【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及柔性传感器领域。更具体地，本专利技术涉及一种用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制备方法及传感器。
技术介绍
1、肌肉力测试作为康复医学、运动训练及生物力学研究中的核心技术，通过精确监测和量化肌肉力量，为患者康复进程提供科学依据，优化个性化运动方案，并预防运动损伤，从而显著提升治疗效果与运动表现。在指导康复治疗、提高运动效率及减少损伤发生率方面，该技术具有不可替代的重要性。
2、在现有技术中，针对肌肉力测量有如下不足。一方面，电极材料方面，现有技术中制备的电极准确度不够，例如中国专利cn115725026a提出了一种基于水凝胶的肌电电极装置，利用水凝胶材料的良好生物相容性和导电性来获取肌肉电信号，尽管能够捕捉肌肉收缩所产生的电信号，但在应对肌肉的快速且微小的应变变化时，仍然存在局限性。这些肌电电极往往难以实时捕捉细微的力学信号，导致数据的准确性和实时性受限；又如美国专利us20210219895a1公开了一种可穿戴式肌肉活动传感器和电极，采用导电聚合物材料制成，具有一定的柔韧性和灵敏度。但其制备过程涉及复杂的多步化学合成和高温处理，不仅耗时长、成本高，而且难以满足快速制备和大规模生产的需求，限制了其在实际应用中的推广。另一方面，现有技术中也尚未公开通过电极薄膜直接进行肌肉力测试的具体方案，都需要借助复杂的仪器设备进行间接的测试，故而准确度及方便程度都不符合现在的医学要求。
3、因此，有必要设计一种用于肌肉力预测的快速聚合水凝胶薄膜传感器，以实现更直接、更高精度的实时监测和更简便、低成本的制
技术实现思路
1、为了至少解决上述
技术介绍
部分所描述的技术问题，本专利技术提出了一种用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制备方法及传感器。利用本专利技术的方案，通过电阻变化到表皮变化到力量测试的映射关系提升了肌肉力测试的准确度及效率。鉴于此，本专利技术在如下的多个方面提供解决方案。
2、本专利技术的第一方面提供了一种用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，所述水凝胶薄膜传感器用于预测肌肉力，包括：根据所述水凝胶薄膜传感器的灵敏度参数及机械应力参数，选择水凝胶前驱体的材料配比；利用所述水凝胶前驱体，制备水凝胶薄膜，并在所述水凝胶薄膜长度方向上左右两侧对称布置电极，以形成水凝胶薄膜传感结构；获取水凝胶薄膜传感结构电阻值的变化，并与所述传感器应变值形成一一对应关系，以进行标定；对目标肌群进行力量测试，测量皮肤表面紧密贴附水凝胶薄膜传感结构的电阻值，将力量测试结果与水凝胶薄膜传感结构的电阻变化相关联，以形成肌肉力预测模型：
3、;
4、其中，表示肌肉力预测模型，表示标定结果，表示水凝胶薄膜传感结构的电阻变化量，表示水凝胶薄膜传感结构的初始电阻值；利用所述肌肉力预测模型测量肌肉力大小。
5、在一个实施例中，所述水凝胶前驱体材料包括：甘油、植酸、丙烯酰胺、壳聚糖材、mxene单层纳米片、过硫酸铵，且植酸、过硫酸铵、mxene单层纳米片三者的质量百分比为12.5：1：1。
6、在一个实施例中，所述水凝胶前驱体的材料配比具体为：浓度为每10 ml溶液中包含4.5 ml甘油溶液，5.5 ml去离子水溶液，250 mg植酸，1250 mg丙烯酰胺， 150 mg壳聚糖材料，20 mg mxene单层纳米片，以及20 mg 过硫酸铵。
7、在一个实施例中，所述利用所述水凝胶前驱体，制备水凝胶薄膜包括：在聚丙烯酰胺、壳聚糖、植酸和过硫酸铵的混合物中加入mxene单层纳米片材料，进行充分搅拌以获得水凝胶前驱体；使用聚氯乙烯底板包裹所述水凝胶前驱体溶液形成三明治结构；待所述水凝胶前驱体溶液固化完成后，对所述三明治结构进行切割；将切割后的三明治结构浸泡在甘油溶液中30分钟，并剥离所述聚氯乙烯底板以形成所述水凝胶薄膜。
8、在一个实施例中，所述在所述水凝胶薄膜长度方向上左右两侧对称布置电极，以形成水凝胶薄膜传感结构,包括：将电极导线粘附于所述水凝胶薄膜电极长度方向的左右两侧；在左右两侧的电极上方分别设置电极封装层，以形成对称的所述水凝胶薄膜传感结构，所述电极封装层用于保护电极及导线。
9、在一个实施例中，所述获取水凝胶薄膜传感结构电阻值的变化，并与所述传感器应变值形成一一对应关系包括：固定所述水凝胶薄膜传感结构，并记录其在不受力状态下的初始电阻值；为水凝胶薄膜传感结构施加不同的力，记录施加的力值、电阻值；基于所述初始电阻值、电阻值、力值，得到所述水凝胶薄膜传感结构单位电阻变化值对应的力值。
10、本专利技术的第二方面提供了一种用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器，采用上述任一项所述的快速聚合水凝胶薄膜传感器制造方法制造。包括从左至右依次连接的电极左封装层、电极左导线、水凝胶薄膜电极、电极右导线、和电极右封装层，所述水凝胶薄膜电极的形状为长方形，电极左导线贴附于水凝胶薄膜电极的左侧，电极右导线贴附于水凝胶薄膜电极的右侧；电极左封装层覆盖在电极左导线上，并与水凝胶薄膜电极相接触，电极右封装层覆盖在电极右导线上，连接位置和电极左封装层的连接位置对称。
11、在一个实施例中，所述电极左封装层和电极右封装层材质均为一侧带有粘附性的聚氨酯材料，用于实现对于电极左导线和电极右导线的固定。
12、在一个实施例中，所述电极左导线和电极右导线材质均为铜，用于实时提取水凝胶薄膜电极应变过程中电阻信号的变化。
13、利用本专利技术所提供的方案，一方面，选择水凝胶前驱体材料包括甘油、植酸、丙烯酰胺、壳聚糖材、mxene单层纳米片、过硫酸铵，且植酸、过硫酸铵、mxene单层纳米片三者的质量百分比为12.5：1：1；进一步的提供了及材料配比具体为：浓度为每10 ml溶液中包含4.5 ml甘油溶液，5.5 ml去离子水溶液，250 mg植酸，1250 mg丙烯酰胺， 150 mg壳聚糖材料，20 mg mxene单层纳米片，以及20 mg 过硫酸铵。本专利技术中通过上述配方显著缩短水凝胶薄膜的形成时间，提升制备效率，且上述配方保证了水凝胶薄膜高强度和高韧性力学性能， 保证了电阻率变化的线性度，也为测量肌肉里提供了良好的基础。
14、另一方面，本专利技术通过构建电阻变化——皮肤形变——肌肉力之间的关联预测模型 ，并且本专利技术中考虑到皮肤表面存在微小褶皱而稀释了电阻变化大小会导致通过水凝胶薄膜测试肌肉力不准确的技术问题，通过肌肉力预测算法，提升了肌肉力测试的准确性。
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1.一种用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，所述水凝胶薄膜传感器用于预测肌肉力，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述水凝胶前驱体材料包括：甘油、植酸、丙烯酰胺、壳聚糖材、MXene单层纳米片、过硫酸铵，且植酸、过硫酸铵、MXene单层纳米片三者的质量百分比为12.5：1：1。
3.根据权利要求2所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器，其特征在于，所述水凝胶前驱体的材料配比具体为：
4.根据权利要求2-3任一项所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述利用所述水凝胶前驱体，制备水凝胶薄膜包括：
5.根据权利要求4所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述在所述水凝胶薄膜长度方向上左右两侧对称布置电极，以形成水凝胶薄膜传感结构,包括：
6.根据权利要求1所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述获取水凝胶薄膜传感结构电阻值的变化，并与所述传感器应变值形成一一对应关系包括：
7.一
8.根据权利要求7所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器，其特征在于，所述电极左封装层和电极右封装层材质均为一侧带有粘附性的聚氨酯材料，用于实现对于电极左导线和电极右导线的固定。
9.根据权利要求8所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器，其特征在于，所述电极左导线和电极右导线材质均为铜，用于实时提取水凝胶薄膜电极应变过程中电阻信号的变化。
...【技术特征摘要】
1.一种用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，所述水凝胶薄膜传感器用于预测肌肉力，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述水凝胶前驱体材料包括：甘油、植酸、丙烯酰胺、壳聚糖材、mxene单层纳米片、过硫酸铵，且植酸、过硫酸铵、mxene单层纳米片三者的质量百分比为12.5：1：1。
3.根据权利要求2所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器，其特征在于，所述水凝胶前驱体的材料配比具体为：
4.根据权利要求2-3任一项所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述利用所述水凝胶前驱体，制备水凝胶薄膜包括：
5.根据权利要求4所述的用于肌肉力预测的水凝胶薄膜传感器制造方法，其特征在于，所述在所述水凝胶薄膜长度方向上左右两侧对称布置电极，以形成水凝胶薄膜传...
【专利技术属性】
技术研发人员：李危石，韩耕愚，李支康，贾博清，王佳翔，王斌，于澜，岳立豪，赵立波，
申请(专利权)人：北京大学第三医院北京大学第三临床医学院，
类型：发明
国别省市：
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