一种基于仿生学的汗液采集微流控贴片及使用方法技术

本发明专利技术涉及微流体领域，具体公开一种基于仿生学的汗液采集微流控贴片及使用方法，包括：贴片，所述贴片设置有汗液采集入口

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生学的汗液采集微流控贴片及使用方法


[0001]本专利技术涉及微流体领域，具体地讲，涉及一种基于仿生学的汗液采集微流控贴片及使用方法
。

技术介绍

[0002]汗液含有丰富的电解质
、
代谢物
、
蛋白质
、
金属离子和其他生物标志物
。
其中不同化学物质的浓度变化可以反映人的生理状态的改变，也可以反映人的健康状况
。
可穿戴的汗液检测设备的使用可以在分子水平上对人体内的动态变化进行监测，弥补了非侵入性无创检测设备的众多缺陷
。
近年来对汗液成分的分析研究表明，汗液是临床应用中具有重要作用的一类生物流体，包括健康管理，运动监测和疾病诊断等
。
通过对汗液中的代谢产物
(
如葡萄糖
、
乳酸皮质醇和乙醇
)
，电解质
(
如钾
、
钠
、
氯
)
和生物大分子
(
如蛋白质和细胞因子
) 的检测，汗液可以实时向我们传递人体的各种生理信息
。
汗液由人体内分泌系统分泌并在神经系统控制下将汗液排泄到皮肤表面，汗液中所溶解的各类生物因子可以通过汗液收集设备进行采集，其中的许多成分可以作为血液中生物分析物浓度的替代物
。
例如，通过对汗液进行分析来无创地测量血糖浓度，可用于筛查糖尿病的临床应用或运动中的能量利用率
。
将汗液中的葡萄糖与血液中的葡萄糖浓度建立关联，这是糖尿病临床诊断的关键一步
。
可以根据汗液中的乳酸水平对运动员的耐力进行评估并由此安排合理的训练强度
。
汗液中尿酸水平可以提供对肾脏疾病的洞察力
。
汗液中生物标志物的丰富性为人们进行非侵入性检测提供了便利
。
根据最近的研究，已经有多种汗液成分被用来监测人体健康，包括离子（
K
+
，
Na
+
，
Ca
2+
，
Cl
‑
）和小分子（尿素，乳酸和葡萄糖）
。
由于它们在汗液当中含量丰富，这些化学物质经常被用作目标分析物，对可穿戴设备设计的合理性进行分析
。
近年来，随着人们研究的不断深入，已开发出许多基于各种底物材料和检测方法的可穿戴柔性汗液检测设备
。
[0003]可穿戴的柔性汗液检测设备通过对汗液进行收集并对其中的生物标记物浓度进行分析，将血液与汗液中的生物标记物浓度相关联，由此实现对人体的生理检测
。
在进行检测的过程中，可靠的汗液采集技术是准确地测量汗液中生物标记物的基础，该技术在提高检测的效率和检测精度方面起着至关重要的作用
。
由于不正确的方法或采集程序，会造成大量的汗液样品损失，并在检测过程中产生巨大的误差
。
柔性可穿戴汗液检测设备的发展需要先进的汗液采集技术做支撑
。
基于汗液的非侵入性检测的研究促进了人们对各种高效汗液采集方法的使用
。
为了解决上述问题，目前已经开发了一种化学刺激方法，使用了临床相关的程序毛果芸香碱电泳来诱导出汗
。
虽然这种方法可以诱导出汗，但是仍然需要一套合适的汗液采集装置来保证样品的完整性
。
[0004]流体可控输运广泛存在于各种自然系统和实际工程中，在微流控
、
冷凝换热
、
抗结冰和界面减阻等领域具有广阔的应用前景
。
自从表
/
界面科学润湿性基础理论建立以来，传统的理解是，沉积在表面上的液体倾向于沿减少表面能的方向移动，而表面能主要由表面性质而非液体性质决定，如表面张力
。
由于液
‑
固相互作用主要发生在二维（
2D
）域中，因此
实现良好控制的定向转向是特别具有挑战性的
。
具有不同表面张力的液体的扩散方向可以通过设计
3D
毛细棘轮来定制，该棘轮在表面平面内外形成不对称的
3D
扩散轮廓
。
这种定向转向还伴随着自推进和高流速，这些理论在液体运输中都是优选的
。
然而，液体能否决定其命运，在不改变表面结构和无能量输入的前提下实现运动方向的自主选择是长期以来困扰学者们的科学难题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于仿生学的汗液采集微流控贴片及使用方法，本专利技术采用具有良好机械性能，生物相容性，可降解性，透气性和表面湿润性的水凝胶作为贴片材料，采用
3D
打印的制备工艺，制备力学性能优良
、
高机械性能的汗液采集微流控贴片，旨在通过增加汗液采集面积，结合仿生结构在液体运输方面的促进作用，实现汗液的快速
、
大量收集，提高汗液传感器的检测和响应效率，实现对汗液葡萄糖的实时监测
。
[0006]本专利技术采用如下技术方案实现专利技术目的：一种基于仿生学的汗液高效率采集微流控贴片，包括：贴片，所述贴片设置有汗液采集入口
、
汗液运输收集通道及汗液出口，所述汗液采集入口连通所述汗液运输收集通道，所述汗液采集入口包括具有仿生表面的采集面，仿生表面为南洋杉叶片仿生表面，所述采集面与皮肤接触，用于采集汗液，所述汗液运输收集通道包括具有南洋杉叶片仿生表面的汗液定向自驱动通道
、
汗液汇集槽及汗液采集仓毛细出口管，所述汗液定向自驱动通道连通所述采集面，所述汗液汇集槽连通所述汗液定向自驱动通道，所述汗液采集仓毛细出口管连通所述汗液汇集槽
。
[0007]作为本技术方案的进一步限定，所述汗液定向自驱动通道的通道内叶片分布可以将汗液优先输送到所述汗液汇集槽内
。
[0008]一种基于仿生学的汗液高效率采集微流控贴片使用方法，包括以下步骤：步骤一：根据不同的采集要求和使用工况，将所述贴片固定在皮肤上，将汗液手动抽吸泵安装到贴片上，使所述汗液手动抽吸泵位于所述贴片上方；步骤二：将所述贴片放置到手臂上，使所述皮肤接触所述贴片下方，手臂上的汗液通过毛细效应吸附到所述采集面上；步骤三：汗液通过所述采集面进行采集，并定向运输到所述汗液汇集槽，再通过所述汗液采集仓毛细出口管产生的拉普拉斯压力将液体抽吸到所述汗液手动抽吸泵的入口处，完成第一阶段的液体汇集和运输；步骤四：用手按压所述汗液手动抽吸泵的顶层，打开所述汗液手动抽吸泵的反应仓出口开关，放入比色卡片；步骤五：关闭所述反应仓出口开关，松开手，由于汗液手动抽吸泵内部大气压强减小，所述汗液手动抽吸泵的出口将所述汗液汇集槽内的汗液吸出，汗液进入所述汗液手动抽吸泵内部接触所述比色卡片，完成检测；步骤六：再次用手按压汗液手动抽吸泵的顶层，打开所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于仿生学的汗液采集微流控贴片，其特征在于，包括：贴片（1），所述贴片（1）设置有汗液采集入口（
11
）
、
汗液运输收集通道（
12
）及汗液出口（
13
），所述汗液采集入口（
11
）连通所述汗液运输收集通道（
12
）；所述汗液采集入口（
11
）包括具有仿生表面的采集面（
111
），所述采集面（
111
）与皮肤接触，用于采集汗液；所述汗液运输收集通道（
12
）包括具有仿生表面的汗液定向自驱动通道（
121
）
、
汗液汇集槽（
122
）及汗液采集仓毛细出口管（
123
）；所述汗液定向自驱动通道（
121
）连通所述采集面（
111
），所述汗液汇集槽（
122
）连通所述汗液定向自驱动通道（
121
），所述汗液采集仓毛细出口管（
123
）连通所述汗液汇集槽（
122
）
。2.
根据权利要求1所述的基于仿生学的汗液采集微流控贴片，其特征在于：汗液定向自驱动通道（
121
）的通道呈叶片分布将汗液输送到所述汗液汇集槽（
122
）内
。3.
根据权利要求1所述的基于仿生学的汗液采集微流控贴片的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据不同的采集要求和使用工况，将贴片（1）固定在皮肤（4）上，将汗液手动抽吸泵（2）安装到贴片（1）上，使所述汗液手动抽吸泵（2）位于所述贴片（1）上方；步骤二：将所述贴片（1）放置到手臂上，使所述皮肤（4）接触所述贴片（1）下方，手臂上的汗液通过毛细效应吸附到所述采集面（
111
）上；步骤三：汗液通过所述采集面（
111
）进行采集，并定向运输到所述汗液汇集槽（
122
），再通过所述汗液采集仓毛细出口管（
123
）到所述汗液手动抽吸泵（2）的入口处，完成第一阶段的液体汇集和运输；步骤四：用手按压所述汗液手动抽吸泵（2）的顶层，打开所述汗液手动抽吸泵（2）的反应仓出口开关（
29
），放入比色卡片（3）；步骤五：关闭所述反应仓出口开关（
29
），松开手，由于汗液手动抽吸泵（2）内部大气压强减小，汗液手动抽吸泵（2）的出口（
28
）将所述汗液汇集槽（
122
）内的汗液吸出，汗液进入所述汗液手动抽吸泵（2）内部接触所述比色卡片（3），完成检测；步骤六：再次用手按压汗液手动抽吸泵（2）的顶层，打开所述反应仓出口开关（
29
），取出所述比色卡片（3），排出剩余汗液
。4.
根据权利要求3所述的基于仿生学的汗液采集微流控贴片的使用方法，其特征在于：所述汗液手动抽吸泵（2）包括弹性按压顶盖（
21
）
、
泵支撑体（
22
）
、
密封层（
23
）
、
排汗通道（
24
）
、
毛细集汗管（...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，刘恒信，史岩彬，林贵梅，季怀明，张泽飞，王飞，乔晋崴，冯益华，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：