CN115067954A - 自发电心电信号监测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自发电心电信号监测器，自发电心电信号监测器包括亲肤层、设于所述亲肤层上的生物信号传感器以及摩擦电纳米发生器，所述摩擦电纳米发生器用于生成电能并输送至所述生物信号传感器，所述生物信号传感器用于检测心电信号并将所述检测心电信号传输至外部终端。本发明提供的自发电心电信号监测器能够检测患者的一些指标信息并通过获取患者的指标信息以监测患者的生理体征。

Description

自发电心电信号监测器
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种自发电心电信号监测器。
背景技术
传统的心血管疾病检测和治疗设备如商用BP仪被广泛应用于日常医疗中。然而其机械结构的限制(如刚性)和安全问题(如生物相容性)阻碍了它们在植入情况下的应用。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种自发电心电信号监测器，旨在解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种自发电心电信号监测器包括亲肤层、设于所述亲肤层上的生物信号传感器以及摩擦电纳米发生器，所述摩擦电纳米发生器用于生成电能并输送至所述生物信号传感器，所述生物信号传感器用于检测心电信号并将所述检测心电信号传输至外部终端。
在一实施例中，所述摩擦电纳米发生器包括依次设置的上电极层、第一摩擦层、弹性层、第二摩擦层以及下电极层，所述弹性层位于所述第一摩擦层和所述第二摩擦层之间，所述弹性层在外力作用下被压缩使所述第一摩擦层和所述第二摩擦层发生接触；所述弹性层在撤去外力时弹性回复，令所述第一摩擦层和所述第二摩擦层发生分离，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层具有不同摩擦电性质的材料。
在一实施例中，所述摩擦电纳米发生器通过纳米级导线和生物信号传感器相连。
在一实施例中，所述第一摩擦层设有纳米级聚四氟乙烯薄膜层，所述第二摩擦层设有铝箔层。
在一实施例中，所述亲肤层由生物相容性材料制备而成。
在一实施例中，所述亲肤层由氧化石墨烯-聚乙烯醇纳米复合材料制备而成。
在一实施例中，所述生物信号传感器包括至少一传感器元件，所述传感器元件用于检测患者的心电信号。
本发明的技术方案中，自发电心电信号监测器作为贴片式监测器，在粘贴在用户皮肤表层后，生物信号传感器能够检测患者的一些指标信息，通过获取患者的指标信息传输至外部终端以监测患者的生理体征，并且摩擦电纳米发生器能够通过用户走路、运动造成的振动或挤压等方式进行发电，并将电能提供给生物信号传感器进行工作转化为电能并输送至所述生物信号传感器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例的自发电心电信号监测器的结构示意图；
图2为本发明实施例的摩擦电纳米发生器的结构示意图。
附图标号说明：10、生物信号传感器、20、摩擦电纳米发生器；21、上电极层；22、第一摩擦层；23、弹性层；24、第二摩擦层；25、下电极层；30、纳米级导线。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种自发电心电信号监测器。
如图1所示，自发电心电信号监测器作为贴片式监测器，其具体包括亲肤层、设于所述亲肤层上的生物信号传感器10以及摩擦电纳米发生器20。所述生物信号传感器10包括至少一传感器元件，所述传感器元件用于获取患者的心电信号。可以理解的是，作为贴片式监测器，在亲肤层上设有粘接层，令该监测器能够通过粘接层粘接在人体皮肤上。
在本实施例中，当自发电心电信号监测器粘贴在用户皮肤表层后，生物信号传感器能够检测患者的一些指标信息，通过获取患者的指标信息传输至外部终端以监测患者的生理体征，并且摩擦电纳米发生器能够通过用户走路、运动造成的振动或挤压等方式进行发电，并将电能提供给生物信号传感器进行工作转化为电能并输送至所述生物信号传感器。具体地，指标信息一般包括用户的血压、血氧饱和度、心率、血糖以及体温等。换言之，可在用户皮肤上贴设为了用于获取不同指标信息的不同监测器，以获取用户的不同体征信息。多个监测器之间的区别在于采用了不同的传感器元件，其摩擦电纳米发生器、亲肤层以及相应连接关系等均相同。在本实施例中，用于监测血压、血样饱和度、心率、血糖仪以及体温等的传感器元件采取现有的传感器元件即可，在此不再进行赘述。
另外，为了获取生物信号传感器10监测到的生物体征信息，在一实施例中，可在终端中设置控制器，令控制器和生物信号传感器10通过蓝牙协议或ZigBee协议进行通信以获取生物体征信息以及生物信号传感器10的当前电量。终端可以为电脑、手机等，一般情况下通过手机与生物信号传感器10进行信号连接，当获取到某些生物体征信息超过预设值(提前内置在终端中)时，可提示患者。并且控制器中可预置一些阈值，例如当某一体征信息到达第一阈值时，代表用户的某一信息与标准阈值存在一定差距但无危险性，终端则触发警告，提示用户需尽快前往医院就医。而当用户的某一信息到达第二阈值时，代表用户的某一信息与标准值存在较大差距，此时终端触发报警，以进行提示。
其中，请参考图2，所述摩擦电纳米发生器20用于生成电能并输送至所述生物信号传感器10。所述摩擦电纳米发生器20包括依次设置的上电极层21、第一摩擦层22、弹性层23、第二摩擦层24以及下电极层25，所述弹性层23位于所述第一摩擦层22和所述第二摩擦层24之间，所述弹性层23在外力作用下被压缩使所述第一摩擦层22和所述第二摩擦层24发生接触；所述弹性层23在撤去外力时弹性回复，令所述第一摩擦层22和所述第二摩擦层24发生分离，所述第一摩擦层22和所述第二摩擦层24具有不同摩擦电性质的材料。利用具有不同的摩擦电性质的两种摩擦层材料弹性连接构建出摩擦电纳米发生器20，当压力作用在摩擦电纳米发生器20上时，将会导致构成摩擦电纳米发电器的两种摩擦层材料接触，从而使易失电子的摩擦层材料失去电子，易得电子的摩擦层材料得到电子，使与两种摩擦层材料贴合的电极层对外输出电信号。可以理解的是，发电时的压力一般来自于血管、肌肉的挤压、人体运动时的震动等均可造成一定压力从而进行发电。
可以理解的是，自发电心电信号监测器上还设有微型蓄电池，当摩擦电纳米发生器20发电后通过纳米导线连接微型蓄电池，微型蓄电池与生物信号传感器10连接并为其供电。微型蓄电池为3.7V可充电锂电池，此种微型蓄电池的供电电流较小，在进行供电时，不会影响人体本身的各项技能。并且，终端的控制器还可以通过获取生物信号传感器10的当前电量以及微型蓄电池的当前电量，当终端监测到电量较低时，可提示用户进行适当的运动通过运动的振动令摩擦电纳米发生器进行发电。
其中，所述摩擦电纳米发生器20通过纳米级导线30和生物信号传感器10相连。在一可选地实施例中，所述第一摩擦层22设有纳米级聚四氟乙烯薄膜层，所述第二摩擦层24设有铝箔层。在其他地实施例中，第一摩擦层22和第二摩擦层24的材料可以有多种选择，按照得电子能力越来越强的顺序列出一些高分子材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯。限于篇幅的原因，并不能对所有可能的材料进行穷举，此处仅列出几种具体的聚合物材料供参考，但是显然这些具体的材料并不能成为本发明保护范围的限制性因素，因为在发明的启示下，本领域的技术人员根据这些材料所具有的摩擦电特性很容易选择其他类似的材料。
在上述实施例中，所述亲肤层由生物相容性材料制备而成。亲肤层具体由氧化石墨烯-聚乙烯醇纳米复合材料制备而成，在本实施例中，通过氧化石墨烯溶液和氧化石墨烯溶液以1:1的体积比混合成氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液。氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液在-20℃冷冻8小时，在25℃解冻3小时后，形成氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液水凝胶，再通过氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液水凝胶制备亲肤层。
氧化石墨烯-聚乙烯醇微观结构的形成抑制了电子生物胶粘剂沿面内方向的膨胀。石墨烯-聚乙烯醇水凝胶具有各向异性的正交溶胀特性(主要是与粘附界面正交的溶胀)，可以与生物电子器件紧密而可拆卸的集成。与物理吸附(如范德华相互作用和毛细作用)相比，氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液纳米复合材料在干燥或潮湿环境下都能保持共形接触。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种自发电心电信号监测器，其特征在于，所述自发电心电信号监测器包括亲肤层、设于所述亲肤层上的生物信号传感器以及摩擦电纳米发生器，所述摩擦电纳米发生器用于生成电能并输送至所述生物信号传感器，所述生物信号传感器用于检测心电信号并将所述检测心电信号传输至外部终端。
2.根据权利要求1所述的自发电心电信号监测器，其特征在于，所述摩擦电纳米发生器包括依次设置的上电极层、第一摩擦层、弹性层、第二摩擦层以及下电极层，所述弹性层位于所述第一摩擦层和所述第二摩擦层之间，所述弹性层在外力作用下被压缩使所述第一摩擦层和所述第二摩擦层发生接触；所述弹性层在撤去外力时弹性回复，令所述第一摩擦层和所述第二摩擦层发生分离，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层具有不同摩擦电性质的材料。
3.根据权利要求2所述的自发电心电信号监测器，其特征在于，所述摩擦电纳米发生器通过纳米级导线和生物信号传感器相连。
4.根据权利要求2所述的自发电心电信号监测器，其特征在于，所述第一摩擦层设有纳米级聚四氟乙烯薄膜层，所述第二摩擦层设有铝箔层。
5.根据权利要求1所述的自发电心电信号监测器，其特征在于，所述亲肤层由生物相容性材料制备而成。
6.根据权利要求5所述的自发电心电信号监测器，其特征在于，所述亲肤层由氧化石墨烯-聚乙烯醇纳米复合材料制备而成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的自发电心电信号监测器，其特征在于，所述生物信号传感器包括至少一传感器元件，所述传感器元件用于获取患者的心电信号。
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