[发明专利]无线、可穿戴且柔软的生物特征识别传感器在审

专利信息
申请号: 201880050942.7 申请日: 2018-06-06
公开(公告)号: CN111343902A 公开(公告)日: 2020-06-26
发明(设计)人: 鲁南姝;郑孝英 申请(专利权)人: 得克萨斯大学体系董事会
主分类号: A61B5/00 分类号: A61B5/00
代理公司: 北京聿宏知识产权代理有限公司 11372 代理人: 吴大建;张杰
地址: 美国德*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 无线 穿戴 柔软 生物 特征 识别 传感器
【说明书】:

通过采用干燥且自由的“剪切再粘贴”方法,在数分钟内制造出具有NFC功能的类似纹身的无线、可拉伸生物特征识别传感器,而无需使用任何化学药品、墨水或掩模/模板。该传感器通过可拉伸的电感线圈和集成在传感器上的NFC芯片无线地接收功率。传感器测量的数据通过同一天线和NFC芯片无线传输。该传感器完全可拉伸且适合人体皮肤,并且遵循皮肤的机械形变而不会发生机械和电气故障或分层。该传感器不易磨损,可对生理信号执行高保真感测。根据传感器的应用位置,可能的应用包括测量生理信号,例如皮肤热成像(体温)、光度(脉搏血氧饱和度、心跳)、电描记图(ECG、EEG、EMG、EOG)、电阻抗(皮肤水分、体脂)以及机械运动(心震图、呼吸频率、关节弯曲)。

政府支持

本发明是在美国国家科学基金会(NSF)授予的No.ECCS1509767拨款的政府支持下以及美国海军研究办公室(ONR)授予的No.N00014-16-1-2044拨款的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2017年6月7日提交的美国临时专利申请序列号No.62/516,309的优先权及权益,其全部内容通过引用并入本文,并构成本文的一部分。

技术领域

本公开涉及可穿戴电子设备,并且更具体地,涉及粘附到皮肤并且无线式供电的柔软、可穿戴生物特征识别传感器。

背景技术

曾经期望可穿戴电子设备作为解决许多医疗保健挑战的解决方案。希望可穿戴电子设备能够持续跟踪临床上有价值的生物特征并提供实时分析。然而,由于在功能、复杂性以及功耗之间取得平衡的挑战,近年来用于医学/健康感测的可穿戴电子设备的发展遇到了障碍。结果,由于其有限的灵敏度、舒适性、价格(例如,可弃置性)以及复杂性(例如,制造复杂性),当今可用的可穿戴电子设备通常限于感测低价值生物特征。因此,对于许多临床或健康应用,可穿戴设备被认为是不切实际或不可能的。

因此,需要一种无线式供电的表皮生物特征识别传感器(即,电子纹身或电子纹身平台)来解决这些障碍。为简单起见,电子纹身应采用无线式供电,并且应使用简单、省时且经济高效的制造工艺而非光刻工艺来制造。为了舒适起见,所有电气互连(包括天线)都应具有可提供柔性且可拉伸的机械性能的形状,以便可以将电子纹身层压在表皮的任何部分(例如临时转移式纹身),并完全符合人体皮肤的微观形貌。此外,电子纹身对运动伪影应具有灵敏度和免疫力,其足以测量生理上有价值的信号。除了体温和脉搏血氧饱和度之外,电子纹身还应该能够测量光度(脉搏血氧饱和度、心跳、呼吸、血压)、电描记图(ECG、EEG、EMG、EOG)以及电阻抗(皮肤水合作用、体内脂肪)。

发明内容

因此,在一个方面中,本公开内容包括生物特征识别传感器。该生物特征识别传感器包括柔性、可拉伸基底,该基底可以粘附到表皮上并且随着表皮的移动而适应和可弯曲。生物特征识别传感器还包括布置在柔性基底上的电路。该电路包括无线地发送和接收射频(RF)信号的天线。该电路还包括通信模块,该通信模块电连接到天线,并从天线接收RF信号并将RF信号转换为功率。该电路还包括电连接到通信模块的一个或多个传感器。一个或多个传感器和通信模块由功率可操作地供能,以感测生理信号并经由天线无线地发送感测的生理信号。

在另一方面,本公开包含生物特征感测系统。该生物特征感测系统包括询问器设备,该询问器设备使用询问器天线无线地发送功率信号。该生物特征感测系统还包括粘附至受试者的表皮的表皮传感器。表皮传感器包括表皮天线,表皮天线与询问器天线电感耦合以接收功率信号。功率信号在操作上为表皮传感器供能,并使表皮传感器(i)感测来自受试者的生理信号,(ii)将感测到的生理信号转换为数字化信号,以及(iii)将数字化信号发送回询问器设备。

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