專利名稱：感應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)裝置(傳感器)，其主要用于檢測(cè)給定環(huán)境下的濕 度或水分。本發(fā)明還涉及一種制造所述感應(yīng)裝置的方法、所述感應(yīng)裝置在 吸收物品中的應(yīng)用以及含所述感應(yīng)裝置的吸收物品。
背景技術(shù)：
在一次性吸收物品、例如尿布和失禁物品中，提供某種感應(yīng)裝置，以 使穿用者或者護(hù)理人員易于確定吸收物品的狀態(tài)，特別是該吸收物品的干 濕程度，這種技術(shù)是已知的。這樣，在污物排出時(shí)，護(hù)理人員或穿用者就 會(huì)得到警告，從而避免了不必要的更換。
已知可以利用包括磁致彈性材料的元件，在各種技術(shù)領(lǐng)域中進(jìn)行不同 類型的探測(cè)或測(cè)量。例如，將磁致彈性材料元件用在位置傳感器、識(shí)別標(biāo)
記器和防盜標(biāo)簽或電子器件監(jiān)視(EAS)標(biāo)簽中。此外，己知可以利用傳感器 中的磁致彈性材料元件探測(cè)或測(cè)量環(huán)境參數(shù)。Grimes等人(Biomedical Microdevices， 2:51-60, 1999)已經(jīng)公開了包括磁致彈性材料元件的傳感器，即 磁致彈性傳感器，并公開了其在例如溫度、壓力或粘度方面的應(yīng)用。
此外，已知可以將磁致彈性傳感器用于吸收物品中，所述的吸收物品 例如尿布、短褲型尿布、失禁服裝、衛(wèi)生巾、床保護(hù)墊、擦拭用品、毛巾、 織物、類棉球物品和創(chuàng)傷或疼痛包扎品，所述吸收物品用于吸收、保持和 隔離身體排泄物，例如尿液、糞便和血液?？梢詫谶@些吸收物品中 的磁致彈性傳感器設(shè)計(jì)為發(fā)生了例如排尿或排便這樣的事件并且吸收到 吸收物品之上或之中后，對(duì)事件產(chǎn)生響應(yīng)。響應(yīng)可以例如是在事件發(fā)生后 的信號(hào)，并且響應(yīng)可以是基于對(duì)例如濕度、生物學(xué)分析和/或化學(xué)分析的測(cè) 量做出的。事件的信號(hào)使得使用者、父母、照顧者、護(hù)理人員等等可以很 容易的確定事件的發(fā)生。
WO2004/021944公開了一種一次性感應(yīng)吸收結(jié)構(gòu)，包括至少一層吸收層和至少一個(gè)感應(yīng)設(shè)備，所述的感應(yīng)設(shè)備包括磁致彈性膜。該感應(yīng)吸收結(jié) 構(gòu)可以被包括在吸收物品之中，所述的吸收物品例如尿布、短褲型尿布、 失禁保護(hù)用品、衛(wèi)生巾或床保護(hù)墊。在一種實(shí)施方式中，感應(yīng)裝置用于檢 測(cè)濕度。因此，就用濕度敏感聚合物對(duì)感應(yīng)裝置的磁致彈性膜進(jìn)行涂覆， 所述的聚合物可以與潮濕物相互作用，所述的潮濕物例如水分、液體或濕 氣。濕度敏感聚合物通過(guò)吸收或吸附，與潮濕物例如尿相互作用，感應(yīng)裝 置的質(zhì)量由此改變。這種質(zhì)量變化會(huì)升高或降低磁致彈性膜的共振頻率。 這種質(zhì)量變化是可以測(cè)量的，并與和濕度敏感聚合物相互作用的水分量有 關(guān)。在另一種實(shí)施方式中，用至少一種探測(cè)分子對(duì)感應(yīng)裝置的磁致彈性膜 進(jìn)行直接或間接的涂覆，所述的探測(cè)分子適于探測(cè)在身體排泄物、身體滲 出物或使用者/穿用者的皮膚中的至少一種目標(biāo)生物學(xué)和/或化學(xué)分析物。將
WO 2004/021944全文合并于此作為參考。
可以用連續(xù)磁場(chǎng)激發(fā)磁致彈性材料并測(cè)量材料的響應(yīng)，其中所述的連 續(xù)磁場(chǎng)顯示出與磁聲共振頻率相當(dāng)?shù)念l率。在這一共振頻率下，材料的響
應(yīng)最大。因此，就在這樣的感應(yīng)裝置上設(shè)置永久性偏磁體，并滿足其磁
場(chǎng)與磁致彈性膜的平面保持平行。
為了使這些感應(yīng)裝置所需的尺寸(約3-20mm寬，約10-40mm長(zhǎng)且約 l-5mm厚)相對(duì)較小，這些偏磁體通常由長(zhǎng)條形或帶形的磁致材料制成， 并且對(duì)這些材料進(jìn)行切割或成形，從而形成具有修正尺寸規(guī)格的磁體。
但是，這種方法具有諸多缺陷。由該方法得到的磁體，由于其切割過(guò) 程中的差別以及各個(gè)磁體邊緣的微小缺陷，造成其磁場(chǎng)十分不規(guī)則。將磁 致彈性材料相對(duì)于偏磁體進(jìn)行定位也相當(dāng)困難，這是由于偏磁體的磁場(chǎng)是 不均勻的，磁致彈性材料相對(duì)于磁體的任何微小錯(cuò)位，都會(huì)對(duì)磁致彈性材 料形成的磁場(chǎng)產(chǎn)生顯著影響。此問(wèn)題在WO/00/02172中進(jìn)行了討論。
此外，對(duì)磁體進(jìn)行切割、定位并將其安裝在感應(yīng)裝置中，包括了三個(gè) 步驟，由于元件的尺寸相對(duì)較小，因此這三個(gè)步驟就增加了操作復(fù)雜性。
此外，用在衛(wèi)生領(lǐng)域的吸收物品，因?yàn)榻?jīng)常會(huì)接觸或接近穿用者的身 體，并且接觸環(huán)境條件通常是溫暖的并且還可能是潮濕的，所以其必須滿 足物品安全性的嚴(yán)格要求。因此，例如，使任何感應(yīng)裝置的元件都能夠經(jīng) 受住這樣的環(huán)境、而不會(huì)造成穿用者的過(guò)敏反應(yīng)，這是十分重要的。長(zhǎng)條形或帶形磁性材料，當(dāng)其適用于例如冷凍機(jī)磁場(chǎng)時(shí)，卻并不總是能適用于 衛(wèi)生用途，這是用于它們的組成通常是不確定的，其可能含有致敏或有毒 成分，且其可能會(huì)向周圍的吸收物品浸出化學(xué)物質(zhì)。
因此，需要一種改進(jìn)的感應(yīng)裝置，用以克服上述感應(yīng)裝置存在的問(wèn)題。 特別是，需要一種感應(yīng)裝置，其包括可再生的、能產(chǎn)生更均勻磁場(chǎng)的偏磁 體，并且這種感應(yīng)裝置應(yīng)當(dāng)是很容易生產(chǎn)制造的。此外，希望得到一種感 應(yīng)裝置，其中的磁體滿足衛(wèi)生用品領(lǐng)域?qū)τ诋a(chǎn)品安全性的嚴(yán)格要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種感應(yīng)裝置，所述感應(yīng)裝置包括 磁致彈性薄膜和所述磁致彈性薄膜的聚合物載體，所述磁致彈性薄膜安裝 在所述載體中。聚合物載體包括聚合物材料和磁敏感材料的混合物。磁敏 感材料是顆粒狀的。
本發(fā)明還提供一種方法，用于制備本文所述的感應(yīng)裝置，所述方法包 括以下步驟
a. 將聚合物材料與顆粒狀磁敏感材料相混合；
b. 由聚合物材料與磁敏感材料的混合物鑄造聚合物載體；
c. 對(duì)聚合物載體進(jìn)行磁化，從而使其具有總體磁場(chǎng)B;
d. 將磁致彈性薄膜安裝在聚合物載體中，使得磁致彈性薄膜的平面以與 磁場(chǎng)B平行的方向取向。
本發(fā)明還公開了一個(gè)和多個(gè)本文所述的感應(yīng)裝置探測(cè)吸收物品中濕度 或濕氣的用途，所述的吸收物品例如尿布、失禁防護(hù)品、衛(wèi)生巾或護(hù)墊。 本發(fā)明還提供一種吸收物品，例如尿布、失禁防護(hù)品、衛(wèi)生巾或護(hù)墊，其 中所述的吸收物品中包括一個(gè)或多個(gè)本文所述的感應(yīng)裝置。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)裝置的分解圖。
圖2是本發(fā)明的感應(yīng)裝置的分解圖。圖2中的插圖是圖2所示感應(yīng)裝 置的橫截面放大圖。
圖3是包括本發(fā)明的感應(yīng)裝置的吸收物品。圖4是對(duì)應(yīng)于偏磁場(chǎng)的共振頻率和振幅。
圖5是在MER薄膜位置的偏磁體的磁場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)裝置10。其包括安裝在聚合物載體14 中的條形磁致彈性薄膜12。聚合物載體14是囊14，形式的，其內(nèi)部中空， 可以將磁致彈性薄膜12完全包封在其中。囊14，具有蓋18和基部20。將磁 致彈性薄膜12的中心在縱向(x)安裝在基部20的中間，并用粘合劑固定 在該位置，同時(shí)容許磁致彈性薄膜12的端部能夠自由活動(dòng)。永久偏磁體32 安裝在感應(yīng)裝置10的基部20下面，并布置為使得磁場(chǎng)B與磁致彈性薄膜 的平面平行。
如圖2所示，本發(fā)明提供了一種感應(yīng)裝置10。其包括安裝在聚合物載 體14上的條帶形磁致彈性薄膜12。如上文所述，感應(yīng)裝置10可以置于吸 收物品上，并用于檢測(cè)水分的存在。
磁致彈性材料
感應(yīng)裝置10的磁致彈性薄膜12，典型的為條狀，其具有縱軸(x)和橫 軸(y)，并且在縱軸方向的延伸比橫軸方向更大。磁致彈性薄膜也可以是其 它形狀，例如方形。
適于用作磁致彈性傳感器中磁致彈性薄膜12的材料，是具有非零磁致 變形且具有高磁致彈性耦合的材料，例如鐵鎳合金；稀土金屬；鐵氧體， 例如尖晶石型鐵氧體(Fe304、 MnFe204);硅鐵合金；眾多的其它不同合金以 及它們的混合物?？梢允褂萌彳浀拇胖聫椥圆牧?、合金及其混和物，也可 以使用無(wú)定形磁致彈性材料、合金及其混和物。無(wú)定形磁致彈性合金的實(shí) 例是金屬玻璃非晶態(tài)金屬(metglases)，如Fe40Ni38Mo4B18，例如Metglas 2826MB3(Honeywe11 Amorphous Metals, Pittsburg, PA, USA) 、 Metglas 2826MB2 (FeCo)8oB2o、 (CoNi)8。B2(^n(FeNi)8。B2。。磁致彈性材料薄膜的厚度 典型的為約0.01-層Ojim，例如0.01-200,、 5-100,或0.01-100,
術(shù)語(yǔ)"磁致伸縮"指的是材料在外部磁場(chǎng)存在下改變尺寸的現(xiàn)象。尺寸變 化的范圍取決于材料的磁化，當(dāng)然，也取決于材料的性能。磁致伸縮現(xiàn)象是由材料中原子磁矩之間的相互作用造成的。
具有"高磁彈性耦合"的材料，有效的將磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械彈性能，并且反 之亦然。當(dāng)用變化的磁場(chǎng)激發(fā)可將磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械彈性能的材料時(shí)，彈性 波使材料發(fā)生機(jī)械變形，材料的機(jī)械共振頻率與其長(zhǎng)度成反比。如果材料 還是彈性伸縮的，那么當(dāng)材料機(jī)械變形時(shí)就會(huì)產(chǎn)生磁通量。該磁通量向遠(yuǎn) 處延伸并可以通過(guò)拾波線圈檢測(cè)到。
此外，當(dāng)被外部磁場(chǎng)激發(fā)時(shí)，磁致彈性材料就以磁致彈性的方式存儲(chǔ) 磁能。當(dāng)斷開磁場(chǎng)時(shí)，磁致彈性材料就以特定共振頻率進(jìn)行阻尼振動(dòng)，所 述的特定共振頻率表示為磁聲共振頻率。這些振動(dòng)導(dǎo)致了瞬時(shí)改變的磁通 量，這可以由遠(yuǎn)處的拾波線圈檢測(cè)到。如果向磁致彈性材料施加脈沖磁場(chǎng)、 例如脈沖正弦波磁場(chǎng)，那么有可能會(huì)檢測(cè)到磁脈沖之間的特征共振頻率。 共振頻率與磁致彈性材料的長(zhǎng)度成反比。
所用的脈沖頻率可以是，例如約為10-1000 Hz，如約為50- 700Hz。脈 沖的工作循環(huán)可以例如約為1-90%，如約為10-50%。如果磁場(chǎng)是脈沖正弦 波磁場(chǎng)，那么正弦波可以例如約為50-80 kHz。如果用產(chǎn)自Honeywell的 METGLAS⑧材料作為磁致彈性材料，脈沖磁場(chǎng)的磁場(chǎng)幅度可以約為 0.05-0.1 mT。
例如，可以利用勵(lì)磁線圈向磁致彈性薄膜施加磁場(chǎng)。拾波線圈可以用 于采集產(chǎn)生的信號(hào)，即檢測(cè)共振頻率。可以將勵(lì)磁線圈和拾波線圈定位在 手持單元，優(yōu)選使二者處于同一手持單元。在進(jìn)一步的可選方案中，可以 使用同樣的線圈作為勵(lì)磁線圈和拾波線圈，即，其既可以作為勵(lì)磁線圈也 可以作為拾波線圈。將WO 2004/021944全文合并于此作為參考，以便對(duì)磁 致彈性材料、共振頻率檢測(cè)以及激勵(lì)和檢測(cè)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的了解。
磁致彈性薄膜12上涂覆有包括感應(yīng)材料32的層，所述的感應(yīng)材料32 可與分析物相互作用。例如，可以用感應(yīng)聚合物、例如濕度敏感聚合物來(lái) 涂覆磁致彈性薄膜12。在一個(gè)實(shí)施方案中，感應(yīng)材料32是濕度敏感聚合物， 且所述濕度敏感聚合物是基于以下物質(zhì)的線性和親水聚合物或化學(xué)/物理交 聯(lián)可膨脹聚合物凝膠聚乙烯醇、聚乙烯吡咯垸酮、聚氧化乙烯及其共聚 物、聚氨酯、聚酰胺、淀粉及其衍生物、纖維素及其衍生物、多糖、蛋白 質(zhì)、聚丙烯腈、聚乙烯亞胺、丙烯酸酯基聚合物和它們的混合物。用于檢測(cè)水分的感應(yīng)材料32優(yōu)選為基于多元醇的聚合物凝膠，例如基于乙醇的聚 合物凝膠。感應(yīng)材料32的層厚度可以是例如0.005-500|im，如0.005-100pm、 2.5-50|im、 5-50nm、禾n 34^irn。在WO 2004/021944中公開了磁致彈性傳感 器的實(shí)例，其中磁致彈性材料用感應(yīng)材料涂覆。
任選的，磁致彈性薄膜12可以用檢測(cè)分子涂覆，或者可以用非濕度敏 感聚合物涂覆，然后順次涂覆檢測(cè)分子。檢測(cè)分子可以檢測(cè)至少一種目標(biāo) 生物體和/和化學(xué)分析物。
在一種變形方式中，檢測(cè)分子可以用于檢測(cè)下列生物和化學(xué)分析物
酶或酶的序列；抗體；核酸，例如DNA或RNA;蛋白質(zhì)，例如可溶性蛋 白質(zhì)或膜蛋白質(zhì)；肽，例如寡肽或多肽；細(xì)胞器； 一部分天然或合成細(xì)胞 膜或殼體，例如細(xì)菌或哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜、或病毒殼體；完整或部分存活或 無(wú)法存活的細(xì)菌、植物或動(dòng)物細(xì)胞；植物或哺乳動(dòng)物組織或任何其它生物 衍生分子；脂類，碳水化合物；凝集素；和它們的混合物。
在另一種變形方式中，檢測(cè)分子可以用于檢測(cè)下列生物或化學(xué)分析物 病原菌；非病原菌，例如結(jié)腸細(xì)菌；病毒；寄生物；細(xì)菌毒素；真菌；酶; 蛋白質(zhì)；肽；哺乳動(dòng)物血細(xì)胞，例如人類白細(xì)胞或血紅細(xì)胞；激素；哺乳 動(dòng)物包括人類的血液成分，例如血糖；尿及其成分，例如葡萄糖、酮、尿 膽素原、和膽紅素；和它們的混合物。
用檢測(cè)細(xì)胞可以檢測(cè)到的致病或非致病細(xì)菌，選自大腸桿菌、傷寒 沙門氏菌、副傷寒沙門氏菌、腸炎沙門桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、海得爾堡 沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、宋內(nèi)志賀菌、弗累克斯訥氏桿菌、波伊德氏 志賀氏菌、志賀氏痢疾桿菌、霍亂弧菌、結(jié)核絲桿菌、小腸結(jié)腸炎耶爾森 菌、親水氣單胞菌、類氣單胞菌、空腸彎曲桿菌、結(jié)腸彎曲桿菌、脆弱擬 桿菌、敗毒梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、肉毒羧菌、艱難梭菌以及它們的混合物、
在又另一種變形方式中，檢測(cè)細(xì)胞用于檢測(cè)化合物或化學(xué)分析物，例 如健康指標(biāo)或營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)包括例如以下的指標(biāo)新陳代謝效率、 營(yíng)養(yǎng)缺乏、營(yíng)養(yǎng)吸收或吸收障礙、食物或飲水?dāng)z取、食物過(guò)敏(例如花生 過(guò)敏)、食物不耐性(例如乳糖或谷蛋白不耐性)、結(jié)腸細(xì)菌生態(tài)(例如有 益菌如雙歧桿菌和乳酸菌)、和總能量平衡。健康指標(biāo)可以包括化學(xué)分析物 例如重金屬(例如鉛、汞等等)、放射性物質(zhì)(例如銫、鍶、鈾等等)、脂肪、酶、內(nèi)分泌、蛋白質(zhì)物質(zhì)(例如血細(xì)胞圓柱)、粘液、和微生物，如上 文所述，所述微生物可以與各種健康問(wèn)題相關(guān)，所述的健康問(wèn)題例如感染、 腹瀉、腸胃疾病、或中毒。尤其是在某些發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家的古老和/ 或貧困地區(qū)，重金屬都是很嚴(yán)重的健康威脅。例如，通過(guò)在環(huán)境中(例如 鉛涂料、不規(guī)范的重金屬工業(yè)等等)攝取這些重金屬，就會(huì)發(fā)生鉛和汞中 毒，而且可能是致命的。通常，鉛汞和其它重金屬的輕度中毒，會(huì)造成智 力和/或生理發(fā)育遲緩，尤其是對(duì)于長(zhǎng)期中毒的孩子，這種危害十分明顯并 且會(huì)對(duì)個(gè)體造成持續(xù)影響。其它的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)實(shí)例包括鈣、維他命(例如維
生素B1、維生素B3、煙酸、維生素H、葉酸、泛酸、吸收酸、維生素E， 等等)、電解質(zhì)(例如鈉、鉀、氯、重碳酸鹽、等等)、脂肪、脂肪酸(長(zhǎng) 鏈或短鏈)、脂肪酸鹽(例如棕櫚酸鈣)、氨基酸、酶(例如乳糖酶、淀粉 酶、脂肪酶、胰蛋白酶，等等)、膽汁酸及其鹽、類固醇、和碳水化合物。 例如，鈣吸收不良應(yīng)當(dāng)引起重視，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期骨質(zhì)疏松。
合適的檢測(cè)分子可以包括任何生物識(shí)別元素，進(jìn)一步的實(shí)例包括碳 水化合物、抗體或其部分、合成抗體或其部分、酶、外源凝集素、DNA (脫 氧核糖核酸)、RNA (核糖核酸)、細(xì)胞和/或細(xì)胞膜或任何其它對(duì)于指定生 物分析物或化學(xué)分析物具有粘合能力的細(xì)胞。
可以使用任何合適的方法，將檢測(cè)分子施加到磁致彈性層上。例如， 希望可以利用任何一種常用的交聯(lián)劑分子，將檢測(cè)分子直接或間接化學(xué)粘 合到磁致彈性層上，所述的交聯(lián)劑包括但不局限于戊二醛、N-羥基琥珀酰 亞胺、碳化二亞胺。
用在磁致彈性感應(yīng)裝置中的磁致彈性薄膜12，典型的制成連續(xù)帶狀。 磁致彈性薄膜12中的磁致彈性材料涂覆有含感應(yīng)材料32的涂層，在制備 這樣的磁致彈性薄膜12的過(guò)程中，典型的用感應(yīng)材料32涂覆磁致彈性薄 膜帶，隨后將涂覆過(guò)的帶分為若干條，形成不同的傳感器。但是，也可以 先將帶分成條，然后在對(duì)各單獨(dú)的帶涂覆感應(yīng)材料32。
如上文所述，磁致彈性薄膜12在其初態(tài)下、即在接觸水蒸氣或化學(xué)分 析物之前，在特定的共振頻率下振動(dòng)。當(dāng)磁致彈性薄膜12和感應(yīng)材料32 的涂層接觸到水蒸氣或化學(xué)分析物時(shí)，這些物質(zhì)通過(guò)感應(yīng)材料32附著在磁 致彈性薄膜12的表面上。由此，磁致彈性薄膜12的質(zhì)量增加，這就導(dǎo)致共振頻率發(fā)生可檢測(cè)到的改變，而這種改變又會(huì)被拾波線圈檢測(cè)到。 聚合物載體
本發(fā)明的感應(yīng)裝置10包括用于磁致彈性薄膜12的聚合物載體14。磁 致彈性薄膜12被固定在所述載體14的至少一個(gè)位置，使得磁致彈性薄膜 12可以振動(dòng)。像很多振動(dòng)結(jié)構(gòu)那樣，磁致彈性薄膜12具有振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在該 點(diǎn)的位移為0。最普遍的是，振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于磁致彈性薄膜12的中心，因此 對(duì)于磁致彈性薄膜12的最合適支撐位置，只有磁致彈性薄膜12縱軸(x)測(cè) 得的中心。
聚合物載體14包括聚合物材料22與磁敏感材料16的混合物(見圖2 中的插圖)。聚合物材料22可以是任何已知的聚合物材料，只要滿足感應(yīng) 裝置10所需的強(qiáng)度、柔性、耐久性和可塑性要求即可。在與磁敏感材料16 混合并加工之前，聚合物材料22通常是顆?；蝾w粒形態(tài)。聚合物材料22 可以是共聚物或嵌段共聚物，并且可以是合成的或天然的。多胺、聚酰胺、 聚醚、聚烯烴(例如聚乙烯)、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚鹵 代乙烯和聚酯、以及它們的混合物，都適合作為本發(fā)明中所用的聚合物材 料。從便于生產(chǎn)的角度來(lái)看，聚酰胺和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物 是很合適的，并且也是核準(zhǔn)用于衛(wèi)生領(lǐng)域的。
典型的，可以通過(guò)模制技術(shù)形成聚合物載體14，所述的模制技術(shù)例如 注射模制、壓縮模制、轉(zhuǎn)移模制、擠出模制、吹塑、旋轉(zhuǎn)模制(滾塑)、熱 成型、真空成型(熱成型的簡(jiǎn)化變形)、反應(yīng)性注壓法、層壓、可發(fā)珠粒料 模塑和泡沫成型。還可以通過(guò)擠壓工藝來(lái)形成聚合物材料14。
圖2所示的聚合物載體14是囊14，形式的，其內(nèi)部中空并且可以完全 包封磁致彈性薄膜12。囊14'具有蓋18和基部20。磁致彈性薄膜12安裝 在基部20的中央，并且(例如利用粘合劑)固定在該處，使得薄膜12的 各端部能夠自由活動(dòng)。
圖2的囊14，具有卵形橫截面，沿著囊14'的周邊是蓋18與基部20 之間的分界線。但是，囊14'也可以采用其它的幾何形狀，例如圓柱形， 此時(shí)蓋18和基部20之間的分界線處于一端并與對(duì)稱軸的主軸和短軸成一 直線。囊14'的橫截面可以是矩形、方形和任何其它幾何形狀。所有這些形狀都可以通過(guò)上述模制技術(shù)方便的得到。只要囊14'能夠?yàn)榇胖聫椥员?br> 膜12提供充分保護(hù)，并且能夠使其自由振動(dòng)，同時(shí)還能允許其生成均勻磁 場(chǎng)B，那么囊的精密幾何形狀就不是很重要了。
囊14，包括至少一個(gè)開口24，其使得空氣能夠進(jìn)入囊14，中。在圖2 中，這些開口24顯示為蓋18上的眾多小通孔，但是開口24也可以使用其 它方式，例如蓋18和基部20上的花紋和開放區(qū)域，或是將蓋18與基部20 之間界限設(shè)置為不連續(xù)方式。囊14'還可以具有相對(duì)"開放的"結(jié)構(gòu)，其中 開口 24較大。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，囊14'上的至少一個(gè)開口24上覆蓋有透氣 不透液的層26。這就限制液體向囊14'內(nèi)部擴(kuò)散，反之會(huì)造成磁致彈性薄 膜12的破壞或有效性降低，但是該層允許蒸汽進(jìn)出囊。如果希望，整個(gè)囊 14'都可以用透氣不透液的層26來(lái)覆蓋。合適的透氣不透液層26是無(wú)紡 材料、穿孔塑料薄膜以及它們的層壓品。
磁敏感材料
本發(fā)明的聚合物載體14包括聚合物材料22與磁敏感材料16的混合物。 這在圖2的插圖中進(jìn)行了圖示。術(shù)語(yǔ)"磁敏感材料"指的是，當(dāng)被施加磁場(chǎng)時(shí) 變得磁化的材料。材料的磁化率是所述材料響應(yīng)于施加磁場(chǎng)的磁化程度。
磁敏感材料16是顆粒狀的。在本文中，屬術(shù)語(yǔ)"顆粒狀"包括粒料和粉 料形式，并且所述的材料中顆粒的評(píng)價(jià)直徑為l-4pm。磁敏感材料16與聚 合物材料22混合，形成基本上均勻的混合物。
注射模塑的磁體包括分散在聚合物中的磁粉，并且可以通過(guò)注射模塑 形成復(fù)雜的形狀。為了促進(jìn)磁粉與聚合物之間的粘合和混合，通常用某種 途徑對(duì)磁粉進(jìn)行化學(xué)改性，并且可以通過(guò)聚合反應(yīng)將可聚合基團(tuán)合并到聚 合物上。注射模塑磁體的物理性質(zhì)和磁性取決于原材料，但是它們通常具 有較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并且物理性能與塑料相似。美國(guó)專利US4,358，388公開 了一種磁性聚合物膠乳及其制備方法。
磁敏感材料16優(yōu)選對(duì)于殘余磁化(殘磁(remenance))是強(qiáng)磁性的。使用 外部磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致磁敏感材料的磁化，從而產(chǎn)生總體磁場(chǎng)B。當(dāng)外部磁場(chǎng)被 切斷時(shí)，磁敏感材料將會(huì)具有參與的磁化，從而造成囊內(nèi)的磁場(chǎng)B。合適的磁敏感材料選自金屬、金屬合金、鐵氧化物、二氧化鉻以及鐵氧化物 與其它金屬氧化物的混合物。合適的金屬可以是鐵、鐵-硅、鎳或鈷。合適 的金屬合金可以是鐵、鐵-硅、鎳或鈷與鉬、鉻、銅、釩、錳、鍶、鋁和鈦
中至少一種形成的合金。鐵氧化物包括Fe304和Y-Fe203、或它們的混合物。 鐵氧化物例如Fe304和Y-Fe203可以與其它金屬氧化物組合或混合，所述的 金屬氧化物例如氧化鈷、氧化錳、氧化鋅、氧化鋇、和稀土金屬氧化物。 鍶鐵氧體和氧化鉻也是可以使用的磁敏感材料。
可以通過(guò)市場(chǎng)買到混合好的顆粒狀磁敏感材料16與聚合物材料22的 混合物。例如，COMPODICFPA-132是鍶鐵氧體與聚酰胺12的混合物，其 由DIC Europe GmbH. YUXIANG Magnetic Materials Ind. Co., Ltd^f共應(yīng)， Xiangying Magnetic Materials Co., Ltd也供應(yīng)這樣混合好的產(chǎn)品。
合適的是，聚合物載體14中包括50-95重量％、優(yōu)選75-90重量％的 磁敏感材料16。向聚合物載體14中引入磁敏感材料16，會(huì)削弱載體14的 強(qiáng)度使其變脆，因此，為了使聚合物載體14達(dá)到最佳的強(qiáng)度和柔性，應(yīng)當(dāng) 僅僅使囊14，的蓋18或基部20中含有磁敏感材料16。這樣做還能夠節(jié)省 成本。
磁敏感材料16通常為顆粒狀的，其分散在聚合物材料22的顆粒中(見 圖2的插圖)。優(yōu)選的，顆粒的平均粒徑為0.5-3mm，更優(yōu)選為l-2.5mm。
磁場(chǎng)B是由聚合物載體14產(chǎn)生的，從而磁場(chǎng)B的方向定為與磁致彈性 薄膜12的平面平行。為了達(dá)到最高的磁殘余磁化(殘磁)從而使囊內(nèi)部的磁 場(chǎng)最強(qiáng)，向囊的縱軸方向施加了預(yù)定強(qiáng)度的外部磁場(chǎng)。該外部磁場(chǎng)的最小 強(qiáng)度隨著囊的尺寸、幾何形狀以及磁性材料而改變，該最小強(qiáng)度解釋為處 于磁滯閉合回線中的兩個(gè)磁化分枝處。
如果磁致彈性薄膜12是條形的，那么聚合物載體14的磁場(chǎng)B就取向 為與磁致彈性薄膜12的縱軸(x)平行。這使得磁致彈性薄膜12中的振動(dòng)達(dá) 到最大化，并因此使得感應(yīng)裝置io發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最大化。
聚合物載體14中磁場(chǎng)B的強(qiáng)度為0.1-2 mT，優(yōu)選為0.1-0.5 mT。
通過(guò)將磁敏感材料16引入聚合物載體14中這種方式，就不再需要單 獨(dú)的偏磁體32，從而與該偏磁體相關(guān)的一系列問(wèn)題就都得以避免。因此， 本發(fā)明的感應(yīng)裝置10，不含單獨(dú)的偏磁體32;相反的，感應(yīng)裝置10的聚合物載體14自身就充當(dāng)了偏磁體。
本發(fā)明還涉及一種制造本文所述感應(yīng)裝置10的方法，所述方法包括以 下步驟
a. 將聚合物材料22與磁敏感材料16混合；
b. 將聚合物材料22與磁敏感材料16的混合物鑄造成聚合物載體14;
c. 對(duì)聚合物載體14進(jìn)行磁化，從而使之具有總體磁場(chǎng)B;
d. 將磁致彈性薄膜12安裝在聚合物載體14上，使得磁致彈性薄膜12 的平面方向定為與磁場(chǎng)B平行。
為了使感應(yīng)裝置10的共振頻率在制造期間不發(fā)生變化，該方法進(jìn)一步 包括以下步驟在將磁致彈性薄膜12安裝在聚合物載體14上之后對(duì)感應(yīng) 裝置10進(jìn)行校準(zhǔn)。
如上文所述，聚合物載體14可以包括囊14'，其具有蓋18和基部20 以及至少一個(gè)允許空氣通過(guò)的開口 24。在這種情況下，歩驟d.(上文所述) 包括一個(gè)單獨(dú)的步驟，將磁致彈性薄膜12安裝在囊14'的基部20中使磁 致彈性薄膜12的平面與囊14'的磁場(chǎng)B方向平行，以及閉合蓋18使磁致 彈性薄膜12完全包封在囊14'中。
吸收物品
本發(fā)明的感應(yīng)裝置10可進(jìn)行如下定位與吸收物品30的吸收結(jié)構(gòu)34 的吸收材料接觸或空間相關(guān)聯(lián)。例如，本發(fā)明的感應(yīng)裝置包含在吸收物品 30的吸收結(jié)構(gòu)中，所述的吸收物品例如尿布、短褲型尿布、失禁服裝、衛(wèi) 生巾、擦拭用品、毛巾、織物、綿紙、床保護(hù)品、創(chuàng)傷或疼痛包扎品和類 棉球物品、或類似的產(chǎn)品。在一般的應(yīng)用中，吸收物品用于吸收、保存和 隔離身體排泄物或身體滲出物，了；日尿、糞便、血液、經(jīng)血、由創(chuàng)傷和 患處流出的液體物質(zhì)、漂洗液和唾液。當(dāng)本發(fā)明的吸收裝置10中磁致彈性 薄膜12至少部分的被含濕度敏感聚合物或檢測(cè)分子涂覆、且該吸收裝置10 被用在這些吸收物品中時(shí)，其可以很容易的檢測(cè)到濕氣或生物和/或化學(xué)分 析物，S卩，其可以很容易的檢測(cè)到例如排尿或排便這樣的事件。如上文所 述，所述的檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)裝置10的共振頻率變化來(lái)實(shí)施的。借此， 使用者、雙親、護(hù)理者等就可以很容易的監(jiān)測(cè)到吸收結(jié)構(gòu)、進(jìn)而是吸收物品30的狀態(tài)。
例如，本發(fā)明的感應(yīng)裝置IO可以代替WO 2004/021944中公開的感應(yīng) 裝置，從而將其用在WO 2004/021944中公開的吸收物品和吸收結(jié)構(gòu)中。因 此，根據(jù)WO 2004/021944中感應(yīng)裝置的位置，也可以將本發(fā)明的感應(yīng)裝置 定位在吸收結(jié)構(gòu)的不同位置，并且吸收物品也可以包括多于一個(gè)的感應(yīng)裝 置10。例如，吸收物品中可以包括1-10個(gè)本發(fā)明的感應(yīng)裝置10。
圖3中示出了包括本發(fā)明感應(yīng)裝置10的吸收物品30的非限定性實(shí)例。
實(shí)施例 偏磁體
在基于磁致彈性共振的傳感器中，磁致彈性薄膜(MER薄膜)與偏磁體 安裝在一起。由MER薄膜生成的磁信號(hào)振幅以及MER薄膜的共振頻率取 決于偏磁場(chǎng)的強(qiáng)度，見圖1所示。從中可以看出，當(dāng)膜的振幅最大處達(dá)到 最佳的偏磁。在接近最佳偏磁場(chǎng)處共振頻率達(dá)到最小。對(duì)于某些磁致彈性 合金來(lái)說(shuō)，振幅最大和頻率最小是一致的，但是對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)材料2826MB3， 這兩種現(xiàn)象是獨(dú)立的。人們希望在接近最小頻率處操作，這是由于共振頻 率對(duì)于偏磁場(chǎng)中的微小改變不太敏感。改變可能是由以下因素引起的例 如偏磁性能擴(kuò)展、引入的MER薄膜位置處的改變或地磁場(chǎng)中傳感器的不同 取向。
圖4是共振頻率和振幅相對(duì)于的圖示。由Metglas 2826MB3制得的標(biāo) 準(zhǔn)MER薄膜尺寸為30 mm x 10 mm x 25(im。
圖4所示的測(cè)量，是在Helmholtz線圈生成的均勻磁場(chǎng)中進(jìn)行的。均勻 偏磁場(chǎng)很難實(shí)現(xiàn)真正的傳感器囊。通常，磁致彈性薄膜的位置接近并平行 于薄偏磁體，且所述偏磁體的形狀和尺寸于薄膜類似。由這樣的偏磁體形 成的磁場(chǎng)示于圖5中。圖5示出了在MER薄膜位置處的偏磁體形成的磁場(chǎng) (只是使元件與膜的長(zhǎng)度方向平行)磁體的尺寸為35mmx8mm，且長(zhǎng)軸 邊切割成45度角。為了與典型的MER薄膜進(jìn)行比較，插入了 30mm長(zhǎng)的 線。己經(jīng)將偏磁體的邊切割呈角度，以減少文獻(xiàn)記載中的邊緣非均勻性， 但是磁場(chǎng)仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到均勻?？梢钥吹?，磁場(chǎng)在膜的中心位置頗為均勻， 但是在邊緣處迅速向0下降。這對(duì)于偏磁體與MER膜長(zhǎng)度相同的情況是非常典型的。非均勻的磁場(chǎng)導(dǎo)致膜在邊緣處無(wú)法達(dá)到最佳偏置，有效偏置變
得對(duì)MER膜在囊中的精確位置愈加敏感。
圖5示出了在MER薄膜位置處的偏磁體形成的磁場(chǎng)(只是使元件與膜 的長(zhǎng)度方向平行)磁體的尺寸為35mmx8mm，且長(zhǎng)軸邊切割成45度角。 為了與典型的MER薄膜進(jìn)行比較，插入了30mm長(zhǎng)的線。
如果將MER薄膜安裝在本發(fā)明的載體14中，就可以在MER薄膜處得 到更加均勻的偏磁場(chǎng)。這樣就可以很容易的控制MER薄膜的偏磁場(chǎng)，并減 小由MER薄膜在囊中未校準(zhǔn)造成的偏磁場(chǎng)擴(kuò)展。更長(zhǎng)的偏磁體的其它優(yōu)點(diǎn) 在于，更長(zhǎng)的偏磁體以及由此得到的更均勻的磁場(chǎng)，使得MER薄膜與偏磁 體之間的引力更小。
MER薄膜被偏磁體的磁場(chǎng)磁化。由于偏磁場(chǎng)的非均勻性，造成磁化的 MER薄膜在磁極附近會(huì)經(jīng)受磁引力。MER薄膜將會(huì)彎曲或壓在薄膜下的材 料上。這會(huì)抑制薄膜振動(dòng)和/或引起其與膜下材料的額外摩擦。這會(huì)減小 MER薄膜生成信號(hào)的振幅。長(zhǎng)偏磁體(與膜相比)的磁極移到了遠(yuǎn)離薄膜 的位置，因此薄膜所受的朝向偏磁體的吸引力就較小。
本發(fā)明不受本文所述實(shí)施方式和附圖的限制，但是，本發(fā)明的范圍和 限制將通過(guò)所附的權(quán)利要求得以確定。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)裝置(10)，其包括磁致彈性薄膜(12)和用于所述磁致彈性薄膜(12)的聚合物載體(14)，所述磁致彈性薄膜(12)安裝在所述載體(14)中，其特征在于聚合物載體(14)包括聚合物材料(22)和磁敏感材料(16)的混合物，所述磁敏感材料(16)是顆粒狀的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中聚合物載體(14)具有磁場(chǎng) (B)，所述磁場(chǎng)(B)以平行于磁致彈性薄膜(12)的平面的方向取向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1到2中任一所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中磁致彈性薄 膜(12)是條形的，其具有縱軸(x)和橫軸(y)，并且在縱軸方向的延伸比橫軸 方向更大，且聚合物載體(14)的磁場(chǎng)(B)以平行于磁致彈性薄膜(12)的縱軸(x)方向取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一所述的感應(yīng)裝置，其中磁致彈性薄膜(12) 僅在縱向(x)測(cè)得的磁致彈性薄膜(12)中心處固定安裝在聚合物載體(14)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中聚合物載體(14) 包括50-95重量、優(yōu)選75-90重量％的磁敏感材料(16)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中聚合物材料 選自多胺、聚酰胺、聚醚、聚烯烴(例如聚乙烯)、聚丙烯酸酯、聚丙烯 酰胺、聚苯乙烯、聚鹵代乙烯、聚酯和它們的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中聚合物載體(14) 是囊(14')形式的，所述的囊(14')完全包封磁致彈性薄膜(12)，所述囊(14')具 有蓋(18)和基部(20)以及至少一個(gè)開口(24)，所述開口(24容許空氣流入囊 (14')中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的感應(yīng)裝置(10)，其中只有囊(14')的蓋(18)和基 部(20)包括磁敏感材料(16)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7到8中任一所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中囊(14')中的至 少一個(gè)開口 (24)被透氣不透液的層(26)覆蓋。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一所述的感應(yīng)裝置(IO)，其中聚合物載體 (14)中的磁場(chǎng)(B)的強(qiáng)度為0.1-2 mT，優(yōu)選為0.1-0.5mT。
11. 一種制造根據(jù)上述權(quán)利要求l-10任一所述感應(yīng)裝置(10)的方法，所 述方法包括以下步驟1將聚合物材料(22)與顆粒狀磁敏感材料(16)混合；b. 由聚合物材料(22)與磁敏感材料(16)的混合物鑄造聚合物載體(14);c. 對(duì)聚合物載體(14)進(jìn)行磁化，從而使之具有總體磁場(chǎng)(B);d. 將磁致彈性薄膜(12)安裝在聚合物載體(14)上，使得磁致彈性薄膜(12) 的平面以平行于磁場(chǎng)(B)的方向取向。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，在將磁致彈性薄膜(12)安裝在聚合物 載體(14)上之后，其進(jìn)一歩包括以下步驟e. 校準(zhǔn)感應(yīng)裝置(IO)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中聚合物載體(14)包括囊 (14')，所述的囊(14')具有蓋(18)和基部(20)以及至少一個(gè)容許空氣通過(guò)的開 口(24)，其中步驟d.包括以下單獨(dú)的步驟將磁致彈性薄膜(12)安裝在囊(14') 的基部(20)中，使磁致彈性薄膜(12)的平面以平行于囊(14')的磁場(chǎng)(B)的方向 取向，以及閉合蓋(18)使磁致彈性薄膜(12)完全包封在囊(14')中。
14. 一個(gè)或多個(gè)根據(jù)上述權(quán)利要求1-10任一所述的感應(yīng)裝置(10)用于 檢測(cè)吸收物品中濕度或水分的用途，所述的吸收物品例如為尿布、失禁保 護(hù)品、衛(wèi)生巾或護(hù)墊。
15. —種吸收物品，例如尿布、失禁保護(hù)品、衛(wèi)生巾或護(hù)墊，其中包括 一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的感應(yīng)裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種感應(yīng)裝置，包括磁致彈性薄膜和所述磁致彈性薄膜的聚合物載體，所述磁致彈性薄膜安裝在所述載體中。聚合物載體包括聚合物材料與磁敏感材料的混合物，所述磁敏感材料是顆粒狀的。本發(fā)明還涉及制造所述感應(yīng)裝置的方法、所述感應(yīng)裝置在吸收物品中的應(yīng)用以及含所述感應(yīng)裝置的吸收物品。
文檔編號(hào)A61F13/42GK101563053SQ200680056703
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者S·內(nèi)德斯塔姆 申請(qǐng)人:Sca衛(wèi)生用品公司