[发明专利]一种适于曲面应力测量的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种适用于曲面应力测量的柔性压力传感器及其制备方法。该柔性压力传感器包括具有第一容纳腔和第二容纳腔的垫片模具，均匀分布在第一容纳腔内和第二容纳腔内的多个力感应层，用于将多个力感应层连接的丝网印刷电极，用于将多个力感应层和丝网印刷电极分别封装在第一容纳腔内和第二容纳腔内的柔性封装层。该柔性压力传感器同时兼具柔性与生物兼容性，从而与膝关节的曲面很好地贴合，真实地反应膝关节的应力。

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域，特别是涉及一种适用于曲面应力测量的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

人工全膝关节置换术是为减轻患者膝关节疼痛、改善膝关节功能和维持膝关节稳定所采取的一种外科手术方式。人工全膝关节置换手术将关节假体直接植入人体内，目前已成为关节严重病变的主要治疗手段之一。在人工全膝关节置换术中，软组织平衡性能不仅影响膝关节动力学，还直接影响手术后人工膝关节寿命以及病人在膝关节置换术后的生活质量。

目前，常规的全膝关节置换手术的软组织平衡主要依靠临床医生的视觉观察，其很大程度上依赖于医生的手术经验，给手术增加了很大的不确定性和危险性。因此，软组织平衡的可量化是一个迫切的需求。

很多公司基于软组织平衡量化的需求，采用微型传感器布置在人工假体上。微型传感器作为应力感知装置，可以有效测量全膝关节置换术中的软组织的应力。然而，在实际使用过程中，微型传感器为刚性传感器，使得微型传感器与膝关节表面不能很好的贴合，单点式的应力测量不能很好地反映膝关节应力的大小。进一步地，传统的刚性传感器由于宽的检测范围和高的灵敏度不能兼具，极大地限制了手术成功率和患者术后康复。虽然目前市场上也有柔性传感器，但是现有的柔性传感器结构和制备方法复杂、成本高昂，无法直接适用于医疗康复领域的应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种结构及制备方法简单且能够直接适用于曲面应力测量的柔性压力传感器及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种结构及制备方法简单且能够直接适用于曲面应力测量的柔性压力传感器及其制备方法。本发明实施例提供适用于曲面应力测量的柔性压力传感器同时兼具柔性与生物兼容性，从而与膝关节的曲面很好地贴合，真实地反应膝关节的应力。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：一种适用于曲面应力测量的柔性压力传感器，其中，所述柔性压力传感器包括：垫片模具，用于作为待检测曲面物的替换物，包括第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔和所述第二容纳腔关于中心轴对称；多个力感应层，用于感应膝关节的应力大小，均匀分布在第一容纳腔内和第二容纳腔内；丝网印刷电极，用于连接所述多个力感应层；柔性封装层，用于将所述多个力感应层和所述丝网印刷电极分别封装在第一容纳腔内和第二容纳腔内。

作为本发明的进一步改进，所述第一容纳腔内分布3个力感应层，每个力感应层通过所述丝网印刷电极连接；所述第二容纳腔内分布3个力感应层，每个力感应层通过所述丝网印刷电极连接。

作为本发明的进一步改进，3个力感应层均匀间距地分布在第一容纳腔内或者第二容纳腔内。

作为本发明的进一步改进，每个力感应层包括柔性基底、印刷电极单元、力感应层单元、柔性封装单元。

作为本发明的进一步改进，所述力感应层采用生物兼容的柔性压阻材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述柔性压阻材料包括导电织物、气凝胶和离子凝胶的一种或者多种。

作为本发明的进一步改进，所述丝网印刷电极采用丝网印刷方式结合导电油墨印刷而成。

作为本发明的进一步改进，所述柔性封装层采用生物兼容的柔性聚合物将所述力感应层、丝网印刷电极与垫片模具固定。