[发明专利]一种提升可穿戴可拉伸电化学传感器检测性能的设计方法

说明书

本发明公开一种提升可穿戴可拉伸电化学传感器检测性能的设计方法，所述方法包括步骤：使用正交化试验设计取得设计参数矩阵内插组合，通过电化学实验得到WSES在不同拉伸强度下的性能指标；建立与每个性能指标对应的非线性回归模型；使用多目标优化方法同时搜索性能指标的Pareto非支配最优解，获得WSES设计结果；根据所述WSES设计结果对所述可穿戴可拉伸电化学传感器进行优化设计。本发明提供的设计方法能够兼顾其它设计参数和拉伸强度之间的关系，使得处于非支配地位的最优个体们能够充分反映不同拉伸强度对WSES性能的影响，保证了在不同拉伸强度下的性能最优，这解决了现有WSES设计方法对拉伸强度的鲁棒性不足问题。

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域，尤其涉及一种提升可穿戴可拉伸电化学传感器检测性能的设计方法。

背景技术

近年来，可穿戴电化学传感器(Wearable Electrochemical Sensor，WES)备受关注并且取得长足发展。包含了丰富临床相关生物标志物的汗液是最适合于连续监测的生物体液之一，传统的丝网印刷电极(Screen-Printed Electrode,SPE)汗液传感器基于纺织物衬底，限制了皮肤可检测的区域，对纺织物材料种类的选取也有着较为苛刻的要求，这两种因素会极大地影响汗液检测性能，限制了传感器的灵活性。耐用性和稳定性是另外两种挑战，因而基于聚合物(Polymeric)衬底成为WES新的研究。最新的技术之一是使用三维中空结构的氧化石墨烯-碳纳米管(3D Reduced Graphene Oxide-Carbon Nanotube,3D rGO-CNT)，它的优点在于：1、由于它具有较大的表面积，所以能增强传感器的电荷传输能力，进而加快传感器的反应速度，增强传感器的整体性能。2、它的疏水特性(Hydrophobicity)进一步增强了传感器的长期稳定性。3、使用特定的离子载体(Ionophore)作为离子选择性膜(Ion Selective Membrane,ISM)能让只有目标离子通过同时隔绝其它干扰离子，可以进一步提高传感器的灵敏度、检测范围和可靠性。

由于采用新的衬底可以承受更大范围的拉伸程度，新的汗液传感器设计进一步发展为可穿戴可拉伸电化学传感器(Wearable and Stretchable Electrochemical Sensor，WSES)。整体设计难度大为增加，由于不同拉伸程度的引入，即使固定了传感器的各设计参数，也会导致传感器性能的较大波动，因而设计工程师很难发现最优或者接近最优的设计方案。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提升可穿戴可拉伸电化学传感器检测性能的设计方法，旨在解决现有WSES设计方法对拉伸强度的鲁棒性不足的问题。

本发明的技术方案如下：

一种提升可穿戴可拉伸电化学传感器检测性能的设计方法，其中，包括步骤：

使用正交化试验设计取得设计参数矩阵内插组合，通过电化学实验得到WSES在不同拉伸强度下的性能指标；

根据所述性能指标建立与每个性能指标对应的非线性回归模型；

使用多目标优化方法同时搜索性能指标的Pareto非支配最优解，获得WSES设计结果；

根据所述WSES设计结果对所述可穿戴可拉伸电化学传感器进行优化设计。

所述提升可穿戴可拉伸电化学传感器检测性能的设计方法，其中，所述使用正交化试验设计取得离散程度可变、泛化能力更强的设计参数矩阵内插组合，通过电化学实验得到WSES在不同拉伸强度下的性能指标的步骤包括：