一种用于汗液及运动信号检测的模块化微流控芯片

1.本实用新型涉及生物传感技术领域，尤其涉及一种用于汗液及运动信号检测的模块化微流控芯片。


背景技术：

2.生物传感在近些年的发展逐渐迅速，汗液传感器也逐渐受到大家的关注。可穿戴式汗液传感器有可能提供与个人健康和疾病状态相关的临床有意义的信息。目前传感器主要依靠酶和抗体作为生物识别元件，实现对汗液中代谢物和应激生物标志物的特异性测量。然而，随着时间的推移，酶和抗体容易降解，影响传感器的性能，因此更为准确的检测方法亟需被设计出来；同时亲和人体皮肤的黏性透气无害材料也是其中很重要的一个方面，而现有大部分的汗液分析传感器与皮肤接触部分多采用医用双面胶制作，使用多层结构，这就使得传感器本身密封不足而发生漏液的问题，加之现有大部分微流控芯片中汗液进入管道主要依靠的是汗腺产生汗液时的液体压力，导致进入管道的汗液不可避免的少于实际产生的汗液；同时若能在运动的过程中对运动信号进行一定的检测，便可以更加准确全面的对人体状态进行评估。
3.现有对于运动状态下汗液拉曼信号检测的手段，基本每一次使用仪器读取汗液中的拉曼峰值的时候，都会打断受测者的运动状态，从而导致测量过程的不连续性。同时对同一位置如果需要多次检测，则必须重新贴片，比较麻烦且不能保证位置的准确性。且如果需要对受测者的出汗情况进行检测，必须长时间停止其运动状态，若没有达到预期，继续收集汗液，还需进行重新再次运动，导致测试流程不连续。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本实用新型公开了一种用于汗液及运动信号检测的模块化微流控芯片，可以进行连续汗液监测以及运动生理信号监测。
5.对此，本实用新型的技术方案为：
6.一种用于汗液及运动信号检测的模块化微流控芯片，
7.其包括微流控基底和微流控模块；
8.所述微流控基底包括第一基底，所述第一基底内设有第一纸基微流道，沿着所述第一纸基微流道旁设有运动信号监测构件，所述运动信号监测构件连接电极；所述第一基底的下表面设有入汗口，所述第一基底的上表面设有排汗口，所述入汗口、排汗口分别位于第一纸基微流道的两端；所述微流控模块包括第二基底，所述第二基底内设有第二微流道、表面拉曼增强构件和阻光构件，所述表面拉曼增强构件、阻光构件分别位于第二微流道的上方和下方、并相对设置；所述第二基底的上表面设有出口，所述第二基底的下表面设有入口，所述入口和出口分别位于第二微流道的两端，所述第二基底通过粘性与第一基底连接，所述入口不小于排汗口的大小。
9.采用此技术方案，纸基微流道的使用可以使得汗腺产生的汗液可以更少损失的进
入到微流道中去，使得对于流速、流量的检测更加的准确，可以更好的反映出人体的健康状况。在进行汗液成分分析时，可以使用表面增强拉曼技术（sers）进行对汗液分析物的实时监测，无需使用比色分析，同时更加准确。实验证明手持拉曼仪器便可以对汗液中的代谢物成分、浓度进行比较准确的检测。因为每种成分都有专门的拉曼峰值，故此不用担心环境等方面的影响，也可以避免代谢物和酶或者抗体降解和反应耗时的问题，更准确精密。同时采用运动信号监测构件进行运动信号检测电路电极，可以间接得出身体的生理运动变化，从而可以对人的身体生理信号进行监测，使得功能更加多样化。
10.另外，将微流控基底和微流控模块分离为两个部件，两者通过粘性连接，可以拆卸分离，其中微流控基底部分实现对汗液流量以及运动信号的检测，微流控模块部分使用单独的含有表面增强拉曼的pdms微流控管道模块进行黏附连接，可以在一定时间之后或者汗液收集达到一定量之后，可以将微流控模块撕下，拿去检测，如需连续的收集、检测，则可以再粘附上新的微流控模块即可。采用此技术方案，可以在受测者保持原运动状态下可以不间断的收集到汗液分析结果，而只需要耗费中间撕下和换上新的微流控模块的过程所用的时间，就可以保证检测的连续性。检测时微流控基底可以一直连接在皮肤之上，只需要对微流控模块进行操作和更换，可以避免使用一次的芯片用完之后全部浪费的情况。同时含有表面增强拉曼的微流控模块在使用完成之后可以使用酒精、去离子水进行清洗，在检测出没有汗液内所观测的代谢物的拉曼峰值之后便可以重复使用，节能环保。
11.虽然拉曼仪激光功率很低（约为29.4mw），但是检测时间中对皮肤照射还是明显会感受到灼烧感，采用阻光构件，可以在使用手持拉曼仪对贴于身上的微流控芯片进行照射检测的时候，很好的降低传递到皮肤表面的温度，避免该现象。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述第一基底的材质采用粘性pdms。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述第二基底的材质为pdms。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述第一纸基微流道为蛇形。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述运动信号监测构件包括蛇形的ga管道，所述ga管道的两端与铜导线连接。其中，ga管道内的ga为液体。采用液体金属ga制作运动信号检测电路电极，可以通过液态金属拉伸压缩变形的变化引起的电阻的变化，可以间接得出身体的生理运动变化，从而可以对人的身体生理信号进行监测，使得功能更加多样化。
16.作为本实用新型的进一步改进，所述第一纸基微流道所用的纸基材料为whatman grade1色谱纸。
17.作为本实用新型的进一步改进，所述第二微流道采用纸基微流道。其中，所述第二微流道可以采用不是纸基的，但是采用纸基微流道，相对于空的管道，汗液更加的容易进入，更容易收集汗液。
18.作为本实用新型的进一步改进，所述表面拉曼增强构件的材质为金纳米棒纸。进一步的，所述表面拉曼增强构件的外形为圆形。
19.作为本实用新型的进一步改进，所述阻光构件的材质为黑色电工胶带。
20.作为本实用新型的进一步改进，所述入口与排汗口的大小相同。采用此技术方案，可以直接将入口与排汗口相对，使用方便，避免溢出。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
22.采用本实用新型的技术方案，微流控模块可以粘附在主体的微流控基底之上，对
流出的汗液进行成分的检测，在充分接触汗液之后，可直接采用手持拉曼仪器便可以比较精确的完成对汗液代谢产物的测定，也可以将外置的微流控模块撕下来对其进行分析，可以在短时间内完成而不需要中断受测者的运动状态。同时也可以贴上去新的微流控模块，由于撕下和贴上的动作比较简单耗时短，从而可以保证维持人体原状态情况下进行检测。此技术方案可以精确实时检测汗液成分、流量、流速等参数，进而检测人体的健康状况，同时还可以对身体的运动信号进行检测，对运动信号进行捕捉，达到多种功能集合的优势。
附图说明
23.图1是本实用新型一种用于汗液及运动信号检测的模块化微流控芯片的结构示意图。
24.图2是本实用新型实施例的微流控基底的正面示意图。
25.图3是本实用新型实施例的微流控基底的背面示意图。
26.图4是本实用新型实施例的微流控模块的结构示意图。
27.图5是本实用新型实施例的微流控模块的正面示意图。
28.图6是本实用新型实施例的微流控模块的反面示意图。
29.附图标记包括：
30.1-微流控基底，2-微流控模块；
31.11-第一基底，12-第一纸基微流道，13-ga管道，14-入汗口，15-排汗口；
32.21-第二基底，22-第二纸基微流道，23-出口，24-表面拉曼增强构件，25-入口，26-阻光构件。
具体实施方式
33.下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。
34.如图1~图6所示，一种用于汗液及运动信号检测的模块化微流控芯片，其包括微流控基底1和微流控模块2两个部分，两者可以通过基底的粘性进行连接，实验测定满足密封要求。下面分别对这两个部分进行说明。
35.所述微流控基底1包括第一基底11，所述第一基底11内设有蛇形的第一纸基微流道12，沿着所述第一纸基微流道12旁设有运动信号监测构件ga管道13，所述第一基底11的下表面设有入汗口14，所述第一基底11的上表面设有排汗口15，所述入汗口14、排汗口15分别位于第一纸基微流道12的两端；所述第一基底11的材质采用粘性pdms。所述ga管道13为蛇形，所述ga管道13的两端与铜导线连接。进一步的，所述第一基底11可以采用两次成型得到，第一次先成型粘性pdms底层，然后将第一纸基微流道12以及运动信号监测构件ga丝等放在其上后，在表面成型粘性pdms表层，加热后，粘性pdms表层固化并与底层连为一体，ga丝成为液体ga通管道13。
36.所述微流控模块2包括第二基底21，所述第二基底21内设有第二纸基微流道22、金纳米棒纸制作成的表面拉曼增强构件24和阻光构件26，所述表面拉曼增强构件24和阻光构件26分别位于第二纸基微流道22的上方和下方、并相对设置；所述第二基底21的上表面设有出口23 ，所述第二基底21的下表面设有入口25，所述入口25和出口23分别位于第二微流道的两端；所述入口25与排汗口15的大小相当。所述第二基底21的材质为pdms。所述阻光构
件26的材质为黑色电工胶带。其中，使用手持拉曼仪对贴于身上的微流控芯片进行照射检测的时候，虽然拉曼仪激光功率很低（约为29.4mw），但是检测时间中对皮肤照射还是明显会感受到灼烧感，而在第二纸基微流道22的下面加上一黑色电工胶带圆片（本实施例中采用3m 1600#型号电工胶带），可以很好的降低传递到皮肤表面的温度，使之在安全温度范围内，阻碍激光照射芯片时对皮肤灼伤。进一步的，所述黑色电工胶带圆片的厚度约为0.1mm。所述表面拉曼增强构件24的厚度约为0.12mm。
37.其中，ga管道13可以采用如下步骤制备：使用注射器吸取液态ga，将其注入到事先准备好的内径为250μm的软管中。注满之后，将其置于冰箱的冷冻室（温度约为-22℃），放置五分钟之后取出，ga便由液态转化成固态，然后使用手术刀将软管切开，便可从中取出成型的ga丝，且其具有较高的韧性，可以满足各种变形的需要。然后将ga丝变形为蛇形结构，当其封装到第一基底11内，在烘箱加热烘干过程之后，ga丝便有固态变成液态，由于封装在粘性pdms材料制成的管道之中，便成为了可以随着拉伸变形的液态金属电路，在液态ga管道13两端使用铜导线引出（由于材料本身粘性韧性等原因，铜导线插入其中不会导致液态金属的泄漏），连接相关设备，进行监测拉伸压缩等变形条件下的电阻变化，利用电阻变化与生理变化信号的关系，间接识别出生理运动信号。此时汗液经过微流道之后，便可以直接通过拉曼仪器进行直接检测其成分。
38.微流控模块只需使用pdms制作管道即可，依靠第一基底11粘性pdms的粘性即可粘附在基底上面。只要保证模块的入口25与基底的排汗口15对准，保证汗液可以顺利流入微流控模块中。由于粘性pdms基底的强粘性，pdms模块放置之上后按压一会便可以很好的粘附上，密封性良好，可以达到测量的要求。
39.采用本实施例的技术方案，其中采用纸基微流道不仅仅可以精确检测汗液中的成分，还可以检测其中的含量（浓度）（根据拉曼峰的高度，同条件下信号越强，峰值越高，具有的浓度越高），同时又可以准确测量汗液产生的速率、流量。使用拉曼检测可以更加准确的对汗液代谢物进行分析识别，且无需对环境敏感、容易降解的酶或抗体等的比色反应，可以对汗液进行较为全面的分析。同时还可以对身体的运动信号进行检测，对运动信号进行捕捉，达到多种功能集合的优势。
40.其次，采用微流控基底和微流控模块两个部分，即采用模块化设计，避免了反复测量时需要从人体皮肤表面反复撕下贴上微流控芯片的问题，而仅仅可以只撕下外置的微流控模块即可，同时这种检测方式可以更好的进行对汗液的实时监测，而不需要终止受测者的运动；只撕掉微流控模块也使得对同一位置的连续测量也更准确（原始方法撕下后无法保证再次贴上去的位置与原来的相同）。同时，只要清洁到位便可以重复使用，芯片利用率高。
41.另外，采用粘性pdms材料，粘附性良好，贴于关节处随关节活动也可以很好的粘附，且具有不错的透气效果，可以满足长时间佩戴的要求。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、
ꢀ“
左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
44.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。