流体的检测器件及其制备方法、血管中血液的检测器件与流程

本发明涉及检测
技术领域：
，特别是涉及流体的检测器件及其制备方法、血管中血液的检测器件。
背景技术：
：目前，关于人体血液电信号的测量大多是通过针管将血液抽出人体，然后放置在外部测量仪器进行监测，精准度高。但是，外部测量仪等设备昂贵，一般集中在大中型的综合性医院。为此，研究者们陆续开发了植入式血液检测器件。但是，现在使用的植入式血液检测器件大多属于热传导性器件，通过血液的热传导速率的变化，测量和分析血液的部分性质，能够植入血管内部进行血液电信号分析的器件相对较少。而对血液电信号进行测量和分析的难点主要有以下三个方面的问题：1、无法制备如管状等复杂形状的精细的电信号检测器件，导致检测器件的测量精度差，无法对血液进行高精度的监测；2、血管内部复杂，检测器件设计后无法完全贴合血管内壁，检测器件在血管内固定方式存在一定难度；3、目前血液电信号测定的方式单一，无法对血液内的各种性质进行综合的测量。技术实现要素：基于此，有必要针对上述血液电信号的检测问题，提供一种流体的检测器件及其制备方法、血管中血液的检测器件；该检测器件中衬底具有形状记忆功能，因而可通过二维器件的制备方法制备得到三维的、精细化的检测器件，在使用时，还可通过衬底形状的变化得到预定形状的检测器件以及实现检测器件在指定位置的固定，并通过传感单元完成对流体的阻抗的检测实现单一传感单元对流体的多种信号的检测，方法简单，效果好。一种流体的检测器件，所述检测器件包括：衬底，所述衬底的材料为形状记忆材料；传感单元，所述传感单元用于与流体接触并检测所述流体的阻抗，所述传感单元形成于所述衬底上，所述传感单元包括叉指电极；其中，所述衬底能够通过改变自身的形状而配合流体检测。在其中一个实施例中，所述电极包括叉指电极。在其中一个实施例中，所述叉指电极的材料包括导电聚合物、金属材料、金属浆料、碳基导电材料中的一种。在其中一个实施例中，所述叉指电极的电极对的对数为3～4对。在其中一个实施例中，所述叉指电极的叉指深度为d，相邻两电极线的间距为d，其中，d＝d，偏移距离为0。在其中一个实施例中，所述形状记忆材料包括形状记忆合金、形状记忆聚合物中的一种。在其中一个实施例中，所述形状记忆材料为光致型形状记忆材料，所述光致型形状记忆材料在100nm～450nm的波长范围内发生形状改变；或者所述形状记忆材料为热致型形状记忆材料，所述热致型形状记忆材料在0℃～200℃的温度范围内发生形状改变；或者所述形状记忆材料为化学感应型形状记忆材料，所述化学感应型形状记忆材料在1.0～12.0的ph值范围内发生形状改变。在其中一个实施例中，所述传感单元设置有外接端口，所述外接端口用于连接外部设备。上述流体的检测器件可以深入如血管等复杂环境中，在指定位置通过衬底形状的改变而进行固定，并在固定位置通过传感单元对流体的阻抗进行不同模型的检测，不仅解决了目前在血管等复杂环境中检测器件固定难度大的问题，还可实现单一传感单元对流体的多种信号的检测。同时，通过衬底的形状记忆功能，可先以片状等二维结构的衬底为基础制备得到三维的、精细化的检测器件，还可以通过衬底的形状的变化得到如管状等复杂形状的检测器件，解决了无法制备管状等复杂形状的检测器件的缺陷。一种如上述的流体的检测器件的制备方法，所述制备方法包括：提供衬底，所述衬底的材料为形状记忆材料；在所述衬底上形成传感单元，所述传感单元包括至少一个电极，得到检测器件。在其中一个实施例中，所述衬底呈片状。在其中一个实施例中，所述传感单元的形成方法包括3d打印法、物理沉积法、化学沉积法、转印法中的一种。上述制备方法不仅可以制备得到精细化的检测器件，而且方法简单，工艺成熟，适用于大规模生产制造。一种血管中血液的检测器件，包括如上述的流体的检测器件。在其中一个实施例中，所述检测器件在血管中对血液进行检测时的长度小于等于3.14cm，厚度小于等于200μm。在其中一个实施例中，所述叉指电极的电极线长度l大于0小于等于1cm，电极线宽度w为20μm～200μm。在其中一个实施例中，所述叉指电极的叉指深度d为20μm～200μm，相邻两电极线的间距d为20μm～200μm，其中，d＝d，偏移距离为0。在其中一个实施例中，所述光致型形状记忆材料在360nm～450nm的波长范围内发生形状改变；所述热致型形状记忆材料在35℃～450℃的温度范围内发生形状改变；所述化学感应型形状记忆材料在2.0～5.0的ph值范围内发生形状改变。利用上述血管中血液的检测器件可以在指定位置获得血液中血浆、血红细胞等一系列成分的指标，以及局部血液的流速、血脂、电解质等非宏观的指标。附图说明图1为本发明的检测器件的示意图；图2为电极对为1对时的电场等势线分布图；图3为电极对为2对时的电场等势线分布图；图4为电极对为3对时的电场等势线分布图；图5为叉指电极偏移距离为0的示意图；图6为叉指电极偏移距离为3mm的示意图；图7为叉指电极偏移距离为6mm的示意图；图8为双叉指的叉指电极的结构示意图；图9为双叉指的叉指电极的结构示意图；图10为血液三元件模型示意图。图中，1、衬底；2、传感单元；3、外接端口。具体实施方式以下将对本发明提供的流体的检测器件及其制备方法、血管中血液的检测器件作进一步说明。在具有电阻和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。如图1所示，为本发明提供的流体的检测器件，用于检测流体的阻抗特性。具体的，所述检测器件包括：衬底1，所述衬底1的材料为形状记忆材料；传感单元2，所述传感单元2包括至少一个电极，所述传感单元2用于检测直接接触的流体的阻抗，所述传感单元2设置于所述衬底1上；其中，所述衬底1能够通过改变自身的形状而配合流体检测。具体的，在不同的流体的检测环境中，所述衬底1形变后的形状不同。如，在检测血管中的血液、工业软管中的溶液等各种管腔中的流体时，根据管腔形状，所述衬底1记忆的形状可以为平面状、圆筒状或其它可适应管腔的形状。在应用时，将所述检测器件机械送入管腔的指定位置，然后根据衬底1的发生形变的条件，通过外界施加该条件刺激衬底1，使衬底1改变自身的形状而在管腔内展开，发生形状改变。从而，使所述衬底1与所述管腔的内壁达到一定压力的贴合。因此，所述检测器件在管腔中与管腔的内壁固定牢固，不会因流体的流速增大等因素将检测器件带走。优选的，可将所述检测器件进行弯曲，以减小整个检测器件的截面，以便更好的放入管腔中。可以理解，所述检测器件送入管腔后，所述衬底1背离所述传感单元2的一侧表面与所述管腔的内壁贴合，从而，所述传感单元2可与流过衬底1的流体接触并检测流体的阻抗特性，从而通过分析流体的特性而获得需要的信息。而在检测如胃中的胃液时，所述衬底1记忆的形状可以为圆筒状或其它可适应检测的形状。从而，在应用时，将所述检测器件机械送入胃中，然后根据衬底1的发生形变的条件，通过外界施加该条件刺激衬底1，使衬底1改变自身的形状而在胃中展开，形成圆筒形状，使其悬浮在胃液当中，从而可对直接接触的胃酸溶液的阻抗进行检测，从而通过分析胃酸成份判断是否存在胃出血，胃溃疡等疾病。考虑到衬底1为了配合流体的检测需要改变自身的形状，即衬底1具备一定的柔韧性。因此，传感单元2也需要具备的一定的柔韧性。而叉指电极的柔韧性可控，因此，所述电极优选为叉指电极。可以理解，所述叉指电极的形状不限，包括矩形、蛇形等。具体的，所述叉指电极的材料包括导电聚合物、金属材料、金属浆料、碳基导电材料等。所述导电聚合物包括pedot等，所述金属材料包括银纳米线、铂金属薄膜等，所述金属浆料包括金纳米导电浆料等，所述碳基导电材料包括石墨烯、碳纳米线等。结合图2～图4所示，所述叉指电极的电极对的对数为1对时即可实现检测功能。但是，图2中，电极的极板边缘处均存在电荷的聚集，导致边缘处电场梯度较大。随着电极对的增加，电场分布越均匀。因此，考虑到测量的稳定性，所述电极对的对数为3～4对时，更利于信号检测。在叉指电极中，所述叉指电极的叉指深度为d，相邻两电极线的间距为d，叉指深度d与相邻两电极线的间距d相同。此时，相邻两电极线之间的距离始终保持相等，相邻两电极线之间的溶液单位体积量保持一致，所测结果最准确。因此，其叉指深度d和相邻两电极线的间距d相等是影响检测精度的重要因素。偏移距离为叉指深度d偏离相邻两电极线的间距d的差值，结合图5～图7所示，偏移距离分别0mm、3mm和6mm，其电容值如表1所示。偏移距离03mm6mm电容×10-12f4.59873.51812.449从表1可知，偏移距离为0时，叉指电极的电容值较大。所以，所述叉指电极的偏移距离优选为0，灵敏度最高，所测结果最准确。具体的，所述叉指电极的电极线长度l，电极线宽度w，电极线厚度t，相邻两电极线的间距d以及叉指深度d根据具体检测环境以及检测器件的精度进行控制。另外，图1中所示的叉指电极为单叉指的叉指电极，当检测器件对流体的电阻特性进行检测时，单叉指的叉指电极的灵敏度最好，因此，所述叉指电极优选为单叉指的叉指电极。而当检测器件对流体的电容特性进行检测时，多叉指的叉指电极构成的电容板面积较大，因此，所述叉指电极优选为如图8所示的双叉指的叉指电极或如图9所示的三叉指的叉指电极。具体的，所述形状记忆材料包括形状记忆合金、形状记忆聚合物中的一种。优选的，所述形状记忆材料具有多种形状记忆功能。从而，可以使形状记忆材料在使用过程中发生多次形变。如，检测器件在使用时是一种如管状、圆筒状的体积较大的形状，可先使形状记忆材料记忆一种体积较小的形状，方便检测器件植入到血管等待检测管腔中。其中，所述形状记忆合金包括钛合金等，且所述形状记忆合金具有柔性。所述形状记忆聚合物包括交联聚乙烯、交联聚烯烃类、烯类共聚物、聚氨酯、聚酯等。优选为可生物降解的形状记忆聚合物材料，如交联聚乳酸等。具体的，所述形状记忆材料为光致型形状记忆材料、热致型形状记忆材料、化学感应型形状记忆材料中的一种。其中，所述光致型形状记忆材料在100nm～450nm的波长范围内发生形状改变，如6az10-pva、tce((三(cinnamoyloxymethyl)乙烷)等。所述热致型形状记忆材料在0℃～200℃的温度范围内发生形状改变，如聚乳酸、共聚酰胺和聚氨酯等。所述化学感应型形状记忆材料在1.0～12.0的ph值范围内发生形状改变，如聚两性电解质水凝胶、聚丙烯酰胺等。具体的，所述传感单元2设置有外接端口3，所述外接端口3用于连接外部设备。所述外部设备包括电源、rfid信号发射器等配合检测器件检测用的设备。本发明所述检测器件可用于对体内的血液、尿液、脊髓液、胃液等多种流体进行检测，还可用于对工业中微管道、软管内的溶液进行检测。上述流体的检测器件可以深入如血管等复杂环境中，在指定位置通过衬底形状的改变而进行固定，并在固定位置通过传感单元对流体的阻抗进行不同模型的检测，不仅解决了目前在血管等复杂环境中检测器件固定难度大的问题，还可实现单一传感单元对流体的多种信号的检测。同时，通过衬底的形状记忆功能，可先以片状等二维结构的衬底为基础制备得到三维的、精细化的检测器件，还可以通过衬底的形状的变化得到如管状等复杂形状的检测器件，解决了无法制备管状等复杂形状的检测器件的缺陷。本发明还提供一种上述流体的检测器件的制备方法，所述制备方法包括：s1，提供衬底，所述衬底的材料为形状记忆材料；s2，在所述衬底上形成传感单元，所述传感单元包括至少一个电极，得到检测器件。优选的，步骤s1中所述衬底呈片状。片状的衬底具有二维的平面，在二维的平面上可以制备精细化的传感单元，是一种适用于大规模生产制造的方式。因此可以制备得到精细化的检测器件。步骤s2中，所述传感单元的形成方法包括3d打印法、物理沉积法、化学沉积法、转印法等，工艺成熟可靠。优选的，在步骤s2后还包括步骤s3，在所述传感单元上设置外接端口。本发明的制备方法不仅可以制备得到精细化的检测器件，而且方法简单，工艺成熟，适用于大规模生产制造。本发明还具体提供一种血管中血液的检测器件，包括上述图1所示的流体的检测器件。结合图10所示，宏观量上，血液电阻r主要与血浆电阻rp，血红细胞内液电阻rt和血红细胞的细胞膜电容cm有关。即血液的等效电路为血红细胞内液电阻rt与血红细胞的细胞膜电容cm串联再与血浆电阻rp并联。在具有电阻和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。因此，根据图10所示的原理模型，在血管内部分布传感单元2与血液接触，通过直流电或交流电的不同的电源供能模式，可以对血液的电特性进行检测。例如，血管中血液流速的增大或减小会使血液中电解质的移动速度也随之增大或减小，从而使血液电阻r的电阻值也随之减小或增大。因此，当检测血液的流速时，可为检测器件提供直流电。此时，检测器件的传感单元2作为一个电阻，且电阻值固定，血液流过检测器件并与传感单元2接触后，导通电路，并对电路中的电流起到阻碍作用，从而，根据电路中电流而得到血液电阻r的电阻值，进而得到血液的相对流速。在单位体积内，血液中血红细胞的占比增大或减小，会使血浆含量减小或增大，血浆中的电解质在单位体积内也随之减小或增大，血液电阻r的电阻值就随之增大或减小。因此，当检测血液中血红细胞的浓度时，可为检测器件提供直流电。此时，检测器件的传感单元2作为一个电阻，且电阻值固定，血液流过检测器件并与传感单元2接触后，导通电路，并对电路中的电流起到阻碍作用，从而，根据电路中电流而得到血液电阻r的电阻值，进而得到血液中血红细胞的相对比例。在血液中，血红细胞可能发生疾病形变，如球形、椭球形、靶形、镰刀形等，而不同的形状会导致血红细胞的细胞膜具有不同的电容特性。因此，当检测血液中血红细胞的形状时，可为检测器件提供交流电。此时，传感单元2作为电容的极板，细胞膜不同的电容cm大小对电路中的电流起不同大小的阻碍作用，电容越大，电路中的电流也越大，从而可根据电路中电流而判断血红细胞的形状与密度。本实施方式中，考虑到人体血管最粗直径为1cm，优选的，所述叉指电极的电极线长度l大于0小于等于1cm。同时，考虑到检测器件的精度控制，所述叉指电极的电极线宽度w为20μm～200μm，所述叉指电极的电极线厚度t为20μm～200μm，所述叉指电极中相邻两电极线的间距d为20μm～200μm，所述叉指电极的叉指深度d为20μm～200μm，且所述叉指深度d等于邻两电极线的间距d。本实施方式中，所述检测器件用于血管中对血液的信号进行检测。因此，考虑到检测器件的应用环境，在检测器件送入血管指定位置，并通过外界施加条件使衬底1在血管内展开的过程中，通过外界所施加的使衬底1发生形变的条件不能对血管以及人体等造成副作用。优选的，所述光致型形状记忆材料在360nm～450nm的波长范围内发生形状改变，如6az10-pva。优选的，所述热致型形状记忆材料在35℃～60℃的温度范围内发生形状改变，如聚乳酸。优选的，所述化学感应型形状记忆材料在2.0～5.0的ph值范围为发生形状改变，如聚两性电解质水凝胶等。同时，考虑到血管的直径，所述检测器件在血管中对血液进行检测时的长度小于等于3.14cm，厚度小于等于200μm。即，检测器件在血管内展开后的最大尺寸。因此，利用上述血管中血液的检测器件可以在指定位置获得血液中血浆、血红细胞等一系列成分的指标，以及局部血液的流速、血脂、电解质等非宏观的指标。以下，将通过以下具体实施例对所述检测器件及其制备方法、血管中血液的检测器件做进一步的说明。实施例1：提供一张长为3.5cm、宽度为1cm的形状记忆温度为60℃的形状记忆材料，该形状记忆材料为聚乳酸与纳米hap的复合材料，其中，复合材料中纳米hap的添加量为30％。用该形状记忆材料作为衬底，设定衬底在60℃的记忆形状为一个平面。在该衬底表面通过3d打印方式打印蛇形的叉指电极作为传感单元，并对应设置外接端口，得到检测器件。其中，叉指电极的材料选用金纳米浆料，叉指电极的电极对的3对，电极线长度l为0.8cm，电极线宽度w为50微米，叉指深度d为50微米，电极线厚度t为50微米，相邻两电极线的间隙d为50微米。在常温下，将上述检测器件弯曲后，与血管支架结合后植入血管当中。在血管中通过体外微波源给检测器件上的叉指电极加热，控制叉指电极温度在60℃，叉指电极温度上升后使衬底达到变形温度，在血管内展开，使衬底背离传感单元的侧面贴合血管内壁，从而可对直接接触的血液的阻抗进行检测，从而分析血液的情况。实施例2：形状记忆材料选用苯乙烯-丁二烯共聚物，该形状记忆材料的固定相为120℃，可逆相为60℃。用该形状记忆材料制作成片状的衬底，设定衬底在120℃的记忆形状为一个展开圆筒形状，在60℃时为塌缩形状。在衬底表面的通过喷涂方式打印矩形的叉指电极作为传感单元，并对应设置外接端口，得到检测器件。其中，叉指电极的材料选用pedot材料，叉指电极的电极对的对数为3对，电极线长度l为1cm，电极线宽度w为200微米，叉指深度d为200微米，电极线厚度t为200微米，相邻两电极线的间隙d为200微米。加热至60℃使衬底产生塌缩，然后植入到工业污染液排放的软管当中。当软管中的废液逐步升温，达到120℃时，衬底再次达到变形温度，在软管内展开，形成圆筒形状，使衬底背离传感单元的侧面贴合软管内壁，从而可对直接接触的废液的阻抗进行检测，从而分析废液的情况。实施例3：形状记忆材料选用tce材料，该形状记忆材料的固定相为可见光谱范围大于400nm，可逆相为280nm-400n范围。用该形状记忆材料制作成片状的衬底，设定衬底在350nm条件下的记忆形状为一个展开圆筒形状，在可见光范围时为塌缩形状。在衬底表面的通过3d打印方式打印蛇形的叉指电极作为传感单元，并对应设置外接端口，得到检测器件。其中，叉指电极的材料选用石墨烯导电浆料，叉指电极的电极对的对数为4对，电极线长度l为1cm，电极线宽度w为200微米，叉指深度d为200微米，电极线厚度t为200微米，相邻两电极线的间隙d为200微米。在可见光下使衬底产生塌缩，然后放入光化学分解有机物有机溶剂的软管当中。当器件移动至350nm光化学催化分解区域，衬底达到变形条件，在软管内展开，形成圆筒形状，使衬底背离传感单元的侧面贴合软管内壁，从而可对直接接触的有机溶液的阻抗进行检测，从而分析有机溶剂和有机物的分解情况。实施例4：形状记忆材料选用化学致形状记忆聚合物聚两性电解质水凝胶，该形状记忆材料的可逆相为ph值2.0-5.0范围。用该形状记忆材料制作成片状的衬底，设定衬底在ph值2.0-5.0环境条件下的记忆形状为一个展开圆筒形状，在ph值7.0-12.0范围内为塌缩形状。在衬底表面的通过3d打印方式打印蛇形的叉指电极作为传感单元，并对应设置外接端口，得到检测器件。其中，叉指电极的材料选用金纳米导电浆料，叉指电极的电极对的对数为2对，电极线长度l为0.5cm，电极线宽度w为200微米，叉指深度d为200微米，电极线厚度t为200微米，相邻两电极线的间隙d为200微米。在ph值为7.0的环境下使衬底产生塌缩，然后做成胶囊，吞入动物或人体内。当器件移动至胃液(ph值小于5.0时)区域，衬底达到变形条件，在胃内展开，形成圆筒形状，使悬浮在胃液当中，从而可对直接接触的胃酸溶液的阻抗进行检测，从而分析胃酸成份判断是否存在胃出血，胃溃疡等疾病。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12