汗液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法..pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011304958.1(22)申请日 2020.11.19(71)申请人 中国科学院空天信息创新研究院地址 100190 北京市海淀区北四环西路19号 申请人 中国人民解放军空军特色医学中心北京航空航天大学(72)发明人 刘春秀方震薛宁蔡浩原林凯樊凤艳王若永常凌乾王杨(74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任公司 11021代理人 鄢功军(51)Int.Cl.A61B 10/00(2006.01)A61B 5/00(2006.01)A61M 37/00(2006.01)A6

2、1N 1/04(2006.01)(54)发明名称汗液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法(57)摘要一种汗液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法，该汗液促排装置包括基材支撑层和设置在基材支撑层上的工作电极和对电极，其中，所述对作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第一凝胶层；所述工作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第二凝胶层。本发明采用了电渗/反电渗双重作用的双电极体系：通过电渗将促排药物渗入皮肤；在不利于排汗的情况下，可采用反离子电渗将离子和小分子蛋白等促排出皮肤；药物和低电压促排实现多种离子、多肽和小分子蛋白的提取。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 11

3、2386289 A2021.02.23CN 112386289 A1.一种汗液促排装置，其特征在于，包括基材支撑层和设置在基材支撑层上的工作电极和对电极，其中，所述对作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第一凝胶层；所述工作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第二凝胶层。2.根据权利要求1所述的汗液促排装置，其特征在于，所述第一凝胶层采用的材料包括聚乙烯醇水凝胶、聚氧化乙烯水凝胶中的至少一种；所述第二凝胶层材料中包括离子促排剂以及还包括聚乙烯醇水凝胶、聚氧化乙烯水凝胶中的至少一种。3.根据权利要求1所述的汗液促排装置，其特征在于，所述工作电极和对电极为一次性电极。4.根

4、据权利要求1所述的汗液促排装置，其特征在于，所述工作电极的形状包括圆形或者方形；所述对电极的形状包括圆形或者方形。5.根据权利要求1所述的汗液促排装置，其特征在于，所述的汗液促排装置还包括固定单元；所述固定单元呈表带状。6.根据权利要求1所述的汗液促排装置，其特征在于，所述的汗液促排装置还包括促排电路单元；所述工作电极和对电极与促排电路单元均连接。7.一种汗液收集系统，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的汗液促排装置。8.根据权利要求7所述的汗液收集系统，其特征在于，还包括负压汗液收集保存装置；其中，所述负压汗液收集保存装置包括收集器、负压球囊和封盖；所述负压球囊通过密封管与收集器连接

5、。9.一种汗液收集方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的汗液促排装置或如权利要求7或8所述的汗液收集系统；其中，所述汗液促排装置的电渗电压为0.2至2V。10.根据权利要求9所述的汗液收集方法，其特征在于，所述汗液促排装置的促渗时间为1至20分钟。权利要求书1/1 页2CN 112386289 A2汗液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法技术领域0001本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种汗液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法。背景技术0002人体汗液中富含大量潜在的与健康和疾病相关的标志物，相比较常规的血液和尿液检测，其具有非侵入和实时连续监测等优势，因此可穿戴汗液传感器的研

6、究成为可穿戴健康电子设备领域发展的重点之一。0003汗液检测能实时监测人体的电解质平衡状况，提前预警，提醒人体补充电解质。钾离子的流失会影响心脏跳动，钠离子的流失会导致疲劳、肌肉痉挛，影响运动发挥。钙是人体代谢的重要组成部分，pH值对潜在疾病的诊断至关重要；乳酸含量能够监控用户的运动量及新陈代谢状况，从而对运动状态进行调整，使得训练方式变得更为有效，乳酸是疲劳的标志物质之一；压力状态下身体需要激素物质皮质醇来维持正常生理机能，如果没有皮质醇，身体将无法对压力作出有效反应。汗液中离子、乳酸浓度相对较高，其它小分子代谢物(激素、氨基酸、多肽)浓度相对较低，而小分子量蛋白质的汗液分泌浓度极低，由于汗

7、液中蛋白浓度很低，需要较长时间的收集和富集，这些检测都没有实现快速及时的检测，因此需要特殊的促渗和取样装置。0004此外，久坐不动的健康个体不易出汗，汗量需求和原位分析限制了汗液的获取和检测。设计离子导入和促渗方案，是克服这一障碍的一个极好的解决方法。可穿戴传感器通过离子导入局部刺激出汗，这使得不需要运动就可以获得汗液，非常适合在久坐的情况下和凉爽环境中进行汗液的收集和检测。需要局部电流应用的微电流电极，在这些电极上的水凝胶包含一种诱导出汗的药物，这种药物是由电流驱动渗透进入皮肤。刺激附近的汗腺分泌汗液，汗液可以用来检测待测物的水平。发明内容0005有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种汗

8、液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。0006为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种汗液促排装置，包括基材支撑层和设置在基材支撑层上的工作电极和对电极，其中，0007所述对作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第一凝胶层；0008所述工作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第二凝胶层。0009作为本发明的另一个方面，还提供了一种汗液收集系统，包括如上所述的汗液促排装置。0010作为本发明的又一个方面，还提供了一种汗液收集方法，采用如上所述的汗液促排装置或如上所述的汗液收集系统；0011其中，所述汗液促排装置的电渗

9、电压为0.2至2V。说明书1/4 页3CN 112386289 A30012基于上述技术方案可知，本发明的汗液促排装置、汗液收集系统及汗液收集方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：00131、本发明采用了电渗/反电渗双重作用的双电极体系：通过电渗将促排药物渗入皮肤；在不利于排汗的情况下，可采用反离子电渗将离子和小分子蛋白等促排出皮肤；药物和低电压促排实现多种离子、多肽和小分子蛋白的提取；00142、将汗液促排装置和汗液收集装置联合应用，进行汗液的负压收集、密封保存；00153、汗液收集系统可与穿戴式柔性汗液检测传感器系统配合使用。附图说明0016通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的

10、其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。0017图1为本发明实施例中汗液促排装置的结构示意图；0018图2为本发明实施例中工作电极和对电极的剖面结构示意图；0019图3为本发明实施例中汗液负压收集装置的结构示意图。0020附图标记说明：00211-工作电极；2-对电极；3-基材支撑层；4-导电层；5-第一凝胶层；6-第二凝胶层；7-固定单元；8-预留孔；9-收集器；10-负压球囊；11-封盖。具体实施方式0022以下，将参照附图及实施例对本发明进行详细描述，以辅助本领域技术成员充分地理解本发明的目的、特征和效果。附图中展示了本发明的示例性实施方式，但应当理解，本申请中还能以其他

11、各种形式实现，不应被此处阐述的实施方式所限制。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。另外，本发明以下提供的各个实施例以及实施例中的技术特征可以以任意方式相互组合。0023在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化

12、或过于刻板的方式来解释。0024本发明公开了一种汗液促排装置，包括基材支撑层和设置在基材支撑层上的工作电极和对电极，其中，0025所述对作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第一凝胶层；0026所述工作电极包括依次自下而上设置在基材支撑层上的导电层和第二凝胶层。0027在本发明的一些实施例中，所述第一凝胶层采用的材料包括聚乙烯醇水凝胶、聚氧化乙烯水凝胶中的至少一种；0028在本发明的一些实施例中，所述第二凝胶层材料中包括离子促排剂以及还包括聚乙烯醇水凝胶、聚氧化乙烯水凝胶中的至少一种。0029在本发明的一些实施例中，所述工作电极和对电极为一次性电极。说明书2/4 页4CN 1123

13、86289 A40030在本发明的一些实施例中，所述工作电极的形状包括圆形或者方形；0031在本发明的一些实施例中，所述对电极的形状包括圆形或者方形。0032在本发明的一些实施例中，所述的汗液促排装置还包括固定单元；0033在本发明的一些实施例中，所述固定单元呈表带状。0034在本发明的一些实施例中，所述的汗液促排装置还包括促排电路单元；0035在本发明的一些实施例中，所述工作电极和对电极与促排电路单元均连接。0036本发明还公开了一种汗液收集系统，包括如上所述的汗液促排装置。0037在本发明的一些实施例中，还包括负压汗液收集保存装置；0038在本发明的一些实施例中，所述负压汗液收集保存装置包

14、括收集器、负压球囊和封盖；0039在本发明的一些实施例中，所述负压球囊通过密封管与收集器连接。0040本发明还公开了一种汗液收集方法，采用如上所述的汗液促排装置或如上所述的汗液收集系统。0041在本发明的一些实施例中，所述汗液促排装置的电渗电压为0.2至2V。例如为0.2V、0.5V、0.8V、1V、1.5V、2V。0042在本发明的一些实施例中，所述汗液促排装置的促渗时间为1至20分钟，例如为1分钟、5分钟、8分钟、10分钟、12分钟、15分钟、20分钟。0043以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不

15、限于此。0044本发明提出了一种由多层材料制备的汗液促排装置和负压汗液保存装置构成的汗液收集系统，可用于皮肤汗液的促排、收集和保存，为人体体征、状态和机能观测提供数据指导和参考。0045汗液促排装置和负压汗液保存装置可以配合使用，也可以单独应用，装置操作简便，易于保存和携带。0046通过汗液促排装置的电渗作用可实现皮肤离子的持续释放，并可配合负压汗液保存装置进行有效收集，减少汗液挥发，密封保存后，便于后期的多种仪器的对比检测。对于汗液中蛋白、离子等多种物质的高精度检测提供支持，利于人体信息的整体判断。在特殊疾病的检测、慢性病人的健康监测等方面具有广阔的应用前景。0047(一)汗液促排装置004

16、8如图1-2所示，汗液促排装置由一次性电极、低电压促排电路单元和固定单元8组成。一次性电极包括对电极1和工作电极2，对电极1和工作电极2设置在基材支撑层3，对电极1包括电极层4和第一凝胶层5；工作电极2上包括的电极层4和第二凝胶层6。0049对电极1和工作电极2可采用一次性电极，避免多次使用造成的可能的交叉污染。电极基材可以是塑料基材或者纸质基材。采用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技术金属蒸镀、光刻或者印刷技术进行电极的制备，包括工作电极、对/参比电极。0050其中，第一凝胶层5为普通凝胶层，第二凝胶层6为电渗凝胶层。第一凝胶层5的凝胶材

17、料可选择水凝胶、高分子交联导电凝胶等。具体地，第一凝胶层5采用的材料可以是聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)水凝胶、聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide)，PEO)水凝说明书3/4 页5CN 112386289 A5胶或者混合水凝胶。0051工作电极1的第二凝胶层6为在第一凝胶层5中加入离子促排剂，如匹鲁卡品等，加入量小于0.1w/w，以达到在非运动状态下人体汗液的渗出和收集。通过电渗电极(即工作电极1)上的低电压电渗作用，将微量促排剂通过皮肤上的毛孔导入皮肤表层内，然后电渗电极停止电渗作用。0052第一凝胶层5和第二凝胶层6可以预先固定到电极上，也可以制备成

18、与电极大小相当的一次性贴片，使用前贴敷到电极表面。0053对电极1和工作电极2可以是圆形或者方形等，可以将之放置在手臂或腿上进行促渗电导入刺激。固定单元8的结构呈表带状，方便固定在人体上。0054汗液促排装置主要分为促排电极阵列的制作和促排电路单元两部分。其中促排电极阵列的制备主要包括电极阵列的制作、促排凝胶层制备和封装三部分。首先是电极阵列的制作，因为避免交叉感染，选择一次性使用电极，为了降低成本，采用丝网印刷电极，采用导电碳浆进行电极印刷，选用国产优质高导电性能碳浆做为导线和电极在塑料基材上进行小批量印刷制备，电极形状和大小进行模拟进行优化和绘制定型，碳浆电极印刷完成后烤制干燥后备用；然后

19、进行促排凝胶层的固定和修饰，采用聚乙烯醇水溶胶或聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide)，PEO)水凝胶做为修饰层固定在电极上，水凝胶制备过程中可加入0.050.2w/w匹鲁卡品等促排剂用来刺激皮肤汗腺分泌离子。修饰完成后的电极进行干燥处理后，单独密封备用。0055促排电路单元中的电渗电路采用实验室自制常规电路板，电渗控制程序：将电渗电压控制在0.22V范围之间；促渗时间控制在120分钟。0056(二)负压汗液保存装置0057如图3所示，负压汗液保存装置包括收集器9、负压球囊10和封盖11。收集器9在手臂上固定好后，通过负压球囊10进行低负压处理，利于汗液的收集和收集器9的固定，收

20、集1060分钟，将收集器9的封盖11封好，冷藏放置。0058采用一次成型的方法制备出收集器9和配套的封盖11。负压球囊10和与之配套连接的密封管通过胶黏剂同定连接在收集器9预留的预留孔8上。在收集器9放置前，压缩球囊，收集器9放置固定好后，球囊放开，在收集盒和皮肤之间形成负压，既利于汗液排出收集，也防止汗液的挥发。0059收集器9中可以放置无菌纱布或者采用螺旋管的吸收单元，利于汗液吸收，但由于纱布会将汗液中的蛋白或者多肽分子吸附后难以脱离，因此，只能用于汗液离子收集和检测，用于蛋白检测的收集盒中不放置具有吸附作用的纱布或者滤纸等。0060需要说明的是，尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并

21、描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。0061特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。所有这些组合和/或结合均在本发明的保护范围。因此，本发明的范围不仅由所附权利要求来进行确定，还应由所附权利要求的等同物来进行限定。说明书4/4 页6CN 112386289 A6图1图2说明书附图1/2 页7CN 112386289 A7图3说明书附图2/2 页8CN 112386289 A8