基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统，其特征在于，包括生理信号传感器电极、超级电容阵列、摩擦纳米发电机、整流器及电信号检测电路和蓝牙电路；所述摩擦纳米发电机为系统供电；所述生理型号传感器电极采集人体生理信号经整流器及电信号检测电路处理后，通过蓝牙电路传送至移动端。本发明专利技术可以实现生理信号传感器的自供能，而且通过材料和器件几何构型设计可以实现健康监测平台的柔性可延展，实现和人体非可展曲面的紧密贴合，有效获得人体内微弱的生理信号。有效获得人体内微弱的生理信号。有效获得人体内微弱的生理信号。

【技术实现步骤摘要】
基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统及方法


[0001]本专利技术属于新型传感
，具体涉及一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统及方法。

技术介绍

[0002]伴随着医疗模式逐渐从以诊断为主转变为以预防为主，人们迫切需要可以与人体及其组织集成的器件，实时、动态、连续监测生理信息，并通过无线网络发送至医疗专家获得相应的指导和帮助。这对器件提出了多重要求：(1)由于人体及其组织是非可展曲面，要实现器件的紧密贴合和便携性，就需要器件具备柔性可延展特性；(2)光电器件的发展与应用，强烈依赖于具有高能量密度和功率密度的高效能源供应，则需要长续航、稳定、廉价、环境友好、使用寿命长的能量器件；(3)人体生理信号一般比较微弱，实现动态感知、处理以及传输生理健康信号，则需要器件具有高分辨率、高灵敏度、响应速度。因此，通过物理底层设计元器件的材料和结构几何形式与柔性衬底集成，实现器件的自供能、柔性可穿戴且高效的传感、处理、传输人体生理信息，将是未来医护电子器件的重要发展方向之一，具有重要的科学价值和市场应用前景。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统及方法，不仅可以实现生理信号传感器的自供能，而且通过材料和器件几何构型设计可以实现健康监测平台的柔性可延展，实现和人体非可展曲面的紧密贴合，有效获得人体内微弱的生理信号。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统，包括生理信号传感器电极、超级电容阵列、摩擦纳米发电机、整流器及电信号检测电路和蓝牙电路；所述摩擦纳米发电机为系统供电；所述生理型号传感器电极采集人体生理信号经整流器及电信号检测电路处理后，通过蓝牙电路传送至移动端。
[0005]进一步的，所述生理信号传感器电极包括应变传感器电极、脉搏传感器电极、温度传感器电极、心电传感器电极以及血氧传感器电极。
[0006]进一步的，所述超级电容阵列为插指构型平面微型超级电容器电极阵列。
[0007]一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统的摩擦纳米发电机制备方法，包括以下步骤：步骤A1：采用低速旋涂技术，制备超薄的硅树脂薄膜；步骤A2：利用夹具获得拉伸的硅树脂薄膜，并采用材料生长技术在预拉伸的硅树脂薄膜上生长金属薄膜材料；步骤A3：静置释放生长有金属薄膜材料的预拉伸硅树脂薄膜，得到具有褶皱形貌的金属薄膜材料；
步骤A4：在硅树脂薄膜上粘贴一层聚酰亚胺薄膜薄膜，利用二氧化碳激光器还原PI薄膜，制备具有岛桥构型的光还原石墨烯泡沫电极；步骤A5：在褶皱形貌金属薄膜材料边缘安装弹性连接体；步骤A6：在安装有弹性连接体的褶皱形貌金属薄膜材料上安装岛桥构型光还原石墨烯泡沫LIG电极，获得具有可拉伸特性的摩擦纳米发电机。
[0008]进一步的，所述电极薄膜电极材料采用铁、铬、铝、镁、铜、金、银、铂、钛。
[0009]一种的基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统的超级电容阵列制备方法，包括以下步骤：步骤B1利用安装有应力隔离器的硅树脂薄膜为基底，在其上方粘贴PI薄膜，随后利用电脑控制的二氧化碳激光器还原PI薄膜制备插指构型的平面微型超级电容器电极阵列；步骤B2:利用聚乙烯醇加热溶解于酸性或者中性的液相电解质，制备凝胶电解质；步骤B3:利用移液枪将凝胶电解质转移至插指构型的平面微型超级电容器电极阵列上，并自然冷却固化，得到固态平面微型超级电容器阵列；步骤B4:在固态平面微型超级电容器阵列表面固化一层硅树脂薄膜，实现固态平面微型超级电容器阵列的封装。
[0010]一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统的方法，包括步骤C1: 以超薄丙烯酸胶膜胶带为基底并在其上方固化一层硅树脂薄膜，并在其表面粘贴PI薄膜，随后利用二氧化碳激光器还原PI薄膜，制备应变传感器电极、脉搏传感器电极、温度传感器电极、心电传感器电极以及血氧传感器电极；步骤C2:在血氧传感器电极材料上安装搏波器、滤波器、红光LED，红外LED、光电探测器以及连接导线；步骤C3：在电路中安装电信号检测电路和蓝牙传输电路；步骤C4:在生理信号传感器上层固化一层弹性连接件材料，实现传感器的封装；并连接封装的摩擦纳米发电机和平面微型超级电容器阵列，从而构建基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统。
[0011]进一步的所述硅树脂采用二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基氢硅油、乙基硅油、长链烷烃基硅油、羟基硅油、氟硅油或基改性硅。
[0012]进一步的，所述弹性连接件材料为硅树脂材料，其性状可以为圆柱体、球体、正方体、长方体或者弹簧螺旋体。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术不仅可以实现生理信号传感器的自供能，而且通过材料和器件几何构型设计可以实现健康监测平台的柔性可延展，实现和人体非可展曲面的紧密贴合，有效获得人体内微弱的生理信号。
附图说明
[0014]图1是本专利技术一实施例中超薄的硅树脂薄膜柔性基底。
[0015]图2是本专利技术一实施例中拉伸的超薄硅树脂薄膜柔性基底。
[0016]图3是本专利技术一实施例中在拉伸超薄硅树脂薄膜柔性基底上生长金属薄膜电极材
料。
[0017]图4是本专利技术一实施例中褶皱的金属薄膜电极材料。
[0018]图5是本专利技术一实施例中在褶皱金属薄膜电极材料上安装弹性连接体。
[0019]图6是本专利技术一实施例中在弹性连接体上安装另一电极材料。
[0020]图7是本专利技术一实施例中基于褶皱金属薄膜电极3和激光还原石墨烯(LIG)泡沫6的摩擦纳米发电机。
[0021]图8是本专利技术一实施例中封装的摩擦纳米发电机。
[0022]图9是本专利技术一实施例中具有应力隔离器的薄硅树脂薄膜基底。
[0023]图10是本专利技术一实施例中在超薄硅树脂薄膜柔性基底上贴合聚酰亚胺薄膜(PI)薄膜。
[0024]图11是本专利技术一实施例中基于精细化图案的LIG泡沫平面微型超级电容器电极阵列。
[0025]图12是本专利技术一实施例中在插指结构电极上安装固态电解质构建平面微型超级电容器。
[0026]图13是本专利技术一实施例中封装的平面微型超级电容器阵列。
[0027]图14是本专利技术一实施例中超薄的丙烯酸胶膜胶带9。
[0028]图15是本专利技术一实施例中在超薄丙烯酸胶膜胶带上固化硅树脂薄膜。
[0029]图16是本专利技术一实施例中将聚酰亚胺薄膜(PI)5贴合在硅树脂薄膜1上。
[0030]图17是本专利技术一实施例中精细图案化的生理信号传感器的电极材料。
[0031]图18是本专利技术一实施例中血氧传感电极材料上安装光电容积脉搏波器(PPG)和滤波器。
[0032]图19是本专利技术一实施例中血氧传感电极材料上安装红光LED，红外LED以及光电探测器(PD)。
[0033]图20 是本专利技术一实施例中在血氧传感电极材料上安装金属导线、电信号检测电路以及蓝牙传输电路，制备生理信号传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统，其特征在于，包括生理信号传感器电极、超级电容阵列、摩擦纳米发电机、整流器及电信号检测电路和蓝牙电路；所述摩擦纳米发电机为系统供电；所述生理型号传感器电极采集人体生理信号经整流器及电信号检测电路处理后，通过蓝牙电路传送至移动端。2.根据权利要求1所述的基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统，其特征在于，所述生理信号传感器电极包括应变传感器电极、脉搏传感器电极、温度传感器电极、心电传感器电极以及血氧传感器电极。3.根据权利要求1所述的基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统，其特征在于，所述超级电容阵列为插指构型平面微型超级电容器电极阵列。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤11：采用低速旋涂技术，制备超薄的硅树脂薄膜；步骤12：利用夹具获得拉伸的硅树脂薄膜，并采用材料生长技术在预拉伸的硅树脂薄膜上生长金属薄膜材料；步骤13：静置释放生长有金属薄膜材料的预拉伸硅树脂薄膜，得到具有褶皱形貌的金属薄膜材料；步骤14：在硅树脂薄膜上粘贴一层聚酰亚胺薄膜薄膜，利用二氧化碳激光器还原PI薄膜，制备具有岛桥构型的光还原石墨烯泡沫电极；步骤15：在褶皱形貌金属薄膜材料边缘安装弹性连接体；步骤16：在安装有弹性连接体的褶皱形貌金属薄膜材料上安装岛桥构型光还原石墨烯泡沫LIG电极，获得具有可拉伸特性的摩擦纳米发电机。5.根据权利要求4所述的基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测系统的摩擦纳米发电机制备方法，其特征在于，所述电极薄膜电极材料采用铁、铬、铝、镁、铜、金、银、铂、钛。6.根据权利要求1
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3所述的基于人体自供能的柔性可穿戴智能监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，程寰宇，陈华民，王军，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：