CN113701913A - 一种医用植入式碳基温度传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医用植入式碳基温度传感器及其制备方法，该医用植入式碳基温度传感器包括柔性空心外壳和设置于所述柔性空心外壳内的温敏导电纤维、第一导线、第二导线、第一导电连接件和第二导电连接件，所述柔性空心外壳内还填充有导热介质；所述温敏导电纤维的第一端通过所述第一导电连接件与所述第一导线连接，所述温敏导电纤维的第二端通过所述第二导电连接件与所述第二导线连接。本发明通过设置温敏导电纤维，并合理地设置温敏导电纤维在柔性空心外壳内的排布，使得该医用植入式碳基温度传感器的体积小、柔性化程度高，能够对动植物组织的各个内部进行温度检测，能够扩大温度测量范围以及温度测量精确度。

Description

一种医用植入式碳基温度传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及温度传感器设备的技术领域，特别是涉及一种医用植入式碳基温度传感器及其制备方法。

背景技术

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。目前市场占有量最多的是以PT100和热电偶为主的传感器，但上述这些传感器多是刚性结构，不易弯曲、且体积大小不可调控，难以将其用于狭小空间的温度检测。

尤其在生物医疗领域，针对动植物组织内部的温度分布检测，不仅要求温度传感器柔性化程度高，还需要直径足够小，以微创的方式进入组织内进行检测，同时传感器离开待测物体所留下的创口足够小，减小伤口出血，以及对外观的影响。对于人体而言，其血管直径在外界物体辅助下最多也只能扩张到1-2mm，现有的刚性温度传感器是难以进入到如此狭小的空间进行内部的温度测量。

因此，目前缺乏直径小于2mm的柔性温度传感器，以用于动植物组织内部的温度分布检测。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种医用植入式碳基温度传感器及其制备方法，该传感器直径细、体积小、柔性化程度高、灵敏度高，能够对动植物组织，甚至是血管的内部进行温度检测。

本发明提供了一种医用植入式碳基温度传感器，包括：包括柔性空心外壳和设置于所述柔性空心外壳内的温敏导电纤维、第一导线、第二导线、第一导电连接件和第二导电连接件，所述柔性空心外壳内还填充有导热介质；所述温敏导电纤维的第一端通过所述第一导电连接件与所述第一导线连接，所述温敏导电纤维的第二端通过所述第二导电连接件与所述第二导线连接。

本发明所述的医用植入式碳基温度传感器体积小，柔性高，能够检测动植物组织的温度。

进一步地，所述温敏导电纤维的数量为多个，所述温敏导电纤维的数量为多个，所述第一导电连接件和所述第二导电连接件的数量为对应的多个；所述第一导线为对应的多个，和/或，所述第二导线为对应的多个；

多个所述温敏导电纤维沿所述柔性空心外壳的长度方向依次排列，每个所述温敏导电纤维的第一端分别通过对应的所述第一导电连接件与所述第一导线连接，每个所述温敏导电纤维的第二端分别通过对应的所述第二导电连接件与对应的所述第二导线连接。

进一步地，所述温敏导电纤维设置于所述柔性空心外壳内的三个及其以上的不同位置，使得所述柔性空心外壳内形成三个及其以上的探温点，其中，每个所述探温点设置有一个或多个所述温敏导电纤维。

进一步地，多个所述温敏导电纤维的第一端至第二端的延伸方向，与所述柔性空心外壳的长度方向相同。

进一步地，所述温敏导电纤维的直径小于50微米、所述第一导线和所述第二导线的直径为20-200微米，所述柔性空心外壳的外径小于1毫米，所述柔性空心外壳的内径小于0.5毫米，所述温敏导电纤维、所述第一导线和所述第二导线的长度为1-500毫米。

进一步地，所述温敏导电纤维由负温度系数温敏材料制成，所述负温度系数温敏材料由碳基材料组成。

进一步地，所述碳基材料包括如下至少一种：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维。

进一步地，所述第一导电连接件和所述第二导电连接件为导电材料，所述导电材料包括如下至少一种：焊锡、液态金属、银浆、碳浆、导电聚合物。

进一步地，所述柔性空心外壳内还填充有导热介质，所述导热介质包括如下至少一种：空气、硅脂或油。

另一方面，本发明还提供一种医用植入式碳基温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1：将第一导线通过第一导电连接件与温敏导电纤维的第一端连接，将第二导线通过第二导线连接件与所述温敏导电纤维的第二端连接；

S2：将依次连接好的所述第一导线、所述温敏导电纤维和所述第二导线放置于柔性空心外壳内；

S3：将导热介质充入所述柔性空心外壳，所述导热介质为空气、硅脂或油的任意一种。

进一步地，所述温敏导电纤维的数量为多个，所述第二导线、所述第一导电连接件和所述第二导电连接件的数量为对应的多个，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S101：将所述第一导线通过多个所述第一导电连接件分别与多个所述温敏导电纤维的第一端连接；

S102：将每个所述温敏导电纤维的第二端通过对应的所述第二导电连接件，分别与对应所述第二导线连接。

相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：

1、本发明通过在柔性空心外壳内设置直径小的第一导线、第二导线和温敏导电纤维，并且合理的设置温敏导电纤维在柔性空心外壳内的排布，使得该温度传感器的体积更小，柔性化程度高，有利于该温度传感器进入动植物组织内部进行测温；

2、本发明的温敏导电纤维由负温度系数的碳基材料组成，能够进一步地扩大温度测量范围以及温度测量精确度，并且在柔性空心外壳内设置导热介质，进一步提高测温准确度，能够应用于多个领域测温。

3、本发明的医用植入式柔性温度传感器的直径小，能够通过微创方式，精准的测量组织内部温度分布，不影响待测物体的外观形貌。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的内部结构示意图；

图4为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的内部结构示意图；

图5为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的实体结构图；

图6为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的实体放大结构图；

图7为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的温度-电阻曲线图；

图8为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的测温过程图；

图9为本发明一个实施例中医用植入式碳基温度传感器的制备方法流程图；

图10为本发明一个实施例中医用植入式碳基温度传感器的制备方法流程图。

附图标记：10、碳基温度传感器；11、柔性空心外壳；12、温敏导电纤维；13、第一导线；14、第二导线；15、第一导电连接件；16、第二导电连接件；20、钢管。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅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，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了实现动植物组织内部的温度分布检测，且满足传感器离开待测物体所留下的创口足够小，减小对动植物表面外观的影响，本发明实施例提供一种柔性化程度高，直径足够小，能够以微创的方式进入动植物组织内进行检测的医用植入式碳基传感器。

请参阅图1，其为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器10的结构示意图，如图1所示，医用植入式碳基温度传感器10包括柔性空心外壳11、温敏导电纤维12、第一导线13、第二导线14、第一导电连接件15和第二导电连接件16。其中，温敏导电纤维12、第一导线13、第二导线14、第一导电连接件15和第二导电连接件16均设置在柔性空心外壳11内。

第一导线13通过第一导电连接件15与温敏导电纤维12的第一端连接，第二导线14通过第二导电连接件16与温敏导电纤维12的第二端连接。在一些优选的例子中，温敏导电纤维12、第一导线13、第二导线14、第一导电连接件15和第二导电连接件16相互之间不接触并且与柔性空心外壳11也不接触。这是为了防止导线之间接触造成的短路等情况，从而避免医用植入式碳基温度传感器10的损伤。

在一个实施例中，具体地，柔性空心外壳11内还填充有导热介质，导热介质可以限定温敏导电纤维12、第一导线13和第二导线14的位置，并还能将外界温度传递至柔性空心外壳内的温敏导电纤维12，温敏导电纤维12与导热介质完全接触，从而感受动植物组织温度变化。其中，导热介质可以是以下任意一种：空气、硅脂或油。

在本发明实施例中，柔性空心外壳11由柔性材料制成，具体的，该柔性空心外壳由塑料制成，而第一导线13和第二导线14则由具有导电功能的材料制成，该材料可以是金属材料，例如，铜等。第一导电连接件15和第二导电连接件16为导电材料，所述导电材料包括如下至少一种：焊锡、液态金属、银浆、碳浆、导电聚合物。在其他例子中，柔性空心外壳11也可以由金属材料制成。

在一个实施例中，上述温敏导电纤维12是由负温度系数温敏材料制成，优选的，该负温度系数温敏材料由碳基材料组成。负温度敏感系数材料具有的电阻值随温度增大而减小的特性，碳纤维材料具有良好的柔软性与导电性能。因此，由负温度敏感系数的碳基材料组成的温敏导电纤维12结合了两者的特性，不但具有良好的柔软性和导电性，其测温范围和测温精度也进一步地扩大。在其他实施例中，所述温敏导电纤维12还可以是由其他材料制成，如温敏浆料等。

优选地，该碳基材料至少包括以下一种：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维。

本发明的医用植入式碳基温度传感器10测温时，是通过在第一导线13和第二导线14之间施加电势差，形成一检测回路，并通过检测温敏导电纤维12由于感应到温度变化而产生的电阻值变化，从而导致的检测回路的电流信号变化，并将这一电流变化转化为温度变化。

具体的，如图2所示，在检测动植物温度时，将医用植入式碳基温度传感器10插入动植物内部组织，在第一导线13的另一端接入电源端VCC，第二导线14的另一端接入温度检测模块，使得第一导线13和第二导线14之间产生电势差，形成一检测回路，并通过导热介质将动植物温度传递至温敏导电纤维12，温敏导电纤维12与导热介质完全接触，随着导热介质的温度的变化，温敏导电纤维12的载流子数目也随之变化，从而将其温度变化转化为电信号，通过第二导线14传输至温度检测模块，该温度检测模块能够将电信号转化为对应的温度信号，从而实现温度的检测。

优选地，为了使得医用植入式碳基温度传感器10能够进入各种动植物组织，减少测温造成的损伤，设置温敏导电纤维12、第一导线13与第二导线14的直径小于50微米，柔性空心外壳11的外径小于1毫米，柔性空心外壳11的内径小于0.5毫米。并且为了能够满足对待测物体中不同位置的温度测量需求，医用植入式碳基温度传感器10的温敏导电纤维12、第一导线13和第二导线14的长度为1-500毫米，能够满足各类产品测量所需要的长度。

如图3所示，为了能够使得本医用植入式碳基温度传感器10实现对动植物的梯度测温，在另一个实施例中，医用植入式碳基温度传感器10的温敏导电纤维12的数量为多个，第二导线14、第一导电连接件15和第二导电连接件16的数量为与温敏导电纤维12对应的多个。多个温敏导电纤维12沿柔性空心外壳11的长度方向依次排列，每个温敏导电纤维12的第一端分别通过对应的第一导电连接件与第一导线13连接，每个温敏导电纤维12的第二端分别通过对应的第二导电连接件与对应的第二导线14连接。在其他实施例中，第一导线13也可以是对应的多个。

优选地，所述温敏导电纤维12设置于柔性空心外壳11内的三个及其以上的不同位置，使得柔性空心外壳11内形成三个及其以上的探温点。也就是说，在本申请实施例中，探温点的数量可以是三个及其以上，且每一个探温点可以由多个温敏导电纤维12组成，从而可以从多个温敏导电纤维12检测到的温度中，选取最为准确的温度。具体的选取方式可以是取同一个探温点中每个温敏导电纤维12所检测到的温度中的最大值、最小值或平均值，或者去掉明显故障值、或其他的多选一的选取算法。

在另一些例子中，温敏导电纤维12等间距的分布于该柔性空心外壳11内部。该设置方式使得温敏导电纤维12均匀的分布在医用植入式碳基温度传感器10的检测部位，从而能够检测不同部位的温度，而不仅仅是某一点的温度，从而实现梯度排列测温，并且能够保证各个温敏导电纤维12依次排列不会相互接触。

在一个优选地实施例中，如图4所示，将多个温敏导电纤维12的第一端至第二端方向沿柔性空心外壳11的长度方向设置，使得温敏导电纤维12的方向一致。温敏导电纤维12沿其长度方向与柔性空心外壳11长度方向一致时，可以根据柔性空心外壳11的长度，合理的设置温敏导电纤维12的个数，并且相对于温敏导电纤维12的长度方向垂直于柔性空心外壳11长度方向的设置，该布局更合理，能够在加长温敏导电纤维的同时，进一步减小柔性空心外壳11的直径，使得医用植入式碳基温度传感器10的直径进一步减小。

在一个具体的实施例中，如图5-6所示，其为本发明一个实施例中的医用植入式碳基温度传感器的实体图，可以得知，所述柔性空心外壳的外径约为835微米，所述第一导线与所述第二导线为铜丝，所述铜丝的直径约为111微米，结合图6可知，所述温敏导电纤维的直径约为8微米。如图7所示，其为图5-6中的例子中的医用植入式碳基温度传感器中的温度-电阻曲线图，可以看出，本发明实施例的医用植入式碳基温度传感器的电阻随温度的升高而逐渐减小。本发明实施例的温敏导电纤维直径非常细小，但是其电阻-温度变化趋势明显，即使所述温敏导电纤维的直径减少也未影响其对温度的敏感程度。因此，能够以微创的方式进入动植物组织后，精准有效的测量动植物组织温度。

如图8所示，其为本发明一个具体实施例中，该医用植入式碳基温度传感器10的工作过程示意图。在检测人体血管内的温度时，首先将医用植入式碳基温度传感器10套设于钢管内，通过将包裹有医用植入式碳基温度传感器的钢管插入待测人体血管后，将钢管拔出，使得医用植入式碳基温度传感器10植入人体血管内。通常来说，对于人体的血管而言，其直径在外界物体辅助下最多能扩张到1-2mm，现有的刚性温度传感器是难以进入到如此狭小的空间进行内部的温度测量，而本申请的医用植入式碳基温度传感器的直径小于1毫米，且其外壳为柔性材质，不但能具备满足进入血管的直径，还能够避免血管由于温度传感器的硬性材质受到伤害。

如图9所示，本发明还提供一种上述任一种实施例中的医用植入式碳基温度传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

S1：将第一导线通过第一导电连接件与温敏导电纤维的第一端连接，将第二导线通过第二导线连接件与所述温敏导电纤维的第二端连接；

S2：将依次连接好的所述第一导线、所述温敏导电纤维和所述第二导线放置于柔性空心外壳内；

S3：将导热介质充入所述柔性空心外壳，所述导热介质为空气、硅脂或油的任意一种。

优选地，所述温敏导电纤维的数量为多个，所述第二导线、所述第一导电连接件和所述第二导电连接件的数量为对应的多个，如图10所示，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S101：将所述第一导线通过多个所述第一导电连接件分别与多个所述温敏导电纤维的第一端连接；

S102：将每个所述温敏导电纤维的第二端通过对应的所述第二导电连接件，分别与对应所述第二导线连接。

本发明所提供的医用植入式碳基温度传感器10通过在柔性空心外壳11内设置直径小的温敏导电纤维12、第一导线13和第二导线14，使得该温度传感器的直径和体积更小，有利于该温度传感器进入动植物组织内部进行测温，能够通过微创方式，精准的测量组织内部温度分布，不影响待测物体的外观形貌。并且温敏导电纤维12、第一导线13和第二导线14的长度也可以根据需要调节，从而可以检测不同位置温度。温敏导电纤维12还具有较好的柔性，使得医用植入式碳基温度传感器10的柔性增大，易弯折。该温敏导电纤维12由负温度系数温敏材料制成，该材料随温度上升，其本身的阻值会变小，从而扩大了温度检测范围，能够应用于多个领域测温。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于，包括：

包括柔性空心外壳和设置于所述柔性空心外壳内的温敏导电纤维、第一导线、第二导线、第一导电连接件和第二导电连接件，所述柔性空心外壳内还填充有导热介质；

所述温敏导电纤维的第一端通过所述第一导电连接件与所述第一导线连接，所述温敏导电纤维的第二端通过所述第二导电连接件与所述第二导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述温敏导电纤维的数量为多个，所述第一导电连接件和所述第二导电连接件的数量为对应的多个；所述第一导线为对应的多个，和/或，所述第二导线为对应的多个；

多个所述温敏导电纤维沿所述柔性空心外壳的长度方向依次排列，每个所述温敏导电纤维的第一端分别通过对应的所述第一导电连接件与对应的所述第一导线连接，每个所述温敏导电纤维的第二端分别通过对应的所述第二导电连接件与对应的所述第二导线连接。

3.根据权利要求2所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述温敏导电纤维设置于所述柔性空心外壳内的三个及其以上的不同位置，使得所述柔性空心外壳内形成三个及其以上的探温点，其中，每个所述探温点设置有一个或多个所述温敏导电纤维。

4.根据权利要求2或3所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

多个所述温敏导电纤维的第一端至第二端的延伸方向，与所述柔性空心外壳的长度方向相同。

5.根据权利要求1所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述温敏导电纤维的直径小于50微米、所述第一导线和所述第二导线的直径为20-200微米，所述柔性空心外壳的外径小于1毫米，所述柔性空心外壳的内径小于0.5毫米，所述温敏导电纤维、所述第一导线和所述第二导线的长度为1-500毫米。

6.根据权利要求1所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述温敏导电纤维由负温度系数的温敏材料制成，所述负温度系数温敏材料由碳基材料制成。

7.根据权利要求6所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述碳基材料包括如下至少一种：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维。

8.根据权利要求7所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述第一导电连接件和所述第二导电连接件为导电材料，所述导电材料包括如下至少一种：焊锡、液态金属、银浆、碳浆、导电聚合物。

9.根据权利要求1所述的一种医用植入式碳基温度传感器，其特征在于：

所述导热介质包括如下至少一种：空气、硅脂或油。

10.一种医用植入式碳基温度传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将第一导线通过第一导电连接件与温敏导电纤维的第一端连接，将第二导线通过第二导线连接件与所述温敏导电纤维的第二端连接；

S2：将依次连接好的所述第一导线、所述温敏导电纤维和所述第二导线放置于柔性空心外壳内；

S3：将导热介质充入所述柔性空心外壳。

11.根据权利要求10所述的一种医用植入式碳基温度传感器的制备方法，其特征在于，所述温敏导电纤维的数量为多个，所述第二导线、所述第一导电连接件和所述第二导电连接件的数量为对应的多个，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S101：将所述第一导线通过多个所述第一导电连接件分别与多个所述温敏导电纤维的第一端连接；

S102：将每个所述温敏导电纤维的第二端通过对应的所述第二导电连接件，分别与对应所述第二导线连接。

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