本发明专利技术公开一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法，装置包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，汗液收集层用于快速收集皮肤表面的汗液，汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，废液收集层包括纸基废液收集片，固定压片层用于固定布基检测芯片和纸基废液收集片，连通外部电路。汗液经过汗液收集层渗透到布基检测芯片的亲水区域，再到达工作电极进行检测，纸基废液收集片吸收工作电极上溢出的汗液，布基检测芯片将检测信号传输至外部电路，分析后得到汗液检测结果，实现对人体皮肤表面汗液成分的低成本、非侵入、稳定地实时连续监测，对人体健康状态的监控具有重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法
本专利技术涉及电化学传感器
，特别涉及一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法。
技术介绍
随着电子科学技术的不断发展，以及对可穿戴传感设备研究工作的不断深入，智能医疗产品的研发工作也在飞速发展。智能医疗产品的研发越来越倾向于对不同生物流体(如唾液、汗液或者眼泪)的非侵入式检测，以实现对临床性能相关的(生物)标志物进行连续监测。可穿戴传感器因其具有无创检测和可持续检测的优势，在医疗保健，健身，安全和环境等领域中具有广泛的应用前景。汗液是一种常见并且易于获得的表皮生物流体，其主要成分是水，包含代谢产物(例如葡萄糖，乳酸等)，电解质(例如氯化物等)，微量元素和少量大分子。汗液中的葡萄糖水平与血糖浓度具有一定相关性，对汗液葡萄糖进行无创检测可以避免传统血糖检测采血过程中的刺痛并且防止有可能造成的血液感染。汗液中的乳酸水平与人体运动过程中的有氧与无氧运动状态有关，对汗液乳酸进行无创检测有利于实时监测人体运动过程中的脱水状况。由于汗液易于获得且汗液中代谢产物的浓度能够反映人体健康状态，因此汗液成为了可穿戴传感器实现无创检测的理想检测对象。目前可穿戴汗液传感器的检测方法多采用比色法或者电化学方法，前者以有色化合物的显色反应为基础，其检测结果的准确性受周围环境光照强度的影响较大；而电化学方法具有灵敏度高且易于集成的特点，因此在可穿戴传感器领域具有更广泛的应用。目前可穿戴电化学汗液传感器多采用高分子聚合物材料为基底，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，这类材料往往价格昂贵且传感器制作过程繁琐。此外，传统的三电极系统工作电极与参比电极对电极处于同一平面，导致已检测过的汗液在传感器内部不能及时排出而堆积在工作电极表面从而大大降低了可穿戴传感器的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制作工艺简单、成本低的可穿戴布基电化学汗液传感装置，该装置能够更准确地检测出汗液中的葡萄糖浓度以及乳酸浓度。本专利技术的另一目的在于提供一种可穿戴布基电化学汗液传感方法。本专利技术的技术方案为：一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，所述汗液收集层包括汗液入口、汗液收集通道、汗液收集区域、汗液引流通道和第一电极触点，所述汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，所述布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，所述废液收集层包括纸基废液收集片，所述纸基废液收集片与布基检测芯片的汗液检测单元接触，所述固定压片层包括第二电极触点和汗液蒸发开口，第二电极触点将布基检测芯片的电极与外部电路连通。其中，汗液收集层用于快速收集皮肤表面的汗液，布基检测芯片用于电化学监测汗液中的葡萄糖和乳酸浓度变化，废液收集层一方面用于吸收工作电极表面已检测过的汗液，保持工作电极表面干燥，提高传感器的使用寿命，提高检测的精确度；另一方面配合布基汗液检测芯片构建了优良的汗液转运通道，可以快速吸取汗液收集区域待检测的汗液，完成汗液检测、废液收集的过程。固定压片层用于将布基检测芯片和纸基废液收集片固定于装置内部；汗液蒸发开口在保证工作电极与空气中的氧气充分接触的同时保持电极表面干燥。本可穿戴布基电化学汗液传感器与外部电路的连接方式采用磁吸接口，便于拆卸。还包括主体，所述汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层是由靠近皮肤一侧往远离皮肤一侧方向依次设置在主体上的，固定压片层通过转轴与主体采用可翻转式连接。其中，主体上设有可调节的绑带，使汗液收集层与皮肤表面密切接触。所述汗液入口设有多个，分布在主体上与皮肤贴合的一侧，汗液收集通道将多个汗液入口和汗液收集区域连通，汗液引流通道位于汗液收集通道和汗液收集区域之间，汗液引流通道设有坡度，第一电极触点与布基检测芯片接触。所述汗液检测层的布基检测芯片采用折叠式的三维布基汗液检测芯片，所述布基载体采用无纺布，所述布基检测芯片沿中心线折叠，使辅助单元和汗液检测单元重叠，辅助单元靠近汗液收集层，汗液检测单元靠近废液收集层。所述辅助单元设有参比电极、对电极、亲水区域和疏水蜡坝，汗液检测单元设有工作电极。所述工作电极、参比电极和对电极采用正面碳丝网印刷技术制备，疏水蜡坝采用背面蜡丝网印刷技术制备。所述工作电极经过修饰，所述修饰过程包括在工作电极表面滴涂电子媒介体层，再在所述电子媒介体层上滴涂酶层。优选的，滴涂电子媒介体层过程采用多壁碳纳米管-普鲁士蓝修饰，多壁碳纳米管-普鲁士蓝涂布方式包括：单独修饰普鲁士蓝、将普鲁士蓝和多壁碳纳米管超声混合之后再滴涂于电极表面、先滴涂普鲁士蓝待干燥再滴涂多壁碳纳米管、先滴涂多壁碳纳米管待干燥再滴涂普鲁士蓝。优选的，滴涂电子媒介体层过程中普鲁士蓝和多壁碳纳米管混合涂布于工作电极表面的质量比为1:4-2:1。优选的，上述电子媒介体层修饰过程中普鲁士蓝和多壁碳纳米管混合溶液涂布于工作电极表面的浓度为2-20mg/mL。优选的，上述酶层修饰过程采用葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶的浓度为2-25U/μL。所述主体和固定压片层上均设有磁铁，主体与固定压片层通过磁力相互吸引以固定布基检测芯片和纸基废液收集片。其中，固定压片上的第二电极触点为工作电极触点，汗液收集层的第一电极触点为参比电极触点和对电极触点，在固定压片层合上的瞬间连通布基检测芯片上的电极与外部电路，这种设计有利于装置内部芯片的固定以及更换。一种可穿戴布基电化学汗液传感方法，包括汗液经过汗液收集层渗透到布基检测芯片的亲水区域，再到达工作电极进行检测，纸基废液收集片吸收工作电极上溢出的汗液，布基检测芯片将检测信号传输至外部电路，分析后得到汗液检测结果。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：1)汗液收集层通过可调节绑带与皮肤表面紧密接触，通过多个汗液入口可以快速收集运动过程中皮肤表面流淌的汗液，并且汗液引流通道可以快速将进入汗液收集区域的汗液引流至上方的汗液检测层完成汗液收集工作以进行检测。2)汗液检测芯片制备过程简单，易于实现批量生产，且采用无纺布为基底材料，亲肤性能良好、成本低。采用折叠式三维布基汗液检测芯片，一方面，利用折叠式三维芯片使经过修饰的工作电极远离皮肤表面保证了传感器的安全性；另一方面，布基汗液检测芯片辅助单元的亲水区域与汗液收集层的汗液收集区域紧密接触，充分利用了无纺布的毛细力可以快速吸收已收集的汗液，并且再次利用无纺布之间的毛细力将亲水区域吸收的汗液浸润至汗液检测单元的工作电极表面，从而构造了优良的汗液转运通道。3)纸基废液收集层一方面可以吸收工作电极表面已经检测过的汗液保持电极干燥，以防止新旧汗液混合干扰检测的精确度，另一方面可以吸收工作电极表面溢出的汗液为上面所述的汗液转运通道提供动力。4)固定压片层有利于工作电极与空气中的氧气充分接触，提高了芯片检测的灵敏度；同时采用磁吸的固定方式便于检测芯片的更换，使传感装置更加轻便耐用。5)所述可穿戴布基电化学汗液传感装置对汗液中的葡萄本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，所述汗液收集层包括汗液入口、汗液收集通道、汗液收集区域、汗液引流通道和第一电极触点，所述汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，所述布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，所述废液收集层包括纸基废液收集片，所述纸基废液收集片与布基检测芯片的汗液检测单元接触，所述固定压片层包括第二电极触点和汗液蒸发开口，第二电极触点将布基检测芯片的电极与外部电路连通。/n
【技术特征摘要】
1.一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，所述汗液收集层包括汗液入口、汗液收集通道、汗液收集区域、汗液引流通道和第一电极触点，所述汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，所述布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，所述废液收集层包括纸基废液收集片，所述纸基废液收集片与布基检测芯片的汗液检测单元接触，所述固定压片层包括第二电极触点和汗液蒸发开口，第二电极触点将布基检测芯片的电极与外部电路连通。
2.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，还包括主体，所述汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层是由靠近皮肤一侧往远离皮肤一侧方向依次设置在主体上的，固定压片层通过转轴与主体采用可翻转式连接。
3.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述汗液入口设有多个，分布在主体上与皮肤贴合的一侧，汗液收集通道将多个汗液入口和汗液收集区域连通，汗液引流通道位于汗液收集通道和汗液收集区域之间，汗液引流通道设有坡度，第一电极触点与布基检测芯片接触。
4.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述汗液检测层的布基检测芯片采用折叠式的三维布基汗液...
【专利技术属性】
技术研发人员：章春笋，郑琳，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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