[发明专利]一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置

说明书

本发明公开了一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置，方法包括：基于反向离子导入技术，采用制备好的金属网状电刺激贴片，对皮肤施加双极性脉冲，实现皮肤间质液的无创提取；搭建一基于氮掺杂石墨烯修饰的乳酸、氢离子、铵离子多通道传感电极；利用多通道传感电极，结合计时电流和开路电压的电化学检测，对提取的皮肤间质液进行检测；对检测结果进行分析判断，使用电刺激贴片进行肌肉的双极性脉冲局部电刺激。装置包括：微控制器、信号发生模块、信号采集模块、间质液提取单元、开路电压检测单元、计时电流检测单元、电刺激模块、电源管理模块、蓝牙模块，通过该装置实现间质液的提取、肌肉疲劳标志物的电化学检测和肌肉疲劳电刺激调控。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置。

背景技术

肌肉疲劳由许多不同的机制引起，例如：肌纤维内代谢物的积累、运动皮层中运动指令的不足等^[1]，相关的肌肉疲劳检测方法包括：最大肌肉产生力检测、肌电信号检测^[2]和血乳酸检测^[3]等，然而这些方法具有许多缺点。

其中，最大肌肉产生力检测装置体积大，只能进行单次的、不连续的检测，且需要肌肉剧烈收缩，可能对肌肉产生二次伤害，没有实际检测意义；肌电信号目前可以做到实时、连续、可穿戴的检测，但信号噪音大，肌肉疲劳检测不够准确，且存在个体差异性；血乳酸检测是临床上关于肌肉疲劳检测的较为可靠的方法，但其需要采血，具有有创、不连续、检测速度慢等缺点。对于肌肉疲劳检测来说，需要探索一种能够连续无创地提取人体体液，同时能够准确检测体液中的肌肉疲劳生物标志物的方法，实现肌肉疲劳的连续准确监测。

发明内容

本发明提供了一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法及装置，本发明针对肌肉疲劳，实现现阶段对肌肉疲劳的快速准确检测，在对肌肉疲劳标志物乳酸、氢离子、铵离子的检测结果进行智能分析后，综合判断肌肉疲劳程度，并对肌肉进行不同程度的电刺激调控，最终实现从肌肉疲劳的电化学检测到电刺激调控的闭环过程，详见下文描述：

一种电化学间质液提取肌肉疲劳检测与电调控方法，所述方法包括：

基于反向离子导入技术，采用制备好的金属网状电刺激贴片，对皮肤施加双极性脉冲，实现皮肤间质液的无创提取；

搭建一基于氮掺杂石墨烯修饰的乳酸、氢离子、铵离子多通道传感电极；

利用多通道传感电极，结合计时电流和开路电压的电化学检测，对提取的皮肤间质液进行检测；

对检测结果进行分析判断，使用电刺激贴片进行肌肉的双极性脉冲局部电刺激，达到肌肉疲劳的电调控效果。

其中，所述金属网状电刺激贴片的制备过程为：

利用印刷电路板在柔性聚酰亚胺基底上印刷一对相同的金属网状铜皮作为电刺激贴片，金属铜皮向外裸露，一堆铜皮之间有一定间隔；网状结构由数个大小一致、均匀排列的圆形孔洞形成；网状金属整体边缘呈圆角矩形，向外引出一条线型结构作为导线，延伸至贴片与电路板的接口处。

进一步地，所述皮肤间质液的无创提取过程为：

将电化学间质液提取肌肉疲劳检测装置紧贴于皮肤的合适位置上，使用间质液提取电刺激贴片对皮肤进行预提取处理；进行长时间的间质液提取与检测，根据人体阻抗的不同，设置大小为100～800μA/cm²的电流密度，提取时长约10～20分钟；通过圆形孔洞将皮肤间质液排出到超吸水性滤纸上。

其中，所述多通道传感电极为：

采用丝网印刷工艺在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上印刷工作电极和对电极为碳、参比电极为银/氯化银的三电极电化学传感器件，以及两个共用一个参比电极的工作电极为碳、参比电极为Ag/AgCl的两电极电化学传感器件；