The invention provides a self-powered breathing gas sensor array and a preparation method thereof. The sensor array includes a rotating shaft, a polymer rotor, a polymer stator, a metal receiving electrode, a gas sensing film, an air inlet, an air outlet, a lead, a gas kinetic energy collection chamber and a gas testing chamber. The invention utilizes real-time and uninterrupted human breathing as an energy source for gas diagnosis. Over-self-supply technology converts the kinetic energy of human respiratory airflow into electrical energy, so as to continuously supply power to the back-end gas sensor. It can realize 24-hour, all-weather, independent and real-time monitoring and guarantee of self-supply energy of respirator without external power supply and batteries. It is very suitable for human physiological monitoring and large-scale disease screening in remote or underdeveloped areas. It is completely based on the energy of polymer materials. Quantity collection-transmission mechanism and method simplify device structure and integration process, and further improve the compatibility between energy module and sensor array.
【技术实现步骤摘要】
自供能呼吸气传感器阵列及其制备方法
本专利技术涉及能量收集技术、微电子机械系统(MEMS)、电子聚合物敏感材料领域,具体涉及一种自供能呼吸气传感器阵列及其制备方法。
技术介绍
作为人类最重要的生命活动,呼吸是人与外界环境之间气体交换的过程,既包括人体与外界的气体交换,又包含气体在体内运输交换,其所包含的信息与人体代谢、疾病及环境有着密切的关系。现代医学的相关病理学调查和研究表明,人类呼出气中含有丰富的生理和疾病标志性信息,其中有多种组分可以作为疾病和代谢过程的"生物标记(Biomaker)";因此可通过人体呼吸气体中某些标记性气体成分的检测来实现人体生理健康监测。相较于传统的血液检测方法,呼吸气体诊断技术的可贵之处在于它的实时性、低成本、无间断长期性和无损伤性,因此在重大疾病的早期诊断、代谢监测、疾病疗效监测以及新药测试等方面有着广阔的应用前景,并更适用于社会复杂环境中人员的生理监测。随着气体分析技术的发展,呼吸气体诊断技术不断成熟,目前常用检测技术主要包括四大类:气相色谱法(Gaschromatography,GC),质谱法(Massspectrometry,MS),电化学法及基于光谱学的检测技术。然而,这些检测仪器或系统结构复杂、成本高、体积大、测试周期长、且都需要配置电池或电源供电,因此很难实现便携可穿戴、实时连续、全天候自主检测人体生理信息,从而极大地制约了移动医疗实时监测网络和个人健康系统的构造及其实用化和商业化。面对日益增长的庞大患病人群和高昂的医疗费用,一种便捷、廉价、可携带的糖尿病和肾病实时检测方法已成为当今社会民生安全和医疗健康领域亟待解 ...
【技术保护点】
1.一种自供能呼吸气传感器阵列,其特征在于:包括供能部分和探测部分,供能部分包括密闭的气体动能收集腔(6),气体动能收集腔(6)内设有聚合物定子(3)、平行于聚合物定子(3)并绕转轴(1)转动的聚合物转子(2),聚合物定子、聚合物转子、气体动能收集腔和气体测试腔关于转轴(1)同心设置,聚合物转子包括至少一个扇形叶片,扇形叶片靠近圆心的一端与转轴固定;聚合物转子和聚合物定子作为能量收集及传输单元:聚合物转子的表面有第一聚合物薄膜,聚合物定子的表面设有第二聚合物薄膜;第一聚合物薄膜和第二聚合物薄膜材料为摩擦电极性具有差别的材料,气体动能收集腔(6)上设有进气口(9),呼吸气进入进气口(9)后驱动聚合物转子转动,聚合物定子固定不转动,聚合物转子和聚合物定子两者相对转动在其表面形成等量异号的摩擦电荷,并对外输出时变电位移场能量;探测部分包括圆形密闭的气体测试腔,气体测试腔和气体动能收集腔相互分离,二者通过气流通道连通,气体测试腔用于收集、测试气体;气体测试腔内设有至少一根金属接收极(4)、以及一根参比电极;金属接收极和参比电极的两端都分别连接引线,引线用于引出信号到电流测试仪器的测试端;引线支 ...
【技术特征摘要】
1.一种自供能呼吸气传感器阵列,其特征在于:包括供能部分和探测部分,供能部分包括密闭的气体动能收集腔(6),气体动能收集腔(6)内设有聚合物定子(3)、平行于聚合物定子(3)并绕转轴(1)转动的聚合物转子(2),聚合物定子、聚合物转子、气体动能收集腔和气体测试腔关于转轴(1)同心设置,聚合物转子包括至少一个扇形叶片,扇形叶片靠近圆心的一端与转轴固定;聚合物转子和聚合物定子作为能量收集及传输单元:聚合物转子的表面有第一聚合物薄膜,聚合物定子的表面设有第二聚合物薄膜;第一聚合物薄膜和第二聚合物薄膜材料为摩擦电极性具有差别的材料,气体动能收集腔(6)上设有进气口(9),呼吸气进入进气口(9)后驱动聚合物转子转动,聚合物定子固定不转动,聚合物转子和聚合物定子两者相对转动在其表面形成等量异号的摩擦电荷,并对外输出时变电位移场能量;探测部分包括圆形密闭的气体测试腔,气体测试腔和气体动能收集腔相互分离,二者通过气流通道连通,气体测试腔用于收集、测试气体;气体测试腔内设有至少一根金属接收极(4)、以及一根参比电极;金属接收极和参比电极的两端都分别连接引线,引线用于引出信号到电流测试仪器的测试端;引线支撑金属接收极和参比电极使其平行于聚合物转子和聚合物定子所在平面,金属接收极的整个表面沉积着气敏薄膜,每个金属接收级表面的气敏薄膜材料不同,参比电极上不固定任何敏感材料,金属接收极用于无线收集时变电位移场能量并转化成感应电流,金属接收极呈条状;气敏薄膜固定在金属接收极上,构成气体敏感单元,气体敏感单元将其表面处由于气体吸附产生的化学特异性反应过程调制到输出信号当中,从而实现待测气体种类和浓度的自发主动检测;气体测试腔上设有出气口,出气口与出气管连接,用于排出待测呼吸气体。2.根据权利要求1所述的一种自供能呼吸气传感器阵列,其特征在于:金属接收极的材料选用铝、镍、铜、银、金、铂、氧化铟锡的一种;金属接收极直径范围为30-700微米,长度范围为15mm~50mm。3.根据权利要求1所述的一种自供能呼吸气传感器阵列,其特征在于:所述气敏薄膜材料为对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物以及无机材料。4.根据权利要求3所述的一种自供能呼吸气传感器阵列,其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员:苏元捷,谢光忠,杨叶,潘虹,王斯,杨铂汐,张秋平,太惠玲,杜晓松,蒋亚东,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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