用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的制造方法，属于动态眼压测量领域，包括：在硅衬底上旋涂光刻胶，显影、定影得到由剩余光刻胶形成的微纳米尺寸图纹；以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，得到纳米尺寸图纹；除去剩余光刻胶，得到硅凹模，将其图纹复制到树脂片；在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到镍凹模；将制造隐形眼镜的液态原料或固态毛坯注入镍凹模进行铸压，得到用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器。本发明专利技术提供了用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的产业化制造方法，从而为临床应用与研究提供了产业化基础。

Optical grating flexible sensor for dynamic intraocular pressure measurement and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器及其制造方法
本专利技术属于动态眼压测量领域，涉及一种基于光学光栅的软性角膜接触镜，更具体地，涉及一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器及其制造方法。
技术介绍
眼压升高并伴随有眼压波动引起的视神经损害称之为青光眼，它是全球第一位不可逆性致盲眼病，对人体健康危害很大，其导致视神经的缓慢的不可逆损坏，在发病早期很难检测到。眼压升高并不是青光眼损害的唯一因素，病理性的眼压波动同样在青光眼发展中扮演重要角色，而且表现更为隐蔽。人在一天中眼压的波动难以控制，因此，关注眼压的绝对值升高和眼压的24小时波动，二者相比，后者更为重要。目前，临床用来检测眼压24小时波动的方法通常采用每2小时测量一次，这种以12个检测点表征24小时的方法不足以充分反映眼压波动的全过程。此外，测量常常需要坐位进行，因此，无法获悉患者在自然生活状态下的真实情况，如：睡眠，运动等。因此，有必要对24小时眼压检测技术进行更多的研究。现有24小时眼压波动监测技术，包括侵入式测量方法和非侵入式测量方法；侵入式测量是将传感器直接置入眼内，眼压变化导致“LC-谐振回路”电容极片距离变化，由外界接收器捕获整体电路共振频率，反映眼压变化与波动。侵入式测量法虽然可以直接进行测量，但是会对眼球造成不可恢复的损害，通常只用于危重青光眼病人，对普通人群的眼压测量是不适用的。与侵入式测量方法相比，非侵入式测量方法是通过测量角膜在压力变化下的形变来测量眼压，它能够克服侵入式测量法的缺陷。CN102098956A公开了一种传感器角膜接触镜及测量方法，在角膜接触镜上制备多组电极，测量电极间的电信号(电阻、电流等)及其变化，得到对应眼压及其变化。但其缺点是重复性不够好，传感器部分输出信号无法解析，监测精度不高，灵敏性不够，难以实现多点测量，输出电信号仅能反应压力波动，不能转化为真实眼压幅值，舒适性差、制造工艺复杂，造价昂贵；导致临床推广受到一定限制。CN104473615A公开了一种光纤光栅传感器为基础的24小时眼压监测系统，将具有布拉格光栅的光纤包在软性角膜接触镜镜片内，其工作原理是：光纤光栅感受眼部压力引起的应变，导致光栅周期发生变化，从而使光栅反射出来的光波波长发生移动。根据反射波长变化，实现光栅所在点压力测量，进而实现多点测量。光谱法多点角膜形变测量与CN102098956A的眼压测量原理相比具有不可比拟的优势。由于人的眼睛角膜各区域的厚度不同，眼压变化时，角膜各区域的压力及变化是不同的，而每时刻的眼压是唯一的，CN104473615A只能得到角膜各区域的压力及压力变化信息，没有解析出眼压的信息。CN107908015A公开了一种基于光学光栅的软性角膜接触镜及其眼压测量方法，由患者佩戴角膜接触镜，再通过依次测量其上各个时刻的衍射光谱，获取光学光栅随时间变化的参数；最后递推计算每个时刻的眼压和每段时间眼压的变化值。该专利虽然给出了光学光栅的结构参数范围，但它没有给出传感器光学光栅的软性角膜接触镜的制造方法，本专利技术解决现有技术存在的缺陷，以满足临床需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的制造方法，其目的在于，通过合理的工艺及参数设计，实现用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的产业化制造，从而满足光学光栅柔性传感器在动态眼压测量领域的临床应用与研究的需求。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的制造方法，包括如下步骤：(1)光刻步骤：首先在硅衬底上旋涂厚度为30nm～15μm的光刻胶，再对光刻胶进行光刻曝光，显影、定影后在硅衬底上得到由剩余光刻胶形成的线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(2)干法刻蚀步骤：以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为30nm～15μm，线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(3)压印步骤：清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，得到具有微纳米尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用压印将所述硅凹模的图纹复制到树脂片；(4)微电铸步骤：在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到多个厚度为0.04mm～0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有深度为30nm～15μm、线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(5)模压成型步骤：将制造隐形眼镜的液态原料或固态毛坯注入镍凹模进行铸压，批量得到具有深度为30nm～15μm、线宽为30nm～15μm的用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器。进一步地，光学光栅的参数Q包括Λ、W、M、H、D、α：对于平行条纹光栅或环形条纹光栅：Λ-周期、W-线条顶部线宽、M-线条底部线宽、H-槽深、D-槽的底部宽度、α侧壁角，W≤M，Λ＝M+D，0°＜α≤90°；对于柱状阵列光栅：Λ-周期、W-柱状线条顶部线宽、M-柱状线条底部线宽、H-柱高、D-邻柱底部间距、α侧壁角，W≤M，Λ＝M+D，0°＜α≤90°；光学光栅的参数Q按照如下设计步骤确定：S1、按照如下设计目标选取多组光学光栅的参数Q的解：1)在给定的入射光下，观察到的衍射光谱信号呈高斯形；2)在给定的入射光下，观察到的衍射光谱信号只存在零级反射和衍射，或只存在其他指定级次的反射和衍射；S2、对步骤S1获得的多组解分别进行蒙特卡洛模拟，在同样误差条件下，选择包络线内整体光谱曲线最多的一组解作为Q的最优解，即光学光栅的制造参数；以及，对最优解中的各个参数进行灵敏度分析，所述的灵敏度是指光栅衍射光谱特性对各个参数的变化率，光栅衍射光谱特性对某个参数的变化率越大则该参数的灵敏度越高；在权利要求1所述的制造步骤中，按照步骤S2确定的最优解制备硅凹模，并在制备过程中按照步骤S2确定的灵敏度顺序，优先保证灵敏度高的制造参数的精度。进一步地，步骤S1中，先初筛出x组Q的解，或初步给出Q的取值范围，然后对初筛出的x组解或Q的取值范围进行数值优化计算，在给定的设计目标内找到多组解{Q}，使得在某个波段内，满足设计目标，所述数值优化计算的方法为遗传算法、总极值法、最小二乘法或平方根法。进一步地，步骤S1中，将光栅截面视为任意面型，对于任意面型的光栅结构进行建模时，首先对光栅截面进行分层，并将每一层的光栅面型近似为矩形面型，然后采用严格耦合波分析法、有限元法、边界元法或有限时域差分法对各层矩形面型分别建模计算，最后通过电磁场边界条件将各层的计算结果进行关联，并对影响衍射特性的参数进行数值优化计算，在给定的设计目标内找到Q的多组解。进一步地，所述蒙特卡洛模拟的步骤如下：对于从Q的多组解中选取的某个解{Q}＝{Λ,W,M,H,D,α}，根据衍射光谱计算函数，模拟Λ、W、M、H、D、α的各项误差，产生服从误差分布3％～10％的随机数和抽样数列；对于设定的误差范围，在模拟出的衍射光谱分布图中，每一个光谱的分布均对应一组N维的随机生成的变量，则在包含N个光谱的分布中，每个光谱都有一组随机数与之对应，据此可以判断抽样数列中的某组参数对应的光谱是否在预计范围内。进一步地，基于蒙特卡洛模拟进行允差分析的方法如下：对于任意一组解，在3％～10％范围内先设定一个较大的误差，产生该误差分布下的随机数和抽样数列，在包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括如下制造步骤：(1)光刻步骤：首先在硅衬底上旋涂厚度为30nm～15μm的光刻胶，再对光刻胶进行光刻曝光，显影、定影后在硅衬底上得到由剩余光刻胶形成的线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(2)干法刻蚀步骤：以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为30nm～15μm，线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(3)压印步骤：清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，得到具有微纳米尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用压印将所述硅凹模的图纹复制到树脂片；(4)微电铸步骤：在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到多个厚度为0.04mm～0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有深度为30nm～15μm、线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(5)模压成型步骤：将制造隐形眼镜的液态原料或固态毛坯注入镍凹模进行铸压，批量得到具有深度为30nm～15μm、线宽为30nm～15μm的用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器。

【技术特征摘要】
1.一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括如下制造步骤：(1)光刻步骤：首先在硅衬底上旋涂厚度为30nm～15μm的光刻胶，再对光刻胶进行光刻曝光，显影、定影后在硅衬底上得到由剩余光刻胶形成的线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(2)干法刻蚀步骤：以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为30nm～15μm，线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(3)压印步骤：清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，得到具有微纳米尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用压印将所述硅凹模的图纹复制到树脂片；(4)微电铸步骤：在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到多个厚度为0.04mm～0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有深度为30nm～15μm、线宽为30nm～15μm的微纳米尺寸图纹；(5)模压成型步骤：将制造隐形眼镜的液态原料或固态毛坯注入镍凹模进行铸压，批量得到具有深度为30nm～15μm、线宽为30nm～15μm的用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器。2.如权利要求1所述的一种用于动态眼压测量的光学光栅柔性传感器的制造方法，其特征在于，光学光栅的参数Q包括Λ、W、M、H、D、α：对于平行条纹光栅或环形条纹光栅：Λ-周期、W-线条顶部线宽、M-线条底部线宽、H-槽深、D-槽的底部宽度、α侧壁角，W≤M，Λ＝M+D，0°＜α≤90°；对于柱状阵列光栅：Λ-周期、W-柱状线条顶部线宽、M-柱状线条底部线宽、H-柱高、D-邻柱底部间距、α侧壁角，W≤M，Λ＝M+D，0°＜α≤90°；光学光栅的参数Q按照如下设计步骤确定：S1、按照如下设计目标选取多组光学光栅的参数Q的解：1)在给定的入射光下，观察到的衍射光谱信号呈高斯形；2)在给定的入射光下，观察到的衍射光谱信号只存在零级反射和衍射，或只存在其他指定级次的反射和衍射；S2、对步骤S1获得的多组解分别进行蒙特卡洛模拟，在同样误差条件下，选择包络线内整体光谱曲线最多的一组解作为Q的最优解，即光学光栅的制造参数；以及，对最优解中的各个参数进行灵敏度分析，所述的灵敏度是指光栅衍射光谱特性对各个参数的变化率，光栅衍射光谱特性对某个参数的变化率越大则该参数的灵敏度越高；在权利要求1所述的制造步骤中，按照步骤S2确定的最优解制备硅凹模，并在制备过程中按照步骤S2确定的灵敏度顺序，优先保证灵敏度高的制造参数的精度。3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中，先初筛出x组Q的解，或初步给出Q的取值范围，然后对初筛出的x组解或Q的取值范围进行数值优化计算，在给定的设计目标内找到多组解{Q}，使得在某个波段内，满足设计目标，所述数值优化计算的方法为遗传算法、总极值法、最小二乘法或平方根法。4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中，将光栅截面视为任意面型，对于任意面型的光栅结构进行建模时，首先对光栅截面进行分层，并将每一层的光栅面型近似为矩形面型，然后采用严格耦合波分析法、有限元法、边界元法或有限时域差分法对各层矩形面型分别建模计算，最后通过电磁场边界条件将各层的计算结果进行关联，并对影响衍射特性的参数进行数值优化计算，在给定的设计目标内找到Q的多组解。5.如权利要求2～4任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述蒙特卡洛模拟的步骤如下：对于从Q的多组解中选取的某个解{Q}＝{Λ,W,M,H,D,α}，根据衍射光谱计算函数，模拟Λ、W、M、H、D、α的各项误差，产生服从误...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓平，夏金松，史铁林，张虹，李贵刚，汤自荣，赵英俊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42