[發(fā)明專利]一種基于生物兼容薄膜的柔性可延展電子器件及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410811947.0
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104523227B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮雪;陳穎;蘇紅宏;陸炳衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江智柔科技有限公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于生物兼容薄膜的柔性可延展電子器件及其制備方法，可用于但不限于各種體征傳感器。

背景技術(shù)

醫(yī)療保健、健康監(jiān)測中總是需要各種傳感器對人體生理信息進行間斷或?qū)崟r監(jiān)測，常規(guī)測量包括體溫、脈搏、心率、心電、血氧等信號。目前，不論是臨床上還是健康醫(yī)療消費電子中測試相應信號的設(shè)備均采用硬對軟的接觸方式，如水銀體溫計、指夾脈搏血氧儀、心電電極貼等。它們均采用可靠有效的物理化學原理，但硬對軟的接觸存在一些不可避免的問題：硬接觸給患者帶來的不舒適感可能會影響正常生理參數(shù)的表現(xiàn)；硬接觸的非完美貼合會使檢測信號受到接觸良好與否的影響；依靠該類儀器設(shè)備無法實現(xiàn)24小時舒適又有效的健康監(jiān)測。因此，可與人體集成的電子器件/元件作為柔性電子的一大分支，其研究存在廣泛長足的民生商業(yè)價值。

自2011年《科學》報道一項關(guān)于皮膚電子工作以來，關(guān)于可與人體表皮集成電子器件引起眾多科研工作者的研究興趣，相繼出現(xiàn)在皮膚上測量水分、體溫、心電、肌電等人體生理信號的柔性傳感器。它們采用薄而柔的聚合物薄膜材料作為基底，利用粘結(jié)層或范德華力將柔性功能器件與人體皮膚直接或間接接觸，在皮膚表層進行各種生理信號采集。該部分研究內(nèi)容重點在器件如何實現(xiàn)柔性、可延展性，缺乏對器件在人體表面長時間存在的生物兼容性的考慮。僅利用范德華力進行黏附的柔性器件在長有汗毛的表皮處黏附性較差。利用粘結(jié)層進行黏附的柔性器件，由于沒有考慮到透氣性，很難在人體皮膚表面保持較長時間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于生物兼容薄膜的柔性可延展電子器件及制備方法，以解決柔性可延展電子器件與人體結(jié)合時生物兼容性的問題，即包括但不限于：①生物兼容性：不僅包括化學上器件中不含有對人體有害的化學成分，同時在物理上還要具有透氣性，使得體表汗液可以正常蒸發(fā)，避免浸漬或過敏反應；②)柔性可延展性：柔性要求器件(包括基底層和功能層)的彎曲剛度小，可以不費力地進行彎折以適應人體組織表面天然存在的曲率，可延展性要求器件的拉伸剛度小，可以在面內(nèi)方向變形以適應非可展的人體組織表面。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于生物兼容薄膜的柔性可延展電子器件，含有封裝層、功能層和基底層，其特征在于，所述封裝層采用生物兼容封裝層，基底層采用生物兼容基底層；所述的生物兼容封裝層和生物兼容基底層采用生物兼容薄膜。

本發(fā)明的技術(shù)特征還在于，在生物兼容封裝層和功能層之間設(shè)有一層用于增強與功能層之間界面強度的粘結(jié)層；在生物兼容基底層下面設(shè)有一層用于增強器件與待測物體表面附著力的附著層。

本發(fā)明所述的生物兼容薄膜為具有多孔微結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜或生物半透膜；生物兼容封裝層和生物兼容基底層的厚度相同。

本發(fā)明所述功能層包含功能元件、互聯(lián)導線和引出電極；所述功能元件采用具有溫阻、壓阻或壓電效應的材料。

本發(fā)明所述功能層采用柔性可延展結(jié)構(gòu)；所述柔性可延展結(jié)構(gòu)優(yōu)選采用島橋結(jié)構(gòu)、S型結(jié)構(gòu)或波浪狀屈曲結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明一種制備基于生物兼容薄膜的柔性可延展電子器件的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)在硅基片上制備犧牲層；

2)利用薄膜生長技術(shù)在硅基片上進行功能層材料的生長和制備；

3)利用半導體工藝對功能層材料進行光刻刻蝕，完成圖案化，形成功能層；

4)將生物兼容薄膜與硅基片上的功能層貼合；

5)將生物兼容薄膜與帶有功能層的硅基片一起放入犧牲層刻蝕液中，刻蝕犧牲層，使生物兼容基底層(5)與功能層結(jié)合；

6)在功能層預留的引出電極處接入外接導線；

7)用生物兼容薄膜對器件進行封裝，形成生物兼容封裝層，完成器件制備。

本發(fā)明的所述方法中，其中第4)-5)步功能層與生物兼容基底層集成時利用轉(zhuǎn)印技術(shù)實現(xiàn)。

本發(fā)明相比于傳統(tǒng)柔性可延展電子器件具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果：采用本發(fā)明方法所設(shè)計制備的器件采用生物兼容封裝層和生物兼容基底層為傳統(tǒng)柔性可延展電子器件引入良好的生物兼容性，同時保持甚至提升其柔性可延展性。它的防水透氣、低致敏性等生物兼容特性使得它可以在人體表面正常工作長達24小時以上，而不帶來異物感和不舒適感，可以避免由于生物兼容性差(不透氣)帶來的皮膚浸漬、發(fā)紅或其他過敏反應。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中提出的一種基于生物兼容薄膜的柔性可延展電子器件的分層立體結(jié)構(gòu)示意圖。