、エクササイズ、またはリハビリテーション過程後に要約し、着用者、作業マネージャ、または介護者へ送達することができることが有利である。次いで、この要約汗データは、汗の中の栄養素の損失に基づいて、摂水の推奨、たとえば流体、代謝産物、および電解質、および栄養の推奨、たとえば規定食摂取量の形態で、実行可能なフィードバックを提供することができる。

[0108]さらに、複数のセッションにまたがるデータの長期保存、ならびに機械学習および人工知能ツールを使用した分析を含む縦断分析のために、スマートフォンまたはスマートウォッチから集中サーバへデータを伝送することもできる。

[0109]図２５に示すように、それだけに限定されるものではないが、エアロビクスクラスまたはクロストレーニング３４０など、画定されたフィットネス活動における複数の運動選手または参加者から集約された汗データを使用して、身体的活動のための平均または加重発汗速度を評価することができる。次いで、平均、加重、または予測される使用者特有の発汗速度を、フィットネス活動における潜在的な将来の参加者に、そのフィットネス活動に参加するときの潜在的な参加者に対する予期される発汗速度のインジケータとして提供することができる。この発汗速度は、図２５に３４２で示すものなどのように、スマートフォン、他のスマートデバイス、またはエクササイズ機器上に表示することができる。したがって、エクササイズクラスにおいてどれだけの発汗量が生じるかを知りたいと考えている使用者に対して、エクササイズクラスの説明で典型的な発汗量データを示すことができる。

[0110]図９および図９Ａを次に参照すると、可撓性流体捕捉基板の第３の実施形態が１２０として、図９Ａに組み立てられた状態で、図９に分解された状態で示されている。可撓性流体捕捉基板１２０は、可撓性流体捕捉基板１４および９２に類似しており、同じく人体に着用されるように構成される。可撓性流体捕捉基板１２０は、第１の外向き表面１２４、第２の皮膚向き表面（図示せず）を有する可撓性基板体１２２と、可撓性基板体１２２内に形成された１つまたは複数の汗収集またはマイクロ流体チャネル１２６とを含む。各マイクロ流体チャネル１２６は、汗入口ポート１２８を画定する第１の端部と、汗出口ポート１３０を画定する第２の端部とを有する。皮膚向き表面（図示せず）は、着用者の皮膚に付着するパターン付きまたは縞状の接着剤１３２などの接着剤を含み、たとえば空気／酸素不透過性材料などの任意の所望の可撓性材料から形成された取外し可能な接着ライナ１３４によって覆うことができる。縞状の接着剤１３２はまた、汗が可撓性流体捕捉基板１２０の下に蓄積することを防止する流体チャネルを画定する。

[0111]上記で詳細に説明したように、それだけに限定されるものではないが、シリコーン、透明ポリエステル、ＰＥＴ、およびＴＰＵを含む、所望の可撓性材料から形成された可撓性基板層１４０のどちら側にも、電極１３６および１つまたは複数の電気トレース１３８を印刷することができる。リボンケーブル１４２が、可撓性基板層１４０の一方の端部から長手方向外方へ延び、可撓性基板層１４０と同じ材料から形成される。トレース１３８の部分が、リボンケーブル１４２上に形成される。リボンケーブル１４２内のトレース１３８の遠位端が露出され、導電性コネクタパッド１４４を画定する。可撓性基板層１４０は、可撓性基板体１２２に取り付けられる。図６に示すように、リボンケーブル１４２は、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）コネクタ４０を含むことができる。別法として、リボンケーブル１４２は、それだけに限定されるものではないが、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）式コネクタ、導電性マイクロフックおよびループから形成された垂直式接続、またはｚ軸導電性テープなどの導電性接着剤転写テープを含む、他のコネクタを含むことができる。リボンケーブル１４２がｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）コネクタ４０を含むとき、リボンケーブル１４２の遠位端は、補強材１４６を含むことができ、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）ソケット２４と噛み合うように構成されたガスケット４４も含むことができる。

[0112]可撓性流体捕捉基板１２０はまた、スカート１４８を画定する上層を含む。スカート１４８は、可撓性の軟質材料から形成されており、可撓性基板体１２２および可撓性基板層１４０より柔軟かつ大きくすることができ、したがってスカート１４８の周縁部は、可撓性基板体１２２の周縁部を越えて外方へ延び、したがって着用者の皮膚に接触する。スカート１４８のうち着用者の皮膚に接触する部分はまた、接着剤を含むことができ、したがって皮膚に接着することができる。スカート１４８は、皮膚の機械係数と可撓性流体捕捉基板１２０の係数との間に機械的遷移を提供する。皮膚の係数と可撓性流体捕捉基板１２０の係数との間の遷移を平滑にすることによって、可撓性流体捕捉基板１２０の周縁部が皮膚により良好に接着される。スカート１４８は、たとえば医療用テープまたはキネシオロジーテープなど、任意の所望の可撓性の軟質材料から形成することができる。

[0113]図１０を次に参照すると、図１、図１Ａ、および図２に示す電子モジュールの第２の実施形態の分解図が１５０で、図９および図９Ａに示す可撓性流体捕捉基板１２０（可撓性基板層１４０が取り付けられており、取外し可能な接着ライナ１３４の代替実施形態を有する）とともに示されている。電子モジュール１５０は、電子モジュール１２に類似しており、電子モジュール１５０内に取り付けられたベース１５２、カバー１５４、およびＰＣＢアセンブリ１５６を含む。ベース１５２およびカバー１５４は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの任意の所望の硬質プラスチック材料から形成することができる。別法として、ベース１５２および／またはカバー１５４は、ポリプロピレンなどの任意の他の硬質プラスチック材料から形成することができ、不透明、半透明、または透明の材料から形成することができる。加えて、ベース１５２およびカバー１５４は、比較的薄くすることができ、たとえば約１ｍｍ～約２ｍｍの範囲内の厚さを有することができる。電子モジュール１２と同様に、電子モジュール１５０は、使い捨てまたは再利用可能として設計される。

[0114]ＰＣＢアセンブリ１５６は、上述したように、ＰＣＢ１５７、マイクロコントローラ、および他の必要とされる機能的電子構成要素２３を含み、そのような電子構成要素２３は、ＰＣＢ１５７に取り付けられており、電子モジュール１５０を動作させるために必要である。ＰＣＢアセンブリ１５６は、電子モジュール１５０の第１の遠位端内に形成されたオン／オフボタン１５８および電気ソケット１６０を含む。電気ソケット２４と同様に、電気ソケット１６０は、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）ソケットとすることができる。別法として、電気ソケット１６０は、任意の所望の従来の電気ソケットとすることができる。

[0115]図１１を次に参照すると、可撓性流体捕捉基板の第４の実施形態の一部分が１７０で示されている。可撓性流体捕捉基板１７０は、可撓性流体捕捉基板１２０に類似しており、同じく人体に着用されるように構成される。可撓性流体捕捉基板１７０は、可撓性基板体１７２を含み、可撓性基板体１７２内に１つまたは複数の汗収集またはマイクロ流体チャネル１７４が形成される。各マイクロ流体チャネル１７４は、汗入口ポート１７６を画定する第１の端部と、汗出口ポート１７８を画定する第２の端部とを有する。皮膚向き表面は、接着剤（図示せず）を含む。

[0116]可撓性基板体１７２のどちら側にも、電極および１つまたは複数の電気トレース（図示せず）を印刷することができる。可撓性流体捕捉基板１７０は、スカート１７１と、関連付けられた電子モジュール１８２内の電気接続ピン１８４に接触するように構成された電気コネクタパッド１８０とを含み、電子モジュール１８２の一部分が図１２に示されている。電子モジュール１５０とは異なり、電子モジュール１８２は電気ソケット１６０を含まず、可撓性流体捕捉基板１７０はリボンケーブル１４２を含まない。逆に、電子モジュール１８２は、その皮膚向き表面から延びる電気接続ピン１８４を含む。電気接続ピン１８４は、ばね付勢式とすることができる。

[0117]上述した本発明の実施形態は、電子モジュール１２と、可撓性流体捕捉基板１４内に埋め込まれた相補形の使い捨ての一度だけ使用できる電極または電気化学センサアレイとから構成されたウェアラブル生物流体体積および組成システム１０を指す。別法として、電気化学センサアレイは、後述するように、吸湿材の中に埋め込むこともできる。

[0118]図１３は、創傷治療用包帯２００として構成された吸湿材の一実施形態の平面図である。創傷治療用包帯２００は、使い捨ての電極アレイ２０２を含み、電極アレイ２０２は、透明基板２０４上に形成されており、従来の創傷治療用包帯、フェイスマスク、またはおむつパッドに見ることができるように、内側の繊維性ウィッキング層２０６と外側の蒸気および／または水障壁２０８との間に位置決めされる。図１３では、内側の繊維性ウィッキング層２０６が、見やすいように部分的に剥ぎ取られた状態で示されている。したがって、２００で示されている本発明の実施形態について、創傷治療用包帯の文脈で説明するが、フェイスマスクまたはおむつパッドの構造または製造でも、同じ構造を使用することができることが理解されよう。電極アレイ２０２は、本明細書に記載する電極アレイまたは電気トレースおよび電極の組合せのいずれにも類似している。

[0119]使用の際、内側の繊維性ウィッキング層２０６は、着用者の皮膚の最も近くに配置される。したがって、上述した可撓性流体捕捉基板１４、９２、１２０、および１７０とは対照的に、流体は空の流体チャネルを充填しないで、内側の繊維性ウィッキング層２０６を充填し、すなわち内側の繊維性ウィッキング層２０６によって吸収される。内側の繊維性ウィッキング層２０６は、それだけに限定されるものではないが、綿、ポリエステル、ナイロン、セルロース、アルギン酸カルシウム、アルギン酸、アルギン酸カルシウム－ナトリウム－コラーゲン、ヒドロゲル、親水コロイド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸吸収剤、発泡剤、およびそれだけに限定されるものではないが、本明細書に挙げた材料を含む材料の任意の複合物を含む、任意の所望のウィッキング材料から形成することができる。内側の繊維性ウィッキング層２０６が流体で充填され、吸収された流体からの湿気が電極アレイ２０２に到達すると、電極アレイ２０２内の電極間のインピーダンスが変化する。たとえばおむつおよびおむつパッドは、皮膚から離れる方へ尿を吸い上げるように設計される。創傷包帯およびフェイスマスクも、同様に挙動するように設計される。繊維性ウィッキング層２０６内の湿気が、透明基板２０４およびその電極アレイ２０２が接するように位置決めされた外側障壁２０８に到達すると、電子モジュール（図１３には図示せず）が抵抗の変化を計算し、湿度レベルを推定することができる。

[0120]電極アレイ２０２は、湿気が広がる場所を区別することを支援する幾何形状で設計することができる。図６で、電極アレイ、すなわち電極３５およびトレース３６は、いくつかの領域、たとえばＲ１～Ｒ３を形成し、各領域は別個に測定することができる。地理的領域Ｒ１～Ｒ３における値の変化は、湿気の広がりを示すことができ、創傷包帯、失禁パッド、またはフェイスマスクなどの吸湿製品の有効性の表示を提供することができ、製品が新しい乾燥したものに交換されるべきであると判定することも支援する。たとえば、電極は、図１４Ａの２１０など、デカルト座標に従って、４半分またはタイル内に位置することができる。湿気が広がると、追加の領域または４半分内の電極は、インピーダンスの変化を感知するように構成することができる。繊維性ウィッキング層２０６が、たとえば創傷包帯内に中心のウィッキング場所を有するように設計された場合、図１４Ｂの２１２などの極座標に従った電極は、湿度が連続するリング内で中心から外方へ経時的に広がるときに、どのリング領域がインピーダンスの変化を受けるかに関する洞察を加えることができる。たとえば、スマートフォンまたはスマートウォッチは、湿度ウィッキング材料の下の電極領域３上で測定される実時間の正弦信号を表示することができる。

[0121]治癒応答には、湿度、ｐＨ、および温度レベルの適切な均衡が必要とされる。創傷が乾燥しすぎた場合、創傷治癒が遅れる可能性があり、創傷表面における過度の流体保持もまた、不十分な治癒および組織の浸軟を招く可能性がある。したがって、通知アラームおよび／またはアラートによる創傷湿度の実時間監視は、創傷包帯の実行可能性を介護者に通知することを可能にし、治癒を最適化するための方法として重要になることが有利である。

[0122]所望される場合、使い捨ての一度だけ使用できる可撓性流体捕捉基板１４、９２、１２０、および１７０、ならびに電極パッド３５、３５Ａ、３５Ｂ、１０６、および１３６、ならびに電極アレイ２０２を含む電極は、流体との電気化学反応によって電圧を生じさせる電気化学分析試料、酵素分析試料、またはアプタマー系分析試料などの分析試料を含むことができ、ポテンシオスタット回路を使用する電子モジュールによって、この電圧を測定することができる。

[0123]ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０など、本明細書に記載するウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態によって取得および表示される測定値は、創傷包帯もしくは失禁パッドを交換すること、または特有の量の電解質もしくは特有の体積の流体で水分補給することなどの一連の行動をとるように、使用者に警告するために、かつ／またはその情報を第三者に提供するために使用することができる（図１６および図１７参照）。測定値は計算で使用することもでき、インシデント報告をもたらしうる地域または組織の安全閾値と比較され、ロギングされるべきである。

[0124]加えて、ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０など、本明細書に記載するウェアラブル生物流体体積および組成システムの実施形態は、ＦＡＬＬ３９およびＴｈｙｍｏｓｉｎβ－４など、創傷治癒を向上させる滲出液中のバイオマーカを検出するために使用することができる。

[0125]吸湿材が失禁パッド２００として構成されるとき、失禁パッド２００内の流体充填を監視することができる。スマートフォンまたはスマートウォッチへ無線伝送されるアラートまたは通知は、失禁パッド２００が一杯になるまでにどれだけの推定される体積が残っているか、および失禁パッド２００がいつ一杯になるかを、着用者、介護者、または別の関係者に警告することができる。

[0126]マスク、たとえばＮ９５マスクの有効性は、マスクフィルタが濡れると低下することも知られている。ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０など本明細書に記載するウェアラブル生物流体体積および組成システム、ならびに図１３に示す吸湿材２００の実施形態は、マスクのうち濡れた区域を監視し、マスクを交換する時期に関して使用者に警告するために使用することができる。

[0127]ウェアラブル生物流体体積および組成システム１０のいくつかの実施形態では、トレース３６を作製するためにＡｇおよびＡｇ／ＡｇＣｌインクが使用される方法と同様に、正の温度係数（ＰＴＣ）インクを塗布することによって、可撓性流体捕捉基板１４、９２、１２０、および１７０に温度センサを組み込むことができる。ＰＴＣインクを流れる電流は、可撓性流体捕捉基板１４、９２、１２０、および１７０上の流体の温度を測定することができる。

[0128]スマートウォッチおよびスマートフォンを含む、局所的に無線でネットワーク化されたコンピュータに加えて、中心サーバまたはデータデポジトリは、規制の順守または他の目的で、インシデント報告のための生体測定データ入力を受け取ることができる。サーバソフトウェアはまた、汗監視デバイス、すなわちウェアラブル生物流体体積および組成システム１０から収集された脱水および環境パラメータを追跡するために、経時的な統計分析を実行することができる。図１８に示すように、異なる作業区域および作業者タスクにわたって、汗および局所的に無線でネットワーク化されたコンピュータデータから、作業負荷の変化および基礎構造の変化を推定することができる。得られた結果は、図１８に示すように、労働方針の変更および組織の資本または基礎構造の変更を推進するために使用することができる。国および業界の安全会議によって規定される生体測定閾値を設定することができ、超過した場合、流体を補充しまたは休憩をとるように、アラート／通知を個人に与えることができる。

[0129]図１９～図２２を次に参照すると、連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの第２の実施形態が、使用者の前腕または二頭筋２５０などの使用者の体に取り付けられた状態で、２４８で概略的に示されている。連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム２４８は、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板１４に類似したマイクロ流体可撓性流体捕捉基板２５２と、電子モジュール２５４とを含む。電子モジュール２５４は、カバー２５４Ａ、ベース２５４Ｂ、およびＰＣＢ２５６を有するＰＣＢアセンブリ２５５を含む。示されているＰＣＢ２５６は、任意の所望の材料、たとえばＦＲ４などのガラス強化エポキシ積層材料から形成することができる。ＦＲ４は約０．２５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有し、したがって良好な断熱材である。

[0130]示されているＰＣＢ２５６は、複数の銅面２５８と、上記で詳細に説明したマイクロコントローラおよび他の必要とされる機能的電子構成要素２３と、電気接続ピン２６０と、電池から固定のＤＣ電圧レベルへ電圧を上昇させるＤＣ－ＤＣ昇圧コンバータ２６２と、第１の温度センサ２６４と、第２の温度センサ２６６とを含む。示されている電気接続ピン２６０は、電気接続ピン１８４に類似しており、ＰＣＢ２５６の皮膚向き表面から延び、ばね付勢式とすることができ、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板２５２上の電気コネクタパッド（図示せず）に接触するように構成される。

[0131]第１の温度センサ２６４は、ＰＣＢ２５６のうち、作業用カバーオール（図示せず）などの着用者の個人用保護具（ＰＰＥ）の方を向いている側に取り付けられる。第２の温度センサ２６６は、ＰＣＢ２５６の皮膚の方を向いている側で、第１の温度センサ２６４とは反対の位置に取り付けられる。ＰＣＢ２５６の材料は、第１の温度センサ２６４と第２の温度センサ２６６との間に断熱を提供する。

[0132]連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム２４８の実施形態は、温度勾配を測定するために使用することができる。たとえば、第１の温度センサ２６４と第２の温度センサ２６６との間で測定される温度差は、温度勾配測定値を提供し、放射された熱の方向および大きさを判定することができる。熱は太陽から放射され、ＰＰＥを通って皮膚でない側のハウジング、すなわちカバー２５４Ａへ、皮膚でない側の第１の温度センサ２６４へ、ＰＣＢ２５６を通って皮膚側の温度センサ２６６へ、皮膚側のハウジング、すなわちベース２５４Ｂへ、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板２５２へ、最後に二頭筋２５０などの皮膚へ進むことができる。

[0133]図２０に示すように、基板２５２に接触する電気接続ピン２６０は、基板２５２の厚さによって二頭筋２５０から隔置される。電気接続ピン２６０は、熱導管として働く。電気接続ピン２６０と皮膚側の第２の温度センサ２６６との間に、熱伝導トレースまたは経路２６８が形成される。ＰＣＢ２５６のＦＲ４材料の熱伝導係数（約０．２５Ｗ／ｍＫ）に対して、銅などの熱伝導性材料は、約３００Ｗ／ｍＫという非常に高い熱伝導係数を有する。銅面２５８のうち電気接続ピン２６０へ熱を伝導する部分は、皮膚側の温度センサ２６６の下およびその周囲に配置することができる。矢印Ａ１によって示すように、皮膚（二頭筋２５０）からの熱は、基板２５２を通って電気接続ピン２６０へ流れ、電気接続ピン２６０と皮膚側の第２の温度センサ２６６との間に形成された導電性経路２６８を通って、第２の温度センサ２６６へ流れることができる。

[0134]ＰＣＢ２５６の残りに及ぶ銅面２５８は、第１の温度センサ２６４および第２の温度センサ２６６まで延びず、したがって第１の温度センサ２６４および第２の温度センサ２６６の周囲に空間または堀を画定する。ＦＲ４の熱伝導率は、約０．２５Ｗ／ｍＫと比較的低く、上述したようにこれは良好な断熱材である。したがって、ＦＲ４の熱伝導率は、第１の温度センサ２６４と第２の温度センサ２６６との間に比較的大きい熱抵抗（ＴＲ２参照）を提供する。

[0135]ＴＲ１に示すように、第２の温度センサ２６６はまた、電気接続ピン２６０に非常に近接しており、それによって第２の温度センサ２６６と熱抵抗との間の距離を低減させる。熱を生成することができる能動的電気構成要素２３が、温度センサ２６４および２６６からさらに離れて取り付けられ、熱抵抗をさらに増大させる。したがって、電気構成要素２３からの熱は、温度センサ２６４および２６６までより大きい距離を進まなければならず、したがって図２１にＴＲ１で示すように、増大された抵抗に遭遇する。次いで、電気構成要素２３からの熱は、第１の温度センサ２６４および第２の温度センサ２６６の周りの堀を越えて進まなければならず、したがって堀が比較的大きい熱抵抗（ＴＲ２参照）を提供する。

[0136]連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム２４８の一実施形態では、基板２５２の別個の流体チャネル内で、電解質の電気測定を行うことができる。電気測定は、電極間に既知の空間を有する電極対における汗の伝導率を判定する。次いで、この伝導率値が、電極対からなる基板２５２の別の流体チャネル内の流体体積を計算するときに基準として使用される（図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂに示す実施形態の説明を参照）。

[0137]連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム２４８の別の実施形態では、それぞれ電解質および体積の電気測定を同じ流体チャネル内で行うことができ、電解質測定は、汗がチャネルを通って進み、体積測定のために確保されている一連の電極に到達する前に、電解質測定のために確保されている第１の組の電極によって実行される（たとえば、図２３参照）。

[0138]図２３および図２３Ａを次に参照すると、連続ウェアラブル生物流体体積および組成システムの第３の実施形態が、組み立てられた状態で、図２３Ａに２９６で示されている。可撓性流体捕捉基板の第４の実施形態は、分解された状態で、図２３に３００で示されている。連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム２９６は、可撓性流体捕捉基板３００および電子モジュール２５４を含む。

[0139]可撓性流体捕捉基板３００は、可撓性流体捕捉基板１２０に類似しており、同じく人体に着用されるように構成される。可撓性流体捕捉基板３０は、第１の外向き表面３０４、第２の皮膚向き表面（図示せず）を有する可撓性基板体３０２と、可撓性基板体３０２内に形成された１つまたは複数の汗収集またはマイクロ流体チャネル３０６とを含む。各マイクロ流体チャネル３０６は、汗入口ポート３０８を画定する第１の端部と、汗出口ポート３１０を画定する第２の端部とを有する。皮膚向き表面（図示せず）は、着用者の皮膚に付着するパターン付きまたは縞状の接着剤３１２などの接着剤を含み、任意の所望の可撓性の空気／酸素不透過性材料から形成された取外し可能な接着ライナ３１４によって覆うことができる。縞状の接着剤３１２はまた、汗が可撓性流体捕捉基板３００の下に蓄積することを防止する流体チャネルを画定し、また汗入口ポート３０８の直径より大きい直径を有する開口３１６を含み、開口３１６は、汗が皮膚にたまりまたは蓄積して汗入口ポート３０８に押し込まれることを可能にするように構成される。

[0140]上記で詳細に説明したように、それだけに限定されるものではないが、シリコーン、透明ポリエステル、ＰＥＴ、およびＴＰＵを含む、所望の可撓性材料から形成された第１の可撓性基板層３２２のどちら側にも、電極３１８および１つまたは複数の電気トレース３２０を印刷することができる。可撓性基板層３２２は、電気コネクタパッド１８０に類似した電気コネクタパッド３２４を含み、電気コネクタパッド３２４は、電子モジュール１８２内のピン１８４などの電気接続ピンに接触するように構成され、可撓性基板体３０２の皮膚の方を向いている側に取り付けられており、電子モジュール１８２の一部分が図１２に示されている。可撓性基板体３０２の外向き表面３０４に、第２の可撓性基板３２３を取り付けることができる。

[0141]可撓性流体捕捉基板３００はまた、スカート３２６を画定する上層を含む。スカート３２６は、可撓性の軟質材料から形成されており、可撓性基板体３０２および可撓性基板層３２２より柔軟かつ大きくすることができ、したがってスカート３２６の周縁部は、可撓性基板体３０２の周縁部を越えて外方へ延び、したがって着用者の皮膚に接触する。スカート３２６のうち着用者の皮膚に接触する部分はまた、接着剤を含むことができ、したがって皮膚に接着する。スカート３２６は、皮膚の機械係数と、流体基板体３０２、第１の可撓性基板層３２２、第２の可撓性基板層３２３、および縞状の接着剤３１２を含む可撓性流体捕捉基板サブアセンブリ３００Ａの係数との間に、機械的遷移を提供する。皮膚の係数と可撓性流体捕捉基板サブアセンブリ３００Ａの係数との間の遷移を平滑にすることによって、可撓性流体捕捉基板サブアセンブリ３００Ａの周縁部が皮膚に、より良好に接着される。スカート３２６のうち皮膚に接触する部分、すなわちスカート３２６の周縁部は、可撓性基板体３０２の周縁部を越えて外方へ延び、また複数の通気孔３２７を含む。通気孔により、マイクロ流体チャネル３０６内で捕捉されない汗などの流体が、可撓性流体捕捉基板サブアセンブリ３００Ａとスカート３２６が接着された皮膚との間から出ることが可能になる。上述したように、スカート３２６は、医療用テープまたはキネシオロジーテープなど、任意の所望の可撓性の軟質材料から形成することができる。

[0142]図２３を参照すると、可撓性流体捕捉基板３２２のいくつかの実施形態では、知られている抵抗器をトレース３２８から形成することができる。異なる流体基板設計は、異なる抵抗値を有するはずである。たとえば、特有の分析試料を含む可撓性流体捕捉基板は、５００オームの抵抗値を有することができるが、特有の分析試料のない同じ可撓性流体捕捉基板は、たとえば１００オームなどの異なる抵抗値を有するはずである。このインピーダンスを電子モジュール１２によって測定することができ、１組の既知の可撓性流体捕捉基板インピーダンスにマッピングして、電子モジュール１２内のソフトウェアが可撓性流体捕捉基板３００Ａの能力および／または特徴セットを判定することを可能にすることができる。

[0143]示されている実施形態では、電子モジュール２５４は、使用者がアラーム／アラート／通知を停止させることを可能にするように動作可能なボタン２９９を含む。そのようなアラームは、それだけに限定されるものではないが、体重の絶対量もしくは割合としての発汗量、温度などの環境条件、代謝率における活動の持続時間、および／または任意の他の伝達機能を含む所定の閾値を、得られた測定が超過したことを電子モジュール２５４が計算したことに基づいた、振動などの触覚アラーム、音もしくは他の可聴音響信号、点滅光などの光を含む視覚アラーム、および／またはスマートデバイス表示画面上の文字もしくは他の視覚通知を含むことができる。示されているボタン２９９は、着用することができる任意のＰＰＥを通して押すことを含めて、比較的容易に押すことができるように十分に大きくなるように設計される。

[0144]図２６Ａ、図２６Ｂ、および図２６Ｃを次に参照すると、連続ウェアラブル生物流体および組成システム２９６の電子モジュール２５４は、「ドロップイン」ラッチシステム３５０によって、可撓性流体捕捉基板３００に固定される。ラッチシステム３５０は、電子モジュール２５４が片手の動作で可撓性流体捕捉基板３００に迅速かつ容易に取り付けられることを可能にする。電子モジュール２５４の第１の端部またはつま先端２５４Ａが、ラッチシステム３５０内に形成されたポケット３５２に挿入される。次いで、電子モジュール２５４の第２の端部または頂端２５４Ｂが、下方へ押されて、ラッチシステム３５０のクリップ部分３５４にロックされる。

[0145]代替実施形態では、スマートフォンまたは他のデバイス上に文字およびグラフィック通知を表示することができ、使用者が何らかの閾値を超過したとき、または水分補給などの規定された動作を実行することを認識していないときに見ることができる。

[0146]追加の実施形態では、天気予報からの天気などのデータストリームが、使用者が注意すべきであることを示すとき、文字およびグラフィック通知および／または報告が使用者へ送達される。

[0147]さらなる実施形態では、それだけに限定されるものではないが、発汗量プロファイル、代謝率、および／または皮膚温度を含む、使用者の長期挙動が、行動をとるべきリスクが増大した状況を示すとき、文字およびグラフィック通知および／または報告が使用者へ送達される。

[0148]本発明の原理および動作モードについて、その好ましい実施形態において説明および例示した。しかし、具体的に説明および例示した方法とは異なる方法でも、その精神または範囲から逸脱することなく、本発明を実施することができることを理解されたい。

１０ 連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム
１２ 電子モジュール
１４ マイクロ流体可撓性流体捕捉基板
１５ 可撓性基板体
１６ 前腕
１８ ベース
１９ ＰＣＢ
２０ カバー
２１ オン／オフボタン
２２ ＰＣＢアセンブリ
２３ 機能的電子構成要素
２４ 電気ソケット
２６ 第１の外向き表面
２８ 第２の皮膚向き表面
３０ マイクロ流体チャネル
３２ 汗入口ポート
３４ 汗出口ポート
３５ 電極
３５Ａ 電極パッド
３５Ｂ 電極パッド
３６ 電気トレース
３８ リボンケーブル
３９ 導電性のコネクタパッド
４０ ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）コネクタ
４１ 補強材
４４ ガスケット
４６ スマートデバイス
４７ 電池
４８ 回路ブロック
４９ 電力マネージャ
５０ ２．４ＧＨｚＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）５．１トランシーバ
５２ センサ
５４ マルチプレクサ
５５ 測定回路入力
５６ インピーダンス測定回路
５７ 電極領域
５８ 内蔵温度センサ
６０ 加速度計
６２ ＬＥＤ
６４ 音声または振動アラート
６６ デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）
６８ 電極パッド
６９ 電極板
７０ オペアンプ
７２ 汗
７４ トランスインピーダンス増幅器回路
７６ 基準抵抗器
７８ 電極
８０ 電極パッド
８２ 透明基板
８４ リボンケーブル
８６ 皮膚向き表面
８７ ビア
９０ 基板層
９２ 可撓性流体捕捉基板
９４ 可撓性基板体
９６ 第１の外向き表面
９８ マイクロ流体チャネル
１００ 汗入口ポート
１０２ 汗出口ポート
１０４ 接着ライナの一部分
１０６ 電極
１０８ 電気トレース
１２０ 可撓性流体捕捉基板
１２２ 可撓性基板体
１２４ 第１の外向き表面
１２６ マイクロ流体チャネル
１２８ 汗入口ポート
１３０ 汗出口ポート
１３２ 縞状の接着剤
１３４ 取外し可能な接着ライナ
１３６ 電極
１３８ 電気トレース
１４０ 可撓性基板層
１４２ リボンケーブル
１４４ 導電性コネクタパッド
１４６ 補強材
１４８ スカート
１５０ 電子モジュール
１５２ ベース
１５４ カバー
１５６ ＰＣＢアセンブリ
１５７ ＰＣＢ
１５８ オン／オフボタン
１６０ 電気ソケット
１７０ 可撓性流体捕捉基板
１７１ スカート
１７２ 可撓性基板体
１７４ マイクロ流体チャネル
１７６ 汗入口ポート
１７８ 汗出口ポート
１８０ 電気コネクタパッド
１８２ 電子モジュール
１８４ 電気接続ピン
２００ 創傷治療用包帯
２０２ 電極アレイ
２０４ 透明基板
２０６ 内側の繊維性ウィッキング層
２０８ 外側の蒸気および／または水障壁
２１０ 電極
２１２ 電極
２４８ 連続ウェアラブル生物流体体積および組成システム
２５０ 二頭筋
２５２ マイクロ流体可撓性流体捕捉基板
２５４ 電子モジュール
２５４Ａ カバー
２５４Ｂ ベース
２５５ ＰＣＢアセンブリ
２５６ ＰＣＢ
２５８ 銅面
２６０ 電気接続ピン
２６２ ＤＣ－ＤＣ昇圧コンバータ
２６４ 第１の温度センサ
２６６ 第２の温度センサ
２６８ 導電性経路
２９６ 連続ウェアラブル生物流体および組成システム
２９９ ボタン
３００ 可撓性流体捕捉基板
３００Ａ 可撓性流体捕捉基板サブアセンブリ
３０２ 可撓性基板体
３０４ 第１の外向き表面
３０６ マイクロ流体チャネル
３０８ 汗入口ポート
３１０ 汗出口ポート
３１２ 縞状の接着剤
３１４ 取外し可能な接着ライナ
３１６ 開口
３１８ 電極
３２０ 電気トレース
３２２ 第１の可撓性基板層
３２３ 第２の可撓性基板
３２４ 電気コネクタパッド
３２６ スカート
３２７ 通気孔
３２８ トレース
３３０ ＧＵＩ
３３２ 第１の部分
３３４ 第２の部分
３３６ トレイ
３４０ エアロビクスクラスまたはクロストレーニング
３５０ ラッチシステム
３５２ ポケット
３５４ クリップ部分
Ａ１ 熱
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域
Ｒ３ 第３の領域
Ｒ４ 第４の領域
ＴＲ１ 抵抗
ＴＲ２ 熱抵抗

Claims (15)

1. 汗収集チャネルとして構成されたマイクロ流体チャネルを有し、人体に着用され、生物流体を収集および感知するように構成されたマイクロ流体可撓性流体捕捉基板であって、複数の導電トレースおよび電極をさらに有するマイクロ流体可撓性流体捕捉基板と、
   前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板によって収集された生物流体からのデータを測定および分析し、前記分析されたデータをスマートデバイスへ伝送するように構成された電子モジュールとを備え、
   前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、可撓性基板体を含み、前記可撓性基板体が、第１の外向き表面および第２の皮膚向き表面を有し、前記皮膚向き表面に、着用者の皮膚に付着する縞状の接着剤が位置し、前記縞状の接着剤が、汗が前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板の下に蓄積することを防止する流体チャネルを画定する、
   ウェアラブル生物流体体積および組成システム。
2. 前記電子モジュールが、約１μＬ～約１３０μＬの生理学的範囲内の生物流体の体積を測定し、約１ｍｇ～約５ｇの生理学的範囲内のナトリウム量に関連する汗伝導率を測定するように構成された電子回路を含む、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
3. 前記電子モジュールが、前記ウェアラブル生物流体体積および組成システムの着用者における発汗量および／または成分汗バイオマーカを分析し、実時間警告を提供し、前記分析された発汗量データを前記スマートデバイスへ無線伝送するように構成され、前記実時間警告が、振動、音、可聴音響信号、光、およびスマートデバイス表示画面上の文字または他の視覚通知のうちの１つである、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
4. 前記導電トレースおよび電極が、前記汗収集チャネルに接触し、電極が、前記生物流体との電気化学反応により電圧を生じさせる免疫分析試料、酵素分析試料、およびアプタマー系分析試料のうちの１つを含む、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
5. 前記トレースおよび電極が、前記汗収集チャネルの軸に沿ってジッパーの形態で配置され、前記汗収集チャネルの両側のトレースが、互いおよび前記汗収集チャネルに対して平行であり、前記電極が、前記トレースから垂直に延び、前記汗収集チャネルに交互に交差して、前記ジッパーの歯を形成し、前記汗収集チャネルを越えて延びる前記電極が、前記汗収集チャネル内の汗に電気接触する、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
6. 露出された電極が、前記電極を非極性にして低い接合部電位を有するようにする材料で被覆される、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
7. 前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、前記マイクロ流体チャネルの経路に沿って複数の電極対を含み、前記複数の電極対のうちの連続する電極対が、前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板の個別の連続する充填体積を電気的に区切ることができ、前記電子モジュールおよび前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板内の前記マイクロ流体チャネルに沿って連続する電極対の各々または領域の励起および感知からインピーダンス値を測定し、体積の変化を分解し、前記マイクロ流体チャネルに沿って前記電極領域のすべてからの前記インピーダンスデータのすべてをコンパイルして、総体積測定を得るための方法を協働で実行し、前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、複数の前記マイクロ流体チャネル、流体リザーバ、ならびに前記複数の前記マイクロ流体チャネルおよび前記流体リザーバの組合せのうちの１つを含む、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
8. 前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、電気性能を低減させることなく、大量生産による位置合わせ不良公差を可能にするように、前記電極パッド区域および流体チャネルの構成および寸法設定を含み、前記電子モジュールが、多重化および同時信号調節のうちの１つを介して複数の前記電極対に接続され、前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、前記流体チャネルに沿って領域に局所化された電極セットを含み、したがって多重化および同時サンプリングのうちの１つによってその領域のみを測定する、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
9. 前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板が、前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板のタイプを識別するために前記電子モジュールによって測定することができる画定されたインピーダンスを有する１つまたは複数のトレースを含む、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
10. 前記トレースおよび電極が、アレイで形成され、デカルト座標軸に配置され、したがって前記アレイが、ｘおよびｙ軸に沿って湿度および流体のうちの１つを測定するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
11. 前記トレースおよび電極が、アレイで形成され、同心円状のリングを有する極座標軸に配置され、したがって前記アレイが、生物流体が前記極座標軸の連続するリング内を中心から外方へ広がるときに前記生物流体を測定するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
12. 前記電子モジュールが、
    前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板上で生じる電気化学反応によって生成される電圧および電流、
    時間データを提供するための経時的なバイオマーカ特性、
    体積充填を較正するためのバイオマーカ特性および温度、
    体積測定の変動を拒否し、バイオマーカおよび流体体積の推奨値を提供するためのバイオマーカ特性および運動データ、
    発汗量および代謝率を計算して、持続的な熱露出を計算するためのバイオマーカ特性、温度、および運動データ、ならびに
    作業タスク活動および運動作業負荷のうちの１つに相関する運動値のうちの１つまたは複数を測定するように構成され、前記運動値が、水分補給推奨アルゴリズムおよび水分補給アラート警告アルゴリズムへの入力として使用される、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
13. 前記電子モジュールが、タスクを実行するよう着用者に警告するように構成されたアラームを含む、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
14. 前記ウェアラブル生物流体体積および組成システムによって測定、ロギング、および分析された汗データが、健康管理データベースへ無線伝送され、受け取った前記健康管理データベースが、着用者が身体活動前、身体活動中、および身体活動後に着用者の摂水、栄養、および食事に関する必要のうちの１つまたは複数を観察および追跡することを可能にするように構成され、前記ウェアラブル生物流体体積および組成システムによって測定、ロギング、および分析された汗データが、健康管理データベースへ無線伝送され、受け取った前記健康管理データベースが、地域、国、および業界の安全規制のうちの少なくとも１つに従って、インシデント報告を準備するように構成される、請求項１に記載のウェアラブル生物流体体積および組成システム。
15. 人体に着用されるように構成されたマイクロ流体可撓性流体捕捉基板であって、
    第１の外向き表面、第２の皮膚向き表面、および汗収集チャネルが形成された可撓性基板体であって、前記汗収集チャネルが、汗入口ポートを画定する第１の端部および汗出口ポートを画定する第２の端部を有し、前記皮膚向き表面に、着用者の皮膚に付着する縞状の接着剤が位置し、前記縞状の接着剤が、汗が前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板の下に蓄積することを防止する流体チャネルを画定し、前記汗入口ポートの直径より大きい直径を有する開口をさらに画定し、前記開口が、汗が皮膚に蓄積して前記汗入口ポートに押し込まれることを可能にするように構成され、取外し可能な接着ライナが前記縞状の接着剤を覆う、可撓性基板体と、
    電気トレース、電極、および電気コネクタパッドが印刷されており、前記可撓性基板体の表面に取り付けられた第１の可撓性基板層と、
    前記第１の可撓性基板層とは反対の位置で前記可撓性基板体の表面に取り付けられた第２の可撓性基板と、
    スカートを画定する上層とを含み、前記スカートが、前記可撓性基板体より柔軟かつ大きい可撓性の軟質材料から形成され、したがって前記スカートの周縁部が、前記可撓性基板体の周縁部を越えて外方へ延び、着用者の皮膚に接触し、前記スカートのうち着用者の皮膚に接触する部分が、皮膚に接着するための接着剤を含み、前記スカートが、前記スカートが接着された皮膚の機械係数と前記可撓性流体捕捉基板の係数との間に機械的遷移を提供し、前記スカートのうち皮膚に接触する部分が、前記汗収集チャネル内で捕捉されない汗が前記可撓性流体捕捉基板と前記スカートが接着された皮膚との間から出ることを可能にするように構成された複数の通気孔を含む、マイクロ流体可撓性流体捕捉基板と、
    前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板によって収集された汗からデータを測定および分析し、前記分析されたデータをスマートデバイスへ伝送するように構成された電子モジュールとを備え、前記電子モジュールが、
    ベースと、
    カバーと、
    前記電子モジュール内に取り付けられたＰＣＢアセンブリであって、ＰＣＢ、マイクロコントローラ、前記ＰＣＢに取り付けられた複数の機能的電子構成要素、および前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板の前記電気コネクタパッドに接触するように構成された複数の電気接続ピンを含むＰＣＢアセンブリと、
    着用者がアラームを停止させることを可能にするように動作可能なボタンと、
    前記電子モジュールを受け取って前記マイクロ流体可撓性流体捕捉基板に保持するように構成されたラッチシステムとを含む、
    ウェアラブル生物流体体積および組成システム。
    

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