CN112858681A - 一种可穿戴式糖尿病检测仪及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种可穿戴式糖尿病检测仪及其制备方法，属于用于糖尿病人呼出气丙酮检测的可穿戴式糖尿病检测仪技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种可穿戴式糖尿病检测仪硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括电源模块、微控制器、显示模块，还包括用于检测丙酮浓度的丙酮传感器，所述微控制器通过导线分别与丙酮传感器、显示模块相连，所述电源模块通过导线与微控制器的电源端相连；所述丙酮传感器通过在Pt电极片表面涂敷Ti3C2Tx材料薄膜制得，所述Ti3C2Tx材料薄膜由酸性溶液刻蚀获得；本发明应用于糖尿病丙酮检测。
Description
技术领域
本发明一种可穿戴式糖尿病检测仪及其制备方法，属于用于糖尿病人呼出气丙酮检测的可穿戴式糖尿病检测仪技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，糖尿病呈现普遍化和年轻化的发展趋势，糖尿病对人们生命健康的威胁在于并发症带来的危害，包括糖尿病性视网膜病变、糖足等。丙酮是一种人体被迫使用存储脂肪作为主要能量来源时产生的酮，糖尿病患者呼出的气体中的丙酮含量比正常人更高。因此，可以通过检测人体呼出气体中的丙酮含量来获知检测者的健康状况。
传统糖尿病检测装置中的丙酮传感器使用氧化物半导体气敏材料，工作温度高，检测范围小，灵敏度差。且传统的糖尿病检测装置存在结构复杂、检测周期长的问题，因此需要提供一种灵敏度高，检测下限低，可室温下工作的可穿戴式糖尿病检测仪。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可穿戴式糖尿病检测仪硬件结构的改进。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可穿戴式糖尿病检测仪，包括电源模块、微控制器、显示模块，还包括用于检测丙酮浓度的丙酮传感器，所述微控制器通过导线分别与丙酮传感器、显示模块相连，所述电源模块通过导线与微控制器的电源端相连；
所述丙酮传感器通过在Pt电极片表面涂敷Ti3C2Tx材料薄膜制得，所述Ti3C2Tx材料薄膜由酸性溶液刻蚀获得。
所述酸性溶液具体为LiF与HCl的混合溶液，所述LiF与HCl的比例为1：9-1：3。
所述丙酮传感器对人体呼出气体中的丙酮浓度的检测具体通过Ti3C2Tx材料进行检测。
所述丙酮传感器检测的丙酮浓度通过阻值变化反映，所述微控制器将丙酮传感器的阻值变化转化为数字量发送到显示模块进行显示。
一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将LiF粉末溶解于HCl溶液中，搅拌5-10分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
步骤二：在步骤一制得的混合溶液中加入的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在20℃-30℃下搅拌10-15个小时；升高温度，在40℃-50℃下搅拌24-48个小时；
步骤三：将步骤二中的溶液在去离子水中多次离心，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；
将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器；
步骤四：将丙酮传感器的电极通过导线与微控制器相连，将微控制器通过导线分别与电源模块和显示模块相连，得到可穿戴式糖尿病检测仪。
所述步骤一中LiF与HCl的比例为1：9-1：3。
所述步骤二中加入的Ti3AlC2与步骤一中加入的LiF的比例为1：23-1：15。
所述步骤三中多次离心至上清液的pH值为5-6。
所述步骤四中Pt电极片的厚度为20nm-50nm。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：1、本发明利用了二维材料Ti3C2Tx良好的金属导电性、高电子迁移率等优点，使得丙酮传感器的工作温度从一百多摄氏度降低到室温，同时提高了对于丙酮气体的选择性。
2、本发明制作的Ti3C2Tx丙酮传感器性能稳定，材料价格低，制作工艺简单，对丙酮气敏性能良好。
3、本发明首次利用Ti3C2Tx材料对传统丙酮传感器进行了改善，制备的可穿戴式糖尿病检测仪解决了现有糖尿病检测装置结构复杂、检测周期长的问题，提高了糖尿病检测的准确率和便捷性。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明制备的丙酮传感器的俯视图；
图2为本发明制备的Ti3C2Tx材料的SEM(Scanning electron microscope，扫描电子显微镜)图；
图3为本发明制备的糖尿病检测仪在室温下对600ppm丙酮气体的响应曲线图；
图4为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明一种可穿戴式糖尿病检测仪，包括电源模块、微控制器、显示模块，还包括用于检测丙酮浓度的丙酮传感器，所述微控制器通过导线分别与丙酮传感器、显示模块相连，所述电源模块通过导线与微控制器的电源端相连；
所述丙酮传感器通过在Pt电极片表面涂敷Ti3C2Tx材料薄膜制得，所述Ti3C2Tx材料薄膜由酸性溶液刻蚀获得。
所述酸性溶液具体为LiF与HCl的混合溶液，所述LiF与HCl的比例为1：9-1：3。
所述丙酮传感器对人体呼出气体中的丙酮浓度的检测具体通过Ti3C2Tx材料进行检测。
所述丙酮传感器检测的丙酮浓度通过阻值变化反映，所述微控制器将丙酮传感器的阻值变化转化为数字量发送到显示模块进行显示。
一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将LiF粉末溶解于HCl溶液中，搅拌5-10分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
步骤二：在步骤一制得的混合溶液中加入的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在20℃-30℃下搅拌10-15个小时；升高温度，在40℃-50℃下搅拌24-48个小时；
步骤三：将步骤二中的溶液在去离子水中多次离心，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；
将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器；
步骤四：将丙酮传感器的电极通过导线与微控制器相连，将微控制器通过导线分别与电源模块和显示模块相连，得到可穿戴式糖尿病检测仪。
所述步骤一中LiF与HCl的比例为1：9-1：3。
所述步骤二中加入的Ti3AlC2与步骤一中加入的LiF的比例为1：23-1：15。
所述步骤三中多次离心至上清液的pH值为5-6。
所述步骤四中Pt电极片的厚度为20nm-50nm。
本发明针对现有糖尿病检测装置结构复杂，检测周期长，便携性差等问题，利用新型二维结构Ti3C2Tx材料对丙酮的高响应度，高选择性和高灵敏度等特点，制备了一种Ti3C2Tx材料，设置了基于Ti3C2Tx材料薄膜的丙酮传感器，搭载电源模块、显示模块和微控制器，制备出灵敏度高、便携性好、结构简单的可穿戴式糖尿病检测仪。
本发明采用的Ti3C2Tx材料属于MXene材料的一种，MXene材料是一种新型二维结构的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，基于MXene材料制成的可穿戴式糖尿病检测仪在室温下就可正常工作，检测灵敏度高，气体响应速度快，很好的解决了传统糖尿病检测装置结构复杂，检测周期长的问题。
本发明的一种可穿戴式糖尿病检测仪，具体为基于MXene材料的丙酮传感器的可穿戴式糖尿病检测仪，包括通过酸性溶液刻蚀获得Ti3C2Tx材料薄膜制备得到的丙酮传感器和外围电路，所述酸性溶液为LiF与HCl混合溶液，所述丙酮传感器是在Pt电极片表面涂敷Ti3C2Tx材料薄膜，所述外围电路包括电源部分、微控制器部分和显示部分。
所述丙酮气体传感器通过MXene气敏材料检测人体呼出气体中丙酮浓度。
所述微控制器将丙酮传感器的阻值变化转化为其他量送到显示器显示。
所述显示部分将检测结果通过显示屏显示。
所述电源部分为气体传感器、微控制器和显示部分提供电源。
如图1，是基于Ti3C2Tx材料制备的丙酮传感器的俯视图，丙酮传感器制备方法为：
S1：将1.0g-2.0g的LiF粉末溶解于5ml-20ml HCl中，搅拌五到十分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
S2：在上述溶液中加入0.1g-2.0g的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在20℃-30℃下搅拌10-15个小时；升高温度，在40℃-50℃下搅拌24-48个小时；
S3：将上述溶液在去离子水中多次离心至上清液pH值为5-6，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器，如图1所示。
下面通过具体实施例对丙酮传感器的制备方法作进一步说明。
实施例1
S1：将1.5g的LiF粉末溶解于6.3ml HCl中，搅拌十分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
S2：在上述溶液中加入0.1g的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在25℃下搅拌12个小时；升高温度，在45℃下搅拌24个小时；
S3：将上述溶液在去离子水中多次离心至上清液pH值为5-6，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器；
S4：对上述丙酮传感器进行扫描电子显微镜分析，观察制备获得的Ti3C2Tx粉末结构；如图2所示，本发明制备的Ti3C2Tx材料具有层状结构。
实施例2
S1：将1.5g的LiF粉末溶解于3ml HCl中，搅拌五分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
S2：在上述溶液中加入1g的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在25℃下搅拌10个小时；升高温度，在40℃下搅拌48个小时；
S3：将上述溶液在去离子水中多次离心至上清液pH值为5-6，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器；
S4：采用气敏测试仪对上述丙酮传感器气敏性能进行测试。如图3所示，本发明制备的丙酮传感器在室温下对600ppm丙酮气体的响应曲线。
实施例3
S1：将1.7g的LiF粉末溶解于5ml HCl中，搅拌十分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
S2：在上述溶液中加入1g的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在25℃下搅拌12个小时；升高温度，在45℃下搅拌48个小时；
S3：将上述溶液在去离子水中多次离心至上清液pH值为5-6，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器；
S4：如图3所示，将丙酮传感器核心器件与电源模块、控制系统和显示器连接，完成可穿戴式糖尿病检测仪的制备。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种可穿戴式糖尿病检测仪，包括电源模块、微控制器、显示模块，其特征在于：还包括用于检测丙酮浓度的丙酮传感器，所述微控制器通过导线分别与丙酮传感器、显示模块相连，所述电源模块通过导线与微控制器的电源端相连；
所述丙酮传感器通过在Pt电极片表面涂敷Ti3C2Tx材料薄膜制得，所述Ti3C2Tx材料薄膜由酸性溶液刻蚀获得。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式糖尿病检测仪，其特征在于：所述酸性溶液具体为LiF与HCl的混合溶液，所述LiF与HCl的比例为1：9-1：3。
3.根据权利要求1所述一种可穿戴式糖尿病检测仪，其特征在于：所述丙酮传感器对人体呼出气体中的丙酮浓度的检测具体通过Ti3C2Tx材料进行检测。
4.根据权利要求3所述一种可穿戴式糖尿病检测仪，其特征在于：所述丙酮传感器检测的丙酮浓度通过阻值变化反映，所述微控制器将丙酮传感器的阻值变化转化为数字量发送到显示模块进行显示。
5.一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将LiF粉末溶解于HCl溶液中，搅拌5-10分钟充分溶解LiF，得到混合溶液；
步骤二：在步骤一制得的混合溶液中加入的Ti3AlC2粉末，将所得溶液在20℃-30℃下搅拌10-15个小时；升高温度，在40℃-50℃下搅拌24-48个小时；
步骤三：将步骤二中的溶液在去离子水中多次离心，倒出上清液，将下悬液冷冻干燥得到Ti3C2Tx粉末；
将得到的Ti3C2Tx粉末加去离子水研磨，将混合均匀的分散液涂敷到Pt电极片上，置于烘干箱中蒸发溶剂，形成稳定的薄膜，得到丙酮传感器；
步骤四：将丙酮传感器的电极通过导线与微控制器相连，将微控制器通过导线分别与电源模块和显示模块相连，得到可穿戴式糖尿病检测仪。
6.根据权利要求5所述的一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，其特征在于：所述步骤一中LiF与HCl的比例为1：9-1：3。
7.根据权利要求5所述的一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，其特征在于：所述步骤二中加入的Ti3AlC2与步骤一中加入的LiF的比例为1：23-1：15。
8.根据权利要求5所述的一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，其特征在于：所述步骤三中多次离心至上清液的pH值为5-6。
9.根据权利要求5所述的一种可穿戴式糖尿病检测仪的制备方法，其特征在于：所述步骤四中Pt电极片的厚度为20nm-50nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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