多通道纤维基汗液收集、汗液传感系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多通道纤维基汗液收集、传感系统及其制备方法。该汗液传感系统为多层织物，其内层包括多通道纤维基汗液收集系统及栅电极，外层上设置有源漏电极。汗液收集系统包括若干个相间分布的汗液传输通道和疏水区，并汇集于汗液收集区；每个汗液传输通道均具有若干个接触角由靠近汗液收集区向外逐渐增大的亲疏水梯度单元，通过对亲疏水梯度单元的织物组织结构进行调控，形成具有自驱动芯吸效应的汗液收集系统，以使汗液经过亲疏水梯度单元由外部向汗液收集区定向传输。其中，栅电极及源漏电极相交于汗液收集区，且为具有高跨导值的三维纳米网状和花状结构的导电高分子，传感器信号放大效率高，从而提高汗液检测的灵敏度和检测速率。

【技术实现步骤摘要】
多通道纤维基汗液收集、汗液传感系统及其制备方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种多通道纤维基汗液收集、传感系统及其制备方法。
技术介绍
人类的汗液是一种通过情绪压力和身体运动时产生的自然体液，汗液中包含钠离子、钾离子、乳酸、尿素等成分及含量提供了丰富的人体生理和代谢信息，这些信息与人体健康密不可分，因此对汗液进行检测可能对于疾病诊断、药物滥用检测和运动表现具有重要作用。要实现汗液的检测，一般需要将汗液汇集于检测区，以提高检测区的汗液含量；此外还可以通过提高检测单元的放大效率，从而提高汗液检测的效率和响应灵敏度。由于汗液中水分含量高达98～99％，因此现有技术对汗液的收集大多通过构造亲疏水梯度，形成汗液传输通路，再对收集的汗液进行检测。专利技术专利CN108982488公开了一种超浸润汗液传感器，包括超疏水涂层区和超亲水微井检测区，超亲水微井检测区修饰有比色试剂，利用超疏水涂层区的疏水性和超亲水微井检测区的亲水性，能够实现对汗液的定点收集和检测。但该方法中超疏水涂层区和超亲水微井检测区分别位于传感器内层和外层，汗液定点收集的效率有待改进。专利技术专利CN110823968公开了一种汗液传感器及其制备方法，包括依次层叠设置的多孔疏水层、电极层与多孔亲水层，使得汗液透过多孔疏水层向多孔亲水层定向输送以经过电极层进行检测。该方法只能利用重力在与体表垂直方向上进行汗液传输，无法将皮肤平面上的汗液实现自驱动汇集，因此汗液收集效率仍不够理想。专利技术专利CN104280444公开了一种汗液收集及分析系统及其制作方法，包括汗液采集单元及分析设备，汗液采集单元包括与体表接触的疏水性织物，织物上编织亲水性微流控网络，并与汗液分析设备连接，亲水性微流控网络包括收集汗液的网络结构B和围绕B的导流汗液的网络结构B，形成星式分布，A和B通过亲水性连线连接。该方案通过刺绣在疏水性织物上编织A和B图案，进行汗液收集，制备方法较复杂，且仅通过亲水连线进行汗液导流，导流效率低。因此，急需提供一种具有高的汗液收集效率及汗液检测效率和灵敏度的汗液传感器。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种多通道纤维基汗液收集、传感系统及其制备方法，通过对织物平面结构进行设计和亲疏水调控，制备具有芯吸效应的汗液收集系统，再与栅电极和源漏电极进行组装，得到灵敏度和检测速率均较高的汗液传感系统。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种多通道纤维基汗液收集系统，包括汗液传输区、疏水区及汗液收集区，所述汗液传输区包括若干个汗液传输通道，所述汗液传输通道与所述疏水区相间布置，并都汇集于所述汗液收集区，每个所述汗液传输通道均具有若干个亲疏水梯度单元，且所述亲疏水梯度单元的接触角自靠近汗液收集区向远离汗液收集区方向上呈现逐渐增大的梯度分布，每个所述亲疏水梯度单元是由经纱和纬纱构成，且自靠近汗液收集区向远离汗液收集区方向上的亲疏水梯度单元的纬纱直径和经纱直径均逐渐增大，形成自驱动芯吸效应，以使汗液经过亲疏水梯度单元由外部向汗液收集区传输。进一步的，所述汗液收集区位于所述多通道纤维基汗液收集系统的正中间，所述汗液收集区为汗液传输区和疏水区的交点，或者为汗液收集区为汗液传输区和疏水区汇集得到具有一定面积的一个区间。进一步的，单个所述汗液传输通道的亲疏水梯度单元的数量大于等于4个，且与所述汗液收集区相邻的亲疏水梯度单元的接触角小于30°，最外层的亲疏水梯度单元的接触角大于90°；所述疏水区的接触角大于130℃，所述汗液收集区的接触角小于等于与其相邻的亲疏水梯度单元的接触角。进一步的，单个所述汗液传输通道的亲疏水梯度单元的经纱根数满足如下关系式：A1≥2A2-A1≥4A3-A2≥6AN-AN-1≥2N式中，A1、A2、A3、AN分别代表自靠近汗液收集区向远离汗液收集区的方向上依次设置的第1个、第2个、第3个和第N个亲疏水梯度单元的经纱根数；所述第N个亲疏水梯度单元的纬纱根数为(5～5N)n根，N和n均为正整数。进一步的，所述亲疏水梯度单元和汗液收集区的亲疏水性及所述疏水区的疏水性通过选用具有不同亲疏水性的纤维进行织造实现，或者通过对亲疏水梯度单元及疏水区进行表面亲疏水改性实现。进一步的，所述汗液传输通道的数量为1～20个，每个所述汗液传输通道的长度为0.5～10cm。一种汗液传感系统，包括多层织物，所述多层织物的内层包括以上所述的多通道纤维基汗液收集系统及设置于其上的栅电极，用于与人体皮肤接触；所述多层织物的外层上设置有源漏电极，所述栅电极与所述源漏电极相交于汗液收集区，所述交点为源漏电极的沟道中心，以构成汗液检测系统，用于实现汗液收集区的汗液检测。进一步的，所述源漏电极与所述栅电极相互垂直布置，所述源漏电极和栅电极为直径为2um～3cm、电阻为50～500Ω/cm的导电纱线，所述汗液检测系统的跨导值为40～100mS。进一步的，所述导电纱线包括具有三维纳米网状和花状结构的导电高分子。一种以上所述的汗液传感系统的制备方法，包括以下步骤：S1.制备多通道纤维基汗液收集系统选用具有不同亲疏水性的纤维进行织造，或者对织造好的亲疏水梯度单元、疏水区及汗液收集区进行表面亲疏水改性，得到以上所述多通道纤维基汗液收集系统；S2.制备源漏电极将直径为2um～3cm的纱线作为基材，采用体积比为95％～85％：5％～15％的氮气和氢气组成的混合气体对纱线进行等离子体溅射处理，然后将纱线在氧化石墨烯溶液中浸渍吸附后取出，采用采用体积比为95％～85％：5％～15％的氮气和氢气组成的混合气体对纱线进行等离子溅射技术将氧化石墨烯还原，得到还原氧化石墨烯/纱线复合物；将所述还原氧化石墨烯/纱线复合物置于吡咯和阴离子表面活性剂溶液中，搅拌均匀，再缓慢加入氧化剂，反应完毕后取出得到源漏电极；S3.制备栅电极对所述源漏电极进行汗液检测的功能化修饰，得到栅电极；所述功能化修饰的物质包括但不限于为全氟磺酸聚合物、葡萄糖氧化酶、尿酸酶、乳酸氧化酶中的任一种或多种，当选用多种物质进行功能修饰时，汗液传感系统能够对汗液中多种成分进行传感检测；S4.汗液传感系统组装将所述栅电极与所述汗液收集区相交布置，作为内层织物；将所述源漏电极布置于外层织物，且使所述源漏电极与所述栅电极相交，交点位于所述汗液收集区，且使所述交点为源漏电极的沟道中心。进一步的，在步骤S2中，所述阴离子表面活性剂包括但不限于为蒽醌-2-磺酸钠、十二万基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的任一种，所述氧化剂包括但不限于为九水合硝酸铁、氯化铁、过硫酸钾或二氧化锰中的任一种。有益效果与现有技术相比，本专利技术提供的多通道纤维基汗液收集、传感系统及其制备方法具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的多通道纤维基汗液收集系统，包括若干个相间布置的汗液传输通道和疏水区，并最终汇集于汗液收集区。其中，每个汗液传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道纤维基汗液收集系统，其特征在于，包括汗液传输区(10)、疏水区(20)及汗液收集区(30)，所述汗液传输区包括若干个汗液传输通道，所述汗液传输通道与所述疏水区(20)相间布置，并都汇集于所述汗液收集区(30)，每个所述汗液传输通道均具有若干个亲疏水梯度单元(101)，且所述亲疏水梯度单元(101)的接触角自靠近汗液收集区(30)向远离汗液收集区(30)方向上呈现逐渐增大的梯度分布，每个所述亲疏水梯度单元(101)是由经纱和纬纱构成，且自靠近汗液收集区(30)向远离汗液收集区(30)方向上的亲疏水梯度单元(101)的纬纱直径和经纱直径均逐渐增大，形成自驱动芯吸效应，以使汗液经过亲疏水梯度单元(101)由外部向汗液收集区(30)传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种多通道纤维基汗液收集系统，其特征在于，包括汗液传输区(10)、疏水区(20)及汗液收集区(30)，所述汗液传输区包括若干个汗液传输通道，所述汗液传输通道与所述疏水区(20)相间布置，并都汇集于所述汗液收集区(30)，每个所述汗液传输通道均具有若干个亲疏水梯度单元(101)，且所述亲疏水梯度单元(101)的接触角自靠近汗液收集区(30)向远离汗液收集区(30)方向上呈现逐渐增大的梯度分布，每个所述亲疏水梯度单元(101)是由经纱和纬纱构成，且自靠近汗液收集区(30)向远离汗液收集区(30)方向上的亲疏水梯度单元(101)的纬纱直径和经纱直径均逐渐增大，形成自驱动芯吸效应，以使汗液经过亲疏水梯度单元(101)由外部向汗液收集区(30)传输。


2.根据权利要求1所述的多通道纤维基汗液收集系统，其特征在于，单个所述汗液传输通道的亲疏水梯度单元(101)的数量大于等于4个，且与所述汗液收集区(30)相邻的亲疏水梯度单元(101)的接触角小于30°，最外层的亲疏水梯度单元(101)的接触角大于90°，所述疏水区(20)的接触角大于130℃，所述汗液收集区(30)的接触角小于等于与其相邻的亲疏水梯度单元的接触角。


3.根据权利要求1或2所述的多通道纤维基汗液收集系统，其特征在于，单个所述汗液传输通道的亲疏水梯度单元(101)的经纱根数满足如下关系式：
A1≥2
A2-A1≥4
A3-A2≥6



AN-AN-1≥2N
式中，A1、A2、A3、AN分别代表自靠近汗液收集区(30)向远离汗液收集区(30)的方向上依次设置的第1个、第2个、第3个和第N个亲疏水梯度单元的经纱根数；
所述第N个亲疏水梯度单元的纬纱根数为(5～5N)n根，N和n均为正整数。


4.根据权利要求2或3所述的多通道纤维基汗液收集系统，其特征在于，所述亲疏水梯度单元(101)和汗液收集区(30)的亲疏水性及所述疏水区(20)的疏水性通过选用具有不同亲疏水性的纤维进行织造实现，或者通过对亲疏水梯度单元及疏水区进行表面亲疏水改性实现。


5.根据权利要求1所述的多通道纤维基汗液收集系统，其特征在于，所述汗液传输通道的数量为1～20个，每个所述汗液传输通道的长度为0.5～10cm。


6.一种汗液传感系统，其特征在于，其包括多层织物，所述多层织物的内层(60)包括权利要求1至5中任一项权利要求所述的多通道纤维基汗液收集系统及设置于其上的栅电极(40)，用于与人体皮肤接触；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，卿星，武艺，李沐芳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42