CN105232036B - 医用传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种医用传感器及其制备方法，其中，该医用传感器包括：基底；检测电极，设置在所述基底上，用于检测人体的生物电；电极导线，设置在基底上，用于将检测电极电连接至信号采集设备或信号处理设备；人造刚毛，设置在基底上，密集的分布在检测电极周围，每根人造刚毛利用分子引力吸附在人体皮肤表面上。该方案由于是通过人造刚毛通过分子引力实现医用传感器的吸附的，使得该医用传感器可以多次使用，且多次使用并不会影响吸附性；人造刚毛与人体皮肤表面接触时，具有大量的空隙，具有极强透气性，在用于人体生物电检测时，使用上述医用传感器时不影响皮肤的呼吸，被试者的舒适度高。

Description

医用传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种医用传感器及其制备方法。

背景技术

在进行医学诊断或者相应研究时，生物电的变化可反应生物体的复杂的生命现象，比如人体心血管的疾患，通常可以从心脏各部分的电活动反映出来。临床医生可以从病人身上记录的心电图的细节进行分析诊断；又如人的神经系统及脑部的疾患在脑电图上必有所表现。临床上为了研究人的各种脏器的功能状态、疾病的发生与发展，常需要有效地将生物体内细胞、离子分布电位导出，以此检测人体的各种生理参数和指标。另外经皮电刺激是临床经常使用的一种辅助疾病治疗的手段。临床医学根据生物体的电生理活动原理，对生物体导入各种不同的电信号，调节和治疗疾病，以使肌体获得康复。

以上提到的各种医用测量仪器在进行生物电检测时以及对病体施加电刺激辅助治疗时，都需要通过适当的电极与机体接触耦合实现电信号的传递，且要求电极电位稳定，不易产生运动伪迹，与机体间接触容易、且不易脱落，并可长期监测。其中，体表电极是目前最为常见和广泛应用的一种电极，其由于无创性而广泛应用于临床，如：通过佩戴帽式电极记录头皮脑电来进行睡眠监测、以及重症病人监护；通过体表心电电极记录心电信号进行心脏病的诊断；通过电极施加电刺激治疗偏头痛等疼痛疾病。体表电极需要多个电极按一定排列紧密、舒适地与体表接触，使之能精确地测量微弱的生物电信号，减少测量噪音。最早使用电极金属片外面包裹棉布，用尼龙或棉制绳索捆绑固定在人体表面，但是存在接触不良和操作复杂的缺点，因接触不良造成对人体皮肤的电灼伤事件也时有发生。现在广泛使用的自粘电极贴片，采用了自粘导电胶，与皮肤附着力强，没有绑带，改变了原来传统“金属片和棉布”电极绑带固定的复杂操作过程，具有结构简单，使用方便，安全可靠，可以重复使用等优点。但其使用多次后(3-5次后)，自粘导电胶就失去了粘性，尤其是夏天人体出汗，冬天皮肤干燥，时常出现和皮肤接触不良的问题，影响治疗，且自粘导电胶材料多为化工材料，使用中影响皮肤呼吸。

发明内容

本发明实施例提供了一种医用传感器，以解决现有技术中的自粘电极贴片多次使用后出现和皮肤接触不良以及在使用中影响皮肤呼吸的技术问题。该医用传感器包括：基底；检测电极，设置在所述基底上，用于检测人体的生物电；电极导线，设置在所述基底上，用于将所述检测电极电连接至信号采集设备或信号处理设备；人造刚毛，设置在所述基底上，密集的分布在所述检测电极周围，每根人造刚毛利用分子引力吸附在人体皮肤表面上。

在一个实施例中，所述基底和所述人造刚毛的制备材料分别采用绝缘高分子弹性聚合物。

在一个实施例中，所述绝缘高分子弹性聚合物是人工合成橡胶或硅胶。

在一个实施例中，所述人造刚毛的长度范围为100纳米至100微米。

在一个实施例中，所述人造刚毛的直径范围为10纳米至10微米。

在一个实施例中，所述人造刚毛的分布密度范围为1×10³根/平方毫米至1×10⁹根/平方毫米。

在一个实施例中，所述基底和所述人造刚毛为一体成型结构。

在一个实施例中，所述检测电极为多个，所述电极导线为多根，所述检测电极与所述电极导线为一一对应连接。

在一个实施例中，还包括：打底层，设置在所述检测电极和所述基底之间，该打底层为金属薄膜，用于增强所述检测电极和所述基底之间的粘附性。

在一个实施例中，所述打底层的材质为钛、铬或铜。

在一个实施例中，所述检测电极和所述电极导线分别为导电薄膜。

在一个实施例中，所述检测电极和所述电极导线的材质分别为金、铂、铜或石墨烯。

本发明实施例还提供了一种上述任一种医用传感器的制备方法，以解决现有技术中的自粘电极贴片多次使用后出现和皮肤接触不良以及在使用中影响皮肤呼吸的技术问题。该方法包括：向所述基底和所述人造刚毛一体成型结构的模具内浇注绝缘高分子弹性聚合物溶液或聚合物单体；在所述绝缘高分子弹性聚合物溶液或聚合物单体固化后，取出所述基底和所述人造刚毛一体成型结构；在所述基底上设置所述检测电极和所述电极导线。

在本发明实施例中，通过在基底上设置人造刚毛，使得基底和人造刚毛的结构形成了壁虎脚掌的仿生结构，人造刚毛通过分子引力(即范德华力)吸附在人体皮肤表面上，使得医用传感器可以在小预加载下即具有较强粘附力，还能够快速、轻松地脱附，对各种材料的粘附作用具有普适性，可以粘附于任何材料表面上，即使滑动时也能够维持高水平的粘附，由于是通过人造刚毛通过分子引力实现医用传感器的吸附的，使得该医用传感器可以多次使用，且多次使用并不会影响吸附性，即多次使用后依然能保证良好地与人体皮肤表面接触；同时，人造刚毛与人体皮肤表面接触时，由于人造刚毛彼此之间存在彼此连通的大量空隙，因此具有极强透气性，在用于人体生物电检测时，使用上述医用传感器时不影响皮肤的呼吸，被试者的舒适度高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种医用传感器的俯视图；

图2是本发明实施例提供的一种图1的A-A向示意图；

图3是本发明实施例提供的一种医用传感器的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

针对现有技术中的自粘电极贴片多次使用后出现和皮肤接触不良以及在使用中影响皮肤呼吸的技术问题，发明人对壁虎的脚掌进行了研究。众所周知，壁虎可以在地面、陡壁、天花板等不同法向面上自由灵活地运动，然而使得壁虎能在光滑的表面上行走自如的秘密在于脚上特殊的刚毛结构，壁虎的每只脚底部长着大约50万根极细的刚毛，每根刚毛长度为30μm-300μm。刚毛末端又有约400至1000根大小为0.2μm-0.5μm的纳米分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生分子引力——范德华力。由于范德华力没有方向性和饱和性，尽管它的绝对值很小，只要数量足够多就能产生足以支持壁虎全身重量的力。而且壁虎脚上的刚毛可以调节，当壁虎将刚毛与物体表面的角度增加到30度时，刚毛与物体表面分子之间的作用力大大降低，壁虎便可以顺利抬脚。因此，发明人提出一种医用传感器，该医用传感器具有仿生壁虎脚的刚毛结构。

在本发明实施例中，提供了一种医用传感器，如图1所示，该医用传感器包括：

基底1；

检测电极2，设置在所述基底上，用于检测人体的生物电(例如，该生物电可以包括心电、脑电、肌电以及皮电等)；

电极导线3，设置在所述基底上，用于将所述检测电极电连接至信号采集设备或信号处理设备；

人造刚毛4，设置在所述基底上，密集的分布在所述检测电极周围，每根人造刚毛利用分子引力吸附在人体皮肤表面上。

由图1所示可知，在本发明实施例中，通过在基底上设置人造刚毛，使得基底和人造刚毛的结构形成了壁虎脚掌的仿生结构，人造刚毛通过分子引力(即范德华力)吸附在人体皮肤表面上，使得医用传感器可以在小预加载下即具有较强粘附力，当使上述人造刚毛与人体皮肤表面存在一定角度(例如，30度)时，上述医用传感器就能够快速、轻松地脱附，对各种材料的粘附作用具有普适性，可以粘附于任何材料表面上，即使滑动时也能够维持高水平的粘附，由于是通过人造刚毛通过分子引力实现医用传感器的吸附的，使得该医用传感器可以多次使用，且多次使用并不会影响贴服性，即多次使用后依然能保证良好地与人体皮肤表面接触；同时，人造刚毛与人体皮肤表面接触时，由于人造刚毛彼此之间存在彼此连通的大量空隙，因此具有极强透气性，在用于人体生物电检测时，使用上述医用传感器时不影响皮肤的呼吸，被试者的舒适度高。

具体实施时，为了进一步提高上述医用传感器的吸附性，在本实施例中，上述人造刚毛的长度范围为100纳米至100微米，所述人造刚毛的直径范围为10纳米至10微米，所述人造刚毛的分布密度范围为1×10³根/平方毫米至1×10⁹根/平方毫米，这种精细的结构使得人造刚毛与人体皮肤表面分子间的距离非常近，从而更有利于产生分子引力——范德华力。由于范德华力没有方向性和饱和性，尽管它的绝对值很小，但只要人造刚毛的数量足够多，就能产生足以支持医用传感器各种应用需求的粘附力，因此，具体实施时，在上述基底上设置有成千上万根人造刚毛。具体的，为了不影响检测电极2与人体皮肤表面的接触，实现良好的导电通，如图2所示，上述人造刚毛的长度小于等于上述检测电极2设置在基底1上后检测电极2被提起的高度。

具体实施时，为了增强上述医用传感器的柔性，在本实施例中，上述基底1和人造刚毛4的制备材料分别采用绝缘高分子弹性聚合物，使得基底和人造刚毛具有柔韧性和弹性，形成柔性传感器，该柔性传感器具有良好形变能力，能够与人体皮肤表面形成良好的共形贴附，例如，在弯曲、扭折、拉伸等弹性形变条件下仍然保持良好的电导通，能满足人体皮肤复杂的体表形态和动态形变要求，为柔性传感器的实时监测提供了保障。

具体实施时，上述绝缘高分子弹性聚合物是人工合成橡胶或硅胶，由于人工合成橡胶和硅胶具有很好的疏水性，具有自清洁能力和不发生自身粘附的优点，在人造刚毛与人体皮肤表面接触时，不影响皮肤的排汗，在用于人体生物电检测时，被试者的舒适度高，可长期佩戴使用。由于人工合成橡胶和硅胶具有很好的生物相容性，无任何黏胶成分，在使用时，不会造成皮肤的过敏反应。

具体实施时，上述基底1和人造刚毛4为一体成型结构。

具体实施时，根据检测需求，可以在基底1上设置一个或多个检测电极2，同时设置一根或多根电极导线3，检测电极2与电极导线3为一一对应连接，即一个检测电极2与一根电极导线3电连接。例如，如图1所示，在基底1上设置4个检测电极2，同时设置4根电极导线3，一个检测电极2与一根电极导线3电连接，各检测电极2之间不导联。

具体实施时，为了确保检测电极可以与人体皮肤表面良好接触，在本实施例中，所述人造刚毛分布在所述检测电极周围的一个或多个区域内。

具体实施时，为了增强检测电极2和基底1之间的粘附性，在本实施例中，上述医用传感器还包括：打底层，设置在所述检测电极2和所述基底1之间，该打底层为金属薄膜。具体的，该打底层的材质为钛、铬或铜。

具体实施时，为了实现可以灵活地设计检测电极2的尺寸和通道数，提高空间分辨率，在本实施例中，采用微纳加工工艺制备所述检测电极2，最小可实现检测电极2纳米尺寸的结构。具体的，上述检测电极2和上述电极导线3分别为导电薄膜，检测电极2和电极导线3的材质分别可以为金、铂、铜或石墨烯。具体实施时，检测电极2可以设置在基底1的任何位置上，人造刚毛4分布在检测电极2周围，以图1所示为例，检测电极2设置在基底1的中心处，为了便于封装，电极导线3电连接检测电极2，并向基底1的边缘处延伸。

在本实施例中，还提供了一种上述任一种医用传感器的制备方法，如图3所示，该方法包括：

步骤301：向所述基底和所述人造刚毛一体成型结构的模具内浇注绝缘高分子弹性聚合物溶液或聚合物单体；例如，可以采用刻蚀或光刻工艺制作出基底和人造刚毛一体成型结构的模具。

步骤302：在所述绝缘高分子弹性聚合物溶液或聚合物单体固化后，取出所述基底和所述人造刚毛一体成型结构；

步骤303：在所述基底上设置所述检测电极和所述电极导线。

在本发明实施例中，通过在基底上设置人造刚毛，使得基底和人造刚毛的结构形成了壁虎脚掌的仿生结构，人造刚毛通过分子引力(即范德华力)吸附在人体皮肤表面上，使得医用传感器可以在小预加载下即具有较强粘附力，当使上述人造刚毛与人体皮肤表面存在一定角度(例如，30度)时，上述医用传感器就能够快速、轻松地脱附，对各种材料的粘附作用具有普适性，可以粘附于任何材料表面上，即使滑动时也能够维持高水平的粘附，由于是通过人造刚毛通过分子引力实现医用传感器的吸附的，使得该医用传感器可以多次使用，且多次使用并不会影响贴服性，即多次使用后依然能保证良好地与人体皮肤表面接触；同时，人造刚毛与人体皮肤表面接触时，由于人造刚毛彼此之间存在彼此连通的大量空隙，因此具有极强透气性，在用于人体生物电检测时，使用上述医用传感器时不影响皮肤的呼吸，被试者的舒适度高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种医用传感器，其特征在于，包括：

基底，所述基底的同一表面上包括第一区域和第二区域；

检测电极，设置在所述基底的第一区域上，用于检测人体的生物电；

电极导线，设置在所述基底的第一区域上，用于将所述检测电极电连接至信号采集设备或信号处理设备；

人造刚毛，设置在所述基底的第二区域上，密集的分布在所述检测电极周围，每根人造刚毛利用分子引力吸附在人体皮肤表面上。

2.如权利要求1所述的医用传感器，其特征在于，所述基底和所述人造刚毛的制备材料分别采用绝缘高分子弹性聚合物。

3.如权利要求2所述的医用传感器，其特征在于，所述绝缘高分子弹性聚合物是人工合成橡胶或硅胶。

4.如权利要求1所述的医用传感器，其特征在于，所述人造刚毛的长度范围为100纳米至100微米。

5.如权利要求1所述的医用传感器，其特征在于，所述人造刚毛的直径范围为10纳米至10微米。

6.如权利要求1所述的医用传感器，其特征在于，所述人造刚毛的分布密度范围为1×10³根/平方毫米至1×10⁹根/平方毫米。

7.如权利要求1所述的医用传感器，其特征在于，所述基底和所述人造刚毛为一体成型结构。

8.如权利要求1所述的医用传感器，其特征在于，所述检测电极为多个，所述电极导线为多根，所述检测电极与所述电极导线为一一对应连接。

9.如权利要求1至8中任一项所述医用传感器，其特征在于，还包括：

打底层，设置在所述检测电极和所述基底之间，该打底层为金属薄膜，用于增强所述检测电极和所述基底之间的粘附性。

10.如权利要求9所述的医用传感器，其特征在于，所述打底层的材质为钛、铬或铜。

11.如权利要求1至8中任一项所述的医用传感器，其特征在于，所述检测电极和所述电极导线分别为导电薄膜。

12.如权利要求1至8中任一项所述的医用传感器，其特征在于，所述检测电极和所述电极导线的材质分别为金、铂、铜或石墨烯。

13.一种权利要求1至12中任一项所述的医用传感器的制备方法，其特征在于，包括：

向所述基底和所述人造刚毛一体成型结构的模具内浇注绝缘高分子弹性聚合物溶液或聚合物单体；

在所述绝缘高分子弹性聚合物溶液或聚合物单体固化后，取出所述基底和所述人造刚毛一体成型结构；

在所述基底上设置所述检测电极和所述电极导线。