传感器制造技术

提供一种被布置成将电磁辐射耦合进入或离开生物材料的设备。该设备包括第一元材料，该第一元材料包括：具有不大于电磁辐射的第一波长的厚度的基底组件；以及被该基底组件支撑的多个元件，其中每个元件具有不大于该电磁辐射的第一波长的第一维度且该多个元件中的至少两个元件是不等同的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】领域本公开涉及被布置成将电磁辐射耦合到生物材料之中或之外、改善电磁辐射到生物样本之中或之外的耦合、或增加电磁辐射到生物样本之中或之外的耦合的设备、结构、介质、涂覆或层。具体而言，本公开涉及被布置成减少反射的设备、结构、介质、涂覆或层。更具体而言，本公开涉及抗反射结构、抗反射层和抗反射涂覆。进一步具体地，本公开涉及元表面(metasurface)。背景用于分析生物物质的最常用方法包括酸性、过氧化物指数、UV光谱分析法、薄层层析法、气体层析法、高性能液体层析法、Raman光谱分析法、以及UV光谱分析法。这些工序的缺点在于：它们通常需要通过耗力且耗时的工序来隔离并分析存在的组分。以下将是有利的：实现通过极少处理或不处理样本载荷产生类似于或优于已确立工序所获得的那些结果的结果的新技术。而且，这些方法对于表征生物物质的内层(诸如在动物身体内部的血流的组分)不能良好工作。皮肤、脂肪和肌肉层将血液与外部信号屏蔽开来，从而使其表征极度困难且易于出错。在生物物质处于人工容器(瓶子或不透明塑料盒)内部时面临同样问题，因为这些基于光的方法不提供对容器内部的穿透。用于表征物质(不仅是生物物质)的一种不同方法是电介质频谱分析法，其利用微波或无线电波来表征样本。在这种方法中，无线电波信号(通常是从天线生成的)被对着被测样本(SUT)发射，且反射及透射的信号被记录，从而带来对样本的电磁属性(例如，其诱电率(permittivity)和导磁率(permeability))的估计，其随后可被转换为样本的材料特性(例如，水中的糖或盐的百分比、或奶中的细菌的浓度)。表征生物物质在特定部分中是及其有利的：人类血液中的葡萄糖浓度(对于糖尿病人)。糖尿病是一种特征为血液中的高葡萄糖水平的疾病(多糖症)。它是世界范围内是第5常见的死亡诱因，其具有8.3％的全球发病率且3亿7千万人受影响，预计到2030年，人数将上升至5亿5千万。糖尿病及其相关联的并发症的成本极为巨大，在2012年估计在欧盟每年为1300亿美元，在美国为2450亿美元(从2007年的1740亿美元开始上升)。长期无法控制的糖尿病的负担是显著的，因为其可能导致各种伴随的并发症，包括：血管损伤、心血管疾病、肾衰竭、精神病(神经损伤)和糖尿病性视网膜病变。随着这些并发症的出现，治疗它们变得越来越昂贵。对糖尿病而言没有已知的治愈法：仅能控制病情。糖尿病控制主要关注使用血糖仪对血液葡萄糖水平的精确测量，从而允许通过注射正确剂量的胰岛素(I型病人)或者服用口服糖尿病药物(II型)来更紧密地控制血液葡萄糖水平。精确且及时地监视血糖水平因此是绝对关键的。存在与糖尿病的管理和监视相关联的昂贵成本，且在欧盟，糖尿病占据了总医疗预算的10％。对于管理诸如糖尿病等慢性病情，这证明是一种极度昂贵的方法。在诊断早期阶段良好地管理糖尿病有助于预防后期更昂贵的并发症。更好的葡萄糖控制和管理是政府着手减少来自不受控糖尿病的住院数量的举措的一部分。因此，对医疗提供者而言改善监视粘合度和精确度并从而防止与糖尿病相关联的财务负担的逐渐增加有巨大的成本效益。非侵入式葡萄糖监视系统将具有显著的医疗影响。首先，这将消除从用户抽血来获取葡萄糖读数的需要。这进而消除了与刺破手指相关联的疼痛、对昂贵的分离(strip)的需要、卫生和感染问题和污染葡萄糖监视器从而导致可能致命的不正确读数的风险。其次，它可提供对医疗系统当前没有完全支持的那些糖尿病人(即，2型糖尿病人和前期糖尿病人)的频繁监视的途径。最后，这种系统对于依赖于胰岛素泵来经由自动调整泵的内置反馈功能来控制其药物治疗的病人是理想的。许多非侵入式生物医学应用基于穿过生物物质(包括人体)的电磁辐射的互动和传播。然而，标识了基础挑战，其来自微波场的基本性质和其与活体组织的互动。皮肤阻挡并反射入射的无线电波，这归因于相较于空气而言组织的高相对介电性和传导性值。在电磁方面，造成了阻抗失配。这种阻抗失配导致透射能量的降级和所应用的技术的降低的精确度。这可能是用于医疗目的的无线电波传播中的最关键的问题。这个问题在主要医疗应用中导致不同限制：例如，在微波成像技术和血液葡萄糖监视中，解析度和精确度恶化，而在高热症治疗中，需要可能有害的能量的更高的量。如果解决了这种阻抗失配问题，则通过允许消耗更少功率并占据更少空间的更精确设备，其将对无线电波的医疗应用具有重大影响。最近，已经在该领域中做出了改进，且专利技术人自己早先的专利申请GB2500719公开了一种被布置成使用元材料(metamaterial)来改善电磁辐射到目标中的耦合的设备。元材料是可实现不会自然出现的电磁属性的人造材料，诸如负折射率或电磁隐身。尽管原材料的理论特性在1960年代被首次描述，然而在过去的10-15年间在这种材料的设计、工程化和制造方面出现了重大进展。元材料通常由大量晶胞(unitcell)，即多个个体元件(有时称为“元-原子”)，组成，每个个体元件具有比工作波长更小(通常小得多)的尺寸。可以说，每个元件具有至少一个“亚波长”维度。这些晶胞是从诸如金属、塑料和电介质等传统材料通过显微镜构建的。然而，其精确形状、几何、尺寸、朝向、和布置可在宏观上以非传统方式影响辐射，诸如造成宏观介电性和导磁性的共振或非常规值。可用元材料的一些示例是负折射率元材料、手征性元材料、等离子元材料、光子元材料等。由于其亚波长性质，在微波频率工作的元材料具有几毫米的典型晶胞尺寸，而在频谱的可见部分工作的元材料具有几纳米的典型晶胞尺寸。元材料可强烈吸收特定窄频率范围的辐射。对于传统材料，诸如导磁率和诱电率等电磁参数从构成材料的原子或分子对被穿过的电磁波的响应中产生。在元材料的情况下，这些电磁属性不在原子或分子级别被确定。相反，这些属性是通过更小对象(诸如构成元材料的传导组分或元件)的集合的选择和配置来确定的。尽管这些对象集合及其结构不像传统材料那样“看向”原子级别，然而元材料可被设计成使得电磁波将像正穿过传统材料那样穿过。而且，因为元材料的属性可从这些小对象的成分和结构确定，所以元材料的电磁属性(诸如诱电率和导磁率)可在极小量级上精确微调。GB2500719公开了对包括周期性晶胞阵列的元材料的使用。值得注意，晶胞是规则的且阵列是规则的。本公开阐述了专利技术人所做的进一步的改进。概述本公开的各方面在所附独立权利要求中限定。概括而言，提供了一种用于将电磁辐射耦合到生物材料之中或之外的设备。该设备包括元材料，其中元原子元件中的至少两个是不同。具体而言，元材料元件的尺寸和/或形状不同。任选地，元材料元件中的至少一些是非对称的或仅包括一个对称轴。任选地，元材料元件阵列是不规则的。组分元件的维度针对该应用被优化。还提供了包括两个耦合设备的传感器。元材料的元件被布置成影响电磁辐射的振幅和/或相位。根据本公开的元材料的元件不被设计成提供大量能量存储。通过微调组分元件的尺寸、形状、维度和定位，可减少反射性。反射性可由诸如皮肤或瓶子等包含组件引起。可对电磁辐射施加其它影响，诸如波聚焦。附图简述现在参照附图详细描述本公开的实施例，在附图中：图1是具有周期性图案的元表面；图2是具有非周期性图案的元表面；图3示出周期性构造的多个元表面层；图4示出非周期性构造的多个元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被布置成将电磁辐射耦合进入或离开生物材料的设备，所述设备包括第一元材料，所述第一元材料包括：基底组件，所述基底组件具有不大于所述电磁辐射的第一波长的厚度；以及由所述基底组件支撑的多个元件，其中每个元件具有不大于所述电磁辐射的第一波长的第一维度，且所述多个元件中的至少两个元件是不等同的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 GB 1403389.81.一种被布置成将电磁辐射耦合进入或离开生物材料的设备，所述设备包括第一元材料，所述第一元材料包括：基底组件，所述基底组件具有不大于所述电磁辐射的第一波长的厚度；以及由所述基底组件支撑的多个元件，其中每个元件具有不大于所述电磁辐射的第一波长的第一维度，且所述多个元件中的至少两个元件是不等同的。2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一维度是所述电磁辐射的传播方向。3.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述多个元件中的至少一个元件具有不规则形状或其中所述多个元件中的各元件具有不规则形状。4.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述生物材料由容器约束。5.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述元素的至少一子集被布置在不规则阵列中。6.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述元素被布置在不规则阵列中。7.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述基底组件是柔性的。8.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述基底组件是介电性的且所述元件是传导性的。9.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述基底组件是传导性的且所述元件是电介质。10.如权利要求8所述的设备，其中所述元件是金属性的，或如权利要求9所述的设备，其中所述基底组件是金属性的。11.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述多个元件被共同布置成在所述电磁辐射的第一波长处共振。12.如任一前述权利要求所述的设备，进一步包括耦合到所述第一元材料的第二元材料，其中所述第二元材料包括：基底组件，所述基底组件具有不大于所述电磁辐射的第二波长的厚度；以及由所述基底组件支撑的多个元件，其中每个元件具有不大于所述电磁辐射的第二波长的第一维度，且所述多个元件中的至少两个元件是不等同的。13.如权利要求12所述的设备，其中所述第二元材料与所述第一元材料协作地被布置成在所述电磁辐射的第二波长处共振。14.如权利要求13所述的设备，其中所述第一波长不同于所述第二波长。15.如任一前述权利要求所述的设备，包括多个包括金属的层和/或包括电介质的层。16.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述电磁辐射具有10到300GHz、任选地40到100GHz、进一步任选地50到75GHz的频率。17.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述电磁辐射具有59到64GHz和/或68到72GHz的频率。18.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述设备是无源的。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·帕里卡拉斯，E·卡洛斯，H·卡诺加西亚，
申请(专利权)人：医疗无线传感有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB