一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生理監(jiān)測傳感器領域，公開了一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，包括織物物件；阻隔層，形成于織物物件上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內；敏感層，形成于阻隔層的上表面；電極層，包括至少兩條從敏感層或敏感層的表面引出的電極；及親膚層；其中，敏感層由三維孔狀納米敏感材料構成，親膚層與阻隔層由柔性高分子聚合物構成且具有生物相容性，親膚層與阻隔層共同包裹敏感層，本發(fā)明還公開了一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法及基于所述傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的傳感器輕薄柔軟，可以被加工成多種形狀，可穿戴、貼附在手腕脈搏上監(jiān)測脈搏信息。
【專利說明】一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生理監(jiān)測領域，尤其涉及一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器及其制備方法，還涉及一種基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]脈象，即人體動脈跳動節(jié)律快慢、大小、強弱、浮沉、虛實等象征，人體脈象因蘊涵了豐富的健康狀況信息而被中醫(yī)視為生命的語言，因而越來越受到中外醫(yī)學界的重視。脈搏波所呈現(xiàn)出的波形、波幅、波速和周期等綜合信息在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多血流特征。
[0003]目前國內外用于監(jiān)測生理信號的可穿戴醫(yī)療織物也有一些報道，諸如美國Viv0Metrics公司開發(fā)的“生命衫”，可以反映穿戴者的呼吸情況和記錄人體的體位變化，但它穿戴性不好、操作復雜、不適合在日常生活和工作中使用；意大利Mil1r of Prado公司將纖維或紗線形式的智能傳感器與織物技術等結合起來監(jiān)測呼吸、體溫，但價格高且在日常生活中穿戴的舒服性不好，影響其實用性；德國Fraunhofer IZM開發(fā)的具有傳感功能的T恤衫可以實現(xiàn)對穿著者心電生理參數(shù)的檢測，但長期與皮膚接觸會引起皮膚潰爛。現(xiàn)有技術中其他用于脈搏檢測的儀器同樣存在操作復雜、成本高、攜帶不便、不能滿足日常監(jiān)測需求、生物相容性差、穿戴不舒服等問題。
[0004]調研發(fā)現(xiàn)，目前用于采集手腕部橈動脈處脈搏信號的可穿戴式電子織物以及通過對橈動脈處脈搏信號的分析來判斷人體生理健康的專業(yè)穿戴式織物很少，而能滿足普通人日常隨時隨方便監(jiān)測需求的幾乎沒有，因此開發(fā)一款智能化、大眾化、科學化和便捷化的脈搏監(jiān)測工具顯得尤為重要。


【發(fā)明內容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明目的是:提供一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，將柔性傳感器集成在與手腕接觸的織物上采集脈搏的脈動數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測人體手腕脈搏跳動情況。
[0006]為了解決【背景技術】中的技術問題，本發(fā)明提供了一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，包括織物物件；阻隔層，其形成于所述織物物件上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內；敏感層，其形成于所述阻隔層的上表面；電極層，包括至少兩條從敏感層或敏感層的表面引出的電極；及親膚層，形成于敏感層的上表面或敏感層上表面及電極層位于敏感層上表面的部分；其中，所述敏感層由三維孔狀納米敏感材料構成，所述親膚層與阻隔層由柔性高分子聚合物構成且具有生物相容性，所述親膚層與阻隔層共同包裹所述敏感層。
[0007]所述敏感層的三維孔狀納米敏感材料的孔的大小為0.2-20 μ m,且孔與孔之間的間隙為10-200 μ m，所述敏感層由以下步驟制備得到:S1、碳材料和揮發(fā)性溶劑按質量比為1:1?1:3混合后進行超聲處理30?60min，得漿液狀混合物；S2、在漿液狀混合物中加入與碳材料質量比為1:1?1:10的柔性高分子聚合物，攪拌后得粘稠狀混合物；S3、將粘稠狀混合物涂覆在阻隔層上，然后在70?80°C下加熱固化，從而制得所述敏感層。
[0008]所述電極探出敏感層的一端不與所述阻隔層和親膚層接觸，或者，所述電極探出敏感層的一端連接無線發(fā)射器且所述電極與無線發(fā)射器都被所述阻隔層和親膚層共同包裹。
[0009]所述阻隔層為厚度范圍為10-300 μ m的PDMS薄膜，或者阻隔層的柔性高分子聚合物為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；所述親膚層為厚度范圍為5-80 μ m的PDMS薄膜，或者為厚度范圍為5_80 μ m的PE薄膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜；所述電極包括導電無紡布、銅箔或漆包線。
[0010]本發(fā)明還提供了一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟:S1、在織物物件上接觸到手腕脈搏的區(qū)域涂一層柔性高分子聚合物形成柔性薄膜，即為阻隔層；S2、在所述阻隔層上涂三維孔狀納米敏感材料，得到敏感層；S3、引出至少兩條電極，所述電極的一端接觸所述敏感層，另一端探出所述敏感層；S4、在所述敏感層表面涂一層柔性高分子聚合物，形成覆蓋所述敏感層并與所述阻隔層共同包裹所述敏感層的親膚層。
[0011]步驟SI中的阻隔層為厚度范圍為10-300μπι的PDMS薄膜，或者阻隔層的柔性高分子聚合物為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺、聚乙烯中的任意一種；步驟S4中的親膚層為厚度范圍為5-80 μ m的PDMS薄膜，或者為厚度范圍為5-80 μ m的PE薄膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜。
[0012]步驟S3中電極材料包括導電無紡布、銅箔或漆包線，所述電極的材質還可以是金、鉬、鎳、銀、銦、碳納米管、石墨烯或銀納米線中的一種或多種組合；電極的引出方式為粘貼、印刷或物理切割。
[0013]本發(fā)明還提供了一種基于上述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)，包括以下模塊:
[0014]信號采集模塊，其包括如上所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，用于采集人體脈搏變化的信號；模數(shù)轉換模塊，其用于將信號采集模塊采集到的信號轉換為數(shù)字信號；信號處理模塊，其用于處理模數(shù)轉換模塊得到的數(shù)字信號，得出監(jiān)測分析結果；顯示模塊，其包括顯示屏，用于顯示所述信號處理模塊輸出的監(jiān)測分析結果。
[0015]所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括無線通信模塊，其用于實現(xiàn)所述信號處理模塊與模數(shù)轉換模塊之間信號的傳輸交互，或同時用于實現(xiàn)所述模數(shù)轉換模塊與信號采集模塊之間信號的傳輸交互。
[0016]所述信號處理模塊與顯示模塊合成軟件并載入客戶端，所述信號處理模塊還具有導出所述監(jiān)測分析結果的功能。
[0017]本發(fā)明的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的原理是①采用三維孔狀納米材料制備傳感器的敏感層，因氣-固兩相的存在而呈現(xiàn)類似螞蟻窩的三維孔狀結構，檢測手腕脈搏波動信號時具有較高的靈敏度織物物件為由細小柔長物通過交叉，繞結或粘結構成的平軟片塊物件，阻隔層和親膚層都具有生物相容性，使阻隔層可以較好地貼合在織物物件上，親膚層接觸皮膚的情況下不產生副作用；③阻隔層和親膚層都采用柔性高分子聚合物，并且對敏感層進行保護性包裹，使敏感層在織物遇水時防水不會受到破壞柔性傳感器的親膚層具有生物相容性，可以貼附在手腕皮膚上；⑤所述傳感器的阻隔層面積最小可以做到0.1mm2，所述傳感器在織物物件上凸起的厚度最小可以做到?ομπι，所述織物物件穿戴手腕上不會產生不利于日?；顒拥母惺?；⑤一個柔性傳感器中包括若干個陣列排布的敏感層，增強柔性傳感器的檢測靈敏度。
[0018]本發(fā)明的基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)的原理是①在手腕接觸織物時，柔性傳感器可以監(jiān)測手腕的脈搏跳動信號并通過傳感器以電信號的形式輸出；②電信號通過模數(shù)轉換模塊后通過對電信號放大、濾波、調制后進行A/D轉換變成數(shù)字信號數(shù)字信號通過信號處理模塊處理后，在顯示模塊上顯示手腕脈動監(jiān)測分析結果，如脈搏波所呈現(xiàn)出的波形、波幅、波速和周期等綜合信息，利用時域分析法提取特征峰、谷的幅度、形態(tài)及時間參數(shù)等特征信息，通過分析經大量實驗得到的這些參量及它們的變形參數(shù)去判斷脈象類別；或將脈搏信號進行頻譜分析，得到相應的脈搏頻譜曲線，再提取分析如前次峰、第一主峰、第二主峰頻率、諧波數(shù)、譜能比等參數(shù)，實現(xiàn)脈象分類；④信號處理模塊與模數(shù)轉換模塊之間，或模數(shù)轉換模塊與信號采集模塊之間通過無線通信模塊或者有線方式連接傳輸信號；⑤若模數(shù)轉換模塊與信號采集模塊之間通過無線通信模塊進行信號傳輸，則柔性傳感器的電極不接觸敏感層的一端連接無線發(fā)射器，且所述無線發(fā)射器一同被包裹在阻隔層和親膚層中間；⑥若模數(shù)轉換模塊與信號采集模塊之間通過有線方式連接進行信號傳輸，則所述模數(shù)轉換模塊與傳感器一同集成在織物上，同樣不會產生任何不便于日?；顒拥母惺?。
[0019]采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果:①本發(fā)明中柔性傳感器體積微小，可集成在可穿戴的接觸手腕脈搏的織物物件上，如長袖衣物的袖口上、織物手環(huán)、手腕織物飾品或者袖套上，使用方便且為大眾所能接受，不影響日常活動；②傳感器的敏感材料由柔性高分子聚合物包裹，防水抗擠壓；③該監(jiān)測系統(tǒng)輕巧易帶、實時性好，能及時客觀地反饋手腕脈搏監(jiān)測數(shù)據(jù)和顯示分析結果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0021]圖1是本發(fā)明實施例提供的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的結構示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實施例提供的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器附著在長袖衣物袖口上的結構示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實施例提供的基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器不接無線發(fā)射器的監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0024]圖4是本發(fā)明實施例提供的基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器接無線發(fā)射器的監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0025]圖5是本發(fā)明實施例提供的基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結果示意圖。
[0026]圖中附圖標記對應為:1_親膚層，2-電極，3-敏感層，4-阻隔層，5-織物物件，51-長袖衣物，6-柔性傳感器。

【具體實施方式】
[0027]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]實施例一:
[0029]圖2為本發(fā)明實施例提供的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器附著在長袖衣物的袖口上的結構示意圖，圖1為圖2中柔性傳感器6的結構示意圖，由圖中可以清楚看到，本發(fā)明的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器包括:織物物件5 ;阻隔層4，其形成于所述織物物件5上接觸手腕脈搏的區(qū)域內；敏感層3，其形成于所述阻隔層4的上表面；電極層，包括兩條從敏感層3或敏感層3的表面引出的電極2 ;及親膚層I，形成于敏感層3的上表面或敏感層3上表面及電極層位于敏感層3上表面的部分；其中，所述敏感層3由三維孔狀納米敏感材料構成，所述親膚層I與阻隔層4由柔性高分子聚合物構成且具有生物相容性，所述親膚層I與阻隔層4共同包裹所述敏感層3。
[0030]其中，所述織物物件5為長袖衣物的袖口，阻隔層4形成于長袖衣物穿于人體時袖口上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內。
[0031]優(yōu)選地，所述敏感層的三維孔狀納米敏感材料具有0.2-20 μ m大小不一的孔，且孔與孔之間的間隙為10-200 μ m，所述敏感層3由以下步驟制備得到:S1、還原氧化石墨烯和乙醇按質量比為1:1?1:3混合后進行超聲處理30?60min，得漿液狀混合物；S2、在漿液狀混合物中加入與還原氧化石墨烯質量比為1:1?1:10的PDMS，攪拌后得粘稠狀混合物；S3、將粘稠狀混合物涂覆在阻隔層4上，然后在70?80°C下加熱固化，從而制得所述敏感層3。
[0032]所述電極2探出敏感層3的一端不與所述阻隔層4和親膚層I接觸，將電極2探出敏感層3的一端引出并連接到裝有信號處理電路、無線發(fā)射器等電子元件的柔性電路板上。
[0033]所述阻隔層4為厚度為80 μ m的PDMS薄膜；所述親膚層I為厚度為20 μ m的PDMS薄膜；所述電極2包括導電無紡布。阻隔層4的柔性高分子聚合物或者為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；所述親膚層I的柔性高分子聚合物或者為PE或乙烯-醋酸乙烯共聚物；所述電極2或者可以包括銅箔或漆包線。
[0034]本發(fā)明實施例還提供了一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0035]S1、在織物物件接觸到手腕脈搏的區(qū)域勻涂一層柔性高分子聚合物形成柔性薄膜，即為阻隔層；
[0036]S2、在所述阻隔層上勻涂三維孔狀納米敏感材料，得到敏感層；
[0037]S3、引出兩條電極，所述電極的一端接觸所述敏感層，另一端探出所述敏感層；
[0038]S4、在所述敏感層表面勻涂一層柔性高分子聚合物，形成覆蓋所述敏感層并與所述阻隔層共同包裹所述敏感層的親膚層。
[0039]具體地，步驟SI中先將衣物穿于人體時袖口上接觸到手腕脈搏的區(qū)域進行表面清潔處理，在清潔區(qū)域均勻刷涂或旋涂一層厚度為80 μ m的PDMS薄膜，此薄膜面積為300_2而小于清潔區(qū)域的面積，并在70°C的烘箱中加熱固化兩小時，使阻隔層和衣物融為一體。
[0040]具體地，步驟S2中取適量的粘稠狀液體敏感材料均勻旋涂一層厚度為60 μ m在上述阻隔層的中心區(qū)域，此敏感層面積為200mm2，并加熱固化一段時間使敏感層聚合，和阻隔層融為一體。
[0041]步驟S3中電極材料包括導電無紡布；電極的引出方式為粘貼。電極的材料或者可以包括銅箔或漆包線。
[0042]具體地，步驟S4中在有電極的敏感層表面整體覆蓋一層厚度為20 μ m的PDMS薄膜作為親膚層，加熱固化使電極和敏感層、阻隔層、長袖衣物的袖口融為一個整體。
[0043]阻隔層4的柔性高分子聚合物或者為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；所述親膚層I的柔性高分子聚合物或者為PE或乙烯-醋酸乙烯共聚物。
[0044]本發(fā)明實施例還提供了一種基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)，如圖3所示，包括以下模塊:
[0045]信號采集模塊，其包括上述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，用于采集人體手腕脈搏變化的信號；模數(shù)轉換模塊，用于將信號采集模塊采集到的信號轉換為數(shù)字信號；信號處理模塊，用于處理模數(shù)轉換模塊得到的數(shù)字信號，得出監(jiān)測分析結果；顯示模塊，其包括顯示屏，用于顯示所述信號處理模塊輸出的監(jiān)測分析結果。
[0046]所述模數(shù)轉換模塊將信號采集模塊采集的信號放大、濾波、調制后進行A/D轉換，提高輸出信號的信噪比，將轉換后的數(shù)字信號以無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到信號處理模塊。
[0047]所述信號采集模塊通過引出電極連接模數(shù)轉換模塊，即所述信號采集模塊與模數(shù)轉換模塊是通過有線方式連接；所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括無線通信模塊，其用于實現(xiàn)所述信號處理模塊與模數(shù)轉換模塊之間信號的傳輸交互。無線通信模塊的傳輸技術優(yōu)選藍牙無線傳輸，無線通信模塊的傳輸技術還可以米用GPRS (General Packet Rad1 Service,通用分組無線服務技術)、GSM(Global System of Mobile communicat1n,全球移動通訊系統(tǒng))、WLAN (Wireless Local Area Networks,無線局域網(wǎng)絡)、CDMA (Code Divis1nMultiple Access)、TDMA (Time Divis1n Multiple Access,時分多址)、NFC (Near FieldCommunicat1n,近場通信)、W1-Fi (Wireless-Fidelity,無線保真)、紅外無線技術、電視通信網(wǎng)絡或其他遠程通訊網(wǎng)絡。
[0048]所述顯示模塊用于顯示運算分析處理后的監(jiān)測分析結果，如圖5所示，如脈搏波所呈現(xiàn)出的波形、波幅、波速和周期等綜合信息，利用時域分析法提取特征峰、谷的幅度、形態(tài)及時間參數(shù)等特征信息。
[0049]所述信號處理模塊與顯示模塊合成軟件并載入客戶端，為防止監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟失，所述信號處理模塊還具有導出所述監(jiān)測分析結果數(shù)據(jù)的功能。所述客戶端包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、多功能液晶顯示腕表及示波器等。
[0050]實施例二:
[0051]本發(fā)明實施例提供的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器附著在織物手環(huán)或者手腕織物飾品上，圖1為柔性傳感器6的結構示意圖，由圖中可以清楚看到，本發(fā)明的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器包括:織物物件5 ;阻隔層4，其形成于所述織物物件5上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內；敏感層3，其形成于所述阻隔層4的上表面；電極層，包括八條從敏感層3或敏感層3的表面引出的電極2 ;及親膚層I，形成于敏感層3的上表面或敏感層3上表面及電極層位于敏感層3上表面的部分；其中，所述敏感層3由三維孔狀納米敏感材料構成，所述親膚層I與阻隔層4由柔性高分子聚合物構成且具有生物相容性，所述親膚層I與阻隔層4共同包裹所述敏感層3。
[0052]其中，所述織物物件5為織物手環(huán)或者手腕織物飾品，阻隔層4形成于織物手環(huán)或者手腕織物飾品接觸到手腕脈搏的區(qū)域內。
[0053]優(yōu)選地，所述敏感層的三維孔狀納米敏感材料具有0.2-20 μ m大小不一的孔，且孔與孔之間的間隙為10-200 μ m，所述敏感層3由以下步驟制備得到:S1、石墨烯和丙酮按質量比為1:1?1:3混合后進行超聲處理30?60min，得漿液狀混合物；S2、在漿液狀混合物中加入與石墨烯質量比為1:1?1:10的PDMS，攪拌后得粘稠狀混合物；S3、將粘稠狀混合物涂覆在阻隔層4上，然后在70?80°C下加熱固化，從而制得所述敏感層3。
[0054]所述電極2探出敏感層3的一端連接無線發(fā)射器，所述電極2和無線發(fā)射器都被所述阻隔層4和親膚層I共同包裹。
[0055]所述阻隔層4為厚度250 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜；所述親膚層I為厚度70 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜；所述電極2包括導電石墨烯。阻隔層4的柔性高分子聚合物或者為聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；所述親膚層I的柔性高分子聚合物或者為PE或聚二甲基硅氧烷。
[0056]本發(fā)明實施例還提供了一種監(jiān)測手腕脈搏的柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0057]S1、在織物物件接觸到手腕脈搏的區(qū)域勻涂一層柔性高分子聚合物形成柔性薄膜，即為阻隔層；
[0058]S2、在所述阻隔層上勻涂三維孔狀納米敏感材料，得到敏感層；
[0059]S3、引出八條電極，所述電極的一端接觸所述敏感層，另一端探出所述敏感層；
[0060]S4、在所述敏感層表面勻涂一層柔性高分子聚合物，形成覆蓋所述敏感層并與所述阻隔層共同包裹所述敏感層的親膚層。
[0061]具體地，步驟SI中先將織物手環(huán)或者手腕織物飾品戴在手腕上能接觸到脈搏的區(qū)域進行表面清潔處理，在清潔區(qū)域內均勻刷涂或旋涂一層厚度為250 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜，此薄膜面積為300mm2，并加熱固化一段時間，使阻隔層和織物手環(huán)或者手腕織物飾品融為一體。
[0062]具體地，步驟S2中取適量的粘稠狀液體敏感材料均勻旋涂一層厚度為100 μ m的敏感層在上述阻隔層的中心區(qū)域，所述敏感層面積為200mm2，并將所述敏感層分割成兩行兩列的陣列排布，并加熱固化一段時間使敏感層聚合，和阻隔層融為一體。
[0063]步驟S3中電極的制備材料包括導電石墨烯，電極的引出方式為物理切割。
[0064]具體地，步驟S4中在有電極的敏感層表面整體覆蓋一層厚度為70 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜作為親膚層，加熱固化使電極和敏感層、阻隔層、織物手環(huán)或者手腕織物飾品融為一個整體。
[0065]阻隔層4的柔性高分子聚合物或者為聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；所述親膚層I的柔性高分子聚合物或者為PE或聚二甲基硅氧烷。
[0066]本發(fā)明實施例還提供了一種基于所述監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)，如圖4所示，包括以下模塊:
[0067]信號采集模塊，其包括上述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，用于采集人體手腕脈搏變化的信號；模數(shù)轉換模塊，用于將信號采集模塊采集到的信號轉換為數(shù)字信號；信號處理模塊，用于處理模數(shù)轉換模塊得到的數(shù)字信號，得出監(jiān)測分析結果；顯示模塊，其包括顯示屏，用于顯示所述信號處理模塊輸出的監(jiān)測分析結果。
[0068]所述模數(shù)轉換模塊將信號采集模塊采集的信號放大、濾波、調制后進行A/D轉換，提高輸出信號的信噪比，將轉換后的數(shù)字信號以無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到信號處理模塊。
[0069]所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括無線通信模塊，其用于實現(xiàn)所述信號處理模塊與模數(shù)轉換模塊之間信號的傳輸交互，及同時用于實現(xiàn)所述模數(shù)轉換模塊與信號采集模塊之間信號的傳輸交互。無線通信模塊的傳輸技術優(yōu)選藍牙無線傳輸，無線通信模塊的傳輸技術還可以采用GPRS、GSM、WLAN、CDMA, TDMA, NFC、Wi_F1、紅外無線技術、電視通信網(wǎng)絡或其他遠程通訊網(wǎng)絡。
[0070]所述顯示模塊用于顯示運算分析處理后的監(jiān)測分析結果，如圖5所示，如脈搏波所呈現(xiàn)出的波形、波幅、波速和周期等綜合信息，利用時域分析法提取特征峰、谷的幅度、形態(tài)及時間參數(shù)等特征信息。
[0071]所述信號處理模塊與顯示模塊合成軟件并載入客戶端，為防止監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟失，所述信號處理模塊還具有導出所述監(jiān)測分析結果數(shù)據(jù)的功能。所述客戶端包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、多功能液晶顯示腕表及示波器等。
[0072]實施例三:
[0073]本發(fā)明實施例提供的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器附著在袖套上，圖1為柔性傳感器6的結構示意圖，由圖中可以清楚看到，本發(fā)明的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器包括:織物物件5 ;阻隔層4，其形成于所述織物物件5上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內；敏感層3，其形成于所述阻隔層4的上表面；電極層，包括兩條從敏感層3或敏感層3的表面引出的電極2 ;及親膚層I，形成于敏感層3的上表面或敏感層3上表面及電極層位于敏感層3上表面的部分；其中，所述敏感層3由三維孔狀納米敏感材料構成，所述親膚層I與阻隔層4由柔性高分子聚合物構成且具有生物相容性，所述親膚層I與阻隔層4共同包裹所述敏感層3。
[0074]其中，所述織物物件5為袖套的袖口，阻隔層4形成于袖套戴于手臂時袖套口上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內。
[0075]優(yōu)選地，所述敏感層的三維孔狀納米敏感材料具有0.2-20 μ m大小不一的孔，且孔與孔之間的間隙為10-200 μ m，所述敏感層3由以下步驟制備得到:S1、碳納米管和四氯化碳按質量比為1:1?1:3混合后進行超聲處理30?60min，得漿液狀混合物；S2、在漿液狀混合物中加入與碳納米管質量比為1:1?1:10的PDMS，攪拌后得粘稠狀混合物；S3、將粘稠狀混合物涂覆在阻隔層4上，然后在70?80°C下加熱固化，從而制得所述敏感層3。
[0076]所述電極2探出敏感層3的一端不與所述阻隔層4和親膚層I接觸，將電極2探出敏感層3的一端引出并連接到裝有信號處理電路、無線發(fā)射器等電子元件的柔性電路板上。
[0077]所述阻隔層4為厚度20 μ m的PDMS薄膜；所述親膚層I為厚度12 μ m的PE薄膜；所述電極2包括銀納米線或碳納米管。阻隔層4或者為厚度為20 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種薄膜；所述親膚層I或者為厚度為12 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物或PDMS薄膜。
[0078]本發(fā)明實施例還提供了一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0079]S1、在織物物件接觸到手腕脈搏的區(qū)域勻涂一層柔性高分子聚合物形成柔性薄膜，即為阻隔層；
[0080]S2、在所述阻隔層上勻涂一層三維孔狀納米敏感材料，得到敏感層；
[0081]S3、引出兩條電極，所述電極的一端接觸所述敏感層，另一端探出所述敏感層；
[0082]S4、在所述敏感層表面勻涂一層柔性高分子聚合物，形成覆蓋所述敏感層并與所述阻隔層共同包裹所述敏感層的親膚層。
[0083]具體地，步驟SI中先將袖套戴于手臂時袖套口接觸到手腕脈搏的區(qū)域進行表面清潔處理，在清潔區(qū)域均勻刷涂或旋涂一層厚度為20 μ m的PDMS薄膜，此薄膜面積為300mm2，并加熱固化一段時間，使阻隔層和長袖衣服的袖口融為一體。
[0084]具體地，步驟S2中取適量的粘稠狀液體敏感材料均勻旋涂一層厚度為80 μ m在上述阻隔層的中心區(qū)域，此敏感層面積為200mm2，并加熱固化一段時間使敏感層聚合，和阻隔層融為一體。
[0085]步驟S3中電極材料包括銀納米線或碳納米管；電極的引出方式為印刷。具體地，步驟S4中在有電極的敏感層表面整體覆蓋一層厚度為12μπι的PE薄膜作為親膚層，加熱固化使電極和敏感層、阻隔層、衣服袖口融為一個整體。
[0086]阻隔層4或者為厚度為20 μ m的乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種薄膜；所述親膚層I或者為厚度為12μπι的乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0087]本發(fā)明實施例還提供了一種基于上述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)，如圖3所示，包括以下模塊:
[0088]信號采集模塊，其包括上述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，用于監(jiān)測手腕脈搏變化的信號；模數(shù)轉換模塊，用于將信號采集模塊采集到的信號轉換為數(shù)字信號；信號處理模塊，用于處理模數(shù)轉換模塊得到的數(shù)字信號，得出監(jiān)測分析結果；顯示模塊，其包括顯示屏，用于顯示所述信號處理模塊輸出的監(jiān)測分析結果。
[0089]所述模數(shù)轉換模塊將信號采集模塊采集的信號放大、濾波、調制后進行A/D轉換，提高輸出信號的信噪比，將轉換后的數(shù)字信號以無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到信號處理模塊。
[0090]所述信號采集模塊通過引出電極連接信號處理模塊，即所述信號采集模塊與信號處理模塊是通過有線方式連接；所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括無線通信模塊，其用于實現(xiàn)所述信號處理模塊與模數(shù)轉換模塊之間信號的傳輸交互。無線通信模塊的傳輸技術優(yōu)選藍牙無線傳輸，無線通信模塊的傳輸技術還可以采用GPRS、GSM、WLAN、CDMA, TDMA, NFC、W1-F1、紅外無線技術、電視通信網(wǎng)絡或其他遠程通訊網(wǎng)絡。
[0091]所述顯示模塊用于顯示運算分析處理后的監(jiān)測分析結果，如圖5所示，如脈搏波所呈現(xiàn)出的波形、波幅、波速和周期等綜合信息，利用時域分析法提取特征峰、谷的幅度、形態(tài)及時間參數(shù)等特征信息。
[0092]所述信號處理模塊與顯示模塊合成軟件并載入客戶端，為防止監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟失，所述信號處理模塊還具有導出所述監(jiān)測分析結果數(shù)據(jù)的功能。所述客戶端包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、多功能液晶顯示腕表及示波器等。
[0093]本發(fā)明將體積微小的柔性傳感器集成在與手腕脈搏接觸的織物上，傳感器的敏感材料由柔性高分子聚合物包裹，輕巧易帶、實時性好，可防水，能采集手腕脈搏數(shù)據(jù)，及時客觀地反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)和顯示分析結果。
[0094]以上所揭露的僅為本發(fā)明的幾種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，其特征在于，包括: 織物物件(5)； 阻隔層(4)，其形成于所述織物物件(5)上接觸到手腕脈搏的區(qū)域內； 敏感層(3)，其形成于所述阻隔層(4)的上表面； 電極層，包括至少兩條從敏感層(3)或敏感層(3)的表面引出的電極(2); 及親膚層(I)，形成于敏感層(3)的上表面或敏感層(3)上表面及電極層位于敏感層(3)上表面的部分； 其中，所述敏感層(3)由三維孔狀納米敏感材料構成，所述親膚層(I)與阻隔層(4)由柔性高分子聚合物構成且具有生物相容性，所述親膚層(I)與阻隔層(4)共同包裹所述敏感層⑶。
2.如權利要求1所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，其特征在于，所述敏感層的三維孔狀納米敏感材料的孔的大小為0.2-20 μ m，且孔與孔之間的間隙為10-200 μ m，所述敏感層(3)由以下步驟制備得到: 51、碳材料和可揮發(fā)性溶劑按質量比為1:1?1:3混合后進行超聲處理30?60min，得漿液狀混合物； 52、在漿液狀混合物中加入與碳材料質量比為1:1?1:10的柔性高分子聚合物，攪拌后得粘稠狀混合物； 53、將粘稠狀混合物涂覆在阻隔層(4)上，然后在70?80°C下加熱固化，從而制得所述敏感層⑶。
3.如權利要求1或2所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，其特征在于，所述電極(2)探出敏感層(3)的一端不與所述阻隔層(4)和親膚層(I)接觸，或者，所述電極(2)探出敏感層(3)的一端連接無線發(fā)射器且所述電極(2)與無線發(fā)射器都被所述阻隔層(4)和親膚層⑴共同包裹。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，其特征在于，所述阻隔層⑷為厚度范圍為10-300μπι的PDMS薄膜，或者阻隔層(4)的柔性高分子聚合物為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；所述親膚層(I)為厚度范圍為5-80 μ m的PDMS薄膜，或者為厚度范圍為5-80 μ m的PE薄膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜；所述電極(2)包括導電無紡布、銅箔或漆包線。
5.一種監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、在織物物件上接觸到手腕脈搏的區(qū)域勻涂一層柔性高分子聚合物形成柔性薄膜，即為阻隔層； 52、在所述阻隔層上涂三維孔狀納米敏感材料，得到敏感層； 53、引出至少兩條電極，所述電極的一端接觸所述敏感層，另一端探出所述敏感層； 54、在所述敏感層表面涂一層柔性高分子聚合物，形成覆蓋所述敏感層并與所述阻隔層共同包裹所述敏感層的親膚層。
6.如權利要求5所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法，其特征在于，步驟SI中的阻隔層為厚度范圍為10-300μπι的PDMS薄膜，或者阻隔層的柔性高分子聚合物為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺或聚乙烯中的任意一種；步驟S2中設置所述敏感層為一塊或者是由一塊分割成多個小塊而構成的陣列；步驟S4中的親膚層為厚度范圍為5-80μπι的PDMS薄膜，或者為厚度范圍為5_80 μ m的PE薄膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜。
7.如權利要求5或6所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的制備方法，其特征在于，步驟S3中電極的材料包括導電無紡布、銅箔或漆包線，所述電極的材質還可以是金、鉬、鎳、銀、銦、碳納米管、石墨烯或銀納米線中的一種或多種組合；電極的引出方式為粘貼、印刷或物理切割。
8.一種基于權利要求1所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊: 信號采集模塊，其包括如權利要求1所述的監(jiān)測手腕脈搏的可穿戴柔性傳感器，用于采集人體脈搏變化的信號； 模數(shù)轉換模塊，其用于將信號采集模塊采集到的信號轉換為數(shù)字信號； 信號處理模塊，其用于處理模數(shù)轉換模塊得到的數(shù)字信號，得出監(jiān)測分析結果； 顯示模塊，其包括顯示屏，用于顯示所述信號處理模塊輸出的監(jiān)測分析結果。
9.如權利要求8所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括無線通信模塊，其用于實現(xiàn)所述信號處理模塊與模數(shù)轉換模塊之間信號的傳輸交互，或同時用于實現(xiàn)所述模數(shù)轉換模塊與信號采集模塊之間信號的傳輸交互。
10.如權利要求8或9所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊與顯示模塊合成軟件并載入客戶端，所述信號處理模塊還具有導出所述監(jiān)測分析數(shù)據(jù)的功能。
【文檔編號】A61B5/02GK104257359SQ201410471841
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張珽, 熊作平 申請人:蘇州能斯達電子科技有限公司