一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，包括角膜接触镜、螺旋电感、边缘电容和内圈电容，其中，角膜接触镜内部设置有腔体和微流体通道；腔体与微流体通道相连通，用于存放流体，并向该微流体通道内输送流体；该微流体通道内输送的流体的量受眼压影响，内圈电容的电容值随该微流体通道内输送的流体的量的变化而变化；通过边缘电容、螺旋电感和内圈电容构成的CLC回路，实现对眼压的检测。本发明中的眼压检测传感器能够有效解决眼压传感器不便于夜间监测的问题，实现高精度的、24小时的全程测量眼压的波动，具有结构简单、制造方便、灵敏度高、动态范围大的优点。
【专利说明】
一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器
技术领域
[0001 ]本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，该眼压检测传感器采用C-L-C结构，是种基于微流体技术的无线无源非侵入式眼压检测传感器。【背景技术】
[0002]青光眼是世界上第一位不可逆性致盲眼病。医学研究表明，青光眼是由于病理性眼压升高导致特征性视神经损害和视野缺陷的一种疾病。而眼压的升高是诊断和治疗青光眼的重要指标，而研究表明，青光眼患者的眼压在24小时内波动较大，一般在睡眠以及清晨时达到峰值，而此时除非在门诊处，一般不会进行眼压的测量。所以实现眼内压的24小时全天检测具有重要的意义。目前能够24小时测量眼压的传感器正在被世界各国研究，包括有侵入式眼压传感器以及非侵入式眼压传感器。
[0003]侵入式眼内压传感器多采用“L-C谐振回路”原理的无线无源传感器形式，将传感器通过MEMS加工技术小型化，通过外科手术侵入到眼内，具有系统复杂，发热大，不舒适等特点，同时其采用侵入眼睛内部，可能对眼睛造成不可逆的伤害。非侵入式眼内压传感器一般将传感器集成到角膜接触镜中，采用无线无源的方式实现角膜变形测量，从而对应出相应的眼压。现有技术中的24小时眼压测量有利用“L-C谐振电路”的，也有通过应变片的，两者目前都处于实验室阶段。近来，美国提出了采用微流体技术的非侵入式眼压传感器参见论文(参见论文“An unpowered,wireless contact lens pressure sensor for point-of-care glaucoma diagnosis”)，具备高灵敏度的特点，但其采用拍照方式进行图像处理进行微通道中微流体位置的确定，具有设备昂贵、算法处理复杂，且不能在晚上睡觉时进行测量等缺点，无法在夜间人们睡觉而眼压达到高峰时对眼压进行测量。而中国专利文献 “无线无源非侵入MEMS眼压传感器及其制作方法(专利申请号:201510065578.X)”采用C-L-C结构形式的传感器，制造方便，但其利用电容间距的改变的方式实现眼压测量，灵敏度较低。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其中通过对其关键的各个组件的结构、材料及各组件间的连接方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决眼压传感器不便于夜间监测的问题， 实现高精度的、24小时的全程测量眼压的波动。
[0005]为实现上述目的，按照本发明提供了一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，包括角膜接触镜、螺旋电感、边缘电容和内圈电容，其中，
[0006]所述角膜接触镜呈球冠状，并用于在佩戴时与患者的眼球形状相匹配地进行贴合；
[0007]所述边缘电容和所述螺旋电感均位于所述角膜接触镜上;该螺旋电感呈螺旋形分布，所述边缘电容在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影位于该螺旋电感在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的螺旋形投影的外部；
[0008]所述内圈电容位于所述角膜接触镜上，该内圈电容在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影位于所述螺旋电感在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的螺旋形投影的内部；
[0009]所述螺旋电感的一端与所述边缘电容的一端相连，该螺旋电感的另一端与所述内圈电容的一端相连;所述边缘电容的另一端与所述内圈电容的另一端相连；
[0010]所述角膜接触镜内部设置有腔体和微流体通道;所述腔体与所述微流体通道相连通，用于存放流体，并向该微流体通道内输送所述流体;该微流体通道内输送的所述流体的量受眼压影响，所述内圈电容的电容值随该微流体通道内输送的所述流体的量的变化而变化;通过所述边缘电容、所述螺旋电感和所述内圈电容构成的CLC回路，实现对所述眼压的检测。
[0011]作为本发明的进一步优选，所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器还包括接收线圈，该接收线圈用于检测由所述边缘电容、所述螺旋电感和所述内圈电容构成的 CLC回路的谐振频率，并根据检测到的所述谐振频率判断眼压的大小。
[0012]作为本发明的进一步优选，所述内圈电容为平板电容，所述微流体通道位于该平板电容的两电容极板之间。
[0013]作为本发明的进一步优选，所述边缘电容的电容值至少是所述内圈电容电容值的 4倍;优选的，所述螺旋电感的电感值为50nH?500nH，所述边缘电容的电容值为46.9pF? 71.4pF，所述内圈电容的电容值为10.7pF?16.05pF。
[0014]作为本发明的进一步优选，所述腔体为多个，这多个腔体均位于所述角膜接触镜的内部，所述腔体的中心在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影沿与该角膜接触镜的圆形边缘同心的圆的圆周分布。
[0015]作为本发明的进一步优选，所述角膜接触镜的尺寸规格被设定为直径13mm? 18mm〇[0〇16]作为本发明的进一步优选，所述微流体通道的高度为lOym?30WI1，宽度为20WI1? 80iim，总长度为 40mm ?100mm。
[0017]作为本发明的进一步优选，所述流体为甘油、水或室温离子液体。
[0018]作为本发明的进一步优选，所述角膜接触镜由硬质层和软质层叠加而成;所述软质层用于在该角膜接触镜佩戴时与患者的眼球直接接触，优选的，该软质层采用PDMS材料； 所述硬质层的厚度为60wii?80M1，所述角膜接触镜的整体厚度不超过300WI1;所述微流体通道、所述螺旋电感、所述边缘电容和所述内圈电容均位于该硬质层内，优选的，该硬质层采用派瑞林、PMMA、PC或PET材料。
[0019]作为本发明的进一步优选，所述腔体为圆柱体形，该圆柱体形的高度为sown?150 ym，半径为0 ? 5mm?1mm 〇
[0020]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于是采用基于微流体技术的C-L-C结构形成无线无源非侵入式眼压检测传感器，具有结构简单、制作方便、灵敏度高、动态范围大、稳定性好、检测简单等特点。本发明通过对眼压传感方式进行调整，基于微流体变介质电容的原理，既保持了原有CLC结构制备方便的特点，避免电容与电感的跨层引线键合连接，又使得该传感器具有极高的检测灵敏度。[0021 ]本发明是将边缘电容、螺旋电感和内圈电容三者串联形成CLC回路，边缘电容、螺旋电感和内圈电容三者均具有两个导线端，螺旋电感的一端与边缘电容的一端相连，该螺旋电感的另一端与内圈电容的一端相连，边缘电容的另一端与内圈电容的另一端相连，由此形成CLC回路。内圈电容优选为平板电容，在该内圈电容的两个电容极板之间分布有微流体通道，液态微流体分布在微流通道以及微腔内；受实时眼压的影响，在微流通道内的液态微流体的量将发生改变，影响内圈电容的电容值，并最终影响到该CLC回路的谐振频率。当患者眼压变化时，引起角膜接触镜变形，引起微腔的挤压吸合变形，由此实现液态微流体在微流通道内的移动，而微流通道分布在内圈电容的介电层中，由于液态微流体的移动，导致部分内圈电容间的介电常数改变，从而实现C-L-C回路谐振频率的改变，外部通过例如天线电感扫频利用网络分析仪等实现谐振频率检测，从而实现眼内压检测。具体来说，当患者眼压升高时，微腔内的微流体被挤压进入到微通道中；当患者眼压降低时，微腔中形成局部真空，由于微通道末端与大气相连，大气压直接将微流体压回微腔中；由于微腔与微通道内液体的总体积不变，构成动态平衡，微腔相当于一个栗一样。[〇〇22] 本发明中，微流体通道的高度为lOwii?30_，宽度为20mi?80_，总长度为40mm? 100mm;圆柱体形的腔体的高度为8OW11?150wii，半径为0.5mm?1mm;初始设置的边缘电容的电容值是所述内圈电容电容值的4倍以上，例如，螺旋电感的电感值为50nH?500nH，边缘电容的初始电容值为46.9pF?71.4pF，内圈电容的初始电容值为10.7pF?16.05pF，通过与微流体通道(包括微腔等)的配合，能够测量〇-65mmHg范围内的眼压值，具有较高的检测灵敏度。螺旋电感在角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影为螺旋线形，边缘电容在角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影位于该螺旋线形的外部，内圈电容在角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影位于该螺旋线形的内部。
[0023]本发明中的眼压传感器中的硬质层(如采用Parylene-C材料等)，不易变形，由此可使得液体挤压跟多到微通道中。微流通道、螺旋电感、边缘电容以及内圈电容结构分布在硬质层中，在微通道中不进入流体时，本身的电容值以及电感值不易改变，提高检测的精度。本发明优选甘油、水或离子液体作为液态微流体，甘油的介电常数高、且对人眼无害的液体，可与水互溶成一定粘度的溶液从而在微通道中流动，使眼压检测传感器具有良好的灵敏度。[〇〇24]综上，本发明中基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，采用C-L-C结构，为无线无源的、非侵入式的眼压检测传感器，能够实现眼压力的全天候测量，同时甘油等电介质常数高，传感器具有高灵敏度，动态范围广的特点。【附图说明】
[0025]图1(a)为本发明基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器的俯视结构示意图；
[0026]图1(b)为本发明基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器的微腔的俯视结构示意图；
[0027]图2为该眼压传感器的剖视图，该剖视图被展开成平面显示；[〇〇28]图3为该眼压传感器分层制造原理示意图，各层被展开为平面显示；
[0029]图4为本发明基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器的整体示意图，包括球冠状角膜接触镜片以及集成在该角膜接触镜中的眼压传感器其他组件。
[0030]图中各附图标记的含义如下:1为角膜接触镜，2为硬质层，3为软质层，4为微流通道(即微流体通道、微通道)，5为液态微流体(即流体)，6为微腔(即腔体)，7为螺旋电感，8为边缘电容，9为内圈电容。【具体实施方式】[〇〇31]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。[〇〇32] 实施例1
[0033]如图1(a)、图2所示，本发明中基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，该眼压检测传感器是种基于微流体技术的C-L-C结构无线无源非侵入式眼压检测传感器，包括软性的角膜接触镜、硬质层、软质层、微流通道(即微通道)、液态微流体、微腔、螺旋电感、边缘电容、内圈电容，其中:
[0034]角膜接触镜整体呈球冠状，并用于在佩戴时与患者的眼球形状相匹配的进行贴合;该角膜接触镜由硬质层与软质层叠加构成，其中软质层直接与患者眼角膜相互贴合;角膜接触镜的尺寸规格被设定为直径13mm?18mm;硬质层的厚度为60-80iim，主体由 parylene_c( S卩C型派瑞林)材料制作，不易变形;软质层采用PDMS材料，具有高的透氧性，其表面可进行离子改性使其具有生物相容性，适合于角膜佩戴;角膜接触镜的整体厚度小于 300]im〇
[0035]微流通道、螺旋电感、边缘电容以及内圈电容结构分布在硬质层中；微腔可由分布在硬质层和软质层中的小腔体共同组成(例如，可由硬质层和软质层共同组成微腔，微腔壁一部分由硬质层构成，一部分由软质层构成)；[〇〇36]微流通道分布在内圈电容的介电层中；微通道的高度可为lOwii?30wii，宽度为20y m?80iim，总体长度可为40mm?100mm。
[0037]液态微流体分布在微流通道以及微腔内；液态微流体可为甘油等介电常数高且对人眼无害的液体，其可与水互溶成一定粘度的溶液从而在微通道中流动。[0〇38] 微腔的高度为80WI1?150WI1，微腔可以有多个，多个微腔之间连通。微腔由硬质层与软质层共同构成，多个呈环形排布且互连在一起，以此能感受角膜接触镜随眼压增大时的最大变形，在初始微腔处有进液口，可由此处将甘油等微流液体注入，注入后，将微腔“缝合”。与微腔相连的微流体通道，其末端开口，并暴露在角膜镜的外表面上，直接与大气相连通；当患者眼压变化时，引起角膜接触镜变形，引起微腔的挤压吸合变形，由此实现液态微流体在微流通道内的移动，而微流通道分布在内圈电容的介电层中，由于液态微流体的移动，导致部分内圈电容间的介电常数改变，从而实现C-L-C回路谐振频率的改变，外部通过检测谐振频率实现眼内压检测。具体来说，当患者眼压升高时，微腔内的微流体被挤压进入到微通道中；当患者眼压降低时，微腔中形成局部真空，由于微通道末端与大气相连，大气压直接将微流体压回微腔中；由于微腔与微通道内液体的总体积不变，构成动态平衡，微腔相当于一个栗一样。
[0039]如图1(b)所示，与硬质层微通道相连接口，即与位于平板电容两电极极板之间的微流体通道直接相连的接口；多个微腔的中心在角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影沿与该角膜接触镜的圆形边缘同心的圆的圆周分布(同心圆可以为多个，如图1(b)所示)，位于平板电容两电极极板之间的微流体通道在该平面上的投影既可以在该同心圆的内部，也可以在该同心圆的外部，只需调整对应的与硬质层微通道相连接口位置即可。
[0040]上述螺旋电感、边缘电容和内圈电容串联在一起构成C-L-C谐振回路，边缘电容的大小设计为远大于内圈电容(一般情况下初始设置的边缘电容的电容值在46.9pF?71.4pF 范围内，内圈电容的电容值在10.7pF?16.05pF范围内，边缘电容的电容值至少是内圈电容电容值的4倍;螺旋电感的电感值设置为50nH?500nH )，通过采用内外电容串联的形式可使传感器结构简单、布局合理、制造方便。
[0041]如图3所示，该传感器可采用分层工艺加工，分为4层分别加工，各层薄膜通过光刻等工艺加工出来后，采用氧气离子体/紫外线处理进行改性，之后进行对准键合实现平面式的传感器的各个组件及它们之间的连接结构。例如，第2层、第4层包含金属电极，可采用磁控溅射+光刻+电镀的工艺来制作，使用的材料为Cu，这两层金属层的厚度均为5wii?10M1; 第2层、第3层、第4层中包含有微通道以及引液口，可采用等离子刻蚀、激光刻蚀等工艺制作;平面式的传感器最后采用热压法塑形成曲面式(即与球冠状的角膜接触镜相匹配的弧形形状)隐形眼镜眼压传感器。
[0042]本发明中无线无源的眼压传感器，由角膜接触镜随眼压而变形而实现微腔中液体的排出进入微通道中，引起内圈电容的介电常数的改变。电容与电感构成C-L-C谐振回路， 可由外部集成在眼镜上或则贴在眼眶的扫频天线线圈等实现谐振频率的检测，从而实现对眼内压的检测。通过本发明，能够根据谐振频率的变化实现眼内压24小时的精确测量，具有灵敏度高，动态范围大，稳定性好，检测简单等特点。本发明中的微腔除了如图1(b)所示的圆柱体形外，还可以是其他形状，只要多个微腔的中心在角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影沿与该角膜接触镜的圆形边缘同心的圆的圆周均匀分布即可，如图1(a)所示。
[0043]本发明中的眼压传感器为柔性，是种非侵入式的眼压检测传感器。上述实施例中， 角膜接触镜的硬质层材料为派瑞林Parylene-c，除了派瑞林外，还可以采用PC(即， Polycarbonate，聚碳酸酯)、PMMA( S卩，聚甲基丙烯酸甲酯，有机玻璃)或PET(即，聚对苯二甲酸乙二醇酯)；派瑞林材料可由化学气相沉积工艺制备，PMMA、PC、PET等材料可采用对应的薄膜制造工艺制备。
[0044]本发明中的液态微流体可用水、甘油等介电常数较高的液态(从微流液体粘度的角度出发，也可以采用甘油与水的混合溶液)，还可以是室温离子液体，可以形成液体化学界面电容、电极/离子液体界面电容，具有极高的灵敏度。[〇〇45]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，包括角膜接触镜、螺 旋电感、边缘电容和内圈电容，其中，所述角膜接触镜呈球冠状，并用于在佩戴时与患者的眼球形状相匹配地进行贴合；所述边缘电容和所述螺旋电感均位于所述角膜接触镜上;该螺旋电感呈螺旋形分布， 所述边缘电容在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的投影位于该螺旋电感在所述角 膜接触镜的圆形边缘所在平面上的螺旋形投影的外部；所述内圈电容位于所述角膜接触镜上，该内圈电容在所述角膜接触镜的圆形边缘所在 平面上的投影位于所述螺旋电感在所述角膜接触镜的圆形边缘所在平面上的螺旋形投影 的内部；所述螺旋电感的一端与所述边缘电容的一端相连，该螺旋电感的另一端与所述内圈电 容的一端相连;所述边缘电容的另一端与所述内圈电容的另一端相连；所述角膜接触镜内部设置有腔体和微流体通道;所述腔体与所述微流体通道相连通， 用于存放流体，并向该微流体通道内输送所述流体;该微流体通道内输送的所述流体的量 受眼压影响，所述内圈电容的电容值随该微流体通道内输送的所述流体的量的变化而变 化;通过所述边缘电容、所述螺旋电感和所述内圈电容构成的CLC回路，实现对所述眼压的 检测。2.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，该基于 微流体技术的非侵入式眼压检测传感器还包括接收线圈，该接收线圈用于检测由所述边缘 电容、所述螺旋电感和所述内圈电容构成的CLC回路的谐振频率，并根据检测到的所述谐振 频率判断眼压的大小。3.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述内 圈电容为平板电容，所述微流体通道位于该平板电容的两电容极板之间。4.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述边 缘电容的电容值至少是所述内圈电容电容值的4倍;优选的，所述螺旋电感的电感值为50nH ?500nH，所述边缘电容的电容值为46.9pF?71.4pF，所述内圈电容的电容值为10.7pF? 16.05pF〇5.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述腔 体为多个，这多个腔体均位于所述角膜接触镜的内部，所述腔体的中心在所述角膜接触镜 的圆形边缘所在平面上的投影沿与该角膜接触镜的圆形边缘同心的圆的圆周分布。6.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述角 膜接触镜的尺寸规格被设定为直径13mm?18mm。7.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，述微流 体通道的高度为l〇ym?30wii，宽度为20wii?80M1，总长度为40mm?100mm。8.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述流 体为甘油、水或室温离子液体。9.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述角 膜接触镜由硬质层和软质层叠加而成;所述软质层用于在该角膜接触镜佩戴时与患者的眼 球直接接触，优选的，该软质层采用PDMS材料;所述硬质层的厚度为60_?80_，所述角膜 接触镜的整体厚度不超过300wii;所述微流体通道、所述螺旋电感、所述边缘电容和所述内圈电容均位于该硬质层内，优选的，该硬质层采用派瑞林、PMMA、PC或PET材料。10.如权利要求1所述基于微流体技术的非侵入式眼压检测传感器，其特征在于，所述 腔体为圆柱体形，该圆柱体形的高度为80M1?150M1，半径为0? 5mm?1mm。
【文档编号】A61B3/16GK105962887SQ201610227328
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】陈良洲, 安宏彬, 宋永锋, 宋畅
【申请人】华中科技大学