CN113237581B - 一种皮肤硬度传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种皮肤硬度传感器及其制作方法，该方法包括：螺旋线电极和圆盘电极的制备步骤：将纳米银线和碳纳米管按照质量百分比为一比一混合后分散在醇类溶液中；将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化；在玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒；去掉多余聚酰亚胺薄膜后，形成螺旋线电极和圆盘电极；压力敏感的电容材料的制备步骤：将碳纳米管通过十二烷基硫酸钠改性分散到第一溶液中，磁力搅拌二甲基硅氧烷/碳纳米管/水的混合溶液第三时长形成油包水乳化液并将其滴在螺旋线电极上，在第二温度下加热第二时长后再盖上圆盘电极；在预设温度分别加热固化一定时长后形成稳定的整体；将螺旋线电极和圆盘电极分别连接引线后，皮肤硬度传感器制作完成。

Description

一种皮肤硬度传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种皮肤硬度传感器及其制作方法。
背景技术
传统商用的便捷式硬度计适用于已安装的机械部件，磨具还有重型工件等物体上，对于皮肤这种本身硬度较低，硬度区间范围小的对象，量程范围不完全适用，因此测量误差较大，同时还会带给被测量者不舒适感。
对于硬皮病患者的皮肤硬度评估目前主要依赖改良Rodnan量表。系通过临床医生触诊患者双侧指背、手背、前臂、上臂、大腿、小腿、足背、及前额、胸壁、腹壁17个部位。每个部位根据捏起皮肤硬度给予0-3分评分，共计51分。此种方法单纯依赖临床医师触诊，无法感知早期皮肤受累的微弱改变，无法定量评估皮肤硬度，且主观性强、观察者内部及观察者间变异大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种皮肤硬度传感器及其制作方法，以解决上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例的一方面，提供一种皮肤硬度传感器的制作方法，包括：
螺旋线电极和圆盘电极的制备步骤：
将纳米银线和碳纳米管按照质量百分比为一比一混合后分散在醇类溶液中；
将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化；
在所述玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒；
在第一温度下干燥第一时长；
去掉多余聚酰亚胺薄膜后，将聚二甲基硅氧烷倒在电极上，通过真空作用渗透进导电颗粒网络中，固化聚二甲基硅氧烷后将聚二甲基硅氧烷从所述玻璃表面揭下，所述纳米银线/碳纳米管导电颗粒嵌入在聚二甲基硅氧烷的表面，形成所述螺旋线电极和所述圆盘电极；
压力敏感的电容材料的制备步骤：
将碳纳米管通过十二烷基硫酸钠改性分散到第一溶液中，磁力搅拌二甲基硅氧烷/碳纳米管/水的混合溶液第三时长，以形成油包水乳化液；
将所述油包水乳化液滴在螺旋线电极上，
在第二温度下加热第二时长后再盖上圆盘电极；
在第三温度和第四温度分别加热固化第四时长后形成稳定的整体；
将所述螺旋线电极和所述圆盘电极分别连接引线后，所述皮肤硬度传感器制作完成。
可选地，所述醇类溶液包括乙醇。
可选地，所述第一溶液包括水。
可选地，所述将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化是使用刻字机将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化。
可选地，在所述玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒具体是使用喷枪在玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒。
可选地，所述第一温度为80℃；所述第一时长为30min。
可选地，所述第三时长为1h。
可选地，所述第二温度下为65℃，所述第二时长为30min，所述第三温度为5℃。
可选地，所述第四温度为110℃，所述第四时长为2h。
以上的皮肤硬度传感器制作方法制作得到的皮肤硬度传感器作为评估硬皮病患者的皮肤硬度的检测设备的应用。
本发明实施例的另一方面，提供一种皮肤硬度传感器，包括螺旋线电极、圆盘电极以及压力敏感的电容材料，所述螺旋线电极、所述圆盘电极以及所述压力敏感的电容材料是由上述的方法所制成。
本实施例的基本工作原理是用硬度传感器将压力和变形信号分离出来，传感器对二者信号的检测，来推导出相对硬度的大小。本实施例只需要一个器件即可测出压力和变形信号两种信号，并且相互之间没有干扰，结构简单。同时，通过PDMS翻模制造的电极具有优异的机械和化学稳定性。器件整体都是基于PDMS的，因此具有优异的拉伸性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例的硬度传感器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请结合参照图1，本实施例提供一种皮肤硬度传感器的制作方法，用于定量评估皮肤硬度，其制作方法包括：
1.以1:1的质量比混合纳米银线(AgNW)和碳纳米管(CNT)，将其超声分散在乙醇中。
使用Sihouette刻字机将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化，去掉多余部分后。使用喷枪在玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管(CNT)导电颗粒，80℃干燥30min。
2.去掉多余聚酰亚胺薄膜后，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒在电极上，通过真空作用渗透进导电颗粒网络中，固化PDMS后将PDMS从玻璃表面揭下，纳米银线/碳纳米管(CNT)导电颗粒嵌入在PDMS的表面，形成螺旋线电极和圆盘电极。
3.将CNT通过十二烷基硫酸钠(SDS)改性分散到水中，磁力搅拌PDMS/CNT/水的混合溶液1h，其中CNT的含量为0.05％，形成油包水乳化液，将其滴在螺旋线电极上，65℃加热30min后再盖上圆盘电极。65℃和110℃分别加热固化2h后形成稳定的整体。整体厚度约为1mm，且可以被拉伸。引线后，皮肤硬度传感器制作完成，
本实施例为螺旋线电极、PDMS/CNT复合泡沫和圆盘电极三部分组成的传感器件。
三个部分都是基于PDMS(二甲基硅氧烷)制备的，因此在滴涂PDMS/CNT/水混合溶液后三者即可紧密结合在一起。
将硬度传感器贴在皮肤上，皮肤受到按压发生变形时，传感器由于具有可拉伸性，随着其一起变形。
1.螺旋线电极：有两个引脚1和2，其中1接地，2接高电平。按压时由于传感器会发生变形，螺旋线电极的电阻会增大，通过两个引脚间的电阻值变化，用于检测传感器的变形。
2.圆盘电极：有一个引脚3，接高电平。
3.PDMS/CNT复合泡沫：是一个对压力敏感的电容材料，泡沫结构和CNT的掺杂都可以提升传感器对压力的敏感度。通过测量上下电极(即螺旋线电极引脚1和圆盘电极引脚3)间的电容值变化，用于检测按压力的大小，测量时2引脚挂空，避免干扰。
4.根据相对电阻值变化和相对电容值变化的比值，来确定皮肤的软硬。例如：皮肤较硬时，按压时变形较小，此时相对电阻值变化和相对电容值变化的比值小，皮肤较软时反之。
本实施例的基本工作原理是用硬度传感器将压力和变形信号分离出来，传感器对二者信号的检测，来推导出相对硬度的大小。
本实施例只需要一个器件即可测出压力和变形信号两种信号，并且相互之间没有干扰，结构简单。同时，通过PDMS翻模制造的电极具有优异的机械和化学稳定性。器件整体都是基于PDMS的，因此具有优异的拉伸性。
本实施例的基本工作原理是用硬度传感器将压力和变形信号分离出来，传感器对二者信号检测，来推导出相对硬度的大小。本实施例只需要一个器件即可测出压力和变形信号两种信号，实现对皮肤硬度的定量分析，结构简单。同时，通过PDMS翻模制造的电极具有优异的机械和化学稳定性，因此器件具有优异的拉伸性及可操作性。
器件的传感器信号可通过编程实现蓝牙方式传输，可设计针对的APP方便数据运算及收集。
器件不仅可用于应用于罕见病诸如硬皮病患者的皮肤硬度定量分析从而判断患者预后及治疗效果，更可以推广应用于健康人群的皮肤状态评估。硬度数据可用作多中心共享及大数据分析，推动医学发展及智慧医疗建设，应用前景广阔。
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 (10)

1.一种皮肤硬度传感器的制作方法，其特征在于，包括：
螺旋线电极和圆盘电极的制备步骤：
将纳米银线和碳纳米管按照质量百分比为一比一混合后分散在醇类溶液中；
将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化；
在所述玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒；
在第一温度下干燥第一时长；
去掉多余聚酰亚胺薄膜后，将聚二甲基硅氧烷倒在电极上，通过真空作用渗透进导电颗粒网络中，固化聚二甲基硅氧烷后将聚二甲基硅氧烷从所述玻璃表面揭下，所述纳米银线/碳纳米管导电颗粒嵌入在聚二甲基硅氧烷的表面，形成所述螺旋线电极和所述圆盘电极；
压力敏感的电容材料的制备步骤：
将碳纳米管通过十二烷基硫酸钠改性分散到第一溶液中，磁力搅拌二甲基硅氧烷/碳纳米管/水的混合溶液第三时长，以形成油包水乳化液；
将所述油包水乳化液滴在螺旋线电极上，
在第二温度下加热第二时长后再盖上圆盘电极；
在第三温度和第四温度分别加热固化第四时长后形成稳定的整体；
将所述螺旋线电极和所述圆盘电极分别连接引线后，所述皮肤硬度传感器制作完成；
当皮肤被按压时，通过所述皮肤硬度传感器将压力和变形信号分离出来，经由所述皮肤硬度传感器对二者信号的检测，来推导出所述皮肤相对硬度的大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇类溶液包括乙醇。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液包括水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化是使用刻字机将贴在玻璃片上的聚酰亚胺薄膜图案化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒具体是使用喷枪在玻璃片上喷涂纳米银线/碳纳米管导电颗粒。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度为80℃；所述第一时长为30min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三时长为1 h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二温度下为65 ℃，所述第二时长为30 min，所述第三温度为5 ℃；所述第四温度为110 ℃，所述第四时长为2h。
9.一种皮肤硬度传感器，其特征在于，包括螺旋线电极、圆盘电极以及压力敏感的电容材料，所述螺旋线电极、所述圆盘电极以及所述压力敏感的电容材料是由如权利要求1至8任意一项所述的方法所制成。
10.权利要求1至8任意一项制作方法制作得到的皮肤硬度传感器作为在制备评估硬皮病患者的皮肤硬度的检测设备中的应用。
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Application publication date: 20210810

Assignee: SHANGHAI PHARMACEUTICALS HOLDING Co.,Ltd.

Assignor: ZHONGSHAN HOSPITAL, FUDAN University

Contract record no.: X2022310000121

Denomination of invention: A skin hardness sensor and its fabrication method

License type: Common License

Record date: 20220922

GR01 Patent grant
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