CN111198063A - 一种压力传感器 - Google Patents

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孟艳芳
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Abstract

本发明提供一种压力传感器，用于监测植入型扩张球囊，其中，所述球囊包括球囊本体及与所述球囊本体连接的导管，所述压力传感器包括设置于所述球囊本体外表面的基底层及设置于所述基底层外表面的金属纳米线膜。本发明提供的压力传感器提高了监测的精确度，同时具有结构简单、成本低、灵敏度高等优点。

Description

一种压力传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及一种应用于植入型扩张球囊的压力传感器。
背景技术
近年来，随着心脑血管疾病的发病率不断上升，心脑血管疾病的防治日益被关注。其中，发病的主要根源为动脉血管狭窄。目前，解决动脉血管狭窄的医疗手段主要有三种：药物保守治疗、外科手术和介入治疗手术。其中，介入治疗手术(例如动脉球囊扩张手术、支架植入手术等)以其只需局部麻醉，以及具有出血少、创伤小、并发症少、术后恢复快和安全可靠等优点而备受青睐。
在动脉球囊扩张手术中，需要采用成像技术实时监测球囊在血管内部变化，但是该成像一般是二维的，不能实现三维立体成像而容易造成误差。为解决成像带来的误差，机械应变传感器、电导传感器、温度传感器等引入到动脉球囊扩张手术中来进行电生理成像，然而这些设置在球囊上的传感器一般结构复杂且成本较高。
发明内容
鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种应用于植入型扩张球囊的压力传感器。
本发明提供一种压力传感器，用于监测植入型扩张球囊，其中，所述球囊包括球囊本体及与所述球囊本体连接的导管，所述压力传感器包括设置于所述球囊本体外表面的基底层及设置于所述基底层外表面的金属纳米线膜。
根据一些实施方式，所述基底层采用水凝胶制成。
根据一些实施方式，所述水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶、壳聚糖水凝胶或聚异丙基丙烯酰胺水凝胶。
根据一些实施方式，所述金属纳米线膜采用银纳米线、金纳米线或铜纳米线制成。
根据一些实施方式，所述压力传感器为多个，且分别设置于所述球囊本体的表面的不同位置，形成压力传感器阵列。
根据一些实施方式，所述基底层的厚度为0.01-0.05mm。
根据一些实施方式，所述金属纳米线膜长度为0.05-0.3mm，宽度为0.03-0.1mm，厚度为0.0005-0.001mm。
根据一些实施方式，还包括两个用于输出所述压力传感器的信号的银电极。
根据一些实施方式，所述压力传感器由下述方法制备：首先于所述球囊本体的表面贴合导线，然后在其上喷涂一层1mg/ML的还原氧化石墨烯(rGO)水悬浮液，再喷涂0.5％的银纳米线(AgNWs)水悬浮液，以及喷涂10wt％的NaCl水溶液，重复上述所有喷涂步骤两次后即可在所述球囊本体上形成所述压力传感器。
根据一些实施方式，所述压力传感器由下述方法制备：首先于所述球囊本体的表面涂抹一层聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶，再喷涂0.5％的银纳米线(AgNWs)水悬浮液。
本发明的压力传感器的有益效果为：
1、能够实时、定量的监测球囊本体的体积变化，避免了成像技术不能反映球囊本体三维立体而造成误差的问题，提高了监测的精确度；
2、采用银纳米线-水凝胶体系用于实时监测球囊本体的体积，由于水凝胶对于球囊本体的贴合性较高，极大地提高了输出的稳定性，而且银纳米线-水凝胶体系还具有结构简单、成本低、灵敏度高等优点。
附图说明
图1为本发明提供的压力传感器的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为球囊本体在不同膨胀程度条件下实施例一的压力传感器的电流-电压曲线示意图；
图4为球囊本体在不同膨胀程度条件下实施例一的压力传感器的电阻-膨胀率曲线示意图；
图5为球囊本体在不同收缩程度条件下实施例一的压力传感器的电流-电压曲线示意图；
图6为球囊本体在不同收缩程度条件下实施例一的压力传感器的电阻-收缩率曲线示意图；
图7及图8为实施例一的压力传感器的实时的电流(I)-时间(t)曲线示意图；
图9为球囊本体在不同收缩程度条件下实施例二的压力传感器的电流-电压曲线示意图；
图10为球囊本体在不同收缩程度条件下实施例二的压力传感器的电阻-收缩率曲线示意图；
图11为球囊本体在不同膨胀程度条件下实施例二的压力传感器的电流-电压曲线示意图；
图12为球囊本体在不同膨胀程度条件下实施例二的压力传感器的电阻-膨胀率曲线示意图；
图13及图14为实施例二的压力传感器的实时的电流(I)-时间(t)曲线示意图。
具体实施方式
本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1及图2所示，本发明提供的压力传感器100，用于监测植入型扩张球囊110，其中，球囊110包括球囊本体112及与球囊本体112连接的导管114，压力传感器100包括设置于球囊本体112外表面的基底层10及设置于基底层10外表面的金属纳米线膜20。
球囊本体112采用硅橡胶材料制成，加工为球状。在稳定状态下，球囊本体112呈椭球状，长度L1为0.1-0.5mm，高度H1为0.1-0.2mm。球囊本体112完全膨胀状态时，体积为5-10cm3。导管114的长度L2为10-20cm，外径D1为0.1-0.2mm，内径D2为0.05-0.1mm。
基底层10的厚度H2为0.01-0.05mm。基底层10采用聚丙烯酰胺水凝胶制成。可以理解，基底层10也可以采用其他水凝胶制成，例如壳聚糖水凝胶、聚异丙基丙烯酰胺水凝胶。水凝胶与球囊本体112的贴合性较好，可以随着球囊本体112的体积变化而变化，且没有时间滞后，而且水凝胶离子导电响应性快，适应于中高频率。
金属纳米线膜20长度L3为0.05-0.3mm，宽度W3为0.03-0.1mm，厚度H3为0.0005-0.001mm。本实施例中，金属纳米线膜20采用银纳米线制成。可以理解，金属纳米线膜20也可以采用其他金属纳米线制成，例如，金纳米线或铜纳米线。
如图1及图2所示，本发明提供的压力传感器100还包括两个银电极30，用于输出压力传感器100的信号。
可以理解，球囊本体112的表面的可以设置多个压力传感器100，且多个压力传感器100分别设置于球囊本体112的表面的不同位置，形成压力传感器100阵列，以进行多点位多像素点的成像。
本发明的压力传感器100的有益效果为：一方面，能够实时、定量的监测球囊本体的体积变化，避免了成像技术不能反映球囊本体三维立体而造成误差的问题，提高了监测的精确度；另一方面，采用银纳米线-水凝胶体系用于实时监测球囊本体的体积，由于水凝胶对于球囊本体的贴合性较高，极大地提高了输出的稳定性，而且银纳米线-水凝胶体系还具有结构简单、成本低、灵敏度高等优点。
下面结合具体实施例来说明本发明提供的压力传感器100的性能：
实施例一
在实施例一中，可以先在球囊本体112的表面贴合导线，用于输出采集到的信息，然后在其上喷涂一层1mg/ML的还原氧化石墨烯(rGO)水悬浮液，再喷涂0.5％的银纳米线(AgNWs)水悬浮液，以及喷涂10wt％的NaCl水溶液，重复上述所有喷涂步骤两次后即可在球囊本体112上形成压力传感器100。
将导线连接到半导体测试仪的两端以测试压力传感器100的电流(I)-电压(V)曲线以及实时的电流(I)-时间(t)曲线。
如图3所示，随着球囊本体112的膨胀程度增加，相同电压下，电流逐渐减小，且每一膨胀程度的电流与电压均保持线性关系，说明实施例一的压力传感器100始终保持稳定状态。对应的，如图4所示，随着球囊本体112的膨胀程度增加，压力传感器100的电阻逐渐增大。
如图5所示，随着球囊本体112的收缩程度增加，相同电压下，电流逐渐增大，且每一收缩程度的电流与电压均保持线性关系，说明实施例一的压力传感器100始终保持稳定状态。对应的，如图6所示，随着球囊本体112的收缩程度增加，压力传感器100的电阻逐渐减小。
如图7及图8所示，无论球囊本体112是膨胀还是收缩，或者是瞬间收缩至未充气状态，以及再次充气状态，压力传感器100均能快速响应。而且，图7及图8中显示的电阻与电压关系与通过理论推导出的电阻与电压关系一致，均为当球囊本体112膨胀时，压力传感器100的电流减小，当球囊本体112收缩时，压力传感器100的电流增大。
实施例二
在实施例二中，先在球囊表面涂抹一层聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶，再喷涂0.5％的银纳米线(AgNWs)水悬浮液。
如图9所示，当球囊本体112以较大充气状态为初始状态且逐渐放气过程中，随着球囊本体112的收缩程度增加，相同电压下，电流逐渐增大，且每一收缩程度的电流与电压均保持线性关系，说明实施例二的压力传感器100始终保持稳定状态。对应的，如图10所示，随着球囊本体112的收缩程度增加，压力传感器100的电阻逐渐减小。
如图11所示，当球囊本体112以较小充气状态为初始状态且逐渐充气过程中，随着球囊本体112的膨胀程度增加，相同电压下，电流逐渐减小，且每一膨胀程度的电流与电压均保持线性关系，说明实施例二的压力传感器100始终保持稳定状态。对应的，如图12所示，随着球囊本体112的膨胀程度增加，压力传感器100的电阻逐渐增大。
如图13及图14所示，当球囊本体112以较大充气状态为初始状态且逐渐放气过程中，以及球囊本体112处于膨胀态，然后循环放气、稳定、充气、稳定过程中，无论球囊本体112是膨胀还是收缩，或者是瞬间收缩至未充气状态，以及再次充气状态，压力传感器100均能快速响应。而且，图13及图14中显示的电阻与电压关系与通过理论推导出的电阻与电压关系一致，均为当球囊本体112膨胀时，压力传感器100的电流减小，当球囊本体112收缩时，压力传感器100的电流增大。
而且，根据图14与图8对比可知，实施例二中的压力传感器比实施例一中的压力传感器的实时的电流-时间曲线图更为稳定，这是由于水凝胶可以起到稳定的效果。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

Claims (10)

1.一种压力传感器，用于监测植入型扩张球囊，其中，所述球囊包括球囊本体及与所述球囊本体连接的导管，其特征在于，所述压力传感器包括设置于所述球囊本体外表面的基底层及设置于所述基底层外表面的金属纳米线膜。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述基底层采用水凝胶制成。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶、壳聚糖水凝胶或聚异丙基丙烯酰胺水凝胶。
4.如权利要求1-3任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述金属纳米线膜采用银纳米线、金纳米线或铜纳米线制成。
5.如权利要求1-4任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器为多个，且分别设置于所述球囊本体的表面的不同位置，形成压力传感器阵列。
6.如权利要求1-5任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述水凝胶基底层的厚度为0.01-0.05mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述金属纳米线膜长度为0.05-0.3mm，宽度为0.03-0.1mm，厚度为0.0005-0.001mm。
8.如权利要求1-7任一项所述的压力传感器，其特征在于，还包括两个用于输出所述压力传感器的信号的银电极。
9.如权利要求1-8任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器由下述方法制备：首先于所述球囊本体的表面贴合导线，然后在其上喷涂一层1mg/ML的还原氧化石墨烯(rGO)水悬浮液，再喷涂0.5％的银纳米线(AgNWs)水悬浮液，以及喷涂10wt％的NaCl水溶液，重复上述所有喷涂步骤两次后即可在所述球囊本体上形成所述压力传感器。
10.如权利要求1-8任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器由下述方法制备：首先于所述球囊本体的表面涂抹一层聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶，再喷涂0.5％的银纳米线(AgNWs)水悬浮液。
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