[发明专利]一种用于生理信息传感的柔性基材及其制造方法

说明书

一种用于生理信息传感的柔性基材及其制造方法，涉及柔性传感基材。柔性基材从下至上依次为支撑层、缓冲层和结构层；支撑层为柔性薄层材料制备而成，在支撑层上设有多孔微纳结构缓冲层，在缓冲层上设有用于承载传感器件的可自黏附于皮肤表面的超薄结构层；缓冲层设有加强筋连接结构，用于加强柔性基材整体刚度。先采用倒模工艺制备支撑层；再采用微纳制造工艺在支撑层上制备缓冲层以及加强筋连接结构；在缓冲层上沉积结构层。在结构层上构建光电脉搏波、表面肌电和体温等薄膜传感单元与互联导线，通过信号采集和分析，实现生理信息高精度、高保真精准监测。微纳特征结构缓冲层使结构层保持与人体皮肤完好、舒适共形，保证生理信号高精度采集。

技术领域

本发明涉及柔性传感基材，尤其是涉及一种用于生理信息传感的柔性基材及其制造方法。

背景技术

将柔性电子应用于人体生理信息监测，实现从症状治疗转向预防为主的早期健康监测与治疗是人类共同追求的目标。当前国内外科研人员探索研究出脉搏、体温、血氧、血糖和汗液等的可穿戴传感器件。传统传感器件为硬质基底，通过柔性基材连接集成。Katragadda等[Sensors and Actuators A:Physical,2018,143(1):169-174]采用MEMS技术在硅基上制造刚性硅岛结构，通过微金属导线电气连接，柔性聚合物封装构建厚度约300μm的多个岛桥结构阵列压力传感器。硬质基底会导致生理信号测量误差巨大，也会给长期佩戴带来不适。降低传感单元器件至微米级可改善柔性，但采用硅、金属等固有硬质材料的器件应变受限，易产生裂纹或失效。以有机或无机纳米材料构建的全柔性传感将是未来生理健康监测的发展方向。

生理信息柔性传感薄层化，可自贴附于人体器官表面，有利于获得高信噪比，降低运动敏感性。Rogers将表面肌电传感器件基材厚度降低到5μm时，接触电阻减少到20kΩ，显示出显著的低接触阻抗[Advanced materials,2013,25(47):6839-6846]。表面共形接触也可有效降低了运动伪影。但过薄基材机械强度低，操作难度大，容易导致整个结构破坏。实现生理信息柔性传感器件共形的同时获得足够的机械强度是一巨大挑战。突破传统设计理念和制造方法，提出一种新的柔性传感基材，实现薄膜高灵敏度生理信息柔性传感，意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供可高精度生理信号采集，同时操作便利的一种用于生理信息传感的柔性基材及其制造方法。

所述用于生理信息传感的柔性基材从下至上依次为支撑层、缓冲层和结构层；所述支撑层为柔性薄层材料制备而成，在支撑层上设有多孔微纳结构的缓冲层，在缓冲层上设有用于承载传感器件的可自黏附于皮肤表面的超薄结构层；所述缓冲层设有加强筋作为支撑层与结构层之间连接结构，用于加强柔性基材整体刚度。

所述支撑层具有很好的柔顺性，支撑层的形状包括但不局限于圆形或多边形；所述多边形包括三角形、正方形、矩形等；所述支撑层的厚度小于1mm，优选小于200μm，弹性模量5Mpa优选为1Mpa。

所述缓冲层的厚度小于0.1mm；

所述结构层厚度约为1～10μm，弹性模量5MPa，优选1MPa；

所述多孔微纳结构包括但不限于微纳纤维或石墨烯多孔结构等。

所述用于生理信息传感的柔性基材的制造方法，包括以下步骤：

1)采用倒模工艺制备支撑层；

2)采用微纳制造工艺在支撑层上制备缓冲层；

3)在缓冲层上沉积制备连续致密的结构层。

在步骤1)中，所述采用倒模工艺制备支撑层的方法可为：将PDMS与固化剂按10︰1比例混合均匀并倒入相应的模具中，真空抽离气泡后放入80℃加热炉中加热固化2h，脱模后即可完成支撑层的制备。

在步骤2)中，所述微纳制造工艺包括但不限于静电纺丝或与激光扫描联合制备；