一种尿液无线监测系统及尿液监测方法与流程

本发明涉及生物医学分析与传感监测设备领域，特别涉及一种尿液无线监测系统及尿液监测方法，用于尿液无线远程警报及其中尿糖与药代物等代谢产物含量的自动传感分析和实时监测。

背景技术：

患者的尿液警报及尿液中代谢物分析无论在大型医疗研究中心、各种医院的临床实验室，还是小型医生办公室都具有重要的实用价值，特别是，通过分析尿液中各种不同代谢标志物（含药代物）能为疾病的诊断与进展监控提供重要的医学信息。例如，尿液中葡萄糖和酮体的化学测试是针对糖尿病的诊断；尿液中的蛋白质和或隐血的阳性测试表示肾脏受损；胆红素和尿胆原测试提供肝功能的线索；间接测试包括尿液中亚硝酸盐和白细胞酯酶可检测尿道感染；当 pH 和比重的测试与其他分析物反应结合时，可提供有用信息；尿沉渣显微镜检查中的细胞和管型，为疾病的诊断提供有用的数据信息；微量蛋白阳性测试表示病人需要更严格的节食和治疗控制，以推迟或避免肾疾病晚期。还有其他尿液测试，如人类绒毛膜促性腺激素来检验妇女是否怀孕；这些尿液测试也能筛选出无症状疾病，阴性或者正常结果表示检验结果良好，阴性数值或正常结果通常作为效果分析的标准。

特别是，尿液中尿糖以及药物代谢产物可作为检测疾病治疗效果或病程进展的标志物，其测试对于监测相关疾病具有重要意义。例如，糖尿病病人尿液中葡萄糖含量测试，可反映出口服的降血糖药物或注射的胰岛素的剂量与疗效；多巴胺为神经递质，对神经系统功能有重要生理作用，尿液中多巴胺含量与神经系统功能有关,超过标准值见于精神错乱、恐惧、幻觉、恶心、呕吐、晚期肾病，低于标准值见于帕金森病；他克林及其衍生物在预防和治疗老年性痴呆过程中起重要作用，通过尿液中他克林含量的监测，可及时获知相关疾病的治疗效果；尿液中肌酸酐的浓度是诊断肾功能障碍、甲状腺疾病、肌肉损伤的指标；尿液中血清素含量是抑郁症和精神焦虑症的诊断和药物治疗效果标志物。

现阶段国内外对于失能患者的尿液警报和尿糖与常见药代产物（如多巴胺、肌酐酸、尿酸、血清素和他克林）分析情况是，尿液警报大多采用湿度传感器，容易存在误报和漏报现象，而尿糖与药代物等尿液代谢物分析大多采用现场收集样品，然后到实验室进行集中分析，检测过程复杂，时间长，不能实现实时现场分析。

技术实现要素：

为了实现上述发明目的，特别是针对传统尿液警报及其中尿糖与药代物等代谢物检测中存在的问题，本发明提供一种尿液无线监测系统及尿液监测方法。

其技术方案为，借助石墨烯导线打印技术，将探头直接打印于特定尿布区域，用以结合可穿戴的便携式信号微处理器、信号放大电路、以及无线信号传输装置，实现对尿液无线远程警报及其中尿糖和常见药代产物含量的同时自动传感分析和实时监测。

一种尿液无线监测系统，包括尿裤、远程监测端，所述尿裤包括依次设置的内层、吸水层、芯体层、吸收层及表层，内层为透水层，表层为不透水层，芯体层由高分子吸水树脂组成，所述吸水层与内层之间设置有叉指形状的电极探头，且电极探头设置在尿裤中部区域，所述电极探头与中央模块电连接，所述中央模块设置在所述芯体层内；

所述中央模块包括分析模块，所述电极探头与分析模块连接，构成数据通道，所述分析模块连接无线传输模块，分析模块用于分析所述电极探头向其传送的电信号，所述中央模块还包括供电模块，所述供电模块给分析模块及无线传输模块供电；

所述电极探头及连接用的导线均由石墨烯打印而成；

中央模块通过无线传输模块与所述远程监测端无线连接。

优选为，所述电极探头及连接用的导线均为石墨烯打印而成的柔性电路；通过信号放大电路将电极探头获取的电化学信号传递给分析模块。

优选为，所述电极探头使用的打印材料为石墨烯添加中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺导电聚合物为敏感材料。利用探头表面导电性中空聚合物敏感材料对尿液的吸水保湿作用，实现对尿液的长时间警报，并能根据不同尿量给出不同强度的警报信号。打印电极探头材料是石墨烯掺杂的带负电聚丙烯酸和带正电聚丙烯酰胺的中空聚合物敏感材料，制得的这些导电聚合物能对尿液及其中带相反电荷的特定药代标志物进行高选择性吸附与富集。

优选为，所述分析模块为便携式电化学微处理器。将制得的电极探头直接打印于尿布上，进而与具有电化学分析功能且可穿戴的便携式信号微处理器和信号放大电路以及无线发射器相结合，由石墨烯喷墨打印柔性电子线路连接，实现对电化学信号的放大处理、结果比对以及信号的无线远程传递。

优选为，所述中央模块上设置开关，所述开关朝向所述尿裤的外侧。

优选为，所述远程监测端具有无线信号接收功能。

一方面，采用石墨烯喷墨打印技术在尿布吸水层朝向内层的一侧打印出信号输出导线，同时，以石墨烯掺杂的中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺导电聚合物为敏感材料，在特定尿布吸水区打印叉指形状的电极探头，用以吸附尿液及其中尿糖和相关药代标志物；另一方面，通过石墨烯导线将电极探头与便携式电化学微处理器相连接，产生并处理特定电化学信号，进而利用信号放大电路对产生的电信号进行放大和滤波，并利用微处理器的数据比对分析和储存功能，自动得出尿量及其中尿糖和相关药代标志物的定性与定量结果；最后，借助无线收发模块将数据结果通过Wi-Fi远程传递到手机、电脑、平板电脑等具有无线信号接收功能的电子设备及显示设备客户端。

以尿裤为检测平台运行，检测分析目标物包括尿液及其中尿糖、多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林等多种代谢物与药代物。

本发明的无线传感监测系统主要用于尿液警报及其中疾病标志物与药代物的医学监测与药物疗效的考察，帮助医务人员与家属及时获取对失能患者的尿液警报以及临床疾病诊断、进展状况、药效考察等实时监测数据信息。

一种尿液监测方法：

步骤一，采用石墨烯喷墨在尿裤两侧打印出信号输出导线，在尿裤吸水层上打印叉指形状的电极探头。

采用石墨烯喷墨在尿布特定区域（如两侧）打印出信号输出导线，同时，以石墨烯掺杂的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺聚合物为导电性敏感材料，在尿布吸水区打印叉指形状的电极探头，用以吸附尿液及其中尿糖和相关药代标志物（例如多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林）。

步骤二，通过打印的石墨烯柔性电线将电极探头与具有电化学分析功能且可穿戴的便携式电化学微处理器相连接，进而产生、区分和处理特定的电化学信号。

步骤三，利用信号放大电路对产生的电化学信号进行放大和滤波，以及利用微处理器的数据比对分析和储存功能，自动得出尿量警报及其中尿糖和相关药代标志物的定性与定量结果。

步骤四，借助无线收发模块将数据结果通过无线传输的方式发送给具有无线接收功能的客户端设备。

即借助无线收发模块将数据结果通过Wi-Fi或电讯系统将信号远程传递到手机、电脑、平板电脑等具有无线信号接收功能的电子设备及显示设备客户端。

本发明工作时，当有尿液接触电极探头时，电极探头将电信号传输给化学分析模块，然后化学分析模块将结果通过无线传输模块输出至远程监测客户端。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本系统将电化学电极探头的定量测量技术与无线电信号远程输出技术联用，所制作的电极探头采用石墨烯掺杂的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺聚合物敏感材料，制得的导电性中空聚合物不仅能对尿液起到吸水保湿的作用，达到长时间尿液警报，而且本身带有正电或负电，能够对尿液中带相反电荷的特定标志物进行选择性吸附富集，经直接打印于特定尿布区域，用以结合便携式微处理器与信号放大以及无线传输装置与客户端，实现对尿液无线远程警报及其中尿糖与常见药代产物含量的多组分同时传感分析，极大地缩短了分析测试的时间，并实现了真正意义上的实时监测；同时，检测电极探头的制备过程采用先进的喷墨打印的电极制备技术，易于实现批量制作，成本低廉，并方便打印于可穿戴的尿布上，避免了传统电线布置和昂贵的器件安插与耗时的生物化学信号监测流程，可直接实现对尿液的无线远程警报及其中尿糖和常见药代产物的同时传感分析和实时监测。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1的A局部放大图。

图3为本发明实施例的原理模块图。

图4为同样量的尿液、水、PBS（汗液成分）的电化学响应信号比较图。

图5为尿糖的电化学响应信号图。

图6为多巴胺的电化学响应信号图。

图7为肌酸酐的电化学响应信号图。

图8为血清素的电化学响应信号图。

图9为他克林的电化学响应信号图。

图10为多巴胺、肌酸酐、血清素和他克林的同时检测的电化学响应信号图。

其中，附图标记为：1、尿裤；2、电极探头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见图1至图3，本发明提供一种尿液无线监测系统，包括尿裤1、远程监测端，所述尿裤1包括依次设置的内层、吸水层、芯体层、吸收层及表层，内层为透水层，表层为不透水层，芯体层由高分子吸水树脂组成，所述吸水层与内层之间设置有叉指形状的电极探头2，且电极探头2设置在尿裤中部区域，所述电极探头2与中央模块电连接，所述中央模块设置在所述芯体层内；

所述中央模块包括分析模块，所述电极探头2与分析模块连接，构成数据通道，所述分析模块连接无线传输模块，分析模块用于分析所述电极探头向其传送的电信号，所述中央模块还包括供电模块，所述供电模块给分析模块及无线传输模块供电；

所述电极探头2及连接用的导线均由石墨烯打印而成；

中央模块通过无线传输模块与所述远程监测端无线连接。

所述电极探头2及连接用的导线均为石墨烯打印而成的柔性电路；通过信号放大电路将电极探头获取的电化学信号传递给分析模块。

所述电极探头2使用的打印材料为石墨烯添加中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺导电聚合物为敏感材料。利用电极探头2表面导电性中空聚合物敏感材料对尿液的吸水保湿作用，实现对尿液的长时间警报，并能根据不同尿量给出不同强度的警报信号。打印电极探头2材料是石墨烯掺杂的带负电聚丙烯酸和带正电聚丙烯酰胺的中空聚合物敏感材料，制得的这些导电聚合物能对尿液及其中带相反电荷的特定药代标志物进行高选择性吸附与富集。

所述分析模块为便携式电化学微处理器。将制得的电极探头2直接打印于尿裤上，进而与具有电化学分析功能且可穿戴的便携式信号微处理器和信号放大电路以及无线发射器相结合，由石墨烯喷墨打印柔性电子线路连接，实现对电化学信号的放大处理、结果比对以及信号的无线远程传递。

电化学微处理器可采用微型电化学分析仪。

所述中央模块上设置开关，所述开关朝向所述尿裤的外侧。

所述远程监测端具有无线信号接收功能。

一方面，采用石墨烯喷墨打印技术在尿布吸水层朝向内层的一侧打印出信号输出导线，同时，以石墨烯掺杂的中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺导电聚合物为敏感材料，在特定尿布吸水区打印叉指形状的电极探头，用以吸附尿液及其中尿糖和相关药代标志物；另一方面，通过石墨烯导线将电极探头与便携式电化学微处理器相连接，产生并处理特定电化学信号，进而利用信号放大电路对产生的电信号进行放大和滤波，并利用微处理器的数据比对分析和储存功能，自动得出尿量及其中尿糖和相关药代标志物的定性与定量结果；最后，借助无线收发模块将数据结果通过Wi-Fi远程传递到手机、电脑、平板电脑等具有无线信号接收功能的电子设备及显示设备客户端。

以尿裤为检测平台运行，检测分析目标物包括尿液及其中尿糖、多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林等多种代谢物与药代物。

本发明的无线传感监测系统主要用于尿液警报及其中疾病标志物与药代物的医学监测与药物疗效的考察，帮助医务人员与家属及时获取对失能患者的尿液警报以及临床疾病诊断、进展状况、药效考察等实时监测数据信息。

一种尿液监测方法：

步骤一，采用石墨烯喷墨在尿裤两侧打印出信号输出导线，在尿裤吸水层上打印叉指形状的电极探头。

采用石墨烯喷墨在尿布的两侧打印出信号输出导线，同时，以石墨烯掺杂的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺聚合物为导电性敏感材料，在尿布吸水区打印叉指形状的电极探头，用以吸附尿液及其中尿糖和相关药代标志物（例如多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林）。

步骤二，通过打印的石墨烯柔性电线将电极探头与具有电化学分析功能且可穿戴的便携式电化学微处理器相连接，进而产生、区分和处理特定的电化学信号。

步骤三，利用信号放大电路对产生的电化学信号进行放大和滤波，以及利用微处理器的数据比对分析和储存功能，自动得出尿量警报及其中尿糖和相关药代标志物的定性与定量结果。

步骤四，借助无线收发模块将数据结果通过无线传输的方式发送给具有无线接收功能的客户端设备。

即借助无线收发模块将数据结果通过Wi-Fi或电讯系统将信号远程传递到手机、电脑、平板电脑等具有无线信号接收功能的电子设备及显示设备客户端。

通过采用该系统对尿液、水、PBS（汗液成分）的电化学响应信号比较，以及对尿液中部分目标物（葡萄糖、多巴胺、肌酸酐、血清素、和他克林）分别测定和同时测，并对检测数据进行收集和结果处理，得到尿糖和各药代物的检测范围，结果如下：

试验一，将尿裤固定好，检查所有部件并调试正常运行后，分别滴加1.0毫升同样体积的尿样，PBS (汗液成分) 和水到尿布的检测区域进行测试。同时，打开手机客户端接收相关数据，得到的分析结果如图4所示，系统对尿液响应信号最大，可明显区分尿液和汗液与水。

试验二，选取处理好的尿样，采用标准加入法分别加入不同浓度的葡萄糖，配置成一系列浓度梯度（0-2.5 mg/mL）的待测样。将装有传感器件的尿布固定好，检查所有部件并调试正常运行后，依次将不同浓度的待测样滴到尿布的检测区域，进行测试。同时，打开手机客户端接收相关数据，得到的分析结果如图5所示，检测的尿糖的线性范围为0.05-2.0mg/mL。

试验三，选取处理好的尿样，采用标准加入法分别加入不同浓度的多巴胺，配置成一系列浓度梯度（0-200 ng/mL）的待测样。将装有传感器件的尿布固定好，检查所有部件并调试正常运行后，依次将不同浓度的待测样滴到尿布的检测区域，进行测试。同时，打开手机客户端接收相关数据，得到的分析结果如图6所示，多巴胺的线性范围为0.5-100 ng/mL。

试验四，选取处理好的尿样，采用标准加入法分别加入不同浓度的肌酸酐，配置成一系列浓度梯度（0-1000 μg/mL）的待测样。将装有传感器件的尿布固定好，检查所有部件并调试正常运行后，依次将不同浓度的待测样滴到尿布的检测区域，进行测试。同时，打开电脑客户端接收相关数据，得到的分析结果如图7所示，肌酸酐的线性范围为5.0-250 μg/mL。

试验五，选取处理好的尿样，采用标准加入法分别加入不同浓度的血清素，配置成一系列浓度梯度（0-2500 ng/mL）的待测样。将装有传感器件的尿布固定好，检查所有部件并调试正常运行后，依次将不同浓度的待测样滴到尿布的检测区域，进行测试。同时，打开平板电脑客户端接收相关数据，得到的分析结果如图8所示，血清素的线性范围为5.0-1000 ng/mL。

试验六，选取处理好的尿样，采用标准加入法分别加入不同浓度的他克林，配置成一系列浓度梯度（0-10 ng/mL）的待测样。将装有传感器件的尿布固定好，检查所有部件并调试正常运行后，依次将不同浓度的待测样滴到尿布的检测区域，进行测试。同时，打开手机客户端接收相关数据，得到的分析结果如图9所示，他克林的线性范围为0.05-10 ng/mL。

试验七，选取处理好的尿样，采用标准加入法同时加入以上不同浓度的多巴胺、肌酸酐、血清素和他克林，配置成一系列浓度梯度（0-10 ng/mL）的待测样混合液。将装有传感器件的尿布固定好，检查所有部件并调试正常运行后，将不同浓度的待测样滴到尿布的检测区域，进行同时无线测试。同时，打开手机客户端接收相关数据，得到的分析结果如图10所示。发现本系统能同时区分并测定不同浓度的多巴胺、肌酸酐、血清素和他克林。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。