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具有无线供电和近场通信能力的小型化 电子系统

阅读：206发布：2022-09-24

专利汇可以提供具有无线供电和近场通信能力的小型化电子系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供用于组织安装的电子设备和光子设备的系统和方法。本发明的一些实施方案的器件实现了具有小型化规格的器件架构的高性能、并且可选地柔性的器件部件，这种器件部件使对组织的不利物理影响最小并且/或者使安装在组织表面时的界面应力减小。在一些实施方案中，本发明提供互补的组织安装策略来提供本器件的机械鲁棒和/或长期整合，例如经由安装在不经受快速增长或脱落过程的组织表面诸如指甲、趾甲、牙齿或耳垂之类上。本发明的器件是通用的，并且支持用于感测、致动和通信的广泛应用，包括用于近场通信的应用，例如用于密码认证、电子交易和生物测量感测的应用。，下面是具有无线供电和近场通信能力的小型化电子系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种组织安装的电子系统，所述系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于
5毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的长期共形整合而不显著分层。
2.一种组织安装的电子系统，所述系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于
5毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合而不使所述组织出现显著炎症或免疫反应。
3.一种组织安装的电子系统，所述系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于
5毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合而不显著改变来自其上安装有所述系统的组织表面的热量和流体的交换。
4.一种组织安装的电子系统，所述系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述无机部件或所述有机部件中的每一个由所述外表面支撑并且各自定位在所述衬底的边缘的20毫米内的位置处；
其中，所述组织安装的电子器件具有的侧向尺寸小于或等于20毫米，并且所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米。
5.一种组织安装的电子系统，所述系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件能够与所述组织建立共形整合，并且其中，所述电子器件在受到外部刺激或内部刺激的情况下经历转化；其中，所述转化提供所述系统从第一状态到第二状态的功能变化。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述转化提供所述器件从可用的第一状态到不能运行的第二状态的所述功能变化。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的系统，其中，所述转化在从所述组织上的安装位置去除或试图去除所述系统时被引发。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中，所述转化通过所述系统或其部件的物理变化、化学变化、热变化或电磁变化而被引发。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的系统，其中，所述转化通过所述系统的部件的物理破坏、所述系统的部件的物理变形、所述系统的物理形态的变化或所述系统的阻隔层或包封层的去除而被引发。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的系统，其中，所述转化通过测得的器件特性的值、测得的生理特性的值或测得的环境特性的值的变化而被引发，或者其中所述转化通过位置变化或时间变化而被引发。
11.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的所述内表面与组织表面的曲率相符。
12.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述无机部件或所述有机部件选自半导体部件、金属导体部件以及无机半导体部件、有机半导体部件与金属导体部件的组合。
13.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述无机部件或所述有机部件中的每一个各自定位在所述衬底的外周的边缘的10毫米内的位置处。
14.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述无机部件或所述有机部件中的每一个各自定位在所述衬底中的孔的边缘的10毫米内的位置处。
15.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述无机部件或所述有机部件中的每一个各自的特征在于到所述衬底的边缘的最短距离，其中，对于所述无机部件或所述有机部件的所述最短距离的平均值等于或小于10mm。
16.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的侧向覆盖面积小于或等于500mm2。
17.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的侧向覆盖面积选自1mm2到500mm2的范围。
18.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的侧向覆盖面积与所述组织的面积的比大于或等于0.1。
19.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的平均模量选自10kPa到100GPa的范围。
20.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的平均模量大于10kPa。
21.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的净抗弯刚度选自0.1nN m到1N m的范围。
22.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的净抗弯刚度大于0.1nM m。
23.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的面积质量密度选自0.1mg cm-2到100mg cm-2的范围。
24.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的平均厚度选自5微米到5毫米的范围。
25.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述组织安装的电子系统的整体最大厚度小于0.1mm，并且所述组织安装的电子系统的至少一个区域的厚度选自0.05mm到
0.09mm的范围。
26.根据前述权利要求任一项所述的系统，其具有多层几何结构，所述多层几何结构包括多个功能层、支撑层、包封层、平面化层或上述各项的任意组合。
27.根据前述权利要求任一项所述的系统，其具有选自于由下述各项组成的组中的形状：椭圆形、矩形、圆形、蛇形和非规则形。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述形状的特征在于，侧向尺寸与厚度的宽高比小于10000。
29.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的所述内表面具有的用于与所述组织表面建立所述共形接触的面积小于或等于500mm2。
30.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的所述内表面具有的用于与所述组织表面建立所述共形接触的面积选自1mm2到500mm2的范围。
31.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底是不连续的。
32.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底具有多孔的几何结构，所述多孔的几何结构包括延伸穿过所述衬底的多个孔。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述孔允许来自所述组织的气体和流体穿过所述系统。
34.根据权利要求32至33中任一项所述的系统，其中，所述孔中的每一个各自的特征在于侧向尺寸选自5微米到20毫米的范围。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的系统，其中，所述衬底的所述孔的面密度选自-2 -2
1mm 到600mm 的范围。
36.根据权利要求32至35中任一项所述的系统，其中，所述孔以在所述衬底上大体上空间均匀的分布而设置。
37.根据权利要求32至36中任一项所述的系统，其中，所述孔使得所述衬底具有整体网孔式的几何结构。
38.根据权利要求32至37中任一项所述的系统，其中，所述孔使得所述衬底的孔率度等于或大于0.01％。
39.根据权利要求32至38中任一项所述的系统，其中，所述孔允许将流体输送离开所述组织表面。
40.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底是柔性衬底或可拉伸衬底。
41.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的特征在于平均模量选自
10kPa到100GPa的范围。
42.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的特征在于平均模量大于
10kPa。
43.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的特征在于平均厚度选自5微米到10毫米的范围。
44.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的特征在于平均厚度大于5微米。
45.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的特征在于最大厚度为50微米。
46.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底包括一个或更多个薄膜、涂层或二者。
47.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底包括无机聚合物、有机聚合物、塑料、弹性体、生物聚合物、热固性聚合物、橡胶、粘附带或上述各项的任何组合。
48.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底包括聚酰亚胺聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、纤维素纸、纤维素海绵、聚氨酯海绵、聚乙烯醇海绵、硅海绵、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯。
49.根据前述权利要求任一项所述的系统，其还包括用于包封所述电子器件的一个或更多个包封层或涂层。
50.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件是刚性或半刚性器件、柔性电子器件或可拉伸电子器件。
51.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个无机部件或有机部件中的每一个各自包括一个或更多个薄膜、纳米带、微米带、纳米膜或微米膜。
52.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自包括单晶无机半导体材料。
53.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自的厚度选自5微米到5000微米的范围。
54.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自的厚度大于5微米。
55.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自的特征在于弯曲的几何结构。
56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述弯曲的几何结构是挠曲的、盘绕的、交错的或蛇形的几何结构。
57.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个无机部件或有机部件的特征在于一个或更多个岛状和桥状的结构。
58.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件具有多层几何结构，所述多层几何结构包括多个功能层、阻隔层、支撑层和包封层。
59.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件设置为接近所述系统的中性机械表面。
60.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括一个或更多个传感器或者所述一个或更多个传感器的部件。
61.根据权利要求60所述的系统，其中，所述一个或更多个传感器或者所述一个或更多个传感器的部件选自于由以下各项组成的组中：光学传感器、电化学传感器、化学传感器、机械传感器、压力传感器、电传感器、磁传感器、应变传感器、温度传感器、电容传感器、阻抗传感器、生物传感器、心电图传感器、肌电图传感器、脑电图传感器、电生理传感器、光电探测器、气体传感器、粒子传感器、空气污染传感器、辐射传感器、环境传感器和成像装置。
62.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括一个或更多个致动器或者所述一个或更多个致动器的部件。
63.根据权利要求62所述的系统，其中，所述一个或更多个致动器或者所述一个或更多个致动器的部件产生电磁辐射、光辐射、声能、电场、磁场、热、RF 信号、电压、化学变化或生物变化。
64.根据权利要求63所述的系统，其中，所述一个或更多个致动器或者所述一个或更多个致动器的部件选自于由以下各项组成的组中：加热器、光源、电极、声学致动器、机械致动器、微流体系统、MEMS系统、NEMS系统、压电致动器、感应线圈、含有能够引起化学变化或生物变化的化学剂的贮存器、激光器和发光二极管。
65.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括一个或更多个储能系统或者所述一个或更多个储能系统的部件。
66.根据权利要求65所述的系统，其中，所述一个或更多个储能系统或者所述一个或更多个储能系统的部件选自于由以下各项组成的组中：电化电池、燃料电池、光伏电池、无线电源线圈、热电能量收集器、电容器、超级电容器、一次电池、二次电池和压电能量收集器。
67.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括一个或更多个通信系统或者所述一个或更多个通信系统的部件。
68.根据权利要求67所述的系统，其中，所述一个或更多个通信系统或者所述一个或更多个通信系统的部件选自于由以下各项组成的组中：发射器、接收器、收发器、天线和近场通信器件。
69.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括一个或更多个线圈。
70.根据权利要求69所述的系统，其中，所述一个或更多个线圈是感应线圈。
71.根据权利要求69所述的系统，其中，所述一个或更多个线圈是近场通信线圈。
72.根据权利要求71所述的系统，其中，所述近场通信线圈中的每一个各自的直径选自
500微米到20毫米的范围。
73.根据权利要求71至72中任一项所述的系统，其中，所述近场通信线圈中的每一个各自的平均厚度选自1微米到5毫米的范围。
74.根据权利要求71至73中任一项所述的系统，其中，在从平面构型变为特征在于曲率半径选自1mm到20mm的范围的挠曲构型时，所述近场通信线圈中的每一个的频率变化小于
50％。
75.根据权利要求71至74中任一项所述的系统，其中，所述近场通信线圈中的每一个的特征在于Q因数大于或等于3。
76.根据权利要求69至75中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个线圈由所述衬底或一个或更多个包封层至少部分地包封。
77.根据权利要求69至76中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个线圈的几何结构选自于由环或椭圆环组成的组。
78.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的所述内表面能够与包括外部组织的所述组织表面建立共形整合。
79.根据权利要求78所述的系统，其中，所述外部组织是皮肤、指甲、趾甲、牙齿、毛发或耳垂。
80.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的所述内表面经由粘合剂结合到所述组织表面，所述粘合剂包括丙烯酸、硅树脂或这些的组合。
81.根据前述权利要求任一项所述的系统，还包括近场通信器件。
82.根据权利要求81所述的系统，其中，所述近场通信器件用于密码认证、电子交易或生物感测。
83.根据权利要求82所述的系统，其中，所述近场通信器件用于与计算机或移动电子设备通信。
84.一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于
5毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的长期共形整合而不显著分层；以及
使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。
85.一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于
5毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合而不使所述组织出现显著炎症或免疫反应；以及
使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。
86.一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于
5毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合而不显著改变来自安装有所述系统的组织表面的热量和流体的交换；以及
使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。
87.一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件能够与所述组织建立共形整合，使得所述电子器件在从所述组织去除时呈现为功能上不能运行；以及使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。
88.一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；其中，所述衬底的所述内表面用于与组织表面建立接触，以及
电子器件，所述电子器件包括一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述无机部件或所述有机部件中的每一个被所述外表面支撑并且各自定位在所述衬底的边缘的20毫米内的位置处；
其中，所述组织安装的电子器件具有的侧向尺寸小于或等于20毫米，并且所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米；以及
使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。
89.根据权利要求84至88中任一项所述的方法，其中，所述无机部件或所述有机部件选自无机半导体部件、金属导体部件、以及无机半导体部件与金属导体部件的组合。
90.根据权利要求84至89中任一项所述的方法，其中，所述组织表面包括主体的外部组织。
91.根据权利要求84至90中任一项所述的系统，其中，所述外部组织的特征在于生长率小于或等于每月6mm。
92.根据权利要求84至91中任一项所述的系统，其中，所述外部组织的特征在于脱落率小于或等于每天一次。
93.根据权利要求84至92中任一项所述的系统，其中，所述外部组织的特征在于模量大于或等于10kPa。
94.根据权利要求84至93中任一项所述的系统，其中，所述外部组织的特征在于抗弯刚度大于或等于0.1nN m。
95.根据权利要求84至94中任一项所述的系统，其中，所述组织表面的特征在于曲率半径选自1mm到20mm的范围。
96.根据权利要求84至95中任一项所述的方法，其中，所述组织是皮肤、指甲、牙齿、毛发或耳垂。
97.根据权利要求84至96中任一项所述的方法，其中，所述组织不是表皮组织。
98.根据权利要求84至97中任一项所述的方法，其中，所述组织不是内部组织。
99.根据权利要求84至98中任一项所述的方法，其中，所述感测、致动或通信包括生成或接收近场通信信号。
100.根据权利要求99所述的方法，其中，所述近场通信信号由计算机或便携式电子设备生成或接收。
101.根据权利要求99所述的方法，其中，所述近场通信信号用于密码认证、电子交易或生物感测。
102.根据权利要求84至100中任一项所述的方法，其中，所述感测、致动或通信包括感测所述组织的一个或更多个生理特性、电生理特性、化学特性、热学特性或光学特性。
103.根据权利要求84至100中任一项所述的方法，其中，所述感测、致动或通信包括感测来自所述组织的生物流体的一个或更多个物理特性或化学特性。
104.根据权利要求84至100中任意权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述感测、致动或通信包括致动所述组织。
105.根据权利要求104所述的方法，其中，所述致动包括静电地、热地、光学地、声学地、磁性地或化学地致动所述组织。
106.根据前述权利要求任一项所述的系统或方法，其中，所述系统还包括安装平台。
107.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台具有用于与所述组织的表面建立接触的外表面。
108.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台是所述组织安装的系统的所述衬底。
109.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台具有用于支撑所述电子器件、所述衬底或二者的内表面。
110.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台用于与所述组织表面建立共形接触。
111.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台与指甲的表面建立共形接触。
112.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台是刚性的或柔性的。
113.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述安装平台是假体、粘附带或假指甲。
114.根据权利要求106所述的系统或方法，其中，所述系统是刚性的，具有设置成与所述组织表面相符的固定形状。
115.根据权利要求114所述的系统，其中，所述固定形状具有弯曲的轮廓或仿形轮廓。
116.根据前述权利要求任一项所述的系统或方法，其中，所述系统的相交的外表面以一角度径向接合以减少分层。
117.根据前述权利要求任一项所述的系统或方法，其中，所述系统经由使用卷对卷处理的工业过程制成。
118.根据权利要求117所述的系统或方法，其中，所述卷对卷处理包括纤网处理或卷盘对卷盘处理。
119.根据权利要求117所述的系统或方法，其中，所述系统是使用柔性塑料卷或金属箔卷制成的。
120.根据前述权利要求任一项所述的系统或方法，其中，所述系统的器件部件中的至少一部分包括芯片，所述芯片在OEM标准制造之后被变薄并且通过焊料或ACP(各向异性导电浆料)使用倒装芯片技术被结合。
121.根据前述权利要求任一项所述的系统或方法，其中，器件部件的至少一部分被包封以提供防水性。
122.一种向外部设备认证用户的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及
使用所述组织安装的电子系统通信以向外部设备提供认证信号。
123.根据权利要求122所述的方法，其中，在接收到所述认证信号时，所述外部设备允许用户访问以操作所述外部设备。
124.根据权利要求123所述的方法，其中，所述外部设备是计算机、电话、枪支、药瓶、门、车辆、保险箱、密码箱、旋转栅门、闸门、升降机或锁。
125.一种进行电子支付的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及
使用所述组织安装的电子系统通信以向外部设备提供支付信息。
126.一种确保使用者的依从性的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及
将表明所述组织安装的电子系统的位置和标识的信号传送给外部设备。
127.一种传递数字内容的方法，所述方法包括：
在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：
衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及
电子器件，所述电子器件包括由所述衬底的所述外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及
将表明来自所述组织安装的电子系统的所述数字内容的信号传送给外部设备。
128.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件在从所述组织中去除时呈现为功能上不能运行。
129.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件由于器件部件的至少一部分的物理破坏或变形而呈现为功能上不能运行。
130.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，由于去除阻隔层或包封层使器件部件的至少一部分暴露于外部环境，所述电子器件被呈现为功能上不能运行。
131.根据权利要求129至130中任一项所述的系统，其中，所述器件部件选自于由互连装置、线圈、衬底或上述各项的组合组成的组。
132.根据权利要求129至131中任一项所述的系统，其中，所述变形包括所述系统的大于或等于4mm的曲率半径的曲率变化。
133.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，当测得的生理特性的值超出阈值窗口时，所述电子器件呈现为功能上不能运行。
134.根据权利要求133所述的系统，其中，所述生理特性选自于由以下各项组成的组：
温度、pH值、葡萄糖、脉搏血氧、心率、呼吸频率、血压、外周毛细血管血氧饱和度(SpO2)及上述各项的组合。
135.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，在预定的时间量之后、在使用设定的次数之后、或在设定的尝试次数之后未能正确地认证时，所述电子器件呈现为功能上不能运行。

说明书全文

具有无线供电和近场通信能力的小型化 电子系统

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求享有2015年6月1日提交的第62/169,308号美国临时专利申请、2015年6月2日提交的第62/169,983号美国临时专利申请、2015年9月14日提交的第62/218,345号美国临时申请以及2015年9月14日提交的第62/218,321号美国临时申请的权益，每个所述美国临时申请都以不与本文冲突的程度通过引用方式被整体纳入本文。

[0003] 关于联邦政府资助研究或开发的声明

[0004] 不适用。

背景技术

[0005] 可穿戴电子设备和光子设备是一种对各种技术、工业和消费产品具有广泛影响潜力的系统。在可穿戴系统方面的进展是一部分由提供利用与身体兼容的形状规格的器件实现的提供新功能的新材料和新器件架构的发展驱动的。可穿戴消费产品是可得的，例如，利用以身体安装的形状规格提供的小且便携的电子系统和/或光子系统的产品，所述系统比如是建造常规身体穿戴器件(诸如眼镜、腕带和鞋制品等)的系统。新的器件平台也在开发中，以扩展包括智能纺织品和可拉伸的/柔性的电子系统的可穿戴技术应用的范围，所述智能纺织品和可拉伸的/柔性的电子系统将先进的电子和光子功能纳入与低功率运行、无线通信和用于与身体接合的新型集成方案兼容的空间依从的形状规格中。[参见例如Kim等人，Annu.Rev.Biomed.Eng.2012.14；113-128；Windmiller等人，Electroanalysis；2013,25,1,29-46；Zeng等人，Adv.Mater.,2014,26,5310-5336；Ahn等人，J Phys.D:Appl.Phys.,
2012,45,103001.]

[0006] 组织安装的系统代表一类支持健康护理、感测、运动识别以及通信中的各种不同应用的可穿戴系统。表皮电子设备的最新进展例如提供了一类设置成实现与皮肤的紧密接触的物理形式的皮肤安装的电子系统和/或光电系统。[参见例如美国第2013/0041235号公开文本。]表皮电子系统将高性能可拉伸的和/或超薄的功能材料与软弹性衬底结合，所述软弹性衬底以对于建立并且维持与皮肤的软的、曲线的且时变的表面的共形接触有用的器件几何结构实施。已经使用这种平台证明了一些传感模式，包括生理监控(例如温度、热输送、水化状态等)和化学信息的转换，例如，与体液的特征(例如pH值、盐分组成等)有关的化学信息。[参见例如Huang等人，Small，2014,10(15)3083-3090；Gao等人，Nature Communications，2014,5,4938.]

[0007] 尽管在组织安装的系统方面取得了相当大的进展，但该项技术的某些应用的发展仍面临许多挑战。首先，这些系统在某些类型的组织(比如表皮)上的共形整合可对该组织的生理状态和/或化学条件产生不利影响，例如导致不必要的刺激和/或免疫反应。组织安装的系统也可以影响安装部位处的热量、流体和/或气体的交换，从而有可能干扰组织的生理特征和化学特征。此外，对于某些组织类型而言，比如对于特征为快速增长率、流体交换率和/或脱落率的组织而言，长期可靠的整合仍然是一个挑战。

[0008] 从上述内容中将了解，需要组织安装的电子和光子系统来支持可穿戴电子设备的新兴应用。需要能够鲁棒且紧密地整合而不显著分层的组织安装的系统和方法。需要能够以不会对安装部位的组织产生不利影响的方式提供良好的电子性能和光子性能的组织安装的系统和方法。此外，需要可与高效的制造相兼容以能够实现对于各种应用的成本有效的实施方式的组织安装的系统。发明内容

[0009] 本发明提供用于组织安装的电子设备和光子设备的系统和方法。本发明的一些实施方案的器件实现了具有小型化规格器件架构的高性能以及可选的柔性的器件部件，这种器件部件使对组织的不利物理影响最小并且/或者当安装在组织表面时使界面应力减小。在一些实施方案中，本发明提供互补的组织安装策略，这种互补的组织安装策略例如经由安装在不经受快速增长或脱落过程的组织表面(诸如指甲、趾甲、牙齿或耳垂等)上来提供本器件的机械鲁棒和/或长期整合。本发明的器件是通用的，并且支持用于感测、致动和通信的广泛应用，包括用于近场通信(near field communication，近距离通信)的应用，例如用于密码认证、电子交易和生物测量感测的应用。

[0010] 在一个方面，本发明提供了一种组织安装的电子系统，该系统包括：(i)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(ii)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一个或更多个无机部件和/或有机部件；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米，可选地小于1毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以经由直接或间接接触提供与所述组织的长期共形整合而不显著分层。本文所使用的表述“长期共形整合”指的是本系统的与组织表面建立共形接触并保持共形接触至少3小时、可选地至少1天或至少1个月而不经历分层或足以损害电子性能或光子性能的其他退化的能力。小型化的厚度和侧向尺寸在用于实现长期共形整合的一些实施方案中是重要的，例如，其中电子器件的特征在于最大厚度小于2mm、可选地小于125微米、小于0.1微米或小于0.05微米，和/或其中电子器件的特征在于面积小于2cm2、可选地小于0.5cm2或小于0.1cm2。在这个方面的实施方案中，电子系统由组织直接支撑并与该组织物理接触或者(例如经由设置在系统和组织之间的一个或更多个中间部件)由组织间接支撑。

[0011] 在另一方面，本发明提供了一种组织安装的电子系统，该系统包括：(i)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(ii)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一种或更多种无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于10毫米，可选地小于5毫米或小于1毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与组织的共形整合而不使组织出现炎症或免疫反应。本文所使用的表述“与组织共形整合而不出现炎症或免疫反应”指的是本系统的与组织表面建立共形接触而不在安装部位引起可观察到的组织炎症或组织免疫反应的能力。小型化的厚度和侧向尺寸在用于实现与组织共形整合而不出现炎症或免疫反应的一些实施方案中是重要的，例如，其中电子器件的特征在于最大厚度小于2mm、可选地小于125微米、小于0.1微米或小于0.05微米，和/或其中电子器件的特征在于面积小于2cm2、可选地小于0.5cm2或小于0.1cm2。
在这个方面的实施方案中，电子系统由组织直接支撑并与该组织物理接触或者(例如经由设置在系统和组织之间的一个或更多个中间部件)由组织间接支撑。

[0012] 在另一方面，本发明提供了一种组织安装的电子系统，该系统包括：(i)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(ii)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一种或更多种无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于10毫米，可选地小于5毫米或1毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与组织的共形整合而不显著改变其上安装有所述系统的组织表面的热量和流体的交换。如本文所使用，表述“与组织共形整合而不显著改变热量和流体的交换”指的是本系统的与组织表面建立共形接触、但使从安装部位的组织表面吸收或释放的热量和流体量相对于不具有安装器件的组织表面所吸收或释放的热量和流体量变化不大于因数75％、可选地不大于因数25％的能力。小型化的厚度和侧向尺寸在用于实现与组织共形整合而不显著改变热量和流体的交换的一些实施方案中是重要的，例如，其中电子器件的特征在于最大厚度小于2mm、可选地小于125微米、小于0.1微米或小于0.05微米，和/或其中电子器件的特征在于面积小于2cm2、可选地小于0.5cm2或小于0.1cm2。在这个方面的实施方案中，电子系统由组织直接支撑并与该组织物理接触或者(例如经由设置在系统和组织之间的一个或更多个中间部件)由组织间接支撑。

[0013] 在另一方面，本发明提供了一种组织安装的电子系统，该系统包括：(i)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(ii)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件能够与组织建立共形整合，并且其中，所述电子器件在受到外部刺激或内部刺激的情况下经历转化，其中，所述转化提供系统从第一状态到第二状态的功能变化。这方面的系统可以与一系列外部刺激和/或内部刺激相兼容，所述外部刺激和/或内部刺激包括系统的运动、对系统的软化、系统的物理、化学或电磁变化、测得信号或特性的变化、环境参数的变化以及上述各项的组合。在一个实施方案中，所述转化提供器件从可用的第一状态到不能运行的第二状态的功能变化。在一个实施方案中，所述转化在从组织上的安装位置去除或试图去除该系统时而被引发。在一个实施方案中，所述转化通过所述系统或其部件的物理变化、化学变化、热变化或电磁变化而被引发。在一个实施方案中，所述转化通过以下被引发：所述系统的部件的物理损坏(breakage)(例如，有源部件的损坏、电子互连装置的损坏、衬底的损坏、阻隔层或包封层的损坏等)、所述系统的部件的物理变形(例如，有源部件的变形、电子互连装置的变形、衬底的变形等)、所述系统的物理形态(conformation)的变化(例如，轮廓的变化、曲率的变化等)或所述系统的阻隔层或包封层的去除，例如使得导致暴露于环境引发变化。在一个实施方案中，所述转化是通过测得的器件特性(例如，应变状态、天线特性)的值、测得的组织或主体的生理特性(例如，温度、pH值、葡萄糖、脉搏血氧、心率、呼吸频率、血压、外周毛细血管血氧饱和度(SpO2))的值或测得的环境特性(例如，温度、电磁辐射等)的值的变化而被引发的。在一个实施方案中，所述转化通过位置的变化(例如，系统的运动)或时间的变化(例如，在经过预定的时间段之后)而被引发。小型化的厚度和侧向尺寸在用于实现在从安装位置去除时经历转化的能力的一些实施方案中是重要的，例如，其中电子器件的特征在于最大厚度小于2mm、可选地小于125微米、小于0.1微米或小于0.05微米，和/或其中电子器件的特征在于面积小于2cm2、可选地小于0.5cm2或小于0.1cm2。在这个方面的一个实施方案中，电子系统由组织直接支撑并与该组织物理接触或者(例如经由设置在系统和组织之间的一个或更多个中间部件)由组织间接支撑。

[0014] 在另一方面，本发明提供了一种组织安装的电子系统，该系统包括：(i)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；其中，所述衬底的内表面用于与组织表面建立接触，以及(ii)电子器件，所述电子器件包括一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述无机部件中的每一个均由外表面支撑并且独立定位在衬底的边缘(例如，外周边缘或远离外周定位的切口区域的边缘)的20毫米内、可选地16毫米内、或10毫米内、或1毫米内的位置处；其中，所述组织安装的电子器件具有的侧向尺寸小于或等于20毫米、可选地对于一些应用而言小于或等于16毫米，并且所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米、可选地对于一些应用而言小于或等于10毫米。在这个方面的一个实施方案中，电子系统由组织直接支撑并与该组织物理接触或者(例如经由设置在系统和组织之间的一个或更多个中间部件)由组织间接支撑。

[0015] 如本文所使用的，术语“组织安装”旨在广泛地包括在实施时由一个或更多个组织表面支撑的一类系统。在一些实施方案中，在实施时，本发明的组织安装的系统由组织表面直接支撑，例如，其中，该系统的表面(比如衬底表面)与组织表面(比如以共形接触的方式)物理接触。在一些实施方案中，在实施时，本发明的组织安装的系统由组织表面间接支撑，例如，其中该系统的表面(比如衬底表面)与设置在组织表面与组织安装的系统之间的中间结构(比如整合平台)物理接触。组织安装的系统可以通过由人体支撑的各种各样的中间结构(包括制造的材料和非天然材料)联接到人体。例如，在一些实施方案中，组织安装的系统可以通过人造甲体(即假指甲)、牙齿、衣物(纽扣、标签、编织材料等)、首饰(例如，戒指、手镯、项链、手表、穿刺饰品等)、人体增强件(body-enhancement)、眼镜、手套、指甲油等直接或间接地联接到身体。

[0016] 共形整合指的是本系统被以如下方式提供给组织的能力，使得器件在系统和组织之间的界面处或在与设置在系统和组织表面之间的中间结构的界面处空间上共形。共形整合可以经由与组织表面直接或间接接触而实现。本发明的组织安装的系统可以以直接共形整合被提供，其中系统本身与组织表面建立共形接触。本发明的组织安装的系统可以以间接共形整合而提供，其中该系统设置在被设置成与组织表面共形接触的中间结构上，所述中间结构诸如假体、粘附带、人造甲体(即，假指甲)、衣物(纽扣、标签、编织材料等)、首饰(例如，戒指、手镯、项链、手表、穿刺饰品等)、人体增强件、眼镜、手套、指甲油等。

[0017] 例如，在一些实施方案中，该系统的侧向尺寸选自5mm到20mm的范围。例如，在一些实施方案中，该系统的厚度尺寸选自0.125mm到5mm的范围、或从0.005mm到5mm的范围。例如，在一些实施方案中，该系统的特征在于覆盖/接触面积为10mm2到500mm2、或20mm2到350mm2、或30mm2到150mm2，在一些实施方案中，该系统的特征在于覆盖/接触面积大于25mm2或大于20mm2。例如，在一些实施方案中，该系统的特征在于面积质量密度为0.1mg cm-2到
100mg cm-2。例如，在一些实施方案中，该系统具有从中心到外缘的渐缩的厚度。在一些实施方案中，从系统中心到外缘的不小于5度或不小于10度的渐缩使分层减少或防止了分层。在一些实施方案中，该系统从中心向外缘对称地或不对称地渐缩。例如，在一些实施方案中，该系统具有选自于由下述各项组成的组中的形状：椭圆形、矩形、圆形、蛇形和非规则形。例如，在一些实施方案中，该系统的特征在于部件侧向尺寸选自于4mm到16mm的范围。例如，在一些实施方案中，该系统包括以18μm的铜x 12μm的聚酰亚胺薄膜x 18μm的铜制成的Sheldahl 无胶层压板。

[0018] 在一些实施方案中，整个系统的几何结构被设计成例如经由具有渐缩的几何结构来减少或防止分层。在一个实施方案中，例如，相交的外表面的一部分或全部以一定角度径向地联结以减少或防止分层。在一个实施方案中，例如，该系统的特征在于，厚度在等于或小于器件的中心到外部表面的范围内逐渐减小以减少或防止分层。在一个实施方案中，例如，系统的边缘(比如系统的外边缘或系统的孔边缘)处的厚度比系统的中心(或边缘之间的中点)处的厚度小至少2倍、或至少5倍、或至少10倍。在一个实施方案中，整个系统的厚度从系统的中点到边缘(比如系统的外边缘或系统的孔边缘)基本上渐近地减小。

[0019] 在一些实施方案中，本系统例如通过利用生物聚合物、热固性聚合物、橡胶、粘附带、塑料或它们的任何组合进行包封或包装来防水。例如，在实施方案中，该系统包括封装层或其它防水结构，所述封装层或其它防水结构包括聚酰亚胺、共形Q、乙烯基、丙烯酸、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、乙烯基、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯。

[0020] 在一些实施方案中，本系统包含易于剥离的标签以便于部署到组织表面上，例如，所述标签可在安装之后容易地丢弃。

[0021] 在一个实施方案中，衬底的内表面与组织表面的曲率相符。在一些实施方案中，无机部件和/或有机部件选自无机半导体部件和/或有机半导体部件、金属导体部件以及无机半导体部件与金属导体部件的组合。在一个实施方案中，例如，所述无机部件中的每一个各自定位在衬底的外周的边缘的10毫米内、可选地1毫米内的位置处。在一个实施方案中，无机部件中每一个各自定位在衬底中的孔的边缘的10毫米内的位置处，并且在一些实施方案中更小，例如可选地在所述衬底中的孔的边缘的1毫米内的位置处。在一个实施方案中，无机部件中每一个各自的特征在于到衬底的边缘的最短距离，其中，无机部件的最短距离的平均值等于或小于10毫米，可选地等于或小于1毫米。

[0022] 本发明的一些方面的系统和方法利用整体尺寸小型化来实现与组织表面的机械鲁棒界面，而不产生对性能有不利影响的压力或应变并且/或者使对组织的不利物理效应最小。例如，在一些实施方案中，所述组织安装的电子系统的侧向覆盖面积小于或等于500mm2，可选地小于或等于315mm2，或者选自1mm2到500mm2的范围，可选地选自1mm2到315mm2的范围。在一个实施方案中，所述组织安装的电子系统的侧向覆盖面积与所述组织的面积的比大于或等于0.1。在一个实施方案中，所述组织安装的电子系统的面积质量密度选自
1mg cm-2到100mg cm-2的范围。在实施方案中，所述组织安装的电子系统的平均厚度选自5微米到5毫米的范围、可选地12微米到1毫米的范围、可选地50微米到90微米的范围，或者例如大于50微米。在一个实施方案中，所述组织安装的电子系统的整体最大厚度小于0.1mm并且所述组织安装的电子系统的至少一个区域的厚度选自0.05mm到0.09mm的范围。例如，组织安装的电子系统的包括相对厚部件(比如NFC芯片或LED)的区域可以提供小于0.1mm的厚度，并且组织安装的电子系统的包括相对薄部件(比如仅衬底)的区域可以提供选自0.05mm到0.09mm的范围的厚度、或者小于0.09mm或小于0.07mm的厚度。

[0023] 本发明的一些方面的系统和方法整合了薄的柔性功能部件和衬底以提供足够的机械顺应性，以在组织表面的安装部位处实现共形界面。本发明的机械柔性系统的优点包括与复杂轮廓的组织表面和/或关于时间呈动态的组织表面相符的能力。可替代地，本发明还包括整合了刚性功能部件和/或衬底的刚性系统，例如，用于与具有兼容的物理特性的组织类型(比如指甲、牙齿或趾甲)整合。本发明的机械刚性系统的优点包括提供高功能性系统，其中，从操作期间的潜在损坏方面来说，薄的机械柔性构造可能代表了缺点。

[0024] 在一些实施方案中，所述组织安装的电子系统的平均模量选自10kPa到100GPa的范围，或者大于10kPa、可选地大于100MPa。在一些实施方案中，所述组织安装的电子系统的抗挠刚度(flexural rigidity)选自0.1nN m到1N m的范围。在一个实施方案中，所述组织安装的电子系统的净抗弯刚度大于0.1nN m，可选地对于一些应用大于10nN m，并且可选地对于一些应用大于1000nN m。例如，在一些实施方案中，器件的一个或更多个机械特性(比如平均模量、抗挠刚度或抗弯刚度)与在安装部位处的组织的特性相匹配；例如在5倍的范围内。例如，在一些实施方案中，该系统是刚性的，并且具有固定形状以与组织表面相符，比如与组织表面相匹配(例如与指甲的曲率相匹配)的弯曲的轮廓或仿形轮廓。在一些实施方案中，该组织安装的电子系统的粘附强度选自于1N/25mm到50N/25mm的范围，或者该组织安装的电子系统的粘附强度大于50N/25mm、或大于60N/25mm。在一些实施方案中，可以在室温下、20分钟后针对特定应用调整剥离粘附力。

[0025] 本发明的系统包括多层器件，例如，其中具有电子功能器件部件和/或光电功能器件部件的功能层通过结构层(比如电绝缘或支撑层或涂层)相互分离。在一些实施方案中，该组织安装的电子系统具有多层几何结构，所述多层几何结构包括多个功能层、支撑层、包封层、平面化层或上述各项的任意组合。在一些实施方案中，所述组织安装的电子系统具有选自于由下述各项组成的组中的形状：椭圆形、矩形、圆形、蛇形和/或非规则形。在一个实施方案中，所述形状的特征在于，侧向尺寸与厚度的宽高比(aspect ratio，纵横比)小于10000、或可选地对于一些实施方案而言选自于5000到3的范围。

[0026] 具有一系列物理特性和化学特性的衬底在本发明的系统和方法中是有用的。本发明包括具有作为电绝缘体、光学透明层、滤光器和/或机械支撑层的功能的衬底。在一些实施方案中，所述衬底的内表面具有的用于与组织表面建立共形接触的面积小于或等于315mm2，或者选自19mm2到315mm2的范围。在一个实施方案中，衬底具有多孔的几何结构，所述多孔的几何结构包括延伸穿过衬底的多个孔。在一个实施方案中，衬底是不连续的。在一个实施方案中，孔允许来自组织的气体和流体穿过器件，在一些实施方案中，孔允许输送流体离开组织表面。在一个实施方案中，孔中的每一个各自的特征在于侧向尺寸选自12微米到5毫米的范围、或从25微米到1毫米的范围、或从50微米到500微米的范围。在一个实施方案中，穿孔以选自4mm到0.2mm的范围、或从2mm到0.5mm的范围的间距分布在衬底中。在一个实施方案中，穿孔是开口，比如圆形开口，开口具有的平均直径大于0.1mm且小于2mm、或大于0.2mm且小于1mm。在一个实施方案中，衬底具有的孔的面密度选自每cm2一个到每cm2一百个的范围。在一个实施方案中，孔以在衬底上大体上空间均匀的分布而设置。在一个实施方案中，孔使得衬底具有整体网孔式的几何结构。在一个实施方案中，孔使得衬底的孔率度等于或大于0.01％、可选地对于一些实施方案而言等于或大于0.1％、或等于或大于1％、或等于或大于10％。在一个实施方案中，多孔的或不连续的衬底包括至少0.01％的开口面积、或至少0.1％的开口面积、或至少0.5％的开口面积、或至少1％的开口面积、或至少5％的开口面积、或至少10％的开口面积。在一个实施方案中，孔中每一个各自的特征在于截面积选自
100μm2到1cm2的范围、或从200μm2到1mm2的范围、或从500μm2到0.5mm2的范围。

[0027] 在一些实施方案中，衬底是柔性衬底或可拉伸衬底。在一个实施方案中，衬底的特征在于平均模量选自10kPa到100GPa的范围、或大于10kPa、可选地对于一些应用而言大于10kP。在一个实施方案中，衬底的特征在于平均厚度选自12微米到5毫米的范围、从25微米到1毫米的范围、或从50微米到90微米的范围，并且在一些实施方案中大于500微米、可选地对于一些实施方案而言大于1000微米。

[0028] 在一个实施方案中，衬底包括一个或更多个薄膜、涂层或二者。例如，在一些实施方案中，涂层或薄膜直接设置在电子器件或其部件上，并且在一些实施方案中为以直接物理接触的形式。然而，在一些实施方案中，涂层或薄膜设置在定位于电子器件和涂层或膜之间的中间结构上。在一些实施方案中，衬底包括无机聚合物、有机聚合物、塑料、弹性体、生物聚合物、热固性聚合物、橡胶、粘附带或上述各项的任何组合。例如，在一些实施方案中，衬底包括聚酰亚胺聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、纤维素纸、纤维素海绵、聚氨酯海绵、聚乙烯醇海绵、硅海绵、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯。

[0029] 一系列功能性电子器件部件和器件整合策略与本方法和系统相兼容，从而支持可穿戴电子设备的扩展应用。在一个实施方案中，例如，该系统还包括用于包封所述电子器件的一个或更多个包封层或涂层。在一些实施方案中，所述电子器件是刚性器件、半刚性器件、柔性电子器件或可拉伸电子器件。例如，在一些实施方案中，所述一个或更多个无机部件或有机部件中的每一个各自包括一个或更多个薄膜、纳米带、微米带、纳米膜或微米膜。在一个实施方案中，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自包括单晶无机半导体材料。

[0030] 在一个实施方案中，例如，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自具有的厚度选自5微米到5000微米的范围，可选地对于一些应用而言为50微米到100000微米的范围，可选地对于一些应用而言为50微米到2000微米的范围。在一个实施方案中，例如，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自的厚度大于5微米、并且可选地对于一些实施方案而言厚度大于50微米。在一个实施方案中，所述一个或更多个无机部件或有机部件各自的特征在于弯曲(curved)的几何结构，例如，挠曲的、盘绕的、交错的或蛇形的几何结构。在一个实施方案中，所述一个或更多个无机部件或有机部件的特征在于一个或更多个岛状和桥状的结构(island and bridge structures，岛桥结构)。

[0031] 在一些实施方案中，所述电子器件具有多层几何结构，所述多层几何结构包括多个功能层、阻隔层、支撑层和包封层。在一个实施方案中，所述电子器件设置为接近所述系统的中性机械表面。在一个实施方案中，例如，所述电子器件包括一个或更多个传感器或该一个或更多个传感器的部件，例如，选自于由以下各项组成的组中的传感器和传感器的部件：光学传感器、电化学传感器、化学传感器、机械传感器、压力传感器、电传感器、磁传感器、应变传感器、温度传感器、热传感器、湿度传感器、运动传感器(例如加速度计、陀螺仪)、颜色传感器(色度计、光谱仪)、声学传感器、电容传感器、阻抗传感器、生物传感器、心电图传感器、肌电图传感器、脑电图传感器、电生理传感器、光电探测器、粒子传感器、气体传感器、空气污染传感器、辐射传感器、环境传感器和成像装置。

[0032] 在一个实施方案中，所述电子器件包括一个或更多个致动器或该一个或更多个致动器的部件，例如，产生电磁辐射、光辐射、声能、电场、磁场、热、RF信号、电压、化学变化或生物变化的致动器或致动器的部件。在一些实施方案中，所述一个或更多个致动器或致动器的部件选自于由以下各项组成的组中：加热器、光源、电极、声学致动器、机械致动器、微流体系统、MEMS系统、NEMS系统、压电致动器、感应线圈、含有能够引起化学变化或生物变化的化学剂的贮存器、激光器和发光二极管。

[0033] 在一些实施方案中，所述电子器件包括一个或更多个储能系统或储能系统的部件，例如，选自于由以下各项组成的组中的储能系统或储能系统的部件：电化电池、燃料电池、光伏电池、无线电源线圈、热电能量收集器、电容器、超级电容器、一次电池、二次电池和压电能量收集器。

[0034] 在一些实施方案中，所述电子器件包括一个或更多个通信系统或该一个或更多个通信系统的部件，例如，选自于由以下各项组成的组中的通信系统或通信系统的部件：发射器、接收器、收发器、天线和近场通信器件。

[0035] 在一些实施方案中，所述电子器件包括一个或更多个线圈，例如感应线圈或近场通信线圈。在一个实施方案中，所述近场通信线圈中的每一个各自的直径选自50微米到20毫米的范围。在一个实施方案中，例如，所述近场通信线圈中的每一个各自的平均厚度选自1微米到5毫米的范围、1微米到500微米的范围、1微米到100微米的范围、5微米到90微米的范围或者50微米到90微米的范围。在一个实施方案中，例如，在从平面构型变为特征在于曲率半径选自1mm到20mm的范围的挠曲构型时，所述近场通信线圈中的每一个变化小于50％，并且可选地变化小于20％。在一个实施方案中，所述近场通信线圈中的每一个的特征在于Q因数大于或等于3。在一个实施方案中，所述一个或更多个线圈由所述衬底或一个或更多个包封层至少部分地包封。在一些实施方案中，例如，所述一个或更多个线圈的几何结构选自于由环或椭圆环组成的组。在一个实施方案中，本发明的组织安装的系统包括至少两个分层线圈，其中所述线圈由电介质层分隔开。

[0036] 在一些实施方案中，将信息传递到系统和/或从系统传递信息以无线的方式完成，例如通过ISO标准，比如用于接近型非接触式卡的ISO14443、用于近距型非接触式卡的ISO15693、用于RFID和EPC全球第一类第二代协议的ISO18000系列标准(也就是18000-6C)。

[0037] 在一方面，本发明的组织安装的系统还包括安装平台，以提供与一个或更多个组织表面的有效整合。在一些实施方案中，例如，所述安装平台具有用于与所述组织的表面建立接触的外表面和用于支撑所述电子器件和衬底的内表面。在一个实施方案中，所述安装平台是系统本身的衬底部件。在一个实施方案中，所述安装平台用于与所述组织表面建立共形接触(比如与指甲表面建立共形接触)。本发明包括刚性的或柔性的安装平台部件。在一个实施方案中，所述安装平台是假体。在一个实施方案中，所述安装平台是粘附带。在一个实施方案中，所述安装平台是假指甲。

[0038] 在一些实施方案中，该系统还包括一个或更多个LED部件，例如用于提供对设备功能的指示或为了获得美感。在一个实施方案中，例如，该系统包括设计为在从读取器中取出后仍然处于开启状态的一个或更多个LED部件。在一个实施方案中，例如，该系统被纳入人造甲体或甲体覆盖物(比如指甲油)，或者由人造甲体或甲体覆盖物(比如指甲油)包封。在一个实施方案中，例如，该系统包括用于在形状和颜色上与组织匹配的覆盖层或包装，例如用于伪装功能。

[0039] 出于隐私方面的原因，在一些实施方案中，本发明具有存储对于每个单独设备所特有的加密标识号的专用芯片。此外，该芯片具有不断变化的特定动作的安全码。加密的设备号有助于保持患者医疗信息的私密性。临床医生、医院管理人员和保险提供者是唯一能够获取该信息的用户。在紧急情况下，医院工作人员可以迅速定位失踪患者的位置并且/或者观察患者生命体征。

[0040] 本文公开的系统和方法是通用的并且执行用于各种不同的组织类型的广泛的生物学功能。此外，本发明可用于与各种外部电子设备通信。在一个实施方案中，例如，衬底的内表面能够与包括外部组织的组织表面建立共形接触。在一些实施方案中，外部组织是皮肤、指甲、趾甲、牙齿、毛发或耳垂。在一个实施方案中，毛发包括但不限于穿戴者头部上的头发、眉毛或体毛。在一些实施方案中，例如，衬底的内表面经由粘合剂(比如丙烯酸、硅树脂、ACP、共形Q、无铅焊料或以上各项的任何组合)与组织表面结合(bond)。在一个实施方案中，该系统还包括近场通信器件，例如，用于密码认证、电子交易或生物感测的近场通信器件。在一个实施方案中，近场通信器件用于与计算机或移动电子设备通信。

[0041] 在一方面，本发明是一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：(i)在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：(a)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(b)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米、可选地小于10毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织长期共形整合而不显著分层；以及(ii)使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。

[0042] 在一方面，本发明是一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：(i)在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：(a)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(b)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米、可选地小于10毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合而不出现显著炎症或免疫反应；以及(ii)使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。

[0043] 在一方面，本发明是一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：(i)在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：(a)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(b)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米、可选地小于1毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合而不显著改变来自其上安装有所述系统的组织表面的热量和流体的交换；以及(ii)使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。

[0044] 在一方面，本发明是一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：(i)在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：(a)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及(b)电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；其中，所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米、可选地小于10毫米，并且所述电子器件具有的侧向尺寸足够小以提供与所述组织的共形整合，使得所述电子器件在从所述组织去除时呈现为功能上不能运行；以及(ii)使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。

[0045] 在一方面，本发明是一种感测、致动或通信的方法，所述方法包括：(i)在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：(a)衬底，所述衬底具有内表面和外表面；其中，所述衬底的内表面用于与组织表面建立接触；(b)电子器件，所述电子器件包括一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合，所述一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合由外表面支撑并且各自定位在衬底的边缘(例如，外周边缘或远离该外周定位的切口区域的边缘)的10毫米内、可选地1毫米内的位置处；其中，所述组织安装的电子器件具有的侧向尺寸小于或等于20毫米，并且所述电子器件具有的厚度小于或等于5毫米、可选地对于一些应用而言小于或等于10毫米；以及(ii)使用所述组织安装的电子系统进行感测、致动或通信。

[0046] 本发明包括支持用于可穿戴电子设备的一系列应用的安装策略。在一个实施方案中，例如，组织表面包括主体(subject)(比如人类或非人类主体)的外部组织。在一个实施方案中，例如，所述外部组织的特征在于生长率小于或等于每月6mm、或对于一些实施方案而言小于或等于每天0.1mm。在一个实施方案中，例如，所述外部组织的特征在于脱落率小于或等于每天一次、或对于一些实施方案而言小于或等于每天0.1mm。在一个实施方案中，例如，所述外部组织的特征在于模量大于或等于10kPa、可选地对于一些实施方案而言大于或等于10MPa。在一个实施方案中，例如，所述外部组织的特征在于抗弯刚度大于或等于0.1nN m、可选地对于一些实施方案而言大于或等于100nN m或者大于或等于1000nN m。在一个实施方案中，例如，所述组织表面的特征在于曲率半径选自1mm到25mm的范围。

[0047] 在一个实施方案中，例如，所述组织是人体组织。在一个实施方案中，例如，所述组织是人体的皮肤、指甲、牙齿、毛发或耳垂。在一个实施方案中，例如，所述组织不是表皮组织。在一个实施方案中，例如，所述组织不是内部组织。在一个实施方案中，例如，所述组织是非人类组织(比如非人类动物的组织)，例如用于家畜或兽医应用。在一个实施方案中，例如，所述组织是非人类组织，比如植物的组织(例如叶和/或根)，例如用于农业应用。

[0048] 在一个实施方案中，所述感测、致动或通信包括生成或接收近场通信信号，例如，其中所述近场通信信号由计算机或便携式电子设备接收或生成。在一个实施方案中，例如，所述近场通信信号用于密码认证、电子交易或生物感测。

[0049] 在一个实施方案中，例如，所述感测、致动或通信包括感测一个或更多个组织特性，诸如组织的生理、电生理、化学、热学或光学特性。在一个实施方案中，例如，所述感测、致动或通信包括感测来自组织的生物流体的一个或更多个物理特性或化学特性。

[0050] 在一个实施方案中，例如，所述感测、致动或通信包括致动所述组织。在一个实施方案中，例如，所述致动包括静电地、热地、光学地、声学地、磁性地或化学地致动所述组织。

[0051] 在一个实施方案中，例如，感测一个或更多个特性的步骤包括感测离散的、大体瞬时的信号或感测在一段时间内取得的累积信号。

[0052] 在一个实施方案中，在空间上彼此相隔分布的多个组织安装的系统可以提供表示空间变化特性或时空变化特性的数据。

[0053] 在一方面，本发明是一种向外部设备认证用户的方法，所述方法包括：在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面(例如，外周边缘或远离外周定位的切口区域的边缘)支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及使用所述组织安装的电子系统通信以向外部设备提供认证信号。在一个实施方案中，在接收到认证信号时，外部设备允许用户访问以操作该外部设备。例如，外部设备可以是计算机、电话、枪支、药瓶、门、车辆、保险箱、密码箱、旋转栅门、闸门、升降机或锁。

[0054] 在一方面，本发明是一种进行电子支付的方法，所述方法包括：在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面(例如，外周边缘或远离外周定位的切口区域的边缘)支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及使用所述组织安装的电子系统进行通信以向外部设备提供支付信息。

[0055] 在一方面，本发明是一种确保用户依从性的方法，所述方法包括：在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面(例如，外周边缘或远离外周定位的切口区域的边缘)支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及将表示所述组织安装的电子系统的位置和标识的信号传送给外部设备。

[0056] 在一方面，本发明是一种传递数字内容的方法，所述方法包括：在组织表面上提供组织安装的电子系统；其中，所述组织安装的电子系统包括：衬底，所述衬底具有内表面和外表面；以及电子器件，所述电子器件包括由衬底的外表面(例如，外周边缘或远离外周定位的切口区域的边缘)支撑的一个或更多个无机部件、有机部件或者无机部件与有机部件的组合；以及将表示来自所述组织安装的电子系统的数字内容的信号传送给外部设备。

[0057] 在一个实施方案中，所述电子器件在从组织中去除时呈现为功能上不能运行。例如，在一个实施方案中，所述电子器件由于器件部件的至少一部分的物理破坏或变形而呈现为功能上不能运行。在另一个实施方案中，所述电子器件由于去除阻隔层或包封层进而使器件部件的至少一部分暴露于外部环境而呈现为功能上不能运行。根据该实施方案，暴露的器件部件可通过外部环境中的元件而被物理地或化学地去除。被破坏、变形或暴露的示例性器件部件包括但不限于互连装置、线圈、衬底或上述各项的组合。在一个实施方案中，所述变形包括所述系统的曲率朝向衬底的内表面的大于或等于4mm的曲率半径的变化。在一个实施方案中，所述变形包括系统的曲率远离衬底的内表面的变化。

[0058] 在一个实施方案中，当测得的生理特性的值超出阈值窗口时，所述电子器件呈现为功能上不能运行。在一个实施方案中，所述生理特性可选自于由以下各项组成的组：温度、pH值、葡萄糖、脉搏血氧、心率、呼吸频率、血压、外周毛细血管血氧饱和度(SpO2)及上述各项的组合。例如，低于器件佩戴者的典型基础体温的温度可以表示器件已从组织去除，或者脉搏或心率为零可以表示佩戴者已故并且该器件应呈现为不能运行。不能运行性可以例如通过器件的发起防止从电子器件到外部设备的(例如，安全信息，比如个人识别信息或支付信息的)传输的指令的微处理器来实现，或通过该电子器件的发起用以向器件的部件提供过量电力以电破坏该部件从而实现功能上不能运行的指令的微处理器来实现。

[0059] 在一个实施方案中，所述电子器件呈现为在预定的时间量之后、在使用设定的次数之后、或在设定的尝试次数之后未能正确地进行认证时功能上不能运行。例如，电子器件可以在预定时间段之后、在使用设定的次数之后、或在设定的尝试次数之后未能正确地进行认证时自毁或变得不能用。在一个实施方案中，预定的时间量或可允许的使用次数或认证尝试次数被编入电子器件的微控制器，并且不能运行性可以例如通过器件的发起防止从该电子器件到外部设备的传输的指令的微处理器来实现，或通过该电子器件的发起用以向器件的部件提供过量电力以电破坏该部件从而实现功能上不能运行的指令的微处理器来实现。

[0060] 不希望受任何特定理论的束缚，本文中有对涉及本文中所公开的器件和方法的基本原理的观点或理解的讨论。应认识到，不管任何机械上的解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施方案仍然可以是可操作的且有用的。附图说明

[0061] 图1A.包括指甲安装的NFC器件的组织安装的系统的俯视图的示意性图示。

[0062] 图1B.包括指甲安装的NFC器件的组织安装的系统的侧视分解图的示意性图示。

[0063] 图2.具有和不具有LED的柔性mm-NFC器件的示意性图示和图像。(a，b)器件的图片以及(c)由红色虚线框表示的(b)区域的扫描电子显微镜图像。(d)线圈的一部分的截面SEM图像。(e)安装在指甲上的器件的每一层的分解图示意性图示。(f)用镊子夹持住一个边缘的独立的器件的图片。

[0064] 图3.挠曲成不同的曲率半径的柔性mm-NFC器件的电磁特性的实验结果和仿真结果。(a)器件在不同曲率处的俯视图和三维图示。(b)测得的随着曲率半径而变化的线圈的相位响应，以及(c)对应的仿真结果。(d)测得的和仿真的谐振频率随曲率半径的变化。(e)测得的和仿真的Q因数随曲率半径的变化。

[0065] 图4.具有椭圆形状的mm-NFC器件的电磁特性的实验结果和仿真结果。(a)具有不同偏心率(即长轴与短轴的比，b/a)的椭圆形mm-NFC器件的图片。(b)测得的随着偏心率而变化的线圈的相位响应，以及(c)对应的仿真结果。(d)测得的和仿真的谐振频率随b/a的变化。(e)测得的和仿真的Q因数随b/a的变化。

[0066] 图5.柔性mm-NFC器件对施加的应变的机械响应的实验结果和仿真结果。(a)安装到软硅衬底上的代表性器件由于使用机械台施加的力在未变形(中央)、拉伸(左)和压缩(右)情况下的图片。(b)底部框示出所施加的应力的对应FEA结果。(c)在不同循环数的单轴拉伸(到20％)/压缩(到20％)之后所测得的相位响应。(d)能量释放率与mm-NFC器件的直径的关系的图表。(e)安装在皮肤上的器件在捏拧模式变形期间的图片。(f)器件附近的仿真应力分布。

[0067] 图6.mm-NFC器件在身体上的不同整合点的图片，每个点均暗示不同的应用可能性。(a)器件在指甲上的图片。用以(使用鼠标)解锁(b)智能手机和(c)计算机的应用的图片。(d)具有安装在指甲上的整合的LED的一组器件的图片。(e，f)安装在耳后皮肤上的器件的图片，其具有整合的温度感测能力。(插图)能够进行温度感测的器件的图片。牙齿上的器件(g)和浸入水中的器件(h)的图片。

[0068] 图7.具有不同挠曲的曲率半径的mm-NFC器件的线圈的有效电感，以确定谐振频率的偏移量。

[0069] 图8.(a)三个mm-NFC器件的回波损耗谱。(b)初级线圈的相位变化，以分析mm-NFC器件对初级线圈和mm-NFC器件之间的通信的尺寸效应。

[0070] 图9.用于测量的初级线圈与mm-NFC器件的图示。mm-NFC器件在约2mm(～2mm)的竖向距离处位于初级线圈的中央。

[0071] 图10提供了表征指甲安装的硅CMOS器件的图像和实验结果。到指甲表面的结合是通过提供优良粘附力的氰基丙烯酸酯来提供的。所提供的图表证实在为期约2.5个月的时间段所实现的良好电子性能。

[0072] 图11提供了指甲认证器件设计的图像。左侧的图片示出包括以小型化规格提供的NFC线圈和NFC芯片部件的指甲安装的系统。右侧的图片示出还包括也以小型化规格提供的能量采集LED指示器的指甲安装的系统。

[0073] 图12提供了表征NFC指甲安装的系统的计算所得的Q因数的设计信息的总结。如在该图中所示的，Q因数依赖于一些变量，包括NFC线圈的厚度和直径。高的Q因数对于与移动电子设备(比如手机)通信是有益的。

[0074] 图13提供了随着用于一系列NFC指甲安装的系统设计的频率而变化的S21(dB0)的图表。S21表示在来自Samsung手机的初级NFC线圈与来自指甲安装的NFC系统的次级NFC线圈之间传递的功率。初级线圈和次级线圈之间的距离被设定在5mm。

[0075] 图14示出用于与鼠标一起使用以向计算机认证用户的指甲安装的NFC系统。

[0076] 图15提供随着曲率半径而变化的电磁特性的总结。这些结果表明，指甲安装的NFC系统无论指甲曲率如何都在相似的范围内运行。

[0077] 图16提供包括用于组织安装应用的252个本发明的NFC系统的6”乘9”测试面板的图像。

[0078] 图17A-F提供本发明的各种组织安装的系统的示意图。

[0079] 图18提供用于进行与枪械的使用相关的认证的安装在指甲上的组织安装的NFC器件的示意性图示。

[0080] 图19提供了示出用于制造本发明器件的方法的流程图。

[0081] 图20提供本发明器件与移动设备(比如移动电话)的界面的图示。

[0082] 图21提供本发明器件在医院和临床环境中的示例性应用的描述。

[0083] 图22提供本发明的超小型的UV传感器的照片和器件示意图(插图)。

[0084] 图23提供本发明器件的用于暴露于UV光疗的皮肤或指甲安装的传感器的示例性应用的示意性图示。

[0085] 图24提供本发明器件的用于NICU中的光疗的示例性应用的示意性图示。

[0086] 图25提供本发明器件的用于传染病依从性的示例性应用的示意性图示。

[0087] 图26提供本发明器件的用于传染病依从性的示例性应用的示意性图示。

[0088] 图27提供本发明器件的用于传染病依从性的示例性应用的示意性图示。

[0089] 图28提供本发明器件的用于脉搏血氧仪和色度计的示例性应用的示意性图示。

[0090] 图29提供本发明器件的用于脉冲率监控的示例性应用的示意性图示。

[0091] 图30提供本发明器件的用于血氧测量的示例性应用的示意性图示。

[0092] 图31提供本发明的用于指甲血氧测量的器件的示意性图示。

[0093] 图32提供利用经由拉片构型的部署的本发明器件的示意性图示。

[0094] 图33提供本发明器件的用于认证的示例性应用的示意性图示。

[0095] 图34提供本发明器件的示例性应用的示意性图示。

具体实施方式

[0096] 总体上，本文中使用的术语和短语具有它们的领域公认的含义，可以通过参考标准文本、杂志参考文献和本领域技术人员知晓的文本找到这些术语和短语的领域公认的含义。以下定义被提供用于澄清它们在本发明的背景下的特定使用。

[0097] 术语“柔性的”和“可挠曲的(bendable，可弯曲的)”在本说明书中用作同义词并且指的是材料、结构、器件或器件部件被变形为弯曲或挠曲的形状而不经历引起显著应变(比如表征材料、结构、器件或器件部件的故障点的应变)的转化的能力。在一个示例性实施方案中，柔性的材料、结构、器件或器件部件可变形为弯曲形状，而不引起大于或等于5％的应变，对于某些应用而言不引起大于或等于1％的应变，并且对于另一些应用而言在应变敏感区域中不引起大于或等于0.5％的应变。本文所使用的一些、但不一定是全部的柔性结构也可拉伸。多种特性提供了本发明的柔性的结构(例如，器件部件)，包括材料特性，比如低的模量、抗弯刚度和抗挠刚度；物理尺寸(比如小的平均厚度(例如，小于100微米，可选地小于10微米以及可选地小于1微米))和器件几何结构(比如薄膜和网孔式几何结构)。

[0098] 术语“组织”广泛地用于描述形成动物或植物的任何类型的物质，例如，由特化细胞及其产物组成的物质。本文使用的组织可以指代与一个或更多个器官相对应的细胞，比如基本上执行相同功能或互补功能的细胞。本文所指的组织可对应于动物——包括人类和非人类动物(例如，家畜、兽医学的动物等)——以及植物。本文所指的组织可以对应于活细胞或死细胞，其可包括但不限于：甲体(例如，指甲、趾甲、爪蹄、角等)。组织的实施例包括皮肤、指甲、趾甲、牙齿、骨骼、毛发或耳垂。

[0099] “可拉伸”指的是材料、结构、器件或器件部件产生应变而不经历断裂的能力。在一个示例性实施方案中，可拉伸的材料、结构、器件或器件部件可以经历大于0.5％的应变而不断裂，对于某些应用而言可以经历大于1％的应变而不断裂，并且对于另一些应用而言可以经历大于3％的应变而不断裂。如本文所使用的，许多可拉伸的结构也是柔性的。一些可拉伸的结构(例如，器件部件)被设计成能够经历压缩、伸长和/或扭曲以便能够变形而不断裂。可拉伸的结构包括：薄膜结构，其包括可拉伸的材料，比如弹性体；能够进行伸长、压缩和/或扭转运动的挠曲结构；以及具有岛-桥几何结构的结构。可拉伸的器件部件包括具有可拉伸的互连装置(比如可拉伸的电互连装置)的结构。

[0100] “功能层”指的是向器件赋予一些功能的包含器件的层。例如，功能层可以是薄膜，比如半导体层。可替代地，功能层可以包括多个层，比如由支撑层隔开的多个半导体层。功能层可以包括多个图案化的元件，比如在器件接收垫或器件接收岛之间延伸的互连线。功能层可以是异类的或可以具有一种或更多种不同类的特性。“不同类的特性”指的是能够在空间上变化的物理参数，从而影响中性机械表面(NMS)在多层器件中的位置。

[0101] “半导体”指的是在低温下是绝缘体、但是在大约300开尔文的温度下具有可估量的电导率的任何材料。在本说明中，术语半导体的使用意在与该术语在微电子和电子器件领域中的使用一致。有用的半导体包括那些包含元素半导体和化合物半导体的半导体，所述元素半导体诸如硅、锗和金刚石，所述化合物半导体诸如IV族化合物半导体比如SiC和SiGe，III-V族半导体诸如AlSb、AlAs、Aln、AlP、BN、GaSb、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN和InP，III-V族三元半导体合金比如AlXGa1-XAs，II-VI族半导体比如CsSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS和ZnTe，I-VII族半导体比如CuCl，IV-VI族半导体比如PbS、PbTe和SnS，层半导体诸如PbI2、MoS2和GaSe，以及氧化物半导体比如CuO和Cu2O。术语半导体包含本征半导体和掺杂有一种或更多种选定材料的杂质半导体，杂质半导体包括具有p型掺杂材料和n型掺杂材料的半导体，以提供对于给定的应用或器件而言有用的有益电子特性。术语半导体包括包含半导体和/或掺杂物的混合物的复合材料。对于一些实施方案而言有用的特定半导体材料包括但不限于：Si、Ge、SiC、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnO、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、PbS、PbSe、PbTe、AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaAsP、GaInAs、GaInP、AlGaAsSb、AlGaInP和GaInAsP。多孔硅半导体材料在传感器和发光材料(比如发光二极管(LED)和固体激光器)领域对于本文中所描述的多个方面的应用是有用的。半导体材料的杂质是除半导体材料自身或提供给半导体材料的任何掺杂物以外的原子、元素、离子和/或分子。杂质是半导体材料中存在的不期望的材料，其可对半导体材料的电子特性产生不利影响，并且杂质包括但不限于氧、碳以及包括重金属的金属。重金属杂质包括但不限于：元素周期表上在铜与铅之间的一组元素、钙、钠和它们的所有离子、化合物和/或复合物。

[0102] “重合的”指两个或更多个物体、平面或表面的相对位置，例如，一表面诸如中性机械表面(NMS)或中性机械平面(NMP)被定位在层(诸如功能层、衬底层或其他层)内或邻近于所述层。在一个实施方案中，NMS或NMP被定位以对应于该层内的最应变敏感层或材料。“紧邻的”指两个或更多个物体、平面或表面的相对位置，例如，NMS或NMP紧跟着层(诸如功能层、衬底层或其他层)的位置、同时在不对应变敏感材料的物理特性产生不利影响的情况下仍提供期望的柔性或可拉伸性。通常，具有高应变敏感性、且因此倾向于成为第一个断裂的层的层位于功能层中，所述功能层比如含有相对易碎的半导体或其他应变敏感器件元件的功能层。与一层紧邻的NMS或NMP不需要被约束在该层中，而是可以紧邻定位或被定位为充分接近，以在器件被折叠时提供减小该应变敏感器件元件上的应变的功能益处。

[0103] 在这方面，“应变敏感”指响应于相对低的应变水平而断裂或以其他方式受损的材料。在一方面，NMS与功能层重合或紧邻。在一方面，NMS与功能层重合，这是指位于功能层内的NMS的至少一部分包含针对沿NMS的所有侧向位置的应变敏感材料。在一方面，NMS与一功能层紧邻，其中，虽然NMS可不与该功能层重合，但NMS的位置为该功能层提供机械益处，比如显著降低应变，否则要不是NMS的位置，上述应变原本将施加在功能层上。例如，紧邻的NMS的位置可选地被限定为与应变敏感材料的如下距离，该距离使得对于给定的折叠构型(如设备被折叠成使得曲率半径为毫米量级或厘米量级)提供对应变敏感材料中的应变的至少10％、20％、50％或75％的减少。在另一方面，紧邻的NMS的位置可以用绝对值来限定，比如与应变敏感材料的距离，诸如小于数毫米、小于2mm、小于10μm、小于1μm或小于100nm。在另一方面，紧邻的层的位置是相对于与应变敏感材料层相邻的层来限定的，诸如在最接近于含应变敏感材料层的层的50％、25％或10％以内。在一方面，紧邻的NMS被包含于与功能层相邻的层内。

[0104] “部件”用来广泛地指代器件的个体部件。

[0105] “感测”指检测物理特性和/或化学特性的存在、缺乏、数量、幅值或强度。对于感测有用的器件部件包括但不限于：电极元件、化学或生物传感器元件、pH传感器、温度传感器、应变传感器、机械传感器、位置传感器、光学传感器和电容传感器。

[0106] “致动”指刺激、控制或以其他方式影响结构、材料或器件部件。对于致动有用的器件部件包括但不限于：电极元件、电磁辐射发射元件、发光二极管、激光器、磁元件、声学元件、压电元件、化学元件、生物元件和加热元件。

[0107] 术语“直接地和间接地”描述一个部件相对于另一个部件的动作或物理位置。例如，“直接地”作用或接触另一个部件的部件在没有来自媒介物的介入下实现此动作。相反地，“间接地”作用或接触另一个部件的部件通过媒介物(例如，第三部件)实现此动作。

[0108] “包封(encapsulate)”指一个结构的定向使得该结构至少部分地且在某些情况下完全地被一个或更多个其他结构(诸如衬底、粘合剂层或包封层)包围。“部分地包封”指一个结构的定向使得该结构被一个或更多个其他结构部分地包围，例如，其中该结构的30％或可选地50％或可选地90％的外表面被一个或更多个结构包围。“完全地包封”指一个结构的定向使得该结构被一个或更多个其他结构完全地包围。

[0109] “电介质”指非导电材料或绝缘材料。

[0110] “聚合物”指由通过共价化学键连接的重复结构单元组成的大分子或一个或更多个单体的聚合产物组成的大分子，常常由高分子量表征。术语聚合物包括均聚物，或基本上由单一重复单体亚单位组成的聚合物。术语聚合物还包括共聚物，或基本上由两种或更多种单体亚单位组成的聚合物，如无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、多嵌段共聚物、接枝共聚物、递变嵌段共聚物以及其他共聚物。有用的聚合物包括无定型、半无定型、结晶或部分地结晶状态的有机聚合物或无机聚合物。对于某些应用，具有联接的单体链的交联聚合物是特别有用的。在所述方法、器件和部件中可使用的聚合物包括但不限于：塑料、弹性体、热塑性弹性体、弹性塑料、热塑性塑料和丙烯酸酯。示例性聚合物包括但不限于：缩醛聚合物、生物可降解聚合物、纤维素聚合物、含氟聚合物、尼龙、聚丙烯腈聚合物、聚酰胺-酰亚胺聚合物、聚酰亚胺、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物以及改性聚乙烯、聚酮、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚甲基戊烯、聚苯醚和聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯树脂、砜基树脂、乙烯基树脂、橡胶(包括天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、氯丁橡胶、乙烯-丙烯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、硅树脂)、丙烯酸类树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烃或它们的任意组合物。

[0111] “弹性体”指可以被拉伸或变形且返回到其原始形状而没有显著永久性变形的聚合物材料。弹性体通常经历显著的弹性变形。有用的弹性体包含那些包括聚合物、共聚物、复合材料或聚合物与共聚物的混合物的弹性体。弹性体层指包括至少一个弹性体的层。弹性体层也可以包括掺杂物和其他非弹性体材料。有用的弹性体包括但不限于，热塑性弹性体、苯乙烯材料、烯烃材料、聚烯烃、聚氨酯热塑性弹性体、聚酰胺、合成橡胶、PDMS、聚丁二烯、聚异丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯、聚氯丁烯和硅树脂。示例性弹性体包括但不限于，含硅聚合物，诸如包括聚(二甲基硅氧烷)(即，PDMS和h-PDMS)、聚(甲基硅氧烷)、部分烷基化的聚(甲基硅氧烷)、聚(烷基甲基硅氧烷)和聚(苯基甲基硅氧烷)的聚硅氧烷、硅改性弹性体、热塑性弹性体、苯乙烯材料、烯烃材料、聚烯烃、聚氨酯热塑性弹性体、聚酰胺、合成橡胶、聚异丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯、聚氯丁烯和硅树脂。在一个实施方案中，聚合物是弹性体。

[0112] “可共形的”指如下的器件、材料或衬底，其具有足够低的抗弯刚度以允许该器件、材料或衬底采用对于具体应用所期望的仿形轮廓，例如，允许与具有非平面几何形状的表面(比如具有浮雕特征的表面或动态表面(例如，相对于时间而变化))共形接触的仿形轮廓。在某些实施方案中，所期望的仿形轮廓是指甲、皮肤、牙齿、趾甲或耳垂的轮廓。

[0113] “共形接触”指在器件与接收表面之间建立的接触。在一方面，共形接触涉及器件的一个或更多个表面(例如，接触表面)对一个表面的总体形状的宏观适应。在另一方面，共形接触涉及器件的一个或更多个表面(例如，接触表面)对一个表面的微观适应，从而导致大体上无空隙的紧密接触。在一个实施方案中，共形接触涉及器件的接触表面适配于接收表面，从而实现紧密接触，例如，其中小于20％的该器件的接触表面的表面面积未物理地接触该接收表面，或可选地小于10％的该器件的接触表面未物理地接触该接收表面，或可选地小于5％的该器件的接触表面未物理地接触该接收表面。

[0114] “杨氏模量”或“模量”可互换地使用并且指的是材料、器件或层的对于给定的物质的应力与应变的比的机械特性。杨氏模量可由下述表达式提供：

[0115]

[0116] 其中E是杨氏模量，L0是平衡长度，ΔL是在所施加的应力下的长度改变，F是所施加的力，且A是在上面施加了力的面积。也可以根据Lame常数通过下述方程式表达杨氏模量：

[0117]

[0118] 其中λ和μ是Lame常数。高杨氏模量(或“高模量”)和低杨氏模量(或“低模量”)是在给定的材料、层或器件中的杨氏模量的幅值的相关描述符。在一些实施方案中，高杨氏模量大于低杨氏模量，对于一些应用优选地是大10倍左右，对于另一些应用更优选地是大100倍左右，且对于再一些应用甚至更优选地是大1000倍左右。在一个实施方案中，低模量层具有小于100MPa的杨氏模量，可选地小于10MPa，且可选地选自0.1MPa至50MPa的范围内的杨氏模量。在一个实施方案中，高模量层具有大于100MPa的杨氏模量，可选地大于10GPa，且可选地选自1GPa至100GPa的范围内的杨氏模量。在一个实施方案中，本发明的器件包括一个或更多个具有低杨氏模量的部件。在一个实施方案中，本发明的器件具有总体低杨氏模量。

[0119] “低模量”指具有小于或等于10MPa、小于或等于20MPa或者小于或等于1MPa的杨氏模量的材料。

[0120] “抗弯刚度”是材料、器件或层的描述该材料、器件或层对所施加的挠曲运动的抵抗度的机械特性。通常，抗弯刚度被定义为材料、器件或层的模量与面积惯性矩的乘积。可选地，可以按照针对整个材料层的“本体”抗弯刚度或“平均”抗弯刚度描述具有非均匀抗弯刚度的材料。

[0121] “侧向尺寸”指的是结构(比如组织安装的电子系统或其部件)的物理尺寸。例如，侧向尺寸可以指相对于沿着结构的厚度延伸的轴线正交取向的一个或更多个物理尺寸，诸如结构的长度、宽度、半径或直径。侧向尺寸可用于表征电子系统或其部件的面积，比如表征与相对于沿结构的厚度延伸的轴线正交定位的平面或表面中的二维区域相对应的系统的侧向覆盖面积。

[0122] 图1A提供了包括指甲安装的NFC器件的组织安装的系统的俯视图，而图1B提供了该组织安装的系统的侧视分解视图。本实施方案的器件支持与手机通信可兼容的可穿戴电子应用和其他启用NFC的通信平台。本系统支持广泛的近场通信应用，包括密码认证、电子交易、生物感测和运动识别。

[0123] 如图1A和图1B所示，指甲安装的NFC器件包括多层结构，该多层结构包括电子功能层和/或光学功能层以及结构层和/或电绝缘层。本实施方案的器件具有毫米级的小型化的整体尺寸。如图1B所示，功能层包括一对铜NFC指示线圈和LED以及NFC芯片部件。线圈的特征在于半径大于约5毫米，厚度约为20微米。LED和NFC芯片部件的特征在于厚度约为100微米。如图1所示，NFC芯片部件经由位于线圈的中央区域附近的触点电连接到线圈。

[0124] 如图1B所示，NFC器件还包括包含聚酰亚胺涂层的结构层和/或电绝缘层，所述结构层和/或电绝缘层定位成物理包封作为衬底的铜线圈和粘合剂(比如低模量丙烯酸)。例如，在一些实施方案中，提供了薄的硅树脂弹性体(例如，小于100微米)来包封该系统。在一些实施方案中，结构层和/或电绝缘层(例如聚酰亚胺涂层、粘合剂等)具有厚度和如下位置，即，将功能器件的元件(例如线圈或芯片)放置成与器件的中性机械表面相重合或接近于器件的中性机械表面。

[0125] 在图1A和1B中所示的实施例中，提供了在指甲的外表面上的安装。在这些实施方案中，该系统可以具有提供了如下整体柔性的整体物理特性，该整体柔性足以实现与指甲的曲线表面的机械上鲁棒的且共形的接触。本发明的系统也适合于安装在包括外部组织(诸如牙齿、趾甲、耳垂、毛发和皮肤)的各种组织表面上。然而，安装在指甲上提供了对一些应用而言有用的某些益处，包括在6个月以上的时间段内非常稳定且机械上鲁棒的安装，同时具有低的不适或分层的风险。图1A和1B中所示的示例性系统还提供了与多功能实现方案相兼容的平台，其中附加的电子和/或光子系统被整合到该系统中。图1A和1B中所示的示例性系统也与整体器件设计相兼容，以例如通过设置在试图移除时的功能性损失和/或销毁而防止移除和/或再利用。

[0126] 实施例1

[0127] 概要

[0128] 本实施例介绍了一类具有超小型规格的薄的、重量轻、柔性的近场通信(NFC)器件，并提出了对与它们的优化构造相关联的机械特性、射频特性和材料方面的系统的调查。与其他NFC技术和可穿戴电子设备相比，这些系统在机械强度、放置的通用性和最小化界面应力方面具有优势。对这些系统的机械特性和电磁特性进行的详细的实验研究和理论建模建立了对关键设计考量的理解。这些构思可以应用于许多其他类型的包括生物传感器和电子植入物的无线通信系统。

[0129] 介绍

[0130] 可穿戴电子技术为快速增长的消费设备领域奠定了基础。预测显示，为了追求新的可穿戴设备，在未来十年中仅在材料方面就将花费超过1000亿美元[1]。这些系统的材料和器件架构方面的进步将为提高能力范围、扩大使用模式、提高鲁棒性/可靠性、减小尺寸/重量和降低成本创造机会。手机平台很可能仍然是较广泛技术环境中的关键因素，就像用来测量身体过程并将数据传送给手机的目前可用的腕带和手表式设备一样[2,3]。最近的研究证实了许多与这些现有系统的整合策略类型不同的整合策略，在现有系统的整合策略中可穿戴设备采用临时转移纹身(temporary transfer tattoos)的形式。结果是极大地改进[2,4,5]了与身体的接触，并相应地增加了可以从集成传感器收集的信息的多样性和准确性。
在这里，首要目标是将物理特性——特别是弹性模量和弹性拉伸性——设计成与表皮的物理特性相匹配，作为减少皮肤界面处的刺激和不适以及提高结合的鲁棒性的方式[2,4,6]。在这一实施例中，提出了互补策略，在这一策略中，整体尺寸小型化作为用于使对皮肤的物理影响最小化的额外手段，有时是主要手段。该方案还将安装位置方面的选择扩大，以包括诸如指甲和牙齿之类的区域，在这样的区域中，并不总是需要机械顺从性(mechanical compliance)，并且安装时间可以延长到数个月甚至更长。特别地，介绍了具有超小型规格的薄的、重量轻的、柔性的近场通信(NFC)器件以及对与它们的优化构造相关联的机械和材料方面的系统研究。潜在的应用包括密码认证[7]、电子交易[8]和生物测量感测[9]，其每个均经由对手机或其他启用NFC的平台的无线供电和通信来执行。这种器件消耗的面积比常规的手腕佩戴(wrist-worn)式的NFC器件小几乎一百倍，它们比常规的手腕佩戴式的NFC器件分别薄约100倍并且重量轻约10000倍。该面积也比最近报道的具有表皮构造[2]的NFC器件的面积小近十倍，而且据目前所知，这是有待探讨的用于整合在人体表面上的最小面积。体积比这里报道的器件的体积大10倍的刚性胶囊状NFC器件可用于植入人体[10]。开放式架构设计提供了在被安装在柔软表面(比如表皮)上时，对变形和物理应力的高度耐受性。机械特性和电磁特性的实验测量值与理论建模结果相比相当有利。使用标准的启用NFC的消费电子产品的设备操作展示了支持一系列应用的评估能力。

[0131] 结果与讨论

[0132] 图2总结了这些超小型或毫米级NFC(mm-NFC)器件的分层开放式架构设计。图2a、图2b示出直径为5.8mm和7.04mm的mm-NFC器件的光学显微镜图像。对于这两种情况，双线圈布局中的每一个线圈包含9 匝(18μm厚)的铜迹线，以实现高的Q因数和接近14MHz的谐振频率。这些平台利用选自一系列商用部件中的变薄的NFC芯片(die)。这里报道的实验使用分别具有直径为5.8mm的线圈和直径为7.04mm的线圈的NTAG216(NXP半导体)芯片和M24LR04E(ST微电子)芯片。这些器件在每个层的上面和下面均包含聚酰亚胺涂层以物理地包封铜迹线并将它们放置在中性机械平面附近，以使挠曲引起的应变最小(图2d、图2e)。NFC芯片经由改进的倒装芯片技术连接到位于线圈中央区域附近处的触点。某些器件的变体还包括小型发光二极管(LED，0402尺寸：1mm×0.5mm)。这里，在根据NFC ISO协议进行的通信过程中采集和调整的能量使得LED和NFC芯片的运行同时进行。在所有的情况下，薄的硅树脂弹性体(～25μm)包封所述系统，并且低模量的丙烯酸粘合剂(～25μm)用作衬底。超小型、薄的、轻质的构造为安装在人体上提供了广泛的选择，包括可以长期整合的位置以及易于建立到身体和外部设备二者的界面的位置。

[0133] 指甲以及趾甲提供了实施例。与皮肤相比，指甲是硬的、物理上静态的并且它们缺乏感知能力，从而为鲁棒的、长期的整合提供微创界面。指甲从嫩肉(quick)到末端(end)的生长周期可以超过6个月，从而允许数月的整合[11]。这样的时间段大大超过与安装在皮肤上相关联的那些时间段，在安装在皮肤上的情况下，皮肤细胞分化和脱落的周期以数周的时间尺度发生。成年人的指甲的曲率半径为约13mm到约5mm，这取决于年龄、性别、身体的整体尺寸和手指[12]。合理设计的器件可以适应与安装在这种表面上相关联的挠曲，而不使运行特征发生显著的变化。图3示出mm-NFC器件在与指甲相关的挠曲曲率下的电磁特性。这些评估使用的是最大的器件(7.04mm线圈直径)，因为这种规格涉及在任何给定曲率下的最显[13]著变化。在所有情况下，用最小相位法测得的谐振频率与通过电磁仿真(Ansys HFSS 13用户指南，Ansys公司2011)确定的谐振频率相匹配。通常，频率随着挠曲半径的增大而增加，因为投影面积和相关电感(inductances)减小。通过mm-NFC器件的线圈的磁通量是Φ＝∫∫SB·dS，其中B是由初级线圈产生的磁场，S是由mm-NFC器件的线圈所包围的相应平面内的面积(in-plane area)。对于大型商业性的初级线圈(三星Galaxy Note II)而言，当小mm-NFC器件挠曲时，磁场B保持基本相同，使得磁通量Φ只取决于mm-NFC器件的线圈的有效面积S。有效面积S的变化为(d/R)2/32，其中d是mm-NFC器件的内径，R是曲率半径。对于针对成人指甲的如在实验中那样具有7.04mm外径、d＝～5mm的mm-NFC器件而言，对于R＝5mm而言有效面积S仅减少约3.1％。因此，当mm-NFC器件安装在指甲上时，如通过图3a确认的那样，磁通量也保持不变。谐振频率可以从获
得，其中C是NFC芯片的电容，mm-NFC器件的线圈的有效电感L取决于频率f和曲率半径R，如图7所示。平面线圈的有效电感与具有5mm的曲率半径的线圈的有效电感之间的最大差值仅为约3％，如图7所示。结果表明，对于挠曲半径R>～5mm而言，谐振频率和Q因数分别保持为～14MHz和～15。如图3d、图3e所示，当R变得显著小于5mm时，可以观察到变化。

[0134] 初级线圈与mm-NFC器件之间的电磁耦合很大程度上取决于尺寸，如根据磁通量的表达式所预期的那样。对表1中给出的具有不同半径的三个mm-NFC器件进行研究，其中，对匝数和层数进行调整以提供相同的电感，即，这些mm-NFC器件具有如表1所示的相同的谐振频率和Q因数以及如图8a所示的回波损耗光谱。随着mm-NFC器件的尺寸减小，如图8b所示，相位幅值快速地减小，这表明初级线圈和mm-NFC器件之间的通信随着mm-NFC器件的线圈尺寸减小而明显减弱。

[0135] 表1.具有不同半径的三个mm-NFC器件

[0136]

[0137] 指甲生长的性质使得对于如下mm-NFC器件的安装时间增加，所述mm-NFC器件采用主轴线平行于指甲底部取向的椭圆形状。图4示出具有这种形状并且具有与圆形设计的面积(πR2)类似的面积的mm-NFC器件针对几个不同的宽高比b/a＝1.21、1.44和1.69的结果，其中主轴线a和b在图4c中示出。在宽高比b/a如图4b、图4c所示那样增加时，谐振频率和相位幅值仅略微减小。因此，对于这个范围内的宽高比(图4d、图4e)而言，谐振频率和Q因数基本保持不变，即分别为14MHz和15。

[0138] 柔性mm-NFC器件也为安装在皮肤上提供了优势。这里，小尺寸使感官知觉最小并使导致分层的能量释放率降低。图5a示出在各种变形状态下印刷到低模量衬底(PDMS，拉伸方向上的长度为20mm，宽25mm，厚3mm，模量为0.145Mpa)上的外径为7.04mm的器件的图像，上述各种变形状态包括涉及重复地拉伸20％和压缩20％的测试。即使经过10,000次循环，该器件也没有显示出任何形式的特性退化(图5c)。图5b展示了从有限元分析(ABAQUS分析用户手册2010，V6.10)获得的在衬底和mm-NFC器件之间的界面处的应力分布。对于拉伸和压缩二者而言，与界面处的剪切应力相比法向应力小到可以忽略，界面处的剪切应力小于正常皮肤在20％拉伸的情况下对力的体感知觉的阈值(20kPa)[14]。对于压缩20％的情况而言，这比大多数实际应用中预料的压缩量大，剪切应力在界面的小区域(～4mm2)之上超过阈值20kPa。对于边缘处的无穷小裂纹的能量释放率[15]是其中D是mm-NFC器件的直径，L0是衬底在拉伸方向上的长度，εapp是衬底中的平均应变，而Esub和vsub分别是衬底的杨氏模量和泊松比。如图5d所示，能量释放率随线圈直径D明显减小，并且对于小mm-NFC器件而言，其变得相对于D呈线性，即，这种比例在降低
mm-NFC器件从皮肤分层的可能性方面提供了优势。图5e、图5f分别示出安装在皮肤上的器件在捏拧模式变形期间的图片和有限元分析中的界面处的应力分布。即使在皮肤经受严重起皱的情况下，该器件也能与皮肤完全结合。对任何给定的粘附策略和器件构造而言，使尺寸最小化将最大地提高器件/皮肤结合界面的鲁棒性。

[0139] 图6示出安装在身体的多个位置上的器件的图像，每个位置均暗示可能的应用。图6a示出安装在指甲上的mm-NFC器件，例如，如图6b所示，使得与操纵手机相关联的自然运动可以解锁其操作。这种类型的认证可以在很多环境下有用(图6c)。具有不同用途的多个器件可以容易地容置在一个方便的区域(图6d)。某些NFC芯片(SL13A,AMS AG)提供在温度感测以及其他功能方面的整合能力。图6e的插图示出用于温度感测的mm-NFC器件。在这种情况下，整合到皮肤的构型可能有用(图6e、图6f)。该器件还可以在牙齿上以及在水下正常工作(图6g、图6h)，从而支持用于生物流体中的化学感测的模式。

[0140] 结论

[0141] 本文提出的材料、器件设计和整合策略为毫米级的、柔性的、体佩式NFC系统提供了框架，从而在密码认证、电子交易和生物传感方面存在潜在的应用前景。特别地，超小型的几何结构和机械柔性的设计在机械强度、放置的通用性以及使界面应力最小化方面提供了优势。结合在材料、电磁特征和机械特性方面的理论与实验考量对于正确的设计是必要的。这些概念可以应用于许多其他类型的无线通信系统，包括各种生物传感器和电子植入物。

[0142] 实验部分

[0143] 制作线圈：将铜箔(18μm厚，Oak Mitsui微薄系列)用作第一线圈层的材料。将聚酰亚胺层(2.4μm厚，PI2545，HD Microsystems)在2000rpm下旋涂30秒，在150℃的热板上烘烤5分钟，并在250℃的真空烤炉中放置70分钟形成绝缘涂层。将该涂覆有PI的铜箔层压到涂覆有聚二甲基硅氧烷(PDMS，Sylgard 184)的载玻片上，使PI侧在下，使得允许通过光刻(AZ
4620光刻胶，在3000rpm下旋涂30秒，在110℃下烘烤3分钟，UV辐照度为300mJ/cm2，使用体积比为1:2的显影剂AZ 400k/去离子水溶液显影约40秒)和湿法蚀刻(CE-100铜蚀刻剂、Transense蚀刻10分钟，同时用水频繁冲洗)将Cu图案化为线圈的几何结构。在1000rpm下旋涂30秒的PI的涂层覆盖第一线圈层。光刻(AZ 4620)和氧等离子体蚀刻创建穿过PI的通孔。
氧化物去除剂(Flux,Worthington)消除在通孔基部处的原生氧化铜。电子束蒸发形成用于电镀的导电层(500nm厚)。接下来，电镀(水中11wt％的五水硫酸铜，13mA/cm2的电流55分钟，正极和负极之间的距离为1.7cm)生成呈20μm厚的Cu层的形式的第二线圈，该铜层也通过光刻(AZ 4620)和湿法蚀刻(铜蚀刻剂)而被图案化。在整个线圈结构上旋涂形成另一2.4μm厚的PI层。50nm厚的SiO2层的电子束蒸发在通过光刻(AZ 4620)和RIE蚀刻(50mTorr，
40sccm CF4，100W，10分钟)限定的几何结构中形成硬掩模。对于提高了机械变形能力的开放式体系架构设计而言，氧等离子体去除暴露的PI，只留下在线圈的区域中的PI。

[0144] NFC芯片：NTAG216(NXP半导体，ISO/IEC 14443，50pF的输入电容)芯片用作为用于最小器件的电子装置。M24LR04E(ST Microelectronics，ISO/IEC 15693，27.5pF的输入电容)芯片用于能量采集装置。SL13A(AMS AG，ISO/IEC 15693，25pF的输入电容)芯片实现温度传感装置。所有的芯片都被变薄(＜100μm厚)并用作没有封装的裸芯片。

[0145] 转移和芯片组装：纤维素基的可水溶的胶带(Grainger)允许从衬底取回制造的线圈并且整合到粘附衬底上。通过在水中溶解去除水溶性胶带完成了所述转移。通过利用铟/银基焊料膏(Ind.290，Indium Corporation；约165℃，在回流焊炉中2分钟)的改进的倒装芯片结合(bonding，键合)方法将变薄的NFC芯片和LED附接到线圈。硅树脂弹性体的微滴(Q1-4010，Dow corning)封装所述芯片。

[0146] 电磁特征描述(characterization)：使用具有商业初级线圈(Samsung Galaxy Note II；谐振频率约47.5MHz)的阻抗分析仪(4291A RF阻抗/材料分析仪、Hewlett Packard)分析在5至20MHz的频率范围内的电磁特征。最小相位法限定NFC器件的谐振频率。测量涉及将器件在约2mm的竖向距离处放置在初级线圈的中央，如图9所示。

[0147] 参考文献

[0148] [1]H.P,H.J,2015；G.B.Raupp,Ecs Transactions 2011,37,229.

[0149] [2]J.Kim,A.Banks,H.Y.Cheng,Z.Q.Xie,S.Xu,K.I.Jang,J.W.Lee,Z.J.Liu,P.Gutruf,X.Huang,P.H.Wei,F.Liu,K.Li,M.Dalal,R.Ghaffari,X.Feng,Y.G.Huang,S.Gupta,U.Paik,J.A.Rogers,Small 2015,11,906.

[0150] [3]J.Sidén,V.Skerved,J.Gao,S. H.-E.Nilsson,T.Kanter,M.Gulliksson,"Home care with nfc sensors and a smart phone",presented at Proceedings of the 4th International Symposium on Applied Sciences in
Biomedical and Communication Technologies,2011.

[0151] [4]D.H.Kim,N.S.Lu,R.Ma,Y.S.Kim,R.H.Kim,S.D.Wang,J.Wu,S.M.Won,H.Tao,A.Islam,K.J.Yu,T.I.Kim,R.Chowdhury,M.Ying,L.Z.Xu,M.Li,H.J.Chung,H.Keum,M.McCormick,P.Liu,Y.W.Zhang,F.G.Omenetto,Y.G.Huang,T.Coleman,J.A.Rogers,Science 2011,333,838.

[0152] [5]S.Xu,Y.H.Zhang,L.Jia,K.E.Mathewson,K.I.Jang,J.Kim,H.R.Fu,X.Huang,P.Chava,R.H.Wang,S.Bhole,L.Z.Wang,Y.J.Na,Y.Guan,M.Flavin,Z.S.Han,Y.G.Huang,J.A.Rogers,Science 2014,344,70；J.R.Windmiller,A.J.Bandodkar,G.Valdes-Ramirez,S.Parkhomovsky,A.G.Martinez,J.Wang,Chem Commun 2012,48,6794.

[0153] [6]K.I.Jang,H.U.Chung,S.Xu,C.H.Lee,H.Luan,J.Jeong,H.Cheng,G.T.Kim,S.Y.Han,J.W.Lee,J.Kim,M.Cho,F.Miao,Y.Yang,H.N.Jung,M.Flavin,H.Liu,G.W.Kong,K.J.Yu,S.I.Rhee,J.Chung,B.Kim,J.W.Kwak,M.H.Yun,J.Y.Kim,Y.M.Song,U.Paik,Y.Zhang,Y.Huang,J.A.Rogers,Nat Commun 2015,6,6566；J.W.Jeong,W.H.Yeo,A.Akhtar,J.J.S.Norton,Y.J.Kwack,S.Li,S.Y.Jung,Y.W.Su,W.Lee,J.Xia,H.Y.Cheng,Y.G.Huang,W.S.Choi,T.Bretl,J.A.Rogers,Adv Mater 2013,25,6839.

[0154] [7]M.Q.Saeed,C.D.Walter,2012 International Conference for Internet Technology and Secured Transactions 2012,730.

[0155] [8]M.Fisher,Google Patents,2013.

[0156] [9]D.P.Rose,M.Ratterman,D.K.Griffin,L.Hou,N.Kelley-Loughnane,R.R.Naik,J.A.Hagen,I.Papautsky,J.Heikenfeld,2014；E.Freudenthal,D.Herrera,F.Kautz,C.Natividad,A.Ogrey,J.Sipla,A.Sosa,C.Betancourt,L.Estevez,2007.[0157] [10]A. B.Werber,2014；D.Things,Vol.2014,2014.

[0158] [11]W.B.Bean,Arch Intern Med 1980,140,73.

[0159] [12]S.Murdan,Int J Cosmetic Sci 2011,33,509.

[0160] [13]T.J.Harpster,B.Stark,K.Najafi,Sensor Actuat a-Phys 2002,95,100；X.Huang,Y.H.Liu,H.Y.Cheng,W.J.Shin,J.A.Fan,Z.J.Liu,C.J.Lu,G.W.Kong,K.Chen,D.Patnaik,S.H.Lee,S.Hage-Ali,Y.G.Huang,J.A.Rogers,Adv Funct Mater 2014,24,
3846.

[0161] [14]S.D.Wang,M.Li,J.Wu,D.H.Kim,N.S.Lu,Y.W.Su,Z.Kang,Y.G.Huang,J.A.Rogers,J Appl Mech-T Asme 2012,79.

[0162] [15]N.S.Lu,J.I.Yoon,Z.G.Suo,Int J Mater Res 2007,98,717.

[0163] 实施例2——用于密码认证的指甲安装的NFC器件

[0164] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其提供了在电子硬件工业中用于密码认证的独特解决方案。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。内置的NFC技术用作对于密码、PIN码、安全问题、独特生物测量技术和/或文本/电子邮件验证交易而言的数字替代物。本实施方案的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的访问点读取器无线通信。访问点读取器包括但不限于智能手机、膝上型电脑、键盘、计算机鼠标、远程控制器、保险柜和/或锁。代替回想密码、指纹触摸盘或保险柜密码，授权的指甲安装器件的用户被允许即时访问他们的电子设备和/或保险柜所有物而不用产生安全密码。

[0165] 例如，在一些实施方案中，本发明具有存储每个单独设备所独有的加密识别号的专用芯片。此外，该芯片具有每次授权后会更改的特定动作的安全码。加密识别号允许访问被授权的用户。举例而言，一旦读取器检测到本发明的硬件，被授权的用户就直接进入他或她的主屏幕。如果加密识别号未适当地匹配，则外部用户被拒绝访问。

[0166] 对于隐私方面而言，个人用户不会面临将其个人信息、密码、pin码、生物测量学特征和/或访问限制暴露给旁观者的风险。客户不必浪费时间输入密码或pin码即可访问他们的个人电子设备。指甲安装的器件是防水的，并且保持运行数天或数月。本发明能够与移动电话或专门为认证目的开发的计算机应用程序配合工作。如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行，并且所有私人信息都将被销毁。

[0167] 图10提供了表征指甲安装的硅CMOS器件的图像和实验结果。到指甲表面的结合是通过提供优良粘附力的氰基丙烯酸酯来提供的。所提供的图表证实了在约2.5个月的时间段所实现的良好电子性能。

[0168] 图11提供了指甲认证器件设计的图像。左侧的图片示出包括以小型化规格提供的NFC线圈和NFC芯片部件的指甲安装的系统。右侧的图片示出还包括也以小型化规格提供的能量采集LED指示器的指甲安装的系统。

[0169] 图12提供了表征对于NFC指甲安装的系统所计算的Q因数的设计信息的总结。如在该图中所示的那样，Q因数依赖于一些变量，包括NFC线圈的厚度和直径。高的Q因数对于与移动电子设备(比如手机)通信是有益的。

[0170] 图13提供了随着对于一系列NFC指甲安装的系统设计的频率而变的S21(dB0)的图表。S21表示在来自Samsung手机的初级NFC线圈与来自指甲安装NFC系统的次级NFC线圈之间传递的功率。初级线圈和次级线圈之间的距离被设定在5毫米。

[0171] 图14示出用于与鼠标一起使用以向计算机认证用户的指甲安装的NFC系统。

[0172] 图15提供随着曲率半径而变的电磁特性的总结。这些结果表明，指甲安装的NFC系统无论指甲曲率如何都在相似的范围内运行。

[0173] 图16提供包括用于组织安装应用的252个本发明的NFC系统的6”乘9”测试面板的图像。

[0174] 本发明的所述指甲安装的系统的有益方面包括：

[0175] ·超薄、柔性、开放的架构(一体适用的构造)

[0176] ·在急剧挠曲的状态下稳定运行的设计

[0177] ·鲁棒的界面粘附的策略

[0178] ·防止去除和再利用的设计

[0179] ·在极端条件下运行的材料

[0180] ·安装位置的灵活性的构型

[0181] ·图形覆盖中的选项的布局

[0182] ·用于多个器件的运行的线圈

[0183] 实施例3——用于电子支付的指甲安装NFC器件

[0184] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其为移动支付和数字钱包服务提供商提供独特的平台。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一些实施方案中，内置的NFC技术用作在所有借记卡、信用卡和预付礼品卡背面提供的磁条的数字替代品。指甲安装的器件能够与使用NFC天线的销售点读取器无线通信。代替交换现金、借记卡或信用卡，用户具备了通过简单触摸或点击进行安全的店内购物的能力。使用指甲安装的器件的附加支付方案包括器件和pin码、多个器件的组合或者器件与用于授权的第二种方法的组合。

[0185] 在一个实施方案中，例如，本发明具有存储每个单独设备所特有的加密支付信息的专用芯片。此外，该芯片具有每次交易后都会更改的特定交易的安全码。加密的支付信息和变化的安全码用于在购买时处理每次交易。在一些实施方案中，支付信息决不与商户共享也不存储在服务器上。在一些实施方案中，所有财务信息都本地存储在消费者的个人移动设备和/或计算机上。

[0186] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的硬件不保存任何种类的交易信息。个人消费者不会面临将其姓名、卡号或安全码暴露给零售商或旁观者的风险。消费者不必携带他们的手机、信用卡和/或现金来进行电子支付。在一些实施方案中，器件是防水的并且可以保持运行数天或数月。本发明的这方面的系统能够与专门为支付交易开发的移动电话应用程序配合工作。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行，并且所有支付信息都会被销毁。

[0187] 实施例4——用于个人标识/授权的指甲安装的NFC

[0188] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其提供在酒精饮料配送、餐厅、酒吧、教育和/或保健行业中用于个人标识的独特解决方案。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。例如，在一些实施方案中，内置的NFC技术用作对于驾驶执照和学校标识卡而言的数字替代品。例如，该方面的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的访问点读取器无线通信。代替携带个人标识卡，指甲安装的器件能够用作个人标识的证据并且/或者存储相关私人信息。

[0189] 在一个实施方案中，例如，本发明具有存储每个单独设备所特有的加密识别号的专用芯片。此外，该芯片具有在每个进入点之后都会更改的特定动作的安全码。加密识别号可以用作有效的标识形式。举例而言，“约翰·史密斯”(成年男性年龄：45)使用他的指甲安装的器件作为他超过21岁的证据以购买酒精。

[0190] 在一些实施方案中，对于隐私方面而言，个人用户不会面临将其姓名、年龄和/或地址暴露的风险。在一些实施方案中，这些器件是防水的，并且可以保持运行数天或数月。本发明的这方面的系统能够与专门为认证目的开发的移动电话应用程序配合工作。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行，并且所有私有信息都会被销毁。

[0191] 实施例5——用于密钥访问/认证的指甲安装的NFC

[0192] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其为对居住地、办公室、酒店和/或安全行业的密钥访问提供了独特的解决方案。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。例如，在一些实施方案中，内置的NFC技术用作所有物理密钥的数字替代品。例如，该方面的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的访问点读取器无线通信。访问点读取器包括但不限于门把手、窗、工作台面、储物柜、保险柜和/或汽车。代替随身携带钥匙、钥匙卡和/或钱包，被授权的指甲安装的器件的用户被允许进入特定区域、建筑物、房间和/或汽车。

[0193] 在一个实施方案中，例如，本发明具有存储每个单独设备所独有的加密识别号的专用芯片。此外，该芯片具有在每个进入点之后都会更改的特定动作的安全码。基于主动提供的个人信息，加密的识别号可以访问指定区域。举例而言，本发明的器件能够打开旅馆房间门。

[0194] 在一些实施方案中，对于隐私方面而言，个人用户不会面临将其姓名、房间号码和/或访问限制暴露给第三方零售商或旁观者的风险。消费者不需要携带其手机、钥匙和/或标识卡来获得访问授权。在一些实施方案中，这些器件是防水的，并且可以保持运行数天或数月。本发明的这方面的系统能够与专门为认证目的开发的移动电话应用程序配合工作。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行，并且所有隐私信息都会被销毁。

[0195] 实施例6——用于医院监控/追踪的指甲安装和趾甲安装的NFC器件

[0196] 本发明提供了例如组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供用于监控和追踪医院患者的独特服务平台。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一些实施方案中，内置的NFC技术用作对于医院标识腕带和使用铜引线的生物感测电极而言的数字替代品。这方面的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的访问点读取器无线通信。访问点读取器包括但不限于智能手机、门把手、窗和/或工作台面。本发明的器件为医护人员提供了电子追踪和监测入院患者的方法。指甲安装或组织安装的器件可选地提供了测量温度、pH值、葡萄糖、脉搏血氧、心率、呼吸频率、血压、ECG(心电图)、EOG(眼电图(electrooxulography))、EEG(脑电图)、EMG(肌电图)、PPG(光电血管容积图)、外周毛细血管血氧饱和度(SpO2)、胆红素水平和/或胆红素光照强度和剂量的附加的生物传感模态。

[0197] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明具有存储每个单独设备所特有的加密标识号的专用芯片。此外，该芯片还具有不断变化的特定动作的安全码。加密的设备号有助于保持患者医疗信息的私密性。临床医生、医院管理人员和保险提供者是唯一能够获取该信息的用户。在紧急情况下，医院工作人员可以迅速查找到失踪患者的位置并且/或者观察患者生命体征。

[0198] 个人用户不再面临将其名字和/或医疗信息暴露给旁观者的风险。在一些实施方案中，这些器件是防水的，并且可以保持运行数天或数月。本发明的这方面的系统能够与专门为认证目的开发的移动电话应用程序配合工作。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行，并且所有私有信息都会被销毁。

[0199] 实施例7——用于危险设备的安全操作的指甲和趾甲安装的NFC器件

[0200] 本发明提供了例如组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供了用于在要求安全性的情况下针对枪支安全以及潜在危险机器的安全处理的独特解决方案。本发明的材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一实施方案中，内置的NFC技术用作在操作可能危及生命的设备时的安全性和保密性的附加层。危及生命的设备包括但不限于枪支、锯和/或切割机械。这方面的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。为身体设计的可穿戴NFC技术通过使用射频标识系统减少了对危险设备的误用。枪支扳机只在检测到被授权的指甲安装的器件的情况下才能释放。某些实施方案的本发明的器件可以在用户太靠近锋利物体时致动工业或贸易切割机械内的切断开关。

[0201] 在一个实施方案中，本发明具有存储每个单独设备所特有的加密标识信息的专用芯片。此外，该芯片具有在授权后都会更改的特定动作的安全代码。加密的标识信息和变化的安全代码用于允许或拒绝对危险设备的操作性访问。

[0202] 本发明的这方面的系统能够与专门为智能枪支和/或危险机械开发的移动应用程序配合工作。在一些实施方案中，这些器件是防水的，并且可以保持运行数天或数月。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行。

[0203] 实施例8——用于药物瓶的依从性和安全性的指甲和趾甲安装的NFC器件

[0204] 本发明提供了例如组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供了在要求依从性和/或安全性的情况下针对药物瓶以及有权使用药物的独特解决方案。本发明的材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一个实施方案中，内置的NFC技术用作药物瓶的安全性和/或依从性监控的附加层。这方面的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。为身体设计的可穿戴NFC技术通过使用无线射频标识系统能够追踪某种药物的瓶子打开的次数并防止未经授权的个人有权使用药物。药丸容器只在检测到被授权的指甲安装的器件的情况下才能打开。

[0205] 在一个实施方案中，本发明具有存储每个单独的设备所特有的加密标识信息的专用芯片。此外，该芯片具有在授权后会更改的特定动作的安全代码。加密的标识信息和变化的安全代码用于允许或拒绝对处方药的有权使用。

[0206] 本发明的这方面的系统能够与移动应用程序配合工作。在一些实施方案中，这些器件是防水的，并且可以保持运行数天或数月。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行。

[0207] 实施例9——用于医院洗手的指甲安装的NFC器件

[0208] 本发明提供了例如组织安装的近场通信(NFC)器件，作为用于医院工作人员监控医护人员在与患者进行接触前是否洗手的独特解决方案。本发明的材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一个实施方案中，内置的NFC技术用作附加的健康监控器和安全预防措施。这方面的指甲安装的器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。为身体设计的可穿戴NFC技术通过使用无线射频标识系统降低了与感染相关联的医疗风险。本发明的器件在靠近安装在水槽、洗手站和/或空间访问点处的读取器时启用。读取器记录来自被启用的器件的信息，比如谁在什么时间、在什么温度下洗过自己的手多长时间。访问点读取器记录谁曾出现在特定地点。来自上述两个读取器的数据集是相关的，并且用于确定未能遵守洗手协议以及被污染的地区。本发明的器件促使员工负起责任，并确保更卫生的环境。

[0209] 在一个实施方案中，本发明具有存储每个单独器件所特有的加密信息的专用芯片。此外，该芯片具有在授权后更改的特定动作的安全码。加密信息和变化的安全码用于准确识别个人。在一些实施方案中，这些器件是防水的，并且保持运行数天或数月。在一些实施方案中，如果从指甲或组织中去除本发明的器件，则其将永久不能运行。

[0210] 实施例10——用于游戏、音乐共享、社交和数字媒体平台的指甲安装的NFC器件[0211] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其提供用于游戏、音乐共享、社交和数字媒体服务提供商的独特平台。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。这方面的指甲安装的器件能够与具有NFC性能的智能手机无线通信。代替交换电话号码、电子邮箱地址和/或家庭地址，用户能够私下共享数字内容和/或个人信息。

[0212] 在一些实施方案中，本发明具有存储每个单独的器件所特有的加密个人标识号的专用芯片。加密信息是私下公开数字内容和信息的方式。在一些实施方案中，在未经用户同意的情况下，个人信息决不与商家共享也不存储在服务器上。在一些实施方案中，所有数字信息都本地存储在消费者的个人移动设备、计算机、网页和/或游戏系统上并且在其中共享。

[0213] 在一些实施方案中，对于隐私方面而言，个人消费者不会面临将个人信息或数字内容暴露给未授权方的风险。客户不必携带其电话和/或名片来公开私人信息。在一些实施方案中，器件是防水的并且保持运行数天或数月。本发明的这一方面的系统能够与专门为媒体共享目的开发的移动电话应用程序配合工作。在一些实施方案中，如果从甲部去除本发明的器件，则其将永久不能运行，并且所有数字内容都会被销毁。

[0214] 实施例11——致动组织安装的器件

[0215] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其提供了用于消费者、国防和/或情报机构的独特平台。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。这方面的指甲安装的器件能够与具有NFC性能的智能手机和其他设备无线通信。用户能够在使用终止和/或未授权拥有的情况下触发使器件功能永久不能运行并擦除所有数字内容的响应。

[0216] 实施例12——组织安装的器件

[0217] 本发明的系统和方法高度灵活并支持广泛的应用。本实施例示出了支持多种不同应用的一系列不同的器件实施方案。下面的描述提供了示出当前系统的广泛性能的实施例。所例示的系统的共同部件包括具有天线和在系统维度内的无机和/或有机电子部件的衬底，所述电子部件中的大部分包括但不限于可以采用各种ISO和非ISO兼容形式的RFID IC。上述部件根据应用被配置为在有源或无源状态使用。所例示的器件具有允许最佳匹配所期望应用的电磁和机械形状规格的尺寸和几何结构。

[0218] 实施例13——组织安装的器件

[0219] 本发明的系统和方法高度灵活并支持广泛的应用。本实施例示出了支持多种不同应用的一系列不同的器件实施方案。下面的描述提供了示出当前系统的广泛性能的实施例。所例示的系统的共同部件包括具有天线和在系统维度内的无机和/或有机电子部件的衬底，所述电子部件中的大部分包括但不限于可以采用各种ISO和非ISO兼容形式的RFID IC。上述部件根据应用被配置为在有源或无源状态使用。所例示的器件具有允许最佳匹配所期望应用的电磁和机械形状规格的尺寸和几何结构。

[0220] 图17提供了本发明的各种组织安装的系统的示意图。

[0221] 图17A示出人的手指，在人的手指甲上通过粘合剂上放置了附接有本发明的组织安装的系统2的指甲(人造的或其他形式)1。

[0222] 图17B示出人的头部以及使用不同方法在不同位置附接有若干不同的组织安装的系统。可以使用所示位置的一个或全部以及未示出的其他位置，但这里示出了头部上的优选实施方案。元件1示出附接到耳朵的包含存储器和/或电子传感器的组织安装的系统。元件2示出附接到牙齿的组织安装的系统，其使用对于这种附接而言安全的适当的粘合剂，该器件包含存储器和/或电子传感器。元件3示出定位在鼻子上或靠近鼻子定位的包含电子装置和/或传感器的组织安装的系统。

[0223] 图17C示出人的手指，其中，包括存储器和/或电子部件/传感器的组织安装的系统是使用粘合剂直接安装到甲体板上的。器件1有时覆盖有附加的覆盖材料2，比如包封或覆盖层。

[0224] 图17D示出人的脚。脚上定位有三种不同的组织安装的系统。元件1、2是使用适当的粘合剂直接定位在甲体板上的，并包括存储器和/或电子装置/传感器。元件3示出位于脚趾上的、利用适当的粘合剂直接安装在皮肤上的具有存储器和/或电子装置/传感器的组织安装的系统。

[0225] 图17E示出人的手的内侧部分，其中，组织安装的系统1使用适当的粘合剂于指纹之上安装在手指上。该器件包括存储器和/或电子装置/传感器。

[0226] 图17F示出假肢接受腔，其中，虚线示出半透明的视图以暴露出安装在人体下肢的组织安装的系统1。组织安装的系统1包含存储器和/或电子装置/传感器。

[0227] 图18提供用于进行与枪械的使用相关的认证的安装在指甲上的组织安装的NFC器件的示意性图示。

[0228] 关于通过参考纳入和变体的声明

[0229] 在本申请中通篇引用的所有参考文献，例如，专利文件包括颁布的或授权的专利或等同物；专利申请公布文本；以及非专利文献文件或其他来源材料，在每个参考文献至少部分地不与本申请中的公开内容不一致(例如，部分不一致的参考文献通过引用被纳入，除了该参考文献的部分不一致的部分)的程度上，在此以引用的方式整体纳入本文，就如同以引用的方式单独地纳入。

[0230] 本文中已经采用的术语和表述被用作对术语的描述而非限制，且并非意在使用这些术语和表述排除所示出的和所描述的特征或其部分的任何等同物，而且应认识到，在本发明要求保护的范围内可以有多种改型。因此，应理解，尽管通过优选实施方案、示例性实施方案和可选的特征具体公开了本发明，但本领域技术人员可以采用本文中所公开的构思的改型以及变体，且这样的改型和变体被认为在由所附权利要求限定的本发明的范围内。本文中提供的具体实施方案是本发明的有用的实施方案的示例，且本领域技术人员应明了，可以使用本说明书中列出的器件、器件部件以及方法步骤的大量变体来实现本发明。如对于本领域技术人员明了的，对本方法有用的方法和器件可包括大量可选的组成和处理元件和步骤。

[0231] 当本文公开了一组取代基时，应该理解，该组和所有子组的所有个体成员，包含该组成员的任何同分异构体、对映异构体和非对映异构体被分别公开。当本文使用马库什组或其他分组时，该组的所有个体成员和该组可能的所有组合和子组合意在被单独地包含在本公开内容中。当本文以这样的方式描述化合物，即，未指定化合物的特定的同分异构体、对映异构体或非对映异构体时，例如，用分子式或化学名称描述化合物时，该描述意在包括单独地或以任何组合方式描述的化合物的每个同分异构体和对映异构体。此外，除非另有说明，否则本文所公开化合物的所有同位素变体都意在被本公开内容包含。例如，应理解，公开的分子中的任何一个或多个氢可被氘或氚替代。分子的同位素变体通常可在用于所述分子的试验以及在涉及所述分子或其用途的化学研究和生物研究中用作标准物。用于制作这样的同位素变体的方法是本领域已知的。化合物的特定名称意在是示例性的，因为已知本领域的普通技术人员能够以不同的方式命名相同的化合物。

[0232] 本文中公开的许多分子含有一个或更多个可电离的基团[可以将一个质子从其移除的基团(例如，-COOH)或添加的基团(例如，胺类)或其可以被分成四部分(例如，胺类)]。这样的分子和其盐类的所有可能的离子形式意在被单独地包括在本文的公开内容中。关于本文中的化合物的盐类，本领域普通技术人员可以从很多种适用于针对给定的应用制备此发明的盐的可用的抗衡离子之中选择。在特定应用中，选择给定的阴离子或阳离子用于制备盐会导致该盐的增大或减小的可溶性。

[0233] 本文中所描述或例示的组成的每一个构想或组合可以用于实践本发明，除非另有说明。

[0234] 每当在本说明书中给出范围(例如，温度范围、时间范围、或者成分范围或浓度范围)时，所有中间范围和子范围，以及包含在给定的范围中的所有各个值都意在被包含于本公开内容中。应理解，包含在本文的描述中的一个范围或子范围中的任何子范围或各个值可以被从本文中的权利要求排除。

[0235] 说明书中提及的所有专利和出版物都表明本发明所属领域的技术人员的技术水平。本文中引用的参考文献以引用的方式整体纳入本文以参考它们的公开日期或提交日期指示现有技术，且如果需要则旨在可以在本文中采用此信息以排除现有技术中的特定实施方案。例如，当要求保护物质的组合物时，应理解，申请人的发明之前的现有技术中已知的且可用的化合物(包括在本文中引用的参考文献中为其提供了充分公开内容的化合物)不旨在被包含于本文中的物质的组合物权利要求中。

[0236] 如本文中所使用的，“包括”是与“包含”、“含有”或“其特征在于”同义的，且是包括性的或开放式的，并且不排除附加的、未列举的元件或方法步骤。如本文中所使用的，“由...组成”排除了权利要求中未指明的任何元素、步骤或组成。如本文中所使用的，术语“基本上由...组成”不排除不会实质上影响权利要求的基础和新颖特性的材料或步骤。在本文中的每种情况下，术语“包含”、“基本上由...组成”和“由...组成”中的任一个可以用其它两个术语中的任何一个代替。可以在缺少本文中未具体地公开的任何一个元件或多个元件、一个限制或多个限制的情况下恰当地实施本文中示例性描述的发明。

[0237] 本领域普通技术人员应理解，可以在不做过度实验的情况下，在本发明的实践中采用除具体示例那些以外的起始材料、生物材料、试剂、合成方法、纯化方法、分析方法、化验方法以及生物方法。任何这样的材料与方法的所有本领域已知的功能等同物旨在被包含在本发明中。已经采用的术语和表述被用作对术语的描述而非限制，且并非意在使用这些术语和表述排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物，但是应认识到，在本发明要求保护的范围内可以有多种改型。因此，应理解，尽管通过优选实施方案和可选的特征具体公开了本发明，但本领域技术人员可以采用本文中所公开的构思的改型以及变体，但这样的改型和变体仍被认为在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
新型心电图机	2020-05-11	502
心电图电极消毒器	2020-05-13	962
心电图检查机	2020-05-11	800
心电图肢体导联固定器	2020-05-13	549
简明心电图诊治卡	2020-05-13	93
心电图导联装置	2020-05-12	610
心电图机用桌	2020-05-12	961
一种心电图电极消毒器	2020-05-13	346
心电图机转运装置	2020-05-14	661
心电图检查床	2020-05-12	676

具有无线供电和近场通信能力的小型化电子系统

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