以石墨烯网为敏感元件对眼压进行高灵敏度实时测量的方法
【专利摘要】本发明提出一种能够实时测量眼压的高灵敏度的眼压测量方法，是用一种基于石墨烯网导电特性测量眼压的方法。它是将敏感元件石墨烯网附在隐形眼镜上，并由被检查者直接佩戴隐形眼镜，通过与敏感元件相连的检测系统获得被检查者的眼压信息。本发明便于实时监测眼压变化，适用于青光眼患者的眼压检测，简化眼压测量过程。由于石墨烯网对弯曲的高敏感性，提高了眼压测量的灵敏度。
【专利说明】以石墨烯网为敏感元件对眼压进行高灵敏度实时测量的方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种实时眼压测量的方法；特别是用一种基于石墨烯网导电特性的检测设备，通过将敏感元件附于隐形眼镜，被检查者直接佩戴隐形眼镜后，通过与敏感元件相连的检测系统获得被检查者的眼压信息的方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯网是具有良好机械特性与电学特性的材料。与单层石墨烯相比，它有高度的结构完整性和机械特性；与多层石墨烯相比，它有更好的透气性和透水性；它对外界压力与拉力的反应为呈指数上升，适合应用于高灵敏度器件。石墨烯网中的导电通道呈网状，随着石墨烯网被拉伸，导电通道出现裂缝，当导电通道的部分裂开时，会导致电阻上升，当导电通道的全部断开时，则会阻碍电子通过，致使石墨烯网整体导电能力下降。当石墨烯网附着于隐形眼镜衬底时，由于衬底的弹性，石墨烯网的裂缝具有可恢复性。
[0003]眼压即眼内压力，指眼内容物对眼球壁施加的均衡压力。正常人的眼压稳定在正常眼压的范围为10~21mmHg，以维持眼球的正常形态，同时保证了屈光间质发挥最大的光学性能。眼压增高会导致视盘出现大而深的凹陷，损害视觉功能。
[0004]青光眼是因病理性高，眼压引起的视网膜神经纤维损害及视野缺损的一种眼病。青光眼是世界第二大致盲的眼疾，是一种不可逆转的渐进性眼神经疾病。青光眼标准检验是定期到眼科医师门诊使用眼压计检测眼内压(IOP)。但青光眼早期眼压并不稳定，可能一天之内仅有数小时眼压升高，从而难以掌控眼压情况因此测量24小时眼压曲线有助于诊断与防治。同时，对于重度青光眼患者而言，实时了解自己的眼压情况也有助于青光眼的检测与治疗。因此需要操作简易、测量精确、可实行实时检测的眼压计。
[0005]目前的眼压检测方法主要有指测法和眼压计测量法。其中，指测法较为粗略，并需要检查者有丰富的检测经验。眼压计根据测量原理不同主要有压陷式、压平式两种，虽然比指测法直观、精确，但是大多需要专业的使用知识。而便携式眼压计存在准确性较低的缺点。因此需要兼具操作方便、测量精确的特点的测量方式
[0006]目前广泛使用的眼压计大多无法进行实时检测。意法半导体于2010研制出一款内嵌于隐形眼镜的独特传感器，利用一个嵌入式微型应变计连续在一段时间内(通常为24小时)监测眼睛的曲率。但此款产品由于敏感元件的精度不高，需要在隐形眼镜中嵌入放大芯片来放大信号、降低噪声，因此，此款产品结构复杂且成本较高。
[0007]本发明使用石墨烯网作为敏感元件，通过佩戴隐形眼镜测量眼压，不仅能够实时测量，还提高了测量的灵敏度。不再需要放大信号、降低噪声，降低了复杂度和成本。此外，由于石墨烯网也具有较好的透光性，因此被检测者佩戴隐形眼镜后，对看东西影响很小。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种以石墨烯网为敏感元件，具有高灵敏度特性，对眼压进行实时测量的测量方法。
[0009]本发明的技术方案在于提供一种对眼压进行高灵敏度实时测量的方法。
[0010]一种以石墨烯网为敏感元件对眼压进行高灵敏度实时测量的方法，步骤如下:
[0011](I)将石墨烯网和集成芯片粘附在隐形眼镜上，并佩戴到眼球上；
[0012](2)通过集成芯片中的能量传输模块收集能量，以石墨烯网作为感应模块，在石墨烯网上施加合适电压，并得到相应大小的电流；所述的电压、电流值反馈到数据采集模块；
[0013](3)数据采集模块将电压与电流值通过无线传输模块传输到外界的处理模块上；
[0014](4)将得到的电压与电流关系与处理模块中存储的感应模块在不同眼压下的电流电压关系进行比对，可以得出眼压数值。
[0015]本发明的有益效果是:利用石墨烯网导电能力对弯曲的敏感性和石墨烯与隐形眼镜的粘附性制造出眼压测量装置，简化眼压测量过程。由于石墨烯网对弯曲的高敏感性，该装置提高了眼压测量的灵敏度。本发明便于实时监测眼压变化，适用于青光眼患者的眼压检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是石墨烯网高灵敏度眼压测量仪电路原理图。
[0017]图2是石墨烯网高灵敏度眼压测量仪的测量示意图。
[0018]图3是本发明`使用原理图。
[0019]图中:1.感应模块，2.电压输出模块，3.数据采集模块，4.能量传输模块，5.无线传输模块，6.数据处理模块，7.石墨烯网，8.隐形眼镜，9.集成芯片，10.导电电极，11.眼球，12.眼压增大过程，13.石墨烯网被拉伸过程。
【具体实施方式】
[0020]本发明提供一种以石墨烯网为敏感元件对眼压进行高灵敏度实时测量的方法，其步骤如下:
[0021](I)将石墨烯网和集成芯片粘附在隐形眼镜上，并佩戴到眼球上；
[0022](2)通过集成芯片中的能量传输模块收集能量，以石墨烯网作为感应模块，在石墨烯网上施加合适电压，并得到相应大小的电流；所述的电压、电流值反馈到数据采集模块；
[0023](3)数据采集模块将电压与电流值通过无线传输模块传输到外界的处理模块上；
[0024](4)将得到的电压与电流关系与处理模块中存储的感应模块在不同眼压下的电流电压关系进行比对，可以得出眼压数值。
[0025]所述步骤(1)中，石墨烯网的加工方法为:
[0026]a)将规格为80~120目的铜网进行裁剪，铜网大小为3X5至8X 10cm2，以确保能放入化学汽相淀积设备的炉管中并能够在后续的b)过程中进行充分反应；通入流量为800~1200mL/min IS气和流量为50~80mL/min氢气；同时加热炉管；
[0027]b)在炉管内温度达到900-1100°C时，通入氩气流量变为150~300mL/min和甲烷气流量变为10~20mL/min ;经15~30分钟，铜网上已长好多层石墨烯；冷却至室温，取出长有多层石墨烯的铜网；
[0028]c)配置0.5~2mol/L的三氯化铁溶液和0.5~2mol/L的盐酸溶液，并混合配置成腐蚀液；
[0029]d)将所述长有多层石墨烯的铜网放入加工方法c)中配置的腐蚀液中腐蚀，直至将被石墨烯网包裹的铜网腐蚀干净，形成纯石墨烯网；
[0030]e)腐蚀完成后，用铁网承接石墨烯网，放入去离子水中静置约10~30min，漂洗石墨稀网上沾有的腐蚀液；
[0031]f)重复加工方法e)，直至完全漂洗掉石墨烯网上沾有的腐蚀液。
[0032]以上各条件参数仅作为参考，实际加工过程中可以根据想要加工出的石墨烯网的厚度和电学特性进行适当调整改变。 [0033]所述步骤(1)中的集成芯片9包括电压输出模块2、数据采集模块3、能量传输模块4和无线传输模块5 ;集成芯片9具有如下功能:能量采集、电压输出、电流检测、数据无线传输。
[0034]所述步骤(1)中，将石墨烯网粘附至隐形眼镜的方法为:使石墨烯网漂浮于去离子水中，用镊子将隐形眼镜从保护液中捞出，并快速用隐形眼镜承接去离子水中的石墨烯网，待水分自然蒸发后，石墨烯网便粘附在隐形眼镜上，此时可以将隐形眼镜放入保护液中，以保持隐形眼镜与石墨烯网的性状。
[0035]图1是石墨烯网高灵敏度眼压测量仪电路原理图。电压输出模块2、数据采集模块3、能量传输模块4和无线传输模块5集成为图2中集成芯片9，分布在隐形眼镜两侧的对称位置上。在图1中，粘附在隐形眼镜上的石墨烯网作为感应模块1，感应模块I与电压输出模块2及数据采集模块3相连，电压输出模块2由能量传输模块4供给能量后，向感应模块I施加电压，通常为5V ;感应模块I将其上的电压、电流值反馈到数据采集模块3。数据采集模块3将感应模块I的电压与电流数据通过无线传输模块5传输到外界的分析处理模块6上。
[0036]本发明的使用及测量原理由图2和图3所示。在图2中，石墨烯网7和集成芯片9附着于隐形眼镜8上。测试时，将隐形眼镜8佩戴于眼球11上。石墨烯网7两侧的导电电极10同时作为石墨烯网7的输入和输出端，通过集成芯片9的控制和处理，给石墨烯网7外加电压并检测电流。
[0037]在图3所示实例中，随着眼球11眼压增大过程12，使得隐形眼镜8弯曲曲率减小，石墨烯网7实现被拉伸过程13，从而电阻变大。
[0038]以上方案原理如下:
[0039].人眼压增加时，眼球会扩张，角膜弯曲曲率减小；
[0040].由于隐形眼镜贴合于角膜，角膜弯曲曲率减小会使得隐形眼镜弯曲曲率随之变化，隐形眼镜被拉伸，同理，石墨烯网亦随隐形眼镜被拉伸；
[0041].石墨烯网中的导电通道呈网状，随着石墨烯网被拉伸，导电通道出现裂缝，当导电通道的部分裂开时，会导致电阻上升，致使石墨烯网整体导电能力下降。
【权利要求】
1.一种以石墨烯网为敏感元件对眼压进行高灵敏度实时测量的方法，其步骤如下: (1)将石墨烯网和集成芯片粘附在隐形眼镜上，并佩戴到眼球上； (2)通过集成芯片中的能量传输模块收集能量，以石墨烯网作为感应模块，在石墨烯网上施加合适电压，并得到相应大小的电流；所述的电压、电流值反馈到数据采集模块； (3)数据采集模块将电压与电流值通过无线传输模块传输到外界的处理模块上； (4)将得到的电压与电流关系与处理模块中存储的感应模块在不同眼压下的电流电压关系进行比对，可以得出眼压数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石墨烯网的加工方法为: a)将铜网放入化学汽相淀积设备的炉管中；通入流量为800~1200mL/min氩气和流量为50~80mL/min氢气；同时加热炉管； b)在炉管内温度达到900 -1100°C时，通入氩气流量变为150~300mL/min和甲烷气流量变为10~20mL/min ;经15~30分钟，铜网上已长好多层石墨烯；冷却至室温，取出长有多层石墨烯的铜网； c)配置0.5~2mol/L的三氯化铁溶液和0.5~2mol/L的盐酸溶液,并混合配置成腐蚀液； d)将所述长有多层石墨烯的铜网放入加工方法c)中配置的腐蚀液中腐蚀，直至将被石墨烯网包裹的铜网腐蚀干净，形成纯石墨烯网； e)腐蚀完成后，用铁网承接石墨烯网，放入去离子水中静置约10~30min，漂洗石墨烯网上沾有的腐蚀液； f)重复加工方法d)，直至完全漂洗掉石墨烯网上沾有的腐蚀液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，集成芯片包括电压输出模块、数据采集模块、能量传输模块和无线传输模块。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将石墨烯网粘附至隐形眼镜的方法为:使石墨烯网漂浮于去离子水中，用镊子将隐形眼镜从保护液中捞出，并快速用隐形眼镜承接去离子水中的石墨烯网，待水分自然蒸发后，石墨烯网便粘附在隐形眼镜上，此时可以将隐形眼镜放入保护液中，以保持隐形眼镜与石墨烯网的性状。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，集成芯片分布在隐形眼镜两侧的对称位置上。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，感应模块与电压输出模块及数据采集模块相连，电压输出模块由能量传输模块供给能量后，向感应模块施加电压；感应模块将其上的电压、电流值反馈到数据采集模块。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)石墨烯网的加工方法a)步骤中:将规格为80~120目的铜网进行裁剪，铜网大小为3X5至8X10cm2，放入化学汽相淀积设备的炉管中并能够在后续的b)步骤中进行充分反应。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，电压输出模块向感应模块施加电压通常为5V。
【文档编号】A61B3/16GK103750816SQ201410014258
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】李志宏, 张宇识, 满天星 申请人:北京大学