[发明专利]通过可穿戴的比色法感测空中悬浮微粒污染的标记

说明书

一种可穿戴的污染物指示剂及其制造和使用方法。该指示剂包括具有第一侧面和第二侧面的聚合物薄膜基材、设置在该基材的第一侧面上的粘合剂以及设置在该基材的第二侧面上的易于理解的用户界面，其中该用户界面包含定性指示剂，该定性指示剂指示通过其中的过渡金属氧化物的反应感测到的对入射空中悬浮微粒污染的累积暴露量。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月17日提交的美国临时申请第62/546,860号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

引用并入

本文引用的所有专利、专利申请和出版物在此通过引用整体并入文本，以便更全面地描述本领域技术人员在本文描述的本发明之日起已知的现有技术水平。

技术领域

本文描述了用于指示空中悬浮微粒污染存在的可穿戴的比色指示剂。特别地，本发明涉及能够向其佩戴者提供累积剂量信息的定性比色剂量响应性空中悬浮微粒污染指示剂。

背景技术

需要简单、易理解且成本低的可穿戴的空中悬浮微粒污染传感器，其可以通知用户其累积暴露量，而无需使用其他电子设备。此类设备的目的为开展大气微粒暴露意识教育，以减轻皮肤病学效应和肺部系统暴露。已经尝试商业化钥匙链或皮带佩带的电子设备，该电子设备通知用户其瞬时暴露于PM2.5空中悬浮微粒物质，能够基于时间的集成以提供累积暴露数据。参见例如https://www.tzoa.com/products/和http://www.dailycal.org/2014/11/24/uc-berkeley-undergrads-developing-wearable-air-pollution-monitor/。

此类设备基于微粒的光散射，并被设计成经由蓝牙通信向智能手机应用报告。由于较为繁琐，因此其并未取得很大的成功。

发明内容

本发明提供了一种简单的二维日常使用的比色贴花(applique)，其具有方便、潜在的低成本以及最终的简单性的所需优点。

该设备为无电子的皮肤可穿戴贴花，其结合了在一些情况下类似于临时纹身的工艺品(artwork)。图形为向用户解释传感器数据提供了易于理解的界面。将工艺品应用至基材薄膜上，使其与皮肤隔离，该工艺品提供了贴花或贴纸(sticker)的形状因子。该设备可以通知用户其对大气微粒的累积暴露，并可以用作与存在的微粒相关的其他形式的大气污染的标记。尽管可以通过借助智能手机或其他设备的相机通过配套应用读取其颜色变化来提供更具体的信息，但是可以用肉眼读取由该设备提供的微粒污染暴露的定性指导。油墨化学与空中悬浮微粒有关，这些空中悬浮微粒在很大程度上由燃烧或其他类型高温过程的无机物构成。这些无机物通常含有金属氧化物，该金属氧化物可用作空中悬浮微粒污染(诸如聚芳烃)携带或与之一起存在的其他无机物和此类有机物的标记。

本文描述了油墨化学物质，其利用多价过渡金属氧化物的反应性产生本文公开的指示剂中所利用的比色传感。关键的挑战为，空中悬浮微粒可能以非常低的水平(如果不是ppb，则为ppm)存在，因此，在缺少涉及存在的物质的催化(或放大)机制的情况下，很难获得肉眼可见的颜色变化。根据某些方面，衍生自存在的氧化物的多价过渡金属离子参与设计用于放大其效果的均相催化循环。化学物质产生离子循环，该离子循环使金属氧化物循环通过不同氧化态，同时产生催化剂反应产物，该催化剂反应产物产生视觉上可检测的指示剂，或可使用其他监测方法(例如，紫外线照射、电化学监测等)检测的指示剂。

在本发明的一方面，在与溶解的入射多价过渡金属氧化物材料的量成比例的速率下，通过具有高氧化电位的过化合物(per-compound)的近似线性催化分解产生比色信号。通过单一或多种氧化还原指示剂染料产生肉眼可见的颜色变化，该染料随着过化合物分解而改变颜色。颜色变化的终点可通过最初存在的过化合物的量来控制。