一种次第收集的增压式柔性汗液传感器

专利摘要:
本实用新型公开了一种次第收集的增压式柔性汗液传感器。包括微流体系统模块、汗液传感器模块和密封模块；微流体系统模块包括底板以及两个微流体子模块，两个微流体子模块在底板两侧对称布置，每个微流子模块包括位于底板顶面或者顶面上的模块入口、第一模块出口、爆破阀、微流泵、反应腔、一级储液室、二级储液室、第二模块出口和第三模块出口；其中，底板采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成。本实用新型能够有效对新旧汗液进行分离，实现汗液中的定性检测与定量检测，该系统集收集、储存、分离、排放于一体，体积小，可以适用于运动、糖尿病、酒精含量多种情况的同时监测、并且可以重复使用，大大节约了成本。
公开号:CN214334771U
申请号:CN202022254434.8U
申请日:2020-10-12
公开日:2021-10-01
发明作者:吴化平；张恒杰；俞思航；裘烨；田野
申请人:Zhejiang University of Technology ZJUT；
IPC主号:G01N27-327

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及传感器，柔性材料领域的一种汗液传感器，具体涉及一种次第收集的增压式柔性汗液传感器，用于汗液的收集与储存。
[n0002] 汗液作为人体液中的一种，包含许多丰富的代谢产物、蛋白质、激素和电解质等生物标志物。许多研究表明，汗液中物质的浓度和血液中物质浓度一样，与很多疾病呈现高度的相关性，如汗液中的pH值可用于判断人体是否代谢性碱中毒，汗液中的葡萄糖可以检测生物个体糖尿病的严重程度。而钠离子和钾离子可以判断人的失水状态，汗液传感器的需求也应运而生，但是在汗液传感器中存在诸多问题，如新旧汗液不能有效分离，汗液检测达不到精确的程度，汗液到达皮肤表面时不能迅速地与皮肤进行隔离，导致皮肤上的污染物融入到汗液中，对检测进行干扰。本实用新型针对上述问题，设计了一种能够对汗液进行顺序收集，从而实现对新旧汗液进行分离的装置，并且在收集过程中能够实时检测汗液中物质的浓度，对其进行定量或定性检测。
[n0003] 针对汗液传感器现有的难题，本实用新型提出了一种可以实现汗液顺序采集同时对汗液进行定性定量检测的传感器。本实用新型是实现了汗液顺序收集的同时对汗液进行定性定量检测的传感器，主要是通过爆破阀来控制爆破压的大小实现顺序收集，利用微流泵提高汗液的收集速度来实现定时检测，通过储液室储存汗液来实现定量收集。
[n0004] 本实用新型的技术方案是：
[n0005] 本实用新型主要由微流体系统模块、汗液传感器模块和密封模块组成；微流体系统模块包括底板以及布置在底板上的两个微流体子模块，两个微流体子模块在底板中两侧对称布置，密封模块主要由盖板组成，盖板覆盖在底板的上表面进行密封；每个微流子模块包括开设在底板顶面上或者布置在底板顶面上的模块入口、第一模块出口、爆破阀、微流泵、反应腔、一级储液室、二级储液室、第二模块出口和第三模块出口；其中，底板采用聚二甲基硅氧烷PDMS 制成；反应腔入口和模块入口连接，反应腔入口与一级储液室入口连接，反应腔出口与微流泵入口连接，微流泵出口与第一模块出口连接，一级储液室入口与二级储液室连接，一级储液室出口与第二模块出口连接，二级储液室出口与第三模块出口连接；在微流泵入口与反应腔出口之间、反应腔入口与一级储液室入口之间、一级储液室入口与二级储液室入口之间、一级储液室出口与第一模块出口之间、二级储液室出口与第一模块出口之间均通过爆破阀连接，但各个爆破阀的爆破压不同；微流体子模块的反应腔中放置有汗液传感器模块。
[n0006] 所述的微流泵主要由多个微柱间隔阵列排布组成，相邻微柱之间具有间隙，每个微柱的高度均为300um，长度均为200um，宽度均为100um，相邻上下微柱间隔宽度w₁为200um，相邻左右微柱的侧隙宽度w₂为50um。
[n0007] 所述的汗液传感器模块采用钠离子传感器、葡萄糖传感器。
[n0008] 钠离子传感器、葡萄糖传感器均为现有传感器。
[n0009] 所述的钠离子传感器包括第一工作电极和第一参比电极，第一工作电极上覆盖有钠离子选择膜，第一参比电极上涂抹有Ag/AgCl浆料。
[n0010] 所述的葡萄糖传感器包括第二工作电极、第二参比电极和对电极，第二工作电极上先电镀普鲁士蓝薄膜再滴涂葡萄糖氧化酶溶液，第二参比电极上涂抹有Ag/AgCl浆料。
[n0011] 次第收集的增压式柔性汗液传感器，其特征在于：
[n0012] 所述的盖板上方开有小孔。
[n0013] 本实用新型的有益效果：
[n0014] 本实用新型能够有效对新旧汗液进行分离，并且可以实现汗液中的定性检测与定量检测，该系统集收集、储存、分离、排放于一体，体积小，可以适用于运动、糖尿病、酒精含量多种情况的同时监测、并且可以重复使用，大大节约了成本。
[n0015] 图1为微流体系统模块示意图；
[n0016] 图2为钠离子传感器示意图；
[n0017] 图3为葡萄糖传感器示意图；
[n0018] 图4为密封模块示意图；
[n0019] 图5为汗液传感器装配图。
[n0020] 图中，1模块入口、2第一模块出口、3爆破阀、4微流泵、5反应腔、6一级储液室、7二级储液室、8第二模块出口、9第三模块出口、10第一工作电极、 11第一参比电极、12钠离子选择膜、13第二工作电极、14第二参比电极、15 对电极、16普鲁士蓝薄膜、17葡萄糖氧化酶溶液、18聚乙烯醇缩丁醛酯/氯化钠/甲醇混合液。
[n0021] 如图1-图4所示，汗液传感器主要由微流体系统模块、汗液传感器模块、和密封模块组成。
[n0022] 如图1所示，微流体系统模块包括底板以及布置在底板上的两个微流体子模块，两个微流体子模块在底板中两侧对称布置，每个微流子模块包括开设在底板顶面上或者布置在底板顶面上的模块入口1、第一模块出口2、爆破阀3、微流泵4、反应腔5、一级储液室6、二级储液室7、第二模块出口8和第三模块出口9；其中，底板采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成；反应腔5入口和模块入口1连接，反应腔5入口与一级储液室6入口连接，反应腔5出口与微流泵4 入口连接，微流泵4出口与第一模块出口2连接，一级储液室6入口与二级储液室7连接，一级储液室6出口与第二模块出口8连接，二级储液室7出口与第三模块出口9连接。
[n0023] 具体实施中，在微流泵4入口与反应腔5出口之间、反应腔5入口与一级储液室6入口之间、一级储液室6入口与二级储液室7入口之间、一级储液室6 出口与第一模块出口2之间、二级储液室7出口与第一模块出口2之间均通过爆破阀3连接，但各个爆破阀3的爆破压不同。
[n0024] 具体实施的微流泵4主要由多个微柱间隔阵列排布组成，相邻微柱之间具有间隙，每个微柱的高度均为300um，长度均为200um，宽度均为100um，相邻上下微柱间隔宽度w₁为200um，相邻左右微柱的侧隙宽度w₂为50um。
[n0025] 如图5所示，汗液传感器模块为钠离子传感器和葡萄糖传感器的其中之一；钠离子传感器和葡萄糖传感器分别放置到两个微流体子模块的反应腔5中。
[n0026] 如图2所示，钠离子传感器包括第一工作电极10和第一参比电极11，第一工作电极10上覆盖有钠离子选择膜12，第一参比电极11上涂抹有Ag/AgCl浆料，Ag/AgCl浆料为聚乙烯醇缩丁醛酯/氯化钠/甲醇混合液18。
[n0027] 如图3所示，葡萄糖传感器包括第二工作电极13、第二参比电极14和对电极15，第二工作电极13上先电镀普鲁士蓝薄膜16再滴涂葡萄糖氧化酶溶液17，第二参比电极14上涂抹有Ag/AgCl浆料。
[n0028] 如图4所示，密封模块主要由盖板组成，盖板采用聚二甲基硅氧烷PDMS 制成，盖板覆盖在底板的上表面进行密封，盖板上方开有小孔用于消除微流泵内的空气背压，防止汗液停滞在微流泵内。
[n0029] 具体实施的汗液传感器还可以包括信号传输模块和信号处理模块，汗液传感器模块经信号传输模块和信号处理模块连接，信号处理模块能够将电化学信号转化为数字信号，信号传输模块进行信号的无线传输，将信号传至收集接收端。
[n0030] 次第收集的增压式柔性汗液传感器的汗液检测过程，具体如下：
[n0031] (1)将微流体系统模块的底面清洗干净后涂上皮肤胶合剂，紧贴于人的皮肤表面，其中带密封模块的一面朝外。
[n0032] (2)将微流体系统模块经信号处理模块和信号传输模块连接，连接时用铜导线和导电银胶连接起来，等待汗液渗出。
[n0033] (3)汗液从人的皮肤表面渗出后，微流泵4提供正向的驱动力，微流泵4吸附汗液从模块入口1经反应腔5入口流入到反应腔5中，钠离子传感器与葡萄糖传感器对流入到分别放置到两个微流体子模块的反应腔5中的汗液进行钠离子浓度和葡萄糖浓度检测。
[n0034] (4)反应腔5充满后，微流泵4吸附汗液经微流泵4入口流入微流泵4的通道内；由于爆破阀3的作用，微流泵4通道内的液体不能逆流，微流泵4通道与反应腔5填满汗液后，微流泵4失去吸附作用。
[n0035] (5)汗液继续从人的皮肤表面渗出，人体分泌汗液的压力均大于反应腔5入口与一级储液室6入口之间的爆破阀3的爆破压以及一级储液室6入口与二级储液室7入口之间的爆破阀3的爆破压，人体分泌汗液的压力冲破反应腔5入口与一级储液室6入口之间的爆破阀3，汗液通过一级储液室6入口流入到一级储液室6中。
[n0036] (6)一级储液室6充满后，然后汗液继续从人的皮肤表面渗出，人体分泌汗液的压力冲破一级储液室6入口与二级储液室7入口之间的爆破阀3，使得汗液通过二级储液室7入口流入到二级储液室7中并充满二级储液室7。
[n0037] (7)汗液充满微流体系统模块之后，从人的皮肤表面取下微流体系统模块，第一模块出口2、第二模块出口8和第三模块出口9连接抽气泵，反应腔5入口与一级储液室6入口之间、一级储液室6入口与二级储液室7入口之间的爆破阀3的爆破压均小于一级储液室6出口与第二模块出口8之间、二级储液室7 出口与第三模块出口9之间的爆破阀3的爆破压，在抽气泵的外界作用力下，抽气泵内的压力小于一级储液室6出口与第二模块出口8之间的爆破阀3的压力以及二级储液室7出口与第三模块出口9之间的爆破阀3的压力，从而使一级储液室6出口与第二模块出口8之间的爆破阀3、二级储液室7出口与第三模块出口9之间的爆破阀3冲破后，用针管抽取出一级储液室6和二级储液室7 中的汗液，然后对一级储液室6和二级储液室7中的汗液进行进一步检测。
[n0038] (8)在抽气泵的外界作用力下，将微流泵4通道、反应腔5内、一级储液室6 内和二级储液室7内的汗液抽出，将汗液传感器清洗干净后待下次使用。

权利要求:
Claims (4)
[0001] 1.一种次第收集的增压式柔性汗液传感器，其特征在于：
主要由微流体系统模块、汗液传感器模块和密封模块组成；微流体系统模块包括底板以及布置在底板上的两个微流体子模块，两个微流体子模块在底板中两侧对称布置，密封模块主要由盖板组成，盖板覆盖在底板的上表面进行密封；
每个微流子模块包括开设在底板顶面上或者布置在底板顶面上的模块入口(1)、第一模块出口(2)、爆破阀(3)、微流泵(4)、反应腔(5)、一级储液室(6)、二级储液室(7)、第二模块出口(8)和第三模块出口(9)；其中，底板采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成；反应腔(5)入口和模块入口(1)连接，反应腔(5)入口与一级储液室(6)入口连接，反应腔(5)出口与微流泵(4)入口连接，微流泵(4)出口与第一模块出口(2)连接，一级储液室(6)入口与二级储液室(7)连接，一级储液室(6)出口与第二模块出口(8)连接，二级储液室(7)出口与第三模块出口(9)连接；在微流泵(4)入口与反应腔(5)出口之间、反应腔(5)入口与一级储液室(6)入口之间、一级储液室(6)入口与二级储液室(7)入口之间、一级储液室(6)出口与第一模块出口(2)之间、二级储液室(7)出口与第一模块出口(2)之间均通过爆破阀(3)连接，但各个爆破阀(3)的爆破压不同；微流体子模块的反应腔(5)中放置有汗液传感器模块。
[0002] 2.根据权利要求1所述的次第收集的增压式柔性汗液传感器，其特征在于：
所述的微流泵(4)主要由多个微柱间隔阵列排布组成，相邻微柱之间具有间隙，每个微柱的高度均为300um，长度均为200um，宽度均为100um，相邻上下微柱间隔宽度w₁为200um，相邻左右微柱的侧隙宽度w₂为50um。
[0003] 3.根据权利要求1所述的次第收集的增压式柔性汗液传感器，其特征在于：
所述的汗液传感器模块采用钠离子传感器、葡萄糖传感器。
[0004] 4.根据权利要求1所述的次第收集的增压式柔性汗液传感器，其特征在于：
所述的盖板上方开有小孔。

类似技术:

---

公开号 | 公开日 | 专利标题

---

CN104334274B|2017-12-22|汗液模拟、收集和感测系统

---

CN101568828B|2013-10-23|用于液体的离子传感器及其制造方法

---

US4608147A|1986-08-26|Apparatus for the electro-elution and collecting of electrically charged macromolecules in a trap

---

DE19602861C2|1997-12-11|Probenahmesystem für in Trägerflüssigkeiten enthaltene Analyte sowie Verfahren zu seiner Herstellung

---

JP4127679B2|2008-07-30|核酸検出カセット及び核酸検出装置

---

KR20090049414A|2009-05-18|일회용 다층형 혈장 분리 필터 소자

---

CN103374513B|2018-07-10|用于制备生物样本尤其用于提取dna以及在阱中加样用于随后进行pcr的设备和方法

---

CN1284012A|2001-02-14|具有毛细管孔道的分析测试元件

---

US4092233A|1978-05-30|Membrane apparatus

---

WO2005121759A2|2005-12-22|Device and method for analyte measurement

---

CA1077566A|1980-05-13|Polarographic membrane apparatus

---

CN214334771U|2021-10-01|一种次第收集的增压式柔性汗液传感器

---

CN100504373C|2009-06-24|电化学式感测试片与其制作方法

---

CA2347378A1|2000-04-27|Minimally invasive sensor system

---

CN101694476A|2010-04-14|一种细菌电阻抗检测方法及专用芯片

---

CN211463197U|2020-09-11|一种采用免疫电极的微流体检测芯片

---

CN208757615U|2019-04-19|用于体液中物质实时检测的微型生物芯片

---

Kobayashi et al.2012|Microfluidic chip with serially connected filters for improvement of collection efficiency in blood plasma separation

---

CN112255292A|2021-01-22|次第收集的增压式柔性汗液传感器

---

CN109097264B|2021-10-15|一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片

---

JP2002526024A|2002-08-13|フロー装置内にて使用される微生物薄膜反応器

---

CN103006239A|2013-04-03|一种超滤取样葡萄糖检测微型传感器

---

CN108490182A|2018-09-04|糖化血红蛋白检测装置及检测方法

---

CN214310563U|2021-09-28|基于微流控的检测芯片

---

CN113324818B|2021-09-28|一种基于凝胶电泳原理的发酵食品活菌分离装置

同族专利:

---

公开号 | 公开日

---

引用文献:

---

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

---

法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

---

2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

---

申请号 | 申请日 | 专利标题

---

CN202022254434.8U|CN214334771U|2020-10-12|2020-10-12|一种次第收集的增压式柔性汗液传感器|CN202022254434.8U| CN214334771U|2020-10-12|2020-10-12|一种次第收集的增压式柔性汗液传感器|