【摘 要】
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柔性表皮电子是当前生物信息检测技术中最有可能尽快应用于临床可穿戴健康监测装备的技术之一。人体生理信息的实时监测要求传感器长期与皮肤相贴附,然而,目前可穿戴柔性电子传感器的基底多为密闭性薄膜,长期附着于人体皮肤表面会引起不适,同时会导致体液(组织液、汗液等)不断累积,从而影响传感器的检测结果。无纺布、纸等材料因其多孔结构而具有一定的透气性,然而这类材料无法承受金属电极烧结过程中的高温,因而适用面较窄
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柔性表皮电子是当前生物信息检测技术中最有可能尽快应用于临床可穿戴健康监测装备的技术之一。人体生理信息的实时监测要求传感器长期与皮肤相贴附,然而,目前可穿戴柔性电子传感器的基底多为密闭性薄膜,长期附着于人体皮肤表面会引起不适,同时会导致体液(组织液、汗液等)不断累积,从而影响传感器的检测结果。无纺布、纸等材料因其多孔结构而具有一定的透气性,然而这类材料无法承受金属电极烧结过程中的高温,因而适用面较窄。针对以上问题,本文以聚酰胺酸为原料,采用静电纺丝法加工出了耐高温、透气性好的聚酰亚胺纳米纤维膜。然后,基于该薄膜基底,设计了一种恒温式透气性柔性表皮电化学葡萄糖传感器,并研究了利用喷墨打印实现该柔性表皮传感器加工和集成的工艺,最终实现了恒温下的葡萄糖检测,有效地避免环境温度变化对测量结果的影响。本文主要完成的工作如下:1.透气性基底的加工与性能测试:通过电子显微镜对不同纺丝电压、流量、浓度和距离下所加工的纳米纤维膜进行表面形貌表征,确定了最佳纺丝参数,进而结合薄膜的透湿性和力学性能确定了纺丝时间,最终完成了具有优异透气透湿性能的薄膜基底的加工。2.葡萄糖传感器的加工与性能测试:基于透气性基底设计并加工了柔性葡萄糖传感器,并引入石墨烯、铂纳米颗粒和普鲁士蓝修饰传感器工作电极表面以增强性能,固定葡萄糖氧化酶后,实现了在生理范围内葡萄糖浓度的检测。3.电热丝和温度传感器的加工与性能测试:结合课题组之前皮肤结构的COMSOL仿真完成了对双螺旋结构温度传感器和电热丝的结构重塑,并通过仿真验证了利用电热丝和温度传感器实现表皮温控的可行性;然后利用喷墨打印完成了电热丝和温度传感器的加工,并对温度传感器进行了标定和检测实验,最后采用PID控制实现了皮肤表面加热与温控实验。4.传感器贴片的加工与性能测试:构建了葡萄糖传感器-聚合物支撑层-温控部件的夹层结构;根据贴片与皮肤贴附性的要求,设计了柔性的贴片框架和导线层;根据后续传感器与检测设备集成的需求,设计了零插入力(ZIF)式的传感器接口,最后基于传感器贴片完成了恒温下葡萄糖的检测实验。
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