基于微流体技术的变电容式眼压传感器及其系统技术方案

一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器及其系统，其中变电容式眼压传感器包括：角膜接触镜，包括两膜层及由两膜层形成的一内部空间；可变电容元件，内置于角膜接触镜的内部空间；可变电容元件的电极板间距为微流体间隙；螺旋电感，内置于角膜接触镜的内部空间，与可变电容元件连接形成RLC回路；其中，角膜接触镜的内部空间还包括一填充有流体的微流体储液腔室；当角膜接触镜受压力影响引起形变时，微流体储液腔室中的流体注入到微流体间隙或者从微流体间隙抽离，改变可变电容元件的电容值，引起谐振频率的变化，实现眼压检测。本发明专利技术中的眼压传感器可以用于连续无创地眼压监测，具有结构简单、谐振频率低和灵敏度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于微流体技术的变电容式眼压传感器及其系统
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器及其系统。
技术介绍
眼内压力(intraocularpressure，IOP)即眼压是眼球内容物对眼球壁施加的均衡压力，是判断眼睛健康的重要指标之一。传统的监测眼压方法无法对眼压进行连续的监测，难以真正反映出眼压地真实变化情况，限制了对由眼压引起的眼疾病的进一步研究和探索。目前国内外均缺少有效的无创连续监测眼内压波动变化的方法和手段，绝大多数依旧停留在传统眼内压单次测量的水平上。因此，研究眼内压无创连续监测关键技术、建立非侵入无线连续眼内压监测系统有极其重要的医学意义和社会意义。目前一些单位和研究机构提出了一些利用集成在角膜接触镜上的电特性敏感穿戴式眼压传感器。随着眼压的增加，膨胀的角膜将带动附着的柔性隐形眼镜共同变形，从而导致内部传感元件变形，进而导致其电学特性发生变化。根据所用传感元件的不同，目前所研制的眼压传感器主要分为电阻式眼压传感器、电容式眼压传感器和电感式眼压传感器。电阻式眼压传感器是基于惠斯通电桥原理设计的电阻应变传感器，电桥的电阻会随着角膜的形变而变化，通过精密放大电路读取因电桥变化引起的电压波动。国外很早就开展了电阻式眼压传感器的研究，瑞士Sensimed公司于2009年研制出一种电阻式眼压监测传感器。该传感器设计了两个环形铂-钛电阻应变仪，与另外两个阻值固定的温度补偿铂-钛电阻构成惠斯通电桥。嵌入隐形眼镜的集成电路芯片与天线可以配合外部读取设备实现对于数据的无线读取。目前Sensimed公司已经将该设备商业化，并以SensimedTriggerfish智能隐形眼镜的形式销售。但是在临床试验过程中，由于读取芯片的刚性较大，容易引起角膜肿胀等症状，存在一定的安全隐患。电容式眼压传感器与电感式眼压传感器都是基于LC谐振回路的检测原理，当传感器的电感或电容值随着角膜形变而发生变化时，回路的谐振频率也会发生变化，利用矢量网络分析仪可以检测出谐振频率的变化，进而间接地读取出眼压的变化。香港大学的Guo-ZhenChen等人研制出了一种电容式的眼压传感器，该设备经过离体猪眼测试，能够准确地追踪眼压的变化。一年后，该团队又研制出了一种电感式的眼压传感器，能够准确地追踪眼压的变化，但是灵敏度要比电容式的差。该两种方法都不需要结合读取IC，只需要读取线圈结合矢量网络分析仪就可以读取，操作简单且成本低，能够提高舒适性。但是，现有的电容式眼压传感器大多是通过改变平行板电容之间的间距或者正对面积来改变传感器的电容值，这种变化非常微弱，导致传感器灵敏度较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器及其系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：作为本专利技术的一个方面，提供一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器，包括：角膜接触镜，包括两膜层及由所述两膜层形成的一内部空间；可变电容元件，内置于所述角膜接触镜的内部空间；所述可变电容元件的电极板间距为微流体间隙；螺旋电感，内置于所述角膜接触镜的内部空间，与所述可变电容元件连接形成RLC回路；其中，所述角膜接触镜的内部空间还包括一填充有流体的微流体储液腔室；当所述角膜接触镜受压力影响引起形变时，微流体储液腔室中的流体注入到微流体间隙或者从微流体间隙抽离，改变可变电容元件的电容值，引起谐振频率的变化，实现眼压检测。作为本专利技术的另一个方面，还提供一种基于微流体技术的变电容式眼压传感系统，包括：如上所述的变电容式眼压传感器、读取线圈和检测设备；其中，所述可变电容元件和螺旋电感构成的RLC回路，通过外部读取线圈和检测设备检测回路谐振频率的变化，进而检测出眼压的变化；作为优选，检测设备包括矢量网络分析仪或者阻抗分析仪。基于上述技术方案，本专利技术相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：(1)与传统的变容式眼压传感器相比，本专利技术利用流体在压力变化下流动引起可变电容元件的电容变化，且基于微流体技术，将微流体储液腔室以及可变电容元件的微流体间隙均小型化，具有比仅由几何形变形成的可变电容具有更大的变化幅度，具有高的灵敏度；(2)本专利技术实现了眼压检测系统的眼内单元的无源化，避免了有源器件不可避免的复杂的绝缘封装等工艺过程，降低了工艺难度；(3)本专利技术利用的是外部读取线圈结合矢量网络分析仪来读取传感器电容的变化，所以整体测量系统非常简单；(4)本专利技术中的金属板是圆环状的，中间为圆形透明区域，不会遮挡瞳孔，所以在佩戴时也不会影响患者的视力；(5)本专利技术的检测设备为矢量网络分析仪或者阻抗分析仪，是便携式的，并且可实现连续检测；(6)本专利技术的电容式眼压传感器是通过改变介电质常数来改变电容值的，灵敏度会提高；(7)本专利技术中的可变电容元件由于两层金属板的正对面积大、板间距小，因而获得了较大的电容值，降低了回路的谐振频率，提高了传感器的安全性能。附图说明图1是本专利技术实施例基于微流体技术的变电容式眼压传感器的立体图；图2是本专利技术实施例基于微流体技术的变电容式眼压传感器剖面示意图；图3是本专利技术实施例基于微流体技术的变电容式眼压传感器局部剖面示意图；图4是本专利技术实施例基于微流体技术的变电容式眼压传感系统示意图。以上附图中，附图标记含义如下：1、变电容式眼压传感器；10、角膜接触镜；101、微流体储液腔室；102、腔室支撑层；20、可变电容元件；201、支撑绝缘层；202、微流体间隙；30、螺旋电感；2、读取线圈；3、射频传输电缆；4、矢量网络分析仪；5、计算机。具体实施方式本专利技术提出的基于微流体技术的变电容式眼压传感器结构简单，微流体储液腔室的形变灵敏，并且液体由于同时受压力和自身重力的作用会使得两层电极板之间的液体回流到微流体储液腔室更加彻底，提高了眼压循环监测地准确性。此外，本专利技术提出的结构的可变电容值要远大于现有技术中的传感器电容值，这使得回路的谐振频率大大降低，减少了高频辐射对人体的危害。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。作为本专利技术的一个方面，提供一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器，包括：角膜接触镜，包括两膜层及由两膜层形成的一内部空间；可变电容元件，内置于角膜接触镜的内部空间；可变电容元件的电极板间距为微流体间隙；螺旋电感，内置于角膜接触镜的内部空间，与可变电容元件连接形成RLC回路；其中，角膜接触镜的内部空间还包括一填充有流体的微流体储液腔室；当角膜接触镜受压力影响引起形变时，微流体储液腔室中的流体注入到微流体间隙或者从微流体间隙抽离，改变可变电容元件的电容值，引起谐振频率的变化，实现眼压检测。在本专利技术的实施例中，可变电容元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器，其特征在于，包括：/n角膜接触镜，包括两膜层及由所述两膜层形成的一内部空间；/n可变电容元件，内置于所述角膜接触镜的内部空间；所述可变电容元件的电极板间距为微流体间隙；/n螺旋电感，内置于所述角膜接触镜的内部空间，与所述可变电容元件连接形成RLC回路；/n其中，所述角膜接触镜的内部空间还包括一填充有流体的微流体储液腔室；当所述角膜接触镜受压力影响引起形变时，微流体储液腔室中的流体注入到微流体间隙或者从微流体间隙抽离，改变可变电容元件的电容值，引起谐振频率的变化，实现眼压检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微流体技术的变电容式眼压传感器，其特征在于，包括：
角膜接触镜，包括两膜层及由所述两膜层形成的一内部空间；
可变电容元件，内置于所述角膜接触镜的内部空间；所述可变电容元件的电极板间距为微流体间隙；
螺旋电感，内置于所述角膜接触镜的内部空间，与所述可变电容元件连接形成RLC回路；
其中，所述角膜接触镜的内部空间还包括一填充有流体的微流体储液腔室；当所述角膜接触镜受压力影响引起形变时，微流体储液腔室中的流体注入到微流体间隙或者从微流体间隙抽离，改变可变电容元件的电容值，引起谐振频率的变化，实现眼压检测。


2.根据权利要求1所述的变电容式眼压传感器，其特征在于，所述可变电容元件包括两层电极板、支撑绝缘层；其中，
两层电极板，呈圆环形，平行间隔设置；
支撑绝缘层，呈圆环形，设置于所述两层电极板之间，使两层电极板形成平行板电容；
其中，两层电极板之间形成微流体间隙。


3.根据权利要求2所述的变电容式眼压传感器，其特征在于：所述电极板包括金材料或者铜材料；所述支撑绝缘层包括聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯材料、聚二甲基硅氧烷材料或者聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。


4.根据权利要求3所述的变电容式眼压传感器，其特征在于：所述支撑绝缘层的厚度为30μm～80μm。


5.根据权利要求2所述的变电容式眼压传感器，其特征在于：
所述螺旋电感与所述两层电极板的其中之一相...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴为华，窦智强，刘智多，王阳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11