一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件制造技术

本发明专利技术提供了一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件，包括电源、温度传感单元、微控制器、报警单元；所述温度传感单元包括导电水凝胶、封装导电水凝胶的导热外壳，以及设置在导热外壳两端的金属片；所述电源为温度传感单元和微控制器提供电压；所述导电水凝胶的电阻随温度发生变化，微控制器用于读取并记录导电水凝胶的电阻值，当微控制器读取到导电水凝胶的电阻值高于设定的阈值时，报警单元进行温度报警。本发明专利技术开发的引入微控制器的温度检测系统，不仅可以对人体温度进行实时的监测及报警，还能用于其他具有温度响应性高分子的最低临界溶解温度(LCST)的检测，为生物友好型柔性电子器件用于人体温度检测开辟一条新的道路。

【技术实现步骤摘要】
一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件
本专利技术属于温度传感器
，具体涉及一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件。
技术介绍
温度传感器是指能够感受温度并转化成可用输出信号的传感，按测量方式主要分为接触式传感器和非接触式传感器。传统的接触式传感器有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等，这些传感器热效应明显，灵敏度和稳定性较好，在传统的微电子系统中得到广泛的应用。随着时代发展，传统的刚性接触式温度传感器由于使用方式和用户体验已无法满足人们的测量需求。温度传感器的发展过程中，传统的刚性材料所制备的温度传感器难以与柔性电子电路基板进行直接连接，其连接稳定性、灵敏度和耐久性都会受到影响；由此激发了柔性传感器迅速发展，柔性传感器作为柔性电子技术、人造皮肤的重要组成部分，该类传感器的出现正在给人类的生活方式带来巨大的变化，能够实现个人化医疗检测，如精细的温度检测和长时间监测、能够直接在人体上使用提高测量精确度等优势，也越来越受人们的青睐。柔性温度传感器具有很大的潜力作为将来的可穿戴传感器直接穿戴于人体身上，实现个人化的医疗管理。目前已有很多柔性温度传感器已被报道，并且具备良好的检测灵敏度。但是，目前的大多数柔性温度传感器比较缺乏生物相容性。例如：中国专利申请CN111504495A提供了一种pNIPAM和MXene复合材料制备的柔性温度传感器，该传感器具有较高的灵敏度，但是掺杂的MXene会使传感器的生物相容性降低，对人体组织存在安全隐患，不利于穿戴式传感器的进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有柔性传感器所存在的不足之处，而提供了一种体温度报警柔性电子器件。本专利技术的构思：水凝胶基柔性材料是制备优良柔性可穿戴传感器的未来发展方向之一。其中，导电水凝胶由于其独特的导电性能可以用于新型柔性电子器件的开发。本专利技术研究团队在研发过程中发现由银纳米线与聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶复合而成的导电水凝胶不仅具有优异的导电性能，还具有的温度响应相变特性，即当检测温度靠近聚(N-异丙基丙烯酰胺)的最低临界溶解温度(LCST)时，高分子将发生构象转变，高分子溶液由均相体系转变成非均相体系，并且聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST接近人体温度；同时，还专利技术该导电水凝胶的生物相容性非常好，安全性较高。基于此，本专利技术拟基于该导电水凝胶研发一款人体温度报警柔性电子器件。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件，其特殊之处在于，包括电源、温度传感单元、微控制器、报警单元；所述温度传感单元包括导电水凝胶、封装导电水凝胶的导热外壳，以及设置在导热外壳两端的金属片；所述电源为温度传感单元和微控制器提供电压；所述导电水凝胶的电阻随温度发生变化，微控制器用于读取并记录导电水凝胶的电阻值，当微控制器读取到导电水凝胶的电阻值高于设定的阈值时，报警单元进行温度报警。其中，微控制器相当于电阻监测单元。进一步地，所述微控制器采用Arduino单片机；所述导热外壳一端的金属片接地，另一端的金属片串接一个电阻值为200-220Ω的固定电阻并与电源连接；在导热外壳与固定电阻之间引出一条导线与Arduino单片机的其中一个模拟输入接口连接，Arduino单片机的GND接口接地，5V接口与电源连接，任意两个数字输出接口分别通过导线与报警单元的两端连接；所述电源的电压为5V；在此电路中引入固定电阻，主要是为了与导电水凝胶形成分压，Arduino单片机测试的就是导电水凝胶和固定电阻之间的节点电压，水凝胶电阻变化会影响节点的电压；其次，由于额定电压为5V，如果将此电压直接加在导电水凝胶的两端，则电流过高，但是接一个固定电阻，则会降低流过导电水凝胶的电流。进一步地，所述温度传感单元的导电水凝胶是由银纳米线掺杂的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAM)水凝胶制备而成，温度传感单元的具体制备方法如下：1)将N-异丙基丙烯酰胺单体、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾以及十二烷基硫酸钠的水溶液混合并密封，在55-65℃，280-300rpm搅拌速度的环境下反应30-35min后，冷却得到预聚体溶液；2)将银纳米线(AgNWs)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体、步骤1)制备的预聚体溶液、过硫酸钾、四甲基乙二胺和纯水混合均匀，得到导电水凝胶；该导电水凝胶中，银纳米线的掺杂含量为0.1-1mg/ml；3)将步骤2)得到的导电水凝胶倒至预先制备好的两端固定有金属片的导热外壳模具中，进行封装，冰浴100-120min后，取出在室温下静置至少100min，得到温度传感单元。进一步地，为了确保透光性和导热性，使温度传感单元的灵敏度更高，所述导热外壳采用聚乙烯塑料薄膜制备，尺寸形状为一个底部直径为1±0.3cm、高为2±0.5cm的圆柱体；当然也可采用其他形状的封装方式，但是，采用在此尺寸范围内的圆柱体更便于封装，且该形状在使用(手握方式)时，与人体贴合度更高，可完全被人体皮肤包裹，感知温度的精确度和灵敏度均有所保障。所述金属片采用铜片；所述报警单元为LED灯。进一步地，在该结构的基础上增加温度控制单元后，还可用于对任意具有温度响应性高分子的最低临界溶解温度以及电阻-温度之间的关系进行检测；所述具有温度响应性高分子的溶液封装在导热外壳内，所述温度控制单元用于控制该溶液的温度。本专利技术的优点是：1.本专利技术借助导电水凝胶良好的温度敏感性，利用聚(N-异丙基丙烯酰胺)独特的温度响应特性，导电水凝胶电阻会随温度的变化而变化，进而根据此机理研制人体温度报警柔性电子器件。同时，通过细胞相容性实验发现该柔性电子器件具有优异的生物相容性，使得其可以作为生物友好型电子器件直接贴附于人体用于人体温度检测，对人体皮肤不会产生危害。此外，本专利技术开发的引入微控制器的温度检测系统，不仅可以对人体温度进行实时的监测及报警，还能用于其他具有温度响应性高分子的最低临界溶解温度(LCST)的检测，为生物友好型柔性电子器件用于人体温度检测开辟一条新的道路。2.本专利技术采用导热外壳将导电水凝胶封装在内，作为防水层和导热层，密封性强，能够提升柔性电子器件的使用耐久性。为了更好的集成传感器，本专利技术使用聚乙烯塑料膜封装制备的导电水凝胶，通过将导电水凝胶封装起来，可以避免长时间暴露在空气中影响使用寿命，其次，此包装方式外也可以较为方便的利用油浴锅加热传感器，从而记录导电水凝胶的电阻值。3.本专利技术体温度报警柔性电子器件中导电水凝胶的化学组分为银纳米线、N-异丙基丙烯酰胺单体、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾、十二烷基硫酸钠和水。该导电水凝胶具有良好的导电性，它的电阻随自身的温度升高而降低。当没有加入银纳米线时，电阻随温度上升呈线性下降但趋势不明显。加入银纳米线之后，在32-37℃附近电阻随温度上升出现跨越式下降的变化，其原因是聚(N-异丙基丙烯酰胺)在靠近其LCST时发生相变，导电水凝胶由亲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件，其特征在于：包括电源、温度传感单元、微控制器以及报警单元；/n所述温度传感单元包括导电水凝胶、封装导电水凝胶的导热外壳，以及设置在导热外壳两端的金属片；/n所述电源为温度传感单元和微控制器提供电压；/n所述导电水凝胶的电阻随温度发生变化，微控制器用于读取并记录导电水凝胶的电阻值，当微控制器读取到导电水凝胶的电阻值高于其设定的阈值时，报警单元进行温度报警。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物友好型人体温度报警柔性电子器件，其特征在于：包括电源、温度传感单元、微控制器以及报警单元；
所述温度传感单元包括导电水凝胶、封装导电水凝胶的导热外壳，以及设置在导热外壳两端的金属片；
所述电源为温度传感单元和微控制器提供电压；
所述导电水凝胶的电阻随温度发生变化，微控制器用于读取并记录导电水凝胶的电阻值，当微控制器读取到导电水凝胶的电阻值高于其设定的阈值时，报警单元进行温度报警。


2.根据权利要求1所述生物友好型人体温度报警柔性电子器件，其特征在于：
所述微控制器采用Arduino单片机；
所述导热外壳一端的金属片接地，另一端的金属片串接一个电阻值为200-220Ω的固定电阻并与电源连接；在导热外壳与固定电阻之间引出一条导线与Arduino单片机的其中一个模拟输入接口连接，Arduino单片机的GND接口接地，5V接口与电源连接，任意两个数字输出接口分别通过导线与报警单元的两端连接；
所述电源的电压为5V。


3.根据权利要求2所述生物友好型人体温度报警柔性电子器件，其特征在于：所述温度传感单元的导电水凝胶是由银纳米线掺杂的聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶制备而成，温度传感单元的制备方法如下：
1)将N-异丙基丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾蛟，李鹏，黄维，宋江，王坤，刘荣珺，康哲诚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61