[发明专利]一种超柔性生物电-光电信号贴片传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种超柔性生物电‑光电信号贴片传感器及其制备方法与应用。该贴片传感器包括依次设置的封装层、光电探测器层、衬底层、粘附层、电极层；其中：所述封装层的材质为耐水氧材料；所述光电探测器层为近红外有机光电二极管；所述衬底层为耐水氧材料制成的层；所述粘附层的材质为水凝胶材料；所述电极层的材质为导电聚合物材料。本发明还提供了上述贴片传感器的制备方法以及在作为能够实现生物光电信号与生物电信号的同时监测的应用。本发明的贴片传感器具有超薄超柔性，弯曲半径与皮肤表面起伏相匹配，能够达到10μm量级，可保形接触，在轻便无感的基础上，更加贴合皮肤以获得最佳的生理信号。

技术领域

本发明涉及一种超柔性生物电-光电信号贴片传感器及其制备方法与应用，属于柔性电子技术领域。

背景技术

柔性可穿戴电子设备是未来健康监测中重要的硬件之一。区别于传统电子器件刚性的印象，新兴的可穿戴电子设备具有截然不同的力学性能，包括可折叠性、可弯曲性、可拉伸性等，将在健康监测等诸多领域引起变革。与传统测量手段相比，柔性电子器件具有与皮肤贴合度高、接触阻抗低、适合长期佩戴、对人体伤害小等独特优势，将满足未来可穿戴式健康监测设备的发展需求。

运动心率、血氧饱和度等是监测心血管健康的重要指标。光电容积脉搏波描记法(PPG)是监测人体脉搏信息的常用方法，利用皮肤内的血液容积在脉搏作用下周期性的变化，入射光通过透射或反射方式将容积变化信号传送到光电探测器，获得脉搏血流变化信息。当用两种不同波长的入射光所产生的信号进行比例分析，考虑氧合和脱氧血红蛋白在特定波长下不同的摩尔消光系数，可进一步提取血氧饱和度特征，柔性PPG传感器将会成为心血管健康监测中不可或缺的硬件之一，本征柔性的有机光电二极管将是柔性PPG传感器的合适选择。此外，由于近红外光可有效地穿过皮肤组织而无明显衰减，从更宽的区域内收集信号，不易受运动或其他信息干扰，从而有效提高测试的精确度和信号的稳定性。对应于脉搏波信号与血氧饱和度的测量来说，940nm左右的光是PPG传感器能利用的近红外窗口中信号最佳的区域，但是在该窗口具有良好光电响应的有机半导体材料选择较为困难。特别是无法构建一种与硅光电二极管性能相当又具备极致柔性的PPG传感器限制了该领域的进一步发展。

相较于PPG基于光电容积变化提供的脉搏信号，心电图(ECG)信号提供了基于生物电的脉搏信号，两者结合能提升脉搏信息的准确度与可信度。此外PPG与ECG信号分别携带了血管中动脉血流动与心脏搏动的额外信息，通过对两者信号的分析与拟合，可得到更多的健康监测指标。如ECG的R峰与PPG信号中收缩峰的差值称为脉搏到达时间(PAT)，该指标与血压存在线性关系，可通过建立模型估算受试者的血压变化情况。但目前商用ECG电极如Ag/AgCl凝胶电极或者各类金属干电极由于物理形态与导电性能的限制，少有可与柔性PPG传感器集成形成柔性小尺寸传感器以实现上述功能。

综上，如能构建PPG-ECG集成贴片，在一个超柔性贴片式传感器上实现对光电-电生物信号的同时监测，那将对于设计新一代可穿戴健康监测设备具有重要意义。但目前要得到高性能近红外敏感超柔性光电探测器与高导电低界面阻抗的柔性电极都具有技术瓶颈。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超柔性生物电-光电信号贴片传感器及其制备方法与应用，实现人体皮肤的紧密贴合和对健康参数的实时精确监测，为未来超柔性可穿戴健康监测设备提供了原型演示与思路。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种超柔性生物电-光电信号贴片传感器，其包括依次设置的封装层、光电探测器层、衬底层、粘附层、电极层；其中：

所述封装层的材质为耐水氧材料；

所述光电探测器层为近红外有机光电二极管；

所述衬底层为耐水氧材料制成的层；

所述粘附层的材质为水凝胶材料；

所述电极层的材质为导电聚合物材料。