用于在生物医学装置中使用的量子点光谱仪以及使用方法与流程

背景技术：

1.技术领域

本文描述了用在生物医学装置中的量子点光谱仪。在一些示例性实施方案中，装置的功能性涉及收集生物计量信息以针对装置的用户执行个性化生物分析。

2.相关领域的描述

近来，医疗装置的数量开始快速增长并且其功能性不断完善。这些医疗装置可包括例如植入式起搏器、监测和/或测试生物功能的电子药丸、具有有源部件的外科装置、接触镜片、输注泵和神经刺激器。这些装置通常暴露于生物和化学系统并与生物和化学系统交互，从而使这些装置成为收集、存储和分布生物特征数据的最佳工具。

一些医疗装置可包括诸如半导体器件的部件，这些部件执行多种功能(包括生物计量收集)并且可以结合到许多生物相容性和/或植入式装置中。此类半导体部件需要能量，因此，通电元件也必须包括在此类生物相容性装置中。在能够收集生物计量信息的生物医学装置中添加自备能量，将使该装置能够针对装置的用户执行个性化生物计量分析。

生物计量信息收集的一个方面注重于将分析物与对应的酶配对的能力，诸如将葡萄糖与葡萄糖氧化酶配对，以检测流体介质中的葡萄糖。生物计量信息收集的另一方面可能注重于光的使用，其中光源将光照射穿过介质，继而又被检测器收集并且进行吸收光量的分析，类似于光谱仪。光谱仪广泛应用于物理、化学和生物研究；然后，当前的微光谱仪设计大多数使用对其光子效率、分辨率和光谱范围予以限制的干涉滤光片和干涉测量型光学器件。然而，可能伴随技术发展的微型化以及使用量子点来支持光谱数据采集的试剂可允许生物医学装置对其环境的化学状态感知的能力获得显著提升。

量子点(qd)是一种通常由半导体材料制成的纳米晶体。当晶体为“纳米级”时，它们变成小得足以表现出量子力学特性。qd的相关技术利用这种量子力学行为得到了qd的有趣的光学特性。因此，出于生物医学用途用于使用量子点且用于量子点光谱测定的新型装置可能是有用的。

技术实现要素：

因此，用于使用qd作为发射源、滤波器、染料并且作为受电型生物医学装置上或内的窄带和宽带光谱仪的装置和方法可使受电型生物医学装置能够具体且准确地检测用户身体上或内的分析物。量子点是极小的实体，能够以高度的一致性和纯度制成。由于量子点制造过程可被调谐成不同尺寸和材料，因此可以针对来自某种类型的qd的光谱响应调谐几乎任意频率量。因此，作为发射源，可从qd的激发，用qd所得的高效率荧光发射，形成细线荧光源。对于将qd用作滤波器的情况，可以获得可调透射响应。因此，可以轻松地构建如下的光谱仪：该光谱仪包括数百独特且经调谐的光谱滤波器以构建宽带光谱学的透视图。鉴于以下事实，可能出现qd的更进一步的光谱相关性：独立的qd可具有结合到表面并淬火其荧光的分子。这些淬火分子可被选择且设计成结合到分析物，并且由此脱离它们所淬火的qd，从而得到用于分析物研究的敏感荧光探头。

一个一般方面包括形成生物医学装置，其包括通电元件，该通电元件包括第一集流体和第二集流体、阴极、阳极和电解质。该生物医学装置还可包括量子点光谱仪，该量子点光谱仪可包括量子点光发射器、光电探测器以及将信息从量子点光谱仪传送到用户的装置。量子点光谱仪由通电元件供电。该生物医学装置还可包括插入装置。这个插入装置可包含通电元件和量子点光谱仪。插入装置形成封装件，其将通电元件与该生物医学装置操作所处的生物医学环境隔离。

该生物医学装置还可包括微流体泵。当光谱仪用于分析时，微流体泵用于将流体样品朝向或远离量子点光谱仪运送。在一些示例中，生物医学装置可为眼科装置。在一些示例中，生物医学装置可为接触镜片。在一些示例中，生物医学装置可为电子药丸。

具体实施可包括分析分析物的方法。该方法可包括将量子点光发射器制作到生物医学装置中。而且，可将光电探测器包括到生物医学装置中。该方法可包括将量子点发射器和光电探测器连接到集成电路控制器，其中这个控制器能够指导量子点发射器和光电探测器的功能性。该方法还可包括从量子点光发射器发射窄波长带。该方法可包括将透射的光子接收到光电探测器中。在一些具体实施中，该方法可继而基于所接收的光子的强度来分析分析物的吸收。生物医学装置可包括通电元件，该通电元件可包括第一集流体和第二集流体、阴极、以及阳极和电解质，其中光谱仪由通电元件供电。该方法还可包括在分析分析物之前将分析物样品泵送到量子点光谱仪通道中。在一些具体实施中，该方法可涉及其中生物医学装置是接触镜片的示例。该方法还可涉及其中生物医学装置是电子药丸的示例。

一个一般方面包括生物医学装置，该生物医学装置包括通电元件。该生物医学装置可包括外部封装边界。外部封装边界可包括凹状腔体，该凹状腔体形成外部区域，该外部区域可由生物医学装置大体围绕，同时允许流体流入和流出生物医学装置的环境。生物医学装置的封装层可允许重要光谱带中的光穿过。凹状通道可与光子发射器和检测器在一条直线上。

在一些具体实施中，生物医学装置可包括量子点光发射器，该量子点光发射器被安装以将光发射穿过腔体侧壁的一个侧面、穿过腔体的居间空间。光可进一步前进穿过腔体侧壁的相对侧面或远侧侧面。在另一侧可为安装在外部封装边界内的多个光电探测器。生物医学装置还可包括射频收发器和模数转换器。来自光电探测器的信号可被模数转换器转换成可由射频收发器传输的数据值。在一些示例中，生物医学装置可为接触镜片或电子药丸。在电子药丸的示例中，药丸还可包括能够控制以释放药物的释放机构。检测器可形成装置的反馈回路，并且因此可调节药丸分散的药物量。

在包括qd光谱仪的生物医学装置的一些示例中，光电探测器处接收的信号可被转换成数字信号并传送到外部接收器。这个外部接收器可包括可执行算法的处理器，该算法计算分析物的浓度并且然后确定所需药物中的相伴释放。外部接收器可将数据和控制信号传输到生物医学装置。

具体实施可包括一种生物医学装置，该生物医学装置包括通电元件。生物医学装置还可包括外部封装边界，其中边界的至少一部分包括电控制的孔。孔可操作以允许流体样品从外部区域进入生物医学装置中。生物医学装置还可包括可将流体样品与试剂混合的微流体处理芯片。微流体处理芯片中的试剂可包括分析物特定染料。生物医学装置可包括量子点光发射器，该量子点光发射器可将光发射穿过微流体处理芯片的一部分。该装置还可包括安装在微流体处理芯片的远侧位置的光电探测器。该装置还可包括射频收发器。实施还可包括模数转换器，在模数转换器中，来自光电探测器的信号可被转换成可由射频收发器在生物医学装置外部传输的数字数据值。这些示例可包括生物医学装置，所述生物医学装置是能够基于光电探测器处接收的信号释放药物的接触镜片、电子药丸和电子药丸。

一个一般方面包括作为电子药丸的生物医学装置，其中电子药丸包括能够控制以将量子点染料释放到腔体中的释放机构，其中染料与分析物分子反应并且允许量子光发射器激发量子点染料以发射光。生物医学装置还可包括：通电元件；外部封装边界，其中边界的至少一部分包括电控制的孔，该孔操作以允许流体样品从外部区域进入生物医学装置中；操作以将流体样品与包括分析物特定染料的试剂混合的微流体处理芯片；被安装来将光发射穿过微流体处理芯片的一部分的量子点光发射器；安装在微流体处理芯片的离量子点光发射器的远侧侧面上的光电探测器，其中量子点光发射器发射的光前进穿过微流体处理芯片的顶表面、穿过微流体处理芯片的样品分析区域、穿过微流体处理芯片的底表面并且进入光电探测器；射频收发器；以及模数转换器，其中来自光电探测器的信号被转换成被传输的数字数据值。电子药丸可控制其对药物的释放。药物释放可由控制器调节，控制器响应于接收所转换的数字数据值而动作。

在一些示例中，生物医学装置可包括能够控制以将量子点染料释放到微流体处理芯片中的部分。染料可与分析物分子反应并且反应可允许量子光发射器在不存在可消灭来自量子点的特征性发射的淬火分子的情况下激发量子点。

附图说明

以下附图更具体地说明了本发明的优选实施方案，通过这些说明，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。

图1a至图1b示出了与接触镜片的示例性应用一致的生物相容性通电元件的示例性方面。

图2示出了可如何用基于量子点的滤波器分析光谱带。

图3示出了可用于实施本发明的一些实施方案的处理器。

图4示出了用于量子点光谱仪的生物医学装置的示例性功能结构模型。

图5示出了示例性量子点光谱仪装置。

图6a示出了示例性多件式环形形状形式插入物的顶视图。

图6b示出了图6a的示例性多件式环形形状形式插入物的第一放大局部横截面表示。

图6c示出了图6a的示例性多件式环形形状形式插入物的第二放大局部横截面表示。

图7示出了量子点光谱仪系统的放大顶视局部剖面，该量子点光谱仪系统具有示例性泵送机构以及采样区域和控制部件。

图8示出了示例性量子点光谱仪系统的顶视局部剖面，其中流体样品流经微流体分析部件。

图9示出了具有废物存储元件的示例性量子点光谱仪系统部件的顶视剖面。

图10示出了量子点光谱仪系统的示例性泵送机构的顶视剖面，该量子点光谱仪系统使用了芯片实验室部件。

图11a至图11c示出了生物医学装置中的示例性量子点光谱仪。

图12示出了基于量子点的示例性荧光染料。

图13示出了基于量子点的光谱学技术的样品分析物检测的示例性流程图。

图14示出了根据本公开的方面的可用于对佩戴眼科镜片的用户的分析物水平进行监测的示例性方法步骤。

图15示出了根据本公开的方面的可用于对佩戴眼科镜片的用户的葡萄糖水平进行治疗的示例性方法步骤。

具体实施方式

本申请公开了光谱学技术，该光谱学技术使用量子点作为可用在生物医学装置中的发射源、滤波器和染料。在下述部分中，给出了各种示例的详细描述。所述描述仅为示例性实施方案，各种修改和更改对于本领域的技术人员而言可为显而易见的。因此，示例不限制本申请的范围。用于在生物医学装置中使用的基于量子点的光谱仪、以及包含这些光谱仪的结构，可被设计用于诸如眼科镜片和电子药丸的装置。在一些示例中，将量子点用于生物医学装置的光谱学方法可被设计成在活生物体的机体中或其附近使用。

术语

在下文的说明和权利要求书中，可用到各种术语，它们将应用以下定义：

如本文所用的“阳极”是指电流通过其流进极化的电气装置的电极。电流的方向通常与电子流的方向相反。换句话讲，电子从阳极流进例如电路中。

如本文所用的“粘结剂”是指能够表现出对机械变形的弹性反应并且与其他通电元件部件化学相容的聚合物。例如，粘结剂可包括电活性材料、电解质、聚合物等。

如本文所用的“生物相容性”是指在具体的应用中以合适的宿主响应执行的材料或装置。例如，生物相容性装置对生物系统不具有毒性或有害作用。

如本文所用的“阴极”是指电流通过其流出极化的电气装置的电极。电流的方向通常与电子流的方向相反。因此，电子流进极化的电气装置的阴极并流出(例如)所连接的电路。

如本文所用的“涂层”是指薄的形式的材料沉积物。在一些用途中，该术语将指代基本上覆盖基底表面的薄沉积物，该沉积物在表面上形成。在其他更特殊的用途中，该术语可用于描述在表面的更小区域中的小且薄的沉积物。

如本文所用的“电极”可指能量源中的有效质量。例如，它可包括阳极和阴极之一或二者。

如本文所用的“通电的”是指能够提供电流或能够在其内储存电能的状态。

如本文所用的“能量”是指使物理系统做功的能力。通电元件的许多用途可涉及能够执行电动作的能力。

如本文所用的“能量源”或“通电元件”或“通电装置”是指能够提供能量或将逻辑或电气装置置于通电状态的任何装置或层。通电元件可包括电池。电池可由碱性类型的电池化学物质形成，并且可为固态电池或湿电池。

如本文所用的“填充物”是指不与酸或碱性电解质反应的一种或多种通电元件分隔物。一般来讲，填充物可包括基本上不溶于水的材料，诸如炭黑；煤粉；石墨；金属氧化物和氢氧化物，诸如硅、铝、钙、镁、钡、钛、铁、锌和锡的那些氧化物和氢氧化物；金属碳酸盐，诸如钙和镁的那些碳酸盐；矿物质，诸如云母、蒙脱土、高岭石、绿坡缕石和滑石；合成的和天然的沸石，诸如波特兰水泥；沉淀金属硅酸盐，诸如硅酸钙；中空或实心聚合物或玻璃微球、薄片和纤维；等等。

如本文所用的“功能化的”是指使层或装置能够执行包括例如通电、激活和/或控制的功能。

如本文所用的“电离盐”是指将在溶剂中溶解以在溶液中产生溶解的离子的离子固体。在许多示例中，溶剂可包含水。

如本文所用的“模具”是指可以用于由未固化的制剂形成三维物体的刚性或半刚性物体。一些示例性模具包括两个模具部件，所述两个模具部件在彼此相对时限定三维物体的结构。

如本文所用的“功率”是指单位时间内做的功或传递的能量。

如本文所用的“可再充电”或“可再通电”是指恢复到具有更大做功本领的状态的能力。多种用途可涉及能够使电流以某一速率在特定的恢复时间周期内流动的恢复能力相关。

如本文所用的“再通电”或“再充电”是指恢复到具有更大做功本领的状态。多种用途可涉及使装置恢复到使电流以某一速率在特定的恢复时间段内流动的能力。

如本文所用的并有时称为“从模具释放”的“释放”意指三维物体与模具完全分离，或者只是松散地附接到模具，使得可通过轻轻晃动而移除。

如本文所用的“堆叠的”是指将至少两个部件层紧邻彼此放置，使得其中一层的一个表面的至少一部分接触第二层的第一表面。在一些示例中，不论用于粘附或者用于其他功能的涂层可驻留在通过该涂层彼此接触的两个层之间。

如本文所用的“迹线”是指能够将电路部件连接在一起的通电元件部件。例如，当基底为印刷电路板时，电路迹线可包括铜或金，并且在柔性电路中通常可为铜、金或印刷膜。一种特殊类型的“迹线”为集流体。集流体是具有电化学相容性的迹线，这使得集流体适用于在电解质的存在下引导电子流向阳极或流出阴极。

本文展示的方法和设备涉及形成用于包括在扁平或三维生物相容性装置之内或之上的生物相容性通电元件。一种特定类型的通电元件可为以层形式制造的电池。层还可被归类为层合物层。以这种方式形成的电池可被归类为层状电池。

根据本发明，还可有关于如何组装和配置电池的其他示例，其中一些会在以下部分中描述。然而，对于许多这些示例，存在可独立进行描述的电池的所选参数和特性。在下述部分中，将重点描述一些特性和参数。

包括例如眼科镜片的生物医学装置的近来发展实现了可通电的功能化生物医学装置。通电生物医学装置可包括用于使用嵌入式微电子器件矫正和分析用户的分析物的必要元件。使用微电子器件的另外的功能性可包括例如提供给用户的声音、视觉和触觉反馈。在一些实施方案中，用于在生物医学装置中使用的量子点光谱仪可与一个或多个无线装置进行无线通信并且接收可实时地用于确定异常分析物浓度和相关成因的信号数据。无线装置可包括例如智能电话装置、平板电脑、个人计算机、fob、mp3播放器、pda、以及其他类似装置。

通电眼科装置

参见图1a，示出了用于通电眼科装置的介质插入物100的示例性实施方案以及对应的通电眼科装置150(图1b)，以提供可支持基于量子点的光谱学技术的操作的通电生物医学装置结构的示例。介质插入物100可包括可具有或可不具有提供视力矫正功能的光学区120。在眼科装置的通电功能与视力无关的情况下，介质插入物的光学区120可不含材料。在一些示例性实施方案中，介质插入物可包括不在光学区120中的一部分，该部分包括与通电元件110(电源)和电子部件105诸如光谱仪结合的基底115。通电元件110可连接至电路元件，该电路元件可具有自身的基底111，互连特征结构125可位于该基底上。可为集成电路形式的电路可电连接和物理连接至基底111及其互连特征结构125。通电元件110可具有自身的互连特征结构，以将可示出为在互连件区域114下方的元件接合在一起。

在一些示例性实施方案中，电源或通电元件110(例如电池)和负载诸如电子部件105(例如光谱仪)可附接到基底115。被称为互连特征结构125和130的导电迹线可使电子部件105和通电元件110电互连。介质插入物100可被完全封装以保护和包含通电元件110、互连特征结构125和电子部件105诸如光谱仪。在一些示例性实施方案中，封装材料可为半可渗透的例如以防止特定物质，诸如水进入介质插入物并允许特定物质，诸如环境气体或通电元件内反应的副产物渗透或从介质插入物逸出。

在一些示例性实施方案中，如图1b所示，介质插入物100可包括在眼科装置150中，所述眼科装置可包含聚合物生物相容性材料。眼科装置150可包括刚性中心、柔性裙边设计，在该设计中，中心刚性光学元件包括介质插入物100。在一些特定的实施方案中，介质插入物100可与大气环境直接接触，并且相应的前表面和后表面上的角膜表面或介质插入物100可封装在眼科装置150中。眼科装置150或镜片的周边155可为软性裙边材料，包括例如水凝胶材料。介质插入物100和眼科装置150的基础结构可为涉及利用基于量子点的分析元件进行流体样品处理且同时将内部部件与围绕插入物的生物医学环境隔离的多个实施方案提供环境。

用于分析物分析的基于荧光的探针元件

可使用基于荧光的分析技术来检测并分析各种类型的分析物。这些技术的子集可涉及来自分析物自身的直接荧光发射。技术的更一般集合涉及荧光探针，这些荧光探针具有结合于分析物分子并由此结合改变荧光特征图的成分。例如，在福斯特共振能量转移(fret)中，探针被配置有两个荧光团的组合，这两个荧光团可化学附接到相互作用的蛋白质。荧光团彼此的距离可影响从其发出的荧光信号的有效性。

其中一个荧光团可吸收激发照射信号，并且可将激发态共振地转移到另一个荧光团中的电子态。分析物与附接的相互作用蛋白质的结合可干扰几何形状，并引起来自该对荧光团的荧光发射的变化。结合位点可在遗传学上编程到相互作用的蛋白质中，并且例如，对葡萄糖敏感的结合位点可被编程。在一些情况下，所得的位点对所需样品的间质液中的其他成分可不太敏感或不敏感。

分析物与fret探针的结合可生成对葡萄糖浓度敏感的荧光信号。在一些示例性实施方案中，基于fret的探针可感测低至10μm浓度的葡萄糖，并且可感测高至数百微摩尔的浓度。各种fret探针可在遗传学上设计并形成。所得的探针可被配置到可有助于分析用户间质液的结构中。在一些示例性实施方案中，可将探针放入可透过间质液及其组分的材料基质内，例如，可将fret探针组装到水凝胶结构中。在一些示例性实施方案中，这些水凝胶探针可以一定方式包括在眼科接触镜片的基于水凝胶的处理中，使得它们可驻留在水凝胶封装中，当佩戴在眼睛上时，该水凝胶封装浸入泪液中。在其他示例性实施方案中，可将探针插入在眼组织中巩膜的正上方。可将包含发荧光分析物敏感探针的水凝胶基质放入到与包含分析物的体液接触的各种位置中。

在所提供的示例中，荧光探针可与巩膜附近的眼区的间质液接触。在这些情况下，若侵入式嵌入探针，则感测装置可提供从眼睛外部的位置(诸如从眼科镜片或保持在眼睛近侧的手持式装置)入射到荧光探针上的辐射信号。

在其他示例性实施方案中，探针可嵌入在眼科镜片内的荧光感测装置近侧，荧光感测装置也嵌入在眼科镜片内。在一些示例性实施方案中，水凝胶裙边可封装具有荧光检测器的眼科插入物和基于fret的分析物探针两者。

量子点光谱

小光谱装置可有效帮助建立生物医学装置，使之能够测量和控制用户的各种分析物的浓度。例如，葡萄糖的计量可用于控制在用各类药物治疗后患者体内该物质的变化。当前的微光谱仪设计大多数使用干涉滤光片和干涉测量型光学器件来测量包含吸光性材料的混合物的光谱响应。在一些示例中，光谱仪可通过建立由量子点组成的阵列而形成。基于量子点阵列的光谱仪可基于波长复用原理测量光谱。当分别用一个滤波器元件和一个检测器元件同时编码和检测多个光谱带时，可实现波长复用原理。阵列格式可允许该过程使用不同滤波器以不同编码有效重复多次，从而获得足够的信息以实现目标光谱的计算重构。可通过考虑光检测器的阵列(诸如存在于ccd相机中)示出示例。光敏装置的阵列可用于对到达ccd阵列中的每个具体检测器元件的光的量进行定量。在宽带光谱仪中，多个(有时数百个)基于量子点的滤波器元件被部署成使得每个滤波器允许光从某些光谱区域通过到达一个或数个ccd元件。数百个此类滤波器的阵列被布置成使得穿过样品的照明光可继续穿过qd滤波器的阵列并到达qd滤波器的相应组的ccd元件。光谱编码数据的同时收集可允许样品的快速分析。

窄带光谱分析示例可通过使用围绕窄带的较少数量的qd滤波器而形成。在图2中，示出了可如何由两个滤波器的组合观察光谱带的图示。还可以清楚的是，可设想数百个滤波器的阵列，作为图2中重复多次的相似概念。

在图2中，第一qd滤波器210可具有被示出和指示为trans的相关光谱透射响应。第二qd滤波器220可具有与包括在滤波器中的量子点的不同性质相关联的移动的相关光谱透射，例如，qd在qd滤波器220中可具有较大直径。所有波长(白光)的光的固定辐照度的差分曲线由来自横穿滤波器220及横穿滤波器210的光的吸收结果的差异得出。因此，照射穿过这两个滤波器的影响是，差异曲线将在所示的谱带230中指示光谱响应。在将分析物引入到光谱仪的光路中时，在分析物在紫外/可见光谱中并且可能在红外线中具有吸收带的情况下，结果将是改变该光谱带中的光透射，如光谱240所示。从230到240的差异得到由这两个量子点滤波器限定的区域中分析物的透射光谱250。因此，可通过少量滤波器获得窄光谱响应。在一些示例中，不同滤波器类型对相同光谱区域的冗余覆盖可用于改善光谱结果的信噪特征。

基于qd的吸收滤波器可包括在其表面上具有淬火分子的qd。在qd吸收适当频率范围内的能量后，这些分子可阻止qd发光。更一般地，qd滤波器可由半径小于体相激子玻尔半径的纳米晶体形成，从而引起电子电荷的量子限域。晶体的尺寸与纳米晶体的受限能态相关，并且一般来讲，减小晶体尺寸具有更强限域的效应。该较强的限制影响量子点中的电子态，并且导致有效能带隙的增加，这导致光学吸收和荧光发射均偏移到蓝波长。已存在针对量子点宽阵列所定义的许多光谱受限源，它们可以购买或制造得到并且可结合到生物医学装置中充当滤波器。通过部署略微修改的qd，诸如通过改变qd的尺寸、形状和组成，可以连续且精细地在深紫外到中红外范围内的波长中调谐吸收光谱。qd也可以被印刷成非常精细的图案。

电与计算系统的示意图

现在参见图3，示出了可用于实现本公开的一些方面的处理器的示意图。控制器300可包括一个或多个处理器310，所述处理器可包括耦合到通信装置320的一个或多个处理器部件。在一些实施方案中，控制器300可用于将能量传输到放置在装置中的能量源。

处理器310可耦接到通信装置320，该通信装置被配置成经由通信通道来传送能量。通信装置320可用于例如与介质插入物内的部件进行电子通信。通信装置320还可用于例如与一个或多个控制器设备或编程/接口装置部件进行通信。

处理器310还与存储装置330进行通信。存储装置330可包括任何适当的信息存储装置，其包括磁存储装置、光存储装置和/或半导体存储器装置(诸如，随机存取存储器(ram)装置和只读存储器(rom)装置)的组合。

存储装置330可存储用于控制处理器310的程序340。处理器310执行软件程序340的指令，从而根据本发明进行操作。例如，处理器310可接收描述介质插入物放置、装置的有源目标区的信息。存储装置330还可在一个或多个数据库350和360中存储其他预定的生物计量相关数据。数据库可包括例如表现出根据与视网膜血管形成相关的心律或异常病症而变化的预先确定的视网膜区、标准测量阈值、计量学数据、系统的特定控制序列、进出介质插入物的能量流动、通信协议等。数据库还可包括用于控制可驻留在装置中的基于生物特征的监测系统的参数和控制算法以及可由它们动作造成的数据和/或反馈。在一些实施方案中，该数据可最终被传送到外部接收无线装置/从外部接收无线装置传送。

在根据本公开的方面的一些实施方案中，单个和/或多个分立电子装置可被包括作为分立芯片。在其他实施方案中，通电电子元件可以以堆叠的集成部件形式被包括在介质插入物中。现在参见图4，示出了实施量子点光谱仪系统410的叠芯集成部件的示例性剖面的示意图。量子点光谱仪可以是，例如葡萄糖监测器、视网膜血管形成监测器、视觉扫描监测器、或任何可用于提供关于用户的光度信息的其他类型的系统。具体地，介质插入物可包括许多不同类型的层，所述层被封装成符合其将占据的环境的轮廓。在一些实施方案中，具有堆叠的集成部件层的这些介质插入物可呈现介质插入物的整个形状。或者，在一些情况下，介质插入物可只占据整个形状内的体积的一部分。

如图4中所示，可存在用于供电的薄膜电池430。在一些实施方案中，这些薄膜电池430可包括可堆叠在彼此上的一个或多个层，其中多个部件在层中且在层之间互连。电池430被示出为用于示例性用途的薄膜电池，可存在符合本文实施方案(包括在堆叠式和非堆叠式实施方案中操作)的许多其他通电元件。作为非限制性替代示例，具有多个腔体的基于腔体的层合物形式的电池可以与所示的薄膜电池相当或相似的方式工作。

在一些实施方案中，在堆叠在彼此上的两个层之间可存在另外的互连。在现有技术中，可存在许多建立这些互连的方式，然而，如所展示，可通过各层之间的焊料球互连来建立互连。在一些实施方案中，可仅要求这些连接，然而，在其他情况下，焊料球可接触其他互连元件，例如如同具有透层通路的部件一样。

在堆叠的集成部件介质插入物的其他层中，可存在专用于互连层中的各个部件中的两个或更多个的互连的层425。互连层425可包括可将信号从各个部件传递到其他部件的通路和铺设线。例如，互连层425可提供与功率管理单元420的各种电池元件连接，所述功率管理单元可存在于技术层415中。功率管理单元420可具有专用于将受控特征440提供给电压源的电路。技术层415中的其他部件可包括例如收发器445、控制部件450等。此外，互连层425可用于建立技术层415中的部件以及技术层415外部的部件之间的连接；这是由于可存在于例如集成无源装置455中。可存在可由专用互连层(诸如，互连层425)的存在支持的用于电信号发送的许多方式。

在一些实施方案中，技术层415像其它层部件一样可被包括作为多个层，因为这些特征结构表示可包括在介质插入物中的技术选项的多样性。在一些实施方案中，所述层中的一个可包括cmos、bicmos、双极性或基于存储器的技术，而其他层可包括不同的技术。另选地，这两个层可表示相同整体群组内的不同技术群组；因为例如一个层可包括使用0.5微米cmos技术而制备的电子元件，而另一个层可包括使用20纳米cmos技术而制备的元件。可显而易见的是，各种电子技术类型的许多其他组合可符合本文所述的技术。

在一些实施方案中，介质插入物可包括用于电互连到介质插入物外部的部件的位置。然而，在其他示例中，介质插入物还可包括以无线方式与外部部件的互连。在此类情况下，天线层435中的天线的使用可提供无线通信的示例性方式。在许多情况下，此类天线层435可位于例如介质插入物内的堆叠的集成部件装置的顶部或底部。

在本文所讨论的实施方案中的一些中，通电元件诸如电池430可作为元件被包括在堆叠层自身中的至少一个中。还可注意到，电池元件430位于堆叠集成部件层外部的其他实施方案也可以是可能的。实施方案中另外的多样性可来源于如下事实：单独的电池或其它通电部件也可存在于介质插入物内，或者另选地，这些单独的通电部件也可位于介质插入物的外部。在这些示例中，可示出包含堆叠的集成部件时的功能性，可以清楚的是，功能元件也可以不涉及堆叠的部件但仍然能够执行本文实施方案相关的功能的方式结合到生物医学装置中。

量子点光谱仪系统410的部件也可被包括在堆叠的集成部件构造中。在一些实施方案中，量子点光谱仪系统410部件可被附接作为层的一部分。在其他实施方案中，整个量子点光谱仪系统410还可包括类似成型的部件作为其他堆叠的集成部件。在一些另选示例中，部件可不堆叠而是布置在眼科装置或其他生物医学装置的周边区域中，其中部件的一般功能相互作用可等同地发挥功能，然而通过整个电路进行的信号和功率的路由可不同。

当在生物医学装置中构造量子点光谱仪系统410时，尺寸可以是积分因子。量子点发射器可以与形成发光二极管相同的方式制作。材料层可围绕量子点以构建具有量子点的发光二极管。有机层可充当电子供体并且充当空穴供体进入量子点层。在非限制性示例中，qd可夹置在电子传输层与空穴传输层之间。将电位施加到连接至电子传输层和空穴传输层的电极会激发qd形成具有qd的波长带特征的光致发光。电子传输层和空穴传输层的示例可包括作为非限制性示例的以下项：三(8-羟基喹啉)铝；浴铜灵；4，4’-n，n’-二咔唑联苯；聚(2-(6-氰基-6’-甲基庚氧基)-1，4-苯撑)；聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-co-(1，4-{苯并-[2，1’，3]噻重氮})]；聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯撑乙烯]；4，4-二[n-(1-萘基)-n-苯基胺基]联苯；2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4恶二唑；聚～3，4-乙烯二氧噻吩；聚(9，9’-二辛基芴-co-n-(4-丁基苯基)二苯胺；全氟-环丁烷；聚(苯撑乙烯)；3-(4-联苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑；聚[(9，9-二辛基芴基-2，70取代基)-co-(4-4’-(n-(4-仲丁基苯基))二苯胺)]；1，3，5-三(n-苯基苯并咪唑-2-基)-苯；以及n，n’-联苯-n，n’-双(3-甲苯基)-(1，1’-联苯)-4，4’-二胺。

一旦被电流(诸如来自功率管理单元420的电流)激发，量子点层可从量子点光谱仪系统410发射具有设计指定波长的光。发射光可与外部环境、或者与环境中的特定的一种或多种样品相互作用，其中所述一种或多种样品可吸收特定波长的发射光。量子点光谱仪然后可将已透射穿过所述一种或多种样品的剩余光接收到量子点光谱仪系统410内的量子点检测器(参见图11a的一个示例性实施方案)中。

相似地，可将毫米或纳米级量子点检测器实施到量子点光谱仪系统410中(同样请参见图11a的1120)。当前的量子点检测器可以依赖充电-耦合装置(ccd)；然而，ccd当前并不提供毫米或纳米级量子点检测器所需的尺寸级别。相反，可能使用较小的光电二极管阵列来实现尺寸要求。光电二极管是将光转换成能量的半导体装置。毫米或纳米级光电二极管可通过光刻装置来构造。

生物标记/分析化学

生物标记，或生物性标记，通常是指对一些生物状态或状况的可测量指示。该术语偶尔也用来指这样的物质：其存在指示活生物体的存在。此外，已知生命形式会向环境中释放独特的化学物质，包括dna，作为它们存在于特定位置的证据。通常通过测量和评估生物标记来检查正常生物过程、致病过程或者对治疗性干预的药理反应。总体上，这些生物标记可揭示对于疾病预防和治疗以及保健而言较重要的大量信息。

可使用被配置成分析生物标记的生物医学装置来快速且准确地揭示一个人的身体机能正常与否并且评估这个人是否正保持健康的生活方式或者是否可能需要进行改变以避免疾病或病症。生物医学装置可被配置成读取并分析蛋白质、细菌、病毒、体温变化、ph变化、代谢物、电解质及用于诊断医学和分析化学的其他此类分析物。

眼科插入装置以及具有量子点光谱仪的其他生物医学装置

参见图5，眼科插入物500被展示为包括可形成示例性量子点(qd)光谱仪系统的部件。所展示的眼科插入物被示出为示例性环形形式，具有内边界535和外边界520。除了通电元件，诸如电池电源530、控制电路510和互连特征结构560之外，还可存在宽带qd光谱仪系统550，其在某些示例性实施方案中可定位在翼片540上。翼片540可连接到插入物500或者可为其一体化整体延伸部。当佩戴包括qd检测器的眼科装置时，翼片540可适当地定位宽带qd光谱仪系统550。翼片540可允许宽带qd光谱仪系统550与用户眼睛的远离光学区的部分重叠。宽带qd光谱仪系统550能够在其存在或其浓度方面测定流体样品中的分析物。

对于宽带qd光谱仪，分析物样品可暴露至激发光源，该激发光源可穿过不同qd滤波器的阵列。具有滤波器阵列的这个光源可被定位在分析系统的主体内。在一些示例性实施方案中，光源可包括固态装置或类似于发光二极管(led)的装置。经qd滤光的光源可照射穿过样品并且可在一些组织层上反射回检测器阵列。

互连特征结构560的电控制总线可向一个或多个光源提供信号，并从检测器返回信号。受电型电子部件可提供信号和功率方面。图5的示例性实施方案示出了电子电路510的电池电源530。在其他示例性实施方案中，也可以通过以无线方式(诸如射频传输或光电传输)耦合能量，而对电子电路通电。

检测方法——微流体系统

微流体系统可以用来将样品从外部环境拉入到生物医学装置中，以便以更受控的方式在插入件限定的内部区域中分析样品。现在参见图6a，示出了示例性多件式环形形状插入物600的顶视图。如图所示，示例性多件式环形形状插入物600是围绕无材料的中心光学区的材料环。此外，环形形状插入物600可由外延620和内部环形边缘630限定。可发现通电元件640、各种类型的互连特征结构645和/或电子电路元件650包括在外延620与内部环形边缘630之间。

现在参见图6b，示出了图6a的示例性多件式环形形状形式插入物600的第一放大局部横截面表示690。横截面690将环形形状插入物600显示为前插入件691与后插入件692的组合。如图所示，在一些实施方案中，前插入件691和后插入件692可接合并密封在一起。在不同的实施方案中，可实施其他结构性特征结构和装置来将这两个零件接合在一起。如图所示，在封装的位置处，可有连接到互连元件的集成电路元件693。

现在参见图6c，示出了图6a的示例性多件式环形形状形式插入物600的第二放大局部横截面表示695。具体地讲，在其他剖面/实施方案中，可发现不同类型的结构，如横截面695所示。如图所示，它可以被观察到，使得可以存在间隙或孔696，该间隙或孔被形成为允许环形形状插入物600内部的某个部分朝外部环境打开。可存在可连接到这个开口并且自身可封装在环形形状插入物600内的多个部件698。因此，在一些实施方案中，允许位于环形形状插入物600内的一个或多个部件698可控制地与其外部环境中的流体和/或气体相连的这个能力可允许qd光谱仪元件结合在眼科装置中。

现在参见图7，示出了微流体分析系统700的剖面的顶视图，该微流体分析系统被示出为具有示例性泵送机构760以及采样区域和控制部件。如图所示，在一些实施方案中，控制电路740可通过一个或多个互连件720电连接到微流体分析系统的部件。可包括孔(未示出)的控制元件750，并且其可用于将微流体分析系统700连接到插入物外部的流体(未示出)。下面的部分讲述了孔的不同设计的示例性方面；然而，孔可允许流体样品经过插入物环境的外部到达泵送元件760。

在一些实施方案中，泵送元件760可具有能够接合泵元件760的启动或驱动部件730。在一个示例中，泵元件760可包括柔性且可塌缩的隔膜，该隔膜可通过将压力施加到隔膜上来启动。可能有多种驱动方式来将压力施加到隔膜上。例如，流体可填充腔体731并且流经将腔体731连接到泵送元件760的管件735。因此，腔体731可包括允许将压力施加到其内所包含的流体上的特征结构。例如，可使用压电部件来在施加电压时扩展体积，从而对所包含的流体加压。在其他实施方案中，热压缩材料可对温度变化做出响应，所述温度变化可通过将电能施加到加热元件来控制。在又一实施方案中，介质上电湿润(ewod)部件可通过在施加电位时腔体731中表面的湿润特征变化而向液体施加压力。还可有其他装置来驱动也可直接接合在泵元件760自身处的泵机构。可通过使用ewod部件来衍生出其他类型，以影响流体自身的流量，而不是使用机械泵送装置。

泵元件760可迫使流体流经通道770并且随后进入微流体分析系统700的分析室705。此类分析室705中的部件的其他细节将在下面的部分中描述，但简言之，流体可流经分析室705并对可为这些部件的一部分的一个或多个电极710造成影响。

现在参见图8，示出了示例性微流体分析系统800的顶视局部剖面，其中流体样品流经微流体分析部件。鉴于环形系统的性质，可观察到部件以曲线方式部署，因为有多个细节可在曲线系统中改变，包括例如电极和腔室横截面的确切形状。然而，在其他实施方案中，可形成线性分析系统，该线性分析系统具有可允许其适配在眼环境中的尺寸。此外，在另外的实施方案中，无论沿分析室的系统的性质为何，其上置有腔室的整个物质都可弯曲，从而允许其置于眼的大致上球形的表面上。分析室的三维性质的细节可被考虑到与系统性能有关的模型中。然而，出于例示的目的，本说明书声明了这些微小差别，但会将示例性实施方案示出为使线性微流体分析系统800的特征结构弯曲。在微流体分析系统800的一部分中示出了用于接收和输送流体样品的微通道850。可例如通过先前所讨论的泵送系统(例如，图7中的760)，从外部位置泵送这些流体样品。例如，流体样品可采样自眼内液，眼内液可围绕包含微流体分析系统800的接触镜片。可发现分析物传感器870例如沿着微通道。该分析物传感器870能够执行以下的一个或多个步骤：电化学分析步骤、光度分析步骤或对流体样品的其他分析步骤。在一些示例中，qd光谱测定可在这些区域中执行。在示例性实施方案中，分析步骤可涉及基于使用一个或多个部件的荧光传感器类型对葡萄糖浓度进行光度感测。在另一个示例中，传感器可检测是否存在因葡萄糖氧化酶与分析物传感器870的部分以及流体样品的相互作用而产生的反应产物。可能存在将感测元件870连接到控制电子器件的多个电互连件820。

流体可从泵通道840流入微通道850。在流体流入微通道850时，流体可置换特定区域中的其他流体，或者在初次使用时，可置换通道中的环境气体。在流体流动时，包括电极860和861的传感器前微通道部分以及包括电极862和863的传感器后部分可感测所述流体。在一些实施方案中，可使用电极(诸如860和861)之间的阻抗测量来感测材料流。在其他实施方案中，电极862和863的链的阻抗可通过在微通道850内存在流体而改变，或者通过在驻留在微通道850中的具有不同特征的两个流体之间存在前液而改变。流体880可从要采样的微通道890的空区域流经微通道。另选地，890处的微通道部分可表示不同的流体溶液，该流体溶液可例如具有不同的电解质浓度并且从而具有与典型泪液不同的电导率。

一般来讲，测量本发明实施方案中位置电极860-863之间的阻抗或欧姆电阻可通过在其间施加电压并测量所得到的电流来实现。在位置电极860-863之间可施加恒定电压或交流电压，并且相应地测量所得到的直流电(dc)或交流电(ac)。然后可使用所得到的dc或ac电流来计算阻抗或欧姆电阻。此外，本领域的技术人员将认识到，测量阻抗可涉及测量欧姆电压降(即，以欧姆计的电阻[r]，或者电压/电流)以及测量电容(即，以法拉计的电容，或者库伦/伏特)。在实施过程中，可通过例如向一个或多个位置电极860-863施加交流电并测量所得到的电流来测量阻抗。在交流电的不同频率下，电阻影响或电容影响在确定测得阻抗的过程中起主导作用。纯电阻性部件可在较低频率下起主导作用，而纯电容性部件可在较高频率下起主导作用。为了区分电阻性和电容性部件，可确定所施加的交流电与所测得的所得电流之间的相位差。如果存在零相移，则纯电阻性部件正起主导作用。如果相移指示电流滞后于电压，则电容性部件是重要的。因此，根据所施加的交流电的频率以及位置电极配置测量电阻或者电阻与电容的组合可能是有益的。

重新参见图8的具体示例，可通过例如在第一位置电极830与最后位置电极连接件810之间施加交流电压并测量所得到的交流电来执行阻抗测量。由于包括860、861、862和863的电极链(连同微通道850内的位于随后的位置电极之间的任何物质[例如，空气或液体样品]、以及连同可使位置电极与微通道850中的流体分离且不直接接触的任何层)可为电容器的一部分，因此可使用测得的电流来计算阻抗。微通道850、890中存在或不存在位于电极之间的液体样品将影响测得的电流和阻抗。在第一和第二位置电极860-863之间施加的交流电压的频率和振幅可预先确定，使得可通过测得电流的显著增加来检测第一和第二位置电极860-863之间的流体样品的存在。

相对于阻抗或电阻的测量，对于眼科泪液样品以及基于碳或基于银的墨水位置电极的情形，所施加的电压的大小可例如在约10mv至约2v的范围内。所施加的电压的范围的上限和下限取决于液体样品的电解或电化学分解的开始。在采用交流电压的情况下，可例如以一定频率施加交流电压，该频率使液体样品的特性因一个或多个电化学反应而发生可忽略的净变化。此类频率范围可为例如约10hz至约100khz，其中电压波形围绕0伏特对称(即，交流电压的rms值为大约零)。

如图所示，分析物传感器870和位置电极860-863可各自与微通道850操作地通信。应当指出的是，本发明实施方案中采用的位置电极860-863可由本领域技术人员已知的任何合适的导电材料形成，包括常规用作分析电极材料的导电材料，并且具体地讲，已知为适用于柔性电路、光刻制造技术、丝网印刷技术和柔性版印刷技术的导电材料。合适的导电材料包括例如碳、贵金属(例如，金、铂和钯)、贵金属合金、形成电位的导电金属氧化物和金属盐。位置电极可例如由导电银墨水形成，所述导电银墨水诸如可商购获得的导电银墨水electrodag418ss。

现在参见图9，示出了具有废物或流体保持容器930的示例性微流体分析部件900的顶视剖面。在示例性实施方案中，用于测量系统中流体的流速的电极910可为许多其他电极的端电极(图9中未示出)。流体可流经微通道920并继续流至流体保持容器930。流体保持容器可例如用于对其中较高体积的流体进行分析。在一些实施方案中，孔940可包括用于将流体保持容器930(其还可用作废物存储元件930)连接至插入物外部的区域的孔控制元件945。此外，在一些实施方案中，孔控制元件945连接件可用于在微流体部件填充流体时均衡气体压力。在其他实施方案中，孔940和孔控制元件945可用于从眼科装置发射流体。孔940还可用于将微流体分析系统的端部连接到其位于眼环境中的外部区域，这可允许在不移除眼科装置的情况下进行连续监测。在其他实施方案中，孔940和孔控制元件945可用于在存储位置诸如流体保持容器930中通过微流体分析系统进行流量控制。例如，当在存储时，可使溶液流送通过系统来清洗或清洁微流体分析系统，在一些实施方案中，微流体分析系统可经受校准协议。这些功能的控制可通过镜片中的集成电路部件来执行，这些集成电路部件还可与外部控制系统通信。

具有芯片实验室部件的通电眼科装置

现在参见图10，示出了用于微流体分析系统的使用芯片实验室(labonachip)部件1010的示例性泵送机构1000的顶视剖面。芯片实验室部件1010在许多方面可与先前已讨论的微流体分析系统的实施方案相同。然而，相似地，在一些实施方案中，不通过泵1060的动作而是通过用ewod部件控制液滴，可在芯片实验室1010内四处移动小液滴。液滴可在芯片实验室部件1010的元件中组合以执行化学处理。可执行的多种分析技术(例如在一些实施方案中对作为分析物的葡萄糖进行的分析)可被执行。用于这种分析的技术可包括例如如所述的电化学或光度技术或者可涉及对最初存储在芯片实验室部件1010中的化学物质加以混合的其他技术。基于量子点的光谱学技术可在芯片实验室部件中执行或通过芯片实验室部件执行。在一些示例中，基于qd的染料可位于与从生物医学装置的环境获得的样品混合的液滴中。与目标分析物所产生的相互作用可产生光谱信号，该光谱信号可用于计算例如分析物的浓度。

在本示例的环形介质插入件中可出现各种部件，诸如通电元件(未示出)、互连件1040以及先前所描述的密封方面。此外，可实施能够控制各种部件(包括芯片实验室部件1010)的电子电路1020。孔1050和孔控制元件1055可控制从眼科装置环境中进行流体样品采样。泵致动器1030可致动泵1060，该泵在性质上可以是机械的，诸如基于隔膜的泵。流体样品的液滴可被泵送到微通道1015中以通过使用电极(诸如本公开中所述的电极1016)来计量体积和样品流速。液滴可通过通道1011提供至芯片实验室部件1010，在该通道处，液滴被进一步处理。芯片实验室部件1010可使用对样品的泵送动作来控制自身内的流量，或者在其他实施方案中，它可以控制提供到其自身的样品的流速。

在另外的实施方案中，芯片实验室部件1010能够在不需要外部泵送系统的情况下感测其环境中的流体。然而，孔1050仍可用于对流入芯片实验室部件环境的外部流体的流量提供控制。然后，芯片实验室部件1010可自行对引入的样品采样，其方式例如为：通过对可吸引和移动流体样品的介电或电泳特征结构进行电湿润来进行控制。

芯片实验室部件1010可包括可与本说明书一致的设计，包括例如非常薄的芯片实验室柔性部件以用于允许变形成与眼部表面的三维形状一致的形状。在一些实施方案中，芯片实验室部件1010的形状和厚度可允许其以平坦的形式包括在眼科插入装置内。

具有量子点光谱仪的生物医学装置

图11a示出了生物医学装置1100中的示例性qd光谱仪系统。图11a中的图示可使用如图10所示的微流体系统，或者另选地，可使用更被动的方式来收集样品，其中样品流体被动地进入通道1102。在一些示例中，通道1102可位于生物医学装置内部，并且在其他示例中，如图所示；生物医学装置可用凹状腔体围绕外部区域。在其中生物医学装置形成其外部流体的通道的一些示例中，该装置还可包含孔1160以发射试剂或染料，以便与通道区域中的外部流体相互作用。在非限制性意义上，被动采样可参照生物医学装置可为可吞服药丸的示例来理解。药丸可包含发射药物1150的区域以及分析周围流体(诸如胃液)以确定分析物的存在的区域，其中所述分析物可以是(例如)药物。药丸可包含药物近侧的控制器1170区域，其中药物释放的控制可由生物医学药丸装置的部分进行。分析区域可包括在生物医学药丸装置中的凹状通道，该生物医学药丸装置允许外部流体被动地流进或流出该通道。当分析物(例如，在胃液中)扩散或流入到通道中时，它将位于图11a所示的分析区域之间。

现在参见图11b，一旦分析物扩散或以其他方式进入量子点光谱仪通道中，该通道将表述为通道1102，样品1130可进入量子点(qd)发射器1110的发射部分。qd发射器1110可接收来自qd发射器控制器1112的信息，指示qd发射器1110发射跨过通道1102的光的输出光谱。

在一些示例中，qd发射器可基于量子点的发射特性发挥作用。在其他示例中，qd发射器可基于量子点的吸收特性发挥作用。在利用量子点的发射特性的示例中，这些发射可受到光激励或电激励。在光激励的一些示例中，紫色到紫外区中的高能光可被光源发射并吸收在量子点中。qd中的激发可通过发射窄带中的特征能量的光子而发生弛豫。如此前所提及，qd可被设计用于以所选感兴趣的频率发生发射。在类似的一系列示例中，qd可形成为先前所提及的夹置在电活性层之间的层，所述电活性层可将电子和空穴送入到qd中。这些激发可相似地发射所选频率的特征性光子。qd发射器1110可通过包括充当量子点的纳米级晶体而形成，其中该晶体在其生长和材料方面可受到控制，这些材料用于在晶体包括于发射器元件上之前形成晶体。

在qd以吸收模式发挥作用的另选组的示例中，可使用一组滤波器的组合来确定区域中的光谱响应。该机制在之前部分中参照图2描述。qd吸收元件的组合可用于分析中，以选择分析用的光谱区域。

在这些类型的发射示例的任一者中，光频谱可由qd发射器1110发射并且可通过样品1130。样品1130可从所发射频率的一些中吸收光，前提是样品内的化学成分能够吸收这些频率。其余未被吸收的频率可继续传送到检测器元件，其中qd接收器1120可吸收光子并将其转换为电信号。这些电信号可通过qd检测器传感器1122转换为数字信息。在一些示例中，传感器1122可连接至每个qd接收器1120，或在其他示例中，电信号可路由至用于感测的集中式电路。数字数据可用于基于qd波长吸光度值的预定值来分析样品1130。

在图11c中，qd系统以这样的方式示出，其中样品在空间上定位的光谱分析元件前方通过。这能够(例如)以描述为微流进程的方式完成。在其他示例中，样品1130可包含分析物，所述分析物在生物医学装置的区域内部扩散，该生物医学装置用生物医学装置的材料包封外部流体以形成样品可被动地流入的孔或腔体，或者所述分析物扩散到分析区域，该分析区域将来自生物医学装置内发射器的光传送到生物医学装置外部并且再次传送到生物医学装置内的检测器。图11b和11c示出了样品1130的位置之间的差异之类的移动，该样品已沿着分析区域移动到了新位置1131。在其他示例中，qd可被整合成在单个多点位置工作，在该单个多点位置处，激发装置和感测装置针对每个功能整合成单个元件。一些生物医学装置诸如眼科装置对于包括超过一百个量子点装置的光谱仪可具有空间限制，但其他生物医学装置可具有实现含分析物的混合物的全光谱表征的数百个量子点装置。

qd分析系统还可与微流体装置一起发挥功能，以使含分析物的样品与含染料的试剂反应。染料分子可与特定分析物反应。如此前所提及，这种结合的示例可为fret指标。染料分子在紫外和可见光谱中可具有特别强的吸收带，这也可称为具有高消光系数。因此，少量的具体分析物可选择性地结合于在光谱频率处显著吸收的分子，该光谱频率可被qd分析系统聚焦。染料络合物的增强信号可允许对分析物浓度的更精确定量。

在一些示例中，微流体处理系统可将分析物样品与包含染料的试剂混合，该染料将结合于目标分析物。微流体处理系统可将这两种样品一起混合一段时间，从而确保染料与分析物之间的充分络合。然而，在一些示例中，微流体处理系统可将混合液体样品移动到特定位置，该位置包含可结合于任何未络合的染料分子的表面。当微流体系统接着进一步将样品混合物移动到分析区域中时，其余染料分子将可与样品中的分析物的浓度相关联。可以所述方式将混合物移动到量子点发射光源或量子点吸收滤波器的前方。

一种类型的荧光染料可通过量子点与淬火分子络合而形成。可将量子点与络合的淬火分子的试剂混合物引入生物医学装置内含分析物的样品中，例如，微流体池中。淬火分子可包含这样的区域，这些区域可选择性地结合于分析物，并由此可将淬火分子与量子点分离。未络合的量子点此时可在存在激发辐射的情况下发荧光。在一些示例中，量子点滤波器的组合可用于建立对于在未络合的量子点所特有的波长下增强发射的存在性的检测能力。在其他示例中，可利用检测未络合的量子点的增强发射的其他方式。络合量子点的溶液可保存在生物医学装置的微流体处理池内，并且可用于在引入生物医学装置中的样品中检测来自用户的分析物的存在性。

参见图12，示出了充当染料的复合物量子点的概念的示例性图示。量子点1210可包括示例性材料，例如磷化铟/硫化锌、铜铟硫/硫化锌、硒化镉、硫化钙、硫化铅、硒化铅、砷化铟和磷化铟。其他示例可包括硅和碳的纳米粒子。在一些示例中，可以使用可形成以量子点为特征的类型的应变能带结构的任何材料。量子点芯可由芯壳涂层围绕，芯壳涂层提供从量子点到其外部环境的界面。对于一些示例，还可提供可允许将淬火分子结合到点表面的生物相容性脂类涂层。淬火分子1211可结合到量子点表面并且可用于促进从量子点传送电子能量，这可导致在没有荧光发射的情况下消除量子点能量的激发。量子点的溶液可与包含分析物1221的样品混合1220。在混合期间，分析物可与淬火分子复合1230，形成分析物/淬火分子复合物1231。分析物与淬火分子的复合可使淬火分子与量子点分离1240，从而得到游离的分析物/淬火分子1241以及未复合的量子点。现在，量子点可在不同于量子点的固有荧光能量的能量下由光子激发，并且未淬火的量子点现在将发荧光。样品中的分析物的浓度可为从未淬火的量子点发出的荧光信号的函数。微流体分析系统可包括光源，该光源可为例如量子点发光二极管或者能量不同于荧光信号的其他光源。检测器可被配置成检测横贯光谱分析区域的所有光。另选地，可使用量子点吸收滤波器或其他滤光器来选择性地传送量子点荧光信号的能带。

参见图13，示出了量子点配置的生物医学装置中分析物分析的流程图。在步骤1300处，用户可获得生物医学装置，该生物医学装置包括：量子点装置或试剂，以及样品传输装置。生物医学装置能够获得来自用户的流体样品并将其传送到光路中，该光从量子点发射装置或其他光源发出。光源可包括量子点发光二极管或被配置成隔离所选择的光谱区域以用于分析的一组淬火量子点滤波器。也可使用其他光源，诸如发光二极管和激光器。在一些示例中，生物医学装置可通过中间人获得以供最终用户使用。在步骤1310处，生物医学装置可定位成与用户的生物流体接触。位置可包括邻近用户的流体流出物的区域，诸如，在非限制性示例中，泪液、血、唾液以及排泄物。或者，所述位置可包括皮下位置以及位于用户体腔和静脉系统内或与用户体腔和静脉系统接触的位置。在步骤1320处，生物医学装置被用来对用户的生物流体采样。在步骤1330处，生物医学装置可以自主的方式或在外部装置或通信信号的指导下接合校准协议。校准可在不存在分析物的情况下测试生物医学装置的样品分析段，以便允许参考控制信号，所述参考控制信号可用于与最终样品分析信号相关的计算。在步骤1340处，在一些示例中，可将用户的生物流体的样品的等分试样与包含染料化合物的试剂混合。所述混合可通过基于被动扩散的相互作用来发生，或者另选地，可受到主动控制，诸如使用本文已描述的微流体处理系统进行主动控制。染料化合物可为有机染料，或者在一些示例中，为基于量子点的染料。当染料与样品中的分析物结合时，染料可改变光谱特征，诸如荧光发射或光谱吸收。在步骤1350处，在一些示例中，可随后处理混合物以去除未反应的染料，这尤其体现在染料与分析物的结合不改变染料的光谱特征的示例中。样品可与呈现未结合染料惰性的试剂混合，或者另选地，样品可被传送成与可接合且固定或者分离出未结合染料的表面接触。在步骤1360处，在一些示例中，可将样品混合物从反应区域移动至分析区域。在其他示例中，可使用发生反应的同一位置来执行光谱分析。在步骤1370处，可用光源照射样品。光源来自多种示例性类型，包括包含已描述的量子点的。照射可穿过样品，并且从样品发出的光可被生物医学装置中的检测器系统检测到在一定光谱区域中。所检测到的发光信号可被转换成电信号，并且还可被转换成数字数据值，该数字数据值也可作为电信号流传送。在1380处，在一些示例中，生物医学装置可包括板载处理装置和软件算法，所述软件算法可允许计算样品中分析物浓度的估计值。在其他示例中，可在不在生物医学装置中进行进一步信号处理的情况下，传输原始数据信号、没有分析物情况下的检测器(校准)信号、以及有分析物情况下的检测器信号。在步骤1390处，可通过例如无线通信将原始数据信号传送到外部收发器。在一些示例中，在步骤1390处，还可传送分析物浓度的计算估计值。在另外的示例中，可存在除分析系统数据之外的可传输的多个其他传感器数据，其中可包括(以非限制性角度)在生物医学装置的区域中感测的温度的传感器测量结果。

qd光谱仪系统可用在若干不同的生物医学装置中，包括：眼科装置、生物医学药丸、卫生用品、药贴、以及以这样的方式位于身体上或附近以检测和分析分析物的其他类似生物医学产品。从qd光谱仪系统获得的信息可用于生物计量分析，诸如，作为非限制性示例，针对糖尿病的葡萄糖实时读数。所获得的信息可传送至第三装置，诸如与图4相关地公开的智能电话。

用于监测生物分析物的方法

现在参见图14，示出了根据本公开的方面的可用于对佩戴眼科镜片的用户的分析物水平进行监测的示例性方法步骤。在步骤1401处，可将阈值编程到软件程序中。根据本发明的方面，阈值可包括例如眼内液中葡萄糖生物标记浓度的可接受水平。对用于监测不同状况(诸如抑郁、高血压等)的其他生物标记的使用也在本发明的方面的发明范围内。此外，预编程的水平可根据眼内液样品目标例如是泪液还是间质液而不同。可使用以下中的一者或两者来存储和执行程序：形成眼科装置介质插入物一部分的处理器、以及与介质插入物的处理器通信的外部装置。外部装置可包括智能电话装置、pc、专业化生物医学装置用户接口等；并且可被配置成包括可用于监测眼内液样品的特性的可执行代码。眼内液特性可由包含在眼科装置中的一个或多个传感器测量。传感器可包括电化学传感器和/或光度传感器。在示例性实施方案中，传感器分析步骤可涉及基于qd光谱测定对葡萄糖浓度进行光度感测。在另一个示例中，传感器可检测是否存在因葡萄糖氧化酶与分析物传感器的部分以及流体样品的相互作用而产生的反应产物。

在步骤1405处，包括微流体系统的眼科装置可被放置成与眼的眼前表面的一部分接触并且被用户佩戴。在一些实施方案中，眼科装置可为通电的接触镜片的形式，并且在接触镜片放置在眼表面上时，可实现该步骤。在其他实施方案中，生物医学装置可例如为眼内镜片、泪点塞、生物医学药丸或任何其他类似生物医学装置的形式，并且仍包括本公开所描述的qd光谱仪系统的方面。尽管在整篇说明书中以单数形式描述眼科装置，但本领域的技术人员应该理解，两个眼科装置(例如，接触镜片)(每只眼上放置一个)可共同作用以提供本公开的功能性方面。

在步骤1410处，可使用所述一个或多个传感器监测生物标记的浓度变化。生物标记的监测可以预定频率/带宽发生，或者通过眼科装置中的用户接口和/或启动传感器按需发生。生物标记可包括与葡萄糖水平、抑郁、血压等相关的那些生物标记。在步骤1420处，眼科装置的处理器可记录来自眼内液的样品的测得特性/状况。在一些实施方案中，眼科装置的处理器可将其存储和/或发送到与眼科装置通信的一个或多个装置。在步骤1415处，所记录的值可在与眼科镜片通信的用户接口中存储和分析，并且/或者，在步骤1425处，所述分析和记录可发生在眼科装置中。

在步骤1430处，眼科装置和用户接口中的一者或两者可向用户和/或执业医生警示所测得的浓度。所述警示可被编程为在所测得的水平在眼科装置编程、接收和/或计算的预定阈值之外时发生。此外，在一些实施方案中，可分析数据和警示以执行以下中的一个或多个步骤：a)根据日时改变测量频率，b)在浓度水平测量值的变化中识别身体模式，以及c)根据所测得的浓度的变化改变测量频率。在步骤1435处，日时可改变测量的频率。例如，如果眼科装置是在睡眠期间将保留在眼中的眼科装置，则在晚上10点到早上6点期间的测量次数可减少或停止。相似地，在午餐和晚餐时间，频率可增加以检测因用户摄食所致的变化。在步骤1440处，浓度水平变化的模式可由系统识别。利用所识别的模式，系统可向用户警示原因，并且/或者，在步骤1445处，根据所识别的变化改变频率使得在关键识别状况期间系统更警觉。关键状况可包括将触发葡萄糖水平显著增加或降低的事件。事件可包括例如节假日、运动锻炼、位置、日时、药物摄取等。

在一些实施方案中，在步骤1450处，可根据所识别的模式/状况周期性地或实时地自定义设置原编程值。这个能力可允许系统通过消除假报警并提高关键状况下的敏感性来提高系统有效性。有效性可提高用户对系统的参与，从而最大程度地增大眼科装置的有益效果并且从而提供安全的监测系统。在步骤1455处，与用户相关的日期可成为用户的病历的一部分，所述日期包括例如所识别的模式、测量结果和/或优选要求。可通过加密数据和/或限制其访问来安全地存储病历。

现在参见图15，示出了根据本公开的方面的可用于对佩戴眼科镜片的用户的葡萄糖水平进行处理的示例性方法步骤。在步骤1501处，包括qd光谱仪分析系统的眼科装置被放置成与眼内液接触。在一些实施方案中，眼科装置可为通电的接触镜片的形式，并且在接触镜片放置在眼表面上时，可实现该步骤。在其他实施方案中，眼科装置可例如为眼内镜片或泪点塞的形式，并且仍包括本公开所描述的qd光谱仪系统的方面。

在步骤1505处，可监测眼内液中生物标记的变化。监测生物标记变化的方法可包括例如图14中所示的步骤。在步骤1510处，可将所测得的变化实时传送到与眼科装置直接或间接通信的药物分配装置。尽管眼内液中被监测生物标记的浓度变化可包括与用户血流中的浓度变化有关的时间延迟，但在检测时，在步骤1515处，药物分配装置可施用能够将浓度降低或升高至正常水平的药物。例如，当葡萄糖水平在正常水平之外时，可监测并处理葡萄糖水平。连续监测可防止不受控的血糖水平，而这些不受控的血糖水平可损坏向重要器官(如心脏、肾、眼和神经)供血的血管。由于当血糖水平可能达到使他/她遭受危险的水平时，个体可能感觉良好，因此本公开的方面可有助于在状况早期检测时采取措施。早期检测不仅可以使水平回到正常状况并且/或者让用户有所意识，而且还可以防止更严重且更永久的后果，包括例如心脏病发作、肾衰竭和失明，已知这些后果会在异常葡萄糖水平未经处理的情况下发生。

此外，在一些实施方案中，药物施用装置可通过其接口或使用眼科装置向用户发送警示。例如，在一些眼科装置实施方案中，介质插入物可包括能够向用户发送信号的光投射系统，诸如一个或多个led。

随后，在步骤1520处，可暂停任何进一步药物施用以防止因药物效果和泪液中反映效果的时间延迟所致的系统过度给药。例如，药物可能需要10-30分钟来中和异常水平，在达到这个效果时，可能另外需要20分钟来均衡泪液中的浓度。因此，可在系统中对能够使状况、时间延迟以及药物的适当后续给药相关联的编程算法进行编程以便安全工作。在步骤1525处，与所测得的状况以及对用户的药物施用中的一者或两者相关的数据可作为用户的治疗和/或病历的一部分存储和使用。

已描述了具体示例以示出与在生物医学装置中与包括用于光谱分析的量子点相关的方法和装置的示样实施方案。这些示例用于所述举例说明，而无意以任何方式限制权利要求书的范围。因此，说明书旨在涵盖对于本领域技术人员可能显而易见的全部示例。