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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621210046.7 (22)申请日 2016.11.10 (73)专利权人 广州首诺科技有限公司 地址 511400 广东省广州市番禺南村番禺 大道北346之一C602 (72)发明人 郑海峰 李俊 朱建雄 李黎 唐军 (74)专利代理机构 广州市华创源专利事务所有 限公司 44210 代理人 郭凤 (51)Int.Cl. A61B 5/02(2006.01) A61B 5/024(2006.01) (54)实用新型名称 基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传 感器 (5。
2、7)摘要 本实用新型公开了基于叉指电极的左旋聚 乳酸纳米线脉搏传感器。 所述基于叉指电极的左 旋聚乳酸纳米线脉搏传感器从下而上依次是柔 性基底层、 叉指电极、 左旋聚乳酸纳 (PLLA) 米线 序列和聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 柔性弹性封装。 本 实用新型的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线 脉搏传感器对于微弱的脉搏跳动具有极高的灵 敏度、 其材料可降解对环境无污染、 该器件有极 快的响应度和极好的稳定性, 此实用新型器件结 构简单、 可批量化生产且柔展性, 亦可方便的将 本器件与腕式手表整合, 具有舒适及方便等特 点。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 206924059 U 201。
3、8.01.26 CN 206924059 U 1.一种基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 包括: 从下而上依 次的柔性基底、 叉指电极、 左旋聚乳酸纳米线序列和聚二甲基硅氧烷柔性弹性封装。 2.根据权利要求1所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 左旋聚乳酸纳米线序列分布有N个纳米线柱。 3.根据权利要求1所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 所述叉指电极中单叉指电极臂的尺寸长度为100 m-10mm, 宽度为0.1 m-1mm, 厚度为1 m-50 m, 叉指数量为4-20个。 4.根据权利要求1所述的基于叉指电极的左旋。
4、聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 所述叉指电极的生长出薄膜厚度可为0.1 m-1mm。 5.根据权利要求1所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 柔性基底的厚度为20 m-2mm。 6.根据权利要求1所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 所述聚二甲基硅氧烷柔性弹性封装的厚度为20 m-2mm。 7.根据权利要求1所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其特征在于, 还包括与叉指电极相连的导线连接输出端子。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 206924059 U 2 基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器 技术领域 0。
5、001 本实用新型属于医疗健康可穿戴纳米材料传感领域, 特别涉及到一种基于叉指电 极的左旋聚乳酸(PLLA)纳米线脉搏传感器。 所述脉搏传感适于生命体的脉搏检测、 临床检 查、 电子保健用品或生理研究等领域。 背景技术 0002 脉搏是人体重要生命体征信号, 是预测人类寿命的有效指标, 其速率, 强弱及稳定 性等是对了解人体健康状态的表征极有用处。 通常健康的心律应该是十分均匀的, 然而心 脏病或心脏神经调节功能不正常状态时, 可出现心律不齐或心律失常。 0003 常用的脉搏传感器基本原理有: 光感型脉搏传感、 PVDF压电传感、 压阻传感、 气压 传感以及电容传感。 大部分市面上的脉搏传感器。
6、件, 其测量结果不准确、 响应速度慢以及稳 定性差。 在传感器的选材方面, PLLA这种新兴的高分子聚合物材料在经加工处理后, 具有 明显的压电效应, 此外其材料可降解对环境无污染, 频响宽, 动态范围大, 力电转换灵敏度 高以及机械性能强度高等特点从而导致可在医疗仪器领域广泛使用。 另外由于纳米技术的 飞速发展, 纳米线因其尺寸效应相对于宏观物质具有高灵敏性, 且可通过静电纺丝的方式 大批量生产我们需要的PLLA纳米线。 0004 有鉴于此, 现有技术还有待于改进和发展。 实用新型内容 0005 鉴于上述现有技术的不足, 本实用新型的目的在于提供一种基于叉指电极的左旋 聚乳酸纳米线脉搏传感器。
7、, 具有加工工艺简单、 成本低、 可降解无污染, 高柔性、 轻便等优 点, 这种脉搏传感可广泛适于生命体的脉搏检测、 临床检查、 电子保健用品或生理研究等领 域。 0006 本实用新型的技术方案如下: 0007 一种基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 包括: 从下而上依次的 柔性基底、 叉指电极、 左旋聚乳酸纳米线序列和聚二甲基硅氧烷柔性弹性封装。 。 0008 所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 左旋聚乳酸纳米线 序列分布有N个纳米线柱。 0009 所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 所述叉指电极中单 叉指电极臂的尺寸长度为100 。
8、m-10mm, 宽度为0.1 m-1mm, 厚度为1 m-50 m, 叉指数量为4- 20个。 0010 所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 所述叉指电极的生 长出薄膜厚度可为0.1 m-1mm。 0011 所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 柔性基底的厚度为 20 m-2mm。 0012 所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 所述聚二甲基硅氧 说 明 书 1/4 页 3 CN 206924059 U 3 烷柔性弹性封装的厚度为20 m-2mm。 0013 所述的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 其中, 还包括与叉指电极。
9、 相连的导线连接输出端子。 0014 本实用新型采用上述技术方案与现有技术相比, 可达到下列效果: 0015 1.常见的脉搏传感器, 例如光感型的制备成本高昂, 环境要求极为苛刻, 极不易用 于人体健康类的微型传感器件。 然而基于PVDF压电、 压阻、 气压传感以及电容传感通常灵敏 度低, 响应度慢, 稳定性差, 本实用新型基于压电左旋聚乳酸纳米线的方式制备的脉搏传感 器灵敏度高、 快响应度和稳定性好, 可方便快速准确测量人体脉搏次数以及强度; 0016 2.通常的传感器件是正负双电极结构, 然而叉指电极是一种特殊结构的电极, 本 实用新型提出了基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 由于。
10、叉指电极的方式, 可 以使压电方式的单根纳米线输出电荷极大增加, 从而可极大提高器件的灵敏度; 0017 3. 本实用新型充分考虑了纳米线序列的高灵敏度以及电荷累加特性, 我们采用 静电纺丝制备出有序的纳米线序列, 从而进一步极大提高传感器件的灵敏度。 附图说明 0018 图1为本实用新型基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器结构示意图; 0019 图2为本实用新型叉指电极平面结构示意图; 0020 图3为本实用新型基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器正面3D结构示意 图; 0021 图4为本实用新型基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器侧面3D结构示意 图; 0022 图5为本实用新。
11、型基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器平面结构示意 图; 0023 图6为本实用新型基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器实际测试的输出 信号。 具体实施方式 0024 本实用新型提供一种基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器, 为使本实用 新型的目的、 技术方案及效果更加清楚、 明确, 以下对本实用新型进一步详细说明。 应当理 解, 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型, 并不用于限定本实用新型。 0025 本实用新型的工作原理: 当基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器安装固 定在手腕上、 腕式手表或人体胸腔前, 随着人体脉搏跳动, 嵌入在柔性基底上的压电PLLA纳 米线。
12、序列也会随人体脉搏跳动而发生微小弯曲振动, 由于压电材料PLLA物理特性, PLLA纳 米线两端会交替产生瞬间电荷, 其产生的电荷经过叉指电极输出可被探测, 输出的瞬态电 流即可表征人体脉搏跳动的次数及强度。 0026 请一并参阅图1至图6, 所述施例提供的基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传 感器, 包括: 柔性基底1、 叉指电极3、 PLLA纳米线序列 (在本实施例中, 其进一步包括第一 PLLA纳米线4、 第二PLLA纳米线5、 第三PLLA纳米线6、 第四PLLA纳米线7、 第五PLLA纳米线8) 、 PDMS (聚二甲基硅氧烷) 柔性封装9。 说 明 书 2/4 页 4 CN 206。
13、924059 U 4 0027 具体的, 采用柔性基底1, 因为相对其它硬质基底具有弹性且极易嵌入到人体手 腕、 人体胸腔或与腕式手表整合, 从而能更方便工艺制备, 且质量轻、 抗冲击性能好。 叉指电 极3采用MEMS工艺制备, 它的主要材料是导电金属, 它的主要作用是作为电极输出交替的瞬 态电流; 另外叉指数量可以起作用于成倍增加输出电流信号。 PLLA纳米线序列 (4、 5、 6、 7、 8) 的作用可极大增大压电输出信号。 当器件固定在人体手腕或者胸腔前因脉搏跳动发生微小 形变, 形变的PLLA纳米线两端会产生正负瞬态电荷, 该瞬态电荷可以表征人体脉搏的次数 以及强度。 PLLA纳米线序。
14、列 (4、 5、 6、 7、 8) 采用静电方式制备, 该方法可产生有序的纳米线序 列, 且能保证压电方向的一致性。 所述的PLLA纳米线序列 (4、 5、 6、 7、 8) 分布有N个纳米线柱 (图2中为16)。 PDMS柔性封装9的作用是将PLLA纳米线序列 (4、 5、 6、 7、 8) 以及叉指电极3固 定衔接起来, 此外该材料可有效降低器件工作的环境噪音干扰。 0028 在本申请实施例中, 还包括与叉指电极相连的导线连接输出端子 (包括第一导线 连接输出端子2和第二导线连接输出端子10) ; 导线连接输出端子 (2、 10) 主要作用是电流信 号输出端口, 其产生的电荷信号可通过该端。
15、口输出。 0029 本申请实施例中, 为保证基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器制备, 我 们优先采用MEMS紫外曝光工艺研制叉指电极沟槽, 单叉指电极臂的尺寸长度可为100 m- 10mm, 宽度可为0.1 m-1mm, 厚度可为1 m-50 m, 叉指数量可为4-20个。 0030 本申请实施例中, 我们采用金、 铜或银等金属作为叉指电极的导电材料, 这类材料 很容易通过气相物理沉积(PVD)的方式在柔性基底1上面长成金属薄膜。 叉指电极的生长出 薄膜厚度可为0.1 m-1mm。 0031 本申请实施例中, 柔性基底1可优先选用材料PET或Kapton, 该类材料价格便宜, 柔 性度好。
16、, 对人体没有伤害。 此外该类材料容易进行MEMS工艺处理, 例如紫外曝光处理; 其中 柔性基底的厚度可为20 m-2mm。 0032 本申请实施例中, PDMS柔性封装9选用PDMS主要原因是该材料价格便宜, 弹性强, 而且可与柔性基底层以及叉指电极层衔接。 其中制备PDMS柔性封装主要通过旋涂法或溶液 按压法进行制备; PDMS的厚度可为20 m-2mm。 0033 本申请实施例中, 优先选用静电纺丝方法制备PLLA纳米线序列 (4、 5、 6、 7、 8) , 其原 因是该方法简单且产生的PLLA纳米线序列排序规整。 可优先使用PLLA与二氯甲烷(DCM)的 溶液配比为10%-25%, 。
17、主要原因是该配比可仿出理想的有序PLLA纳米线。 0034 本实用新型基于压电左旋聚乳酸纳米线的方式制备的脉搏传感器灵敏度高、 快响 应度和稳定性好, 可方便快速准确测量人体脉搏次数以及强度, 其实际测试的输出信号如 图6所示。 0035 综上所述, 本实用新型公开了的基于叉指电极的左旋聚乳酸(PLLA)纳米线脉搏传 感器。 该器件结构从下而上依次是柔性基底、 叉指电极、 PLLA纳米线序列和PDMS柔性弹性封 装。 当基于叉指电极的PLLA纳米线脉搏传感器安装固定在手腕上、 腕式手表或人体胸腔前, 随着人体脉搏跳动, 嵌入在柔性基底上的压电PLLA纳米线序列也会随人体脉搏跳动而发生 微小弯曲。
18、振动, 由于压电材料PLLA物理特性, PLLA纳米线两端会交替产生瞬间电荷, 其生成 的电荷经过叉指电极输出被探测, 输出的瞬态电流可表征人体脉搏跳动的次数及强度。 本 实用新型基于叉指电极的左旋聚乳酸纳米线脉搏传感器对于微弱的脉搏跳动具有极高的 灵敏度、 其材料可降解对环境无污染、 该器件有极快的响应度和极好的稳定性, 此实用新型 说 明 书 3/4 页 5 CN 206924059 U 5 器件结构简单、 可批量化生产且柔展性, 亦可方便的将本器件与腕式手表整合, 具有舒适及 方便等特点。 。 0036 应当理解的是, 本实用新型的应用不限于上述的举例, 对本领域普通技术人员来 说, 可以根据上述说明加以改进或变换, 所有这些改进和变换都应属于本实用新型锁附权 利要求的保护范围。 说 明 书 4/4 页 6 CN 206924059 U 6 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/3 页 7 CN 206924059 U 7 图4 图5 说 明 书 附 图 2/3 页 8 CN 206924059 U 8 图6 说 明 书 附 图 3/3 页 9 CN 206924059 U 9 。