基于压电效应的柔性植入式血压监测器件研究

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人体的生理系统在运行过程中会产生包含丰富生理信息的信号,而全面且准确的探测生物体内生理环境是诊断治疗各种疾病的重要基础。随着现代医学的发展,健康已成为人类生活关注的焦点。近年来,能够有效将人体生理信息转化为可分析的电信号的多种传感器在现代医学中得到了广泛的应用。在众多的生理学指标中,血压具有重要的研究意义。当前,有关血压监测的研究在产业领域及科研领域受到越来越多的关注。而植入式血压监测器件能够在临床上提供我们所需的连续生理参数数据,并由于其本身具有的微型化、柔性化等优势在心血管疾病的诊断治疗方面具有巨大的潜力。本文以具有较好压电性的高分子材料PVDF为研究对象,基于压电效应设计了一种具有蛇形互连几何结构的可拉伸柔性可植入血压监测器件。文章主要研究内容如下:(1)受蛇形互连几何结构的启发,通过对PVDF压电薄膜进行力学结构式设计,使器件在保持材料本身具有的电子学性能的同时还具有可变形和可延展的特性。(2)电子器件直接暴露在环境中会与空气中的水氧发生反应从而导致器件损坏,因此封装保护层十分重要。另外,作为一种生物体内的生理信号监测器件,实现生物安全柔性封装具有重要意义。本文通过对封装常用材料PDMS进行改性,在PDMS表面分别与聚谷氨酸和聚天冬氨酸接枝,对改性前后的PDMS的生物相容性、血液相容性以及拉伸性能进行了研究。(3)将基于压电效应的柔性自驱动压力监测器件(FSPS)用于生物体内的实时心内压力监测。FSPS通过将生物体内压力变化的机械能转化为电信号输出,可以指示生物体的生理心血管状态。另外,通过对监测到的心内压力变化的分析,还可以识别血压异常事件。本文构建了基于压电效应的具有蛇形互连几何结构的可植入柔性血压监测器件,研究结果可为用于血压监测的可植入医疗器件的优化设计提供参考和新的设计思路。
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