CN113662536A - 一种汗液监测*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汗液监测***，包括：汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路；所述多参数传感器模块能够采集汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据。本发明提供的汗液监测***，针对现有技术中的汗液监测***中传感器检测模块在监测多参数时需要平行连接多个不同的传感器的情况，采用多参数传感器模块，实现由单一传感器监测汗液中包括乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的多个参数数据，并且能够实现连续监测，具有广阔的应用前景。

Description

一种汗液监测***
技术领域
本发明涉及汗液监测技术领域，更具体地说，是涉及一种汗液监测***。
背景技术
汗水中包含了很多人体健康信息，通过检测汗液中组分与人体检测指标具有一定的线性关系，而且汗液监测相对血液检测而言具有在体外就可以完成，是一种非入侵式的优点，成为了比血液检测更便捷的检测方式。人体汗液中主要包含的溶质是无机离子、有机分子、氨基酸级数、蛋白质、多肽等分泌物，通过对人体汗液成分的监测，分析人体的电解质失衡程度、乳酸指数、汗液葡萄糖水平、脱水状况、潜在疾病以及卡路里燃烧值，进而对人体的生命体征状态进行分析。
目前，汗液监测越来越受到医疗机构的重视，通过收集汗液来分析人体体征，对人体没有任何创伤，另外收集汗液相对血液更加简便和安全。虽然现有技术中也有一些佩戴式的汗液监测***，但是，这类佩戴式的汗液监测***的检测模块主要由平行连接的多个不同的传感器来实现其多功能检测，开发同时在线监测人的运动及运动中汗液情况的单一传感器仍未解决，同时存在不能连续监测的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种汗液监测***，由单一传感器监测汗液中多个参数，并且能够实现连续监测。
本发明提供了一种汗液监测***，包括：
汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；
所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路；所述多参数传感器模块能够采集汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据。
优选的，所述汗液收集模块包括中空的疏水膜和若干个吸收管；所述疏水膜的中空部分形成检测腔，若干个所述吸收管分别与所述检测腔相通；
所述多参数传感器模块包括固定膜和设置在所述固定膜上的多功能集成传感器；所述多功能集成传感器包括可穿戴传感器、电流检测传感器和电路板，所述可穿戴传感器和电流检测传感器分别与所述电路板相连；
所述多参数传感器模块通过固定膜将所述汗液收集模块完全覆盖并与皮肤贴合，同时将所述多功能集成传感器中的穿戴传感器和电流检测传感器设置在所述检测腔内。
优选的，所述疏水膜为聚四氟乙烯膜；所述吸收管的个数为4个，均匀设置在所述检测腔四周。
优选的，所述可穿戴传感器为基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器。
优选的，所述基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器的制备方法包括以下步骤：
a)将GO悬浮液滴加到用乙醇清洗干净的载玻片上，并将滴有GO悬浮液的载玻片在65℃干燥2h，将干燥GO膜置于HI溶液中，并在100℃加热2h获得rGO膜；
b)将含有75％乙酸纤维素的体积比为1：1的丙酮和DMF的混合溶液滴入通道沉积法制备的SiO2光子晶体模板上，60℃在IKA热台上烘干3h，放入含有4.0％HF的水溶液以腐蚀SiO2纳米颗粒，形成多孔结构反蛋白石乙酸纤维素薄膜，用超纯水洗涤2～4次并干燥，得到多孔IOAC薄膜基底；
c)将rGO膜切割成合适大小并通过胶带固定在多孔IOAC薄膜基底上，并将导电铜箔黏贴rGO膜两端作为接触电极，得到基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器。
优选的，所述电流检测传感器为基于氧化酶的电流检测传感器。
优选的，所述基于氧化酶的电流检测传感器的制备方法具体为：
采用电化学法将普鲁士蓝镀到金电极上，然后用滴涂法将葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶分别固定在两个金电极上，形成葡萄糖氧化酶电极和乳酸氧化酶电极，同时用含普鲁士蓝的Ag/AgCl电极作为二者共同的参比电极，得到基于氧化酶的电流检测传感器。
优选的，所述处理电路与所述多参数传感器模块相连，用于对多参数传感器模块检测到的信号进行滤波放大处理。
优选的，所述的MCU微控制单元分别连接汗液收集模块、多参数传感器模块、处理电路和传输单元，并且还与NB-loT模块、显示模块及电源相连，用于控制各模块运行。
优选的，所述传输单元包括连接移动端的无线蓝牙模块，用于多参数传感器模块采集的数据经滤波放大处理后，转换成数字信号的传输。
本发明提供了一种汗液监测***，包括：汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路；所述多参数传感器模块能够采集汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据。本发明提供的汗液监测***，针对现有技术中的汗液监测***中传感器检测模块在监测多参数时需要平行连接多个不同的传感器的情况，采用多参数传感器模块，实现由单一传感器监测汗液中包括乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的多个参数数据，并且能够实现连续监测，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的汗液监测***的整体结构简图；
图2为本发明提供的汗液监测***中汗液监测单元的俯视图；
图3为本发明提供的汗液监测***中汗液监测单元的立体图；
图4为本发明提供的汗液监测***中汗液监测单元的分解立体图；
图5为本发明提供的汗液监测***中汗液监测单元在图3中灰线位置的横截面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种汗液监测***，包括：
汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；
所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路；所述多参数传感器模块能够采集汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据。
请参阅图1，图1为本发明提供的汗液监测***的整体结构简图。在本发明中，所述汗液监测***包括：汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；其中，所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路。
在本发明中，所述汗液监测单元可参见图2～5所示；其中，1为疏水膜，2为吸收管，3为检测腔，4为固定膜，5为rGO薄膜，6为多孔反蛋白石乙酸纤维素，7为葡萄糖氧化酶电极，8为参比电极，9为乳酸氧化酶电极，10为电路板。
在本发明中，所述汗液收集模块包括中空的疏水膜1和若干个吸收管2；所述疏水膜1的中空部分形成检测腔3，若干个所述吸收管2分别与所述检测腔3相通；所述汗液收集模块通过吸收管2，疏水膜1能够快速采集到足够量的汗液，且同时监测过后的废液能够顺着吸收管2流出汗液监测单元中，由于吸收管是四面均有，所以总能进行汗液采集和废液流出。
在本发明中，所述多参数传感器模块连接汗液收集模块，能对收集到汗液进行多参数监测，包括监测汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据；所述多参数传感器模块包括固定膜4和设置在所述固定膜4上的多功能集成传感器；所述多功能集成传感器包括可穿戴传感器、电流检测传感器和电路板10，所述可穿戴传感器和电流检测传感器分别与所述电路板10相连。
在本发明中，所述多参数传感器模块通过固定膜4将所述汗液收集模块完全覆盖并与皮肤贴合，同时将所述多功能集成传感器中的穿戴传感器和电流检测传感器设置在所述检测腔3内。此外，所述固定膜4还可以固定在衣物上，本发明对此没有特殊限制。
在本发明中，所述疏水膜1优选为聚四氟乙烯膜，其具有抗酸抗腐蚀的特性且疏水透气，其中间位置是中空结构形成检测腔3。
在本发明中，所述吸收管2的个数优选为4个，均匀设置在所述检测腔3四周。由此可知，所述吸收管2是4根，分别设置在检测腔3的四面，且位于疏水膜1下，最后通过固定膜4固定传感器在人体皮肤上。在本发明中，所述4根吸收管2用于汗液流入和流出检测腔3中，其由疏水材质制备而成，使其不会吸收汗液以及汗液中的物质。
在本发明中，所述可穿戴传感器优选为基于rGO薄膜5和多孔反蛋白石乙酸纤维素6的可穿戴传感器。
在本发明中，所述基于rGO薄膜5和多孔反蛋白石乙酸纤维素6的可穿戴传感器的制备方法优选包括以下步骤：
a)将GO悬浮液滴加到用乙醇清洗干净的载玻片上，并将滴有GO悬浮液的载玻片在65℃干燥2h，将干燥GO膜置于HI溶液中，并在100℃加热2h获得rGO膜；
b)将含有75％乙酸纤维素的体积比为1：1的丙酮和DMF的混合溶液滴入通道沉积法制备的SiO2光子晶体模板上，60℃在IKA热台上烘干3h，放入含有4.0％HF的水溶液以腐蚀SiO2纳米颗粒，形成多孔结构反蛋白石乙酸纤维素薄膜，用超纯水洗涤2～4次并干燥，得到多孔IOAC薄膜基底；
c)将rGO膜切割成合适大小并通过胶带固定在多孔IOAC薄膜基底上，并将导电铜箔黏贴rGO膜两端作为接触电极，得到基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器。
由此可知，rGO薄膜5和多孔反蛋白石乙酸纤维素6复合膜，是通过化学法制备rGO薄膜5和多孔反蛋白石乙酸纤维素6膜，通过将rGO薄膜5置于多孔反蛋白石乙酸纤维素6膜上面形成复合膜；该rGO/IOAC复合膜用于检测运动钠离子的浓度、运动的幅度、弯曲程度。
在本发明中，所述电流检测传感器优选为基于氧化酶的电流检测传感器。
在本发明中，所述基于氧化酶的电流检测传感器的制备方法优选具体为：
采用电化学法将普鲁士蓝镀到金电极上，然后用滴涂法将葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶分别固定在两个金电极上，形成葡萄糖氧化酶电极7和乳酸氧化酶电极9，同时用含普鲁士蓝的Ag/AgCl电极作为二者共同的参比电极8，得到基于氧化酶的电流检测传感器。
在本发明中，所述处理电路与所述多参数传感器模块相连，用于对多参数传感器模块检测到的信号进行滤波放大处理；具体包括滤波电路，放大电路，a/d数模转换电路。
在本发明中，所述的MCU微控制单元分别连接汗液收集模块、多参数传感器模块、处理电路和传输单元，并且还与NB-loT模块(用于接收来自手机端指令和传输数据)、显示模块及电源(用于仪器供电)相连，用于控制各模块运行。
在本发明中，所述传输单元包括连接(手机)移动端的无线蓝牙模块，用于多参数传感器模块采集的数据经滤波放大处理后，转换成数字信号的传输。
通过上述内容可知，本发明提供的汗液监测***主要包括汗液收集模块、多参数传感器模块、处理电路、MCU微控制单元、传输单元、NB-loT模块、移动端；所述的汗液收集模块与皮肤贴合(通过固定膜与皮肤固定)，所述多参数传感器模块连接汗液收集模块，且具有多功能的特点，所述处理电路用于进行滤波放大处理，连接多参数传感器模块，所述MCU微控制单元连接汗液收集模块、多参数传感器模块、传输单元、NB-loT模块、显示模块、电源，所述的传输单元用于将多参数传感器模块传输到移动端，所述NB-loT模块用于给移动端发送消息和通话，所述的显示端为显示屏，用于查看数据，所述移动端用于接收传输单元发送的经处理的数据；该***能够检测汗液中多个参数，同时通过采集装置能快速地采集到足够量的汗液，不需要大量运动。
本发明提供了一种汗液监测***，包括：汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路；所述多参数传感器模块能够采集汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据。本发明提供的汗液监测***，针对现有技术中的汗液监测***中传感器检测模块在监测多参数时需要平行连接多个不同的传感器的情况，采用多参数传感器模块，实现由单一传感器监测汗液中包括乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的多个参数数据，并且能够实现连续监测，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例
参见图1～5所示，本发明实施例提供的汗液监测***主要包括汗液收集模块、多参数传感器模块、处理电路、MCU微控制单元、传输单元、NB-loT模块、显示模块、移动端。
如图1所示，各单元/模块的之间的联系关系是：汗液收集模块通过吸收管将汗液收集到检测腔中，多参数传感器模块检测汗液中各参数包括葡萄糖浓度、乳酸浓度、钠离子浓度已经运动过程皮肤弯曲程度，在检测完成后将信号传输处理电路中，处理电路的滤波放大对传输过来的信号进行放大滤波处理、a/d转换，并由MCU微控制单元控制处理电路的进行，以及数据传输，NB-loT模块进行物联网传输，移动端接收NB-loT模块传输过来的数据并进行显示，显示模块通过数据进行连接显示数据。
所述的汗液收集模块通过固定膜与皮肤贴合，主要由中空的疏水膜以及4个吸收管组成，所述的多参数传感器模块连接汗液收集模块，能对收集到汗液进行多参数监测，主要包括监测汗液中乳酸、葡萄糖、钠离子含量、皮肤表皮运动幅度、弯曲程度，所述的处理电路包括滤波放大处理、a/d转换电路，连接多参数传感器模块，所述的MCU微控制单元连接汗液收集模块、多参数传感器模块，传输单元、NB-loT模块、显示模块、电源、所述的传输单元用于将多参数传感器模块传输到移动端，所述的NB-loT模块用于给移动端发送消息和通话，所述的显示端为显示屏，用于查看数据，所述的移动端用于接收传输单元发送的经处理的数据。
所述的汗液收集模块由吸收管、检测腔、疏水膜构成，所述的吸收管是4根，在检测腔的四面，位于疏水膜下，所述的4根吸收管用于汗液流入和流检测腔中，其由疏水材质制备而成，使其不会吸收汗液以及汗液中的物质，且不会长时间是皮肤呼吸不了，从而影响皮肤。
所述的检测腔是疏水膜除去一个圆形成的检测腔，其上层铺盖多参数传感器模块中的检测电极包括葡萄糖检测电极、乳酸检测电极、rGO/IOAC复合膜，其四周连接4根吸收管。
所述的疏水膜是一块聚四氟乙烯膜，其中间位置是中空形成检测腔，其连接检测腔的四面是疏水膜内放置4根吸收管，且其底部具有固定膜，用于固定传感器在人体皮肤上。
所述的固定膜连接于疏水膜的四周，能够重复使用，且有用于固定检测汗液收集模块于皮肤上。
所述的多参数传感器模块是多功能集成的可穿戴传感器，主要包括两个部分，第一部分基于氧化酶的电流检测传感器，即将葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶固定在两个线性多糖壳聚糖渗透膜中，制成葡萄糖氧化酶电极和乳酸氧化酶电极，用含普鲁士蓝的Ag/AgCl电极作为二者共同的参比电极，将用于检测汗液中葡萄糖和乳酸的含量，其检测到乳酸检测限为0.013mM，而检测到葡萄糖检测限为2.7uM，另一部部分是基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器。
所述的基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器制备方法如下：(1)将GO悬浮液滴加到用乙醇清洗干净的载玻片上，并将滴有GO悬浮液的载玻片现在65℃干燥2h，将干燥GO膜置于HI溶液中，并在100℃加热2h获得rGO膜；(2)多孔IOAC薄膜的制备：将含有75％乙酸纤维素的丙酮和DMF(1：1V/V)溶液滴入通道沉积法制备的SiO2光子晶体模板上，60℃在IKA热台上烘干3h，放入含有4.0％HF的水溶液以腐蚀SiO2纳米颗粒，从而形成多孔结构反蛋白石乙酸纤维素薄膜，用超纯水洗涤2～4次并干燥，得到IOAC薄膜基底，IOAC薄膜基底可检测出正常30至680mM汗液中各种NaCl浓度，对于人体来说NaCl的正常浓度的范围是30至680mM，所以制备检测电极所以符合人体检测钠离子的浓度需要；(3)将rGO膜切割成合适大小并通过胶带固定在IOAC膜上，并将导电铜箔黏贴rGO膜两端并做接触电极。
所述的rGO/IOAC复合膜用于检测运动钠离子的浓度，运动的幅度，弯曲程度。
所述的葡萄糖、乳酸工作电极、参比电极、和rGO/IOAC复合膜均在粘膜上用于固定在收集模块检测腔内，基底具有导线，通过导线连接处理电路，所述的处理电路位于处理盒子中。
所述的处理电路，MCU微控制单元，传输单元等电路元件尽量微型化集成在电路板上，所述的电路板位于处理盒子内，所述处理盒子为手持式小型的盒子；多参数传感器模块的电极经导线传输微弱的电信号，微弱的电信号经处理电路滤波放大处理，并经数模转换电路转化成数字信号，同时连接MCU微控制单元，所述的MCU微控制单元连接汗液收集模块、多参数传感器模块，传输单元、NB-loT模块、显示模块、电源。
结构布局：所述的汗液收集模块位于最底层，吸收管、固定膜、疏水膜均接触皮肤，吸收管位于疏水膜的底部，所述的多参数传感器模块中的穿戴传感器和电流检测传感器位于疏水膜中空位置，同样接触皮肤，所述的穿戴传感器和电流检测传感器各电极连接基板上，基板附在固定膜上，固定膜覆盖在汗液收集模块上，各电极的基板上具有导线能将检测的电信号传输到手持式的电路处理盒中，所述的手持式的电路处理盒中，主要包括一个电路板，所述的电路板上具有处理电路模块、MCU微控制单元、传输单元、NB-lot模块、显示模块及电源，显示屏位于盒子上能实时显示检测的数据。
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (10)

1.一种汗液监测***，包括：
汗液监测单元、MCU微控制单元、传输单元和移动端；
所述汗液监测单元包括汗液收集模块、多参数传感器模块和处理电路；所述多参数传感器模块能够采集汗液中乳酸含量、葡萄糖含量、钠离子含量、运动幅度、弯曲程度的参数数据。
2.根据权利要求1所述的汗液监测***，其特征在于，所述汗液收集模块包括中空的疏水膜和若干个吸收管；所述疏水膜的中空部分形成检测腔，若干个所述吸收管分别与所述检测腔相通；
所述多参数传感器模块包括固定膜和设置在所述固定膜上的多功能集成传感器；所述多功能集成传感器包括可穿戴传感器、电流检测传感器和电路板，所述可穿戴传感器和电流检测传感器分别与所述电路板相连；
所述多参数传感器模块通过固定膜将所述汗液收集模块完全覆盖并与皮肤贴合，同时将所述多功能集成传感器中的穿戴传感器和电流检测传感器设置在所述检测腔内。
3.根据权利要求2所述的汗液监测***，其特征在于，所述疏水膜为聚四氟乙烯膜；所述吸收管的个数为4个，均匀设置在所述检测腔四周。
4.根据权利要求2所述的汗液监测***，其特征在于，所述可穿戴传感器为基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器。
5.根据权利要求4所述的汗液监测***，其特征在于，所述基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器的制备方法包括以下步骤：
a)将GO悬浮液滴加到用乙醇清洗干净的载玻片上，并将滴有GO悬浮液的载玻片在65℃干燥2h，将干燥GO膜置于HI溶液中，并在100℃加热2h获得rGO膜；
b)将含有75％乙酸纤维素的体积比为1：1的丙酮和DMF的混合溶液滴入通道沉积法制备的SiO2光子晶体模板上，60℃在IKA热台上烘干3h，放入含有4.0％HF的水溶液以腐蚀SiO2纳米颗粒，形成多孔结构反蛋白石乙酸纤维素薄膜，用超纯水洗涤2～4次并干燥，得到多孔IOAC薄膜基底；
c)将rGO膜切割成合适大小并通过胶带固定在多孔IOAC薄膜基底上，并将导电铜箔黏贴rGO膜两端作为接触电极，得到基于rGO薄膜和多孔反蛋白石乙酸纤维素的可穿戴传感器。
6.根据权利要求2所述的汗液监测***，其特征在于，所述电流检测传感器为基于氧化酶的电流检测传感器。
7.根据权利要求6所述的汗液监测***，其特征在于，所述基于氧化酶的电流检测传感器的制备方法具体为：
采用电化学法将普鲁士蓝镀到金电极上，然后用滴涂法将葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶分别固定在两个金电极上，形成葡萄糖氧化酶电极和乳酸氧化酶电极，同时用含普鲁士蓝的Ag/AgCl电极作为二者共同的参比电极，得到基于氧化酶的电流检测传感器。
8.根据权利要求1所述的汗液监测***，其特征在于，所述处理电路与所述多参数传感器模块相连，用于对多参数传感器模块检测到的信号进行滤波放大处理。
9.根据权利要求1所述的汗液监测***，其特征在于，所述的MCU微控制单元分别连接汗液收集模块、多参数传感器模块、处理电路和传输单元，并且还与NB-loT模块、显示模块及电源相连，用于控制各模块运行。
10.根据权利要求1所述的汗液监测***，其特征在于，所述传输单元包括连接移动端的无线蓝牙模块，用于多参数传感器模块采集的数据经滤波放大处理后，转换成数字信号的传输。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114209314A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 南京大学 一种可穿戴汗液多生理参数电化学检测装置
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