CN210903027U - 一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及可穿戴设备技术领域，具体公开了一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，包括柔性基底以及设置在所述柔性基底上的检测电极和柔性面板，所述柔性面板中设有汗液收集通道、汗液流出通道以及收集微腔，所述收集微腔联通所述汗液收集通道和汗液流出通道并容纳所述检测电极及汗液。本实用新型提供的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，具有便于汗液收集、便于汗液更新、便于佩戴以及有效期长等优点。

Description

一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器

技术领域

本实用新型涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器。

背景技术

随着生活水平的提高，越来越多的人开始关注实时的个人健康状况。与传统的医疗模式不同，最先进的柔性电子技术正在改变传统的诊断方法，并通过赋予医疗器械便携、可穿戴、远程和实时的功能，对医疗器械进行革新。为了满足临床诊断和日常生活中的舒适性和实时健康监测，人们提出并证明了一种分散式医疗服务的新概念，即可穿戴和可连接健康监测系统。作为最重要的可穿戴健康监测系统之一，智能和柔性传感电子器件是必不可少的。

汗液是一种复杂的生理混合物，含有不同类型的离子和化合物，如Na⁺、K⁺、尿素、乳酸和葡萄糖等。由于汗液容易获取且是一种与脱水、身体疲劳、精神压力和疾病等重要健康状况相关的生物标志物，因此对汗液成分的实时监测具有巨大的吸引力。汗液样本的采集通常依赖于将吸水垫或塑料微管绑在皮肤上，然后使用传统的实验室仪器进行测试分析。但是，由于这些方法依赖于繁琐的样品制备程序和昂贵的分析设备，因此它们不能满足远程监测、连续分析、现场使用的要求。相比之下，可穿戴式柔性汗液传感检测系统可以使汗液采集和分析具有自主性，甚至是连续性，无需专家干预。

血糖水平是糖尿病等病人必须时刻关注的身体健康参数，然而令人恼火的是血糖测试往往需要用针扎出血。葡萄糖作为人体汗液的代谢产物，是人体非常重要的一种生物标志物，汗液中葡萄糖的浓度范围与血糖浓度具有代谢相关性，汗液中0.3mM/L(毫摩尔每升)葡萄糖对应于血液中的300mg/dL(毫克每分升)葡萄糖。因此，基于无创的汗液可穿戴传感器检测汗液中葡萄糖水平有望用于糖尿病的诊断和治疗。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，解决的技术问题是，使汗液采集和分析特别是汗液的采集具有自主性，无需依赖繁琐的样品制备程序和昂贵的分析设备。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，包括柔性基底以及设置在所述柔性基底上的检测电极和柔性面板，所述柔性面板中设有汗液收集通道、汗液流出通道以及收集微腔，所述收集微腔联通所述汗液收集通道和汗液流出通道并容纳所述检测电极及汗液。

具体地，所述检测电极包括位于所述收集微腔内的电极本体，以及从所述电极本体引出的电气接口，所述电气接口用于将所述电极本体与电路主板电气连接。

具体地，所述电气接口设置于所述柔性基底与柔性面板之间，但留有部分连接端曝露在外。

优选地，所述柔性基底和所述柔性面板的同一侧设有弧形缺口，所述汗液收集通道的入口位于所述弧形缺口处。

优选地，所述汗液收集通道规则分布在所述弧形缺口与所述收集微腔的顶部之间，且设有至少一条。

优选地，所述汗液流出通道规则分布在所述收集微腔的半腰与所述弧形缺口的对侧之间，且设有至少一条。

优选地，所述电极本体包括位于所述收集微腔中央的工作电极以及包围所述工作电极的参比电极和对电极，所述电气接口包括连接所述工作电极、参比电极和对电极的第一接口、第二接口和第三接口。

优选地，采用金制成为圆台，再在所述圆台表面涂敷铜/炭复合纳米材料而制成所述工作电极，所述参比电极采用银、氯化银且制成为与所述工作电极同心的半圆环形，所述对电极采用铂且制成为与所述参比电极相同的半圆环形。

优选地，所述柔性基底采用聚对苯二甲酸二醇酯材料或硅胶制成，所述柔性面板采用聚二甲基硅氧烷材料制成。

优选地，所述汗液收集通道设有7条，所述汗液流出通道设有2条。

本实用新型提供的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，具有以下优点：

1、便于汗液收集。传感器上端设置有半圆形缺口，缺口处有汗液收集通道，当佩戴到人体上时，缺口朝上，汗液极容易汇聚到缺口处，经汗液收集通道流入传感器内部的收集微腔；

2、便于汗液更新。传感器下端设置有汗液流出通道，通道位于收集微腔的中部，当收集微腔中的汗液液面达到流出通道高度时，部分汗液会由流出通道排出，保证微腔中一定量的汗液量，同时保证汗液不断地更新；

3、便于佩戴。传感器基于PET(聚对苯二甲酸二醇酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)等柔性材料制作，便于用户佩戴在额头、胸部、后背、手臂等位置；

4、有效期长。工作电极所使用的铜纳米颗粒被一层生物炭所包裹，防止了铜纳米材料与汗液的直接接触，有效防止铜纳米材料在汗液中的腐蚀变质，有效增长了敏感材料的活性周期，延长了传感器的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器的结构图。

其中：柔性基底1；检测电极2，电极本体21(工作电极21-1、参比电极21-2、对电极21-3)，电气接口22(第一接口22-1、第二接口22-2、第三接口22-3)；柔性面板3(汗液收集通道31、汗液流出通道32以及收集微腔33)。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。

本实用新型实施例提供的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，如图1所示的结构图，包括柔性基底1以及设置在所述柔性基底1上的检测电极2和柔性面板3，所述柔性面板3中设有汗液收集通道31、汗液流出通道32以及收集微腔33，所述收集微腔33联通所述汗液收集通道31和汗液流出通道32并容纳所述检测电极2及汗液。

需要进一步说明的是，所述检测电极2包括位于所述收集微腔33内的电极本体21，以及从所述电极本体21引出的电气接口22，所述电气接口22用于将所述电极本体21与电路主板电气连接，进一步将检测电极2上产生的电流传送给数据处理电路，传感器产生的电流值大小与汗液中的葡萄糖含量成正比。

为了便于与电路主板连接，本申请的所述电气接口22设置于所述柔性基底1与柔性面板3之间，但留有部分连接端曝露在外。

作为一种优选的实施方式，为了方便采集汗液，所述柔性基底1和所述柔性面板3的同一侧设有弧形缺口，所述汗液收集通道31的入口位于所述弧形缺口处。用户在使用时，该弧形缺口朝上，汗液很容易汇聚到缺口处，进一步通过汗液收集通道31流入收集微腔33。所述汗液收集通道31规则分布在所述弧形缺口与所述收集微腔33的顶部之间，原则上设有至少一条，优选地可设置为如图1所示的7条。而所述汗液流出通道32规则分布在所述收集微腔33的半腰与所述弧形缺口的对侧之间，原则上也设有至少一条，优选地可设置为如图1所示的2条。

为了检测汗液中的葡萄糖成分，所述电极本体21设置为包括位于所述收集微腔33中央的工作电极21-1以及包围所述工作电极21-1的参比电极21-2和对电极21-3。对应地，所述电气接口22包括连接所述工作电极21-1、参比电极21-2和对电极21-3的第一接口22-1、第二接口22-2和第三接口22-3(图中未做具体标示)。采用金制成为圆台，再在所述圆台表面涂敷铜/炭复合纳米材料而制成所述工作电极21-1，所述参比电极21-2采用银、氯化银且制成为与所述工作电极21-1同心的半圆环形，所述对电极21-3采用铂且制成为与所述参比电极21-2相同的半圆环形。

作为一种优选的实施方式，所述柔性基底1采用聚对苯二甲酸二醇酯材料或硅胶制成(保证了柔韧性及和皮肤的紧密接触性)，所述柔性面板3采用聚二甲基硅氧烷材料制成。

下面介绍本实用新型的制作过程：

第一步，在柔性基底1上完成检测电极2的制作。

①利用磁控溅射技术在工作电极21-1基底(与柔性基底1注塑一体，或通过其他方式固定在柔性基底1上)表面溅射一层金，该底电极的典型形状为圆形，直径优选为0.6-1.2cm，之后将一定量的铜/炭核壳纳米催化材料利用静电喷墨打印技术或者直接滴加涂敷在底电极上即制成了工作电极21-1，其中铜/炭核壳纳米催化材料被分散到水中，其典型浓度值为1-2mg/mL。

②利用磁控溅射技术在参比电极21-2基底(与柔性基底1注塑一体，或通过其他方式固定在柔性基底1上)表面溅射一层银和氯化银，该底电极的典型形状为半圆环形，作为所述工作电极21-1的参比电极21-2存在；

③利用磁控溅射技术在对电极21-3基底(与柔性基底1注塑一体，或通过其他方式固定在柔性基底1上)表面溅射一层铂，该底电极的典型形状为半圆环形，与所述参比电极21-2相同，其作为所述工作电极21-1的对电极21-3存在；

④利用磁控溅射技术在电气接口22基底(与柔性基底1注塑一体，或通过其他方式固定在柔性基底1上)表面溅射一层金制作电气接口22。

第二步，制作柔性面板3。

通过纳米压印或者模型压印技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上压印制作具7条有汗液收集通道31、收集微腔33和2条汗液流出通道32的柔性面板3。所述的收集微腔33形状和大小可根据实际情况确定，本实施例为圆形，其他实施方式中也可为方形等。

第三步，键合。

利用键合技术(在室温下两个硅片受范德瓦耳斯力作用相互吸引，硅片表面基团发生化学作用而键合在一起的技术)将完成上述步骤的柔性面板3与柔性基底1进行键合，完成如图1所示的传感器的制作。

需要特别说明的是，根据功能需求，本实用新型还可以增加用于乳酸、尿素和离子等检测的电极。

本实用新型实施例提供的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，具有以下优点：

1、便于汗液收集。传感器上端设置有半圆形缺口，缺口处有汗液收集通道31，当佩戴到人体上时，缺口朝上，汗液极容易汇聚到缺口处，经汗液收集通道31流入传感器内部的收集微腔33；

2、便于汗液更新。传感器下端设置有汗液流出通道32，通道位于收集微腔33的中部，当收集微腔33中的汗液液面达到流出通道高度时，部分汗液会由流出通道排出，保证微腔中一定量的汗液量，同时保证汗液不断的更新；

3、便于佩戴。传感器基于PET(聚对苯二甲酸二醇酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)等柔性材料制作，便于用户佩戴在额头、胸部、后背、手臂等位置；

4、有效期长。工作电极21-1所使用的铜纳米颗粒被一层生物炭所包裹，防止了铜纳米材料与汗液的直接接触，有效防止铜纳米材料在汗液中的腐蚀变质，有效增长了敏感材料的活性周期，延长了传感器的使用寿命。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于，包括柔性基底以及设置在所述柔性基底上的检测电极和柔性面板，所述柔性面板中设有汗液收集通道、汗液流出通道以及收集微腔，所述收集微腔联通所述汗液收集通道和汗液流出通道并容纳所述检测电极及汗液。

2.如权利要求1所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述检测电极包括位于所述收集微腔内的电极本体，以及从所述电极本体引出的电气接口，所述电气接口用于将所述电极本体与电路主板电气连接。

3.如权利要求2所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述电气接口设置于所述柔性基底与柔性面板之间，但留有部分连接端曝露在外。

4.如权利要求2所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述柔性基底和所述柔性面板的同一侧设有弧形缺口，所述汗液收集通道的入口位于所述弧形缺口处。

5.如权利要求4所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述汗液收集通道规则分布在所述弧形缺口与所述收集微腔的顶部之间，且设有至少一条。

6.如权利要求5所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述汗液流出通道规则分布在所述收集微腔的半腰与所述弧形缺口的对侧之间，且设有至少一条。

7.如权利要求2所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述电极本体包括位于所述收集微腔中央的工作电极以及包围所述工作电极的参比电极和对电极，所述电气接口包括连接所述工作电极、参比电极和对电极的第一接口、第二接口和第三接口。

8.如权利要求7所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：采用金制成圆台，再在所述圆台表面涂敷铜/炭复合纳米材料而制成所述工作电极，所述参比电极采用银、氯化银且制成为与所述工作电极同心的半圆环形，所述对电极采用铂且制成为与所述参比电极相同的半圆环形。

9.如权利要求8所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述柔性基底采用聚对苯二甲酸二醇酯材料或硅胶制成，所述柔性面板采用聚二甲基硅氧烷材料制成。

10.如权利要求6所述的一种用于汗液检测的柔性可穿戴传感器，其特征在于：所述汗液收集通道设有7条，所述汗液流出通道设有2条。

Images