[发明专利]一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置及方法

权利要求书

1.一种用于汗液离子浓度检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，它包括可重复使用的电路和可更换的电极两个独立的部分，其中可重复使用的电路包括第一基底(5)和加工在第一基底(5)且依次相连的NFC天线(1)、NFC芯片及其外围电路(2)、单片机芯片及其外围电路(3)、电极离子信号处理电路(4)、连接器(6)；可更换的电极包括离子电极阵列(7)，离子电极阵列(7)与连接器(6)连接；汗液中的钠离子、钾离子、氢离子、钙离子、氯离子在离子电极阵列(7)上发生相应的电化学反应，反应产生的响应电压通过连接器(6)传到离子信号处理电路(4)，经过信号调理后送入单片机芯片及其外围电路(3)进行模数转换，转换后的数据传输至NFC芯片及其外围电路(2)；具有NFC模块的移动终端通过天线之间的电感耦合与NFC天线(1)及NFC芯片及其外围电路(2)发生无线数据交互以及能量传输，读取到包含上述五种离子浓度信息的电压转换数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述离子电极阵列(7)包括第二基底(77)和加工在第二基底(77)上的钠离子工作电极(71)、钾离子工作电极(72)、氢离子工作电极(73)、离子电极阵列公用参比电极(74)、钙离子工作电极(75)、氯离子工作电极(76)。

3.根据权利要求2所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述钠离子工作电极(71)修饰有两层，分别为钠离子选择性透过膜(713)、钠离子工作电极还原氧化石墨烯层(712)，这两层修饰物沉积在钠离子工作电极碳基底(711)上。

4.根据权利要求2所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述钾离子工作电极(72)修饰有两层，分别为钾离子选择性透过膜(723)、钾离子工作电极还原氧化石墨烯层(722)，这两层修饰物沉积在钾离子工作电极碳基底(721)上。

5.根据权利要求2所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述氢离子工作电极(73)修饰有两层，分别为金纳米颗粒电镀层(733)、聚苯胺沉积层(732)，这两层修饰物沉积在氢离子工作电极碳基底(731)上。

6.根据权利要求2所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述离子电极阵列公用参比电极(74)修饰有一层，即聚乙烯醇缩丁醛层(742)，这一层修饰物沉积在离子电极阵列参比电极银-氯化银基底(741)上。

7.根据权利要求2所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述钙离子工作电极(75)修饰有两层，分别为修饰有金纳米颗粒的还原氧化石墨烯层(752)、钙离子选择性透过膜(753)，这两层修饰物沉积在钙离子工作电极碳基底(751)上。

8.根据权利要求2所述的一种用于汗液离子检测的无线无源柔性传感装置，其特征在于，所述氯离子工作电极(76)有一层，即银-氯化银基底(761)。

9.一种权利要求1-8任一项所述的用于体表汗液离子检测的无线无源柔性传感装置进行汗液离子浓度检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)用该传感装置检测不用浓度的离子标准样品溶液：

a.配制不同浓度的氯化钠标准样品溶液：

将具有NFC模块的移动终端靠近NFC天线(1)，使传感装置工作；在钠离子工作电极(71)表面依次滴加配制好的不同浓度的氯化钠标准样品溶液，移动终端持续接收传感装置测得的电压信号，每个浓度下连续记录适当时间内的检测数据作为该浓度下的电压响应，测完每个浓度需要冲洗离子电极阵列(7)表面并干燥。

b.配制不同浓度的氯化钾标准样品溶液：

将具有NFC模块的移动终端靠近NFC天线(1)，使传感装置工作；在钾离子工作电极(72)表面依次滴加配制好的不同浓度的氯化钾标准样品溶液，移动终端持续接收传感装置测得的电压信号，每个浓度下连续记录适当时间内的检测数据作为在该浓度下的电压响应，测完每个浓度需要冲洗电极表面并干燥。

c.使用磷酸盐缓冲液分别配制不同pH的标准样品溶液：

将具有NFC模块的移动终端靠近NFC天线(1)，使传感装置工作；在氢离子工作电极(73)表面依次滴加配制好的不同pH的磷酸盐缓冲液，移动终端持续接收传感装置测得的电压信号，每个浓度下连续记录适当时间内的检测数据作为在该浓度下的电压响应，测完每个浓度需要冲洗电极表面并干燥。

d.配制不同浓度的氯化钙标准样品溶液：

将具有NFC模块的移动终端靠近NFC天线(1)，使传感装置工作；在钙离子工作电极(75)表面依次滴加配制好的不同浓度的氯化钙标准样品溶液，移动终端持续接收传感装置测得的电压信号，每个浓度下记录适当时间内的检测数据作为该浓度下的电压响应，测完每个浓度需要冲洗电极表面并干燥；

e.配制不同浓度的氯化钠标准样品溶液：

将具有NFC模块的移动终端靠近NFC天线(1)，使传感装置工作；在氯离子工作电极(76)表面依次滴加配制好的不同浓度的氯化钠标准样品溶液，移动终端持续接收传感装置测得的电压信号，每个浓度下记录适当时间内的检测数据作为该浓度下的电压响应，测完每个浓度需要冲洗电极表面并干燥。

(2)建立离子标准样品溶液浓度与电压信号的标准曲线：

针对每种离子，分别换用至少三片离子电极阵列(7)，重复步骤(1)中的测量过程，得到每片离子电极阵列(7)在不同的相应离子浓度溶液下的电压响应，得到各个离子标准样品溶液浓度与传感器电压响应之间的关系曲线，该关系曲线用于通过测得的电压值来计算真实汗液中的离子浓度；

(3)在体测试汗液中的离子浓度：

将待测的离子电极阵列(7)插入连接器(6)，在离子电极阵列(7)的表面垫上一层多孔海绵，用于短暂的吸收和贮存汗液；并在无线无源柔性传感装置与皮肤接触的表面贴上一层医用的硅凝胶，露出离子电极阵列(7)的传感区域，用酒精棉清洁目标皮肤区域，并将无线无源柔性传感装置贴附于皮肤表面；在固定好无线无源柔性传感装置后，受试者开始进行体育运动，当体表开始分泌汗液时，离子电极阵列(7)表面通过多孔海绵吸收到来自皮肤表面的汗液，汗液中的离子在相应的离子电极阵列工作电极上发生电化学反应，产生电压信号；将具有NFC模块的移动终端靠近NFC天线(1)，传感装置测得的电压信号数据便会通过NFC天线(1)传输到移动终端，利用步骤(2)得到的离子标准样品溶液浓度与传感器电流响应之间的关系曲线，移动终端计算出受试者汗液中的离子浓度信息，并在移动终端上实时显示浓度值，绘制相应的浓度曲线。