CN112494037A - 一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法，装置包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，汗液收集层用于快速收集皮肤表面的汗液，汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，废液收集层包括纸基废液收集片，固定压片层用于固定布基检测芯片和纸基废液收集片，连通外部电路。汗液经过汗液收集层渗透到布基检测芯片的亲水区域，再到达工作电极进行检测，纸基废液收集片吸收工作电极上溢出的汗液，布基检测芯片将检测信号传输至外部电路，分析后得到汗液检测结果，实现对人体皮肤表面汗液成分的低成本、非侵入、稳定地实时连续监测，对人体健康状态的监控具有重要的意义。

Description

一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法
技术领域
本发明涉及电化学传感器技术领域，特别涉及一种可穿戴布基电化学汗液传感装置和方法。
背景技术
随着电子科学技术的不断发展，以及对可穿戴传感设备研究工作的不断深入，智能医疗产品的研发工作也在飞速发展。智能医疗产品的研发越来越倾向于对不同生物流体(如唾液、汗液或者眼泪)的非侵入式检测，以实现对临床性能相关的(生物)标志物进行连续监测。可穿戴传感器因其具有无创检测和可持续检测的优势，在医疗保健，健身，安全和环境等领域中具有广泛的应用前景。
汗液是一种常见并且易于获得的表皮生物流体，其主要成分是水，包含代谢产物(例如葡萄糖，乳酸等)，电解质(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与血糖浓度具有一定相关性，对汗液葡萄糖进行无创检测可以避免传统血糖检测采血过程中的刺痛并且防止有可能造成的血液感染。汗液中的乳酸水平与人体运动过程中的有氧与无氧运动状态有关，对汗液乳酸进行无创检测有利于实时监测人体运动过程中的脱水状况。由于汗液易于获得且汗液中代谢产物的浓度能够反映人体健康状态，因此汗液成为了可穿戴传感器实现无创检测的理想检测对象。目前可穿戴汗液传感器的检测方法多采用比色法或者电化学方法，前者以有色化合物的显色反应为基础，其检测结果的准确性受周围环境光照强度的影响较大；而电化学方法具有灵敏度高且易于集成的特点，因此在可穿戴传感器领域具有更广泛的应用。
目前可穿戴电化学汗液传感器多采用高分子聚合物材料为基底，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，这类材料往往价格昂贵且传感器制作过程繁琐。此外，传统的三电极系统工作电极与参比电极对电极处于同一平面，导致已检测过的汗液在传感器内部不能及时排出而堆积在工作电极表面从而大大降低了可穿戴传感器的灵敏度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制作工艺简单、成本低的可穿戴布基电化学汗液传感装置，该装置能够更准确地检测出汗液中的葡萄糖浓度以及乳酸浓度。
本发明的另一目的在于提供一种可穿戴布基电化学汗液传感方法。
本发明的技术方案为：一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，所述汗液收集层包括汗液入口、汗液收集通道、汗液收集区域、汗液引流通道和第一电极触点，所述汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，所述布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，所述废液收集层包括纸基废液收集片，所述纸基废液收集片与布基检测芯片的汗液检测单元接触，所述固定压片层包括第二电极触点和汗液蒸发开口，第二电极触点将布基检测芯片的电极与外部电路连通。其中，汗液收集层用于快速收集皮肤表面的汗液，布基检测芯片用于电化学监测汗液中的葡萄糖和乳酸浓度变化，废液收集层一方面用于吸收工作电极表面已检测过的汗液，保持工作电极表面干燥，提高传感器的使用寿命，提高检测的精确度；另一方面配合布基汗液检测芯片构建了优良的汗液转运通道，可以快速吸取汗液收集区域待检测的汗液，完成汗液检测、废液收集的过程。固定压片层用于将布基检测芯片和纸基废液收集片固定于装置内部；汗液蒸发开口在保证工作电极与空气中的氧气充分接触的同时保持电极表面干燥。本可穿戴布基电化学汗液传感器与外部电路的连接方式采用磁吸接口，便于拆卸。
还包括主体，所述汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层是由靠近皮肤一侧往远离皮肤一侧方向依次设置在主体上的，固定压片层通过转轴与主体采用可翻转式连接。其中，主体上设有可调节的绑带，使汗液收集层与皮肤表面密切接触。
所述汗液入口设有多个，分布在主体上与皮肤贴合的一侧，汗液收集通道将多个汗液入口和汗液收集区域连通，汗液引流通道位于汗液收集通道和汗液收集区域之间，汗液引流通道设有坡度，第一电极触点与布基检测芯片接触。
所述汗液检测层的布基检测芯片采用折叠式的三维布基汗液检测芯片，所述布基载体采用无纺布，所述布基检测芯片沿中心线折叠，使辅助单元和汗液检测单元重叠，辅助单元靠近汗液收集层，汗液检测单元靠近废液收集层。
所述辅助单元设有参比电极、对电极、亲水区域和疏水蜡坝，汗液检测单元设有工作电极。
所述工作电极、参比电极和对电极采用正面碳丝网印刷技术制备，疏水蜡坝采用背面蜡丝网印刷技术制备。
所述工作电极经过修饰，所述修饰过程包括在工作电极表面滴涂电子媒介体层，再在所述电子媒介体层上滴涂酶层。
优选的，滴涂电子媒介体层过程采用多壁碳纳米管-普鲁士蓝修饰，多壁碳纳米管-普鲁士蓝涂布方式包括：单独修饰普鲁士蓝、将普鲁士蓝和多壁碳纳米管超声混合之后再滴涂于电极表面、先滴涂普鲁士蓝待干燥再滴涂多壁碳纳米管、先滴涂多壁碳纳米管待干燥再滴涂普鲁士蓝。
优选的，滴涂电子媒介体层过程中普鲁士蓝和多壁碳纳米管混合涂布于工作电极表面的质量比为1:4-2:1。
优选的，上述电子媒介体层修饰过程中普鲁士蓝和多壁碳纳米管混合溶液涂布于工作电极表面的浓度为2-20mg/mL。
优选的，上述酶层修饰过程采用葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶的浓度为2-25U/μL。
所述主体和固定压片层上均设有磁铁，主体与固定压片层通过磁力相互吸引以固定布基检测芯片和纸基废液收集片。其中，固定压片上的第二电极触点为工作电极触点，汗液收集层的第一电极触点为参比电极触点和对电极触点，在固定压片层合上的瞬间连通布基检测芯片上的电极与外部电路，这种设计有利于装置内部芯片的固定以及更换。
一种可穿戴布基电化学汗液传感方法，包括汗液经过汗液收集层渗透到布基检测芯片的亲水区域，再到达工作电极进行检测，纸基废液收集片吸收工作电极上溢出的汗液，布基检测芯片将检测信号传输至外部电路，分析后得到汗液检测结果。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1)汗液收集层通过可调节绑带与皮肤表面紧密接触，通过多个汗液入口可以快速收集运动过程中皮肤表面流淌的汗液，并且汗液引流通道可以快速将进入汗液收集区域的汗液引流至上方的汗液检测层完成汗液收集工作以进行检测。
2)汗液检测芯片制备过程简单，易于实现批量生产，且采用无纺布为基底材料，亲肤性能良好、成本低。采用折叠式三维布基汗液检测芯片，一方面，利用折叠式三维芯片使经过修饰的工作电极远离皮肤表面保证了传感器的安全性；另一方面，布基汗液检测芯片辅助单元的亲水区域与汗液收集层的汗液收集区域紧密接触，充分利用了无纺布的毛细力可以快速吸收已收集的汗液，并且再次利用无纺布之间的毛细力将亲水区域吸收的汗液浸润至汗液检测单元的工作电极表面，从而构造了优良的汗液转运通道。
3)纸基废液收集层一方面可以吸收工作电极表面已经检测过的汗液保持电极干燥，以防止新旧汗液混合干扰检测的精确度，另一方面可以吸收工作电极表面溢出的汗液为上面所述的汗液转运通道提供动力。
4)固定压片层有利于工作电极与空气中的氧气充分接触，提高了芯片检测的灵敏度；同时采用磁吸的固定方式便于检测芯片的更换，使传感装置更加轻便耐用。
5)所述可穿戴布基电化学汗液传感装置对汗液中的葡萄糖和乳酸具有良好的电化学响应，可实现对人体皮肤表面汗液成分的低成本、非侵入、稳定地实时连续监测，对人体健康状态的监控有重要的意义。
附图说明
图1为可穿戴布基电化学汗液传感装置的结构示意图，图中固定压片层为翻开状态。
图2为可穿戴布基电化学汗液传感装置的正面整体结构示意图。
图3为可穿戴布基电化学汗液传感装置的背面整体结构示意图。
图4为单通道三维布基汗液检测芯片示意图。
图5为单通道可穿戴汗液检测装置检测不同浓度葡萄糖时的电化学分析曲线图。
图6为单通道可穿戴汗液检测装置全天监测人体汗液葡萄糖浓度曲线图。
图7为双通道三维布基汗液检测芯片示意图。
图8为双通道可穿戴汗液检测装置内部结构示意图。
图9为双通道可穿戴布基电化学汗液传感器的正面整体结构示意图。
图10为双通道可穿戴布基电化学汗液传感器的背面整体结构示意图。
图11为双通道可穿戴汗液检测装置同时检测汗液中的乳酸和葡萄糖时的电化学检测图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为了便于查看，现统一说明附图标记：1-磁吸接口，2-第二电极触点，3-磁铁，4-汗液蒸发开口，5-固定压片层，6-纸基废液收集片，7-布基检测芯片，8-汗液收集区域，9-参比电极触点，10-对电极触点，11-汗液入口，12-汗液收集通道，13-单通道汗液检测芯片工作电极，14-单通道汗液检测芯片参比电极，15-亲水区域，16-疏水蜡坝，17-单通道汗液检测芯片对电极，18-双通道汗液检测芯片第一工作电极，19-双通道汗液检测芯片第二工作电极，21-双通道汗液检测芯片参比电极，22-双通道汗液检测芯片对电极。
实施例1
本实施例一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，如图1-3所示，包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层5，所述汗液收集层包括汗液入口11、汗液收集通道12、汗液收集区域8、汗液引流通道和第一电极触点，所述汗液检测层包括布基检测芯片7，所述布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，所述废液收集层包括纸基废液收集片6，所述纸基废液收集片位于布基检测芯片上方，所述固定压片层包括第二电极触点2和磁铁3，用于固定布基检测芯片和纸基废液收集片，第二电极触点连通布基检测芯片的工作电极与外部电路。其中，汗液收集层用于快速收集皮肤表面的汗液，布基检测芯片用于电化学监测汗液中的葡萄糖和乳酸浓度变化，固定压片层用于将布基检测芯片和纸基废液收集片固定于装置内部。本可穿戴布基电化学汗液传感器与外部电路的连接方式采用磁吸接口1，便于拆卸，第二电极触点为工作电极触点，第二电极触点与磁吸接口电连接。
废液收集层一方面用于吸收工作电极表面已检测过的汗液，保持工作电极表面干燥，提高传感器的使用寿命，提高检测的精确度；另一方面配合布基汗液检测芯片构建了优良的汗液转运通道，可以快速吸取汗液收集区域待检测的汗液，完成汗液检测、废液收集的过程。
还包括主体，所述汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层是由靠近皮肤一侧往远离皮肤一侧方向依次设置在主体上的，固定压片层通过转轴与主体采用可翻转式连接。其中，主体上设有可调节的绑带，使汗液收集层与皮肤表面密切接触，
所述汗液入口设有多个，分布在主体上与皮肤贴合的一侧，汗液收集通道将多个汗液入口和汗液收集区域连通，汗液引流通道位于汗液收集通道和汗液收集区域之间，汗液引流通道设有坡度，第一电极触点与布基检测芯片接触，第一电极触点包括参比电极触点9和对电极触点10，第一电极触点将布基检测芯片的参比电极和对电极与外部电路连通。
所述汗液检测层的布基检测芯片采用折叠式的三维布基汗液检测芯片，所述布基载体采用无纺布，所述布基检测芯片沿中心线折叠，使辅助单元和汗液检测单元重叠，辅助单元靠近汗液收集层，汗液检测单元靠近废液收集层。
所述辅助单元设有参比电极、对电极、亲水区域和疏水蜡坝，汗液检测单元设有工作电极。
所述工作电极、参比电极和对电极采用正面碳丝网印刷技术制备，疏水蜡坝采用背面蜡丝网印刷技术制备。
所述工作电极经过修饰，所述修饰过程包括在工作电极表面滴涂电子媒介体层，再在所述电子媒介体层上滴涂酶层。
所述主体上设有磁铁，主体上的磁铁与固定压片层的磁铁之间通过磁力相互吸引以固定布基检测芯片和纸基废液收集片；固定压片层上还设有汗液蒸发开口4。其中，固定压片上的第二电极触点，在固定压片层合上的瞬间连通布基检测芯片上的电极与外部电路，这种设计有利于装置内部芯片的固定以及更换；汗液蒸发开口在保证工作电极与空气中的氧气充分接触的同时保持电极表面干燥。
一种可穿戴布基电化学汗液传感方法，包括汗液经过汗液收集层渗透到布基检测芯片的亲水区域，再到达工作电极进行检测，纸基废液收集片吸收工作电极上溢出的汗液，布基检测芯片通过第一电极触点和第二电极触点将检测信号传输至外部电路，分析后得到汗液检测结果。
实施例2
本实施例提供一种布基检测芯片的制作和检测应用过程如下：
芯片制备：使用Adobe Illustrator CS5绘图软件设计布基三维三电极汗液检测芯片的构型，采用正面碳丝网印刷技术制作布芯片电极(即三维三电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极)，利用背面蜡丝网印刷技术构造布基三维汗液检测芯片的疏水蜡坝。
所得芯片的展开结构如图4所示(本实施例中称为芯片A)，包括单通道汗液检测芯片工作电极13、单通道汗液检测芯片参比电极14、亲水区域15、疏水蜡坝16和单通道汗液检测芯片对电极17。
三维布基三电极系统分为带有工作电极(WE)的汗液检测单元和带有参比电极(RE)和对电极(CE)的辅助单元，将布基汗液检测芯片沿中心线折叠使辅助单元和汗液检测单元重叠，从而构造三维布基汗液检测芯片。人体表皮的汗液首先经过汗液收集装置渗透到辅助单元的亲水区域中，然后到达汗液检测单元的工作电极上用于检测，从工作电极溢出的汗水将被测试样品单元上方的纸基废液收集片吸收，以避免工作电极污染。
电极修饰：首先配制15mg/mL普鲁士蓝-多壁碳纳米管混合溶液(质量比为1：1)，将15mg/mL普鲁士蓝-多壁碳纳米管混合溶液溶解在50％二甲基甲酰胺溶液中，超声1小时，滴涂2μL普鲁士蓝-多壁碳纳米管混合溶液于工作电极表面，待干燥备用。配制0.01g/mL壳聚糖溶液，将壳聚糖溶解于2％乙酸溶液中，将配制好的壳聚糖溶液与葡萄糖氧化酶溶液(15U/μL，PBS，PH＝7.2)以体积比为1：1混合，将2.5μL壳聚糖-葡萄糖氧化酶混合溶液滴涂于已修饰普鲁士蓝-多壁碳纳米管的干燥电极上，待干燥后置于4℃冰箱保存待用。
优化实验：实验优化参数包括普鲁士蓝和多壁碳纳米管涂布方式、普鲁士蓝和多壁碳纳米管混合比例、普鲁士蓝和多壁碳纳米管浓度、葡萄糖氧化酶浓度，其对应的优化值分别是普鲁士蓝和多壁碳纳米管混合涂布、混合比例为1：1、浓度为15mg/mL、葡萄糖氧化酶的浓度为15U/μL。
实施例3
本实施例提供一种利用布基检测芯片进行葡萄糖检测的过程：
电极修饰：电极修饰过程同实施例2。
检测：分别配制浓度为0mM、0.05mM、0.1mM、0.2mM、0.3mM、0.4mM、0.5mM、0.6mM、0.7mM、0.8mM、0.9mM、1mM的葡萄糖标准溶液，备用。打开电脑上的恒电位仪程序，实验方法选定为计时电流法，设置扫描电压-0.1V，扫描时间100s，恒电位仪的工作电极与三维布基汗液检测芯片的工作电极连接，恒电位仪的参比电极夹和辅助电极夹分别与三维布基汗液检测芯片的参比电极和对电极连接，将0mM葡萄糖标准溶液滴加在三维布基汗液检测芯片上，点击程序运行按钮，待程序运行结束即可得到0mM葡萄糖氧化过程的电流时间响应曲线，保存结果即可。然后同理分别测量0.05mM、0.1mM、0.2mM、0.3mM、0.4mM、0.5mM、0.6mM、0.7mM、0.8mM、0.9mM、1mM葡萄糖氧化过程的电流时间曲线，将结果进行处理即可得到各浓度葡萄糖的时间电流曲线。对不同浓度的葡萄糖，分别取其电流时间曲线上的相同时间下的稳定值，绘制曲线，可发现葡萄糖浓度和电流之间具有良好的线性关系，如图5所示。
实施例4
本实施例提供一种利用布基检测芯片进行实际人体汗液葡萄糖检测的过程：
电极修饰：电极修饰过程同实施例2。
检测：将已修饰完的三维布基汗液检测芯片沿中线对折后构成单通道三维布基汗液检测芯片(本实施例中称为芯片A)置于单通道可穿戴汗液检测装置(本实施例中称为装置A)的芯片卡槽内。放置时使含有参比电极和对电极的辅助单元一面朝下对准芯片卡槽内的参比电极和对电极触点。将已修饰完的工作电极面朝上，加入纸基废液收集片，并且盖上压盖，利用置于压盖内部和芯片卡槽底部两磁铁之间的磁吸力使得芯片A上的电极与装置A内对应的电极触点充分接触以连接外部电路，同时将芯片A固定于装置A内。芯片放置完成后将装置A置于受测试者背部调整卡扣长度并且扣紧卡扣以固定传感器装置。利用磁吸接口将装置A和恒电位仪相连接，受测试者在动感单车上运动十五分钟之后，待装置A内部布基检测芯片的亲水区域充分湿润过后，打开电脑上的恒电位仪程序，实验方法选定为计时电流法，设置扫描电压-0.1V，扫描时间100s，点击程序运行按钮，待程序运行结束即可得到受测试者运动过程中汗液葡萄糖浓度对应的电流时间曲线，保存结果即可。对受测试全天汗液葡萄糖浓度进行跟踪监测，可发现汗液葡萄糖浓度变化趋势于血液葡萄糖浓度变化趋势具有一定的相关性，如图6所示。
实施例5
本实施例提供一种利用布基检测芯片进行实际人体汗液葡萄糖和乳酸检测的过程：
一种同时监测汗液中乳酸和葡萄糖浓度的双通道三维布基汗液检测芯片(本实施例中称为芯片B)，是在芯片A的基础上做了改进；
芯片B的制备过程同实施例2，芯片的展开结构示意图如图7所示，包括双通道汗液检测芯片第一工作电极18、双通道汗液检测芯片第二工作电极19、双通道汗液检测芯片参比电极21、双通道汗液检测芯片对电极22，提供了一种共享参比电极和对电极的三维布基三电极系统，测试样品单元含有两个独立的工作电极，分别用于汗液葡萄糖和乳酸的检测。
适用于芯片B的双通道汗液检测设备(本实施例中称为装置B)是在装置A的基础上进行改进所得，其中装置B扩大了汗液收集区域，增设了一个独立的工作电极触点，如图8-10所示。
电极修饰：用于检测汗液葡萄糖的工作电极1修饰过程同实施例2。用于检测汗液乳酸的工作电极2修饰过程如下：配制0.01g/mL壳聚糖溶液，将壳聚糖溶解于2％乙酸溶液中，将配制好的壳聚糖溶液与乳酸氧化酶溶液(0.04U/μL，PBS，pH＝7.2)以体积比为1：1混合，将2.5μL壳聚糖-乳酸氧化酶混合溶液滴涂于已修饰普鲁士蓝-多壁碳纳米管的干燥电极上，待干燥后置于4℃冰箱保存待用。
检测：将已修饰完的芯片B沿中线对折后构成双通道三维布基汗液检测芯片置于装置B的芯片卡槽内。放置时使含有参比电极和对电极的辅助单元一面朝下对准芯片卡槽内的参比电极和对电极触点。将已修饰完的带有两个独立工作电极的一面朝上，加入纸基汗液收集片后盖上压盖，利用置于压盖内部和芯片卡槽底部两磁铁之间的磁吸力使得芯片B上的电极与装置B内对应的电极触点充分接触以连接外部电路，同时将芯片B固定于装置B内。芯片放置完成后将装置B置于受测试者背部调整卡扣长度并且扣紧卡扣以固定传感器。利用磁吸接口将汗液传感器和恒电位仪相连接，受测试者在动感单车上运动十五分钟之后，待装置B内部芯片的亲水区域充分湿润过后，打开电脑上的恒电位仪程序，实验方法选定为计时电流法，设置扫描电压-0.1V，扫描时间100s，勾选两个电极并点击程序运行按钮，待程序运行结束即可同时得到受测试者运动过程中汗液葡萄糖和乳酸浓度对应的电流时间曲线，保存结果即可获得对受测试汗液葡萄糖和乳酸浓度监测结果，如图11所示。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，包括汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层，所述汗液收集层包括汗液入口、汗液收集通道、汗液收集区域、汗液引流通道和第一电极触点，所述汗液检测层包括折叠式的布基检测芯片，所述布基检测芯片包括布基载体、辅助单元和汗液检测单元，所述废液收集层包括纸基废液收集片，所述纸基废液收集片与布基检测芯片的汗液检测单元接触，所述固定压片层包括第二电极触点和汗液蒸发开口，第二电极触点将布基检测芯片的电极与外部电路连通。
2.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，还包括主体，所述汗液收集层、汗液检测层、废液收集层和固定压片层是由靠近皮肤一侧往远离皮肤一侧方向依次设置在主体上的，固定压片层通过转轴与主体采用可翻转式连接。
3.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述汗液入口设有多个，分布在主体上与皮肤贴合的一侧，汗液收集通道将多个汗液入口和汗液收集区域连通，汗液引流通道位于汗液收集通道和汗液收集区域之间，汗液引流通道设有坡度，第一电极触点与布基检测芯片接触。
4.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述汗液检测层的布基检测芯片采用折叠式的三维布基汗液检测芯片，所述布基载体采用无纺布，所述布基检测芯片沿中心线折叠，使辅助单元和汗液检测单元重叠，辅助单元靠近汗液收集层，汗液检测单元靠近废液收集层。
5.根据权利要求1所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述辅助单元设有参比电极、对电极、亲水区域和疏水蜡坝，汗液检测单元设有工作电极。
6.根据权利要求5所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述工作电极、参比电极和对电极采用正面碳丝网印刷技术制备，疏水蜡坝采用背面蜡丝网印刷技术制备。
7.根据权利要求5所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述工作电极经过修饰，所述修饰过程包括在工作电极表面滴涂电子媒介体层，再在所述电子媒介体层上滴涂酶层。
8.根据权利要求2所述一种可穿戴布基电化学汗液传感装置，其特征在于，所述主体和固定压片层上均设有磁铁，主体与固定压片层通过磁力相互吸引以固定布基检测芯片和纸基废液收集片。
9.一种可穿戴布基电化学汗液传感方法，其特征在于，包括：汗液经过汗液收集层渗透到布基检测芯片的亲水区域，再到达工作电极进行检测，纸基废液收集片吸收工作电极上溢出的汗液，布基检测芯片将检测信号传输至外部电路，分析后得到汗液检测结果。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113447551A (zh) * 2021-06-23 2021-09-28 哈尔滨工业大学（深圳） 生物分子检测芯片及制备方法、生物分子的检测方法
CN113514523A (zh) * 2021-06-01 2021-10-19 广州大学 使用全固态汗液传感芯片进行的汗液检测方法
CN113640357A (zh) * 2021-09-01 2021-11-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种实时连续检测电解质浓度的可穿戴汗液传感器装置
CN113764711A (zh) * 2021-08-11 2021-12-07 同济大学 一种可穿戴电池的制备方法
CN114209314A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 南京大学 一种可穿戴汗液多生理参数电化学检测装置
CN114680945A (zh) * 2022-04-02 2022-07-01 苏州大学 可穿戴式汗液自驱动主动收集、排出设备

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180059049A1 (en) * 2016-08-23 2018-03-01 Seiko Epson Corporation Gel sensor and component concentration estimation method
US20180271416A1 (en) * 2015-09-25 2018-09-27 Eccrine Systems, Inc. Headgear-mounted sweat sensing devices
CN109060923A (zh) * 2018-08-20 2018-12-21 浙江大学 折纸结构的体表汗液电化学传感器及监测方法
EP3431004A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-23 Koninklijke Philips N.V. Wearable device and method for measuring a physiological signal
CN109646015A (zh) * 2019-01-17 2019-04-19 浙江大学 一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置及方法
WO2019171186A1 (en) * 2018-03-06 2019-09-12 King Abdullah University Of Science And Technology Sensor electrode comprising a composite of mxene and prussian blue with corresponding sensor and method of production
CN110477930A (zh) * 2019-08-30 2019-11-22 惠州学院 一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器
CN110658248A (zh) * 2019-10-11 2020-01-07 东华大学 一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器及其制备方法
CN110672687A (zh) * 2019-10-29 2020-01-10 北京科技大学 一种胶带基电化学汗液传感器
CN110988057A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 浙江清华柔性电子技术研究院 汗液传感器、集成电极阵列及其制备方法
CN111436945A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 北京体育大学 一种柔性可穿戴汗液传感器及其汗液分析方法与应用
CN211122641U (zh) * 2019-10-17 2020-07-28 上海博哈寿生物科技有限公司 一种用于智能可穿戴设备的汗液检测装置
US20200337641A1 (en) * 2017-11-02 2020-10-29 The Regents Of The University Of California Flexible systems, devices and methods for epidermal monitoring of analytes and biomarkers in fluids on skin
CN111938664A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 合肥安时智造科技有限公司 一种基于微流控技术的穿戴式智能无创血糖监测装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180271416A1 (en) * 2015-09-25 2018-09-27 Eccrine Systems, Inc. Headgear-mounted sweat sensing devices
US20180059049A1 (en) * 2016-08-23 2018-03-01 Seiko Epson Corporation Gel sensor and component concentration estimation method
EP3431004A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-23 Koninklijke Philips N.V. Wearable device and method for measuring a physiological signal
US20200337641A1 (en) * 2017-11-02 2020-10-29 The Regents Of The University Of California Flexible systems, devices and methods for epidermal monitoring of analytes and biomarkers in fluids on skin
WO2019171186A1 (en) * 2018-03-06 2019-09-12 King Abdullah University Of Science And Technology Sensor electrode comprising a composite of mxene and prussian blue with corresponding sensor and method of production
CN109060923A (zh) * 2018-08-20 2018-12-21 浙江大学 折纸结构的体表汗液电化学传感器及监测方法
CN109646015A (zh) * 2019-01-17 2019-04-19 浙江大学 一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置及方法
CN110477930A (zh) * 2019-08-30 2019-11-22 惠州学院 一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器
CN110658248A (zh) * 2019-10-11 2020-01-07 东华大学 一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器及其制备方法
CN211122641U (zh) * 2019-10-17 2020-07-28 上海博哈寿生物科技有限公司 一种用于智能可穿戴设备的汗液检测装置
CN110672687A (zh) * 2019-10-29 2020-01-10 北京科技大学 一种胶带基电化学汗液传感器
CN110988057A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 浙江清华柔性电子技术研究院 汗液传感器、集成电极阵列及其制备方法
CN111436945A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 北京体育大学 一种柔性可穿戴汗液传感器及其汗液分析方法与应用
CN111938664A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 合肥安时智造科技有限公司 一种基于微流控技术的穿戴式智能无创血糖监测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王化祥: "《现代传感技术及应用》", 30 June 2016, 天津大学出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113514523A (zh) * 2021-06-01 2021-10-19 广州大学 使用全固态汗液传感芯片进行的汗液检测方法
CN113447551A (zh) * 2021-06-23 2021-09-28 哈尔滨工业大学（深圳） 生物分子检测芯片及制备方法、生物分子的检测方法
CN113764711A (zh) * 2021-08-11 2021-12-07 同济大学 一种可穿戴电池的制备方法
CN113640357A (zh) * 2021-09-01 2021-11-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种实时连续检测电解质浓度的可穿戴汗液传感器装置
CN113640357B (zh) * 2021-09-01 2024-04-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种实时连续检测电解质浓度的可穿戴汗液传感器装置
CN114209314A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 南京大学 一种可穿戴汗液多生理参数电化学检测装置
CN114680945A (zh) * 2022-04-02 2022-07-01 苏州大学 可穿戴式汗液自驱动主动收集、排出设备

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