CN210894207U - 一种可穿戴的乳酸检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可穿戴的乳酸检测装置，包括外壳、2个系带、显示屏及4个连接孔；4个连接孔两两对称固定在外壳的两个侧表面，且2个系带穿过4个连接孔；显示屏镶嵌在外壳顶部，还包括：三电极体系及电路板；三电极体系顶端表面修饰有银纳米线，银纳米线上布置有MIP颗粒；电路板上设置有电极接口，三电极体系的末端插入到电极接口中；三电极体系及电路板镶嵌在外壳的底部。本实用新型在检测乳酸时稳定性好、成本低、使用寿命长，不受环境、温度和pH等的影响。

Description

一种可穿戴的乳酸检测装置

技术领域

本实用新型涉及乳酸检测的技术领域，更具体地说是涉及一种可穿戴检测乳酸的装置。

背景技术

乳酸，作为葡萄糖无氧酵解的产物，在人体缺氧和过度疲劳的状况下出现大量的堆积，其在体液和组织中的含量能够有效地反映人体局部组织是否缺氧，运动是否过度。所以，对人体乳酸含量的实时检测显得尤为重要。

但是，市场上通用的乳酸检测仪主要是侵入式传感器，通过扎针的形式采集受试者指尖毛细血管的血液，反复的采集不仅伤害大，而且不能做到实时检测，尤其是体现在对各类疾病导致缺氧的患者的监护治疗和对运动员体能测试的过程中。现有技术中有相关报道关于检测人体汗液和唾液中乳酸含量的电化学传感器，但是其制备过程复杂、精度低、生物活性差，不能及时有效地反映乳酸含量的变化；中国专利CN205506748 U公开了一种三维石墨烯乳酸传感器，基于一种特殊的石墨烯纳米墙结构材料作为乳酸氧化酶的负载骨架。它采用柔性衬底，可拉伸性强，适宜穿戴，可用于非侵入性可穿戴式电子皮肤，对人体乳酸进行实时检测，但是酶的生物活性容易受温度、pH等的影响，成本较高，稳定性较差。

因此，如何提供一种精确且受环境影响小的对人体乳酸含量进行检测的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种可穿戴的乳酸检测装置，该装置在检测乳酸时稳定性好、成本低、使用寿命长，不受环境、温度和pH等的影响。通过检测，能够有效地反映人体局部组织是否缺氧，运动是否过度，尤其体现在对各类疾病导致缺氧的患者的监护治疗和对运动员体能测试的过程中。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可穿戴的乳酸检测装置，包括外壳、2个系带、显示屏及4个连接孔；4个所述连接孔两两对称固定在所述外壳的两个侧表面，且2个所述系带穿过4个所述连接孔；所述显示屏镶嵌在所述外壳顶部，还包括：三电极体系及电路板；所述三电极体系顶端的工作电极表面修饰有银纳米线，所述银纳米线上聚合有MIP颗粒；所述电路板上设置有电极接口，所述三电极体系的末端插入到所述电极接口中；所述三电极体系印刷在所述柔性基底材料上，且所述三电极体系及所述电路板镶嵌在所述外壳的底部。

以上技术方案达到的技术效果是：MIP颗粒为分子印迹聚合物，其具备乳酸分子结合位点，从而与乳酸分子特异性结合，反应信号通过三电极体系传递给电路板，软件程序中预先输入乳酸浓度与电流峰值之间的标准曲线计算公式，从而计算出乳酸浓度显示在显示屏上。由于MIP颗粒具有识别乳酸的结合位点，可以与乳酸分子特异性结合，且这种结合无需在酶的催化作用下完成，因此特异性好且不受外界环境的影响，可以精确地测出人体汗液中的乳酸浓度；将三电极体系及MIP颗粒装于外壳底部，配合系带，制成类手表装置，戴在手腕上，使得MIP颗粒直接与人体皮肤表面的汗液接触，随时对人体内的乳酸水平进行监测。

作为本实用新型优选的技术方案，所述三电极体系包括：对电极、工作电极及参比电极；所述对电极、所述工作电极及所述参比电极的末端分别并列插入到所述电极接口中；所述工作电极的顶端表面修饰有所述银纳米线。

以上技术方案达到的技术效果是：银纳米线修饰工作电极，增加了工作电极的导电能力，从而提高了乳酸浓度检测的灵敏度。

作为本实用新型优选的技术方案，工作电极顶端表面的修饰材料还包括金纳米线、金纳米管、银纳米管、铜纳米线、铜纳米管、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种。

作为本实用新型优选的技术方案，所述乳酸检测装置还包括：校准开关及检测开关；所述校准开关和所述检测开关相邻安装在所述显示屏上，且所述校准开关和所述检测开关均与所述电路板电性连接。

以上技术方案达到的技术效果是：在测量人体汗液中的乳酸水平前，先使用乳酸的标准品，按下校准开关对检测装置进行校对，保证测试的准确性；检测开关与电路板电性连接，从而控制检测的开始与停止。

作为本实用新型优选的技术方案，所述参比电极由碳浆和Ag/AgCl组成，所述对电极和所述工作电极均由碳浆组成，所述三电极体系采用的是丝网印刷技术制备的。

以上技术方案达到的技术效果是：碳浆、Ag/AgCl都是导体，保证了电极良好的导电作用。

作为本实用新型优选的技术方案，所述柔性基底材料包括自聚二甲基硅氧烷、硅胶、橡胶、聚对苯二甲酸类塑料和聚酰亚胺的一种或几种，所述柔性基底材料的厚度为0.05～0.5mm。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种可穿戴的乳酸检测装置，达到的技术效果是：

1)利用具有乳酸特异性结合位点的MIP颗粒对乳酸进行检测，增强了检测过程的稳定性和灵敏度，而且，当MIP颗粒结合的乳酸饱和时，可以人为地将其取下，进行洗脱，又形成可以结合乳酸分子的MIP颗粒。也就说MIP颗粒可以重复使用，节约了成本，延长了装置的使用寿命；

2)将MIP颗粒整合在银纳米线上，利于将MIP颗粒中乳酸分子与3-氨基苯硼酸的反应信号通过工作电极极转化成电信号，并通过程序中的标准曲线计算公式得到乳酸的浓度值，从而显示在显示屏上。

3)将三电极传感芯片及电路板装在类手表的外壳中，且外壳表面设置连接孔，便于携带，并对汗液中的乳酸水平进行及时地检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的乳酸检测装置的俯视图；

图2附图为本实用新型三电极体系的俯视图；

图3附图为本实用新型提供的外壳及显示屏的结构示意图；

图4附图为本实用新型工作电极顶端、银纳米线及MIP颗粒的连接关系图；

图5附图为本实用新型的工作原理图；

图6附图为本实用新型实施例中银纳米线的SEM图；

图7附图为碳浆基底、银纳米线及MIP颗粒的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种可穿戴的乳酸检测装置，包括外壳1、2个系带2、显示屏3及4个连接孔4；4个连接孔4两两对称固定在外壳1的两个侧表面，且2个系带2穿过4个连接孔4；显示屏3镶嵌在外壳1顶部，还包括：对电极51、工作电极52、参比电极53、电路板6、校准开关10及检测开关11；电路板6上设置有电极接口7，对电极51、工作电极52及参比电极53的末端分别并列插入到电极接口7中；工作电极52的顶端表面修饰有银纳米线8，MIP颗粒9通过电聚合作用整合到银纳米线8表面；校准开关10和检测开关11相邻安装在显示屏3上，且校准开关10和检测开关11均与电路板6电性连接；参比电极53由碳浆和Ag/AgCl组成；对电极51和工作电极52均由碳浆组成。

实施例2

一种可穿戴的乳酸检测装置，包括外壳1、2个系带2、显示屏3及4个连接孔4；4个连接孔4两两对称固定在外壳1的两个侧表面，且2个系带2穿过4个连接孔4；显示屏3镶嵌在外壳1顶部，还包括：对电极51、工作电极52、参比电极53、电路板6、校准开关10及检测开关11；电路板6上设置有电极接口7，对电极51、工作电极52及参比电极53的末端分别并列插入到电极接口7中；工作电极52的顶端表面修饰有银纳米线8，MIP颗粒9通过电聚合作用整合到银纳米线8表面；校准开关10和检测开关11相邻安装在显示屏3上，且校准开关10和检测开关11均与电路板6电性连接；参比电极53由碳浆和Ag/AgCl组成；对电极51和工作电极52均由碳浆组成。

实施例3

一种可穿戴的乳酸检测装置，包括外壳1、2个系带2、显示屏3及4个连接孔4；4个连接孔4两两对称固定在外壳1的两个侧表面，且2个系带2穿过4个连接孔4；显示屏3镶嵌在外壳1顶部，还包括：对电极51、工作电极52、参比电极53、电路板6、校准开关10及检测开关11；电路板6上设置有电极接口7，对电极51、工作电极52及参比电极53的末端分别并列插入到电极接口7中；工作电极52的顶端表面修饰有银纳米线8，MIP颗粒9通过电聚合作用整合到银纳米线8表面；校准开关10和检测开关11相邻安装在显示屏3上，且校准开关10和检测开关11均与电路板6电性连接；参比电极53由碳浆和Ag/AgCl组成；对电极51和工作电极52均由碳浆组成。

本实用新型的工作原理是：三电极体系5中起作用的主要是工作电极52，工作电极52的圆形顶端表面修饰有银纳米线8，MIP颗粒9直接通过电聚合作用与银纳米线8整合，由于MIP颗粒9具有特异性的乳酸结合位点，因此，MIP颗粒9、银纳米线8及工作电极52作为乳酸传感芯片，MIP颗粒9检测到的乳酸的电化学信号通过工作电极52传给电路板6，软件程序预先输入乳酸浓度与电流值之间的标准曲线公式，从而计算出乳酸浓度，并将其浓度的数值显示在显示屏3上。在实际使用时，除去插入到电极接口7中的部分，三电极体系5的其它部分及MIP颗粒9均与皮肤表面的汗液接触，同时，三电极体系5的中部设置有绝缘膜12，防止电极短路；三电极体系通过丝网印刷技术结合在柔性基底材料13上，柔性基底材料13的设置，保证了电极更好地与皮肤贴合。检测时，先打开校准开关，利用乳酸的标准品进行校正，然后，开启检测开关，对受试者进行有氧运动测试，根据已经得到的乳酸浓度与电流峰值之间的标准曲线公式进行计算，记录电流值，最后将测得的人表皮皮肤的乳酸的浓度显示在手表装置的LED屏上。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种可穿戴的乳酸检测装置，包括外壳(1)、2个系带(2)、显示屏(3)及4个连接孔(4)；4个所述连接孔(4)两两对称固定在所述外壳(1)的两个侧表面，且2个所述系带(2)穿过4个所述连接孔(4)；所述显示屏(3)镶嵌在所述外壳(1)顶部，其特征在于，还包括：三电极体系(5)及电路板(6)；

所述三电极体系(5)顶端表面修饰有银纳米线(8)，所述银纳米线(8)上聚合有MIP颗粒(9)；

所述电路板(6)上设置有电极接口(7)，所述三电极体系(5)的末端插入到所述电极接口(7)中；所述三电极体系(5)印刷在柔性基底材料(13)上，且所述三电极体系(5)及所述电路板(6)镶嵌在所述外壳(1)的底部；

所述柔性基底材料(13)包括自聚二甲基硅氧烷、硅胶、橡胶、聚对苯二甲酸类塑料和聚酰亚胺的一种或几种，所述柔性基底材料(13)的厚度为0.05～0.5mm。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴的乳酸检测装置，其特征在于，所述三电极体系(5)包括：对电极(51)、工作电极(52)及参比电极(53)；所述对电极(51)、所述工作电极(52)及所述参比电极(53)的末端分别并列插入所述电极接口(7)中；所述工作电极(52)的顶端表面修饰有所述银纳米线(8)。

3.根据权利要求2所述的一种可穿戴的乳酸检测装置，其特征在于，工作电极顶端表面的修饰材料还包括金纳米线、金纳米管、银纳米管、铜纳米线、铜纳米管、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的一种可穿戴的乳酸检测装置，其特征在于，还包括：校准开关(10)及检测开关(11)；所述校准开关(10)和所述检测开关(11)相邻安装在所述显示屏(3)上，且所述校准开关(10)和所述检测开关(11)均与所述电路板(6)电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种可穿戴的乳酸检测装置，其特征在于，所述参比电极(53)由碳浆和Ag/AgCl组成，所述对电极(51)和所述工作电极(52)均由碳浆组成。

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