基于柔性表皮电子的多通道汗液监测系统

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可穿戴技术为个性化医疗的实现提供了可能,如今大部分可穿戴器件只实现了少量物理或电生理参数的测量,忽略了分子、离子水平等方面的信息。柔性表皮传感器具有超薄、可延展、透气、低能耗等特点,可以柔和、紧密的与人体皮肤结合,解决了传统刚性器件与生物系统不匹配的问题,为分子、离子水平的生理信息监测提供了机会。汗液中含有丰富的生理和代谢信息,可以实现无创采集与监测,汗液监测主要应用于运动状态、疾病预测与诊断、药物分析等方面。目前汗液的采集与监测多依赖与大型仪器,无法实现连续、实时的监测。综合以上分析,基于柔性电子技术,开发一套自驱动采集并实时监测的可穿戴汗液传感系统具有重要的医学意义,本文研究内容分为以下几个方面:
  首先,本文介绍了柔性可延展汗液传感器与自驱动微流道的设计原理。为了获得更全面、更丰富的信息,设计多通道汗液传感器。传感器基于电化学的工作原理,采用柔性电子加工技术制作电极并修饰,实现汗液中葡萄糖、乳酸、钠离子、钾离子、钙离子与氯离子浓度的监测。由于汗液容易蒸发且易受污染,设计微流道用于汗液采集,实现汗液的在体监测。
  其次,介绍柔性可延展汗液传感器与自驱动微流道的制作方法,其中柔性可延展汗液传感器的制作分为电化学电极的制作与修饰两个部分。
  接下来,本文介绍了汗液传感器的接口电路、蓝牙传输电路与显示APP。由于生物传感器信号具有信号弱、噪音大、频率低的特点,故需要设计放大、滤波电路。另外,考虑到柔性传感器与硬质PCB电路不匹配的问题,使用圆柱形导电磁粒进行连接,探究了磁粒与传感器、PCB板的连接方法。
  最后,通过离体实验与在体实验测试汗液传感器的灵敏度与抗干扰特性,检验汗液监测系统的可行性。
  基于以上内容,本文提出一种多通道、柔性、可延展的用于汗液监测的表皮传感器系统,实现了微流道自驱动汗液采集、电化学传感器分析、磁吸接口、信号处理与蓝牙传输电路、APP显示等功能。
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