[發(fā)明專利]一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910044550.6
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109646018A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉清君;程晨;許剛;盧妍利;劉朝陽
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A61B5/1477
• 分類號: A61B5/1477;G01N27/26;G01N27/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，包括可重復(fù)使用的電路和可更換的電極兩個(gè)部分，其中可重復(fù)使用的電路部分包括第一基底(7)和加工在第一基底(7)上且依次相連的NFC天線(1)、NFC芯片及其外圍電路(2)、單片機(jī)最小系統(tǒng)(3)、AFE芯片及其外圍電路(4)、連接器(5)；可更換的電極部分為葡萄糖電極(6)；葡萄糖電極(6)安裝到連接器(5)上，將該傳感裝置放置于人體體表皮膚上時(shí)，人體體表皮膚汗液中的葡萄糖分子在葡萄糖電極(6)上被催化氧化，反應(yīng)產(chǎn)生的響應(yīng)電流通過連接器(5)傳到AFE芯片及其外圍電路(4)，經(jīng)過信號調(diào)理后轉(zhuǎn)換為電壓信號，送入單片機(jī)最小系統(tǒng)(3)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸至NFC芯片及其外圍電路(2)；具有NFC模塊的移動終端通過天線之間的電感耦合與NFC天線(1)及NFC芯片及其外圍電路(2)發(fā)生無線數(shù)據(jù)交互以及能量傳輸，讀取到包含葡萄糖濃度信息的電壓轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，將具有NFC模塊的移動終端靠近NFC天線(1)在2cm以內(nèi)，NFC芯片及其外圍電路(2)就可以通過天線之間的電感耦合獲取電能，給單片機(jī)最小系統(tǒng)(3)和AFE芯片及其外圍電路(4)提供最高3.3V的電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，所述葡萄糖電極(6)在第二基底(61)采用印刷電子工藝印刷有對電極(62)、參比電極(63)和工作電極(64)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，所述工作電極(64)上進(jìn)行了多層修飾，從下而上依次是普魯士藍(lán)層(65)、傳感層(66)、以及隔離層(67)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，所述普魯士藍(lán)層(65)通過電化學(xué)方法沉積而成。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，所述傳感層(66)的制作方法如下：

將1wt％的殼聚糖溶解在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的醋酸溶液中，再加入2mg/mL單壁碳納米管后超聲處理，獲得懸浮溶液；將10mg/mL葡萄糖氧化酶溶液和懸浮溶液按1:2體積比混合均勻后，滴加到普魯士藍(lán)層(65)表面，干燥后形成傳感層(66)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置，其特征在于，所述隔離層(67)采用全氟磺酸隔離層。

8.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述用于體表汗液葡萄糖檢測的無線無源柔性傳感裝置進(jìn)行汗液葡萄糖濃度檢測的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)用該傳感裝置檢測不同濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液：

配制不同濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液；將具有NFC模塊的移動終端靠近NFC天線(1)，使傳感裝置工作；在葡萄糖電極(6)表面依次滴加不同濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，移動終端持續(xù)接收傳感裝置測得的電流信號，每個(gè)濃度下記錄電流信號平穩(wěn)后的值，作為該濃度下的電流響應(yīng)，測完每個(gè)濃度后沖洗葡萄糖電極(6)表面并干燥。

(2)建立葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液濃度與電流信號的標(biāo)準(zhǔn)曲線：

換用至少三片葡萄糖電極(6)，重復(fù)步驟1中的測量過程，得到每篇葡萄糖電極(6)在不同濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液下的電流響應(yīng)；得到葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液濃度與傳感器電流響應(yīng)之間的關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線用于通過測得的電流值來計(jì)算真實(shí)汗液中的葡萄糖濃度。

(3)在體測試汗液中的葡萄糖濃度：

將待測的葡萄糖電極(6)插入連接器(5)，在葡萄糖電極(6)的表面墊上一層多孔海綿，用于短暫的吸收和貯存汗液；并在無線無源柔性傳感裝置與皮膚接觸的表面貼上一層醫(yī)用的硅凝膠，露出葡萄糖電極(6)的傳感區(qū)域，用酒精棉清潔目標(biāo)皮膚區(qū)域，并將無線無源柔性傳感裝置貼附于皮膚表面；在固定好無線無源柔性傳感裝置后，使用者開始進(jìn)行體育運(yùn)動，當(dāng)體表開始分泌汗液時(shí)，葡萄糖電極(6)表面通過多孔海綿吸收到來自皮膚表面的汗液，汗液中的葡萄糖在葡萄糖電極(6)上被催化氧化，產(chǎn)生電流信號；將具有NFC模塊的移動終端靠近NFC天線(1)傳輸?shù)揭苿咏K端，利用步驟(2)得到的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液濃度與傳感器電流響應(yīng)之間的關(guān)系曲線，移動終端計(jì)算出使用者汗液中葡萄糖的濃度信息，并在移動終端上實(shí)時(shí)顯示濃度值，繪制相應(yīng)的濃度曲線。