[發(fā)明專利]一種用于生理信息傳感的柔性基材及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010725530.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN111904395B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳德志;王廣順;吳益根;趙揚(yáng);謝瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué);廈門大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): A61B5/0205
• 分類號(hào): A61B5/0205;A61B5/00;A61B5/01;A61B5/263;A61B5/268;A61B5/296;A61B5/389
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

一種用于生理信息傳感的柔性基材及其制造方法，涉及柔性傳感基材。柔性基材從下至上依次為支撐層、緩沖層和結(jié)構(gòu)層；支撐層為柔性薄層材料制備而成，在支撐層上設(shè)有多孔微納結(jié)構(gòu)緩沖層，在緩沖層上設(shè)有用于承載傳感器件的可自黏附于皮膚表面的超薄結(jié)構(gòu)層；緩沖層設(shè)有加強(qiáng)筋連接結(jié)構(gòu)，用于加強(qiáng)柔性基材整體剛度。先采用倒模工藝制備支撐層；再采用微納制造工藝在支撐層上制備緩沖層以及加強(qiáng)筋連接結(jié)構(gòu)；在緩沖層上沉積結(jié)構(gòu)層。在結(jié)構(gòu)層上構(gòu)建光電脈搏波、表面肌電和體溫等薄膜傳感單元與互聯(lián)導(dǎo)線，通過(guò)信號(hào)采集和分析，實(shí)現(xiàn)生理信息高精度、高保真精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。微納特征結(jié)構(gòu)緩沖層使結(jié)構(gòu)層保持與人體皮膚完好、舒適共形，保證生理信號(hào)高精度采集。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性傳感基材，尤其是涉及一種用于生理信息傳感的柔性基材及其制造方法。

背景技術(shù)

將柔性電子應(yīng)用于人體生理信息監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)從癥狀治療轉(zhuǎn)向預(yù)防為主的早期健康監(jiān)測(cè)與治療是人類共同追求的目標(biāo)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外科研人員探索研究出脈搏、體溫、血氧、血糖和汗液等的可穿戴傳感器件。傳統(tǒng)傳感器件為硬質(zhì)基底，通過(guò)柔性基材連接集成。Katragadda等[Sensors and Actuators A:Physical,2018,143(1):169-174]采用MEMS技術(shù)在硅基上制造剛性硅島結(jié)構(gòu)，通過(guò)微金屬導(dǎo)線電氣連接，柔性聚合物封裝構(gòu)建厚度約300μm的多個(gè)島橋結(jié)構(gòu)陣列壓力傳感器。硬質(zhì)基底會(huì)導(dǎo)致生理信號(hào)測(cè)量誤差巨大，也會(huì)給長(zhǎng)期佩戴帶來(lái)不適。降低傳感單元器件至微米級(jí)可改善柔性，但采用硅、金屬等固有硬質(zhì)材料的器件應(yīng)變受限，易產(chǎn)生裂紋或失效。以有機(jī)或無(wú)機(jī)納米材料構(gòu)建的全柔性傳感將是未來(lái)生理健康監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。

生理信息柔性傳感薄層化，可自貼附于人體器官表面，有利于獲得高信噪比，降低運(yùn)動(dòng)敏感性。Rogers將表面肌電傳感器件基材厚度降低到5μm時(shí)，接觸電阻減少到20kΩ，顯示出顯著的低接觸阻抗[Advanced materials,2013,25(47):6839-6846]。表面共形接觸也可有效降低了運(yùn)動(dòng)偽影。但過(guò)薄基材機(jī)械強(qiáng)度低，操作難度大，容易導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞。實(shí)現(xiàn)生理信息柔性傳感器件共形的同時(shí)獲得足夠的機(jī)械強(qiáng)度是一巨大挑戰(zhàn)。突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和制造方法，提出一種新的柔性傳感基材，實(shí)現(xiàn)薄膜高靈敏度生理信息柔性傳感，意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供可高精度生理信號(hào)采集，同時(shí)操作便利的一種用于生理信息傳感的柔性基材及其制造方法。

所述用于生理信息傳感的柔性基材從下至上依次為支撐層、緩沖層和結(jié)構(gòu)層；所述支撐層為柔性薄層材料制備而成，在支撐層上設(shè)有多孔微納結(jié)構(gòu)的緩沖層，在緩沖層上設(shè)有用于承載傳感器件的可自黏附于皮膚表面的超薄結(jié)構(gòu)層；所述緩沖層設(shè)有加強(qiáng)筋作為支撐層與結(jié)構(gòu)層之間連接結(jié)構(gòu)，用于加強(qiáng)柔性基材整體剛度。

所述支撐層具有很好的柔順性，支撐層的形狀包括但不局限于圓形或多邊形；所述多邊形包括三角形、正方形、矩形等；所述支撐層的厚度小于1mm，優(yōu)選小于200μm，彈性模量5Mpa優(yōu)選為1Mpa。

所述緩沖層的厚度小于0.1mm；

所述結(jié)構(gòu)層厚度約為1～10μm，彈性模量5MPa，優(yōu)選1MPa；

所述多孔微納結(jié)構(gòu)包括但不限于微納纖維或石墨烯多孔結(jié)構(gòu)等。

所述用于生理信息傳感的柔性基材的制造方法，包括以下步驟：

1)采用倒模工藝制備支撐層；

2)采用微納制造工藝在支撐層上制備緩沖層；

3)在緩沖層上沉積制備連續(xù)致密的結(jié)構(gòu)層。

在步驟1)中，所述采用倒模工藝制備支撐層的方法可為：將PDMS與固化劑按10︰1比例混合均勻并倒入相應(yīng)的模具中，真空抽離氣泡后放入80℃加熱爐中加熱固化2h，脫模后即可完成支撐層的制備。

在步驟2)中，所述微納制造工藝包括但不限于靜電紡絲或與激光掃描聯(lián)合制備；