本发明专利技术公开了一种多孔石墨烯心音检测传感器及其制作方法,该多孔石墨烯心音检测传感器包括应变敏感区和电极,所述应变敏感区包括多孔石墨烯薄膜和包裹所述多孔石墨烯薄膜的聚合物弹性体包裹层,所述聚合物弹性体包裹层的聚合物弹性体填充所述多孔石墨烯薄膜的空隙。该传感器既具有多孔石墨烯带来的高灵敏度的优点,又避免了多孔石墨烯结构过于疏松,容易发生破损失效的问题。本发明专利技术特别适用于穿戴式的心音检测设备。
【技术实现步骤摘要】
一种多孔石墨烯心音检测传感器及其制作方法
本专利技术涉及生理信号检测传感器领域,特别是涉及一种多孔石墨烯心音检测传感器及其制作方法。
技术介绍
随着全球经济水平的提高和居民饮食习惯的改变,多种心血管疾病的发病率也逐渐攀升,成为威胁全球人民生命健康的主要疾病之一。心血管疾病的诊断,主要是利用心血管功能参数来实现。临床进行心血管功能测量,为保证测量精度的准确性,多为有创测量,给病患带来非常大的痛苦和创伤,且测试仪器十分复杂、昂贵,不适用于推广使用,难以作为可穿戴设备,长时间佩戴、检测。因此,研究无创、便捷且低成本的心血管功能参数测量方法具有非常高的价值。心音信号是心脏跳动时,由于心脏的收缩与舒张,导致血流冲击心室壁和大动脉等部位而产生的机械振动,通过周围组织传递至胸壁而产生的声音信号。基于心音信号的心血管检测是通过检测胸壁特定表面的振动,从而对人体心血管功能进行检测和分析,具有便捷、无创等优点。但心音信号比较微弱,且频率较高,需要设计具有足够的灵敏度、宽带宽、全柔性、生物兼容性的传感器,以实现足够精准的、实时的心音信号测量。激光诱导石墨烯作为一种多孔石墨烯,具有结构疏松、多孔、蓬松的特点,受到外力(比如胸壁表面机械振动的压力)后,其结构极易发生形变,从而带来导电能力的极大改变。激光诱导石墨烯具有这种高灵敏度的特点,是作为心音检测传感器的优良的敏感材料。然而由于其结构过于疏松,容易发生破损失效。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足,提供一种多孔石墨烯心音检测传感器及其制作方法,使其既具有多孔石墨烯带来的高灵敏度的优点,又避免多孔石墨烯结构过于疏松,容易发生破损失效的问题。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种多孔石墨烯心音检测传感器,包括应变敏感区和电极,所述应变敏感区包括多孔石墨烯薄膜和包裹所述多孔石墨烯薄膜的聚合物弹性体包裹层,所述聚合物弹性体包裹层的聚合物弹性体填充所述多孔石墨烯薄膜的空隙。进一步地:所述多孔石墨烯薄膜为激光诱导石墨烯薄膜。所述多孔石墨烯薄膜的孔隙率为25%-65%。所述多孔石墨烯薄膜的厚度为40-200μm。所述多孔石墨烯薄膜形成为蛇形、涡状线形和直线形中的至少一种图形。所述图形的线宽为30-2000μm,优选地,蛇形图形的转角处的宽度为线宽的2倍到4倍。所述聚合物弹性体为聚二甲基硅氧烷PDMS、硅橡胶或聚氨酯橡胶。所述多孔石墨烯薄膜利用激光烧蚀聚合物薄膜生成,所述聚合物薄膜的材质为聚酰亚胺或聚醚酰亚胺;优选地,所述激光的波长为405nm-10.6μm,功率为4W到10W,更优选地,所述激光为二氧化碳激光或蓝色激光;优选地,激光烧蚀所述聚合物薄膜的相对运动速率为50mm/s到500mm/s。所述聚合物弹性体是由液态施加于所述多孔石墨烯薄膜上热固化成型的。一种制作所述的多孔石墨烯心音检测传感器的方法,包括以下步骤:S1、在硅片表面覆盖聚酰亚胺薄膜;S2、通过激光烧蚀所述聚酰亚胺薄膜,诱导生成激光诱导石墨烯薄膜;S3、在所述激光诱导石墨烯薄膜上旋涂PDMS,固化后形成包覆所述激光诱导石墨烯薄膜的一面的PDMS薄膜;S4、将带有所述激光诱导石墨烯薄膜、所述PDMS薄膜的聚酰亚胺薄膜从所述硅片上剥离下来,再从剥离的部分中去除所述聚酰亚胺薄膜,在暴露出的所述激光诱导石墨烯薄膜的表面制作电极,并在暴露出的所述激光诱导石墨烯薄膜的表面除电极区之外的区域还另外键合一层PDMS薄膜,PDMS薄膜从两面共同包裹所述激光诱导石墨烯薄膜,形成应变敏感区。本专利技术具有如下有益效果:本专利技术的多孔石墨烯心音检测传感器包括应变敏感区和电极,其中应变敏感区包括多孔石墨烯薄膜和包裹所述多孔石墨烯薄膜的聚合物弹性体包裹层,多孔石墨烯薄膜的空隙由聚合物弹性体填充,因此,该传感器既具有多孔石墨烯带来的高灵敏度的优点,又避免了其结构过于疏松,容易发生破损失效的问题。该传感器的结构稳定性好,变形可重复性好,可变形范围大,灵敏度高,生物兼容性好,易于加工,成本低。具体地,本专利技术传感器的应变敏感区受到压力、拉力、弯曲或扭转等作用时,聚合物弹性体发生形变,导致内嵌的多孔石墨烯之间的相互接触状态发生改变,器件电阻会相应发生变化。优化的传感器应变系数可达236.2。将该传感器贴在胸壁心脏跳动处,心脏的机械振动作用在传感器敏感区,即可带来传感器应变和电阻变化。聚合物弹性体具有柔性,变形能力强,并且由于多孔石墨烯结构极易变形,因此该传感器的柔韧性、可延展性和可测量范围也很大,可实现100%的形变,使得该传感器灵敏度很高。在优选实施例中,采用湿法刻蚀工艺去除了聚合物薄膜,可以制作出厚度为40μm的柔性传感器,对1400Hz的声音信号有响应。本专利技术所述的心音检测传感器能够将人体心音信号转换为传感器电阻值变化,利用电信号来感知所探测的心音信号波形,具有高灵敏度、高柔性、变形能力大、低成本、易加工、生物兼容性良好等优点。本专利技术特别适用于穿戴式的心音检测设备。附图说明图1为本专利技术实施例的心音检测传感器结构示意图;图2为本专利技术实施例的心音检测传感器敏感区剖面示意图;图3为本专利技术实施例的心音检测传感器电极剖面示意图;图4为本专利技术制造的激光诱导多孔石墨烯SEM图;图5为本专利技术实施例的制作心音检测传感器的流程示意图;图6为使用本专利技术实施例所制作的传感器实测得到的心音信号示例。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1至图4,在一种实施例中,一种多孔石墨烯心音检测传感器,包括应变敏感区和电极区,所述应变敏感区包括多孔石墨烯薄膜1和包裹所述多孔石墨烯薄膜1的聚合物弹性体包裹层,所述聚合物弹性体包裹层的聚合物弹性体2填充所述多孔石墨烯薄膜1的空隙。电极区可以包括多孔石墨烯、聚合物弹性体、导电银浆4以及由导电金属形成的电极3等。电极3的导电金属可以为铜或铝等,为便于接线,还可附加锡制薄膜端子。在优选实施例中,所述多孔石墨烯薄膜1为激光诱导石墨烯薄膜。在优选实施例中,所述多孔石墨烯薄膜1的孔隙率为25%-65%。在优选实施例中,所述多孔石墨烯薄膜1的厚度为40-200μm。在优选实施例中,所述多孔石墨烯薄膜1形成为蛇形、涡状线形和直线形中的至少一种图形。在更优选实施例中,所述多孔石墨烯薄膜1图形的线宽为30-2000μm。在一种具体的优选实施例中,多孔石墨烯薄膜1采用蛇形图形且蛇形图形的转角处的宽度为线宽的2倍到4倍。在优选实施例中,所述聚合物弹性体为聚二甲基硅氧烷PDMS、硅橡胶或聚氨酯橡胶。尤其优选采用PDMS。在优选实施例中,所述多孔石墨烯薄膜1利用激光烧蚀聚合物薄膜生成,所述聚合物薄膜的材质为聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。在更优选实施例中,所述激光的波长为405nm-10.6μm,功率为4W到10W可调。更优选地,所述激光为二氧化碳激光(波长10.6μm)或蓝色激光(波长445nm)。在更优选实施例中,激光烧蚀所述聚合物薄膜的相对运动速率为50mm/s到500mm/s。在优选实施例中,所述聚合物弹性体是由液态施加于所述多孔石墨烯薄膜1上热固化成型的。参阅图5,在另一种实施例中,一种制作所述的多孔石墨烯心音检测传感器的方法,包括以下步骤:S1、在硅片5表面覆盖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,包括应变敏感区和电极,所述应变敏感区包括多孔石墨烯薄膜和包裹所述多孔石墨烯薄膜的聚合物弹性体包裹层,所述聚合物弹性体包裹层的聚合物弹性体填充所述多孔石墨烯薄膜的空隙。
【技术特征摘要】
1.一种多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,包括应变敏感区和电极,所述应变敏感区包括多孔石墨烯薄膜和包裹所述多孔石墨烯薄膜的聚合物弹性体包裹层,所述聚合物弹性体包裹层的聚合物弹性体填充所述多孔石墨烯薄膜的空隙。2.如权利要求1所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述多孔石墨烯薄膜为激光诱导石墨烯薄膜。3.如权利要求1或2所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述多孔石墨烯薄膜的孔隙率为25%-65%。4.如权利要求1至3任一项所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述多孔石墨烯薄膜的厚度为40-200μm。5.如权利要求1至4任一项所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述多孔石墨烯薄膜形成为蛇形、涡状线形和直线形中的至少一种图形。6.如权利要求5所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述图形的线宽为30-2000μm,优选地,蛇形图形的转角处的宽度为线宽的2倍到4倍。7.如权利要求1至6任一项所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述聚合物弹性体为聚二甲基硅氧烷PDMS、硅橡胶或聚氨酯橡胶。8.如权利要求1至7任一项所述的多孔石墨烯心音检测传感器,其特征在于,所述多孔石墨...
【专利技术属性】
技术研发人员:张旻,刘易鑫,李宏正,钱翔,
申请(专利权)人:清华大学深圳研究生院,
类型:发明
国别省市:广东,44
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