一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置，方法包括：基于反向离子导入技术，采用制备好的金属网状电刺激贴片，对皮肤施加双极性脉冲，实现皮肤间质液的无创提取；搭建一基于氮掺杂石墨烯修饰的乳酸、氢离子、铵离子多通道传感电极；利用多通道传感电极，结合计时电流和开路电压的电化学检测，对提取的皮肤间质液进行检测；对检测结果进行分析判断，使用电刺激贴片进行肌肉的双极性脉冲局部电刺激。装置包括：微控制器、信号发生模块、信号采集模块、间质液提取单元、开路电压检测单元、计时电流检测单元、电刺激模块、电源管理模块、蓝牙模块，通过该装置实现间质液的提取、肌肉疲劳标志物的电化学检测和肌肉疲劳电刺激调控。疲劳电刺激调控。疲劳电刺激调控。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置


[0001]本专利技术涉及传感器领域，尤其涉及一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置。

技术介绍

[0002]肌肉疲劳由许多不同的机制引起，例如：肌纤维内代谢物的积累、运动皮层中运动指令的不足等
[1]，相关的肌肉疲劳检测方法包括：最大肌肉产生力检测、肌电信号检测
[2]和血乳酸检测
[3]等，然而这些方法具有许多缺点。
[0003]其中，最大肌肉产生力检测装置体积大，只能进行单次的、不连续的检测，且需要肌肉剧烈收缩，可能对肌肉产生二次伤害，没有实际检测意义；肌电信号目前可以做到实时、连续、可穿戴的检测，但信号噪音大，肌肉疲劳检测不够准确，且存在个体差异性；血乳酸检测是临床上关于肌肉疲劳检测的较为可靠的方法，但其需要采血，具有有创、不连续、检测速度慢等缺点。对于肌肉疲劳检测来说，需要探索一种能够连续无创地提取人体体液，同时能够准确检测体液中的肌肉疲劳生物标志物的方法，实现肌肉疲劳的连续准确监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置，本专利技术针对肌肉疲劳，实现现阶段对肌肉疲劳的快速准确检测，在对肌肉疲劳标志物乳酸、氢离子、铵离子的检测结果进行智能分析后，综合判断肌肉疲劳程度，并对肌肉进行不同程度的电刺激调控，最终实现从肌肉疲劳的电化学检测到电刺激调控的闭环过程，详见下文描述：
[0005]一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，所述方法包括：
[0006]基于反向离子导入技术，采用制备好的金属网状电刺激贴片，对皮肤施加双极性脉冲，实现皮肤间质液的无创提取；
[0007]搭建一基于氮掺杂石墨烯修饰的乳酸、氢离子、铵离子多通道传感电极；
[0008]利用多通道传感电极，结合计时电流和开路电压的电化学检测，对提取的皮肤间质液进行检测；
[0009]对检测结果进行分析判断，使用电刺激贴片进行肌肉的双极性脉冲局部电刺激，达到肌肉疲劳的电调控效果。
[0010]其中，所述金属网状电刺激贴片的制备过程为：
[0011]利用印刷电路板在柔性聚酰亚胺基底上印刷一对相同的金属网状铜皮作为电刺激贴片，金属铜皮向外裸露，一堆铜皮之间有一定间隔；网状结构由数个大小一致、均匀排列的圆形孔洞形成；网状金属整体边缘呈圆角矩形，向外引出一条线型结构作为导线，延伸至贴片与电路板的接口处。
[0012]进一步地，所述皮肤间质液的无创提取过程为：
[0013]将电化学间质液提取肌肉疲劳检测装置紧贴于皮肤的合适位置上，使用间质液提取电刺激贴片对皮肤进行预提取处理；进行长时间的间质液提取与检测，根据人体阻抗的
不同，设置大小为100～800μA/cm2的电流密度，提取时长约10～20分钟；通过圆形孔洞将皮肤间质液排出到超吸水性滤纸上。
[0014]其中，所述多通道传感电极为：
[0015]采用丝网印刷工艺在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上印刷工作电极和对电极为碳、参比电极为银/氯化银的三电极电化学传感器件，以及两个共用一个参比电极的工作电极为碳、参比电极为Ag/AgCl的两电极电化学传感器件；
[0016]在丝网印刷传感器件的基础上经过氮掺杂石墨烯、普鲁士蓝、聚乙烯醇缩丁醛/氯化钠、聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)、乳酸氧化酶、离子选择性膜层层自组装修饰构建特异性识别和检测乳酸、氢离子、铵离子的多通道传感电极。
[0017]进一步地，在PET电极基底上使用定制模板印刷Ag/AgCl层作为参比电极和导线，接着印刷碳浆作为工作电极和对电极，形成一个工作电极和对电极为碳、参比电极为银/氯化银(Ag/AgCl)的三电极电化学传感器件，以及两个共用一个参比电极的工作电极为碳、参比电极为Ag/AgCl的两电极电化学传感器件；在最上方除了电极有效区域外覆盖一层防水层；
[0018]三电极电化学传感器件用于乳酸的检测，两个两电极电化学传感器件分别用于氢离子和铵离子的检测。
[0019]一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测装置，所述装置包括：微控制器作用于调度、中断执行、数据处理；信号发生模块由数模转换芯片产生不同波形的电压激励；信号采集模块由模数转换芯片进行信号的采集，并发送给微控制器进行处理和发送；
[0020]间质液提取单元基于反向电渗提取技术，采用恒电流模块产生恒定的微小电流，施加到电刺激贴片上，从而实现皮肤间质液的提取；
[0021]开路电压检测单元基于差分放大器完成微弱电压的检测，具备双通道的双极性开路电压检测能力，实现由离子选择性膜产生的微弱开路电压的检测；
[0022]计时电流检测单元基于恒电位仪电路，控制工作电极与参比电极的电势差，同时采集工作电极与对电极通路的电流信号，电流信号通过跨阻放大器进行电流
‑
电压的转换；
[0023]电刺激模块，由数模转换模块控制双极性电压波形的输出，同时调节电阻电压放大倍数，给予皮肤不同程度的电刺激；
[0024]蓝牙模块接收上位机程序或微控制器的命令，负责数据的无线传输。
[0025]其中，通过蓝牙模块，将间质液提取参数与命令发送至微控制器，将基于氮掺杂石墨烯修饰的乳酸、氢离子、铵离子多通道传感电极上的电化学检测数据，实时移动传输并显示到手机微信小程序中，将电刺激参数发送至微控制器，控制电刺激模块进行肌肉疲劳电刺激调控。
[0026]对于乳酸传感器，将40μL包含2.5mM K4Fe(CN)6、2.5mM FeCl3、0.01M HCl、0.1M KCl的新鲜普鲁士蓝溶液滴落到三电极区域，使用计时电位法给工作电极施加50μA的电流持续120秒，在工作电极上电沉积一层普鲁士蓝；随后将1μL的浓度为2mg/mL的氮掺杂石墨烯滴落到工作电极上，室温下自然干燥30分钟；接着配制含有100mg/mL乳酸氧化酶、10mg/mL壳聚糖、溶剂为2％乙酸组成的乳酸氧化酶混合液，摇晃均匀后在4℃下保存；在乳酸传感器的工作电极上滴落1μL的乳酸氧化酶混合液，4℃下干燥2小时，完成乳酸传感器的制作。
[0027]对于氢离子和铵离子传感器，将20μL含有0.01M EDOT和0.1M NaPSS的溶液滴落到
传感器区域，覆盖工作电极和参比电极，使用计时电位法给工作电极施加
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300μA的电流持续30秒，在工作电极上电沉积一层PEDOT/PSS；随后将1μL的浓度为2mg/mL的氮掺杂石墨烯滴落到工作电极上，室温下自然干燥30分钟；接着配制含有1.0wt％氢离子载体Ⅰ、0.5wt％NaTFPB、66.0wt％PVC、32.5wt％DOS、溶剂为THF的氢离子选择性膜混合液，摇晃成均匀黏性液体后在4℃下保存；配制含有0.2wt％铵离子载体Ⅰ、69.0wt％o
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NPOE、30.8wt％PVC、溶剂为THF的铵离子选择性膜混合液，摇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，其特征在于，所述方法包括：基于反向离子导入技术，采用制备好的金属网状电刺激贴片，对皮肤施加双极性脉冲，实现皮肤间质液的无创提取；搭建一基于氮掺杂石墨烯修饰的乳酸、氢离子、铵离子多通道传感电极；利用多通道传感电极，结合计时电流和开路电压的电化学检测，对提取的皮肤间质液进行检测；对检测结果进行分析判断，使用电刺激贴片进行肌肉的双极性脉冲局部电刺激，达到肌肉疲劳的电调控效果。2.根据权利要求1所述的一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，其特征在于，所述金属网状电刺激贴片的制备过程为：利用印刷电路板在柔性聚酰亚胺基底上印刷一对相同的金属网状铜皮作为电刺激贴片，金属铜皮向外裸露，一堆铜皮之间有一定间隔；网状结构由数个大小一致、均匀排列的圆形孔洞形成；网状金属整体边缘呈圆角矩形，向外引出一条线型结构作为导线，延伸至贴片与电路板的接口处。3.根据权利要求1所述的一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，其特征在于，所述皮肤间质液的无创提取过程为：将电化学间质液提取肌肉疲劳检测装置紧贴于皮肤的合适位置上，使用间质液提取电刺激贴片对皮肤进行预提取处理；进行长时间的间质液提取与检测，根据人体阻抗的不同，设置大小为100～800μA/cm2的电流密度，提取时长约10～20分钟；通过圆形孔洞将皮肤间质液排出到超吸水性滤纸上。4.根据权利要求1所述的一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，其特征在于，所述多通道传感电极为：采用丝网印刷工艺在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上印刷工作电极和对电极为碳、参比电极为银/氯化银的三电极电化学传感器件，以及两个共用一个参比电极的工作电极为碳、参比电极为Ag/AgCl的两电极电化学传感器件；在丝网印刷传感器件的基础上经过氮掺杂石墨烯、普鲁士蓝、聚乙烯醇缩丁醛/氯化钠、聚(3,4
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亚乙二氧基噻吩)
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聚(苯乙烯磺酸)、乳酸氧化酶、离子选择性膜层层自组装修饰构建特异性识别和检测乳酸、氢离子、铵离子的多通道传感电极。5.根据权利要求4所述的一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，其特征在于，在PET电极基底上使用定制模板印刷Ag/AgCl层作为参比电极和导线，接着印刷碳浆作为工作电极和对电极，形成一个工作电极和对电极为碳、参比电极为银/氯化银(Ag/AgCl)的三电极电化学传感器件，以及两个共用一个参比电极的工作电极为碳、参比电极为Ag/AgCl的两电极电化学传感器件；在最上方除了电极有效区域外覆盖一层防水层；三电极电化学传感器件用于乳酸的检测，两个两电极电化学传感器件分别用于氢离子和铵离子的检测。6.一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测装置，其特征在于，所述装置包括：微控制器作用于调度、中断执行、数据处理；信号发生模块由数模转换芯片产生不同波形的电压激励；信号采集模块由模数转换芯片进行信号的采集，并发送给微控制器进行处理和发送；
间质液提取单元基于反向电渗提取技术，采用恒电流模块产生恒定的微小电流，施加到电刺激贴片上，从而实现皮肤间质液的提取；开路电压检测单元基于差分放大器完成微弱电压的检测，具备双通道的双极性开路电压检测能力，实现由离子选择性膜产生的微弱开路电压的检测；计时电流检测单元基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，白永昌，明东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：