本發明涉及傳感器，更具體地，涉及到一種基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置及應用。

背景技術：

1、糖尿病作為一種廣泛流行的慢性代謝性疾病，已經影響了全球數十億人。長期的高血糖狀態不僅增加了視網膜病變、腎病和心血管疾病等并發癥的風險，也大大降低了患者的生活質量。因此，糖尿病的有效管理依賴于定期、準確的血糖監測。傳統的便攜式血糖儀通過指尖采血提供精準的血糖數據，已成為糖尿病患者家庭自測的重要工具。然而，侵入性的血糖監測方法不僅給患者帶來疼痛、出血和感染風險，尤其是對于傷口愈合較慢的糖尿病患者，其安全性和舒適性存在明顯缺陷。

2、隨著技術的進步，無創、可穿戴傳感器作為替代方案逐漸受到關注。這些傳感器可以以衣物、隱形眼鏡或皮膚貼片的形式與皮膚接觸，實時監測血糖等生理指標。在葡萄糖監測領域，汗液作為一種易于獲取的生理體液，含有豐富的生物標志物(如電解質、代謝物和激素)，且汗液中的葡萄糖濃度與血糖水平高度相關，因此被認為是理想的無創血糖監測載體。然而，汗液環境的溫度波動、ph變化和潛在污染等因素，使得基于生物酶的傳感器面臨較大的誤差，影響了其穩定性和準確性。

3、為克服這些挑戰，研究者們轉向人工合成的納米酶材料，因其在復雜環境中的更強穩定性和較高適應性。例如，farzaneh等通過水熱法將ni-co金屬有機框架(ni-co?mofs)修飾在棉織物上，成功制備了適用于非酶促葡萄糖監測的柔性電極。tamilarasi等通過回流和高溫退火技術制備了具有較大比表面積的nio2@pg復合材料，實現了長達20天的穩定葡萄糖監測。然而，這些納米酶材料通常需要在堿性環境中才能發揮最佳性能，而人體汗液的ph值通常偏酸性，這使得在實際應用中，相關傳感器往往需要先收集并離體處理汗液樣本，降低了實時監測的便捷性。因此，如何在適應人體酸性環境的同時保持傳感器的高靈敏度和穩定性，仍然是一個亟待解決的難題。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置及應用。所述無酶可穿戴無線貼片裝置能夠實時、原位監測汗液中的葡萄糖。該裝置有效解決了無酶葡萄糖傳感器在可穿戴設備中的應用面臨無酶葡萄糖檢測裝置無法實現原位實時檢測的技術問題。

2、根據本發明第一方面，提供了一種基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置，包括微流體通道、傳感器陣列和信號采集模塊；所述微流體通道由上下兩塊基底封裝，所述微流體通道順次包括入口、單向特斯拉閥、氫氧化鈉混合腔室、蛇形混合腔室、檢測腔室以及存儲腔室；所述單向特斯拉閥用于防止樣品倒流；

3、所述傳感器陣列位于所述檢測腔室中，所述傳感器陣列包括獨立設置的葡萄糖檢測傳感器、溫度傳感器和ph傳感器；

4、所述傳感器陣列的排線與所述信號采集模塊連接；所述信號采集模塊用于采集并計算傳感器陣列的信號并進行校正，以得出微流體通道中樣品的葡萄糖濃度。

5、優選地，所述葡萄糖檢測傳感器的電子介體為金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架。

6、優選地，所述金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架通過以下方法制備得到：首先采用溶劑熱法合成由配位的八面體二價鎳和對苯二甲酸構建而成的初始金屬有機框架材料，然后利用硼氫化鈉原位還原氯金酸，使金納米粒子在初始金屬有機框架材料上沉積，得到金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架。

7、優選地，所述汗液葡萄糖檢測裝置還包括吸收墊，所述吸收墊位于存儲腔室中；所述吸收墊用于吸收檢測之后的樣品。

8、優選地，所述葡萄糖檢測傳感器為電化學三電極體系，包括工作電極、參比電極和對電極；

9、根據本發明另一方面，提供了所述裝置的應用，用于制備汗液中葡萄糖濃度的檢測裝置。

10、優選地，包括以下步驟：

11、(1)將樣本從所述入口加入到微流體通道中，所述樣品經過所述特斯拉閥單向進入到氫氧化鈉混合腔室中，氧化鈉混合腔室中的氫氧化鈉被所述樣品溶解，使得樣品變為堿性，堿性樣品經過蛇形混合腔室流入所述檢測腔室中，與傳感器陣列接觸，葡萄糖檢測傳感器檢測到的該堿性樣品的原始葡萄糖濃度，溫度傳感器和ph傳感器分別檢測到的實時的溫度和ph；然后堿性樣品流入到所述存儲腔室中；

12、(2)根據所述葡萄糖傳感器采集的電流值i、溫度傳感器采集的溫度的數值t，以及ph傳感器采集的ph值，通過以下公式計算樣品的葡萄糖濃度：

13、其中，c為葡萄糖濃度，單位為μm；i為葡萄糖傳感器采集的電流值，單位為μa；t為溫度傳感器采集的溫度的數值，ph為ph傳感器采集的ph值。

14、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：

15、(1)本發明提出的微流道原位預處理策略，實現了在皮膚表面對汗液樣品進行原位預處理，解決了傳統方法需要體外人工收集樣品并進行處理的問題。

16、(2)本發明在微流體通道的樣品收集入口和naoh混合腔室之間增加了特斯拉單向閥，有效地避免了堿性樣品倒流至皮膚表面，避免灼傷皮膚。

17、(3)本發明利用金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架納米花作為葡萄糖電化學檢測的電子介體，顯著地提高了葡萄糖傳感器的靈敏度和穩定性。

18、(4)配合專門設計的信號采集模塊，以及同時檢測溫度、ph對葡萄糖傳感器進行實時修正，顯著地提高了葡萄糖檢測的準確性。

技術特征：

1.一種基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置，其特征在于，包括微流體通道、傳感器陣列和信號采集模塊；所述微流體通道由上下兩塊基底封裝，所述微流體通道順次包括入口、單向特斯拉閥、氫氧化鈉混合腔室、蛇形混合腔室、檢測腔室以及存儲腔室；所述單向特斯拉閥用于防止樣品倒流；

2.如權利要求1所述的基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置，其特征在于，所述葡萄糖檢測傳感器的電子介體為金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架。

3.如權利要求1所述的基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置，其特征在于，所述金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架通過以下方法制備得到：首先采用溶劑熱法合成由配位的八面體二價鎳和對苯二甲酸構建而成的初始金屬有機框架材料，然后利用硼氫化鈉原位還原氯金酸，使金納米粒子在初始金屬有機框架材料上沉積，得到金納米顆粒修飾的二維鎳基有機框架。

4.如權利要求1所述的基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置，其特征在于，所述汗液葡萄糖檢測裝置還包括吸收墊，所述吸收墊位于存儲腔室中；所述吸收墊用于吸收檢測之后的樣品。

5.如權利要求1所述的基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置，其特征在于，所述葡萄糖檢測傳感器為電化學三電極體系，包括工作電極、參比電極和對電極。

6.如權利要求1-5任一項所述裝置的應用，其特征在于，用于制備無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖的濃度檢測裝置。

7.如權利要求6所述的應用，其特征子在于，包括以下步驟：

技術總結
本發明涉及到一種基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置及應用，屬于傳感器技術領域。本發明提供了一種基于無酶可穿戴無線貼片的汗液葡萄糖檢測裝置微流體通道、傳感器陣列和信號采集模塊。微流體通道獲取汗液，汗液進入系統后，經過特斯拉閥流入混合腔，與腔內的NaOH固體反應形成堿性溶液，從而調節汗液的pH值以適應傳感器的工作需求。傳感器陣列用于汗液信號的預處理及檢測，此模塊中Au?NPs/Ni?BDC?NFs修飾的電極可對葡萄糖監測，溫度和pH進行實時校準。通過上述設計而成的可穿戴無線貼片系統成功克服了現有技術的局限，實現了汗液中葡萄糖的連續、無酶監測，為納米材料在可穿戴設備中的應用提供了新思路。

技術研發人員：劉勝,楊勇
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28