本發(fā)明涉及離子快速檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性可穿戴的鈉、鉀離子快速響應(yīng)傳感裝置。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期的研究表明，汗液，作為人體的“空調(diào)”，不僅對(duì)人體體溫的調(diào)節(jié)功不可沒；而且還是一種排毒方式，有助于人體肝腎功能的保護(hù)。汗液98％-99％的成分是水，剩下的1％-2％主要是鹽分(如nacl、kcl等)等物質(zhì)。因此，人體排汗過程也是電解質(zhì)流失的過程，過度的排汗會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)失衡，會(huì)使人出現(xiàn)厭食、乏力、惡心、視線模糊、肌痙攣、狂躁、呼吸困難、昏迷、休克、心臟驟停等表現(xiàn)。排汗量需要控制在一個(gè)合理的范圍，以防止意外的發(fā)生。

而目前，市場(chǎng)上缺乏一款真正意義上的能夠檢測(cè)汗液中電解質(zhì)濃度并且能提前預(yù)警電解質(zhì)失衡的檢測(cè)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的電解質(zhì)流失的檢測(cè)通過收集一定量的汗液后，利用大型儀器進(jìn)行離線測(cè)試，通過測(cè)得的汗液中鈉、鉀離子的濃度來表征電解質(zhì)的流失情況，實(shí)時(shí)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置，包括從下至上層疊設(shè)置的汗液收集層、汗液傳輸層和監(jiān)測(cè)部件；

所述汗液收集層貼于人體皮膚設(shè)置；

所述汗液收集層和所述汗液傳輸層上分別設(shè)有相連通的汗液通道，所述人體皮膚上的汗液通過所述汗液通道傳輸至所述監(jiān)測(cè)部件上；

所述監(jiān)測(cè)部件上對(duì)應(yīng)于所述汗液通道設(shè)置有傳感電極以及與所述傳感電極電連接的控制電路，所述控制電路用于驅(qū)動(dòng)所述傳感電極檢測(cè)所述汗液中的離子濃度變化信息并將所述信息轉(zhuǎn)換成顯示信號(hào)。

其中，所述監(jiān)測(cè)部件包括相互連接的傳感層和固定部件，所述傳感電極設(shè)置于所述傳感層上；所述固定部件用于所述控制電路的安設(shè)，以及使所述電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置穿戴于所述人體皮膚上。

其中，所述汗液傳輸層與所述汗液收集層的材質(zhì)相同；所述監(jiān)測(cè)部件材質(zhì)與所述汗液傳輸層和所述汗液收集層可以相同，也可以不相同。

其中，所述汗液傳輸層、所述汗液收集層、傳感層的材質(zhì)選自聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、熱塑性彈性體、聚氨基甲酸酯、聚醚醚酮、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種。

其中，所述傳感電極上設(shè)置有用于檢測(cè)na⁺和/或k⁺離子的敏感材料，所述敏感材料選自冠醚、乙酸鈾酰鋅、β-半乳糖苷酶中一種。

其中，所述汗液傳輸層與所述汗液收集層的厚度分別為500μm～3mm；所述傳感層的厚度為30μm～500μm。

其中，所述傳感電極電阻為10kω～100kω。

本發(fā)明還提供這種電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置的制備方法，包括步驟：

所述汗液收集層和所述汗液傳輸層的制備：利用硅基模板分別制備汗液收集層基底和汗液傳輸層基底；分別對(duì)所述汗液收集層基底和所述汗液傳輸層基底的對(duì)應(yīng)貼合面進(jìn)行紫外處理，并使所述所述汗液收集層基底和所述汗液傳輸層基底貼合；在所述所述汗液收集層基底和所述汗液傳輸層基底上設(shè)置汗液通道；

在所述監(jiān)測(cè)部件上設(shè)置傳感電極以及與所述傳感電極電連接的控制電路；

使所述傳感電極對(duì)應(yīng)于所述汗液通道，將所述監(jiān)測(cè)部件與所述汗液傳輸層背向所述汗液收集層的一面貼合。

其中，所述監(jiān)測(cè)部件包括相互連接的傳感層和固定部件，所述傳感電極設(shè)置于所述傳感層上；所述固定部件用于所述控制電路的安設(shè)，以及使所述電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置穿戴于所述人體皮膚上。

其中，所述汗液傳輸層與所述汗液收集層的材質(zhì)相同。

其中，所述汗液傳輸層、所述汗液收集層、傳感層的材質(zhì)選自聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、熱塑性彈性體、聚氨基甲酸酯、聚醚醚酮、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種。

其中，所述傳感電極上設(shè)置有用于檢測(cè)na⁺和/或k⁺離子的敏感材料，所述敏感材料選自冠醚、乙酸鈾酰鋅、β-半乳糖苷酶中一種。

所述汗液傳輸層與所述汗液收集層的厚度分別為500μm～3mm；所述傳感層的厚度為30μm～500μm。

其中，所述傳感電極電阻為10kω～100kω。

有益效果：

本發(fā)明旨在構(gòu)建一種柔性的、可穿戴的電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置，功能是汗液的實(shí)時(shí)收集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及實(shí)時(shí)排出。尤其是應(yīng)用于汗液中的鈉、鉀離子的實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過對(duì)鈉、鉀離子濃度的變化來判斷人體電解質(zhì)流失的程度，進(jìn)而實(shí)時(shí)地判斷人體是否到達(dá)電解質(zhì)失衡的極限，真正地實(shí)現(xiàn)對(duì)電解質(zhì)流失的提前預(yù)警，防止相關(guān)意外的發(fā)生。

附圖說明

通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。相同的標(biāo)號(hào)在整個(gè)說明書和附圖中可用來表示相同的元件。

如圖1所示，本發(fā)明的電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置，包括從下至上層疊設(shè)置的汗液收集層1、汗液傳輸層2和監(jiān)測(cè)部件3；

所述汗液收集層1貼于人體皮膚(圖中未示出)設(shè)置；

所述汗液收集層1和所述汗液傳輸層2上分別設(shè)有相連通的汗液通道4，所述人體皮膚上的汗液通過所述汗液通道4傳輸至所述監(jiān)測(cè)部件3上；

所述監(jiān)測(cè)部件3上對(duì)應(yīng)于所述汗液通道4設(shè)置有傳感電極51以及與所述傳感電極電51連接的控制電路61，所述控制電路61用于驅(qū)動(dòng)所述傳感電極51檢測(cè)所述汗液中的離子濃度變化信息并將所述信息轉(zhuǎn)換成顯示信號(hào)，以便用戶能 實(shí)時(shí)獲知人體的電解質(zhì)流失狀況，防止意外發(fā)生。

其中，所述監(jiān)測(cè)部件3包括相互連接的傳感層5和固定部件6，所述傳感電極51設(shè)置于所述傳感層5上；所述固定部件6用于所述控制電路61的安設(shè)，以及使整個(gè)電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置穿戴于所述人體皮膚上。

下面，將介紹該電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：制備硅基陽性模板。利用mems工藝(光刻、反應(yīng)離子刻蝕、濕法刻蝕或深硅刻蝕)制備符合要求的硅基陽性模板。

步驟二：汗液收集層和所述汗液傳輸層的制備。

本實(shí)施例中將聚二甲基硅氧烷(pdms)的母液和固化劑按10:1(質(zhì)量比)進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢瑁摎夂?，吸取一定量的混合液滴加在硅基陽性模板上，?000rpm，保持10s的參數(shù)進(jìn)行懸涂，讓pdms成型，在70℃的烘箱中固化2h。

然后通過機(jī)械力將固化的pdms從模板上剝離，修整以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的尺度，獲得汗液收集層基底和汗液傳輸層基底。所述汗液傳輸層與所述汗液收集層的厚度分別為500μm～3mm。

分別對(duì)所述汗液收集層基底和所述汗液傳輸層基底的對(duì)應(yīng)貼合面進(jìn)行紫外照射2min，然后對(duì)齊貼合，加壓促進(jìn)粘接。最后利用點(diǎn)膠管對(duì)所述汗液收集層基底和所述汗液傳輸層基底的相對(duì)應(yīng)位置穿透以形成汗液通道同時(shí)聯(lián)通兩層，此時(shí)獲得所述汗液收集層和所述汗液傳輸層。

優(yōu)選地，為了使得所述汗液收集層收集效率更高，可以在所述汗液收集層增加設(shè)置網(wǎng)狀的汗液通道。

為了保證汗液傳輸效率，所述汗液收集層和所述汗液傳輸層的材質(zhì)一致，以柔性材質(zhì)為主，例如為pdms(聚二甲基硅氧烷)、pi(聚酰亞胺)、tpe(熱塑性彈性體)、tpu(聚氨基甲酸酯)、peek(聚醚醚酮)中的一種或幾種。

步驟三：柔性傳感層的制備。

傳感層5以柔性材質(zhì)為主，以pet為本實(shí)施例柔性傳感層5，厚度為30μm～500μm之間。然后利用打印或?yàn)R射或噴涂等技術(shù)，在柔性傳感層5上的制作銀電極作為傳感電極51。除此之外，所述傳感電極的材料可以為金、銅、碳中的一種。

敏感材料的制備：鈉、鉀離子敏感材料可以是冠醚、乙酸鈾酰鋅、β-半乳糖苷酶或者是基于碳基材料的復(fù)合材料中的一種。

本實(shí)施例是將還原氧化石墨烯(rgo)分散到n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，利用超聲將其均勻分散，最終濃度控制在0.05mg/ml。將乙酸鈾酰鋅溶于水中，配置成0.01mg/ml的乙酸鈾酰鋅水溶液。

通過滴加的方式，將敏感材料滴加至所述傳感電極51上，之后滴加乙酸鈾酰鋅溶液，最終使傳感電極51電阻控制在10kω-100kω。

步驟四：在固定部件6上設(shè)置控制電路61，并利用從所述傳感電極引出的導(dǎo)線與所述控制電路實(shí)現(xiàn)電連接，固定部件6與傳感層5連接。

電極引出的導(dǎo)線的材料可以為漆包線、薄層銅紙，用導(dǎo)電銀漿固定，傳感電極與導(dǎo)線的結(jié)合處用絕緣油墨或pdms等絕緣材料來做相關(guān)的保護(hù)。所述導(dǎo)線可為漆包線、薄層銅紙、導(dǎo)電無紡布中的一種，通過包括導(dǎo)電銀漿在內(nèi)的導(dǎo)電膠水實(shí)現(xiàn)粘接。

固定部件的材質(zhì)優(yōu)選為具有彈性的柔性材質(zhì)，能夠方便使得整個(gè)電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置貼合于人體皮膚上。

控制電路由柔性薄膜電池以及柔性薄膜電路組成。所述柔性薄膜電池可以為超薄鋰離子電池、聚合物軟包薄膜電池、柔性印刷線路陶瓷鋰電池、超薄柔性flcb電池中的一種，為傳感電極提供穩(wěn)定的工作電壓。所述柔性薄膜電路，通過電子印刷、電子打印、濕網(wǎng)印刷等手段實(shí)現(xiàn)，為鈉鉀離子的檢測(cè)信號(hào)提供必要的信號(hào)過濾。

步驟四：使所述傳感電極對(duì)應(yīng)于所述汗液通道，并將所述監(jiān)測(cè)部件與所述汗液傳輸層背向所述汗液收集層的一面貼合。

最后將所述汗液收集層1、所述汗液傳輸層2和傳感層5三層完全貼合，保證傳感電極51與汗液通道4對(duì)齊，以檢測(cè)汗液通道中汗液中鈉、鉀離子的濃度變化；傳感電極51引出的導(dǎo)線與控制電路連接，最終獲得柔性電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置。

柔性電解質(zhì)失衡評(píng)判裝置通過檢測(cè)人體皮膚滲出的汗液中的na⁺或者k⁺與敏感材料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)所引起的電信號(hào)變化來測(cè)量na⁺或者k⁺的濃度，繼而判斷人體電解質(zhì)流失的狀況。

雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。