CN110916621A - 一种检测多种生理信号的柔性传感器 - Google Patents

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    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb

Abstract

本发明公开了一种检测多种生理信号的柔性传感器。本发明中的上层传感器包括一对上金属电极，以及喷涂在该对金属电极上的氧化石墨烯。中层传感器包括另一对中金属电极，以及喷涂在该对金属电极上的还原氧化石墨烯；下层传感器包括一对下金属电极，以及喷涂在该对金属电极下的柔性敏感材料；三层传感器之间间隔柔性衬底，经过层压后，上层金属电极与中层金属电极以及之间的柔性衬底形成一个压力传感器，可用于监测人体脉搏。本发明通过柔性工艺，制作一种新型的能够检测人体的呼吸、脉搏、体温、运动四种生理信号的柔性多功能传感器。

Description

一种检测多种生理信号的柔性传感器
技术领域
本发明涉及一种新型的能够检测多种生理信号的柔性传感器，该传感器基于柔性工艺制作，并能够检测人体的呼吸、脉搏、体温、运动等生理信号。
背景技术
柔性电子技术是将有机/无机材料电子器件制作在柔性材料上的新兴电子技术，用以设计各种形状、更贴近人体以及易于使用的电子产品。利用柔性材料或柔性结构设计对电子器件原有功能结构进行替换即构成了柔性电子技术的核心。柔性电子器件与刚性电子器件相比最大的不同与优势即是可以在承受较大变形时其电子电路本身不受影响，具备形状可弯曲、可伸缩等柔性性能，在受力情况下电子器件仍可以正常工作。
现代医疗十分依赖对人体生理信号的监测，生理监测在疾病的预防、治疗以及恢复过程中都起到十分重要的作用，能够实时判断人体的健康状况，使得医生能够充分了解患者的病情。柔性技术在医疗领域的发展使得生理监测的传感器能够更好的贴合人体，信号更加准确，监测更加方便。
目前，对人体健康状况的监测需要监测体温、脉搏、呼吸等多种信号，而由于柔性传感器功能上的局限性，用于人体监测的传感器大多只能监测其中一种生理信号。
发明内容
本发明通过柔性工艺，制作一种新型的柔性多功能传感器，贴在人体不同部位的皮肤上能够监测人体的呼吸、脉搏、体温、运动四种生理信号。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括上层传感器、中层传感器和下层传感器。
上层传感器包括一对上金属电极，以及喷涂在该对金属电极上的氧化石墨烯，由此形成湿度传感器，其平面电容随湿度变化而变化，可用此传感器监测人体呼吸。
中层传感器包括另一对中金属电极，以及喷涂在该对金属电极上的还原氧化石墨烯，由此形成温度传感器，其电阻随温度变化而变化，可用于监测人体温度。
下层传感器包括一对下金属电极，以及喷涂在该对金属电极下的柔性敏感材料，所述的柔性敏感材料使用石墨烯纳米片与PDMS制作，由此形成应变传感器，其电阻随应力变化而变化，可用于监测人体的运动信号。
三层传感器之间间隔柔性衬底，经过层压后，上层金属电极与中层金属电极以及之间的柔性衬底形成一个压力传感器，可用于监测人体脉搏。
本发明的有益效果是：本发明能够检测人体的呼吸、脉搏、体温、运动四种生理信号。
附图说明
图1是本发明的结构俯视图；
图2是本发明的结构主视图；
图3a、图3b分别是本发明的俯视剖面图；
图中1：上层传感器敏感材料氧化石墨烯，2.1、2.2：上层传感器金属电极，3：上层传感器柔性衬底，4：中层传感器敏感材料还原氧化石墨烯，5.1、5.2：中层传感器金属电极，6：下层传感器柔性衬底，7.1、7.2：下层传感器金属电极，8：下层传感器柔性敏感材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明通过将三层柔性传感器进行层压得到。上中两层传感器制备过程相同，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）主剂与固化剂按比例混合后旋涂得到柔性衬底，通过水溶性胶带将图案化的金属铜导线转移到柔性衬底上，通过喷涂不同材料将敏感材料喷涂到相应位置得到不同传感器。下层传感器的制作以石墨烯纳米片为材料，在混合聚二甲基硅氧烷（PDMS）主剂与固化剂时加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后旋涂固化得到敏感材料，最后将金属电极转移到其之上得到下层的传感器，最后使用层压将三层传感器合并成新的传感器。
本发明可以视为上中下三层，下层传感器使用石墨烯纳米片与PDMS制作，当传感器收到应力产生应变时，其电阻会发生变化，由此可用于监测人体的运动信号。中层传感器喷涂还原氧化石墨烯（rGO）形成温度传感器，其电阻随温度变化而变化，可用于监测人体温度。上层传感器喷涂氧化石墨烯（GO）形成湿度传感器，其平面电容随湿度变化而变化，人体呼吸会使得口鼻附近的湿度发生变化，可用此传感器监测人体呼吸。传感器经过层压后，上层电极与中层电极以及之间的柔性衬底形成一个压力传感器，其电容因为受到压力而发生变化。脉搏跳动会产生压力，可用该传感器监测人体脉搏。
实施例：
在图1中，上层传感器敏感材料氧化石墨烯1喷涂在金属电极2.1、2.2上，氧化石墨烯的电容会随湿度变化而变化，该传感器可用于检测人体的呼吸。
在图2中，组件编号表示同图1，为本发明的结构主视图，上层传感器（包含有敏感材料氧化石墨烯1，金属电极2.1、2.2，柔性衬底3）、中层传感器（包含有敏感材料还原氧化石墨烯4，金属电极5.1、5.2，柔性衬底 6）与下层传感器（包含有金属电极7.1、7.2，柔性敏感材料8）层压在一起，上层金属电极2.1、2.2分别与中层金属电极5.2形成平行极板，同上层柔性衬底3作为电介质构成压力传感器，该传感器能测量压力信号，可用于监测人体的脉搏。
图3a中，中层传感器敏感材料还原氧化石墨烯4喷涂在金属电极5.1、5.2上，拥有对温度敏感的功能，可用于监测人体的体温。图3b中金属电极7.1、7.2与柔性敏感材料8相连，当敏感材料8产生应变时，其电阻也发生改变，可用于监测人体的运动。
本发明的工作过程：结合图1、图2与图3a和图3b，将传感器贴在手肘、手腕等表皮拉伸较大的部位，当手臂运动时，下层的传感器产生应变，其电阻发生变化，由此监测人体的运动。将传感器贴在皮肤上，人体温度发生变化时，中层传感器的敏感材料rGO的电阻随之改变，由此监测人体的体温。将传感器贴在口鼻附近的皮肤上，当人体自由呼吸时，传感器附近的环境湿度发生改变，上层传感器的敏感材料GO 的电容也随之改变，由此监测人体的呼吸。将传感器贴在手腕上，随着脉搏的跳动，上层传感器电极与下层传感器电极之间的间距会随着受力而发生变化，从而使得电容改变，由此监测人体的脉搏。综上所述，该柔性多功能传感器能够监测人体的呼吸、脉搏、体温、运动四种生理信号。

Claims (1)

1.一种检测多种生理信号的柔性传感器，包括上层传感器、中层传感器和下层传感器，其特征在于：
上层传感器包括一对上金属电极，以及喷涂在该对金属电极上的氧化石墨烯，由此形成湿度传感器，其平面电容随湿度变化而变化，可用此传感器监测人体呼吸；
中层传感器包括另一对中金属电极，以及喷涂在该对金属电极上的还原氧化石墨烯，由此形成温度传感器，其电阻随温度变化而变化，可用于监测人体温度；
下层传感器包括一对下金属电极，以及喷涂在该对金属电极下的柔性敏感材料，所述的柔性敏感材料使用石墨烯纳米片与PDMS制作，由此形成应变传感器，其电阻随应力变化而变化，可用于监测人体的运动信号；
三层传感器之间间隔柔性衬底，经过层压后，上层金属电极与中层金属电极以及之间的柔性衬底形成一个压力传感器，可用于监测人体脉搏。
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