一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法技术

本发明专利技术提供一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法，属于柔性可穿戴电子技术和医疗健康交叉技术领域。其中，血糖检测方法包括：预先设计具有谐振环结构的超表面，通过模拟建立血糖浓度与所述超表面的电磁吸收特性之间关系的模型；在皮肤上制备超表面；利用电磁波扫描所述皮肤上形成的超表面在不同频率下的反射光谱，得到S11参数与所述频率之间的关系曲线；根据所述模型以及所述关系曲线上谐振峰的频移，以确定血糖浓度的变化。本发明专利技术实现了在皮肤上直接构筑形成与皮肤相容性好的、电磁性能稳定、血糖测试准确性高的电磁波超表面，并且，该方法可直接检测人体的血糖浓度，无须采集人体血液，实现了真正无创地检测人体血糖。

【技术实现步骤摘要】
一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法
本专利技术属于柔性可穿戴电子技术和医疗健康交叉领域，具体涉及一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法。
技术介绍
糖尿病已成为威胁现代人健康和生命的重大慢性疾病，自我血糖监控是糖尿病管理的重要部分。目前临床上是通过血糖仪进行手指采血来检测血糖，给患者带来身体疼痛、细菌感染的问题。研究人员已经制备了可穿戴的贴片式血糖传感器，通过对皮下组织液进行电化学测试实现微创血糖检测，但需要用有创的方法进行多次校准。因此，开展无痛感、准确性高的无创血糖检测技术具有重要意义。血液中的葡萄糖浓度变化会对血液的介电特性产生影响，从而使血糖浓度表现出对电磁信号具有响应特性，这为利用电磁波实现血糖无创检测提供了可能，其关键是准确测试血液的电磁特性。目前测试血液电磁常数的方法是采用同轴探头作为传感器，但其对血糖浓度微量的变化不敏感，使检测准确性不高，且该方法测试对象是液体，需要进行抽血，无法实现无创血糖检测。超表面对电磁波的相位、振幅等具有高度灵敏的响应特性和强大的操控能力，可精确反映血糖对电磁波的反射或透射特性。目前基于电磁波超表面测试血糖的研究是在特定基材上构筑超表面并在其表面沉积人体血液来测试或者将具有超表面的基材贴在皮肤上来测试，前者仍需要采集人体血液，后者在基材与皮肤之间会发生相对位移而产生电磁噪声、降低测试的准确性。因此，如何采用简便快捷的方式在皮肤上直接构筑与皮肤相容性好的、性能稳定的电磁波超表面，是电磁波超表面实现人体血糖无创检测的关键，这就需要开发一种新的在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法。本专利技术提供一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法，包括：预先设计具有谐振环结构的超表面，通过模拟建立血糖浓度与所述超表面的电磁吸收特性之间关系的模型；在皮肤上制备超表面；利用电磁波扫描所述皮肤上形成的超表面在不同频率下的反射光谱，得到S11参数与所述频率之间的关系曲线；根据所述模型以及所述关系曲线上谐振峰的频移，以确定血糖浓度的变化。可选的，所述谐振环结构为开口谐振环结构，所述开口谐振环结构的形状为圆形或方形，以及，所述开口谐振环结构的线宽范围为0.5mm～5mm，所述开口谐振环结构的开口尺寸为1mm～10mm；和/或，所述电磁波波长为毫米波长范围，频率范围为30GHz～300GHz。可选的，所述在皮肤上制备超表面，包括：采用预设的液态金属粒子、预设的金属颗粒以及预设的弹性树脂制备可拉伸复合导电油墨；采用丝网印刷方式将所述可拉伸复合导电油墨印刷在水转印纸张上，干燥后对印刷在水转印纸上的可拉伸导电油墨施加预设的处理压力并处理预设的处理时间，使所述可拉伸复合导电油墨中的液态金属粒子的壳破裂而流出并连接在所述金属颗粒之间，以在所述水转印纸张上得到超表面；将所述水转印纸张上的超表面通过水转印方式转印到所述皮肤上，以在所述皮肤上形成超表面。可选的，所述可拉伸复合导电油墨中的所述液态金属粒子的质量分数范围为1％～15％，所述金属颗粒的质量分数范围为60％～80％，以及，所述弹性树脂的质量分数范围为5％～39％。可选的，所述液态金属粒子采用共晶镓铟纳米粒子或共晶镓铟锡纳米粒子。可选的，所述液态金属粒子的直径范围为50nm～1000nm。可选的，所述金属颗粒为微米银片、纳米银片和微米银粒子中的至少一种。可选的，所述弹性树脂采用聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、硅胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中任意一种。可选的，所述对印刷在水转印纸上的可拉伸导电油墨施加预设的处理压力并处理预设的处理时间，使所述可拉伸复合导电油墨中的液态金属粒子的壳破裂而流出并连接在所述金属颗粒之间，以在所述水转印纸张上得到超表面，包括：对印刷在水转印纸上的可拉伸导电油墨施加预设的处理压力范围为10N～100N，并处理1min～2min，使所述可拉伸复合导电油墨中的液态金属粒子的壳破裂而流出并连接在所述金属颗粒之间，以在所述水转印纸张上得到超表面。可选的，所述将所述水转印纸上的超表面通过水转印方式转印到所述皮肤上，包括：通过水转印方式将所述水转印纸上的超表面用水湿润，并在压力范围为10Pa～800Pa下处理1min～5min，以转印到所述皮肤上。本专利技术提供一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法，包括：预先设计具有谐振环结构的超表面，通过模拟建立血糖浓度与超表面的电磁吸收特性之间关系的模型，以及，在皮肤上制备超表面，利用电磁波扫描皮肤上形成的超表面在不同频率下的反射光谱，得到S11参数与频率之间的关系曲线，根据模型以及关系曲线上谐振峰的频移，以确定血糖浓度的变化。本专利技术采用简便快捷的方式在皮肤直接构筑形成与皮肤相容性好的、可变形的、性能稳定的电磁波超表面，并且，该超表面基于电磁波电磁吸收特性与血糖浓度的关系，可直接对的人体血糖浓度进行检测，无须采集血液，实现了真正无创地检测人体血糖。附图说明图1为本专利技术一实施例的一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法的流程框图；图2为本专利技术另一实施例的在皮肤上制备超表面的流程框图；图3为本专利技术另一实施例的皮肤上的超表面进行血糖检测的方法示意图；图4为本专利技术另一实施例的皮肤上的超表面在不同频率下的反射系数图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法S100，具体包括以下步骤S110～S140：S110、预先设计具有谐振环结构的超表面，通过模拟建立血糖浓度与超表面的电磁吸收特性之间关系的模型。具体地，本实施例可采用多物理场仿真软件设计具有谐振环结构的超表面，并且，该谐振环结构为开口谐振环结构，该开口谐振环结构的形状为圆形或方形，以及，该开口谐振环结构的线宽范围为0.5mm～5mm，开口谐振环结构的开口尺寸为1mm～10mm，对此不做具体限定。当然，对于本领域技术人员来说，根据实际需要，也可以设计互补开口的谐振环结构或其他结构，对此不作具体限定。需要说明的是，本实施例的超表面是一种厚度小于波长的层状材料，超表面对电磁波的相位、振幅等具有高度灵敏的响应特性和强大的操控能力，可精确反映血糖对电磁波的反射或透射特性，以实现通过超表面来检测人体血糖浓度。应当理解的是，在检测之前，首先需要通过模拟建立一个超表面电磁吸收特性与人体血糖浓度之间关系的模型，以用于与后续的检测结果进行比对分析。...

【技术保护点】
1.一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法，其特征在于，包括：/n预先设计具有谐振环结构的超表面，通过模拟建立血糖浓度与所述超表面的电磁吸收特性之间关系的模型；/n在皮肤上制备超表面；/n利用电磁波扫描所述皮肤上形成的超表面在不同频率下的反射光谱，得到S11参数与所述频率之间的关系曲线；/n根据所述模型以及所述关系曲线上谐振峰的频移，以确定血糖浓度的变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种在皮肤上制备超表面用于血糖检测的方法，其特征在于，包括：
预先设计具有谐振环结构的超表面，通过模拟建立血糖浓度与所述超表面的电磁吸收特性之间关系的模型；
在皮肤上制备超表面；
利用电磁波扫描所述皮肤上形成的超表面在不同频率下的反射光谱，得到S11参数与所述频率之间的关系曲线；
根据所述模型以及所述关系曲线上谐振峰的频移，以确定血糖浓度的变化。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振环结构为开口谐振环结构，所述开口谐振环结构的形状为圆形或方形，以及，所述开口谐振环结构的线宽范围为0.5mm～5mm，所述开口谐振环结构的开口尺寸为1mm～10mm；和/或，
所述电磁波波长为毫米波长范围，频率范围为30GHz～300GHz。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在皮肤上制备超表面，包括：
采用预设的液态金属粒子、预设的金属颗粒以及预设的弹性树脂制备可拉伸复合导电油墨；
采用丝网印刷方式将所述可拉伸复合导电油墨印刷在水转印纸张上，干燥后对印刷在水转印纸上的可拉伸导电油墨施加预设的处理压力并处理预设的处理时间，使所述可拉伸复合导电油墨中的液态金属粒子的壳破裂而流出并连接在所述金属颗粒之间，以在所述水转印纸张上得到超表面；
将所述水转印纸张上的超表面通过水转印方式转印到所述皮肤上，以在所述皮肤上形成超表面。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可拉伸复合导电油墨中的所述液态金属粒子的质量分数范围为1％～15％，所述金属颗粒的质量分数范围为60％～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛智青，杨艳伟，顾灵雅，刘江浩，徐英杰，刘儒平，孟祥有，张青青，胡堃，李路海，
申请(专利权)人：北京印刷学院，
类型：发明
国别省市：北京;11