穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制端、以及與體表接觸的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊，該生理生化傳感檢測模塊用于檢測體表汗液的生化參數(shù)；穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊包括智能化檢測與通訊模塊、生化信號檢測模塊、電源模塊，其中智能化檢測與通訊模塊包括微處理器、無線通訊模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊。本實用新型為無創(chuàng)型檢測生化參數(shù)設(shè)備，能夠隨時檢測使用者的身體狀況，無時間限制性。同時采用微結(jié)構(gòu)設(shè)計和微加工工藝，使生化參數(shù)檢測傳感器小型化，并將其集成于穿戴式運動狀態(tài)生命體征監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，使系統(tǒng)能在監(jiān)測運動狀態(tài)下生理狀態(tài)，同時監(jiān)測生化狀態(tài)。
【專利說明】
穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療保健領(lǐng)域，涉及一種穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，特別是人體運動狀態(tài)的生理生化參數(shù)測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人體在運動狀態(tài)，機(jī)體的各項生理生化指標(biāo)都會發(fā)生變化，如心率加快，體溫上升，汗液排出，乳酸、尿素等代謝產(chǎn)物隨汗液排出，同時體內(nèi)的電解質(zhì)，如Na+、K+、C1—等一同隨汗液排出。國內(nèi)外大量研究證明，機(jī)體多種具有重要生理作用的離子的缺失，使細(xì)胞中一系列生理活動如生物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、含金屬離子輔酶的酶蛋白功能、能量代謝、細(xì)胞運動等嚴(yán)重紊亂，機(jī)體感到極度疲倦、眩暈，并可能發(fā)生肌肉病理性痙攣、精神紊亂、神經(jīng)傳導(dǎo)阻礙，甚至昏迷，死亡。因此，在運動狀態(tài)監(jiān)測這些生理生化參數(shù)的變化，對人體健康狀態(tài)及運動能力的判斷起著重要作用。
[0003]當(dāng)前的穿戴式健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)只有少數(shù)生理參數(shù)的監(jiān)護(hù)，如心率，體溫等，而缺乏對生化參數(shù)的監(jiān)測。如中國專利CN104523250A公布了一種穿戴式健康醫(yī)療腕表，可佩戴于手腕上，監(jiān)測人體的溫度和心率。如中國專利CN103330551A公布了一種基于穿戴式傳感器的老年人健康監(jiān)護(hù)背心，可監(jiān)測血壓，心率和體溫參數(shù)?，F(xiàn)有的穿戴式運動狀態(tài)健康監(jiān)護(hù)設(shè)備只能檢測少數(shù)幾個生理參數(shù)，對人體運動過程中的健康狀況只能做初步的判斷。而對由于運動所引起的體內(nèi)生化物質(zhì)的變化，如乳酸，尿素，酸堿度變化，電解質(zhì)如Na+、K+、C1 一等的流失等，沒有相應(yīng)的設(shè)備可進(jìn)行實時監(jiān)測。而這些生化參數(shù)的變化是引起生理參數(shù)變化的根本原因。因此相對于生理參數(shù)的變化，生化參數(shù)的變化更能反映人體運動過程中生理機(jī)能的變化過程，通過對生化參數(shù)的檢測和控制，可預(yù)防在運動過程中過度運動或不恰當(dāng)?shù)倪\動方式對身體造成的傷害。
[0004]現(xiàn)有的對運動過程中人體生化參數(shù)的變化的檢測手段一般為通過指尖采血，并使用生化分析儀對血液樣本進(jìn)行分析，得出運動前后血液中各種生化參數(shù)的變化。使用該種方法進(jìn)行生化參數(shù)的檢測，一方面其測試點極為分散，難以在整個運動過程進(jìn)行監(jiān)測；另一方面指端采血為有創(chuàng)方式，頻繁的采血會給運動員帶來一定的痛苦，并存在感染風(fēng)險。因此研發(fā)小型化可穿戴式的運動狀態(tài)生化參數(shù)檢測系統(tǒng)，通過對運動狀態(tài)的生理生化指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)測，可以對人體健康狀態(tài)及體能極限進(jìn)行評估和預(yù)測，科學(xué)指導(dǎo)運動過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中生化參數(shù)檢測儀器體積大，不方便攜帶且不能對運動狀態(tài)的生化變化指標(biāo)進(jìn)行實時檢測的問題。
[0006]現(xiàn)有的生化參數(shù)檢測設(shè)備一般為生化分析儀，體積大，無法對運動過程中的生化參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，只能通過運動前后采集血樣進(jìn)行分析，無法了解運動過程中的實時變化情況，因此無法及時發(fā)現(xiàn)運動過度的閾值或者運動對身體傷害的具體過程。本實用新型通過傳感器微結(jié)構(gòu)設(shè)計和微加工工藝，將多種生化傳感器進(jìn)行微型化和集成化設(shè)計，并結(jié)合智能化檢測和通訊系統(tǒng)，組成穿戴式生化參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，使之可對運動過程中的生化參數(shù)變化進(jìn)行實時監(jiān)測。同時，該系統(tǒng)還可集成生理信號檢測傳感器和運動參數(shù)傳感器。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0008]穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，包括控制端、以及與體表直接接觸的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊，該生理生化傳感檢測模塊用于檢測體表汗液的酸堿度、離子濃度、乳酸濃度、尿素含量等生化參數(shù)中的一種或幾種;該控制端用于控制穿戴式生理生化傳感檢測模塊工作，并接收穿戴式生理生化傳感檢測模塊的數(shù)據(jù)，同時可將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。
[0009]所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊包括智能化檢測與通訊模塊、生化信號檢測模塊、電源模塊，其中智能化檢測與通訊模塊包括微處理器、無線通訊模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊;微處理器的第一輸出端與無線通訊模塊的輸入端信號連接，第二輸出端與LCD顯示模塊的輸入端信號連接，第一輸入端與無線通訊模塊的輸出端相號連接，第二輸入端與按鍵模塊的輸出端信號連接，第三信號輸入端與生化信號檢測模塊的輸出端信號連接;電源模塊為其他模塊供電；
[0010]所述的微處理器用于讀取生化信號檢測模塊的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊傳輸至控制端；
[0011]所述的按鍵模塊可對穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行輸入；
[0012]所述的IXD顯示模塊接收微處理器傳送的測量結(jié)果，并將其進(jìn)行顯示；
[0013]所述的無線通訊模塊可以是藍(lán)牙模塊。
[0014]所述的生化參數(shù)檢測模塊包括但不限于乳酸傳感器、PH傳感器、Na+傳感器、K+傳感器、尿素傳感器中的一種或幾種。
[0015]所述的乳酸傳感器、PH傳感器、Na+傳感器、K+傳感器和尿素傳感器均由微加工工藝制作，其中乳酸傳感器和尿素傳感器為電化學(xué)酶傳感器，PH傳感器、Na+傳感器、K+傳感器為全固態(tài)離子選擇性傳感器。
[0016]進(jìn)一步地，所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊還包括生理信號檢測模塊，生理信號檢測模塊的輸出端與微處理器的第四輸入端信號連接，其中生理信號檢測模塊包括但不限于心率傳感器、溫度傳感器中的一種或多種；
[0017]進(jìn)一步地，所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊還包括運動參數(shù)檢測模塊，運動參數(shù)檢測模塊的輸出端與微處理器的第五輸入端信號連接，其中運動參數(shù)檢測模塊包括但不限于加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器中的一種或幾種。
[0018]進(jìn)一步地，所述穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊還包括汗液導(dǎo)流微通道陣列和汗液存儲腔，其中汗液導(dǎo)流微通道陣列的一端直接與人體皮膚直接接觸，另一端與汗液存儲腔的一端連通，汗液存儲腔的另一端與生化參數(shù)檢測模塊中各傳感器的檢測端連通;所述的汗液導(dǎo)流微通道陣列的通道孔徑約為I Oum?300um，高度約為Imm?5mm，汗液存儲腔內(nèi)設(shè)有親水性填充材料，用于汗液的富集和存儲，供生化檢測傳感器測試所需。
[0019]進(jìn)一步地，所述的生化參數(shù)檢測模塊為可拆卸結(jié)構(gòu)，便于更替生化參數(shù)檢測模塊。
[0020]本實用新型的有益效果在于:
[0021]本實用新型通過微結(jié)構(gòu)設(shè)計和微加工工藝，使生化參數(shù)檢測傳感器小型化，并將其集成于穿戴式運動狀態(tài)生命體征監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，使系統(tǒng)能在監(jiān)測運動狀態(tài)下的生理參數(shù)的同時監(jiān)測生化參數(shù)，如體內(nèi)乳酸濃度變化，Na+濃度變化，K+濃度變化，尿素濃度變化，PH變化等，對運動狀態(tài)下的人體健康狀態(tài)和運動能力做出更準(zhǔn)確的判斷。
[0022]本實用新型系統(tǒng)為無創(chuàng)檢測使用者生化參數(shù)，且能夠隨時檢測使用者的身體狀況，無時間限制性。
[0023]本實用新型采用汗液導(dǎo)流微通道陣列和汗液存儲腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行汗液的收集和儲存，對汗液的量要求很低，滿足廣大使用者的要求。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖；
[0025]圖2為本實用新型穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)中穿戴式生命體征傳感檢測豐旲塊的不意圖；
[0026]圖3為本實用新型穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的一種可行的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本實用新型穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)中生化檢測傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為圖4沿AA’面的剖視圖；
[0029]圖6為圖4沿BB’面的剖視圖；
[0030]圖7為本實用新型穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的另一種可行的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]其中人體I，穿戴式生命體征傳感檢測模塊2，控制端3，服務(wù)器4，智能化檢測與通訊模塊21，生化信號檢測模塊22，生理信號檢測模塊23，運動參數(shù)檢測模塊24，汗液存儲腔25，汗液導(dǎo)流微通道陣列26，外殼27，基座28，電源模塊29，微處理器211，無線通訊模塊212，按鍵模塊213，IXD顯示模塊214，智能化檢測與通訊模塊電路結(jié)構(gòu)215，連接接頭216，乳酸傳感器221，尿素傳感器222，Na+傳感器223，K+傳感器224，PH傳感器225，絕緣材料227，生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291，智能化檢測與通訊模塊信號連接焊盤2292，電極槽2293，微導(dǎo)線2294，生理生化傳感檢測模塊信號連接焊盤2295，傳感器基底228，心率傳感器231，溫度傳感器232，乳酸傳感器工作電極導(dǎo)電層2211，乳酸傳感器工作電極酶反應(yīng)層2212，乳酸傳感器參比電極導(dǎo)電層2213，乳酸傳感器參比電極Ag/AgCl層2214，PH傳感器工作電極導(dǎo)電層2251，？田專感器工作電極48/^8(:1層2252，？!1傳感器工作電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2253，？!1傳感器工作電極離子選擇透過層2254，PH傳感器參比電極導(dǎo)電層2261，PH傳感器參比電極Ag/AgCl層2262，PH傳感器參比電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2263，PH傳感器參比電極高分子聚合物層2264，心率傳感器231，溫度傳感器232，加速度傳感器241，陀螺儀242，地磁傳感器243。
【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
[0033]如圖1所示，穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，包括固定于在人體I上的穿戴式生命體征傳感檢測模塊2，控制端3和服務(wù)器4。穿戴式生命體征傳感檢測模塊2固定于體表，用于檢測體表汗液的酸堿度、離子濃度、乳酸濃度、尿素含量等生化參數(shù)中的一種或幾種，同時還可檢測運動狀態(tài)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制端3，控制端3可控制穿戴式生命體征傳感檢測模塊2的工作狀態(tài)，同時可將生命體征數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器4。
[0034]穿戴式生命體征傳感檢測模塊2可通過多種形式，如制作成腕表，運動頭帶，護(hù)腕，護(hù)臂，運動臂包等形式佩戴在人體上，或制作成可夾持的形式，卡在運動頭帶，護(hù)腕或護(hù)臂上。
[0035]如圖2所示，穿戴式生命體征傳感檢測模塊2，包括智能化檢測與通訊模塊21，生化信號檢測模塊22，生理信號檢測模塊23以及運動參數(shù)檢測模塊24、電源模塊29，電源模塊29為其他模塊供電。其中，智能化檢測與通訊模塊21包括微處理器211、無線通訊模塊212、按鍵模塊213、IXD顯示模塊214。微處理器211讀取生化信號檢測模塊22，生理信號檢測模塊23及運動參數(shù)檢測模塊24的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)結(jié)果通過LCD顯示模塊214顯示，同時將數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊212傳輸至控制端3，無線通訊模塊212可以為藍(lán)牙模塊。按鍵模塊213可用于對穿戴式生命體征傳感檢測模塊2的控制信號的輸入。
[0036]生化信號檢測模塊22包括乳酸傳感器221，尿素傳感器222，Na+傳感器223，K+傳感器224和PH傳感器225，分別用于檢測汗液中的乳酸濃度，尿素濃度，Na+濃度，K+濃度和PH值。乳酸和尿素分別為糖無氧酵解和蛋白分解的終產(chǎn)物，因此其濃度變化情況可反應(yīng)機(jī)體的代謝水平及訓(xùn)練負(fù)荷。汗液中鈉、鉀、氯、鈣離子濃度，可反映機(jī)體水鹽代謝的水平，為運動補(bǔ)液提供依據(jù)。
[0037]生理信號檢測模塊23包括心率傳感器231和溫度傳感器232，分別用于反映佩戴者的脈率、體溫。
[0038]運動參數(shù)檢測模塊24包括加速度傳感器241，陀螺儀242和地磁傳感器243，分別用于反映佩戴者測量運動過程中的加速度，速度，運動方向等參數(shù)。
[0039]圖3所示為本實用新型穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的一種可行的結(jié)構(gòu)，該穿戴式體表生理生化參數(shù)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由兩部分組成。A部分主要為智能化檢測與通訊模塊21，固定于穿戴式結(jié)構(gòu)上，如腕表，運動頭帶，護(hù)腕，護(hù)臂，運動臂包等，包括外殼27，安裝于外殼27上的LCD顯示模塊214和按鍵模塊213，以及固定于外殼27上的智能化檢測與通訊模塊電路結(jié)構(gòu)215。微處理器211，無線通訊模塊212和電源模塊29分別制作于智能化檢測與通訊模塊電路結(jié)構(gòu)215上。智能化檢測與通訊模塊電路結(jié)構(gòu)215的背面設(shè)有彈性結(jié)構(gòu)的連接接頭216，用于智能化檢測與通訊模塊21和生化參數(shù)檢測模塊22之間的信號連接。
[0040]B部分為可拆卸和更換的生化參數(shù)檢測模塊22以及相應(yīng)的汗液導(dǎo)流存儲單元。28為基座，用于固定生化參數(shù)檢測模塊22。生化參數(shù)檢測模塊22包括通過微加工工藝制作于傳感器基底228表面的乳酸傳感器221，尿素傳感器222，Na+傳感器223，K+傳感器224和PH傳感器225。傳感器基底228的材料可以為硅，石英，玻璃，聚氯乙烯，聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯中的任意一種。這里提及的微加工工藝可以為微電子加工工藝或者是絲網(wǎng)印刷加工工藝，詳細(xì)的傳感器結(jié)構(gòu)和加工過程將在【具體實施方式】的后半部分進(jìn)行描述。
[0041 ]生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291用于生化參數(shù)檢測模塊22與智能化檢測與通訊模塊21之間的信號連接。當(dāng)生化參數(shù)檢測傳感器采用絲網(wǎng)印刷加工工藝制作時，傳感器基底228通過生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291兩端的電極槽2293進(jìn)行固定。如圖4中的傳感器結(jié)構(gòu)所示，傳感器基底228的兩端分別有傳感器的電極接口，傳感器基底228可推進(jìn)并固定于生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291的電極槽2293中，此時，傳感器基底228兩端的傳感器電極接口恰好與電極槽2293上的相應(yīng)的導(dǎo)電層連接，可將傳感器的信號輸出。當(dāng)生化參數(shù)檢測傳感器采用微電子工藝制作時，如圖7所示，傳感器基底228固定于生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291上，生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291的背面有生理生化傳感檢測模塊信號連接焊盤2295，可通過微導(dǎo)線2294連接至傳感器基底228兩端的傳感器電極接口，從而將傳感器的信號引出。在兩種不同的信號連接方式中，生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291的正面都有與傳感器基底228兩端的傳感器電極接口相對應(yīng)的智能化檢測與通訊模塊信號連接焊盤2292，用于A部分的智能化檢測與通訊模塊21與B部分的生化參數(shù)檢測模塊22之間的信號連接。
[0042]A、B兩部分通過外殼27和基座28上的卡槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝和固定，當(dāng)A、B兩部分組裝成整體后，制作于智能化檢測與通訊模塊電路結(jié)構(gòu)215上的彈性結(jié)構(gòu)的連接接頭216與制作與生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291上相對應(yīng)的智能化檢測與通訊模塊信號連接焊盤2292剛好一一對上，并通過彈性結(jié)構(gòu)的連接接頭216壓合牢固，保證信號的可靠傳輸。
[0043]圖3中的B部分中26為汗液導(dǎo)流微通道陣列，該微通道陣列通過微加工工藝在硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或紙基等材料上制作而成，汗液導(dǎo)流微通道陣列26的通道孔徑約為1um?300um，高度約為Imm?5mm。體表的汗液經(jīng)毛細(xì)作用進(jìn)入汗液導(dǎo)流微通道陣列26，并沿通道向上，進(jìn)入汗液存儲腔25。汗液存儲腔25中有親水性填充材料，可將汗液進(jìn)行進(jìn)一步富集和存儲，供生化檢測傳感器測試所需。由于人體在運動過程中運動量及個人體質(zhì)的不同，出汗的量也會有較大的差別，使用本實用新型中所設(shè)計的汗液導(dǎo)流微通道陣列26可以在汗液量較少的情況下將汗液進(jìn)行富集，保證測量數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。
[0044]本實用新型中的生化參數(shù)檢測模塊22中的傳感器由微加工工藝制作，可通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)或微電子技術(shù)加工而成。圖4所示的為由絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作的生化參數(shù)檢測模塊22的一種可行的結(jié)構(gòu)。傳感器制作在以聚氯乙烯，聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯為材料的傳感器基底228上。圖4的左半部分為乳酸傳感器221和尿素傳感器222，右半部分為Na+傳感器223，K+傳感器224和PH傳感器225。乳酸傳感器221和尿素傳感器222為電化學(xué)酶傳感器，具有相同的傳感器結(jié)構(gòu)和制備過程。本實用新型中使用的電化學(xué)酶傳感器可以由雙電極構(gòu)成(即工作電極和參比電極)，也可以由三電極構(gòu)成(即工作電極、參比電極和對電極)，實際使用中根據(jù)需要選擇，本實用新型中以雙電極為例進(jìn)行說明。以乳酸傳感器221為例，如圖4以及圖5中對圖4沿ΑΑ’的剖面結(jié)構(gòu)所示，乳酸傳感器221由工作電極(包括工作電極導(dǎo)電層2211和工作電極酶反應(yīng)層2212)和參比電極(包括參比電極導(dǎo)電層2213和參比電極Ag/AgCl層2214)。乳酸傳感器的制備過程如下:在傳感器基底228上刷上一層導(dǎo)電銀漿，作為傳感器的導(dǎo)電層，然后在工作電極導(dǎo)電層2211上涂覆一層工作電極酶反應(yīng)層2212。乳酸傳感器的工作電極酶反應(yīng)層2212為乳酸酶和碳漿的混合物，碳漿可增加工作電極酶反應(yīng)層2212的導(dǎo)電性，碳漿可與酶混合使用，也可先涂覆碳漿，再在其上層涂覆酶。參比電極導(dǎo)電層2213表面通過氯化，形成參比電極Ag/AgCl層2214。當(dāng)工作電極和參比電極制作完成之后，在電極的非工作區(qū)域涂覆上一層絕緣材料227。電極的導(dǎo)電層表面未涂覆絕緣材料的部分用于與生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291之間的信號連接。當(dāng)汗液中的乳酸到達(dá)工作電極表面后，與工作電極酶反應(yīng)層2212中的乳酸酶發(fā)生反應(yīng)，通過測量反應(yīng)電流的大小即可得到相應(yīng)的乳酸濃度。尿素傳感器222的結(jié)構(gòu)和制備方法與乳酸傳感器221—致，將其中的乳酸酶換成尿素酶即可。
[0045]圖4的右半部分為Na+傳感器223，K+傳感器224和PH傳感器225，均為全固態(tài)離子選擇性傳感器，具有相同的結(jié)構(gòu)和制備過程。以PH傳感器225為例，如圖4右半部分以及圖6中對圖4沿BB，的剖面結(jié)構(gòu)所示，其結(jié)構(gòu)包括工作電極(包括工作電極導(dǎo)電層2251，工作電極Ag/AgCl層2252，工作電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2253和工作電極離子選擇透過層2254)和參比電極(包括參比電極導(dǎo)電層2261，參比電極Ag/AgCl層2262，參比電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2263和參比電極高分子聚合物層2264)。其制備過程如下:在傳感器基底228上涂覆一層導(dǎo)電銀漿，分別形成傳感器工作電極導(dǎo)電層2251和參比電極導(dǎo)電層2261。然后將銀漿的表面氯化，形成工作電極Ag/AgCl層2252和參比電極Ag/AgCl層2262，接著分別在工作電極Ag/AgCl層2252和參比電極Ag/AgCl層2262的表面上涂覆一層固態(tài)導(dǎo)電聚合物，如聚(3，4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T/PSS)，聚吡咯，聚噻吩，聚苯胺等，形成工作電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2253和參比電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2263，作為測試離子與導(dǎo)電層之間的電子傳遞介質(zhì)。最后在工作電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2253的表面覆蓋一層H+離子選擇性膜，作為離子選擇透過層2254，而參比電極固態(tài)導(dǎo)電聚合物層2263的表面覆蓋的高分子聚合物層2264不具有H+離子選擇性透過性，因此，汗液中的透過離子選擇透過層2254，到達(dá)工作電極表面，并相對參考電極形成電勢差，從而可以得到H+的濃度，測量得汗液的PH。當(dāng)工作電極和參比電極制作完成之后，在電極的非工作區(qū)域涂覆上一層絕緣材料227。電極的導(dǎo)電層表面未涂覆絕緣材料的部分用于與生理生化傳感檢測模塊電路結(jié)構(gòu)2291之間的信號連接。
[0046]同樣的，Na+傳感器223，K+傳感器224的表面分別覆蓋有Na+離子選擇性膜和K+離子選擇性膜，用于不同離子的特異性選擇。由于參比電極不需任何離子透過，只需形成參考電位即可，因此三個不同的離子傳感器使用同一個參比電極。
[0047]傳統(tǒng)的離子選擇性傳感器中的內(nèi)參溶液一般選用飽和KCl溶液，離子選擇性膜一般選用玻璃膜，因此傳感器體積大，不能用于穿戴式測量設(shè)備中。本實用新型中采用固態(tài)導(dǎo)電聚合物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)電溶液，并且選用容易成膜的聚氯乙烯材料進(jìn)行摻雜，形成離子選擇性膜同時采用微加工工藝，使得各傳感器電極的大小以及各層材料的厚度得到準(zhǔn)確的控制，大大減小了傳感器的體積，實現(xiàn)了傳感器微型化。
[0048]圖7中所示的為本實用新型的另一種實施方式，即在生化參數(shù)檢測的基礎(chǔ)上，增加了生理參數(shù)和運動參數(shù)的檢測。由于生理參數(shù)檢測主要包括體溫，脈率等，需要直接與人體接觸，所以如圖4中B部分所示，生理信號檢測模塊23所包含的傳感器心率傳感器231和溫度傳感器232均固定在B部分的基座底部，佩戴之后，可直接接觸人體皮膚，測量相應(yīng)的數(shù)據(jù)。運動參數(shù)檢測模塊包括加速度傳感器241，陀螺儀242和地磁傳感器243，由于這些傳感器的成本較高，且在測試運動狀態(tài)的過程中無需與人體接觸，故將其安裝于智能化檢測與通訊模塊21的智能化檢測與通訊模塊電路結(jié)構(gòu)215上。加速度傳感器241，陀螺儀242和地磁傳感器243的結(jié)合可測量運動過程中的速度，加速度，運動方向等參數(shù)。
[0049]本實用新型通過微結(jié)構(gòu)設(shè)計和微加工工藝的應(yīng)用，將傳統(tǒng)的生化參數(shù)檢測微型化，并將其應(yīng)用至穿戴式運動狀態(tài)生化參數(shù)的監(jiān)測中，用于對汗液中的乳酸，Na+，K+，尿素濃度變化以及PH變化等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，同時結(jié)合生理參數(shù)和運動狀態(tài)監(jiān)測，對運動狀態(tài)下的人體健康狀態(tài)和運動能力做出更科學(xué)準(zhǔn)確的判斷。
[0050]在附圖和以上描述中詳細(xì)說明和描述了本實用新型，但是這些說明和描述應(yīng)視作說明性或示例性而不是限制性的。本實用新型不限于所公開的實施例。通過研究附圖、說明書和后附權(quán)利要求書來實踐所主張的實用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其他變化。
【主權(quán)項】
1.穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，包括控制端、以及與體表接觸的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊，該生理生化傳感檢測模塊用于檢測體表汗液的生化參數(shù);該控制端用于控制穿戴式生理生化傳感檢測模塊工作，并接收生理生化傳感檢測模塊的數(shù)據(jù)，同時可將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器;其特征在于: 所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊包括智能化檢測與通訊模塊、生化信號檢測模塊、電源模塊，其中智能化檢測與通訊模塊包括微處理器、無線通訊模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊;微處理器的第一輸出端與無線通訊模塊的輸入端信號連接，第二輸出端與LCD顯示模塊的輸入端信號連接，第一輸入端與無線通訊模塊的輸出端相號連接，第二輸入端與按鍵模塊的輸出端信號連接，第三信號輸入端與生化信號檢測模塊的輸出端信號連接；電源模塊為其他模塊供電。2.如權(quán)利要求1所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的生化參數(shù)檢測模塊包括但不限于乳酸傳感器、PH傳感器、Na+傳感器、K+傳感器、尿素傳感器中的一種或幾種。3.如權(quán)利要求2所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的生化參數(shù)檢測模塊中各傳感器均由微加工工藝制作，其中乳酸傳感器和尿素傳感器為電化學(xué)酶傳感器，PH傳感器、Na+傳感器、K+傳感器為全固態(tài)離子選擇性傳感器。4.如權(quán)利要求1所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊還包括生理信號檢測模塊，生理信號檢測模塊的輸出端與微處理器的第四輸入端信號連接。5.如權(quán)利要求4所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的生理信號檢測模塊包括但不限于心率傳感器、溫度傳感器中的一種或多種。6.如權(quán)利要求1所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊還包括運動參數(shù)檢測模塊，運動參數(shù)檢測模塊的輸出端與微處理器的第五輸入端信號連接。7.如權(quán)利要求6所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的運動參數(shù)檢測模塊包括但不限于加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器中的一種或幾種。8.如權(quán)利要求1所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的穿戴式體表生理生化傳感檢測模塊還包括汗液導(dǎo)流微通道陣列、汗液存儲腔，其中汗液導(dǎo)流微通道陣列的一端直接與人體皮膚直接接觸，另一端與汗液存儲腔的一端連通，汗液存儲腔的另一端與生化參數(shù)檢測模塊中各傳感器的檢測端連通。9.如權(quán)利要求8所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的汗液導(dǎo)流微通道陣列的通道孔徑約為10um?300um，高度約為Imm?5mm，所述的汗液存儲腔內(nèi)設(shè)有親水性填充材料，用于汗液的富集和存儲，供生化檢測傳感器測試所需。10.如權(quán)利要求1所述的穿戴式體表生理生化參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的生化參數(shù)檢測模塊為可拆卸結(jié)構(gòu)，便于更替生化參數(shù)檢測模塊。
【文檔編號】A61B5/145GK205548571SQ201521106646
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月25日
【發(fā)明人】方璐, 梁波
【申請人】杭州電子科技大學(xué)