CN109700600A - pH传感器、包含该传感器的传感敷料及制造、构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种pH传感器及其制作方法，利用化学反应制备出导电聚苯胺，以聚乙烯醇作为分散剂和成膜剂将上述导电聚苯胺制成PH敏感膜；具有原料易得，成本低廉，工艺简单；导电聚苯胺性质稳定，寿命长，传感器可重复利用。本发明公开了一种传感敷料，包括敷料，敷料上用于与伤口接触的一侧设有传感器，传感器的采集端用于采集伤口信息，传感器的导线连接有排线，排线的末端接有集成电路板。该传感敷料成本低、便于推广，信号强，便于外部设备接收。本发明公开了一种传感敷料的构造方法，简单易操作。

Description

pH传感器、包含该传感器的传感敷料及制造、构造方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其是pH传感器、包含该传感器的传感敷料及制造、构造方法。

背景技术

伤口愈合是一项复杂而精细的生物学过程，包括出血期、炎症期、增生期、修复期，其机制尚未被完全阐述清楚。人们早已经意识到，伤口的正常愈合有赖于适宜的伤口内部环境和外部环境，机体对内环境的调节使伤口内部环境趋于稳定，而伤口外部环境，即创面微环境的改变往往能反映出伤口的愈合状况。创面愈合整个过程中会受到许多因素的影响，但这些影响因素往往都会转化为创面微环境的改变。在过去，我们判断创面愈合情况的方法就是定期换药，拿掉敷料来观察创面。如果创面愈合不良，则给予相应干预，但这可能造成感染几率增加，留下瘢痕的可能性大大提升，效果也不确切；如果创面愈合良好，那么换药这一操作不但增加了患者的痛苦，还干扰了正常的愈合进程，减慢了愈合速度，甚至有可能使创面感染从而慢性化。传感器作为一种监测装置，能感受被测量的信息并将其转换成电信号，在医疗系统中有着广泛的应用，已成为促进医学发展的关键因素之一。在过去，由于传感器材料的细胞毒性及其笨重的外形，较高的功率要求和无线传输技术的不成熟，使创面微环境的实时、原位监测一直不能实现。但近年来，随着传感器的小型化、精确化，无线传输技术突飞猛进以及各种各样新材料的应用，为创面微环境的实时、原位监测提供了可能。目前，业内对伤口传感敷料的开发有限，大部分产品尚处于研发改进阶段。

现有技术的缺陷和不足：现有的伤口传感敷料，通常包括传感器模块、输入输出模块、CPU控制模块、电源模块、无线发射模块等，并将其全部整合在一块柔性电路板上，嵌入敷料内。这样便导致了如下几处不足：由于敷料的材料多样、品质良莠不齐，透水性不能得到保证，且伤口内液体有限，故传感器的测量通常存在的延迟，往往不能及时反映伤口情况，可能延误病情；多种模块整合在一块电路板上，大大增加了敷料内设备的体积，使敷料变得笨重，柔软度和透气性等性能下降，影响伤口愈合进程；要将集成电路板内置于敷料中，就势必要将其柔性化，这无疑使设备变得更加复杂，增加了制造难度和成本，妨碍推广应用；敷料内空间有限，电池小、无线发射模块功率低，加上外层敷料的遮挡，最终导致信号输出微弱，移动终端难以接受敷料的输出信息；多种电子元件及新型柔性材料与伤口液接触，其中许多材质的生物学毒性尚未阐明，有潜在安全隐患。

另一方面，创面的PH值是愈合过程中的一个重要的影响因素，影响创面愈合的很多方面。创面局部微环境中不同PH值的抑菌效果不完全相同，酸性环境下(PH＝5)，抑菌效果最好；随着PH值的增加，抑制细菌生长的作用减弱，PH＝7时，最适细菌生长。碱性环境对细菌生长也有抑制作用，但与酸性环境相比(PH＝5)，抑制细菌生长的能力相对较弱，差异性显著(P<0.05)。保持创面局部微酸性环境可以有效的预防感染，促进创面的愈合。碱性成纤维细胞生长因子对血管内皮细胞和成纤维细胞等多种细胞具有促进分裂、增值等作用。现在已经证实碱性成纤维细胞对烧伤创面的愈合具有促进作用。所以，有些科学家认为适度的碱性环境有利于碱性成纤维细胞从而促进烧伤创面愈合，所以可以通过监测烧伤创面的PH值，使之保持处于弱碱性环境，积极发挥碱性成纤维细胞的生物学功能，从而促进创面的愈合。Sayegh等观察到，在一定范国内，随着创面PH值的增加，植皮成活率相应提高，随后柴家科等通过实验结果亦证实，除去其他因素，当创面的PH值在7.0-7.7之间，植皮成活率可达90％以上，这对预测手术植皮成活率提供了一项客观指标。由此看来，在创面微环境的监测中，PH值是一项必不可少的指标，但对于PH传感器的开发一直是一项难以攻克的技术难题。目前国内外学者研究的pH传感器类型，大多为光电型和酶包被型，其信号检测精度和测量的重复性都不尽如人意，且存在以下不足：光电型传感器是利用敏感材料的光电特性(折射率，光吸收峰值波长等)随PH会发生变化的原理，但微型传感器的光电特性难以精确测量，精度不能得到保证；光电传感器影响因素多、一致性较差，包括：外界光环境，敏感膜、发射器和探测器的相对位置及封装形式，贴合紧密程度等都会干扰测量结果；酶包被型PH传感器，利用酶在不同PH下活性不同来监测PH，但影响酶活性的因素太多，除PH外还有温度及湿度等，难以保证测量的稳定性及精确性；酶的寿命有限，传感器难以重复利用，伤口液复杂的成分也会对其造成影响；酶传感器的制备和保存工艺较难实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供pH传感器、包含该传感器的传感敷料及制造、构造方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种pH传感器的制作方法，包括以下步骤：

1)将苯胺和十二烷基苯磺酸水溶液混合，得到混合液；其中，苯胺与十二烷基苯磺酸的摩尔比为1:2，十二烷基苯磺酸水溶液的质量分数为20％；

2)在混合液中加入过硫酸钠水溶液，充分反应；其中，过硫酸钠与苯胺的摩尔比为2.5:1，过硫酸钠水溶液的质量分数为50％；

3)加入沉淀剂丙酮，得到聚苯胺沉淀物；

4)将沉淀物洗涤，烘干后得聚苯胺粉末；

5)将聚苯胺粉末溶于水中，得到聚苯胺水基分散液，而后加入聚乙烯醇，得到成膜液；

6)将得到成膜液在25-30℃下滴涂在叉指电极上，干燥成膜。

进一步的，叉指电极的参数如下：N＝15，a＝b＝0.2mm，c＝1mm，d＝8mm，h＝0.35mm；其中，N为叉指电极对的对数，a为叉指宽度，b为叉指间间隙距离，c为双侧距离，d为叉指长度，h为叉指厚度。

进一步的，步骤1)-4)在35℃下进行。

一种pH传感器，根据上述PH传感器的制作方法制成。

一种包含该pH传感器的传感敷料，包括敷料，敷料上用于与伤口接触的一侧设有传感器组，传感器组的采集端用于采集伤口信息，传感器组的导线连接有排线，排线的末端接有集成电路板；

传感器组包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、所述pH传感器、尿酸传感器和乳酸传感器，各个传感器之间的距离大于等于1cm。

进一步的，集成电路板包括CPU控制模块、输入输出模块、无线发射模块、电源模块和柔性电路板；

CPU控制模块用于接收传感器组所采集的创面信息，以及协调其他模块进行工作；无线发射模块用于将监测到的信息传送至接收终端；电源模块为其他模块供电；输入输出模块用于开启或关闭所述传感敷料并显示参数及电量状态。

进一步的，柔性电路板由聚酰亚胺或聚酯薄膜制成。

进一步的，传感器组的采集端设有薄层衬底。

进一步的，薄层衬底由聚乙烯醇-壳聚糖海绵制成；敷料为藻酸钙-壳聚糖生物创面敷料。

一种传感敷料的构造方法：

将传感器组固定在敷料与创面接触的一侧，传感器之间的距离在1cm以上；

将传感器组的导线汇集到一起与排线相连接后引出敷料；

将CPU控制模块、无线发射模块、输入输出模块和电源模块焊接在电路板上，组成集成电路板；

将引出敷料的排线与集成电路板相连接，排线内包括输入线和输出线；

在传感器组采集端设置薄层衬底。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种pH传感器及其制作方法，选用了苯胺作为原料，十二烷基苯磺酸作为掺杂剂和乳化剂，过硫酸钠作为引发剂，丙酮为沉淀剂制作导电聚苯胺，以聚乙烯醇作为分散剂和成膜剂将上述导电聚苯胺制成PH敏感膜。原料易得，成本低廉，工艺简单；以导电聚苯胺制备的PH敏感膜阻值随PH变化明确，测量精度高，不易受其它因素干扰；导电聚苯胺性质稳定，寿命长，传感器可重复利用；以去离子水作为分散介质，节约资源，绿色环保；采用叉指电极的结构，使传感器的灵敏度和响应速度得到了提高。

本发明的传感敷料，用于伤口之后的短时间内即开始监测伤口微环境状况，及时并准确地反映病人的伤口信息，第一时间指导治疗，确保不延误病情；将集成了一系列模块的柔性电路板整体置于敷料外，保持了敷料的柔软性、透气性，确保其不干扰伤口愈合进程；无线发射模块没有了敷料的遮挡，输出信号受到的干扰降低，伤口外空间开阔，允许更大功率电源的使用，无线发射模块的功率得到了保证，可提供更远的传输距离；将带传感器的敷料部分与整合有多个模块的集成电路板分离，给制造者和使用者提供了更多的选择余地；若患者伤口部位平坦且离各个关节较远，不会或极少受到牵拉等因素的干扰，可以选用硬质电路板，能够大大降低了制作难度及成本；各个传感器与伤口表面之间薄层衬底的增加实现了良好的保护作用，薄层衬底使用聚乙烯醇-壳聚糖海绵制作，还能额外起到抗菌和促进愈合的作用；该新型敷料伤口内仅存在各种传感器、薄层衬底和若干导线，生物安全隐患大大降低。

本发明的传感敷料的构造方法，简单易操作。

附图说明

图1为本发明制备的聚苯胺电导率随反应温度的变化曲线图；

图2为本发明使用的叉指电机结构示意图；

图3为本发明提供的电极阻抗随叉指对数变化曲线图；

图4为本发明的传感敷料结构构造示意图；

图5为本发明的传感敷料的纵向分离示意图。

其中：1-薄层衬底；2-传感器组；3-敷料；4-排线；5-CPU控制模块；6-输入输出模块；7-无线发射模块；8-电源模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

将175g质量分数为20％的十二烷基苯磺酸水溶液与5g苯胺加入大烧杯中充分混合，而后在磁力搅拌下，将60g质量分数为50％的过硫酸铵水溶液缓慢滴入烧杯，充分反应6小时，以上操作过程中温度为35℃；加入50g丙酮沉淀，得到聚苯胺沉淀物，以纯水反复洗涤，直至洗涤液无色、无气泡；烘干得到聚苯胺粉末；将聚苯胺粉末溶于水中，得到聚苯胺水基分散液，而后加入10ml聚乙烯醇，得到成膜液；将得到成膜液在25℃下滴涂在叉指电极上，干燥成膜，得到pH传感器。

参见图1，图1为本发明制备的聚苯胺电导率随反应温度的变化曲线图；从图中可知在反应温度35℃时，制备得到的聚苯胺的电导率达到峰值，所以制备温度优选35℃。

参见图2和图3，图2和图3分别为本发明使用的叉指电机结构示意图和电极阻抗随叉指对数变化曲线图；采用叉指电极结构，叉指的长宽比越大，线宽间距越小，传感器的灵敏度和响应速度就会越高。最终确定N＝15，a＝b＝0.2mm，c＝1mm，d＝8mm，h＝0.35mm时，阻抗较小；N为叉指电极对的对数，a为叉指宽度，b为叉指间间隙距离，c为双侧距离，d为叉指长度，h为叉指厚度。

参见图4，图4为本发明提出了一种新型的传感敷料结构构造示意图；把现有的传感敷料中的CPU控制模块、电源模块、无线发射模块、输入输出模块均整合到了敷料之外，敷料内只保留了各类传感器部分，两部分通过排线连接。解决了现有传感敷料存在的测量延迟问题，透水、透气性不佳问题，蓝牙信号传输不畅问题，制作成本问题和生物安全性问题。

CPU控制模块5用于接收传感器组2所采集的创面信息，以及协调其他模块进行工作；无线发射模块7用于将监测到的信息传送至接收终端；电源模块8为其他模块供电；输入输出模块6用于开启或关闭所述传感敷料并显示参数及电量状态。

参见图5，图5为本发明的传感敷料的纵向分离示意图，敷料3与创面接触的一侧设有传感器组2，传感器组2采集创面信息的一侧设有薄层衬底1，传感器组2的另一侧连接有排线4，排线4末端设有集成电路板；传感器组2包括温度传感器、压力传感器、尿酸传感器和葡萄糖传感器，传感器组2导线汇集在一起，与排线4相连接；导线和排线均做绝缘处理或用防水薄膜包裹，以防止伤口内液体干扰信号传输；各个传感器之间的距离大于等于1cm，各个传感器分别用于采集创面的不同的信息，传感器之间互相隔开，防止其互相干扰；集成电路板包括CPU控制模块5、输入输出模块6、无线发射模块7、电源模块8和柔性电路板，各个模块焊接在柔性电路板上，并通过印刷电路相互连接；柔性电路板以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成；敷料为无菌脱脂纱布块或生物合成伤口敷料。

最下层以聚乙烯醇-壳聚糖海绵制作的薄层衬底1与创面接触，在防止传感器干扰创面愈合过程的同时，发挥自身的抗菌及促进生长的作用；薄层衬底1的透水性极佳，允许伤口液体第一时间与传感器组2接触，保证了测量的迅速、及时；传感器组2在敷料3上分布的位置相对可控，适用于各种面积的伤口，且相互之间不会造成干扰，保证了监测的精确性；敷料3内只存在传感器，体积小巧，保证了柔软度、透气性等极佳的敷料性能的同时，敷料的生物安全性也得到了保证；传感器组2与敷料3与集成电路板通过排线4连接，排线长度可控，方便了患者使用；把集成电路板置于敷料之外，没有了信号阻挡，也允许了更高功率电池的使用，从而能够保证蓝牙信号传输顺畅；集成电路板的位置相对自由，令硬质电路板的使用成为了可能，降低了制作难度和成本。

本发明的一种传感敷料的构造方法，包括：

将传感器组固定在敷料与创面接触的一侧，传感器之间的距离在1cm以上；

将传感器组的导线汇集到一起穿过敷料后与排线相连接；

将CPU控制模块、无线发射模块、输入输出模块与电源模块焊接在电路板上，并通过印刷电路相互连接组成集成电路板；

将引出敷料的排线与集成电路板相连接，排线内包括输入线和输出线；

在传感器组采集端设置薄层衬底。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种pH传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将苯胺和十二烷基苯磺酸水溶液混合，得到混合液；其中，苯胺与十二烷基苯磺酸的摩尔比为1:2，十二烷基苯磺酸水溶液的质量分数为20％；

2)在混合液中加入过硫酸钠水溶液，充分反应；其中，过硫酸钠与苯胺的摩尔比为2.5:1，过硫酸钠水溶液的质量分数为50％；

3)加入沉淀剂丙酮，得到聚苯胺沉淀物；

4)将沉淀物洗涤，烘干后得聚苯胺粉末；

5)将聚苯胺粉末溶于水中，得到聚苯胺水基分散液，而后加入聚乙烯醇，得到成膜液；

6)将得到成膜液在25-30℃下滴涂在叉指电极上，干燥成膜。

2.根据权利要求1所述的PH传感器的制作方法，其特征在于，叉指电极的参数如下：N＝15，a＝b＝0.2mm，c＝1mm，d＝8mm，h＝0.35mm；其中，N为叉指电极对的对数，a为叉指宽度，b为叉指间间隙距离，c为双侧距离，d为叉指长度，h为叉指厚度。

3.根据权利要求1或2所述的PH传感器的制作方法，其特征在于，步骤1)-4)在35℃下进行。

4.一种pH传感器，其特征在于，根据权利要求1或2所述的PH传感器的制作方法制成。

5.一种包含有权利要求4所述的pH传感器的传感敷料，其特征在于，包括敷料(3)，敷料(3)上用于与伤口接触的一侧设有传感器组(2)，传感器组(2)的采集端用于采集伤口信息，传感器组(2)的导线连接有排线(4)，排线(4)的末端接有集成电路板；

传感器组(2)包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、所述pH传感器、尿酸传感器和乳酸传感器，各个传感器之间的距离大于等于1cm。

6.根据权利要求5所述的传感敷料，其特征在于，集成电路板包括CPU控制模块(5)、输入输出模块(6)、无线发射模块(7)、电源模块(8)和柔性电路板；

CPU控制模块(5)用于接收传感器组(2)所采集的创面信息，以及协调其他模块进行工作；无线发射模块(7)用于将监测到的信息传送至接收终端；电源模块(8)为其他模块供电；输入输出模块(6)用于开启或关闭所述传感敷料并显示参数及电量状态。

7.根据权利要求6所述的传感敷料，其特征在于，柔性电路板由聚酰亚胺或聚酯薄膜制成。

8.根据权利要求5所述的传感敷料，其特征在于，传感器组(2)的采集端设有薄层衬底(1)。

9.根据权利要求8所述的传感敷料，其特征在于，薄层衬底(1)由聚乙烯醇-壳聚糖海绵制成；敷料(3)为藻酸钙-壳聚糖生物创面敷料。

10.一种如权利要求6所述的传感敷料的构造方法，其特征在于：

将传感器组(2)固定在敷料(3)与创面接触的一侧，传感器之间的距离在1cm以上；

将传感器组(2)的导线汇集到一起与排线(4)相连接后引出敷料(3)；

将CPU控制模块(5)、无线发射模块(7)、输入输出模块(6)和电源模块(8)焊接在电路板上，组成集成电路板；

将引出敷料(3)的排线(4)与集成电路板相连接，排线(4)内包括输入线和输出线；

在传感器组(2)采集端设置薄层衬底(1)。