本發(fā)明涉及一種用于視覺上指示物質(zhì)的水合狀態(tài)的水合狀態(tài)指示器，尤其涉及用于視覺上指示受試者身體部位的水合狀態(tài)的水合狀態(tài)指示器。

背景技術(shù)：

當(dāng)人們的失水量超過他們的水?dāng)z入時，他們將經(jīng)歷脫水。這通常是由鍛煉或疾病造成的。例如，一些老年人患有慢性衰減的口渴反射。比百分之三至四的體液減少更嚴(yán)重的脫水會導(dǎo)致疲勞、頭昏、嚴(yán)重頭痛、體力和精神衰退、以及甚至導(dǎo)致慢性患者的器官衰竭。超過百分之十五至二十五的體液減少是肯定致命的。體液過量也是危險(xiǎn)的。它通常發(fā)生在醫(yī)院中由靜脈內(nèi)治療造成，并會導(dǎo)致危險(xiǎn)的水腫和永久性腎損傷。

身體的水合狀態(tài)通常不容易獲得。脫水和體液過量對應(yīng)于身體中正常滲透平衡的偏離。存在各種類型的用于測量滲透狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備；然而這些系統(tǒng)通常笨重且需要液體樣本(即，血液樣本)。因此，使用常規(guī)技術(shù)難以在一段時間上和/或在診所外監(jiān)測受試者身體的滲透狀態(tài)。

l.a.l.fernandes等人的“用于與脫水和水中毒相關(guān)的事件檢測的滲透傳感器的設(shè)計(jì)和特征”(“designandcharacterizationofanosmoticsensorforthedetectionofeventsassociatedwithdehydrationandoverhydration”；ieeejtehm1:2700309)描述了一種用于身體測量應(yīng)用的滲透傳感器。該傳感器包括小型剛性結(jié)構(gòu)(基準(zhǔn)室)，其填充有恒定滲透強(qiáng)度的基準(zhǔn)液。水分子能夠穿過半透膜流入或流出該基準(zhǔn)室。因此，該結(jié)構(gòu)內(nèi)的滲透壓取決于基準(zhǔn)液和半透膜所接觸的外側(cè)液體的相對滲透強(qiáng)度。在該裝置植入到受試者體內(nèi)或接觸他們的皮膚時，基準(zhǔn)室內(nèi)的滲透壓因此隨著受試者的水合水平而變化。通過具有電子讀出的壓力換能器來測量基準(zhǔn)室內(nèi)的滲透壓。

這種裝置存在一些缺點(diǎn)。在植入時，它是侵入性的并且因此不適于廣泛使用。然而，該裝置的剛性屬性(所采用的壓力感測技術(shù)所必需的)意味著它在外部使用期間難以實(shí)現(xiàn)與受試者皮膚的良好密封。另外，在暴露至基準(zhǔn)液一段時間后，膜不再正常地工作，而限制該裝置的運(yùn)行壽命小于兩周。此外，該裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其對電子部件的使用使其制造相對昂貴。

因此，期望一種檢測受試者水合狀態(tài)的使用簡單、非侵入性且有成本效益的裝置。優(yōu)選地，該裝置將適于水合狀態(tài)的長期監(jiān)測，并且能夠由具有脫水或體液過量風(fēng)險(xiǎn)的任何人使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種水合狀態(tài)指示器。所述水合狀態(tài)指示器包括水密性殼體；半透膜，所述半透膜被構(gòu)造成允許水分子通過且阻擋至少一種溶質(zhì)的分子通過；吸水指示器層，所述吸水指示器層由所述殼體和所述膜包裹?。惠敵鲅b置，所述輸出裝置被構(gòu)造成提供輸出。所述吸水指示器層具有預(yù)定的滲透強(qiáng)度。所述指示器層的至少一部分的體積能夠根據(jù)所述指示器層的含水量變化。所述輸出能夠根據(jù)所述指示器層的所述至少一部分的體積變化。

在一些實(shí)施方式中，所述指示器層的光學(xué)特性能夠根據(jù)所述指示器層的所述至少一部分的體積變化。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述輸出裝置包括設(shè)置于所述殼體中的透明窗。

在一些實(shí)施方式中，所述指示器層包括具有第一折射率的吸水材料層；在所述吸水材料層和第一鄰近材料之間的第一界面；以及所述吸水材料層和第二鄰近材料之間的第二界面。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述吸水材料層的厚度能夠根據(jù)其含水量變化。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述第一鄰近材料和所述第二鄰近材料各自具有與所述第一折射率不同的折射率，使得所述指示器層用作二向色濾光片。在一些這樣實(shí)施方式中，所述第一鄰近材料和/或所述第二鄰近材料包括另一吸水材料層，其中所述另一吸水材料層的厚度能夠根據(jù)其含水量變化。在一些實(shí)施方式中，所述第一鄰近材料被包括在所述殼體中。在一些實(shí)施方式中，所述第二鄰近材料被包括在所述半透膜中。

在一些實(shí)施方式中，所述指示器層包括膠體光子晶體，在所述膠體光子晶體中，由第一材料形成的顆粒懸浮于第二材料中。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述第二材料是吸水的。在一些這樣的實(shí)施方式中，由所述第一材料形成的顆粒之間的間隔能夠根據(jù)所述第二材料的含水量變化。

在一些實(shí)施方式中，所述指示器層包括膽甾相液晶材料，所述材料包括各自具有導(dǎo)軸的多個膽甾相液晶。在一些這樣實(shí)施方式中，所述材料中的膽甾相液晶的導(dǎo)軸的變化周期能夠根據(jù)所述膽甾相液晶材料的含水量變化。

在一些實(shí)施方式中，所述水合狀態(tài)指示器包括光漫射材料。在一些這樣實(shí)施方式中，所述光漫射材料被包括在所述殼體中。在一些實(shí)施方式中，所述光漫射材料被包括在設(shè)置于所述指示器層和所述殼體之間的光漫射層中。在一些實(shí)施方式中，所述光漫射材料被包括在設(shè)置于所述殼體的外表面上的光漫射層中。

在一些實(shí)施方式中，所述指示器層的電氣特性能夠根據(jù)所述指示器層的至少一部分的體積變化。在一些這樣實(shí)施方式中，所述輸出裝置包括以電氣方式連接至所述指示器層的顯示器。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述輸出裝置替代性地或另外地包括以電氣方式連接至所述指示器層的振動器。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述輸出裝置替代性地或另外地包括以電氣方式連接至所述指示器層的揚(yáng)聲器。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述輸出裝置替代性地或另外地包括以電氣方式連接至所述指示器層的無線通信發(fā)射器。

在所述指示器層的電氣特性能夠根據(jù)所述指示器層的所述至少一部分的體積變化的一些實(shí)施方式中，所述電氣特性是導(dǎo)電性。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述指示器層包括懸浮于第二材料中的由第一材料形成的顆粒。在一些實(shí)施方式中，所述第二材料是吸水的且由所述第一材料形成的顆粒之間的間隔能夠根據(jù)所述第二材料的含水量變化。在一些實(shí)施方式中，所述第一材料和所述第二材料中的一個具有相對低的導(dǎo)電性或沒有導(dǎo)電性，且所述第一材料和所述第二材料中的另一個具有相對高的導(dǎo)電性。在一些實(shí)施方式中，所述指示器層包括在吸水的基質(zhì)材料中的鹽離子。

在所述指示器層的電氣特性能夠根據(jù)所述指示器層的所述至少一部分的體積變化的其他實(shí)施方式中，所述電氣特性是電容。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述指示器層包括第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板。在一些實(shí)施方式中，所述指示器層包括在所述第一導(dǎo)電板和所述第二導(dǎo)電板之間的非導(dǎo)電材料層。在一些實(shí)施方式中，所述非導(dǎo)電材料是吸水的且所述非導(dǎo)電材料的厚度能夠根據(jù)其含水量變化。

在一些實(shí)施方式中，所述輸出裝置被布置成響應(yīng)于所述指示器層的所述至少一部分的體積變化顯示圖像和/或文本。在所述指示器層的電氣特性能夠根據(jù)所述指示器層的所述至少一部分的體積變化的一些實(shí)施方式中，所述指示器層包括第一區(qū)域和相鄰的第二區(qū)域。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述第一區(qū)域的光學(xué)特性響應(yīng)于所述指示器層的所述至少一部分的給定體積變化而變化第一量，且所述第二區(qū)域的光學(xué)特性響應(yīng)于所述給定體積變化而變化不同的第二量。

在一些實(shí)施方式中，所述殼體、所述半透膜、和所述指示器層中的一個或多個是柔性的。

在一些實(shí)施方式中，所述水和狀態(tài)指示器還包括附接裝置。在一些實(shí)施方式中，所述附接裝置包括設(shè)置在所述半透膜和/或所述殼體的表面上的膠粘層。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述附接裝置替代性地或另外地包括附接至所述殼體的條帶。在一些這樣的實(shí)施方式中，所述附接裝置替代性地或另外地包括附接至所述殼體的衣著用品。

在一些實(shí)施方式中，預(yù)定的滲透強(qiáng)度基本等于健康人體組織的滲透強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種被布置成用在根據(jù)第一方面的水合狀態(tài)指示器中的指示器層，其中所述指示器層包括具有預(yù)定的滲透強(qiáng)度的吸水材料，且所述指示器層的至少一部分的體積能夠根據(jù)所述指示器層的含水量變化。在一些實(shí)施方式中，所述指示器層被布置成包裹在所述水密性殼體和所述半透膜之間。在一些實(shí)施方式中，所述指示器層被布置成與所述輸出裝置協(xié)作以提供輸出。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，以及更加清楚地示出它如何實(shí)施，將僅通過示例的方式參照附圖，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的用在受試者身上的水合狀態(tài)指示器的透視剖視圖；

圖2是圖1的水合狀態(tài)指示器的放大剖視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的用在受試者身上的水合狀態(tài)指示器的透視剖視圖；以及

圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的用在受試者身上的水合狀態(tài)指示器的透視剖視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的、應(yīng)用至受試者的皮膚2的水合狀態(tài)指示器1。圖2是穿過水合狀態(tài)指示器1的放大剖視圖，該圖更加清楚地示出了指示器1的分層結(jié)構(gòu)。在該示例中，水合狀態(tài)指示器1是視覺上指示它所施加至的皮膚2的滲透狀態(tài)(其與底層組織的滲透狀態(tài)相關(guān)，并因此與受試者的水合狀態(tài)相關(guān))的粘性皮膚貼片。

水合狀態(tài)指示器1包括基本水密性的殼體11，該殼體覆蓋指示器層12的外表面。指示器層的內(nèi)表面(即鄰近受試者皮膚的表面)由半透膜13覆蓋。指示器層12由殼體11和半透膜13完全包裹住。水合狀態(tài)指示器1還包括輸出裝置15，該輸出裝置在圖1的具體示例中包括殼體11中的透明窗(替代性地，整個殼體11可以是透明的)。在使用時，水合狀態(tài)指示器1通過膠粘層14(圖1中不可見)附接至皮膚2。由水合狀態(tài)指示器覆蓋的面積大約是2cm²，然而其他尺寸同樣適合。優(yōu)選地，由水合狀態(tài)指示器覆蓋的面積大約介于5mm²和1000mm²之間。應(yīng)理解的是，較大面積能夠有利地使其對于受試者來說更容易觀察水合狀態(tài)指示器1，并還能夠使得水合狀態(tài)指示器1更加精確(由于對更大面積的組織進(jìn)行采樣)。然而，如果水合狀態(tài)指示器太大，將難以實(shí)現(xiàn)與受試者皮膚的良好順應(yīng)性，且將難以避免水合狀態(tài)指示器的顯著彎曲，這會消極地影響其輸出(根據(jù)所使用的指示器層的具體特性)。

殼體11包括產(chǎn)生與皮膚2基本氣密封的層。(應(yīng)注意的是，殼體并非必須是完全水密性的或?qū)τ诿芊鈦碚f并非必須是完全密封的。而是，只要?dú)んw阻擋的水分傳輸遠(yuǎn)大于皮膚和水合狀態(tài)指示器1的其他部件就足夠了。)基本氣密封確保了指示器層12不會變干并且維持指示器層12和受試者組織之間的滲透平衡。殼體11包括透明窗15。窗15允許入射光穿過它到達(dá)指示器層12，并且它還使得在水合狀態(tài)指示器1被使用時，指示器層12對于受試者來說是可見的。在與根據(jù)其含水量而改變外觀的指示器層組合使用時，窗15因此用作水合狀態(tài)指示器1的輸出裝置。在一些實(shí)施方式中，殼體的尺寸和/或材料被選擇成允許指示器層12在厚度上增加。在優(yōu)選實(shí)施方式中，允許指示器層12增加其厚度至少20％。在優(yōu)選實(shí)施方式中，指示器層非常薄，這意味著需要很小柔性的殼體材料以便適應(yīng)指示器層的厚度的預(yù)期增加(其將通常不超過30％)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，殼體11是柔性的。在一些實(shí)施方式中，殼體包括彈性材料。這有利地適應(yīng)指示器層12的膨脹并改進(jìn)了貼片與受試者皮膚表面的順應(yīng)性，尤其是在運(yùn)動期間。在一些實(shí)施方式中，殼體11包括透明塑料薄片。原理上能夠使用任意透明且水密性的生物兼容薄膜，包括生物兼容或食品級聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乙烯(pe)、聚醋酸乙烯酯(pva)、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)等。

半透膜13的結(jié)構(gòu)使其允許水分子通過但阻止特定溶質(zhì)的分子。在圖1的示例中，半透膜是全氟磺酸(nafion)膜，其阻止鹽離子通過。然而，應(yīng)理解的是，替代性地可使用本領(lǐng)域公知的各種其他膜，例如包括由納米多孔eptfe、納米多孔纖維素酯、或納米多孔氧化鋁制成的膜。不同的膜阻止不同的溶質(zhì)，從而預(yù)料到的是膜材料將根據(jù)水合狀態(tài)指示器的具體目的應(yīng)用來選擇。例如，允許水分子和鹽離子通過但阻止蛋白質(zhì)通過的膜能夠用于水合狀態(tài)指示器中，該膜被構(gòu)造成監(jiān)測受試者血液的蛋白質(zhì)濃度(即，膠體滲透壓)。在一些實(shí)施方式中，半透膜13包括穿透皮膚表面的微針(在本領(lǐng)域公知用于與藥物釋放皮膚貼片一起使用)。有利地，提供這種微針能夠改進(jìn)受試者組織和指示器層12之間的水交換，并因此能夠縮短水合狀態(tài)指示器的響應(yīng)時間。在一些實(shí)施方式中，半透膜13的尺寸和/或材料被選擇成允許指示器層12增加其厚度至少20％。在優(yōu)選實(shí)施方式中，半透膜13是柔性的。在一些實(shí)施方式中，半透膜13包括彈性材料。這有利地適應(yīng)指示器層12的膨脹并改進(jìn)貼片與受試者皮膚表面的順應(yīng)性，尤其是在運(yùn)動期間。

膠粘層14可包括本領(lǐng)域公知的任意合適的膠粘劑。在圖1的實(shí)施方式中，膠粘層14包括一層水凝膠膠粘劑。膠粘劑應(yīng)該能夠應(yīng)對非常潮濕的局部環(huán)境，使其即使受試者皮膚變得濕潤時也能夠保持粘性。在優(yōu)選實(shí)施方式中，膠粘層是柔性的。在一些替代性實(shí)施方式中，不存在膠粘層而是提供可替代手段來將水合狀態(tài)指示器附接至受試者皮膚。在一些這樣實(shí)施方式中，提供條帶(或腕帶、或胸帶)，該條帶固定至殼體。在其他實(shí)施方式中，水合狀態(tài)指示器并入衣著用品中，諸如緊身背心。

指示器層12是吸水的并且被構(gòu)造成使得其體積取決于其含水量。此外，指示器層的成分是定制的(例如，通過將一定量的具體溶質(zhì)——在該示例中為鹽——并入到指示器層的材料中)，使得指示器層12的滲透強(qiáng)度基本等于健康人體組織(即，未脫水或經(jīng)受體液過量的組織)的滲透強(qiáng)度。在優(yōu)選實(shí)施方式中，指示器層12是柔性的，以利于水合狀態(tài)指示器1與受試者皮膚表面的順應(yīng)性。柔性的指示器層能夠在其彎曲時改變厚度，這(取決于指示器層12使用的用以指示含水量的具體機(jī)制)能夠影響指示器層的輸出。在優(yōu)選實(shí)施方式中，指示器層與預(yù)期的彎曲半徑相比較薄，從而使該影響最小化。使用較薄的指示器層還能夠有利地減少水合狀態(tài)指示器12的響應(yīng)時間。

在圖1的示例中，指示器層被構(gòu)造成表現(xiàn)為二向色濾光片。在一些實(shí)施方式中，這通過包括具有與殼體11的材料以及與半透膜13的材料不同的折射率的單層材料的指示器層來實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)施方式中，入射光被指示器層12和殼體11之間的界面部分反射(且因此部分透射)，且入射光的透射部分然后被指示器層12和半透膜13之間的界面部分反射(且因此部分透射)。這兩個反射部分彼此干涉且這種干涉的程度取決于(除了其他因素之外)兩個界面之間的距離，且因此取決于指示器層12的厚度。反射光的顏色取決于干涉的程度，且因此指示器層的顏色(由受試者觀察到的)將根據(jù)指示器層的厚度而變化。由于指示器層材料的體積(且因此其厚度)根據(jù)其含水量而變化，所以由受試者觀察到的顏色變化與指示器層的含水量相關(guān)。用于該實(shí)施方式中的指示器層的合適材料包括吸水凝膠、橡膠和塑料材料。這些材料的合適示例例如包括丙烯酸水凝膠、親水性聚醚嵌段酰胺和聚乙烯醇。為了實(shí)現(xiàn)上述的二向色行為，包括在指示器層12中的每層需要具有光線波長左右的厚度。為了實(shí)現(xiàn)這種薄的薄膜，可以在以殼體11或膜13作為基底的情況下利用如旋涂、噴涂、氣相沉積涂覆的技術(shù)。

指示器層12的默認(rèn)顏色(即，在與下面的組織處于滲透平衡時它的顏色，因此指示健康的水合狀態(tài))能夠通過選擇指示器層的厚度來設(shè)定。在一些實(shí)施方式中，顏色變化在指示器層12的整個可見區(qū)域上是均勻的。然而，在一些實(shí)施方式中，指示器層12被構(gòu)造成使得一個或多個區(qū)域不改變顏色，或改變顏色至與相鄰區(qū)域不同的程度。在一些這樣的實(shí)施方式中，不同顏色變化行為的區(qū)域被構(gòu)造成使得可見信息或圖標(biāo)出現(xiàn)在具體水合狀態(tài)處。例如，在水合狀態(tài)指示器1檢測到受試者的組織脫水時(即，在指示器層12的含水量高于默認(rèn)水平時)，將出現(xiàn)杯子象形圖。例如通過阻止水被指示器層12的一個或多個區(qū)域吸收、通過在指示器層材料的一個或多個區(qū)域上執(zhí)行附加的聚合步驟(例如，通過局部暴露至高溫或化學(xué)藥劑)、或通過在指示器層12、膜13或殼體11的一個或多個區(qū)域上簡單地打印出參考顏色，能夠?qū)崿F(xiàn)不同顏色變化行為的區(qū)域。

在一些替代性實(shí)施方式中，通過提供多層的指示器層12來實(shí)現(xiàn)二向色效應(yīng)。在這樣的實(shí)施方式中，指示器層12包括兩個或多個子層，其中每個子層具有與緊鄰的子層不同的折射率。在這樣的實(shí)施方式中，在指示器層12和殼體11之間、或在指示器層12和半透膜13之間無需具有(盡管可以具有)不同的折射率。在這樣的實(shí)施方式中，指示器層12的所有子層并非必須全部是吸水的。而是，可以使用吸水材料和不吸水材料形成的交替子層。然而，對于布置在吸水子層和半透膜之間的任意子層來說，必須允許水分子從中通過。用于非吸水子層的合適材料包括聚酰胺、全氟磺酸、離子交換材料、質(zhì)子交換材料、和硅樹脂。許多其他塑料在一定程度上是透水的，尤其是在非常薄時，并因此潛在地可以使用(如上所提及的，指示器層12的所有子層需要非常薄以實(shí)現(xiàn)二向色效應(yīng))。能夠例如使用旋涂、噴涂、氣相沉積涂覆來施加非吸水子層。替代性地，一個或多個非吸水子層可包括自組裝膜，諸如脂質(zhì)雙層。

常規(guī)的二向色濾光片通常期望是高度穩(wěn)定的，且因此由具有極低水吸收性的材料構(gòu)成。用于制造二向色濾光片的常規(guī)方法因此適于制造吸水的指示器層12。然而，具有明確限定厚度的一個或多個子層可以由如上所述的那些柔性吸水材料通過使用公知的多層涂覆和層壓技術(shù)來形成。優(yōu)選的指示器層材料的柔性指的是層的厚度能夠通過拉伸來微調(diào)。

在一些替代性實(shí)施方式中，指示器層12包括膠體光子晶體。膠體光子晶體由懸浮于第二物質(zhì)中的第一物質(zhì)形成的不溶性顆粒組成。第一物質(zhì)可以例如是單分散二氧化硅或聚合物。膠體光子晶體的光學(xué)特性除了其他因素之外取決于第一物質(zhì)形成的顆粒填充緊密程度。第二物質(zhì)是吸水材料，其根據(jù)其含水量而改變體積。這意味著顆粒的緊密度以及晶體的光學(xué)特性根據(jù)第二物質(zhì)的含水量變化。因此，指示器層的顏色(由受試者觀察到的)將根據(jù)第二物質(zhì)的含水量變化。在優(yōu)選實(shí)施方式中，第二物質(zhì)是柔性的。用于第二物質(zhì)的合適材料包括吸水凝膠、橡膠和塑料材料，諸如，舉例來說，丙烯酸水凝膠、親水性聚醚嵌段酰胺、或聚乙烯醇。膠體光子晶體指示器層的默認(rèn)顏色可以在制造期間通過設(shè)置第一物質(zhì)顆粒的填充緊密度來設(shè)置。

在一些替代性實(shí)施方式中，指示器層12包括膽甾相液晶材料。合適的材料例如包括羥丙基纖維素或膽甾醇苯甲酸酯。膽甾相液晶(也稱作為旋光向列型液晶)是具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶，因此其是手性的。膽甾相液晶按照層來組織。在各層內(nèi)不具有位置順序，但每層具有導(dǎo)軸，該導(dǎo)軸在各層之間周期性變化。這種變化的周期(即，完成360°的完整旋轉(zhuǎn)的距離)決定了由膽甾相液晶材料反射的光波長。這種變化的周期可取決于晶體材料內(nèi)的含水量。在一些實(shí)施方式中，膽甾相液晶被穩(wěn)定為分散在聚合物基質(zhì)內(nèi)的微滴。在該實(shí)施方式中，聚合物基質(zhì)需要是透明的和透水的。用于聚合物基質(zhì)的合適材料例如包括聚酰胺、全氟磺酸、離子交換材料、質(zhì)子交換材料、和硅樹脂。

在一些實(shí)施方式中(未具體例示)，水合狀態(tài)指示器1另外包括用于灌注增強(qiáng)劑(諸如煙酸鹽、或辣椒素)緩慢釋放的裝置。在一些這樣的實(shí)施方式中，水合狀態(tài)指示器1包括含有灌注增強(qiáng)劑的附加層。在替代性實(shí)施方式中，灌注增強(qiáng)劑包括在膠粘層中。在一些實(shí)施方式中，水合狀態(tài)指示器1例如被化學(xué)加熱或電加熱。用于將灌注增強(qiáng)劑加熱和/或結(jié)合到水合狀態(tài)指示器1的合適技術(shù)在本領(lǐng)域中是公知的，例如用于與加熱貼一起使用(諸如abc加熱貼)。有利地，通過使用加熱或灌注增強(qiáng)劑增加水合狀態(tài)指示器1所附著的皮膚的灌注水平，能夠增強(qiáng)水合狀態(tài)指示器1的輸出和受試者的血液的滲透(或腫脹)狀態(tài)之間的相關(guān)性。

在一些實(shí)施方式中(未具體例示)，水合狀態(tài)指示器1另外包括在使用者觀察水合狀態(tài)指示器1時用于減少受試者看到的顏色的角度依賴性的裝置。在一些這樣實(shí)施方式中，在指示器層12和殼體11的窗15部分之間包括光漫射層以混合反射光的角度。在一些實(shí)施方式中，光漫射層包括漫射塑料層。替代性地，殼體11的窗15部分、和/或指示器層12可具有光漫射性質(zhì)。在一些這樣的實(shí)施方式中，殼體11的外表面是粗糙的，從而產(chǎn)生光漫射效果。在一些實(shí)施方式中，在指示器層12和殼體11之間包括具有高折射率的層，從而減少角度變化。替代性地或另外地，殼體11的窗15部分、和/或指示器層12可具有高折射率。有利地，在指示器層12的顏色隨著觀察角度不顯著變化時，對于受試者(或醫(yī)護(hù)專業(yè)人員)來說可以較簡單地精確確定是否已經(jīng)發(fā)生顏色變化。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器3。半透膜33和膠粘層34與第一具體實(shí)施方式相同。然而，在第二實(shí)施方式中與第一實(shí)施方式不同的是，指示器層32被構(gòu)造成使得其電氣特性根據(jù)其體積變化。指示器層32的光學(xué)特性無需根據(jù)其體積變化，且因此殼體31不包括透明窗。而是，在該實(shí)施方式中，輸出裝置包括在水合狀態(tài)指示器3的頂部表面上的顯示器35，其以電氣方式(例如通過穿過殼體31的導(dǎo)線36)連接至指示器層32。水合狀態(tài)指示器3還包括電源37，其以電氣方式連接至顯示器35。在一些實(shí)施方式中，電源37是紐扣電池。顯示器35被構(gòu)造成響應(yīng)于指示器層32的電氣特性(在圖3的具體示例中是導(dǎo)電性，但應(yīng)理解的是可使用其他電氣特性)的變化來改變外觀。在一些實(shí)施方式中，顯示器35是lcd顯示器。在一些實(shí)施方式中，顯示器是oled顯示器。在一些實(shí)施方式中，顯示器包括光源，諸如一個或多個led。在一些這樣的實(shí)施方式中，光源被構(gòu)造成響應(yīng)于指示器層32的電氣特性的變化而閃爍。在一些這樣的實(shí)施方式中，光源被構(gòu)造成使得閃爍頻率取決于指示器層32的電氣特性的當(dāng)前值。在一些實(shí)施方式中，顯示器35被構(gòu)造成響應(yīng)于指示器層32的電氣特性的變化來改變顏色。在一些實(shí)施方式中，顯示器35被構(gòu)造成根據(jù)指示器層32的電氣特性的當(dāng)前值來顯示包括圖像和/或文本的預(yù)定信息。

指示器層32包括導(dǎo)電材料顆粒(例如，石墨、金球體等)，其懸浮于具有低的導(dǎo)電性或沒有導(dǎo)電性的吸水基質(zhì)材料中。在一些實(shí)施方式中，基質(zhì)材料的體積根據(jù)其含水量而變化。用于這些實(shí)施方式的指示器層的合適材料包括吸水凝膠、橡膠和塑料材料，例如包括丙烯酸水凝膠、親水性聚醚嵌段酰胺和聚乙烯醇。在這些實(shí)施方式中，基質(zhì)材料的體積變化改變了導(dǎo)電微粒之間的距離，這繼而改變了指示器層32的導(dǎo)電性。在一些替代性實(shí)施方式中，指示器層32包括含水基質(zhì)中的鹽離子。在這些實(shí)施方式中，指示器層內(nèi)的水吸收減少了該層的鹽濃度，這繼而減小其導(dǎo)電性。也設(shè)想到替代性實(shí)施方式，其中指示器層32包括在吸水導(dǎo)電基質(zhì)(例如，鹽的水凝膠)中的低導(dǎo)電性材料顆粒(例如，二氧化硅或聚合物)。有利地，根據(jù)這些實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器的靈敏度高于根據(jù)僅使用鹽溶液用于指示器層的實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器的靈敏度。

指示器層32的導(dǎo)電性通過連接至顯示器的電路(未示出)來檢測，該電路被構(gòu)造成響應(yīng)于指示器層的導(dǎo)電性的變化而致使顯示器的外觀變化。例如，考慮到隨其含水量的增加而膨脹的基質(zhì)材料，在受試者經(jīng)歷體液過量時，由于水被吸引到指示器層并且在導(dǎo)電顆粒之間產(chǎn)生增大的間隔，所以指示器層的導(dǎo)電性將降低(從默認(rèn)水平，這對應(yīng)于健康的水合狀態(tài))。在該情形中，電路的一些實(shí)施方式被構(gòu)造成響應(yīng)于指示器層的導(dǎo)電性降低而致使顯示器35顯示警告受試者體液過量的指示。相反，響應(yīng)于指示器層32的導(dǎo)電性的增加，電路將致使顯示器35顯示警告受試者脫水的指示。

在一些替代性實(shí)施方式中，輸出裝置被構(gòu)造成以替代或除了提供視覺輸出之外的方式，提供觸覺和/或聽覺輸出。觸覺輸出可例如通過經(jīng)由電路以電氣方式連接至指示器層32的振動器來提供。在這些實(shí)施方式中，電路可被構(gòu)造成致使振動器在指示器層的導(dǎo)電性降低時根據(jù)第一模式和/或強(qiáng)度震動，以及在指示器層的導(dǎo)電性增加時根據(jù)第二模式和/或強(qiáng)度震動。聽覺輸出例如可通過經(jīng)由電路以電氣方式連接至指示器層32的揚(yáng)聲器來提供。在這些實(shí)施方式中，電路可被構(gòu)造成致使揚(yáng)聲器在指示器層的導(dǎo)電性降低時發(fā)出第一聲音，以及在指示器層的導(dǎo)電性增加時發(fā)出不同的第二聲音。有利地，電路可被構(gòu)造成使得聽覺和/或觸覺輸出的強(qiáng)度和/或重復(fù)頻率隨著受試者正在經(jīng)歷的脫水和體液過量的嚴(yán)重程度而增加。

在一些實(shí)施方式中，以替代或除了提供視覺、觸覺和/或聽覺輸出之外的方式，輸出裝置被構(gòu)造成使用本領(lǐng)域公知的任意合適的設(shè)備和技術(shù)而根據(jù)指示器層32的導(dǎo)電性變化來發(fā)射無線通信信號。無線通信信號可由例如屬于受試者或醫(yī)護(hù)專業(yè)人員的智能手機(jī)接收，或由電子醫(yī)療監(jiān)控裝置接收。然后，接收裝置可有利地響應(yīng)于受試者水合狀態(tài)的變化而生成警報(bào)。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三具體實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器4。半透膜43和膠粘層44與第一具體實(shí)施方式相同。然而，與第一實(shí)施方式不同的是，指示器層42的光學(xué)特性無需基于其體積而變化，且因此殼體41不包括透明窗。而是，在該實(shí)施方式中，輸出裝置包括在水合狀態(tài)指示器3的頂部表面上的顯示器45，其以電氣方式(例如通過穿過殼體31的導(dǎo)線36)連接至指示器層42(應(yīng)理解的是，在其他實(shí)施方式中，輸出裝置能夠替代性地或另外地包括上述關(guān)于第二實(shí)施方式描述的任意特征)。顯示器45以電氣方式連接至電源47，諸如紐扣電池。在該實(shí)施方式中，指示器層42包括一對導(dǎo)電板48a、48b，它們靠近具有預(yù)定的滲透強(qiáng)度的非導(dǎo)電吸水材料層的頂部表面和底部表面，該非導(dǎo)電吸水材料層的體積可根據(jù)其含水量變化。水合狀態(tài)指示器4的輸出裝置包括在水合狀態(tài)指示器4的頂部表面處的顯示器45(例如，lcd顯示器或oled顯示器)。頂部導(dǎo)電板48a以電氣方式連接(例如通過穿過殼體41的導(dǎo)線46)至顯示器45。應(yīng)理解的是，導(dǎo)電板48a、48b連同它們之間的吸水材料一起形成可變電容器。該可變電容器的電容取決于板48a、48b之間的距離，且因此取決于指示器層42的含水量。顯示器45被構(gòu)造成響應(yīng)于電容器的電容變化而改變外觀(例如，以上面關(guān)于第二實(shí)施方式所述的任意方式)。

在指示器層的材料隨其含水量的增加而膨脹的水合狀態(tài)指示器4的實(shí)施方式中，在受試者經(jīng)歷體液過量時，由于水被吸引到指示器層并且在導(dǎo)電板48a、48b之間產(chǎn)生增大的間隔，所以由板48a、48b和指示器層42形成的電容器的電容將降低(從默認(rèn)水平，這對應(yīng)于健康的水合狀態(tài))。在該情形中，電路的一些實(shí)施方式被構(gòu)造成響應(yīng)于指示器層的導(dǎo)電性的降低而致使顯示器45顯示警告受試者體液過量的指示。相反，在受試者經(jīng)歷脫水時，水將被吸出于指示器層42，板48a、48b之間的間隔將減小，且因此電容將增加。在一些實(shí)施方式中，電路因此被構(gòu)造成響應(yīng)于電容的增加而致使顯示器35顯示警告受試者脫水的指示。

現(xiàn)在將解釋使用根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器的操作。盡管該操作是參照第一實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器1進(jìn)行解釋，但應(yīng)理解的是，該操作的許多方面通?？蓱?yīng)用于包括第二和第三實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器。在使用中，水合狀態(tài)指示器1通過膠粘層14附接至受試者的皮膚。優(yōu)選地，附接位置被選擇成幾乎不具有汗腺并且在受試者運(yùn)動時經(jīng)受少量或沒有表面形狀變化。在其所施加的皮膚被強(qiáng)力灌注時，水合狀態(tài)指示器1的輸出將更多地表示受試者的血液。因此，對于一些應(yīng)用，期望的是將水合狀態(tài)指示器1定位到具有許多毛細(xì)血管的皮膚區(qū)域上。

如上所述，指示器層12的滲透強(qiáng)度基本等于健康人體組織的滲透強(qiáng)度。這意味著在水合狀態(tài)指示器1所附著的皮膚和下面的組織具有正常水合狀態(tài)時(即沒有脫水且沒有經(jīng)受體液過量)，則皮膚2和指示器層12將處于滲透平衡，使得在這兩者之間基本沒有水傳輸。在水合狀態(tài)指示器1附著時皮膚表面通常是干燥的，但因?yàn)闅んw11基本是水密性的，所以皮膚表面將水合直至它與下面的組織和指示器層達(dá)到平衡。這預(yù)期將需要1小時左右。在下面的組織具有正常水合狀態(tài)時，指示器層12將不會從其默認(rèn)狀態(tài)改變體積，且其顏色將保持默認(rèn)(健康)顏色。

在受試者變得脫水時，其組織(且因此與水合狀態(tài)指示器1接觸的皮膚)的滲透強(qiáng)度將增加，使得它高于指示器層12的滲透強(qiáng)度。因此，水分將被吸引出指示器層12并進(jìn)入皮膚(穿過半透膜13)。指示器層12的體積(且因此其厚度)將根據(jù)其變低的含水量而變化。指示器層12的減小厚度意味著產(chǎn)生二向色濾光效果的界面之間的距離減小，且因此指示器層的顏色將從默認(rèn)顏色改變。相反地，在受試者經(jīng)歷體液過量時，其組織(且因此與水合狀態(tài)指示器1接觸的皮膚)的滲透強(qiáng)度將降低，使得它低于指示器層12的滲透強(qiáng)度。因此，水分將被吸引出皮膚2并進(jìn)入指示器層12(穿過半透膜13)。指示器層12的體積(且因此其厚度)將根據(jù)其較高含水量而變化。指示器層12的增加厚度意味著產(chǎn)生二向色濾光效果的界面之間的距離增大，且因此指示器層的顏色將從默認(rèn)顏色改變。在不利用用于減小顏色的角度依賴性的裝置時，受試者(或醫(yī)護(hù)專業(yè)人員)應(yīng)被指示始終從相同角度(優(yōu)選在大致垂直于其上表面的角度)觀察水合狀態(tài)指示器1。

指示器層12中的吸水材料所經(jīng)歷的體積變化與受試者組織的滲透強(qiáng)度大致成比例。給定的滲透強(qiáng)度變化所經(jīng)受的體積變化量將取決于所使用的具體吸水材料。對于凝膠類的層，例如，體積變化百分比可大致等于受試者組織的滲透強(qiáng)度的變化百分比。這繼而對應(yīng)于從指示器層12反射的光線波長的大致相同的變化百分比。

組織滲透強(qiáng)度的僅幾個百分比的變化可以是臨床相關(guān)的。例如，在滲透強(qiáng)度中產(chǎn)生幾個百分比的變化的脫水容易發(fā)生在運(yùn)動中。產(chǎn)生10％的變化的脫水將導(dǎo)致健康問題原因，且產(chǎn)生20％的變化的脫水將導(dǎo)致嚴(yán)重疾病或死亡。使用已知的顏色變化濕度指示器和指示器染料不能夠在視覺上檢測到這種小的變化。然而，10％的波長增加將黃光變化為紅光。本發(fā)明實(shí)施方式所利用的二向色濾光效果因此有利地產(chǎn)生顯著的顏色變化，即使在受試者組織的滲透強(qiáng)度僅變化幾個百分比時。這樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器能夠可靠且明顯地區(qū)分健康水合狀態(tài)、少量脫水(或體液過量)、以及可能的危險(xiǎn)性脫水(或體液過量)。

組織和指示器層12之間的水傳輸發(fā)生緩慢，這是因?yàn)榇┻^半透膜的擴(kuò)散過程本身較慢。具體的水合狀態(tài)指示器1的響應(yīng)時間將取決于指示器層12的厚度(或在使用多材料指示器層時指示器層的吸水部分的厚度)——使用厚度指示器層縮短響應(yīng)時間。在指示器層厚度是大約1μm的實(shí)施方式中，期望的是達(dá)到滲透平衡的時間將是大約1小時。這樣，意圖是水合狀態(tài)指示器1由受試者連續(xù)地佩戴數(shù)個小時、或甚至數(shù)天。

因此，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器尤其適于監(jiān)測持續(xù)具有脫水高風(fēng)險(xiǎn)的受試者，諸如患有慢性退化的口渴反射的老年患者，以及用于監(jiān)視持續(xù)具有體液過量高風(fēng)險(xiǎn)的受試者，諸如接收靜脈注射液的住院患者。根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施方式的脫水狀態(tài)指示器可由這些受試者連續(xù)佩戴，佩戴在便于受試者和/或醫(yī)護(hù)專業(yè)人員看見的位置，從而在受試者的水合狀態(tài)變得偏離正常值時使其清楚可見。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式的水合狀態(tài)指示器還尤其適用于在鍛煉前、期間和/或之后監(jiān)測受試者的水合狀態(tài)。有利地，該實(shí)施方式可防止在運(yùn)動人員長期鍛煉期間沒有攝取足夠的水分時可能發(fā)生的危險(xiǎn)脫水，以及在運(yùn)動人員在運(yùn)動期間或之后攝取太多水時可能發(fā)生的體液過量。應(yīng)理解的是，在鍛煉期間通常由皮膚生成汗液；然而這將不會影響指示器層的功能。受試者汗液的成分(即，水與鹽的比率)以與組織類似的方式隨它們的水合水平變化，且在受試者變得脫水時生成較少的汗液。因此，即使在皮膚生成汗液時，水合狀態(tài)指示器1下方的皮膚2的滲透強(qiáng)度也將響應(yīng)于脫水而增加。應(yīng)理解的是，尤其用于鍛煉期間使用的水合狀態(tài)指示器的實(shí)施方式將包括即使在生成大量汗液時仍能夠保持粘性的膠粘層14，且應(yīng)具有允許它們施加至受試者運(yùn)動時經(jīng)歷少量出汗和少量彎曲的身體部分的形狀和/或尺寸。

因此，提供了一種能夠由受試者連續(xù)穿戴延長的時間且能夠提供其水合狀態(tài)的清楚視覺指示的水合狀態(tài)指示器。

雖然已經(jīng)在附圖和前面描述中詳細(xì)圖示說明和描述了本發(fā)明，但這些圖示和描述應(yīng)被認(rèn)為是圖示性或示例性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施要求保護(hù)的發(fā)明時，從對附圖、公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求的研究中能夠理解和實(shí)施所公開的實(shí)施例的其他變體。在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，且不定冠詞“一(a或an)”不排除多個。單個處理器或其他單元可以滿足權(quán)利要求中所述的幾個物品的功能。事實(shí)上某些措施在互不相同的從屬權(quán)利要求中表述并不代表這些措施的組合不能被用于獲益。計(jì)算機(jī)程序可以存儲/分布在合適的介質(zhì)上，諸如一起提供的或作為其他硬件的一部分提供的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以以其他形式分布，諸如通過英特網(wǎng)或其他有線或無線通信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制其范圍。