[發明專利]一種可穿戴布基電化學汗液傳感裝置和方法

有效

• 申請號: 202011325721.1
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112494037B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 章春筍;鄭琳
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: A61B5/145
• 分類號: A61B5/145;A61B5/1477;A61B5/1486;G01N27/30;G01N27/327
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 郭煒綿

本發明公開一種可穿戴布基電化學汗液傳感裝置和方法，裝置包括汗液收集層、汗液檢測層、廢液收集層和固定壓片層，汗液收集層用于快速收集皮膚表面的汗液，汗液檢測層包括折疊式的布基檢測芯片，布基檢測芯片包括布基載體、輔助單元和汗液檢測單元，廢液收集層包括紙基廢液收集片，固定壓片層用于固定布基檢測芯片和紙基廢液收集片，連通外部電路。汗液經過汗液收集層滲透到布基檢測芯片的親水區域，再到達工作電極進行檢測，紙基廢液收集片吸收工作電極上溢出的汗液，布基檢測芯片將檢測信號傳輸至外部電路，分析后得到汗液檢測結果，實現對人體皮膚表面汗液成分的低成本、非侵入、穩定地實時連續監測，對人體健康狀態的監控具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及電化學傳感器技術領域，特別涉及一種可穿戴布基電化學汗液傳感裝置和方法。

背景技術

隨著電子科學技術的不斷發展，以及對可穿戴傳感設備研究工作的不斷深入，智能醫療產品的研發工作也在飛速發展。智能醫療產品的研發越來越傾向于對不同生物流體(如唾液、汗液或者眼淚)的非侵入式檢測，以實現對臨床性能相關的(生物)標志物進行連續監測。可穿戴傳感器因其具有無創檢測和可持續檢測的優勢，在醫療保健，健身，安全和環境等領域中具有廣泛的應用前景。

汗液是一種常見并且易于獲得的表皮生物流體，其主要成分是水，包含代謝產物(例如葡萄糖，乳酸等)，電解質(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與血糖濃度具有一定相關性，對汗液葡萄糖進行無創檢測可以避免傳統血糖檢測采血過程中的刺痛并且防止有可能造成的血液感染。汗液中的乳酸水平與人體運動過程中的有氧與無氧運動狀態有關，對汗液乳酸進行無創檢測有利于實時監測人體運動過程中的脫水狀況。由于汗液易于獲得且汗液中代謝產物的濃度能夠反映人體健康狀態，因此汗液成為了可穿戴傳感器實現無創檢測的理想檢測對象。目前可穿戴汗液傳感器的檢測方法多采用比色法或者電化學方法，前者以有色化合物的顯色反應為基礎，其檢測結果的準確性受周圍環境光照強度的影響較大；而電化學方法具有靈敏度高且易于集成的特點，因此在可穿戴傳感器領域具有更廣泛的應用。

目前可穿戴電化學汗液傳感器多采用高分子聚合物材料為基底，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，這類材料往往價格昂貴且傳感器制作過程繁瑣。此外，傳統的三電極系統工作電極與參比電極對電極處于同一平面，導致已檢測過的汗液在傳感器內部不能及時排出而堆積在工作電極表面從而大大降低了可穿戴傳感器的靈敏度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種制作工藝簡單、成本低的可穿戴布基電化學汗液傳感裝置，該裝置能夠更準確地檢測出汗液中的葡萄糖濃度以及乳酸濃度。

本發明的另一目的在于提供一種可穿戴布基電化學汗液傳感方法。

本發明的技術方案為：一種可穿戴布基電化學汗液傳感裝置，包括汗液收集層、汗液檢測層、廢液收集層和固定壓片層，所述汗液收集層包括汗液入口、汗液收集通道、汗液收集區域、汗液引流通道和第一電極觸點，所述汗液檢測層包括折疊式的布基檢測芯片，所述布基檢測芯片包括布基載體、輔助單元和汗液檢測單元，所述廢液收集層包括紙基廢液收集片，所述紙基廢液收集片與布基檢測芯片的汗液檢測單元接觸，所述固定壓片層包括第二電極觸點和汗液蒸發開口，第二電極觸點將布基檢測芯片的電極與外部電路連通。其中，汗液收集層用于快速收集皮膚表面的汗液，布基檢測芯片用于電化學監測汗液中的葡萄糖和乳酸濃度變化，廢液收集層一方面用于吸收工作電極表面已檢測過的汗液，保持工作電極表面干燥，提高傳感器的使用壽命，提高檢測的精確度；另一方面配合布基汗液檢測芯片構建了優良的汗液轉運通道，可以快速吸取汗液收集區域待檢測的汗液，完成汗液檢測、廢液收集的過程。固定壓片層用于將布基檢測芯片和紙基廢液收集片固定于裝置內部；汗液蒸發開口在保證工作電極與空氣中的氧氣充分接觸的同時保持電極表面干燥。本可穿戴布基電化學汗液傳感器與外部電路的連接方式采用磁吸接口，便于拆卸。