JP2023530683A - Moisture content sensor and its application for monitoring and diagnosing skin diseases under any environment - Google Patents

Moisture content sensor and its application for monitoring and diagnosing skin diseases under any environment Download PDF

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Abstract

本発明は水分量センサーに関係し、これは皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するために生体の皮膚の注目する標的領域上に動作可能に配設されたセンシングモジュールと、センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のためにセンシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える。センシングモジュールは、それの注目する標的領域を動作可能に加熱するためのサーマルアクチュエーターと、皮膚の熱特性を決定するためにその過渡温度変化を同時に検出するためのセンシング回路とを備える。The present invention relates to a moisture content sensor comprising a sensing module operably disposed over a target area of interest of the skin of a living body to detect data associated with thermal properties of the skin; and a wireless platform coupled to the sensing module for wireless data transmission between and an external device. The sensing module comprises a thermal actuator for operatively heating its target area of interest and a sensing circuit for simultaneously detecting transient temperature changes thereof to determine the thermal properties of the skin.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれている、2020年6月10日に出願した米国仮特許出願第63/037,092号の優先権および利益を主張するものである。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to and benefit from U.S. Provisional Patent Application No. 63/037,092, filed June 10, 2020, which is hereby incorporated by reference in its entirety. It is.

本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれている、それ自体2018年3月30日に出願した米国仮特許出願第62/650,826号、2019年1月11日に出願した米国仮特許出願第62/791,390号、および2018年7月11日に出願した米国仮特許出願第62/696,685号の優先権およびその利益を主張する、2019年3月29日に出願したPCT特許出願第PCT/US2019/025031号の国内移行手続きの出願である、2020年9月29日に出願した米国特許出願第17/043,161号の一部継続出願でもある。 This application, which is incorporated herein by reference in its entirety, is itself US Filed March 29, 2019, claiming priority to and benefit from Provisional Patent Application No. 62/791,390 and U.S. Provisional Patent Application No. 62/696,685 filed July 11, 2018 It is also a continuation-in-part of US patent application Ser.

本発明は、一般的に、バイオセンサーに関するものであり、より具体的には、健常な皮膚および/または病気の皮膚内の水分量レベルの迅速なマルチセンサー測定のためのワイヤレス水分量センサーに関するものである。 The present invention relates generally to biosensors, and more particularly to wireless moisture sensors for rapid multi-sensor measurement of moisture levels in healthy and/or diseased skin. is.

本明細書で与えられている背景の説明は、本発明の文脈を一般的に提示することを目的としている。本発明の背景技術の項において説明されている主題は、本発明の背景技術の項において従来技術について言及した結果として単に従来技術であると仮定されるべきではない。同様に、本発明の背景技術の項で言及されている、または本発明の背景技術の項の主題に関連付けられている問題は、従来技術においてすでに認識されていると仮定されるべきではない。 The background discussion provided herein is for the purpose of generally presenting the context of the invention. The subject matter discussed in the Background of the Invention section should not be assumed to be prior art merely as a result of any mention of the prior art in the Background of the Invention section. Likewise, it should not be assumed that the problems mentioned in the Background of the Invention section or associated with the subject matter of the Background of the Invention section have already been recognized in the prior art.

人体の最大の器官である皮膚は、複雑な多層機能構造であり、保護、感覚、体温調節、および免疫学的機能の不可欠な集合を支えている。皮膚の主要な機能は、周囲の環境に対する保護用の界面としての働きである。皮膚の3つの主要な層である、角質層(SC)、表皮、および真皮は、外因性刺激に対する動的な物理的バリアとして、また、恒常性を維持するための能動的界面として働く。保護機能の障害が生じると、健康への様々な悪影響が引き起こされ得るが、それは皮膚バリアが損なわれると、感染症、不感水分損失、組織壊死、および死亡が生じ得るからである。バリア機能の欠陥は、一般に湿疹として知られている、アトピー性皮膚炎(AD)の根本的な要因でもある。ADは、最も一般的な炎症性皮膚疾患であり、世界中で小児の20%、成人の3%が罹患している。乾燥肌、または皮膚乾燥(XC)は、バリア障害に関連する別の一般的な皮膚疾患であり、高齢者の85%が罹患している。新生児における皮膚バリア機能障害は、その後数年以内のADの発症を予測することもできる。これらおよび他の種類の劣化は、外来化学物質および有害金属の体内吸収を増大し、深刻な健康後遺症をもたらすこともあり得る。 The skin, the largest organ of the human body, is a complex multi-layered functional structure supporting an essential set of protective, sensory, thermoregulatory, and immunological functions. A primary function of the skin is to serve as a protective interface to the surrounding environment. The three major layers of the skin, the stratum corneum (SC), epidermis, and dermis, serve as dynamic physical barriers against exogenous stimuli and as active interfaces to maintain homeostasis. Impairment of protective function can lead to a variety of adverse health effects, as infections, insensitive water loss, tissue necrosis, and death can occur when the skin barrier is compromised. Defects in barrier function are also the underlying cause of atopic dermatitis (AD), commonly known as eczema. AD is the most common inflammatory skin disease, affecting 20% of children and 3% of adults worldwide. Dry skin, or xerostomia (XC), is another common skin disorder associated with barrier disorders, affecting 85% of the elderly. Skin barrier dysfunction in neonates can also predict the development of AD within the next few years. These and other types of degradation increase the body's absorption of foreign chemicals and toxic metals and can lead to serious health consequences.

皮膚バリア機能の定量的評価は、臨床的意思決定の導く必須情報を提供することができる。現在の方法は、皮膚表面の水蒸気圧の測定を介した経表皮水分蒸散量(TEWL)の決定、または皮膚それ自体の高周波電気的特性をその水分含有量の代理マーカーとして評価することを伴う。既存のTEWL測定器および皮膚静電容量法は、精度が周囲温度のわずかな変化、皮膚界面の角度および圧力の微妙な変動、ならびに検査プロトコルの使用者に関係するわずかな違いの影響を受け得る高価なデバイスでないと利用可能でない。そのような制限があるため、これらの方法は高度に制御された臨床研究および調査研究での使用に限定される。代替として、最近の研究では、過渡平面ソース(transient plane source)(TPS)法が皮膚の熱輸送特性の非侵襲的測定に適合され得ること、簡単なモデルで皮膚の熱特性とその水分量レベルとを定量的に結び付けることが実証されている。皮膚の水分補給状態の正確な定量的測定は、皮膚健康ならびに皮膚の構造および機能、それとともに体温調節および基礎的生理の他の特徴の本質的プロセスへの追加の関連性に対する重要な洞察をもたらすことができる。皮膚水分含有量を決定するための既存のツールは、再現性のある方式で使用するのが困難な、かさばり、堅く、高価な機器を用いて行われる代理電気的評価を利用している。 Quantitative assessment of skin barrier function can provide essential information to guide clinical decision making. Current methods involve determining transepidermal water loss (TEWL) via measurement of water vapor pressure at the skin surface, or assessing the high frequency electrical properties of the skin itself as a surrogate marker of its water content. Existing TEWL meters and skin capacitance methods can be affected by small changes in ambient temperature, subtle variations in skin interface angle and pressure, and small user-related differences in testing protocols. Only available on expensive devices. Such limitations limit the use of these methods to highly controlled clinical and research studies. Alternatively, recent studies have shown that the transient plane source (TPS) method can be adapted for the non-invasive measurement of the heat transport properties of the skin, a simple model of the thermal properties of the skin and its moisture level. It has been demonstrated to quantitatively link Accurate quantitative measurements of skin hydration status provide important insights into skin health and additional relevance to essential processes of skin structure and function, as well as other features of thermoregulation and basic physiology. be able to. Existing tools for determining skin moisture content utilize surrogate electrical assessments performed with bulky, stiff, and expensive equipment that are difficult to use in a reproducible manner.

したがって、前述の欠陥および不適切さに対処するために、これまで解決されていなかったニーズが当技術分野に存在する。 Accordingly, a heretofore unmet need exists in the art to address the aforementioned deficiencies and inadequacies.

一態様では、本発明は、水分量センサーに関するものであり、これは皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するために生体の皮膚の注目する標的領域上に動作可能に配設されたセンシングモジュールと、センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のためにセンシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える。 In one aspect, the present invention relates to a moisture content sensor operably disposed on a target area of interest of the skin of a living body to detect data associated with thermal properties of the skin. A sensing module and a wireless platform coupled to the sensing module for wireless data transmission between the sensing module and an external device.

一実施形態において、センシングモジュールは、注目する標的領域を加熱するために皮膚の注目する標的領域上に動作可能に配設されたサーマルアクチュエーターと、皮膚の熱特性を決定するためにその過渡温度変化(ΔT)を同時に検出するためのセンシング回路とを備える。 In one embodiment, the sensing module includes a thermal actuator operably disposed on the target area of interest of the skin to heat the target area of interest and a transient temperature change thereof to determine the thermal properties of the skin. and a sensing circuit for simultaneously detecting (ΔT).

一実施形態では、サーマルアクチュエーターおよびセンシング回路は、蛇行トレースによって相互接続され、ロバストな機械的および熱的結合を有する皮膚への柔らかい密接接触を円滑にする可撓性構造を形成する。 In one embodiment, the thermal actuator and sensing circuitry are interconnected by serpentine traces to form a flexible structure that facilitates soft intimate contact to the skin with robust mechanical and thermal coupling.

一実施形態では、サーマルアクチュエーターは、少なくとも1つの抵抗器を含む。 In one embodiment, the thermal actuator includes at least one resistor.

一実施形態では、サーマルアクチュエーターは、互いに直列に結合された、表面実装薄膜抵抗器、厚膜抵抗器、スルーホール抵抗器、および超薄膜金属抵抗器のうちの2つまたはそれ以上を備える。 In one embodiment, the thermal actuator comprises two or more of surface mount thin film resistors, thick film resistors, through hole resistors, and ultra thin film metal resistors coupled in series with each other.

一実施形態において、センシング回路は、負温度係数サーミスタ、正温度係数サーミスタ、抵抗温度検出器(RTD)、および熱電対のうちの1つまたは複数を備える。 In one embodiment, the sensing circuit comprises one or more of a negative temperature coefficient thermistor, a positive temperature coefficient thermistor, a resistance temperature detector (RTD), and a thermocouple.

一実施形態において、センシング回路は、第1のホイートストンブリッジ回路内に配置構成された負温度係数サーミスタ(NTC)の第1の対を備える。 In one embodiment, the sensing circuit comprises a first pair of negative temperature coefficient thermistors (NTC) arranged in a first Wheatstone bridge circuit.

一実施形態において、NTCの第1の対は、サーマルアクチュエーターとは異なる層上に配設され、NTCの第1の対は、サーマルアクチュエーターの上に直接的に載る。別の実施形態において、NTCの第1の対は、サーマルアクチュエーターと同じ層上に配設され、各第1のNTCは、サーマルアクチュエーターから第1の距離を有する。 In one embodiment, the first pair of NTCs is disposed on a different layer than the thermal actuators and the first pair of NTCs directly overlies the thermal actuators. In another embodiment, the first pair of NTCs are disposed on the same layer as the thermal actuator, each first NTC having a first distance from the thermal actuator.

一実施形態において、センシング回路は、周囲温度の変化を補償する働きをする第2のホイートストンブリッジ回路内に配置構成されているNTCの第2の対をさらに備える。 In one embodiment, the sensing circuit further comprises a second pair of NTCs arranged in a second Wheatstone bridge circuit that serves to compensate for changes in ambient temperature.

一実施形態において、NTCの第2の対は、NTCの第1の対と同じ層上に配設され、各第2のNTCは、NTCの第1の対から空間的に離れており、サーマルアクチュエーターから第2の距離を有している。 In one embodiment, the second pair of NTCs are disposed on the same layer as the first pair of NTCs, each second NTC being spatially separated from the first pair of NTCs and thermally It has a second distance from the actuator.

一実施形態において、第1および第2の距離は、皮膚内への深さ感度の設計要件によって決定され、10数μmから数mmの範囲である。 In one embodiment, the first and second distances are determined by design requirements for depth sensitivity into the skin and range from tens of microns to several millimeters.

一実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Wi-Fi、BLE、およびNFC通信プロトコルのうちの少なくとも1つを含む。 In one embodiment, the wireless platform includes at least one of Wi-Fi, BLE, and NFC communication protocols.

一実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Bluetooth low energy system on a chip(BLE SoC)を備える。 In one embodiment, the wireless platform comprises a Bluetooth low energy system on a chip (BLE SoC).

一実施形態において、BLE SoCは、サーマルアクチュエーターを起動するための周期電流を提供するためにサーマルアクチュエーターに電気的に結合されている汎用入力/出力(GPIO)と、ブリッジ電圧の差を増幅するためにセンシング回路に電気的に結合されている差動アンプ(AMP)と、AMPの出力電圧をデジタル化するためにAMPに電気的に結合されているアナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、皮膚の水分補給状態を決定する処理のためにADCの出力信号を外部デバイスにワイヤレス伝送し、データを外部デバイスから受信してGPIOピンを有効化し周期的電流をサーマルアクチュエーターに供給するように構成されているBLE無線機とを備える。 In one embodiment, the BLE SoC is a general purpose input/output (GPIO) electrically coupled to the thermal actuator to provide a periodic current to activate the thermal actuator and a bridge voltage to amplify the difference. a differential amplifier (AMP) electrically coupled to the sensing circuit, an analog-to-digital converter (ADC) electrically coupled to the AMP for digitizing the output voltage of the AMP; skin moisture; A BLE configured to wirelessly transmit the output signal of the ADC to an external device for processing to determine refueling status, receive data from the external device and enable a GPIO pin to provide periodic current to the thermal actuator. and a radio.

一実施形態において、外部デバイス上のカスタムアプリケーションを通して制御されるデジタルオン/オフスイッチは、BLE接続およびGPIOピンのアクティブ化を有効にして、周期的な電流をサーマルアクチュエーターに供給するように適合される。 In one embodiment, a digital on/off switch controlled through a custom application on the external device is adapted to enable BLE connections and activation of GPIO pins to supply periodic current to the thermal actuators. .

一実施形態において、BLE SoCは、GPIOピンをアクティブにし周期的電流をサーマルアクチュエーターに供給するように構成されているマイクロコントローラ(μC)をさらに備える。 In one embodiment, the BLE SoC further comprises a microcontroller (μC) configured to activate a GPIO pin to supply periodic current to the thermal actuator.

一実施形態において、水分量センサーは、センシング回路およびワイヤレスプラットフォームに電力を供給するための電力モジュールをさらに備える。 In one embodiment, the moisture content sensor further comprises a power module for powering the sensing circuitry and the wireless platform.

一実施形態において、電力モジュールは、電池を備える。 In one embodiment, the power module comprises a battery.

一実施形態において、電池は、ワイヤレス充電で動作可能に再充電可能な充電式電池である。 In one embodiment, the battery is a rechargeable battery that is operably rechargeable with wireless charging.

一実施形態において、電力モジュールは、充電式電池をワイヤレスで充電するためのワイヤレス充電モジュールをさらに備える。 In one embodiment, the power module further comprises a wireless charging module for wirelessly charging the rechargeable battery.

一実施形態において、電力モジュールは、電池の誤作動を回避するための短絡保護コンポーネントまたは回路を含む故障防止要素をさらに備える。 In one embodiment, the power module further comprises fault protection elements including short circuit protection components or circuits to avoid malfunction of the battery.

一実施形態において、水分量センサーは、皮膚側のサーマルアクチュエーター、空気側のNTC、およびBLE SoCを相互接続する回路トレースを有するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)の形態の可撓性基板をさらに備える。 In one embodiment, the moisture content sensor further comprises a flexible substrate in the form of a flexible printed circuit board (fPCB) having circuit traces interconnecting the skin-side thermal actuator, the air-side NTC, and the BLE SoC.

一実施形態において、可撓性基板は、ポリイミド(PI)および/またはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む可撓性材料から形成される。 In one embodiment, the flexible substrate is formed from flexible materials including polyimide (PI) and/or polyethylene terephthalate (PET).

一実施形態において、可撓性基板は、可撓性銅張ポリイミド(Cu/PI/Cu)シートである。 In one embodiment, the flexible substrate is a flexible copper clad polyimide (Cu/PI/Cu) sheet.

一実施形態において、水分量センサーは、サーマルアクチュエーター、ワイヤレスプラットフォーム、電池、およびfPCBを囲む封入エンクロージャをさらに備える。 In one embodiment, the moisture content sensor further comprises an encapsulating enclosure surrounding the thermal actuator, wireless platform, battery, and fPCB.

一実施形態において、封入エンクロージャは、環境から水分量センサーを熱的、化学的、および機械的に隔離するための頂層と、fPCBの皮膚側のサーマルアクチュエーターと皮膚との間に直接的な界面を設けるための底層とを備える。 In one embodiment, the encapsulation enclosure provides a top layer for thermally, chemically, and mechanically isolating the moisture sensor from the environment, and a direct interface between the thermal actuator on the skin side of the fPCB and the skin. a bottom layer for providing.

一実施形態において、頂層は、クリティカルなセンシングコンポーネントを熱的に、機械的に、および化学的に絶縁するための小さな空隙を含むシェル状頂部封入層である。 In one embodiment, the top layer is a shell-like top encapsulation layer that contains small voids to thermally, mechanically, and chemically insulate the critical sensing components.

一実施形態において、頂層は、シリコーンまたはシリコーンゲル、低/高密度ポリエチレン(LDPE/HDPE)、ポリスチレン、Teflon(登録商標)、および様々な他の可撓性ポリマーを含む可撓性材料から形成される。 In one embodiment, the top layer is formed from flexible materials including silicone or silicone gel, low/high density polyethylene (LDPE/HDPE), polystyrene, Teflon®, and various other flexible polymers. be.

一実施形態において、底層は、水分量センサーを皮膚に付着させるための可撓性粘着剤を含む。 In one embodiment, the bottom layer comprises a flexible adhesive for attaching the moisture sensor to the skin.

一実施形態において、底層は、水分量センサーの機械的堅牢性を高めるために可撓性粘着剤層に埋め込まれたガラス繊維/補強材の極薄織物をさらに含む。 In one embodiment, the bottom layer further comprises a micro-woven fiberglass/stiffener embedded in the flexible adhesive layer to increase the mechanical robustness of the moisture sensor.

一実施形態において、補強材は、可撓性であり、底層に引き裂き抵抗を付けるために様々なメッシュ密度および厚さを有する。 In one embodiment, the stiffener is flexible and has varying mesh densities and thicknesses to impart tear resistance to the bottom layer.

一実施形態において、可撓性粘着剤層は、シリコーンもしくはシリコーンゲル、または両面皮膚安全粘着剤から形成され、シリコーンおよびシリコーンゲルの比は粘着剤の機械的完全性および粘着性を同時最適化するように調整される。 In one embodiment, the flexible adhesive layer is formed from silicone or silicone gel, or a double-sided skin safe adhesive, the ratio of silicone and silicone gel simultaneously optimizing the mechanical integrity and tackiness of the adhesive. adjusted to

一実施形態において、外部デバイスは、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、またはデータ読み取り/処理能力を有する任意の電子デバイスである。 In one embodiment, the external device is a smart phone, tablet, computer, or any electronic device with data reading/processing capabilities.

一実施形態において、皮膚の熱特性は、皮膚の水分含有量に関係する皮膚の熱伝導率および熱拡散率を含み、水分含有量は、皮膚深度の関数である。 In one embodiment, the thermal properties of the skin include the thermal conductivity and thermal diffusivity of the skin which are related to the moisture content of the skin, which is a function of skin depth.

一実施形態において、水分含有量は、測定された温度変化ΔT対時間tから決定される。 In one embodiment, the moisture content is determined from the measured temperature change ΔT versus time t.

一実施形態において、水分含有量および皮膚表面温度は、皮膚の正常状態または疾病状態を決定するために使用される。 In one embodiment, moisture content and skin surface temperature are used to determine the normal or diseased state of the skin.

一実施形態において、水分含有量および皮膚表面温度は、皮膚病の治療、または皮膚保湿剤、ローション、および/もしくはクリームを含む他の健康およびウェルネス製品の有効性の定量的メトリックとして働く。 In one embodiment, moisture content and skin surface temperature serve as quantitative metrics for the efficacy of treating skin conditions or other health and wellness products, including skin moisturizers, lotions, and/or creams.

一実施形態において、水分量センサーは、臨床現場および/または家庭環境において皮膚状態を監視するために使用可能である。 In one embodiment, the moisture sensor can be used to monitor skin conditions in clinical settings and/or home settings.

一実施形態において、水分量センサーは、治療を実施する、効果を監視する、必要に応じて治療プロトコルを修正する、および/または特定の病変部位に関する定量的な個人化された測定に基づきフレアを潜在的に予測するために使用可能である。 In one embodiment, the hydration sensor is used to administer treatment, monitor efficacy, modify treatment protocols as needed, and/or initiate flares based on quantitative personalized measurements for specific lesion sites. Can be used to potentially predict.

一実施形態において、水分量センサーは、従来の監視技術では器官の健康の継続的評価を提供できない様々な疾病について内部器官の水分含有量を監視するために使用可能である。 In one embodiment, the water content sensor can be used to monitor the water content of internal organs for various diseases where conventional monitoring techniques cannot provide a continuous assessment of organ health.

一実施形態において、水分量センサーは、臓器移植への応用のために臓器搬送中の臓器を監視するために使用可能である。 In one embodiment, the water content sensor can be used to monitor organs during organ transportation for organ transplantation applications.

一実施形態において、水分量センサーは、深さの関数として任意の材料の熱伝導率、熱拡散率、熱容量、および他の熱特性を測定する用途に使用可能である。 In one embodiment, the moisture content sensor can be used to measure thermal conductivity, thermal diffusivity, heat capacity, and other thermal properties of any material as a function of depth.

一実施形態において、水分量センサーは、ヒドロゲル、植物(灌漑および農業用途)、食品保存(乾燥食品、穀物、果物、肉)、および/またはコンクリート(産業用途)を含む、任意の材料表面の水分含有量を深さの関数として測定するための用途に使用可能である。 In one embodiment, the moisture content sensor detects moisture on any material surface, including hydrogels, plants (irrigation and agricultural applications), food storage (dry food, grains, fruits, meats), and/or concrete (industrial applications). It can be used in applications to measure content as a function of depth.

一実施形態において、水分量センサーは、食品/飲料、医薬品/工業用化学品の組成を監視するために使用可能である。 In one embodiment, the moisture content sensor can be used to monitor the composition of food/beverages, pharmaceuticals/industrial chemicals.

一実施形態において、水分量センサーは、皮膚への刺激または水分量センサーへの損傷なしに再使用可能であり、取り外し可能である。 In one embodiment, the moisture sensor is reusable and removable without skin irritation or damage to the moisture sensor.

一実施形態において、水分量センサーは、水分量センサーへの損傷または水分量センサー粘着剤の効能の損失なしに、異なる使用者間での再使用を可能にするアルコールベースのクリーニングワイプと親和性がある。 In one embodiment, the moisture sensor is compatible with an alcohol-based cleaning wipe that allows reuse between different users without damage to the moisture sensor or loss of efficacy of the moisture sensor adhesive. be.

一実施形態において、水分量センサーは、アルコール、オートクレーブ蒸気滅菌、および気相滅菌を使用して滅菌可能である。 In one embodiment, the moisture content sensor is sterilizable using alcohol, autoclave steam sterilization, and vapor phase sterilization.

別の態様では、本発明は、水分量センサーを製作する方法に関係する。一実施形態において、方法は、水分量センサーの電子機器を相互接続するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)を形成することと、センシングモジュール、ワイヤレスプラットフォーム、およびfPCBを囲む封入エンクロージャを形成することとを含み、封入エンクロージャは、頂層と底層とを備える。 In another aspect, the invention relates to a method of fabricating a moisture content sensor. In one embodiment, the method includes forming a flexible printed circuit board (fPCB) interconnecting the moisture sensor electronics and forming an encapsulating enclosure surrounding the sensing module, the wireless platform, and the fPCB. , the encapsulating enclosure comprises a top layer and a bottom layer.

一実施形態において、fPCBは、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、またはこれらのいずれか1つとFR-4を含む硬質PCB材料とを組み合わせたものを含む可撓性材料から形成される。 In one embodiment, the fPCB is formed from a flexible material including polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), or any one of these in combination with a rigid PCB material including FR-4.

一実施形態において、底層は、第1の可撓性層、第2の可撓性層、および第1の可撓性層と第2の可撓性層との間に埋め込まれたガラス繊維/補強材の布の層構造を含む。 In one embodiment, the bottom layer comprises a first flexible layer, a second flexible layer, and fiberglass/fiberglass embedded between the first and second flexible layers. Contains layers of reinforcing fabric.

一実施形態において、第1の可撓性層および第2の可撓性層の各々は、シリコーンもしくはシリコーンゲル、または両面皮膚安全粘着剤から形成され、シリコーンおよびシリコーンゲルの比は粘着剤の機械的完全性および粘着性を同時最適化するように調整される。 In one embodiment, each of the first flexible layer and the second flexible layer is formed from silicone or silicone gel, or a double-sided skin safe adhesive, the ratio of silicone and silicone gel being the mechanical strength of the adhesive. adjusted to simultaneously optimize physical integrity and stickiness.

一実施形態において、補強材は、可撓性であり、底層に引き裂き抵抗を付けるために様々なメッシュ密度および厚さを有する。 In one embodiment, the stiffener is flexible and has varying mesh densities and thicknesses to impart tear resistance to the bottom layer.

一実施形態において、底層は、シリコーン接着材料、エポキシ、接着剤、または市販粘着剤の使用を通してf-PCBに接着する。 In one embodiment, the bottom layer adheres to the f-PCB through the use of silicone adhesives, epoxies, adhesives, or commercial adhesives.

一実施形態において、頂部シェル層は、シリコーンまたはシリコーンゲル、低/高密度ポリエチレン(LDPE/HDPE)、ポリスチレン、Teflon(登録商標)、および様々な他の可撓性ポリマーから形成される。 In one embodiment, the top shell layer is formed from silicone or silicone gel, low/high density polyethylene (LDPE/HDPE), polystyrene, Teflon®, and various other flexible polymers.

一実施形態において、電子機器は、皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するためのセンシングモジュールと、センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のためにセンシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える。 In one embodiment, the electronics are coupled to the sensing module for detecting data associated with thermal properties of the skin and wireless data transmission between the sensing module and an external device. a wireless platform;

一実施形態において、センシングモジュールは、皮膚の注目する標的領域を加熱するためのサーマルアクチュエーターと、皮膚の熱特性を決定するためにその過渡温度変化(ΔT)を同時に検出するためのセンシング回路とを備える。 In one embodiment, the sensing module includes a thermal actuator for heating a target area of interest on the skin and a sensing circuit for simultaneously detecting transient temperature changes (ΔT) thereof to determine the thermal properties of the skin. Prepare.

一実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Wi-Fi、BLE、およびNFC通信プロトコルのうちの少なくとも1つを含む。 In one embodiment, the wireless platform includes at least one of Wi-Fi, BLE, and NFC communication protocols.

一実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Bluetooth low energy system on a chip(BLE SoC)を備える。 In one embodiment, the wireless platform comprises a Bluetooth low energy system on a chip (BLE SoC).

さらに別の態様では、本発明は、皮膚の状態を監視し、および/または診断する方法に関係する。一実施形態において、方法は、皮膚の注目する標的領域上に水分量センサーを取り付けることであって、水分量センサーは、サーマルアクチュエーターと、センシング回路と、外部デバイスとの両方向データ通信を行うためのワイヤレスプラットフォームとを備える、水分量センサーを取り付けることと、サーマルアクチュエーターによって皮膚の注目する標的領域を加熱し、センシング回路によって皮膚の熱特性に関連付けられているデータを同時に検出し、検出されたデータを、ワイヤレスプラットフォームによって、外部デバイスにワイヤレス方式で伝送して、その過渡温度変化(Δt)を決定することと、温度変化(ΔT)から皮膚の注目する標的領域の水分含有量を取得することと、取得された水分含有量に基づき注目する標的領域のところの皮膚の状態を決定することとを含む。 In yet another aspect, the present invention relates to methods of monitoring and/or diagnosing skin conditions. In one embodiment, the method is to attach a moisture content sensor on the target area of interest of the skin, the moisture content sensor for bi-directional data communication with the thermal actuator, the sensing circuit, and an external device. a wireless platform; attaching a moisture content sensor; heating a target area of interest of the skin with a thermal actuator; simultaneously detecting data associated with thermal properties of the skin with a sensing circuit; , wirelessly transmitting by a wireless platform to an external device to determine its transient temperature change (Δt); obtaining from the temperature change (ΔT) the moisture content of the target area of interest of the skin; determining the condition of the skin at the target area of interest based on the obtained moisture content.

一実施形態において、水分含有量は、表皮の水分含有量Φと真皮の水分含有量Φとを含む。 In one embodiment, the water content comprises an epidermal water content Φ E and a dermal water content Φ D .

一実施形態において、水分含有量を取得するステップは、温度変化ΔTからΦおよびΦを別々に決定することを含む。 In one embodiment, obtaining the moisture content comprises separately determining Φ E and Φ D from the temperature change ΔT.

一実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、近距離無線通信(NFC)、Wifi/インターネット、Bluetooth/Bluetooth low energy(BLE)、またはGSM/セルラー通信を含むワイヤレス通信プロトコルを通してデータを伝送する。 In one embodiment, the wireless platform transmits data through wireless communication protocols including Near Field Communication (NFC), Wifi/Internet, Bluetooth/Bluetooth low energy (BLE), or GSM/cellular communication.

一実施形態において、皮膚の注目する標的領域を前記加熱することは、サーマルアクチュエーターに周期的電流を供給することによって形成される。 In one embodiment, said heating of the target area of interest of the skin is provided by applying a periodic electrical current to a thermal actuator.

一実施形態において、周期的電流の有効化は、外部デバイス上のカスタムアプリケーションを通してデジタルオン/オフスイッチによって制御される。 In one embodiment, enabling of the periodic current is controlled by a digital on/off switch through a custom application on the external device.

一実施形態において、注目する標的領域における皮膚の状態を前記決定することは、取得された水分含有量を注目する標的領域における標準水分含有量と比較して、皮膚の正常状態または疾病状態を決定することを含む。 In one embodiment, said determining the condition of the skin in the target area of interest comprises comparing the obtained moisture content to a standard moisture content in the target area of interest to determine a normal or diseased condition of the skin. including doing

一実施形態において、注目する標的領域における皮膚の状態を前記決定することは、その取得された水分含有量に基づき注目する標的領域の皮膚病を診断することを含む。 In one embodiment, said determining the condition of the skin in the target area of interest comprises diagnosing a skin disease in the target area of interest based on the obtained moisture content.

一実施形態において、注目する標的領域における皮膚の状態を前記決定することは、皮膚病の治療の有効性を評価することを含む。 In one embodiment, said determining the condition of the skin in the target area of interest comprises assessing the efficacy of a treatment for a skin condition.

一実施形態において、皮膚の注目する標的領域の水分含有量を前記取得すること、および皮膚の状態を前記決定することは、外部デバイスにおいて実行される。 In one embodiment, said obtaining the moisture content of the target area of interest of the skin and said determining the condition of the skin are performed in an external device.

一実施形態において、方法は、外部デバイスに、注目する標的領域の皮膚の状態を表示することをさらに含む。 In one embodiment, the method further comprises displaying the skin condition of the target area of interest on the external device.

一実施形態において、方法は、注目する標的領域における皮膚の状態を専門家および/またはサービス提供者に転送することをさらに含む。 In one embodiment, the method further comprises forwarding the skin condition at the target area of interest to a professional and/or service provider.

一実施形態において、方法は、治療を実施するステップ、効果を監視するステップ、必要に応じて治療プロトコルを修正するステップ、および/または特定の病変部位に関する定量的な個人化された測定に基づきフレアを潜在的に予測するステップのうちの1つまたは複数をさらに含む。 In one embodiment, the method comprises administering treatment, monitoring efficacy, modifying the treatment protocol if necessary, and/or flaring out based on quantitative personalized measurements of specific lesion sites. further comprising one or more of the steps of potentially predicting .

一実施形態において、この方法は、1つまたは複数の最適化された測定条件の下で実行され、これらの条件は(1)水分量センサーの存在に起因する皮膚からの水蒸気放出の自然プロセスの閉塞の効果を最小限度に抑えるために、測定が迅速に行われること、(2)皮膚への摂動を最小限度に抑えるために、測定中に非常に軽いまたはゼロの加圧が使用されること、(3)粘着剤が、センサーそれ自体に隣接する水分量センサーデバイスの領域にわたってのみ存在し、剥いているときに測定部位の皮膚の剥離を回避し再現性を改善するようにパターン化されること、(4)水分量センサーの温度が皮膚の温度と同等であること、および(5)皮膚それ自体が測定前に周囲環境に順応できることである。 In one embodiment, the method is performed under one or more optimized measurement conditions, which conditions are (1) the natural process of water vapor release from the skin due to the presence of the moisture sensor; (2) very light or zero pressure is used during the measurement to minimize perturbation to the skin; and (3) the adhesive is present only over the area of the moisture sensor device adjacent to the sensor itself and is patterned to avoid peeling of the skin at the measurement site during peeling and improve reproducibility. (4) the temperature of the moisture sensor should be similar to that of the skin; and (5) the skin itself should be able to acclimatize to the environment prior to the measurement.

本発明のこれらおよび他の態様は、次の図面と併せて取った好ましい実施形態の次の説明から明らかになるであろうが、そこに記載されている変更形態および修正形態は本発明の新規性のある概念の精神および範囲から逸脱することなく影響を及ぼされ得る。 These and other aspects of the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments taken in conjunction with the following drawings, the variations and modifications described therein being novel features of the present invention. can be influenced without departing from the spirit and scope of the concept.

添付図面は、本発明の1つまたは複数の実施形態を例示しており、書面による説明と併せて、本発明の原理を説明するのに役立つ。可能な限り、図面全体を通して一実施形態の同じまたは類似の要素を指すために同じ参照番号が使用される。 The accompanying drawings illustrate one or more embodiments of the invention and, together with the written description, serve to explain the principles of the invention. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like elements of an embodiment.

本発明の実施形態による、皮膚の熱輸送特性の自動的なワイヤレスセンシングのための、柔らかい皮膚インターフェースプラットフォーム(skin-interfaced platform)を示す、人差し指の先端部に載る、Bluetooth Low Energy(BLE)通信機能を提供するための電子機器と一体化された薄い可撓性サーマルアクチュエーター/センサー(TAS)モジュールの写真を示す、差込図が親指と人差し指の間で曲げられたデバイスの画像を特徴付けている図である。Bluetooth Low Energy (BLE) communication capability on the tip of the index finger showing a soft skin-interfaced platform for automatic wireless sensing of skin heat transport properties according to embodiments of the present invention. A photograph showing a thin flexible thermal actuator/sensor (TAS) module integrated with electronics to provide an inset featuring an image of the device bent between the thumb and forefinger. It is a diagram. 本発明の実施形態による、皮膚の熱輸送特性の自動的なワイヤレスセンシングのための、柔らかい皮膚インターフェースプラットフォームを示す、設計の回路図およびブロック図であり、TASモジュールはサーマルアクチュエーター(ジュールヒーター、R×2)と各ブリッジに知られている抵抗器(R)が付いている2つのサーミスタ(NTC、NTC)を備えるホイートストンブリッジ回路とを含み、ユーザインターフェース上のデジタルオン/オフスイッチで汎用入力/出力(GPIO)ピンを有効化し、抵抗加熱器に所定の周期的電流(1分の周期で10秒間6.8mAおよび50秒間0mA)を供給し、BLEシステムオンチップ(SoC)内の差動増幅器(AMP)はブリッジ電圧(V、V)の差を増幅し、後続のアナログ/デジタルコンバータ(ADC)はBLE無線通信でスマートフォンに伝送するためにAMP出力電圧をサンプリングする、図である。Schematic and block diagram of a design showing a soft skin interface platform for automatic wireless sensing of heat transport properties of skin according to embodiments of the present invention, where the TAS module is a thermal actuator (Joule heater, RH × 2) and a Wheatstone bridge circuit with two thermistors (NTC + , NTC ) with a known resistor (R) in each bridge, and is versatile with a digital on/off switch on the user interface Enables an input/output (GPIO) pin to supply a predetermined periodic current (6.8 mA for 10 seconds and 0 mA for 50 seconds with a period of 1 minute) to the resistive heater to provide a differential within the BLE system-on-chip (SoC). A dynamic amplifier (AMP) amplifies the difference in bridge voltages (V + , V ) and a subsequent analog-to-digital converter (ADC) samples the AMP output voltage for transmission to a smartphone over BLE wireless communication, in FIG. be. 本発明の実施形態による、皮膚の熱輸送特性の自動的なワイヤレスセンシングのための、柔らかい皮膚インターフェースプラットフォームを示す、構成層とコンポーネント、すなわちシリコーン封入層、電池、ならびにサーマルアクチュエーター(皮膚側)、NTC(空気側)、およびBLE SoCを相互接続する回路トレースを含む可撓性銅張ポリイミド(Cu/PI/Cu)シートの分解図を示し、差込図はTASモジュールの周りの断熱材として頂部シリコーン封入層によって画成されるエアポケット構造を強調する、図である。Constituent layers and components: silicone encapsulation layer, battery, and thermal actuator (skin side), NTC, showing a soft skin interface platform for automatic wireless sensing of skin heat transport properties according to embodiments of the present invention. (air side), and a flexible copper-clad polyimide (Cu/PI/Cu) sheet containing circuit traces interconnecting the BLE SoC, with the inset showing the top silicone as insulation around the TAS module. FIG. 10 highlights the air pocket structure defined by the encapsulation layer; 本発明の実施形態による、皮膚の熱輸送特性の自動的なワイヤレスセンシングのための、柔らかい皮膚インターフェースプラットフォームを示す、母指球に接着された封入デバイスの写真を示す、図である。FIG. 10 shows a photograph of an encapsulation device adhered to the ball of the foot showing a soft skin interface platform for automatic wireless sensing of skin heat transport properties according to embodiments of the present invention. 本発明の実施形態による、皮膚の熱輸送特性の自動的なワイヤレスセンシングのための、柔らかい皮膚インターフェースプラットフォームを示す、TASモジュールの概略層状図である。FIG. 4 is a schematic layered view of a TAS module showing a soft skin interface platform for automatic wireless sensing of skin heat transport properties according to embodiments of the present invention. 本発明の実施形態による、皮膚の熱輸送特性の自動的なワイヤレスセンシングのための、柔らかい皮膚インターフェースプラットフォームを示す、TASモジュールの模式頂面図である。FIG. 10 is a schematic top view of a TAS module showing a soft skin interface platform for automatic wireless sensing of skin heat transport properties according to embodiments of the present invention. デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、2対のサーミスタ、すなわち、NTC(NTC1+、NTC1-、サーマルアクチュエーターの頂部に載る)とNTC(NTC2+、NTC2-、アクチュエータから同じ距離dのところに載る)を有するサーマルアクチュエーター(R×2)の概略図である。Two pairs of thermistors, namely NTC 1 (NTC 1+ , NTC 1− , on top of the thermal actuator, showing finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. Fig. 2 is a schematic diagram of a thermal actuator (R H ×2) with NTC 2 (NTC 2+ , NTC 2− , resting at the same distance d from the actuator); デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、両面(左)および片面(右)センサー設計のFEAモデルの概略図である。Schematic diagrams of FEA models of double-sided (left) and single-sided (right) sensor designs, showing finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、熱作動(加熱電力、Q=20.4mW)を開始してから短い時間(t=1.0秒、頂部)および長い時間(t=10秒、底部)における、50体積%の水を有する皮膚の温度分布に対するFEAの結果を示す図である。A short time (t 1.0 s, top) and long time (t=10 s, bottom) for the temperature distribution of skin with 50% water by volume. デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、ΔT12=ΔT-ΔTである、短い時間(t=1.0秒、図2D)におけるΔT12と表皮(Φ)および真皮(Φ)の水分量レベルとの関係を示す図である。A short time ( t = 1.0 sec , t=1.0 s, FIG. 2D) shows the relationship between ΔT 12 and the moisture level of the epidermis (Φ E ) and dermis (Φ D ). デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、ΔT12=ΔT-ΔTである、長い時間(t=10秒、図2E)におけるΔT12と表皮(Φ)および真皮(Φ)の水分量レベルとの関係を示す図である。Long time (t=10 s, t=10 s, FIG. 2E, where ΔT 12 =ΔT 1 −ΔT 2 showing finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. ) and the moisture levels of the epidermisE ) and dermis (Φ D ). デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、PDMS S184(赤)およびS170(青)の厚い層、ならびにS170の頂部に異なる厚さ(70μm、黒、100μm、緑、200μm、黄)のS184の薄い層を含むサンプルに対する長い時間(図2F、t=1から10秒)におけるΔT12のワイヤレス測定結果を示す図である。Thick layers of PDMS S184 (red) and S170 (blue), and different thicknesses on top of S170, showing finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. FIG. 2F shows wireless measurements of ΔT 12 at long times (FIG. 2F, t=1 to 10 s) for samples containing thin layers of S184 of thickness (70 μm, black, 100 μm, green, 200 μm, yellow). デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、PDMS S184(赤)およびS170(青)の厚い層、ならびにS170の頂部に異なる厚さ(70μm、黒、100μm、緑、200μm、黄)のS184の薄い層を含むサンプルに対する短い時間(図2G、t=0.5から1秒)におけるΔT12のワイヤレス測定結果を示す図である。Thick layers of PDMS S184 (red) and S170 (blue), and different thicknesses on top of S170, showing finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. 2G shows wireless measurements of ΔT 12 at short times (FIG. 2G, t=0.5 to 1 sec) for samples containing thin layers of S184 of thickness (70 μm, black, 100 μm, green, 200 μm, yellow). . デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、上記のPDMS構造に対するFEAと実験との比較(SD<3.5%)を示す図である。Finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. It is a diagram. デバイスの最適化およびデータ分析のための基礎としてのシステム全体を通しての熱輸送の有限要素解析(FEA)を示す、測定期間全体(t=0から10秒)を通して皮膚(前腕)について測定されたΔT12(SD<4.5%)のFEA曲線当てはめならびに結果として得られたΦおよびΦを示す図である。ΔT measured on the skin (forearm) throughout the measurement period (t = 0 to 10 s) showing finite element analysis (FEA) of heat transport throughout the system as a basis for device optimization and data analysis. 12 (SD<4.5%) FEA curve fit and resulting Φ D and Φ E. FIG. 図3Aは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、オーブンおよび冷蔵庫(それぞれ赤色および青色背景)内の様々な周囲温度(T)、ならびに室温(RT)におけるT(青色)およびT(赤色)のワイヤレス測定値を示す図である。図3Bは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、Tの関数としてのΔT(青)、ΔT(赤)、およびΔT12(黒)の測定値を示す図である。図3Cは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、T(青)、T(赤)、およびホットプレートをオン/オフ(それぞれ加熱/冷却)する基板温度(T、緑の破線)のワイヤレス測定値を、異なるレベルのエアフローとともに、時間の関数として示す図であって、頂部封入の表面温度は、デバイスの加熱/センシング要素の直上に対応し(T、紫)、周囲温度(T、黒)は、市販の温度計を使用して決定された、図である。図3Dは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、Tの関数として(図3D)のΔT(青)、ΔT(赤)、およびΔT12(黒)の測定値を示す図であって、空気圧流量弁は、デバイスの上の空気の流れを制御する、図である。図3Eは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、時間の関数のとして(図3E)のΔT(青)、ΔT(赤)、およびΔT12(黒)の測定値を示す図であって、空気圧流量弁は、デバイスの上の空気の流れを制御する、図である。図3Fは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、時間の関数としてのT(青)、T(赤)、および差(T-T、黒)のワイヤレス測定値を示す図である。FIG. 3A shows experimental studies under various practical conditions at various ambient temperatures (T A ) in an oven and refrigerator (red and blue background, respectively), and T 1 (blue) at room temperature (RT). and T 2 (red) wireless measurements. FIG. 3B shows measurements of ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) as a function of TA , showing experimental studies under various practical conditions. . FIG. 3C shows experimental studies under various practical conditions: T 1 (blue), T 2 (red), and substrate temperature (T S , Dashed green line) wireless measurements as a function of time with different levels of airflow, where the surface temperature of the top encapsulation corresponds directly above the heating/sensing element of the device (T D , purple). , Ambient temperature (T A , black) determined using a commercially available thermometer. FIG. 3D shows measurements of ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) in (FIG. 3D) as a function of TA , showing experimental studies under various practical conditions. FIG. 12 shows a pneumatic flow valve controlling the flow of air over the device. FIG. 3E shows the measurements of ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) as a function of time (FIG. 3E), showing experimental studies under various practical conditions. FIG. 12 shows a pneumatic flow valve controlling the flow of air over the device. FIG. 3F shows wireless measurements of T 1 (blue), T 2 (red), and difference (T 1 −T 2 , black) as a function of time, showing experimental studies under various practical conditions. It is a figure which shows. 図3Gは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、水中の時間の関数としてのΔT(青)、ΔT(赤)、およびΔT12(黒)のワイヤレス測定値を示す図である。図3Hは、様々な実用的な条件下での実験研究を示す、BLEデバイス(ΦBLE)、および組織水分含有量(ΦCML,1)および皮膚表面水分量レベル(ΦCML,2)を測定するための市販デバイスを使用して身体配置の同じセットで3人の使用者によって測定された皮膚水分量レベル(Φ)を示す図であって、5つの異なる身体配置、前額部(図3F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、および左脚(L)を示す、図である。FIG. 3G shows wireless measurements of ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) as a function of time in water, showing experimental studies under various practical conditions. is. FIG. 3H shows an experimental study under various practical conditions with a BLE device (Φ BLE ) and measuring tissue water content (Φ CML,1 ) and skin surface moisture level (Φ CML,2 ). Figure 3F shows the skin hydration levels (Φ) measured by three users in the same set of body placements using a commercially available device for 5 different body placements, the forehead (Fig. 3F). ), right arm (A R ), left arm (A L ), right leg (L R ), and left leg (L L ). 図4Aは、皮膚の表面付近の層、および異なる知られているレベルの水分量を有するブタ皮膚のサンプルに関する実験的研究を示す、皮膚からSCの固定された領域を均一に除去するための単純な無痛手段としての前腕上の剥離ディスク(D-Squame、CuDerm)の光学的画像を示す図である。図4Bは、皮膚の表面付近の層、および異なる知られているレベルの水分量を有するブタ皮膚のサンプルに関する実験的研究を示す、粘着剤ディスク剥離のサイクル数の関数として市販のデバイス(MoistureMeterSC、Delfin Technologies)を使用して測定されたΦBLE(黒)およびΦCML,1(青)、ならびにSC水分量レベル(ΦCML,3、赤)の測定値を示す図である。図4Cは、皮膚の表面付近の層、および異なる知られているレベルの水分量を有するブタ皮膚のサンプルに関する実験的研究を示す、短い(t=1秒、黒)および長い(t=10秒、赤)加熱時間におけるΔT12の測定値を剥離のサイクル数の関数として示す図であって、縦棒は、3回繰り返された測定に関連付けられている広がりを示す、図である。図4Dは、皮膚の表面付近の層、および異なる知られているレベルの水分量を有するブタ皮膚のサンプルに関する実験的研究を示す、SC水分量レベルを測定するための市販のデバイス(MoistureMeterSC、Delfin Technologies)の隣にある、ブタ皮膚のサンプル上に装着されたデバイスの光学的画像を示す図である。図4Eは、皮膚の表面付近の層、および異なる知られているレベルの水分量を有するブタ皮膚のサンプルに関する実験的研究を示す、サンプルを食品脱水機(33℃)内に置くことによって制御される異なる知られている水分量レベルを有するブタ皮膚のサンプルの測定されたΦを示す図である。図4Fは、皮膚の表面付近の層、および異なる知られているレベルの水分量を有するブタ皮膚のサンプルに関する実験的研究を示す、グラム単位の水分損失の関数としてブタ皮膚のサンプルに対する短い(t=1秒)および長い(t=10秒)加熱時間におけるΔT12(正方形)の測定値および直線当てはめ(実線)を示す図であって、ΔT12の変化は、水分損失との正の相関、すなわちΔT12(10秒)=6.9+0.3×水分損失(R=0.97)およびΔT12(1秒)=5.6+0.1×水分損失(R=0.85)を示す、図である。FIG. 4A shows an experimental study on porcine skin samples with near-surface layers of skin and different known levels of moisture content, a simple method for uniformly removing fixed areas of SC from skin. FIG. 10 shows an optical image of a detachment disc (D-Squame, CuDerm) on the forearm as an analgesic procedure. FIG. 4B shows experimental studies on porcine skin samples with near-surface layers of skin and different known levels of moisture content as a function of the number of cycles of adhesive disc peeling, commercially available devices (MoistureMeter SC, Fig. 2 shows measurements of Φ BLE (black) and ΦC ML,1 (blue) and SC moisture level (Φ CML,3 , red) measured using Delfin Technologies). FIG. 4C shows experimental studies on samples of porcine skin with near-surface layers of skin and different known levels of moisture content, short (t=1 s, black) and long (t=10 s). , red) Measured ΔT 12 in heating time as a function of the number of cycles of debonding, where the vertical bars indicate the spread associated with three repeated measurements. FIG. 4D shows an experimental study on the near-surface layer of skin and porcine skin samples with different known levels of moisture, a commercially available device for measuring SC moisture levels (MoistureMeterSC, Delfin FIG. 3 shows an optical image of the device mounted on a sample of porcine skin, next to the Technologies. FIG. 4E shows experimental studies on porcine skin samples with different known levels of water content, layers near the surface of the skin, and controlled by placing the samples in a food dehydrator (33° C.). Figure 2 shows the measured Φ of pig skin samples with different known moisture levels. FIG. 4F shows experimental studies on the near-surface layer of skin and pig skin samples with different known levels of moisture content, short (t = 1 s) and long (t = 10 s) heating times and a linear fit (solid line) of ΔT 12 (squares), showing that the change in ΔT 12 is positively correlated with water loss, ΔT 12 (10 sec) = 6.9 + 0.3 x water loss (R 2 = 0.97) and ΔT 12 (1 sec) = 5.6 + 0.1 x water loss (R 2 = 0.85). , Fig. 図5Aは、皮膚水分量レベルの身体上測定結果を示す、健康な女性ボランティアの前額部に装着されたデバイスの写真を示す、図である。図5Bは、皮膚水分量レベルの身体上測定結果を示す、健康な女性ボランティアの前腕に装着されたデバイスの写真を示す、図である。図5Cは、皮膚水分量レベルの身体上測定結果を示す、健康な女性ボランティアの下肢に装着されたデバイスの写真を示す、図である。FIG. 5A shows a photograph of a device worn on the forehead of a healthy female volunteer showing physical measurements of skin moisture levels. FIG. 5B shows a photograph of a device worn on the forearm of a healthy female volunteer showing physical measurements of skin moisture levels. FIG. 5C shows a photograph of a device worn on the leg of a healthy female volunteer showing physical measurements of skin moisture levels. 図5Dは、皮膚水分量レベルの身体上測定結果を示す、3人の女性(被験者1、2、9、年齢範囲:25から27)および7人の男性(被験者3から8、10、年齢範囲:17から37)の健康なボランティアから取得されたNTCおよびNTCからのATのワイヤレス測定値、ならびに差(それぞれΔT、ΔT、ΔT12)を示す図であって、身体上の装着位置、前額部(F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、および左脚(L)を示す、図である。図5Eは、皮膚水分量レベルの身体上測定結果を示す、ΔT12の値からの皮膚水分量レベル(Φ)、すなわちΦBLE、および市販の医療デバイスからの皮膚水分量レベル(Φ)、すなわちΦCML,1を示す図であって、データはΦBLEとΦCML,1との間の強い相関、すなわちΦCML,1=ΦBLE×0.80-0.20を示す、図である。FIG. 5D shows physical measurements of skin hydration levels for 3 females (subjects 1, 2, 9, age range: 25 to 27) and 7 males (subjects 3 to 8, 10, age range). :17 to 37) wireless measurements of AT from NTC 1 and NTC 2 obtained from healthy volunteers and the differences (ΔT 1 , ΔT 2 , ΔT 12 , respectively) on the body. FIG. 14 shows the positions, forehead (F), right arm ( AR ), left arm ( AL ), right leg ( LR ), and left leg ( LL ). FIG. 5E shows the results of physical measurements of skin moisture levels, skin moisture level (Φ) from values of ΔT 12 , i.e., Φ BLE , and skin moisture level (Φ) from a commercial medical device, i.e. Φ CML,1 , data showing a strong correlation between Φ BLE and Φ CML, 1: Φ CML,1BLE ×0.80−0.20. 図6Aは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、重度のADを有する若年成人患者(被験者1、図6A)の手の甲(アトピー性湿疹)および前腕(対照)への装着位置を示す図であって、この研究は保湿剤の塗布前および塗布から15分後にワイヤレスおよび市販デバイスを使用する各配置での3回の繰り返し測定を伴い、差込図は保湿剤の塗布直後の手の甲および前腕の光学的画像(図6A)、ならびに炎症(左、図6A)皮膚上のデバイスの光学的画像を示す、図である。図6Bは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、炎症性ADを有する高齢患者(被験者2、図6B)の胸(左から右へ炎症、病変部位近傍、および臨床的に影響を受けない皮膚)への装着位置を示す図であって、この研究は保湿剤の塗布前および塗布から15分後にワイヤレスおよび市販デバイスを使用する各配置での3回の繰り返し測定を伴い、差込図は病変部位近傍(右、図6B)皮膚上のデバイスの光学的画像を示す、図である。図6Cは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、被験者1(図6C)からの保湿剤の塗布前および塗布後(B&A)のΔT12のワイヤレス測定値を示す図である。図6Dは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、被験者2(図6D)からの保湿剤の塗布前および塗布後(B&A)のΔT12のワイヤレス測定値を示す図である。図6Eは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、組織水分量(ΦCML,1)および皮膚表面水分量(ΦCML,2)を測定するための市販のデバイスを用いて測定された皮膚水分量レベル(Φ)、および被験者1(図6E)からのΔT12(ΦBLE)の値を示す図であって、ΦCML,1の結果はキャリブレーション後のΦBLEと強い相関を示す(ΦBLE,Cal=ΦBLE×0.78-0.08)、図である。図6Fは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、組織水分量(ΦCML,1)および皮膚表面水分量(ΦCML,2)を測定するための市販のデバイスを用いて測定された皮膚水分量レベル(Φ)、および被験者2(図6F)からのΔT12(ΦBLE)の値を示す図であって、ΦCML,1の結果はキャリブレーション後のΦBLEと強い相関を示す(ΦBLE,Cal=ΦBLE×0.78-0.08)、図である。FIG. 6A shows wireless measurements of skin hydration of a human subject with atopic dermatitis on the back of the hand (atopic eczema) and forearm (control) of a young adult patient with severe AD (subject 1, FIG. 6A). The study involved three replicate measurements at each placement using a wireless and commercial device before and 15 minutes after application of the moisturizer, insets show the placement of the moisturizer. FIG. 6A shows an optical image of the back of the hand and forearm immediately after application of C. (FIG. 6A), and of the device on inflamed (left, FIG. 6A) skin. FIG. 6B shows wireless measurements of skin moisture in a human subject with atopic dermatitis in the chest of an elderly patient with inflammatory AD (Subject 2, FIG. 6B) (from left to right inflammation, near lesion site, and clinically unaffected skin), the study included three replicates at each placement using wireless and commercial devices before and 15 minutes after moisturizer application. Accompanied by the measurements, the inset shows an optical image of the device on the skin near the lesion site (right, FIG. 6B). FIG. 6C shows wireless measurements of skin hydration in human subjects with atopic dermatitis, showing wireless measurements of ΔT 12 before and after (B&A) application of moisturizer from Subject 1 (FIG. 6C). FIG. 4 is a diagram showing; FIG. 6D shows wireless measurements of skin hydration of a human subject with atopic dermatitis, showing wireless measurements of ΔT 12 before and after (B&A) application of moisturizer from subject 2 (FIG. 6D). FIG. 4 is a diagram showing; FIG. 6E shows wireless measurements of skin moisture in a human subject with atopic dermatitis using a commercially available product to measure tissue moisture (Φ CML,1 ) and skin surface moisture (Φ CML,2 ). Figure 6 shows skin hydration levels (Φ) measured using the device, and ΔT 12BLE ) values from subject 1 (Fig. 6E), where the Φ CML,1 results are after calibration. Fig. 10 shows a strong correlation with Φ BLEBLE, Cal = Φ BLE × 0.78-0.08); FIG . 6F shows wireless measurements of skin moisture in a human subject with atopic dermatitis . Figure 6 shows skin hydration levels (Φ) measured using the device, and ΔT 12BLE ) values from Subject 2 (Fig. 6F), where Φ CML,1 results are after calibration. Fig. 10 shows a strong correlation with Φ BLEBLE, Cal = Φ BLE × 0.78-0.08); 図6Gは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、幼児の前額部(図6G)に装着されたデバイスの写真を示す、図である。図6Hは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、幼児の脚(図6H、目に見えて乾燥した皮膚)に装着されたデバイスの写真を示す、図である。図6Iは、アトピー性皮膚炎を有するヒト被験者の皮膚水分量のワイヤレス測定値を示す、左脚(L)、右脚(R)、および前額部(F)におけるΦBLE(青)、ΦCML,1(黒)、TEWL(赤)、およびSCH(緑)の測定値を示す図であって、縦線はエラーバーを示す、図である。FIG. 6G shows a photograph of a device worn on the forehead of an infant (FIG. 6G) showing wireless measurements of skin hydration in a human subject with atopic dermatitis. FIG. 6H shows a photograph of the device worn on an infant's leg (FIG. 6H, visibly dry skin) showing wireless measurements of skin hydration in a human subject with atopic dermatitis. be. FIG. 6I shows wireless measurements of skin hydration in human subjects with atopic dermatitis Φ BLE (blue) in left leg (L L ), right leg (R L ) and forehead (F H ). ), Φ CML,1 (black), TEWL (red), and SCH (green), vertical lines indicate error bars. 図7Aは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、保湿剤なし(対照、図7A)の3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Bは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、被験者1(図7B)の前腕上に保湿剤を塗布してから1分後(短い、図7Bの3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Cは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、被験者1(図7C)の前腕上に保湿剤を塗布してから15分後(長い、図7C)の3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Dは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、保湿剤なし(対照、図7D)、ならびに被験者2(図7D)の前腕上に保湿剤を塗布してからの3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Eは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、被験者2(図7E)の前腕上に保湿剤を塗布してから1分後(短い、図7E)の3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Fは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、被験者2(図7F)の前腕上に保湿剤を塗布してから15分後(長い、図7F)の3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Gは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、保湿剤なし(対照、図7G)、および被験者3(図7G)の前腕上に保湿剤を塗布してからの3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Hは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、被験者3(図7H)の前腕上に保湿剤を塗布してから1分後(短い、図7H)の3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。図7Iは、健康な成人に対する保湿剤の効果の研究を示す、被験者3(図7I)の前腕上に保湿剤を塗布してから15分後(長い、図7I)の3つの異なる皮膚配置からのΦCML,1およびΦBLEの変化を示す図であって、測定値は時刻=0において決定された各初期値に正規化される、図である。FIG. 7A shows the changes in Φ CML,1 and Φ BLE from three different skin placements without moisturizer (control, FIG. 7A) showing a study of the effect of moisturizers on healthy adults. Fig. 10. Measurements are normalized to their respective initial values determined at time=0. FIG. 7B shows a study of the effect of moisturizers on healthy adults, 1 minute after application of the moisturizer on the forearm of subject 1 (FIG. 7B) (short, from three different skin placements in FIG. 7B). Figure 7C shows changes in Φ CML,1 and Φ BLE , where the measured values are normalized to their respective initial values determined at time = 0. Figure 7C shows the results of moisturizing agents for healthy adults. Fig. 7C shows changes in Φ CML,1 and Φ BLE from three different skin placements 15 minutes after applying moisturizer on the forearm of subject 1 (Fig. 7C) (long, Fig. 7C). Figure 7D shows the measured values normalized to their respective initial values determined at time = 0. Figure 7D shows a study of the effect of moisturizer on healthy adults, without moisturizer ( FIG. 7D shows changes in Φ CML,1 and Φ BLE from three different skin placements after applying moisturizer on the forearm of control, FIG. 7D), and subject 2 (FIG. 7D). are normalized to their respective initial values determined at time = 0. Figure 7E shows a study of the effect of moisturizer on healthy adults, with moisturizer applied on the forearm of Subject 2 (Figure 7E). FIG. 7E shows the changes in Φ CML,1 and Φ BLE from three different skin placements 1 minute after application of . Figure 7F shows a study of the effect of moisturizing agents on healthy adults, 15 minutes after applying the moisturizing agent on the forearm of subject 2 (Fig. 7F) (long , FIG. 7F ) changes in Φ CML,1 and Φ BLE from three different skin placements, where the measured values are normalized to their respective initial values determined at time=0. Figure 7G shows a study of the effect of a moisturizer on healthy adults, without moisturizer (control, Figure 7G), and after applying moisturizer on the forearm of subject 3 (Figure 7G). Figure 7H shows changes in Φ CML,1 and Φ BLE from skin placement, where measurements are normalized to their respective initial values determined at time = 0. Figure 7H is a healthy adult. Φ CML,1 and Φ CML,1 from three different skin placements 1 minute after applying moisturizer on the forearm of subject 3 (Fig. 7H) (short, Fig. 7H), showing a study of the effect of moisturizers on Figure 7I shows changes in BLE , with measurements normalized to their respective initial values determined at time = 0. Figure 7I shows a study of the effect of moisturizers on healthy adults. Fig. 7I shows changes in Φ CML,1 and Φ BLE from three different skin placements 15 minutes after application of moisturizer on the forearm of subject 3 (Fig. 7I) (long, Fig. 7I); Fig. 10. Measurements are normalized to their respective initial values determined at time=0. 12mAhのリチウムポリマー電池の隣にある封入されたデバイスの写真を示す図である。FIG. 3 shows a photograph of the encapsulated device next to a 12 mAh lithium polymer battery. NTC(△T)およびNTC(△T)から測定された温度変化のワイヤレス読み出し値を、1分毎に加熱する10秒に対する時間の関数として示す図であって、△T12=△T-△Tである、図である。Wireless readings of temperature change measured from NTC 1 (ΔT 1 ) and NTC 2 (ΔT 2 ) as a function of time for 10 seconds of heating every minute, where ΔT 12 = ΔT 1 −ΔT 2. FIG. 図10Aは、両面(図10A)センサー設計のFEAモデルの概略図である。図10Bは、片面(図10B)センサー設計のFEAモデルの概略図である。図10Cは、ヒーターが作動してから10秒後の、両面(図10C)設計の皮膚水分量レベルに対するNTC(ΔT)およびNTC(ΔT)間の温度差(ΔT12)の感度を示す図である。図10Dは、ヒーターが作動してから10秒後の、片面(図10D)設計の皮膚水分量レベルに対するNTC(ΔT)およびNTC(ΔT)間の温度差(ΔT12)の感度を示す図である。FIG. 10A is a schematic of the FEA model for a two-sided (FIG. 10A) sensor design. FIG. 10B is a schematic of the FEA model for a single-sided (FIG. 10B) sensor design. FIG. 10C Sensitivity of the temperature difference (ΔT 12 ) between NTC 1 (ΔT 1 ) and NTC 2 (ΔT 2 ) to skin moisture levels for the double-sided (FIG. 10C) design 10 seconds after heater activation. It is a figure which shows. FIG. 10D Sensitivity of the temperature difference (ΔT 12 ) between NTC 1 (ΔT 1 ) and NTC 2 (ΔT 2 ) to skin moisture level for the single-sided (FIG. 10D) design 10 seconds after heater activation. It is a figure which shows. 図11Aは、S184の厚い層(図11A)に対するFEAと測定値との間の比較を示す図である。図11Bは、S170(図11B)に対するFEAと測定値との間の比較を示す図である。図11Cは、S170の上のS184の薄い層(70μm、図11C)に対するFEAと測定値との間の比較を示す図である。図11Dは、S170の上のS184の薄い層(100μm、図11D)に対するFEAと測定値との間の比較を示す図である。図11Eは、S170の上のS184の薄い層(200μm、図11E)に対するFEAと測定値との間の比較を示す図である。FIG. 11A shows a comparison between FEA and measurements for a thick layer of S184 (FIG. 11A). FIG. 11B shows a comparison between FEA and measurements for S170 (FIG. 11B). FIG. 11C shows a comparison between FEA and measurements for a thin layer of S184 (70 μm, FIG. 11C) on top of S170. FIG. 11D shows a comparison between FEA and measurements for a thin layer of S184 (100 μm, FIG. 11D) on top of S170. FIG. 11E shows a comparison between FEA and measurements for a thin layer of S184 (200 μm, FIG. 11E) on top of S170. 図12Aは、異なる値d(図12A、Q=20.4mW、t=10.0秒)を有する皮膚水分量レベル(Φ)の関数としての△Tの計算予測値を示す図である。図12Bは、Q(図12B、d=1.2mm、t=10.0秒)の関数としての△Tの計算予測値を示す図である。FIG. 12A shows calculated predicted values of ΔT as a function of skin hydration level (Φ) with different values of d (FIG. 12A, Q=20.4 mW, t=10.0 sec). FIG. 12B shows the calculated predicted value of ΔT as a function of Q (FIG. 12B, d=1.2 mm, t=10.0 seconds). 図13Aは、30%(図13A)の水分補給皮膚に対する異なるサイズのアクチュエータ(RHの幅および長さ)を有する△T12の計算予測を示す図である。図13Bは、95%(図13B)の水分補給皮膚に対する異なるサイズのアクチュエータ(RHの幅および長さ)を有する△T12の計算予測を示す図である。FIG. 13A shows the calculated prediction of ΔT 12 with different size actuators (RH width and length) for 30% (FIG. 13A) hydrated skin. FIG. 13B shows the calculated prediction of ΔT 12 with different size actuators (RH width and length) for 95% (FIG. 13B) hydrated skin. 図14Aは、温度変化に対する設計パラメータの影響を示す、円盤状のサーマルアクチュエーター(半径、R)およびNTCの簡略化された解析モデルを示す図である。図14Bは、温度変化に対する設計パラメータの影響を示す、ΔT12に対する解析的スケーリング則を示す図である。FIG. 14A is a simplified analytical model of a disc-shaped thermal actuator (radius, R) and an NTC showing the effect of design parameters on temperature change. FIG. 14B is an analytical scaling law for ΔT 12 showing the effect of design parameters on temperature change. 周囲温度を示す図であって、ΔT(青)、ΔT(赤)、およびΔT12(黒)の測定値を時間(分)の関数として示し、デバイスがオーブンに入る瞬間と出る瞬間にΔTおよびΔTの値が変動していることを示す(黄色の背景)、図である。Ambient temperature diagram showing measurements of ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) as a function of time (minutes) at the moment the device entered and exited the oven. FIG. 10 shows that the values of ΔT 1 and ΔT 2 are varying (yellow background). 図16Aは、組織水分含有量(MoistureMeterD、上)、SC水分量レベル(MoistureMeterSC、中上)、および皮膚表面水分量レベル(Gpskin、中下)を監視するための皮膚静電容量測定値に基づく従来のデバイス、およびBLEデバイス(下)の写真を示す図である。図16Bは、本発明の実施形態による、前腕上のデバイスの写真を示し、市販のデバイスはプローブを保持し、各測定のために皮膚に一定の圧力を加える使用者の慎重を必要とすることを示す、図である。FIG. 16A is based on skin capacitance measurements for monitoring tissue moisture content (MoistureMeterD, top), SC moisture level (MoistureMeterSC, middle top), and skin surface moisture level (Gpskin, middle bottom). FIG. 2 shows photographs of a conventional device and a BLE device (bottom); Figure 16B shows a photograph of a device on the forearm, according to an embodiment of the present invention, showing that the commercially available device requires the user's discretion to hold the probe and apply constant pressure to the skin for each measurement. FIG. 身体上の装着位置、前額部(F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、および左脚(L)を示す、図である。Fig. 3 shows the mounting positions on the body, forehead (F), right arm (A R ), left arm (A L ), right leg (L R ), and left leg (L L ). 被験者1から3について前額部(F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、左脚(L)の5つの異なる身体配置でBLE(ΦBLE)および市販(ΦCML,1、ΦCML,2)のデバイスを使用して3人の使用者によって試験されるΦに対するSDを示す図である。 BLE ( Φ BLE ) and Fig. 3 shows SD against Φ tested by three users using commercially available (Φ CML,1 , Φ CML,2 ) devices; ΦBLEとΦCML,1(黒)、およびΦBLEとΦCML,2(赤)との間の正の相関、ならびにそれらの直線当てはめ(線)を示す図である。Fig. 3 shows positive correlations between Φ BLE and Φ CML,1 (black) and Φ BLE and Φ CML,2 (red) and their linear fits (lines); 図20Aは、ΦBLE,Cal1とΦCML,1(図20A)との間のブランド・アルトマンプロットを示す図であって、水平線はΦBLE,Cal-ΦCMLの平均値(赤)、および平均±1.96・SD値(青)を表し、SDは標準偏差を表し、差(ΦCML,1-ΦBLE,Cal1、およびΦCML,2-ΦBLE,Cal2)の平均±SD値は、それぞれ、0.00±0.02、0.00±0.04である、図である。図20Bは、ΦBLE,Cal2とΦCML,2(図20B)との間のブランド・アルトマンプロットを示す図であって、水平線はΦBLE,Cal-ΦCMLの平均値(赤)、および平均±1.96・SD値(青)を表し、SDは標準偏差を表し、差(ΦCML,1-ΦBLE,Cal1、およびΦCML,2-ΦBLE,Cal2)の平均±SD値は、それぞれ、0.00±0.02、0.00±0.04である、図である。FIG. 20A shows a Bland-Altman plot between Φ BLE,Cal1 and Φ CML,1 (FIG. 20A), with horizontal lines representing the mean of ΦBLE, Cal−Φ CML (red), and the mean ± 1.96 SD values (blue), SD represents standard deviation, mean ± SD values of the differences (Φ CML,1 −Φ BLE,Cal1 and Φ CML,2 −Φ BLE,Cal2 ), respectively , 0.00±0.02, 0.00±0.04. FIG. 20B shows a Bland-Altman plot between Φ BLE,Cal2 and Φ CML,2 (FIG. 20B), with horizontal lines representing the mean of ΦBLE, Cal−Φ CML (red), and the mean ± 1.96 SD values (blue), SD represents standard deviation, mean ± SD values of the differences (Φ CML,1 −Φ BLE,Cal1 and Φ CML,2 −Φ BLE,Cal2 ), respectively , 0.00±0.02, 0.00±0.04. 小児の手に装着された封入デバイスの写真を示す図である。FIG. 13 shows a photograph of an encapsulation device placed on a child's hand. 被験者1から10について前額部(F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、左脚(L)の5つの異なる身体配置におけるΔT、ΔT、およびΔT12に対するSDを示す図である。ΔT 1 , ΔT 2 , ΔT 2 , at five different body positions for subjects 1 to 10: forehead (F), right arm (A R ), left arm (A L ), right leg (L R ), left leg (L L ) and SD versus ΔT12 . ワイヤレスデバイス(ΦBLE)および市販デバイス(ΦCML,1)からの皮膚水分量レベルと、その直線当てはめ(赤線)との間の正の相関を示す図であって、直線当てはめはΦCML,1=ΦBLE×0.80-0.20であり、R=0.66の決定係数を有することを示す、図である。Positive correlation between skin hydration levels from wireless devices (Φ BLE ) and commercial devices (Φ CML,1 ) and their linear fit (red line), where the linear fit is Φ CML, 1 = Φ BLE × 0.80-0.20 with a coefficient of determination of R 2 = 0.66. ΦBLE,Cal1とΦCML,1のブランド・アルトマンプロット(差分プロット)を示す図であって、水平線はΦBLE,Cal1-ΦCML,1の平均(赤、~0.00)、および平均±1.96・SD(青、~0.00±1.96・0.05)の値を表し、SDは標準偏差である、図である。Bland-Altman plots (difference plots) of Φ BLE,Cal1 and Φ CML,1 , with horizontal lines representing the mean of Φ BLE,Cal1 −Φ CML,1 (red, ~0.00), and the mean ± 1.96·SD (blue, ˜0.00±1.96·0.05), where SD is the standard deviation. 図25Aは、皮膚を剃る前(左)および後(右)の被験者の脚上のデバイスの写真を示す図であって、差込図はセンシング点を示す、図である。図25Bは、センシング領域を剃る前と後の、△T(青)、△T(赤)、および△T12(黒)のワイヤレス測定値を示す図である。FIG. 25A shows photographs of the device on a subject's leg before (left) and after (right) shaving the skin, with the inset showing the sensing points. FIG. 25B shows wireless measurements of ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) before and after shaving the sensing area. 健康な男性被験者の前額部に装着されたデバイスの光学的画像を示す図である。FIG. 3 shows an optical image of the device worn on the forehead of a healthy male subject. ワークアウト前、ワークアウト中、およびワークアウト後のΦBLEのワイヤレス測定値を示す図であって、縦棒は3回の測定にわたるエラーバーを表す、図である。FIG. 10 shows wireless measurements of Φ BLE before, during, and after workout, where vertical bars represent error bars across three measurements. BLE対応スマートフォンの隣にある、被験者1のアトピー症の手に装着されたデバイスの光学的画像を示す図である。1 shows an optical image of the device worn on Subject 1's atopic hand next to a BLE-enabled smartphone; FIG.

次に、本発明の例示的な実施形態が示されている、添付図面を参照しつつ、本発明についてさらに詳しく以下で説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書で述べられている実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明が綿密で完全なものとなるように、また本発明の範囲が当業者に完全に伝わるように提示されている。全体を通して類似の参照番号は、類似の要素を指す。 The invention will now be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. This invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this invention will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Like reference numbers refer to like elements throughout.

本明細書で使用される用語は、一般に、本発明の文脈内で、および各用語が使用される特定の文脈内で、当技術分野における通常の意味を有する。本発明を説明するために使用されるいくつかの用語は、本発明の説明に関するさらなるガイダンスを当業者に提供するために、以下で、または本明細書の別のところで、説明される。便宜上、いくつかの用語は、たとえば、イタリック体および/または引用符を使用して、強調表示されることがある。強調表示の使用は、用語の範囲および意味に影響を及ぼさず、用語の範囲および意味は、強調表示であろうとなかろうと、同じ文脈において同じである。同じことを複数の仕方で言えることは理解されるであろう。したがって、本明細書で議論されている用語のうちの1つ以上について代替的な言い回しおよび同義語が使用されることがあり、用語が本明細書で詳しく説明されているかどうかに特別な意味があるわけではない。いくつかの用語に対する同義語が提供される。1つまたは複数の同義語が記載されていても、他の同義語の使用を排除するものではない。本明細書で説明されている任意の用語の例を含む、本明細書の任意の場所での例の使用は、例示的なものにすぎず、本発明のまたは例示された用語の範囲および意味を決して制限するものではない。同様に、本発明は、本明細書で与えられた様々な実施形態に限定されない。 The terms used herein generally have their ordinary meaning in the art within the context of the present invention and within the specific context in which each term is used. Certain terms used to describe the invention are described below or elsewhere in the specification to provide those skilled in the art with further guidance in describing the invention. For convenience, some terms may be highlighted using, for example, italics and/or quotation marks. Use of highlighting does not affect the scope and meaning of the terms, which are the same in the same context with or without highlighting. It will be appreciated that the same thing can be said in multiple ways. Accordingly, alternative language and synonyms may be used for one or more of the terms discussed herein, and no particular meaning is given to whether a term is elaborated herein. Not that there is. Synonyms are provided for some terms. A listing of one or more synonyms does not exclude the use of other synonyms. The use of examples anywhere in this specification, including examples of any term described herein, is illustrative only and does not imply any indication of the scope and meaning of the invention or exemplified term. is in no way limiting. Likewise, the invention is not limited to the various embodiments given herein.

当業者であれば、特に例示されているもの以外の出発材料、生物由来材料、試薬、合成法、精製法、分析手法、アッセイ方法、および生物学的方法は、過度の実験に頼らずとも本発明の実施において使用され得ることを理解するであろう。そのような材料および方法の当技術分野で知られているすべての機能的等価形態は、本発明に含まれることが意図されている。使用されている用語および表現は、制限ではなく説明の表現として使用されており、図示され、説明されている特徴またはその一部の等価形態を除外するそのような用語および表現の使用に意図があるわけではなく、様々な修正形態が請求されている発明の範囲内で可能であることは理解される。したがって、本発明は、好ましい実施形態および任意選択の特徴によって特に開示されているけれども、当業者であれば最後の手段として本明細書で開示されている概念の修正および変更に訴えることもでき、またそのような修正および変更は、付属の請求項によって定められているように本発明の範囲内にあると考えられることは理解されるべきである。 Starting materials, biological materials, reagents, synthetic methods, purification methods, analytical techniques, assay methods, and biological methods other than those specifically exemplified will be readily apparent to those skilled in the art without resort to undue experimentation. It will be appreciated that it may be used in the practice of the invention. All art-known functional equivalents, of such materials and methods are intended to be included in this invention. The terms and expressions, which have been used, are used as terms of description rather than of limitation, and no use of such terms and expressions is intended to exclude equivalents of the features illustrated and described, or portions thereof. It is understood that there is not, and that various modifications are possible within the scope of the claimed invention. Thus, although the present invention has been specifically disclosed in terms of preferred embodiments and optional features, those skilled in the art may resort to modifications and variations of the concepts disclosed herein as a last resort, It should also be understood that such modifications and variations are considered within the scope of the invention as defined by the appended claims.

本明細書において範囲、たとえば、温度範囲、時間範囲、または組成もしくは濃度範囲が与えられる場合、すべての中間範囲および部分範囲、さらには与えられた範囲に含まれるすべての個別の値は、本発明に含まれることが意図されている。本明細書の説明に含まれる部分範囲または範囲もしくは部分範囲内の個別の値は、本発明の請求項から除外され得ることは理解されるであろう。 When ranges are given herein, e.g., temperature ranges, time ranges, or composition or concentration ranges, all intermediate and subranges, as well as all individual values within a given range, are included in the present invention. intended to be included in It will be understood that subranges or individual values within ranges or subranges included in the description herein may be excluded from the claims of the present invention.

本明細書の説明およびこの後の請求項全体を通して使用されているように、「1つの」、またはあえて書かない場合(原文中「a」、「an」、および「the」)の意味は、文脈上明らかに他の意味を示していない限り、複数の指示対象を含むことは理解されるであろう。したがって、たとえば、「セル」への言及は、当業者に知られている複数のそのようなセルおよびその等価物を含む。同様に、「1つの」(英語原文中で「a」または「an」(日本語文中では使用しない場合もある)、「1つまたは複数の」、および「少なくとも1つの」という言い回しは、本明細書では交換可能に使用できる。また、「備える」、「含む」、および「有する」という言い回しは、交換可能に使用できることにも留意されたい。 As used throughout this description and the claims that follow, the meaning of "a," or where not stated ("a," "an," and "the") is: It will be understood to include plural referents unless the context clearly indicates otherwise. Thus, for example, reference to a "cell" includes a plurality of such cells and equivalents thereof known to those skilled in the art. Similarly, the phrases "one" ("a" or "an" in the original English text (sometimes not used in the Japanese text), "one or more", and "at least one" are The terms may be used interchangeably in the specification, and it should also be noted that the terms "comprising," "including," and "having" can be used interchangeably.

要素が、別の要素の「上に載る(ある)」、別の要素に「取り付けられている」、別の要素に「接続されている」、別の要素と「結合されている」、別の要素に「接触している」などと称されるときに、それは、他の要素の上に直接載る(ある)か、取り付けられているか、接続されているか、結合されているか、もしくは接触しているか、または介在する要素が存在してもよいことは理解されるであろう。対照的に、要素が、たとえば、別の要素の「上に直接載る(ある)」か、別の要素に「直接取り付けられる」か、別の要素に「直接接続される」か、別の要素と「直接結合される」か、または別の要素に「直接接触する」と称されるときに、介在する要素は存在しない。また、当業者であれば、別の特徴部「に隣接して」配設されている構造または特徴部への参照は、隣接する特徴部の上にあるか、または下にある部分を有し得ることも理解するであろう。 An element "overlies" another element, is "attached to" another element, is "connected to" another element, is "joined with" another element, or is another element. When it is referred to as "in contact with" an element of a It will be understood that there may be additional or intervening elements. In contrast, an element is, for example, "directly on" another element, "directly attached to" another element, or "directly connected" to another element, or When it is said to be "directly coupled to" or "directly in contact with" another element, there are no intervening elements present. Also, those skilled in the art will recognize that a reference to a structure or feature that is disposed “adjacent” another feature has portions that are above or below the adjacent feature. You will also understand what you get.

第1の、第2の、第3の、などの語は、様々な要素、コンポーネント、領域、層、および/またはセクションを説明するために本明細書で使用され得るが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および/またはセクションは、これらの語によって制限されるべきでないことは理解されるであろう。これらの語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションを他方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションから区別するためにのみ使用される。したがって、以下で説明されている第1の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく第2の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションと称され得る。 The terms first, second, third, etc. may be used herein to describe various elements, components, regions, layers and/or sections, although these elements, components , regions, layers, and/or sections should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another element, component, region, layer or section. Thus, a first element, component, region, layer or section discussed below could be termed a second element, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

さらに、「下側」または「底部」、および「上側」または「頂部」などの相対語が、図示されているように、1つの要素と他の要素との関係を説明するために、本明細書で使用され得る。相対語は、図に描かれている向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することを意図していることが理解されるであろう。たとえば、図の一方のデバイスがひっくり返されると、他方の要素の「下側」にあると記述されている要素は、他方の要素の「上側」に配向されることになる。したがって、例示的な語「下側」は、図の特定の向きに応じて、「下側」と「上側」の両方の向きを含むことができる。同様に、それらの図のうちの1つにおけるデバイスがひっくり返された場合、他方の要素の「下」または「真下」にあると記述された要素は、他の要素の「上」に配向されるであろう。したがって、例示的な語「下」または「真下」は、上および下の両方の配向を包含することができる。 Moreover, relative terms such as “lower” or “bottom” and “upper” or “top” are used herein to describe the relationship of one element to another as shown. can be used in writing. It will be appreciated that relative terms are intended to encompass different orientations of the device in addition to the orientation depicted in the figures. For example, when one device in the figures is flipped over, elements described as being "under" the other element would be oriented "above" the other element. Thus, the exemplary term "bottom" can include both "bottom" and "top" orientations, depending on the particular orientation of the figure. Similarly, when the device in one of those figures is flipped over, elements described as being "below" or "beneath" the other element are oriented "above" the other element. Will. Thus, the exemplary terms "below" or "beneath" can encompass both an orientation of above and below.

「備える」および/もしくは「備えること」、または「含む」および/もしくは「含むこと」、または「有する」および/もしくは「有すること」、または「持ち運ぶ」および/もしくは「持ち運ぶこと」、または「収容する」および/もしくは「収容すること」、または「伴う」および/もしくは「伴うこと」、「を特徴とする」、「で特徴付けられる」、および同様の言い回しは、非限定的であると理解されるべきであり、すなわち、限定はしないが含むを意味するとさらに理解されるであろう。本開示において使用されたときに、これらは、述べられた特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、および/またはコンポーネントの存在を指定し、1つまたは複数の他の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および/またはそれらからなる群の存在もしくは追加を除外しない。 "comprise" and/or "provide" or "include" and/or "include" or "have" and/or "have" or "carry" and/or "carry" or "accommodate" "have" and/or "accommodate", or "accompany" and/or "accompany", "characterized by", "characterized by" and similar phrases are understood to be non-limiting should be, ie, will be further understood to mean including but not limited to. As used in this disclosure, they designate the presence of a stated feature, region, integer, step, act, element, and/or component and one or more other features, regions, integers, It does not exclude the presence or addition of steps, acts, elements, components and/or groups thereof.

断りのない限り、本明細書で使用されるすべての用語(技術および科学用語を含む)は、本発明が属している技術分野の当業者に通常理解される意味と同じ意味を有する。一般に使用されている辞書で定義されている用語などの用語は、関連する技術および本発明の文脈においてそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそう定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないこともさらに理解されるであろう。 Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms, such as those defined in commonly used dictionaries, are to be construed as having meanings consistent with those in the context of the relevant art and the present invention, and are not expressly defined herein. It will further be understood that the terms are not to be construed in an idealized or overly formal sense unless so defined.

本開示で使用されるように、「おおよそ」、「約」、「近似的に」、または「実質的に」は、一般に、所定の値または範囲の20パーセント以内、好ましくは10パーセント以内、より好ましくは5パーセント以内を意味するものとする。本明細書に記載されている数量は近似値であり、明示的に記載されていない場合には、「おおよそ」、「約」、「近似的に」、または「実質的に」という言い回しが推測され得ることを意味する。 As used in this disclosure, “approximately,” “about,” “approximately,” or “substantially” are generally within 20 percent, preferably within 10 percent, and more of a given value or range. It preferably means within 5%. Numerical values set forth herein are approximations, and where not expressly stated, the terms "approximately," "about," "approximately," or "substantially" are inferred. means that it can be

本開示で使用されているように、「A、B、およびCのうちの少なくとも1つ」というフレーズは、非排他的論理ORを使用して論理的(AまたはBまたはC)を意味すると解釈されるべきである。本明細書で使用されているように、「および/または」という言い回しは、関連する列挙されている項目のありとあらゆる組合せを含む。 As used in this disclosure, the phrase "at least one of A, B, and C" is interpreted to mean logical (A or B or C) using non-exclusive logical OR. It should be. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of the associated listed items.

「インターフェースする」は、デバイスが組織に影響を及ぼし、組織がデバイスに影響を及ぼし得るような、デバイスと組織との位置決めを指す。たとえば、デバイスの熱アクチュエータは、結果として「熱入力」の形で組織に提供される熱負荷をもたらし得る。熱入力は、好ましくは加熱動作であるが、デバイスは、冷却動作にも適合している。したがって、「熱的にインターフェースする」は、下層組織に熱的課題の影響を及ぼし、熱的入力が終了した後の期間を含めて、経時的な温度変化などの応答を検出するデバイスの能力を指す。このようにして、組織水分量、炎症、血流、UV損傷などの1つまたは複数の組織パラメータが決定され得る。 "Interfacing" refers to positioning a device with tissue such that the device can affect the tissue and the tissue can affect the device. For example, a thermal actuator of the device can result in a thermal load being provided to the tissue in the form of "heat input". The heat input is preferably heating operation, but the device is also adapted for cooling operation. Thus, "thermally interfacing" refers to the ability of the device to exert a thermal challenge on the underlying tissue and detect responses such as changes in temperature over time, including the period after the thermal input ceases. Point. In this manner, one or more tissue parameters such as tissue water content, inflammation, blood flow, UV damage, etc. may be determined.

「可撓性(を有する)」および「曲げられる」という言い回しは本明細書では同義語として使用され、材料、構造、デバイス、またはデバイスコンポーネントが材料、構造、デバイス、またはデバイスコンポーネントの破壊点を特徴付ける歪みなどの、著しい歪みを導入する変換を受けることなく湾曲したまたは曲げられた形状に変形される能力を指す。例示的な一実施形態において、可撓性材料、構造、デバイス、またはデバイスコンポーネントは、歪み感応領域において5%以上、いくつかの適用対象については、1%以上、さらに他の適用対象については、0.5%以上の歪みを導入することなく湾曲形状に変形されてよい。本明細書で使用されているように、いくつかの、ただし必ずしもすべてではないが、可撓性構造は延伸性も有する。様々な特性が、低縦弾性係数、曲げ剛性、および屈曲剛性などの材料特性、小さい平均厚さ(たとえば、100ミクロン未満、任意選択で10ミクロン未満、および任意選択で1ミクロン未満)、ならびに薄膜およびメッシュ幾何学的形状などのデバイス幾何学的形状を含む、本発明の可撓性構造(たとえば、デバイスコンポーネント)を実現する。 The phrases "flexible" and "bendable" are used synonymously herein to indicate that a material, structure, device, or device component has a breaking point of the material, structure, device, or device component. Refers to the ability to be deformed into curved or bent shapes without undergoing transformations that introduce significant distortions, such as characterizing distortions. In an exemplary embodiment, the flexible material, structure, device, or device component is 5% or more in the strain sensitive area, 1% or more for some applications, and It may be deformed into a curved shape without introducing more than 0.5% strain. As used herein, some, but not necessarily all, flexible structures are also extensible. Various properties include material properties such as low longitudinal modulus, flexural stiffness, and flexural stiffness, small average thickness (e.g., less than 100 microns, optionally less than 10 microns, and optionally less than 1 micron), and thin films and implement flexible structures (eg, device components) of the present invention, including device geometries such as mesh geometries.

本明細書において提供される装置はどれも、弾性または弾力性に関して記述され得る。「弾性」は、繰り返しの変形応力および応力緩和のサイクルを受ける状況を含む、実質的なクリープを受けることなく、元の変形されていない状態に戻る変形および応力緩和を受けることができる変形などの、非塑性変形の尺度を指す。クリープは、5%未満、2%未満、または1%未満の永久的な変形もしくは元の材料特性の変化として定義されてよい。 Any of the devices provided herein can be described in terms of elasticity or elasticity. "Elasticity" includes conditions under which it is subjected to repeated cycles of deformation stress and stress relaxation, such as deformation that can undergo stress relaxation and return to its original undeformed state without undergoing substantial creep. , refers to a measure of non-plastic deformation. Creep may be defined as a permanent deformation or change in original material properties of less than 5%, less than 2%, or less than 1%.

「延伸性(を有する)」は、材料、構造、デバイス、またはデバイスコンポーネントが破砕を生じることなく歪ませることができる能力を指す。例示的な一実施形態において、延伸性材料、構造、デバイス、またはデバイスコンポーネントは、破砕を生じることなく0.5%超の歪み、いくつかの適用対象については破砕を生じることなく1%超の歪み、さらに他の適用対象については破砕を生じることなく3%以上の歪みを受け得る。本明細書で使用されているように、多くの延伸性を有する構造物は可撓性も有する。いくつかの延伸性構造(たとえば、デバイスコンポーネント)は、圧縮、伸長、および/または捻れを受けて破砕を生じることなく変形できるように設計される。延伸性構造は、エラストマーなどの、延伸性材料を含む薄膜構造、伸長、圧縮、および/または捻り動作を行うことができる屈曲構造、およびアイランド/ブリッジ幾何学的形状を有する構造を含む。延伸性デバイスコンポーネントは、延伸性電気的インターコネクトなどの、延伸性インターコネクトを有する構造を含む。 “Stretchable” refers to the ability of a material, structure, device, or device component to be strained without fracture. In an exemplary embodiment, the extensible material, structure, device, or device component can be strained greater than 0.5% without fracture, and for some applications greater than 1% without fracture. Strain, and for other applications can be subjected to strains of 3% or more without fracturing. As used herein, many extensible structures are also flexible. Some extensible structures (eg, device components) are designed so that they can be deformed under compression, elongation, and/or torsion without fracture. Extensible structures include thin film structures comprising extensible materials, such as elastomers, bent structures capable of undergoing stretching, compressive, and/or twisting motions, and structures having island/bridge geometries. Stretchable device components include structures having stretchable interconnects, such as stretchable electrical interconnects.

「双方向通信」は、電力、コマンド、またはクエリがデバイスに送信され、デバイスに作用し、デバイスそれ自体がデバイスにワイヤレス方式で接続されている外部コントローラに情報または診断を送信できるような、デバイスとワイヤレス方式で通信する能力を指す。したがって、「外部コントローラ」は、デバイスを制御し、デバイスから情報を受信することができるオフボードコンポーネントを指す。例は、ハンドヘルドデバイス、コンピュータ、スマートフォン、および同様のものを含む。 "Two-way communication" is defined as a device in which power, commands, or queries can be sent to the device to act on the device, and the device itself can send information or diagnostics to an external controller wirelessly connected to the device. refers to the ability to wirelessly communicate with An "external controller" thus refers to an off-board component that can control a device and receive information from a device. Examples include handheld devices, computers, smartphones, and the like.

本明細書で提供されるデバイスおよび方法は、デバイスが長期間にわたって「着用」され、機能を維持することができるという点で長期使用に適している。したがって、「連続的」は、本明細書で提供されるデバイスのうちのどれかが生物組織上または生物組織内に配備され、ただちに使用できる期間を指す。デバイスが連続的に配備されている間、測定は、1分、5分、10分、または20分以上など、数分のオーダーの連続測定時間などの、断続的または周期的な測定として記述され得る。しかしながら、周期的な測定は、デバイスが着用されている期間にわたって、たとえば、朝、日中、および夕方に、12時間以上、1日以上、または7日以上のオーダーで、繰り返され得る。 The devices and methods provided herein are suitable for long-term use in that the devices can be "worn" and maintained functional for extended periods of time. Accordingly, "continuously" refers to a period of time during which any of the devices provided herein are deployed on or in biological tissue and are ready for use. While the device is continuously deployed, measurements are described as intermittent or periodic measurements, such as continuous measurement times on the order of minutes, such as 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 20 minutes or longer. obtain. However, periodic measurements can be repeated over the period the device is worn, eg, in the morning, during the day, and in the evening, on the order of 12 hours or more, 1 day or more, or 7 days or more.

「熱パラメータ」または「熱輸送特性」は、時間および/または距離(速度)に関する熱関連組織特性などの温度関連組織特性の変化率を指すものとしてよい。いくつかの実施形態において、熱関連組織特性は、温度、伝導率、または湿度であってよい。熱関連組織特性は、組織の熱輸送特性を決定するために使用されてよく、「熱輸送特性」は、組織表面またはその近くの熱流量または熱分布に関連する。いくつかの実施形態において、熱輸送特性は、組織表面上の温度分布、熱伝導率、熱拡散率、および熱容量を含む。本発明の方法およびシステムにおいて評価されているような、熱輸送特性は、組織の物理的または生理学的特性と相関し得る。いくつかの実施形態において、熱輸送特性は、組織の温度と相関し得る。いくつかの実施形態において、熱輸送特性は、血流量および/または方向などの血管系の特性と相関し得る。 A "thermal parameter" or "heat transport property" may refer to the rate of change of a temperature-related tissue property, such as a heat-related tissue property over time and/or distance (velocity). In some embodiments, the heat related tissue property can be temperature, conductivity, or humidity. Heat-related tissue properties may be used to determine the heat transport properties of tissue, where "heat transport properties" relate to heat flow or heat distribution at or near the tissue surface. In some embodiments, heat transport properties include temperature distribution over the tissue surface, thermal conductivity, thermal diffusivity, and heat capacity. Heat transport properties, as assessed in the methods and systems of the present invention, can be correlated with physical or physiological properties of tissue. In some embodiments, heat transport properties can be correlated with tissue temperature. In some embodiments, heat transport properties can be correlated with properties of the vasculature such as blood flow and/or direction.

「基板」は、基板上に、または基板内に配設されるコンポーネントのための機械的支持を提供するデバイスの一部分を指す。基板は、少なくとも1つの皮膚関連機能または目的を有し得る。たとえば、基板は、たとえば、皮膚または爪表面などの、組織との界面における形状適合性接触を確立するための物理的および機械的特性をもたらす機械的機能性を有し得る。基板は、組織パラメータの測定および/または特性評価への干渉を回避するために十分に小さい熱負荷または質量を有し得る。本発明のデバイスおよび方法のうちのいずれかの基板は、生体適合性および/または生体不活性であってよい。基板は、基板および組織の機械的、熱的、化学的、および/または電気的特性が互いの20%以内、もしくは15%以内、もしくは10%以内、もしくは5%以内となるような、被験者の皮膚もしくは爪などの下層組織への機械的、熱的、化学的、および/または電気的なマッチングを円滑にし得る。 "Substrate" refers to the portion of the device that provides mechanical support for components disposed on or within the substrate. The substrate can have at least one skin-related function or purpose. For example, the substrate may have mechanical functionality that provides physical and mechanical properties for establishing conformable contact at an interface with tissue, such as the skin or nail surface. The substrate may have a sufficiently small heat load or mass to avoid interfering with tissue parameter measurements and/or characterization. The substrate of any of the devices and methods of the invention may be biocompatible and/or bioinert. The substrate may be used in a subject such that the mechanical, thermal, chemical and/or electrical properties of the substrate and tissue are within 20%, or within 15%, or within 10%, or within 5% of each other. It can facilitate mechanical, thermal, chemical and/or electrical matching to underlying tissue such as skin or nails.

皮膚などの、組織に機械的にマッチングする可撓性基板は、たとえば、組織の表面との形状適合性接触を確立するのに有用な形状適合性インターフェースを提供する。本明細書において説明されているデバイスおよび方法は、たとえば、ポリマーおよび/またはエラストマー材料などの、可撓性および/または伸縮自在性を示す軟質材料を含む機械的機能性基板を組み込み得る。機械的にマッチングされた基板は、100MPa以下の、および任意選択でいくつかの実施形態については、10MPa以下の、任意選択でいくつかの実施形態については、1MPa以下の、ヤング率を有し得る。一実施形態において、機械的にマッチングされた基板は、0.5mm以下の、および任意選択でいくつかの実施形態については、1cm以下の、任意選択でいくつかの実施形態については、3mm以下の、厚さを有する。一実施形態において、機械的にマッチングされた基板は、1nNm以下の、任意選択で0.5nNm以下の曲げ剛性を有する。 A flexible substrate that mechanically matches tissue, such as skin, provides a conformable interface that is useful, for example, in establishing conformable contact with a tissue surface. The devices and methods described herein may incorporate mechanically functional substrates comprising soft materials exhibiting flexibility and/or stretchability, such as, for example, polymeric and/or elastomeric materials. The mechanically matched substrate can have a Young's modulus of 100 MPa or less, and optionally for some embodiments, 10 MPa or less, optionally for some embodiments, 1 MPa or less. . In one embodiment, the mechanically matched substrate is 0.5 mm or less, and optionally for some embodiments, 1 cm or less, optionally for some embodiments, 3 mm or less. , with thickness. In one embodiment, the mechanically matched substrate has a bending stiffness of 1 nNm or less, optionally 0.5 nNm or less.

いくつかの実施形態において、機械的にマッチングされた基板は、10の係数または2の係数など、皮膚または爪の表皮層に対する同じパラメータの指定された係数の範囲内にある1つまたは複数の機械的特性および/または物理的特性によって特徴付けられる。たとえば、基板は、本発明のデバイスとの界面において、皮膚または爪表面の表皮層などの、組織の、20の係数の範囲内、または任意選択で、いくつかのアプリケーションについては、10の係数の範囲内、または任意選択で、いくつかのアプリケーションについて、2の係数の範囲内のヤング率または厚さを有し得る。機械的にマッチングされた基板は、皮膚の質量または縦弾性率以下の質量または縦弾性率を有するものとしてよい。 In some embodiments, the mechanically matched substrate is one or more mechanically matched substrates within a specified factor of the same parameter for the epidermal layer of the skin or nail, such as a factor of 10 or a factor of 2. characterized by physical and/or physical properties. For example, the substrate may be within a factor of 20, or optionally a factor of 10 for some applications, of tissue, such as the epidermal layer of the skin or nail surface, at the interface with the device of the present invention. It may have a Young's modulus or thickness within the range, or optionally within a factor of two for some applications. The mechanically matched substrate may have a mass or longitudinal modulus equal to or less than that of skin.

いくつかの実施形態において、皮膚に熱的にマッチングされた基板は、デバイスの展開の結果、皮膚などの組織に熱的負荷がかからない十分に小さい、または生理学的パラメータの測定および/または特性評価に影響を及ぼさない十分に小さい熱質量を有する。いくつかの実施形態において、たとえば、皮膚に熱的にマッチングされた基板は、皮膚上に展開した結果温度上昇が2℃以下、および任意選択で、いくつかのアプリケーションについて、1℃以下、および任意選択で、いくつかのアプリケーションについて、0.5℃以下、および任意選択で、いくつかのアプリケーションについて、0.1℃以下となる十分に低い熱質量を有する。いくつかの実施形態において、たとえば、皮膚に熱的にマッチングされた基板は、1.2倍以上の水損失の変化を回避することなど、皮膚からの水損失を著しく中断しない十分に低い熱質量を有する。したがって、デバイスは、皮膚の水分量の十分さを決定する有効性を維持しながら、発汗を実質的に誘発すること、または皮膚からの経皮的水損失を有意に中断させることをしない。 In some embodiments, the substrate thermally matched to the skin is small enough that tissue such as skin is not thermally loaded as a result of deployment of the device or is suitable for measuring and/or characterizing physiological parameters. It has a sufficiently small thermal mass to have no effect. In some embodiments, for example, the substrate thermally matched to the skin has a temperature rise of 2° C. or less as a result of deployment on the skin, and optionally 1° C. or less for some applications, and optionally Optionally has a sufficiently low thermal mass of 0.5° C. or less for some applications, and optionally 0.1° C. or less for some applications. In some embodiments, for example, the substrate thermally matched to the skin has a sufficiently low thermal mass that does not significantly disrupt water loss from the skin, such as avoiding changes in water loss by a factor of 1.2 or more. have Thus, the device does not substantially induce perspiration or significantly disrupt transcutaneous water loss from the skin while remaining effective in determining skin hydration adequacy.

基板は、100MPa以下、または50MPa以下、または10MPa以下、または100kPa以下、または80kPa以下、または50kPa以下のヤング率を有するものとしてよい。さらに、いくつかの実施形態において、デバイスは、5mm以下、または2mm以下、または100μm以下、または50μm以下の厚さ、および1nNm以下、または0.5nNm以下、または0.2nNm以下の正味曲げ剛性を有するものとしてよい。たとえば、デバイスは、0.1から1nNm、または0.2から0.8nNm、または0.3から0.7nNm、または0.4から0.6nNmの範囲から選択された正味曲げ剛性を有するものとしてよい。 The substrate may have a Young's modulus of 100 MPa or less, or 50 MPa or less, or 10 MPa or less, or 100 kPa or less, or 80 kPa or less, or 50 kPa or less. Further, in some embodiments, the device has a thickness of 5 mm or less, or 2 mm or less, or 100 μm or less, or 50 μm or less, and a net bending stiffness of 1 nNm or less, or 0.5 nNm or less, or 0.2 nNm or less. It is good to have. For example, assuming the device has a net bending stiffness selected from the range of 0.1 to 1 nNm, or 0.2 to 0.8 nNm, or 0.3 to 0.7 nNm, or 0.4 to 0.6 nNm. good.

一実施形態において、「表皮組織」は、皮膚の最外層または表皮を指す。表皮は、次の非限定的な層(最外層から始まる)、すなわち、角質層、表皮透明層(掌および足の裏、すなわち手掌領域)、顆粒層、有棘層、胚芽層(基底層とも呼ばれる)に層化される。一実施形態において、表皮組織はヒト表皮組織である。 In one embodiment, "epidermal tissue" refers to the outermost layer or epidermis of the skin. The epidermis consists of the following non-limiting layers (beginning with the outermost layer): stratum corneum, stratum lucidum (palms and soles, i.e. palmar area), stratum granulosum, stratum spinosum, stratum germinativum (also called stratum basale). called). In one embodiment, the epidermal tissue is human epidermal tissue.

「封入する」は、それが少なくとも部分的に、またいくつかの場合には、完全に、基板、粘着剤層、または封入層などの、1つまたは複数の他の構造物によって囲まれるような1つの構造物の配向を指す。「部分的に封入される」は、1つの構造物が1つまたは複数の他の構造物によって部分的に囲まれる、たとえば、構造物の外部表面の30%、または任意選択で50%、または任意選択で90%が1つまたは複数の構造物によって囲まれるような1つの構造物の配向を指す。「完全に封入される」は、1つの構造物が1つまたは複数の他の構造物によって完全に囲まれるような1つの構造物の配向を指す。封入は、特に、流体または電場がデバイスに悪影響を及ぼすことになる配置で、流体または電気的障壁であることなどの、機能的な用語で記述され得る。 "Encapsulate" is such that it is at least partially, and in some cases completely, surrounded by one or more other structures, such as a substrate, adhesive layer, or encapsulating layer Refers to the orientation of one structure. "Partially enclosed" means that one structure is partially surrounded by one or more other structures, e.g., 30%, or optionally 50%, of the outer surface of the structure, or Optionally refers to the orientation of a structure such that 90% is surrounded by one or more structures. "Fully enclosed" refers to an orientation of one structure such that it is completely surrounded by one or more other structures. Encapsulation may be described in functional terms such as being a fluid or electrical barrier, particularly in locations where fluid or electric fields would adversely affect the device.

「形状適合性を有する(形状適合可能である)」は、デバイス、材料、または基板が、デバイス、材料、または基板を所望の輪郭外形、たとえば皮膚などの、形状が身体運動または通常の毎日の動きなどにより時間の経過とともに変化し得る表面を含む、曲面との形状適合性接触を可能にする輪郭外形をとらせることができる十分に低い曲げ剛性を有するデバイス、材料、または基板を指す。 "Conformable" means that a device, material, or substrate conforms to a desired contour, e.g. Refers to a device, material, or substrate that has sufficiently low bending stiffness that it can be contoured to allow conformable contact with curved surfaces, including surfaces that may change over time, such as by movement.

「形状適合接触」は、デバイスと受け入れ表面との間で確立される接触を指す。一態様において、形状適合性接触は、デバイスの1つまたは複数の表面(たとえば、接触表面)を表面の全体的形状に巨視的に適応させることを伴う。別の態様において、形状適合性接触は、デバイスの1つまたは複数の表面(たとえば、接触表面)を表面に微視的に適応させ、その結果実質的に空隙のない密着した接触をもたらすことを伴う。一実施形態において、形状適合性接触は、密接接触が達成されるようにデバイスの接触面を受け入れ面に適応させることを伴い、例えば、デバイスの接触面の表面積の20%未満が受け入れ面に物理的に接触しないか、または任意選択て、デバイスの接触面の10%未満が受け入れ面に物理的に接触しないか、または任意選択で、デバイスの接触面の5%未満が受け入れ面に物理的に接触しない。いくつかの態様のデバイスは、内部組織および外部組織との形状適合性接触を確立することができる。いくつかの態様のデバイスは、平面である、湾曲している、起伏がある、巨視的特徴を有する、および微細特徴を有する表面、ならびにこれらの任意の組合せを含む様々な表面形態によって特徴付けられる組織表面との形状適合性接触を確立することができる。いくつかの態様のデバイスは、内臓または皮膚を含む、運動作用を受ける組織に対応する組織表面との形状適合性接触を確立することができる。 "Conformal contact" refers to contact established between a device and a receiving surface. In one aspect, conformal contact involves macroscopic adaptation of one or more surfaces (eg, contact surfaces) of the device to the overall shape of the surface. In another aspect, conformal contact is one or more surfaces (e.g., contact surfaces) of a device that microscopically conforms to the surface, resulting in substantially void-free intimate contact. Accompany. In one embodiment, conformable contact involves adapting the contact surface of the device to the receiving surface such that intimate contact is achieved, e.g., less than 20% of the surface area of the contact surface of the device is physically on the receiving surface. or optionally less than 10% of the contact surface of the device does not physically contact the receiving surface, or optionally less than 5% of the contact surface of the device physically contacts the receiving surface. no contact. Devices of some embodiments are capable of establishing conforming contact with internal and external tissue. Devices of some embodiments are characterized by various surface morphologies including planar, curved, contoured, macro-featured, and micro-featured surfaces, and any combination thereof. Conformable contact can be established with the tissue surface. Devices of some embodiments are capable of establishing conforming contact with tissue surfaces corresponding to tissue subjected to motion, including internal organs or skin.

「ヤング率」は、与えられた物質に対する応力と歪みとの比を指す材料、デバイス、または層の機械的特性である。ヤング率は、式 "Young's modulus" is a mechanical property of a material, device, or layer that refers to the ratio of stress to strain for a given substance. Young's modulus is given by the formula

で与えられるものとしてよく、
Eはヤング率であり、Lは自然長であり、ΔLは印加される応力の下での長さの変化であり、Fは印加される力であり、Aは力が印加される面積である。ヤング率は、式
well as given by
E is the Young's modulus, L0 is the natural length, ΔL is the change in length under applied stress, F is the applied force, A is the area over which the force is applied be. Young's modulus is given by the formula

を介してラメ定数に関して表すこともでき、ただし、λおよびμは、ラメ定数である。高ヤング率(または「高縦弾性係数」)および低ヤング率(または「低縦弾性係数」)は、与えられた材料、層、またはデバイスにおけるヤング率の大きさの相対的記述子である。いくつかの実施形態において、高ヤング率は、低ヤング率より大きく、好ましくはいくつかの適用対象については約10倍大きく、より好ましくは他の適用対象については約100倍大きく、なおいっそう好ましくはさらに他の適用対象については約1000倍大きい。一実施形態において、低縦弾性係数層は100MPa未満、任意選択で10MPa未満のヤング率、および任意選択で0.1MPa~50MPaの範囲から選択されたヤング率を有する。一実施形態において、高縦弾性係数層は100MPa超、任意選択で10GPa超のヤング率、および任意選択で1GPa~100GPaの範囲から選択されたヤング率を有する。一実施形態において、本発明のデバイスは、低いヤング率を有する1つまたは複数のコンポーネントを有する。一実施形態において、本発明のデバイスは、全体として低いヤング率を有する。 can also be expressed in terms of Lame constants via where λ and μ are Lame constants. High Young's modulus (or "high modulus of elasticity") and low Young's modulus (or "low modulus of elasticity") are relative descriptors of the magnitude of Young's modulus in a given material, layer, or device. In some embodiments, the high Young's modulus is greater than the low Young's modulus, preferably about 10 times greater for some applications, more preferably about 100 times greater for other applications, even more preferably Still about 1000 times larger for other applications. In one embodiment, the low modulus layer has a Young's modulus of less than 100 MPa, optionally less than 10 MPa, and optionally a Young's modulus selected from the range of 0.1 MPa to 50 MPa. In one embodiment, the high modulus layer has a Young's modulus greater than 100 MPa, optionally greater than 10 GPa, and optionally selected from the range of 1 GPa to 100 GPa. In one embodiment, a device of the invention has one or more components with a low Young's modulus. In one embodiment, the device of the invention has an overall low Young's modulus.

「低縦弾性率」は、10MPa以下、5MPa以下、または1MPa以下のヤング率を有する材料を指す。 "Low longitudinal modulus" refers to materials having a Young's modulus of 10 MPa or less, 5 MPa or less, or 1 MPa or less.

任意の物理パラメータとともに「有効」という語を使用することは、平均またはバルクパラメータを反映している。これは、たとえば、デバイスが単一材料から形成されていないが、エラストマー、粘着剤、薄膜、金属、半導体、集積回路、および数桁の大きさにわたる他の材料を有することができることを反映している。有効デバイス弾性率は、それに応じて、デバイスのバルク挙動が注目するアプリケーションに合わせて手直しされることを確実にするためにコンポーネントの特別な幾何学的形状および構成とともに、デバイス全体の物理的特性を反映することができる。皮膚については、デバイス全体は高い可撓性および延伸性を有するように構成することができ、いくつかの部分は材料要件により必然的に可撓性および延伸性が低くなる。爪については、デバイス全体は、それほど高い延伸性を必要としないが、それでも爪の曲面輪郭に形状適合しているべきである。 Use of the term "effective" with any physical parameter reflects an average or bulk parameter. This reflects, for example, that devices are not formed from a single material, but can have elastomers, adhesives, thin films, metals, semiconductors, integrated circuits, and other materials spanning several orders of magnitude. there is The effective device modulus corresponds to the overall physical properties of the device, along with the particular geometry and configuration of the components to ensure that the bulk behavior of the device is tailored to the application of interest. can be reflected. For the skin, the entire device can be constructed to be highly flexible and extensible, with some portions necessarily less flexible and extensible due to material requirements. For nails, the overall device does not need to be very extensible, but should still conform to the curved contours of the nail.

「曲げ剛性」は、印加される曲げモーメントへの材料、デバイス、または層の抵抗を記述する材料、デバイス、または層の機械的特性である。一般的に、曲げ剛性は、材料、デバイス、または層の縦弾性係数と断面2次モーメントとの積として定義される。不均一な曲げ剛性を有する材料は、任意選択で、材料の層全体に対する「バルク」または「平均」曲げ剛性に関して記述され得る。 "Bending stiffness" is a mechanical property of a material, device or layer that describes the resistance of the material, device or layer to an applied bending moment. Generally, bending stiffness is defined as the product of the longitudinal elastic modulus and the moment of inertia of a material, device, or layer. Materials with non-uniform bending stiffness can optionally be described in terms of "bulk" or "average" bending stiffness for an entire layer of material.

「組織パラメータ」は、物理的特性、生理学的特性、電子的特性、光学的特性、および/または化学組成を含む組織の特性を指す。組織パラメータは、表面特性、表面下特性、または生体液などの組織に由来する材料の特性を指すものとしてよい。組織パラメータは、温度、水分補給状態、組織の化学組成、組織由来の流体の化学組成、組織由来の流体のpH、バイオマーカーの有無、組織に照射される電磁放射線の強度、組織に照射される電磁放射線の波長、組織が曝される環境汚染物質の量などのインビボ組織に対応するパラメータを指すものとしてよい。いくつかの実施形態のデバイスは、水分補給物質(たとえば、保湿剤)の低水分量状態塗布、またはUVブロック(たとえば、日焼け止め)のUV損傷状態塗布もしくはユーザに適切な行動をとるように警告する、振動信号、光学信号、または電気信号を提供する触覚フィードバックアクチュエータなどのデバイスを着用している個人への警告のための、1つまたは複数の組織パラメータに対応する応答を生成することができる。組織パラメータは、組織の健康についての有用な情報を提供し得る。たとえば、「日焼けパラメータ」である組織パラメータは、日焼け止めとしての化合物の有効性を評価するため、ユーザに警告するため、または日焼け止めの塗布を含む、治療を自動的に適用するために使用され得る。日焼けパラメータは、色などの光学的特性であってもよいし、延いては下層組織の熱伝導率に関係する水分補給特性であってもよい。 "Tissue parameters" refer to properties of tissue including physical properties, physiological properties, electronic properties, optical properties, and/or chemical composition. Tissue parameters may refer to surface properties, subsurface properties, or properties of tissue-derived materials such as biological fluids. Tissue parameters include temperature, hydration status, chemical composition of tissue, chemical composition of tissue-derived fluid, pH of tissue-derived fluid, presence or absence of biomarkers, intensity of electromagnetic radiation delivered to tissue, tissue delivered It may refer to parameters corresponding to in vivo tissue, such as the wavelength of electromagnetic radiation, the amount of environmental contaminants to which the tissue is exposed, and the like. Some embodiments of the device either apply hydrating substances (e.g., moisturizers) in low-water conditions, or UV-blocking (e.g., sunscreen) in UV-damaging conditions or alert the user to take appropriate action. can generate a response corresponding to one or more tissue parameters for alerting an individual wearing a device such as a haptic feedback actuator that provides a vibrational, optical, or electrical signal to . Tissue parameters can provide useful information about tissue health. For example, a tissue parameter that is a "suntan parameter" is used to assess the effectiveness of a compound as a sunscreen, to alert a user, or to automatically apply a treatment, including the application of sunscreen. obtain. A tanning parameter may be an optical property such as color or even a hydration property related to the thermal conductivity of the underlying tissue.

本明細書において提供されるデバイスおよび方法はどれも、ユーザに対して個人化され得る。この文脈において、「個人化される」は、1つまたは複数のベースライン組織パラメータ、および刺激に対する組織の挙動に関して比較的著しい個人間のバラツキがあり得ることを認識した上で、個別ユーザに合わせて手直しされたデバイスまたは方法を記述するものである。たとえば、人によっては、より高い固有の熱伝導率、または高い安静時水分量レベルを有し得る。デバイスまたは方法は、正確に、ベースライン組織パラメータを決定するものとしてよく、その個人のベースライン組織パラメータに合わせて手直しした治療の監視および対応する治療がなされる。 Any of the devices and methods provided herein can be personalized to the user. In this context, "personalized" means tailored to an individual user, recognizing that there may be relatively significant inter-individual variability regarding one or more baseline tissue parameters and tissue behavior to stimuli. It describes a device or method that has been reworked. For example, some people may have a higher intrinsic thermal conductivity, or a higher resting water level. The device or method may accurately determine a baseline tissue parameter, with therapeutic monitoring and corresponding therapy tailored to the individual's baseline tissue parameter.

「触覚フィードバック要素」とは、バイブレーター、光源、または電極からなる群から選択される触覚フィードバック要素であるなど、ユーザによって物理的に検出可能な刺激を発生するデバイスコンポーネントを指す。 A "tactile feedback element" refers to a device component that produces a stimulus physically detectable by a user, such as a tactile feedback element selected from the group consisting of vibrators, light sources, or electrodes.

「環境パラメータ」は、組織と形状適合性接触しているデバイスなどの、デバイスの環境の特性を指す。環境パラメータは、物理的特性、電子的特性、光学的特性、および/または化学組成、たとえば、デバイスに照射される電磁放射線の強度、デバイスに照射される電磁放射線の波長、デバイスが曝される環境要素の化学組成、デバイスが曝される環境要素の化学組成、デバイスが曝される環境汚染物質の量、および/またはデバイスが曝される環境汚染物質の化学組成などを指すものとしてよい。いくつかの実施形態のデバイスは、1つまたは複数の環境パラメータに対応する応答を生成することができる。たとえば、低湿度条件では、水分補給材料の塗布、高UV条件では、UVブロック材料の塗布である。 "Environmental parameters" refer to characteristics of the environment of a device, such as a device in conforming contact with tissue. Environmental parameters may include physical properties, electronic properties, optical properties, and/or chemical composition, e.g., intensity of electromagnetic radiation directed to the device, wavelength of electromagnetic radiation directed to the device, environment to which the device is exposed. It may refer to the chemical composition of the element, the chemical composition of the environmental element to which the device is exposed, the amount of environmental contaminant to which the device is exposed, and/or the chemical composition of the environmental contaminant to which the device is exposed. A device of some embodiments can generate a response corresponding to one or more environmental parameters. For example, in low humidity conditions, applying a hydrating material, in high UV conditions, applying a UV blocking material.

「電力ハーベスティング」は、エネルギーが外部供給源に由来し、それによって、比較的大きく、かさばり、高価な一次または二次電池システムの必要性を回避し得るプロセスを指す。もちろん、本明細書で提供されるデバイスは、注目する用途に応じて、電池および/またはスーパーキャパシタと親和性があるものとしてよい。たとえば、比較的重いまたはかさばるシステムは、使用者にとって目障りでないか、または目立つのが最小限度に抑えられる方式で、衣類、靴、帽子、手袋、スカーフ、フェイスマスク、および同様のものに組み込まれ得る。 "Power harvesting" refers to the process by which energy can be derived from an external source, thereby avoiding the need for relatively large, bulky and expensive primary or secondary battery systems. Of course, the devices provided herein may be compatible with batteries and/or supercapacitors, depending on the application of interest. For example, relatively heavy or bulky systems can be incorporated into clothing, shoes, hats, gloves, scarves, face masks, and the like in a manner that is non-obtrusive or minimally obtrusive to the user. .

本発明の実施形態は、添付図面を参照しつつ、以下で詳細に例示される。以下の説明は、性質上単に例示的であるにすぎず、決して、発明、その応用、または使用を制限することを意図していない。本発明の広範な教示は、さまざまな形態で実装されてよい。したがって、本発明は特定の例を含むが、本発明の真の範囲は、他の修正形態が図面、明細書、および次の請求項を調べた後に明らかになるのでそのように制限されるべきでない。明確にするために、図面中、類似の要素を識別するために同じ参照番号が使用される。方法の中の1つまたは複数のステップは、本発明の原理を改変することなく異なる順序で(または同時に)実施されてもよいことは理解されるであろう。 Embodiments of the invention are illustrated in detail below with reference to the accompanying drawings. The following description is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or uses. The broad teachings of the present invention may be implemented in various forms. Thus, although the invention includes specific examples, the true scope of the invention should be so limited as other modifications will become apparent after inspection of the drawings, specification, and the following claims. not. For clarity, the same reference numbers are used in the drawings to identify similar elements. It will be appreciated that one or more steps in the method may be performed in a different order (or concurrently) without altering the principles of the invention.

皮膚の水分補給状態の正確な定量的測定は、皮膚健康ならびに皮膚の構造および機能、それとともに体温調節および基礎的生理の他の特徴の本質的プロセスへの追加の関連性に対する重要な洞察をもたらすことができる。皮膚水分含有量を決定するための既存のツールは、再現性のある方式で使用するのが困難な、かさばり、堅く、高価な機器を用いて行われる代理電気的評価を利用している。最近の代替案は、皮膚の表面に優しく非侵襲的に付着するが、動作範囲が限られており(~1cm)、微妙な環境変動に対して高い感度を有する軟質のワイヤレスデバイスを使用する熱測定を利用するものである。 Accurate quantitative measurements of skin hydration status provide important insights into skin health and additional relevance to essential processes of skin structure and function, as well as other features of thermoregulation and basic physiology. be able to. Existing tools for determining skin moisture content utilize surrogate electrical assessments performed with bulky, stiff, and expensive equipment that are difficult to use in a reproducible manner. A recent alternative is to use soft wireless devices that adhere gently and noninvasively to the surface of the skin, but have a limited operating range (~1 cm) and high sensitivity to subtle environmental variations. It makes use of measurements.

したがって、本発明は、ほかにもあるがとりわけ、標準スマートフォンへのグラフィカルユーザインターフェースを用いることによる、これらの欠点を克服して長距離(~10m)Bluetooth Low Energy(BLE)システムオンチップ(SoC)によって制御される小型のマルチセンサーモジュールを介して熱輸送特性の高速、ロバスト、長距離自動化測定を可能にする一連のアイデアおよび技術を開示する。皮膚表面へのソフトな接触は、使用者の負担をほとんど0にまで軽減し、高い再現性レベルを有し、周囲の温度変化の影響を受けない、計算モデリング技術を使用して、表皮と真皮の両方の水分量レベルに定量的に接続され得る記録をもたらす。臨床デバイスに対するベンチマークを伴う、人間の皮膚と同様の層状構成のポリマー、知られている水分量レベルを有するブタ皮膚、および人間被験者の組織的研究で、測定アプローチおよび関連付けられているセンサーハードウェアの妥当性を確認している。これらの結果は、クリニックまたは家庭での使用のために、皮膚バリア機能を特徴付け、皮膚病の重症度を評価し、化粧品および薬剤の有効性を評価することにおける能力を裏付けている。 Accordingly, the present invention overcomes these shortcomings by using, among other things, a graphical user interface to a standard smartphone to develop a long-range (~10m) Bluetooth Low Energy (BLE) system-on-chip (SoC). We disclose a series of ideas and techniques that enable fast, robust, long-range automated measurements of heat transport properties via compact multi-sensor modules controlled by . The soft contact on the skin surface reduces the burden on the user to almost zero, has a high reproducibility level, and is immune to ambient temperature changes. yields a record that can be quantitatively connected to both moisture levels. A systematic study of polymers of layered composition similar to human skin, porcine skin with known moisture levels, and human subjects, with benchmarking against clinical devices, demonstrated the measurement approach and associated sensor hardware. Checking validity. These results support the ability in characterizing skin barrier function, assessing the severity of skin disease, and evaluating efficacy of cosmetic and pharmaceutical products for clinic or home use.

次の例示的な実施形態、本発明をさらに例示するものであるが、本発明の範囲をいかなる形でも限定するものとして解釈されるべきでない。 The following exemplary embodiments further illustrate the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way.

図1A~図1Eに示されているように、水分量センサーは、皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するために生体の皮膚の注目する標的領域上に動作可能に配設されたセンシングモジュール、すなわち、サーマルアクチュエーター/センサー(TAS)モジュールと、センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のためにセンシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える。 As shown in FIGS. 1A-1E, a moisture content sensor was operatively disposed over a target area of interest of the skin of a living subject to detect data associated with thermal properties of the skin. A sensing module, or thermal actuator/sensor (TAS) module, and a wireless platform coupled to the sensing module for wireless data transmission between the sensing module and an external device.

TASモジュールは、注目する標的領域を加熱するために皮膚の注目する標的領域上に動作可能に配設されたサーマルアクチュエーターと、皮膚の熱特性を決定するためにその過渡温度変化(ΔT)を同時に検出するためのセンシング回路とを備える。サーマルアクチュエーターおよびセンシング回路は、蛇行トレース(図1E)によって相互接続され、ロバストな機械的および熱的結合を有する皮膚への柔らかい密接接触を円滑にする可撓性構造(図1A、差込図)を形成する。 The TAS module combines a thermal actuator operably disposed on the target area of interest of the skin to heat the target area of interest and its transient temperature change (ΔT) to determine the thermal properties of the skin simultaneously. and a sensing circuit for detecting. Thermal actuators and sensing circuits are interconnected by serpentine traces (Fig. 1E), flexible structures that facilitate soft intimate contact to the skin with robust mechanical and thermal coupling (Fig. 1A, inset). to form

いくつかの実施形態において、サーマルアクチュエーターは、少なくとも1つの抵抗器を含む。 In some embodiments, the thermal actuator includes at least one resistor.

いくつかの実施形態において、サーマルアクチュエーターは、互いに直列に結合された、表面実装薄膜抵抗器、厚膜抵抗器、スルーホール抵抗器、および超薄膜金属抵抗器のうちの2つまたはそれ以上を備える。図1Bに示されているように、サーマルアクチュエーターは、直列に繋いだ2つの抵抗器Rを備える。 In some embodiments, the thermal actuator comprises two or more of surface mount thin film resistors, thick film resistors, through hole resistors, and ultra thin film metal resistors coupled in series with each other. . As shown in FIG. 1B, the thermal actuator comprises two resistors RH connected in series.

いくつかの実施形態において、センシング回路は、負温度係数サーミスタ、正温度係数サーミスタ、抵抗温度検出器(RTD)、および熱電対のうちの1つまたは複数を含む温度センサーを備える。 In some embodiments, the sensing circuit comprises a temperature sensor including one or more of a negative temperature coefficient thermistor, a positive temperature coefficient thermistor, a resistance temperature detector (RTD), and a thermocouple.

いくつかの実施形態において、センシング回路は、図1Bに示されているように、第1のホイートストンブリッジ回路内に配置構成された負温度係数サーミスタの第1の対NTC1(NTC、NTC)を備える。1つのセンシングユニット(負温度係数サーミスタの第1の対NCT1)のみからのデータ読み出しは、時間の経過とともに試験材料の温度が変化することに起因してデータの変動を引き起こす可能性があり、これは第2のセンシングユニットを利用することによって補償され得る。いくつかの実施形態において、センシング回路は、周囲温度の変化を補償する働きをする第2のホイートストンブリッジ回路内に配置構成されているNTCの第2の対(NTC2、図1Eおよび図2A)も有し得る。 In some embodiments, the sensing circuit comprises a first pair of negative temperature coefficient thermistors NTC1 (NTC + , NTC + ) arranged in a first Wheatstone bridge circuit, as shown in FIG. 1B. Prepare. Data readout from only one sensing unit (the first pair of negative temperature coefficient thermistors, NCT1) can cause data fluctuations due to changes in the temperature of the test material over time, which can be compensated for by using a second sensing unit. In some embodiments, the sensing circuit also includes a second pair of NTCs (NTC2, FIGS. 1E and 2A) arranged in a second Wheatstone bridge circuit that serves to compensate for changes in ambient temperature. can have

図2B(左)に示されている一実施形態では、NTCの第1の対(NTC1)は、サーマルアクチュエーター(加熱装置)とは異なる層上に配設される。この場合、2つのNTC1は、加熱装置の上に直接配置される。図2B(右)に示されている別の実施形態では、2つのNTC1は、加熱装置と同じ層上に配設される。この場合、各NTC1は、加熱装置から第1の距離を有する。いくつかの実施形態において、NTCの第2の対(NTC2)は、NTCの第1の対と同じ層上に配設され、各NTC2は、NTC1から空間的に離れており(図1E)、加熱装置(図2A、差込図)から第2の距離を有している。いくつかの実施形態において、第1および第2の距離は、皮膚内への深さ感度の設計要件によって決定され、10数μmから数mmの範囲である。 In one embodiment shown in FIG. 2B (left), the first pair of NTCs (NTC1) is disposed on a different layer than the thermal actuators (heating devices). In this case the two NTCs 1 are placed directly above the heating device. In another embodiment shown in FIG. 2B (right), two NTCs 1 are arranged on the same layer as the heating device. In this case each NTC 1 has a first distance from the heating device. In some embodiments, a second pair of NTCs (NTC2) is disposed on the same layer as the first pair of NTCs, each NTC2 being spatially separated from NTC1 (FIG. 1E), It has a second distance from the heating device (Fig. 2A, inset). In some embodiments, the first and second distances are determined by design requirements for depth sensitivity into the skin and range from tens of microns to several millimeters.

コンパクトな両面センサー設計(図2B、左)は、対応する片面レイアウト(図2B、右)と比較して皮膚の水分量レベルに対する感度(図10C~図10D)をおよそ3倍にする。 The compact two-sided sensor design (Fig. 2B, left) approximately triples the sensitivity to skin hydration level (Figs. 10C-10D) compared to the corresponding single-sided layout (Fig. 2B, right).

いくつかの実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Wi-Fi、BLE、およびNFC通信プロトコルのうちの少なくとも1つを含む。 In some embodiments, the wireless platform includes at least one of Wi-Fi, BLE, and NFC communication protocols.

図1Bに示されている一実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Bluetooth low energy system on a chip(BLE SoC)を備える。いくつかの実施形態において、BLE SoCは、サーマルアクチュエーターを起動するための周期電流を提供するためにサーマルアクチュエーターに電気的に結合されている汎用入力/出力(GPIO)と、ブリッジ電圧の差を増幅するためにセンシング回路に電気的に結合されている差動アンプ(AMP)と、AMPの出力電圧をサンプリング/デジタル化するためにAMPに電気的に結合されているアナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、皮膚の水分補給状態を決定する処理のためにADCの出力信号を外部デバイスにワイヤレス伝送し、データを外部デバイスから受信してGPIOピンを有効化し周期的電流をサーマルアクチュエーターに供給するように構成されているBLE無線機とを備える。 In one embodiment shown in FIG. 1B, the wireless platform comprises a Bluetooth low energy system on a chip (BLE SoC). In some embodiments, the BLE SoC amplifies the difference between a general purpose input/output (GPIO) electrically coupled to the thermal actuator to provide a periodic current to activate the thermal actuator and a bridge voltage. a differential amplifier (AMP) electrically coupled to the sensing circuit to perform the sensing; and an analog-to-digital converter (ADC) electrically coupled to the AMP to sample/digitize the output voltage of the AMP. configured to wirelessly transmit the output signal of the ADC to an external device for processing to determine skin hydration status, receive data from the external device and enable a GPIO pin to provide periodic current to the thermal actuator; and a BLE radio.

ほかにもあるがとりわけ、本発明によるBLEベースのデバイスは、限定はしないが、小型、自動/リモートワイヤレス更新、外部デバイス(たとえば、電話)をセンサー上に保持する必要がないこと、および異なる外部デバイスにまたがって優れた能力を含む多くの利点を提供する。 Among other things, the BLE-based device according to the present invention is characterized by, but not limited to, small size, automatic/remote wireless updates, no external device (e.g. phone) need to be held on the sensor, and different external It offers many advantages, including superior performance across devices.

いくつかの実施形態において、外部デバイス上のユーザインターフェース(UI)を含むカスタムソフトウェアアプリケーションを通して制御されるデジタルオン/オフスイッチは、BLE接続およびGPIOピンのアクティブ化を有効にして、周期的な電流をサーマルアクチュエーターに供給するように適合される。 In some embodiments, a digital on/off switch controlled through a custom software application, including a user interface (UI) on the external device, enables BLE connection and GPIO pin activation to provide periodic current flow. adapted to supply a thermal actuator;

1つの例示的な実施形態では、周期的電流は、1分のサイクルで10秒間に6.8mA、および50秒間に0mAを有する。この電流は、lアクチュエータの上面で熱電力Q=20.4mWを発生させることができ、それによって熱拡散を介して下の皮膚に熱を供給することができる。アクチュエータからNTCへの熱の移動は、皮膚の熱的性質に依存し、したがって皮膚水分量を測定するための基礎として働く。ホイートストンブリッジ回路は、NTCの抵抗を、異極性(ΔV=-ΔV)を有する、温度変化に応じて変化する対応する電圧(V、V)に変換する。 In one exemplary embodiment, the periodic current has 6.8 mA for 10 seconds and 0 mA for 50 seconds in a 1 minute cycle. This current can generate a thermal power Q=20.4 mW at the top surface of the l-actuator, thereby supplying heat to the underlying skin via thermal diffusion. Heat transfer from the actuator to the NTC depends on the thermal properties of the skin and thus serves as the basis for measuring skin hydration. The Wheatstone bridge circuit transforms the resistance of the NTC into corresponding voltages (V + , V ) that vary with temperature changes, with opposite polarities (ΔV + =−ΔV ).

いくつかの実施形態において、外部デバイス内のカスタムソフトウェアアプリケーションは、キャリブレーション係数に基づき電圧を対応する温度値に変換する。次いで、理論モデルは、これらのデータを皮膚の熱輸送特性に変換し、延いては適切なモデルを使用して水分補給状態などの健康関係パラメータを決定するために使用され得る。 In some embodiments, a custom software application within the external device converts voltages to corresponding temperature values based on calibration factors. Theoretical models can then be used to convert these data into heat transport properties of the skin, which in turn can be used to determine health-related parameters such as hydration status using appropriate models.

いくつかの実施形態において、BLE SoCは、GPIOピンを有効化し周期的電流をサーマルアクチュエーターに供給するように構成されているマイクロコントローラ(μC)も備え得る。μCは、検出されたデータをその場で処理し、次いで処理済みデータを外部デバイスに伝送するようにも構成され得る。 In some embodiments, the BLE SoC may also include a microcontroller (μC) configured to enable the GPIO pin and supply periodic current to the thermal actuator. The μC may also be configured to process detected data locally and then transmit the processed data to an external device.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、皮膚側のサーマルアクチュエーター、空気側のNTC、およびBLE SoCを相互接続する回路トレースを有するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)の形態の可撓性基板をさらに備える。いくつかの実施形態において、可撓性基板は、ポリイミド(PI)および/またはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む可撓性材料から形成される。一例において、可撓性基板は、可撓性銅張ポリイミド(Cu/PI/Cu)シートである。 In some embodiments, the moisture content sensor further comprises a flexible substrate in the form of a flexible printed circuit board (fPCB) having circuit traces interconnecting the skin-side thermal actuator, the air-side NTC, and the BLE SoC. Prepare. In some embodiments, the flexible substrate is formed from flexible materials including polyimide (PI) and/or polyethylene terephthalate (PET). In one example, the flexible substrate is a flexible copper clad polyimide (Cu/PI/Cu) sheet.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、センシング回路およびワイヤレスプラットフォームに電力を供給するための電力モジュールをさらに備える。いくつかの実施形態において、電力モジュールは、電池を備える(図1C)。いくつかの実施形態において、電池は、ワイヤレス充電で動作可能に再充電可能な充電式電池である。 In some embodiments, the moisture content sensor further comprises a power module for powering the sensing circuitry and the wireless platform. In some embodiments, the power module comprises a battery (Fig. 1C). In some embodiments, the battery is a rechargeable battery that is operably rechargeable with wireless charging.

いくつかの実施形態において、電力モジュールは、充電式電池をワイヤレスで充電するためのワイヤレス充電モジュールをさらに備える。 In some embodiments, the power module further comprises a wireless charging module for wirelessly charging the rechargeable battery.

いくつかの実施形態において、電力モジュールは、電池の誤作動を回避するための短絡保護コンポーネントまたは回路を含む故障防止要素をさらに備える。たとえば、図1Cに示されているように、電池は、封入層内に封じ込められる。 In some embodiments, the power module further comprises fault protection elements including short circuit protection components or circuits to avoid battery malfunction. For example, as shown in FIG. 1C, the battery is encapsulated within an encapsulation layer.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、図1Cおよび図1Dに示されているように、サーマルアクチュエーター、ワイヤレスプラットフォーム、電池、およびfPCBを囲む封入エンクロージャをさらに備える。 In some embodiments, the moisture content sensor further comprises an encapsulating enclosure surrounding the thermal actuator, wireless platform, battery, and fPCB, as shown in FIGS. 1C and 1D.

いくつかの実施形態において、封入エンクロージャは、環境から水分量センサーを熱的、化学的、および機械的に隔離するための頂層と、fPCBの皮膚側のサーマルアクチュエーターと皮膚との間に直接的な界面を設けるための底層とを備える。 In some embodiments, the encapsulation enclosure is a top layer for thermally, chemically, and mechanically isolating the moisture sensor from the environment, and a skin side of the fPCB directly between the thermal actuator and the skin. and a bottom layer for providing an interface.

いくつかの実施形態において、頂層は、クリティカルなセンシングコンポーネントを熱的に、機械的に、および化学的に絶縁するための小さな空隙を含むシェル状頂部封入層である。 In some embodiments, the top layer is a shell-like top encapsulation layer that contains small voids to thermally, mechanically, and chemically insulate the critical sensing components.

いくつかの実施形態において、頂層は、シリコーンまたはシリコーンゲル、低/高密度ポリエチレン(LDPE/HDPE)、ポリスチレン、Teflon(登録商標)、および様々な他の可撓性ポリマーを含む可撓性材料から形成される。 In some embodiments, the top layer is made from flexible materials including silicone or silicone gel, low/high density polyethylene (LDPE/HDPE), polystyrene, Teflon®, and various other flexible polymers. It is formed.

いくつかの実施形態において、底層は、水分量センサーを皮膚に付着させるための可撓性粘着剤を含む。 In some embodiments, the bottom layer comprises a flexible adhesive for attaching the moisture sensor to the skin.

いくつかの実施形態において、底層は、水分量センサーの機械的堅牢性を高めるために可撓性粘着剤層に埋め込まれたガラス繊維/補強材の極薄織物をさらに含む。いくつかの実施形態において、補強材は、可撓性であり、底層に引き裂き抵抗を付けるために様々なメッシュ密度および厚さを有する。 In some embodiments, the bottom layer further comprises a microwoven fiberglass/stiffener embedded in the flexible adhesive layer to increase the mechanical robustness of the moisture sensor. In some embodiments, the stiffeners are flexible and have varying mesh densities and thicknesses to impart tear resistance to the bottom layer.

いくつかの実施形態において、可撓性粘着剤層は、シリコーンもしくはシリコーンゲル、または両面皮膚安全粘着剤から形成され、シリコーンおよびシリコーンゲルの比は粘着剤の機械的完全性および粘着性を同時最適化するように調整される。図2Bに示されている1つの例示的な実施形態では、粘着剤層は約180μmの厚さを有する。 In some embodiments, the flexible adhesive layer is formed from silicone or silicone gel, or a double-sided skin-safe adhesive, wherein the ratio of silicone and silicone gel simultaneously optimizes the adhesive's mechanical integrity and adhesion. adjusted to fit. In one exemplary embodiment shown in FIG. 2B, the adhesive layer has a thickness of about 180 μm.

いくつかの実施形態において、メッシュ繊維/シリコーン底層封入により25ミクロンから700ミクロンの極薄底層を可能にする。 In some embodiments, the mesh fiber/silicone bottom layer encapsulation allows for ultra-thin bottom layers from 25 microns to 700 microns.

いくつかの実施形態において、外部デバイスは、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、またはデータ読み取り/処理能力を有する、たとえば、中央演算処理装置(CPU)、またはマイクロコントローラユニット(MCU)、または外部コントローラを備える、任意の電子デバイスである。 In some embodiments, the external device is a smartphone, tablet, computer, or having data reading/processing capabilities, e.g., comprising a central processing unit (CPU), or a microcontroller unit (MCU), or an external controller; Any electronic device.

いくつかの実施形態において、皮膚の熱特性は、皮膚の水分含有量に関係する皮膚の熱伝導率および熱拡散率を含み、水分含有量は、皮膚深度の関数である。 In some embodiments, the thermal properties of the skin include the thermal conductivity and thermal diffusivity of the skin which are related to the moisture content of the skin, the moisture content being a function of skin depth.

いくつかの実施形態において、水分含有量は、測定された温度変化ΔT対時間tから決定される。 In some embodiments, moisture content is determined from the measured temperature change ΔT versus time t.

いくつかの実施形態において、水分含有量および皮膚表面温度は、皮膚の正常状態または疾病状態を決定するために使用される。 In some embodiments, moisture content and skin surface temperature are used to determine the normal or diseased state of skin.

いくつかの実施形態において、水分含有量および皮膚表面温度は、皮膚病の治療、または皮膚保湿剤、ローション、および/もしくはクリームを含む他の健康およびウェルネス製品の有効性の定量的メトリックとして働く。 In some embodiments, moisture content and skin surface temperature serve as quantitative metrics for the efficacy of treating skin conditions or other health and wellness products, including skin moisturizers, lotions, and/or creams.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、臨床現場および/または家庭環境において皮膚状態を監視するために使用可能である。 In some embodiments, the moisture sensor can be used to monitor skin conditions in clinical settings and/or home settings.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、治療を実施する、効果を監視する、必要に応じて治療プロトコルを修正する、および/または特定の病変部位に関する定量的な個人化された測定に基づきフレアを潜在的に予測するために使用可能である。 In some embodiments, the hydration sensor is used to administer treatment, monitor efficacy, modify treatment protocols if necessary, and/or provide quantitative personalized measurements of specific lesion sites. It can be used to potentially predict flares.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、従来の監視技術では器官の健康の継続的評価を提供できない様々な疾病について内部器官の水分含有量を監視するために使用可能である。 In some embodiments, the water content sensor can be used to monitor internal organ water content for various diseases where conventional monitoring techniques cannot provide a continuous assessment of organ health.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、臓器移植への応用のために臓器搬送中の臓器を監視するために使用可能である。 In some embodiments, the water content sensor can be used to monitor organs during organ transportation for organ transplantation applications.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、深さの関数として任意の材料の熱伝導率、熱拡散率、熱容量、および他の熱特性を測定する用途に使用可能である。 In some embodiments, moisture content sensors can be used to measure thermal conductivity, thermal diffusivity, heat capacity, and other thermal properties of any material as a function of depth.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、ヒドロゲル、植物(灌漑および農業用途)、食品保存(乾燥食品、穀物、果物、肉)、および/またはコンクリート(産業用途)を含む、任意の材料表面の水分含有量を深さの関数として測定するための用途に使用可能である。 In some embodiments, the moisture content sensor can be applied to any material surface, including hydrogels, plants (irrigation and agricultural applications), food storage (dry foods, grains, fruits, meats), and/or concrete (industrial applications). It can be used in applications to measure the moisture content of water as a function of depth.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、食品/飲料、医薬品/工業用化学品の組成を監視するために使用可能である。 In some embodiments, moisture sensors can be used to monitor the composition of food/beverages, pharmaceuticals/industrial chemicals.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、皮膚への刺激または水分量センサーへの損傷なしに再使用可能であり、取り外し可能である。 In some embodiments, the moisture sensor is reusable and removable without skin irritation or damage to the moisture sensor.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、水分量センサーへの損傷または水分量センサー粘着剤の効能の損失なしに、異なる使用者間での再使用を可能にするアルコールベースのクリーニングワイプと親和性がある。 In some embodiments, the moisture sensor is compatible with alcohol-based cleaning wipes that allow reuse between different users without damage to the moisture sensor or loss of efficacy of the moisture sensor adhesive. have a nature.

いくつかの実施形態において、水分量センサーは、アルコール、オートクレーブ蒸気滅菌、および気相滅菌を使用して滅菌可能である。 In some embodiments, the moisture content sensor is sterilizable using alcohol, autoclave steam sterilization, and vapor phase sterilization.

別の態様では、本発明は、水分量センサーを製作する方法に関係する。いくつかの実施形態において、方法は、水分量センサーの電子機器を相互接続するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)を形成することと、センシングモジュール、ワイヤレスプラットフォーム、およびfPCBを囲む封入エンクロージャを形成することとを含む。封入エンクロージャは、頂層と底層とを備える。 In another aspect, the invention relates to a method of fabricating a moisture content sensor. In some embodiments, the method comprises forming a flexible printed circuit board (fPCB) interconnecting the electronics of the moisture sensor; forming an encapsulating enclosure surrounding the sensing module, the wireless platform, and the fPCB; including. The encapsulating enclosure comprises a top layer and a bottom layer.

いくつかの実施形態において、fPCBは、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、またはこれらのいずれか1つとFR-4を含む硬質PCB材料とを組み合わせたものを含む可撓性材料から形成される。 In some embodiments, the fPCB is formed from a flexible material including polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), or any one of these in combination with a rigid PCB material including FR-4. be.

いくつかの実施形態において、底層は、第1の可撓性層、第2の可撓性層、および第1の可撓性層と第2の可撓性層との間に埋め込まれたガラス繊維/補強材の布の層構造を含む。 In some embodiments, the bottom layer comprises a first flexible layer, a second flexible layer, and glass embedded between the first flexible layer and the second flexible layer. It contains a fabric layer structure of fibers/reinforcement.

いくつかの実施形態において、第1の可撓性層および第2の可撓性層の各々は、シリコーンもしくはシリコーンゲル、または両面皮膚安全粘着剤から形成され、シリコーンおよびシリコーンゲルの比は粘着剤の機械的完全性および粘着性を同時最適化するように調整される。 In some embodiments, each of the first flexible layer and the second flexible layer is formed from silicone or silicone gel, or a double-sided skin-safe adhesive, wherein the ratio of silicone and silicone gel is are tuned to simultaneously optimize the mechanical integrity and cohesion of the

いくつかの実施形態において、補強材は、可撓性であり、底層に引き裂き抵抗を付けるために様々なメッシュ密度および厚さを有する。 In some embodiments, the stiffeners are flexible and have varying mesh densities and thicknesses to impart tear resistance to the bottom layer.

いくつかの実施形態において、底層は、シリコーン接着材料、エポキシ、接着剤、または市販粘着剤の使用を通してf-PCBに接着する。 In some embodiments, the bottom layer adheres to the f-PCB through the use of silicone adhesives, epoxies, adhesives, or commercial adhesives.

いくつかの実施形態において、頂部シェル層は、シリコーンまたはシリコーンゲル、低/高密度ポリエチレン(LDPE/HDPE)、ポリスチレン、Teflon(登録商標)、および様々な他の可撓性ポリマーから形成される。 In some embodiments, the top shell layer is formed from silicone or silicone gel, low/high density polyethylene (LDPE/HDPE), polystyrene, Teflon®, and various other flexible polymers.

いくつかの実施形態において、電子機器は、皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するためのセンシングモジュールと、センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のためにセンシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える。 In some embodiments, the electronics are coupled to the sensing module for detecting data associated with thermal properties of the skin and wireless data transmission between the sensing module and an external device. and a wireless platform.

いくつかの実施形態において、センシングモジュールは、皮膚の注目する標的領域を加熱するためのサーマルアクチュエーターと、皮膚の熱特性を決定するためにその過渡温度変化(ΔT)を同時に検出するためのセンシング回路とを備える。 In some embodiments, the sensing module includes a thermal actuator for heating a target area of interest on the skin and a sensing circuit for simultaneously detecting transient temperature changes (ΔT) thereof to determine the thermal properties of the skin. and

いくつかの実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、Wi-Fi、BLE、およびNFC通信プロトコルのうちの少なくとも1つを含む。 In some embodiments, the wireless platform includes at least one of Wi-Fi, BLE, and NFC communication protocols.

いくつかの実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、BLE SoCを備える。 In some embodiments, the wireless platform comprises a BLE SoC.

さらに別の態様では、本発明は、皮膚の状態を監視し、および/または診断する方法に関係する。いくつかの実施形態において、方法は、皮膚の注目する標的領域上に水分量センサーを取り付けることであって、水分量センサーは、サーマルアクチュエーターと、センシング回路と、外部デバイスとの両方向データ通信を行うためのワイヤレスプラットフォームとを備える、水分量センサーを取り付けることと、サーマルアクチュエーターによって皮膚の注目する標的領域を加熱し、センシング回路によって皮膚の熱特性に関連付けられているデータを同時に検出し、検出されたデータを、ワイヤレスプラットフォームによって、外部デバイスにワイヤレス方式で伝送して、その過渡温度変化(Δt)を決定することと、温度変化(ΔT)から皮膚の注目する標的領域の水分含有量を取得することと、取得された水分含有量に基づき注目する標的領域のところの皮膚の状態を決定することとを含む。 In yet another aspect, the present invention relates to methods of monitoring and/or diagnosing skin conditions. In some embodiments, the method includes attaching a moisture content sensor onto the target area of interest of the skin, the moisture content sensor in bi-directional data communication with the thermal actuator, the sensing circuit, and an external device. a wireless platform for attaching a moisture content sensor; heating a target area of interest of the skin with a thermal actuator; Wirelessly transmitting data by a wireless platform to an external device to determine its transient temperature change (Δt) and deriving from the temperature change (ΔT) the moisture content of a target area of interest of the skin. and determining the condition of the skin at the target area of interest based on the obtained moisture content.

いくつかの実施形態において、水分含有量は、表皮の水分含有量Φと真皮の水分含有量Φとを含む。 In some embodiments, the water content comprises an epidermal water content Φ E and a dermal water content Φ D .

いくつかの実施形態において、水分含有量を取得するステップは、温度変化ΔTからΦおよびΦを別々に決定することを含む。 In some embodiments, obtaining the moisture content comprises separately determining Φ E and Φ D from the temperature change ΔT.

いくつかの実施形態において、ワイヤレスプラットフォームは、近距離無線通信(NFC)、Wifi/インターネット、Bluetooth/Bluetooth low energy(BLE)、またはGSM/セルラー通信を含むワイヤレス通信プロトコルを通してデータを伝送する。 In some embodiments, the wireless platform transmits data through wireless communication protocols including Near Field Communication (NFC), Wifi/Internet, Bluetooth/Bluetooth low energy (BLE), or GSM/cellular communication.

いくつかの実施形態において、皮膚の注目する標的領域を前記加熱することは、サーマルアクチュエーターに周期的電流を供給することによって形成される。 In some embodiments, said heating of the target area of interest of the skin is formed by supplying a periodic electrical current to a thermal actuator.

いくつかの実施形態において、周期的電流の有効化は、外部デバイス上のカスタムアプリケーションを通してデジタルオン/オフスイッチによって制御される。 In some embodiments, enabling of the periodic current is controlled by a digital on/off switch through a custom application on the external device.

いくつかの実施形態において、注目する標的領域における皮膚の状態を前記決定することは、取得された水分含有量を注目する標的領域における標準水分含有量と比較して、皮膚の正常状態または疾病状態を決定することを含む。 In some embodiments, said determining the condition of the skin in the target area of interest comprises comparing the obtained moisture content to a standard moisture content in the target area of interest to determine whether the skin is in a normal or diseased condition. including determining

いくつかの実施形態において、注目する標的領域における皮膚の状態を前記決定することは、その取得された水分含有量に基づき注目する標的領域の皮膚病を診断することを含む。 In some embodiments, said determining the condition of the skin in the target area of interest comprises diagnosing a skin disease in the target area of interest based on the obtained moisture content.

いくつかの実施形態において、注目する標的領域における皮膚の状態を前記決定することは、皮膚病の治療の有効性を評価することを含む。 In some embodiments, said determining the condition of the skin in the target area of interest comprises assessing the efficacy of a treatment for a skin condition.

いくつかの実施形態において、皮膚の注目する標的領域の水分含有量を前記取得すること、および皮膚の状態を前記決定することは、外部デバイスにおいて実行される。 In some embodiments, said obtaining the moisture content of the target area of interest of the skin and said determining the condition of the skin are performed in an external device.

いくつかの実施形態において、方法は、外部デバイスに、注目する標的領域の皮膚の状態を表示することをさらに含む。 In some embodiments, the method further comprises displaying on the external device the skin condition of the target area of interest.

いくつかの実施形態において、方法は、注目する標的領域における皮膚の状態を専門家、介護人、および/またはサービス提供者に転送する、またはアラートを送信する、ことをさらに含む。たとえば、制御された医療現場の外にいるユーザに対しても、重要な生物組織パラメータが取得され得る。これらのパラメータは、リアルタイムで評価するために離れた場所から、または後で、ユーザまたは医療介護者、友人もしくは家族などの第三者によって、通信され得る。デバイスおよび方法は、ユーザに提供される警告から、水分補給化合物、日焼け止め化合物、または注目するアプリケーションに応じた他の任意の応答を適用することなどの自動化された応答に至るまで、より能動的な介入に適応し得る。 In some embodiments, the method further comprises forwarding or alerting a specialist, caregiver, and/or service provider of the skin condition in the target area of interest. For example, important tissue parameters can be obtained even for users outside of a controlled medical setting. These parameters can be communicated remotely for real-time assessment or later by the user or a third party such as a medical caregiver, friend or family member. Devices and methods are more proactive, from warnings provided to the user to automated responses such as applying hydration compounds, sunscreen compounds, or any other response depending on the application of interest. intervention.

いくつかの実施形態において、方法は、治療を実施するステップ、効果を監視するステップ、必要に応じて治療プロトコルを修正するステップ、および/または特定の病変部位に関する定量的な個人化された測定に基づきフレアを潜在的に予測するステップのうちの1つまたは複数をさらに含む。 In some embodiments, the method includes administering treatment, monitoring efficacy, modifying the treatment protocol if necessary, and/or making quantitative personalized measurements of specific lesion sites. further including one or more of the steps of potentially predicting flares based on.

いくつかの実施形態において、測定伝導は、正確で再現可能な結果を取得するように最適化される。したがって、この方法は、最適化された測定条件の1つまたは複数の下で実行されてよく、これらの条件は(1)水分量センサーの存在に起因する皮膚からの水蒸気放出の自然プロセスの閉塞の効果を最小限度に抑えるために、測定が迅速に実行されること、(2)皮膚への摂動を最小限度に抑えるために、測定中に非常に軽いまたはゼロの加圧が使用されること、(3)粘着剤が、センサーそれ自体に隣接する水分量センサーデバイスの領域にわたってのみ存在し、剥いているときに測定部位の皮膚の剥離を回避し再現性を改善するようにパターン化されること、(4)水分量センサーの温度が皮膚の温度と同等であること、および(5)皮膚それ自体が測定前に周囲環境に順応できることである。 In some embodiments, measurement conduction is optimized to obtain accurate and reproducible results. Thus, the method may be performed under one or more of the optimized measurement conditions, which conditions are: (1) occlusion of the natural process of water vapor release from the skin due to the presence of the moisture content sensor; (2) very light or zero compression is used during the measurement to minimize perturbation to the skin; and (3) the adhesive is present only over the area of the moisture sensor device adjacent to the sensor itself and is patterned to avoid peeling of the skin at the measurement site during peeling and improve reproducibility. (4) the temperature of the moisture sensor should be similar to that of the skin; and (5) the skin itself should be able to acclimatize to the environment prior to the measurement.

定量的方式で皮膚水分量を監視するためのワイヤレス電子機器は、臨床現場および家庭環境の両方における皮膚科に関わる健康および皮膚構造の理解に対して幅広い関連性を有する。本発明によれば、表皮と真皮の両方について皮膚水分含有量の定量的記録を得るために皮膚に優しく付着する小型長距離自動化システムは、高いレベルの再現性および周囲の影響を受けないことで、皮膚バリアを特徴付け、皮膚病の重症度を評価し、化粧品および薬の有効性を評価する際の機能をサポートする。皮膚病患者を対象とする卓上試験およびパイロット試験は、これらのデバイスの主要な特徴、ならびに皮膚の疾患の管理をガイドするための臨床研究および家庭環境における幅広い有用性の潜在的可能性を強調している。本発明のこれらおよび他の態様は、次の節でさらに説明される。本発明の範囲を限定することを意図せず、本発明の実施形態による本発明のさらなる例示的な実装形態が以下に示される。読者の便宜のために、実施例中でタイトルまたはサブタイトルが使用されることがあるが、これは決して本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。さらに、本明細書では、特定の理論が提案され、開示されているが、それらが正しいか間違っているかにかかわらず、本発明が特定の理論または動作方式を顧みずに本発明に従って実施される限り、決して本発明の範囲を限定するべきではない。 Wireless electronics for monitoring skin hydration in a quantitative manner have broad relevance to understanding dermatological health and skin architecture both in the clinical setting and in the home setting. According to the present invention, a compact long-range automated system that gently adheres to the skin to obtain quantitative recordings of skin moisture content for both the epidermis and dermis, with a high level of reproducibility and insensitivity to surroundings. , characterizes the skin barrier, assesses the severity of skin diseases, and supports functions in evaluating the efficacy of cosmetics and drugs. Tabletop and pilot studies in dermatologic patients highlight key features of these devices and their potential for broad utility in clinical research and home settings to guide the management of skin disorders. ing. These and other aspects of the invention are further described in the following sections. Without intending to limit the scope of the invention, further exemplary implementations of the invention according to embodiments of the invention are presented below. Note that although titles or subtitles may be used in the examples for the convenience of the reader, this in no way limits the scope of the invention. Further, although certain theories are proposed and disclosed herein, whether they are true or false, the present invention may be practiced in accordance with the present invention without regard to any particular theory or mode of operation. Insofar as it should in no way limit the scope of the invention.

健康な皮膚および病気の皮膚における水分量レベルの迅速なマルチセンサー測定のためのワイヤレスソフトエレクトロニクス
この例示的な実施例において、健康な皮膚および病気の皮膚において水分量レベル測定を日常的に確実に実行するためのワイヤレスシステムが開示される。結果として得られたデータに適用される計算方法は、臨床グレードの精度レベルで、皮膚の二重層モデルを使用して水分量レベルを定義する。他の技術に関して、ワイヤレスシステムの重要な進歩は、限定はしないが、1)携帯電話のBluetoothインターフェースによる長距離ワイヤレス機能および高サンプリングレート、2)皮膚の水分量レベルに対する感度を高めたコンパクトな両面マルチセンサー設計、3)環境的、生理学的、および使用者関係の寄生要因に対する感受性を最小限度に抑えた複数の冗長測定モダリティ、ならびに4)表皮および真皮の両方の水分量レベルを決定することができ、SCに対する追加の感度を有する全波形データ分析技術を含む。数値モデリング結果および様々な実用的条件下での卓上特徴付け試験が、重要な物理的効果の意味を明確にし、最適化された設計および動作モードの選択を導く。有効性確認研究は、知られている水分量レベルを有するブタ皮膚と、臨床デバイスに対するベンチマークを有するヒト被験者を伴う。ここでも、また他の実用的なシナリオにおいても、センサーのソフトメカニカルプロパティおよびコンプライアント構造は、従来のデバイスの精度および再現性を低下させる角度または圧力関係変動源を回避するために、力を加えて保持することなく皮膚に密着結合することを可能にする。フォームファクタおよび性能におけるこれらの同じ特徴は、身体上のほぼいかなる配置でも、またいかなる年齢の被験者に対しても、日常的測定を行うことを可能にする。
Wireless Soft Electronics for Rapid Multi-Sensor Measurement of Moisture Levels in Healthy and Diseased Skin In this illustrative example, routine and reliable moisture level measurements are performed in healthy and diseased skin. A wireless system for doing so is disclosed. The computational methods applied to the resulting data define hydration levels using a bilayer model of the skin, with a level of clinical grade accuracy. With respect to other technologies, significant advances in wireless systems include, but are not limited to: 1) long-range wireless capability and high sampling rates through the mobile phone's Bluetooth interface; 3) multiple redundant measurement modalities with minimal sensitivity to environmental, physiological, and user-related parasitic factors, and 4) determination of both epidermal and dermal hydration levels. and includes full-waveform data analysis techniques with additional sensitivity to SC. Numerical modeling results and bench-top characterization tests under various practical conditions clarify the implications of important physical effects and guide the selection of optimized designs and modes of operation. Validation studies involve porcine skin with known moisture levels and human subjects with benchmarks for clinical devices. Again, and in other practical scenarios, the sensor's soft-mechanical properties and compliant structure apply force to avoid angle- or pressure-related sources of variation that degrade the accuracy and repeatability of conventional devices. It allows a tight bond to the skin without holding it in place. These same features in form factor and performance allow routine measurements to be made on virtually any placement on the body and on subjects of any age.

属性のこの集合的なセットは、使用者の負担をほとんど0に抑えつつ、皮膚水分量および皮膚バリア機能を迅速に正確に評価することを可能にするデバイスの基礎を形成する。スマートフォン技術を活用する単純なインターフェースは、ADまたはXCなどの病状に対するフレアに先立つ皮膚病の早期管理としての、家庭環境における頻繁な使用の潜在的可能性を示唆している。パイロット規模の臨床試験は、様々な炎症性皮膚疾患の患者への局所保湿剤の塗布に関連する皮膚水分量の改善を追跡するこれらおよび他の能力を例示している。全体として、このシステムは、皮膚バリア機能の客観的な正確な測定を提供することによって患者に対するケアの質を改善する潜在的可能性を有する。 This collective set of attributes forms the basis of a device that allows rapid and accurate assessment of skin hydration and skin barrier function with almost zero user effort. A simple interface leveraging smart phone technology suggests the potential for frequent use in the home setting as early management of skin disease prior to flare-ups for conditions such as AD or XC. Pilot-scale clinical trials have demonstrated these and other abilities to track improvements in skin hydration associated with application of topical moisturizers to patients with various inflammatory skin conditions. Overall, this system has the potential to improve the quality of care for patients by providing an objective and accurate measure of skin barrier function.

材料と方法
電子機器の製作:プロトタイプデバイスは、図1A、図1C、および図1Dに示されているように、レーザーアブレーション(Protolaser U4、LPKF)によって加工されたフレキシブル銅張ポリイミド基板(AP8535R、Pyralux)を使用し、その結果、BLE SoC(nRF52832:Nordic Semiconductor)、抵抗器(RMCF0201FT、Stackpole Electronics)、温度センサー(NTC、NCP03XH、Murata)を含む、面実装コンポーネントを相互接続するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)が得られた。プロトタイプfPCBの研究の成果が、最終設計のためにISO-9001準拠ベンダー(PCBWay社)に提供される設計の基礎として利用された。ハンダワイヤ(MM01019、Multicore)およびハンダペースト(SMDLTLFP10T5、Chip Quik)で、BLE SoCを、400℃で加熱することによってfPCBに、190℃の加熱によって、他の様々な表面実装部品をボンディングした。
Materials and Methods Electronics Fabrication: Prototype devices were fabricated by laser ablation (Protolaser U4, LPKF) on flexible copper-clad polyimide substrates (AP8535R, Pyralux ), resulting in a flexible printed circuit board ( fPCB) was obtained. The results of the prototype fPCB research were used as the basis for the design provided to an ISO-9001 compliant vendor (PCBWay Inc.) for the final design. With solder wire (MM01019, Multicore) and solder paste (SMDLTLFP10T5, Chip Quik), the BLE SoC was bonded to the fPCB by heating at 400°C and various other surface mount components by heating at 190°C.

ソフトウェア開発環境:BLEメッシュキット基板(nRF52 DK、Nordic Semiconductor)がBLE SoCのソフトウェア開発を円滑にした。電力用のUSBケーブルでnRF52 DKに接続されたPCはオンボードのBLE SoCのプログラミングを可能にした。ソースコードエディタ(Visual Studio Code、Microsoft)は、BLE SoCのソフトウェアのオーサリング、修正、コンパイル、デプロイ、デバッグをサポートした。nRF52 DKとインターフェースされた電力プロファイラキット基板(NRF6707、Nordic Semiconductor)が組み込みアプリケーションの消費電流のリアルタイム測定を提供した。Androidの公式統合開発環境(IDE)(Android Studio、Google)は、スマートフォン上でカスタムAndroidアプリケーション(ユーザインターフェース)を開発し、構築するためのツールを提供した。 Software development environment: BLE mesh kit board (nRF52 DK, Nordic Semiconductor) facilitated software development of BLE SoC. A PC connected to the nRF52 DK with a USB cable for power enabled programming of the onboard BLE SoC. A source code editor (Visual Studio Code, Microsoft) supported authoring, modifying, compiling, deploying, and debugging software for BLE SoCs. A power profiler kit board (NRF6707, Nordic Semiconductor) interfaced with the nRF52 DK provided real-time measurement of the current consumption of the embedded application. Android's official integrated development environment (IDE) (Android Studio, Google) provided tools for developing and building custom Android applications (user interfaces) on smartphones.

封入エンクロージャの設計:シリコーン(Ecoflex00-30、Smooth-On)/シリコーンゲル(Ecoflex gel、Smooth-On)、ガラス繊維布(オプション、図1Cに明示せず)、および異なる処方のシリコーン(Silbione RTV 4420、Elkem Silicones)の3層構造(80μm/20μm/80-μm厚さ)がデバイスの底部封入層として働いた。底部粘着剤シリコーン/シリコーンゲル層は、fPCBの底側の加熱装置と皮膚の間の直接的インターフェースを提供し、これは3ステッププロセス、1)スライドガラス上にシリコーン/シリコーンゲル層を2500rpmで30秒間スピンコートし、85℃のホットプレート上で10分かけて硬化させるプロセス、2)シリコーン/シリコーンゲル層の上にガラス繊維布を優しく置くプロセス、3)次のシリコーン層を1500rpmで30秒間スピンコートし、加熱装置側を下に向けて未硬化シリコーン層上にデバイスを置き、85℃のホットプレート上で10分かけて硬化させてfPCBとシリコーン層との間の接着を達成するプロセスを使用して形成された。20分かけて85℃のホットプレート上で特注アルミニウム金型の内側のシリコーン(Silbione RTV 4420、Elkem Silicones)を硬化させてデバイスの頂部シェル(高さ~4mm)を形成した。粘着剤として少量のシリコーン(Silbione RTV 4420、Elkem Silicones)を用いて85℃のホットプレート上で20分かけて頂部シェルと底層とを一緒に硬化させてシステム全体を封止した。ダイカッターを使用して構造を切断し、製作プロセスを完了した。アルコールワイプ(Sterile Alcohol Prep Pads、Dynarex)を使用する適切な洗浄(汚染物/破片除去)で、ファンデルワールス力に起因する接着を回復する。追加の粘着剤(3M 1524、3M Tegadermなど)が、必要に応じて皮膚への付着力を改善するために使用され得る。 Encapsulation enclosure design: silicone (Ecoflex 00-30, Smooth-On)/silicone gel (Ecoflex gel, Smooth-On), fiberglass cloth (optional, not explicitly shown in FIG. 1C), and different formulations of silicone (Silbione RTV 4420 A 3-layer structure (80 μm/20 μm/80-μm thickness) of (80 μm/20 μm/80-μm thickness) of Elkem Silicones) served as the bottom encapsulation layer of the device. The bottom adhesive silicone/silicone gel layer provides a direct interface between the heating device on the bottom side of the fPCB and the skin, which is a three-step process, 1) applying a silicone/silicone gel layer onto a glass slide at 2500 rpm for 30 seconds. 2) Gently place a glass fiber cloth over the silicone/silicone gel layer, 3) Spin the next silicone layer at 1500 rpm for 30 seconds. Using a process that coats, places the device on the uncured silicone layer with the heater side facing down, and cures on a hotplate at 85°C for 10 minutes to achieve adhesion between the fPCB and the silicone layer. was formed. The silicone inside a custom aluminum mold (Silbione RTV 4420, Elkem Silicones) was cured on a hotplate at 85° C. for 20 minutes to form the top shell of the device (˜4 mm height). The entire system was sealed by curing the top shell and bottom layers together on a hot plate at 85° C. for 20 minutes using a small amount of silicone (Silbione RTV 4420, Elkem Silicones) as an adhesive. A die cutter was used to cut the structure to complete the fabrication process. Adequate cleaning (contamination/debris removal) using alcohol wipes (Sterile Alcohol Prep Pads, Dynarex) restores adhesion due to van der Waals forces. Additional adhesives (3M 1524, 3M Tegaderm, etc.) may be used to improve adhesion to the skin if desired.

粘着剤剥離測定:皮膚の同じ領域上で粘着剤ディスク(D-Squame、CuDerm、直径14mm、厚さ~100μm)の貼り付けおよび取り外しを繰り返して徐々にSCを剥離させた。5サイクルの後各ディスクの交換を行った。0、10、20、および35サイクル後の測定は、2つの市販デバイス(MoistureMeterSCおよびMoistur-eMeterD、Delfin Technologies)とBLEデバイスを伴った。 Adhesive Peeling Measurements: Repeated application and removal of adhesive discs (D-Squame, CuDerm, 14 mm diameter, ˜100 μm thickness) on the same area of skin gradually peeled off the SC. Each disc was replaced after 5 cycles. Measurements after 0, 10, 20, and 35 cycles involved two commercial devices (MoistureMeterSC and Moistur-eMeterD, Delfin Technologies) and a BLE device.

ブタ皮膚水分損失測定:DPBS溶液(Gibco Dulbeccoのリン酸緩衝生理食塩水、14190-136、Life Technologies)で室温で12時間かけてブタ皮膚片(厚さ~25mm、200×100mm)を解凍した。市販の脱水機(Sedona Combo Rawfood Dehydrator SD-P9150、Tribest)で、各測定について33℃で10分かけてブタ皮膚の水分量を制御した。天秤(Ohaus Ax622 Adventurer Precision Balance、Ohaus)で決定されたブタ皮膚の測定重量により水分損失を計算することができた。 Pig Skin Water Loss Measurements: Pig skin pieces (˜25 mm thick, 200×100 mm) were thawed in DPBS solution (Gibco Dulbecco's Phosphate Buffered Saline, 14190-136, Life Technologies) for 12 hours at room temperature. A commercial dehydrator (Sedona Combo Rawfood Dehydrator SD-P9150, Tribest) controlled the water content of the pig skin for 10 minutes at 33° C. for each measurement. The measured weight of the pig skin determined with a balance (Ohaus Ax622 Adventurer Precision Balance, Ohaus) allowed the calculation of water loss.

ヒト被験者評価:目的は、BLEベースの皮膚水分量モニターが乾燥/水分補給皮膚とアトピー性皮膚炎などの皮膚病に罹患したおよび罹患していない組織との間の熱伝導率の差の有効な検出手段として妥当であることを確認することであった。このセンサーでは、電気コンポーネントが皮膚に触れることがないことで、患者にとってのリスクは低から最小である。10人より多い健康な対照成人/小児および軽度、中等度、または重度のアトピー性皮膚炎を患っている3人の患者が、皮膚科にかかり、センサーを身体の異なる配置で皮膚に付けてセンサーにより測定された。また、皮膚のTEWLを決定するためのベースライン基準は、皮膚の誘電体媒質の静電容量測定に基づく市販のデバイスを使用して取得された。 Human Subject Evaluation: The objective was to validate the difference in thermal conductivity between dry/hydrated skin and tissue affected and unaffected by skin diseases such as atopic dermatitis. It was to confirm that it is appropriate as a detection means. The sensor presents low to minimal risk to the patient as no electrical components touch the skin. More than 10 healthy control adults/children and 3 patients with mild, moderate or severe atopic dermatitis were presented to a dermatologist and had the sensors applied to the skin in different placements on the body. Measured by A baseline reference for determining skin TEWL was also obtained using a commercially available device based on the capacitance measurement of the dielectric medium of the skin.

研究について選択された身体配置は、前額部、左/右前腕、および左/右下肢を含んでいた。BLE測定の前に、プロービング深さが異なる従来のデバイスにより、各身体配置で3回分の皮膚水分量に対するベースライン基準値を提供した。次いで、BLEデバイスを使用した5分の連続測定が実行され、センサーが皮膚との熱平衡に達するまでの待ち時間を必要としなかった。BLE測定中、被験者は、活動を制約されることなく自由に動くことが許された。試験は、空調環境の下で屋内において実行された。 Body placements selected for the study included forehead, left/right forearm, and left/right lower extremity. Prior to BLE measurements, conventional devices with different probing depths provided baseline reference values for skin hydration on three occasions at each body placement. A 5-minute continuous measurement using the BLE device was then performed, requiring no waiting time for the sensor to reach thermal equilibrium with the skin. During the BLE measurements, subjects were allowed to move freely with no restrictions on their activities. The tests were performed indoors under an air-conditioned environment.

ADを有する2人の患者に関する保湿剤研究。実験プロトコルは、4つのステップ、1)罹患皮膚と非罹患皮膚に関して3回測定を実行するステップ、2)保湿剤(Extremely Dry Skin Rescue Lotion、Vaseline)を塗布して15分間待つステップ、3)皮膚の表面から余剰保湿剤を拭き取るステップ、おいよび4)各配置で3回測定を繰り返すステップを伴う。 Moisturizer study on two patients with AD. The experimental protocol consisted of four steps: 1) performing triplicate measurements on diseased and non-diseased skin; 2) applying a moisturizer (Extremely Dry Skin Rescue Lotion, Vaseline) and waiting 15 minutes; and 4) repeating the measurement three times at each location.

3人の健康な成人に関する保湿剤研究。市販の無香料保湿剤の薄い標準化された層(~1から2g/cm)が各配置に塗布された。反復測定が、保湿剤塗布の1分後と15分後に実行された。 Moisturizer study on 3 healthy adults. A thin, standardized layer (˜1 to 2 g/cm 2 ) of a commercial fragrance-free moisturizer was applied to each placement. Repeated measurements were performed 1 and 15 minutes after moisturizer application.

募集された患者(Ann and Robert H. Lurie Children’s Hospital of Chicago、イリノイ州シカゴ)および健常/正常被験者(Northwestern University、イリノイ州エバンストン)は、自発的であり、完全なインフォームドコンセントを提供した。この研究は、Northwestern Universityの施設内治験審査委員会(IRB)によって承認された(IRB研究STU00209010)。使い捨てアルコールワイプ(Sterile Alcohol Prep Pads、Dynarex)で、BLEおよび市販デバイスの滅菌を行った。 Recruited patients (Ann and Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago, Chicago, IL) and healthy/normal subjects (Northwestern University, Evanston, IL) were voluntary and provided full informed consent. bottom. This study was approved by the Institutional Review Board (IRB) of Northwestern University (IRB Study STU00209010). Sterilization of BLE and commercial devices was performed with disposable alcohol wipes (Sterile Alcohol Prep Pads, Dynarex).

結果および論考
システム構成:デバイス(図1A、ここでは電池なしで示されている)は、皮膚の温度および熱輸送特性の非侵襲的な測定のために設計された小型のワイヤレスプラットフォームである。電池を除いたこの例の幅、長さ、高さ、および重量は、それぞれ、14.6mm、25.6mm、1.2mm、および193.0mgである。システムは、蛇行トレースによって相互接続され、ロバストな機械的および熱的結合を有する皮膚への柔らかい密接接触を円滑にする可撓性構造を形成するサーマルアクチュエーターおよびマルチセンサー(TAS)モジュールを備える(差込図)。図1Bは、制御およびユーザインターフェース(UI)(典型的にはスマートフォンなどの携帯デバイス上の)へのワイヤレスデータ通信のためのBluetooth Low Energy(BLE)システムオンチップ(SoC)を強調する回路図およびブロック図である。TASモジュールは、サーマルアクチュエーター(221Ω×2個の抵抗によるジュール加熱、RH×2)とホイートストンブリッジ回路とを備え、一次測定を目的として各ブリッジ上で一対の負温度係数サーミスタ(NTC,NTC)および知られている抵抗器(R)を有する。NTCとブリッジ回路の別の対は、周囲温度の変化を補償する働きをする。UIを通して制御されるデジタルオン/オフスイッチは、BLE接続と汎用入力/出力(GPIO)ピンの有効化を可能にし、サーマルアクチュエーターに周期的電流(1分サイクルで10秒間6.8mA、50秒間0mA)を供給する。この電流は、構造の上面で熱電力(Q=20.4mW)を発生させ、それによって熱拡散を介して下の皮膚に熱を供給する。アクチュエータからNTCへの熱の移動は、皮膚の熱的性質に依存し、したがって皮膚水分量を測定するための基礎として働く。ホイートストンブリッジ回路は、NTCの抵抗を、異極性(ΔV=-ΔV)を有する、温度変化に応じて変化する対応する電圧(V、V)に変換する。この構成は、TPS方法の従来の実装形態において使用されている方式と比較して増強された感度をサポートしている。BLE SoCの差動増幅器(AMP)は、電圧差をさらに増幅し、同相雑音を除去して信号対雑音比(SNR)を高める。その後のアナログデジタルコンバータ(ADC)は、電圧をサンプリングし、BLE無線通信プロトコルを介してUIに伝送する。ソフトウェアアプリケーションが、キャリブレーション係数に基づき電圧を対応する温度値に変換する。次いで、理論モデルは、これらのデータを皮膚の熱輸送特性に変換し、延いては適切なモデルを使用して水分補給状態などの健康関係パラメータを決定するために使用され得る。
Results and Discussion System Configuration: The device (Fig. 1A, shown here without batteries) is a compact wireless platform designed for non-invasive measurement of skin temperature and heat transport properties. The width, length, height, and weight of this example, excluding the battery, are 14.6 mm, 25.6 mm, 1.2 mm, and 193.0 mg, respectively. The system comprises a thermal actuator and multi-sensor (TAS) module interconnected by serpentine traces to form a flexible structure that facilitates soft intimate contact with the skin with robust mechanical and thermal coupling (Differential drawing). FIG. 1B is a schematic diagram highlighting a Bluetooth Low Energy (BLE) system-on-chip (SoC) for wireless data communication to a control and user interface (UI) (typically on a mobile device such as a smartphone) and It is a block diagram. The TAS module is equipped with a thermal actuator (Joule heating with 221Ω x 2 resistors, RH x 2) and a Wheatstone bridge circuit with a pair of negative temperature coefficient thermistors (NTC + , NTC - ) on each bridge for primary measurement purposes. ) and a known resistor (R). Another pair of NTC and bridge circuits serve to compensate for changes in ambient temperature. A digital on/off switch, controlled through the UI, enables BLE connectivity and general purpose input/output (GPIO) pins to drive periodic current to the thermal actuator (6.8 mA for 10 seconds, 0 mA for 50 seconds in a 1 minute cycle). ). This current generates thermal power (Q=20.4 mW) at the top surface of the structure, thereby supplying heat to the skin below via thermal diffusion. Heat transfer from the actuator to the NTC depends on the thermal properties of the skin and thus serves as the basis for measuring skin hydration. The Wheatstone bridge circuit transforms the resistance of the NTC into corresponding voltages (V + , V ) that vary with temperature changes, with opposite polarities (ΔV + =−ΔV ). This configuration supports enhanced sensitivity compared to schemes used in conventional implementations of TPS methods. A differential amplifier (AMP) in a BLE SoC further amplifies the voltage difference and rejects common-mode noise to increase the signal-to-noise ratio (SNR). A subsequent analog-to-digital converter (ADC) samples the voltage and transmits it to the UI via the BLE wireless communication protocol. A software application converts the voltages to corresponding temperature values based on the calibration coefficients. Theoretical models can then be used to convert these data into heat transport properties of the skin, which in turn can be used to determine health-related parameters such as hydration status using appropriate models.

図1Cに例示されている概略分解図では、システムの構成層およびコンポーネント、すなわち、パッケージングおよび断熱のために生体適合性シリコーン材料で形成されたシェル構造、リチウムポリマー電池(12mAh)、およびサーマルアクチュエーター(皮膚側)、NTC(空気側)、およびBLE SoCを相互接続する回路トレースを画成するためのレーザーアブレーション(Protolaser U4、LPKF)によって加工された可撓性銅張ポリイミド基板(AP8535R、Pyr-Alux)を強調している。シェル(差込図)は、TASモジュールの周りにエアポケットを形成して、デバイスの皮膚に面する側への熱の流れを最適化し、この領域を周囲から断熱する。TASモジュールの寸法を小さくすることで(幅および長さがそれぞれ0.9mmおよび2.6mm)、正確な測定に必要である、皮膚との適切なアライメントおよびコンプライアンスが行いやすくなる。母指球に付着された封入デバイスの写真が図1Dに示されている。システムが200Hzのサンプリングレートで温度測定を実行し、0.1秒(10Hz)毎に平均値をUIに伝送し、1日当たり1分(アクチュエータを50秒間オフにし、10秒間オンする)かけて水分補給状態を測定すると仮定すると、12mAhの電池(図8)は、ほぼ10日間の予想寿命をサポートする。 In the schematic exploded view illustrated in FIG. 1C, the constituent layers and components of the system: a shell structure made of biocompatible silicone material for packaging and thermal insulation, a lithium polymer battery (12 mAh), and a thermal actuator. (skin side), NTC (air side), and flexible copper-clad polyimide substrates (AP8535R, Pyr- Alux). The shell (inset) forms an air pocket around the TAS module to optimize heat flow to the skin-facing side of the device and insulate this area from the surroundings. The small dimensions of the TAS module (0.9 mm width and 2.6 mm length, respectively) facilitate proper alignment and compliance with the skin, which is necessary for accurate measurements. A photograph of the encapsulation device attached to the ball of the foot is shown in FIG. 1D. The system performs temperature measurements at a sampling rate of 200 Hz, transmits averages to the UI every 0.1 seconds (10 Hz), and measures moisture over 1 minute per day (actuator off for 50 seconds, on for 10 seconds). A 12 mAh battery (FIG. 8) supports an expected lifetime of approximately 10 days, assuming to measure refueling.

この例示的な実施形態では、システムは、ワイヤレス充電能力を有していることを示していないが、そのような機能は容易に含まれ得る。たとえば、いくつかの実施形態において、システムは、ワイヤレス電池充電モジュールを通してワイヤレス方式で充電され得る、充電式電池を含み得る。 In this exemplary embodiment, the system is not shown to have wireless charging capability, although such functionality could easily be included. For example, in some embodiments, the system may include a rechargeable battery that may be wirelessly charged through a wireless battery charging module.

熱輸送物理学および皮膚水分量の測定への応用:TPS測定用の標準モジュールは、サーマルアクチュエーターがオフの場合とオンの場合(それぞれToffとTon)の温度の時間依存差(ΔT)を捕捉するものである。最も単純な分析アプローチは、しばしば時間の経過に伴う温度変化の割合が比較的小さい準定常状態領域において、単一の時点における値ΔT=Ton-Toffを使用する。次いでこのパラメータは、適切なモデルおよびキャリブレーション手順を使用して、有効な熱輸送特性を決定する。アクチュエータがオンにされた直後から始まって準定常状態領域に続く全時間依存性の測定および分析は、後に説明されるように、熱輸送に関する実質的な情報をもたらし得る。すべての場合において、所与の測定サイクル内におけるToffおよびTonの測定と測定との間または測定中に起こり得る皮膚温度または変動する環境条件(気流、周囲温度変動)の変化は、ΔTの値に影響を及ぼし、それによってシステムの精度および正確さを低下させ得る。いくつかの実施形態におけるTASモジュールの主要な特徴は、図2Aに示されているように、NTCの2つの対(NTCおよびNTC)を含むという点である。一次測定は、NTCおよびNTCから測定されたΔTの値の差(それぞれΔTおよびΔT、図9)、すなわちΔT12=ΔT-ΔT=(Ton,1-Toff,1)-(Ton,2-Toff,2)を利用する。ここで、NTCはサーマルアクチュエーターから離れた配置における温度を捕捉し、制御できない温度変動の効果を排除しているが、これは後の節において様々な条件下で実証されているとおりである。 Application to heat transport physics and measurement of skin moisture: A standard module for TPS measurements measures the time-dependent difference (ΔT) in temperature when the thermal actuator is off and on (T off and T on , respectively). It captures. The simplest analytical approach uses the value ΔT=T on −T off at a single point in time, often in a quasi-steady state region where the rate of temperature change over time is relatively small. This parameter then determines the effective heat transport properties using appropriate models and calibration procedures. Full time-dependent measurements and analysis starting immediately after the actuator is turned on and continuing into the quasi-steady-state region can yield substantial information on heat transport, as will be explained later. In all cases, changes in skin temperature or fluctuating environmental conditions (airflow, ambient temperature fluctuations) that may occur between or during T off and T on measurements within a given measurement cycle are value, thereby reducing the accuracy and accuracy of the system. A key feature of the TAS module in some embodiments is that it contains two pairs of NTCs (NTC 1 and NTC 2 ), as shown in FIG. 2A. The primary measurement is the difference in the values of ΔT measured from NTC 1 and NTC 2 (ΔT 1 and ΔT 2 respectively, FIG. 9), i.e. ΔT 12 =ΔT 1 −ΔT 2 =(T on,1 −T off,1 )−(T on,2 −T off,2 ). Here, NTC 2 captures the temperature at a location remote from the thermal actuator, eliminating the effects of uncontrolled temperature fluctuations, as demonstrated under various conditions in a later section.

TASモジュールの分解図(図2A)は、構成層およびコンポーネント、すなわち粘着剤(厚さ180μm)、サーマルアクチュエーター(直列の2つの抵抗器、R×2)、NTC(NTC1+、NTC1-)、NTC(NTC2+、NTC2-)、エアシェル付きシリコーンカプセルを強調している。差込図は、組み立てられたモジュールの頂面図である。NTCおよびNTCは、それぞれ、サーマルアクチュエーターの真上およびその中心から1.15mm離れたところにある。RおよびNTCの幅(w)および長さ(l)は、それぞれ、0.3mmおよび0.6mmである。コンパクトな両面センサー設計(図2B、左)は、対応する片面レイアウト(図2B、右)と比較して皮膚の水分量レベルに対する感度(図10A~図10D)をおよそ3倍にする。図2Cは、加熱開始後の短い時間(t=1.0秒、頂部)および長い時間(t=10秒、底部)における、水の50%の体積組成を有する皮膚(kskin=0.35W・m-1・K-1およびαskin=0.125mm・s-1)に対するサーマルアクチュエーター(Q=20.4mW)の作動によってもたらされる有限要素解析(以下の有限要素解析(FEA)によるマクロスケールモデリングで説明される)から取得される温度分布を示している。典型的な表皮の厚さ(h=100μm)では、短い時間(たとえば、t=1.0秒)では、熱輸送は実質的に表皮を通してのみ起こる。長い時間(たとえば、t=10秒)については、熱は表皮を通過し、真皮内に著しく移動する。皮膚を表皮(E)と真皮(D)の二重層としてモデル化すると、ΔT12の測定値から各層のおおよその平均された水分量レベルを個別に抽出することができる。マクロスケールでは、表皮(E)と真皮(D)の熱物性(熱伝導率k、拡散率α)、すなわちk、α、k、およびαからΔT12(時間t=0から10秒)が導出され、定量的相関がFEAモデリングにより確立された。水分補給皮膚のマイクロスケールモデル(以下の水分補給皮膚の熱特性のためのマイクロメカニクスモデルにおいて説明されている)は、kとαとの間の関係を定義し、熱輸送問題は、決定されるべき2つのパラメータのみ、すなわちそれぞれ表皮および真皮の水分量レベルΦおよびΦだけで解くことができる。短い時間(たとえば、t=1.0秒)では、図2Dに示されているように、ΔT12は、ΦよりもΦに対してより敏感である。逆に、長い時間(たとえば、t=10秒)では、図2Eに示されているように、ΔT12はΦよりもΦDに対してより敏感である。これらの2つの時間領域での分析、または測定期間全体を通しての分析は、ΦおよびΦの両方をもたらし得る。 An exploded view of the TAS module (Fig. 2A) shows the constituent layers and components: adhesive (180 μm thick), thermal actuator (two resistors in series, R H ×2), NTC 1 (NTC 1+ , NTC 1− ), NTC 2 (NTC 2+ , NTC 2− ), emphasizing air-shelled silicone capsules. The inset is a top view of the assembled module. NTC 1 and NTC 2 are located directly above and 1.15 mm from the center of the thermal actuator, respectively. The width (w) and length (l) of RH and NTC are 0.3 mm and 0.6 mm, respectively. The compact two-sided sensor design (Fig. 2B, left) approximately triples the sensitivity to skin hydration level (Figs. 10A-10D) compared to the corresponding single-sided layout (Fig. 2B, right). FIG. 2C shows skin with a volume composition of 50% of water (k skin =0.35 W) at short (t=1.0 s, top) and long (t=10 s, bottom) times after the start of heating. finite element analysis ( FEA below macro Figure 3 shows the temperature distribution obtained from the scale modelling). At a typical epidermis thickness (h=100 μm), for short times (eg t=1.0 s) heat transport occurs substantially only through the epidermis. For long times (eg t=10 seconds) heat passes through the epidermis and is significantly transferred into the dermis. Modeling the skin as a bilayer of epidermis (E) and dermis (D), one can extract the approximate averaged moisture level of each layer separately from the ΔT 12 measurements. At the macroscale, thermophysical properties (thermal conductivity k, diffusivity α) of the epidermis (E) and dermis (D), namely k E , α E , k D , and α D to ΔT 12 (time t=0 to 10 seconds) were derived and quantitative correlations were established by FEA modeling. A microscale model of hydrated skin (described below in Micromechanical Models for Thermal Properties of Hydrated Skin) defines the relationship between k and α, and the heat transport problem is determined It can be solved with only two parameters, namely the epidermis and dermis hydration levels Φ E and Φ D , respectively. At short times (eg, t=1.0 s), ΔT 12 is more sensitive to Φ E than Φ D , as shown in FIG. 2D. Conversely, at long times (eg, t=10 seconds), ΔT 12 is more sensitive to ΦD than ΦE , as shown in FIG. 2E. Analysis in these two time domains, or over the entire measurement period, can yield both Φ D and Φ E.

脱水状態(S184)および水分補給状態(S170)皮膚に類似する熱輸送特性を有するポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)の配合物で構築された試験構造は、重要な効果を例示している。図2F~図2Gは、S184(赤)およびS170(青)の厚い層、ならびにS170の上のS184(70μm、黒、100μm、緑、200μm、黄)の薄い層を含むサンプルに対する、それぞれ、長い時間(図2F、t=1から10秒)および短い時間(図2G、t=0.5から1秒)におけるΔT12のワイヤレス測定結果を示している。長い時間(たとえば、t=10秒)では、熱は頂層(厚さ~100μm)を通過し、底部の基板に実質的に浸透する。このプロセスは、S184/S170構造およびS170構造に対するΔT12の類似の値をもたらす。他方、短い時間(たとえば、t=0.5から~1秒、図2G)では、デバイスから発生した熱は、頂層(厚さ~100μm)に閉じ込められたままであり、S184/S170構造からのΔT12は、S184のものに類似している。図11A~図11Eは、上で説明されているサンプルに対するFEA結果および実験データを強調している。FEA結果は、図2Hに示されているように、SDが3.5%未満で実験値(Exp.)とよく一致している。これらの効果は、異なる時間間隔にまたがるデータの分析が、表皮および真皮の水分量の別個の測定を可能にする動作モードを裏付ける。図2Iは、測定期間全体(t=0から~10秒)を通して前腕から得られたΔT12についての結果を表す。ΦおよびΦの抽出された値は、異なる皮膚深度における予想水分含有量と一致する。さらに短縮された時間間隔に適用された類似の考察は、SCおよび表皮の別個の測定を可能にする。特に断らない限り、以下で説明される研究は、簡単にするために、単層皮膚モデルによる10秒での単一の測定値(すなわち、10秒でのΔT12)を使用する。水分量の報告された値は、Φ(脱水皮膚についてはΦ=0、水についてはΦ=1)と称され、ΦとΦの加重平均に対応する。また、測定特性は、以下の簡易解析モデルで詳しく説明されているように、サーマルアクチュエーターおよびセンサーコンポーネントのレイアウトおよびサイズに依存する。 Test structures constructed with formulations of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) with heat transport properties similar to dehydrated (S184) and hydrated (S170) skin illustrate significant effects. Figures 2F-2G show the long plots, respectively, for samples containing a thick layer of S184 (red) and S170 (blue), and a thin layer of S184 (70 µm, black, 100 µm, green, 200 µm, yellow) on top of S170. Wireless measurements of ΔT 12 are shown for short time (FIG. 2F, t=1 to 10 sec) and short time (FIG. 2G, t=0.5 to 1 sec). For long times (eg t=10 s) heat passes through the top layer (˜100 μm thick) and substantially penetrates the bottom substrate. This process yields similar values of ΔT 12 for the S184/S170 and S170 structures. On the other hand, for short times (eg, t=0.5 to ˜1 s, FIG. 2G) the heat generated from the device remains confined to the top layer (˜100 μm thick) and the ΔT from the S184/S170 structure 12 is similar to that of S184. Figures 11A-11E highlight FEA results and experimental data for the samples described above. The FEA results are in good agreement with experimental values (Exp.) with SD less than 3.5%, as shown in FIG. 2H. These effects support a mode of operation in which analysis of data over different time intervals allows separate measurements of epidermal and dermal hydration. FIG. 2I presents the results for ΔT 12 obtained from the forearm over the entire measurement period (t=0 to 10 seconds). The extracted values of Φ D and Φ E are consistent with expected water content at different skin depths. Similar considerations applied to even shorter time intervals allow separate measurements of SC and epidermis. Unless otherwise stated, the studies described below use a single measurement at 10 seconds (ie, ΔT 12 at 10 seconds) with a single-layer skin model for simplicity. The reported value of water content is referred to as Φ (Φ=0 for dehydrated skin, Φ=1 for water) and corresponds to the weighted average of ΦD and ΦE . The measurement properties also depend on the layout and size of the thermal actuator and sensor components, as detailed in the simplified analytical model below.

有限要素法(FEA)によるマクロスケールモデリング:マクロスケールでは、FEAは、ソフトウェアABAQUSを使用する過渡熱伝導解析に基づきΔT12と表皮および真皮の熱伝導率および熱拡散率(k、α、k、およびα)の間の関係を確立する。FEAモデルの概略図が図10Aに与えられている。デバイスの最も細かい特徴サイズ(18μm、銅の厚さ)よりもかなり小さいメッシュサイズの精緻なメッシュ(~100万要素)および各増分で最大温度変化を0.5℃未満に制限する精緻化された時間増分は、シミュレーションの収束および精度を保証する。材料パラメータの文献値は、kcopper=377W/(m-K)、αcopper=109mm/s、kPI=0.55W/(m-K)、αPI=0.32mm2/s、kEcoflex=0.21W/(m-K)、αEcoflex=0.11mm/sである。ポリイミド(PI)の熱伝導率は、知られている熱特性を有する材料(S170、kS170=0.40W・m-1・K-1、αS170 =0.14mm・s-1)の測定結果からkPI=0.55W・m-1・K-1として決定される。妥当性確認のために、知られている熱特性を有する異なる材料(S184)(kS184=0.20W・m-1・K-1、αS184=0.11mm・s-1)と厚いS170上に薄いS184(厚さ70~200μm)の二重層材料が試験され、FEA結果は追加の当てはめなしで実験と良く一致している(図11A~図11E)。 Macro-scale modeling by finite element method (FEA): At the macro-scale, FEA calculates ΔT 12 and epidermal and dermal thermal conductivity and thermal diffusivity (k E , α E , k D , and α D ). A schematic of the FEA model is given in FIG. 10A. A fine mesh (~1 million elements) with a mesh size much smaller than the device's finest feature size (18 μm, copper thickness) and a refined mesh that limits the maximum temperature change to less than 0.5° C. at each increment The time increment ensures convergence and accuracy of the simulation. Literature values for the material parameters are k copper =377 W/(m−K), α copper =109 mm 2 /s, kPI=0.55 W/(m−K), αPI=0.32 mm2/s, k Ecoflex =0. .21 W/(mK), α Ecoflex =0.11 mm 2 /s. The thermal conductivity of polyimide (PI) is higher than that of materials with known thermal properties (S170, k S170 =0.40 W·m −1 ·K −1 , α S170 =0.14 mm 2 ·s −1 ). It is determined as kPI=0.55 W·m −1 ·K −1 from the measurement results. For validation, different materials (S184) with known thermal properties (k S184 =0.20 W·m −1 ·K −1 , α S184 =0.11 mm 2 ·s −1 ) and thick Bilayer materials of thin S184 (70-200 μm thick) on S170 have been tested and the FEA results are in good agreement with experiments without additional fitting (FIGS. 11A-11E).

水分補給皮膚の熱特性のマイクロメカニクスモデル:マイクロメカニクスモデルは、水分補給皮膚の熱特性と水分量レベル0(体積水分含有率)との間の関係を確立する。水分補給皮膚は、乾燥皮膚(熱伝導率kdry=0.2W・m-1・K-1、熱拡散率αdry=0.15mm・s-1)と水(kW=0.6W・m-1・K-1、αW=0.14mm・s-1)の複合体としてモデル化され、これは水分補給皮膚の熱伝導率kskinおよび熱拡散率αskinを、それぞれ、式 Micromechanical Model of Thermal Properties of Hydrating Skin: The micromechanical model establishes the relationship between the thermal properties of hydrating skin and moisture level 0 (volumetric water content). The hydrated skin consisted of dry skin (thermal conductivity k dry =0.2 W·m −1 ·K −1 , thermal diffusivity α dry =0.15 mm 2 ·s −1 ) and water (kW=0.6 W·K −1 ). m −1 ·K −1 , αW=0.14 mm 2 ·s −1 ), which modulates the thermal conductivity k skin and thermal diffusivity α skin , respectively, of the hydrated skin by the formula

として与える。 give as

皮膚に対する表皮層と真皮層の二重層モデルでは、上記のマイクロメカニクスモデルは、各層に適用され、下付文字「skin」を表皮と真皮のそれぞれについて「E」および「D」に置き換えている。 In the bilayer model of epidermal and dermal layers for skin, the above micromechanical model is applied to each layer, substituting "skin" with "E" and "D" for epidermis and dermis, respectively.

簡略化された解析モデル:NTC-NTC間の間隔とそれらの温度差との間の関係に対する簡略化されたモデルが有用である。図12A~図12Bにおけるデータは、NTCとNTCとの間の異なる距離(d)を有するcbの関数としての△T(Q=20.4mW、t=10秒)、およびQの関数として△T(t=10秒、d=1.2mm、Φ=0.3)に対するFEA結果に対応する。dおよびQが増大し、Φが減少すると、ΔT12の値は増大する。△T12に対するアクチュエータサイズ(RHの幅と長さ)の効果は、図13A~図13Bに示されている。図14Aに示されているように、円盤状の加熱装置(半径Rおよび加熱電力Q)および2つの極小センサーは、皮膚の特性(熱伝導率kskinおよび熱拡散率αskin)を有する半無限で均質な基板上に載っている。加熱装置およびセンサーの厚さは無視できるくらい小さい。NTCの位置は、加熱装置の真上(極座標系でr=0)にあり、NTCはNTCから距離dのところにある。NTCおよびNTCの温度変化は、それぞれ、 Simplified analytical model: A simplified model for the relationship between the NTC 1 -NTC 2 spacing and their temperature difference is useful. The data in FIGS. 12A-12B show ΔT (Q=20.4 mW, t=10 sec) as a function of cb with different distances (d) between NTC 1 and NTC 2 and Corresponding FEA results for ΔT (t=10 s, d=1.2 mm, Φ=0.3). As d and Q increase and Φ decreases, the value of ΔT 12 increases. The effect of actuator size (RH width and length) on ΔT 12 is shown in FIGS. 13A-13B. As shown in FIG. 14A, a disk-shaped heating device (radius R and heating power Q) and two very small sensors are semi-infinite with the properties of skin (thermal conductivity k skin and thermal diffusivity α skin ). resting on a homogeneous substrate. The thickness of the heating device and sensor is negligible. The position of NTC 1 is directly above the heating device (r=0 in the polar coordinate system) and NTC 2 is at distance d from NTC 1 . The temperature changes of NTC 1 and NTC 2 are, respectively,

であり、J(x)およびJ(x)は、それぞれ、0次および1次の第1種のBessel関数であり、erfc(x)は相補誤差関数である。したがって、2つのセンサー間の温度差は、無次元形式 where J 0 (x) and J 1 (x) are Bessel functions of the first kind of 0th and 1st order, respectively, and erfc(x) is the complementary error function. Therefore, the temperature difference between the two sensors is in the dimensionless form

で表すことができる。 can be expressed as

関数fは、図14Bにプロットされている。測定感度は、tαskin/Rまたはd/Rとともに増大する。 The function f is plotted in FIG. 14B. Measurement sensitivity increases with tα skin /R 2 or d/R.

実験研究:前述のNTCの2つの対(NTCおよびNTC)により測定されるような、ΔT12の使用は、皮膚温度の変化または環境条件(気流、周囲温度など)の変動に対する感度を最小にする。効果の実証は、周囲温度(T、図3A~図3B)および基板温度(T、図3C~図3D)をそれぞれ変化させるための基盤としてオーブンもしくは冷蔵庫内、またはホットプレート上でのS184のサンプルの測定を伴う。空気圧弁は、0から13.6m/sの速度で、デバイスの上の空気の流れを制御する(図3Cおよび3E)。図3Aは、市販の温度計(GM1361、BENETECH)で測定された、変化する周囲温度T(黒)の条件の下で、T(青)およびT(赤)のワイヤレス測定を時間の関数として示している。Tの値は、オーブン(赤背景)内で15分間23.3から36.6℃まで上昇し、次いで、室温環境(RT、白背景)およびその後冷蔵庫(青背景)内で追加の9分間に36.6から8.0℃まで減少する。Tの関数としてのΔT(黒)、ΔT(赤)、およびΔT12(青)のワイヤレス測定値が図3Bに示されている。8.0から36.6℃のTにまたがるΔT12に対するSDは0.03℃であり、ΔTおよびΔT(それぞれ0.27および0.29℃)に関連付けられているもののおおよそ10倍小さい。ΔTおよびΔTの値は、それぞれデバイスがオーブンを出入りする瞬間のTの急激な増大および減少に伴って変動する(図15)。図3Cは、生理学的に関連する範囲(24.2から41.0℃、図3D)にわたって変化する温度TS(緑)を有し、0から-13.6m/s(図3E)の気流速度を有するサンプル上のT(青)およびT(赤)のワイヤレス測定を時間の関数として示している。TS(緑破線)は、サーマルアクチュエーターが1分サイクル毎に50秒間オフである間にNTCから測定された基本温度である。90分間の測定については、Tは、「heating」とラベル付けされたセッションにおいて25.5から41.0℃に上昇し、「cooling」とラベル付けされたセッションにおいて41.0から24.2℃に低下する。デバイスのアクチュエータより上にあるシェル構造の表面温度(T、紫)は、それに応じて変化し(23.9℃から35.5℃、次いで21.8℃に戻る)、T(黒)は-22.2±0.3℃として一定である。頂部からの空気流速度を変化させると(青背景)、それぞれ加熱プロセスおよび冷却プロセスの中間および終りに向けて温度の急激な変化を引き起こす。Tの関数としてのΔT(青)、ΔT(赤)、およびΔT12(黒)(図3D)、ならびに空気流速度が0から~13.6m/sの場合の時間の関数としての測定値(図3E)は、それぞれ図3D~図3Eに示されている。Tおよび空気流速度を変化させた場合、ΔT12は0.03℃のSDを示し、ΔTおよびΔT(それぞれ0.17および0.17℃)に関連付けられているものよりもおよそ6倍小さく、Table 1(表1)に示されているようにSNR、SNR(dB)=20×log10(ΔT12,mean/ΔT12,SD)>50dBである。これらの結果は、信号が典型的には雑音の>300倍であることを示している。図3Fおよび図3Gは、冷却水(33.1から27.3℃のT)にデバイスを浸けた場合の、それぞれ、T(青)、T(赤)、および差(T-T、黒)、ならびにΔT(黒)、ΔT(赤)、およびΔT12(青)の結果を示している。生体適合性シリコンパッケージングは、30分間の測定におけるΔT、ΔT、およびΔT12のSDがそれぞれ0.07、0.04、0.03℃となるように水の浸透に対してロバストな保護を提供する。デバイスの気密封止は、回路コンポーネントへの周辺環境の湿度の効果を排除する。 Experimental study: The use of ΔT 12 , as measured by the two pairs of NTCs described above (NTC 1 and NTC 2 ), minimizes sensitivity to changes in skin temperature or fluctuations in environmental conditions (airflow, ambient temperature, etc.). to Demonstration of the effect of S184 in an oven or refrigerator or on a hot plate as a basis for varying ambient temperature (T A , FIGS. 3A-3B) and substrate temperature (T S , FIGS. 3C-3D), respectively. of samples. A pneumatic valve controls the flow of air over the device at velocities from 0 to 13.6 m/s (FIGS. 3C and 3E). FIG. 3A shows wireless measurements of T 1 (blue) and T 2 (red) over time under conditions of varying ambient temperature T A (black), measured with a commercial thermometer (GM1361, BENETECH). shown as a function. TA values increased from 23.3 to 36.6 °C for 15 minutes in the oven (red background), then in room temperature environment (RT, white background) and then in the refrigerator (blue background) for an additional 9 minutes. decreases from 36.6 to 8.0°C. Wireless measurements of ΔT 1 (black), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (blue) as a function of T A are shown in FIG. 3B. The SD for ΔT 12 spanning a TA of 8.0 to 36.6° C. was 0.03° C., roughly ten-fold that associated with ΔT 1 and ΔT 2 (0.27 and 0.29° C., respectively). small. The values of ΔT 1 and ΔT 2 fluctuate with the rapid increase and decrease of TA at the moment the device enters and exits the oven, respectively (Fig. 15). FIG. 3C has temperature TS (green) varying over a physiologically relevant range (24.2 to 41.0° C., FIG. 3D) and air velocity from 0 to −13.6 m/s (FIG. 3E). Wireless measurements of T 1 (blue) and T 2 (red) on a sample with , are shown as a function of time. TS (green dashed line) is the base temperature measured from NTC 1 while the thermal actuator is off for 50 seconds every 1 minute cycle. For the 90 min measurements, TS increased from 25.5 to 41.0 °C in the session labeled "heating" and from 41.0 to 24.2 in the session labeled "cooling". °C. The surface temperature of the shell structure above the actuator of the device (T D , purple) changes accordingly (from 23.9° C. to 35.5° C., then back to 21.8° C.) and T A (black) is constant as -22.2±0.3°C. Varying airflow velocity from the top (blue background) causes abrupt changes in temperature towards the middle and end of the heating and cooling processes, respectively. ΔT 1 (blue), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (black) as a function of T S (Fig. 3D) and as a function of time for airflow velocities from 0 to ~13.6 m/s The measurements (FIG. 3E) are shown in FIGS. 3D-3E, respectively. When T S and airflow rate were varied, ΔT 12 exhibited an SD of 0.03°C, approximately 6 more than those associated with ΔT 1 and ΔT 2 (0.17 and 0.17°C, respectively). twice as small, SNR as shown in Table 1, SNR(dB)=20* log10 ([Delta ]T12,mean /[Delta] T12,SD )>50dB. These results show that the signal is typically >300 times the noise. FIGS. 3F and 3G show T 1 (blue), T 2 (red) and the difference (T 1 − T 2 , black), and ΔT 1 (black), ΔT 2 (red), and ΔT 12 (blue) results are shown. The biocompatible silicone packaging is robust against water penetration such that the SDs of ΔT 1 , ΔT 2 , and ΔT 12 are 0.07, 0.04, and 0.03° C., respectively, over a 30-minute measurement. provide protection. Hermetic sealing of the device eliminates the effects of ambient environmental humidity on the circuit components.

これらのデバイスは、前述のようにΔT12の測定を介してΦを決定するために、圧力をかけずに皮膚に優しくラミネートすることができる。BLEインターフェースは、訓練または専門スキルをほとんど必要としないユーザープロトコルを用いた、スマートフォンとのワイヤレス長距離通信をサポートしている(図3H)。基本試験は、本発明の実施形態によるデバイス(ΦBLE)、および皮膚誘電特性の測定を介した組織水分含有量(ΦCML,1、MoistureMeterD、Delfin Technologies)および皮膚表面水分量(ΦCML,2、Gpskin、gpower)を測定するための市販(CML)デバイスを使用する3人の異なる健常被験者と異なる3人の異なる使用者による所与の身体配置におけるΦの測定を伴う(図16A~図16B)。前者の測定深度は500から2,500μmであり、後者の測定深度は10から20μmである。市販のデバイスは、測定のたびにプローブを手に持ち、手動で皮膚に何らかの固定された圧力を数秒間かけるように使用者の注意を必要とする。図3Hは、前額部(F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、および左脚(L)の5つの異なる身体配置(図17)におけるΦに対する結果を示している。同じ身体配置におけるΦBLE、ΦCML,1、およびΦCML,2に関連付けられている使用者のバラツキは、それぞれ0.00、0.02、および0.03のSDの平均値をもたらす。ΦCML,1およびΦCML,2のSDは、それぞれ、被験者2および1の前額部上で最大(それぞれ0.04および0.09)であり、ΦBLEに関連付けられているものはこれらの5つの身体配置にまたがって一定(~0.00)であり、各々異なる曲率および剛性を有する(図18)。データは、ΦBLEの結果がΦの最大の反復可能値をもたらすことを示している。ΦBLEの結果は、ΦCML,1およびΦCML,2の両方からの結果と相関している(図19)。直線当てはめは、ΦCML,1=ΦBLE×0.76-0.08(R=0.76)、およびΦCML,2=ΦBLE×0.85+0.04(R=0.51)を示している。図20A~図20Bに示されているブランド・アルトマンプロット(差分プロット)は、市販デバイスからの測定値(ΦCML,1およびΦCML,2)に対するキャリブレーション済みのΦ(ΦBLE,Cal1=ΦBLE×0.76-0.08、ΦBLE,Cal2=ΦBLE×0.85+0.04)の読み取り値の間の一致を示している。これらの結果は、たぶんΦBLEおよびΦCML,1に対する比較可能なセンシング深度に起因して、キャリブレーションのあるΦBLEはΦCML,2に比べてΦCML,1とのより高い相関をもたらすことを示している。 These devices can be laminated gently to the skin without applying pressure to determine Φ via the measurement of ΔT 12 as previously described. The BLE interface supports wireless long-range communication with smartphones using user protocols that require little training or specialized skills (Fig. 3H). The basic tests were a device according to an embodiment of the present invention (Φ BLE ) and tissue water content (Φ CML,1 , MoistureMeterD, Delfin Technologies) and skin surface moisture (Φ CML,2 , Gpskin, gpower) and three different healthy subjects using a commercially available (CML) device to measure Φ in a given body configuration (FIGS. 16A-16B) by three different users. ). The measurement depth of the former is 500 to 2,500 μm, and the measurement depth of the latter is 10 to 20 μm. Commercially available devices require the user's attention to hold the probe and manually apply some steady pressure to the skin for several seconds between each measurement. FIG. 3H shows Φ for five different body positions (FIG. 17): forehead (F), right arm (A R ), left arm (A L ), right leg (L R ), and left leg (L L ). shows the results. User variability associated with Φ BLE , Φ CML,1 , and Φ CML,2 at the same body placement yields average SD values of 0.00, 0.02, and 0.03, respectively. The SDs of Φ CML,1 and Φ CML,2 are greatest on the forehead of subjects 2 and 1, respectively (0.04 and 0.09, respectively), and those associated with Φ BLE are It is constant (~0.00) across five body configurations, each with different curvature and stiffness (Fig. 18). The data show that the Φ BLE result yields the maximum repeatable value of Φ. Φ BLE results correlate with results from both Φ CML,1 and Φ CML,2 (FIG. 19). The linear fit is Φ CML,1BLE ×0.76−0.08 (R 2 =0.76), and Φ CML,2BLE ×0.85+0.04 (R 2 =0.51). is shown. Bland-Altman plots (difference plots) shown in FIGS . 20A-20B show calibrated Φ (Φ BLE , Cal1 = Φ BLE × 0.76-0.08, Φ BLE,Cal2 = Φ BLE × 0.85 + 0.04). These results suggest that Φ BLE with calibration yields a higher correlation with Φ CML,1 compared to Φ CML,2, possibly due to comparable sensing depths for Φ BLE and Φ CML,1 . is shown.

測定は、SCを含む、皮膚の表面付近の層の存在および特性に対して敏感である。実証として、図4Bは、ΦBLEおよびΦCML,1(MoistureMeterD、Delfin Technologies)の測定値、ならびにSCを除去するための単純で痛みのない手段として粘着ディスク(D-Squame、CuDerm、図4A)を貼り付けて取り外すサイクルの数の関数として市販デバイス(MoistureMeterSC、Delfin Technologies、測定深さ40μm)を使用して決定されたSC水分量レベル(ΦCML,3)を示している。サイクルの数を増やすために、ΦBLEは、SCに対する測定の感度の証拠として、体系的な方式で増大する。データは、ΦBLEおよびSCの水分量レベル(ΦCML,3)の値と剥離サイクルの数との間に強い相関があることを示しているが、組織水分含有量(ΦCML,1)はほとんど不変である。図4Cのような、剥離サイクルの関数としての短い時間(t=1秒)および長い時間(t=10秒)におけるΔT12の値は、35回の連続するテープ剥離後に、それぞれ、3.6%および2.8%減少する。これらの結果は、短い時間での測定が皮膚の表面近くの層の特性により敏感であることを示しており、熱輸送物理学の以前の議論と一致している。 The measurement is sensitive to the presence and properties of layers near the surface of the skin, including the SC. As a demonstration, FIG. 4B shows measurements of Φ BLE and Φ CML,1 (MoistureMeterD, Delfin Technologies) and adhesive discs (D-Squame, CuDerm, FIG. 4A) as a simple, painless means to remove SCs. Figure 4 shows the SC moisture level (Φ CML,3 ) determined using a commercial device (MoistureMeterSC, Delfin Technologies, measurement depth 40 μm) as a function of the number of cycles of application and removal of . To increase the number of cycles, Φ BLE increases in a systematic manner as evidence of the sensitivity of the measurement to SC. The data show a strong correlation between the values of Φ BLE and SC water levels (Φ CML,3 ) and the number of ablation cycles, whereas the tissue water content (Φ CML,1 ) Almost unchanged. The values of ΔT 12 at short time (t=1 s) and long time (t=10 s) as a function of peel cycle, as in FIG. % and 2.8%. These results indicate that short-time measurements are more sensitive to the properties of the near-surface layers of the skin, consistent with previous discussions of heat transport physics.

異なる、知られている水分量レベルを有するブタ皮膚のサンプル(図4D)の研究は、図4Eに示されている。食品脱水機(33℃)にサンプルを置いた直後のΦの値に対して正規化されたΦの変化は、サンプルの水分損失の独立した測定値と強い相関を示す(詳細については方法の項を参照)。水分損失の関数としての短い時間(t=1秒)および長い時間(t=10秒)におけるΔT12の測定値は、図4Fに示されている。ΔT12の変化は、予想通り、水分損失との正の相関、すなわちΔT12(10秒)=6.9+0.3×水分損失(R=0.97)およびΔT12(1秒)=5.6+0.1×水分損失(R=0.85)を示す。 A study of pig skin samples (Fig. 4D) with different known moisture levels is shown in Fig. 4E. The change in Φ normalized to the value of Φ immediately after placing the sample in the food dehydrator (33 °C) shows a strong correlation with independent measurements of sample moisture loss (see Methods section for details). ). Measurements of ΔT 12 at short time (t=1 sec) and long time (t=10 sec) as a function of water loss are shown in FIG. 4F. The change in ΔT 12 was, as expected, positively correlated with water loss: ΔT 12 (10 sec) = 6.9 + 0.3 x water loss (R 2 = 0.97) and ΔT 12 (1 sec) = 5 .6+0.1×moisture loss (R 2 =0.85).

ヒト被験者評価:これらの小型化された可撓性ラットフォームは、解剖学の大きく湾曲した、または非常に敏感な領域にまたがることを含む、大人および子供(たとえば、小児被験者の手、図21)に対して同様に、人体のほぼいかなる部分にも使用され得る。図5A~図5Cは、人間被験者の前額部(図5A)、前腕(図5B)、およびふくらはぎ(図5C)に装着されたデバイスの写真を示している。図5Aの差込図は、傾いた側面図を特徴としている。10人の健康なボランティアの皮膚の水分量レベルの研究は、前額部(F)、右腕(A)、左腕(A)、右脚(L)、および左脚(L)の5つの異なる身体配置(図17)での評価を伴う。図5Dは、3人の女性(被験者1、2、および9、年齢範囲、25から27)ならびに7人の男性(被験者3から8、10、年齢範囲、17から37)の健康なボランティア(Table 2(表2)参照)からの3分間の測定期間におけるΔT、ΔT、およびΔT12を示している。これらの結果は、すべての被験者にわたって前額部が最高の水分量レベル(ΔT、ΔT、およびΔT12の最低値)を有することを示している。すべての被験者に対する各配置におけるΔT、ΔT、およびΔT12に対するSDの値は、それぞれ、~0.06、0.08、および0.01℃未満である(図22)。このデータは、ΔT12がΦの最も一貫した値をもたらすことを示し、これは前の節で説明されている知見と一致する。ΔT12の値からのΦと、従来のハンドヘルド医療デバイス(MoistureMeterD、Delfin Technologies、図16A)を用いて決定されたΦとの比較は、図5Eに示されている。前のように、ここで導入されたデバイスを使用して決定されたΦ(ΦBLE)は、市販のデバイスからのもの(ΦCML,1、図23)と強く相関している。キャリブレーション係数を用いたΦの測定値(ΦBLE,Cal1=ΦBLE×0.80-0.20)は、e=|ΦBLE,Cal1-ΦCML,1|/ΦCML,1=0.09の平均誤差(e)でΦCML,1に対応している(図24)。 Human Subject Evaluation: These miniaturized flexible ratforms include spanning over highly curved or highly sensitive areas of the anatomy, adults and children (e.g. hands of pediatric subjects, Figure 21) can be used on almost any part of the human body as well. Figures 5A-5C show photographs of the device worn on the forehead (Figure 5A), forearm (Figure 5B), and calf (Figure 5C) of a human subject. The inset of FIG. 5A features a tilted side view. A study of skin hydration levels in 10 healthy volunteers was performed on the forehead (F), right arm (A R ), left arm (A L ), right leg (L R ), and left leg (L L ). It involves evaluation in 5 different body positions (Fig. 17). FIG. 5D shows three female (subjects 1, 2, and 9, age range, 25 to 27) and seven male (subjects 3 to 8, 10, age range, 17 to 37) healthy volunteers (Table 2 (see Table 2 ) ) for a 3 minute measurement period. These results indicate that the forehead had the highest hydration level (lowest values of ΔT 1 , ΔT 2 and ΔT 12 ) across all subjects. The SD values for ΔT 1 , ΔT 2 , and ΔT 12 at each configuration for all subjects are less than ˜0.06, 0.08, and 0.01° C., respectively (FIG. 22). This data indicates that ΔT 12 yields the most consistent values of Φ, consistent with the findings described in the previous section. A comparison of Φ from the ΔT 12 values and Φ determined using a conventional handheld medical device (MoistureMeterD, Delfin Technologies, FIG. 16A) is shown in FIG. 5E. As before, Φ(Φ BLE ) determined using the device introduced here correlates strongly with that from the commercial device (Φ CML,1 , FIG. 23). The measured value of Φ using the calibration factor (Φ BLE,Cal1BLE ×0.80-0.20) is e=|Φ BLE,Cal1 −Φ CML,1 |/Φ CML,1 =0. corresponds to Φ CML,1 with an average error (e) of 09 (FIG. 24).

追加の実験は、ΔT、ΔT、およびΔT12の測定に対する有毛部皮膚の効果を明らかにしている(図25A~図25B)。皮膚を剃る前と後の5分間の測定におけるΔT、ΔT、およびΔT12の平均±SD値は、それぞれ、8.76±0.03、1.78±0.03、および6.98±0.01℃(前)、ならびに8.78±0.03、1.80±0.03、および6.98±0.01℃(後)である。ワークアウト前(発汗なし)、ワークアウト中(発汗)、およびワークアウト後(汗を拭き取る)の皮膚水分量レベルに対する発汗の効果が図26Bに示されている。汗は、皮膚水分量レベル(ΦBLE)を0.92から0.96(拭き取りなし)/0.94(拭き取り)まで増加させ、これは前の研究と一致している。 Additional experiments demonstrate the effect of hairy skin on measurements of ΔT 1 , ΔT 2 , and ΔT 12 (FIGS. 25A-25B). Mean±SD values of ΔT 1 , ΔT 2 , and ΔT 12 in 5-minute measurements before and after shaving the skin were 8.76±0.03, 1.78±0.03, and 6.98, respectively. ±0.01° C. (before), and 8.78±0.03, 1.80±0.03, and 6.98±0.01° C. (after). The effect of perspiration on skin moisture levels before workout (no perspiration), during workout (perspiration), and after workout (sweat wipe) is shown in FIG. 26B. Sweat increased the skin hydration level (Φ BLE ) from 0.92 to 0.96 (no wipe)/0.94 (wipe), which is consistent with previous studies.

病的皮膚および健常皮膚の水分補給状態の評価:水分は表皮層の深部から出て、徐々に上方に拡散してSCの細胞を潤し、最終的に排尿によって日常的に失われる量に匹敵する量の蒸発を介して皮膚から離れる。皮膚の正常な機能が損なわれると、乾燥、感染、および機械的ストレスからのバリア機能の喪失に起因して、このTEWLが増加する。次の研究では、疾病に罹患している皮膚および臨床的に罹患していない皮膚の水分補給状態の変化を調べている。妥当性確認試験は、ADの患者2名(被験者1および2、Table 3(表3)~Table 5(表5))、目に見えて乾燥した皮膚を有する幼児(図6A~図6I)、および健常皮膚を有する若年成人3名(図7A~図7I)を伴う。図6A~図6Bは、被験者1(図6A)の手の甲(アトピー性湿疹)、および前腕(対照)、ならびに被験者2の胸部(左から右へ炎症皮膚、病変部近傍皮膚、および非病変皮膚、図6B)における装着配置を示している。図6A~図6Bの差込図は、保湿剤を塗布した後の被験者1の前腕の写真、ならびに被験者2の胸部の炎症皮膚(左)および病変部近傍皮膚(右)に装着されたプラットフォームをそれぞれ特徴付ける。 Assessment of hydration status of diseased and healthy skin: Water leaves from deep in the epidermal layer and gradually diffuses upwards to moisten the cells of the SC, eventually comparable to the amount routinely lost through urination. Leaves the skin via evaporation in small amounts. This TEWL increases when the normal function of the skin is impaired due to loss of barrier function from desiccation, infection and mechanical stress. The next study examined changes in the hydration status of diseased and clinically unaffected skin. Validation studies included two patients with AD (Subjects 1 and 2, Tables 3-5), infants with visibly dry skin (Figures 6A-6I), and 3 young adults with healthy skin (FIGS. 7A-7I). Figures 6A-6B show the back of the hand (atopic eczema) and forearm (control) of Subject 1 (Figure 6A) and the chest of Subject 2 (from left to right inflamed skin, perilesional skin, and non-lesional skin; 6B) shows the mounting arrangement. The insets in FIGS. 6A-6B show photographs of the forearm of Subject 1 after application of a moisturizer, and the platform attached to the inflamed skin (left) and near-lesion skin (right) of Subject 2's chest. characterize each.

図27の光学画像は、測定値を収集し/表示し/記憶するためのスマートフォンの隣の、被験者1のアトピー性皮膚炎上のプラットフォームを示している。被験者1および2からのΔT12に対する結果は、それぞれ図6C~図6Dに示されている。健常皮膚(対照)と比較して、病変皮膚(図6Cの湿疹、図6Dの炎症)は、保湿剤を塗布する前および塗布してから15分後(B&A)にそれぞれΔT12の高い値およびΔT12の減少を示している(詳細は、方法の項を参照されたい)。図6E~図6Fは、被験者1および2について、それぞれ、ΔT12(ΦBLE、赤)およびMoistureMeterD(ΦCML,1、空色)およびGpskin(ΦCML,2、薄緑)からのΦの値を示している。病変部近傍皮膚および非病変皮膚と比較して、アトピー性湿疹および炎症は、ΦBLEの低い値(前)および保湿剤塗布後にΦBLEの増大を示している。組織水分量(ΦCML,1の値)は、ΦBLEのキャリブレーション値(ΦBLE,Cal=ΦBLE×0.76-0.08、ピンク色)と相関し、平均誤差(e)はe=|ΦBLE,Cal-ΦCML,1|/ΦCML,1=0.09である。ΦCML,1の値は、病変部、瘤、および凝り固まった領域で最大のSDをもたらし(アトピー性湿疹および炎症性皮膚で0.03、その他で0.01)、SDの平均値は0.01であり、ΦBLE,Cal(0.00)に関連する値より大きい。皮膚を保湿することで、皮膚表面水分量レベル(ΦCML,2の値)をほぼ1にまで有意に高める(アトピー性湿疹で0.91、炎症性皮膚で1.00)。図6G~図6Hは、幼児(男性、2歳)の前額部(図6G)および脚(皮膚科医によって目に見えるほどに乾燥していると決定された皮膚、図6H)に装着されたデバイスの光学画像を示している。左脚(L)、右脚(R)、および前額部(FH)におけるΦBLE(青)、ΦCML,1(黒)、TEWL(赤)、およびSC水分量(SCH、緑)の測定値が図6Iに示されている。Gpskinデバイスを使用して測定されたTEWLおよびSCH、ならびにΦBLEの値は、脚に比べて水分量レベルがより高いと予想される前額部でより高い。 The optical image of Figure 27 shows a platform on Subject 1's atopic dermatitis next to a smart phone for collecting/displaying/storing measurements. Results for ΔT 12 from Subjects 1 and 2 are shown in FIGS. 6C-6D, respectively. Compared to healthy skin (control), lesional skin (eczema in FIG. 6C , inflammation in FIG. 6D) had higher and A decrease in ΔT 12 is shown (see methods section for details). 6E-6F show the values of Φ from ΔT 12BLE , red) and MoistureMeterD (Φ CML,1 , sky blue) and Gpskin (Φ CML,2 , light green) for subjects 1 and 2, respectively. showing. Compared to perilesional and non-lesional skin, atopic eczema and inflammation show lower values of Φ BLE (before) and increased Φ BLE after moisturizer application. Tissue water content (Φ CML,1 value) correlates with the calibration value of Φ BLEBLE, Cal = Φ BLE × 0.76-0.08, pink), and the mean error (e) is e =|Φ BLE,Cal −Φ CML,1 |/Φ CML,1 =0.09. Values of Φ CML,1 yielded the highest SD for lesions, nodules, and congealed areas (0.03 for atopic eczema and inflamed skin, 0.01 for others), with an average SD of 0.01. 01 and greater than the value associated with Φ BLE,Cal (0.00). Moisturizing the skin significantly increases the skin surface moisture level (Φ CML,2 value) to nearly 1 (0.91 in atopic eczema and 1.00 in inflamed skin). Figures 6G-6H are applied to the forehead (Figure 6G) and legs (skin determined to be visibly dry by a dermatologist, Figure 6H) of an infant (male, 2 years old). 1 shows an optical image of a device with Φ BLE ( blue ), Φ CML,1 (black), TEWL (red), and SC water content (SCH, green) in left leg (L L ), right leg (R L ), and forehead (FH) is shown in FIG. 6I. TEWL and SCH measured using the Gpskin device, and Φ BLE values are higher in the forehead, where higher water levels are expected compared to the legs.

3人の健康な成人(目に見える乾燥肌の被験者1、皮膚科医によって決定された目に見えない乾燥肌の被験者2および3)に対する妥当性確認試験は、保湿剤を塗布した後(~4時間)のbの変動を観察することに重点を置いている。実験プロトコルは、5つのステップ、1)前腕を石鹸で洗うステップ、2)前腕の3の異なる配置(「control」、「short」、および「long」)で測定を実行するステップ、3)shortおよびlongの領域に保湿剤(Extremely Dry Skin Rescue Lotion、Vaseline)を塗布し、shortで1分、longで15分待つ、ステップ、4)皮膚の表面から余剰保湿剤を拭き取るステップ、および5)各配置で測定を繰り返すステップを伴う。control領域での各初期値に対して正規化されたΦBLEおよびΦCML,1の変化が図7A~図7Iに示されている。これらの結果は、ΦBLEとΦCML,1との間には強い相関があることを示している。被験者1のcontrol領域(図7A)におけるΦBLEの初期値と比較して、short領域(図7B)およびlong領域(図7C)におけるΦBLEの値は、0分では、それぞれ5%および1%低く、保湿剤の塗布直後では20%および23%高い。80分では、long領域のΦBLEはcontrol領域のΦBLEより20%高い値に近づく。被験者2のcontrol領域(図7D)におけるΦBLEの初期値と比較して、short領域(図7E)およびlong領域(図7F)におけるΦBLEの値は、保湿剤の塗布後に20%および23%高く、~4時間後に10%および11%高い値に近づく。被験者3のcontrol領域(図7G)におけるΦBLEの初期値と比較して、short領域(図7H)およびlong領域(図7I)におけるΦBLEの値は、保湿剤の塗布後に5%および4%高く、~3時間後に0%および1%高い値に近づく。保湿剤塗布後のΦBLEの増大は時間とともに減少する。 A validation study on three healthy adults (subject 1 with visible dry skin, subjects 2 and 3 with invisible dry skin as determined by a dermatologist) was performed after applying a moisturizer (~ The emphasis is on observing the variation of b during 4 hours). The experimental protocol consists of five steps: 1) soaping the forearm, 2) performing measurements at 3 different placements of the forearm (“control”, “short” and “long”), 3) short and short. Apply moisturizer (Extremely Dry Skin Rescue Lotion, Vaseline) to the long area, wait 1 minute for short, 15 minutes for long, step 4) wipe off excess moisturizer from the surface of the skin, and 5) each placement. It involves repeating the measurement at . The normalized variation of Φ BLE and Φ CML,1 for each initial value in the control region is shown in FIGS. 7A-7I. These results indicate that there is a strong correlation between Φ BLE and Φ CML,1 . Compared to the initial value of Φ BLE in the control region (FIG. 7A) of Subject 1, the values of Φ BLE in the short region (FIG. 7B) and long region (FIG. 7C) were 5% and 1%, respectively, at 0 min. Low and 20% and 23% higher immediately after moisturizer application. At 80 minutes, Φ BLE in the long region approaches 20% higher than Φ BLE in the control region. Compared to the initial value of Φ BLE in the control region (FIG. 7D) of Subject 2, the values of Φ BLE in the short region (FIG. 7E) and long region (FIG. 7F) were 20% and 23% after application of the moisturizer. High, approaching 10% and 11% higher values after ~4 hours. Compared to the initial value of Φ BLE in the control region (FIG. 7G) of subject 3, the values of Φ BLE in the short region (FIG. 7H) and long region (FIG. 7I) were 5% and 4% after application of the moisturizer. High, approaching 0% and 1% high values after ~3 hours. The increase in Φ BLE after moisturizer application decreases with time.

最適化された測定条件:測定条件の最適化は、正確/精密で再現性のある結果を得る上で非常に重要である。たとえば、最良の結果は、(1)測定が迅速に実行され、デバイスの存在に起因して皮膚から水蒸気が放出される自然な過程の閉鎖の効果を最小限度に抑える、(2)測定中に非常に軽い圧力またはゼロの圧力が使用され、皮膚への摂動を最小限度に抑える、(3)粘着剤が、センサーそれ自体に隣接するデバイスの領域にのみにまたがって存在するようにパターン化され、剥離時に測定部位の皮膚の剥離を回避し、再現性を改善する、(4)デバイスの温度が皮膚の温度と同程度である、(5)皮膚それ自体が、測定の前に周囲環境に順応することを許される、ときに得られる。 Optimized measurement conditions: Optimization of measurement conditions is very important to obtain accurate/precise and reproducible results. For example, the best results are: (1) the measurement is performed quickly, minimizing the effects of occluding the natural process of releasing water vapor from the skin due to the presence of the device; very light or zero pressure is used to minimize perturbation to the skin; (3) the adhesive is patterned to reside only over the area of the device adjacent to the sensor itself; (4) the temperature of the device is similar to that of the skin; (5) the skin itself is exposed to the surrounding environment prior to measurement; Adaptation is allowed, sometimes gained.

結論
本開示で開示されている小型ソフトワイヤレスプラットフォームは、既存の臨床または研究グレードのデバイスに比べて優れた正確さおよび精度で、広範囲の皮膚状態、身体配置、および被験者背景にまたがって健常な皮膚および病気の皮膚の水分含有量を非侵襲的に迅速に監視することを可能にする。
CONCLUSIONS The miniature soft wireless platform disclosed in the present disclosure demonstrates healthy skin across a wide range of skin conditions, body geometries, and subject backgrounds with superior accuracy and precision compared to existing clinical or research grade devices. and the water content of diseased skin non-invasively and rapidly.

最適化された両面TASモジュールと、複数の冗長測定モダリティとの組合せで、臨床現場および家庭環境の両方での実用に関連する様々な条件の下で、再現性が高く、ロバストであり、使用者に依存しない測定をサポートする。電話とのBLE SoCインターフェースは、最小限度の訓練または専門スキルで操作するのに適した、迅速なデータ取得を可能にする。これらのシステムを使用して捕捉されたデータの、熱輸送の二重層モデルへの全波形当てはめにより、表皮と真皮の両方の水分量レベルが求められる。皮膚ファントムと部分的水分補給状態のブタ皮膚の評価により、これらの測定および分析アプローチの妥当性を確認する。健康な被験者と病気の被験者によるパイロットスケール臨床研究(n=19)は、臨床的関連のある様々な能力を例示している。これらの結果から、個人化された、局所的な皮膚水分補給戦略をサポートすることができる多用途皮膚インターフェースデバイスの基礎が明確にされ、それによりADおよびXCなどの、皮膚疾患状態の診断、ADの発症のリスクが高い新生児のための重症度分類ツール、ならびに局所用薬剤およびパーソナルケア製品(たとえば、局所的保湿剤)の効果の客観的評価の基礎としての潜在的な用途が考えられる。追加の潜在的な用途は、体温調節プロセスを監視すること、および熱に関係する障害を管理することを含む。 An optimized bifacial TAS module in combination with multiple redundant measurement modalities provides a highly reproducible, robust and user-friendly measurement under a variety of conditions relevant to both clinical and home settings. Supports independent measurements. A BLE SoC interface with a phone enables rapid data acquisition suitable for operation with minimal training or specialized skills. Full-waveform fitting of the data captured using these systems to a bilayer model of heat transport yields both epidermal and dermal hydration levels. Evaluation of skin phantoms and partially hydrated porcine skin validates these measurement and analytical approaches. Pilot-scale clinical studies (n=19) in healthy and diseased subjects demonstrate a variety of clinically relevant capabilities. These results define the basis for a versatile skin interface device that can support personalized, topical skin hydration strategies, thereby diagnosing skin disease states, such as AD and XC. Potential use as a grading tool for neonates at high risk of developing cervical cancer, and as a basis for objective evaluation of the efficacy of topical agents and personal care products (e.g., topical moisturizers). Additional potential applications include monitoring thermoregulatory processes and managing heat-related disorders.

本発明の例示的な実施形態の前述の説明は、例示および説明を目的としてのみ提示されており、網羅的であること、または本発明を開示されている正確な形態に制限することを意図されていない。上記の教示に照らして、多数の修正形態および変更形態が可能である。 The foregoing description of exemplary embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description only, and is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. not Many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

実施形態は、技術の原理およびその実用的用途を説明するために選択され説明されており、それにより当業者が企図された特定の用途に適しているような様々な修正形態とともに本発明および様々な実施形態を利用することを可能にする。代替的実施形態は、その精神および範囲から逸脱することなく本発明が関連する技術分野の当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、前述の説明およびそこに記述されている例示的な実施形態よりもむしろ添付の請求項によって定められる。 The embodiments have been chosen and described in order to explain the principles of the technology and its practical application, thereby enabling those skilled in the art to fully understand the invention and its various modifications along with such various modifications as are suitable for the particular application contemplated. It enables the use of various embodiments. Alternate embodiments will become apparent to those skilled in the art to which this invention pertains without departing from its spirit and scope. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description and exemplary embodiments described therein.

特許、特許出願、および様々な非特許文献刊行物を含み得る、いくつかの参考文献は、本発明の説明において引用され、説明される。このような参考文献の引用および/または議論は、本発明の説明を単に明確にするだけのために提供されるものであり、そのような参考文献は本明細書において説明されている発明の「従来技術」であることを認めるものではない。本明細書において引用され、議論されるすべての参考文献は、その全体が参照により、また各参考文献が参照により個別に組み込まれている場合と同じ程度に参照により本明細書に組み込まれている。 Several references, which may include patents, patent applications, and various non-patent literature publications, are cited and discussed in the description of this invention. Citation and/or discussion of such references is provided merely to clarify the description of the invention, and such references are " It is not an admission that it is "prior art". All references cited and discussed herein are hereby incorporated by reference in their entirety and to the same extent as if each reference were individually incorporated by reference. .

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Claims (72)

水分量センサーであって、
生体の皮膚の注目する標的領域上に動作可能に配設された、前記皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するためのセンシングモジュールと、
前記センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のために前記センシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える、水分量センサー。
a moisture content sensor,
a sensing module operably disposed on a target area of interest of a living body's skin for detecting data associated with thermal properties of said skin;
a wireless platform coupled to the sensing module for wireless data transmission between the sensing module and an external device.
前記センシングモジュールは、
前記皮膚の注目する前記標的領域上に、注目する前記標的領域を加熱するように、動作可能に配設されたサーマルアクチュエーターと、
それの過渡温度変化(ΔT)を同時に検出し、前記皮膚の前記熱特性を決定するためのセンシング回路とを備える、請求項1に記載の水分量センサー。
The sensing module is
a thermal actuator operably disposed on the target area of interest of the skin to heat the target area of interest;
and a sensing circuit for simultaneously detecting transient temperature changes (ΔT) thereof to determine said thermal properties of said skin.
前記サーマルアクチュエーターおよび前記センシング回路は、蛇行トレースによって相互接続され、ロバストな機械的および熱的結合を有する前記皮膚への柔らかい密接接触を円滑にする可撓性構造を形成する、請求項2に記載の水分量センサー。 3. The thermal actuator and sensing circuit of claim 2, wherein the thermal actuator and the sensing circuit are interconnected by serpentine traces to form a flexible structure that facilitates soft intimate contact to the skin with robust mechanical and thermal coupling. moisture content sensor. 前記サーマルアクチュエーターは、少なくとも1つの抵抗器を備える、請求項2に記載の水分量センサー。 3. The moisture content sensor of Claim 2, wherein the thermal actuator comprises at least one resistor. 前記サーマルアクチュエーターは、互いに直列に結合された、表面実装薄膜抵抗器、厚膜抵抗器、スルーホール抵抗器、および超薄膜金属抵抗器のうちの2つまたはそれ以上を備える、請求項4に記載の水分量センサー。 5. The thermal actuator of claim 4, wherein the thermal actuator comprises two or more of surface mount thin film resistors, thick film resistors, through hole resistors, and ultra thin film metal resistors coupled in series with each other. moisture content sensor. 前記センシング回路は、負温度係数サーミスタ、正温度係数サーミスタ、抵抗温度検出器(RTD)、および熱電対のうちの1つまたは複数を備える、請求項2に記載の水分量センサー。 3. The moisture content sensor of claim 2, wherein the sensing circuit comprises one or more of a negative temperature coefficient thermistor, a positive temperature coefficient thermistor, a resistance temperature detector (RTD), and a thermocouple. 前記センシング回路は、第1のホイートストンブリッジ回路内に配置構成された負温度係数サーミスタ(NTC)の第1の対を備える、請求項2に記載の水分量センサー。 3. The moisture sensor of claim 2, wherein the sensing circuit comprises a first pair of negative temperature coefficient thermistors (NTC) arranged in a first Wheatstone bridge circuit. NTCの前記第1の対は、前記サーマルアクチュエーターとは異なる層上に配設され、NTCの前記第1の対は、前記サーマルアクチュエーターの上に直接的に載るか、または
NTCの前記第1の対は、前記サーマルアクチュエーターと同じ層上に配設され、各第1のNTCは、前記サーマルアクチュエーターから第1の距離を有する、請求項7に記載の水分量センサー。
The first pair of NTCs is disposed on a different layer than the thermal actuator, the first pair of NTCs directly overlies the thermal actuator, or the first pair of NTCs 8. The moisture content sensor of claim 7, wherein pairs are disposed on the same layer as the thermal actuator and each first NTC has a first distance from the thermal actuator.
前記センシング回路は、周囲温度の変化を補償する働きをする第2のホイートストンブリッジ回路内に配置構成されているNTCの第2の対をさらに備える、請求項8に記載の水分量センサー。 9. The moisture content sensor of claim 8, wherein the sensing circuit further comprises a second pair of NTCs arranged in a second Wheatstone bridge circuit operable to compensate for changes in ambient temperature. NTCの前記第2の対は、NTCの前記第1の対と同じ層上に配設され、各第2のNTCは、NTCの前記第1の対から空間的に離れており、前記サーマルアクチュエーターから第2の距離を有する、請求項9に記載の水分量センサー。 The second pair of NTCs are disposed on the same layer as the first pair of NTCs, each second NTC being spatially separated from the first pair of NTCs, and the thermal actuator 10. The moisture sensor of claim 9, having a second distance from . 前記第1および第2の距離は、前記皮膚内への深さ感度の設計要件によって決定され、10数μmから数mmの範囲である、請求項10に記載の水分量センサー。 11. The moisture sensor of claim 10, wherein the first and second distances are determined by design requirements for depth sensitivity into the skin and range from tens of microns to several millimeters. 前記ワイヤレスプラットフォームは、Wi-Fi、BLE、およびNFC通信プロトコルのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の水分量センサー。 2. The moisture sensor of claim 1, wherein the wireless platform includes at least one of Wi-Fi, BLE, and NFC communication protocols. 前記ワイヤレスプラットフォームは、Bluetooth low energy system on chip(BLE SoC)を備える、請求項12に記載の水分量センサー。 13. The moisture sensor of claim 12, wherein the wireless platform comprises a Bluetooth low energy system on chip (BLE SoC). 前記BLE SoCは、
周期的電流を供給して前記サーマルアクチュエーターを起動するための前記サーマルアクチュエーターに電気的に結合されている汎用入力/出力(GPIO)と、
ブリッジ電圧の差を増幅するために前記センシング回路に電気的に結合されている差動増幅器(AMP)と、
前記AMPの出力電圧をデジタル化するために前記AMPに電気的に結合されているアナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、
前記皮膚の水分補給状態を決定する処理のために前記ADCの出力信号を前記外部デバイスにワイヤレス方式で伝送し、データを前記外部デバイスから受信してGPIOピンを有効化し前記周期的電流を前記サーマルアクチュエーターに供給するように構成されているBLE無線機とを備える、請求項13に記載の水分量センサー。
The BLE SoC is
a general purpose input/output (GPIO) electrically coupled to the thermal actuator for supplying a periodic current to activate the thermal actuator;
a differential amplifier (AMP) electrically coupled to the sensing circuit for amplifying the bridge voltage difference;
an analog-to-digital converter (ADC) electrically coupled to the AMP for digitizing the output voltage of the AMP;
wirelessly transmitting the output signal of the ADC to the external device for processing to determine the hydration status of the skin; 14. The moisture content sensor of claim 13, comprising a BLE radio configured to supply an actuator.
前記外部デバイス上のカスタムアプリケーションを通して制御されるデジタルオン/オフスイッチは、BLE接続およびGPIOピンの有効化を可能にして前記周期的電流を前記サーマルアクチュエーターに供給するように適合される、請求項14に記載の水分量センサー。 15. A digital on/off switch controlled through a custom application on said external device is adapted to enable enabling of BLE connections and GPIO pins to supply said periodic current to said thermal actuator. Moisture content sensor as described in . 前記BLE SoCは、前記GPIOピンを有効化し前記周期的電流を前記サーマルアクチュエーターに供給するように構成されているマイクロコントローラ(μC)をさらに備える、請求項14に記載の水分量センサー。 15. The moisture sensor of claim 14, wherein the BLE SoC further comprises a microcontroller ([mu]C) configured to enable the GPIO pin and supply the periodic current to the thermal actuator. 前記センシング回路および前記ワイヤレスプラットフォームに電力を供給するための電力モジュールをさらに備える、請求項14に記載の水分量センサー。 15. The moisture sensor of claim 14, further comprising a power module for powering said sensing circuitry and said wireless platform. 前記電力モジュールは、電池を備える、請求項17に記載の水分量センサー。 18. The moisture sensor of Claim 17, wherein the power module comprises a battery. 前記電池は、ワイヤレス充電で動作可能に再充電可能な充電式電池である、請求項18に記載の水分量センサー。 19. The moisture content sensor of claim 18, wherein the battery is a rechargeable battery operably wirelessly charged. 前記電力モジュールは、前記充電式電池をワイヤレス方式で充電するためのワイヤレス充電モジュールをさらに備える、請求項19に記載の水分量センサー。 20. The moisture content sensor of claim 19, wherein the power module further comprises a wireless charging module for wirelessly charging the rechargeable battery. 前記電力モジュールは、電池の誤作動を回避するための短絡保護コンポーネントまたは回路を含む故障防止要素をさらに備える、請求項18に記載の水分量センサー。 19. The moisture sensor of claim 18, wherein the power module further comprises a fault protection element including a short circuit protection component or circuit to avoid battery malfunction. 皮膚側の前記サーマルアクチュエーター、空気側の前記NTC、および前記BLE SoCを相互接続する回路トレースを有するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)の形態の可撓性基板をさらに備える、請求項1~21のいずれか一項に記載の水分量センサー。 22. Any of claims 1-21, further comprising a flexible substrate in the form of a flexible printed circuit board (fPCB) having circuit traces interconnecting the thermal actuator on the skin side, the NTC on the air side, and the BLE SoC. or the moisture content sensor according to claim 1. 前記可撓性基板は、ポリイミド(PI)、またはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む可撓性材料から形成される、請求項22に記載の水分量センサー。 23. The moisture content sensor of claim 22, wherein the flexible substrate is formed from a flexible material including polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET). 前記サーマルアクチュエーター、前記ワイヤレスプラットフォーム、前記電池、および前記fPCBを囲む封入エンクロージャをさらに備える、請求項22に記載の水分量センサー。 23. The moisture sensor of Claim 22, further comprising an encapsulating enclosure surrounding said thermal actuator, said wireless platform, said battery, and said fPCB. 前記封入エンクロージャは、
環境から前記水分量センサーを熱的、化学的、および機械的に隔離するための頂層と、
前記fPCBの前記皮膚側の前記サーマルアクチュエーターと前記皮膚との間に直接的な界面を設けるための底層とを備える、請求項24に記載の水分量センサー。
The encapsulating enclosure includes:
a top layer for thermally, chemically and mechanically isolating the moisture sensor from the environment;
25. The moisture sensor of claim 24, comprising a bottom layer for providing a direct interface between the thermal actuator on the skin side of the fPCB and the skin.
前記頂層は、クリティカルなセンシングコンポーネントを熱的に、機械的に、および化学的に絶縁するための小さな空隙を含むシェル状頂部封入層である、請求項25に記載の水分量センサー。 26. The moisture sensor of claim 25, wherein the top layer is a shell-like top encapsulant layer containing small voids for thermally, mechanically and chemically insulating critical sensing components. 前記頂層は、シリコーンまたはシリコーンゲル、低/高密度ポリエチレン(LDPE/HDPE)、ポリスチレン、Teflon(登録商標)、および様々な他の可撓性ポリマーを含む可撓性材料から形成される、請求項26に記載の水分量センサー。 4. The top layer is formed from flexible materials including silicone or silicone gel, low/high density polyethylene (LDPE/HDPE), polystyrene, Teflon®, and various other flexible polymers. 27. The water content sensor according to 26. 前記底層は、前記水分量センサーを前記皮膚に付着させるための可撓性粘着剤を含む、請求項25に記載の水分量センサー。 26. The moisture sensor of Claim 25, wherein the bottom layer comprises a flexible adhesive for adhering the moisture sensor to the skin. 前記底層は、前記水分量センサーの機械的堅牢性を高めるために前記可撓性粘着剤層に埋め込まれたガラス繊維/補強材の極薄織物をさらに含む、請求項28に記載の水分量センサー。 29. The moisture sensor of claim 28, wherein the bottom layer further comprises a micro-woven fiberglass/stiffener embedded in the flexible adhesive layer to enhance the mechanical robustness of the moisture sensor. . 前記補強材は、可撓性であり、前記底層に引き裂き抵抗を付けるために様々なメッシュ密度および厚さを有する、請求項29に記載の水分量センサー。 30. The moisture sensor of claim 29, wherein said stiffener is flexible and has varying mesh densities and thicknesses to impart tear resistance to said bottom layer. 前記可撓性粘着剤層は、シリコーンもしくはシリコーンゲル、または両面皮膚安全粘着剤から形成され、シリコーンおよびシリコーンゲルの比は前記粘着剤の機械的完全性および粘着性を同時最適化するように調整される、請求項28に記載の水分量センサー。 The flexible adhesive layer is formed from silicone or silicone gel, or a double-sided skin-safe adhesive, with the ratio of silicone and silicone gel adjusted to simultaneously optimize the mechanical integrity and adhesion of the adhesive. 29. The moisture content sensor of claim 28, wherein 前記外部デバイスは、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、またはデータ読み取り/処理能力を有する任意の電子デバイスである、請求項1~31のいずれか一項に記載の水分量センサー。 Moisture content sensor according to any one of the preceding claims, wherein the external device is a smart phone, tablet, computer or any electronic device with data reading/processing capabilities. 前記皮膚の前記熱特性は、前記皮膚の水分含有量に関係する前記皮膚の熱伝導率および熱拡散率を含み、前記水分含有量は皮膚深度の関数である、請求項2に記載の水分量センサー。 3. The moisture content of claim 2, wherein said thermal properties of said skin comprise thermal conductivity and thermal diffusivity of said skin which are related to moisture content of said skin, said moisture content being a function of skin depth. sensor. 前記水分含有量は、測定された温度変化ΔT対時間tから決定される、請求項33に記載の水分量センサー。 34. The moisture sensor of claim 33, wherein the moisture content is determined from the measured change in temperature [Delta]T versus time t. 前記水分含有量および皮膚表面温度は、前記皮膚の正常状態または疾病状態を決定するために使用される、請求項33に記載の水分量センサー。 34. The moisture sensor of claim 33, wherein the moisture content and skin surface temperature are used to determine the normal or diseased state of the skin. 前記水分含有量および皮膚表面温度は、皮膚病の治療、または皮膚保湿剤、ローション、および/もしくはクリームを含む他の健康およびウェルネス製品の有効性の定量的メトリックとして働く、請求項33に記載の水分量センサー。 34. The method of claim 33, wherein said moisture content and skin surface temperature serve as quantitative metrics of effectiveness of treatment of skin diseases or other health and wellness products including skin moisturizers, lotions, and/or creams. moisture sensor. 臨床現場および/または家庭環境において前記皮膚の状態を監視するために使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 37. A moisture sensor according to any one of the preceding claims, usable for monitoring the skin condition in a clinical setting and/or in a home environment. 治療を実施する、効果を監視する、必要に応じて治療プロトコルを調節する、および/または特定の病変部位に関する定量的な個人化された測定に基づきフレアを潜在的に予測するために使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 It can be used to administer treatment, monitor efficacy, adjust treatment protocols as needed, and/or potentially predict flare based on quantitative personalized measurements of specific lesion sites. Moisture content sensor according to any one of claims 1 to 36, wherein 従来の監視技術では器官の健康の継続的評価を提供できない様々な疾病について内部器官の水分含有量を監視するために使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 A water content according to any one of claims 1 to 36, which can be used to monitor the water content of internal organs for various diseases where conventional monitoring techniques cannot provide a continuous assessment of organ health. sensor. 臓器移植への応用のために臓器搬送中の臓器を監視するために使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 37. A water content sensor according to any one of the preceding claims, usable for monitoring organs during organ transport for organ transplantation applications. 深さの関数として任意の材料の熱伝導率、熱拡散率、熱容量、および他の熱特性を測定する用途に使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 A moisture sensor according to any one of the preceding claims, usable for measuring thermal conductivity, thermal diffusivity, heat capacity and other thermal properties of any material as a function of depth. . ヒドロゲル、植物(灌漑および農業用途)、食品保存(乾燥食品、穀物、果物、肉)、および/またはコンクリート(産業用途)を含む、任意の材料表面の水分含有量を深さの関数として測定するための用途に使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 Measure moisture content on any material surface as a function of depth, including hydrogels, plants (irrigation and agricultural applications), food preservation (dried foods, grains, fruits, meat), and/or concrete (industrial applications) The water content sensor according to any one of claims 1 to 36, which can be used for applications for. 食品/飲料、医薬品/工業用化学品の組成を監視するために使用可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 Moisture content sensor according to any one of the preceding claims, usable for monitoring the composition of food/beverages, pharmaceuticals/industrial chemicals. 前記皮膚への刺激または前記水分量センサーへの損傷なしに再使用可能であり、取り外し可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 Moisture content sensor according to any one of the preceding claims, wherein the moisture content sensor is reusable and removable without irritation to the skin or damage to the moisture content sensor. 前記水分量センサーへの損傷または前記水分量センサー粘着剤の効能の損失なしに、異なる使用者間での再使用を可能にするアルコールベースのクリーニングワイプと親和性がある、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 of claims 1-36, compatible with alcohol-based cleaning wipes allowing reuse between different users without damage to the moisture sensor or loss of efficacy of the moisture sensor adhesive. Moisture content sensor according to any one of the paragraphs. アルコール、オートクレーブ蒸気滅菌、および気相滅菌を使用して滅菌可能である、請求項1~36のいずれか一項に記載の水分量センサー。 A moisture content sensor according to any one of the preceding claims, sterilizable using alcohol, autoclave steam sterilization, and vapor phase sterilization. 水分量センサーを製作する方法であって、
前記水分量センサーの電子機器を相互接続するフレキシブルプリント回路基板(fPCB)を形成するステップと、
センシングモジュール、ワイヤレスプラットフォーム、および前記fPCBを囲む封入エンクロージャを形成するステップであって、前記封入エンクロージャは、頂層と底層とを備える、ステップとを含む方法。
A method of making a moisture content sensor, comprising:
forming a flexible printed circuit board (fPCB) interconnecting the electronics of the moisture sensor;
forming an encapsulation enclosure surrounding a sensing module, a wireless platform, and the fPCB, the encapsulation enclosure comprising a top layer and a bottom layer.
前記fPCBは、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、またはこれらのいずれか1つとFR-4を含む硬質PCB材料とを組み合わせたものを含む可撓性材料から形成される、請求項47に記載の方法。 48. The fPCB as recited in claim 47, wherein the fPCB is formed from a flexible material including polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), or any one of these combined with a rigid PCB material including FR-4. described method. 前記底層は、第1の可撓性層、第2の可撓性層、および前記第1の可撓性層と前記第2の可撓性層との間に埋め込まれたガラス繊維/補強材の布の層構造を含む、請求項47に記載の方法。 The bottom layer comprises a first flexible layer, a second flexible layer, and fiberglass/stiffeners embedded between the first flexible layer and the second flexible layer. 48. The method of claim 47, comprising a fabric layer structure of 前記第1の可撓性層および前記第2の可撓性層の各々は、シリコーンもしくはシリコーンゲル、または両面皮膚安全粘着剤から形成され、前記シリコーンおよびシリコーンゲルの比は前記粘着剤の機械的完全性および粘着性を同時最適化するように調整される、請求項49に記載の方法。 Each of said first flexible layer and said second flexible layer is formed from silicone or silicone gel, or a double-sided skin safe adhesive, the ratio of said silicone and silicone gel being the mechanical strength of said adhesive. 50. The method of claim 49, adjusted to simultaneously optimize integrity and cohesion. 前記補強材は、可撓性であり、前記底層に引き裂き抵抗を付けるために様々なメッシュ密度および厚さを有する、請求項49に記載の方法。 50. The method of claim 49, wherein the stiffener is flexible and has varying mesh densities and thicknesses to impart tear resistance to the bottom layer. 前記底層は、シリコーン接着材料、エポキシ、接着剤、または市販粘着剤の使用を通して前記f-PCBに接着する、請求項49に記載の方法。 50. The method of claim 49, wherein the bottom layer adheres to the f-PCB through the use of silicone adhesive materials, epoxies, adhesives, or commercial adhesives. 前記頂部シェル層は、シリコーンまたはシリコーンゲル、低/高密度ポリエチレン(LDPE/HDPE)、ポリスチレン、Teflon(登録商標)、および様々な他の可撓性ポリマーから形成される、請求項47に記載の方法。 48. The claim 47, wherein the top shell layer is formed from silicone or silicone gel, low/high density polyethylene (LDPE/HDPE), polystyrene, Teflon(R), and various other flexible polymers. Method. 前記電子機器は、
皮膚の熱特性に関連付けられているデータを検出するためのセンシングモジュールと、
前記センシングモジュールと外部デバイスとの間のワイヤレスデータ伝送のために前記センシングモジュールに結合されているワイヤレスプラットフォームとを備える、請求項47~53のいずれか一項に記載の方法。
The electronic device
a sensing module for detecting data associated with thermal properties of the skin;
54. The method of any one of claims 47-53, comprising a wireless platform coupled to the sensing module for wireless data transmission between the sensing module and an external device.
前記センシングモジュールは、
前記皮膚の注目する標的領域を加熱するためのサーマルアクチュエーターと、
それの過渡温度変化(ΔT)を同時に検出し、前記皮膚の熱特性を決定するためのセンシング回路とを備える、請求項54に記載の方法。
The sensing module is
a thermal actuator for heating the target area of interest of the skin;
55. The method of claim 54, comprising sensing circuitry for simultaneously detecting transient temperature changes ([Delta]T) thereof to determine thermal properties of said skin.
前記ワイヤレスプラットフォームは、Wi-Fi、BLE、およびNFC通信プロトコルのうちの少なくとも1つを含む、請求項54に記載の方法。 55. The method of claim 54, wherein the wireless platform includes at least one of Wi-Fi, BLE, and NFC communication protocols. 前記ワイヤレスプラットフォームは、Bluetooth low energy system on chip(BLE SoC)を備える、請求項56に記載の方法。 57. The method of Claim 56, wherein the wireless platform comprises a Bluetooth low energy system on chip (BLE SoC). 皮膚の状態を監視し、および/または診断する方法であって、
前記皮膚の注目する標的領域上に水分量センサーを取り付けるステップであって、前記水分量センサーは、サーマルアクチュエーターと、センシング回路と、外部デバイスとの双方向データ通信を行うためのワイヤレスプラットフォームとを備える、ステップと、
前記サーマルアクチュエーターによって前記皮膚の注目する前記標的領域を加熱し、前記センシング回路によって前記皮膚の熱特性に関連付けられているデータを同時に検出し、前記検出されたデータを、前記ワイヤレスプラットフォームによって、前記外部デバイスにワイヤレス方式で伝送して、それの過渡温度変化(Δt)を決定するステップと、
前記温度変化(ΔT)から前記皮膚の注目する前記標的領域の水分含有量を取得するステップと、
前記取得された水分含有量に基づき注目する前記標的領域のところの前記皮膚の状態を決定するステップとを含む方法。
A method of monitoring and/or diagnosing a skin condition, comprising:
Affixing a moisture content sensor on the target area of interest of the skin, the moisture content sensor comprising a thermal actuator, a sensing circuit, and a wireless platform for bi-directional data communication with an external device. , step and
heating the target area of interest of the skin by the thermal actuator; concurrently detecting data associated with thermal properties of the skin by the sensing circuit; transmitting the detected data to the external device by the wireless platform; wirelessly transmitting to a device to determine its transient temperature change (Δt);
obtaining the moisture content of the target area of interest of the skin from the temperature change (ΔT);
determining the condition of the skin at the target area of interest based on the obtained moisture content.
前記水分含有量は、表皮の水分含有量Φと真皮の水分含有量Φとを含む、請求項58に記載の方法。 59. The method of claim 58, wherein the water content comprises an epidermal water content [Phi] E and a dermal water content [Phi] D . 前記水分含有量を取得する前記ステップは、前記温度変化ΔTからΦおよびΦを別々に決定するステップを含む、請求項59に記載の方法。 60. The method of claim 59, wherein obtaining the moisture content comprises separately determining Φ E and Φ D from the temperature change ΔT. 前記ワイヤレスプラットフォームは、近距離無線通信(NFC)、Wifi/インターネット、Bluetooth/Bluetooth low energy(BLE)、またはGSM/セルラー通信を含むワイヤレス通信プロトコルを通してデータを伝送する、請求項58に記載の方法。 59. The method of claim 58, wherein the wireless platform transmits data through wireless communication protocols including Near Field Communication (NFC), Wifi/Internet, Bluetooth/Bluetooth low energy (BLE), or GSM/cellular communication. 前記皮膚の注目する前記標的領域の前記加熱は、前記サーマルアクチュエーターに周期的電流を供給することによって形成される、請求項58に記載の方法。 59. The method of claim 58, wherein the heating of the target area of interest of the skin is produced by supplying a periodic electrical current to the thermal actuator. 前記周期的電流の有効化は、前記外部デバイス上のカスタムアプリケーションを通してデジタルオン/オフスイッチによって制御される、請求項62に記載の方法。 63. The method of claim 62, wherein enabling of said periodic current is controlled by a digital on/off switch through a custom application on said external device. 注目する前記標的領域における前記皮膚の前記状態を決定する前記ステップは、前記取得された水分含有量を注目する前記標的領域における標準水分含有量と比較して、前記皮膚の正常状態または疾病状態を決定するステップを含む、請求項58に記載の方法。 The step of determining the condition of the skin in the target area of interest includes comparing the obtained moisture content to a standard moisture content in the target area of interest to determine a normal or diseased condition of the skin. 59. The method of claim 58, comprising determining. 注目する前記標的領域における前記皮膚の前記状態を決定する前記ステップは、注目する前記標的領域の皮膚病を、それの前記取得された水分含有量に基づき診断するステップを含む、請求項64に記載の方法。 65. The method of claim 64, wherein the step of determining the condition of the skin in the target area of interest comprises diagnosing a skin disease in the target area of interest based on the obtained moisture content thereof. the method of. 注目する前記標的領域における前記皮膚の前記状態を決定する前記ステップは、前記皮膚病の治療の有効性を評価するステップを含む、請求項65に記載の方法。 66. The method of claim 65, wherein determining the condition of the skin in the target area of interest comprises assessing efficacy of treatment for the skin condition. 前記皮膚の注目する前記標的領域の水分含有量を取得する前記ステップ、および前記皮膚の状態を決定する前記ステップは、前記外部デバイスにおいて実行される、請求項65に記載の方法。 66. The method of claim 65, wherein the steps of obtaining the moisture content of the target area of interest of the skin and determining the condition of the skin are performed in the external device. 前記外部デバイスに、注目する前記標的領域における前記皮膚の前記状態を表示するステップをさらに含む、請求項58に記載の方法。 59. The method of claim 58, further comprising displaying on the external device the condition of the skin at the target area of interest. 注目する前記標的領域における前記皮膚の前記状態を専門家および/またはサービス提供者に転送するステップをさらに含む、請求項58に記載の方法。 59. The method of claim 58, further comprising forwarding the condition of the skin at the target area of interest to a professional and/or service provider. 前記外部デバイスは、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、またはデータ読み取り/処理能力を有する任意の電子デバイスである、請求項58~69のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 58 to 69, wherein said external device is a smart phone, tablet, computer or any electronic device with data reading/processing capabilities. 治療を実施するステップ、効果を監視するステップ、必要に応じて治療プロトコルを調節するステップ、および/または特定の病変部位に関する定量的な個人化された測定に基づきフレアを潜在的に予測するステップのうちの1つまたは複数をさらに含む、請求項58~70のいずれか一項に記載の方法。 of administering treatment, monitoring efficacy, adjusting treatment protocols as necessary, and/or potentially predicting flare based on quantitative personalized measurements for specific lesion sites. 71. The method of any one of claims 58-70, further comprising one or more of: 1つまたは複数の最適化された測定条件の下で実行され、前記最適化された測定条件は、
前記水分量センサーの存在に起因する前記皮膚からの水蒸気放出の自然プロセスの閉塞の効果を最小限度に抑えるために、前記測定が迅速に実行されること、
前記皮膚への摂動を最小限度に抑えるために、前記測定中に非常に軽いまたはゼロの加圧が使用されること、
粘着剤が、前記センサーそれ自体に隣接する前記水分量センサーデバイスの領域にわたってのみ存在し、剥いているときに前記測定部位の前記皮膚の剥離を回避し再現性を改善するようにパターン化されること、
前記水分量センサーの温度が前記皮膚の温度と同等であること、および
皮膚それ自体が前記測定前に周囲環境に順応できることである、請求項58に記載の方法。
performed under one or more optimized measurement conditions, the optimized measurement conditions comprising:
the measurements are performed quickly to minimize the effects of blocking the natural process of water vapor release from the skin due to the presence of the moisture sensor;
very light or zero compression is used during the measurement to minimize perturbation to the skin;
An adhesive is present only over the area of the moisture sensor device adjacent to the sensor itself and is patterned to avoid peeling of the skin at the measurement site and improve reproducibility during peeling. matter,
59. The method of claim 58, wherein the temperature of the moisture sensor is equivalent to the temperature of the skin; and the skin itself is allowed to acclimate to the environment prior to the measurement.
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