CN104280444B - 汗液收集及分析系统及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型的可与可穿戴设备结合的汗液收集及分析设备，解决生命健康不能实时持续跟踪的问题。具体技术方案如下：一种汗液采集及分析系统，其特征在于：包括汗液采集单元和汗液分析设备，其中，汗液采集单元包括疏水性织物，疏水性织物上编织亲水性微流控网络，其中一面穿戴在人体皮肤上收集汗液，另一面连接汗液分析设备。使用时，对系统进行校准：配置好的目标物溶液滴在近皮肤层上的汗液聚集区域，使其沿着亲水性连线向排出区域转移，检测单元测出的数据与目标物溶液的标准浓度值进行对比校准。
Description
技术领域
本发明涉及一种汗液收集分析设备，特别是一种新型的可穿戴式汗液收集及分析系统，及其制作方法。
背景技术
随着健康关注力度的升高，人们对身体各项指标监控的需求突飞猛进，可以通过血液、组织液或汗液的检测来跟踪掌握身体健康状况；血液和组织液的检测会对身体造成一定损伤，因此利用汗液的无创伤检测是一个趋势。汗液的收集及储存对汗液中的电解质分析的准确性具有重要的影响，汗液通过皮肤表面的汗液蒸发来调节人体温度，但是正是由于这种汗液的蒸发，导致电解质的浓度测定值偏高并且成为该领域最大的潜在错误源。目前国内市场上汗液收集及检测一体化的可穿戴设备销售为空白，国外投入使用的也只有Nanoduct设备，用于检测囊肿性纤维化疾病，但是其使用复杂，并且无法穿戴，局限的应用于检测机构，不能实时持续有效的反应身体健康状况。
发明内容
本发明目的是要提供一种新型的可与可穿戴设备结合的汗液收集及分析设备，解决生命健康不能实时持续跟踪的问题。具体技术方案如下：
一种汗液采集及分析系统，其特征在于：包括汗液采集单元和汗液分析设备，其中，汗液采集单元包括疏水性织物，疏水性织物上编织亲水性微流控网络，其中一面穿戴在人体皮肤上收集汗液，另一面连接汗液分析设备。
作为改进，汗液分析设备包括检测单元、分析单元、显示单元，检测单元包括检测电极，检测电极与汗液收集单元连接，并通过导线连接换能器，换能器连接分析单元，分析单元连接显示单元。
作为进一步改进，疏水性织物为双面结构，亲水性微流控网络包括位于疏水性织物正面的导流汗液的网格结构，构成A图案；和疏水性织物双面编织的收集汗液的网格结构，构成B图案；多个A图案围绕中心的B图案卫星式分布，A图案与中心的B图案通过亲水性连线连接。
作为进一步改进，检测单元包括双检测电极，即参比电极和ISE工作电极或裸工作电极，亲水性连线经过检测电极，检测电极通过导线接入换能器，换能器连接分析单元。
作为进一步改进，检测单元包括三检测电极，即参比电极、对电极和酶修饰工作电极，亲水性连线经过检测电极，检测电极通过导线接入换能器，换能器连接分析单元。
作为进一步改进，检测单元安装在疏水性织物背面，分析单元安装在疏水性基底正面，疏水性基底背面与疏水性织物背面相贴，疏水性基底为玻璃或橡胶，分析单元和换能器粘贴在疏水性基底正面，在疏水性基底上打孔，导线穿过基底连接到换能器，同时导线将换能器与分析单元连接。
作为进一步改进，疏水性织物、疏水性基底、显示单元自下而上布置，整个汗液采集及分析系统安装在腕表表壳内，疏水性织物正面穿戴在人体皮肤上收集汗液，表壳内安装显示单元，显示分析结果。
本发明还提供上述汗液采集及分析系统的制作方法，包括如下步骤：
a)疏水性织物：疏水性织物由棉面料制备，棉面料为双层结构，在50KPa的气压下将超疏水性涂料气刷到棉面料表面，超疏水性涂料的使用量为0.5mL/cm2-2mL/cm2，然后将棉面料固定在玻璃或金属表面，在100℃温度下固化30min；
b)亲水性连线：选用200um-1000um棉纱线，利用脱胶除去表面蜡保护层进行亲水性处理，首先配制含1.5wt％碳酸钠和1.5wt％十二烷基硫酸铵的水溶液，在300℃加热板上煮沸，然后将棉纱线沸水浴60min，最后室温下用去离子水清洗；
c)三维刺绣形成亲水性微流控网络：在疏水性织物上刺绣亲水性连线形成微流控网络结构，刺绣前将疏水性织物用绣花圈固定，使用0.362mm直径的绣花针；首先固定第一层疏水性织物，将A图案绣在其表面，A图案尺寸：2×2mm—4×4mm，然后将两层合并并固定，将B图案绣在双层疏水性织物上，B图案尺寸：3×3mm—5×5mm，最后在第一层织物上绣亲水性连线，长度：7-15mm，多个A图案围绕中心的B图案布置，A图案与中心B图案通过亲水性连线连接；
d)接入检测单元：将检测单元粘贴在疏水性织物具有B图案的一面，然后绣入亲水性连线，对于无机物的检测，选用双电极检测方法，即参比电极和微型化ISE工作电极或裸工作电极；对于有机物的检测，选用三电极检测方法，即参比电极、对电极和酶修饰工作电极，亲水性连线经过检测电极，检测电极通过导线接入换能器，换能器连接分析单元；
e)接入换能器和分析单元：将分析单元和换能器粘贴在疏水性基底表面，在基底上打孔，将导线穿过基底接到换能器；同时利用导线将换能器与分析单元连接；
f)接入显示单元：分析单元的分析结果导出到显示器，显示器用液晶显示器，置于整个系统的最表层；
g)与穿戴设备结合：将上述各层按照目标可穿戴设备的尺寸进行裁剪，并装入腕表表壳内；
h)使用时，对系统进行校准：配置好的目标物溶液滴在近皮肤层上的汗液聚集区域，使其沿着亲水性连线向排出区域转移，检测单元测出的数据与目标物溶液的标准浓度值进行对比校准。
附图说明：
图1为疏水性织物正面结构示意图；
图2为疏水性织物背面结构示意图；
图3为检测单元连接结构示意图；
图4为疏水性基底正面结构示意图；
图5为系统整体分层结构示意图。
图中：A-导流汗液的网格结构图案，B-收集汗液的网格结构图案，1-疏水性织物，2-亲水性连线，3-检测电极，4-导线，5-显示层，6-疏水性基底，7-疏水性织物背面，8-疏水性织物正面。
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明做进一步详细描述。
一种汗液采集及分析系统，自下而上包括疏水性织物1、疏水性基底6、显示单元，整体安装在腕表表壳内，疏水性织物1上编织亲水性微流控网络，构成汗液采集单元，一面穿戴在人体皮肤上收集汗液，另一面连接汗液分析设备；汗液分析设备包括检测单元、分析单元、显示单元，检测单元包括检测电极3，检测电极3与汗液采集单元连接，并通过导线4连接换能器，换能器连接分析单元，分析单元连接显示单元。
疏水性织物1为双面结构，亲水性微流控网络包括位于疏水性织物1正面的导流汗液的网格结构，构成A图案；和疏水性织物1双面编织的收集汗液的网格结构，构成B图案；多个A图案围绕中心的B图案卫星式分布，A图案与中心的B图案通过亲水性连线2连接。
检测单元安装在疏水性织物1背面，分析单元安装在疏水性基底6正面，疏水性基底6背面与疏水性织物1背面相贴，疏水性基底6为玻璃或橡胶，分析单元和换能器粘贴在疏水性基底6正面，在疏水性基底6上打孔，导线4穿过基底连接到换能器，同时导线4将换能器与分析单元连接。
系统整体分层结构如图5，至上而下依次为显示层5、疏水性基底6、疏水性织物背面7、疏水性织物正面8，显示层5安装显示单元，包括显示器。
具体制作方法如下：
a)疏水性织物：疏水性织物由现有的棉面料制备。棉面料为双层结构，每层上结构是25-40线程/英寸。将超疏水性涂料在50KPa的气压下气刷到棉面料表面，超疏水性涂料的使用量为0.5mL/cm2-2mL/cm2。然后将棉面料固定在玻璃或金属表面，在100℃温度下固化30min。
b)亲水性连线：选用直径为200um-1000um商用丝光棉纱线，利用脱胶除去表面蜡保护层进行亲水性处理，首先配制含1.5wt％碳酸钠和1.5wt％十二烷基硫酸铵的水溶液，在300℃加热板上煮沸，然后将棉纱线沸水浴60min，最后室温下用去离子水彻底清洗。
c)三维刺绣形成微流控网络：在双层疏水性织物上刺绣亲水性棉纱线形成微流控网络结构。刺绣前将疏水性织物用绣花圈固定，使用0.362mm直径的绣花针。刺绣步骤：首先固定第一层超疏水性织物，将图案A绣在其表面，图案A尺寸：2×2mm—4×4mm，然后将两层合并并固定，将图案B绣在双层织物上，图案B尺寸：3×3mm—5×5mm，最后在第一层织物上绣图案A和图案B的亲水性连线，亲水性棉纱线长度：7-15mm。最终图案如图1所示。
d)接入检测单元：将检测单元利用502胶水粘贴在双层织物背面，然后绣入亲水性棉纱线，棉纱线经过检测单元电极，具体排布方式如图2。对于无机物的检测，选用双电极检测方法，即参比电极和微型化ISE工作电极或裸工作电极；对于有机物的检测，选用三电极检测方法，即参比电极、对电极和酶修饰工作电极。
e)接入换能器和分析单元：将分析单元和换能器粘贴在疏水性基底表面，如玻璃或橡胶,，在基底上打孔，将导线穿过基底接到换能器；同时利用导线将换能器与分析单元连接。
f)接入显示单元：分析单元的分析结果导出到显示器，显示器用液晶显示器或其他，置于整个装置的最表层。所形成的装置层状整体结构简图如图所示。
g)与穿戴设备结合：将上述各层按照目标可穿戴设备的尺寸进行裁剪，并装入可穿戴设备中，如将汗液收集与检测一体化装置结合到手表中。
h)在使用该装置时，要对该装置进行校准：配置好的特定浓度目标物溶液滴在近皮肤层上的汗液聚集区域，使其沿着亲水性纺线向排出区域转移，检测单元测出的数据与目标物溶液的标准浓度值进行对比校准。
Claims (5)
1.一种汗液采集及分析系统，其特征在于：包括汗液采集单元和汗液分析设备，其中，汗液采集单元包括疏水性织物，疏水性织物为双面结构，疏水性织物上编织亲水性微流控网络，亲水性微流控网络包括位于疏水性织物正面的导流汗液的网格结构，构成A图案；和疏水性织物双面编织的收集汗液的网格结构，构成B图案；多个A图案围绕中心的B图案卫星式分布，A图案与中心的B图案通过亲水性连线连接,亲水性微流控网络的一面穿戴在人体皮肤上收集汗液，另一面连接汗液分析设备，汗液分析设备包括检测单元、分析单元、换能器和显示单元，检测单元包括双检测电极和三检测电极，安装在疏水性织物背面，疏水性织物背面与疏水性基底背面相贴，分析单元和换能器粘贴在疏水性基底正面，在疏水性基底上打孔，双检测电极和三检测电极通过导线穿过疏水性基底接入换能器，换能器连接分析单元，汗液采集单元及汗液分析设备安装在腕表表壳内，表壳内安装显示单元，显示单元连接分析单元，显示分析结果。
2.根据权利要求1所述的汗液采集及分析系统，其特征在于：双检测电极为参比电极和ISE工作电极或裸工作电极，用于无机物的检测。
3.根据权利要求1所述的汗液采集及分析系统，其特征在于：三检测电极为参比电极、对电极和酶修饰工作电极，用于有机物的检测。
4.根据权利要求1所述的汗液采集及分析系统，其特征在于：疏水性基底为玻璃或橡胶。
5.一种权利要求1-4任一项所述的汗液采集及分析系统的制作方法，包括如下步骤：
a)疏水性织物：疏水性织物由棉面料制备，棉面料为双层结构，在50KPa的气压下将超疏水性涂料气刷到棉面料表面，超疏水性涂料的使用量为0.5mL/cm2-2mL/cm2，然后将棉面料固定在玻璃或金属表面，在100℃温度下固化30min；
b)亲水性连线：选用200um-1000um棉纱线，利用脱胶除去表面蜡保护层进行亲水性处理，首先配制含1.5wt％碳酸钠和1.5wt％洗手液的水溶液，在300℃加热板上煮沸，然后将棉纱线沸水浴60min，最后室温下用去离子水清洗；
c)三维刺绣形成亲水性微流控网络：在疏水性织物上刺绣亲水性连线形成微流控网络结构，刺绣前将疏水性织物用绣花圈固定，使用0.362mm直径的绣花针；首先固定第一层疏水性织物，将A图案绣在其表面，A图案尺寸：2×2mm—4×4mm，然后将两层合并并固定，将B图案绣在双层疏水性织物上，B图案尺寸：3×3mm—5×5mm，最后在第一层织物上绣亲水性连线，长度：7-15mm，多个A图案围绕中心的B图案布置，A图案与中心B图案通过亲水性连线连接；
d)接入检测单元：将检测单元粘贴在疏水性织物具有B图案的一面，然后绣入亲水性连线，对于无机物的检测，选用双电极检测方法，即参比电极和微型化ISE工作电极或裸工作电极；对于有机物的检测，选用三电极检测方法，即参比电极、对电极和酶修饰工作电极，亲水性连线经过双检测电极和三检测电极，整个双检测电极和三检测电极通过导线接入换能器，换能器连接分析单元；
e)接入换能器和分析单元：将分析单元和换能器粘贴在疏水性基底表面，在基底上打孔，将导线穿过基底接到换能器；同时利用导线将换能器与分析单元连接；
f)接入显示单元：分析单元的分析结果导出到显示器，显示器用液晶显示器，置于整个系统的最表层；
g)与穿戴设备结合：将上述疏水性织物和三维刺绣形成微流控网络结构按照目标可穿戴设备的尺寸进行裁剪，并装入腕表表壳内；
h)使用时，对系统进行校准：配置好的目标物溶液滴在近皮肤层上的汗液聚集区域，使其沿着亲水性连线向排出区域转移，检测单元测出的数据与目标物溶液的标准浓度值进行对比校准。
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