本发明涉及机械,尤其是涉及一种柔性眼压监测传感器及其制备方法。
背景技术:
1、青光眼是全球首位不可逆致盲性眼病,随着我国人口老龄化,青光眼患病率逐年增加。《2020中国青光眼指南》指出,截至2020年,我国青光眼患者预估可达2100万,致盲人数可达567万人。青光眼指的是由于眼睛内压力升高,损害视神经而导致视野狭窄甚至失明的一组疾病。眼压是指眼球内容物作用于眼球壁及内容物之间相互作用的压力,正常眼压范围为10mmhg-21mmhg。对于眼压异常的青光眼患者,最有效的慢病管理策略是通过及时用药或手术等手段降低眼压,减缓视神经的损害。因此对眼压进行及时监测,及时治疗,能够降低青光眼致盲率。
2、目前,临床上通常采用压平式眼压测量计及非接触式眼压测量计,如goldman眼压测量计。但这些手段仅限在医生指导下进行测量,无法满足青光眼患者的24小时的眼压监测需求。因此,目前仍亟需一种方便易操作且安全舒适的24小时连续眼压监测设备。
3、目前,研究人员已经提出植入式及角膜接触镜式眼压传感器,其中角膜接触镜作为一种非侵入式传感器平台,已经被广泛应用于测量眼压、视网膜电位和泪液中的葡萄糖、乳酸、皮质醇、ph值和k+离子浓度等生理信号。例如采用石墨烯等碳材料作为眼压接触镜的敏感材料,基于惠斯通电桥,实现眼压的实时监测。
4、然而,现有技术存在几个突出问题:
5、1.对于植入式眼压传感器,需要进行手术植入,某些需要穿透眼球壁,具有眼液泄露及眼内炎症发生的风险,除此之外还具有电流泄露的可能性,临床难以实际应用;
6、2.加工成本高,难以实际批量生产。如采用氧化石墨烯作为敏感材料,因氧化石墨烯与石墨烯相比导电性较差,因此需要进行还原,需要额外的加热还原或者化学还原。若直接采用化学气相沉积石墨烯,将提高器件制造成本及时间;
7、3.采用金属作为敏感材料,由于其不透光,会造成对患者视野的遮挡。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种柔性眼压监测传感器及其制备方法。
2、为实现上述目的,本发明公开了一种柔性眼压监测传感器,包括使用mxene材料作为眼压传感器的敏感材料以及利用光刻作为掩模版得到的传感器电极结构,所述传感器电极材料上喷涂有所述眼压器的敏感材料;
3、所述mxene材料为ti3c2tx、ti2ctx、ti3cntx、nb2ctx、mo2tic2tx、v2ctx或mo2ctx中的任意一种。
4、本发明还提供了一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其中,眼压传感器的电极结构采用喷涂法制备,具体包括以下步骤:
5、(1)、在洁净硅片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)牺牲层,120~150℃退火10~15min;
6、(2)、随后在牺牲层上旋涂一层光刻胶,使用紫外曝光机得到可去除掩模版;
7、(3)、在所述掩模板上使用0.2mpa氮气喷涂mxene分散液,喷涂距离为20cm,40℃真空干燥后使用乙醇去除光刻胶后得到mxene图案化电极。
8、优选的,光刻胶采用的是ar-p 5350,所述光刻胶在使用前要使用500rpm旋10s后使用3000rpm旋30s,前烘150s,曝光10s,显影7s。
9、mxene材料的合成通过混合酸法合成,步骤(3)中mxene分散液的制备具体包括以下步骤:具体包括以下步骤:
10、s1、将去离子水、盐酸以及氢氟酸的混合溶液中加入max相前驱体,在30~50℃下搅拌24h;
11、s2、将步骤s1制备的清液使用去离子水洗涤至中性,加入去离子水以及氯化锂,室温下搅拌10~12h;
12、s3、用去离子水将步骤s2的溶液洗涤至少2次后,加入去离子水震荡得到mxene分散液。
13、优选的,步骤s1中去离子水、盐酸以及氢氟酸的体积比为1:1:0.22,步骤s1中所述max相前驱体在混合溶液中为0.05g/ml,步骤s2中氯化锂与去离子水比例为1g:10ml,去离子水的投入量与步骤s1中混合溶液的体积比为1:1。
14、优选的,洁净硅面在喷涂前使用等离子体处理。
15、优选的,mxene的水分散液为0.5mg/ml,mxene分散液的喷涂量为150μl。
16、优选的,将mxene图案化电极结构使用导电银浆将端脚与fpc软排线连接,连接好的器件使用聚二甲基硅氧烷(pdms)进行封装后从硅片上揭下后,使用铜质金属模具热压成型,得到柔性眼压监测传感器。
17、优选的,聚二甲基硅氧烷(pdms)中聚合物和交联剂按质量配比1:10,固化温度为60~65℃,时间为30min。
18、优选的,铜质金属模具热压成型的温度为160~180℃,时间为30min。
19、因此,本发明采用上述的一种柔性眼压监测传感器及其制备方法,具备以下有益效果:
20、1.本发明公开的制备方法使用mxene作为眼压传感器的敏感材料,由于mxene具有优异的导电性以及平面的二维结构,以mxene为敏感材料的眼压传感器具有极高的灵敏度;
21、2.本发明公开的制备方法使用mxene作为眼压传感器的敏感材料,由于mxene具有良好的透光率,因此该眼压传感器不会遮挡患者视野,并且具有良好的柔性,提高患者的佩戴舒适度,可以进行长时间佩戴;
22、3.本发明公开的制备方法使用mxene作为眼压传感器的敏感材料,由于mxene无需进行还原后处理,缩短了加工时间,降低了加工难度。
23、4.本发明采用成熟的半导体加工工艺,结合mxene材料的优异的水分散性,具有加工简单,成本低廉等优势。
24、下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种柔性眼压监测传感器,其特征在于,包括使用mxene材料作为眼压传感器的敏感材料以及利用光刻作为掩模版得到的传感器电极结构,所述mxene材料喷涂在电极区域;
2.一种如权利要求1所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,眼压传感器的电极结构采用喷涂法制备,具体包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,所述光刻胶在使用前要使用500rpm旋10s后使用3000rpm旋30s,前烘150s,曝光10s,显影7s。
4.根据权利要求2所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,mxene材料的合成通过混合酸法合成,步骤(3)中mxene分散液的制备具体包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,步骤s1中去离子水、盐酸以及氢氟酸的体积比为1:1:0.22,步骤s1中所述max相前驱体在混合溶液中为0.05g/ml,步骤s2中氯化锂与去离子水比例为1g:10ml,去离子水的投入量与步骤s1中混合溶液的体积比为1:1。
6.根据权利要求4所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,洁净硅片在喷涂前使用等离子体处理。
7.根据权利要求3所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,mxene的水分散液为0.5mg/ml,mxene分散液的喷涂量为150μl。
8.根据权利要求3所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,将mxene图案化电极结构使用导电银浆将端脚与fpc软排线连接,连接好的器件使用聚二甲基硅氧烷(pdms)进行封装后从硅片上揭下后,使用铜质金属模具热压成型,得到柔性眼压监测传感器。
9.根据权利要求8所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,聚二甲基硅氧烷(pdms)中聚合物和交联剂质量配比为1:10,固化温度为60~65℃,时间为30min。
10.根据权利要求8所述的一种柔性眼压监测传感器的制备方法,其特征在于,铜质金属模具热压成型的温度为160~180℃,时间为30min。