[发明专利]一种可穿戴生理体征检测传感器、制备方法及其监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及生理监测领域，尤其涉及一种可穿戴生理体征检测传感器、制备方法及其监测系统。

背景技术

心率和呼吸频率是人体的重要生理体征参数之一,对其进行实时监测为使用者提供有用的生理健康信息，将对使用者的健康评估和疾病(如心血管系统疾病)前期预防具有重要价值。

目前传统的医疗监测心率的仪器很多,常见的有基于压力传感器、光电传感器、电容传感器和电声传感器等类型的检测装置。中国古代通过脉诊来检断心跳频率，方法虽简单方便，但诊断结果正确与否主要依赖于医生的经验，难以客观量化；红外法是基于动脉血以“脉冲”方式流动而导致皮下红外反射率出现微差别来检测心率，但该法会受皮肤影响而造成检测结果误差；基于嵌入式及DSP的心电监护仪功能强大,但因芯片价格昂贵、使用方法和电极安放均非常专业化而难以实现大众化、便捷化。因此，人们迫切希望开发一款既经济实用又方便监测的新型心率和呼吸频率监测仪。

目前国内外用于监测生理信号的可穿戴医疗织物也有一些报道，诸如美国VivoMetrics公司开发的“生命衫”，可以反映穿戴者的呼吸情况和记录人体的体位变化，但它穿戴性不好、操作复杂、不适合在日常生活和工作中使用；意大利Milior of Prado公司将纤维或纱线形式的智能传感器与织物技术等结合起来监测呼吸、体温，但价格高且在日常生活中穿戴的舒服性不好，影响其实用性；德国Fraunhofer IZM开发的具有传感功能的T恤衫可以实现对穿着者心电生理参数的检测，但长期与皮肤接触会引起皮肤溃烂。现有技术中其他用于心率及呼吸频率检测的仪器同样存在操作复杂、成本高、携带不便、不能满足日常监测需求、生物相容性差、穿戴不舒服等问题。

新型的心率和呼吸频率监测技术的关键在于传感器的制备，调研发现，目前用于采集心率和呼吸频率的可穿戴式电子织物以及通过对胸部心脏跳动信号的分析来判断人体生理健康的专业穿戴式织物很少，而能满足普通人日常随时随方便监测需求的几乎没有，因此开发一款智能化、大众化、科学化和便捷化的心率和呼吸频率监测工具显得尤为重要。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的是：提供一种可穿戴生理体征检测传感器，将可穿戴生理体征检测传感器集成在与胸口心跳接触的织物上便能采集心脏跳动数据及呼吸频率数据。

为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供了一种可穿戴生理体征检测传感器，用于监测心率及呼吸频率，包括织物物件；支撑层，其形成于所述织物物件上接触到胸口心跳的区域内；敏感材料层，其形成于所述支撑层的上表面；电极层，包括至少两条从敏感材料层或敏感材料层表面引出的电极；及保护层，其形成于所述敏感材料层的上表面或敏感材料层的上表面及电极层位于敏感材料层的上表面的部分；其中，所述敏感材料层由三维孔状纳米敏感材料构成，所述保护层与支撑层由柔性高分子聚合物构成且具有生物相容性，所述保护层与支撑层共同包裹所述敏感材料层。

所述敏感材料层的三维孔状纳米敏感材料的孔的大小为0.2-20μm，且孔与孔之间的间隙为10-200μm，所述敏感材料层由以下步骤制备得到：

S1、碳材料和可挥发性溶剂按质量比为1:1～1:3混合后进行超声处理30～60min，得浆液状混合物；

S2、在浆液状混合物中加入与碳材料质量比为1:1～1:6的柔性高分子聚合物，搅拌后得粘稠状混合物；

S3、将粘稠状混合物涂覆在支撑层上，然后在70～80℃下加热固化，从而制得所述敏感材料层。

本发明所指碳材料选自石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或多种的组合；所述可挥发性有机溶剂为乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、四氯化碳中的一种或多种的组合；所述柔性高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯或聚酰亚胺或聚乙烯。

所述电极探出敏感材料层的一端不与所述支撑层和保护层接触，或者，所述电极探出敏感材料层的一端连接无线发射器且所述电极与无线发射器都被所述支撑层和保护层共同包裹。

所述支撑层的厚度范围为10-150μm，所述支撑层为PDMS薄膜，或者支撑层的柔性高分子聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚乙烯中的一种；所述保护层为厚度范围为10-50μm的PDMS薄膜，或者为厚度范围为10-50μm的聚乙烯(PE)薄膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜；所述电极包括导电无纺布或铜箔。