TWI651075B - 使用矽空位奈米鑽石之偵測方法及偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於偵測一生物環境中之分析物之成像劑，其包含經官能化、含矽空位中心之奈米鑽石。該成像劑之個別奈米鑽石包含至少一矽空位中心。該至少一矽空位中心可回應於具有在一廣泛波長範圍中之任何波長之照明而發射具有在一窄頻帶中之一波長之光。該等奈米鑽石經官能化以與所關注之一分析物選擇性地相互作用。該等奈米鑽石可額外包含其他色彩中心，且該成像劑可包含具有矽空位中心對其他色彩中心之可偵測獨有比率之複數組奈米鑽石。該等奈米鑽石中之該等矽空位中心可具有實現個別奈米鑽石之定向追蹤或其他應用之一較佳定向。亦提供一種用於藉由與該成像劑相互作用而偵測所關注之該分析物之性質之方法。

Description

使用矽空位奈米鑽石之偵測方法及偵測裝置
除非在本文中另外指示，否則此段落中描述之材料並非此申請案中之申請專利範圍之先前技術且並非由於其等包含於此段落中而被認為係先前技術。
已開發若干科學方法以偵測及/或量測一生物或其他環境中之一或多個分析物。該一或多個分析物可係當存在於或不存在於人的身體中，或以一特定濃度或濃度範圍存在時可指示該人之一醫療病況或健康狀態之任何分析物。該一或多個分析物可係其等貫穿一動物的身體之分佈、作用或其他性質、相互作用或活動係科學關注之物質。該一或多個分析物可係與開發中之一藥物相關之輔助因子、基材、產品或其他物質。該一或多個分析物可存在於活或非活的人或動物組織中，且可在一活體內、活體外、試管內或其他類型之樣本中偵測及/或量測。該一或多個分析物可包含酶、試劑、激素、蛋白質、細胞或其他分子。
偵測及/或量測一生物或其他環境中之一或多個分析物可透過使用標靶該一或多個分析物之一成像劑或對比劑而完成。對比劑可藉由具有可偵測地不同於周圍環境之一光學、磁性、電磁、聲學及/或某一其他性質而促進該一或多個分析物之偵測及/或量測。環境中之標靶對比劑之偵測可用作用於一或多個分析物之偵測之一代理。舉例而 言，對比劑可吸收一第一波長之光且回應於吸收該第一波長之光而發射一第二波長之光。可藉由發射該第一波長之光至環境(例如，人的身體之血管之一內腔)中且偵測回應於發射第一波長之光而自環境發射之第二波長之光來偵測對比劑。
本發明之一些實施例提供一種方法，其包含：(i)將一生物環境曝露至照明，其中該生物環境包含矽空位奈米鑽石，其中該等矽空位奈米鑽石之各者具有至少一矽空位中心且經官能化以與該生物環境中之一分析物選擇性地相互作用，且其中該照明導致該等矽空位中心發射光；及(ii)偵測由該等矽空位中心回應於該照明而發射之該光之一或多個性質。
本發明之一些實施例提供一種包含複數個經官能化奈米鑽石之成像劑，其中該複數個經官能化奈米鑽石包含複數個經官能化矽空位奈米鑽石，其中各經官能化矽空位奈米鑽石具有至少一矽空位中心，其中各個經官能化矽空位奈米鑽石包含經組態以與一生物環境中之一目標分析物選擇性地結合之一標靶劑。
本發明之一些實施例提供一種裝置，其包含：(i)一光源，其經組態以將一生物環境曝露至照明，其中該生物環境包含矽空位奈米鑽石，其中各矽空位奈米鑽石具有至少一矽空位中心且經官能化以與該生物環境中之一分析物選擇性地相互作用，且其中該等矽空位中心經組態以回應於該照明而發射光；及(ii)一光感測器，其經組態以偵測由該等矽空位中心回應於該照明而發射之該光之一或多個性質。
一般技術者藉由閱讀以下詳細描述，視情況參考隨附圖式將明白此等以及其他態樣、優點及替代例。
100‧‧‧穿戴式裝置
110‧‧‧安裝件
120‧‧‧條帶/帶
130‧‧‧量測平台
140‧‧‧內面
150‧‧‧資料收集系統
160‧‧‧偵測器
170‧‧‧光源
190‧‧‧使用者介面
192‧‧‧顯示器
200‧‧‧手腕安裝式裝置
210‧‧‧安裝件
220‧‧‧腕帶
230‧‧‧量測平台
240‧‧‧手腕之前側
250‧‧‧使用者介面
260‧‧‧手腕之後側
270‧‧‧顯示器
280‧‧‧按鈕
290‧‧‧按鈕
300‧‧‧手腕安裝式裝置
310‧‧‧量測平台
320‧‧‧使用者介面
330‧‧‧手腕之前側
340‧‧‧手腕之後側
350‧‧‧錶盤
360‧‧‧條帶
370‧‧‧量測平台之內面
380‧‧‧資料收集系統
382‧‧‧偵測器
384‧‧‧光源
400‧‧‧手腕安裝式裝置
410‧‧‧量測平台
420‧‧‧資料收集系統
430‧‧‧條帶
440‧‧‧內面
450‧‧‧使用者介面
460‧‧‧顯示器
500‧‧‧手腕安裝式裝置
510‧‧‧環帶
520‧‧‧量測平台
530‧‧‧使用者介面
540‧‧‧顯示器
550‧‧‧按鈕
600‧‧‧裝置
630‧‧‧生物環境
640‧‧‧經官能化奈米鑽石
650‧‧‧光感測器
652‧‧‧發射光
660‧‧‧光源
662‧‧‧照明
700‧‧‧穿戴式裝置
710‧‧‧通信介面
720‧‧‧通信網路
730‧‧‧遠端伺服器
800‧‧‧穿戴式裝置
810‧‧‧資料收集系統
812‧‧‧偵測器
814‧‧‧光源
820‧‧‧使用者介面
830‧‧‧通信介面/通信平台
840‧‧‧處理器
860‧‧‧電腦可讀媒體
870‧‧‧電腦可讀程式指令
872‧‧‧控制器模組/控制器
874‧‧‧計算及決定模組
876‧‧‧警告模組
900‧‧‧發射光譜
910‧‧‧零聲子發射譜線
1000‧‧‧方法
1010‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1100‧‧‧手腕安裝式裝置
1110‧‧‧量測平台
1120‧‧‧條帶/腕帶
1130‧‧‧表面下血管
1140‧‧‧經官能化奈米鑽石
1150‧‧‧光感測器
1152‧‧‧發射光
1160‧‧‧光源
1162‧‧‧照明
1190‧‧‧手腕之前側
1200‧‧‧手腕安裝式裝置/量測裝置
1210‧‧‧量測平台
1220‧‧‧條帶/腕帶
1230‧‧‧表面下血管
1240‧‧‧經官能化矽空位奈米鑽石
1240a‧‧‧可定向SiV奈米鑽石
1240b‧‧‧可定向SiV奈米鑽石
1240c‧‧‧可定向SiV奈米鑽石
1250‧‧‧光感測器
1252a‧‧‧發射光
1252b‧‧‧發射光
1252c‧‧‧發射光
1260‧‧‧光源
1262‧‧‧照明
1290‧‧‧手腕之前側
1300‧‧‧手腕安裝式裝置/量測裝置
1310‧‧‧量測平台
1320‧‧‧條帶/腕帶
1330‧‧‧表面下血管
1340a‧‧‧第一經官能化奈米鑽石
1340b‧‧‧第二經官能化奈米鑽石
1342a‧‧‧個別經官能化奈米鑽石
1342b‧‧‧個別經官能化奈米鑽石
1350‧‧‧光感測器
1352a‧‧‧發射光
1352b‧‧‧發射光
1360‧‧‧光源
1362‧‧‧照明
1390‧‧‧手腕之前側
1400‧‧‧手腕安裝式裝置/量測裝置
1410‧‧‧量測平台
1420‧‧‧條帶/腕帶
1430‧‧‧表面下血管
1440a‧‧‧第一經官能化奈米鑽石
1440b‧‧‧第二經官能化奈米鑽石
1440c‧‧‧第三經官能化奈米鑽石
1442a‧‧‧個別經官能化奈米鑽石
1440b‧‧‧個別經官能化奈米鑽石
1442c‧‧‧個別經官能化奈米鑽石
1450‧‧‧光感測器
1452a‧‧‧發射光
1452b‧‧‧發射光
1452c‧‧‧發射光
1460‧‧‧光源
1462‧‧‧照明
1490‧‧‧手腕之前側
圖1係一例示性穿戴式裝置之一透視圖。
圖2A係當安裝於一穿戴者的手腕上時一例示性手腕安裝裝置之一透視俯視圖。
圖2B係當安裝於一穿戴者的手腕上時圖2A中展示之一例示性手腕安裝式裝置之一透視仰視圖。
圖3A係當安裝於一穿戴者的手腕上時一例示性手腕安裝裝置之一透視仰視圖。
圖3B係當安裝於一穿戴者的手腕上時圖3A中展示之一例示性手腕安裝式裝置之一透視俯視圖。
圖3C係圖3A及圖3B中展示之一例示性手腕安裝式裝置之一透視圖。
圖4A係一例示性手腕安裝式裝置之一透視圖。
圖4B係圖4A中展示之一例示性手腕安裝式裝置之一透視仰視圖。
圖5係一例示性手腕安裝式裝置之一透視圖。
圖6係一例示性裝置之一透視圖。
圖7係包含與一伺服器通信之複數個穿戴式裝置之一例示性系統之一方塊圖。
圖8係一例示性裝置之一功能方塊圖。
圖9係鑽石中之例示性矽空位中心之一發射光譜。
圖10係一例示性方法之一流程圖。
圖11A係當在一人類手腕上時一手腕安裝式裝置之一側視部分橫截面圖。
圖11B係當在一人類手腕上時一手腕安裝式裝置之一側視部分橫截面圖。
圖12係當在一人類手腕上時一手腕安裝式裝置之一側視部分橫截面圖。
圖13係當在一人類手腕上時一手腕安裝式裝置之一側視部分橫截面圖。
圖14係當在一人類手腕上時一手腕安裝式裝置之一側視部分橫截面圖。
在以下詳細描述中參考形成本發明之一部分之附圖。在該等圖中，類似符號通常識別類似組件，除非內容脈絡另有指示。詳細描述、圖及申請專利範圍中描述之闡釋性實施例不意謂限制性。可利用其他實施例，且可做出其他改變而不脫離本文中呈現之標的之範疇。將容易瞭解，可以廣泛多種不同組態配置、取代、組合、分離及設計如本文中大體上描述且在圖中繪示之本發明之態樣，在本文中明確預期全部態樣。
此外，雖然本文中揭示之實施例參考一活的人體上之使用或結合一活的人體之使用，但預期所揭示方法、系統及裝置可用於其中期望一分析物之非侵入性偵測之任何環境中。環境可係任何活體或非活體或其之一部分、一流體導管、一流體貯槽等。舉例而言，熟習此項技術者將認知，本文中揭示之實施例可用於感測存在於一水系統中之分析物。此外，雖然本發明描述用於活體內之實施例，但熟習此項技術者亦將認知，試管內應用亦係可行的。因此，環境亦可包含一試管或用於固持一流體之其他器皿。
I.概述
包含經官能化、摻雜矽空位中心之奈米鑽石之一成像劑可用於判定一生物環境(例如，一人體內之一環境)中之一或多個分析物之存在、濃度及/或其他性質。鑽石中之個別矽空位中心(有時稱為矽空位色彩中心、矽空位缺陷或矽色彩中心)可由具有在一廣泛波長範圍(例如，對於單光子激發係自約500奈米至約750奈米或對於雙光子激 發係自約1000奈米至約1200奈米)中之任何波長之光照明且可回應於照明而發射具有大約738奈米之一波長之光。可使用受體、蛋白質、抗體、DNA序列及/或其他材料官能化成像劑使得成像劑與一或多個分析物選擇性地相互作用。
成像劑可經引入至一生物環境中。光可經引導至環境中使得成像劑之奈米鑽石中之矽空位中心發射具有大約738奈米之一波長之光。矽空位中心可包含帶負電荷之矽空位中心、中性矽空位中心、帶正電荷之矽空位中心及多電荷之矽空位中心。具有不同電荷狀態之矽空位中心可具有不同各自光學性質。經發射光之一或多個性質可經偵測且用於判定環境中之成像劑之一或多個性質(例如，成像劑之個別奈米鑽石之位置)。生物環境中之成像劑之經判定一或多個性質可用於判定生物環境中之一或多個分析物之存在、位置、濃度及/或其他性質。舉例而言，生物環境可係一人體且該一或多個分析物可係癌細胞。成像劑可經官能化以選擇性地結合至癌細胞及/或癌細胞之元素。可藉由偵測人體中之成像劑之一或多個性質而偵測人體中之癌細胞之存在。
成像劑可包含具有氮空位中心(有時稱為氮空位色彩中心、氮空位缺陷或氮色彩中心)之奈米鑽石。鑽石中之氮空位中心可回應於照明而發射光，且氮空位中心之光學性質(例如，經發射光之波長、經發射光之偏振、照明光之波長)可與鑽石中之矽空位中心之光學性質不同。一個別奈米鑽石中之矽空位中心及氮空位中心之相對量可使用氮空位中心及矽空位中心之光學性質之差異而判定。氮空位中心可係帶負電荷、帶正電荷或多電荷，或可不具有電荷(中性)。具有不同電荷狀態之氮空位中心可具有不同各自光學性質。
成像劑可包含其中奈米鑽石之個別群體具有可偵測獨有量之氮空位中心及矽空位中心之經官能化奈米鑽石之多個群體。舉例而言， 一成像劑可包含與一第一分析物選擇性地相互作用且具有氮空位中心濃度對矽空位中心濃度之一第一比率之經官能化奈米鑽石之一第一群體。成像劑可進一步包含與一第二分析物選擇性地相互作用且具有氮空位中心濃度對矽空位中心濃度之一第二比率之經官能化奈米鑽石之一第二群體。結合至個別經官能化奈米鑽石之一分析物之識別可使用一經偵測之個別奈米鑽石是否具有氮空位中心濃度對矽空位中心濃度之第一比率或第二比率之一判定而判定。預期一成像劑中之其他組之奈米鑽石群體及用於判定一分析物之存在、濃度、識別及/或其他性質之其他方法。
奈米鑽石中之矽空位中心(SiV中心)可以一偏振相依方式吸收及/或發射光。即，與相對於SiV中心之定向之一第二偏振之光相比，個別SiV中心可吸收更多一第一偏振之光。類似地，與其他偏振之光相比，一個別SiV中心可更有可能發射具有相對於SiV中心之定向之一特定偏振之光。一成像劑可包含個別具有一單一SiV中心或個別具有多個SiV中心之經官能化奈米鑽石，其中多個SiV中心具有個別奈米鑽石內之一較佳定向。成像劑可由具有一特定偏振之光照明且可偵測由成像劑之SiV中心回應於照明而發射之光之經發射強度。此外或替代地，可偵測由成像劑回應於照明而發射之光之偏振。此方法可用於偵測在高雜訊及/或低信雜比之環境中之成像劑。此外或替代地，此方法可用於偵測成像劑之個別奈米鑽石之定向。
可藉由共價或以其他方式附接或關聯特別結合一特定分析物或以其他方式與一特定分析物相互作用之一生物受體而官能化成像劑之奈米鑽石。生物受體可係一抗體、肽、核酸、噬菌體、細菌、病毒、適體或具有對於一目標分析物之一經定義親和力之任何其他分子。可幫助詢問一成像劑之奈米鑽石或粒子(包含一生物環境中之奈米鑽石)之其他化合物或分子(諸如螢光團或自體螢光或發光標誌或非光學對 比劑(例如，聲阻差異對比、RF對比及類似者))亦可附接至奈米鑽石。
成像劑可包含奈米粒子，該等奈米粒子包含除如本文中描述之一或多個經官能化奈米鑽石之外之其他元素。熟習此項技術者將在最廣泛意義上理解「粒子」且「粒子」可採取任何經製造材料之形式：分子、色氨酸、導電或非導電奈米棒、量子點、病毒、噬菌體、奈米鑽石之一錯合物等。此外，一粒子可具有任何形狀，例如，球、棒、非對稱形狀等。
一系統可包含用於以一非侵入性方式詢問存在於一生物環境(諸如一人之一特定局部區域中之表面下血管之一內腔)中之經官能化奈米鑽石之一或多個資料收集系統。在一實例中，該系統包含經組態以偵測自表面下血管之一部分中之經官能化奈米鑽石傳輸之一回應信號之一光感測器。在一些實例中，該系統亦可包含：一詢問光源，其用於傳輸可穿透至表面下血管之一部分或另一身體系統中之照明；及一光感測器，其用於偵測由表面下血管之部分或其他身體系統中之經官能化奈米鑽石中之SiV中心回應於照明而發射之一經發射光。
上述系統可實施為一穿戴式裝置。如本發明中使用之術語「穿戴式裝置」係指能夠穿戴於一身體表面(諸如手腕、腳踝、腰部、胸部、耳朵、眼睛或其他身體部分)處、該身體表面上或接近該身體表面之任何裝置。為了自身體外部以一非侵入性方式採取活體內量測，穿戴式裝置可定位於其中表面下血管可容易觀察之身體之一部分上，其之合格性檢定將取決於所使用的偵測系統之類型。裝置可經放置緊密接近於皮膚或組織，但無需觸碰或親密接觸皮膚或組織。可提供諸如皮帶、腕帶、踝帶、頭帶等之一安裝件以將裝置安裝於身體表面處、身體表面上或接近身體表面。安裝件可防止穿戴式裝置相對於身體移動以減小量測誤差及雜訊。此外，安裝件可係用於將穿戴式裝置 黏著至一穿戴者之身體之一黏著性基材。可在穿戴式裝置上提供光感測器、光源及(在一些實例中)一處理器。在其他實施例中，上述系統可實施為必須使使用者接觸或接近之一固定量測裝置或實施為可在一或多個量測週期期間抵靠一身體表面暫時放置或固持之一裝置。
應瞭解，上文實施例及本文中描述之其他實施例係為解釋目的而提供且非旨在限制。
此外，如本文中使用之術語「醫療病況」應廣義地理解為包含任何疾病、病患、失調、創傷、狀況或損傷(例如，生理、心理、心臟、血管、整形外科、視覺、語言或聽力)或需要醫療照顧之任何情境。
II.例示性裝置
一穿戴式裝置100可自動量測穿戴該裝置之一人之複數個生理參數。如本發明中使用之術語「穿戴式裝置」係指能夠穿戴於一身體表面(諸如手腕、腳踝、腰部、胸部或其他身體部分)處、身體表面上或接近身體表面之任何裝置。為了自身體外部以一非侵入性方式採取活體內量測，穿戴式裝置可定位於其中表面下血管可容易觀察之身體之一部分上，其之合格性檢定取決於所使用的偵測系統之類型。裝置可經放置緊密接近皮膚或組織，但無需觸碰或親密接觸皮膚或組織。可提供諸如皮帶、腕帶、踝帶等之一安裝件110以將裝置安裝於身體表面處、身體表面上或接近身體表面。安裝件110可防止穿戴式裝置相對於身體移動以減小量測誤差及雜訊。在一實例中，在圖1中展示，安裝件110可採取可圍繞身體之一部分穿戴之一條帶或帶120之形式。此外，安裝件110可係用於將穿戴式裝置100黏著至一穿戴者之身體之一黏著性基材。
一量測平台130安置於安裝件110上使得其可定位於其中表面下血管可容易觀察之身體上。量測平台之一內面140旨在面對身體表面而 安裝。量測平台130可容置一資料收集系統150，該資料收集系統150可包含用於偵測至少一生理參數(其可包含可與穿戴穿戴式裝置之人之健康相關之任何參數)之至少一偵測器160。舉例而言，偵測器160可經組態以量測血壓、脈搏率、呼吸率、皮膚溫度等。在一非詳盡性清單中，偵測器160可包含一光學(例如，CMOS、CCD、光電二極體)、聲學(例如，壓電、壓電陶瓷)、電化學(電壓、阻抗)、熱、機械(例如，壓力、應變)、磁性或電磁(例如，磁共振)感測器之任一者。資料收集系統150之組件可經小型化使得穿戴式裝置可穿戴於身體上而不顯著干擾穿戴者之慣常活動。
偵測器160之至少一者係經組態以偵測由在接近穿戴式裝置之表面下血管中循環之血液中之經官能化矽空位奈米鑽石中之矽空位缺陷發射之光之一或多個性質之一光感測器。光感測器可包含一或多個濾光器以阻擋具有除奈米鑽石中之矽空位中心之零聲子發射之譜線(約738奈米)以外之波長之光。舉例而言，光感測器可包含經組態以實質上阻擋由資料收集系統150之一光源170發射之光之一濾光器。
光感測器可經組態以感測光之偏振及/或僅偵測一指定偏振之光。舉例而言，光感測器可包含一線性偏振濾光器使得光感測器僅偵測具有與線性偏振濾光器之定向對準之一偏振之光。在一些實例中，偵測器160可包含經組態以偵測一第一偏振之光之一第一光感測器及經組態以偵測一第二偏振(其中第二偏振垂直於第一偏振)之光之一第二光感測器。第一偵測器及第二偵測器可用於藉由偵測由矽空位中心發射之光之偏振而判定奈米鑽石中之矽空位缺陷之一定向。
偵測器160可包含經組態以偵測並非由奈米鑽石中之矽空位中心發射之光之光感測器。該等光感測器可經組態以偵測由一螢光團、一奈米鑽石中之一色彩中心、一拉曼(Raman)染料、一化學發光材料、一生物發光材料或一些其他發光物質發射之光之一或多個性質。在一 些實例中，該等光感測器可經組態以偵測由奈米鑽石中之氮空位中心發射之光之一或多個性質。舉例而言，該等光感測器可經組態以偵測具有在約550奈米與約800奈米之間或更較佳在650奈米與720奈米之間之一波長之光，以偵測由帶負電荷之氮空位中心發射之光之一或多個性質。舉例而言，光感測器可經組態以偵測具有約700奈米(對於鑽石中之帶負電荷之氮空位中心而言係發射光譜之峰值)之一波長之光。舉例而言，該等光感測器可經組態以偵測具有分別對應於鑽石中之帶負電荷之氮空位中心之第一零聲子譜線及第二零聲子譜線之約576奈米及/或約638奈米之一波長之光。預期鑽石中之帶電荷之矽及氮空位中心之其他組態、類型及偵測器160之用途。
在一些實例中，資料收集系統150進一步包含用於傳輸可穿透穿戴者的皮膚而至表面下血管之部分中(例如，至表面下血管之一內腔中)之照明之一光源170。經傳輸之照明可係有利於穿戴者且至少導致藉由接近光源170之經官能化矽空位奈米鑽石中之矽空位缺陷發射光之任何類型之照明。在一些實例中，經傳輸之照明可具有在大約500奈米與大約710奈米之間之一波長。更特定言之，經傳輸之照明可具有大約532奈米或大約708奈米之一波長。在一些實例中，經傳輸之照明可具有在大約1050奈米與大約1200奈米之間之一波長且可由矽空位中心或由某一其他光吸收物質透過雙光子吸收而吸收。經傳輸照明之波長可經指定以穿透一穿戴者之生物組織；例如，經傳輸之照明可具有在生物組織之近紅外(NIR)穿透率範圍之一者或兩者內之一波長。
光源170可經組態以產生導致藉由其他化學品、成像劑、生物元素或接近光源170之其他分析物之光發射之額外照明。在一些實例中，光源170可經組態以產生導致藉由經官能化矽空位奈米鑽石或接近光源170之其他奈米鑽石中之氮空位缺陷之光發射之照明。舉例而言，光源170可產生具有約532奈米之一波長之照明以導致藉由鑽石中 之氮空位中心之光發射。此外或替代地，光源170可經組態以產生能夠導致藉由鑽石中之矽空位中心及藉由鑽石中之氮空位中心之光發射之照明。在一些實例中，光源170可經組態以發射具有相對於穿戴式裝置100、穿戴式裝置之一穿戴者及/或包含於偵測器160中之一光感測器之一特定偏振之光。舉例而言，光源170可經組態以在一第一時間點發射一第一線性偏振之光且在一第二時間點發射一第二線性偏振(其中第二線性偏振垂直於第一偏振)之光。可使用偵測器160偵測由奈米鑽石中之矽空位中心回應於藉由光源170在第一時間點及第二時間點之照明而發射之光之一或多個性質。奈米鑽石及/或結合至奈米鑽石之分析物之一或多個性質可基於經發射光之經偵測一或多個性質而判定。預期光源170之其他組態及用途。
穿戴式裝置100亦可包含一使用者介面190，裝置之穿戴者可經由該使用者介面190接收自一遠端伺服器或其他遠端計算裝置或自裝置內之一處理器產生之一或多個建議或警告。警告可係可由穿戴穿戴式裝置之人注意之任何指示。舉例而言，警告可包含一視覺分量(例如，一顯示器上之文字或圖形資訊)、一聽覺分量(例如，一警報聲)及/或觸覺分量(例如，一振動)。此外，使用者介面190可包含其中可顯示警告或建議之一視覺指示之一顯示器192。顯示器192可進一步經組態以提供經量測生理參數(例如，所量測之特定血液分析物之濃度)之一指示。
在一實例中，穿戴式裝置經提供為一手腕安裝式裝置，如圖2A、圖2B、圖3A至圖3C、圖4A、圖4B及圖5中所示。手腕安裝式裝置可使用一腕帶或環帶安裝至一活體之手腕，類似於手錶或手鐲。如圖2A及圖2B中所示，手腕安裝式裝置200可包含：一安裝件210，其呈一腕帶220之形式；一量測平台230，其定位於穿戴者的手腕之前側240上；及一使用者介面250，其定位於穿戴者的手腕之後側260上。 裝置之穿戴者可經由使用者介面250接收自一遠端伺服器或其他遠端計算裝置產生之一或多個建議或警告或來自量測平台之警告。可將此一組態視為對於裝置之穿戴者而言係自然的，因為觀察手腕之後側260係普遍的，諸如查看一手錶之動作。因此，穿戴者可容易地觀看使用者介面上之一顯示器270。此外，量測平台230可位於其中表面下血管可容易觀察之穿戴者的手腕之前側240上。然而，預期其他組態。
顯示器270可經組態以顯示警告或建議之一視覺指示及/或經量測生理參數(例如，所量測之特定血液分析物之存在或濃度)之一指示。此外，使用者介面250可包含用於接受來自穿戴者之輸入之一或多個按鈕280。舉例而言，按鈕280可經組態以改變顯示器270上可見之文字或其他資訊。如圖2B中所示，量測平台230亦可包含用於接受來自穿戴者之輸入之一或多個按鈕290。按鈕290可經組態以接受用於控制資料收集系統之態樣(諸如起始一量測週期)之輸入，或指示穿戴者的當前健康狀態(即，正常、偏頭痛、氣喘、心髒病發作、發燒、「類流感」癥狀、食物中毒等)之輸入。
在另一例示性手腕安裝式裝置300中，圖3A至圖3C中展示，量測平台310及使用者介面320兩者係提供於穿戴者的手腕之相同側上(特定言之，手腕之前側330上)。在後側340上，一錶盤350可安置於條帶360上。雖然在圖3B中描繪一類比手錶(analog watch)，但一般技術者將認知可提供諸如一數位時鐘之任何類型之時鐘。
如圖3C中可見，量測平台310之內面370旨在經穿戴而接近穿戴者之身體。容置於量測平台310上之一資料收集系統380可包含一偵測器382及一光源384。
在圖4A及圖4B中所示之一進一步實例中，一手腕安裝式裝置400包含安置於一條帶430上之一量測平台410，該量測平台410包含一資 料收集系統420。量測平台之內面440可經安置接近一身體表面使得資料收集系統420可詢問穿戴者的手腕之表面下血管。具有一顯示器460之一使用者介面450可自量測平台410面向外而定位。如結合其他實施例在上文中描述，使用者介面450可經組態以顯示自資料收集系統420收集之包含一或多個經量測分析物之存在及/或濃度之資料及由一遠端伺服器或其他遠端計算裝置或位於量測平台上之一處理器產生之一或多個警告。使用者介面420亦可經組態以顯示當日時間、日期或可與穿戴者相關之其他資訊。
如圖5中所示，在一進一步實施例中，手腕安裝式裝置500可提供於一環帶510上。類似於先前論述之實施例，裝置500包含一量測平台520及一使用者介面530，該使用者介面530可包含一顯示器540及一或多個按鈕550。顯示器540可進一步係經組態以接受藉由穿戴者之輸入之一觸控螢幕顯示器。
如圖6中繪示之一裝置600可藉由偵測一生物環境630中之含SiV中心之經官能化奈米鑽石640之一或多個性質而判定該環境中之一分析物之一或多個性質。生物環境可係含有所關注之分析物之任何生物環境使得環境中之經官能化奈米鑽石640可與所關注之分析物選擇性地相互作用且使得經官能化奈米鑽石中之SiV中心可由來自裝置600之照明662激發且由經官能化奈米鑽石640發射之經發射光652之至少一性質可由裝置600偵測。
生物環境630可係一活體內生物環境(例如，一活人、動物、植物等之一組織)或一試管內環境。生物環境630可係一樣本容器、光析管、吸管、顯微鏡載玻片或其他器皿中之一生物樣本。生物環境630可係一生物或化學程序之部分。舉例而言，生物環境可係一水處理程序中之一流體、一食物或藥物製備程序中之一流體、一自然環境中之一湖、河流或河川、含有生物材料之一或一些其他環境。生物環境 630可係液體、凝膠、固體或物質之一些其他相或相之組合(例如，乳液)。生物環境630可包含已經冷凍乾燥、經乾燥、經冷凍、經蒸發、經烷基化或以其他方式製備(包含將經官能化奈米鑽石640添加至環境)之生物樣本。
裝置600包含一光感測器650，該光感測器650經組態以偵測由接近裝置600之生物環境630中之經官能化矽空位奈米鑽石640中之矽空位中心發射之經發射光652之一或多個性質。光感測器650可包含一或多個濾光器以阻擋除奈米鑽石中之矽空位中心之零聲子發射之譜線(約738奈米)以外之波長之光。舉例而言，光感測器可包含經組態以實質上阻擋由資料收集系統150之一光源170發射之光之一濾光器。
光感測器650可經組態以感測光之偏振及/或僅偵測一指定偏振之光。舉例而言，光感測器650可包含一線性偏振濾光器使得光感測器僅偵測具有與線性偏振濾光器之定向對準之一偏振之光。光感測器650可此外或替代地經組態以僅感測自生物環境630之特定區域發射之光。舉例而言，光感測器650可包含一經塑形孔隙、光學器件、繞射光柵、安裝於一檢流計上之一鏡、一致動鏡、適應性光學器件及/或一些其他光學組件使得光感測器650僅偵測來自生物環境630之一特定深度或其他指定區域之光。
裝置600進一步包含用於傳輸可穿透生物環境630且照明經官能化奈米鑽石640之照明662之一光源660。經傳輸照明可係至少導致藉由接近裝置600之經官能化矽空位奈米鑽石640中之矽空位缺陷之光發射之任何類型之照明。在一些實例中，經傳輸照明662可具有在大約500奈米與大約710奈米之間之一波長。更特定言之，經傳輸照明662可具有大約532奈米或大約708奈米之一波長。在一些實例中，經傳輸照明662可具有在大約1050奈米與大約1200奈米之間之一波長且可藉由矽空位中心或藉由某一其他光吸收物質透過雙光子吸收而吸收。可 指定經傳輸照明662之波長以穿透生物環境中之一生物組織；例如，經傳輸照明662可具有在生物組織之近紅外(NIR)穿透率範圍之一者或兩者內之一波長。根據一應用，在其中生物環境630並非一活人或動物之部分或生物環境630不包含無法被損害之樣本之實例中，曝露至經傳輸照明662可導致對生物環境630之元素之損害及/或不可逆之損害。
光源650可經組態以傳輸具有一指定偏振之照明及/或傳輸具有隨著時間而不同之偏振之照明。舉例而言，光源660可包含一線性偏振濾光器使得光源660僅傳輸具有與線性偏振濾光器之定向對準之一偏振之照明。光源660可此外或替代地經組態以僅傳輸照明以照明生物環境630之特定區域。舉例而言，光源660可包含一經塑形孔隙、光學器件、繞射光柵、安裝於一檢流計上之一鏡、一致動鏡、適應性光學器件及/或一些其他光學組件使得光源660照明生物環境630之一特定深度處或其他一指定區域內之經官能化奈米鑽石640。
根據一應用，光感測器650及光源660可如圖6中繪示般(即，分離、平行、非同軸)進行組態或可以另一方式進行組態。在一些實例中，光感測器650及光源660可耦合至一組光學元件以實現某一功能。舉例而言，光源660及光感測器650可各包含一孔隙且可光學耦合至一光束分離器及其他光學器件以使裝置600能夠被操作為一共焦顯微鏡。在另一實例中，光源660可包含經組態以產生照明光束之兩個光源，其中光束之方向可使用一些設備(例如，一組檢流計驅動鏡)控制。檢流計可經操作使得指定區域(其中來自光源之光束重疊)中之經官能化奈米鑽石640可經照明使得指定區域中之經官能化奈米鑽石640中之矽空位中心或其他色彩中心發射光。預期其他組態及應用。
裝置600可經組態以實現其他成像模態及/或配合經組態以實現其他成像模態之其他裝置進行操作。在一些實例中，裝置600可包含用 以實現磁共振成像之元件。在一些實例中，一磁場產生器可用於改變生物環境630中之經官能化奈米鑽石640中之色彩中心之性質以實現使用經官能化奈米鑽石640之其他形式之成像及/或以實現生物環境630之特定區域中之經官能化奈米鑽石640之成像。此外或替代地，可以一互補方式使用多個成像模態以實現某一功能。舉例而言，可使用裝置600以使生物環境(例如，一人類組織)中之一分析物(例如，一癌性生長)成像，同時使用磁共振成像以使生物環境(例如，軟組織邊界)之一些其他性質成像以便執行生物環境630之一些操縱(例如，癌性生長之一手術切除同時最小化對癌性生長周圍之軟組織之損害)。
圖7係包含一或多個穿戴式裝置700之一系統之一簡化示意圖。一或多個穿戴式裝置700可經組態以經由一通信介面710透過一或多個通信網路720傳輸資料至一遠端伺服器730。在一實施例中，通信介面710包含用於將通信發送至伺服器730且自伺服器730接收通信之一無線收發器。在進一步實施例中，通信介面710可包含用於資料傳送(包含有線通信及無線通信兩者)之任何構件。舉例而言，通信介面可包含一通用串列匯流排(USB)介面或一安全數位(SD)卡介面。通信網路720可係以下之一者之任一者：一簡易舊式電話服務(POTS)網路、一蜂巢式網路、一光纖網路及一資料網路。伺服器730可包含任何類型之遠端計算裝置或遠端雲端計算網路。此外，通信網路720可包含一或多個仲介物，包含(例如)其中穿戴式裝置700傳輸資料至一行動電話或其他個人計算裝置，該行動電話或其他個人計算裝置繼而傳輸資料至伺服器730。
除自穿戴式裝置700接收諸如經收集之生理參數資料及如由使用者輸入之關於健康狀態之資料之通信之外，伺服器亦可經組態以自穿戴式裝置700或自某一其他源蒐集及/或接收關於一穿戴者的總體醫療歷史、環境因素及地理資料之資訊。舉例而言，可在伺服器上針對每 一穿戴者建立含有穿戴者的醫療歷史之一使用者帳戶。此外，在一些實例中，伺服器730可經組態以自環境資料源定期接收資訊，諸如自疾病控制中心(CDC)接收病毒性疾病或食物中毒爆發資料及自國家氣象局接收天氣、污染及過敏原資料。此外，伺服器可經組態以自一醫院或醫師接收關於一穿戴者的健康狀態之資料。此資訊可用於伺服器的決策程序(諸如辨識相關性)及產生臨床協定。
另外，伺服器可經組態以在各量測週期期間蒐集及/或接收裝置之各個穿戴者之日期、當日時間及地理位置。此資訊可用於偵測及監測疾病之空間及時間傳播。因而，穿戴式裝置可經組態以判定及/或提供其自身位置之一指示。舉例而言，一穿戴式裝置可包含一GPS系統使得其可包含與伺服器通信之GPS位置資訊(例如，GPS座標)。作為另一實例，一穿戴式裝置可使用涉及三角測量(例如，在一蜂巢式網路中之基地台之間)之一技術以判定其位置。其他位置判定技術亦係可行的。
伺服器亦可經組態以基於關於藉由裝置之一穿戴者接收之一藥物或其他治療之資訊且至少部分基於使用者之生理參數資料及經指示健康狀態而做出關於該藥物或其他治療之療效之判定。自此資訊，伺服器可經組態以導出該藥物或治療之有效性之一指示。舉例而言，若一藥物旨在治療噁心且裝置之穿戴者未指示他或她在開始使用藥物之一療程之後正經歷噁心，則伺服器可經組態以導出藥物對於穿戴者有效之一指示。在另一實例中，一穿戴式裝置可經組態以量測血糖。若為一穿戴者開出旨在治療糖尿病之一藥方，但伺服器自穿戴式裝置接收指示穿戴者的血糖在特定數目個量測週期期間增加之資料，則伺服器可經組態以導出藥物對於其針對此穿戴者之預期目的無效之一指示。
此外，系統之一些實施例可包含可由裝置之穿戴者自動實施或 控制之隱私控制。舉例而言，在穿戴者的經收集生理參數資料及健康狀態資料被上載至一雲端計算網路以供一臨床醫師進行趨勢分析之情況下，可在資料被儲存或使用之前以一或多個方法處理資料，使得個人可識別資訊被移除。舉例而言，一使用者的身份可經處理使得不可針對使用者判定個人可識別資訊，或一使用者的地理位置可在獲得位置資訊之處一般化(諸如為一城市、ZIP碼或州級資料)，使得無法判定一使用者之一特定位置。
此外或替代地，一裝置之穿戴者可具備一機會以控制裝置是否或如何收集關於穿戴者之資訊(例如，關於一使用者的醫療歷史、社會行動或活動、職業、一使用者的偏好或一使用者的當前位置之資訊)，或以控制可如何使用此資訊。因此，穿戴者可控制如何收集關於他或她之資訊及由一臨床醫師或醫師或資料之其他使用者使用該資訊。舉例而言，一穿戴者可選擇自他或她的裝置收集之資料(諸如健康狀態及生理參數)可僅用於回應於他或她自身的資料之收集及比較而產生一個人基線及建議且不可用於產生一群體基線或用於群體相關性研究。
III.用於一裝置之例示性電子平台
圖8係繪示根據一例示性實施例之一裝置800之組件之一簡化方塊圖。裝置800可採取圖2A至圖2B、圖3A至圖3C、圖4A至圖4C及圖5中展示之手腕安裝式裝置200、300、400、500之一者或圖6中展示之裝置600之形式或類似於該等裝置。然而，裝置800亦可採取其他形式，諸如腳踝、腰部或胸部安裝式裝置。裝置800亦可採取未經組態以安裝至一身體之一裝置之形式。舉例而言，裝置800可採取一手持式裝置之形式，該手持式裝置經組態以藉由裝置800之一使用者或操作者或藉由一框或其他支撐結構而維持接近所關注之一生物環境(例如，一身體部分、一生物樣本容器、一水處理系統之一體積)。裝置 800亦可採取經組態以照明且偵測來自一試管內生物環境或某一其他環境(例如，一水處理程序內之一流體體積)之經發射光之一裝置之形式。裝置800可經組態為一顯微鏡、螢光顯微鏡、共焦顯微鏡、雙光子顯微鏡、多光子顯微鏡、全內反射螢光顯微鏡或某一其他實驗室設備或其等之部分。裝置800亦可採取其他形式。
特定言之，圖8展示一穿戴式裝置800之一實例，該穿戴式裝置800具有一資料收集系統810、一使用者介面820、用於傳輸資料至一遠端系統之通信介面830及(若干)處理器840。穿戴式裝置800之組件可安置於一安裝件上或用於將裝置安裝至其中表面下血管之一部分可容易觀察之一外部身體表面之某一其他結構上。
處理器840可係一通用處理器或一專用處理器(例如，數位信號處理器、特定應用積體電路等)。該一或多個處理器840可經組態以執行儲存於電腦可讀媒體860中且可執行以提供本文中描述之一裝置800之功能性之電腦可讀程式指令870。
電腦可讀媒體860可包含可由至少一處理器840讀取或存取之一或多個非暫時性電腦可讀儲存媒體或採取該一或多個非暫時性電腦可讀儲存媒體之形式。一或多個電腦可讀儲存媒體可包含可與一或多個處理器840之至少一者整體或部分整合之揮發性及/或非揮發性儲存組件，諸如光學、磁性、有機或其他記憶體或磁碟儲存器。在一些實施例中，可使用一單一實體裝置(例如，一光學、磁性、有機或其他記憶體或磁碟儲存單元)實施電腦可讀媒體860，而在其他實施例中，可使用兩個或兩個以上實體裝置實施電腦可讀媒體860。
資料收集系統810包含偵測器812及一光源814。如上文中所述，偵測器812可包含能夠偵測至少一生物參數(其可包含可與穿戴裝置或以其他方式由裝置分析之一人之健康相關之任何參數)之任何偵測器。舉例而言，偵測器812可經組態以量測血壓、脈搏率、皮膚溫度 等。在一些實例中，偵測器812可包含一光學(例如，CMOS、CCD、光電二極體)、聲學(例如，壓電、壓電陶瓷)、電化學(電壓、阻抗)、熱、機械(例如，壓力、應變)、磁性或電磁(例如，磁共振)感測器之一或多者。
偵測器812之至少一者係經組態以偵測由接近裝置之經官能化矽空位奈米鑽石中之矽空位缺陷發射之光之一或多個性質之一光感測器。光感測器可包含一或多個濾光器以阻擋除奈米鑽石中之矽空位中心之零聲子發射之譜線(約738奈米)以外之波長之光。在一些實例中，光感測器可包含實質上阻擋具有除約等於738奈米之波長以外之波長之光之一濾光器。在一些實例中，光感測器可包含經組態以實質上阻擋由光源814發射之光之一濾光器。
光感測器可經組態以感測光之偏振及/或僅偵測一指定偏振之光。舉例而言，光感測器可包含一線性偏振濾光器使得光感測器僅偵測具有與線性偏振濾光器之定向對準之一偏振之光。在一些實例中，偵測器812可包含經組態以偵測一第一偏振之光之一第一光感測器及經組態以偵測一第二偏振(其中第二偏振垂直於第一偏振)之光之一第二光感測器。第一偵測器及第二偵測器可用於藉由偵測由矽空位中心發射之光之偏振而判定奈米鑽石中之矽空位中心之一定向。
偵測器812可包含經組態以偵測並非由奈米鑽石中之矽空位中心發射之光之光感測器。光感測器可經組態以偵測由一螢光團、一奈米鑽石中之一色彩中心、一拉曼染料、一化學發光材料、一生物發光材料或一些其他發光物質發射之光之一或多個性質。舉例而言，光感測器可經組態以偵測由奈米鑽石中之氮空位中心發射之光之一或多個性質。預期偵測器812之其他組態及用途。
在一些實例中，資料收集系統810進一步包含用於傳輸可穿透含有經官能化之含矽空位中心之奈米鑽石之一生物環境(例如，裝置800 之一穿戴者之表面下血管之一內腔)之照明之一光源814。經傳輸照明可係導致藉由穿戴者之表面下血管之內腔中之經官能化矽空位奈米鑽石中之矽空位中心之光發射之任何類型之照明。在一些實例中，經傳輸照明可具有在大約500奈米與大約710奈米之間之一波長。更特定言之，經傳輸照明可具有大約532奈米或大約708奈米之一波長。在一些實例中，經傳輸照明可具有在大約1050奈米與大約1200奈米之間之一波長且可由矽空位中心或由某一其他光吸收物質透過雙光子吸收而吸收。可指定經傳輸照明之波長以穿透一穿戴者之生物組織；例如，經傳輸照明可具有在生物組織之近紅外(NIR)穿透率範圍之一者或兩者內之一波長。
光源814可經組態以產生導致藉由其他化學品、成像劑、生物元素或一穿戴者上或內之其他分析物之光發射之額外照明。舉例而言，光源814可經組態以產生導致藉由經官能化矽空位奈米鑽石或穿戴者之表面下血管之內腔中之其他奈米鑽石中之氮空位缺陷之光發射之照明。在一些實例中，光源814可經組態以發射具有相對於裝置800、一生物環境或穿戴者之器官及/或包含於偵測器812中一光感測器之一特定偏振之光。舉例而言，光源814可經組態以在一第一時間點發射一第一線性偏振之光且在一第二時間點發射垂直於第一偏振之一第二線性偏振之光。可使用偵測器812偵測藉由奈米鑽石中之矽空位中心回應於藉由光源814在第一時間點及第二時間點之照明而發射之光之一或多個性質。奈米鑽石及/或結合至奈米鑽石之分析物之一或多個性質可基於經發射光之經偵測一或多個性質而判定。預期光源814之其他組態及用途。
儲存於電腦可讀媒體860上之程式指令870可包含用以執行或促進本文中描述之一些或全部裝置功能性之指令。舉例而言，在經繪示之實施例中，程式指令870包含一控制器模組872、計算及決定模組 874及一警告模組876。
控制器模組872可包含用於操作資料收集系統810(例如，偵測器812及光源814)之指令。舉例而言，控制器872可在一組預設量測週期之各者期間操作光源814及/或偵測器812。特定言之，控制器模組872可包含用於操作光源814以發射照明至穿戴式裝置800之一穿戴者之一組織中且控制偵測器812以偵測由穿戴者之組織中之奈米鑽石中之矽空位中心發射之光之一或多個性質之指令。
控制器模組872亦可包含用於操作一使用者介面820之指令。舉例而言，控制器模組872可包含用於顯示由資料收集系統810收集且由計算及決定模組874分析之資料或用於顯示由警告模組876產生之一或多個警告之指令。此外，控制器模組872可包含用以基於藉由使用者介面820接受之輸入(諸如藉由安置於使用者介面上之一或多個按鈕接受之輸入)而執行特定功能之指令。
通信平台830亦可藉由可安置於裝置800上或裝置800中之控制器模組872內之指令(諸如用於經由一無線天線發送及/或接收資訊之指令)進行操作。通信介面830可視情況包含一或多個振盪器、混合器、頻率注入器等以調變及/或解調待藉由天線傳輸及/或接收之一載波頻率上之資訊。在一些實例中，裝置800經組態以藉由以可由一遠端伺服器或其他遠端計算裝置感知之一方式調變天線之一阻抗而指示來自處理器之一輸出。
計算及決定模組874可包含用於以下各者之指令：自資料收集系統810接收資料；分析該資料以判定是否存在或缺少一目標分析物，量化(若干)經量測之生理參數(諸如一目標分析物之濃度)；分析該資料以判定是否指示一醫療病況或關於接近裝置800之生物環境之其他分析程序。特定言之，計算及決定模組874可包含用於以下各者之指令：基於由穿戴者之表面下血管之內腔中之奈米鑽石中之矽空位中心 發射之光之一或多個性質針對各預設量測時間判定一臨床相關之分析物之存在、濃度及/或其他性質；及至少基於臨床相關之分析物之對應存在、濃度或其他性質而判定是否指示一醫療病況。可在一組預設量測時間之各者處執行此等指令。
在一些實例中，計算及決定模組874之程式指令可儲存於一電腦可讀媒體中且由位於裝置800外部之一處理器執行。舉例而言，裝置800可經組態以自穿戴者收集關於生理參數之特定資料且接著將資料傳輸至可包含一行動裝置、一個人電腦、雲端或任何其他遠端系統之一遠端伺服器用於進一步處理。
電腦可讀媒體860可進一步含有可用於判定是否指示一醫療病況之其他資料或資訊，諸如裝置800之一穿戴者之醫療及健康歷史。此外，電腦可讀媒體860可含有對應於特定分析物基線(高於或低於該等分析物基線，指示一醫療病況)之資料。基線可預先儲存於電腦可讀媒體860上，可自諸如一遠端伺服器之一遠端源傳輸或可由計算及決定模組874自身產生。計算及決定模組874可包含用於基於在特定數目個量測週期期間收集之資料而產生針對裝置800之穿戴者之個別基線之指令。舉例而言，計算及決定模組874可藉由平均化在若干天之過程期間量測之量測週期之各者處之分析物濃度而產生針對複數個量測週期之各者之一目標血液分析物之一基線濃度，且將該等基線濃度儲存於電腦可讀媒體860中用於隨後比較。基線亦可由一遠端伺服器產生且經由通信介面830傳輸至穿戴式裝置800。計算及決定模組874亦可在判定指示一醫療病況之後至少部分基於一臨床協定之諮詢而產生針對裝置800之穿戴者之一或多個建議。此等建議可替代地由遠端伺服器產生且傳輸至裝置800。
在一些實例中，經收集之生理參數資料、基線設定檔，由裝置穿戴者輸入之健康狀態資訊及經產生之建議及臨床協定可另外輸入至 一雲端網路且使其等可由穿戴者的醫師下載。亦可在雲端計算網路中對經收集資料(諸如生理參數資料及健康狀態資訊)執行趨勢及其他分析且使其等可由醫師或臨床醫師下載。
此外，來自裝置穿戴者之個體或群體之生理參數及健康狀態資料可由醫師或臨床醫師在監測一藥物或其他治療之療效中使用。舉例而言，可自參與一臨床研究之裝置穿戴者之一群體收集高密度即時資料以評估一開發藥物或療法之安全及療效。此資料亦可用於一個體等級以評估一特定穿戴者對一藥物或療法之回應。基於此資料，一醫師或臨床醫師可能夠定制一藥物治療以適合一個體之需要。
回應於指示一醫療病況之藉由計算及決定模組874之一判定，警告模組876可經由使用者介面820產生一警告。警告可包含一視覺分量(諸如顯示於一顯示器上之文字或圖形資訊)、一聽覺分量(例如，一警報聲)及/或觸覺分量(例如，一振動)。文字資訊可包含一或多個建議，諸如裝置之穿戴者接觸一醫療專業人員、尋求醫療照顧或投與一藥物治療之一建議。
IV.包含經官能化奈米鑽石粒子之闡釋性成像劑
在一些實例中，上述穿戴式裝置藉由偵測一成像劑(例如包含經摻雜奈米鑽石且經官能化以與一分析物選擇性地相互作用之微觀粒子或奈米粒子)之性質而獲得至少一些健康相關之資訊。經摻雜奈米鑽石可包含多種摻雜劑，包含充當「色彩中心」之摻雜劑。色彩中心包含可回應於摻雜劑之照明而發射光之摻雜劑。色彩中心可具有使其等可用於成像或於成像劑中使用之特定光學性質；例如，奈米鑽石中之色彩中心可具有窄光發射光譜。色彩中心摻雜劑可包含多種碳及非碳原子、多種晶體缺陷及原子與缺陷之組合。舉例而言，一奈米鑽石中之一色彩中心可包含帶負電荷之矽空位中心、帶正電荷之矽空位中心、多電荷之矽空位中心或中性矽空位中心。在本文中，片語「矽空 位奈米鑽石」用於係指包含至少一矽空位中心之一奈米鑽石。
可藉由附接經設計以選擇性地結合或以其他方式辨識一特定分析物之一生物受體而官能化奈米鑽石。舉例而言，可使用多種生物受體官能化奈米鑽石，該多種生物受體包含抗體、核酸(DNA、siRNA)、低分子量配位體(葉酸、硫胺素、二硫醇琥珀酸)、肽(RGD、LHRD、抗原胜肽、內化胜肽)、蛋白質(BSA、運鐵蛋白、抗體、凝集素、細胞激素、血纖維蛋白原、凝血酶)、多糖(玻尿酸、脫乙醯殼多糖、聚葡萄糖、寡糖、肝素)、多元不飽和脂肪酸(棕櫚酸、磷脂)、質體。生物受體(或生物受體之一組合)可經選取以導致奈米鑽石與包含生物受體之一目標之一分析物選擇性地相互作用。舉例而言，與蛋白質或由癌細胞表示之其他元素選擇性地相互作用之一生物受體可經選取以附接至奈米鑽石以實現經官能化奈米鑽石之使用以偵測癌細胞。經官能化奈米鑽石可藉由注射、攝食、吸入、經皮吸收或以某一其他方式引入至人的血流中。
奈米鑽石可藉由使用多種方法將生物受體附接至奈米鑽石而官能化。生物受體可藉由共價鍵、吸附、靜電吸引、範德華力或藉由某一其他機制而附接至奈米鑽石之表面。可處理或改變奈米鑽石之表面以促進生物受體之結合。在一些實例中，奈米鑽石之表面可經改變使得鑽石晶格以羧基封端。在一些實例中，可使用一強氧化酸處理奈米鑽石之表面。此外或替代地，一塗層或其他物質可含有奈米鑽石，經結合至奈米鑽石之表面或以其他方式附接至奈米鑽石使得生物受體可附接至該塗層或其他物質，使得生物受體間接附接至奈米鑽石。一個以上生物受體可附接至奈米鑽石。在一些實例中，相同或不同生物受體之錯合物可直接或間接附接至奈米鑽石使得奈米鑽石與一目標分析物更選擇性地相互作用。
分析物可係一臨床相關之分析物。一臨床相關之分析物可係當 存在於或不存在於血液中或以一特定濃度或濃度範圍存在時可指示一醫療病況或指示一醫療病況即將來臨之任何分析物。舉例而言，臨床相關之分析物可係酶、激素、蛋白質、細胞或其他生物元素。在一相關實例中，由細胞表示之特定蛋白質生物標誌被稱作預測細胞為一癌細胞。藉由提供使用將選擇性地結合至此等目標蛋白質生物標誌之一生物受體官能化之奈米鑽石。
一奈米鑽石中之色彩中心可包含矽空位中心。鑽石中之矽空位中心(SiV中心)可藉由具有以大約738奈米為中心之一窄頻帶之波長(小於15奈米半峰全寬)之光之發射而特性化。此發射可回應於具有在廣泛波長範圍(例如，自約500奈米至約710奈米)中之任何波長之照明而發生。在一些實例中，SiV中心可透過雙光子吸收而吸收光。舉例而言，SiV中心可吸收具有在大約1050奈米與大約1200奈米之間之波長之兩個光子且回應於兩個光子之吸收而發射光。奈米鑽石中之色彩中心可包含帶負電荷之矽空位中心、帶正電荷之矽空位中心、中性矽空位中心或多電荷之矽空位中心。具有不同電荷狀態之矽空位中心可具有不同各自光學性質。
圖9展示鑽石中之矽空位中心之一例示性發射光譜900。發射光譜900係基於由鑽石中之SiV中心回應於藉由具有532奈米之一波長之照明照明而發射之光之量測加以判定。發射光譜900繪示零聲子發射譜線910。零聲子發射譜線910具有約738奈米之一峰值波長及約10奈米之一半峰全寬。
個別SiV中心可優先吸收及/或發射相對於SiV中心之定向之特定偏振之光。舉例而言，與具有其他定向之偏振光相比，SiV中心可更有可能吸收平行於SiV中心之一軸而定向之偏振光。吸收之此偏振相依性可與波長相關；例如，吸收之一較佳軸之定向及/或吸收平行於吸收之該軸之偏振光之偏好程度可對於一第一波長(例如，600奈米) 具有一組值且對於一第二波長(例如，700奈米)具有一第二不同組值。類似地，與其他偏振之光相比，SiV中心可更有可能發射相對於SiV中心之一軸之一特定線性偏振之光。
一成像劑可包含個別包含單個SiV中心之奈米鑽石。此外或替代地，成像劑可包含個別包含具有一較佳定向之複數個SiV中心之奈米鑽石；即，個別奈米鑽石中之SiV中心之定向非均勻分佈，但代替性地經個別定向使得存在可偵測地不同於零之奈米鑽石中之SiV中心之一平均定向。可偵測及/或追蹤含有一單個SiV中心之奈米鑽石及/或含有具有一較佳定向之SiV中心之奈米鑽石之定向。舉例而言，用於照明含SiV中心之奈米鑽石之光之方向及/或偏振程度可經控制以實現含SiV中心之奈米鑽石之定向之偵測。此外或替代地，由含SiV中心之奈米鑽石發射之光之偏振可經偵測以實現定向偵測。
一成像劑可包含經官能化以與一生物環境中之各自分析物選擇性地相互作用之複數個類型之含色彩中心之奈米鑽石。舉例而言，一成像劑可包含經官能化以與一第一分析物選擇性地相互作用之一第一組含SiV中心之奈米鑽石及經官能化以與一第二分析物選擇性地相互作用之一第二組含SiV中心之奈米鑽石，其中第二組奈米鑽石之一個別奈米鑽石內之SiV中心具有一較佳定向。一個別奈米鑽石之識別可基於藉由第二組奈米鑽石之SiV中心之光之吸收及/或發射中之偏振特異性之一差異而判定。
一成像劑可另外包含含有除矽空位中心以外之色彩中心之奈米鑽石。舉例而言，一成像劑可包含含有氮空位中心之奈米鑽石。在一些實例中，在不同類型之含色彩中心之奈米鑽石中之色彩中心之光學性質之差異可實現經偵測含色彩中心之奈米鑽石之類型之識別(除其他性質外)之偵測。舉例而言，一成像劑可包含含有矽空位中心之一第一組奈米鑽石(矽空位奈米鑽石)及含有氮空位中心之一第二組奈米 鑽石(氮空位奈米鑽石)。氮空位中心與矽空位中心之間之光學性質之一差異(例如，發射光譜之一差異)可經偵測以判定一經偵測奈米鑽石是否係一矽空位奈米鑽石或一氮空位奈米鑽石。
在一些實例中，個別奈米鑽石可包含一個以上類型之色彩中心。舉例而言，一個別奈米鑽石可包含至少一SiV中心及至少一氮空位中心。在一些實例中，一成像劑可包含複數組奈米鑽石，各組奈米鑽石經官能化以與一生物環境中之一各自分析物選擇性地相互作用。各組奈米鑽石可包含具有色彩中心之濃度之一各自指定比率(例如，SiV中心之濃度對氮空位中心之濃度之一比率)之奈米鑽石。舉例而言，一成像劑可包含一第一組奈米鑽石，該第一組奈米鑽石經官能化以與一第一分析物選擇性地相互作用且包含SiV中心之濃度對氮空位中心之濃度之一第一比率。該成像劑可包含一第二組奈米鑽石，該第二組奈米鑽石經官能化以與一第二分析物選擇性地相互作用且包含SiV中心之濃度對氮空位中心之濃度之一第二比率，其中第二比率可偵測地不同於第一比率。比率之差異可經偵測以識別一經偵測奈米鑽石是否來自第一組或來自第二組。
包含經官能化摻雜奈米鑽石之成像劑粒子可額外包含其他元素。成像劑粒子可包含生物可降解或非生物可降解材料。舉例而言，粒子可包含聚苯乙烯。包含非生物可降解材料之粒子可具備一移除構件以防止身體中之有害累積。一般言之，粒子可經設計以具有一長半衰期使得其等保持於血管或體液中以使其等能夠用於在一延長時間週期內偵測分析物。然而，取決於粒子之壽命，可將新批次之成像劑粒子週期性地引入至生物環境中。
成像劑粒子可用於診斷程序中，或甚至用於銷毀一特定目標之療法(諸如，抗瘤療法或標靶化療)中。粒子可經設計以一旦結合至生物受體，便自身體移除或銷毀目標分析物。可將額外功能群組添加至 粒子以發信號通知：該等粒子(例如)一旦結合至目標分析物，便可透過腎自身體移除。
此外，粒子可經設計以可釋放或不可逆地結合至目標分析物。舉例而言，若期望粒子如上文所述般參與自身體毀壞或移除目標分析物，則粒子可經設計以不可逆地結合至目標分析物。在其他實例中，粒子可經設計以在做出量測之後自動地或回應於一外部或內部刺激而釋放目標分析物。
熟習此項技術者將在最廣泛意義上理解術語「粒子」且粒子可採取任何經製造材料之形式：分子、色氨酸、病毒、噬菌體等。此外，一粒子可具有任何形狀，例如，球、棒、非對稱形狀等，且可由固體、液體或氣態材料或其等之組合製成。粒子可具有小於約20微米之一直徑。在一些實施例中，粒子具有約10奈米至1微米之數量級之一直徑。在進一步實施例中，直徑為10奈米至100奈米之數量級之小粒子可經組裝以形成一較大「簇」或「1微米至10微米之數量級之總成」。在此配置中，總成將提供一較大粒子之信號強度但將係可變形的，藉此防止較小脈管及毛細血管中之堵塞。
奈米鑽石可由多種方法產生且可呈現多種形態。在一些實例中，藉由爆炸物之爆炸(爆炸奈米鑽石DND)而產生奈米鑽石。在此等實例中，可藉由在用於產生奈米鑽石之爆炸物之混合物內包含摻雜劑原子及前驅體化學品而在DND中產生摻雜劑。在一些實例中，透過化學氣相沈積(CVD)或物理氣相沈積(PVD)產生奈米鑽石且藉由控制CVD、PVD或用於產生奈米鑽石之其他程序之性質而控制奈米鑽石之摻雜劑或其他性質。此外或替代地，可在產生奈米鑽石之後(例如)藉由將奈米鑽石曝露至一離子束而將摻雜劑(包含摻雜劑原子、摻雜劑晶體缺陷及其他摻雜劑)添加至奈米鑽石。在一奈米鑽石中產生一所要摻雜劑或摻雜劑之群體可包含其他程序，例如在曝露至一離子束或 在某一其他程序之後進行一退火程序。預期製造摻雜、經官能化、含色彩中心之奈米鑽石之額外方法。
包含經官能化、含有摻雜劑之奈米鑽石之一成像劑可包含經官能化、含有摻雜劑之多晶奈米鑽石。即，奈米鑽石可包括複數個晶域。此外或替代地，成像劑可包含單晶官能化、摻雜奈米鑽石。在一些實例中，奈米鑽石可具有在大約5奈米與5微米之間之大小。舉例而言，一成像劑可包含具有大約35奈米之一平均大小之奈米鑽石。
術語「結合」應以其最廣泛意義進行理解以包含一成像劑粒子與一目標分析物之間之任何可偵測相互作用。舉例而言，一些粒子可使用化合物或分子(諸如螢光團或自體螢光、發光或化學發光標誌)官能化，該等化合物或分子在粒子結合至目標分析物而無一刺激之輸入時產生一回應信號。在其他實例中，經官能化粒子可回應於一外部刺激(諸如一電磁、聲學、光學或機械能量)而在其等之結合相對於非結合狀態中產生一不同回應信號。在一些實例中，粒子之結合可藉由粒子之移動之一改變而偵測。舉例而言，粒子之定向及/或位置可係可偵測，且粒子之旋轉及/或平移可受粒子之結合影響。舉例而言，非結合粒子可以一特定速率展現定向之改變，而結合粒子可歸因於結合分析物之慣性或其他性質而以一可偵測較低速率展現定向之改變。
此外，粒子可包含一順磁性或鐵磁性材料或使用一磁部分而官能化。粒子之磁性質可用於磁共振偵測方案中以增強偵測靈敏度。在另一實例中，一外部磁鐵可用於局部收集、定向或以其他方式選擇性地操縱一生物環境之一區域中之粒子。此收集可藉由使粒子之定向、位置或其他性質之調變與粒子之一經偵測性質(例如，一經發射光之振幅)關聯而增強用於偵測之信號及/或增加偵測之一信雜比。
V.用於偵測一生物環境中之矽空位奈米鑽石之闡釋性方法
圖10係用於操作一裝置以偵測一生物環境中之矽空位奈米鑽石 之存在、位置、定向、濃度或其他性質之一方法1000之一流程圖。生物環境中之各個矽空位奈米鑽石包含至少一矽空位中心(至少一SiV中心)且經官能化以與生物環境中之一分析物選擇性地相互作用。
方法1000包含將生物環境曝露至照明1010使得導致矽空位奈米鑽石中之SiV中心發射光。此可包含發射包含具有大約500奈米與710奈米之間之波長之光之照明，以透過單光子激發而激發SiV中心。此外或替代地，此可包含發射包含具有大約1050奈米與1200奈米之間之波長之光之照明，以透過雙光子激發而激發SiV中心。將生物環境曝露至照明1010可包含發射具有一指定線性、圓形或其他偏振之照明。此外，將生物環境曝露至照明1010可包含在不同時間點發射具有不同性質之照明。舉例而言，其可包含在一第一時間點發射具有一第一振幅、波長、偏振或其他性質之照明且在一第二時間點發射具有一第二振幅、波長、偏振或其他性質之照明。將生物環境曝露至照明1010可額外包含發射照明使得環境之某一其他元素據此回應而發射光。舉例而言，可發射照明使得生物環境中之奈米鑽石中之氮空位中心發射光。
方法1000額外包含偵測由SiV中心回應於照明而發射之光之一或多個性質1020。此可包含偵測照明之振幅、波長、偏振之程度、偏振之定向、位置或其他性質。其亦可包含在一個以上時間點偵測由SiV中心發射之光之一或多個性質。舉例而言，可在複數個時間點偵測由SiV中心回應於照明而發射之光之位置。接著，可使用經發射光之各自複數個經偵測位置以推斷生物環境中之SiV中心在複數個時間點之各自位置。
除將生物環境曝露至照明1010及偵測由SiV中心回應於照明而發射之光之一或多個性質1020之外，方法1000亦可包含額外步驟或元件。舉例而言，方法1000可包含將矽空位奈米鑽石引入至生物環境中 (例如：注射；攝食；經皮膚傳送或以其他方式將矽空位奈米鑽石引入至一人類之血管之一內腔中；將奈米鑽石施加至一試管內或其他非人類生物環境中；或其他方法)。方法1000可包含基於由SiV中心發射之光之經偵測一或多個性質判定矽空位奈米鑽石之一或多個性質。舉例而言，方法1000可包含基於由SiV中心發射之光之位置判定一矽空位奈米鑽石之位置。方法1000可進一步包含基於(若干)矽空位奈米鑽石之經判定一或多個性質判定分析物之一或多個性質。舉例而言，可使用一或多個矽空位奈米鑽石之經判定位置、定向或其他性質以判定分析物之一或多個例項之位置。預期方法1000之其他額外及/或替代元件。
方法1000可包含照明除矽空位奈米鑽石以外之螢光劑及偵測由除矽空位奈米鑽石以外之螢光劑回應於照明而發射之光。舉例而言，方法1000可包含照明氮空位奈米鑽石中之氮空位中心及偵測由氮空位中心回應於照明而發射之光之至少一性質。在一些實例中，方法1000之矽空位奈米鑽石除了包含SiV中心之外亦可包含其他色彩中心，如氮空位中心。預期其他額外螢光劑及/或與額外螢光劑相關之步驟。
在一些實例中，在上文中關於方法1000描述之生物環境可係人體中之血管之一部分。舉例而言，生物環境可係經組態以實施且執行方法1000之元件之一裝置之一穿戴著之表面下血管之一內腔。在一些實例中，生物環境中之分析物可係一細胞。舉例而言，生物環境可係一人類組織，且分析物可係一癌細胞。矽空位奈米鑽石可經官能化以藉由附接至選擇性地接受癌細胞之一或多個元素(例如，一跨膜蛋白質)之一生物受體而與癌細胞選擇性地相互作用。預期生物環境、分析物、奈米鑽石官能化之組態及其他元素之其他實例。
圖11A至圖11B、圖12、圖13及圖14係繪示一手腕安裝式裝置之多種實例之操作之一人類手腕之部分橫截面側視圖。在圖11A及圖 11B中展示之實例中，手腕安裝式裝置1100包含安裝於一條帶或腕帶1120上且定向於穿戴者的手腕之前側1190上之一量測平台1110。量測平台1110定位於其中表面下血管1130可容易觀察之手腕之一部分上方。已藉由上文中論述之構件之一者將含經官能化SiV中心之經官能化奈米鑽石1140引入至表面下血管之一內腔中。在此實例中，量測平台1110包含具有一光感測器1150及一光源1160兩者之一資料收集系統。圖11A繪示當手腕安裝式裝置1100處於非作用時表面下血管1130之狀態。在圖11B中繪示在偵測期間表面下血管1130之狀態。此時，光源1160正將照明1162傳輸至表面下血管之部分中且光感測器1150正偵測由經官能化奈米鑽石1140中之SiV中心回應於照明1162而發射之一經發射光1152之一或多個性質。經發射光1152可具有與經官能化奈米鑽石1140之一或多個性質相關之一或多個性質。經官能化奈米鑽石1140之一或多個性質可與表面下血管1130中之一分析物之一或多個性質相關。
手腕安裝式裝置1100可經組態以基於經發射光1152之經偵測一或多個性質判定經官能化奈米鑽石1140之一或多個性質。此外或替代地，手腕安裝式裝置1100可經組態以將關於經發射光1152之經偵測一或多個性質之資訊傳達至另一系統，且另一系統可經組態以基於經傳達資訊而判定經官能化奈米鑽石1140之一或多個性質。舉例而言，可基於經發射光1152之位置判定表面下血管1130中之經官能化奈米鑽石1140之位置(例如，光感測器1150可包含光感測像素之一柵格，且可藉由計算在光源1160傳輸照明1162時之一週期期間光感測器1150之主動像素之一質心而判定一個別經官能化奈米鑽石1140之位置)。
手腕安裝式裝置1100可經組態以基於經官能化奈米鑽石1140之經判定一或多個性質而判定表面下血管1130中之分析物之一或多個性質。此外或替代地，手腕安裝式裝置1100可經組態以將關於經官能化 奈米鑽石1140之經判定一或多個性質之資訊傳達至另一系統，且另一系統可經組態以基於經傳達資訊而判定分析物之一或多個性質。舉例而言，可基於一或多個經官能化奈米鑽石1140隨時間判定之(若干)位置而判定表面下血管1130中之分析物(例如，一單個癌細胞)之一個別例項之位置。可使用一個以上經官能化奈米鑽石1140之位置隨時間之一相關性以判定一個以上經官能化奈米鑽石1140結合至分析物之個別例項且分析物之個別例項之位置接近一個以上經官能化奈米鑽石1140之經判定位置。
類似於圖11A及圖11B中描繪之系統，圖12繪示一手腕安裝式裝置1200，其包含安裝於一條帶或腕帶1220上且定向於穿戴者的手腕之前側1290上之一量測平台1210。在此實例中，量測平台1210包含具有一光感測器1250及一光源1260之一資料收集系統。表面下血管1230包含經組態以與表面下血管1230中之一分析物選擇性地相互作用之經官能化矽空位奈米鑽石1240。經官能化矽空位奈米鑽石1240中之各個別奈米鑽石包含至少一矽空位中心(SiV中心)，且一個別矽空位奈米鑽石中之(若干)SiV中心具有一較佳定向(在本文中稱為「可定向SiV奈米鑽石」)。在圖12中繪示在偵測期間量測裝置1200處於作用中時表面下血管1230之狀態。此時，光源1260正傳輸照明1262至表面下血管1230之部分中且光感測器1250正偵測由經官能化矽空位奈米鑽石1240之各自個別可定向SiV奈米鑽石1240a、1240b、1240c中之SiV中心回應於照明1262發射之經發射光1252a、1252b、1252c之一或多個性質。經發射光1252a、1252b、1252c可具有與各自個別可定向SiV奈米鑽石1240a、1240b、1240c之一或多個性質相關之一或多個性質。個別可定向SiV奈米鑽石1240a、1240b、1240c之一或多個性質可與表面下血管1230中之各自分析物之一或多個性質相關。
具有一較佳定向之一個別矽空位奈米鑽石中之(若干)SiV中心(一 可定向SiV奈米鑽石)包含一個別奈米鑽石中之一或多個SiV中心之一組態使得由SiV中心發射之光至少部分經偏振。鑽石中之一個別SiV中心可回應於照明而發射具有相對於個別SiV中心之定向之一特定定向之偏振光。由鑽石中之一個別SiV中心發射之光之振幅及/或偏振之定向亦可與照明個別SiV中心之光之偏振及/或偏振之定向相關。因此，含有一單個SiV中心之一個別奈米鑽石具有一較佳定向。含有一個以上SiV中心之個別奈米鑽石可取決於個別奈米鑽石內之個別SiV中心之定向而具有一較佳定向。在圖12中例示性個別可定向SiV奈米鑽石1240a、1240b、1240c之較佳定向係藉由用於繪示表面下血管1230中之個別奈米鑽石之橢圓之定向加以繪示。因此，個別可定向SiV奈米鑽石1240a具有相對於手腕安裝式裝置1200之一垂直較佳定向，個別可定向SiV奈米鑽石1240b具有相對於手腕安裝式裝置1200之一水平定向，且個別可定向SiV奈米鑽石1240c具有相對於手腕安裝式裝置1200之一傾斜定向。
使用經官能化可定向SiV奈米鑽石可容許相對於含有不具有一較佳定向之SiV中心之經官能化矽空位奈米鑽石之增加對比成像。舉例而言，可假設穿戴著之背景組織(例如，表面下血管之壁)回應於由光源1260照明而發射實質上非偏振光。光感測器1250可經組態以偵測由穿戴著之組織及經官能化奈米鑽石1240發射之光之偏振，且可假設實質上偏振之經偵測光與經官能化奈米鑽石1240之一個別可定向SiV奈米鑽石相關聯。此外或替代地，光源1260可在各自時間點發射具有不同偏振或其他性質之照明1262，且可在各自時間點藉由光感測器1152偵測由經官能化奈米鑽石1240發射之光之一或多個性質。經發射光之經偵測一或多個性質可在各自時間點中之不同點之間改變，且可基於在各自時間點經發射光之經偵測一或多個性質而判定個別經官能化可定向SiV奈米鑽石之一或多個性質。
手腕安裝式裝置1200可經操作以判定個別經官能化可定向SiV奈米鑽石之定向。在一些實例中，光感測器1250可經組態以偵測由經官能化奈米鑽石1240中之SiV中心回應於藉由光源1260之照明而發射之光之偏振。經偵測偏振可用於推斷及/或判定個別經官能化可定向SiV奈米鑽石(例如，1240a、1240b、1240c)之定向。在一些實例中，光源1260可在各自時間點傳輸具有不同指定偏振或其他性質之照明1262，且可在各自時間點藉由光感測器1250偵測由經官能化奈米鑽石1240發射之光之一或多個性質。經發射光之經偵測一或多個性質可在各自時間點中之不同點之間改變，且可基於在各自時間點經發射光之經偵測一或多個性質及經傳輸照明1262之指定偏振或其他性質而判定個別經官能化可定向SiV奈米鑽石之定向。
可基於由光源1260發射之照明之一指定偏振及/或由個別經官能化可定向SiV奈米鑽石中之SiV中心發射之光之一或多個性質判定一或多個個別經官能化可定向SiV奈米鑽石至一分析物之結合。在一些實例中，前述資訊可用於判定個別經官能化可定向SiV奈米鑽石之定向及/或相對定向。歸因於一未結合奈米鑽石與結合至分析物之一奈米鑽石之行為之間之一可偵測差異(依據定向及/或相對定向隨時間之改變)，可使用一個別經官能化可定向SiV奈米鑽石隨時間之定向以推斷奈米鑽石經結合。舉例而言，可假設一個別奈米鑽石及結合至分析物之一個別奈米鑽石根據具有對於未結合奈米鑽石及結合奈米鑽石/分析物錯合物而不同之一或多個參數(例如，一流體力學體積、一鬆弛時間、一靜電半徑或某一其他參數或變量)之一統計模型改變定向。預期使用類似於手腕可安裝裝置1200之手腕可安裝裝置或使用某一其他裝置判定一個別經官能化可定向SiV奈米鑽石是否結合至一分析物之其他方法。
圖13繪示其中表面下血管1330中之奈米鑽石包含經組態以分別 與第一分析物及第二分析物選擇性地相互作用之第一經官能化奈米鑽石1340a及第二經官能化奈米鑽石1340b之一實例。第一經官能化奈米鑽石1340a係各含有至少一矽空位中心(SiV中心)之矽空位奈米鑽石且第二經官能化奈米鑽石1340b係各含有至少一氮空位中心之一氮空位奈米鑽石。圖13額外繪示一手腕安裝式裝置1300，其包含安裝於一條帶或腕帶1320上且定向於穿戴者的手腕之前側1390上之一量測平台1310。在此實例中，量測平台1310包含具有一光感測器1350及一光源1360之一資料收集系統。
在圖13中繪示雜偵測期間量測裝置1300處於作用中時表面下血管1330之狀態。此時，光源1360正傳輸照明1362至表面下血管1330之部分中且光感測器1350正偵測由各自第一及第二經官能化奈米鑽石1340a、1340b之各自個別經官能化奈米鑽石1342a、1342b之色彩中心回應於照明1362而發射之經發射光1352a、1352b之一或多個性質。經發射光1352a、1352b可具有與各自經官能化奈米鑽石1340a、1340b之一或多個性質相關之一或多個性質。經官能化奈米鑽石1340a、1340b之一或多個性質可與表面下血管1330中之各自分析物之一或多個性質相關。
經傳輸照明1362可係使得鑽石中之氮空位中心(除SiV中心之外)發射光。此外或替代地，光源1360可經組態以產生可導致鑽石中之氮空位中心發射光之額外照明。光感測器1350可經組態以偵測由鑽石中之氮空位中心發射之光之一或多個性質。預期使用光源1360及光感測器1350與其他螢光團及/或色彩中心相互作用之手腕安裝式裝置1300之其他實例。其他螢光團及/或色彩中心包含(但不限於)螢光蛋白質、拉曼染料、鑽石中之點缺陷、鑽石中之線缺陷、鑽石中之空位、鑽石中之非碳原子、鑽石中之空位及非碳原子之組合、除鑽石以外之晶體中之缺陷及/或摻雜劑原子及工程化導電及/或非導電奈米結構。
可基於由個別奈米鑽石發射且使用光感測器1350偵測之光之一或多個性質而判定表面下血管1330中之一個別奈米鑽石是否係一矽空位奈米鑽石1340a或一氮空位奈米鑽石1340b。在一些實例中，可偵測由一個別奈米鑽石發射之光之一發射光譜且可使用經偵測之發射光譜以判定個別奈米鑽石是否係一矽空位奈米鑽石1340a或一氮空位奈米鑽石1340b(例如，藉由判定經偵測發射光譜中之一特性發射峰值對應於鑽石中之SiV中心之一發射峰值而非鑽石中之氮空位中心之一發射峰值)。
可使用經偵測之發射光之其他性質(包含(但不限於)偏振、振幅、波長、一指定(若干)波長處之(若干)振幅、一指定(若干)波長處之(若干)偏振或其他性質)以判定個別奈米鑽石係一矽空位奈米鑽石1340a或一氮空位奈米鑽石1340b。此外或替代地，由光源1360傳輸之照明1362之一或多個性質可經控制以實現表面下血管中之個別奈米鑽石係矽空位奈米鑽石1340a或氮空位奈米鑽石1340b之判定。
一或多個個別奈米鑽石係一矽空位奈米鑽石1340a或一氮空位奈米鑽石1340b之判定可用於判定表面下血管1330中之一或多個分析物之一或多個性質。舉例而言，可基於表面下血管1330中之接近個別奈米鑽石之相關判定位置判定表面下血管中之一分析物之位置；可基於接近個別奈米鑽石分別係矽空位奈米鑽石1340a或氮空位奈米鑽石1340b之判定而判定作為第一分析物或第二分析物之一例項之分析物之識別。
圖14繪示其中表面下血管1430中之奈米鑽石包含含有色彩中心且經組態以分別與第一分析物及第二分析物選擇性地相互作用之第一經官能化奈米鑽石1440a、第二經官能化奈米鑽石1440b及第三經官能化奈米鑽石1440c之一實例。第一經官能化奈米鑽石1440a、第二經官能化奈米鑽石1440b及第三經官能化奈米鑽石1440c之至少一者包含 SiV中心。第一經官能化奈米鑽石1440a、第二經官能化奈米鑽石1440b及第三經官能化奈米鑽石1440c之各者具有矽空位中心(SiV中心)及氮空位中心之指定各自濃度，使得第一經官能化奈米鑽石1440a、第二經官能化奈米鑽石1440b及第三經官能化奈米鑽石1440c之各者具有SiV中心之濃度對氮空位中心之濃度之一各自獨有比率。圖14額外繪示一手腕安裝式裝置1400，其包含安裝於一條帶或腕帶1420上且定向於穿戴者的手腕之前側1490上之一量測平台1410。在此實例中，量測平台1410包含具有一光感測器1450及一光源1460之一資料收集系統。
在圖14中繪示在偵測期間量測裝置1400處於作用中時表面下血管1430之狀態。此時，光源1460正傳輸照明1462至表面下血管1430之部分中且光感測器1450正偵測由各自第一、第二及第三經官能化奈米鑽石1440a、1440b、1440c之各自個別經官能化奈米鑽石1442a、1442b、1442c之色彩中心回應於照明1462而發射之經發射光1452a、1452b、1452c之一或多個性質。經發射光1452a、1452b、1452c可具有與各自經官能化奈米鑽石1440a、1440b、1440c之一或多個性質相關之一或多個性質。經官能化奈米鑽石1440a、1440b、1440c之一或多個性質可與表面下血管1430中之各自分析物之一或多個性質相關。
經傳輸照明1462可係使得鑽石中之氮空位中心(除SiV中心之外)發射光。此外或替代地，光源1460可經組態以產生可導致鑽石中之氮空位中心發射光之額外照明。光感測器1450可經組態以偵測由鑽石中之氮空位中心發射之光之一或多個性質。預期使用光源1460及光感測器1450與其他螢光團及/或色彩中心相互作用之手腕安裝式裝置1400之其他實例。其他螢光團及/或色彩中心包含(但不限於)螢光蛋白質、拉曼染料、鑽石中之點缺陷、鑽石中之線缺陷、鑽石中之空位、鑽石中之非碳原子、鑽石中之空位及非碳原子之組合、除了鑽石以外之晶 體中之缺陷及/或摻雜劑原子及工程化之導電及/或非導電奈米結構。
基於由個別奈米鑽石發射且使用光感測器1450偵測之光之一或多個性質可判定表面下血管1430中之一個別奈米鑽石係第一奈米鑽石1440a、第二奈米鑽石1440b或第三奈米鑽石1440c之一者。在一些實例中，可偵測由一個別奈米鑽石發射之光之一發射光譜且可使用經偵測之發射光譜以判定個別奈米鑽石中SiV中心之濃度對氮空位中心之濃度之比率(例如，藉由基於兩個不同波長(例如，鑽石中之SiV中心之一峰值發射波長及鑽石中之氮空位中心之一峰值發射波長)之發射光之振幅而執行一計算)。接著，可使用個別奈米鑽石中SiV中心之濃度對氮空位中心之濃度之經判定比率以判定個別奈米鑽石係第一奈米鑽石1440a、第二奈米鑽石1440b或第三奈米鑽石1440c之一者。
經偵測之發射光之其他性質(包含(但不限於)偏振、振幅、波長、一指定(若干)波長之(若干)振幅、一指定(若干)波長之(若干)偏振或其他性質)可用於判定個別奈米鑽石係第一奈米鑽石1440a、第二奈米鑽石1440b或第三奈米鑽石1440c之一者。此外或替代地，由光源1460傳輸之照明1462之一或多個性質可經控制以實現表面下血管中之個別奈米鑽石係來自該組第一奈米鑽石1440a、第二奈米鑽石1440b或第三奈米鑽石1440c之判定。
一或多個個別奈米鑽石係第一奈米鑽石1440a、第二奈米鑽石1440b、第三奈米鑽石1440c之一者之判定可用於判定表面下血管1430中之一或多個分析物之一或多個性質。舉例而言，可基於表面下血管中之接近個別奈米鑽石之相關經判定位置而判定表面下血管1430中之一分析物之位置；可基於接近個別奈米鑽石分別係第一奈米鑽石1440a、第二奈米鑽石1440b或第三奈米鑽石1440c之一者之判定而判定作為第一分析物、第二分析物或第三分析物之一例項之分析物之識別。此外或替代地，第一分析物、第二分析物及第三分析物之一或多 者可係所關注之一分析物之分量，例如，所關注之分析物可係一癌細胞且第一分析物、第二分析物及第三分析物可係癌細胞之表面上之獨有標誌。可基於關於第一分析物、第二分析物及第三分析物之經判定資訊而判定所關注之分析物之一或多個性質。
注意，存在於表面下血管1430中之若干組經官能化奈米鑽石可包含多於或少於圖14之實例中繪示之三個經官能化奈米鑽石類型1440a、1440b、1440c。表面下血管1430中之奈米鑽石之子集可與不同或類似分析物或分析物之分部選擇性地相互作用。經官能化奈米鑽石之子集可與其他經官能化奈米鑽石、經官能化奈米鑽石之分部或存在於表面下血管1430中之其他成像劑選擇性地相互作用。預期一生物環境(例如，表面下血管)中之經官能化奈米鑽石之其他組態及/或用途。
注意，經官能化奈米鑽石可包含具有一較佳定向之至少一SiV中心及額外非SiV色彩中心。舉例而言，經官能化奈米鑽石可包含至少一SiV中心及至少一氮空位中心，且至少一SiV中心可具有一較佳定向。此外，其他色彩中心自身可具有一較佳定向，且其他色彩中心之較佳定向可平行於SiV中心之較佳定向或可與SiV色彩中心之較佳定向具有一些其他關係。一成像劑可包含複數個類型之經官能化奈米鑽石，其中各類型之經官能化奈米鑽石具有SiV中心及其他色彩中心之類似濃度，但其中在各類型之經官能化奈米鑽石中SiV中心之一較佳定向與其他色彩中心之一較佳定向之間之一關係係獨有的且能夠經偵測以識別一個別奈米鑽石屬於哪組經官能化奈米鑽石。預期經官能化奈米鑽石之其他組態及用途。
圖11、圖12、圖13及圖14繪示由光源(1160、1260、1360、1460)傳輸之經傳輸照明(1162、1262、1362、1462)及由光感測器(1150、1250、1350、1450)偵測之經發射光(1152、1252a、1252b、1252c、 1352a、1352b、1452a、1452b、1452c)(經傳輸照明與經發射光不重疊)之路徑。然而，在一些例項中，光源(1160、1260、1360、1460)及光感測器(1150、1250、1350、1450)可朝向彼此傾斜使得其等自表面下血管之本質上相同區域照明且感測。預期光源、光感測器、光路徑及其他元件之其他組態。此外，預期可包含一個以上光源或光感測器以實現本文中揭示之實施例及方法。
結論
其中例示性實施例涉及與人或人之裝置相關之資訊，該等實施例應理解為包含隱私控制。此等隱私控制至少包含裝置識別符之匿名化、透明度及使用者控制，包含將使使用者能夠修改或刪除關於使用者對一產品之使用之資訊之功能性。
此外，在本文中論述之實施例收集關於使用者之個人資訊或可使用個人資訊之境況中，使用者可具備一機會以控制程式或特徵是否收集使用者資訊(例如，關於一使用者的醫療歷史、社交網路、社會行動或活動、職業、一使用者的偏好或一使用者的當前位置之資訊)，或控制是否或如何自可與使用者更相關之內容伺服器接收內容。此外，特定資料可在其被儲存或使用之前以一或多個方式進行處理，使得移除個人可識別資訊。舉例而言，一使用者的身份可經處理使得不可針對使用者判定個人可識別資訊或一使用者的地理位置可在獲得位置資訊之處一般化(諸如為一城市、ZIP碼或州級資料)，使得無法判定一使用者之一特定位置。因此，使用者可控制如何收集關於使用者之資訊及如何由一內容伺服器使用該資訊。
該等圖中展示之特定配置不應被視為限制。應瞭解，其他實施例可包含一給定圖中展示之各元件之更多或更少個元件。此外，可組合或省略經繪示元件之一些元件。又此外，一例示性實施例可包含未繪示於該等圖中之元件。
此外，雖然在本文中已揭示多種態樣及實施例，但熟習此項技術者將明白其他態樣及實施例。本文中揭示之多種態樣及實施例係為了圖解之目的且非旨在限制性，其中由以下申請專利範圍指示真實範疇及精神。可利用其他實施例且可做出其他改變而不脫離本文中呈現之標的之精神或範疇。將容易瞭解，可以廣泛多種不同組態配置、取代、組合、分離且設計本文中大體上描述且在圖中繪示之本發明之態樣，在本文中預期全部該等態樣。

Claims (20)

  1. 一種偵測方法，其包含：將一環境曝露至來自一光源之照明，其中該照明包含具有介於1050奈米及1200奈米之間一波長之激發光，其中該環境包含矽空位奈米鑽石，其中該等矽空位奈米鑽石之各者具有至少一矽空位中心且經官能化以與該環境中之一分析物選擇性地相互作用，且其中該激發光由該等矽空位中心透過雙光子吸收而被吸收並導致該等矽空位中心發射以波長大約738奈米為中心且具有小於15奈米半峰全寬之一頻帶中之光；及由一光感測器偵測由該等矽空位中心回應於該激發光而發射之該光之一或多個性質。
  2. 如請求項1之方法，其中該環境係一生物環境。
  3. 如請求項2之方法，其中該生物環境係表面下血管之一部分。
  4. 如請求項3之方法，其中該分析物係一細胞。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括將該等矽空位奈米鑽石引入至該環境中。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括：基於由該等矽空位中心發射之該光之該經偵測一或多個性質判定該環境中之該等矽空位奈米鑽石之一或多個性質；及基於該等矽空位奈米鑽石之該經判定一或多個性質判定該分析物之一性質。
  7. 如請求項1之方法，其中該等矽空位中心具有一較佳定向，其中偵測由該等矽空位中心發射之該光之一或多個性質包括偵測該發射光之一偏振，其進一步包括：至少基於該發射光之該經偵測一或多個性質而偵測一矽空位 奈米鑽石至該分析物之結合。
  8. 如請求項1之方法，其中該等矽空位中心具有一較佳定向，其中該照明具有一指定偏振，其進一步包括：至少基於該指定偏振及該發射光之該經偵測一或多個性質而偵測一矽空位奈米鑽石至該分析物之結合。
  9. 如請求項1之方法，其中該環境進一步包含氮空位奈米鑽石，且其中該等氮空位奈米鑽石之各者具有至少一氮空位中心且經官能化以與該環境中之一第二分析物選擇性地相互作用，其進一步包括：將該環境曝露至額外照明，且其中該額外照明導致該等氮空位中心發射光；偵測由該等氮空位中心回應於該額外照明而發射之該光之一或多個性質；及至少基於由該等矽空位中心發射之該光之該經偵測一或多個性質及由該等氮空位中心發射之該光之該經偵測一或多個性質而判定該環境中之一奈米鑽石是否係一矽空位奈米鑽石或一氮空位奈米鑽石。
  10. 如請求項9之方法，其中該等矽空位奈米鑽石之各者具有至少一氮空位中心，其中該等矽空位奈米鑽石中之矽空位中心之濃度對氮空位中心之濃度之比率係一第一比率，其中該等氮空位奈米鑽石之各者具有至少一矽空位中心，其中該等氮空位奈米鑽石中之矽空位中心之該濃度對氮空位中心之該濃度之該比率係一第二比率，其中該第一比率與該第二比率不同。
  11. 如請求項1之方法，其中該光源係在一穿戴式裝置內。
  12. 如請求項1之方法，其中該光感測器係在一穿戴式裝置內。
  13. 一種偵測裝置，其包括： 一光源，其可將具有介於1050奈米及1200奈米之間一波長之激發光導入一環境中，該環境包含矽空位奈米鑽石，其中各矽空位奈米鑽石具有至少一矽空位中心且經官能化以與該環境中之一分析物選擇性地相互作用，且其中激發光由該等矽空位中心透過雙光子吸收而被吸收並導致該等矽空位中心發射以波長大約738奈米為中心且具有小於15奈米半峰全寬之一頻帶中之光；及一光感測器，其可偵測由該等矽空位中心回應於該激發光而發射之該光之一或多個性質。
  14. 如請求項13之裝置，其中該環境係一生物環境。
  15. 如請求項14之裝置，其中該生物環境係表面下血管之一部分。
  16. 如請求項15之裝置，其進一步包括：一外殼，其中該光源及該光感測器安置於該外殼中；及一安裝件，其用於將該外殼安裝至接近表面下血管之該部分之一外部身體表面使得該光源可照明表面下血管之該部分中之該等矽空位奈米鑽石且該光感測器可偵測由該等矽空位中心發射之該光之該一或多個性質。
  17. 如請求項13之裝置，其包含：一處理器；一儲存程式指令之電腦可讀取媒體，其中該等程式指令可由該處理器執行以執行複數個功能，包含：操作該光源以照明該環境；操作該光感測器以偵測由該等矽空位中心發射之光之該一或多個性質；基於該經發射光之該經偵測一或多個性質而判定該環境中之該等矽空位奈米鑽石之一或多個性質；及 基於該等矽空位奈米鑽石之該經判定一或多個性質而判定該分析物之一性質。
  18. 如請求項17之裝置，其中該等矽空位中心具有一較佳定向，其中操作該光感測器以偵測由該等矽空位中心發射之該光之一或多個性質包括操作該光感測器以偵測該發射光之一偏振。
  19. 如請求項17之裝置，其中該環境進一步包含氮空位奈米鑽石，且其中該等氮空位奈米鑽石之各者具有至少一氮空位中心且經官能化以與該環境中之一第二分析物選擇性地相互作用，其中該等功能進一步包含：操作該光源以將該環境曝露至額外照明，且其中該額外照明導致該等氮空位中心發射光；操作該光感測器以偵測由該等氮空位中心回應於該額外照明而發射之該光之一或多個性質；及至少基於由該等矽空位中心發射之該光之該經偵測一或多個性質及由該等氮空位中心發射之該光之該經偵測一或多個性質而判定該環境中之一奈米鑽石是否係一矽空位奈米鑽石或一氮空位奈米鑽石。
  20. 如請求項19之裝置，其中該等矽空位奈米鑽石之各者具有至少一氮空位中心，其中該等矽空位奈米鑽石中之矽空位中心之濃度對氮空位中心之濃度之比率係一第一比率，其中該等氮空位奈米鑽石之各者具有至少一矽空位中心，其中該等氮空位奈米鑽石中之矽空位中心之該濃度對氮空位中心之該濃度之該比率係一第二比率，其中該第一比率與該第二比率不同。
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Tobias D.Merson, et al. "Nanodiamonds with silicon vacancy defects for non-toxic photostable fluorescent labeling of neural precursor cells", Optics letters, 2013 *
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