WO2024003814A1 - Procédé d'analyse d'une sueur émise par une peau d'un utilisateur et dispositif d'analyse pour mettre en oeuvre un tel procede - Google Patents

Procédé d'analyse d'une sueur émise par une peau d'un utilisateur et dispositif d'analyse pour mettre en oeuvre un tel procede Download PDF

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WO2024003814A1
WO2024003814A1 PCT/IB2023/056755 IB2023056755W WO2024003814A1 WO 2024003814 A1 WO2024003814 A1 WO 2024003814A1 IB 2023056755 W IB2023056755 W IB 2023056755W WO 2024003814 A1 WO2024003814 A1 WO 2024003814A1
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WO
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sweat
electrodes
microfluidic channel
housing
skin
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Application number
PCT/IB2023/056755
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Inventor
Gérard-Marie PAPIEROK
Original Assignee
Be-Lab
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Publication date
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/42—Detecting, measuring or recording for evaluating the gastrointestinal, the endocrine or the exocrine systems
    • A61B5/4261—Evaluating exocrine secretion production
    • A61B5/4266—Evaluating exocrine secretion production sweat secretion
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
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    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6831—Straps, bands or harnesses

Definitions

  • the field of the present invention is that of methods for analyzing sweat emitted by a user's skin. Its subject is such a method for analyzing sweat emitted by a user's skin as well as an analysis device for implementing such a method.
  • Document WO 2018/017619 describes a device for analyzing a user's sweat.
  • the device is configured to measure sweat conductivity, skin conductance, and volumetric sweat rate.
  • the device is intended to be placed on skin of the user and the device comprises a sweat conductivity sensor, a skin conductance sensor and a volumetric sweat rate sensor.
  • the device includes a sweat collection area that is concave and conducts sweat from the skin to an inlet.
  • the inlet is in fluid communication with a microfluidic channel that terminates in an outlet or sweat collection reservoir.
  • the sweat conductivity sensor includes a plurality of conductivity electrodes that are placed on a substrate, such as a printed circuit board, and that are disposed in the microfluidic channel, preferably near the inlet.
  • the skin conductance sensor includes a plurality of conductance electrodes that are arranged on the device such that the conductance electrodes contact the user's skin outside the collection area.
  • the volumetric sweat rate sensor includes a plurality of volumetric sweat rate electrodes that are also carried on the substrate and disposed in the microfluidic channel.
  • a sweat sample enters the device at the inlet and moves inside the microfluidic channel.
  • the device measures the conductivity of the sweat sample.
  • the device interprets as sweat present at the contacted electrode.
  • the device uses the presence of sweat at each electrode, along with a filled volume of the microfluidic channel and contact time to determine the volumetric sweat rate. As a result, the microfluidic channel is long enough to successively accommodate the electrodes between the inlet and the outlet.
  • each volumetric sweat rate electrode is also configured to measure sweat conductivity when sweat comes into contact with it.
  • Some embodiments of the device may include a microthermal mass flow sensor, a pressure sensor, or other suitable means to independently determine the sweat rate.
  • a temperature sensor may be incorporated into one of the conductance electrodes.
  • Some embodiments are configured with a disposable microfluidic channel, while other embodiments include a reusable microfluidic channel that is cleaned between uses, such as by removing the microfluidic channel from the device and flushing it with air , deionized water or cleaning solution.
  • a first problem is that the use of a small collection area combined with a long microfluidic measurement channel can lead to problems arising from the friction exerted by the walls delimiting the microfluidic channel on the collected sweat forcing the eccrine glands to force more and more to emit sweat.
  • reducing the collection area generally to a few millimeters in diameter, results in a very significant loss of precision.
  • we exponentially increase an inference error by reducing the collection area, we exponentially increase an inference error. Then, inevitable infiltrations of sweat from areas other than the collection area are the cause of errors which heavily influence the final measurement. This infiltration problem appears when the user makes an intense effort. If, in addition, the device is fixed with adhesives, we observe problems with takeoff, allergy problems, problems with pockets of sweat moving under the adhesive, potentially to the collection area.
  • Another problem lies in the fact that such an arrangement of the device does not allow optimized circulation of sweat inside the microfluidic channel.
  • Another problem lies in the fact that such a device is not suitable for carrying out at least one measurement per minute in the microfluidic channel.
  • WO 2021/099610 describes devices and methods for measuring the sweat rate of a subject using a portable system.
  • a sweat rate may be determined automatically based on one or more signals produced by a wetting sensor module in response to the presence of sweat in the wearable system.
  • the signal(s) can be produced using a device for monitoring the presence of sweat, for example comprising two or more electrodes which can be used to perform conductance measurements.
  • sweat drops are collected periodically by the wearable system and individually detected by the wetting sensor module such that the sweat rate is determined based on the periodic detection of the drops.
  • the wetting sensor module can indicate whether certain modules are wet and provide an estimate of flow while the system is filling.
  • the device may include a series of electrodes installed in some or all of the modules. By performing conductance measurements between pairs of electrodes, it is possible to measure whether there is ionic contact between them and therefore whether the path between them is wet. By using various combinations of electrodes, it is thus possible to follow the progression of the fluid along the way, and therefore to calculate an estimate of the flow rate using the known geometry and the fluid capacity of the system.
  • a first problem lies in the fact that these measurements are random and imprecise based on the presence or absence of drops, which is rather indicative of sweating or an absence of sweating but which does not make it possible to measure precisely a flow of sweat.
  • a second problem lies in the fact that the device focuses on identifying sweating by pore which does not give an overall vision of the user's sweating.
  • the present invention fits into this context and proposes a sweat analysis device capable of solving the above-mentioned problems.
  • the analysis device is capable of analyzing the sweat secreted by the skin of a user against which the device is placed.
  • the device comprises a housing comprising a first face provided with a collection means arranged in a large sweat collector which is capable of recovering sweat emanating from several hundred pores to give an overall vision of sweating of a user.
  • the collection means is calibrated, shaped and dimensioned to generate a continuous flow of sweat from the collected sweat and is optimized to maintain such continuity of the flow of sweat.
  • the housing also includes a second face equipped with a microelectronic chip which is able to measure, in real time inside a microfluidic channel, a concentration of NaCI, then deduce a sweat flow rate by analyzing a variation of sweat conductance before it is evacuated.
  • This device is disposable and clips onto a cuff allowing reading and sending data by means of remote communication, of the Bluetooth type or the like, in relation to the microelectronic chip to a receiving device, such as a mobile telephone or the like.
  • the transmitted data is then stored on a storage medium for analysis and to provide performance statistics.
  • the sweat collector has a collection surface of between 5 cm 2 and 8.5 cm 2 , preferably between 6 cm 2 and 7 cm 2 , still preferably of the order of 6.25 cm 2 'at +/- 10% closely, which makes it possible to sample at least 600 eccrine glands, particularly at the ventral level of the forearm for example.
  • the sweat collector has a concave face bordered by a rim which surrounds a collection zone allowing rapid and precise flow of sweat. The rim prevents sweat from escaping from the sweat collector, which would make the measurement inaccurate. We understand that the rim surrounds the collection surface.
  • the concave face allows rapid collection of sweat and the formation of a regular flow of sweat.
  • the rim and the collection surface delimit a determined collection volume, which is of the order of 500 mm 3 , to within +/- 10%.
  • the cuff exerts an appropriate support force on the sweat collector so that, thanks to the rim a few hundred microns high, the collection area is perfectly isolated from the rest of the body. As a result, sweat cannot cross the edge either to enter the collection zone or to leave it. This results in appropriate precision in sweat collection in relation to the collection surface. In other words, the sweat collected by the device comes solely and entirely from the collection surface of the device. Indeed, less contamination of the collection area can have very significant repercussions in terms of inference from the collection carried out. Also, the sweat collector has a concavity and reliefs allowing the rapid flow of sweat. The concavity is designed such that a closing force of the cuff is transmitted to the edge of the sweat collector which puts pressure on the user's skin.
  • the sweat collector comprises hydrophobic zones which make it possible to channel the sweat which appears under the sweat collector and improve and channel a capillary movement of sweat towards a central orifice equipping the collection zone.
  • a ratio is evaluated between a volume of sampled collection, a number of eccrine glands present in the collection area, a minimum flow rate of sweat and a frequency of the measurement, taking into account the dimensions of the microfluidic channel and the dimensions measuring electrodes used.
  • the use of the sweat collector with rim advantageously allows you to sample a large surface area of skin and obtain sweat from more than 600 eccrine glands.
  • the volume of sweat collected is considerably increased even during small efforts involving low sweating, of the order of 25 cl/hour, an average minimum flow of around 0.04 ml/hour (i.e. 40 mm 3 /hour).
  • Such a flow rate is sufficient to fill the microfluidic channel with a volume of 7.4 mm 3 of sweat in approximately 10 minutes, i.e.
  • the collection of an area covering at least 600 eccrine glands is essential, this allows the use of a microfluidic channel of 0.1 mm x 0.9 mm passage section and of channel length of the order of 60 mm to within +/- 10%, and to insert two pairs of curvilinear electrodes 10 to 20 mm long for a height ranging from 30 to 40 microns and a width ranging from 200 to 300 microns. This results in optimization of the sweat collector, from the size of the microfluidic channel to the sizing of the measuring electrodes and the sweat flow rate.
  • the cuff would not be able to provide overall information about the user's body. Indeed, it is the statistical inference of the results of the sampled area of the body that is relevant. This inference owes its precision to the measurement made on the sample and the flow rate is the most complex measurement to carry out since the sweat is not stored.
  • the present invention it is advantageously proposed by the present invention to make a measurement based on a variation of conductance in the microfluidic channel.
  • the measurement is made during the moment when the sweat flows continuously in the microfluidic channel, before its ejection. Note that no storage of sweat is carried out, the sweat flowing from an inlet orifice to an outlet orifice, thus resolving the problems of sizing the microfluidic channel according to the sweat flow rate.
  • the device has a large collection zone dimensioned to generate a continuous flow of sweat, the device has a rim which surrounds the collection zone ensuring a seal between the collection zone and the outside of the collection zone, which avoids sweat loss.
  • the collection area constitutes a pump capable of generating the continuous flow of sweat.
  • the device has at least one microfluidic channel of appropriate size and conformation to facilitate a laminar flow of sweat minimizing possible disturbances, such as a diffusion phenomenon, inside the microfluidic channel and the device comprises at least two pairs of electrodes of appropriate dimensions. These characteristics reinforce the reliability of the measurements.
  • the collection volume and the volume of the microfluidic channel were determined precisely to ensure a continuous flow of sweat successively bathing the two pairs of electrodes. It is all of these points that make it possible to carry out the measurement which will be described below.
  • the large collection area containing at least 600 eccrine glands, makes it possible to collect a significant flow rate of at least 0.1 ml/hour.
  • the choice was made to size the collection area so that the collection area has a collection volume of 500 mm 3 , to within +/- 10%.
  • the microfluidic channel houses at least two pairs of electrodes capable of measuring sweat conductance, including a first pair of curvilinear electrodes arranged upstream of a second pair of curvilinear electrodes inside the channel microfluidics.
  • the two electrodes are separated by an electrode distance, and each measures the conductance of the sweat at a time interval At according to a flow speed.
  • a new flow measurement is made. The choice was made to size the volume of the microfluidic channel so that the microfluidic channel has a channel volume of 5.4 mm, to within +/- 10%.
  • the second pair of electrodes is spaced apart by the non-zero electrode distance of the first pair of electrodes, and the second pair of electrodes is strictly identical to the first pair of electrodes.
  • the second pair of electrodes measures the conductance of the continuous flow of sweat and we note the moment when the second conductance is equal to the first conductance. The choice was made to observe this measurement agreement for the first pair of electrodes and for the second pair of electrodes to deduce the sweat flow precisely, the flow being laminar and continuous inside. of the microfluidic channel.
  • this flow meter is purely based on the quality of the electrodes and the fact that in a microfluidic situation the diffusion phenomenon is reduced.
  • the flow of sweat increases in concentration from 30 to 32 mmol/liter
  • in the microfluidic channel there will be a section of sweat at 30 mmol/liter and another section of sweat with a concentration of 32 mmol/liter, both sections being separated, in the microfluidic channel, by a thin front. Due to the diffusion phenomenon existing in a microfluidic channel which is reduced thanks to the spiral shape of the channel, we understand that depending on the proximity of the second pair of electrodes we find the measurement of 32 mmol/liter recorded by the first pair electrodes.
  • the method of the present invention is a method of analyzing sweat emitted by a user's skin, the method comprising a first step of collecting the sweat emitted by the user's skin by the via a collection means that comprises a first face of a housing to form a continuous flow of sweat.
  • the method comprises a second step of supplying the continuous flow of sweat collected to a means of analyzing the continuous flow of sweat which comprises a second face of the housing provided with a microfluidic channel.
  • the method comprises a third step of measuring a first conductance of the continuous flow of sweat by a first pair of electrodes housed inside the microfluidic channel.
  • the method comprises a fourth step of measuring a second conductance of the continuous flow of sweat by a second pair of electrodes housed inside the microfluidic channel and placed at an electrode distance from the first pair of electrodes.
  • the method includes a fifth step of determining an elapsed time interval so that the second conductance is equal to the first conductance.
  • the method includes a sixth step of calculating a flow of sweat produced by the user's skin.
  • the device for implementing such a method comprises a housing which has a first face intended to be in contact with the user's skin.
  • the first face is equipped with a means for collecting sweat comprising a collection zone with a collection volume.
  • the housing comprises a second face which is equipped with means for analyzing the sweat which comprises at least one microfluidic channel having a volume of the channel and housing a first pair of electrodes capable of measuring a first conductance of the sweat, and a second pair of electrodes capable of measuring a second conductance.
  • the device advantageously comprises at least one of the following technical characteristics, taken alone or in combination:
  • a ratio between a collection volume and the channel volume is between 80 and 110, preferably of the order of 90 to within +/- 10%
  • the microfluidic channel successively comprises a first linear portion, then a first semi-circular portion, then a second linear portion, then a second semi-circular portion, then a third linear portion
  • the second semi-circular portion houses the pairs of electrodes which are curvilinear
  • the second semi-circular portion comprises a first half of the second semi-circular portion which houses the first pair of electrodes and a second half of the second semi-circular portion which houses the second pair of electrodes, - the microfluidic channel has a rectangular section,
  • the rectangular section of the microfluidic channel is of the order of 0.09 mm 2 , to within +/- 10%.
  • the collection area is surrounded by a rim
  • the collection means comprises at least one hydrophobic zone
  • the case is made up of a single piece assembly.
  • the housing is equipped with a microelectronic chip which includes calculation means and which is associated with communication means,
  • the device comprises at least one cuff which is attached to a support housing the housing for maintaining the first face against the skin of the user and to ensure contact on the skin of the user of the collection means with pressure greater than 15 g per cm 2 .
  • FIG. 1 is a schematic profile illustration of an analysis device according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a median sectional view of a housing constituting the analysis device illustrated in Figure 1,
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a bottom view of the housing shown in Figure 2 illustrating a means of collecting said device
  • FIG. 4 is a schematic illustration of a top view of a preferred alternative embodiment of the housing shown in Figures 2 and 3.
  • FIG. 5 is a schematic illustration of a cross-sectional view of the microfluidic channel.
  • FIG. 6 is a schematic illustration of a measuring block constituting the device illustrated in Figure 1.
  • a device 1 intended to analyze sweat present on skin P of a user.
  • the device 1 is portable and is adapted to analyze the sweat generated by eccrine glands which comprises the skin P of the user during physical effort, the user being for example an athlete in the process of exercising. competing in a sporting event, or a patient whose sweat analysis may prove medically relevant.
  • the device 1 comprises an armband 70, or a bracelet for holding the device 1 on the user, for example on an arm, a leg or the torso of the latter.
  • the cuff 70 is configured so that the user's skin P forms a bulge under the effect of the pressure exerted by the device 1 on the user's skin P.
  • the cuff is capable of ensuring contact with the skin of the user of the collection means with a pressure greater than 15 g per cm 2 .
  • the device 1 is arranged to be clipped, fitted, or fixed by any other holding means, on a support 60 which is provided with the cuff 70.
  • the support 60 comprises an opening 61 which is capable of housing a housing 2 constituting the device 1.
  • the housing 2 comprises a first face 11 intended to be in contact with the skin P of the user and a second face 12, preferably opposite to the first face 11 and preferably still parallel to the first face 11. It is understood that the opening 61 opens through the housing 2 so that the first face 11 is in contact with the skin P of the user.
  • the housing 2 is made up of a one-piece assembly in the sense that the housing 2 is formed of an inseparable assembly, except from an alteration or even destruction of the housing 2.
  • the housing 2 is for example resulting from molding of a plastic material in particular.
  • the first face 11 is equipped with a sweat collection means 100 which comprises a collection zone 101 having a collection surface S.
  • the collection zone 101 constitutes the first face 11 and is included in the interior of a rim 13 which comprises the first face 11.
  • the rim 13 is arranged so that, during support exerted by the cuff 70 on the device 1, the skin P of the user forms a bead facing the collection zone 101.
  • the rim 13 is arranged to prevent evacuation of the sweat produced by the bead out of the collection zone 101 and to prevent admission of sweat produced outside the collection zone 101 inside the latter.
  • the rim 13 is shaped like a barrier to the collection zone 101 that is impassable by sweat.
  • the collection zone 101 is arranged to collect the sweat produced by the eccrine glands of the rim of the skin P and that the collection zone 101 has the collection surface S expressed in mm 2 .
  • the collection surface S is for example of the order of 6.25 cm 2 , to within +/- 10%, if the collection zone 101 is shaped substantially in a square of 2.5 centimeters next to.
  • the collection zone 101 has a collection volume V which is of the order of 500 mm 3 , to within +/- 10%.
  • the collection volume V is delimited by the first face 11, the rim 13 and a plane P1 in which a free border 13' of the rim 13 is inscribed, the free border 13' of the rim 13 being intended to be in contact with the user's skin P.
  • the second face 12 is equipped with a sweat analysis means 200 which comprises at least one microfluidic channel 120, as illustrated in Figures 4 and 5.
  • the collection means 100 and the analysis means 200 are connected via a supply means 300, more particularly visible in [Fig.2], which is arranged as a connection means between the means of collection 100 and the analysis means 200, by connecting the first face 11 and the second face 12.
  • the supply means 300 comprises at least one conduit 3 which extends for example orthogonally to the first face 11 and the second face 12.
  • the conduit 3 extends between an inlet orifice 31 equipping a first center A1 of the first face 11 and an outlet orifice 32 equipping a second center A2 of the second face 12.
  • the collection means 100 comprises at least one relief 113 which constitutes a ramp for guiding the sweat, the sweat tending to flow along the relief 113 towards the first center A1.
  • the reliefs 113 are in plurality and are extended radially from the inlet orifice 31 towards the peripheral rim 13. More particularly, each relief 113 extends between a first end 41 placed on a circle C formed around the first center A1 and a second end 42. Certain reliefs 113 comprise a second end 42 which may constitute the peripheral rim 13, while other reliefs 113 comprise a second end 42 which is provided at a non-zero end distance of the rim 13. Note that the reliefs 113 are indifferently of a parallelepiped conformation, of a sinusoidal conformation or the like.
  • the collection means 100 preferably comprises at least one hydrophobic zone 111.
  • the hydrophobic zone 111 is for example obtained by laser nanostructuring of the first surface 11 of the housing 2.
  • the collection means 100 is preferably concave, so as to facilitate a flow of sweat from the hydrophobic zone 111 towards the first center A1 which forms the low point of the concavity of the collection zone 101.
  • the inlet 31 is arranged in a funnel.
  • the analysis means 200 comprises the microfluidic channel 120 fluidly connected to the hydrophobic zone 111 via the supply means 300.
  • the microfluidic channel 120 extends between an inlet 120a equipping the conduit 3 and an outlet 120b equipping a peripheral edge 13' of the second face 12. Between the inlet 120a and the outlet 120b, the microfluidic channel 120 has a channel length L' which is of the order of 60 mm, +/- 10 % close.
  • the microfluidic channel 120 comprises at least two measurement zones 201 a, 201 b capable of each housing at least one pair of electrodes 22a, 22b.
  • the microfluidic channel 120 has a rectangular section.
  • the microfluidic channel 120 is delimited by an upper wall 121 and a lower wall 122 spaced from one another by a first distance D1 which is of the order of 100 pm to within +/- 10%.
  • the canal m icrofluidic 120 is also delimited by a first side wall 123 and a second side wall 124 spaced from one another by a second distance D2 which is of the order of 900 pm to within +/- 10%.
  • Such a conformation of the microfluidic channel 120 is a deliberate choice which notably allows a laminar flow, free from turbulence and disturbance to the sweat which circulates inside the microfluidic channel.
  • the microfluidic channel 120 has a volume of the channel V' which extends between the inlet 120a and the outlet 120b and which is located at the end of the microfluidic channel 120 so that the volume of the channel V' from the point of entry to the exit point is between 5 and 6 mm 3 , preferably equal to 5.4 mm 3 .
  • the microfluidic channel 120 successively comprises a first linear portion 131 of a first length L1 which is of the order of 4.4 mm to within +/- 10%, then a first semi-circular portion 132 of which the first side wall 123 is inscribed on a first arc of a circle with a first radius of curvature R1 which is of the order of 4.6 mm to within +/- 10%, then a second linear portion 133 of a second length L2 which is of the order of 5 mm to within +/- 10%, then a second semi-circular portion 134 whose first side wall 123 is inscribed on a second arc of a circle with a second radius of curvature R2 which is of the order of 4.6 mm to within +/- 10%, then a third linear portion 135 of a third length L3 which is of the order of 11.6 mm to within +/- 10%.
  • microfluidic channel 120 Such a spiral conformation of the microfluidic channel 120 is still a deliberate choice which offers a guarantee of laminar flow, free from turbulence and disturbance to the sweat which circulates inside the microfluidic channel. This results in the microfluidic channel having a channel length L’ which is of the order of 60 mm, to within +/- 10%.
  • the two pairs of electrodes 22a, 22b are curvilinear and are distributed inside the second semi-circular portion 134. More particularly, the second semi-circular portion 134 comprises a first half of the second semi-circular portion 134a which houses the first pair of electrodes 22a and a second half of the second semi-circular portion 134b which houses the second pair of electrodes 22b.
  • a ratio between the collection volume V and the volume of the channel V' is between 80 and 110, preferably of the order of 92.5 to within +/- 10%.
  • Such a ratio provides optimized circulation of sweat inside the microfluidic channel 120.
  • a device 1 is adapted to carry out at least one measurement per minute in a microfluidic channel 120 having a passage section less than 0, 1 mm 2 , and in particular a passage section of the order of 0.09 mm 2 to within +/- 10%, the microfluidic channel 120 being of a length of around 6 cm to +/- 10% .
  • the pairs of electrodes 22a, 22b are in plurality and are arranged in distinct measurement zones 201 a, 201 b, the pairs of electrodes 22a, 22b are either selective or non-selective to obtain data relating to a loss water; a concentration of ions; a Na+ ion concentration; a Cl- ion concentration; a lactate concentration; temperature and/or calorie loss.
  • the microfluidic channel 120 comprises a first measurement zone 201 a which houses a first pair of electrodes 22a such as a pair of electrodes intended to measure sweat conductance.
  • the microfluidic channel 120 comprises a second measurement zone 201 b which houses a second pair of electrodes 22b identical to the first pair of electrodes 22a.
  • the first pair of electrodes 22a and the second pair of electrodes 22b are spaced from each other by a non-zero electrode distance D taken inside the microfluidic channel 120.
  • the input of the divider bridge begins with a resistance R of 400 Q and ends with a screen-printed electrode, with validable conductivity and NaCI dependent, before joining the mass M.
  • a first Vrms to DC converter is used to read the voltage across the voltage generator Ve and a second Vrms to DC converter is used to read the voltage across the variable electrode Vs.
  • the output voltages of the converters 27 are returned towards the microcontroller 28.
  • the second face 12 of the housing 2 houses the microelectronic chip 23 as well as the measuring blocks 24 in relation to the electrodes 22a, 22b housed inside the measuring zones 201 a, 201 b.
  • the microelectronic chip 23 comprises calculation means capable of carrying out the determination and calculation steps of the method described below.
  • microcontroller 28 is linked to a voltage regulator 29, a battery charger 30, an accelerometer 31, a temperature sensor 32 and a humidity sensor 33, the voltage regulator 29 and the battery charger 30 being in relation to an accumulator 34.
  • the microelectronic chip 23 is for example linked to at least one NFC/RFID chip or physical connectors (connection pads or sockets), a rechargeable microbattery and a Bluetooth module which equip the support 60.
  • the device 1 comprises means for storing said data.
  • the analysis method of the present invention comprises:

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Abstract

Un procédé d'analyse d'une sueur émise par une peau d'un utilisateur comprend une première étape de collecte de la sueur émise par la peau par l'intermédiaire d'un moyen de collecte que comprend une première face d'un boîtier (2) pour former un flux continu de sueur, une deuxième étape d'amenée du flux continu de sueur collecté vers un moyen d'analyse (200) du flux continu de sueur que comprend une deuxième face (12) du boîtier (2) pourvue d'un canal microfluidique (120). Le procédé comprend une troisième étape de mesure d'une première conductance (C1, C2,.... Cn) du flux continu de sueur par une première paire d'électrodes (22a) logée à l'intérieur du canal microfluidique (120) et une quatrième étape de mesure d'une deuxième conductance (C1', C2',.... Cn') du flux continu de sueur par une deuxième paire d'électrodes (22b) logée à l'intérieur du canal microfluidique (120) et placée à une distance d'électrode (D) de la première paire d'électrodes (22a). Le procédé comprend une cinquième étape de détermination d'un intervalle de temps (Δt1, Δt2,.... Δtn) écoulé pour que la deuxième conductance (C1', C2',.... Cn') soit égale à la première conductance (C1, C2,.... Cn) et une sixième étape de calcul d'un débit de sueur produit par la peau de l'utilisateur.

Description

Procédé d’analyse d’une sueur émise par une peau d’un utilisateur et dispositif d’analyse pour mettre en œuvre un tel procédé
Le domaine de la présente invention est celui des procédés d’analyse d’une sueur émise par une peau d’un utilisateur. Elle a pour objet un tel procédé d’analyse d’une sueur émise par une peau d’un utilisateur ainsi qu’un dispositif d’analyse pour mettre en œuvre un tel procédé.
Le document WO 2018/017619 décrit un dispositif d’analyse d’une sueur d’un utilisateur. Le dispositif est configuré pour mesurer une conductivité de la sueur, une conductance cutanée de la peau et un taux de transpiration volumétrique. A cet effet, le dispositif est prévu pour être placé sur une peau de l’utilisateur et le dispositif comprend un capteur de conductivité de la sueur, un capteur de conductance cutanée et un capteur de taux de transpiration volumétrique.
Le dispositif comprend une zone de collecte de sueur qui est concave et qui conduit la sueur de la peau vers une entrée. L’entrée est en communication fluidique avec un canal microfluidique qui se termine dans une sortie ou un réservoir de collecte de sueur.
Le capteur de conductivité de la sueur comprend une pluralité d’électrodes de conductivité qui sont placées sur un substrat, tel qu'une carte de circuit imprimé, et qui sont disposées dans le canal microfluidique, de préférence près de l'entrée.
Le capteur de conductance cutanée comprend une pluralité d’électrodes de conductance qui sont agencées sur le dispositif de sorte que les électrodes de conductance entrent en contact avec la peau de l’utilisateur à l'extérieur de la zone de collecte.
Le capteur de taux de transpiration volumétrique comprend une pluralité d’électrodes de taux de sudation volumétrique qui sont également portées sur le substrat et disposées dans le canal microfluidique. Pendant le fonctionnement du dispositif, lorsque l’utilisateur commence à transpirer, un échantillon de sueur pénètre dans le dispositif au niveau de l'entrée et se déplace à l’intérieur du canal microfluidique. Lorsque la sueur s'écoule et entre en contact avec l'électrode de conductivité, le dispositif mesure la conductivité de l'échantillon de sueur. De même, à mesure que la sueur se déplace dans le canal microfluidique, la sueur entre en contact avec les électrodes successives de taux de sudation volumétrique, ce que le dispositif interprète comme de la sueur présente au niveau de l'électrode contactée. Le dispositif utilise la présence de sueur à chaque électrode, ainsi qu’un volume rempli du canal microfluidique et un temps de contact pour déterminer le taux de transpiration volumétrique. Il en résulte que le canal microfluidique est suffisamment long pour loger successivement les électrodes entre l’entrée et la sortie.
Dans certains modes de réalisation du dispositif, chaque électrode de taux de sudation volumétrique est également configurée pour mesurer la conductivité de la sueur lorsque la sueur entre en contact avec elle.
Certains modes de réalisation du dispositif peuvent comprendre un capteur de débit massique microthermique, un capteur de pression ou d'autres moyens appropriés pour déterminer indépendamment le taux de sudation.
D'autres modes de réalisation du dispositif peuvent comprendre un capteur de température, ou bien un capteur de température peut être incorporé dans l'une des électrodes de conductance.
Certains modes de réalisation sont configurés avec un canal microfluidique jetable, alors que d'autres modes de réalisation incluent un canal microfluidique réutilisable qui est nettoyé entre les utilisations, par exemple en retirant le canal microfluidique du dispositif et en le rinçant avec de l'air, de l'eau déminéralisée ou une solution de nettoyage.
On comprend qu’un tel dispositif réalise une mesure volumétrique qui implique un stockage de la sueur dans le canal microfluidique. Ainsi, la mesure de débit se fait en continu, à mesure que le canal microfluidique se remplit. Cependant, une fois celui-ci plein, il n’est plus possible de continuer les mesures sans vider le canal microfluidique ce qui présente plusieurs inconvénients : soit il est nécessaire que la zone de collecte soit de petites dimensions afin de réduire une vitesse de remplissage, soit il est nécessaire que le canal microfluidique soit long pour prolonger la mesure, soit il est nécessaire de faire une combinaison des deux.
Un premier problème est que l’utilisation d’une petite zone de collecte combinée à un long canal microfluidique de mesure peut entraîner des problèmes découlant de la friction exercée par des parois délimitant le canal microfluidique sur la sueur collectée obligeant les glandes eccrines à forcer de plus en plus pour émettre la sueur. En outre, la réduction de la zone de collecte, à quelques millimètres de diamètre en général, entraîne une perte de précision très importante. De plus, en réduisant la zone de collecte, on augmente de façon exponentielle une erreur d’inférence. Ensuite, des infiltrations inévitables de sueur venant d’autres zones que la zone de collecte sont la cause d’erreurs qui influent lourdement sur la mesure finale. Ce problème d’infiltration apparait dès lors que l’utilisateur réalise un effort intense. Si, de plus, le dispositif est fixé avec des adhésifs, on observe des problèmes de décollage, des problèmes d’allergie, des problèmes de poches de sueur se déplaçant sous l’adhésif, potentiellement jusqu’à la zone de collecte.
Un autre problème lié aux dispositifs utilisant une entrée posée sur la peau et mesurant le débit de sueur de façon volumétrique, en stockant la sueur dans un canal microfluidique le plus long possible, réside dans des pertes de sueur qui s’échappent de la zone de collecte. En effet, la sueur remplissant le long canal microfluidique de mesure du débit est soumise à une pression croissante. Cette pression est directement supportée par les glandes eccrines qui alimentent le canal microfluidique, c’est-à-dire les glandes eccrines se trouvant dans une zone particulière proche de l’entrée. Cette zone particulière est généralement petite, de quelques millimètres carrés, et comprend donc peu de glandes eccrines. En effet, une entrée trop grande est incompatible avec ce type de mesure par stockage de la sueur, car il y aurait trop de glandes eccrines et le canal microfluidique pourrait se remplir beaucoup trop vite selon les personnes et leur taux de sudation respectif. Ainsi, lorsque la pression augmente lors du remplissage du canal microfluidique, il en résulte des problèmes de fuite au niveau de l’entrée. On observe que l’utilisation d’une mesure volumétrique avec stockage de la sueur présuppose l’utilisation de petites entrées et nécessite des dimensionnements du canal microfluidique dépendants du débit sudoral de l’utilisateur, car un même canal peut se remplir lentement chez une personne et très rapidement chez une autre. A dimension donnée, il est donc impossible de fournir une durée d’utilisation fixe, celle-ci variant de façon très sensible d’un utilisateur à un autre. La seule solution est de prévoir des dimensionnements différents et de proposer une gamme de dispositifs couvrant les petits, moyens et grands débits, ce qui complexifie grandement une exploitation industrielle d’un tel dispositif.
Un autre problème réside dans le fait qu’un tel agencement du dispositif ne permet pas une circulation optimisée de la sueur à l’intérieur du canal microfluidique.
Un autre problème réside dans le fait qu’un tel dispositif n’est pas adapté pour effectuer au moins une mesure à la minute dans le canal microfluidique.
Le document WO 2021/099610 décrit des dispositifs et des procédés pour mesurer le taux de sudation d'un sujet à l'aide d'un système portable. Un taux de transpiration peut être déterminé automatiquement sur la base d'un ou plusieurs signaux produits par un module de capteur de mouillage en réponse à une présence de sueur dans le système portable. Le ou les signaux peuvent être produits à l'aide d'un dispositif de surveillance de la présence de sueur, comprenant par exemple deux électrodes ou plus qui sont utilisables pour effectuer des mesures de conductance. Dans certains modes de réalisation, les gouttes de sueur sont collectées périodiquement par le système portable et détectées individuellement par le module de capteur de mouillage de sorte que le taux de transpiration est déterminé sur la base de la détection périodique des gouttes.
Le module de capteur de mouillage peut indiquer si certains modules sont mouillés et fournir une estimation du débit pendant le remplissage du système. Il se peut, par exemple, que le dispositif comprenne une série d'électrodes installées dans certains ou tous les modules. En effectuant des mesures de conductance entre des paires d'électrodes, il est possible de mesurer s'il existe un contact ionique entre elles et donc si le chemin entre elles est humide. En utilisant diverses combinaisons d'électrodes, il est ainsi possible de suivre la progression du fluide en cours de route, et donc de calculer une estimation du débit en utilisant la géométrie connue et la capacité fluidique du système.
Un premier problème réside dans le fait que ces mesures sont aléatoires et imprécises en se basant sur la présence ou l’absence de gouttes, qui est plutôt révélatrice d’une sudation ou d’une absence de sudation mais qui ne permet pas de mesurer précisément un débit de sueur.
Un deuxième problème réside dans le fait que le dispositif s’attache à identifier une sudation par pore ce qui ne donne pas une vision globale de la sudation de l’utilisateur.
Il résulte des dispositifs connus de l’art antérieur une somme de problèmes qu’il convient de résoudre.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et propose un dispositif d’analyse de la sueur apte à résoudre les problèmes susvisés. Le dispositif d’analyse est apte à analyser la sueur secrétée par la peau d’un utilisateur contre laquelle le dispositif est apposé.
Dans sa généralité, le dispositif comprend un boîtier comprenant une première face pourvue d’un moyen de collecte agencé en un collecteur de sueur de grande taille qui est à même de récupérer une sudation émanant de plusieurs centaines de pores pour donner une vision globale de sudation d’un utilisateur. Le moyen de collecte est calibré, conformé et dimensionné pour générer un flux continu de sueur à partir de la sueur collectée et est optimisé pour maintenir une telle continuité du flux de sueur.
Le boîtier comprend également une deuxième face équipée d’une puce microélectronique qui est apte à mesurer, en temps réel à l’intérieur d’un canal microfluidique, une concentration de NaCI, puis en déduire un débit de sueur par analyse d’une variation de conductance de la sueur avant que celle-ci ne soit évacuée. Ce dispositif est jetable et se clipse sur un brassard permettant la lecture et l’envoi de données par des moyens de communication à distance, du type bluetooth ou analogue, en relation avec la puce microélectronique à un dispositif de réception, tel qu’un téléphone portable ou analogue. Les données transmises sont ensuite stockées sur un moyen de stockage pour être analysées et pour fournir des statistiques de performance.
Le collecteur de sueur comporte une surface de collecte comprise entre 5 cm2 et 8,5 cm2, préférentiellement comprise 6 cm2 et 7 cm2, préférentiellement encore de l’ordre de 6,25 cm2’ à +/- 10% près, ce qui permet d’échantillonner au moins 600 glandes eccrines, notamment au niveau ventral de l’avant-bras par exemple. Le collecteur de sueur comporte une face concave bordée par un rebord qui enserre une zone de collecte permettant un écoulement rapide et précis de la sueur. Le rebord évite une échappée de sueur hors du collecteur de sueur ce qui entacherait d’imprécision la mesure. On comprend que le rebord entoure la surface de collecte. La face concave permet une collecte rapide de la sueur et la formation d’un écoulement régulier de sueur. Le rebord et la surface de collecte délimite un volume de collecte déterminé, qui est de l’ordre de 500 mm3, à +/- 10% près.
Le brassard exerce une force d’appui adaptée sur le collecteur de sueur pour que, grâce au rebord de quelques centaines de microns de hauteur, la zone de collecte soit parfaitement isolée du reste du corps. Il en résulte que la sueur ne peut franchir le rebord soit pour entrer dans la zone de collecte soit pour en sortir. Il en découle une précision idoine de la collecte de sueur par rapport à la surface de collecte. Autrement dit, la sueur collectée par le dispositif provient uniquement et en totalité de la surface de collecte du dispositif. En effet, une moindre contamination de la zone de collecte peut avoir des répercussions très importantes au niveau d’une inférence de la collecte effectuée. Aussi, le collecteur de sueur présente une concavité et des reliefs permettant l’écoulement rapide de la sueur. La concavité est étudiée de telle sorte qu’une force de fermeture du brassard est transmise au rebord du collecteur de sueur qui fait pression sur la peau de l’utilisateur. De cette pression résulte un bourrelet de peau que le collecteur de sueur épouse, sans écraser le bourrelet de peau afin de permettre un phénomène de capillarité. Le collecteur de sueur comprend des zones hydrophobes qui permettent de canaliser la sueur qui apparait sous le collecteur de sueur et améliorent et canalisent un déplacement capillaire de sueur vers un orifice central équipant la zone de collecte.
Ces dispositions permettent de ne pas écraser le bourrelet de peau cerné par le rebord se formant en raison de la fermeture du brassard pour ne pas étouffer les glandes eccrines par une pression mécanique trop importante.
Ces dispositions permettent néanmoins d’imposer également une pression hydraulique supplémentaire pour générer le flux continu de sueur afin de mesurer un débit de sueur par variation de conductance, tout en évitant de stocker la sueur.
A cette fin, il est évalué un rapport entre un volume de collecte échantillonnée, un nombre de glande eccrines présentes dans la zone de collecte, un débit minimal de sueur et une fréquence de la mesure, compte tenu des dimensions du canal microfluidique et des dimensions d’électrodes de mesure utilisées.
L’utilisation du collecteur de sueur avec rebord permet avantageusement d’échantillonner une large surface de peau et d’obtenir la sueur en provenance de plus de 600 glandes eccrines. Tout d’abord, le volume de sueur collectée en est augmenté considérablement même lors de petit effort impliquant une faible sudation, de l’ordre de 25 cl/heure, un débit minimal moyen d’environ 0,04 ml/heure (soit 40 mm3/heure). Un tel débit est suffisant pour remplir le canal microfluidique par un volume de 7.4 mm3 de sueur en 10 minutes environ soit pour un canal microfluidique de section 0.1 mm x 0.9 mm, le canal en entier, ce qui permet ainsi d’avoir une première mesure de concentration et de débit en 10 minutes environ après le début de la sudation, puis d’avoir une nouvelle série de mesures toutes les minutes environ (nouvelles mesures indépendantes des précédentes puisque une nouvelle couche de sueur recouvre chacune des deux paires d’électrodes), même pour les faibles sudations. Notons également que dans le cas d’une sudation en phase vapeur, correspondant à une activité physique au repos, ce dispositif (notamment grâce aux rapports dimensionnels entre la zone de collecte et le canal microfluidique) permet la condensation de la sueur dans la zone de collecte laquelle s’écoule alors en phase liquide dans le canal microfluidique permettant l’obtention de mesures sur des échelles de temps de l’ordre de 30 minutes à une heure (pour des débits de sudation au repos compris entre 10 cl / heure et 25 cl / heure).
Afin d’avoir une bonne mesure à un coût abordable, la collecte d’une superficie couvrant au minimum 600 glandes eccrines est essentielle, cela permet d’utiliser un canal microfluidique de 0,1 mm x 0,9 mm de section de passage et de longueur de canal de l’ordre de 60 mm à +/- 10% près, et d’y insérer deux paires d’électrodes curvilignes longues de 10 à 20 mm pour une hauteur allant de 30 à 40 microns et une largeur allant de 200 à 300 microns. Il en résulte une optimisation du collecteur de sueur, de la taille du canal microfluidique jusqu’au dimensionnement des électrodes de mesure et au débit de sueur.
On comprend que sans mesure du débit, le brassard ne pourrait pas donner d’informations globales concernant le corps de l’utilisateur. En effet, c’est l’inférence statistique des résultats de la zone échantillonnée du corps qui est pertinente. Cette inférence doit sa précision à la mesure faite sur l’échantillon et le débit est la mesure la plus complexe à réaliser puisque la sueur n’est pas stockée.
Pour ces raisons, il est avantageusement proposé par la présente invention de faire une mesure basée sur une variation de conductance dans le canal microfluidique. Ainsi, la mesure se fait durant le moment où la sueur s’écoule de manière continue dans le canal microfluidique, avant son éjection. On note qu’aucun stockage de la sueur n’est réalisé, la sueur s’écoulant d’un orifice d’entrée vers un orifice de sortie, résolvant ainsi les problèmes de dimensionnement du canal microfluidique en fonction du débit de sueur.
Un tel type de mesure est réalisable par le dispositif de la présente invention pour plusieurs raisons prises seules ou en combinaison. Le dispositif présente une grande zone de collecte dimensionnée pour générer un flux continu de sueur, le dispositif présente un rebord qui cerne la zone de collecte assurant une étanchéité entre la zone de collecte et l’extérieur de la zone de collecte, ce qui évite des pertes de sueur. La zone de collecte constitue une pompe apte à générer le flux continu de sueur. Ainsi, on a pu observer sur un utilisateur au repos ayant une faible sudation la formation d’un flux continu de sueur, notamment par condensation à l’intérieur du canal microfluidique, en raison de ses dimensions et de son agencement. Le dispositif présente au moins un canal microfluidique de taille et de conformation appropriées pour faciliter un écoulement laminaire de la sueur minimisant d’éventuelles perturbations, tel qu’un phénomène de diffusion, à l’intérieur du canal microfluidique et le dispositif comporte au moins deux paires d’électrodes de dimensions appropriées. Ces caractéristiques renforcent une fiabilité des mesures. Ainsi, le volume de collecte et le volume du canal microfluidique ont été déterminés précisément pour assurer un flux continu de sueur baignant successivement les deux paires d’électrodes. C’est l’ensemble de ces points qui permet de réaliser la mesure qui va être décrite ci-dessous.
On comprend qu’à partir d’un choix cohérent entre elles des caractéristiques du dispositif comprenant le volume de la zone de collecte, la conformation géométrique du canal microfluidique, les dimensions du canal microfluidique et les dimensions des paires d’électrodes, telles que leur longueur respective notamment, il est possible de mesurer avec précision le débit de sueur.
En premier lieu, la large zone de collecte, contenant au minimum 600 glandes eccrines, permet de collecter un débit important de l’ordre de 0,1 ml/heure au minimum. Il a été fait le choix de dimensionner la zone de collecte de manière à ce que la zone de collecte présente un volume de collecte de 500 mm3, à +/- 10% près.
En second lieu, le canal microfluidique loge au moins deux paires d’électrodes aptes à mesurer une conductance de la sueur, dont une première paire d’électrodes curvilignes disposées en amont d’une deuxième paire d’électrodes curvilignes à l’intérieur du canal microfluidique. Les deux électrodes sont séparées d’une distance d’électrode, et mesurent chacune la conductance de la sueur à un intervalle de temps At selon une vitesse découlement. A chaque fois que la conductance du liquide change, une nouvelle mesure du débit est faite. Il a été fait le choix dimensionner le volume du canal microfluidique de manière à ce que le canal microfluidique présente un volume du canal de 5,4 mm, à +/- 10% près.
Lors de l’écoulement de la sueur, la première paire d’électrodes mesure une prem ière conductance Ci , C2, ... . Cn, les Ci étant espacées par une fréquence de mesure Fmes, par exemple 1 min (C2 est donc mesurée avec une minute d’intervalle par rapport à Ci et notons que possiblement Ci=C2, etc... )
La deuxième paire d’électrodes est espacée de la distance d’électrode non nulle de la première paire d’électrodes, et la deuxième paire d’électrodes est rigoureusement identique à la première paire d’électrodes. La deuxième paire d’électrodes mesure une deuxième conductance C’i, C’2, .... C’n, les C’i étant espacées par une même fréquence de mesure Fmes, par exemple 1 min (C’2 est donc mesurée avec une minute d’intervalle par rapport à C’1 et notons que possiblement C’i=C’2, etc... )
La deuxième paire d’électrodes mesure la conductance du flux continu de sueur et on relève l’instant où la deuxième conductance est égale à la première conductance. Il a été fait le choix d’observer cette concordance de mesure pour la première paire d’électrodes et pour la deuxième paire d’électrodes pour en déduire le débit de sueur de manière précise, l’écoulement étant laminaire et continu à l’intérieur du canal microfluidique.
Aussi, la deuxième paire d’électrodes fonctionne en continu, pour déterminer l’intervalle de temps Ati, At2, .... Atn qui sépare les mesures de conductance Ci, C2, ....Cn de la première paire d’électrodes et les mesures de conductance Ci’, C2’, ... ,Cn’ de la deuxième paire d’électrodes, qui sont telles que Ci’=Ci, C2’— C2 ....Cn’=Cn sachant que la mesure de conductance Ci’ a été faite avec un intervalle de temps Ati par rapport à la mesure de conductance Ci, i=1 ... n. Il en résulte que Ati est l’intervalle de temps que met le flux continu de sueur de conductance Ci pour parcourir la distance d’électrode D qui sépare les deux électrodes.
Autrement dit, c’est à partir d’une équivalence de conductance mesurée par la deuxième paire d’électrodes par rapport à la première paire d’électrodes, c’est- à-dire lorsque le flux continu de sueur d’une concentration donnée en NaCI vue par la deuxième paire d’électrodes correspond à celle mesurée préalablement par la première paire d’électrodes, qu’il est possible de déduire qu’il s’agit bien de la même portion du flux continu de sueur qui a franchi successivement la première paire d’électrodes, puis la deuxième paire d’électrodes, et donc de déterminer précisément un débit de sueur, cette précision étant obtenue à partir des dimensions choisies du canal microfluidique et de la zone de collecte ainsi que la conformation choisie du canal microfluidique, à partir d’un écoulement laminaire continu aux perturbations minimisées du fait de ces dimensions et conformations.
Ces dispositions sont telles que ce débitmètre est purement basé sur la qualité des électrodes et le fait qu’en situation microfluidique le phénomène de diffusion est réduit. Autrement dit, si le flux de sueur augmente en concentration de 30 à 32 mmol/litre, dans le canal microfluidique il y aura un tronçon de sueur à 30 mmol/litre et un autre tronçon de sueur de concentration 32 mmol/litre, les deux tronçons étant séparés, dans le canal microfluidique, par un front mince. En raison du phénomène de diffusion existant dans un canal microfluidique lequel est réduit grâce à la forme en spirale du canal, on comprend que selon la proximité de la deuxième paire d’électrodes on retrouve la mesure de 32 mmol/litre enregistrée par la première paire d’électrodes.
A cette fin, le procédé de la présente invention est un procédé d’analyse d’une sueur émise par une peau d’un utilisateur, le procédé comprenant une première étape de collecte de la sueur émise par la peau de l’utilisateur par l’intermédiaire d’un moyen de collecte que comprend une première face d’un boîtier pour former un flux continu de sueur.
Le procédé comprend une deuxième étape d’amenée du flux continu de sueur collecté vers un moyen d’analyse du flux continu de sueur que comprend une deuxième face du boîtier pourvue d’un canal microfluidique.
Le procédé comprend une troisième étape de mesure d’une première conductance du flux continu de sueur par une première paire d’électrodes logée à l’intérieur du canal microfluidique.
Le procédé comprend une quatrième étape de mesure d’une deuxième conductance du flux continu de sueur par une deuxième paire d’électrodes logée à l’intérieur du canal microfluidique et placée à une distance d’électrode de la première paire d’électrodes.
Le procédé comprend une cinquième étape de détermination d’un intervalle de temps écoulé pour que la deuxième conductance soit égale à la première conductance.
Le procédé comprend une sixième étape de calcul d’un débit de sueur produit par la peau de l’utilisateur.
Le dispositif pour la mise en œuvre d’un tel procédé comprend un boîtier qui comporte une première face prévue pour être en contact avec la peau de l’utilisateur. La première face est équipée d’un moyen de collecte de la sueur comprenant une zone de collecte d’un volume de collecte. Le boîtier comporte une deuxième face qui est équipée d’un moyen d’analyse de la sueur qui comprend au moins un canal microfluidique présentant un volume du canal et logeant une première paire d’électrodes apte à mesurer une première conductance de la sueur, et une deuxième paire d’électrodes apte à mesurer une deuxième conductance.
Le dispositif comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques techniques suivantes, prises seule ou en combinaison :
- un rapport entre un volume de collecte et le volume du canal est compris entre 80 et 110, préférentiellement de l’ordre de 90 à +/- 10% près,
- le canal microfluidique comprend successivement une première portion linéaire, puis une première portion semi-circulaire, puis une deuxième portion linéaire, puis une deuxième portion semi-circulaire, puis une troisième portion linéaire,
- la deuxième portion semi-circulaire logent les paires d’électrodes qui sont curvilignes
- la deuxième portion semi-circulaire comprend une première moitié de deuxième portion semi-circulaire qui loge la première paire d’électrodes et une deuxième moitié de deuxième portion semi-circulaire qui loge la deuxième paire d’électrodes, - le canal microfluidique est d’une section rectangulaire,
- la section rectangulaire du canal microfluidique est de l’ordre de 0,09 mm2, à +/- 10% près.
- la zone de collecte est cernée par un rebord,
- le moyen de collecte comporte au moins une zone hydrophobe,
- le boîtier est constitué d’un ensemble monobloc.
- le boîtier est issu de moulage d’une matière plastique,
- le boîtier est équipé d’une puce microélectronique qui comprend des moyens de calcul et qui est associée à des moyens de communication,
- le dispositif comprend au moins un brassard qui est rapporté sur un support logeant le boîtier pour le maintien de la première face contre la peau de l’utilisateur et pour assurer un contact sur la peau de l’utilisateur du moyen de collecte avec une pression supérieure à 15 g par cm2.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux figures annexées d’autre part, qui sont sommairement décrites ci-après :
[Fig. 1 ] est une illustration schématique de profil d’un dispositif d’analyse selon la présente invention,
[Fig. 2] est une illustration schématique d’une vue en coupe médiane d’un boîtier constitutif du dispositif d’analyse illustré sur la figure 1 ,
[Fig. 3] est une illustration schématique d’une vue de dessous du boîtier représenté sur la figure 2 illustrant un moyen de collecte dudit dispositif,
[Fig. 4] est une illustration schématique d’une vue de dessus d’une variante préférée de réalisation du boîtier représenté sur les figures 2 et 3.
[Fig. 5] est une illustration schématique d’une vue en coupe du canal microfluidique.
[Fig. 6] est une illustration schématique d’un bloc de mesure constitutif du dispositif illustré sur la figure 1 . Sur les [Fig. 1 ] et [Fig. 2], est représenté un dispositif 1 destiné à analyser une sueur présente sur une peau P d’un utilisateur. On comprend en cela que le dispositif 1 est portatif et est adapté pour analyser la sueur générée par des glandes eccrines que comprend la peau P de l’utilisateur au cours d’un effort physique, l’utilisateur étant par exemple un sportif en train de concourir à une épreuve sportive, ou bien un patient dont l’analyse de la sueur peut s’avérer médicalement pertinente. A cet effet, le dispositif 1 comprend un brassard 70, ou un bracelet pour le maintien du dispositif 1 sur l’utilisateur, par exemple sur un bras, une jambe ou le torse de ce dernier. On note que le brassard 70 est configuré pour que la peau P de l’utilisateur forme un bourrelet sous l’effet de la pression exercée par le dispositif 1 sur la peau P de l’utilisateur. Notamment le brassard est apte à assurer un contact sur la peau de l’utilisateur du moyen de collecte avec une pression supérieure à 15 g par cm2. Plus particulièrement, le dispositif 1 est agencé pour être clipsé, emboité, ou fixé par tout autre moyen de maintien, sur un support 60 qui est pourvu du brassard 70.
Le support 60 comporte une ouverture 61 qui est apte à loger un boîtier 2 constitutif du dispositif 1. Le boîtier 2 comporte une première face 11 prévue pour être en contact avec la peau P de l’utilisateur et une deuxième face 12, préférentiellement opposée à la première face 11 et préférentiellement encore parallèle à la première face 11. On comprend que l’ouverture 61 est débouchante à travers le boîtier 2 de manière à ce que la première face 11 soit en contact avec la peau P de l’utilisateur.
Le boîtier 2 est constitué d’un ensemble monobloc dans le sens où le boîtier 2 est formé d’un ensemble indissociable, sauf à partir d’une altération, voire une destruction du boîtier 2. A cet effet, le boîtier 2 est par exemple issu de moulage d’une matière plastique notamment.
Sur la [Fig. 3], la première face 11 est équipée d’un moyen de collecte 100 de la sueur qui comprend une zone de collecte 101 présentant une surface de collecte S. La zone de collecte 101 est constitutive de la première face 11 et est comprise à l’intérieur d’un rebord 13 que comprend la première face 11. Le rebord 13 est agencé pour que, lors d’un appui exercé par le brassard 70 sur le dispositif 1 , la peau P de l’utilisateur forme un bourrelet en vis-à-vis de la zone de collecte 101. De plus, le rebord 13 est agencé pour empêcher une évacuation de la sueur produite par le bourrelet hors de la zone de collecte 101 et pour empêcher une admission de sueur produite hors de la zone de collecte 101 à l’intérieur de cette dernière. Autrement dit, le rebord 13 est conformé en une barrière de la zone de collecte 101 infranchissable par la sueur. On comprend que la zone de collecte 101 est agencée pour récupérer la sueur produite par les glandes eccrines du bourrelet de la peau P et que la zone de collecte 101 présente la surface de collecte S exprimée en mm2. A titre d’exemple, la surface de collecte S est par exemple de l’ordre de 6,25 cm2, à +/- 10% près, si la zone de collecte 101 est conformée sensiblement en un carré de 2,5 centimètres de côté. Par ailleurs, la zone de collecte 101 présente un volume de collecte V qui est de l’ordre de 500 mm3, à +/- 10% près. On comprend que le volume de collecte V est délimité par la première face 11 , le rebord 13 et un plan P1 dans lequel s’inscrit une bordure libre 13’ du rebord 13, la bordure libre 13’ du rebord 13 étant prévu pour être en contact avec la peau P de l’utilisateur.
La deuxième face 12 est équipée d’un moyen d’analyse 200 de la sueur qui comprend au moins un canal microfluidique 120, tel qu’illustré sur les figures 4 et 5.
Le moyen de collecte 100 et le moyen d’analyse 200 sont reliés par l’intermédiaire d’un moyen d’amenée 300, plus particulièrement visible sur la [Fig.2], qui est agencé en un moyen de liaison entre le moyen de collecte 100 et le moyen d’analyse 200, en reliant la première face 11 et la deuxième face 12. Selon une forme de réalisation préférée, le moyen d’amenée 300 comprend au moins un conduit 3 qui s’étend par exemple orthogonalement à la première face 11 et à la deuxième face 12. Le conduit 3 s’étend entre un orifice d’entrée 31 équipant un premier centre A1 de la première face 11 et un orifice de sortie 32 équipant un deuxième centre A2 de la deuxième face 12.
Le moyen de collecte 100 comporte au moins un relief 113 qui constitue une rampe de guidage de la sueur, la sueur tendant à s’écouler le long du relief 113 vers le premier centre A1 . De préférence, les reliefs 113 sont en pluralité et sont radialement étendus depuis l’orifice d’entrée 31 vers le rebord périphérique 13. Plus particulièrement, chaque relief 113 s’étend entre une première extrémité 41 placée sur un cercle C ménagé autour du premier centre A1 et une deuxième extrémité 42. Certains reliefs 113 comportent une deuxième extrémité 42 pouvant-être constitutive du rebord périphérique 13, tandis que d’autres reliefs 113 comportent une deuxième extrémité 42 qui est ménagée à une distance d’extrémité X non-nulle du rebord 13. On note que les reliefs 113 sont indifféremment d’une conformation parallélépipédique, d’une conformation sinusoïdale ou analogue.
Le moyen de collecte 100 comporte préférentiellement au moins une zone hydrophobe 111. La zone hydrophobe 111 est par exemple obtenue par nanostructuration laser de la première surface 11 du boîtier 2.
Le moyen de collecte 100 est préférentiellement concave, de manière à faciliter un écoulement de la sueur depuis la zone hydrophobe 111 vers le premier centre A1 qui forme le point bas de la concavité de la zone de collecte 101. Pour faciliter encore un tel écoulement, l’orifice d’entrée 31 est agencé en un entonnoir.
Sur la [Fig. 4], le moyen d’analyse 200 comprend le canal microfluidique 120 relié fluidiquement à la zone hydrophobe 111 par l’intermédiaire du moyen d’amenée 300. Le canal microfluidique 120 s’étend entre une admission 120a équipant le conduit 3 et une évacuation 120b équipant une bordure périphérique 13’ de la deuxième face 12. Entre l’admission 120a et l’évacuation 120b, le canal microfluidique 120 présente une longueur de canal L’ qui est de l’ordre de 60 mm, à +/- 10% près. Le canal microfluidique 120 comporte au moins deux zones de mesure 201 a, 201 b aptes à loger chacune au moins une paire d’électrodes 22a, 22b.
En se reportant également sur la [Fig. 5], le canal microfluidique 120 est d’une section rectangulaire. Le canal microfluidique 120 est délimité par une paroi supérieure 121 et une paroi inférieure 122 espacée l’une de l’autre d’une première distance D1 qui est de l’ordre de 100 pm à +/- 10% près. Le canal m icrofluidique 120 est également délimité par une première paroi latérale 123 et une deuxième paroi latérale 124 espacée l’une de l’autre d’une deuxième distance D2 qui est de l’ordre de 900 pm à +/- 10% près. Une telle conformation du canal m icrofluidique 120 est un choix délibéré qui permet notamment un écoulement laminaire, exempt de turbulence et perturbation à la sueur qui circule à l’intérieur du canal microfluidique. Le canal microfluidique 120 présente un volume du canal V’ qui s’étend entre l’admission 120a et l’évacuation 120b et qui est située au bout du canal microfluidique 120 de façon à ce que le volume du canal V’ du point d’entrée au point de sortie soit compris entre 5 et 6 mm3, préférentiellement égal à 5,4 mm3.
Sur la [Fig. 4], le canal microfluidique 120 comprend successivement une première portion linéaire 131 d’une première longueur L1 qui est de l’ordre de 4,4 mm à +/- 10 % près, puis une première portion semi-circulaire 132 dont la première paroi latérale 123 s’inscrit sur un premier arc de cercle d’un premier rayon de courbure R1 qui est de l’ordre de 4,6 mm à +/- 10% près, puis une deuxième portion linéaire 133 d’une deuxième longueur L2 qui est de l’ordre de 5 mm à +/- 10% près, puis une deuxième portion semi-circulaire 134 dont la première paroi latérale 123 s’inscrit sur un deuxième arc de cercle d’un deuxième rayon de courbure R2 qui est de l’ordre de 4,6 mm à +/- 10% près, puis une troisième portion linéaire 135 d’une troisième longueur L3 qui est de l’ordre de 11 ,6 mm à +/- 10 % près. Une telle conformation en spirale du canal microfluidique 120 est encore un choix délibéré qui offre une garantie d’écoulement laminaire, exempt de turbulence et perturbation à la sueur qui circule à l’intérieur du canal microfluidique. Il en découle que le canal microfluidique présente une longueur de canal L’ qui est de l’ordre de 60 mm, à +/- 10% près.
Les deux paires d’électrodes 22a, 22b sont curvilignes et sont réparties à l’intérieur de la deuxième portion semi-circulaire 134. Plus particulièrement, la deuxième portion semi-circulaire 134 comprend une première moitié de deuxième portion semi-circulaire 134a qui loge la première paire d’électrodes 22a et une deuxième moitié de deuxième portion semi-circulaire 134b qui loge la deuxième paire d’électrodes 22b. Ainsi, et de manière avantageuse, un rapport entre le volume de collecte V et le volume du canal V’ est compris entre 80 et 110, préférentiellement de l’ordre de 92.5 à +/- 10% près.
Un tel rapport procure une circulation optimisée de la sueur à l’intérieur du canal microfluidique 120. Ainsi, un tel dispositif 1 est adapté pour effectuer au moins une mesure à la minute dans un canal microfluidique 120 comportant une section de passage inférieure à 0,1 mm2, et notamment une section de passage de l’ordre de 0,09 mm2 à +/- 10% près, le canal microfluidique 120 étant d’une longueur de l’ordre de 6 cm à +/- 10 %.
Préférentiellement, les paires d’électrodes 22a, 22b sont en pluralité et sont disposées dans des zones de mesure 201 a, 201 b distinctes, les paires d’électrodes 22a, 22b sont indifféremment sélectives ou non sélectives pour obtenir des données relatives à une perte hydrique ; une concentration d’ions ; une concentration en ion Na+ ; une concentration en ion Cl- ; une concentration en lactate ; une température et/ou une perte en calories.
Le canal microfluidique 120 comprend une première zone de mesure 201 a qui loge une première paire d’électrodes 22a telle qu’une paire d’électrodes destinée à mesurer une conductance de la sueur.
Le canal microfluidique 120 comprend une deuxième zone de mesure 201 b qui loge une deuxième paire d’électrodes 22b identique à la première paire d’électrodes 22a.
La première paire d’électrodes 22a et la deuxième paire d’électrodes 22b sont espacées l’une de l’autre d’une distance d’électrode D non-nulle prise à l’intérieur du canal microfluidique 120.
Sur la [Fig. 6], pour mesurer la concentration de NaCI présente dans le flux continu de sueur et déterminer le débit de sueur, deux blocs de mesure 24 ont été réalisés avec un générateur de tension 25, un pont diviseur 26 et deux convertisseurs 27 du type Vrms / DC. Les tensions de sortie Ve des convertisseurs 27 sont ensuite envoyées vers un seul microcontrôleur 28 constitutif d’une puce électronique 23, visible sur la [Fig. 2], Le générateur de tension 25, équipé d’un condensateur, est réglé à 200 mV et à 200 KHz pour alimenter le pont diviseur 26.
L’entrée du pont diviseur débute par une résistance R de 400 Q et se termine par une électrode sérigraphiée, à conductivité validable et NaCI dépendant, avant de rejoindre la masse M.
Un premier convertisseur Vrms to DC est utilisé pour lire la tension aux bornes du générateur de tension Ve et un second convertisseur Vrms to DC est utilisé pour lire la tension aux bornes de l’électrode variable Vs. Les tensions en sortie des convertisseurs 27 sont renvoyées vers le microcontrôleur 28.
De préférence, la deuxième face 12 du boîtier 2 loge la puce microélectronique 23 ainsi que les blocs de mesure 24 en relation avec les électrodes 22a, 22b logées à l’intérieur des zones de mesure 201 a, 201 b. La puce microélectronique 23 comprend des moyens de calcul aptes à réaliser les étapes de détermination et de calcul du procédé décrit ci-dessous.
Ces moyens de calcul sont notamment aptes à déduire la conductance Ci du flux continu de sueur à partir de la relation suivante :
Figure imgf000021_0001
Puis, une concentration X en NaCI est déduite à partir de la formule suivante :
X = 0.0868 Ci2 + 5.4606 Ci - 0.097
On note que le microcontrôleur 28 est en relation avec un régulateur de tension 29, un chargeur de batterie 30, un accéléromètre 31 , un capteur de température 32 et un capteur d’humidité 33, le régulateur de tension 29 et le chargeur de batterie 30 étant en relation avec un accumulateur 34.
La puce microélectronique 23 est par exemple en relation avec au moins une puce NFC/RFID ou des connecteurs physiques (plots ou socket de connection), une micropile rechargeable et un module Bluetooth qui équipent le support 60. Selon une forme de réalisation, le dispositif 1 comprend des moyens de mémoire desdites données.
Ces dispositions sont telles que le dispositif 1 est apte à mettre en œuvre un procédé d’analyse de la présente invention.
Plus particulièrement, le procédé d’analyse de la présente invention comprend :
- une première étape de collecte de la sueur émise par la peau P de l’utilisateur par l’intermédiaire d’un moyen de collecte 100 que comprend la première face
11 du boîtier 2 pour former un flux continu de sueur,
- une deuxième étape d’amenée du flux continu de sueur collecté vers un moyen d’analyse 200 du flux continu de sueur que comprend la deuxième face
12 du boîtier 2 pourvue du canal microfluidique 120
- une troisième étape de mesure de la première conductance Ci, C2, .... Cn du flux continu de sueur par la première paire d’électrodes 22a logée à l’intérieur du canal microfluidique 120,
- une quatrième étape de mesure de la deuxième conductance Ci’, C2’, .... Cn’ du flux continu de sueur par la deuxième paire d’électrodes 22b logée à l’intérieur du canal microfluidique 120 et placée à la distance d’électrode D de la première paire d’électrodes 22a,
- une cinquième étape de détermination d’un intervalle de temps Ati, At2, .... Atn écoulé pour que la deuxième conductance Ci’, C2’, .... Cn’ soit égale à la première conductance Ci, C2, .... Cn, et
- une sixième étape de calcul d’un débit de sueur produit par la peau P de l’utilisateur

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Procédé d’analyse d’une sueur émise par une peau (P) d’un utilisateur, le procédé comprenant une première étape de collecte de la sueur émise par la peau (P) de l’utilisateur par l’intermédiaire d’un moyen de collecte (100) que comprend une première face (11 ) d’un boîtier (2) pour former un flux continu de sueur, une deuxième étape d’amenée du flux continu de sueur collecté vers un moyen d’analyse (200) du flux continu de sueur que comprend une deuxième face (12) du boîtier (2) pourvue d’un canal microfluidique (120), le procédé comprenant une troisième étape de mesure d’une première conductance (Ci, C2, .... Cn) du flux continu de sueur par une première paire d’électrodes (22a) logée à l’intérieur du canal microfluidique (120) et une quatrième étape de mesure d’une deuxième conductance (Ci’, C2’, .... Cn’) du flux continu de sueur par une deuxième paire d’électrodes (22b) logée à l’intérieur du canal microfluidique (120) et placée à une distance d’électrode (D) de la première paire d’électrodes (22a), caractérisé en ce que le procédé comprend une cinquième étape de détermination d’un intervalle de temps (Ati, At2, .... Atn) écoulé pour que la deuxième conductance (Ci’, C2’, .... Cn’) soit égale à la première conductance (Ci , C2, ... . Cn) et une sixième étape de calcul d’un débit de sueur produit par la peau (P) de l’utilisateur.
[Revendication 2] Dispositif (1 ) pour la mise en œuvre d’un procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (1 ) comprend un boîtier (2) qui comporte une première face (11 ) prévue pour être en contact avec la peau (P) de l’utilisateur, la première face (11 ) étant équipée d’un moyen de collecte (100) de la sueur comprenant une zone de collecte (101 ) d’un volume de collecte (V), le boîtier (2) comportant une deuxième face (12) qui est équipée d’un moyen d’analyse (200) de la sueur qui comprend au moins un canal microfluidique (120) d’un volume du canal (V’) logeant une première paire d’électrodes (22a) apte à mesurer une première conductance (Ci, C2,.... Cn) de la sueur, et une deuxième paire d’électrodes (22b) apte à mesurer une deuxième conductance (Ci ’ , C2’, ... . Cn’).
[Revendication 3] Dispositif (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’un rapport entre le volume de collecte (V) et le volume du canal (V’) est compris entre 80 et 110.
[Revendication 4] Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le canal microfluidique (120) comprend successivement une première portion linéaire (131 ), puis une première portion semi-circulaire (132), puis une deuxième portion linéaire (133), puis une deuxième portion semi-circulaire (134), puis une troisième portion linéaire (135).
[Revendication 5] Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième portion semi-circulaire (134) logent les paires d’électrodes (22a, 22b) qui sont curvilignes.
[Revendication 6] Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième portion semi-circulaire (134) comprend une première moitié de deuxième portion semi-circulaire (134a) qui loge la première paire d’électrodes (22a) et une deuxième moitié de deuxième portion semi- circulaire (134b) qui loge la deuxième paire d’électrodes (22b).
[Revendication 7] Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à
6, caractérisé en ce que le canal microfluidique (120) est d’une section rectangulaire.
[Revendication 8] Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à
7, caractérisé en ce que la section rectangulaire du canal microfluidique (120) est de l’ordre de 0,09 mm2, à +/- 10% près.
[Revendication 9] Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la zone de collecte (101 ) est cernée par un rebord (13).
[Revendication 10] Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le moyen de collecte (100) comporte au moins une zone hydrophobe (111 ).
[Revendication 11] Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le boîtier (2) est constitué d’un ensemble monobloc.
[Revendication 12] Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 11 , caractérisé en ce que le boîtier (2) est issu de moulage d’une matière plastique.
[Revendication 13] Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que le boîtier (2) est équipé d’une puce microélectronique (23) qui comprend des moyens de calcul et qui est associée à des moyens de communication.
[Revendication 14] Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le dispositif (1 ) comprend au moins un brassard (70) qui est rapporté sur un support (60) logeant le boîtier (2) pour le maintien de la première face (11 ) contre la peau (P) de l’utilisateur et pour assurer un contact sur la peau (P) de l’utilisateur du moyen de collecte (100) avec une pression supérieure à 15 g par cm2.
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