一种用于心脏实时监测的无源传感器及其应用制造技术

本发明专利技术属于心脏监测相关技术领域，其公开了一种用于心脏实时监测的无源传感器及其应用，该无源传感器包括监测单元，柔性基底以及信号接收单元，其中：监测单元为具有双电层效应的材料组成的薄膜，进而心脏周围的组织液中的阴阳离子吸附于监测单元表面，形成双电层结构，当心脏肌肉舒张收缩或血流流动信号传递时，其压力的改变会进一步导致有效电荷吸附面积改变，使得电流信号改变；柔性基底用于隔绝监测单元和信号接收单元；信号接收单元与监测单元连接用于接收监测单元表面的电荷变化，且作为对电极与所述监测单元构成闭合回路。本申请能够实现心脏力学信号实时监测和信号采集，灵敏度高、精准度高。精准度高。精准度高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于心脏实时监测的无源传感器及其应用


[0001]本专利技术属于心脏监测相关
，更具体地，涉及一种用于心脏实时监测的无源传感器及其应用。

技术介绍

[0002]心脏是人体最重要的器官之一，作为循环系统的动力，维持人体的基本生命特征。21世纪，诸如心梗、心律失齐或房颤等心血管疾病高发，严重威胁着人们的生命安全，因此，检测心脏的生理状态是现代生命科学关键方向之一。
[0003]目前检测心脏信息主要依靠心电图和超声设备。例如，心电图检测原理是基于心肌细胞膜通透性发生改变导致大量阳离子涌入膜内，使膜内电位发生逆转，这个过程被称为除极，除极过程被记录下来，即体表心电图上心房的P波和心室的QRS波。除极过程后，细胞膜排出阳离子，电位恢复为原本的极位状态，称为复极过程。该过程一样被记录下来。心室的复极过程在心电图中表现为T波。心电图可以检测处心律失常，诊断心肌缺血、心肌梗死及部位，诊断心脏扩大、肥厚。但是心电图检测信号为电信号，精确度没有力学信号高，对一些心脏病的发病机理探究存在局限。比如，在诊断房室肥大时，由于心电图检测的是综合的电活动，向量抵消后心电图可能不显示；在诊断心肌缺血时，ST
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T波段的改变缺乏特异性，必须结合其他检测手段一起判断。超声心脏检查是一种通过超声检测心脏的技术手段。超声检查是一种通过声波在人体的反射作用，并且由机器接收信息导出图像的技术手段。超声可以检测心脏病变位置，心脏功能是否正常。但是超声检测的图像清晰度、分辨能力较低，依赖于操作医生的技术，不同的医生也许会有不同的结论，超声无法检测冠动脉，且准确度较低。因此，目前的心脏数据采集依旧存在着需要改进的地方，因此亟需设计一种更加准确精密的心脏数据检测装置。

技术实现思路

[0004]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心脏实时监测的无源传感器及其应用，能够实现心脏力学信号实时监测和信号采集，灵敏度高、精准度高。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于心脏实时检测的无源传感器，所述无源传感器包括监测单元，柔性基底以及信号接收单元，其中：所述监测单元为具有双电层效应的材料组成的薄膜，进而心脏周围的组织液中的阴阳离子吸附于监测单元表面，形成双电层结构，当心脏肌肉舒张收缩或血流流动信号传递时，其压力的改变就会进一步导致有效电荷吸附面积改变，使得电流信号改变；所述柔性基底用于隔绝所述监测单元和信号接收单元；所述信号接收单元与所述监测单元连接用于接收所述监测单元表面的电荷变化，且作为对电极与所述监测单元构成闭合回路。
[0006]优选的，所述监测单元的弹性模量为心脏弹性模量的6～30倍。
[0007]优选的，所述监测单元为图案化镂空结构。
[0008]优选的，所述监测单元为圆形细孔点阵图案，进一步优选的，所述监测单元的孔隙
率大于或等于0.3。
[0009]优选的，所述监测单元表面单列分布的孔个数K大于或等于3，且孔直径d的范围为0＜d≤l/K，l为所述监测单元的边长。
[0010]优选的，所述监测单元为碳纳米管、石墨烯或多孔碳薄膜。
[0011]优选的，所述无源传感器的厚度为300～1200μm。
[0012]优选的，所述柔性基底的材料为医用级PVC、聚乙烯、PEEK或聚碳酸酯。
[0013]优选的，所述信号接收单元的材料为碳纳米管或石墨烯。
[0014]本申请另一方面提供了一种上述的用于心脏实时监测的无源传感器的应用，在使用时采用生物胶水或缝合的方式将监测单元粘附于心脏表面。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的用于心脏实时监测的无源传感器及其应用主要具有以下有益效果：
[0016]1.本申请采用具有双电层效应的监测单元，进而心脏周围的组织液中的阴阳离子吸附于监测单元表面，形成双电层结构，当心脏肌肉舒张收缩或血流流动信号传递时，其压力的改变就会进一步导致有效电荷吸附面积改变，使得电流信号改变，在信息的有效性和准确性上明显高于心电图电学信号，灵敏度和准确性明显提高。
[0017]2.本申请的检测单元采用图案化镂空设计，其一，图案化处理可实现复杂形变的力学监测，由于心脏跳动是一个非常复杂的周期性力学运动，心脏组织表面的活动包含拉伸、压缩、扭转和弯曲，常用的压力传感器不能准确地识别这一过程，而图案化处理后的材料可与心脏组织发生同步的拉伸、压缩、扭转和弯曲运动，实现心脏全周期力学信号监测；其二，图案化处理提高了器件的灵敏度，由于该器件的工作机理是靠电荷在监测单元表面进行移动，经过图案化处理后，一方面，提升了组织液在监测单元中的浸润性，进而提高了电荷吸附量，另一方面，图案化为监测单元表面的电荷提供了更为准确的转移路径，当心脏发生收缩舒张时，监测单元将不同位置不同的运动类型和程度区域化，电荷快速转移实现快速响应；其三，该设计降低了材料的弹性模量使得其与心脏组织有相匹配的弹性模量，避免了器件的引入对原有心肌功能的影响。
[0018]3.本申请监测单元的镂空部分为圆形细孔点阵图案，相较于方形、菱形等图案，该图案能够让整个监测单元的形变更为均匀。
[0019]4.本申请监测单元的镂空部分孔隙率和孔径设计可以保证监测单元的弹性模量与心脏保持协调，即心脏弹性模量的6
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30倍以内，当监测单元的弹性模量低于心脏弹性模量的6倍时，监测单元与心脏的接触面积较小，监测单元的灵敏度急速下降，监测性能差，当监测单元的弹性模量高于心脏弹性模量的30倍时，人体异物感强，极大的降低了用户体验，加重患者的不适。
[0020]5.组织液驱动的无源传感器，不需要外接电源即可做到信息的采集，结构简单，体积小。
[0021]6.该无源传感器体型小，可以通过粘附、穿刺与其他植入物一体化等多种手段植入人体，使用性强，植入时创伤小，可以广泛应用于对已患病人群的健康状态追踪。
附图说明
[0022]图1示意性示出了根据本实施例的用于心脏实时监测的无源心脏传感器的结构示
意图；
[0023]图2示意性示出了图案化处理时图案的形状，大小以及分布规律；
[0024]图3示意性示出了根据本实施例的无源传感器碳纳米管的放大图；
[0025]图4示意性示出了本申请实施例的无源传感器在小鼠体内的生物相容性；
[0026]图5示意性示出了本申请实施例的无源传感器在不同压力下的峰值电流变化情况；
[0027]图6示意性示出了本申请实施例的无源传感器功率随时间变化图。
[0028]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0029]1‑
监测单元；2
‑
柔性基底；3
‑
信号接收单元。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于心脏实时检测的无源传感器，其特征在于，所述无源传感器包括监测单元(1)，柔性基底(2)以及信号接收单元(3)，其中：所述监测单元(1)为具有双电层效应的材料组成的薄膜，进而心脏周围的组织液中的阴阳离子吸附于监测单元(1)表面，形成双电层结构，当心脏肌肉舒张收缩或血流流动信号传递时，其压力的改变会进一步导致有效电荷吸附面积改变，使得电流信号改变；所述柔性基底(2)用于隔绝所述监测单元(1)和信号接收单元(3)；所述信号接收单元(3)与所述监测单元(1)连接用于接收所述监测单元(1)表面的电荷变化，且作为对电极与所述监测单元(1)构成闭合回路。2.根据权利要求1所述的无源传感器，其特征在于，所述监测单元(1)的弹性模量为心脏弹性模量的6～30倍。3.根据权利要求1所述的无源传感器，其特征在于，所述监测单元(1)为图案化镂空结构。4.根据权利要求1～3任意一项所述的无源传感器，其特征在于，所述监测单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鸣，周昶，王琳，王征，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：