CN113790832A - 基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴，由防水贴和柔性压力传感器组成。本发明还提供一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴及其制作方法。本发明提供一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴及其制作方法，将柔性传感技术与一次性创可贴结合，所述柔性压力传感器灵敏度高、脉搏监测信息准确，且与防水贴结合形成智能腕贴，不仅轻薄柔软、工艺简单、生物兼容性强，且稳定性强，适合用于人体脉搏信号的长时间监测。

Description

基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴及其制作方法

技术领域

本发明属于柔性可穿戴技术领域，特别是涉及一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴及其制作方法。

背景技术

近年来，随着互联网、超级计算、大数据、脑科学等高新技术的兴起，人类进入了智能化时代，而智能可穿戴技术作为一项多学科综合交叉的新兴技术，成为了国内外专家研究的重点。在科学技术不断进步的同时，经济社会飞速发展，人民对美好生活愈加的向往，这使得人们在追求高品质生活的同时也越来越关注自身的健康问题。相关医学研究显示，在日常生活中进行健康监测，可以及早发现的亚健康状态和潜在疾病，及时预防治疗。在监测的生理参数中，脉搏测量值是衡量人体是否健康和进行病理分析的重要数据。

在中医学理论中，“切脉”在“望、闻、问、切”四种传统诊断疾病方法中占有重要的地位，但诊脉技术在传承发展中由于其复杂性缺乏科学的标准及客观的描述，因此国内外的都致力于研究如何实现脉诊客观化，通过不断的探索研究，取得了一定的成果，先后研发出各种样式的脉象监测设备。但现阶段的医用脉诊设备大多存在体积庞大，不便携的问题，使用者通常需要连接一个笨重的集线器进行监测，在实时测量等方面具有一定局限性。市面上销售的一些家用脉诊设备准确性较低，不能满足长期健康监测的需求。同时，上述脉诊仪大多数是刚性的，尚未出现柔性脉搏监测设备。

综合以上因素，研发一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴，具有柔软、轻薄、便携、工艺简单等特点，能够克服现有脉诊设备的体积庞大、使用不便和测量受限等问题，利用智能腕贴自身内含/具备/具有/制备的灵敏度高、稳定性强、生物兼容性强的柔性压力传感器直接获取脉搏信息，可极大降低现有脉搏监测的操作难度，提高脉搏监测的测量精度及用户体验。

发明内容

针对现有脉诊设备的体积庞大、使用不便和测量受限等问题，本发明提供一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴及其制作方法，将柔性传感技术与一次性创可贴结合，模仿中医诊脉，将脉搏波信号通过脉搏波时域图对人体健康进行评估，以达到及时反映身体情况、进行医疗诊断和预防疾病的目的。

本发明提供了一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴，其包括：

防水贴，其粘贴在待监测脉搏用户的腕部；

柔性压力传感器，其设置在所述防水贴的下表面；

数据采集装置，其与所述柔性压力传感器电连接，所述数据采集装置接收所述柔性压力传感器发来的压力值信号并将其转换为脉搏波形图进行显示。

优选的是，所述的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴中，所述柔性压力传感器由上到下依次包括：

单面自粘无纺布层；

压力敏感层，其为以多壁碳纳米管、银纳米线为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜；

柔性电极层，其为通过丝网印刷技术将导电银浆印刷在高密织物上制备出的叉指电极。

所述柔性压力传感器为三明治层状结构，通过脉搏跳动使压力敏感层产生形变，从而实时获取人体的脉搏信息。

本发明还提供一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法，其包括以下步骤：

将预先设计的叉指电极图案通过丝网印刷技术印刷在尼龙网印刷模板上，制得柔性电极层；

使用多壁碳纳米管、银纳米线作为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜，制得压力敏感层；

用导电铜胶带将电极接口与导线连接后，采用下层是柔性电极层，中间是压力敏感层，上层是单面自粘无纺衬的三明治结构的封装方式，组装得到柔性压力传感器；

裁剪防水贴，将柔性压力传感器配置在防水贴下表面的中间部位，制得智能脉搏监测腕贴。

优选的是，所述的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法中，所述压力敏感层的制作方法包括以下步骤：

将碳纳米管与N，N-二甲基甲酰胺溶液混合，进行一次超声处理；

再加入银纳米线与N，N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液，进行二次超声处理；

然后再在混合溶液中加入聚氨酯树脂，进行磁力搅拌，得到敏感层的均匀溶液；

将均匀混合溶液放置于真空干燥箱中抽真空；

然后将均匀混合溶液浇铸在微米结构模具中干燥，取出冷却后得到压力敏感层薄膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

压力敏感层是以多壁碳纳米管、银纳米线为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜，由其制出的柔性压阻传感器灵敏度高、检测准确、稳定性强。

防水贴其本身具有一定粘性，使得该脉搏检测装置可以随时拆卸更换，并且能很好的固定柔性压力传感器，保证可稳定地监测到脉搏信号；防水贴是由PET、聚氨酸、医疗等级亚克胶组成的透明柔性薄膜，有防菌功效和防水功能，与柔性压力传感器集成后，使智能腕贴与皮肤自然贴合，穿戴舒适，轻薄透气，生物兼容性强，适合用于人体脉搏信号的长时间监测，大大提高用户体验；

将柔性传感技术与防水贴结合制备方法工艺简单、且成本低，该智能腕贴具有便携、柔软、可穿戴和生物兼容性强等特点，可实现人体脉搏信号的实时监测；

与传统的机械式刚性脉诊仪器不同的是，该装置在脉诊客观化的前提下，更具有便携、准确性高和柔性可穿戴的特点，有望取代笨重、使用不便、精准度差的脉诊仪；

对于许多需要长期检测的疾病来说，此装置可替代传统诊脉方法进行客观的医学诊断，帮助患者在家中进行医学诊断，大大提高用户体验，进一步推动中医脉诊现代化的发展。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1是根据本发明提供的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法的一个实施例的流程图；

图2是根据本发明提供的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法的一个实施例中的压力敏感层的制作方法流程图；

图3为采用本发明提供的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴采集到的人体脉搏信号图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供了一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴，其包括：

防水贴，其粘贴在待监测脉搏用户的腕部；

柔性压力传感器，其设置在所述防水贴的下表面；

数据采集装置，其与所述柔性压力传感器电连接，所述数据采集装置接收所述柔性压力传感器发来的压力值信号并将其转换为脉搏波形图进行显示。

在本发明提供所述的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的一个实施例中，所述柔性压力传感器由上到下依次包括：

单面自粘无纺布层；

压力敏感层，其为以多壁碳纳米管、银纳米线为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜；

柔性电极层，其为通过丝网印刷技术将导电银浆印刷在高密织物上制备出的叉指电极。

通过压力敏感层所受压力变化来控制电阻变化，具有灵敏度高，稳定性好，测试数据准确的特点，可以实时获取人体的脉搏信息。

如图1所示，本发明还提供一种基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法，其包括以下步骤：

将预先设计的叉指电极图案通过丝网印刷技术印刷在尼龙网印刷模板上，制得柔性电极层；

使用多壁碳纳米管、银纳米线作为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜，制得压力敏感层；

用导电铜胶带将电极接口与导线连接后，采用下层是柔性电极层，中间是压力敏感层，上层是单面自粘无纺衬的三明治结构的封装方式，组装得到柔性压力传感器；

裁剪防水贴，将柔性压力传感器配置在防水贴下表面的中间部位，制得智能脉搏监测腕贴。

如图2所示，在本发明提供的所述的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法的一个实施例中，所述压力敏感层的制作方法包括以下步骤：

将碳纳米管与N，N-二甲基甲酰胺溶液混合，进行一次超声处理；

再加入银纳米线与N，N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液，进行二次超声处理；

然后再在混合溶液中加入聚氨酯树脂，进行磁力搅拌，得到敏感层的均匀溶液；

将均匀混合溶液放置于真空干燥箱中抽真空；

然后将均匀混合溶液浇铸在微米结构模具中干燥，取出冷却后得到压力敏感层薄膜。

下面对制作过程进行详细说明：

一、制作柔性电极层

首先设计叉指电极图案，通过Corel DRAW软件绘制叉指电极图案，再依照印刷浆料导电银浆特性，定制尼龙网印刷模板，最后在高密织物上印刷电极，以获得柔性电极层；

二制作压力敏感层

1)称量0.047g的多壁碳纳米管(MWNTs)，加入到4ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，多壁碳纳米管(MWNTs)的质量分数为5％，混合后用保鲜膜密封超声30min，超声频率为45Hz，使得多壁碳纳米管均匀分散在DMF溶液中；

2)在超声好的MWNTs/DMF溶液中加入2.7ml的银纳米线与N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液，银纳米线的质量分数为1％，混合后密封超声30min，超声频率为45Hz，使得多壁碳纳米管、银纳米线均匀分散在DMF溶液中；

3)在得到的碳纳米管-银纳米线/DMF溶液中，加入0.9g的聚氨酯，密封磁力搅拌90min，使得多壁碳纳米管、银纳米线与聚氨酯、DMF溶液均匀混合，得到均匀的混合溶液；

4)将密封的保鲜膜上扎几个小孔，将装有均匀混合溶液的烧杯放置于真空干燥箱中抽真空，每次15min，重复操作3次，压力敏感层均匀溶液配制完成；

5)将配制好的压力敏感层溶液均匀缓慢的浇铸在采用机器雕刻方法制作的微米结构模具中；

6)将模具放入烘箱内，85℃条件下干燥60min，待干燥后取出模具，冷却至室温，得到一面带有微米结构的压力敏感层薄膜，薄膜尺寸为2cm*2cm，薄膜厚度为108±4.74μm；

三组装柔性压力传感器

使用导电铜胶带将柔性电极层电极接口与导线连接，然后将压力敏感层放置于柔性电极层的叉指电极部位，其中压力敏感层带有微米结构的一面接触柔性电极层，最后采用单面自粘无纺衬覆盖在压力敏感层之上，完成柔性压力传感器的封装，得到柔性压力传感器；

四组装智能脉搏监测腕贴

将柔性压力传感器(柔性电极层朝向防水贴可黏贴一面)配置在防水贴的中间部位，将柔性压力传感器与防水贴进行集成，以获得智能脉搏监测腕贴；

将智能脉搏检测腕贴固定于手腕，导线连接数据采集装置，通过柔性压力传感器采集人体脉搏信号并传送至计算机得到人体脉搏信号的脉搏波形图，如图3所示。

本发明提供的基于柔性压力传感器智能脉搏监测腕贴及其制备方法，所制备出的柔性压力传感器灵敏度高、稳定性好、测试数据准确，制备出智能脉搏监测腕贴具有便携、柔软轻薄、可穿戴和生物兼容性强等特点，可实时监测人体脉搏信号。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴，其特征在于，包括：

防水贴，其粘贴在待监测脉搏用户的腕部；

柔性压力传感器，其设置在所述防水贴的下表面；

数据采集装置，其与所述柔性压力传感器电连接，所述数据采集装置接收所述柔性压力传感器发来的压力值信号并将其转换为脉搏波形图进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴，其特征在于，所述柔性压力传感器由上到下依次包括：

单面自粘无纺布层；

压力敏感层，其为以多壁碳纳米管、银纳米线为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜；

柔性电极层，其为通过丝网印刷技术将导电银浆印刷在高密织物上制备出的叉指电极。

3.基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将预先设计的叉指电极图案通过丝网印刷技术印刷在尼龙网印刷模板上，制得柔性电极层；

使用多壁碳纳米管、银纳米线作为活性材料，聚氨酯为柔性基底，采用混合溶液模板法制备出具有一维立方体表面微结构的混合纳米复合薄膜，制得压力敏感层；

用导电铜胶带将电极接口与导线连接后，采用下层是柔性电极层，中间是压力敏感层，上层是单面自粘无纺衬的三明治结构的封装方式，组装得到柔性压力传感器；

裁剪防水贴，将柔性压力传感器配置在防水贴下表面的中间部位，制得智能脉搏监测腕贴。

4.根据权利要求3所述的基于柔性压力传感器的智能脉搏监测腕贴的制作方法，其特征在于，所述压力敏感层的制作方法包括以下步骤：

将碳纳米管与N，N-二甲基甲酰胺溶液混合，进行一次超声处理；

再加入银纳米线与N，N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液，进行二次超声处理；

然后再在混合溶液中加入聚氨酯树脂，进行磁力搅拌，得到敏感层的均匀溶液；

将均匀混合溶液放置于真空干燥箱中抽真空；

然后将均匀混合溶液浇铸在微米结构模具中干燥，取出冷却后得到压力敏感层薄膜。

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