本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)分析與傳感監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種尿液無線監(jiān)測系統(tǒng)及尿液監(jiān)測方法，用于尿液無線遠程警報及其中尿糖與藥代物等代謝產(chǎn)物含量的自動傳感分析和實時監(jiān)測。

背景技術(shù)：

患者的尿液警報及尿液中代謝物分析無論在大型醫(yī)療研究中心、各種醫(yī)院的臨床實驗室，還是小型醫(yī)生辦公室都具有重要的實用價值，特別是，通過分析尿液中各種不同代謝標志物（含藥代物）能為疾病的診斷與進展監(jiān)控提供重要的醫(yī)學(xué)信息。例如，尿液中葡萄糖和酮體的化學(xué)測試是針對糖尿病的診斷；尿液中的蛋白質(zhì)和或隱血的陽性測試表示腎臟受損；膽紅素和尿膽原測試提供肝功能的線索；間接測試包括尿液中亞硝酸鹽和白細胞酯酶可檢測尿道感染；當 pH 和比重的測試與其他分析物反應(yīng)結(jié)合時，可提供有用信息；尿沉渣顯微鏡檢查中的細胞和管型，為疾病的診斷提供有用的數(shù)據(jù)信息；微量蛋白陽性測試表示病人需要更嚴格的節(jié)食和治療控制，以推遲或避免腎疾病晚期。還有其他尿液測試，如人類絨毛膜促性腺激素來檢驗婦女是否懷孕；這些尿液測試也能篩選出無癥狀疾病，陰性或者正常結(jié)果表示檢驗結(jié)果良好，陰性數(shù)值或正常結(jié)果通常作為效果分析的標準。

特別是，尿液中尿糖以及藥物代謝產(chǎn)物可作為檢測疾病治療效果或病程進展的標志物，其測試對于監(jiān)測相關(guān)疾病具有重要意義。例如，糖尿病病人尿液中葡萄糖含量測試，可反映出口服的降血糖藥物或注射的胰島素的劑量與療效；多巴胺為神經(jīng)遞質(zhì)，對神經(jīng)系統(tǒng)功能有重要生理作用，尿液中多巴胺含量與神經(jīng)系統(tǒng)功能有關(guān),超過標準值見于精神錯亂、恐懼、幻覺、惡心、嘔吐、晚期腎病，低于標準值見于帕金森?。凰肆旨捌溲苌镌陬A(yù)防和治療老年性癡呆過程中起重要作用，通過尿液中他克林含量的監(jiān)測，可及時獲知相關(guān)疾病的治療效果；尿液中肌酸酐的濃度是診斷腎功能障礙、甲狀腺疾病、肌肉損傷的指標；尿液中血清素含量是抑郁癥和精神焦慮癥的診斷和藥物治療效果標志物。

現(xiàn)階段國內(nèi)外對于失能患者的尿液警報和尿糖與常見藥代產(chǎn)物（如多巴胺、肌酐酸、尿酸、血清素和他克林）分析情況是，尿液警報大多采用濕度傳感器，容易存在誤報和漏報現(xiàn)象，而尿糖與藥代物等尿液代謝物分析大多采用現(xiàn)場收集樣品，然后到實驗室進行集中分析，檢測過程復(fù)雜，時間長，不能實現(xiàn)實時現(xiàn)場分析。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，特別是針對傳統(tǒng)尿液警報及其中尿糖與藥代物等代謝物檢測中存在的問題，本發(fā)明提供一種尿液無線監(jiān)測系統(tǒng)及尿液監(jiān)測方法。

其技術(shù)方案為，借助石墨烯導(dǎo)線打印技術(shù)，將探頭直接打印于特定尿布區(qū)域，用以結(jié)合可穿戴的便攜式信號微處理器、信號放大電路、以及無線信號傳輸裝置，實現(xiàn)對尿液無線遠程警報及其中尿糖和常見藥代產(chǎn)物含量的同時自動傳感分析和實時監(jiān)測。

一種尿液無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括尿褲、遠程監(jiān)測端，所述尿褲包括依次設(shè)置的內(nèi)層、吸水層、芯體層、吸收層及表層，內(nèi)層為透水層，表層為不透水層，芯體層由高分子吸水樹脂組成，所述吸水層與內(nèi)層之間設(shè)置有叉指形狀的電極探頭，且電極探頭設(shè)置在尿褲中部區(qū)域，所述電極探頭與中央模塊電連接，所述中央模塊設(shè)置在所述芯體層內(nèi)；

所述中央模塊包括分析模塊，所述電極探頭與分析模塊連接，構(gòu)成數(shù)據(jù)通道，所述分析模塊連接無線傳輸模塊，分析模塊用于分析所述電極探頭向其傳送的電信號，所述中央模塊還包括供電模塊，所述供電模塊給分析模塊及無線傳輸模塊供電；

所述電極探頭及連接用的導(dǎo)線均由石墨烯打印而成；

中央模塊通過無線傳輸模塊與所述遠程監(jiān)測端無線連接。

優(yōu)選為，所述電極探頭及連接用的導(dǎo)線均為石墨烯打印而成的柔性電路；通過信號放大電路將電極探頭獲取的電化學(xué)信號傳遞給分析模塊。

優(yōu)選為，所述電極探頭使用的打印材料為石墨烯添加中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺導(dǎo)電聚合物為敏感材料。利用探頭表面導(dǎo)電性中空聚合物敏感材料對尿液的吸水保濕作用，實現(xiàn)對尿液的長時間警報，并能根據(jù)不同尿量給出不同強度的警報信號。打印電極探頭材料是石墨烯摻雜的帶負電聚丙烯酸和帶正電聚丙烯酰胺的中空聚合物敏感材料，制得的這些導(dǎo)電聚合物能對尿液及其中帶相反電荷的特定藥代標志物進行高選擇性吸附與富集。

優(yōu)選為，所述分析模塊為便攜式電化學(xué)微處理器。將制得的電極探頭直接打印于尿布上，進而與具有電化學(xué)分析功能且可穿戴的便攜式信號微處理器和信號放大電路以及無線發(fā)射器相結(jié)合，由石墨烯噴墨打印柔性電子線路連接，實現(xiàn)對電化學(xué)信號的放大處理、結(jié)果比對以及信號的無線遠程傳遞。

優(yōu)選為，所述中央模塊上設(shè)置開關(guān)，所述開關(guān)朝向所述尿褲的外側(cè)。

優(yōu)選為，所述遠程監(jiān)測端具有無線信號接收功能。

一方面，采用石墨烯噴墨打印技術(shù)在尿布吸水層朝向內(nèi)層的一側(cè)打印出信號輸出導(dǎo)線，同時，以石墨烯摻雜的中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺導(dǎo)電聚合物為敏感材料，在特定尿布吸水區(qū)打印叉指形狀的電極探頭，用以吸附尿液及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物；另一方面，通過石墨烯導(dǎo)線將電極探頭與便攜式電化學(xué)微處理器相連接，產(chǎn)生并處理特定電化學(xué)信號，進而利用信號放大電路對產(chǎn)生的電信號進行放大和濾波，并利用微處理器的數(shù)據(jù)比對分析和儲存功能，自動得出尿量及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物的定性與定量結(jié)果；最后，借助無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果通過Wi-Fi遠程傳遞到手機、電腦、平板電腦等具有無線信號接收功能的電子設(shè)備及顯示設(shè)備客戶端。

以尿褲為檢測平臺運行，檢測分析目標物包括尿液及其中尿糖、多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林等多種代謝物與藥代物。

本發(fā)明的無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)主要用于尿液警報及其中疾病標志物與藥代物的醫(yī)學(xué)監(jiān)測與藥物療效的考察，幫助醫(yī)務(wù)人員與家屬及時獲取對失能患者的尿液警報以及臨床疾病診斷、進展狀況、藥效考察等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

一種尿液監(jiān)測方法：

步驟一，采用石墨烯噴墨在尿褲兩側(cè)打印出信號輸出導(dǎo)線，在尿褲吸水層上打印叉指形狀的電極探頭。

采用石墨烯噴墨在尿布特定區(qū)域（如兩側(cè)）打印出信號輸出導(dǎo)線，同時，以石墨烯摻雜的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺聚合物為導(dǎo)電性敏感材料，在尿布吸水區(qū)打印叉指形狀的電極探頭，用以吸附尿液及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物（例如多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林）。

步驟二，通過打印的石墨烯柔性電線將電極探頭與具有電化學(xué)分析功能且可穿戴的便攜式電化學(xué)微處理器相連接，進而產(chǎn)生、區(qū)分和處理特定的電化學(xué)信號。

步驟三，利用信號放大電路對產(chǎn)生的電化學(xué)信號進行放大和濾波，以及利用微處理器的數(shù)據(jù)比對分析和儲存功能，自動得出尿量警報及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物的定性與定量結(jié)果。

步驟四，借助無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給具有無線接收功能的客戶端設(shè)備。

即借助無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果通過Wi-Fi或電訊系統(tǒng)將信號遠程傳遞到手機、電腦、平板電腦等具有無線信號接收功能的電子設(shè)備及顯示設(shè)備客戶端。

本發(fā)明工作時，當有尿液接觸電極探頭時，電極探頭將電信號傳輸給化學(xué)分析模塊，然后化學(xué)分析模塊將結(jié)果通過無線傳輸模塊輸出至遠程監(jiān)測客戶端。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：本系統(tǒng)將電化學(xué)電極探頭的定量測量技術(shù)與無線電信號遠程輸出技術(shù)聯(lián)用，所制作的電極探頭采用石墨烯摻雜的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺聚合物敏感材料，制得的導(dǎo)電性中空聚合物不僅能對尿液起到吸水保濕的作用，達到長時間尿液警報，而且本身帶有正電或負電，能夠?qū)δ蛞褐袔喾措姾傻奶囟酥疚镞M行選擇性吸附富集，經(jīng)直接打印于特定尿布區(qū)域，用以結(jié)合便攜式微處理器與信號放大以及無線傳輸裝置與客戶端，實現(xiàn)對尿液無線遠程警報及其中尿糖與常見藥代產(chǎn)物含量的多組分同時傳感分析，極大地縮短了分析測試的時間，并實現(xiàn)了真正意義上的實時監(jiān)測；同時，檢測電極探頭的制備過程采用先進的噴墨打印的電極制備技術(shù)，易于實現(xiàn)批量制作，成本低廉，并方便打印于可穿戴的尿布上，避免了傳統(tǒng)電線布置和昂貴的器件安插與耗時的生物化學(xué)信號監(jiān)測流程，可直接實現(xiàn)對尿液的無線遠程警報及其中尿糖和常見藥代產(chǎn)物的同時傳感分析和實時監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的A局部放大圖。

圖3為本發(fā)明實施例的原理模塊圖。

圖4為同樣量的尿液、水、PBS（汗液成分）的電化學(xué)響應(yīng)信號比較圖。

圖5為尿糖的電化學(xué)響應(yīng)信號圖。

圖6為多巴胺的電化學(xué)響應(yīng)信號圖。

圖7為肌酸酐的電化學(xué)響應(yīng)信號圖。

圖8為血清素的電化學(xué)響應(yīng)信號圖。

圖9為他克林的電化學(xué)響應(yīng)信號圖。

圖10為多巴胺、肌酸酐、血清素和他克林的同時檢測的電化學(xué)響應(yīng)信號圖。

其中，附圖標記為：1、尿褲；2、電極探頭。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。當然，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

參見圖1至圖3，本發(fā)明提供一種尿液無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括尿褲1、遠程監(jiān)測端，所述尿褲1包括依次設(shè)置的內(nèi)層、吸水層、芯體層、吸收層及表層，內(nèi)層為透水層，表層為不透水層，芯體層由高分子吸水樹脂組成，所述吸水層與內(nèi)層之間設(shè)置有叉指形狀的電極探頭2，且電極探頭2設(shè)置在尿褲中部區(qū)域，所述電極探頭2與中央模塊電連接，所述中央模塊設(shè)置在所述芯體層內(nèi)；

所述中央模塊包括分析模塊，所述電極探頭2與分析模塊連接，構(gòu)成數(shù)據(jù)通道，所述分析模塊連接無線傳輸模塊，分析模塊用于分析所述電極探頭向其傳送的電信號，所述中央模塊還包括供電模塊，所述供電模塊給分析模塊及無線傳輸模塊供電；

所述電極探頭2及連接用的導(dǎo)線均由石墨烯打印而成；

中央模塊通過無線傳輸模塊與所述遠程監(jiān)測端無線連接。

所述電極探頭2及連接用的導(dǎo)線均為石墨烯打印而成的柔性電路；通過信號放大電路將電極探頭獲取的電化學(xué)信號傳遞給分析模塊。

所述電極探頭2使用的打印材料為石墨烯添加中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺導(dǎo)電聚合物為敏感材料。利用電極探頭2表面導(dǎo)電性中空聚合物敏感材料對尿液的吸水保濕作用，實現(xiàn)對尿液的長時間警報，并能根據(jù)不同尿量給出不同強度的警報信號。打印電極探頭2材料是石墨烯摻雜的帶負電聚丙烯酸和帶正電聚丙烯酰胺的中空聚合物敏感材料，制得的這些導(dǎo)電聚合物能對尿液及其中帶相反電荷的特定藥代標志物進行高選擇性吸附與富集。

所述分析模塊為便攜式電化學(xué)微處理器。將制得的電極探頭2直接打印于尿褲上，進而與具有電化學(xué)分析功能且可穿戴的便攜式信號微處理器和信號放大電路以及無線發(fā)射器相結(jié)合，由石墨烯噴墨打印柔性電子線路連接，實現(xiàn)對電化學(xué)信號的放大處理、結(jié)果比對以及信號的無線遠程傳遞。

電化學(xué)微處理器可采用微型電化學(xué)分析儀。

所述中央模塊上設(shè)置開關(guān)，所述開關(guān)朝向所述尿褲的外側(cè)。

所述遠程監(jiān)測端具有無線信號接收功能。

一方面，采用石墨烯噴墨打印技術(shù)在尿布吸水層朝向內(nèi)層的一側(cè)打印出信號輸出導(dǎo)線，同時，以石墨烯摻雜的中空聚丙烯酸和聚丙烯酰胺導(dǎo)電聚合物為敏感材料，在特定尿布吸水區(qū)打印叉指形狀的電極探頭，用以吸附尿液及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物；另一方面，通過石墨烯導(dǎo)線將電極探頭與便攜式電化學(xué)微處理器相連接，產(chǎn)生并處理特定電化學(xué)信號，進而利用信號放大電路對產(chǎn)生的電信號進行放大和濾波，并利用微處理器的數(shù)據(jù)比對分析和儲存功能，自動得出尿量及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物的定性與定量結(jié)果；最后，借助無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果通過Wi-Fi遠程傳遞到手機、電腦、平板電腦等具有無線信號接收功能的電子設(shè)備及顯示設(shè)備客戶端。

以尿褲為檢測平臺運行，檢測分析目標物包括尿液及其中尿糖、多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林等多種代謝物與藥代物。

本發(fā)明的無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)主要用于尿液警報及其中疾病標志物與藥代物的醫(yī)學(xué)監(jiān)測與藥物療效的考察，幫助醫(yī)務(wù)人員與家屬及時獲取對失能患者的尿液警報以及臨床疾病診斷、進展狀況、藥效考察等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

一種尿液監(jiān)測方法：

步驟一，采用石墨烯噴墨在尿褲兩側(cè)打印出信號輸出導(dǎo)線，在尿褲吸水層上打印叉指形狀的電極探頭。

采用石墨烯噴墨在尿布的兩側(cè)打印出信號輸出導(dǎo)線，同時，以石墨烯摻雜的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺聚合物為導(dǎo)電性敏感材料，在尿布吸水區(qū)打印叉指形狀的電極探頭，用以吸附尿液及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物（例如多巴胺、肌酸酐、尿酸、血清素和他克林）。

步驟二，通過打印的石墨烯柔性電線將電極探頭與具有電化學(xué)分析功能且可穿戴的便攜式電化學(xué)微處理器相連接，進而產(chǎn)生、區(qū)分和處理特定的電化學(xué)信號。

步驟三，利用信號放大電路對產(chǎn)生的電化學(xué)信號進行放大和濾波，以及利用微處理器的數(shù)據(jù)比對分析和儲存功能，自動得出尿量警報及其中尿糖和相關(guān)藥代標志物的定性與定量結(jié)果。

步驟四，借助無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給具有無線接收功能的客戶端設(shè)備。

即借助無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)結(jié)果通過Wi-Fi或電訊系統(tǒng)將信號遠程傳遞到手機、電腦、平板電腦等具有無線信號接收功能的電子設(shè)備及顯示設(shè)備客戶端。

通過采用該系統(tǒng)對尿液、水、PBS（汗液成分）的電化學(xué)響應(yīng)信號比較，以及對尿液中部分目標物（葡萄糖、多巴胺、肌酸酐、血清素、和他克林）分別測定和同時測，并對檢測數(shù)據(jù)進行收集和結(jié)果處理，得到尿糖和各藥代物的檢測范圍，結(jié)果如下：

試驗一，將尿褲固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，分別滴加1.0毫升同樣體積的尿樣，PBS (汗液成分) 和水到尿布的檢測區(qū)域進行測試。同時，打開手機客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖4所示，系統(tǒng)對尿液響應(yīng)信號最大，可明顯區(qū)分尿液和汗液與水。

試驗二，選取處理好的尿樣，采用標準加入法分別加入不同濃度的葡萄糖，配置成一系列濃度梯度（0-2.5 mg/mL）的待測樣。將裝有傳感器件的尿布固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，依次將不同濃度的待測樣滴到尿布的檢測區(qū)域，進行測試。同時，打開手機客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖5所示，檢測的尿糖的線性范圍為0.05-2.0mg/mL。

試驗三，選取處理好的尿樣，采用標準加入法分別加入不同濃度的多巴胺，配置成一系列濃度梯度（0-200 ng/mL）的待測樣。將裝有傳感器件的尿布固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，依次將不同濃度的待測樣滴到尿布的檢測區(qū)域，進行測試。同時，打開手機客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖6所示，多巴胺的線性范圍為0.5-100 ng/mL。

試驗四，選取處理好的尿樣，采用標準加入法分別加入不同濃度的肌酸酐，配置成一系列濃度梯度（0-1000 μg/mL）的待測樣。將裝有傳感器件的尿布固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，依次將不同濃度的待測樣滴到尿布的檢測區(qū)域，進行測試。同時，打開電腦客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖7所示，肌酸酐的線性范圍為5.0-250 μg/mL。

試驗五，選取處理好的尿樣，采用標準加入法分別加入不同濃度的血清素，配置成一系列濃度梯度（0-2500 ng/mL）的待測樣。將裝有傳感器件的尿布固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，依次將不同濃度的待測樣滴到尿布的檢測區(qū)域，進行測試。同時，打開平板電腦客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖8所示，血清素的線性范圍為5.0-1000 ng/mL。

試驗六，選取處理好的尿樣，采用標準加入法分別加入不同濃度的他克林，配置成一系列濃度梯度（0-10 ng/mL）的待測樣。將裝有傳感器件的尿布固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，依次將不同濃度的待測樣滴到尿布的檢測區(qū)域，進行測試。同時，打開手機客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖9所示，他克林的線性范圍為0.05-10 ng/mL。

試驗七，選取處理好的尿樣，采用標準加入法同時加入以上不同濃度的多巴胺、肌酸酐、血清素和他克林，配置成一系列濃度梯度（0-10 ng/mL）的待測樣混合液。將裝有傳感器件的尿布固定好，檢查所有部件并調(diào)試正常運行后，將不同濃度的待測樣滴到尿布的檢測區(qū)域，進行同時無線測試。同時，打開手機客戶端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，得到的分析結(jié)果如圖10所示。發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)能同時區(qū)分并測定不同濃度的多巴胺、肌酸酐、血清素和他克林。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。