相关申请的交叉引用
本申请涉及2015年7月24日提交的美国临时申请62/196,541和2015年8月21日提交的美国临时申请62/208,171，其全部公开内容在此通过引用整体并入本文。
背景技术
汗液感测技术在体育、新生儿学、药理学监测、个体数字健康(未穷举)等领域具有巨大的应用潜力。汗液包含的许多生物标志物、化学物质或溶质都与血液中所携带的相同，这可以提供重要的信息，使得甚至能够在任何体征出现之前诊断疾病、健康状况、中毒、行为表现以及其他生理属性。此外，可以测量汗液本身、出汗的动作或其他参数、特性、溶质、或者皮肤上或皮肤附近或皮肤下的特征，以进一步揭示生理信息。
如果汗液作为感测范例具有如此巨大的潜力，那么为什么在数十年间，汗液没有被应用在婴儿氯测定中检测囊胞性纤维症，或者应用在非法药物的监测贴片中？多年来，大多数医学文献利用了以下缓慢且不方便的过程：汗液刺激，收集样本，将样本运送到实验室，然后通过台式机器和训练有素的专家分析样本。这个过程是如此劳力密集、复杂和昂贵，在大多数情况下，由于血液测试是用于大多数高性能生物标志物感测形式的黄金标准，因而血液测试将是一种优越的方式。因此，汗液感测尚未展现出其在生物感测方面的最充分的机会和能力，尤其是对于持续或重复的生物感测或监测。此外，尝试使用汗液来感知“圣杯”(例如，葡萄糖)还没有成功地生产出可行的商业产品，这也减少了公众认识汗液感测的可能性和机会空间。
在用于生物监测的所有其他生理流体(例如血液、尿液、唾液和眼泪)中，在缺乏技术方法的条件下，汗液可以说具有最低的可预测的采样速率。然而，通过适当的技术应用，可以使得汗液在可预测的采样中胜过其他非侵入性或低侵入性的生物液体。例如，难以在不对使用者造成负面影响(例如，眼睛干涩、流泪、口干或在说话时唾液过多)的前提下控制唾液或泪液的速率。尿液也是难以用于生理监测的流体，因为采集多个尿液样本并不方便，并不能总是在需要的时候获取尿液样本，并且尿液中生物标志物稀释的控制给使用者或测试对象带来了更多的显著不便。
然而，现有的汗液生物监测技术需要额外的装置和方法，以适当地减小感测器和皮肤之间的容积。降低汗液容积对于快速采样时间或在出汗率非常低的间隔期间进行采样至关重要。另外，对于长时间的刺激(即，为了使刺激最小化)，和对于改善需要低出汗率以确保汗液中生物标志物浓度与血液中生物标志物浓度之间的相关性的生物标志物测量，降低汗液容积也是至关重要的。
上面提到的许多缺点和局限可以在汗液产生时，通过经济实惠地、有效地、方便地、智能地或可靠地使汗液感测技术与汗液紧密接近的方式，创建化学品、材料、感测器、电子、微流体、算法、计算、软件、系统以及其他特征或设计的新颖和先进的相互作用来解决。有了这样的发明，汗液感测可以变成一个作为生物感测平台的引人注目的新范例。
发明内容
本发明提供了一种汗液感测装置，该装置配置有位于汗液感测器和汗腺之间的减小的容积，这降低了确保时间顺序的采样间隔。在一个实施例中，放置在皮肤上用于测量汗液分析物性质的汗液感测装置包括一个或多个汗液感测器和容积减小部件。当该装置位于皮肤上时，该容积减小部件为一个或多个汗液感测器和汗腺之间的汗液提供了容积减小路径。容积减小部件可以包括芯吸材料或至少部分地形成容积减小路径的其他部件。
附图说明
根据以下的描述和附图将进一步理解本发明，在附图中：
图1是用于汗液生物感测的可穿戴装置的至少一部分的横截面图。
图2是用于汗液生物感测的可穿戴装置的至少一部分的横截面图。
图3是用于汗液生物感测的可穿戴装置的至少一部分的横截面图。
图4是用于汗液生物感测的可穿戴装置的至少一部分的横截面图。
图5A、图5B、图5C和图5D是具有减小的芯吸容积的用于汗液生物感测的装置的至少一部分的横截面图。
图6A、图6B和图6C分别是具有减小的芯吸容积的用于汗液生物感测的装置的至少一部分的横截面图、局部俯视图和局部横截面图。
图7A和7B分别是具有减小的芯吸容积的用于汗液生物感测的装置的至少一部分的局部俯视图和局部横截面图。
图8是还具有用于感测器表面的保护件的汗液感测装置的至少一部分的局部横截面图。
图9是还具有用于感测器表面的保护件的汗液感测装置的至少一部分的局部横截面图。
图10是还具有用于感测器表面的保护件的汗液感测装置的至少一部分的局部横截面图。
图11A、图11B和图11C是具有减小的芯吸容积的汗液感测装置的至少一部分的局部横截面图。
术语定义
“时间顺序确保性”(Chronological assurance，或曰“确保时间顺序”)是指用于测量汗液或汗液中溶质的采样速率或采样间隔，基于该采样速率或采样间隔，可以在新的汗液或其新溶质从身体上产生时，对该汗液或溶质进行测量。时间顺序确保性还可以包括对感测器功能的效果的确定，或者对先前产生的汗液、先前产生的溶质、其他流体或其他用于测量的测量污染源的潜在污染的影响的确定。
“汗液采样速率”是指从汗腺或皮肤或组织产生的新的汗液或汗液溶质到达测量汗液或汗液溶质性质的感测器的有效速率。在一些情况下，汗液采样速率可能比单纯的汗液产生速率复杂得多。汗液采样速率直接确定时间顺序确保性，或者是确定时间顺序确保性的影响因素。时间和速率成反比(速率具有1/秒的至少部分单位)，因此，重新填充汗液容积所需的短暂的时间或短小的时段也可以被称为具有快速的或高的汗液采样速率。汗液采样速率(1/s)的倒数也可以被解释为“汗液采样间隔”。汗液采样速率或汗液采样间隔不一定是规则的、离散的、周期性的、不连续的、或受到其他限制的。与时间顺序确保性一样，汗液采样速率也可以包括对先前产生的汗液、先前产生的溶质、其他流体或其他用于测量的测量污染源的潜在污染的影响的确定。汗液采样速率也可以全部或部分由溶质产生、运输、流体的平流运输、溶质的扩散运输或其他因素所确定，该其他因素是那些将会影响新汗液或汗液溶质到达感测器的速率的因素，和/或由较旧的汗液或溶质或其他污染源所改变的因素。感测器响应时间也可能影响采样速率。
“汗液产生速率”是指汗腺本身产生汗液的速率。汗液产生速率通常由每个腺体的流量(以nL/min/腺体)来测量。在一些情况下，再将测量结果乘以从中进行汗液采样的汗腺的数量。
“测量”可以指准确或精确的定量测量，并且可以包括更广泛的含义，例如测量某物的相对变化量。测量也可以指二元测量，例如“是”或“否”类型的测量。
“汗液容积”是指可以以多种方式定义的空间中的流体体积。汗液容积可以是存在于感测器与汗液产生点之间的容积，或者是存在于感测器与溶质之间的容积，其中该溶质进入或离开来自身体或其他来源的汗液。汗液容积可以包括皮肤上的采样位置和皮肤上的感测器之间可以被汗液占据的容积，在其中感测器不具有位于感测器和皮肤之间的中间层、中间材料或中间部件；或者在皮肤上的采样位置与皮肤上的感测器之间存在介于感测器和皮肤上的采样位置之间的一个或多个层、材料或部件。汗液容积可以指多个集成部件的汗液容积，或者用于描述单个部件或子部件的汗液容积，或者在装置(或装置部件)和皮肤之间的空间中的汗液容积。
“容积减小部件”是指有助于产生容积减小路径的本发明的任何部件、材料、元件或特征。
“容积减小路径”是指通过添加材料、装胃、层或其他部件而减小的汗液容积，因此，对于给定的汗液产生速率，这样减小了汗液采样间隔。具体对本发明来说，容积减小路径是指本文公开的元素的任何组合，这些组合至少部分地利用芯吸压力来使得容积减小路径能够形成。例如，通过芯吸作用使汗液穿过汗液收集器与皮肤之间的空间，可以在该空间中产生容积减小路径。本发明可以受益于其他减小汗液容积的方法，但是如果在本文中使用术语容积减小路径，则芯吸压力必须(至少部分地)能够实现或产生容积减小路径。
“微流体部件”是指聚合物、纺织品、纸张或其他在微流体领域中已知的用于引导流体运动或至少部分容纳流体的部件中的通道。
“芯吸压力”、“芯吸力”、“毛细管压力”或“毛细管力”是指应根据其一般科学含义来解释的压力或力。例如，毛细管(管)几何形状可以说具有毛细管压力或芯吸压力。或者，芯吸纺织品或凝胶可能具有毛细管压力，即使该材料不是几何学上的管或通道。相反地，芯吸纤维可以具有有效的毛细管压力。类似地，放置在皮肤上的材料和皮肤表面之间的(相对空的)空间可以具有有效的芯吸压力。术语“芯吸(或毛细管)压力”和“芯吸(或毛细管)力”在本文中可互换使用，以描述由能够通过负压捕获汗液的任何部件或材料(所述捕获即，将汗液拉入所述部件或材料中，或沿所述部件或材料拉拽所述汗液)提供的有效压力。为了简单起见，术语“芯吸压力”将在本文用于指代任何上述替代性术语。芯吸压力也必须在其具体情况下来考虑，例如，如果海绵完全被水浸透，则海绵没有剩余的芯吸压力。因此，芯吸压力必须按照本说明书中所描述的针对使用中的装置来解释，而不是单独地解释或在除了所公开的装置或使用情形之外的情况下解释。
“芯吸收集器”是指本发明的任何支持容积减小路径的创建或维持容积减小路径的部件，或者是在汗液感测装置感测器之前接收汗液并位于皮肤上或皮肤附近的芯吸元件。芯吸收集器可以是微流体部件、毛细管材料、起皱表面、纺织品、凝胶、涂层、膜或满足本发明的一般标准的任何其他部件。芯吸收集器可以是服务于其他目的的相同部件或材料(例如，芯吸泵或芯吸联接器)的一部分，并且在这种情况下，至少部分地在感测器之前接收汗液、并且位于皮肤上或皮肤附近的所述部件或材料的所述部分也是如本文所定义的芯吸收集器。
“芯吸泵”是指本发明的任何这样的部件：该部件支持容积减小路径的创肆或维持容积减小路径，或者在汗液感测装置感测器之后接收汗液，并且该部件的主要目的是收集多余的汗液以使得装置的能够持续运行。芯吸泵还可以包括蒸发材料或蒸发表面，该蒸发材料或蒸发表面配置为通过蒸发水分来去除多余的汗液。芯吸泵可以是用于其他目的的相同部件或材料的一部分(例如，芯吸收集器或芯吸联接器)，并且在这种情况下，至少部分地在感测器之后接收汗液的所述部件或材料的所述部分也是如本文所定义的芯吸泵。
术语“芯吸泵”也可以参考替代性的配置，例如小机械泵或穿过膜的渗透压，只要产生的压力满足本文所描述的要求，并且芯吸泵和皮肤之间的其他材料或部件通过芯吸压力运作以维持其各自的汗液容积。例如，对皮肤气密的抽吸系统不被认为是芯吸泵，因为本发明允许在装置和皮肤之间引入空气或气体。
“芯吸联接器”是指本发明的任何这样的部件：该部件位于汗液感测装胃感测器上或附近，并且该部件通过平流、扩散或其他传输方法，在另一芯吸部件或芯吸材料和至少一个装置感测器之间促进汗液或汗液溶质的联接和传输。在一些实施例中，芯吸联接器功能可以通过适当配置的芯吸收集器来执行。在其他实施例中，装置感测器可以配置有芯吸表面或芯吸材料，该芯吸表面或芯吸材料在没有芯吸联接器的情况下起作用(例如，亲水的固定化适体层，或者对于分析物来说是多孔的聚合物离子载体层)。芯吸联接器可以是用于其他目的的相同部件或材料(例如，芯吸收集器或芯吸泵)的一部分，并且在这种情况下，所述部件或材料的所述部分(该部分至少部分地将汗液联接到感测器，并且位于感测器上或感测器附近)也是如本文所定义的芯吸联接器。
“芯吸空间”指的是皮肤和芯吸收集器之间的空间，如果没有汗液存在，该空间由空气、护肤油或其他非汗液流体或气体填充。在本发明的一些实施例中，即使存在汗液，芯吸收集器也可通过由芯吸收集器提供的芯吸压力作用从芯吸空间中除去一些或大部分的汗液。
具体实施方式
为了阐述汗液采样速率的适当数值或表征，因此将详细描述时间顺序确保性、汗液产生速率和汗液容积。参见文献[Dermatology：an illustrated color text，5th ed.]，每人每天最多产生汗液10L，平均每个腺体每天最多4μL，或者大约3nL/min/腺体。这比最低汗液产生速率高出约20倍。受刺激的最大汗液产生速率参见文献[Buono 1992，J.Derm.Sci.4，33-37，“Cholinergic sensitivity of the eccrine sweat gland in trained and untrained men”]，对于未受过训练的男性，通过毛果芸香碱刺激而产生的最大汗液产生速率大约为4nL/min/腺体，对于受过训练的男性(经常锻炼的男性)，大约为8nL/min/腺体。来自文献[“Pharmacologic responsiveness of isolated single eccrine sweat glands，”by K.Sato and F.Sato，Am.Physiological Society，Jul.30，1980]的汗液刺激数据表明，通过刺激，汗液产生速率最高可以达到大约5nL/min/腺体，并且公开了几种类型的汗液刺激物质(数据是针对提取和分离出的与人类汗腺非常相似的猴子汗腺)。为了简单起见，我们可以假设用于本发明中计算(在不对本发明进行限制的情况下)的最小汗液产生速率大约为0.1nL/min/腺体，最大汗液产生速率大约为5nL/min/腺体，这样最大和最小产生速率相差约50倍。
基于汗腺密度为100/cm2的假设，则半径为0.55cm(直径为1.1cm)的感测器可以覆盖大约1cm2的面积，或者大约100个汗腺。接下来，假设面向皮肤的感测器下(感测器和皮肤之间的空间)的汗液容积的平均高度为100μm或者100E-4cm，并且面积同样为1cm2，这样可以提供100E-4cm3的汗液容积或者大约100E-4mL或10μL的容积。以5nL/min/腺体的最大汗液产生速率和100个腺体，将需要20分钟来完全刷新汗液容积(仅使用第一原理/仅最简单的计算)。以0.1nL/min/腺体的最小汗液产生速率和100个腺体，将需要1000分钟或者～17小时来刷新汗液容积。因为流动不是完全集中的，参见文献[Sonner，et al.，in Biomicrofluidics，2015 May 15；9(3)：031301.doi：10.1063/1.4921039]，完全刷新汗液容积(即新汗液代替所有的旧汗液)的时间可能会延长6倍或更长。对于慢汗液流速，分析物的反向扩散和其他混杂因素可能会使有效采样间隔更长。显然，具有大汗液容积和慢采样速率的传统可穿戴式汗液感测方法会发现持续的汗液样本监测是个巨大挑战。
汗液刺激或汗液活化可通过已知方法实现。例如，可以通过简单的热刺激、化学加热垫、红外光，通过口服药物，通过皮内注射诸如卡巴胆碱、甲基胆碱或毛果芸香碱等药物，以及通过使用离子电渗在真皮引入这些药物，通过轴突反射催汗或者通过其他的手段来实现汗液刺激。用于离子电渗的装置可以例如提供直流电并且使用具有多孔材料的大的铅电极，其中正极用2％的盐酸毛果芸香碱或卡巴胆碱抑制，而负极用0.9％的NaCl溶液抑制。还可以通过要求装置穿戴者进行或增加导致他们出汗的活动或条件来控制或产生汗液。
本发明至少适用于能够刺激汗液，测量汗液、汗液产生速率、汗液时间顺序确保性、汗液溶质、从皮肤转移到汗液中的溶质、皮肤表面的性质或皮肤表面上的物质、或皮下的性质或物质的任何类型的汗液感测装置。在所有实施例中，本发明均包括至少一个对汗液中的分析物具有特异性的感测器。还需要阐明的是，仅仅测量汗液的电导率并不是对一个分析物具有特异性，因为它测量了汗液中所有离子溶质所贡献的电导率的总和。然而，配置为检测钾的离子选择性电极是对一种分析物具有特异性的感测器。作为另外的实例，仅会被雌激素干扰(非特异性)的汗液皮质醇感测器仍然能够对本文表述的一种分析物具有特异性，因为在许多装置应用中，雌激素的浓度是稳定的，但是皮质醇的浓度会发生改变，这使得感测器能够有效地特异于皮质醇。在本发明中可以使用任何合适的感测器(例如，离子选择性的、酶促的、抗体的、适体的、光学的、电学的、机械的等)。本发明适用于具有包括贴片、绑带、皮带、衣服的部分、可穿戴物、或任何合适机构的各种配置的汗液感测装置，当汗液产生时，该装置可靠地将汗液刺激、汗液收集和/或汗液感测技术与汗液紧密接近。一些实施例使用粘合剂将装置保持在皮肤附近，但是装置也可以通过另一种合适的机构(例如，皮带或头盔悬架)来固定。
本发明的某些实施例将感测器描述为简单的单独元件。可以理解的是，许多感测器需要两个或更多个电极、参考电极或附加的支撑技术或特征，这在本文的描述中并未出现。感测器本质上优选是电学的，但是也可以包括光学的、化学的、机械的或其他已知的生物感测机构。感测器可以是二联的，三联的或更多，以提供改进的数据和读数。感测器可以通过感测器正在感测的内容来命名，例如：汗液感测器；阻抗感测器；汗液容积感测器；汗液产生速率感测器；或溶质产生速率感测器。本发明的某些实施例展示了子部件，这些实施例可能需要额外的明显的子部件以将所述装置应用于各种应用(例如电池)中，为了简洁起见并且关注于创造性方面，这些子部件没有在图中明确展示或者在本发明的实施例中描述。作为进一步的例子，本发明的许多实施例可以受益于机械或其他手段以保持所述装置或子部件牢固地附着到皮肤上，或者提供促进与皮肤的持续接触或与皮肤上的凸脊或凹陷共形接触的压力，这对于可穿戴装置、贴片、绑带或附着在皮肤上的其他技术或材料的领域的技术人员是已知的。这样的手段包括在本发明的精神之内。本申请具有基于PCT/US13/35092的说明书，该说明书公开的内容通过引用整体并入本文。
参考图1，汗液感测器装置100被置于皮肤12上或皮肤12附近。在替代性实施例中，汗液感测器装置可以通过微流体或其他合适的技术流体连接到皮肤或皮肤附近的区域。装置100与读取器装置150进行有线通信152或者无线通信154。在一些实施例中，读取器装置150可以是智能电话或便携式电子装置。在替代性实施例中，装置100和读取器装置150可以被组合。在其他替代性实施例中，通信152或154不是持续不断的，一旦完成了对汗液的测量，该通信152或154可以是从装置100的一次性数据传输。
参考图2，装置200包括至少一个分析物特异性汗液感测器220，至少一个芯吸收集器232和至少一个芯吸泵230。为了确保感测器220保持被汗液润湿，本发明的一些实施例将配置有芯吸收集器232，该芯吸收集器232具有大于或等于芯吸泵230的芯吸压力。
参考图3，装置300包括至少一个感测器320、至少一个芯吸收集器332、至少一个芯吸泵330和介于皮肤12与芯吸收集器332之间的芯吸空间390。为了通过产生至少一部分的容积减小路径来减小汗液容积，一些实施例将配置有芯吸泵330，该芯吸泵330具有比芯吸空间390更大的芯吸压力。在其他实施例中，芯吸泵330和芯吸收集器332两者都将具有比芯吸空间390更大的芯吸压力。在一个优选实施例中，本发明减小了汗液容积，使得在汗液感测装置的运行期间，芯吸空间390以少于10％的汗液(例如，90％空气或气体)填充。其他实施例可以将汗液容积减小到较小的程度，以使得芯吸空间390包含20％、30％、40％或最多达50％的汗液(即，芯吸空间390的汗液容积至少是一半)。
参考图4，装置400包括至少一个感测器420、至少一个芯吸收集器432、至少一个芯吸联接器434、至少一个芯吸泵430和介于皮肤12与芯吸收集器432之间的芯吸空间490。为了通过产生至少一部分的容积减小路径来减小汗液容积，并且为了确保感测器420保持被汗液润湿，一些实施例将配置有芯吸联接器434，该芯吸联接器434具有大于或等于芯吸泵430的芯吸压力。否则，芯吸泵430可以从感测器420移除多余的汗液，会妨碍感测器执行准确的汗液测量。然而，对于看到较高汗液速率的应用，芯吸联接器434的芯吸压力可能小于芯吸泵430的芯吸压力，因为将存在足够的汗液来保持感测器420被润湿。对于具有芯吸联接器434的配置，无论芯吸泵430和芯吸收集器432的相对芯吸压力如何，汗液感测装置都将起作用。类似地，具有芯吸联接器434时，无论芯吸泵430和芯吸空间490的相对芯吸压力如何，本发明所公开的装置都将起作用。
上述配置代表简单装置或更复杂的装置的基本基础。因此，本发明的一些实施例可以包括用于运行的附加材料、部件、设计或其他特征，只要该装置使用至少一个芯吸部件，或者至少部分地通过芯吸压力来运行即可。更一般地，无论芯吸收集器、芯吸泵或芯吸联接器如何配置、布置或从本发明的装置中省去，芯吸压力都使得感测器能够在装置运行期间接收足够的汗液来执行准确的测量。
参考图5A，类似的附图标记指示与先前附图所示相似的特征(例如，530是类似于图4所示的材料430的材料)。装置500a包括由芯吸收集器532组成的容积减小部件。芯吸收集器532可以是满足至少两个以下标准的任何材料：
(1)芯吸收集器532具有比芯吸空间590更大的芯吸压力。参考图5B，当汗液出现在皮肤12上时，汗液将接触芯吸收集器532，从而形成汗液容积580，该汗液容积580不包括芯吸空间590的部分。能够提供足够的芯吸压力的材料对于材料科学和微流体领域的技术人员是公知的。而且，这些领域的技术人员可以通过控制毛细管几何形状，或者通过表面能量控制而将材料的芯吸压力改变到期望的水平。
(2)在存在汗液的情况下，芯吸收集器532将倾向于达到饱和，在饱和点芯吸收集器532的芯吸压力将接近于零，并且芯吸收集器532提供减小的汗液容积的能力将受到损害。因此，必须持续地去除汗液以防止芯吸收集器532达到饱和。为了去除多余的汗液，装置500a可以配置有与芯吸收集器532流体连通的芯吸泵530。为了通过芯吸收集器532确保足够的芯吸压力，并且为了维持足够的汗液样本与感测器520接触，芯吸收集器532将具有大于或等于芯吸泵530的芯吸压力。另外，芯吸泵530必须具有足够的容积以在整个应用的预期持续时间内维持装置的运行(即，在装置运行期间芯吸泵530不能达到饱和)。例如，如果装置要使用24小时，那么在24小时的运行期间，芯吸收集器532和芯吸泵530都不应达到完全饱和。在一些实施例中，芯吸收集器532和芯吸泵530可以是相同的材料或部件。
进一步参考图5A，本发明的一些实施例可以配置有符合以下第三可选标准的芯吸收集器：
(3)芯吸收集器532必须足够薄，面积足够小或无孔，使得芯吸收集器532的汗液容积小于芯吸空间590的汗液容积。否则，添加芯吸收集器532将主要增加汗液容积，这将倾向于增加确保时间顺序的汗液采样间隔。(在某些情况下，低容积的芯吸收集器并不重要，例如汗液感测器装置松散地置于皮肤上时。但是，在这种情况下，汗液容积已经大到不切实际了。)纺织品、纸张或其他常见的芯吸材料通常将不符合这个标准，因为它们的厚度通常大于100μm。本发明所公开的装置的适当的实施方案将具有，例如，由于皮肤粗糙度而导致的平均高度为50μm的芯吸空间590(如果存在毛发或碎屑将会更大)，和由5μm厚的丝网印刷和亲水纳米纤维素层组成的芯吸收集器532。在这个实例中，相比没有芯吸收集器的相似装置，汗液容积将会减小到1/10。形成合适的芯吸收集器的其他方法和材料也在本发明的精神之内。本发明的一些实施例将需要进一步阐明在芯吸收集器532和芯吸空间590之间的可选的容积关系。如将在稍后的实施例和附图(例如图11)中所描述的，一些实施例将包括芯吸收集器532，该芯吸收集器532的面积的至少一部分与皮肤不接触或不邻近。对于这样的实施例，只有与皮肤接触或邻近的芯吸收集器532的部分应当具有小于芯吸空间590的汗液容积。
在其他实施例中，汗液感测装置还可以包括芯吸联接器。在一个实施例中，芯吸联接器将具有比其他芯吸部件更大的芯吸压力。芯吸收集器532和芯吸泵530相对于芯吸联接器的相对压力对于装置运行而言可以是不重要的，然而，所述泵必须具有比芯吸空间590更大的芯吸压力。
参考图5A，由于皮肤的可塑性，芯吸空间590的容积可以随着时间改变，例如，当皮肤水合时，皮肤可以膨胀并且变得更加平滑，以及如果汗液感测装置对皮肤表面施加压力，则皮肤可以变的平坦。因此，为了解释本发明，在首次将该装置应用于皮肤时，减小皮肤12与皮肤上或皮肤附近的芯吸收集器532的区域之间的汗液容积，使得与皮肤接触或皮肤附近的芯吸收集器532的所述部分的汗液容积小于空间590的汗液容积。
进一步参考图5A，芯吸材料的汗液饱和也可能是有问题的，因为这会增加芯吸材料的汗液容积。例如，芯吸材料可以由人造丝或具有两个或更多个芯吸压力水平的其他材料构成。例如，当流体沿着人造丝的纤维中的凹槽被吸入时，人造丝具有较大的第一芯吸压力，当流体也填充这些纤维之间的空间时，人造丝具有较小的第二芯吸压力。或者，当在开放式矩形微通道中的汗液较少时(即，仅沿通道的拐角吸入——因该拐角处具有最大的芯吸压力——而不是填满通道时)，开放式矩形微通道可以具有较高的芯吸压力。因此，本发明可以包括这样的芯吸元件或芯吸材料：其中使用时的汗液容积小于这种元件或材料的总容积的50％，并且该元件或材料满足本文提到的其他芯吸压力标准和要求。
参考图5C，其中相似的附图标记指示与先前附图中相似的特征，装置500c的功能类似于图5A和图5B所示的实施例，但是，装置500c额外地配置成提供集中在感测器520c上的汗液流动，这里被称为感测器集中式汗液流动。装置500c还包括不透汗材料515c和570c，例如聚合物膜，其中515c也可以用作装置制造的基底(例如，图5C中所示的一个或多个层可以制造在基底上，这些层可以由聚酰亚胺或其他合适的材料制成)。部件570c在中心具有由轴线555c标记的开口，以允许汗液流动。对于使用圆形感测器的实施例，具有感测器集中式汗液流动优化了用于给定的汗液产生速率的、确保时间顺序的汗液采样速率，这提供了比非集中的流动快6倍的采样速率，正如Sonner等人所阐述的那样。对于使用非圆形感测器的实施例，集中式汗液流动将起到类似的作用。
按照图5A和图5B所教导的原理，芯吸收集器532c被置于不透汗膜570c的面向皮肤的表面上。在本发明的优选实施例中，芯吸联接器534c的芯吸压力大于或等于芯吸泵530c的芯吸压力，使得感测器520c保持被汗液润湿。在其他实施例中，芯吸联接器534c的芯吸压力将仅需要大于或等于芯吸泵530c和芯吸空间590c的芯吸压力，并且芯吸收集器532c将仅需要比芯吸空间590c更大的芯吸压力。感测器520c也可以是环形或超环面形的，使得汗液可以渗透穿过感测器并最终吸入芯吸泵530c中。这种配置要求不透汗材料515具有中心位于感测器上的开口(未示出)。
参考图6A，其中相似的附图标记指示与先前附图相似的特征，装置600a包括芯吸收集器632，该芯吸收集器632配置为芯吸路径的网络或网格，并且由纺织品、水凝胶(例如，琼脂)、前述材料的组合或能够进一步减小汗液容积的其他材料制成。感测器620可以是离子选择性电极，即使该电极表面没有被汗液完全润湿，它也能够正常工作。图6B从平面参考656的视角描绘了装置600a的仰视图。芯吸收集器632具有如先前图5所教导的约束，但是与连续的(非网格)芯吸材料相比具有减小的水平表面积。优选地，芯吸收集器632的网格部分包括小于50％的可用水平表面积，使得与连续的芯吸材料相比，装置的有效汗液容积减小到一半。在优选的实施例中，芯吸收集器中的芯吸材料或通道的横截面面积可以包括小于50％、小于30％、小于20％或者小于10％的芯吸收集器总横截面表面积，或者芯吸收集器632的网格部分包括小于50％、小于30％、小于20％或者小于10％的在皮肤上或皮肤附近的可用表面积(参见图6C和对横截面面积的其他实例的描述)，这将分别使有效汗液容积减小到大约1/3、1/5或1/10。在大大降低有效汗液容积的同时，在芯吸收集器632中包含开放面积可能具有减小感测器620的测量信号的不良效果，因为感测器的汗液接触面积由与芯吸收集器632接触的面积决定。因此，在替代实施例中，可以使用芯吸收集器632来代替图5C中所示的芯吸收集器532c。利用感测器集中式汗液流动，芯吸收集器632的开放面积不会直接影响感测器的汗液接触面积。
参考图6C和图6D，通过沿着横截面轴线657的视图展示了替代性的芯吸收集器实施例。在这个实施例中，通过部分微流体通道(例如，矩形微通道)(图中描述为通道682)完成汗液吸入，该通道682是芯吸通道网络的一部分，所述芯吸通道至少部分地向皮肤表面开放，例如，图6D所示的六边形网络。沿着由虚线698标记的维度，这些通道也可以具有减小的横截面面积(再次，芯吸收集器中的芯吸材料或芯吸通道的横截面面积包括小于50％的芯吸收集器的总横截面表面积)。通道682的表面可以是亲水的，从而至少部分地通过类似于毛细管流的压力驱动流使汗液快速地流入通道并沿着通道流动。例如，材料680可以是简单的亲水聚合物，或者是像PET那样的聚合物，该聚合物被处理或被涂覆涂层以形成亲水性或超亲水性，例如，使用纳米二氧化硅涂层或水凝胶(例如，琼脂)涂层。通道之间的交叉促进了从通道到通道的连续润湿(例如，克服钉扎力)。在一些实施例中，通道可以至少封闭50％，并具有允许汗液进入微流体通道的开口，这将在图12C中更详细地教导。
参考图6B至6D，所公开的芯吸网络或通道提供了优于其他可能配置的冗余的优点。例如，芯吸收集器可以使用连续通道，例如，螺旋形单通道设计。然而，这种连续通道配置的任何缺陷都可能破坏整个芯吸收集器的芯吸和汗液输送能力。然而，这里描述的芯吸网络在潜在芯吸路径中提供冗余，这意味着破损的子通道不会阻碍网络的芯吸和汗液输送。因此，本发明的实施例可以包括至少部分冗余的芯吸路径的网络。
参考图6B至6D，所公开的芯吸网络提供了与皮肤表面上的汗腺的开口的接触面积更大的优点。具有随机纤维排布(例如无纺布)的简单纺织品可能具有与皮肤局部接触不良的面积，因此在一些面积中将需要更多的汗液容积，以允许皮肤表面上的汗腺的开口和纺织品之间的芯吸连接。图6B所示的芯吸网络可以精确地配置成使得，在图6B所示的芯吸网络中，相邻芯吸路径之间的距离不超过500μm，优选为不超过100μm。
图7A和图7B描绘了可以最优地应用于使用感测器集中式汗液流动的装置的替代实施例，如图5C所示，但是也展示了可以更一般地应用于本发明的实施例的原理。图7A展示了图5C中的芯吸收集器532c的俯视图，而图7B是沿着图7A中的横截面758的水平视图。参考图7A，其中类似的附图标记描绘了与先前附图相对应的特征，芯吸收集器732不是实心或开放区域设计，芯吸收集器732是亲水材料，例如聚合物，该聚合物具有至少一个用于促进汗液流动的限定的沟槽，其中沟槽的底部是不透汗膜770的表面。图中还描绘了中央切口，展示了与芯吸联接器734的连接，该芯吸联接器734与沟槽流体连通。本实施例的主要优点在于，沟槽可以设计成具有促进单向毛细管流动的几何形状。基于单向流动，当汗液在位于外半径和芯吸联接器734之间的点处润湿芯吸收集器732时，汗液将流至径向中心，并且沟槽的其余部分不会被汗液弄湿。因此，该实施例相对于连续的芯吸材料减小了芯吸收集器732的汗液容积，并且由于在装置使用期间通常仅有一部分的沟槽(如果配置有多于一个沟槽)将被汗液充满，因此该实施例还提供了进一步减小的汗液容积。
在其他实施例中，单向毛细管沟槽可以配置为“树根”或其他合适的图案，以在由芯吸收集器732覆盖的面积中提供更有效的汗液输送，或者假设汗液管道布局是随机图案，优化芯吸收集器下方的汗液管道的沟槽覆盖。例如，图7C描绘了树根沟槽图案的特写视图，其中流体流动方向如箭头705所示。在这样的配置中，沟槽770具有大约5μm的宽度和深度，并且包括芯吸收集器732的总面积的大约10％。由于汗腺的位置，只有大约10％的沟槽总面积会被汗液润湿，因此与50μm的芯吸空间590相比，有效汗液容积将减小到1/1000。如微流体领域的技术人员已知的那样，也可以应用其他具有类似优点的单向微流体流动部件或芯吸部件。
参考图8，在本发明中，如在图5A和图5B中所示的芯吸部件也可以用作感测器保护部件。芯吸感测器保护材料必须芯吸汗液，并且保护感测器免受因放置在皮肤上而造成的损害，如磨损、刺穿、油暴露、感测器污垢或其他形式的对感测器的可能的损害。装置800的一部分包括诸如水凝胶的材料，该材料保护感测器820免受皮肤12的磨损或芯吸收集器832的磨损(例如，832可以是纳米纤维素或无纺聚合物多孔材料的薄片)。在汗液感测器装置的使用期间，皮肤12或芯吸收集器832可水平移动并且磨损感测器820。然而，将保护材料836纳入后，该保护材料将保护感测器表面免受磨损或其他损害。多种材料都可以用于部件836或832，只要该材料能够粘附到感测器的表面并且具有足够的多孔性以允许感测器起作用。非限制性实施例包括气凝胶、低密度凝胶、透析膜材料、多孔聚合物、全氟磺酸、或多孔并且沉积在感测器上的原位沉积或电沉积聚合物。例如，部件836可以是粘附到感测器上的强力芯吸水凝胶，例如，琼脂凝胶，并且如果部件836是易碎的，那么部件832可以是保护部件836免受磨损的无纺尼龙微网。
参考图9，在另一个公开的实施例中，汗液感测装置900的局部视图包括芯吸收集器932，该芯吸收集器932芯吸汗液，并且通过粘合剂或安装件950固定至感测器920。在该实施例中，由材料932的水平运动的引起的磨损被减轻，并且安装件950外部的开放面积足以允许汗液润湿感测器920，从而可以进行感测。因为芯吸收集器932不与感测器920紧密接触，所以两个部件可能需要处理以确保感测器被汗液润湿，例如，芯吸收集器和感测器都可以被真空浸渍并涂覆有水溶性聚合物薄层，该水溶性聚合物例如聚环氧乙烷，或者所述芯吸收集器和感测器可以用其他的涂层处理，该涂层是汗溶性的并且促进芯吸，或者所述芯吸收集器和感测器可以用非可溶性聚合物(例如，琼脂凝胶)来处理。
参考图10，在另一个公开的实施例中，汗液感测装置1000的局部视图展示了安装在感测器1020上的间隔件1052，该间隔件1052保持感测器的大部分表面远离与皮肤12或其他材料(未展示)的磨损接触。如果汗液不能充分地芯吸至汗液感测器表面，则可包括芯吸收集器1032以芯吸汗液至感测器1020。间隔件1052可以是防止感测器与皮肤12或其他研磨性材料之间的磨损接触的多个立柱、网格或其他部件，同时还允许汗液润湿感测器1020。间隔件1052的另一个优点在于，芯吸收集器1032与皮肤表面的接触更少，因此从皮肤表面接收的污染物也更少，这使得感测器数据的质量较高。因此，本发明可以包括至少一个间隔件部件，该间隔件部件将芯吸收集器的大部分表面积与皮肤隔开。
参考图11A，装置1100包括：芯吸收集器1132，防蒸发盖1172，至少一个感测器1122、1124和1126，基底1110，芯吸联接器1134和芯吸泵1130。芯吸收集器1132中使用的一些芯吸材料可允许以非常低的流速收集汗液，因此在汗液到达感测器1122、1124和1126之前，样本可能出现显著的蒸发。为了防止不期望的蒸发，一些实施例可以包括由PET、其他聚合物或其他合适的材料制成的盖1172，以至少部分地阻止汗液从芯吸收集器1132蒸发。具有更加坚硬的芯吸收集器1132(例如，压印在PET厚膜中的微通道)的一些实施例，或者使用具有对磨损敏感的表面的感测器1122、1124和1126的实施例，可能需要位于芯吸收集器和感测器之间的芯吸联接器1134。在这样的实施例中，芯吸联接器1134是包含在感测器1122、1124和1126和芯吸收集器1132之间的任何材料，该材料促进汗液润湿感测器或者防止感测器被磨损。例如，由热涂琼脂凝胶制成的芯吸联接器1134可以以1μm至100μm范围的厚度施加到感测器。使用所公开的芯吸联接器1134的另一个优点是，感测器可以偏离高度平坦的表面几何形状并仍然保持与芯吸收集器1132的流体接触。
进一步参考图11A，如上所述，装置1100的各种芯吸部件必须配置有合适的相对芯吸压力以允许合适的装置功能。例如，芯吸联接器1134的芯吸压力应大于或等于芯吸收集器1132或芯吸泵1130的芯吸压力。这个要求是为了确保感测器1122、1124、1126在装置运行期间始终保持被汗液润湿。在其他实施例中，如果感测器具有用作芯吸联接器的芯吸表面或材料(例如，位于粗糙的或有纹理的电极表面上的固定的亲水适体层，或者聚合物离子载体层，该聚合物离子载体层对分析物是多孔的，即使该载体层并未在其整个表面积上与汗液完全接触)，则感测器本身可以不需要芯吸联接器。
参考图11B，本发明的一些实施例可以包括由亲水通道的网络组成的芯吸收集器1132，该亲水通道例如通过将通道热压进聚合物(例如，PET)部件1174的表面中、并用亲水金1150涂覆通道而形成。该通道的网络可以采用先前描述的(例如在图6B、图6D、图7A和图7C中描述的)特征、形状或功能。如所配置的那样，亲水金涂层1150促进汗液芯吸至装置感测器，但是也可以用作能够测量皮肤阻抗的阻抗电极。皮肤阻抗反过来提供了对汗液产生速率和汗液盐度的变化的间接评估。因此，本发明可以包括芯吸收集器，该芯吸收集器还包括至少一个电极。在其他实施例中，涂层1150可以至少部分地由感测器涂层(例如，离子载体、免疫测定、适体或其他涂层)组成，使得涂层1150可以检测汗液分析物。在芯吸收集器上具有感测器能力对于装置的如下应用可能是有用的，在该应用中：汗液分析物一出现在皮肤上就需要被测量，例如，该分析物为汗液中(由于酶、氧化等)快速降解的蛋白质。因此，芯吸收集器1132可以包括至少一个对至少一种汗液分析物具有特异性的感测器。
参考图11C和图11D，一些实施例可以包括改善汗液沿芯吸收集器通道的移动的附加部件。例如，在多个通道之间的接合点，发散的毛细管几何形状和钉扎力能够阻碍或阻止流体流动。因此，在替代实施例中，通道可以用附加材料覆盖，该附加材料也是汗液多孔性的，例如，图11C中所示的径迹蚀刻膜1138，或者使用如图11D中所示的替代性通道几何形状。参考图11C，通常径迹蚀刻膜1138的90％-95％以上是平坦的，这改善了汗液水平地芯吸通过接合点或可能的钉扎特征的能力。由于径迹蚀刻膜是垂直多孔的，汗液仍然可以通过膜1138进入所述通道的网络。如所公开的，因此本发明可以包括芯吸通道网络，该网络通过至少部分地被覆盖而主要地封闭到皮肤表面，这意味着所述芯吸通道的潜在的面向皮肤的表面的至少50％将面向膜1138的实心部分。
下面提供的实施例用于帮助说明本发明，并且不以任何方式对本发明进行涵盖或限制。
实施例1
第一实施例提供了用于本发明的元件的芯吸压力的假设计算。为了计算的目的，芯吸联接器将具有最大的芯吸压力，芯吸泵次之，最后是芯吸收集器。这些相对的芯吸压力强度将确保汗液从芯吸收集器中被持续移除，使得保留在皮肤表面上的汗液可忽略。
在我们所有的计算中，我们的芯吸压力都来源于负拉普拉斯压力其中汗液的表面张力接近纯水的表面张力：γ～70mN/m。为了简单起见，假设流体是恒定的，并且主半径R1和R2是凹的(负的)。为了进一步简化讨论，我们将计算每个子部件的有效半径(无需量化芯吸压力，较小的半径＝较大的芯吸压力)。
皮肤和芯吸收集器之间的空间。首先是粗略的2D计算，需要将有效汗液容积减小到至少为可用汗液容积的10％。(这也将减少皮肤表面污染物)。假设峰-谷皮肤粗糙度为60μm(具有头发或皮肤缺陷时会更大)。如果芯吸收集器接触皮肤，为了将有效汗液容积减小到可用容积的10％，汗液将被芯吸进入从皮肤凸脊(假设为三角形的凸脊形状)向外延伸出仅20μm的空间中，并且在皮肤和收集器之间具有跨度大约20μm的弯月面。接下来，假设皮肤上的汗液接触角的最困难的情况是角度为θ皮肤＝0°，这代表水合和肿胀的皮肤表面(更典型的接触角是90°左右)。使用聚酰胺(尼龙，PA46)制成的芯吸收集器，该芯吸收集器热压为具有类似于图6、图7和图10所示的矩形通道的网络，平均接触角为θ聚酰胺＝45°。皮肤中的长三角形凹陷的芯吸压力将由单独的曲率半径(R皮肤)支配，这可以沿着弯月面边缘可视化，并被计算为其中h为如前所述的约20μm，而术语“-45″”表示会聚毛细管特征或通道。计算出R皮肤为约10μm，则可以确定所需的来自芯吸收集器的芯吸压力。
芯吸收集器。假设芯吸收集器具有纵横比为1∶1和宽度为w的正方形横截面微通道，对此有效的单独毛细管半径R收集器可以计算为R收集器＝w/(3cos(θ聚酰胺)-1)。收集器的芯吸压力必须维持小于皮肤和芯吸收集器之间的汗液容积的10％，因此R收集器＝R皮肤＝10μm。该R收集器的值产生的计算通道宽度大约为11μm-12μm。用于芯吸收集器的合适材料是聚酰胺(尼龙)，因为它可以容易地微复制，亲水，并且相对于许多其他聚合物，表现出更低的与汗液蛋白质和分析物的非特异性结合。芯吸收集器初始将涂覆一层厚度为10nm的聚乙烯醇(PVA)水溶性聚合物层，以使得能够实现越过通道接合点的润湿。
芯吸联接器。接下来，假设芯吸收集器和感测器之间存在10nm厚的芯吸联接器。为了装置的运行，芯吸联接器必须保持感测器持续被新的汗液样本润湿。要实现这一点，至少需要使有效毛细管半径或R联接器减小到1/10达到约1μm(这包括误差余裕以允许可能的变化)。存在几种材料可用来制造具有微米级毛细管的芯吸材料，例如，亲水化的纳米纤维素材料，其在水合时的厚度为20μm。纳米纤维素形成凝胶状的材料，由于微纤维相互作用，即使在水合时该材料也保持粘性。纳米纤维素是柔软的，可以促进润湿感测器。另一个有吸引力的可能性是，涂覆和聚合水凝胶或超多孔水凝胶的薄膜。水合水凝胶可以具有足够的孔径以允许大蛋白质的平流运输。超多孔水凝胶具有物理上开放的多孔网络，该网络的尺寸可以从100纳米到几微米进行调整。水凝胶芯吸联接器还具有别的优点，因为水凝胶(1)在润湿时是柔韧的，并且在轻微的压力下将保持与感测器的润湿接触；和(2)可以被涂覆并且在一些情况下可以被粘附到聚酰胺芯吸收集器或感测器上。
芯吸泵。在这个实施例中，泵主要作为装置整个运行过程中收集和处理多余汗液的手段。芯吸泵必须具有比芯吸收集器更大的芯吸压力，但是芯吸泵的芯吸压力不能超过芯吸联接器的芯吸压力，否则泵将从芯吸联接器移除汗液，使得感测器上的汗液不足以进行精确的测量。芯吸泵可以通过简单的技术来制造，例如堆叠多个亲水膜过滤器(例如，由硝酸纤维素或其他膜材料制成的亲水膜过滤器，其具有调整好的的孔径和芯吸压力)；相当均匀的珠状物(例如商业单分散Reade硅粉)；具有较长的链长的水凝胶；微米/纳米多孔海绵；或其他能够提供R泵＝2μm-3μm的有效芯吸半径的合适技术。再次，我们可以容易地将有效R联接器减小到10nm或100nm，以允许更加广泛地选择用于芯吸泵的材料和有效半径R泵。泵可以容易地设计为用来储存10μL到100μL的汗液，允许以0.5nL/min/腺体连续使用24小时以上。请注意，皮肤和芯吸收集器之间的10％的容积可以通过芯吸泵的芯吸压力进一步降低。
实施例2
下面的实施例是针对0.1cm2的芯吸收集器面积，100个腺体/cm2的活性汗腺密度(在这相当于有10个腺体面对芯吸收集器)和0.5nL/min/腺体的汗液产生速率(这相当于流向收集器的总汗液流速大约为50nL/min/cm2)而进行教导的。该实施例可以适用于说明其他的腺体密度、汗液产生速率、芯吸收集器面积、皮肤粗糙度或代替性使用场景或装置设计。
考虑图5所示的装置500，具有厚度为5μm、15μm或45μm的水凝胶膜芯吸收集器，以及具有类似于或小于该收集器的芯吸压力的水凝胶芯吸泵，该水凝胶芯吸泵的泵送能力或容积为100μL。因此，皮肤附近的芯吸收集器的容积分别为50nL、150nL或450nL，其相应的汗液采样间隔分别为10分钟、30分钟和90分钟。
实施例3
考虑上面的实施例2，但是使用含有50％体积的微珠的水凝胶。所得到的采样间隔减小到5分钟、15分钟和45分钟。
实施例4
考虑上面的实施例2，但是使用与图6中教导的琼脂网格相似的琼脂网格来代替水凝胶。假设感测器面积的10％是琼脂，90％是开放面积，则得到的汗液采样间隔为1分钟、3分钟和9分钟。
实施例5
考虑上面的实施例2，但是使用如图5所示的感测器集中式汗液流动装置500c。假设芯吸联接器534c和芯吸收集器532c都由水凝胶组成并且具有相同的厚度。如Sonner等人所教导的，汗液采样间隔将再次为10分钟、30分钟和90分钟，但是不需要校正来消灭非集中的汗液流动。当新的汗液到达感测器时，也会有2倍的延迟，因为在感测器和皮肤表面之间现在存在两倍的芯吸材料。
实施例6
本实施例说明了如何计算和解释基于平流汗液流动的汗液采样间隔。考虑类似于图11所描述的装置1100，基本要求类似于实施例2中所教导的基本要求(芯吸收集器面积、腺体、汗液产生速率等)。假设10μm宽和10μm深的矩形微通道排列成六边形网络，并且涂覆有100nm的使通道超亲水的水凝胶层。如果通道的网络包括收集器面积的10％，则该设计将相当于仅1微米厚、容积为10nL的连续膜芯吸收集器。如前所述，在皮肤上的芯吸收集器面积为0.1cm2。假设芯吸收集器不在皮肤上的部分为5mm长，200μm宽(或面积为0.01cm2)，因此具有1nL的容积。假设至少一个感测器中的每一个的面积都为200μm×200μm，或者说0.0004cm2，并且每个感测器具有厚度为25μm的琼脂凝胶的芯吸联接器，因此每个感测器上的芯吸联接器的容积为1nL。采样间隔将主要由芯吸收集器的容积支配，因此汗液采样间隔大约为2分钟。在本实施例的范围之外，大分析物(如蛋白质)可能需要额外的时间才能通过芯吸联接器扩散，这会导致感测器响应时间长于两分钟。
本实施例5也可以代表本发明的一个实施方案，其中皮肤和芯吸收集器之间的空间可以具有非常低的容积，并且本发明的主要目的仅仅是减小芯吸收集器的容积并且确保感测器保持被汗液润湿。
实施例7
考虑类似于实施例5中的装置，但是在皮肤和芯吸收集器之间具有50μm高的有效空间。如果本发明的要求不能被满足，特别是芯吸收集器、芯吸泵和芯吸联接器具有比芯吸空间更大的芯吸压力，则芯吸空间将被汗液充满。用新的汗液来刷新这个容积的大致时间可以被转换成汗液采样间隔，并且使用简单重新填充该容积的一阶计算，采样间隔将是100分钟。因此，本文公开的芯吸原理可以将汗液采样间隔提高50倍。如果添加芯吸收集器或其他元件(例如芯吸泵)来减小或消除与皮肤和收集器之间的50μm有效空间相关联的汗液容积，则芯吸收集器应当具有位于皮肤上或皮肤附近的区域中的、小于50μm的有效汗液容积。否则，添加芯吸收集器会增加总汗液容积，这意味着它不会有助于减小所述装置和皮肤之间的汗液容积。这先前已经在图5中陈述为“芯吸收集器532必须足够薄，面积足够小或无孔，使得芯吸收集器532的汗液容积小于芯吸空间590的汗液容积”，并且可以更一般地表述为：“芯吸收集器在皮肤上或皮肤附近的区域的所述部分中所具有汗液容积小于芯吸收集器和皮肤之间的汗液容积”。
实施例8
再次考虑实施例2，但是具有用于芯吸泵的若干个泵送容量。芯吸泵可以由多种材料(凝胶、纺织品、膜、珠状物等)制成以满足本文所公开的要求。当流向收集器的总汗液流速为大约5nL/min时，至少3小时、6小时、12小时和24小时的泵送持续时间可能对应的容量分别为至少0.9μL、1.8μL、3.6μL和7.2μL。这些容积都远低于1mL(1cm3)。芯吸泵的容量可以适用于其他腺体密度、汗液产生速率、芯吸收集器面积、皮肤粗糙度、或者替代性的使用场景或装置设计。例如，如果汗液产生速率加倍到1nL/min/腺体，那么上面列出的芯吸泵容量也需要加倍。
这是基于实施本发明的优选实施方法对本发明的进行的描述，然而，本发明本身应该仅由所附权利要求限定。