一种具有促进人体主动排汗功能的汗液检测微流控装置及其应用

本发明涉及一种具有促进人体主动排汗功能的汗液检测微流控装置及其应用，属于新型医疗。

背景技术：

1、目前人们对个人身体健康的关注度越来越大，而人类体液的各种生理参数如：葡萄糖、ph值、乳酸、尿酸、氯离子、钾离子、钠离子、钙离子等生物标志物浓度的变化会影响人体健康状况和预测疾病的发生的可能。日常检测此类生理参数指标的手段通常为尿液检测和血液检测，同时需要大型医疗分析设备，当进行血液检测时，需要对被检测者进行抽血，当对被检测者进行尿液检测时，需要被检测者提前喝水排尿。而抽血检测会对被检测者造成一定程度的不适和创伤，尿液检测也需要被检测人员进行提前喝水憋尿，在检测前一天被检测者的饮食也需要进行控制，造成极大不便。目前有研究者提出的汗液检测具有无创、便携、低成本的优点，且也可以反应血液和尿液中的生物标志物的生理指标。但日常人体汗液排放较少，而且需要被检测人员进行大量运动才可以收集到合适体积的汗液用来检测，这使得测试时间较长，测试过程较为繁琐，对被测量人员来说有一定的不便之处。因此，开发一种安全无害、可靠、反应灵敏、便携、且能够对被检测者实现促进主动排汗、汗液收集、对汗液中反应人体健康生理参数进行检测的检测装置具有很大的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种具有促进人体主动排汗功能的汗液检测微流控装置，本发明装置通过使用离子电泳技术递送促进人体排汗的药物，进而促进被检测人员与离子电泳阳极带有药品的水凝胶接触的皮肤汗腺进行排汗，可归因于药品的离子透入对汗腺的局部胆碱能刺激，从而达到被检测人员不需要运动即可达到检测汗液中各种生理指标的目的。

2、本发明的第二个目的在于提供一种具有促进人体主动排汗的汗液检测微流控装置的应用，将所述装置用于检测人体汗液中生物标志物的生理指标。本发明的汗液检测微流控装置在用于检测人体汗液中生物标志物的生理指标时，一是不需要运动即可时时主动的进行检测，二是可以采用不同的试纸检测汗液中的多种生理指标。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明一种具有促进人体主动排汗功能的汗液检测微流控装置，所述汗液检测微流控装置由柔性电路板、水凝胶a、水凝胶b、微流控芯片可拆卸式的组合而成，所述柔性电路板贴合在微流控芯片的上方；所述微流控芯片的上端与下端均设置有两个预留孔位，所述水凝胶a、水凝胶b分别镶嵌在两个预留孔位上，所述柔性电路板包含离子电泳阳极与离子电泳阴极，所述水凝胶a的一面与离子电泳阳极接触，另一面在检测时与被检测者的皮肤接触；水凝胶b的一面与离子电泳阴极接触，另一面在检测时与被检测者的皮肤接触，所述水凝胶a中含有促排汗药物；当柔性电路板的电路开启时，促排汗药物递送至被检测者的皮肤。

5、本发明所提供的促进人体主动排汗的装置，设置有两片水凝胶，水凝胶具有导电作用并可以携带药物，且可以与皮肤密切贴合，保证两侧电极都可与皮肤密切接触保证药物递送完成，其中离子电泳阳极接触的水凝胶含有促排汗药物，通过柔性电路板施加电流的使水凝胶的药物在离子电泳的作用下从阳极推向阴极，促使排汗药物经皮肤释放，进而促进被检测人员与离子电泳阳极带有药品的水凝胶接触的皮肤汗腺进行排汗，从而达到被检测人员不需要运动即可达到检测汗液中生理指标的目的，而且本发明中水凝胶中的药物在离子电泳之后会被消耗，检测完成后水凝胶可进行更换。

6、在本发明中，下方是指与皮肤接触端。

7、优选的方案，所述微流控芯片中设置有试纸，所述试纸最底部为液体入口区域，分叉后，左侧与右侧分别对称设置有结构相同的参考试纸或检测试纸，其中参考试纸由底部的色素区与上部的参比通道组成，检测试纸由底部的空白区与反应通道组成，其中色素区设置有色素，反应通道设置有反应试剂，所述反应试剂与汗液中的待检测物发生反应生成沉淀。

8、在实际操作过程中，可根据不同的检测要求，设置不同的生物标志物。

9、在本发明的微流控芯片中的试纸，采用一体化结构，底部的中心为液体入口区域，经分叉后，一侧试纸通道为检测试纸，另一侧为参考试纸，由于试纸是通过毛细作用吸水达到收集汗液的目的，而汗液在试纸的传递速度相同，因此检测试纸与参考试纸及收汗液的体积相同，本发明在参考试纸的色素区设置有色素，汗液经参考试纸吸收后，色素会随汗液流向参考试纸内，根据参比刻度，从而标记了检测时各试纸吸收汗液的体积，而检测试纸的检测通道上设置有用于与标志物发生反应的反应试剂涂层，汗液流经后将与涂层反应生成沉淀，通过生成沉淀的距离即可得出生物标志物的浓度，最后参考试纸所得到吸收汗液的体积以及生物标志物的浓度获得汗液中生物指标的单位浓度。在本发明中参考试纸的参比通道和检测试纸的空白区为空白，参比通道的空白是为了检测时用色素更好的标记汗液体积，试剂区的空白可以使左右的汗液收集体积一致。

10、进一步的优选，所述液体入口区域、色素区、空白区均为圆形。

11、优选的方案，所述微流控芯片从上至下顺次包含外部结构相同的封装层、薄膜a、试纸、薄膜b、双面胶；其中薄膜b和双面胶均设置有位于同一垂线上的圆形孔道用于作为微流控芯片的汗液入口；所述微流控芯片的汗液入口与试纸中的液体入口区域相连接且位于同一垂线上。通过将所述薄膜b、双面胶中的进液口与试纸用于吸收汗液的液体入口区域位于同一垂线上，保证试纸直接能够吸收汗液并通过毛细作用将收集的汗液传递到参考试纸和两个检测试纸中，在本发明中所用双面胶为医用双面胶，能直接贴合皮肤。

12、进一步的优选，所述封装层、薄膜a、薄膜b均为透明材料，所述封装层对应于参考试纸中参比通道的位置设置有参比刻度标识距离，所述封装层对应于检测试纸中反应通道的位置设置有标志物浓度刻度用于标识生物标志物的浓度。

13、在本发明中，参比刻度与标志物浓度刻度均为距离刻度，由于封装层、薄膜a、薄膜b均为透明材料，检测完成后，即能从封装层中直接获得所需数据。

14、进一步的优选，所述封装层的材质为可印刷的pet薄膜。可以防水，防磨损，保护微流控不受外界影响，减缓微流控芯片中其他薄膜和试纸的氧化，确保微流控装置测量时可以抵抗外界干扰。

15、进一步的优选，所述薄膜a和薄膜b为经过紫外臭氧清洗的pdms(聚二甲基硅氧烷)薄膜。为了提高薄膜a与薄膜b、封装层和薄膜b与双面胶之间的粘附性能，组装之前对薄膜a和薄膜b进行紫外臭氧清洗，从而保证微流控芯片的结构致密结合。

16、在本发明中，为了佩戴相对舒适和更好的与人体粘附接触，使用了fpcb柔性电路板来集成电子元器件，电路板上集成有：esp8266单片机主控及其最小系统、3.3v稳压芯片(mi c5219-3.3bmm)、dc/dc直流升压芯片(r1218n031a-tr-fe)、各种器件的外围电路；同时使用可充电3.7v锂电池对电路进行供电。

17、优选的方案，所述柔性电路板还包含无源蜂鸣器，温度传感器，所述温度传感器用于感知被检测者的体温，所述无源蜂鸣器在促排汗药物递送完成的设定时间到达时，以及被检测者的体温≥37.5℃时，将发出不同的声响。

18、在实际操作过程中，为了区分温度传感器检测体温所触发蜂鸣器发出响声和离子电泳递送药物完毕蜂鸣器发出的响声，设置了每秒响三次为测试者体温过高触发，每秒响一次为装置递送药物完毕触发。

19、优选的方案，所述柔性电路板还集成有控制按钮、复位按钮、led指示灯；所述控制按钮用于控制电路的开启，所述复位按钮用于使电路恢复至测试前状态；所述led指示灯用于显示电路开始工作。

20、在本发明中，柔性电路板中的控制按钮用于控制电路的开启，按下柔性电路板的控制按钮后，led指示灯开始闪烁，电路开始工作，如需要中途停止检测只需要按下复位按钮装置便停止工作。

21、优选的方案，所述柔性电路板中还设置有限流电阻，通过限流电阻控制离子电泳阴极与离子电泳阳极之间的电流≤0.25ma。为保证测量过程中人体安全，电路中需要有限流电阻，以确保离子电泳过程中的电流保持在0.25ma以下，对应于处于人体皮肤安全范围内的电流密度2.5μa/mm2。

22、本发明所提供的柔性电路板能可控、安全、智能化、可稳定的输出用于离子电泳所需的直流电压。

23、优选的方案，所述柔性电路板外部设置有保护外壳，所述保护外壳使用tpu材料3d打印，所述保护外壳中预留有控制按钮、复位按钮、led指示灯的位置，方便对装置进行按键操作和观察，并对装置起到保护作用。

24、优选的方案，所述水凝胶a与水凝胶b均为琼脂糖凝胶。

25、优选的方案，所述促排汗药物为匹罗卡品，所述匹罗卡品在水凝胶a中的质量分数为0.5-1％。

26、优选的方案，所述水凝胶a的制备过程为：将琼脂糖加入水中，获得琼脂糖溶液，再于琼脂糖溶液中加入ph缓冲液，获得混合液，于搅拌下加热获得琼脂糖溶胶，再将琼脂糖溶胶冷却至≤50℃后，加入匹罗卡平，获得含匹罗卡平的琼脂糖溶胶，最后将琼脂糖溶胶于模具中冷却即得水凝胶a。

27、进一步的优选，所述琼脂糖溶液中，琼脂糖的质量分数为3-4％。

28、进一步的优选，所述ph缓冲液为超纯水。在实际操作过程中，屈臣氏纯净水用作ph缓冲液

29、本发明一种具有促进人体主动排汗功能的汗液检测微流控装置的应用，将所述装置应用于检测人体汗液中生物标志物的生理指标。

30、原理与优势

31、本发明所提供的促进人体主动排汗的装置，通过柔性电路板施加电流使水凝胶中的促排汗药物经皮释放，从而促进人体出汗，并利用微流控芯片对汗液中的生理指标进行检测。本发明微流控芯片通过使用试纸吸收汗液的圆形区域进行汗液收集，收集的汗液经过毛细作用流向试纸的参比试纸的色素区、检测试纸的空白区。流经色素区后，色素会随着汗液一起继续流动，从而在参比试纸标定汗液在每条通道的汗液体积。当流经检测通道，汗液中的生物标志物会与检测试剂发生反应生成沉淀，沉淀物在检测试纸沉淀的长度对应着生物标志物的浓度。从而达到被检测人员不需要运动即可达到检测汗液中生理指标的目的。

32、本发明通过试纸距离法检测人体汗液中生物标志物的生理指标，当促汗装置工作完成后后可以提醒使用者的使用微流控装置进行汗液收集和检测，且该发明中的微流控芯片和水凝胶可以灵活更换。