当穿戴者有尿液时,尿液通过拉拉裤.训练裤.学步裤的表面到达内部生物传感器的位置;在检测装置的作用下,尿液中的疾病标志物与传感器电极上固定的各种酶发生氧化还原反应,发生电子转移,形成微弱的电信号;下一步,检测装置电信号。模拟小信号通过模数转换器转换为数字信号,处理器计算为相应的葡萄糖或尿酸浓度。检测结果可通过无线通信模块传输到智能手机应用程序,实现智能终端数据的显示和本地存储。此外,智能手机应用程序还可以将测试结果上传到服务器端,实现测试数据的长期存储和在线查看。这就是智能拉拉裤系统的主要流程,接下来就轮到检测了。
电化学检测方法因其操作简单、成本低、检测速度快、灵敏度高而广泛应用于检测目标检测对象的浓度或相关电化学特性。该系统需要控制成本和可穿戴性,电化学检测方法已广泛应用于医学检测、环境监测、食品安全等可穿戴研究中。
常用的电化学检测方法有计时电流法和循环伏安法。在此期间,由于电压施加在相应的电极上,会促进电极表面固定酶或其他电活性物质和目标氧化还原反应,系统利用该方法测量葡萄糖或尿酸浓度。循环伏安法则表现为电压随时间均匀增加或减小。初始电压在Ti时间点为VO,根据一定的增长率增加到VL,然后以相同的速度减少到VO。它的增加和减少时间相同,作为三角波电压在电极上反复作用。该方法常用于检测目标物浓度,确定电极的氧化还原电位,分析电极的反应性质。
基于上述三个电极系统的电化学测试方法,探讨了葡萄糖和尿酸的检测原理。自从葡萄糖氧化酶第一次用于血糖检测以来,酶传感器已成为半个世纪各学者的研究重点,并引起了各领域的广泛关注。该方法检测速度快,特异性高,制作简单。本文采用了第二代酶生物传感器,其特点是通过专业信号采集器分析由此产生的弱电流信号,加入电子媒介和两者之间的电子转移速度,实现酶活性中心与工作电极之间的电子转移。由于葡萄糖氧化酶对葡萄糖具有高度的特异性,本文选择了该酶来检测尿液中的葡萄糖。
葡萄糖在葡萄糖氧化酶和外部激励电压的作用下产生葡萄糖酸内酯和还原葡萄糖氧化酶。同时电子媒介体将被氧化并释放电子,电子的数量则与葡萄糖浓度有关浓度越高,产生的电子则越多。系统中的检测装置实现计时电流法,反应产生的电流计算为葡萄糖浓度。
文章阐述了电化学检测中用到的三电极体系和常用检测方法,并在此基础上介绍了葡萄糖和尿酸的电化学检测原理,为后续传感器、系统硬件电路和软件的详细设计奠定了理论基础。也为智能拉拉裤、训练裤、学步裤的实现提供了参考。
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