本发明专利技术涉及一种柔性生物传感器及其制备方法，具体涉及一种具有良好生物相容性的柔性生物传感器的制备方法。所述柔性生物传感器的柔性封装层由硅胶溶液旋涂而成，保证柔性的同时大大提高了封装层的机械强度；硅胶封装层上的石墨烯电极则采用简单有效的滴铸成型技术，经济高效；而传感部分采用由静电纺丝形成的复合PVDF薄膜，具有较高的灵敏度；最后用特殊的有机胶将传感器的上、下封装层和复合PVDF薄膜封装，则形成了具有良好生物相容性的柔性生物传感器。该生物传感器能够检测人体多种生理活动，包括肢体运动监测以及较小幅度的呼吸、吞咽、发声时的肌肉震动等，可应用于电子皮肤、新型医疗植入、可穿戴设备与仿生机器人等领域。可穿戴设备与仿生机器人等领域。可穿戴设备与仿生机器人等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性生物传感器及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及一种柔性生物传感器，具体涉及一种具有良好生物相容性的柔性生物传感器。该柔性生物传感器可应用于电子皮肤、新型医疗植入、可穿戴设备与仿生机器人等领域。
技术介绍
[0002]传统生物传感器受到材料刚性的阻碍，在较大的弯曲或拉伸变形中其封装层材料容易发生不可逆转的形变，从而使电子器件发生损坏。近些年来，柔性生物传感器的研究与发展越来越受到人们的关注，在电子皮肤、新型医疗植入、可穿戴设备与仿生机器人等领域展现出巨大发展。
[0003]柔性生物传感器作为探测机体信号最底层的器件，在生物信号探测的过程中显得尤为重要，良好的柔性生物传感器能够准确及时地采集生物信号。通过采集到的信号反应人体当前状况，从而达到健康监测和医疗的目的。由于人类皮肤表面褶皱弯曲的特性，使得以传统金属和半导体硅材料作为传感器基础材料的器件与人体集成时显得略有不足。
[0004]柔性生物传感器的拉伸弯曲性能主要取决于封装层材料，目前常采用PI、PET、PEN等材料作为传感器的封装层，尽管此类封装层具有一定的弯曲和拉伸性能，但是作为工程塑料质地大多并不柔软，缺乏弹性和黏附性，更重要的是不具有生物相容性，这也是限制目前柔性生物传感器在相关领域中进一步应用的重要原因之一。事实上，为了从人体中准确地收集信息，良好的黏附性、灵活性、可拉伸性一直是生物传感器研究领域中关注的重点，而良好的生物相容性将为生物传感器走向人体长时间穿戴乃至植入提供重要保障。
[0005]因此，如何提供一种具有良好生物相容性的柔性生物传感器是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术针对传统生物传感器生物相容性差、柔性差、易失效等问题，提供了一种具有良好生物相容性的柔性生物传感器的制备方法。
[0007]需要说明的是，本专利技术着眼上述问题，通过将材料改性、静电纺丝、增材制造等技术特点进行综合，创新性地提出了一种以良好生物相容性的硅胶作封装层、复合压电材料PVDF薄膜作传感层并具有“三明治”结构特点的柔性压电式生物传感器的设计与制备方法。静电纺丝在纺丝过程中不仅具有对材料拉伸和极化的能力，还会产生有序纤维薄膜，因此，特别适用于PVDF薄膜的制备，技术操作简单、生产效率高。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种柔性生物传感器的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010]1)制备硅胶封装层：将硅胶溶液倒在旋涂机上旋涂形成硅胶膜，并放入烘箱中固化，即形成硅胶封装层；
[0011]2)制备带有电极的上、下封装层：将所述硅胶封装层置于3轴移动平台上，采用滴
铸成型技术在所述硅胶封装层中间形成石墨烯层，风干后即形成石墨烯电极，所述石墨烯电极与所述硅胶封装层共同形成所述柔性生物传感器的封装层；重复操作，制作另一块柔性生物传感器的封装层，随后将铜箔粘贴在所述石墨烯电极上，即得到带有电极的上、下封装层；
[0012]3)制备压力感应膜：采用静电纺丝技术在铝箔纸表面形成一层致密、有序且连续的复合PVDF薄膜，即为所述柔性传感器的压力感应膜；
[0013]4)封装：将带有电极的下封装层、压力感应膜、带有电极的上封装层依次堆叠在一起，在上、下封装层边缘涂抹南大705硅橡胶，长按边缘即使得上、下封装层紧密贴合在一起，即完成柔性生物传感器的封装，形成了具有良好生物相容性的柔性生物传感器。
[0014]可选地，步骤1)中，所述硅胶溶液是将硅胶溶剂与其固化剂搅拌均匀，除气旋涂而成；其中，
[0015]硅胶溶液的材料为道康宁PDMS，PDMS与固化剂的比例为10：1。
[0016]进一步的，将所述PDMS溶液浇筑到吸附在旋涂机的玻璃上，先以250
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350rpm的转速旋转15s，再以300
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400rpm的转速旋转30s；随后放入60
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80℃的热烘箱中2
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4h固化成膜，以作为所述柔性生物传感器的柔性封装层。
[0017]其中，PDMS具有较好的柔韧性和抗拉强度，非常适合作为柔性传感器的封装层材料。
[0018]可选地，步骤2)中，所述滴铸成型技术的具体操作为：在所述硅胶封装层中间放置一模具，手动推动装有石墨烯溶液的注射器，将石墨烯溶液挤入到模具中，则在硅胶封装层中间形成石墨烯层。
[0019]具体地，在硅胶封装层上放置中空形状的模具，以乙醇为溶剂，将一定体积、一定浓度的石墨烯溶液滴铸在中空形状的模具中，自然风干后取下模具，则形成了一定尺寸的石墨烯电极。
[0020]可选地，步骤3)中，所述静电纺丝技术的具体操作为：3轴移动平台的Z轴上挂有装有一定体积、一定浓度复合PVDF溶液的注射器(5ml、浓度13％复合PVDF溶液的注射器)，注射器上装有22G的针头，针头正下方为一定直径(直径为100mm)的滚筒，滚筒上包裹铝箔纸。调整注射器针头与下方铝箔纸之间的距离，调整电源电压，使其满足静电纺丝发生的条件，电源的正极连接注射器针头的金属部分，负极连接铝箔纸，从而在注射器针头与铝箔纸之间形成高压电场，在微量泵执行机构的推力和静电场力的共同作用下，实现纳米纤维的沉积。
[0021]需要说明的是，所述的纺丝薄膜材料为掺杂钛酸钡纳米粒子的PVDF混合溶液，该纳米粒子大大提高了PVDF的成核效果。复合PVDF溶液在静电纺丝成膜的过程中，射流同时受到了机械拉伸和高压电极化作用，所成的复合PVDF膜β相含量高，压电效果很好。柔性传感器的性能主要由复合的PVDF薄膜的压电性能决定。由于PVDF中加入了无机材料钛酸钡纳米粒子，因此，钛酸钡的含量对PVDF薄膜的压电性能影响巨大。
[0022]且，所述的静电纺丝系统由微量泵控制器、微量泵执行机构、滚筒收集机构、注射器活塞筒体和注射器针头等组成。其中，微量泵控制器和微量泵执行机构都具有较好的精度，滚筒收集机构在纺丝过程中不停的旋转，从而形成了尺度可控且有序的薄膜结构。
[0023]此外，所述的封装材料为特殊的有机胶，能很好的将传感器的上、下封装层强力粘
连。
[0024]具体地，上述制备方法中存在的原理如下：
[0025]首先，硅胶溶液利用旋涂工艺，通过控制旋涂机的旋转速度来控制硅胶薄膜的厚度；然后，利用3D打印工艺分别在2块硅胶薄膜表面制作一定尺寸的上、下电极，并分别与外部导线连接；接着，利用静电纺丝技术，将复合的PVDF溶液进行电纺成丝，形成尺度可控且有序的薄膜结构；最后，用特殊粘胶将带有电极的硅胶薄膜与PVDF有序薄膜封装，从而最终形成具有良好生物相容性、高灵敏度的柔性生物传感器。
[0026]此外，本专利技术还请求保护利用上述方法制备而得的柔性生物传感器。
[0027]以及，所述柔性生物传感器在电子皮肤、新型医疗植入、可穿戴设备与仿生机器人中的应用。
[0028]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性生物传感器的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：1)制备硅胶封装层：将硅胶溶液倒在旋涂机上旋涂形成硅胶薄膜，并放入烘箱中固化，即形成硅胶封装层；2)制备带有电极的上、下封装层：将所述硅胶封装层置于3轴移动平台上，采用滴铸成型技术在所述硅胶封装层中间形成石墨烯层，风干后即形成石墨烯电极，所述石墨烯电极与所述硅胶封装层共同形成所述柔性生物传感器的封装层；重复操作，制作另一块柔性生物传感器的封装层，随后将铜箔粘贴在所述石墨烯电极上，即得到带有电极的上、下封装层；3)制备压力感应膜：采用静电纺丝技术在铝箔纸表面形成一层致密、有序且连续的复合PVDF薄膜，即为所述柔性传感器的压力感应膜；4)封装：将带有电极的下封装层、压力感应膜、带有电极的上封装层依次堆叠在一起，在上、下封装层边缘涂抹南大705硅橡胶，长按边缘即使得上、下封装层紧密贴合在一起，即完成柔性生物传感器的封装，形成了具有良好生物相容性的柔性生物传感器。2.根据权利要求1所述的一种柔性生物传感器的制备方法，其特征在于，将硅胶溶液与其自带的固化剂混合，手动搅拌均匀，放入真空泵中除去气泡；其中，制作硅胶溶液的材料为道康宁PDMS，PDMS与固化剂的比例为10：1。3.根据权利要求2所述的一种柔性生物传感器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将所述PDMS溶液浇筑到吸附在旋涂机的玻璃上，先以250
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350rpm的转速旋转15s，再以300
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400rpm的转速旋转30s；随后放入60
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80℃的热烘箱中2
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4h固化成膜，以作为所述柔性生物传感器的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘媛媛，郭子龙，兰伟霞，廖英杰，张毅，陆春祥，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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