CN115639260A - 可穿戴汗液传感器和可穿戴汗液传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴汗液传感器，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层、电极层、夹层和亲水膜层；低敏胶膜层和电极层分别设置有一个以上的第一进液口和第二进液口，夹层设置有一条以上的汗液流通通道和主机接口过孔，汗液流通通道的入液口与第一进液口和第二进液口在竖直方向上对应，电极层的生物电极的表面位于汗液流通通道的底面，低敏胶膜层粘接皮肤和电极层，夹层提供汗液容纳腔，亲水膜层提供皮肤至夹层的汗液溢出和流通的动力，电极层探测汗液流通通道流过的汗液和/或分析其生物化学成分并提供电学信号，实现汗液的无创连续分析检测，在分子和离子层面为人体的健康监测提供更多更精准的参考维度，为精准预防和治疗提供底层的数据基础。

Description

可穿戴汗液传感器和可穿戴汗液传感系统

技术领域

本发明涉及生物信息监测技术领域，具体涉及一种可穿戴汗液传感器和生物信息监测装置。

背景技术

人体中的汗腺总数在200万个至500万个之间，外分泌汗腺是汗液的发源地，最易排出的汗液就是从外分泌汗腺排出的，它通过真皮管将汗液从分泌腺中排出到人的皮肤表面。在这个过程中，汗液分析物包括离子、代谢物、氨基酸、激素、小蛋白和多肽等进入到了汗液里(如图1所示)。

汗液中含量最丰富的离子是Na⁺和Cl^-，它们负责汗液的生成。Na⁺和Cl^-在血液和分泌腺之间来回迁移，从而产生渗透压差，迫使水份进入汗腺。当汗水流过真皮管时，Na⁺和Cl^-通过真皮管壁的通道被重新吸收。Na⁺和Cl^-在真皮管道的这种再吸收速率是相当稳定的，导致最终汗液中的Na⁺和Cl^-通常随出汗率的增加而增加。

经皮肤散失的汗液有两种形式：一种是非显性汗，既水分的蒸发每日约排出500ml，性质为基本不含电解质的纯水；另一种是汗腺分泌的汗液，其排出量与外界环境的温度、湿度、劳动强度(或称运动强度)有关，变化很大。当气温达28℃时，汗腺开始排汗，汗的组成与尿有相似之处，但非常稀薄，与血浆相比，是低渗性的，NaCl的浓度约为0.2％，大约是血浆的1/5～1/2。汗液中还含有小量K⁺(大约为5～10mmol/L)Ca²⁺以及10种游离氨基酸等。

汗液作为一种可无创获取的体液样本，具备作为健康管理指标的潜力。汗液主要是由外分泌腺分泌的，外分泌汗腺由一个分泌线圈组成，它是汗水的发源地，而汗水是由真皮管通过表皮输送到皮肤表面。在这个过程中，各种分析物，包括离子、代谢物、氨基酸、激素、蛋白质和多肽等，从附近的血液和组织液中排出融入汗水中，形成汗液排到体外；这些生物分子和化学元素携带了大量的人体健康信息，有很大的挖掘价值。在2018年Nature发表的汗液综述文章，列举了汗液中近20种生物标志物信息及其检测方法。

以汗液作为非侵入式检测身体的对象，这不是一个新的方式。从历史上看，以汗液为基础的医学筛查的典型病例是囊性纤维化。囊胞性纤维症(Cystic Fibirosis，简称CF)是基因突变造成的一种调节氯化物和钠的蛋白紊乱。囊性纤维化是一种持续性的疾病，它会破坏肺部，同时导致汗腺Cl-再吸收过程失效。囊肿性纤维化患者的汗液中Cl-含量异常高。患者无法进行氯化物和钠盐的转运，导致脱水和黏性分泌物增加。在美国所有的新生儿都要进行CF筛查，90％以上的CF新确诊病例都是通过新生儿检测查出来的，具体方法就是测量汗液中Cl^-和Na⁺浓度。利用电离子透入疗法采集汗液，用于快速筛查，这是目前诊断囊性纤维化的临床标准方法。在患者皮肤上擦拭匹鲁卡品用于刺激出汗，然后将电极放在用药部位，施加弱电流引发出汗，最后将过滤纸或者细管贴放在皮肤上用于收集汗液，然后测量Cl^-和Na⁺浓度，大于60mmol/L为典型的CF，介于30-60mmol/L 之间为非典型CF，小于30mmol/L为正常值

汗液对运动中的药物测试也具有历史意义的相关性，运动员佩戴的汗液贴可以吸收汗水中的药物代谢物，并能追溯运动员在比赛前是否服用兴奋剂。

尽管体外汗液传感技术在某些应用上有优势，但它涉及到昂贵的开支，因为汗液样品必须在实验室中由训练有素的专业人员用昂贵的设备进行检测、储存和远程测试。这样的体外汗液检测很难获得足够大的样本量，并且在汗液收集和检测的这段时间内，汗液的蒸发和化学降解会限制体外检测的灵敏度和可靠性。相比之下，可穿戴式汗液传感器可以将汗液收集和分析集中在汗液产生的部位，可以在不需要专家干预的情况下进行自主、连续的采集和检测。对于包括运动在内的涉及动态生理变化的应用，可穿戴传感器可以提供即时测量信息，这与体外汗液检测相比，个人可以在更短的时间内了解自己的健康状况。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种可量产的柔性可穿戴汗液传感器，用于汗液的无创连续分析检测；在分子和离子层面为人体的健康监测提供更多更精准的参考维度，为精准治疗提供底层的数据基础。

一种可穿戴汗液传感器，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层、电极层、夹层和亲水膜层；低敏胶膜层设置有一个以上的第一进液口，电极层设置有一个以上的第二进液口，亲水膜层设置有一个以上第一排液口，夹层设置有一条以上的汗液流通通道和主机接口过孔，汗液流通通道的入液口与第一进液口和第二进液口在竖直方向上对应，电极层的生物电极的表面位于汗液流通通道的底面，低敏胶膜层用于粘接皮肤和电极层，夹层提供汗液容纳腔，亲水膜层提供皮肤至夹层的汗液溢出和流通的动力，电极层用于探测汗液流通通道流过的汗液和/或分析其生物化学成分并提供电学信号。

优选的，第一进液口和第二进液口一一对应，入液口与第一进液口和第二进液口也是一一对应的。

低敏胶膜层的底部设置有低敏胶离型膜层，用于使用前保护低敏胶膜层，在贴到皮肤前，先去掉低敏胶离型膜层。

优选的，还包括主机，主机的底部设置有接触电极，电极层设置有信号输出电极，信号输出电极与生物电极通过内部线路连通；信号输出电极和生物电极在电极层的同侧；亲水膜层与主机接口过孔对应的位置设置有第二电极漏出通孔，接触电极穿过主机接口过孔和第二电极漏出通孔与信号输出电极触接，主机内部功能模块包括电化学处理模块，加速度传感器 G-sensor等，实现信号传输和电连接。主机通过胶水粘接在亲水膜层的上部，或主机通过双面胶层粘接在亲水膜层的上部。

优选的，接触电极为弹簧针，弹簧针和主机壳密封结合，保证汗液不会渗透到主机内部；弹簧针在主机端伸出壳件表面0.2～0.6mm，每根针弹力在10～30g，通过防水强力双面胶膜粘接主机的底面和亲水膜层的顶面，来保证弹簧针和传感器电极实现可靠接触。

弹簧针除了和传感器功能区的电气节点外，还包括用于充电、主机唤醒或渗汗检测的电气节点等；渗汗检测可以采用汗量检测的方案一，即电阻变化检测的方法；或，电容检测法。

优选的，低敏胶膜层、电极层、夹层和亲水膜层称为汗液传感器贴片；汗液传感器贴片整体长度和宽度大于等于主机，汗液贴传感器贴片为柔性结构，主机为刚性结构。

优选的，第一进液口包括催汗区，或，第一进液口的周侧或一侧设置催汗区；

催汗区的上部设置有催汗材料；

催汗材料嵌入电极层和夹层；或，催汗材料仅嵌入电极层而不嵌入夹层。

催汗区围绕第一进液口设计，第一进液口也称为集汗区，在集汗区的局部上部周围设计凹槽，放置某种催汗的化学物质，达到催汗的目的，催出的汗进入第一进液口，催汗材料可以为氨甲酰甲胆碱、毛果芸香碱等；催汗区可以和集汗区设计做在一起，针对有汗的场景，也可以不设计催汗区。

优选的，汗液流通通道包括汗液探测区、汗液过滤区、汗液分析区、汗液标识区和汗量检测区，各个功能区之间汗液流道连通。

汗液探测区位于入液口的后部，汗液探测区探测是否有汗液溢出，可以采用与对出汗量进行检测的方法进行检测。

优选的，第一进液口、汗液探测区、汗液过滤区、汗液分析区设计在主机底部，可以减少气泡产生，保证检测的稳定性。

优选的，汗液过滤区在汗液流通通道上集成，设置在汗液探测区的后面，设置在汗液分析区、汗液标识区和汗量检测区的前面；在该区域设置多孔状或纤维状的材料。汗液过滤区用于过滤汗液中的毛屑、大颗粒杂质等，同时去除汗液中的气泡和部分油脂等，保证汗液在后续的汗液分析区、汗液标识区和汗量检测区更稳定流动；多数场景，汗液过滤区也可以不设置。

优选的，入液口的直径为0.3mm～10mm。夹层和亲水层的设计需要考虑皮肤的物理接触造成的破坏，因此为了避免佩戴时，皮肤直接接触到亲水层，夹层的入液口适当显小，在 0.3mm～10mm之间。

优选的，入液口的直径为0.5mm～3mm。

优选的，汗液分析区在汗液流通通道上集成，设置在汗液过滤区的后面，汗液分析区利用电化学法分析汗液中的成分，分析葡萄糖、乳酸、尿酸、pH、钾离子、钠离子、钙离子、氯离子、皮质醇、神经肽Y、重金属离子As、Hg或Pb中的一种、两种、或任意两种以上的任意组合。

汗液分析区的分析化学成分的电极体系，一般采用三电极或者两电极体系，多元素检测时也可以共用参比电极和对电极，从而减小系统的复杂程度；汗液分析区传感器电极设置在汗液的流通路径上，结构上包含电极，以及制备在电极表面的多个膜层；要求多个膜层都能够比较均一覆盖在电极表面，相对平整地覆盖对应的流道宽度方向，从而保证汗液流道时能够顺利的排走气泡。

优选的，汗液标识区在汗液流通通道上集成，设置在汗液分析区的后面；

汗液标识区设置有多种不同的有机染料给汗液染色，从而达到视觉分析效果；或，汗液标识区设置不同种类的化学物质，分别和汗液中的不同化学成分发生反应，从而改变颜色，或者被后面的电极能够探测到。其作用包括，1)通过设置有机染料给汗液染色，从而达到某种视觉效果；2)或者设置特定的化学物质，能够和汗液中的某种物质发生反应，从而改变颜色，或者被后面的电极能够探测到。

汗液流通通道的主要区域为汗液流道区，整个汗液流道结构要求转角处都用圆角，流道宽度0.5～4mm，厚度0.1～0.6mm；其中宽度优选1～2mm，厚度优选0.15～0.3mm，能够更好的保证汗液流通，最大限度减少气泡。

夹层还包括第二排液口，第二排液口位于汗液流通通道的出口处，即汗液传感器贴片边缘排液；或，亲水膜层在第二排液口的上部设置第一排液口；或，夹层不设置排液口，仅在亲水层设置一个以上排液口，即汗液传感器贴片表面排液。

亲水膜层在第二排液口处设置避让口，防止从排汗口进汗；或，亲水膜层在排液口处的外表面为疏水层内表面为亲水层。

排液口也称排汗口或排气口，设置在汗液传感器贴的边缘或外表面，亲水层外边缘应该适当内缩，避让排液口；如果，亲水膜层和夹层的边缘齐平或伸出的话，更容易引起汗液的倒吸；更优化的，亲水层的内表面亲水，外表面疏水可以更有效的防止汗液的倒吸；这在汗液传感器嵌入衣服或发带的场景应用中更为实用。

优选的，夹层边缘不设置排液口，排液口设置在外表面膜层，排液口和汗液通道的尾部垂直方向上对应；

优选的，汗液流通通道蜿蜒设置，电极层的利用高阻导电油墨，制备有1个以上串联设置的高值电阻R1，R2，……，Rn，n为自然数，每个高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值在100K欧姆～50M欧姆之间；每个高值电阻的两极由电极层的线路成对的引出到汗液流通通道，形成汗液检测电极对E1，E2，……，Em，m为自然数，汗液检测电极对的两个端子之间的距离为0.05mm～1mm之间；当有汗液到达该区域后，汗液覆盖汗液检测电极对，形成短路，即断路变短路，汗液依次流经汗液流通通道的不同区域，主机的主控电路会探测到串联设置的高值电阻的阻值变化，从而实现对出汗量的计算。

高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值优选3M欧姆～10M欧姆；可以根据需要，高值电阻R1，R2，……，Rn设置为不同的测量等级。

优选的，汗液流通通道蜿蜒设置，电极层的利用高阻导电油墨，制备有1个以上串联设置的高值电阻R1，R2，……，Rn，n为自然数，每个高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值在10K欧姆～10M欧姆之间；每个高值电阻的两极由电极层的线路成对的引出到汗液流通通道，形成汗液检测电极对F1，F2，……，Fm，m为自然数，汗液检测电极对的两个端子之间的距离在0.3mm～10mm之间，端子对之间制作有水溶性导电浆料，端子之间形成短路，所有的高值电阻处于无效bypass状态；当有汗液到达该区域后，汗液会将端子间的导电浆料溶解并带走，即短路变断路，汗液是依次连续到达汗液探测区和不同等级的汗量检测区，依次打开高值电阻，主机的主控电路会及时探测到串联电阻的阻值升高；从而实现了对出汗量的计算。

高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值优选100K欧姆～1M欧姆。

主机的主控电路会及时探测到串联电阻的阻值升高，升高的电阻是对应高值电阻和端子对之间溶液电阻的并联电阻。

不同等级的汗量检测区的定义：汗液从进汗口进入汗液通道，系统能够探测到汗液探测点和汗量检测点R1～Rn的时间，可以计算出汗液充满整个通道或者充满部分通道的时间，进而可以计算出汗液在通道内的流速，可以估算出出汗率p；在结合用户的运动时长可以大致估算出排汗量，运动时长t由主机内部的加速度传感器G-Sensor和/或用户输入的数据(如运动模式选择，开始结束动作)得到，采汗区的出汗量占整个身体的出汗量的比重β通过实验数据和经验公式拟合得到，从而实现不同等级的出汗量V检测。

V＝p×t/β

进一步的，结合用户的运动类型，BMI指数，运动强度，外界环境，以及不同时间段的数据统计等信息，可以做更深层次的数据分析，比如运动项目和运动强度的匹配度，群体数据时间空间分布，群体体质筛查等。

本发明还提供了另外一种可穿戴汗液传感器。

一种可穿戴汗液传感器，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层、亲水膜层、电极层和夹层；

低敏胶膜层设置有两个以上的第一进液口，亲水膜层设置有两个以上的第三进液口，电极层设置有两个以上的第二进液口，夹层设置有两条以上的汗液流通通道和主机接口过孔，汗液流通通道的入液口与第一进液口、第三进液口和第二进液口在竖直方向上对应，电极层的生物电极的表面位于汗液流通通道的顶面，低敏胶膜层用于粘接皮肤和亲水膜层，夹层提供汗液容纳腔，亲水膜层提供皮肤至夹层的汗液溢出和流通的动力，电极层用于探测汗液流通通道流过的汗液的化学成分并提供电学信号。

本发明还提供了另外一种可穿戴汗液传感系统。

一种可穿戴汗液传感系统，包括控制系统，控制系统通过手机APP或电脑软件进行操作，还包括可穿戴汗液传感器，可穿戴汗液传感器通过无线方式与控制系统进行通信。

本发明的有益效果为：本发明公开了一种可穿戴汗液传感器，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层、电极层、夹层和亲水膜层；低敏胶膜层和电极层分别设置有两个以上的第一进液口和第二进液口，夹层设置有两条以上的汗液流通通道和主机接口过孔，汗液流通通道的入液口与第一进液口和第二进液口在竖直方向上对应，电极层的生物电极的表面位于汗液流通通道的底面，低敏胶膜层用于粘接皮肤和电极层，夹层提供汗液容纳腔，亲水膜层提供皮肤至夹层的汗液溢出和流通的动力，电极层用于探测汗液流通通道流过的汗液的化学成分并提供电学信号，实现汗液的无创连续分析检测，在分子和离子层面为人体的健康监测提供更多更精准的参考维度，为精准预防和治疗提供底层的数据基础。

附图说明

下面结合附图对本发明一种可穿戴汗液传感器作进一步说明。

图1是本发明汗液分泌腺的结构示意图。

图2是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例一的立体结构示意图。

图3是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例一的局部剖面结构示意图。

图4是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例一的汗液检测电极对部分的剖面结构示意图。

图5是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例一的设置催汗材料处的剖面结构示意图。

图6是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例二的汗液检测电极对部分的剖面结构示意图。

图7是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例一的夹层的剖面结构示意图。

图8是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例一的主机的结构示意图。

图9是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例二的结构示意图。

图10是本发明一种可穿戴汗液传感器的实施例二的设置过滤材料处的剖面结构示意图。

图11是本发明一种可穿戴汗液传感器的一个实施例的设置第一排液口处的剖面结构示意图。

图12是本发明一种可穿戴汗液传感器的另一个实施例的设置第一排液口处的剖面结构示意图。

图13是本发明一种可穿戴汗液传感器的剖面结构示意图，含电极的剖面。

图中：

1-低敏胶膜层；11-第一进液口；111-催汗区；2-电极层；21-第二进液口；22-生物电极；23-信号输出电极；3-夹层；31-汗液流通通道；310-入液口；311-汗液探测区；312- 汗液过滤区；313-汗液分析区；314-汗液标识区；315-汗量检测区；32-主机接口过孔；34- 第二排液口；4-亲水膜层；41-第二电极漏出通孔；45-第三进液口；46-第一排液口；5- 主机；51-接触电极；6-双面胶层；7-催汗材料。

具体实施方式

下面结合附图1～13对本发明一种可穿戴汗液传感器和可穿戴汗液传感系统作进一步说明。

本发明提供了一种可穿戴汗液传感器。

实施例一

一种可穿戴汗液传感器，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层1、电极层2、夹层3和亲水膜层4；

低敏胶膜层1设置有两个以上的第一进液口11，电极层2设置有两个以上的第二进液口 21，亲水膜层4设置有一个以上第一排液口46，夹层3设置有两条以上的汗液流通通道31 和主机接口过孔32，汗液流通通道31的入液口310与第一进液口11和第二进液口21在竖直方向上对应，电极层2的生物电极22的表面位于汗液流通通道31的底面，低敏胶膜层1 用于粘接皮肤和电极层2，夹层3提供汗液容纳腔，亲水膜层4提供皮肤至夹层3的汗液溢出和流通的动力，电极层2用于探测汗液流通通道31流过的汗液和/或分析其生物化学成分并提供电学信号。

低敏胶膜层1设置有两个以上的第一进液口11，电极层2设置有两个以上的第二进液口 21，第一进液口11和第二进液口21一一对应。

低敏胶膜层1的底部设置有低敏胶离型膜层，用于使用前保护低敏胶膜层1，在贴到皮肤前，先去掉低敏胶离型膜层。

本实施例中，还包括主机5，主机5的底部设置有接触电极51，电极层2设置有信号输出电极23，信号输出电极23与生物电极22通过内部线路连通；信号输出电极23和生物电极22在电极层2的同侧；

亲水膜层4与主机接口过孔32对应的位置设置有第二电极漏出通孔41，接触电极51穿过主机接口过孔32和第二电极漏出通孔41与信号输出电极23触接，主机5内部功能模块包括电化学处理模块和加速度传感器G-sensor等。

主机5通过胶水粘接在亲水膜层4的上部，或主机5通过双面胶层6粘接在亲水膜层4 的上部。

本实施例中，接触电极51为弹簧针，弹簧针和主机壳密封结合，保证汗液不会渗透到主机内部；弹簧针在主机端伸出壳件表面0.2～0.6mm，每根针弹力在10～30g，通过防水强力双面胶膜粘接主机5的底面和亲水膜层4的顶面，来保证弹簧针和传感器电极实现可靠接触。

弹簧针除了和传感器功能区的电气节点外，还包括用于充电、主机唤醒或渗汗检测的电气节点等；渗汗检测可以采用汗量检测的方案一，即电阻变化检测的方法，或电容检测法。

本实施例中，低敏胶膜层1、电极层2、夹层3和亲水膜层4称为汗液传感器贴片；汗液传感器贴片整体长度和宽度大于等于主机5，汗液贴传感器贴片为柔性结构，主机5为刚性结构。

本实施例中，第一进液口11包括催汗区111，或，第一进液口11的周侧或一侧设置催汗区111；

催汗区111的上部设置有催汗材料7；

催汗材料7嵌入电极层2和夹层3；或，催汗材料7仅嵌入电极层2而不嵌入夹层3。

催汗区111围绕第一进液口11设计，第一进液口11也称为集汗区，在集汗区的局部上部周围设计凹槽，放置某种催汗的化学物质，达到催汗的目的，催出的汗进入第一进液口11，催汗材料7可以为氨甲酰甲胆碱、毛果芸香碱等；催汗区可以和集汗区设计做在一起，针对有汗的场景，也可以不设计催汗区；

本实施例中，汗液流通通道31包括汗液探测区311、汗液过滤区312、汗液分析区313、汗液标识区314和汗量检测区315，各个功能区之间汗液流道连通。

汗液探测区311位于入液口310的后部，汗液探测区311探测是否有汗液溢出，可以采用与对出汗量进行检测的方法进行检测。

本实施例中，第一进液口11、汗液探测区311、汗液过滤区312、汗液分析区313设计在主机底部，可以减少气泡产生，保证检测的稳定性。

本实施例中，汗液过滤区312在汗液流通通道31上集成，设置在汗液探测区311的后面，设置在汗液分析区313、汗液标识区314和汗量检测区315的前面；在该区域设置多孔状或纤维状的材料。

汗液过滤区312用于过滤汗液中的毛屑、大颗粒杂质等，同时去除汗液中的气泡和部分油脂等，保证汗液在后续的汗液分析区313、汗液标识区314和汗量检测区315更稳定流动。

本实施例中，入液口310的直径为0.3mm～10mm。

夹层和亲水层的设计需要考虑皮肤的物理接触造成的破坏，因此为了避免佩戴时，皮肤直接接触到亲水层，夹层的入液口310适当显小，在0.3mm～10mm之间；优选的，0.5mm～3mm；

本实施例中，汗液分析区313在汗液流通通道31上集成，设置在汗液过滤区312的后面，汗液分析区313利用电化学法分析汗液中的成分，分析葡萄糖、乳酸、尿酸、pH、钾离子、钠离子、钙离子、氯离子、皮质醇、神经肽Y、重金属离子As、Hg或Pb中的一种、两种、或任意两种以上的任意组合。

汗液分析区313的分析化学成分的电极体系，一般采用三电极或者两电极体系，多元素检测时也可以共用参比电极和对电极，从而减小系统的复杂程度；

汗液分析区传感器设置在汗液的流通路径上，结构上包含电极，以及制备在电极表面的多个膜层；要求多个膜层都能够比较均一覆盖在电极表面，相对平整地覆盖对应的流道宽度方向，从而保证汗液流道时能够顺利的排走气泡。

本实施例中，汗液标识区314在汗液流通通道31上集成，设置在汗液分析区313的后面；

汗液标识区314设置有多种不同的有机染料给汗液染色，从而达到视觉分析效果；或，汗液标识区314设置不同种类的化学物质，分别和汗液中的不同化学成分发生反应，从而改变颜色，或者被后面的电极能够探测到。

汗液标识区设置在汗液分析区的后面，其作用包括，1)通过设置有机染料给汗液染色，从而达到某种视觉效果；2)或者设置特定的化学物质，能够和汗液中的某种物质发生反应，从而改变颜色，或者被后面的电极能够探测到。

汗液流通通道31的主要区域为汗液流道区，整个汗液流道结构要求转角处都用圆角，流道宽度0.5～4mm，厚度0.1～0.6mm；其中宽度优选1～2mm，厚度优选0.15～0.3mm，能够更好的保证汗液流通，最大限度减少气泡。

本实施例中，夹层3还包括第二排液口34，第二排液口34位于汗液流通通道31的出口处，即汗液传感器贴片边缘排液；

可行的方案包括：亲水膜层4在第二排液口34处设置避让口，防止从第二排汗口34进汗；或，亲水膜层4在第二排液口34处的外表面为疏水层内表面为亲水层，或，亲水膜层4在第二排液口34的上部设置第一排液口46；或，夹层3不设置排液口，仅在亲水层4设置一个以上排液口，即汗液传感器贴片表面排液。

第二排液口34也称排汗口或排气口，设置在汗液传感器贴的边缘或外表面，亲水层外边缘应该适当内缩，避让排液口；如果，亲水膜层4和夹层3的边缘齐平或伸出的话，更容易引起汗液的倒吸；更优化的，亲水层的内表面亲水，外表面疏水可以更有效的防止汗液的倒吸；这在汗液传感器嵌入衣服或发带的场景应用中更为实用。

本实施例中，汗液流通通道31蜿蜒设置，电极层2的利用高阻导电油墨，制备有1个以上串联设置的高值电阻R1，R2，……，Rn，n为自然数，每个高值电阻R1，R2，……，Rn 的电阻值在100K欧姆～50M欧姆之间；每个高值电阻的两极由电极层2的线路成对的引出到汗液流通通道31，形成汗液检测电极对E1，E2，……，Em，m为自然数，汗液检测电极对的两个端子之间的距离为0.05mm～1mm之间；当有汗液到达该区域后，汗液覆盖汗液检测电极对，形成短路，即断路变短路，汗液依次流经汗液流通通道31的不同区域，主机5的主控电路会探测到串联设置的高值电阻的阻值变化，从而实现对出汗量的计算。

高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值优选3M欧姆～10M欧姆；可以根据需要，高值电阻R1，R2，……，Rn设置为不同的测量等级。

实施例二

一种可穿戴汗液传感器，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层1、亲水膜层4、电极层2 和夹层3；

低敏胶膜层1设置有两个以上的第一进液口11，亲水膜层4设置有两个以上的第三进液口45，电极层2设置有两个以上的第二进液口21，夹层3设置有两条以上的汗液流通通道 31和主机接口过孔32，汗液流通通道31的入液口310与第一进液口11、第三进液口45和第二进液口21在竖直方向上对应，电极层2的生物电极22的表面位于汗液流通通道31的顶面，低敏胶膜层1用于粘接皮肤和亲水膜层4，夹层3提供汗液容纳腔，亲水膜层4提供皮肤至夹层3的汗液溢出和流通的动力，电极层2用于探测汗液流通通道31流过的汗液的化学成分并提供电学信号。

本实施例中，汗液流通通道31蜿蜒设置，电极层2的利用高阻导电油墨，制备有1个以上串联设置的高值电阻R1，R2，……，Rn，n为自然数，每个高值电阻R1，R2，……，Rn 的电阻值在10K欧姆～10M欧姆之间；每个高值电阻的两极由电极层2的线路成对的引出到汗液流通通道31，形成汗液检测电极对F1，F2，……，Fm，m为自然数，汗液检测电极对的两个端子之间的距离在0.3mm～10mm之间，端子对之间制作有水溶性导电浆料，端子之间形成短路，所有的高值电阻处于无效bypass状态；当有汗液到达该区域后，汗液会将端子间的导电浆料溶解并带走，即短路变断路，汗液是依次连续到达汗液探测区和不同等级的汗量检测区，依次打开高值电阻，主机5的主控电路会及时探测到串联电阻的阻值升高；从而实现了对出汗量的计算。

高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值优选100K欧姆～1M欧姆。

主机5的主控电路会及时探测到串联电阻的阻值升高，升高的电阻是对应高值电阻和端子对之间溶液电阻的并联电阻。

不同等级的汗量检测区的定义：汗液流通通道31可以设置不同宽度和不同曲折程度的支流，不同的支流可以实现对不同量的汗液的检测，从而增加对于汗液检测的灵敏度和宽度等级，实现不同等级的汗量检测。

一种可穿戴汗液传感系统，包括控制系统，控制系统通过手机APP或电脑软件进行操作，还包括可穿戴汗液传感器，可穿戴汗液传感器通过无线方式与控制系统进行通信。

体液不仅构成细胞的环境，同时也是构成细胞本身必不可少的成分。所有细胞的正常活动要求体液的组成相对恒定，体内主要的电解质有Na+、K+、Cl-、Ca2+等。

体液中含有多种电解质，电解质的主要功能为：1)维持体液的渗透压和酸碱平衡；2) 维持神经、肌肉、心肌细胞的静息电位，参与其动作电位的形成；3)参与新陈代谢等生理活动。体外环境的某些变化，机体物质代谢的某些障碍和调节水电解质及酸碱平衡的神经—内分泌功能异常等都可引起或伴有水、电解质以及酸碱平衡平衡紊乱。临床上水、电解质及酸碱平衡紊乱是多种疾病最常见的表现，如果得不到及时纠正，水、电解质及酸碱平衡紊乱本身又可使全身器官系统紊乱，特别是心血管、神经系统的功能和机体的物质代谢发生相应的紊乱，严重时常导致死亡。

市场是尚未有成熟的商业化的可穿戴智能汗液贴，刷芯

汗液分析系统的优势：相比传统可穿戴设备的物理量监测，如心电、肌电、心率等，汗液分析有一些明显的优势：①直接对汗液中的分子离子进行分析，可以更直接获取到与体征相关的信息；并且很方便实现多种物质同时检测，通过分析多维实时数据，给出更加精准的判断。②不受皮肤耦合的影响，基于电极法、光学法、电导法的物理体征测量一般只适合于静态分析，在运动状态，传感器和皮肤之间的机械耦合会因为运动引起的皮肤扰动而产生非常大的不可预测噪声，甚至会把传感信号淹没；但汗液检测可以很好的解决问题，通过传感器结构设计可以保证汗液传感器中反应腔不受皮肤等外界运动的干扰，从而保证测量信号的稳定性。从这两点看，针对运动场景，汗液分析非常有可能提供一种更完美更有竞争力的解决方案。

汗液分析系统RESA包括柔性汗液传感器和主机，是刷新公司自主研发的一款可穿戴智能汗液贴，是业界首款商业化的智能汗液贴，适用于运动场景，实时连续监测用户的出汗量，以及汗液中葡萄糖、乳酸、pH、K+离子、Na+离子等的浓度。通过后端的数据算法，对人的运动给出合理化建议。比如钾钠离子能够反应运动员的脱水情况，乳酸能够反应运动员的爆发力、训练强度、潜能等，而葡萄糖则能直接反应用户体内的代谢情况，通过对运动过程中葡萄糖的消耗进行检测，可以更精准实现卡路里的计算。除此之外，多维度的汗液连续监测数据，结合不同的饮食习惯，不同的运动，不同人群，不同气候条件，以及不同的部位进行分析，有可能挖掘出更有价值的信息，为后续进一步的人体无创健康监测打下坚实的基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种可穿戴汗液传感器，其特征在于，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层(1)、电极层(2)、夹层(3)和亲水膜层(4)；

所述低敏胶膜层(1)设置有一个以上的第一进液口(11)，所述电极层(2)设置有一个以上的第二进液口(21)，所述亲水膜层(4)设置有一个以上第一排液口(46)；所述夹层(3)设置有两条以上的汗液流通通道(31)和主机接口过孔(32)，汗液流通通道(31)的入液口(310)与所述第一进液口(11)和第二进液口(21)在竖直方向上对应，所述电极层(2)的生物电极(22)的表面位于所述汗液流通通道(31)的底面，低敏胶膜层(1)用于粘接皮肤和电极层(2)，所述夹层(3)提供汗液容纳腔，亲水膜层(4)提供皮肤至夹层(3)的汗液溢出和流通的动力，电极层(2)用于探测汗液流通通道(31)流过的汗液和/或分析其生物化学成分并提供电学信号。

2.如权利要求1所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，还包括主机(5)，所述主机(5)的底部设置有接触电极(51)，所述电极层(2)设置有信号输出电极(23)，信号输出电极(23)与生物电极(22)通过内部线路连通；信号输出电极(23)和生物电极(22)在电极层(2)的同侧；

所述亲水膜层(4)与主机接口过孔(32)对应的位置设置有第二电极漏出通孔(41)，所述接触电极(51)穿过主机接口过孔(32)和第二电极漏出通孔(41)与信号输出电极(23)触接；

所述主机(5)内部功能模块包括电化学处理模块，加速度传感器G-sensor。

3.如权利要求2所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述接触电极(51)为弹簧针，所述弹簧针和主机壳密封结合，保证汗液不会渗透到主机内部；弹簧针在主机端伸出壳件表面0.2～0.6mm，每根针弹力在10～30g，通过防水强力双面胶膜粘接主机(5)的底面和亲水膜层(4)的顶面，来保证弹簧针和传感器电极实现可靠接触。

4.如权利要求2所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述低敏胶膜层(1)、电极层(2)、夹层(3)和亲水膜层(4)称为汗液传感器贴片；所述汗液传感器贴片整体长度和宽度大于等于所述主机(5)，汗液贴传感器贴片为柔性结构，主机(5)为刚性结构。

5.如权利要求2所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述第一进液口(11)包括催汗区(111)，或，所述第一进液口(11)的周侧或一侧设置催汗区(111)；

所述催汗区(111)的上部设置有催汗材料(7)；

所述催汗材料(7)嵌入电极层(2)和夹层(3)；或，所述催汗材料(7)仅嵌入电极层(2)而不嵌入夹层(3)。

6.如权利要求2所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述汗液流通通道(31)包括汗液探测区(311)、汗液过滤区(312)、汗液分析区(313)、汗液标识区(314)和汗量检测区(315)，各个功能区之间汗液流道连通。

7.如权利要求6所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述第一进液口(11)、汗液探测区(311)、汗液过滤区(312)、汗液分析区(313)设计在主机底部，可以减少气泡产生，保证检测的稳定性。

8.如权利要求6所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述汗液过滤区(312)在汗液流通通道(31)上集成，设置在汗液探测区(311)的后面，设置在汗液分析区(313)、汗液标识区(314)和汗量检测区(315)的前面；在该区域设置多孔状或纤维状的材料。

9.如权利要求6所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述入液口(310)的直径为0.3mm～10mm。

10.如权利要求6所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述汗液分析区(313)在汗液流通通道(31)上集成，设置在汗液过滤区(312)的后面，所述汗液分析区(313)利用电化学法分析汗液中的成分，分析葡萄糖、乳酸、尿酸、pH、钾离子、钠离子、钙离子、氯离子、皮质醇、神经肽Y、重金属离子As、Hg或Pb中的一种、两种、或任意两种以上的任意组合。

11.如权利要求6所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述汗液标识区(314)在汗液流通通道(31)上集成，设置在汗液分析区(313)的后面；

所述汗液标识区(314)设置有多种不同的有机染料给汗液染色，从而达到视觉分析效果；或，所述汗液标识区(314)设置不同种类的化学物质，分别和汗液中的不同化学成分发生反应，从而改变颜色，或者被后面的电极能够探测到。

12.如权利要求6所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述夹层(3)还包括第二排液口(34)，所述第二排液口(34)位于所述汗液流通通道(31)的出口处，即汗液传感器贴片边缘排液；

所述亲水膜层(4)在所述第二排液口(34)处设置避让口，防止从排汗口进汗；或，所述亲水膜层(4)在所述第二排液口(34)处的外表面为疏水层内表面为亲水层；或，所述亲水膜层(4)在所述第二排液口(34)的上部设置第一排液口(46)；或，所述夹层(3)不设置排液口，仅在亲水层(4)设置一个以上排液口，即汗液传感器贴片表面排液。

13.如权利要求1所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述汗液流通通道(31)蜿蜒设置，所述电极层(2)的利用高阻导电油墨，制备有1个以上串联设置的高值电阻R1，R2，……，Rn，n为自然数，每个高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值在100K欧姆～50M欧姆之间；每个高值电阻的两极由电极层(2)的线路成对的引出到汗液流通通道(31)，形成汗液检测电极对E1，E2，……，Em，m为自然数，汗液检测电极对的两个端子之间的距离为0.05mm～1mm之间；当有汗液到达该区域后，汗液覆盖汗液检测电极对，形成短路，即断路变短路，汗液依次流经汗液流通通道(31)的不同区域，主机(5)的主控电路会探测到串联设置的高值电阻的阻值变化，从而实现对出汗量的计算。

14.如权利要求1所述可穿戴汗液传感器，其特征在于，所述汗液流通通道(31)蜿蜒设置，所述电极层(2)的利用高阻导电油墨，制备有1个以上串联设置的高值电阻R1，R2，……，Rn，n为自然数，每个高值电阻R1，R2，……，Rn的电阻值在10K欧姆～10M欧姆之间；每个高值电阻的两极由电极层(2)的线路成对的引出到汗液流通通道(31)，形成汗液检测电极对F1，F2，……，Fm，m为自然数，汗液检测电极对的两个端子之间的距离在0.3mm～10mm之间，端子对之间制作有水溶性导电浆料，端子之间形成短路，所有的高值电阻处于无效bypass状态；当有汗液到达该区域后，汗液会将端子间的导电浆料溶解并带走，即短路变断路，汗液是依次连续到达汗液探测区和不同等级的汗量检测区，依次打开高值电阻，主机(5)的主控电路会及时探测到串联电阻的阻值升高；从而实现了对出汗量的计算。

15.一种可穿戴汗液传感器，其特征在于，包括由下至上依次设置的低敏胶膜层(1)、亲水膜层(4)、夹层(3)和电极层(2)；

所述低敏胶膜层(1)设置有一个以上的第一进液口(11)，所述亲水膜层(4)设置有一个以上的第三进液口(45)，所述电极层(2)设置有一个以上的第二进液口(21)，所述夹层(3)设置有一条以上的汗液流通通道(31)和主机接口过孔(32)，汗液流通通道(31)的入液口(310)与所述第一进液口(11)和第三进液口(45)和第二进液口(21)在竖直方向上对应，(知道说啥的，但图9对应不起来，汗液流通通道(31)的尾部与所述第二排液口在竖直方向对应；)所述电极层(2)的生物电极(22)的表面位于所述汗液流通通道(31)的顶面，低敏胶膜层(1)用于粘接皮肤和亲水膜层(4)，所述夹层(3)提供汗液容纳腔，亲水膜层(4)提供皮肤至夹层(3)的汗液溢出和流通的动力，电极层(2)用于探测汗液流通通道(31)流过的汗液的化学成分并提供电学信号；

所述信号输出电极(23)和生物电极(22)在电极层(2)的两侧，通过内部线路和导电过孔连通。

16.一种可穿戴汗液传感系统，其特征在于，包括权利要求1～15任一项所述可穿戴汗液传感器。

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