基于聚多巴胺的可穿戴天线乳酸传感器研究.pdf

摘要

人体的代谢产物可以作为健康检测的标记物，汗液中的乳酸是人体进行生理

活动过程中分泌出来的重要生物标记物。聚合物多巴胺和二氧化硅纳米颗粒均具

备优秀的吸附特性和大比表面积，二氧化硅纳米颗粒则有助于薄膜的稳定沉积。

天线传感器作为兼具发射和接收功能的射频器件，为可穿戴传感器的小型化和集

成化提供了有效的解决方案。本课题制备了一种基于聚多巴胺/二氧化硅纳米颗

粒薄膜的天线传感器，用于检测汗液中乳酸浓度。

本文首先介绍了天线的电学特性参数、共面波导天线的特性和聚多巴胺的功

能介绍。然后，使用CST微波工作室软件设计了天线，并对天线进行了测试和

性能分析，天线的峰值增益为2.35dBi，水平传输距离为50m，垂直传输距离为

12m。之后，在天线辐射贴片上电沉积聚多巴胺/二氧化硅纳米颗粒薄膜，对薄膜

进行表征分析，优化电沉积薄膜的脉冲周期。接着，通过测试分析了天线传感器

中的传感特性，汗液中乳酸浓度的检测范围为2~20mM，检测限(S/N=3)为0.858

mM。最后，实验证明所设计的天线传感器具有良好的抗弯曲性、敏感薄膜的吸

附与脱附特性、动态响应稳定性、长期稳定性、抗干扰特性等。同时，当天线穿

戴在人体时，对乳酸浓度变化的相关度为0.980，证明了天线的可穿戴应用。经

过一系列实验和分析，证明天线在各种不同成分、不同pH值和不同温度的环境

中，均能保持相对稳定的工作状态。

关键词：可穿戴天线，乳酸，聚多巴胺，无线传输

Abstract

Themetabolitesofthehumanbodycanbeusedasmarkersforhealthtesting,and

lacticacidinsweatisanimportantbiomarkersecretedbythehumanbodyduring

physiologicalactivities.BothpolymerdopamineandSiOnanowallshaveexcellent

2

adsorptionpropertiesandlargespecificsurfacearea,whileSiOnanowallscontribute

2

tothestabledepositionofthinfilms.Antennasensors,asradio-frequencydeviceswith

bothtransmittingandreceivingfunctions,provideaneffectivesolutionforthe

miniaturizationandintegrationofwearablesensors.Inthiswork,anantennasensor

basedonpolydopamine/SiOnanowallsfilmwaspreparedforthedetectionoflactic

2

acidconcentrationinsweat.

nthispaper,theelectricalcharacteristicparametersoftheantenna,the

characteristicsofcoplanarwaveguideantennaandthefunctionalintroductionof

polydopaminearefirstlypresented.Then,theantennawasdesignedusingCST

MicrowaveStu