阅读说明：本技术 一种带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器 (Paper-pasted sweat sensor with sweat collection and collection structure ) 是由 王洋洋 胡雨涵 咸婉婷 刘继江 宋成君 徐冬 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：一种带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器,涉及一种汗液传感器。目的是解决现有汗液传感器存在汗液样品的蒸发和污染的问题。本发明传感器由汗液采集层和防水保护膜层构成,汗液采集层上表面中心的微腔室四周呈辐射状设置有数条与其连通的微流体通道,微流体通道的凹槽底部均与设置有贯通汗液采集层的毛细孔；微腔室中心设置有检测电极,检测电极中工作电极上表面设置有选择性敏感膜。本发明传感器使用时贴于皮肤表面,毛细孔、微流体通道和微腔室利用毛细现象实现对汗液的采集、输送和富集,检测需要样品量少；防水保护膜层可以有效避免汗液样品的蒸发与污染；传感器具有柔性、实时性、可穿戴、易集成、无创检测的优点。(A paper-pasted sweat sensor with a sweat collecting and taking structure relates to a sweat sensor. The sweat sensor aims to solve the problems of evaporation and pollution of a sweat sample in the existing sweat sensor. The sensor consists of a sweat collection layer and a waterproof protective film layer, wherein a plurality of micro-fluid channels communicated with a micro-chamber are radially arranged around the micro-chamber at the center of the upper surface of the sweat collection layer, and the bottoms of grooves of the micro-fluid channels are provided with capillary holes penetrating through the sweat collection layer; the center of the micro-chamber is provided with a detection electrode, and the upper surface of the working electrode in the detection electrode is provided with a selective sensitive film. When the sensor is used, the sensor is attached to the surface of skin, the pores, the microfluidic channel and the micro-chamber realize the collection, the transportation and the enrichment of sweat by utilizing the capillary phenomenon, and the amount of a sample required for detection is small; the waterproof protective film layer can effectively avoid evaporation and pollution of a sweat sample; the sensor has the advantages of flexibility, real-time performance, wearing, easy integration and non-invasive detection.)

一种带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器

技术领域

本发明涉及一种汗液传感器。

背景技术

随着柔性智能可穿戴传感领域的快速发展，家庭式的医疗诊断已经逐渐走入我们的生活，如智能衣物、智能贴片、电子纹身等众多可穿戴设备都致力于实现高效实时的人体健康管理。相比于心跳呼吸等物理信号，汗液中蕴含复杂生物分子信息与人体健康息息相关，同时汗液因其具有持续分泌、非侵入式采集和微环境稳定等优势，成为了人体生化传感器的潜在发展目标。

一般对汗液成分的分析时多为大型分析设备，大型分析设备不仅体积大，而且价格高，不能穿戴。汗液传感器的兴起为可穿戴设备提供了可能，但目前汗液传感器多为实验室原理研究阶段，样品取样方式、传感器穿戴方式等问题尚在研究，汗液样品的蒸发和污染的问题也没有被解决，因此实用性较差。

发明内容

本发明为了解决现有汗液传感器存在汗液样品的蒸发和污染的问题，提出一种带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器。

本发明带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器由汗液采集层和防水保护膜层构成，汗液采集层为聚酰亚胺双面胶带，防水保护膜层覆盖在汗液采集层的上表面；

所述汗液采集层上表面中心设置有微腔室，微腔室为圆形凹槽，微腔室四周呈辐射状设置有数条微流体通道，微流体通道为蛇形凹槽且每条微流体通道均与微腔室连通，微流体通道的凹槽底部均设置有贯通汗液采集层的毛细孔；微腔室中心设置有检测电极，检测电极中工作电极上表面设置有选择性敏感膜，检测电极中每个电极均在汗液采集层上表面设置有信号引出线。

本发明原理及有益效果为：

本发明带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器使用时贴于皮肤表面，毛细孔、微流体通道和微腔室利用毛细现象实现对汗液的采集、输送和富集，检测需要样品量少；检测电极和信号引出线用于信号检测及输出；选择性敏感膜用于对汗液成分进行选择性识别；防水保护膜层用于对传感器内部结构进行保护，可以有效避免汗液样品的蒸发与污染；

本发明传感器可以在不影响患者生活方式的同时对汗液中各种生理标记物的长期监测，进而对人体生命体征状态进行监测，相比大型分析设备，本发明传感器具有柔性、实时性、可穿戴、易集成、无创检测的优点，为实时性、前瞻性、定制化的医疗健康管理提供可能。

附图说明

图1为实施例1中带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器的结构示意图；图中11为工作电极信号引出线7与信号处理电路的连接线，12为对电极信号引出线8与信号处理电路的连接线；

图2为汗液采集层1的结构示意图；

图3为汗液采集层1的A-A处剖视图；

图4为图3中毛细孔6处放大图；

图5为实施例1传感器对不同浓度NaCl溶液响应曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

具体实施方式一：本实施方式带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器由汗液采集层1 和防水保护膜层10构成，汗液采集层1为聚酰亚胺双面胶带，防水保护膜层10覆盖在汗液采集层1的上表面；

所述汗液采集层1上表面中心设置有微腔室2，微腔室2为圆形凹槽，微腔室2四周呈辐射状设置有数条微流体通道5，微流体通道5为蛇形凹槽且每条微流体通道5均与微腔室2连通，微流体通道5的凹槽底部均设置有贯通汗液采集层1的毛细孔6；微腔室2 中心设置有检测电极，检测电极中工作电极上表面设置有选择性敏感膜9，检测电极中每个电极均在汗液采集层1上表面设置有信号引出线。

本实施方式带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器使用时贴于皮肤表面，毛细孔6、微流体通道5和微腔室2利用毛细现象实现对汗液的采集、输送和富集，检测需要样品量少；检测电极和信号引出线用于信号检测及输出；选择性敏感膜9用于对汗液成分进行选择性识别；防水保护膜层10用于对传感器内部结构进行保护，可以有效避免汗液样品的蒸发与污染；

本实施方式传感器可以在不影响患者生活方式的同时对汗液中各种生理标记物的长期监测，进而对人体生命体征状态进行监测，相比大型分析设备，本实施方式传感器具有柔性、实时性、可穿戴、易集成、无创检测的优点，为实时性、前瞻性、定制化的医疗健康管理提供可能。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述检测电极为工作电极 3和对电极4构成的二电极体系，或检测电极为工作电极3、对电极4和参比电极构成的三电极体系。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述汗液采集层1的厚度为90～110μm，面积为0.5～1cm²。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述微腔室2的容积10～100μl，微流体通道5的凹槽宽度10～100μm，深度10～50μm，毛细孔6的直径 5～20μm。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述选择性敏感膜9的厚度5～10μm。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述防水保护膜层10的厚度5～10μm，材质为聚酰亚胺，也可以是PVC、PE、PP、PET等疏水性高分子材料。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述检测电极中电极为叉指电极、圆环电极、圆盘电极中的一种或多种。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述检测电极为 Pt电极、Au电极、Ag电极、C电极或Ag/Pd电极。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述选择性敏感膜9为生物敏感膜或离子交换膜。通过选择不同的选择性敏感膜9可以实现对汗液中K⁺、 Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Cl^-、乳酸、葡萄糖、皮质醇、汗液PH值、尿素或尿酸等多种成分进行检测；例如Na⁺选择性敏感膜的制备方法为：称取1.0wt％的钠离子载体莫能霉素钠、 0.6wt％的离子交换剂NaTFPB、33wt％的聚氯乙烯和65.4wt％的增塑剂癸二酸二辛酯为原料并进行混合，将混合得到的原料溶解于四氢呋喃中得到混合液，混合液中原料的质量和四氢呋喃的体积的比为100mg：1ml，将混合液涂覆在检测电极中工作电极上表面，室温干燥固化。

K⁺选择性敏感膜的制备方法为：称取2.0wt％的缬氨霉素、0.5wt％的四苯硼钠、32.7wt％的聚氯乙烯和64.7wt％的癸二酸二辛酯为原料并进行混合，将混合得到的原料溶解于环己酮中得到混合液，混合液中原料的质量和环己酮的体积的比为100mg：350μl，将混合液涂覆在检测电极中工作电极上表面，室温干燥固化。

葡萄糖选择性敏感膜葡萄糖导电高分子敏感材料的制备方法为：首先将壳聚糖溶解在乙酸中，磁搅拌1小时得到质量分数为1％壳聚糖溶液，然后将壳聚糖溶液与单壁碳纳米管超声搅拌30分钟，得到壳聚糖和碳纳米管的粘性混合溶液，粘性混合溶液中单壁碳纳米管的浓度为2mg/ml，将粘性混合溶液与葡萄糖氧化酶溶液按照体积比为2:1充分混合，最后涂覆在检测电极中工作电极上表面，室温干燥固化；葡萄糖氧化酶溶液中葡萄糖氧化酶的含量为10mg/ml，溶剂为pH＝7.2的磷酸盐缓冲溶液。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述毛细孔6、微流体通道5和微腔室2采用激光刻蚀方法制备，检测电极采用磁控溅射工艺制备。本实施方式采用激光加工工艺制备，工艺简单，加工精度高，批次一致性好，能够批量生产。

实施例1：结合图1～4说明，本实施例带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器由汗液采集层1和防水保护膜层10构成，汗液采集层1为聚酰亚胺双面胶带，防水保护膜层10 覆盖在汗液采集层1的上表面；

所述汗液采集层1上表面中心设置有微腔室2，微腔室2为圆形凹槽，微腔室2四周呈辐射状设置有4条微流体通道5，微流体通道5为蛇形凹槽且每条微流体通道5均与微腔室2连通，微流体通道5的凹槽底部均设置有贯通汗液采集层1的毛细孔6；微腔室2 中心设置有检测电极，检测电极为工作电极3和对电极4构成，工作电极3为圆形，对电极4为开口环，工作电极3设置在对电极4内部；工作电极3在汗液采集层1上表面设置有工作电极信号引出线7，对电极4在汗液采集层1上表面设置有对电极信号引出线8；检测电极中工作电极3上表面设置有选择性敏感膜9；

所述汗液采集层1的厚度为100μm，面积为0.8cm²；

所述微腔室2的容积100μl，微流体通道5的凹槽宽度90μm，深度30μm，毛细孔6 的直径10μm；

所述选择性敏感膜9的厚度8μm；

所述防水保护膜层10的厚度8μm，材质为聚酰亚胺；

所述工作电极3和对电极4为Pt电极；

所述选择性敏感膜9为Na⁺选择性敏感膜；

本实施例带有汗液集取结构的贴纸式汗液传感器使用时贴于皮肤表面，毛细孔6、微流体通道5和微腔室2利用毛细现象实现对汗液的采集、输送和富集，检测需要样品量少；检测电极和信号引出线用于信号检测及输出；选择性敏感膜9用于对汗液成分进行选择性识别；防水保护膜层10用于对传感器内部结构进行保护，可以有效避免汗液样品的蒸发与污染；本实施例传感器可以在不影响患者生活方式的同时对汗液中各种生理标记物的长期监测，进而对人体生命体征状态进行监测，相比大型分析设备，本发明传感器具有柔性、实时性、可穿戴、易集成、无创检测的优点，为实时性、前瞻性、定制化的医疗健康管理提供可能。

表1为不同浓度NaCl溶液中Na⁺浓度与输出电压关系表，图5为传感器对不同浓度NaCl溶液响应曲线，分析结果表明传感器工作方程为y＝5.2x+59.8，线性良好，线性相关系数R²＝0.99。

表1

NaCl浓度(mM)	电压(mV)
		10	115
20	161
		30	213
40	269
		50	321