CN219089303U - 一种用于汗液葡萄糖和ph值检测的可穿戴柔性贴片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，由下至上依次为粘贴层、导汗层、检测层、覆盖层，导汗层上设置有检测腔室和排汗管，检测腔室上设置有检测微腔，检测层固定安装在检测微腔中。粘贴层吸附在人体皮肤上，导汗层中用于收集人体表皮的汗液；检测层中的试纸遇汗液呈现颜色变化，通过与标准比色卡的对比得出汗液葡萄糖和pH值。本实用新型导汗层为PDMS‑Triton X‑100导汗层，覆盖层为PDMS覆盖层，能够很好的与人体皮肤相亲和，能够适应人体运动时的表皮曲度变化。通过检测运动时人体表皮汗液中葡萄糖浓度和pH值的变化，可以在一定程度上反映出机体的疲劳状态，为及时合理的调整运动负荷提供参考。而且，该贴片成本较低，方便生产。

Description

一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片

技术领域

本实用新型涉及汗液分析技术领域，尤其涉及一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片

背景技术

在传统的运动监测中，血液被认为是体液的金标准。然而，血液检测总是伴随着侵入性的采样过程，这会导致一定程度的疼痛体验，可能无法被受试者接受。随着生物技术的发展，一些含有大量生物信息的非侵入性体液诸如汗液、眼泪和唾液等，在运动监测领域中引起了广泛关注。由于它们的非侵入性样本采集的优点，使得这些体液更适合作为实时运动监测中的采集对象。

汗液是可以从皮肤表面无创收集的体液之一。当因剧烈运动而体温升高时，电解质和液体由分泌细胞和肌上皮细胞组成的汗腺通过细长的导管排出到皮肤外表面。在汗液分泌过程中,许多与人体生理状态有关的物质，包括无机物、代谢物、酸类、激素和小蛋白质/肽，被动或主动地从附近的血液或间质液中渗入到汗液中。作为基础能量来源，葡萄糖水平的波动会影响运动期间的运动表现。由于汗腺的高度血管化结构和渗透压驱动的汗液分泌方式，汗液葡萄糖和血糖之间存在一定的相关性。同样，体液的pH值与机体内环境的稳态密切相关。而且汗液pH值也是与电解质浓度密切相关的运动监测的关键因素。据报道，运动时汗液的pH值会随着代谢性碱中毒的发作而产生变化。例如，健康人体表皮汗液的pH值在4.5-6.5范围内波动。运动时，由于大量的NH₄ ⁺在表皮积累，导致汗液pH值升高，这意味着汗液pH值测量可用于反应体内酸性物质的积累导致的肌肉疲劳。此外，汗液中的pH值也是衡量身体运动强度和脱水程度的指标。因此，在运动过程中监测体液的葡萄糖和pH值尤为重要。

柔性可穿戴汗液传感设备在运动科学中的应用主要集中于汗液分析上。汗液作为一种人体大量分泌的体液包含了大量的电解质和代谢产物。利用柔性可穿戴汗液传感器对人体的汗液进行监测，可以在不采集血样的情况下进行连续、无创的生理生化分析，原位(in situ)汗液定量分析在生理状态的监测(例如水合状态)和疾病的诊断(如膀胱纤维化)中都有着广泛的应用。

近年来，出现了新一代可穿戴汗液分析设备，用于无创采样和原位汗液分析。电化学检测是汗液分析中常用的方法之一，它可以有效地将分析物的浓度转化为电信号。基于电化学检测技术的汗液分析设备，依托强大的集成电路制造技术，可在汗液分析中实现多通道精准检测。通过更换不同的电化学检测模块，可以准确检测乳酸、葡萄糖、电解质、咖啡因的浓度，以及原位汗液的pH值。但由于电化学汗液分析设备结构复杂，信号容易受到干扰，不适合在干扰因素较多的运动场景进行汗液分析。另一种基于比色检测技术的汗液分析装置，由于其结构简单，信号易读，更适合运动中的汗液分析。比色汗液分析装置一般是基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的可拉伸微流体装置，该型装置可将汗液输送到含有比色测定试剂的腔室中，以测量代谢物和出汗率。虽然比色传感技术已经发展非常成熟，但仍需要一种简单、方便、低成本的比色汗液检测芯片，以满足运动场景下高可靠性和量产的需求。

目前已有的柔性可穿戴汗液传感设备却存在诸多不足：

(1)现有的汗液传感设备多为电化学类传感器，此类设备需要在相对稳定的测试环境中使用，无法满足多变的运动环境下的使用需求；

(2)现有的汗液传感设备制造工艺复杂，成本高昂，无法在体育运动领域大范围的推广使用。

故目前市场上急缺一款可以满足复杂多变的运动环境下实时进行人体汗液分析的柔性可穿戴汗液传感设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，以便设备满足在多变的运动环境下的使用需求，同时制造工艺简单，成本低，可以在体育运动领域大范围推广使用。

为实现上述目的，本实用新型提供了一用于汗液葡萄糖和pH值检测的可穿戴柔性贴片，由下至上依次为粘贴层、导汗层、检测层和覆盖层，导汗层上设置有检测腔室和排汗管，检测腔室上设置有检测微腔，检测层固定安装在检测微腔中。

优选的，所述粘贴层上设置有导汗孔。

优选的，检测腔室至少为两个，检测腔室包括汗液入口、汗液导管、汗液出口，汗液导管的一部分将汗液入口与检测微腔连通，汗液导管的另一部分将检测微腔与汗液出口连通。

优选的，所述排汗管包括导汗口、导汗管道、出汗口，所述导汗管道的一端连通所述出汗口，所述导汗管道的另一端连通所述导汗口。

优选的，检测层包括pH检测试纸、葡萄糖检测试纸和标准比色卡，所述葡萄糖检测试纸的基底为过氧化氢检测试纸，所述过氧化氢检测试纸上面有葡萄糖氧化酶。

优选的，所述覆盖层上设置有出汗孔。

优选的，粘贴层为聚丙烯医用生物双面胶粘贴层，导汗层为PDMS-Triton X-100导汗层，覆盖层为PDMS覆盖层。

因此，本实用新型采用上述结构的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，具有以下有益效果：

本实用新型导汗层为PDMS-Triton X-100导汗层，覆盖层为PDMS覆盖层，能够很好的适应人体皮肤表面的生理曲度，同时还能抵御人体运动造成的各种形变。另外，该汗液传感贴片具有防水功能，可根据用户需求做灵活调节，适用性较强；而且，可重复使用，成本较低。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中粘贴层的结构示意图；

图3为本实用新型中导汗层的结构示意图；

图4为本实用新型中检测层的结构示意图；

图5为本实用新型中覆盖层的结构示意图；

附图标记

1、粘贴层；11、导汗孔；

2、导汗层；21、导汗口；22、导汗管道；23、出汗口；24、汗液入口；25、检测微腔；26、汗液导管；27、汗液出口；

3、检测层；31、pH检测试纸；32、标准比色参照卡；34、葡萄糖检测试纸；

4、覆盖层；41、出汗孔。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本实用新型提供了一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，由下至上依次为粘贴层1、导汗层2、检测层3、覆盖层4。粘贴层1、导汗层2、检测层3和覆盖层4通过等离子清洗机进行键合，成为一个整体。粘贴层1吸附在人体皮肤上，用于连接人体表皮和贴片；导汗层2可拆卸的安装在粘贴层上，汗液通过导汗层2进行导向；检测层3固定安装在导汗层中的检测微腔25中，用于检测汗液中的相关物质浓度。

图2所示为粘贴层1，粘贴层为聚丙烯医用生物双面胶，直径为30mm，厚度300μm；11为直径3mm的导汗孔，每个导汗孔大约覆盖3-5个汗腺。当人体表皮汗腺排出汗液时，汗腺压力促使汗液通过粘贴层的导汗孔进入到导汗层内。

图3所示为导汗层2，导汗层使用15：1的比例配置的PDMS并加入质量分数10％的TritonX-100浇筑而成，可拆卸安装在粘贴层上，导汗层2包括检测腔室和排汗管，排汗管包括导汗口21、导汗管道22、出汗口23。导汗管道的22一端连通出汗口23，导汗管道22的另一端连通导汗口21，导汗口21直径为1.6mm；导汗管道22，高度为200μm，宽度为400μm。排汗管导出表皮的多余汗液，确保贴片与表皮粘合的牢固度。两个检测腔室的尺寸一致。检测腔室包括汗液入口24、检测微腔25、汗液导管26、汗液出口27，汗液入口27和检测微腔25的一端与汗液导管26部分连通，汗液导管26另一部分连通检测微腔25的另一端与汗液出口27。汗液入口24，直径为1.6μm，高度为200μm；检测微腔25的直径为4mm，高度为200μm；汗液导管26尺寸为：宽度300μm，高度200μm；汗液出口37的直径为0.9mm。

图4所示为检测层3，检测层3包括pH检测试纸31、葡萄糖检测试纸34、标准比色卡32，葡萄糖检测试纸34，直径3mm，试纸的基底为过氧化氢检测试纸，在上面修饰上浓度为200U/mL的葡萄糖氧化酶，当试纸接触汗液时，汗液中的葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下产生过氧化氢，通过检测过氧化氢的浓度来反映葡萄糖的浓度。pH检测试纸31，直径为3mm，接触汗液后产生颜色变化。标准比色卡，为颜色分析提供对照标准。

图5所示为覆盖层4，直径30mm，厚度800μm，该层的用途为封闭贴片，保证检测腔室内部环境的相对稳定。41为出汗孔，将贴片内的汗液排出贴片，出汗孔41的直径为0.9mm。

本实用新型在真空阴凉环境下储存，使用时去掉粘贴层的盖膜，选择人体额头、胸部、手臂等部位进行粘贴，运动出汗后，检测腔室会产生颜色变化，通过颜色图像分析技术，可以定量描述当下时刻汗液葡萄糖浓度和pH值，通过连续监测，可以很好地反映出运动状态下的人体能量消耗情况以及肌肉疲劳程度，为科学合理的调整运动负荷提供参考。本实用新型所展示可以实现0.05mM-0.40mM的低浓度葡萄糖检测，以及汗液中4.0-6.5的pH值变化。

因此，本实用新型采用上述一种用于汗液葡萄糖和pH值检测的可穿戴柔性贴片，导汗层为PDMS-Triton X-100导汗层，覆盖层为PDMS覆盖层，能够很好的适应人体皮肤表面的生理曲度，同时还能抵御人体运动造成的各种形变。而且，可重复使用，成本较低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：由下至上依次为粘贴层、导汗层、检测层和覆盖层，所述导汗层上设置有检测腔室和排汗管，所述检测腔室上设置有检测微腔，所述检测层固定安装在所述检测微腔中。

2.根据权利要求1所述的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：所述粘贴层上设置有导汗孔。

3.根据权利要求2所述的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：所述检测腔室至少为两个，所述检测腔室包括汗液入口、汗液导管、汗液出口，所述汗液导管的一部分将所述汗液入口与所述检测微腔连通，所述汗液导管的另一部分将所述检测微腔与所述汗液出口连通。

4.根据权利要求3所述的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：所述排汗管包括导汗口、导汗管道、出汗口，所述导汗管道的一端连通所述出汗口，所述导汗管道的另一端连通所述导汗口。

5.根据权利要求4所述的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：所述检测层包括pH检测试纸、葡萄糖检测试纸和标准比色卡，所述葡萄糖检测试纸的基底为过氧化氢检测试纸，所述过氧化氢检测试纸上面有葡萄糖氧化酶。

6.根据权利要求5所述的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：所述覆盖层上设置有出汗孔。

7.根据权利要求6所述的一种用于汗液葡萄糖和PH值检测的可穿戴柔性贴片，其特征在于：所述粘贴层为聚丙烯医用生物双面胶粘贴层，所述导汗层为PDMS-Triton X-100导汗层，所述覆盖层为PDMS覆盖层。

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