一种用于输尿管损伤探测的套筒式弹性多孔压阻传感器的制作方法

本发明属于柔性及可拉伸压阻传感器领域，尤其涉及一种具有套筒式结构的弹性多孔压阻传感器制备方法，该压阻传感器利用套筒式的多孔结构的导电层作为压敏层，可套紧手术钳头，可以方便地用于输尿管损伤探测。

背景技术：

输尿管上接肾盂，下接膀胱，是人体泌尿系统重要的部分。

输尿管的蠕动是输尿管平滑肌电位变化引起肌肉收缩的结果。蠕动的起搏点，即蠕动开始的部位，在正常情况下为肾盂连接部；但当输尿管受到直接刺激(如手术、器械、结石、肿瘤等)，受刺激部也可发生自发性起搏。当尿液从肾乳头汇集到肾盏内后，肾盏会出现有规律的舒张和收缩，将尿液挤入肾盂内。正常肾盂容量为5ml左右，肾盂内尿液积聚后，肾盂也随之扩张，这种扩张被认为是引起肾盂输尿管连接部产生蠕动起搏的一种正常刺激。当肾盂充盈后，肾盂输尿管连接部及最上段3～4cm的输尿管也随之充盈，此充盈部在生理学上称为输尿管圆锥，当尿容量刺激达到一定程度时，便引起肾盂及输尿管圆锥部收缩。蠕动由上向下传递，尿液被推向膀胱。

正常输尿管蠕动的频率为每分钟2～10次，平均3～4次，每次收缩时间为2～3秒，有时可长达7秒左右，每次松弛时间为1～3秒。每次蠕动的间歇时间为7～9秒，蠕动速度约为每秒3cm。输尿管蠕动的速度和频率与分泌的尿量有关，分泌的尿量多时，输尿管蠕动的频率高，幅度也大；尿量少时则相应降低。在行肾造瘘及逆行输尿管插管时，肾盂内尿液通过导管流出体外，肾盂及输尿管圆锥失去尿液充盈性扩张的刺激，输尿管蠕动会完全停止。

在目前的直肠、子宫切除等开放性手术中，由于解剖较复杂，手术过程中手术人员在止血、大块钳夹、结扎等操作时经常会造成输尿管误伤。然而，目前针对手术过程中的输尿管损伤情况的探测的技术手段缺乏，大多凭经验进行判断，这存在较大的风险和不确定性。每年大约有5％-30％的子宫切除手术造成过输尿管损伤，往往在手术结束关腹后发生漏尿或血尿才察觉，这造成了许多不必要的医疗负担。因此，这种在手术过程中能够方便、简单、快捷地探测输尿管健康状况的发明十分有必要。

本发明设计出的套筒结构多孔结构压阻传感器能够牢固地套在手术钳上，简单夹持输尿管就可以实现对输尿管健康状况的探测，因为该压阻传感器能够实现由于输尿管蠕动造成的收缩压的信号到电信号的转变，从而得到实时监测出输尿管收缩压的频率和强度信号，进而分析输尿管当前的健康状况。这种套筒式多孔结构压阻传感器针对当前的手术过程输尿管损伤问题的技术空白，提出简单、可行的探测方法，同时推进科学研究的进步。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的空缺，提供一种用于输尿管损伤探测的套筒式弹性多孔压阻传感器及其制备方法，该压阻传感器生产成本低、可以用于手术过程中输尿管健康状况的探测。

本发明的一种用于输尿管损伤探测的套筒式弹性多孔压阻传感器，所述的压阻传感器包括套筒状压敏层，在套筒状压敏层的内外壁上均依次设置有电极层和封装层，所述的套筒状压敏层是由弹性基体与导电相复合经化学发泡获得的多孔材料，所述的电极层采用柔性电极，所述的封装层为ecoflex00-30材料。

上述技术方案中，所述的套筒状压敏层是直接通过化学发泡得到，具体方法如下：将导电相和发泡剂均匀混合得到共混混合物，之后加入弹性基体和表面活性剂，在3000rpm/min转速下旋转搅拌至少3min后填入模具中固化获得套筒状压敏层。

进一步的，所述的发泡剂采用米酒和淀粉营养液，共混混合物中发泡剂的质量分数为2wt％。

进一步的，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(aeo-9)或锌基硫酸钠(c8s)，其添加质量占共混混合物的1wt％。

进一步的，所述的模具包括主模具和内、外壳活动模具两部分，内外壳活动模具都是筒状，外壳模具直径大于内壳模具，主模具为双层筒状的一体结构，制备时先将内、外壳活动模具插入主模具中，内壳活动模具紧贴主模具内层筒外壁，外壳活动模具紧贴主模具外层筒内壁，填入浆料后固化获得套筒状压敏层，再将内外壳活动模具取出提供电极层和封装层所需空间，在套筒状压敏层内外壁设置电极层后，再填入封装层浆料固化，去除模具，获得套筒式弹性多孔压阻传感器。

制备上述的用于输尿管损伤探测的套筒式弹性多孔压阻传感器的方法，包括如下步骤：

a.称取导电相材料乙炔黑和发泡剂，混合搅拌均匀；

b.在上述混合物中加入基体材料ecoflex00-30和表面活性剂aeo-9或c8s，并搅拌均匀；

c.将获得的混合物填充在洁净的模具中形成胶状物；

d.将c步骤得到的样品在60℃下保温2h使其完全发泡、固化，得到多孔结构的压敏层；

e.去除模具中的活动模具后，在压敏层内外壁各贴上电极层，并填入ecoflex00-30在60℃下固化封装，制成套筒式的弹性多孔结构压阻传感器。

该套筒式弹性多孔压阻传感器可以直接套于手术钳尖端上用于输尿管损伤探测。

本发明以超弹性材料eco-flex作为基体，并在其中引入乙炔黑作为导电相，多孔结构通过混入的发泡剂在表面活性剂如aeo-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)的调控下进行化学发泡得到。以化学发泡方式产生多孔结构的工艺过程适用于批量生产。通过表面活性剂的均化作用，使得产生的气孔尺寸小于1mm且存在一定的尺寸分布。大量的气孔在外力下变形最后贴合，由于尺寸的不同造成相互贴合接触点逐渐增多，相当于在电路中不断引入了新的并联电阻；此外，压敏层基体是一种高分子导电复合材料，内部的导电相颗粒会在压应力的作用下相互靠近，实现由于隧穿效应等导致的微观导电通路的拓宽，从而实现传感器较高的灵敏性。相比于之前用于输尿管检测的传感器，本发明的压阻传感器结构新颖，使用方便，理论上可以根据不同情况的进行调控。该超弹性多孔结构压阻传感器不仅能够实现普通压阻传感器的功能，保证在较复杂的环境的情况下保持良好的压阻性能，同时通过自身多孔结构实现良好的精度和压阻敏感性，理论精度高。并且由于其柔性特点能够最大程度减小对被检测物(输尿管)的损坏，可以实现在10kpa下的高精度测量。

附图说明

图1为本发明的套筒式弹性多孔结构压阻传感器结构示意图；其中1为封装层，2为电极层，3为压敏层；

图2为套筒式弹性多孔结构压阻传感器截面图；

图3为套筒式弹性多孔结构压阻传感器的一种具体制备流程图；

图4为不同套筒厚度的压阻传感器对脉冲压力信号响应的性能测试结果。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动前提下多获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实例中，ecoflex00-30均为由美国smooth-on公司生产的具有弹性的硅橡胶，其是由a、b两种组分按等比例混合制得，即ecoflex00-30a与ecoflex00-30b。

实施例1：套筒厚度为1mm的套筒式弹性多孔结构压阻传感器的制备。

具体制备按如下步骤进行：

1.称取一定质量的乙炔黑和发泡剂，均匀混合形成固体混合物；

2.将固体混合物加入质量比1：1的ecoflex00-30a和b，并加入表面活性剂aeo-9，充分混合得到混合物；

3.将获得的混合物填充在洁净的模具中形成胶状物，模具选取内外径分别为3mm和6mm；

4.将3步骤得到的样品在60℃下保温2h使其完全发泡、固化，得到多孔结构的压敏层；

5.去除模具中的内外壳后，在压敏层内外壁各贴上柔性电极层，并填入ecoflex00-30在60℃下固化封装，制成套筒式的弹性多孔结构压阻传感器。

实施例2：套筒厚度为2mm的套筒式弹性多孔结构压阻传感器的制备。

具体制备按如下步骤进行：

1.称取一定质量的乙炔黑和发泡剂，均匀混合形成固体混合物；

2.将固体混合物加入质量比1：1的ecoflex00-30a和b，并加入表面活性剂c8s，充分混合得到混合物；

3.将获得的混合物填充在洁净的模具中形成胶状物，模具选取内外径分别为3mm和7mm；

4.将3步骤得到的样品在60℃下保温2h使其完全发泡、固化，得到多孔结构的压敏层；

5.去除模具中的内外壳后，在压敏层内外壁各贴上柔性电极层，并填入ecoflex00-30在60℃下固化封装，制成套筒式的弹性多孔结构压阻传感器。

根据不同模具制备了4个不同厚度的套筒式弹性多孔压阻传感器，并对压力脉冲模拟信号进行测试得到4条性能曲线。如图4所示，a、b、c和d分别代表了2mm、1.7mm、1.3mm和1mm厚度的套筒式弹性多孔压阻传感器的测试结果，可以看出4个套筒式弹性多孔压阻传感器在高于输尿管脉冲信号频率下仍然能够很好地显示脉冲波形，这证明了该传感器能够对输尿管正常情况下的蠕动信号做出实时响应。此外，厚度的减小，传感器输出信号峰值稍有下降，因此相对较厚的套筒式传感器在相同压力信号下具有更大的形变空间从而利于做出更大的信号输出响应。