UV感测的替代方法
阅读：571发布：2021-07-31
专利汇可以提供UV感测的替代方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供用于监测主体或物体受照射的电磁 辐射 的照射量的可穿戴的且组织安装的 电子 器件的系统和方法，所述 电磁辐射 特别是 电磁波 谱的可见光、紫外线和红外线部分中的电磁辐射。在一些实施方案中，该器件只是无源器件，其中，该器件吸收的入射电磁辐射为对入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的测量提供至少一部分电 力 。本发明的器件可包括 近场通信 部件，例如用于使器件能够由外部设备读出的近场通信部件，所述外部设备比如计算机或移动设备。，下面是UV感测的替代方法专利的具体信息内容。
1.一种用于测量入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的监测系统，所述监测系统包括：
衬底；以及
电子器件，所述电子器件由所述衬底支撑以接收所述入射电磁辐射并且生成表征所述入射电磁辐射的所述辐射照射量或辐射通量的电子信号；其中，所述电子器件吸收的所述入射电磁辐射为对所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的所述测量提供至少一部分电力。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子器件吸收的所述入射电磁辐射为对所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的所述测量提供至少50％的电力。
3.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件不包括被配置成为所述电子器件提供电力的电池或太阳能电池。
4.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统持续地监测由所述电子器件接收的入射电磁辐射的所述辐射照射量或辐射通量。
5.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统监测由所述电子器件接收的入射电磁辐射的累积通量。
6.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统是可穿戴的或组织安装的系统。
7.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统能够穿戴在衣服、珠宝或人造甲体上。
8.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述衬底的内表面能够与组织表面共形整合。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述组织是皮肤或甲体。
10.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括用于将所述入射电磁辐射的至少一部分转化成电流的换能器。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述换能器包括一个或更多个二极管。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述换能器包括一个或更多个发光二极管(LED)。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一个或更多个LED的特征在于在电磁波谱的紫外线区域、可见光区域或红外线区域中的吸收。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个LED的特征在于光谱响应选自200nm到1200nm的范围。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个LED的特征在于带隙选自6eV到1eV的范围。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个LED的特征在于转化效率选自1％到90％的范围。
17.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电子器件还包括储能装置，所述储能装置与所述换能器电气连通，其中，从所述换能器传输的所述电流储存在所述储能装置中。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述储能装置的特征在于电容选自1μF到1F的范围。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的系统，其中，所述储能装置的特征在于在给定的时间间隔内储存在所述储能装置中的总电荷的泄漏小于或等于5％。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，所述储能装置是电容器或超级电容器。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，其中，所述电子器件还包括读出生成器，所述读出生成器用于生成与储存在所述储能装置中的能量的数量相对应的输出信号。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述读出生成器是近场通信(NFC)芯片。
23.根据权利要求21所述的系统，其中，所述输出信号是无线输出信号。
24.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件还包括一个或更多个滤光器，所述一个或更多个滤光器被定位成对由所述系统接收的所述入射电磁辐射进行光学滤波。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述滤光器对所述入射电磁辐射进行光学滤波，使得入射电磁辐射的所述辐射照射量或辐射通量与预先选定的波长范围相对应。
26.根据权利要求24至25中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个滤光器是薄膜滤光器。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的系统，其中，所述一个或更多个滤光器是中性密度滤光器或带通滤光器。
28.根据前述权利要求任一项所述的系统，还包括近场线圈，所述近场线圈用于使所述系统与外部电子设备无线地联接。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述外部电子设备接收并储存来自所述系统的电压数据。
30.根据权利要求28至29中任一项所述的系统，其中，所述外部电子设备发射能够使所述储能装置短路的复位信号。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的系统，其中，所述近场线圈具有选自500微米到20毫米的范围内的直径。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的系统，其中，所述近场线圈具有选自1微米到5毫米的范围内的平均厚度。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的系统，其中，所述线圈具有选自于由环或椭圆环组成的组中的几何形状。
34.根据前述权利要求任一项所述的系统，还包括温度传感器。
35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述温度传感器设置为用于连续测量环境温度或以离散的间隔测量环境温度。
36.根据前述权利要求任一项所述的系统，还包括一个或更多个通信系统或所述一个或更多个通信系统的部件。
37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述一个或更多个通信系统或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、收发器和天线。
38.根据前述权利要求任一项所述的系统，还包括电源。
39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述电源是电池、能量采集器、太阳能电池、压电元件或上述各项的任意组合。
40.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括多个换能器，其中每个换能器将具有不同的波长范围的入射电磁辐射转化成电流。
41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述换能器包括第一换能器和第二换能器，所述第一换能器吸收具有320nm与400nm之间的波长的电磁辐射，所述第二换能器吸收具有
280nm与320nm之间的波长的电磁辐射。
42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述第一换能器是UVA LED并且所述第二换能器是UVB LED。
43.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件由所述衬底或者一个或更多个包封层至少部分地包封。
44.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件是防水的。
45.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件是柔性电子器件、可拉伸电子器件或刚性电子器件。
46.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括无机半导体部件、有机半导体部件、金属导体部件或上述各项的组合。
47.根据权利要求46所述的系统，其中，所述无机半导体部件、所述有机半导体部件或所述金属导体部件具有选自50微米到10000微米的范围内的厚度。
48.根据权利要求46所述的系统，其中，所述无机半导体部件、所述有机半导体部件或所述金属导体部件具有大于50微米的厚度。
49.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有小于或等于500mm2的侧向覆盖面积。
50.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有选自10mm2到500mm2的范围内的侧向覆盖面积。
51.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有选自10kPa到100GPa的范围内的平均模量。
52.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有大于10kPa的平均模量。
53.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有选自0.1nN m到1N m的范围内的净抗弯刚度。
54.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有大于0.1nN m的净抗弯刚度。
55.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有选自0.1mg cm-2到100mg cm-2的范围内的面积质量密度。
56.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有选自5微米到5毫米的范围内的平均厚度。
57.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述系统具有大于5微米的平均厚度。
58.根据前述权利要求任一项所述的系统，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。
59.根据前述权利要求任一项所述的系统，所述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。
60.根据权利要求59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选自5到1的范围。
61.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、可拉伸衬底或刚性衬底。
62.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。
53.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。
64.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50微米到10毫米的范围。
65.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50微米。
66.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。
67.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。
68.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、硅树脂海绵、聚苯乙烯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯。
69.一种制作用于测量入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的监测系统的方法，所述方法包括：
提供衬底；以及
提供电子器件，所述电子器件由所述衬底支撑以接收所述入射电磁辐射并且产生表征所述入射电磁辐射的所述辐射照射量或辐射通量的电子信号；其中，吸收的所述入射电磁辐射为对所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的所述测量提供至少一部分电力。
70.根据权利要求69所述的方法，其中，提供所述衬底、提供所述电子器件或提供以上二者的上述步骤均通过使用卷对卷处理的工业过程执行。
71.根据权利要求70所述的方法，其中，所述卷对卷处理包括纤网处理或卷盘对卷盘处理。
72.根据权利要求69所述的方法，其中，所述系统是使用柔性塑料卷或金属箔卷制成的。
73.一种使用用于测量入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的监测系统的方法，所述方法包括：
将监测系统安装在主体上，所述监测系统包括：
衬底；以及
电子器件，所述电子器件由所述衬底支撑以接收所述入射电磁辐射并且生成表征所述入射电磁辐射的所述辐射照射量或辐射通量的电子信号；其中，所述电子器件吸收的所述入射电磁辐射为对所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的所述测量提供至少一部分电力；
将所述监测系统的所述电子器件暴露于所述电磁辐射；以及
测量所述电子信号。
74.根据权利要求73所述的方法，其中，所述入射电磁辐射是太阳辐射。
75.根据权利要求73至74中任一项所述的方法，其中，所述监测系统是设置在主体上的可穿戴的或组织安装的系统。
76.根据权利要求75所述的方法，其中，所述监测系统设置在所述主体的皮肤或指甲上。
77.一种用于测量环境参数的监测系统，所述监测系统包括：
衬底；以及
电子器件，所述电子器件由所述衬底支撑；其中，所述电子器件吸收环境能量，其中，所述电子器件吸收的所述环境能量为对所述环境参数的所述测量提供至少一部分电力。
78.根据权利要求77所述的系统，其中，所述环境参数是热参数、光参数、电参数或机械参数。
79.根据权利要求77至78中任一项所述的系统，其中，所述环境参数是温度、应变、入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量。
79.根据权利要求77至79中任一项所述的系统，其中，所述环境参数是电磁辐射、核辐射、电离辐射、热量、运动、应变、污染、声音、磁力或上述各项的组合。
80.根据权利要求77至79中任一项所述的系统，其中，所述电子器件包括用于将所述环境能量转化为电流的换能器。
81.根据权利要求80所述的系统，其中，所述换能器包括压电元件、热电元件或二极管。
82.根据权利要求80所述的系统，其中，所述电子器件还包括储能装置，所述储能装置与所述换能器电气连通，其中，从所述换能器传输的所述电流储存在所述储能装置中。
83.根据权利要求82所述的系统，其中，所述储能装置的特征在于在给定的时间间隔内储存在所述储能装置中的总电荷的泄漏小于或等于5％。
84.根据权利要求82至83中任一项所述的系统，其中，所述储能装置是电容器或超级电容器。
85.根据权利要求82至84中任一项所述的系统，其中，所述电子器件还包括读出生成器，所述读出生成器用于生成与储存在所述储能装置中的能量的数量相对应的输出信号。
86.根据权利要求85所述的系统，其中，所述读出生成器是近场通信(NFC)芯片。
87.根据权利要求85所述的系统，其中，所述输出信号是无线输出信号。
88.一种监测用户的活动的方法，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；
使用所述组织安装的电子系统感测组织特性，以及
将表示所述组织特性的信号从所述组织安装的电子系统传递给外部设备。
89.根据权利要求88所述的方法，其中，所述组织特性选自于由温度、运动、呼吸频率、心率或以上各项的组合组成的组中。
90.根据权利要求89所述的方法，还包括从所述信号获得瞬时热量输出、累积热量输出或以上二者。
91.根据权利要求88所述的方法，其中，所述组织特性选自于由葡萄糖浓度、胰岛素浓度或以上各项的组合组成的组中。
92.一种监测污染的方法，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
感测所述组织安装的电子系统上的粉尘颗粒。
UV感测的替代方法
[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。
[0004] 不适用。
背景技术
[0005] 准确测量人、动物、植物或物体受照射的紫外线(UV)、可见光和红外光的照射量对临床、农业和环境方面而言是重要的。数字电子感测技术为确定紫外线、可见光和红外光的照射量提供了准确且通用的手段。然而，传统方法需要的是包括集成电路、探测器、电池、存储器、显示面板和电力管理系统的体积庞大、价格昂贵的设备。这样的系统并不总是实用的或成本有效的。
[0007] 本发明提供用于监测主体或物体受照射的电磁辐射的照射量的可穿戴的且组织安装的电子器件的系统和方法，所述电磁辐射特别是电磁波谱的可见光、紫外线和红外线部分中的电磁辐射。本发明的一些实施方案的器件实现了具有小型化规格的高性能器件部件。在一些实施方案中，所述器件只是无源器件，其中，器件吸收的入射电磁辐射为对入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的测量提供至少一部分电力。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发明的器件的机械鲁棒的和/或长期的整合，例如经由安装在不经受快速生长或脱落过程的组织表面(比如指甲或趾甲)上。本发明的器件可包括近场通信(near field communication，近距离通信)部件，例如用于使器件能够被外部设备读出的近场通信部件，所述外部设备比如计算机或移动设备。
[0008] 在一个方面，本发明提供了一种用于测量入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的监测系统，所述监测系统包括：衬底；以及电子器件，所述电子器件由衬底支撑用于接收入射电磁辐射并产生表征所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的电子信号；其中，器件吸收的入射电磁辐射为对入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的测量提供至少一部分电力。在一实施方案中，例如，器件吸收的入射电磁辐射为对所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的所述测量提供至少50％、至少60％、至少75％或至少90％的电力，并且可选地对于一些实施方案而言，器件吸收的入射电磁辐射为对所述入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的所述测量提供全部电力。
[0009] 在一实施方案中，电子器件不包括被配置成为所述电子器件提供电力的电池或太阳能电池。在一实施方案中，系统持续地监测由电子器件接收的入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量。在一实施方案中，系统监测由电子器件接收的入射电磁辐射的累积通量。
[0010] 在一实施方案中，系统是可穿戴的或组织安装的。例如，衬底的内表面可能能够与组织表面共形整合。在一些实施方案中，组织是皮肤、骨头或甲体。
[0011] 在一些实施方案中，电子器件包括用于将入射电磁辐射的至少一部分转化成电流的换能器。在一些实施方案中，换能器是反向偏置的。在一些实施方案中，换能器包括一个或更多个二极管。例如，换能器可以包括一个或更多个发光二极管(LED)，其中，所述一个或更多个LED的特征在于在电磁波谱的紫外线区域、可见光区域或红外线区域中的吸收。在一实施方案中，所述一个或更多个LED的特征在于带隙选自6eV到1eV的范围、或5eV到1.5eV的范围或4eV到2eV的范围。在一实施方案中，所述一个或更多个LED的特征在于转化效率选自1％到90％的范围、或5％到80％的范围、或10％到75％的范围或20％到60％的范围。在一实施方案中，所述一个或更多个LED的特征在于光谱响应选自200nm到1200nm的范围、或220nm到1000nm的范围或280nm到800nm的范围。
[0012] 在一些实施方案中，电子器件还包括储能装置，所述储能装置与所述换能器电气连通，其中，从所述换能器传输的所述电流储存在储能装置中。在一些实施方案中，储能装置的特征在于在给定的时间间隔，比如在依次(successive)读出之间的时间间隔内，储存在储能装置中的总电荷的泄漏小于或等于5％。在一些实施方案中，储能装置的特征在于电容选自1μF到1F的范围、或者50μF到100mF的范围或者10μF到14mF的范围。对于一些应用，比如非可穿戴式应用，本发明的监测系统可以包括特征在于电容小于或等于1F的储能装置。对于一些应用，比如可穿戴式应用，本发明的监测系统可以包括特征在于电容小于或等于
14mF的储能装置。在一些实施方案中，储能装置是电容器或超级电容器。
14mF的储能装置。在一些实施方案中，储能装置是电容器或超级电容器。
[0013] 在一些实施方案中，电子器件还包括读出生成器，所述读出生成器用于生成与储存在储能装置中的能量的数量相对应的输出信号。例如，读出生成器可以是近场通信(NFC)芯片。在一些实施方案中，输出信号是无线输出信号。
[0014] 在一些实施方案中，电子器件还包括一个或更多个滤光器，所述一个或更多个滤光器被定位成对系统接收的入射电磁辐射进行光学滤波。通常，滤光器对入射电磁辐射进行光学滤波，使得入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量与预先选定的波长范围相对应。在一实施方案中，一个或更多个滤光器是薄膜滤光器。在一实施方案中，滤光器是中性密度滤光器或带通滤光器。中性密度滤光器可以例如调整到达储能装置的入射电磁辐射的通量以确保与部件性能规范——比如近场通信芯片的读出阈值——的兼容性。
[0015] 在一些实施方案中，监测系统还包括近场线圈，所述近场线圈用于使系统与外部电子设备无线地联接。在一实施方案中，外部电子设备接收并储存来自系统的电压数据。在一实施方案中，外部电子设备发射能够使所述储能装置短路的复位信号。在一实施方案中，近场线圈具有的直接选自500微米到20毫米的范围、或者选自700微米到5毫米的范围、或者选自800微米到2毫米的范围或者选自900微米到1500微米的范围。在一实施方案中，近场线圈具有的平均厚度选自1微米到5毫米的范围、或者选自10微米到2毫米的范围或者选自100微米到1毫米的范围。在一实施方案中，线圈具有选自于环或椭圆环的几何形状。
[0017] 在一些实施方案中，系统还包括电源，比如电池、能量采集器、太阳能电池、压电元件或上述各项的任意组合。这样的电源可以例如为处理器提供电力，所述处理器可选地包括存储器、NFC芯片或监测系统的其它部件。
[0018] 在一些实施方案中，电子器件包括多个换能器，其中每个换能器将具有不同的波长范围的入射电磁辐射转化成电流。在一实施方案中，换能器包括第一换能器和第二换能器，第一换能器吸收具有320nm与400nm之间的波长的电磁辐射，而第二换能器吸收具有280nm与320nm之间的波长的电磁辐射。在一实施方案中，第一换能器是UVA LED，且第二换能器是UVB LED。
[0019] 在一些实施方案中，电子器件由衬底或一个或更多个包封层至少部分地包封。在一实施方案中，例如，电子器件是防水的。在一些实施方案中，电子器件是柔性电子器件、可拉伸电子器件或刚性电子器件。在一实施方案中，电子器件包括无机半导体部件、有机半导体部件、金属导体部件或上述各项的组合。在一实施方案中，无机半导体部件、有机半导体部件或金属导体部件具有的厚度选自50微米到10000微米的范围、或者选自100微米到5000微米的范围或者选自250微米到1500微米的范围。在一实施方案中，无机半导体部件、有机半导体部件或金属导体部件具有大于50微米的厚度。
[0020] 在一些实施方案中，本发明的监测系统是组织安装的系统或者与组织共形整合的系统。
[0021] 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。在一些实施方案中，例如，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。
[0022] 共形整合(“conformal integration”)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。
[0023] 在一实施方案中，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。
[0024] 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接口，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。在一些实施方案中，例如，系统具有的侧向覆盖面积(area footprint)小于或等于500mm2、或者小于或等于300mm2、或者选自1mm2到500mm2的范围、或者选自10mm2到500mm2的范围或者选自10mm2到300mm2的范围。在一实施方案中，系统具有的面积质量密度选自0.1mg cm-2到100mg cm-2的范围、1mg cm-2到100mg cm-2的范围。在一些实施方案中，系统具有选自5微米到5毫米的范围或者例如大于5微米的平均厚度。
[0025] 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。
[0026] 在一些实施方案中，系统具有的平均模量选自10kPa到100GPa的范围、或者10kPa到10GPa的范围、或者大于10kPa、可选地大于10MPa。在一些实施方案中，系统具有选自0.1nN m到1N m的范围内的抗挠刚度或净抗弯刚度。在一实施方案中，系统具有的净抗弯刚度大于0.1nN m，可选地对于一些应用而言大于10nN m，并且可选地对于一些应用而言大于
1000nN m。在一些实施方案中，例如，系统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——与安装部位处的组织特性相匹配；例如在5倍的范围内。
1000nN m。在一些实施方案中，例如，系统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——与安装部位处的组织特性相匹配；例如在5倍的范围内。
[0027] 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(比如电绝缘层或支撑层或涂层)相互分隔开。在一些实施方案中，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，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)选自于5到1的范围。
[0028] 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。本发明包括的衬底具有作为电绝缘体、光透明体、滤光的功能和/或作为机械支撑层的功能。
[0029] 在一些实施方案中，衬底是柔性衬底、可拉伸衬底或刚性衬底。在一实施方案中，衬底的特征在于平均模量选自10kPa到100GPa的范围、或10kPa到10GPa的范围、或者大于10kPa、可选地对于一些应用而言大于10kPa。在一实施方案中，衬底的特征在于平均厚度选自50微米到10毫米的范围，并且在一些实施方案中大于50微米，可选地对于一些实施方案而言大于500微米。
[0030] 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。在一些实施方案中，例如，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。在一些实施方案中，例如，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、硅树脂海绵、聚苯乙烯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯。
[0031] 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可扩展应用。在一实施方案中，例如，该系统还包括用于包封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，电子器件是柔性电子器件或可拉伸电子器件。在一些实施方案中，例如，无机部件包括一个或更多个薄膜、纳米带、微米带、纳米膜或微米膜。在一实施方案中，无机部件包括单晶无机半导体材料。
[0032] 在一实施方案中，例如，无机部件具有的厚度选自50微米到100000微米的范围，对于一些应用而言选自50微米到2000微米的范围。在一实施方案中，例如，无机部件具有大于50微米的厚度。在一实施方案中，无机部件的特征在于弯曲(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。在一实施方案中，无机部件的特征在于一个或更多个岛状和桥状的结构。
[0033] 在一些实施方案中，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、阻挡层、支撑层和包封层。在一实施方案中，电子器件被设置为接近系统的中性机械表面。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 在一些实施方案中，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。在一实施方案中，近场通信线圈中的每一个各自具有选自50微米到20毫米的范围内的直径。在一实施方案中，例如，近场通信线圈中的每一个各自具有选自1微米到500微米的范围内的平均厚度。在一实施方案中，例如，在从平面构型变为特征在于选自1mm到20mm的范围内的曲率半径的挠曲构型时，近场通信线圈中的每一个的边缘到边缘直径(edge-to-edge diameter)变化小于20％。在一实施方案中，一个或更多个线圈由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，一个或更多个线圈具有选自于由环或椭圆环组成的组中的几何结构。
[0037] 在一方面，本发明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。在一个实施方案中，安装平台是珠宝。在一个实施方案中，安装平台是衣服。
[0038] 在一实施方案中，例如，衬底的内表面能够与组织表面建立接触。在一些实施方案中，外部组织是皮肤、指甲、趾甲、牙齿、骨头或耳垂。在一些实施方案中，例如，衬底的内表面经由粘附剂(比如丙烯酸)与组织表面结合(bond)。在一实施方案中，系统还包括近场通信器件。在一实施方案中，近场通信器件用于与外部电子设备(比如计算机或移动电子设备)通信。
[0039] 在一方面，本发明是一种制作用于测量入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的监测系统的方法，所述方法包括：提供衬底；以及提供电子器件，所述电子器件由衬底支撑以接收入射电磁辐射并产生表征入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的电子信号；其中，吸收的入射电磁辐射为对入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的测量提供至少一部分电力。在一实施方案中，例如，提供衬底、提供电子器件或提供以上二者的步骤均通过使用卷对卷(roll-to-roll)处理的工业过程执行。在一实施方案中，例如，卷对卷处理包括纤网处理或卷盘对卷盘(reel-to-reel)处理。在一实施方案中，例如，系统是使用柔性塑料卷或金属箔卷制成的。
[0040] 在一方面，本发明是一种使用用于测量入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的监测系统的方法，所述方法包括：将监测系统安装在主体上，所述监测系统包括：衬底以及电子器件，所述电子器件由衬底支撑以接收入射电磁辐射并且生成表征入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的电子信号；其中，器件吸收的入射电磁辐射为对入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量的测量提供至少一部分电力；将监测系统的电子器件暴露于电磁辐射；以及测量电子信号。在一实施方案中，例如，入射电磁辐射是太阳辐射。在一实施方案中，例如，监测系统是设置在主体或物体上的可穿戴的或组织安装的系统。在一实施方案中，例如，监测系统设置在主体的皮肤、骨头或指甲上。
[0041] 在一方面，本发明提供一种用于测量环境参数的监测系统，所述监测系统包括：(i)衬底；以及(ii)电子器件，所述电子器件由衬底支撑；其中，电子器件吸收环境能量，其中，器件吸收的环境能量为对环境参数的测量提供至少一部分电力。在一实施方案中，例如，环境参数是热参数、光参数、电参数或机械参数。在一实施方案中，例如，环境参数是温度、应变、入射电磁辐射的辐射照射量或辐射通量。在一实施方案中，例如，环境参数是电磁辐射、电离辐射、热量、运动、应变、污染、颗粒浓度、湿度、压力、气体(比如挥发性有机化合物、VOC)的存在、运动(例如、加速和回转)、声音、磁力或上述各项的组合。在一实施方案中，例如，电子器件检测UV强度和/或剂量。在一实施方案中，例如，电子器件检测颜色。在一实施方案中，例如，电子器件包括加速度计、陀螺仪、光谱仪、压力传感器、气压计、应变传感器、湿度传感器、热传感器、辐射传感器、声音探测器、磁传感器或上述各项的组合。
[0042] 在一实施方案中，电子器件包括用于将环境能量转化成电流的换能器，例如，其中，换能器包括压电元件、热电元件或二极管。在一实施方案中，电子器件还包括储能装置，所述储能装置与换能器电气连通，其中，从换能器传输的电流储存在储能装置中。在一实施方案中，例如，储能装置的特征在于在给定的时间间隔——比如在依次的读出之间的时间间隔——内储存在储能装置中的总电荷的泄漏小于或等于5％。在一实施方案中，储能装置是电容器或超级电容器。在一实施方案中，电子器件还包括读出生成器，所述读出生成器用于生成与储存在储能装置中的能量的数量相对应的输出信号，例如，其中读出生成器是近场通信(NFC)芯片，并且/或者，其中输出信号是无线输出信号。
[0043] 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。
[0044] 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、趾甲、牙齿或耳垂。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。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 在一实施方案中，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电子设备接收或生成。在一实施方案中，例如，所述近场通信信号用于数据传输。
[0048] 在一方面，本发明提供一种监测用户的活动的方法，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；使用所述组织安装的电子系统感测组织特性；以及将表示组织特性的信号从所述组织安装的电子系统传递给外部设备。在一实施方案中，所述组织特性选自于由温度、运动、呼吸频率、心率或以上各项的组合组成的组中。在一实施方案中，监测用户的活动的方法还包括从所述信号获得瞬时热量输出、累积热量输出或以上二者。在一实施方案中，所述组织特性选自于由葡萄糖浓度、胰岛素浓度或以上各项的组合组成的组中。
[0049] 在一方面，本发明提供一种监测污染的方法，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；以及感测所述组织安装的电子系统上的粉尘颗粒。
[0050] 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
[0051] 图1：UVA和UVB对人体的影响的图示，地球上UV光谱分布的强度的图表以及与UVA和UVB的波长和百分比有关的信息。
[0052] 图2：采用NFC芯片的单通道放射量计的示意图示，NFC芯片具有单个外部(ADC)输入通道以及带有内部模拟数字转换器(ADC)的内部温度传感器。其他部件包括线圈天线、电容器以及单个LED，所述线圈天线具有与启用NFC的器件相兼容的谐振频率，所述电容器用作通常在微法级到毫法级的范围内(取决于所需的器件灵敏度)的储能装置，所述单个LED具有在UV范围内的光子吸收谱并且用作光电探测器。
[0053] 图3：采用NFC芯片的双通道放射量计的示意图示，NFC芯片具有带有内部模拟数字转换器(ADC)的内部温度传感器、一个I/O端口和两个外部(ADC)输入通道。其他部件包括线圈天线、两个电容器、两个LED以及多用MOSFET晶体管，所述线圈天线具有与启用NFC的器件相兼容的谐振频率，所述两个电容器中的每个用作用于每个ADC通道的通常在微法级到毫法级的范围内(取决于所需的器件灵敏度)的独立的储能装置，所述两个LED(每个ADC通道一个)具有用作光电探测器的在UV范围内的光子吸收谱，所述多用MOSFET晶体管用作复位开关触发器。
[0054] 图4：采用NFC芯片的三通道放射量计的示意图示，NFC芯片具有带有内部模拟数字转换器(ADC)的内部温度传感器、一个I/O端口和三个外部(ADC)输入通道。其他部件包括线圈天线、三个电容器、三个LED以及多用MOSFET晶体管，所述线圈天线具有与启用NFC的器件相兼容的谐振频率，所述三个电容器中的每个用作用于每个ADC通道的通常在微法级到毫法级的范围内(取决于所需的器件灵敏度)的独立的储能装置，所述三个LED(每个ADC通道一个)具有在UV范围内的光子吸收谱并且用作光电探测器，或可替代地在UV范围内代替LED的光电探测器(根据所需灵敏度LED或PD可以互换)，所述多用MOSFET晶体管用作复位开关触发器。
[0055] 图5：NFC芯片布局示意图和SL13A NFC芯片的图示，所述芯片用于可与如图2所示的单个NFC放射量计设计兼容的一些NFC放射量计设计。内部温度传感器和/或外部ADC输入信号使用单个ADC通道，模拟前端(AFE)与用于供电和通信的天线一起使用。串行外设接口(SPI)的特征包括电源管理、时钟、存储器、能量采集器电池连接。
[0056] 图6：用于RF430FRL152H NFC芯片的NFC芯片布局的示意图。可与具有复位特点的单通道、双通道和三通道NFC放射量计设计相兼容。包括三个外部ADC通道和由内部温度传感器使用的内部ADC通道。AFE与用于供电和通信的天线一起使用。SPI的特点包括电源管理、能量采集器电池连接、7个I/O端口、时钟、存储器和CPU。
[0058] 图8：用于单通道ADC UV放射量计NFC器件的示意性电路布局设计。
[0059] 图9：A)具有不同功能的三个单独的UV放射量计的设计和示意图。B)在附接部件之前的大规模制造的所有三种设计的电路。
[0060] 图10：在面板生产模式和轧辊生产模式二者下的UV放射量计器件的制造工艺流程。如果有必要，则通过背面研磨工艺使NFC晶片变薄，然后切割成单独的芯片或WL-CSP。电路通过增材工艺或回蚀刻制造工艺而制备有电介质层和铜金属。利用与各向异性导电浆料(ACP)杂化材料倒装接合和/或与WL-CSP焊接将芯片附接到制备的柔性电路。接下来附接额外的SMT/SMD部件。然后将完成的电路包封、从面板/轧辊切割下来，包装起来并应用粘附剂。
[0061] 图11：用于单ADC UV放射量计设计的各个部件。
[0062] 图12：用于双通道和三通道ADC UV放射量计器件的部件的示例。
[0063] 图13：不同形式和实施方案中的功能性UV放射量计器件。
[0065] 图15：无额外包装的UV指甲放射量计器件和安装在皮肤上的UV放射量计NFC器件的示例，该示例证实小型化的实施方案的可共形性。
[0066] 图16：由商业EQE外部量子效率测量设备获得的具有所说明的发射波长的各种UV LED的光谱吸收响应。测量结果表明这里测试的所有LED都适合在UVA范围内用作低成本光电探测器。
[0067] 图17：随UVA辐射而变化的单通道UVA放射量计器件中的电容器的电荷值的图表。使用商用太阳模拟器作为UV光源进行试验。使用认证的UV测量装置测量UVA水平。从Fitzpatrick,T.B.(1988)Arch.Dermatol.124(6)获得MED值。(参照图20)通过无线的方式获得NFC放射量计的读数。
[0068] 图18：UV放射量计的实验结果被无线读取。在电压损失＜15mV的情况下，在25分钟内得到1542个读数。这一结果表明，无线读取相关UV剂量的电压对与因数据采集导致的放电有关的总体精度的影响最小。在25分钟读取1542次之后，电荷损失率小于5％。
[0069] 图19：示出电容器电压、UV照射时间与泄漏之间的关系的SPICE(集成电路模拟的仿真程序)仿真。
[0070] 图20：根据太阳模拟器校准的最小红斑剂量(MED)用于校准UV放射量计NFC器件。从Fitzpatrick,T.B.(1988)Arch.Dermatol.124(6)获得MED值。
[0071] 图21：单ADC器件所需的校准和调整以纳入UVB和UVA值。
[0072] 图22：对用UV放射量计NFC器件测量瞬时UV的两种主要的UV器件的比较。
[0073] 图23：根据针对UV剂量的NFC电压响应对UV放射量计器件的实验校准。随着多个通道之一上的UVA辐射而变化的双通道放射量计器件中的一个通道中的电容器的电荷值的图表。使用商用太阳模拟器作为UVA光源进行试验。使用认证的UV测量装置测量UVA水平。从Fitzpatrick,T.B.(1988)Arch.Dermatol.124(6)获得MED值。(参照图20)。通过无线的方式获得NFC放射量计的读数。
[0074] 图24：用于通过接口连接UV放射量计NFC器件编写的自定义GUI应用的屏幕截图。
[0075] 图25：UVB放射量计NFC器件的实验测试与校准。
[0076] 图26：与使用14mF电容器的图25进行比较的、值为330μF的电容器的充电次数的实验测试。在这两种情况下，电荷由相同的UVB LED/PD供应，该UVB LED/PD由UVB光源以0.5W/m2的光强度进行照明。
[0077] 图27：与利用NFC的数字UV放射量计相结合的比色安装(Colorimetric mounted)的UV传感器。
[0078] 图28：功能性增加的UV NFC放射量计软件GUI。
[0079] 图29：与TI商用NFC应用程序相比较的UV NFC放射量计应用程序的屏幕截图。
[0080] 图30：可以用作传感器的UVB LED的示例。
[0081] 图31：使用所示电路的实验结果及对应的等效仿真的图表。实验结果是通过使用太阳模拟器和NFC UV放射量计器件的单个通道获得的。
[0082] 图32：利用相关的UV放射量计NFC器件得到的累积的UVA和UVB响应的模型及对应证据。
[0083] 图33：用于NFC UV放射量计器件的SPICE仿真相对于实验结果及对应模型。实验结果是通过使用具有11mF的超级电容器和作为光电探测器的UV LED的单通道UV放射量计器件来实现的。
[0084] 图34：用于UV放射量计UV强度测量的瞬时剂量模型和方程。
[0085] 图35：使用所说明的UVB光电传感器的UVB校准。
[0086] 图36：各种日常户外活动中的实验程序和校准结果。
[0087] 图37：用于临床和医院应用的UV NFC放射量计器件的示例。
[0088] 图38：医院中用于婴儿的胆红素光治疗的光辐射感测的示例。
[0089] 图39：组织和指甲上的脉搏血氧仪器件。
[0091] 图41：无电池的、小型化的血氧测量器件的示意图。
[0092] 图42：(A)血氧测量器件的图片。(B)示出可操作的红色LED和IR LED。(C)组织安装的血氧测量器件的图片，其中小图示意性地示出红色LED和IR LED的放置。(D)切换红色LED和IR LED的图形示意图，示出使用单个光电探测器可以捕捉到红色光和IR的反向散射振幅。
[0093] 图43：用于评估周围血管疾病的静脉闭塞技术。当通过将血压袖带充气到约50毫米汞柱的压力而将静脉闭塞施加到上臂或者腿部时，这会导致(动脉)血液流入但不会流出。所观察到的血量的增加等于流入下肢的血液，并且利用NIRS通过监测闭塞之后tHb信号的增加可以测量该血量的增加。
[0095] 图45：示出(A)微控制器输出、(B)LED电流以及(C)红色LED和IR LED的原始电压相对于时间变化的曲线图。
[0096] 图46：示出屏气测试的SPO2的测量结果的曲线图。(A)红色LED和IR LED的原始电压随时间变化的曲线图，(B)提取的Vhigh和Vlow电压(0.5-3Hz带通滤光)，(C)相对变化(滤过的V/Vmean)，(D)R系数(红色光/IR)相对于时间的关系，以及(E)SpO2(SpO2％＝A–B*R，SPO2值减小时R值增大)相对于时间的关系。
[0097] 图47：示出胆红素的UV光谱和黄疸仪在正常皮肤和黄疸皮肤上的操作的示意图，其中强度用曲线的数目表示。胆红素浓度通过比较蓝光和绿光的反射强度计算得出。
[0098] 图48：示出胆红素传感器的几何结构的示意图：(A)俯视图，(B)截面图。短路径反射可以检测表皮和真皮的颜色。长路径反射可以检测来自皮下组织的信息。为了检查短路径反射和长路径反射二者，将多个LED安装成与光电探测器(PD)相距不同的距离。
[0099] 图49：(A)来自手指上的胆红素传感器的信号相对于时间的曲线图，以及(B)信号相对于PD-LED距离的曲线图。在不同的光色和光极间(interoptode)距离下测量对应于反射率的不同电压值。
[0100] 图50：在特定时期内的UV-A照射量的测量值(A)，具有峰值波长为365nm的1.4mW/cm2光源(B)。电压相对于时间的曲线图(C)示出电压值与UV照射的量相对应。
[0102] 图52：在图51的测试期间的累积UV照射量的曲线图。(A)电压相对于时间。(B)UV照射量相对于时间。累积UV-A照射量取决于安装位置。例如，在早晨“东边”比“西边”具有更多的UV-A，在下午“东边”比“西边”具有更少的UV-A。
[0103] 图53：根据时间对UV指数的分析。(A)电压相对于时间。(B)UV照射量相对于时间。根据时间的UV-A照射量示出与UV指数类似的趋势。
[0104] 图54：使用尺寸为(长×宽×高：3.5mm×2.8mm×1.8mm)的UV-B LED来测量在峰值波长为300nm的0.8mW/cm2光源下的随时间变化的UV-B照射量(A)。电压值随着UV-B照射量而增加，如图(B)所示。
[0105] 图55：(A)具有UV-A和UV-B检测能力的传感器的示意图。(B)电压相对于时间的曲线。
[0106] 图56：(A)用于在治疗前测量强度的商用胆红素光传感器的示意图，(B)具有两个根据本发明实施方案的皮肤安装的无线胆红素光传感器的婴儿的示意图，所述皮肤安装的无线胆红素光传感器位于该婴儿的腹部，以及(C)皮肤安装的无线胆红素光传感器的部件的截面图的示意图，所述传感器在治疗期间实时地追踪照射量。
[0107] 图57：(A)胆红素光传感器的图片，以及(B)量子效率(EQE)和胆红素吸光度相对于波长的曲线图，其示出传感器的灵敏度适于胆红素光检测。
[0108] 图58：(A)具有安装在其身体不同部位的多个胆红素光传感器的玩偶的图片，(B)胆红素光传感器的图片，以及(C)能量相对于照射时间的曲线图，其示出取决于安装位置的传感器读数之间的变化性。
[0109] 图59：(A)粉尘传感器的示意图，和(B)用于对累计的粉尘进行比色感测的粉尘传感器的结构的示意图。A部分允许颗粒穿过，而B部分不允许颗粒穿过。测量A部分下面的黑色粘性表面与B部分下面的黑色粘性表面之间的色差允许对粉尘进行定性和/或定量测定。
[0110] 图60：无源粉尘传感器的显微图像：(A)受控，(B)持续10分钟的高粉尘空气(2L/min，约650μg/m3)以及(C)持续2分钟的可见粉尘环境。
[0111] 图61：示出在检测衬底上是否存在粉尘之前擦拭传感器表面的效果的显微图像。
[0112] 图62：用于光学粉尘传感器的可拉伸设计，包括黑光通道以及用于LED和光电探测器的距离可调垫。
[0113] 图63：示出光学粉尘探测器工作原理的示意图。
[0114] 图64：光学粉尘传感器初级试验的照片。
[0115] 图65：(A)包括IR LED和IR光电探测器的粉尘传感器的照片。(B)电压相对于时间的曲线图，其中，箭头表示测试人员将手指放在以虚线圆标记的传感器的区域上。
具体实施方式
[0116] 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。
[0117] “环境参数”是指监测系统所经历的状况、状态或特性，比如环境状况、状态或特性。在一实施方案中，例如，环境参数能够被检测、被监测和/或转换成电信号。示例性环境参数包括但不限于入射电磁辐射、核辐射、温度、入射电离辐射、热量、运动(例如，加速度)、应变、污染(气体、液体和颗粒)、声音(声波)和磁力。
[0118] 如本文使用的，术语“测量”指的是生成表示环境参数的信号。“读出”是指传递或传输所测量的信号或由所测量的信号导出的信号，例如传递或传输到外部设备诸如计算机或移动设备。在本发明的一实施方案中，监测系统的测量和读出功能是独立供电的。
[0119] 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)。
[0120] 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、骨骼或耳垂。
[0121] “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。
[0122] “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。
[0123] “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。
[0124] “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。
[0125] 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。
[0126] “部件”用来广泛地指代器件的个体部件。
[0127] “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。
[0128] “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。
[0129] 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。
[0130] “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。
[0131] “电介质”指非导电材料或绝缘材料。
[0132] “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，或基本上由单个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。
[0133] “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。
[0134] “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、趾甲、皮肤、牙齿或耳垂的轮廓。
[0135] “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。
[0137]
[0138] 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：
[0139]
[0140] 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。
[0141] “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。
[0142] “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。
[0143] “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。
[0144] 实施例1：用于UV感测的组织安装的NFC器件
[0145] 本发明提供了例如小型组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供用于UV照射监测的平台。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，NFC技术为个人用户、皮肤病学家、农民、研究人员和/或商人提供了测量UV照射时间和剂量的方法。本实施例的NFC器件放置在皮肤、指甲、植物茎和/或叶子中任一者上。这些器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。
[0146] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的一些变体具有存储对于每个单独器件所特有的加密标识号的专用芯片。此外，该芯片可具有不断变化的特定动作的安全码。在一些实施方案中，加密的器件号有助于使数字信息保持私密。
[0147] 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计算机或移动应用配合工作。在一些实施方案中，如果将器件从组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0148] 实施例2：暴露于UV光疗中的皮肤或假体安装的传感器
[0149] 皮肤或甲体板安装的薄的小型UV辐射传感器持续监测UV和/或低范围可见辐射的照射量。应用包括当患者在治疗皮肤病如银屑病、白癜风、硬皮病、硬斑病以及皮肤的移植物抗宿主病(GVHD)中接受各种其他光疗时在胆红素光下的总剂量。
[0150] 实施例3：皮肤或指甲上的脉搏血氧仪
[0151] 当前的血氧仪装置是笨重的、往往结合有线缆的装置。这使得这种装置难以长期穿戴，也使得难以进行持续的监测。此外，由于较高的质量和所附接的线缆，运动伪影被引入到信号中，这对装置的精度是不利的。
[0152] 本申请的可穿戴的无电池器件有利于解决这两个问题。它们通过小型化和超低模量提高可穿戴性，并通过直接结合在皮肤或指甲上而使运动伪影减少。示例性器件例如在图39至图46中示出。
[0153] 器件的工作原理依赖于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在红外(IR)光和红光波长下的吸收差异，所述蛋白质输送氧到全身。氧合血红蛋白吸收较多的红光和较少的红外光，而脱氧血红蛋白吸收较多的红外光和较少的红光。
[0154] 在一些实施方案中，器件具有小型发光二极管(LED)的形式的IR光源和红光光源，所述光源将光发射到指甲或皮肤内。然后光线通过周围的组织反射回探测器，所述探测器定位为距离LED大约2毫米。在光线行进通过组织时，光强度由于脉动作用下对IR和红光的不利吸收而衰减，从而导致允许计算心率以及外周毛细血管血氧饱和度(SpO2)的明显信号。
[0155] 实施例4：胆红素传感器
[0156] 婴儿出现黄疸是因为婴儿血液中含有过量的胆红素，即红血细胞的黄色色素。新生儿由于血红细胞具有更高的代谢回转并且肝脏正在发育而出现比成年人更多的胆红素，在某些个体中，正在发育的肝脏可能无法从血液中清除足够的胆红素。
[0157] 商用胆红素传感器装置需要电源或有线连接，并且不能持续监测胆红素水平。本申请的可穿戴的无电池器件可以舒适地安装在皮肤上，并实时地持续监测胆红素水平。示例性器件示出在例如图47至图49以及图56至图58中。
[0158] 器件的工作原理依赖于皮肤在绿光和蓝光下的吸收差异。因为人们具有不同的肤色，所以必须考虑肤色变化的影响。该器件包括接近于探测器定位以探测短反射路径的一组绿色和蓝色LED以及以更远的距离定位以探测长反射路径的另一组LED。由表皮反射的短路径反射能够估计皮肤颜色，长路径反射评估胆红素水平。
[0159] 实施例5：UV传感器
[0160] UV辐射对人体的影响已被确立多年。推动提高公众对UV照射的积极影响(精神健康、维生素D合成)和消极影响(红斑、白内障、黑色素瘤、抑制免疫系统)二者的认知需要持续不断的努力。通过为个体提供确定他们的UV照射量的方便方法，可以提高认知。
[0161] 本申请的可穿戴的无电池低成本的UV传感器器件可安装在皮肤上，并根据需要通过实时UV测量监测个体的UV照射量。示例性器件例如在图50至图55中示出。
[0162] 这种器件通过使用由UV探测器产生的光电流为超级电容器充电来工作。然后，NFC可以对信息进行分析并将其传送给读取器，诸如智能手机、平板电脑等。当器件暴露在UV光下时，NFC系统读数允许对与UV剂量相对应的累积电荷的评估。
[0163] 实施例6：胆红素光传感器
[0164] 未治疗的严重黄疸可导致耳聋、脑瘫或其他形式的脑损伤。婴儿黄疸的治疗通常是不必要的，并且需要治疗的大多数病例对非侵入性治疗反应良好。光疗法是指利用光将体内的胆红素分子转化为能够被身体排出的水溶性异构体。
[0165] 电流装置仅在治疗前检查胆红素光强度并且不能在治疗过程中追踪照射强度。本申请的可穿戴的无线传感器可以安装在皮肤上，并实时测量正好对皮肤造成影响的位置处的照射能量。示例性器件例如在图47至图49以及图56至图58中示出。
[0166] 器件具有胆红素光探测器、超级电容器和NFC，它们类似于示例5的UV传感器并同时测量不同位置的胆红素光强度，这可以提供表示胆红素光照射量的空间数据或时空数据。
[0167] 实施例7：颗粒污染感测
[0168] 用于测量空气质量的当前装置非常笨重，并且通常不便于携带。然而，随着城市的迅速发展，空气污染成为越来越重要的话题。尤其令人感兴趣的是不仅在拥挤的城市而且在工地——比如建筑工地和采矿工地——处的粉尘浓度或颗粒污染物浓度。
[0169] 本申请的器件是一种体佩式传感器系统，该系统包括基于被动图像分析的系统和实时分析单元。被动式传感器依赖于由原发粘性硅树脂层制作的限定表面，该限定表面覆盖有使得下面的粘性表面露出的、具有亚毫米级直径的限定孔的穿孔环氧树脂层。在多尘的环境中，该表面会被只能永久粘在暴露的粘性层上的灰尘覆盖，这将会慢慢堆积灰尘。通过擦拭传感器表面，多余灰尘将会从不粘附的表面去除，暴露出主要为白色的颗粒和穿过透明环氧树脂层可见的纯黑色粘性层之间的差别。通过使用智能手机摄像头拍摄图像，可以利用后期图像处理来估计累积的接尘量。
[0170] 实时测量利用通过对具有LED的通道进行照明而实现的在粒子上的光散射和光反射，该通道间接地连接到具有探测器的辅助光隔离通道。探测器只在粒子被引入到将光反射或散射进入辅助通道的主通道中时才能够记录到光。通过测量光强度，可以计算出当前的接尘量。示例性器件例如在图59至图65中示出。
[0171] 实施例8-用于污染监测的组织安装的NFC器件
[0172] 本发明提供了例如小型组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供了用于污染监测的独特服务平台。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技术为个人用户、气象学家、医生、环保人士、农民、研究人员和/或商人提供了测量大气中污染物的方法。所发明的这方面的NFC器件被放置在指甲、组织、植物茎和/或叶上。所发明的器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。电化学传感器能够检测一氧化碳、二氧化硫、氯氟化碳和氮氧化物的水平。
[0173] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的一些变体具有存储对于每个单独器件所特有的加密标识号的专用芯片。此外，该芯片可具有不断变化的特定动作的安全码。在一些实施方案中，加密的器件号有助于使数字信息保持私密。
[0174] 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计算机或移动应用配合工作。在一些实施方案中，如果将器件从组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0175] 实施例9–用于糖尿病的指甲和趾甲安装的NFC器件
[0176] 本发明提供了例如组织安装的近场通信(NFC)器件，其为诊断患有糖尿病的患者提供了独特的服务平台。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技术用作糖尿病辅助装置的数字替代品。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。读取器包括但不限于智能手机、手持电子设备和/或计算机。这方面的指甲安装的或组织安装的器件为糖尿病患者提供了测量温度、pH值、葡萄糖、胰岛素水平、脉搏血氧饱和度、心率、呼吸频率、血压、ECG、EOG、EEG和EMG的额外的生物感测模式。
[0177] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的系统具有存储对于每个单独器件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。加密的器件号和安全码有助于使患者医疗信息保持私密。
[0178] 糖尿病患者和医生能够无线监测重要的生命体征和症状。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计算机和专门开发用于医疗监测的移动应用配合工作。在一些实施方案中，如果将所发明的器件从甲体或组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0179] 实施例10–用于数字健康监测的指甲和趾甲安装的NFC器件
[0180] 本发明提供了例如指甲安装的近场通信(NFC)器件，其提供了用于数字健康监测的独特解决方案。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一些实施方案中，内置的NFC技术用作物理健康监测的数字替代品。这方面的指甲安装的或组织安装的器件能够与使用NFC天线的访问点读取器无线通信。这方面的指甲安装的或组织安装的器件为用户提供了测量温度、pH值、葡萄糖、脉搏血氧饱和度、心率、呼吸频率、血压、ECG、EOG、EEG和EMG的生物感测模式。
[0181] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的系统具有存储对于每个单独器件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。加密的器件号有助于使患者医疗信息保持私密。
[0182] 个人用户不再会面临将其医疗信息暴露给未经授权的第三方或旁观者的风险。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开发用于移动健康监测的移动电话应用配合工作。在一些实施方案中，如果将所发明的器件从甲体或组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0183] 实施例11–用于假体温度监测的间接的组织安装的NFC器件的应用
[0184] 本发明提供了例如小型近场通信(NFC)器件，其提供了用于假体温度监测的独特解决方案。材料、设计和电路整合使生物相容的NFC技术成为可能。在一些实施方案中，内置的NFC技术用作具有铜引线的温度感测电极的数字替代品。所发明的这方面的NFC器件作为放置在假肢的内表面上的集成温度传感器。所发明的这方面的器件能够与使用NFC天线的智能手机读取器无线通信。
[0185] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明具有存储对于每个单独器件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。加密的器件号有助于使患者医疗信息保持私密。个体患者、医院工作人员和保险提供者是唯一有权访问医疗信息的用户。
[0186] 个人用户不再会面临将其姓名或医疗信息暴露给第三方或旁观者的风险。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计算机或专门开发用于认证目的的移动应用配合工作。在一些实施方案中，如果将所发明的器件从甲体或组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0187] 实施例12-用于UV感测的组织安装的NFC器件
[0188] 本发明提供了例如小型组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供了用于UV照射监测的独特服务平台。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技术为个人用户、皮肤病学家、农民、研究人员和/或商人提供了测量UV照射时间和剂量的方法。所发明的这方面的NFC器件被放置在指甲、组织、植物茎和/或叶上。所发明的器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。
[0189] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的一些变体具有存储对于每个单独器件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。在一些实施方案中，加密的器件号有助于使数字信息保持私密。
[0190] 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计算机或移动应用配合工作。在一些实施方案中，如果将所发明的器件从组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0191] 实施例13——用于活动监测的组织安装的NFC器件
[0192] 本发明提供了例如小型组织安装的近场通信(NFC)器件，其提供了用于活动监测的独特服务平台。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技术为个人用户、医生、研究人员和/或私人教练提供测量用户的瞬时和/或累积活动水平(例如，瞬时或累积的热量消耗)的方法。所发明的这方面的NFC器件可包含运动传感器，比如加速度计或陀螺仪，并且它们通常被放置在指甲、组织和/或安装平台(例如，衣服或珠宝)上。所发明的器件能够与使用NFC天线的读取器无线通信。
[0193] 在一些实施方案中，出于隐私方面的原因，本发明的一些变体具有存储对于每个单独器件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。在一些实施方案中，加密的器件号有助于使数字信息保持私密。
[0194] 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计算机或移动应用配合工作。在一些实施方案中，如果将所发明的器件从组织中去除，则该器件就永久不可用，并且所有私密信息都被销毁。
[0195] 关于纳入参考文献和变体的声明
[0196] 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。
[0197] 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。
[0198] 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更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。
[0199] 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。
[0200] 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。
[0201] 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。
[0202] 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。
[0203] 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。
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