一种穿戴式体表生理生化参数监测系统的制作方法_2

文档序号:9653223阅读:来源:国知局
导电层2211,乳酸传感器工作电极酶反应层2212,乳酸传感器参比电极导电层2213,乳酸传感器参比电极Ag/AgCl层2214,PH传感器工作电极导电层2251,PH传感器工作电极Ag/AgCl层2252,PH传感器工作电极固态导电聚合物层2253,PH传感器工作电极离子选择透过层2254,PH传感器参比电极导电层2261,PH传感器参比电极Ag/AgCl层2262,PH传感器参比电极固态导电聚合物层2263,PH传感器参比电极高分子聚合物层2264,心率传感器231,温度传感器232,加速度传感器241,陀螺仪242,地磁传感器243。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
[0033]如图1所示,穿戴式体表生理生化参数监测系统,包括固定于在人体1上的穿戴式生命体征传感检测模块2,控制端3和服务器4。穿戴式生命体征传感检测模块2固定于体表,用于检测体表汗液的酸碱度、离子浓度、乳酸浓度、尿素含量等生化参数中的一种或几种,同时还可检测运动状态参数,并将数据发送给控制端3,控制端3可为智能手机,控制端3可控制穿戴式生命体征传感检测模块2的工作状态,同时可将生命体征数据上传至服务器4。
[0034]穿戴式生命体征传感检测模块2可通过多种形式,如制作成腕表,运动头带,护腕,护臂,运动臂包等形式佩戴在人体上,或制作成可夹持的形式,卡在运动头带,护腕或护臂上。
[0035]如图2所示,穿戴式生命体征传感检测模块2,包括智能化检测与通讯模块21,生化信号检测模块22,生理信号检测模块23以及运动参数检测模块24、电源模块29,电源模块29为其他模块供电。其中,智能化检测与通讯模块21包括微处理器211、无线通讯模块212、按键模块213、IXD显示模块214。微处理器211读取生化信号检测模块22,生理信号检测模块23及运动参数检测模块24的数据并将数据结果通过LCD显示模块214显示,同时将数据通过无线通讯模块212传输至控制端3,无线通讯模块212可以为蓝牙模块。按键模块213可用于对穿戴式生命体征传感检测模块2的控制信号的输入。
[0036]生化信号检测模块22包括乳酸传感器221,尿素传感器222,Na+传感器223,K+传感器224和ΡΗ传感器225,分别用于检测汗液中的乳酸浓度,尿素浓度,Na+浓度,Κ+浓度和ΡΗ值。乳酸和尿素分别为糖无氧酵解和蛋白分解的终产物,因此其浓度变化情况可反应机体的代谢水平及训练负荷。汗液中钠、钾、氯、钙离子浓度,可反映机体水盐代谢的水平,为运动补液提供依据。
[0037]生理信号检测模块23包括心率传感器231和温度传感器232,分别用于反映佩戴者的脉率、体温。
[0038]运动参数检测模块24包括加速度传感器241,陀螺仪242和地磁传感器243,分别用于反映佩戴者测量运动过程中的加速度,速度,运动方向等参数。
[0039]图3所示为本发明穿戴式体表生理生化参数监测系统的一种可行的结构,该穿戴式体表生理生化参数检测系统的结构由两部分组成。A部分主要为智能化检测与通讯模块21,固定于穿戴式结构上,如腕表,运动头带,护腕,护臂,运动臂包等,包括外壳27,安装于外壳27上的LCD显示模块214和按键模块213,以及固定于外壳27上的智能化检测与通讯模块电路结构215。微处理器211,无线通讯模块212和电源模块29分别制作于智能化检测与通讯模块电路结构215上。智能化检测与通讯模块电路结构215的背面设有弹性结构的连接接头216,用于智能化检测与通讯模块21和生化参数检测模块22之间的信号连接。
[0040]B部分为可拆卸和更换的生化参数检测模块22以及相应的汗液导流存储单元。28为基座,用于固定生化参数检测模块22。生化参数检测模块22包括通过微加工工艺制作于传感器基底228表面的乳酸传感器221,尿素传感器222,Na+传感器223,K+传感器224和PH传感器225。传感器基底228的材料可以为硅,石英,玻璃,聚氯乙烯,聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种。这里提及的微加工工艺可以为微电子加工工艺或者是丝网印刷加工工艺,详细的传感器结构和加工过程将在【具体实施方式】的后半部分进行描述。
[0041 ]生理生化传感检测模块电路结构2291用于生化参数检测模块22与智能化检测与通讯模块21之间的信号连接。当生化参数检测传感器采用丝网印刷加工工艺制作时,传感器基底228通过生理生化传感检测模块电路结构2291两端的电极槽2293进行固定。如图4中的传感器结构所示,传感器基底228的两端分别有传感器的电极接口,传感器基底228可推进并固定于生理生化传感检测模块电路结构2291的电极槽2293中,此时,传感器基底228两端的传感器电极接口恰好与电极槽2293上的相应的导电层连接,可将传感器的信号输出。当生化参数检测传感器采用微电子工艺制作时,如图7所示,传感器基底228固定于生理生化传感检测模块电路结构2291上,生理生化传感检测模块电路结构2291的背面有生理生化传感检测模块信号连接焊盘2295,可通过微导线2294连接至传感器基底228两端的传感器电极接口,从而将传感器的信号引出。在两种不同的信号连接方式中,生理生化传感检测模块电路结构2291的正面都有与传感器基底228两端的传感器电极接口相对应的智能化检测与通讯模块信号连接焊盘2292,用于A部分的智能化检测与通讯模块21与B部分的生化参数检测模块22之间的信号连接。
[0042]A、B两部分通过外壳27和基座28上的卡槽结构进行组装和固定,当A、B两部分组装成整体后,制作于智能化检测与通讯模块电路结构215上的弹性结构的连接接头216与制作与生理生化传感检测模块电路结构2291上相对应的智能化检测与通讯模块信号连接焊盘2292刚好一一对上,并通过弹性结构的连接接头216压合牢固,保证信号的可靠传输。
[0043]图3中的B部分中26为汗液导流微通道阵列,该微通道阵列通过微加工工艺在硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或纸基等材料上制作而成,汗液导流微通道阵列26的通道孔径约为10um?300um,高度约为1mm?5mm。体表的汗液经毛细作用进入汗液导流微通道阵列26,并沿通道向上,进入汗液存储腔25。汗液存储腔25中有亲水性填充材料,可将汗液进行进一步富集和存储,供生化检测传感器测试所需。由于人体在运动过程中运动量及个人体质的不同,出汗的量也会有较大的差别,使用本发明中所设计的汗液导流微通道阵列26可以在汗液量较少的情况下将汗液进行富集,保证测量数据的可靠性与准确性。
[0044]本发明中的生化参数检测模块22中的传感器由微加工工艺制作,可通过丝网印刷技术或微电子技术加工而成。图4所示的为由丝网印刷技术制作的生化参数检测模块22的一种可行的结构。传感器制作在以聚氯乙烯,聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯为材料的传感器基底228上。图4的左半部分为乳酸传感器221和尿素传感器222,右半部分为Na+传感器223,K+传感器224和PH传感器225。乳酸传感器221和尿素传感器222为电化学酶传感器,具有相同的传感器结构和制备过程。本发明中使用的电化学酶传感器可以由双电极构成(即工作电极和参比电极),也可以由三电极构成(即工作电极、参比电极和对电极),实际使用中根据需要选择,本发明中以双电极为例进行说明。以乳酸传感器221为例,如图4以及图5中对图4沿ΑΑ’的剖面结构所示,乳酸传感器221由工作电极(包括工作电极导电层2211和工作电极酶反应层2212)和参比电极(包括参比电极导电层2213和参比电极Ag/AgCl层2214)。乳酸传感器的制备过程如下:在传感器基底228上刷上一层导电银浆,作为传感器的导电层,然后在工作电极导电层2211上涂覆一层工作电极酶反应层2212。乳酸传感器的工作电极酶反应层2212为乳酸酶和碳浆的混合物,碳浆可增加工作电极酶反应层2212的导电性,碳浆可与酶混合使用,也可先涂覆碳浆,再在其上层涂覆酶。参比电极导电层2213表面通过氯化,形成参比电极Ag/AgCl层2214。当工作电极和参
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