TWI718504B - 氣敏式紋身貼紙 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種氣敏式紋身貼紙，包括堆疊設置的黏性層、反應呈色層、以及化學反應層。化學反應層包括得以與待測氣體反應而產生化學變化的反應區；反應呈色層則包括對應設置的呈色面及與反應區接觸的反應面，並包括呈色指示劑以對應反應面的化學變化產生呈色反應；黏性層則設置在反應呈色層或化學反應層一側以提供貼附性，藉此，完成一種輕薄方便的氣敏式紋身貼紙，當將其進氣面朝外地貼附在物體之上，可感測周圍環境的氣體變化；而當將其進氣面朝內地貼附在物體之上，可感測物體本身的味道，作為如疾病監測之工具。

Description

氣敏式紋身貼紙
本發明關於一種貼紙，尤指一種用於氣體感測且結構輕薄方便的氣敏式紋身貼紙。
近年來已有越來越多的研究顯示，人體的狀況可以透過氣體代謝探知，譬如在糖尿病患者呼出的氣體中可偵測到丙酮，因此，如果能即時記錄這些資訊，使用者就能夠即時地知道自己的狀況。
相關技術，譬如中國發明專利公開號CN108597621A，揭示一種基於中醫理論的健康狀態監控裝置、系統及方法，其中就提到可經由氣味掃描儀獲取監控用戶的氣味信息，並再結合其他如面部圖像數據、舌質圖像數據、聲音信息、脈搏波數據等等，在成本低且不需要中醫人員全程參與的情況下即可實現對使用者的健康狀態監控。
然而諸如上述前案所述的氣味掃描儀在內的氣體感測裝置不僅體積大，也需要有電力的供應方可正常運作，不僅干擾使用者的生活起居、操作不易，也不容易達到隨時隨地監控的效果，所能應用的範圍也相對地受到限制。
本發明的目的在於解決習知氣體感測裝置的體積龐大且須仰賴電力持續供應方能運作的缺點。
本發明的另一目的在於提供一種輕薄且方便使用的氣敏式裝置。
為達上述目的，本發明提供一種氣敏式紋身貼紙，包括堆疊設置的一黏性層、一反應呈色層、以及一化學反應層，其中：該化學反應層包括至少一得以與一待測氣體反應而產生一化學變化的反應區，並令該化學反應層靠近該待測氣體之一側為一進氣面；該反應呈色層包括對應設置的一呈色面以及一反應面，使該反應面接觸該化學反應層的該反應區；該反應呈色層包括有一呈色指示劑以對應該反應面的該化學變化產生一呈色反應；以及該黏性層具有一大於或等於該反應呈色層以及該化學反應層的面積，且該黏性層設置於該反應呈色層的該呈色面、或者該化學反應層遠離該反應呈色層之一側。
據此，本發明的氣敏式紋身貼紙相較於習知的氣體感測裝置而言，至少具有以下優點：
(1)本發明的氣敏式紋身貼紙可透過設置在化學反應層上的反應區與待測氣體發生反應，進而發生化學變化，上述的化學變化經過反應呈色層的呈色指示劑反應即可呈現出不同的顏色，使用者可透過直接以肉眼觀察顏色變化、或者搭配既有的資料庫並對顏色變化分析判讀的方式獲得檢測結果，使用上更為簡易。
(2)當將該氣敏式紋身貼紙的進氣面朝外地貼附在物體之上時，可感測周圍環境的氣體變化；而當將其進氣面朝內地貼附在物體之上，可感測物體本身的味道，相對於習知技術，本發明的氣敏式紋身貼紙在應用性方面相對的廣泛。舉例來說，可貼附在行動不便的患者的大腿或鼠蹊部位 來感測尿意感；在有潛在毒性氣體環境下工作時，可貼附在手臂或手背上以提醒使用者注意周圍環境的變化；又根據文獻記載，如糖尿病患者呼出氣體帶有較高含量的丙酮、腎臟疾病患者呼吸時帶有較高含量的氨等情況，可進行長時間或短時間的監控。且除了上述與人體相關的應用外，本發明的氣敏式紋身貼紙亦可應用在動植物上，以在譬如產銷或生長的過程中，藉由顏色的變化來進行監控。
2:物件或個體
10:化學反應層
11a、11b:第一區域
12a、12b:進氣面
13a、13b:反應區
20:反應呈色層
21a、21b:第二區域
22a、22b:呈色面
23a、23b:反應面
30:黏性層
40:阻隔部
50:抗反射膜
60:擴散膜
70:石墨烯
80:吸附層
圖1為本發明第一實施例的氣敏式紋身貼紙第一使用態樣示意圖。
圖2為本發明第二實施例的氣敏式紋身貼紙第一使用態樣示意圖。
圖3為本發明第一實施例的氣敏式紋身貼紙第二使用態樣示意圖。
圖4為本發明第二實施例的氣敏式紋身貼紙第二使用態樣示意圖。
圖5為將本發明氣敏式紋身貼紙應用在人體進行感測的示意圖。
圖6為將本發明氣敏式紋身貼紙應用在植物進行感測的示意圖。
圖7為本發明第三實施例的氣敏式紋身貼紙第一使用態樣示意圖。
圖8為本發明第四實施例的氣敏式紋身貼紙第一使用態樣示意圖。
圖9為本發明第五實施例的氣敏式紋身貼紙第一使用態樣示意圖。
有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下： 圖1為本發明第一實施例的氣敏式紋身貼紙第一使用態樣示意圖，主要包括一化學反應層10、一和該化學反應層10彼此堆疊的反應呈色層20、以及一黏性層30。其中，更包括一阻隔部40。
該化學反應層10被該阻隔部40隔開為包括複數個第一區域11a、11b，該第一區域11a、11b包括一反應區13a、13b，該反應區13a、13b可與一待測氣體反應(如箭頭所示)而產生一化學變化。該些反應區13a、13b上可各自包括不同種類的化學物質，可與不同目標氣體產生反應，譬如某些反應區13a、13b可與烷烴反應、某些反應區13a、13b可與醇類反應、某些反應區13a、13b可與硫化物反應等。該阻隔部40係隔開相鄰的該第一區域11a、11b，而讓相鄰的該第一區域11a、11b所發生的反應彼此不產生影響。其中，該化學變化可為一氧化還原反應、一酸鹼反應、一酵素催化反應、一金屬催化反應、一縮合反應(condensation reaction)、一水解反應(hydrolysis)、一加成反應(addition reaction)，一消去反應(elimination reaction)、一取代反應(substitution reaction)、或其組合，但不以此為限。於一非限制性的實例來說，適用於本發明的氧化還原反應舉例可為乙醇氧化為乙醛或乙酸，酵素催化反應舉例可為葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)，金屬催化可為白金觸媒。
如此一來，假設一反應區13a、13b塗附有聯氨(H2N-NH2)，當一含有二氧化碳的待測氣體與上述塗附有聯氨的該反應區13a、13b反應時將產生H2NNHCOOH，利用氧化還原指示劑結晶紫(Crystal violet)呈色。
該些反應區13a、13b所進行的反應，如果是一個不可逆的反應時，則所產生的反應結果將可做為歷程資訊，所謂歷程資訊指的是：將記錄下所有吸附過的該待測氣體的相關資訊，即呈現的結果所經歷的歷程；然而， 如果在該些反應區13a、13b中產生氣體吸附後又脫附的現象時，所進行的反應是一個可逆的反應，可做為一個即時資訊，所謂即時資訊指的是：當下的資訊，更具體地，有一些反應只會維持一段時間，所以不會記錄到之前資訊，只會記錄到當下的資訊。故在設計時可適度地調整擴散係數控制氣體吸附及脫附速度，使得該些反應區13a、13b的化學反應為可逆的反應，即可同時記錄歷程資訊及即時資訊。
本發明係定義該第一區域11a、11b靠近該待測氣體之一側為一進氣面12a、12b。且在一態樣中，可進一步包括一設置在該進氣面12a、12b上的保護層，以避免氣體直接地進入該些反應區13a、13b所造成的干擾或損壞。
該反應呈色層20也被該阻隔部40隔開為包括複數個第二區域21a、21b，該第二區域21a、21b和該第一區域11a、11b相互對應推疊，且該第二區域21a、21b包括一反應面23a、23b以及一呈色面22a、22b，該反應面23a、23b與該化學反應層10的該些反應區13a、13b接觸；該呈色面22a、22b則遠離該些反應區13a、13b設置，並可透過該呈色面22a、22b觀察到顏色的變化。
因為該反應呈色層20中包括一呈色指示劑的緣故，當該些反應區13a、13b因為反應而產生變化時，與該些反應區13a、13b接觸的該反應呈色層20將對應該化學變化而產生一呈色反應。
其中，該呈色指示劑的組成物是選自由一水合物、一沉澱物、一金屬配位化合物及其組合所組成的群組。以該水合物舉例來說，可為乾燥氯化亞鈷遇水氣生成粉紅色水合物；以該沉澱物舉例來說，可為醋酸鉛遇硫化氫生成黑色硫化鉛沉澱；以該金屬配位化合物舉例來說，可為氧氣與 血紅素中鐵離子配位結合成鮮紅色。適用於本發明的「呈色指示劑」並無特別限制，舉例來說，該呈色指示劑更為一酸鹼指示劑、一溶劑化顯色、或其組合。補充說明的是，關於適用於本發明的該酸鹼指示劑並無特別限制，於一非限制性的實施例來說，可為溴瑞香草酚藍(Bromothymol Blue)、酚酞等呈色試劑。
本態樣中，該阻隔部40係一隔牆，隔開相鄰的該第一區域11a、11b以及該第二區域21a、21b，讓該待測氣體進入該進氣面12a而和該反應區13a發生的反應的不會影響相鄰的該反應區13b，也讓該反應區13a發生的反應僅影響該反應面23a和該呈色面22a，而不會影響該反應面23b和該呈色面22b。此外，本實施例中，該化學反應層10及該反應呈色層20為彼此獨立的一雙層結構，然於其他實施例中，該化學反應層10及該反應呈色層20可為一單層結構，即該化學反應層10及該反應呈色層20整合於一單一層之中。
該黏性層30設置在該化學反應層10遠離該反應呈色層20之一側，在本態樣中，指的是靠近該進氣面12a、12b之一側。由於該黏性層30主要在提供該氣敏式紋身貼紙的貼附性，因此可依照實際需求，令該黏性層30僅一面具有黏性、或者兩面都具有黏性；亦可依照欲貼附的物件或個體2特性選擇適當的材料，譬如聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)，但不以此為限。
本態樣中，由於作為目標的該待測氣體是由一物件或個體2散發出來的，故該黏性層30較佳具有透氣性，使得該待測氣體可以穿過該黏性層30經該進氣面12a、12b進入該化學反應層10，並與該化學反應層10中的該些反應區13a、13b進行反應。
續請參考圖2，為本發明第二實施例的氣敏式紋身貼紙示意圖，如同前一實施例的使用場合，都是用來感測由一物件或個體2所散發出來的一待測氣體。然而，第二實施例相較於上述的第一實施例而言，差異僅在該黏性層30設置位置：本態樣中，該黏性層30係設置在該反應呈色層20的該呈色面22a、22b上，且為了使該氣敏式紋身貼紙能夠牢固地貼附在該物件或個體2，該黏性層30的面積可大於該反應呈色層20以及該化學反應層10的面積。
圖3、圖4分別為本發明第一實施例以及第二實施例的氣敏式紋身貼紙第二使用態樣示意圖，即，將該氣敏式紋身貼紙貼附在該物件或個體2上以感測周圍環境的氣體變化(如箭頭所示)。圖3、圖4所示的氣敏式紋身貼紙的組成大致與前文相同，在此不再多贅述，然而在本使用態樣中，為了讓該待測氣體可以順利地與該些反應區13a、13b進行反應，該反應呈色層20較佳具有透氣性，使得該待測氣體得以穿過該反應呈色層20，進入該化學反應層10。
圖5、圖6分別為本發明氣敏式紋身貼紙應用在人體及植物進行感測的示意圖。
圖5中，使用者可藉由在手背上黏貼該氣敏式紋身貼紙來感測從皮膚散發的代謝物氣味或者氣味變化，藉由目視或與資料庫比對來達到監測身體狀態的目的，應用領域涵蓋快篩以及慢性病的長期監控。此外，依貼附的位置不同可以達到不同的監控目的，實際使用時可依據需求調整。舉例來說，如欲對患者尿液氣味進行監控，可將本發明的氣敏式紋身貼紙貼附在大腿或鼠蹊部位；又，如欲對糞便氣味進行監控，可貼在患者臀部附近位置；亦可貼附在口腔附近以在日常生活中快速地對口臭進行監控；或 者，對於進行運動計畫或節食減肥中的使用者，也可以貼在身體適當部位來監控酮體。其他還可以達到如居家即時檢驗(point-of-care testing，POCT)或醫療診所的診斷目的。
本發明的氣敏式紋身貼紙並不僅能使用在人體上，也可以如圖6所繪示的一般貼附在植物上以監控其散發的味道。在一個具體的實施例，譬如蘋果、香蕉等水果在成熟過程中釋放乙烯，這些應用都可以讓本發明的氣敏式紋身貼紙發揮監控的作用，有助於產銷及生長監控。
除了如前述第一實施例及第二實施例所示的結構態樣外，本發明的氣敏式紋身貼紙還可以進一步包括其他的功能層，以下以第二實施例的結構為基礎進行說明，然而在第一實施例中也可以同樣地添加下文將描述的功能層而沒有限制。
圖7為本發明第三實施例的氣敏式紋身貼紙，在此實施例中更包括一設置在最外側的抗反射膜50，該抗反射膜50有助於使用者從外部透過儀器或肉眼觀察顏色變化並避免干擾。
圖8及圖9分別是本發明第四實施例及第五實施例的氣敏式紋身貼紙。與第二實施例的結構相比，首先，圖8及圖9的氣敏式紋身貼紙更設有一層或多層具有氣體篩選功能的擴散膜60來達到篩選特定氣體的效果。該擴散膜60設置在該物件或個體2表面與該化學反應層10之間，即，靠近該進氣面12a、12b設置。
而在設置有複數層擴散膜60的情況下，如圖9，每一該擴散膜60所針對的氣體可彼此不同。除此之外，為了調整氣體在該些擴散膜60之中的擴散路徑，達到改變大小分子的擴散速度以獲得篩選大小分子的效果，圖8及圖9的實施例中，每一該擴散膜60中都可添加尺寸不一的石墨烯70。
如欲更有效率地吸附氣體分子，本發明的氣敏式紋身貼紙更可在該擴散膜60之中包括一吸附分子來達成上述目標。上述的吸附分子可為任何具有吸附功能的液體、膠體、孔洞、或者是纖維薄膜。於一具體的非限制性實例中，可使用甘油作為該吸附分子；或於一具體的非限制性實例中，使用孔洞作為該吸附分子時，是利用孔洞的特性篩析尺寸較大的氣體分子。然而，在如圖9的實施例中，也可直接地在一對擴散膜60之間設置一含有吸附分子的吸附層80，此設置也可以獲得良好的吸附效果。而在另一實施例中，該進氣面12a、12b上更可以設有至少一膜層，該膜層選自由該吸附層80、該具氣體篩選功能的擴散膜60及其組合所組成的群組。
補充說明的是，即便本發明的氣敏式紋身貼紙可為由包括該黏性層30在內的複數層堆疊形成的結構，但也可能會有防水性不佳的問題產生。因此，在前文中所描述的種種實施例中，為了降低外界環境對於內部化學反應的干擾，可選擇性地在靠近該化學反應層10的該進氣面12a、12b的適當位置設置具阻水性的透氣膜。
為了便於將每次的感測數據資訊化，使用者可選擇性地在該氣敏式紋身貼紙設計如一維條碼或二維QR圖碼(如圖5、圖6所示)；其他譬如以拍照方式擷取檢測結果，再以分析軟體針對顏色變化進行分析保存，同樣也可以達到感測數據資訊化的目的。該些監控數據可再進一步分群分類，並以AI機器學習進行預測判斷。
又，本發明氣敏式紋身貼紙更可設置複數個比色區塊，使該些比色區塊與該些反應區13a、13b對應排列設置，此設計將有助於使用者判讀顏色變化、降低辨識誤差。
最後，上述諸多實施例中，在該待測氣體可以進入該化學反應層10並與該些反應區13a、13b反應的前提下，該化學反應層10、該反應呈色層20、或其他功能層的順序可以彼此對調。
2:物件或個體
10:化學反應層
11a、11b:第一區域
12a、12b:進氣面
13a、13b:反應區
20:反應呈色層
21a、21b:第二區域
22a、22b:呈色面
23a、23b:反應面
30:黏性層
40:阻隔部

Claims (13)

  1. 一種氣敏式紋身貼紙，包括堆疊設置的一黏性層、一反應呈色層、以及一化學反應層，其中： 該化學反應層包括至少一得以與一待測氣體反應而產生一化學變化的反應區，並令該化學反應層靠近該待測氣體之一側為一進氣面； 該反應呈色層包括對應設置的一呈色面以及一反應面，使該反應面接觸該化學反應層的該反應區；該反應呈色層包括有一呈色指示劑以對應該反應面的該化學變化產生一呈色反應；且 該黏性層設置於該反應呈色層的該呈色面、或者該化學反應層遠離該反應呈色層之一側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該氣敏式紋身貼紙的最外側更設置一抗反射膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，在靠近該進氣面之一側更設置至少一具氣體篩選功能的擴散膜。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該擴散膜更包括一吸附分子。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該擴散膜更包括石墨烯。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，在靠近該進氣面之一側設置有一對擴散膜，並於該對擴散膜之間夾設一吸附層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該進氣面上更設置至少一具氣體篩選功能的擴散膜，使該至少一具氣體篩選功能的擴散膜與該進氣面直接接觸。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該進氣面上更設有至少一膜層，該膜層選自由一吸附層、一具氣體篩選功能的擴散膜及其組合所組成的群組。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該呈色面更設有一比色區塊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該黏性層具有一大於該反應呈色層以及該化學反應層的面積。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該化學變化更為一氧化還原反應、一酸鹼反應、一酵素催化反應、一金屬催化反應、一縮合反應、一水解反應、一加成反應，一消去反應、一取代反應、或其組合。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該呈色指示劑更為一酸鹼指示劑、一溶劑化顯色、或其組合。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的氣敏式紋身貼紙，其中，該呈色指示劑的組成物是選自由一水合物、一沉澱物、一金屬配位化合物及其組合所組成的群組。
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