一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，包括角膜接觸鏡、螺旋電感和電容元件，其中，電容元件的兩端分別與螺旋電感的兩端相連；角膜接觸鏡內部設置有腔體和微流體通道；腔體與微流體通道相連通，用于存放流體，并向該微流體通道內輸送流體；該微流體通道內輸送的流體的量受眼壓影響，電容元件的電容值隨該微流體通道內輸送的流體的量的變化而變化；通過螺旋電感和電容元件構成的LC回路，實現對眼壓的檢測。本發(fā)明通過對傳感器各個組件的結構及各組件間的連接方式等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決眼壓傳感器不便于夜間監(jiān)測的問題，實現高精度的、24小時的全程測量眼壓的波動。
【專利說明】
一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術領域，更具體地，涉及一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，該眼壓檢測傳感器無線無源，適用于24小時連續(xù)檢測，尤其適用于夜間測量。
【背景技術】
[0002]青光眼是世界上第一位不可逆性致盲眼病。醫(yī)學研究表明，青光眼是由于病理性眼壓升高導致特征性視神經損害和視野缺陷的一種疾病。而眼壓的升高是診斷和治療青光眼的重要指標，而研究表明，青光眼患者的眼壓在24小時內波動較大，一般在睡眠以及清晨時達到峰值，而此時除非在門診處，一般不會進行眼壓的測量。所以實現眼內壓的24小時全天檢測具有重要的意義。目前能夠24小時測量眼壓的傳感器正在被世界各國研究，包括有植入式眼壓傳感器以及非植入式眼壓傳感器。
[0003]植入式眼內壓傳感器多采用“L-C諧振回路”原理的無線無源傳感器形式，將傳感器通過MEMS加工技術小型化，通過外科手術植入到眼內，具有系統(tǒng)復雜，發(fā)熱大，不舒適等特點，同時其采用植入眼睛內部，可能對眼睛造成不可逆的傷害。非植入式眼內壓傳感器一般將傳感器集成到角膜接觸鏡中，采用無線無源的方式實現角膜變形測量，從而對應出相應的眼壓?，F有技術中的24小時眼壓測量有利用“L-C諧振電路”的，也有通過應變片的，兩者目前都處于實驗室階段。近來，美國提出了采用微流體技術的非植入式眼壓傳感器參見論文(參見論文 “An unpowered ,wireless contact lens pressure sensor for point-of-care glaucoma diagnosis”)，具備高靈敏度的特點，但其設備昂貴、算法處理復雜，并且由于是采用相機拍照方式及后續(xù)圖像處理進行微通道中微流體位置的確定，無法在夜間人們睡覺而眼壓達到高峰時對眼壓進行測量。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其中通過對其關鍵的各個組件的結構及各組件間的連接方式等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決眼壓傳感器不便于夜間監(jiān)測的問題，實現高精度的、24小時的全程測量眼壓的波動。
[0005]為實現上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，包括角膜接觸鏡、螺旋電感和電容元件，其中，
[0006]所述角膜接觸鏡呈球冠狀，并用于在佩戴時與患者的眼球形狀相匹配地進行貼合；
[0007]所述螺旋電感沿所述角膜接觸鏡的圓形邊緣呈螺旋形分布；
[0008]所述電容元件的兩端分別與所述螺旋電感的兩端相連；
[0009]所述角膜接觸鏡內部設置有腔體和微流體通道;所述腔體與所述微流體通道相連通，用于存放流體，并向該微流體通道內輸送所述流體;該微流體通道內輸送的所述流體的量受眼壓影響，所述電容元件的電容值隨該微流體通道內輸送的所述流體的量的變化而變化;通過所述螺旋電感和所述電容元件構成的LC回路，實現對所述眼壓的檢測。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器還包括接收線圈，該接收線圈用于檢測由所述螺旋電感和所述電容元件構成的LC回路的諧振頻率，并根據檢測到的所述諧振頻率判斷眼壓的大小。
[0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述電容元件為平板電容，所述微流體通道位于該平板電容的兩電容極板之間。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述電容元件為叉指電容，該叉指電容包括兩個指狀電極，這兩個指狀電極相互交叉分布，所述微流體通道位于這兩個指狀電極之間；其中一個所述指狀電極與所述螺旋電感的一端直接相連，另一個所述指狀電極與所述螺旋電感的另一端通過引線相連。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述電容元件為叉指電容，該叉指電容包括兩個指狀電極，這兩個指狀電極相互交叉分布，其中一個所述指狀電極與所述螺旋電感的一端直接相連，另一個所述指狀電極與所述螺旋電感的另一端通過引線相連;所述微流體通道位于這兩個指狀電極的上方或者下方。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述腔體為多個，這多個腔體均位于所述角膜接觸鏡的內部，所述腔體的中心在所述角膜接觸鏡的圓形邊緣所在平面上的投影沿與該角膜接觸鏡的圓形邊緣同心的圓的圓周分布。
[0015]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述角膜接觸鏡采用PDMS。
[0016]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述角膜接觸鏡的尺寸規(guī)格被設定為直徑13mm?18mm0
[0017]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述微流體通道的高度為ΙΟμπι?30μπι，寬度為20μπι?8(^111，總長度為401111]1?1001111]1。
[0018]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述腔體為圓柱體形，該圓柱體形的高度為80μπι?150ym，半徑為0.5mm?Imm ο
[0019]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述流體為甘油、水或室溫離子液體。
[0020]通過本發(fā)明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，由于將LC諧振回路與微流體技術相結合，能夠實現眼壓力的全天候測量，具有高靈敏度，動態(tài)范圍廣的特點。本發(fā)明中的眼壓傳感器是一種基于微流體技術的24小時無線無源非植入式眼內壓傳感器，螺旋電感集成嵌入到角膜接觸鏡中，分布在角膜接觸鏡邊緣外側;微流通道以及微腔分布在被螺旋電感包圍的角膜接觸鏡內(微腔圍繞角膜接觸鏡中心的四周分布)，液態(tài)微流體分布在微流通道以及微腔內；電容元件(可以是平板電容，也可以是叉指電容)兩電極分別與螺旋電感的兩端相連，構成LC諧振回路。以叉指電容為例，當患者眼壓變化時，引起角膜接觸鏡變形，引起微腔的擠壓吸合變形，由此實現液態(tài)微流體在微流通道內的流動(微流體通道的末端開口，并暴露在角膜鏡的外表面上，直接與大氣相連通；當眼壓升高時，微腔內的微流體被擠壓進入到微通道中；當眼壓降低時，微腔中形成局部真空，由于微通道末端與大氣相連，大氣壓直接將微流體壓回微腔中；由于微腔與微通道內液體的總體積不變，構成動態(tài)平衡，微腔相當于一個栗一樣)，而叉指電容分布在微流通道兩側，由于液態(tài)微流體的移動，導致部分叉指電容間的介電常數改變，從而實現LC回路諧振頻率的改變，外部通過例如天線電感掃頻利用網絡分析儀等實現諧振頻率檢測，從而實現眼內壓檢測。
[0021]本發(fā)明中，微流體通道的高度為ΙΟμπι?30μπι，寬度為20μπι?80μπι，總長度為40mm?10mm;圓柱體形的腔體的高度為80μηι?150μηι，半徑為0.5mm?Imm;該眼壓傳感器初始LC回路的初始電感值(對應螺旋電感的電感值)取值在50nH-500nH之間，初始電容值(對應電容元件的電容值)取值在IpF-13pF之間，可以測量0-65mmHg范圍內的眼壓值。本發(fā)明優(yōu)選甘油、水或離子液體作為液態(tài)微流體，甘油的介電常數高、且對人眼無害的液體，可與水互溶成一定粘度的溶液從而在微通道中流動，使眼壓檢測傳感器具有良好的靈敏度。
[0022]通過本發(fā)明，能夠根據諧振頻率的變化實現眼內壓24小時的精確測量，具有靈敏度高，動態(tài)范圍大，穩(wěn)定性好，檢測簡單等特點。
【附圖說明】
[0023]圖1A和圖1B是本發(fā)明中兩種具體的基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器的俯視結構示意圖，其中圖1A還示出了微通道的局部放大示意圖；
[0024]圖2A、圖2B和圖2C是本發(fā)明中基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器中三種具體的微通道與電容的排布示意圖(對應微通道兩側的剖視圖)，其中圖2A為叉指電容，圖2B為平板電容，圖2C為叉指電容；
[0025]圖3A是眼壓檢測傳感器中電容與電感之間的連接關系俯視示意圖，圖3B是眼壓檢測傳感器中電容與電感之間的連接關系剖視示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明非植入式眼壓檢測傳感器的整體示意圖，包括球冠狀的角膜接觸鏡以及其他傳感器組件。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0028]實施例1
[0029]如圖1A、圖1B、圖3A、圖3B所示，本發(fā)明中基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，包括軟性的角膜接觸鏡、微流體通道(即微通道)、液態(tài)微流體(即流體)、微腔(即腔體)、螺旋電感、叉指電容，其中，
[0030]角膜接觸鏡整體呈球冠狀，并用于在佩戴時與患者的眼球形狀相匹配的進行貼合；
[0031 ]微流通道以及微腔分布在角膜接觸鏡中間，液態(tài)微流體分布在微流通道以及微腔內；
[0032]叉指電容的電極兩端分布于微流通道的一側(如圖2C所示)或兩側(如圖2A所示)；其中螺旋電感的兩端與叉指電容的兩端分別相連構成LC諧振回路。
[0033]使用上述傳感器進行檢測的過程如下:患者佩戴集成有檢測傳感器其他組件的角膜接觸鏡，當患者眼壓變化時，引起角膜接觸鏡變形，引起微腔的擠壓吸合變形，由此實現液態(tài)微流體在微流通道內的流動，使微流通道內輸送的微流體的量發(fā)生變化(微流體通道的末端開口，并暴露在角膜鏡的外表面上，直接與大氣相連通；當眼壓升高時，微腔內的微流體被擠壓進入到微通道中；當眼壓降低時，微腔中形成局部真空，由于微通道末端與大氣相連，大氣壓直接將微流體壓回微腔中；微腔與微通道內液體的總體積不變，構成動態(tài)平衡，微腔相當于一個栗一樣)，而叉指電容分布在微流通道一側或兩側，由于液態(tài)微流體的移動，導致部分叉指電容間的介電常數改變，從而實現LC回路諧振頻率的改變，外部通過檢測諧振頻率實現眼內壓檢測。
[0034]具體而言，角膜接觸鏡整體呈球冠狀，如圖4所示，能在佩戴時與患者的眼球形狀相匹配進行貼合;角膜接觸鏡的尺寸規(guī)格被設定為直徑13mm?18mm，且其材質優(yōu)選為PDMS，表面還可以進行改性，從而適合于角膜佩戴。柔性角膜接觸鏡采用的PDMS材料，具有高透氧量，同時通過對角膜接觸鏡表面進行離子改性，使其具有生物相容性，適于角膜接觸。
[0035]螺旋電感采用環(huán)形螺旋電感，如圖1所示，螺旋電感分布于角膜接觸鏡的外邊緣，在角膜變形時，電感變化不大。
[0036]微腔分布于角膜接觸鏡中央區(qū)域偏外側，多個呈環(huán)形排布(即各個微腔的中心沿圓的圓周分布，這個圓在角膜接觸鏡的圓形邊緣所在平面上投影的圓的圓心與該角膜接觸鏡的圓形邊緣的圓心重合)，以此能感受角膜隨眼壓增大時的最大變形，多個微腔之間由相應微通道互連，而在初始微腔處有進液口，可由此處將甘油等微流液體注入，注入后，將微腔“縫合”密封。
[0037]微通道與電容介于螺旋電感與微腔之間，可以有多種形式，以圖1A、圖1B為例，圖1A中的微通道呈現為弧形，弧的方向在角膜接觸鏡圓形外邊緣所在平面上的投影與角膜接觸鏡的圓形外邊緣同心；圖1B中的微通道按矩形波的形狀分布，該矩形波的高度不小于該矩形波一個周期的寬度，沿矩形波高度方向分布的微通道在角膜接觸鏡圓形外邊緣所在平面上的投影沿角膜接觸鏡的圓形外邊緣的徑向分布，而微通道的末端直接與大氣相連。
[0038]本發(fā)明中的非植入式眼壓檢測傳感器是基于微流體技術，微通道的高度可為ΙΟμπι?30μηι，寬度為20μηι?80μηι，總體長度可為40mm?100111111;微腔的高度為8(^1]1?15(^111，微腔半徑為0.5-lmm。
[0039]螺旋電感可以采用磁控濺射、電鍍等工藝形成銅箔來制作，電感值大小取決于線圈直徑以及線圈匝數，可靈活調整。平板電容電極與叉指電容電極可以采用磁控濺射、電鍍等工藝形成銅箔來制作。
[0040]如圖3A和圖3B所示，電感與電容的連接包括有兩端，其中電感線圈內側端點與電容直接相連，而外側接口與電容另外極板采用引線方式進行連接，以此來跨過中間電感線圈。
[0041]該眼壓傳感器為無線無源傳感器，由角膜隨眼壓而變形而實現微腔中液體的排出進入微通道中，引起部分電容叉指之間介電常數的改變，如圖2A、2C所示。電容與電感構成LC諧振回路，可由外部集成在眼鏡上或則貼在眼眶的掃頻天線線圈等實現諧振頻率的檢測，從而實現對眼內壓的檢測。
[0042]上述實施例是以叉指電容作為LC回路中的電容元件，平板電容也可以替代叉指電容實現相似的功能，只要在平板電容的兩個電容極板之間具有微流體通道即可，如圖2B所示，這樣當眼壓變化使微流體通道內輸送的流體的量發(fā)生改變時，平板電容的電容值也將發(fā)生變化，由螺旋電感和平板電容構成的LC回路的諧振頻率也將隨之改變。
[0043]本發(fā)明中的眼壓傳感器初始LC回路的初始電感值(對應螺旋電感的電感值)取值在50nH-500nH之間，初始電容值(對應電容元件的電容值)取值在lpF-13pF之間，可以測量0-65mmHg范圍內的眼壓值。
[0044]本發(fā)明中的液態(tài)微流體可用水、甘油等介電常數極高的液態(tài)，還可以是室溫離子液體，可以形成液體化學界面電容、電極/離子液體界面電容，進入微通道時，可極大的改變電容，使得傳感器具有極高的靈敏度。
[0045]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，包括角膜接觸鏡、螺旋電感和電容元件，其中， 所述角膜接觸鏡呈球冠狀，并用于在佩戴時與患者的眼球形狀相匹配地進行貼合； 所述螺旋電感沿所述角膜接觸鏡的圓形邊緣呈螺旋形分布； 所述電容元件的兩端分別與所述螺旋電感的兩端相連； 所述角膜接觸鏡內部設置有腔體和微流體通道;所述腔體與所述微流體通道相連通，用于存放流體，并向該微流體通道內輸送所述流體;該微流體通道內輸送的所述流體的量受眼壓影響，所述電容元件的電容值隨該微流體通道內輸送的所述流體的量的變化而變化;通過所述螺旋電感和所述電容元件構成的LC回路，實現對所述眼壓的檢測。2.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，該基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器還包括接收線圈，該接收線圈用于檢測由所述螺旋電感和所述電容元件構成的LC回路的諧振頻率，并根據檢測到的所述諧振頻率判斷眼壓的大小。3.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述電容元件為平板電容，所述微流體通道位于該平板電容的兩電容極板之間。4.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述電容元件為叉指電容，該叉指電容包括兩個指狀電極，這兩個指狀電極相互交叉分布，所述微流體通道位于這兩個指狀電極之間；其中一個所述指狀電極與所述螺旋電感的一端直接相連，另一個所述指狀電極與所述螺旋電感的另一端通過引線相連。5.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述電容元件為叉指電容，該叉指電容包括兩個指狀電極，這兩個指狀電極相互交叉分布，其中一個所述指狀電極與所述螺旋電感的一端直接相連，另一個所述指狀電極與所述螺旋電感的另一端通過引線相連;所述微流體通道位于這兩個指狀電極的上方或者下方。6.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述腔體為多個，這多個腔體均位于所述角膜接觸鏡的內部，所述腔體的中心在所述角膜接觸鏡的圓形邊緣所在平面上的投影沿與該角膜接觸鏡的圓形邊緣同心的圓的圓周分布。7.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述角膜接觸鏡采用PDMS;優(yōu)選的，所述角膜接觸鏡的尺寸規(guī)格被設定為直徑13mm?18mm。8.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述微流體通道的高度為ΙΟμπι?30μηι，寬度為20μηι?80μηι，總長度為40mm?100mm。9.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述腔體為圓柱體形，該圓柱體形的高度為80μηι?150μηι，半徑為0.5mm?1mm。10.如權利要求1所述基于微流體技術的非植入式眼壓檢測傳感器，其特征在于，所述流體為甘油、水或室溫離子液體。
【文檔編號】A61B3/16GK105919551SQ201610227703
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】陳良洲, 安宏彬, 江葦, 宋永鋒
【申請人】華中科技大學