基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医学检测仪器领域，尤其是一种基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉 象检测探头。
【背景技术】
[0002] 脉搏和心率是人体健康的基本反映，是预测人类寿命的有效指标，准确地测量脉 搏和心率是非常重要的。
[0003] 目前市场上的心率计和脉搏计基本上都是利用陶瓷电容或陶瓷电阻传感器，它们 是非柔性的，使用不便，且容易损坏。
[0004] 专利申请号为201510044787. 6、201210273910. 8的脉搏检测探头都是基于二维 石墨烯柔性薄膜的多层结构，传感单元是柔性的。其缺点有：一是二维石墨烯转移困难：二 是多层结构，结构复杂，制备困难，成本高；三是二维石墨烯贴附于柔性材料表面，易于损 坏；四是其机理都是将脉搏和心跳的压力转化为电容的变化，相对于转化为电阻的变化，检 测困难。
【发明内容】
[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测 探头，使其能够贴在人体上测量人的心率、脉博、血流速度等，具有简单、耐用、成本低、操作 方便、灵敏度高的优点。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0007] -种基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头，包括三维石墨烯弹性高分子复 合体和聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜，所述三维石墨烯柔性高分子复合体粘合在PET薄 膜上，三维石墨烯柔性高分子复合体两端设置有导线，导线通过银胶与三维石墨烯柔性高 分子复合体连接。
[0008] 进一步的，本发明的基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头，所述三维石墨 烯弹性高分子复合体是将弹性高分子材料渗透到三维石墨烯泡沫内部形成的。
[0009] 进一步的，本发明的基于二维石墨稀的尚灵敏柔性脉象检测探头，所述弹性尚分 子材料为聚二甲基硅氧烷PDMS。
[0010] 进一步的，本发明的基于二维石墨稀的尚灵敏柔性脉象检测探头，所述弹性尚分 子材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU。
[0011] -种基于上述三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头的制备方法，包括以下步 骤：
[0012] 步骤一、用化学气相沉积法在泡沫镍模板上生长石墨烯，持续20分钟，得到泡沫 镍石墨烯复合物；
[0013] 步骤二、将泡沫镍石墨烯复合物置于浓度为10%、温度为80°C的盐酸中刻蚀10小 时；
[0014] 步骤三、用去离子水清洗刻蚀后的泡沫镍石墨烯复合物，置于温度为60°C的鼓风 干燥箱中干燥6小时，得到三维石墨烯；
[0015] 步骤四、在三维石墨烯两端边缘处涂覆银胶并引出导线；
[0016] 步骤五、将三维石墨烯置于PET薄膜上，滴入弹性高分子材料并将其渗透进三维 石墨烯内部后与PET薄膜连接，在常温下固化，即得到柔性脉象检测探头。
[0017] 进一步的，本发明的基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头的制备方法，所 述步骤一中的化学气相沉积法生长石墨烯的具体步骤为：将泡沫镍置于管式炉内，炉内保 持常压，通入氢气和氩气的混合气体，氢气流速为25sccm，氩气流速为50sccm，加热使炉内 温度以50°C /min从常温升温到1000°C并维持10分钟，用鼓泡器往炉内通入无水乙醇，在 泡沫镍上生长石墨稀，得到泡沫镍石墨稀复合物。
[0018] 进一步的，所述泡沫镍长为21cm，宽为2cm，厚为0· 5cm。
[0019] 进一步的，所述PET薄膜厚度为0· 5mm。
[0020] -种用于测试基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头的外界信号的电路，包 括电压源、固定电阻、示波器，以及本发明提出的基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探 头，其中，电压源、固定电阻和基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头依次首尾相连， 示波器连接在基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头的两端。
[0021] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0022] 1.本发明的基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头具有简单、耐用、成本低、 操作方便、灵敏度高、轻质、柔性等优点；
[0023] 2.本发明的基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头为柔性薄片，易于弯曲， 可方便地贴附于身体的各个部位，具有较强的适应性；
[0024] 3.本发明中，只需测量高灵敏柔性脉象检测探头的电阻值就能反应出信号的变 化，具有操作简单、成本低、检测速度快、测试精度高、操作方便等优点；
[0025] 4.本发明可以利用同步技术探测同一动脉两个位置处的脉搏信号，根据两个位置 的长度和时间延迟可以给出血流速度；还可以探测多个位置处的脉搏信号，可以获得心脏 的血液到达各处的时间差；
[0026] 5.本发明的基于二维石墨稀的尚灵敏柔性脉象检测探头是由二维石墨稀弹性尚 分子复合体和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)薄膜构成双层结构，一次成型，而不是将两层 用胶水粘合，这增加了层间的结合力，提高了探头的寿命。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头的结构示意图；
[0028] 图2为本发明的制备方法的流程示意图；
[0029] 图3中，（a)为单层介质弹性薄片在水平时中性轴所在位置的示意图，（b)为双层 介质弹性薄片在水平时中性轴所在位置的示意图，（c)为单层介质弹性薄片在弯曲时中性 轴所在位置的示意图，（d)、（e)为双层介质弹性薄片分别向两个方向弯曲时中性轴所在位 置的示意图；
[0030] 图4为本发明的测量外界信号的电路；
[0031] 图5为本发明实施例1的手腕处的实测脉搏跳动信号；
[0032] 图6实测血流速度的信号。
[0033] 图中标号的含义：1 :三维石墨烯弹性高分子复合体，2 :聚对苯二甲酸乙二醇酯薄 膜，3 :导线。
【具体实施方式】
[0034] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0035] 如图1，是一种基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头，包括三维石墨烯弹性 高分子复合体和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)薄膜，所述三维石墨烯柔性高分子复合体粘 合在PET薄膜上，三维石墨烯柔性高分子复合体两端设置有导线，导线通过银胶与三维石 墨烯柔性高分子复合体连接。
[0036] 如图2,是一种基于三维石墨烯的高灵敏柔性脉象检测探头的制备方法，具体步骤 为：
[0037] 以0. 5mm厚的泡沫镍为模板，使用化学气相沉积法（CVD)制备三维石墨烯。实验 前，将泡沫镍裁剪成2cmX21cm大小，置于管式炉中。氢气和氩气混合气体作为载体，无水 乙醇作为碳源，制备过程控制在常压下。控制氢气和氩气流速分别在25sccm和50sccm，管 式炉以50°C /min升温到1000°C并维持10分钟，对泡沫镍表面进行预处理。然后使用鼓泡 器通入乙醇，维持20分钟生长时间。反应结束后，立刻关闭管式炉降到室温。将泡沫镍石 墨烯复合物使用浓度10%的盐酸在80°C下刻蚀10小时，刻蚀完毕后使用去离子水清洗三 遍，然后置于60°C的鼓风干燥箱中干燥6小时，取出备用。将制备好的三维石墨烯裁剪成 2mm X 15mm大小，并将基放置在厚度为0. 5mm厚度的PET薄膜上，在两端边缘处涂覆银胶并 引出导线。干燥之后，注入5:1混合的PDMS胶液，使之恰好覆盖住石墨烯骨架，PDMS固化 后，裁剪成所需尺寸和形状，便完成了检测探头的制备。
[0038] 三维石墨烯在拉应力作用下电阻会增大，在压应力作用下电阻会减小，据此可以 检测心跳和脉搏的压力。由于脉搏和心跳的压力会引起传感探头弯曲，三维石墨烯电阻会 变化，用恒流电路测试得到三维石墨烯两端的电压就表征了心跳或脉搏信号，若需进一步 提高测试灵敏度，可采用差放电路。
[0039] 为进一步