CN107157640A - 智能避孕套 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗保健用品技术领域，尤其涉及一种智能避孕套，包括避孕套本体，避孕套本体内设有智能监测模块、以及与智能监测模块电性连接的电源模块，智能监测模块包括纳米芯片、数据采集模块、以及将采集数据向智能终端传送的无线通信模块；纳米芯片包括载体基片、设于载体基片的导电基层、以及覆盖于导电基层的绝缘胶层，绝缘胶层开设有探针通孔，探针通孔设有突出于绝缘胶层表面的纳米金属探针，纳米金属探针包括金属探针本体以及分布在金属探针本体表面的刺状凸起，刺状凸起及其周围附着有检测病原体的抗体分子。本发明除了拥有避孕功能以外，还具备检测性病功能，使得使用者能够及时知晓自身的身体健康状况，有效进行性病的预防和治疗。

Description

智能避孕套
技术领域
本发明属于医疗保健用品技术领域，尤其涉及一种智能避孕套。
背景技术
避孕套（Condom），又称安全套，其一般由天然乳胶制成。它是以非药物形式去阻止受孕的简单方式之一，亦有防止淋病、艾滋病等性病传播的作用 。
目前，市面上销售的避孕套功能较为单一，其功能仅限于避孕和预防性病传播，在目前公开的技术报道中，能够在性爱状态下监测人体是否感染衣原体、梅毒、疱疹、人乳头状瘤病毒、艾滋病毒等病毒或细菌的避孕套还没有出现。
此外，由于传统的避孕套不能实时采集分析人体体征数据和人体运动数据，使用者在性生活过程中不能实时了解自己的身体状态而控制性生活节奏；而且，现有技术中还没有出现将避孕套与外部智能终端相结合的系统方案，用户在使用过程中无法直观、准确地掌握自身状态数据，因而无法实时依据人体体征及人体运动数据调节自我身体状态，控制性生活，从而较易导致女性出现性冷淡或男性出现阳痿、早泄等现象，使双方的性生活不和谐。
为填补上述技术空白，本发明研发了一款除了拥有避免意外怀孕的功能以外，至少还具备检测性传播疾病功能的智能避孕套。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有避孕套功能单一，智能化程度低的不足，而提供一种除了拥有避孕功能以外，还具备检测性病功能的智能避孕套。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能避孕套，包括避孕套本体，所述避孕套本体内设置有智能监测模块、以及与智能监测模块电性连接的电源模块，所述智能监测模块包括能够检测性病的纳米芯片、与所述纳米芯片电性连接的数据采集模块、以及将采集数据向智能终端传送的无线通信模块；所述纳米芯片包括载体基片、设置于所述载体基片的导电基层、以及覆盖于所述导电基层的绝缘胶层，所述绝缘胶层开设有探针通孔，所述探针通孔设置有突出于绝缘胶层表面的纳米金属探针，所述纳米金属探针包括金属探针本体以及分布在金属探针本体表面的刺状凸起，所述刺状凸起及其周围附着有检测病原体的抗体分子，所述抗体分子为DNA分子和/或RNA分子。
其中，所述纳米芯片能够对人体的私处进行实时的监测，能够在数分钟甚至数秒钟之内给出检测结果。从而让使用者能够及时知晓自己的健康状况，以便进行及时的性病预防或治疗，同时免去了到医院进行性病检查的麻烦，这极大地缩短了检测和治疗之间的间隔时间，使得使用者能够快速、低成本地获取诊断数据，而且相比于医院常规的检查，该纳米芯片使得检测更方便、更高效。
本发明中纳米芯片的检测原理是：通过抗体分子吸引和捕获可能在人体私处中存在的细菌或病毒的病原体分子，而纳米金属探针则相当于微传感器，当附着在其表面的抗体分子与病原体分子相结合时，纳米金属探针会产生电流，根据产生的电流的强弱来确定病原体分子的类型。
因为所有的DNA片段都有很好的特性，都可以选择性地与另一段DNA片段紧密结合。例如，通过设计并合成高度特异性的抗体分子，将该抗体分子附着在纳米金属探针上，以此捕捉生殖器分泌液或人体私处中存在的金黄色葡萄球菌的DNA分子，当该抗体分子与金黄色葡萄球菌的DNA分子结合时，纳米金属探针就会产生电流。
需要说明的是，本发明可以在载体基片的表面设置多个纳米金属探针结构，在每个纳米金属探针上吸附不同类型的抗体分子。这样一来，在纳米芯片上只需一滴生殖器分泌液，就能分析多种病原体，而大多数方法一次仅能检测一种病原体分子。
发明人在研究过程中发现，一滴生殖器分泌液样本的病原体分子的数量通常不到1000个，甚至更少。即使调整了病原体分子的数量，使其在生殖器分泌液样本中的数量达到百万级别，检测到的电流信号也比较微弱。通过刺状凸起的分散作用，使得抗体分子周围有更大的空间，携带着病原体分子的液体流过这些空间也更容易，这样，抗体分子和病原体分子也就有多得多的机会彼此接触，从而有效提高检测的灵敏度和精确度。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述刺状凸起及其周围还附着有金属分子钌。其中，金属分子钌相当于放大器的作用，因为钌带有一个单位的正电荷，因此能吸附在带有一个负电荷的病原体分子上；这样，钌和病原体分子的复合体很容易从纳米金属探针上攫取电子，从而产生一股足以检测出的电流。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述金属探针本体包括设置于探针通孔内的金属柱体，以及突出于绝缘胶层表面的半球形金属基底，所述刺状凸起分布在所述半球形金属基底的表面。相比于方形结构，将金属探针本体的表面设计成半球形结构，这样能够有效增加金属探针的表面积，从而更有利于后续刺状凸起的“生长”，以及抗体分子的附着和分散。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述刺状凸起的高度为1~100nm。若刺状凸起的高度过小，则无法起到有效分散抗体分子的作用；若刺状凸起的高度过大，分散抗体分子效果不增反降，这样不仅会增加制造成本，同时也会增加整个纳米芯片的体积。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述纳米芯片的制作方法包括以下步骤：
步骤一、对载体基片进行表面清洁处理，然后依次涂覆导电基层和光刻胶层，接着在紫外光的照射下进行曝光和显影，并使用金属蚀刻剂去除未曝光的导电基层，以形成所需的电路图形；
步骤二、剥离光刻胶层，并进行清洗和干燥处理，然后涂覆绝缘胶层，并对绝缘胶层进行打通孔处理，得到含探针通孔的芯片基板；
步骤三、将芯片基板放入含有金属盐溶液的电镀槽中，接通电源，对探针通孔进行电镀，控制电镀的电压为5μV~500mV，电镀的电流为0.01μA~100mA，电镀持续的时间为1~30min；
步骤四、待电镀完成后，在25~85℃的温度下进行真空干燥1~10h，得到表面分布有刺状凸起的纳米金属探针；
步骤五、在刺状凸起及其周围负载检测病原体的抗体分子，然后进行封装处理，即得到所述的纳米芯片。
其中，载体基片为硅基片、石墨烯基片或碳化硅基片，其均为优异的芯片载体，为高精度的纳米芯片提供重要基础；绝缘胶层则起到绝缘钝化作用，以便于纳米金属探针的制作；导电基层则用于电流的传导和检测连接。
需要说明的是，纳米芯片制作过程中，电镀的时间是关键，如果电镀的时间过长，就无法得到含纳米刺状凸起的金属探针结构；但电镀的时间过短，金属探针结构刚到纳米级就停止“生长”，同样无法得到所需的纳米金属探针。此外，对电镀电压/电流的控制也是极其重要，否则，电镀电压/电流过高或过低也无法得到所需的纳米金属探针。
作为本发明智能避孕套的一种改进，步骤三中所述金属盐溶液由HAuCl4和HCl按体积比1：（1~10）混合而成，其中HAuCl4的浓度为5~100mmol/L，HCl的浓度为10~500mmol/L。金是电流的良好导体，因此，选择纳米金探针能够有效提高检测的灵敏度和精确度。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述避孕套本体包括套身、开口端和闭口端，所述套身、开口端和闭口端为一体成型结构，优选的，避孕套本体采用天然乳胶制作。其中，智能监测模块和电源模块通过放置或者植入的方式置于避孕套本体；优选的，将纳米芯片放置或者植入避孕套本体的套身和闭口端。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述电源模块为柔性薄膜电池，所述柔性薄膜电池为超薄锂离子电池、聚合物软包薄膜电池、柔性印刷线路 （FCP）陶瓷锂电池、超薄柔性FLCB电池中的一种。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述智能终端与云端服务器连接，所述智能终端为手机、电脑和可穿戴设备中的至少一种。本发明通过使智能终端与云端服务器连接，这样可以将每次采集和分析的数据存储到云端服务器，从而建立个人数据库，为日后疾病诊断提供重要参考。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述无线通信模块为蓝牙、RFID、Z-wave、HomeRF、ZigBee、UWB、NFC、IrDA 和Wi-Fi中的至少一种。
作为本发明智能避孕套的一种改进，所述智能监测模块还包括传感器，所述传感器与所述数据采集模块电性连接，所述传感器为血氧心率传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、速度传感器和热敏传感器中的至少一种。传感器用于感应人体体征数据或人体运动数据；其中，人体体征数据包括体温、脉搏、呼吸、血压、温度等，人体运动数据包括速度、加速度、压力等。因此，传感器能够灵敏地监测两性性爱状态下人体的各类生理体征参数，通过智能终端记录性爱次数及过程中各类指标参数，并对其进行大数据分析，反应两性生活的健康指数、和谐程度、评估性福指数；为体弱多病者、中老年人提供必要的辅助性提示，对两性生活中失衡的生理指标通过智能终端提出警示，防止两性生活中的意外的发生，全面保障使用者健康。例如，在性爱时，智能避孕套上的传感器可以采集性爱时生殖器官的受压状态（如血管膨胀程度、阴茎的膨胀系数等）、温度数据、心率血压变化等信号，并将采集的数据通过无线通信模块传输给智能终端，通过智能应用程序的一系列处理后在智能终端上显示，从而实时控制性生活节奏。
本发明的有益效果在于：本发明不仅具有一般避孕套的功能而且融合先进的电子科技技术，通过避孕套本体内的纳米芯片能够在数分钟甚至数秒钟之内给出性病检测结果，并能及时将检测结果通过无线通信传送到智能终端，得到专业的结果分析，从而让使用者能够及时知晓自己的健康状况，以便进行及时的性病预防或治疗；同时免去了平时到医院进行性病检查的麻烦，这极大地缩短了检测和治疗之间的间隔时间，使得使用者能够快速、低成本地获取诊断数据，而且相比于医院常规的检查，该纳米芯片使得检测更方便、更高效，其通过进行数据分析比较可以推断出使用者的生理状况，如果发现生理有异常时将会提醒使用者及时去医院检查治疗，全面保障使用者健康，提升生活质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作流程图。
图3为本发明中纳米芯片的结构示意图。
图4为本发明中纳米芯片的纵向剖视图。
图5为本发明中纳米芯片检测病原体时的结构示意图。
图中：
1-避孕套本体；
11-套身；12-开口端；13-闭口端；
2-智能监测模块；
21-纳米芯片；211-载体基片；212-导电基层；213-绝缘胶层；214-探针通孔；215-纳米金属探针；2151-金属探针本体；21511-金属柱体；21512-金属基底；2152-刺状凸起；2153-抗体分子；216-病原体分子；
22-传感器；23-数据采集模块；24-无线通信模块；
3-电源模块；
4-智能终端；
5-云端服务器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明，但是，本发明的具体实施方式并不限于此。
如图1~5所示，一种智能避孕套，包括避孕套本体1，避孕套本体1内设置有智能监测模块2、以及与智能监测模块2电性连接的电源模块3。
避孕套本体1包括套身11、开口端12和闭口端13，避孕套本体1由天然乳胶一体成型制作而成。其中，智能监测模块2和电源模块3通过放置或者植入的方式置于避孕套本体1；优选的，将纳米芯片21放置或者植入避孕套本体1的套身11和闭口端13，以便于检测。
智能监测模块2包括能够检测性病的纳米芯片21、与纳米芯片21电性连接的数据采集模块23、以及将采集数据向智能终端4传送的无线通信模块24，使智能终端4与云端服务器5连接，这样可以将每次采集和分析的数据存储到云端服务器5，从而建立个人数据库，为日后疾病诊断提供重要参考。其中，智能终端4为手机、电脑和可穿戴设备中的至少一种；无线通信模块24为蓝牙、RFID、Z-wave、HomeRF、ZigBee、UWB、NFC、IrDA 和Wi-Fi中的至少一种。
其中，纳米芯片21包括载体基片211、设置于载体基片211的导电基层212、以及覆盖于导电基层212的绝缘胶层213，绝缘胶层213开设有探针通孔214，探针通孔214设置有突出于绝缘胶层213表面的纳米金属探针215，纳米金属探针215包括金属探针本体2151以及分布在金属探针本体2151表面的刺状凸起2152，刺状凸起2152及其周围附着有检测病原体的抗体分子2153，抗体分子2153为DNA分子和/或RNA分子。
本发明的纳米芯片21能够进行实时的生殖器分泌液检查，能够在数分钟甚至数秒钟之内给出生殖器分泌液检测结果；从而让使用者能够及时知晓自己的健康状况，以便进行及时的性病预防或治疗，同时免去了到医院进行性病检查的麻烦，这极大地缩短了检测和治疗之间的间隔时间，使得使用者能够快速、低成本地获取诊断数据，而且相比于医院常规的检查，该纳米芯片21使得检测更方便、更高效。
本发明中纳米芯片21的检测原理是：通过抗体分子2153吸引和捕获可能在生殖器分泌液或人体私处中存在的细菌或病毒的病原体分子216，而纳米金属探针215则相当于微传感器，当附着在其表面的抗体分子2153与病原体分子216相结合时，纳米金属探针215会产生电流，根据产生的电流的强弱来确定病原体分子216的类型。
因为所有的DNA片段都有很好的特性，都可以选择性地与另一段DNA片段紧密结合。例如，通过设计并合成高度特异性的抗体分子2153，将该抗体分子2153附着在纳米金属探针215上，以此捕捉生殖器分泌液中存在的金黄色葡萄球菌的DNA分子，当该抗体分子2153与金黄色葡萄球菌的DNA分子结合时，纳米金属探针215就会产生电流。
需要说明的是，本发明可以在载体基片211的表面设置多个纳米金属探针215结构，在每个纳米金属探针215上吸附不同类型的抗体分子2153。这样一来，在纳米芯片21上只需一滴生殖器分泌液，就能分析多种病原体，而大多数方法一次仅能检测一种病原体分子216。
发明人在研究过程中发现，一滴生殖器分泌液样本中病原体分子216的数量水平与医生用针头取出的生殖器分泌液样本相当。在这样的情况下，一滴生殖器分泌液样本的病原体分子216通常不到1000个，甚至更少。即使调整了病原体分子216的数量，使其在生殖器分泌液样本中的数量达到百万级别，检测到的电流信号也比较微弱。通过刺状凸起2152的分散作用，使得抗体分子2153周围有更大的空间，携带着病原体分子216的液体流过这些空间也更容易，这样，抗体分子2153和病原体分子216也就有多得多的机会彼此接触，从而有效提高检测的灵敏度和精确度。
作为本发明的优选方案，刺状凸起及其周围还附着有金属分子钌。其中，金属分子钌相当于放大器的作用，因为钌带有一个单位的正电荷，因此能吸附在带有一个负电荷的病原体分子216上；这样，钌和病原体分子216的复合体很容易从纳米金属探针215上攫取电子，从而产生一股足以检测出的电流。
作为本发明的优选方案，金属探针本体2151包括设置于探针通孔214内的金属柱体21511，以及突出于绝缘胶层213表面的半球形金属基底21512，刺状凸起2152分布在半球形金属基底21512的表面。相比于方形结构，将金属探针本体2151的表面设计成半球形结构，这样能够有效增加金属探针的表面积，从而更有利于后续刺状凸起2152的“生长”，以及抗体分子2153的附着和分散。
作为本发明的优选方案，刺状凸起2152的高度为1~100nm。若刺状凸起2152的高度过小，则无法起到有效分散抗体分子2153的作用；若刺状凸起2152的高度过大，分散抗体分子2153效果不增反降，这样不仅会增加制造成本，同时也会增加整个纳米芯片21的体积。
作为本发明的优选方案，纳米芯片21的制作方法包括以下步骤：
步骤一、对载体基片211进行表面清洁处理，然后依次涂覆导电基层212和光刻胶层，接着在紫外光的照射下进行曝光和显影，并使用金属蚀刻剂去除未曝光的导电基层212，以形成所需的电路图形；其中，导电基层212为导电金属层，优选为金层或铜层，光刻胶层优选SU-8光刻胶；
步骤二、剥离光刻胶层，并进行清洗和干燥处理，然后涂覆绝缘胶层213，并对绝缘胶层213进行打通孔处理，得到含探针通孔214的芯片基板；其中，绝缘胶层213为酚醛树脂层、环氧树脂层、聚酰亚胺树脂层、聚酯树脂层、聚苯醚树脂层、氰酸酯树脂层或聚四氟乙烯树脂层；
步骤三、将芯片基板放入含有金属盐溶液的电镀槽中，接通电源，对探针通孔214进行电镀，控制电镀的电压为5μV~500mV，电镀的电流为0.01μA~100mA，电镀持续的时间为1~30min；
步骤四、待电镀完成后，在25~85℃的温度下进行真空干燥1~10h，得到表面分布有刺状凸起2152的纳米金属探针215；
步骤五、在刺状凸起2152及其周围负载检测病原体的抗体分子2153，然后进行封装处理，即得到的纳米芯片21。
其中，载体基片211为硅基片、石墨烯基片或碳化硅基片，其均为优异的芯片载体，为高精度的纳米芯片21提供重要基础；绝缘胶层213则起到绝缘钝化作用，以便于纳米金属探针215的制作；导电基层212则用于电流的传导和检测连接。
需要说明的是，纳米芯片21制作过程中，电镀的时间是关键，如果电镀的时间过长，就无法得到含纳米刺状凸起2152的金属探针结构；但电镀的时间过短，金属探针结构刚到纳米级就停止“生长”，同样无法得到所需的纳米金属探针215。此外，对电镀电压/电流的控制也是极其重要，否则，电镀电压/电流过高或过低也无法得到所需的纳米金属探针215。
作为本发明的优选方案，步骤三中金属盐溶液由HAuCl4和HCl按体积比1：（1~10）混合而成，其中HAuCl4的浓度为5~100mmol/L，HCl的浓度为10~500mmol/L。金是电流的良好导体，因此，选择纳米金探针能够有效提高检测的灵敏度和精确度。
作为本发明的优选方案，电源模块3为柔性薄膜电池，柔性薄膜电池为超薄锂离子电池、聚合物软包薄膜电池、柔性印刷线路 （FCP）陶瓷锂电池、超薄柔性FLCB电池中的一种。
作为本发明的优选方案，智能监测模块2还包括传感器22，传感器22与数据采集模块23电性连接，传感器22为血氧心率传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、速度传感器和热敏传感器中的至少一种。传感器22用于感应人体体征数据或人体运动数据；其中，人体体征数据包括体温、脉搏、呼吸、血压、温度等，人体运动数据包括速度、加速度、压力等。因此，传感器22能够灵敏地监测两性性爱状态下人体的各类生理体征参数，通过智能终端4记录性爱次数及过程中各类指标参数，并对其进行大数据分析，反应两性生活的健康指数、和谐程度、评估性福指数；为体弱多病者、中老年人提供必要的辅助性提示，对两性生活中失衡的生理指标通过智能终端4提出警示，防止两性生活中的意外的发生，全面保障使用者健康。例如，在性爱时，智能避孕套上的传感器22可以采集性爱时生殖器官的受压状态（如血管膨胀程度、阴茎的膨胀系数等）、温度数据、心率血压变化等信号，并将采集的数据通过无线通信模块24传输给智能终端4，通过智能应用程序的一系列处理后在智能终端4上显示，从而实时控制性生活节奏。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种智能避孕套，包括避孕套本体，所述避孕套本体内设置有智能监测模块、以及与智能监测模块电性连接的电源模块，所述智能监测模块包括能够检测性病的纳米芯片、与所述纳米芯片电性连接的数据采集模块、以及将采集数据向智能终端传送的无线通信模块；所述纳米芯片包括载体基片、设置于所述载体基片的导电基层、以及覆盖于所述导电基层的绝缘胶层，所述绝缘胶层开设有探针通孔，所述探针通孔设置有突出于绝缘胶层表面的纳米金属探针，所述纳米金属探针包括金属探针本体以及分布在金属探针本体表面的刺状凸起，所述刺状凸起及其周围附着有检测病原体的抗体分子。
2.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述抗体分子为DNA分子和/或RNA分子。
3.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述刺状凸起及其周围还附着有金属分子钌。
4.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述金属探针本体包括设置于探针通孔内的金属柱体，以及突出于绝缘胶层表面的半球形金属基底，所述刺状凸起分布在所述半球形金属基底的表面。
5.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述刺状凸起的高度为1~100nm。
6.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于，所述纳米芯片的制作方法包括以下步骤：
步骤一、对载体基片进行表面清洁处理，然后依次涂覆导电基层和光刻胶层，接着在紫外光的照射下进行曝光和显影，并使用金属蚀刻剂去除未曝光的导电基层，以形成所需的电路图形；
步骤二、剥离光刻胶层，并进行清洗和干燥处理，然后涂覆绝缘胶层，并对绝缘胶层进行打通孔处理，得到含探针通孔的芯片基板；
步骤三、将芯片基板放入含有金属盐溶液的电镀槽中，接通电源，对探针通孔进行电镀，控制电镀的电压为5μV~500mV，电镀的电流为0.01μA~100mA，电镀持续的时间为1~30min；
步骤四、待电镀完成后，在25~85℃的温度下进行真空干燥1~10h，得到表面分布有刺状凸起的纳米金属探针；
步骤五、在刺状凸起及其周围负载检测病原体的抗体分子，然后进行封装处理，即得到所述的纳米芯片。
7.根据权利要求6所述的智能避孕套，其特征在于：步骤三中所述金属盐溶液由HAuCl4和HCl按体积比1：（1~10）混合而成，其中HAuCl4的浓度为5~100mmol/L，HCl的浓度为10~500mmol/L。
8.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述避孕套本体包括套身、开口端和闭口端。
9.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述智能终端与云端服务器连接，所述智能终端为手机、电脑和可穿戴设备中的至少一种；所述无线通信模块为蓝牙、RFID、Z-wave、HomeRF、ZigBee、UWB、NFC、IrDA 和Wi-Fi中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的智能避孕套，其特征在于：所述智能监测模块还包括传感器，所述传感器与所述数据采集模块电性连接，所述传感器为血氧心率传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、速度传感器和热敏传感器中的至少一种。
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