一种柔性可穿戴汗液电化学传感器及监测汗液方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性可穿戴汗液电化学传感器，包括电化学汗液传感器电极装置1、蓝牙传输装置2和个人移动数据终端3；电化学汗液传感器电极装置1包括在柔性可拉伸基底7上印刷有三电极系统和离子导入电极8，离子导入电极8上修饰有匹罗卡品，工作电极6上修饰有多肽复合水凝胶。本发明专利技术导电水凝胶具有良好的生物相容性、高的灵敏度、良好的柔韧性和自愈合功能。本发明专利技术开发兼具生物相容性好和和良好抗污染性能的柔性可自愈新材料，并进一步构建基于该新型柔性材料的轻便可穿戴电子传感器，并构置无线电化学汗液传感器在手机上观察实时输出的动态生物化学信号，以及附有药物刺激出汗装置，在静态状态下也可实现汗液中生化分子的直接监测。接监测。接监测。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可穿戴汗液电化学传感器及监测汗液方法和应用


[0001]本专利技术属于电化学传感器
，更具体的说是涉及一种可原位监测的无线柔性可穿戴汗液电化学传感器及监测汗液方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，可穿戴传感器因其在生命体征监测方面具大的潜力而备受关注。然而，市场上的可穿戴传感器，主要是对心率、体温和湿度等物理信号的监测，无法提供更深层次的分子水平的信息。这一差距为实现人体体液无创监测创造了机会。相比血液、间质液、泪液和尿液等体液，汗液是一种很有前途的但相对来说还未被开发的生物液体，是一种可用于无创监测的重要且有价值的体液，因为它含与人体生理状态相关的重要标记物，包括维生素C、抗坏血酸、尿酸、葡萄糖和乳酸等。其组成随健康、压力和饮食状况的变化而动态变化。据文献报道，血液和汗液中化学分子水平的基本相关，也就是说汗液分析可以代替血液分析。因此，汗液分析可提供持续的检测信息，可用于无创检测生理健康状况以及疾病诊断和治疗。若能够脱离医院大型设备的限制，研究高性能可穿戴汗液电化学传感器，实现这些标记物的无创、连续、原位、直观的监测，对于实现“智慧医疗”具有重要意义。
[0003]但是，汗液监测方面的研究目前面临很多问题，主要集中在以下几个方面：
[0004]汗液分析关键挑战之一是缺乏兼具高柔性、高导电性、高灵敏性、高的生物相容性和抗污染的材料。目前，绝大多数的可穿戴传感设备是基于硬而脆的刚性基底7材料构建的，这易导致数据监测不及时和无法准确输出等问题，从而无法准确提供更多的人体代谢分子水平的生化信息。因此，开发柔性电化学传感器是开发高性能可穿戴的汗液电化学传感设备的先决条件。柔性传感器的大多数是以柔性金属材料、聚合物弹性体和聚合物薄膜等柔性材料为基底7，并结合具有活性功能的导电材料(如金属纳米线、金属纳米粒子、石墨烯、碳纳米管等)，可实现柔性与敏感性功能的结合。然而，由于该类活性功能的导电材料本身固有刚性大、易污染、疲劳寿命短等缺点，较难与人体皮肤更好的贴合并承受自然皮肤复杂的机械形状，如：扭曲、弯曲、拉伸和折叠等，这给可穿戴电子设备的真正实际应用带来了极大的挑战。与传统的导电柔性材料不同，导电水凝胶具有类似于生命组织的网络结构，能够表现出与人体皮肤及器官相近的生理特性和力学性能，如生物相容性、高拉伸性和低模量，使其成为人机界面的想柔性基质材料之一。而且，多肽水凝胶柔性材料，因具有复杂的三维网络结构，有利于分散功能材料，可避免材料的堆叠，因此可提高基于多肽复合材料的检测灵敏度。
[0005]除此之外，理想的柔性可穿戴传感设备器对汗液的分析，最好是不经处理的，可直接测定其中的生化指标，可在成分复杂、采集量通常较小的汗液中免受污染和影响。汗液中大量共存的化学种类可吸附到传感界面污染和钝化电极，导致检测结果的可信度降低，不易实现原位监测应用，目前电极易污染也是亟需解决的问题之一。
[0006]汗液分析关键挑战之二是缺乏无线、微型、高集成性的多功能柔性电子设备。与非原位检测相比，用于原位检测的传感器需要直接面对复杂和动态微环境，需要挑战环境复
杂，生物元素多样，传感元件易污染。如何开发出兼具生物相容性好的柔性新材料和抗污染性能，并进一步构建基于该新型柔性材料的轻便可穿戴电子传感器，且构置无线传感器在手机上观察实时输出的动态生物化学信号，实现汗液中生化分子的直接检测，成为可穿戴设备市场化亟需突破的技术瓶颈。
[0007]因此，如何研发出具有高柔韧性、高灵敏性和具有抗污染等综合性能的抗污染多肽水凝胶材料，并构置基于该多功能材料的微型柔性可穿戴电化学汗液传感器，以及附有汗液出汗刺激电极，在人体静态状态下，也可通过小型蓝牙传输系统，将汗液中的生化传感信号通过蓝牙传导至手机界面，进行监测是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种可原位监测的无线柔性可穿戴汗液电化学传感器及监测汗液方法和应用。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种柔性可穿戴汗液电化学传感器，包括电化学汗液传感器电极装置1、蓝牙传输装置2和个人移动数据终端3，上述蓝牙传输装置2与上述电化学汗液传感器电极装置1通过线路连接，上述蓝牙传输装置2与上述个人移动数据终端3无线通讯连接；
[0011]上述电化学汗液传感器电极装置1包括在柔性可拉伸基底7上印刷有对电极4、参比电极5、工作电极6，工作电极6上修饰有多肽复合水凝胶，上述多肽复合水凝胶包括多肽、Au NPs和MoS2，上述多肽的氨基酸序列为(疏水基团)
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Lys
‑
(疏水基团)
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(Lys
‑
NH2)
‑
(Phe
‑
COOH)，Lys和Phe均为D型氨基酸。
[0012]进一步，上述电化学汗液传感器电极装置1包括在柔性可拉伸基底7上印刷有离子导入电极8，离子导入电极8上修饰有匹罗卡品。
[0013]进一步，上述柔性可拉伸基底7为TPU柔性可拉伸基底7。
[0014]进一步，上述柔性可拉伸基底7的材料还可为PC薄膜或纺织面料。
[0015]进一步，上述TPU柔性可拉伸基底7的厂家为杜邦，型号为TL644
‑
TE
‑
11C。
[0016]进一步，上述印刷方式为丝网印刷、喷墨印刷或刻蚀微流控。
[0017]进一步，上述疏水基团为进一步，上述疏水基团为进一步，上述疏水基团为中的一种或两种。
[0018]采用上述进一步的有益效果是：疏水基团有利于自组装成水凝胶。
[0019]进一步，上述参比电极5印刷使用的浆料为可拉伸银浆，工作电极6和对电极4印刷
使用的浆料为可拉伸碳浆。
[0020]进一步，上述可拉伸银浆的厂家为Engineered Materials Systems,Inc，型号为CI
‑
1036；上述可拉伸碳浆的厂家为Engineered Materials Systems,Inc，型号为CI
‑
2062。
[0021]采用上述进一步的有益效果是：可拉伸的印刷浆料具有良好的稳定性和可拉伸性能。
[0022]进一步，上述个人移动数据终端3为智能手机或平板电脑。
[0023]进一步，上述多肽复合水凝胶的制备方法包括以下步骤：
[0024](1)将NaBH4加入水中，冰浴溶解，得到冰NaBH4水溶液，将HAuCl4·
H2O水溶液滴入MoS2水溶液中搅拌，然后在搅拌下加入新配置的冰NaBH4水溶液，继续常温下搅拌，离心、洗涤、干燥，得到AuNPs/MoS2；
[0025](2)将权利要求1或2上述多肽的粉末溶于二甲基亚砜中，得到多肽原始溶液，然后加入AuNPs/MoS2水溶液混合均匀，静置，得到AuNPs/MoS2/D
‑
Pep水凝胶。
[0026]进一步，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性可穿戴汗液电化学传感器，其特征在于，包括电化学汗液传感器电极装置1、蓝牙传输装置2和个人移动数据终端3，所述蓝牙传输装置2与所述电化学汗液传感器电极装置1通过线路连接，所述蓝牙传输装置2与所述个人移动数据终端3无线通讯连接；所述电化学汗液传感器电极装置1包括在柔性可拉伸基底7上印刷有对电极4、参比电极5、工作电极6，工作电极6上修饰有多肽复合水凝胶，所述多肽复合水凝胶包括多肽、AuNPs和MoS2，所述多肽的氨基酸序列为(疏水基团)
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Lys
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(疏水基团)
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(Lys
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NH2)
‑
(Phe
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COOH)，Lys和Phe均为D型氨基酸。2.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴汗液电化学传感器，其特征在于，所述疏水基团为团为中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴汗液电化学传感器，其特征在于，所述多肽复合水凝胶的制备方法包括以下步骤：(1)将NaBH4加入水中，冰浴溶解，得到冰NaBH4水溶液，将HAuCl4·
H2O水溶液滴入MoS2水溶液中搅拌，然后在搅拌下加入新配置的冰NaBH4水溶液，继续常温下搅拌，离心、洗涤、干燥，得到AuNPs/MoS2；(2)将权利要求1或2所述多肽的粉末溶于二甲基亚砜中，得到多肽原始溶液，然后加入AuNPs/MoS2水溶液混合均匀，静置，得到AuNPs/MoS2/D
‑
Pep水凝胶。4.根据权利要求3所述一种柔性可穿戴汗液电化学传感器，其特征在于，所述步骤(1)中，冰NaBH4水溶液的浓度为10
‑
20mol/L，HAuCl4·
H2O水溶液的浓度为10
‑
20mmol/L，MoS2水溶液的浓度为10
‑
50mg/mL，冰NaBH4水溶液、HAuCl4·
H2O水溶液和MoS...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔秀娟，罗细亮，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：