多功能納米復(fù)合傳感器和傳感系統(tǒng)以及用于監(jiān)測(cè)患者心血管系統(tǒng)的方法和聚合物組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多功能納米復(fù)合傳感器、一種傳感系統(tǒng)、一種用于長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)患 者也血管系統(tǒng)的方法W及一種聚合物組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 電極在感知和測(cè)量生物電位信號(hào)的使用已經(jīng)作為各種診斷工具的一部分巧日用于 監(jiān)測(cè)也臟功能的也電圖（electrocardiography)巧CG/EKG)并用于研究大腦活動(dòng)的腦電圖 (electroenc巧halography)巧EG)等）在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛實(shí)行。先前的相關(guān)技術(shù)中是使用金 屬電極，該金屬電極通過(guò)隨后接觸皮膚的凝膠綁定電解液（gel-bound electrolyte)與其 離子形式接觸。通常使用的該類(lèi)系統(tǒng)為"濕"電極，典型的為Ag/AgCl電極。文獻(xiàn)上記載了 該類(lèi)系統(tǒng)具有的許多缺點(diǎn)，如需要皮膚準(zhǔn)備，包括剎除頭發(fā)和擦洗去除角質(zhì)層。此外，對(duì)敏 感皮膚的人而言，濕電極通常會(huì)引起皮膚刺激。
[0003] Licata和Mitchell曾經(jīng)利用填充有導(dǎo)電液體作為生物電位傳感器的柔軟彈性的 刷毛進(jìn)行先前關(guān)于生物電位傳感器的工作（見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利6, 510, 333)。美國(guó)專(zhuān)利6, 510, 333 所公開(kāi)的技術(shù)無(wú)需皮膚準(zhǔn)備，然而，該技術(shù)需要液體浸在刷毛中，也建議用磨料擦洗皮膚的 方法消除皮膚表面的電阻。該刷毛也需要再填充，該過(guò)程貫穿其使用期，該增加了使用者的 不便。
[0004] Dunseath化.曾經(jīng)在干電極組裝上進(jìn)行了先前關(guān)于干電極的工作（見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利 4, 865, 039)。然而，據(jù)報(bào)道，使用負(fù)載有石墨的聚氨醋泡沫材料制成的電極起作用所允許的 最大體積電阻率為200KQ-cm。此外，該種組裝需要鉛放大器提高生物電位的信號(hào)強(qiáng)度。
[0005] 軌道研究公司（Orbital Research Inc.)的 Schmi化、Lisy、Skebe 和 Prince 曾經(jīng)在無(wú)需任何皮膚準(zhǔn)備的生理記錄干電極上進(jìn)行了先前關(guān)于干電極的工作（美國(guó)專(zhuān)利 7, 032, 301)。該種先前技術(shù)的組件需要始終接觸皮膚。為確保始終接觸，該種組裝需要刺 穿皮膚W獲得生物電位信號(hào)，該導(dǎo)致了使用者的疼痛和不適。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的傳感器材料的獨(dú)特之處在于無(wú)需如擦洗的皮膚準(zhǔn)備或用于收集信號(hào)的 凝膠的存在。所述傳感器材料的使用可W直接或不直接接觸皮膚。所述材料提供了獨(dú)特 的性能特性，如它具有彈性、初性、柔軟、易烙融加工且導(dǎo)電的特點(diǎn)。所述傳感器材料可W 通過(guò)如纖維紡絲、片材擠出（sheet extrusion)、注射成型（injection molded)和壓縮成型 (compression molding)等商業(yè)的烙體加工技術(shù)進(jìn)行加工。選擇的加工技術(shù)的可用性導(dǎo)致 了幾種不同傳感器組裝的選擇。例如，所述材料可W紡成纖維織成布用來(lái)做衣服、被單和臂 帶等。所述材料也可W進(jìn)行片材擠出或注射成型成各種的形狀和尺寸來(lái)符合更標(biāo)準(zhǔn)或傳統(tǒng) 的生物電位傳感器組件。
[0007] 所述傳感器材料可W裝入包括各種模塊的傳感器系統(tǒng)來(lái)捕捉生物信號(hào)，將生物信 號(hào)轉(zhuǎn)化成可用格式并將可用格式整合到特定的終端應(yīng)用程序上。另外，本發(fā)明的傳感系統(tǒng) 能測(cè)量應(yīng)變和水分含量等。該賦予本發(fā)明的傳感器獨(dú)特的能力W作為例如單獨(dú)的通用傳感 器，該通用傳感器在使用順序掃描診斷和監(jiān)視的應(yīng)用中用于測(cè)量多個(gè)參數(shù)，或作為用相同 材料制成的用于平行測(cè)量上述參數(shù)的分段傳感器。
[0008] 本發(fā)明涉及一種傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)包括；（1)傳感器材料，（2)傳感器形 式和（3)信號(hào)捕獲接口。所述"傳感系統(tǒng)"用于捕獲生理信號(hào)，更具體地，用于皮膚表面所 表現(xiàn)的生物電位的探測(cè)和測(cè)量，該些生物電位產(chǎn)生于如也臟、大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、眼睛和肌肉 等各種器官的活動(dòng)。除了捕獲生物電位信號(hào)，其他類(lèi)型的信號(hào)如機(jī)械應(yīng)變、水分含量和溫度 同樣地可W使用所述傳感系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)。
[0009] 本發(fā)明包括一種含有傳感器材料的傳感器系統(tǒng)，該傳感器材料含有聚合物/納米 復(fù)合化合物。一個(gè)具體的例子是聚合物和碳納米管的復(fù)合物。所述材料可W用于使得無(wú)凝 膠/干傳感器無(wú)需任何的皮膚準(zhǔn)備。而且，所述材料可W作為非接觸（不直接接觸皮膚） 傳感器，特別用于信號(hào)（例如存在的生物電位）的探測(cè)和測(cè)量。
[0010] 所述傳感器材料可W利用幾乎任何塑料的加工方法加工成多種形式之一，W便成 為用戶(hù)環(huán)境的一部分。一個(gè)具體的例子為W薄板形式作為床墊或椅子靠背的內(nèi)襯。
[0011] 當(dāng)加工成合適的形式后，將所述傳感器附在信號(hào)捕獲接口上用于捕捉、傳輸和處 理被傳感器材料收集的信號(hào)。一個(gè)具體的例子是可W被成型到片狀的傳感器中W產(chǎn)生信號(hào) 傳感器系統(tǒng)的嵌入式的絞線(xiàn)，該信號(hào)傳感器系統(tǒng)可W用作通過(guò)連接到所述電線(xiàn)上捕獲信號(hào) 的"傳感器墊"。
[0012] 所述傳感器系統(tǒng)的一個(gè)例子是作為整天生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用者不必帶上傳感 器（如傳統(tǒng)系統(tǒng)），而所述傳感器能整合到使用者的日常生活/工作環(huán)境中，更具體地，所述 傳感器可W為床的內(nèi)襯或座椅靠背的內(nèi)襯。所述系統(tǒng)能捕獲、處理、傳輸、接收、儲(chǔ)存和適當(dāng) 地應(yīng)用數(shù)據(jù)，所W生命體征能整天被捕獲儲(chǔ)存，然后轉(zhuǎn)發(fā)給醫(yī)生進(jìn)行分析（圖7)。
[0013] 本發(fā)明更具體地公開(kāi)了一種多功能的納米復(fù)合傳感器，該傳感器用于探測(cè)生物產(chǎn) 生的電信號(hào)，所述傳感器含有導(dǎo)電線(xiàn)嵌入在其中的聚合物組合物，其中，所述聚合物組合物 含有分散相（dispersion地ase)和彌散相（dispersed phase),所述分散相含有熱塑性聚 合物或熱固性聚合物，所述彌散相含有導(dǎo)電填料，其中，所述聚合物組合物無(wú)凝膠，所述導(dǎo) 電線(xiàn)適用于傳輸電信號(hào)至信號(hào)處理裝置。
[0014] 本發(fā)明也公開(kāi)了一種長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)患者的也血管系統(tǒng)的方法，該方法包括（1)患者穿 上具有整合在內(nèi)的至少一種多功能的納米復(fù)合傳感器的衣物，該傳感器含有具有導(dǎo)電傳感 器接口嵌入在其中的聚合物組合物，其中，所述聚合物組合物含有分散相和彌散相，所述分 散相含有彈性聚合物基質(zhì)，所述彌散相含有至少一種導(dǎo)電填料，所述導(dǎo)電感應(yīng)器接口適用 于傳輸電信號(hào)到信號(hào)處理裝置，（2)連接所述多功能納米復(fù)合感應(yīng)器至信號(hào)處理裝置，該信 號(hào)處理裝置適用于監(jiān)測(cè)人的也血管系統(tǒng)，（3)監(jiān)測(cè)患者的也血管系統(tǒng)。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了一種聚合物組合物，所述聚合物組合物含有熱塑性聚氨醋、 苯己帰類(lèi)聚合物和至少一種導(dǎo)電填料，其中，W所述聚合物組合物的總重量為基準(zhǔn)，所述組 合物中的苯己帰類(lèi)聚合物的含量為10-50重量％，所述導(dǎo)電填料的含量為0. 5-40重量％。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 將本發(fā)明的各個(gè)方面通過(guò)附圖進(jìn)行說(shuō)明。
[0017] 圖1為整個(gè)傳感器的橫截面視圖，所述傳感器由本發(fā)明的模塑的聚合物納米復(fù)合 材料制成，所述聚合物納米復(fù)合材料含有嵌入式的插塞接頭。
[0018] 圖2說(shuō)明了整個(gè)傳感器，該傳感器為由本發(fā)明的模塑的聚合物納米復(fù)合材料制 成，其中，所述整個(gè)傳感器包括嵌入在其中的銅線(xiàn)。
[0019] 圖3為用于說(shuō)明具有引腳觸點(diǎn)（pin contacts)刺穿傳感器片來(lái)收集多種生物信 號(hào)數(shù)據(jù)的傳感器接口的分解圖。
[0020] 圖4顯示了用于圖3所說(shuō)明的傳感器接口的電路。
[0021] 圖5為傳感器系統(tǒng)中的傳感器模塊網(wǎng)格的總體示意圖。
[0022] 圖6為顯示數(shù)據(jù)流通過(guò)在用于生物信號(hào)捕獲、處理、傳輸和監(jiān)測(cè)的傳感器系統(tǒng)中 的相互連接的模塊的示意圖。
[0023] 圖7說(shuō)明了從所述傳感器接口收集到的多種信號(hào)數(shù)據(jù)。
[0024] 圖8和8A說(shuō)明了 12導(dǎo)聯(lián)也電圖（121ead ECG)的數(shù)據(jù)。
[00巧]圖9說(shuō)明了與人體接觸的用于監(jiān)測(cè)人體的也血管系統(tǒng)的多個(gè)傳感器。
[0026] 圖10-10F說(shuō)明了實(shí)施例4-27收集到的生物信號(hào)數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，用于所述傳感器材料的聚合物納米復(fù)合材料含有分散相和彌散相。 所述分散相通常為熱塑性聚合物體系，并且所述彌散相通常為功能性納米和/或微米尺度 的導(dǎo)電填料體系。
[0028] 所述熱塑性聚合物體系的分散相可W為單一的聚合物或混合物/合金。典型 地，所述熱塑性聚合物體系可W選自下列聚合物體系，如聚己帰、聚丙帰、聚離嵌段聚醜胺 (polyether block polyamides)、聚醋嵌段共聚物、苯己帰類(lèi)嵌段共聚物、苯己帰基的共聚 或H元共聚物（如，485、^?5、454、5185、5685、585等）、聚醋巧日，陽(yáng)1\?1'1\陽(yáng)16、？81')、聚碳 酸醋、聚苯硫離（polyphylene sulfide)、聚諷（polysulfones)、熱塑性彈性體、丙帰酸醋聚 合物（特別是甲基丙帰酸己帰醋（eth}dene methac巧late))、熱塑性聚氨醋（urethanes) 及上述聚合物的共混物/其合金。此外，所述聚合物體系可W含有聚合物改性劑和其他添 加劑。
[0029] 在硬聚醋中可W用到二駿酸，該在本發(fā)明的實(shí)踐過(guò)程中是有用的，通常二駿酸 可W選自由對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、蔡二甲酸（naphthalenedicarbo巧lie acid)、聯(lián) 苯二駿酸（diphenyldicarbo巧lie acid)或其中兩種或多種的混合物所組成的組。通 常用于聚醋的二醇為包括2-10個(gè)碳原子的亞烷基二醇、1,6-環(huán)己二醇、1,6-環(huán)己二甲 醇（1,6-dimethanolcyclohexane)或其中的兩種或多種的混合物。通常優(yōu)選使用的具有 較多晶體結(jié)構(gòu)的聚醋。該些聚醋包括聚對(duì)苯二甲酸下二醇醋（PBT)、聚對(duì)苯二甲酸己二 醇醋（PET)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇醋（PTT)、聚間苯二甲酸下二醇醋（PBI)、聚對(duì)苯二甲 酸-1,4-環(huán)己二甲醋（poly (巧clohex5dene-dimeth}dene tere地thalate) (PCT)、聚蔡二 甲酸己二醇醋（PEN)、聚蔡二甲