專利名稱：微型壓力傳感器的制作方法
微型壓力傳感器本發(fā)明涉及一種微型壓力傳感器。本發(fā)明對(duì)于測量在導(dǎo)管中輸送的流體的壓力特別有用，對(duì)于測量導(dǎo)管中壓力的空間分布、軸向分布或者周向分布尤其有用。對(duì)于在導(dǎo)管中輸送的流體的壓力的相對(duì)或絕對(duì)的測量，尤其是壓力的空間分布或時(shí)間分布的測量，允許確定與流體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的許多參數(shù)，以及可以確定在導(dǎo)管中輸送的流體的固有特性，例如流體的粘度或它的瞬時(shí)流量。當(dāng)被輸送的流體是人類或動(dòng)物的體液(例如血液或尿液)時(shí)，了解這樣的參數(shù)尤為有用。例如，當(dāng)用血管搭橋術(shù)使在儀表化導(dǎo)管中的流體進(jìn)行體外循環(huán)時(shí)，測量流體的壓力或該壓力的空間分布允許在不進(jìn)行流體采樣的情況下收集關(guān)于該流體的特性和循環(huán)狀態(tài)的信息。根據(jù)另一個(gè)應(yīng)用例子，特別有利的是，壓力和壓力空間或時(shí)間分布的測量可以在體內(nèi)導(dǎo)管例如血管上實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)中已知的非侵入性壓力測量裝置由檢測對(duì)象組成，通過測定計(jì)測量檢測對(duì)象的形變，其被稱作應(yīng)力，檢測對(duì)象應(yīng)與導(dǎo)管機(jī)械地耦合以便導(dǎo)管在導(dǎo)管輸送的流體的壓力作用下的形變傳遞給檢測對(duì)象。國際專利申請(qǐng)W02006122750描述了這樣的壓力傳感器，壓力傳感器適于被植入體內(nèi)導(dǎo)管，例如血管。獲得導(dǎo)管和傳感器的檢測對(duì)象之間的機(jī)械耦合的需要會(huì)局部地改變導(dǎo)管的機(jī)械響應(yīng)，甚至改變導(dǎo)管的形狀，并且可能對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)造成影響。因此，這樣的傳感器不能在短距離上測量壓力的周向或軸向分布。為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種測量在導(dǎo)管中輸送的流體的壓力的裝置，其特征在于，包括:a.第一電極； b.第二電 極；c.與上述兩個(gè)電極接觸的導(dǎo)電或半導(dǎo)電納米粒子集合體；d.測量裝置，其提供與納米粒子集合體的電特性成比例的信息，電特性是在第一和第二電極之間測量的，所述電特性對(duì)集合體的納米粒子之間的距離靈敏；e.納米粒子集合體與柔性襯底機(jī)械接合，并且與被輸送的流體機(jī)械接觸，從而使所述集合體的納米粒子之間的距離按照述流體壓力的變化而改變。因此，納米粒子的使用允許實(shí)現(xiàn)靈敏度高同時(shí)體積小的傳感器，這樣的傳感器適用于許多測量情形。實(shí)際上，納米粒子集合體被布置于柔性襯底上并適合被用作為檢測對(duì)象，可以直接測量施加于其上的力不受與放置裝置的支撐物的剛性的影響，或者納米粒子集合體可以被添加在檢測對(duì)象上以測量檢測對(duì)象的形變，這兩種實(shí)施例可以結(jié)合起來。從下面描述的有利的實(shí)施例將給出使用納米粒子的其它優(yōu)點(diǎn)，這些實(shí)施例可以單獨(dú)考慮，或者以技術(shù)上可行的任意組合來考慮。本文中，動(dòng)詞“連接”和術(shù)語“接觸”表示兩個(gè)元件之間功能上的聯(lián)系，尤其是術(shù)語“機(jī)械接觸”表示兩個(gè)元件之間的力的傳遞，這種傳遞要么是直接的，要么力的傳遞還通過其它元件。有利的是，本發(fā)明的目標(biāo)裝置包括用于將柔性襯底機(jī)械地連接到輸送流體的導(dǎo)管的壁上的部件，柔性襯底上布置有納米粒子集合體。本實(shí)施例對(duì)于可能以臨時(shí)方式將本發(fā)明的目標(biāo)裝置添加到導(dǎo)管(例如體內(nèi)導(dǎo)管)上的情況尤其有利。有利的是，柔性襯底適于被連接到導(dǎo)管，以使納米粒子集合體處在所述柔性襯底和導(dǎo)管的壁之間的界面處。這種結(jié)構(gòu)尤其允許將納米粒子集合體作為壓力傳感器檢測對(duì)象，柔性襯底對(duì)于流體的流動(dòng)狀態(tài)只有很小的影響。根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)裝置的實(shí)施例，在柔性襯底和導(dǎo)管之間機(jī)械連接的部件包括環(huán)，可以通過接合部打開環(huán)以將導(dǎo)管插入到環(huán)中，在柔性襯底上形成環(huán)的接合部。該實(shí)施例使得能夠提出夾接形式的測量裝置，夾的分支為易于操作的剛性結(jié)構(gòu)，由于接合部的柔韌性，分支的剛性不影響導(dǎo)管的響應(yīng)，這允許可以對(duì)在導(dǎo)管中輸送的流體的壓力變化，尤其是時(shí)間上的變化進(jìn)行精細(xì)測量。有利的是，納米粒子由金構(gòu)成，柔性襯底由生物可吸收材料構(gòu)成。因此，本發(fā)明的目標(biāo)裝置可以布置在體內(nèi)導(dǎo)管上，并且會(huì)自然消除。根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)裝置的特定實(shí)施例，納米粒子集合體的測得的電特性是集合體的電容。因此，對(duì)電特性變化的測量，由此對(duì)導(dǎo)管輸送的流體的壓力的測量可以尤其通過諧振電路以非接觸和遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)，而無需通過線連接將裝置連接到電路。本實(shí)施例對(duì)于在將本發(fā)明的目標(biāo)裝置用于在體內(nèi)導(dǎo)管中輸送的流體的壓力的測量時(shí)尤其有利。本發(fā)明還涉及一種用于輸送流體的儀表化導(dǎo)管，其包括根據(jù)上述任何一個(gè)實(shí)施例的裝置。根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)導(dǎo)管的實(shí)施例，測量裝置被連接到導(dǎo)管的壁上，所述導(dǎo)管構(gòu)成檢測對(duì)象。該實(shí)施例尤其適于測量在體外回路中循環(huán)的流體的壓力。儀表化導(dǎo)管可以被容易地放入回路中。根據(jù)與前面實(shí)施例相符合的另一實(shí)施例，壓力測量裝置被連接到導(dǎo)管的內(nèi)壁與被輸送的流體接觸。這種實(shí)施例對(duì)于將壓力測量裝置的納米粒子集合體直接被用作檢測對(duì)象的情況尤其有利。在這種情況下，儀表化導(dǎo)管可以提供關(guān)于流動(dòng)中壓力分布的相當(dāng)精確的信息，并且能推斷出在流體流動(dòng)狀態(tài)`下關(guān)于流體特性的信息。將在本發(fā)明的優(yōu)選但絕非限定性的實(shí)施例框架下和附

圖1至6中更確切地描述本發(fā)明，在附圖中:-圖1表示構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)裝置的一個(gè)實(shí)施例的一部分的基本傳感器的俯視透視圖；-圖2的截面圖示出根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)裝置的一個(gè)實(shí)施例的基本傳感器的工作原理，基本傳感器對(duì)大致平行于納米粒子層堆積方向的外力靈敏，圖2A中基本傳感器不受外力作用，圖2B的情況下基本傳感器受到機(jī)械外力作用；-圖3的端部截面圖示出在導(dǎo)管上應(yīng)用本發(fā)明的目標(biāo)裝置的兩個(gè)變型，圖3A中裝置在導(dǎo)管內(nèi)壁上，圖3B中裝置在導(dǎo)管外壁上；-圖4的俯視透視圖示出被稱為連續(xù)型的基本傳感器的運(yùn)轉(zhuǎn)；-圖5是使用圖4所示的連續(xù)型基本傳感器的端部截面的示例示圖，為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置，在圖5A中連續(xù)型基本傳感器安裝在導(dǎo)管的內(nèi)部，在圖5B中安裝在導(dǎo)管的外部；-圖6按照端部截面圖表示使用帶有接合部區(qū)域的環(huán)的本發(fā)明的目標(biāo)裝置的實(shí)施例；以及
-圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儀表化導(dǎo)管的實(shí)施例的端部透視圖。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在圖1中本發(fā)明的目標(biāo)測量裝置包括基本傳感器(100)，基本傳感器(100)包括第一電極(101)和第二電極(102)，以及通過電絕緣的配位體(未標(biāo)出)結(jié)合的導(dǎo)電或半導(dǎo)電納米粒子集合體(110)。根據(jù)該實(shí)施例，所述集合體包括沿堆積方向(Z)堆積的至少兩層納米粒子(110)。兩個(gè)電極(101，102)與納米粒子集合體電接觸。測量部件(120)可以測量納米粒子集合體的電特性，例如它的電阻。兩個(gè)電極和納米粒子集合體組成的整體被布置于襯底(130)上，并且有利的是被絕緣薄膜(未標(biāo)出)覆蓋。對(duì)于相同的形變，這種基本傳感器至少有傳統(tǒng)的稱為惠斯登的橋接壓阻式應(yīng)變計(jì)100倍靈敏。納米粒子(110)的大小可介于2.10_9米或幾納米之間，并且可能達(dá)到50微米，以使基本傳感器的厚度相當(dāng)小，根據(jù)納米粒子的大小和堆積層的數(shù)量，傳感器厚度至多為0.2毫米的程度，但可減小到0.02微米(10_6米)。圖2A是無外力時(shí)的截面圖，基本傳感器的集合體的納米粒子按密集的堆排列。在圖2B中，當(dāng)機(jī)械外力(200)作用于納米粒子集合體時(shí)，集合體的所有或部分納米粒子(110)之間的距離被改變，這改變了所述集合體的電特性。因此測量對(duì)距離靈敏的電特性可以確定機(jī)械外力的強(qiáng)度。機(jī)械外力可以是施加于本發(fā)明的目標(biāo)裝置的力，壓力或形變，其可以直接給目標(biāo)裝置，也可以通過檢測對(duì)象施加。襯底(130)被稱為柔性的，這是因?yàn)楫?dāng)集合體直接受外力作用時(shí)襯底并不阻止納米粒子之間距離的改變。在圖3中，根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)裝置的實(shí)施例，目標(biāo)裝置包括一個(gè)或多個(gè)基本傳感器(100)，每個(gè)基本傳感器包括納米粒子集合體，基本傳感器分布在導(dǎo)管(300)的周緣上，導(dǎo)管內(nèi)部輸送流體。每一個(gè)基本傳感器根據(jù)圖2所示的原理工作，也就是說，基本傳感器對(duì)與集合體的納米粒子的堆積方向大致平行的施加的機(jī)械外力靈敏。在圖3A中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，基本傳感器(100)被布置于導(dǎo)管(300)的內(nèi)部，與被輸送的流體接觸。因此，每一個(gè)傳感器直接測量施加在自身所處位置處的壓力?；緜鞲衅?100)厚度很小，其存在不 妨礙流體的流動(dòng)。在圖3B中，根據(jù)另一實(shí)施例，基本傳感器(100)被布置于導(dǎo)管(300)的外部，在所述導(dǎo)管的壁和襯底(130)之間，襯底的形狀與導(dǎo)管的形狀大致相似。基本傳感器的高靈敏度允許使用剛性基本上與壁的剛性相等的襯底(130)，并且襯底的存在不會(huì)顯著地改變導(dǎo)管中流體的流動(dòng)狀態(tài)。柔性襯底(130)還允許將基本傳感器連接到導(dǎo)管(300)的壁上，傳感器被布置在導(dǎo)管的內(nèi)部或外部。根據(jù)第一實(shí)施例，柔性襯底本質(zhì)上是彈性的，與導(dǎo)管(300)的連接通過夾接方式實(shí)現(xiàn)，通過襯底的膨脹使襯底與導(dǎo)管(300)的外部相連，或者收縮以使襯底與導(dǎo)管(300)的內(nèi)部相連。此外，柔性襯底表現(xiàn)出足夠小的剛性以便纏繞在導(dǎo)管周圍。在后一種情況中，粘貼可實(shí)現(xiàn)完好的連接。在圖4中，根據(jù)基本傳感器的另一實(shí)施例，所述連續(xù)型基本傳感器(400)包括布置于襯底(130)上的與納米粒子集合體接觸的多個(gè)第一電極(401)和第二電極(402)。當(dāng)納米粒子集合體受到外力系統(tǒng)(410，410’)的外力時(shí)，測量納米粒子集合體的電特性的變化，并根據(jù)這兩組之間可能的不同電極(401，402)組合執(zhí)行一系列使電極兩兩關(guān)聯(lián)的測量，能夠確定電特性關(guān)于集合體整個(gè)表面的變化曲線(451，452)，隨后，根據(jù)電特性的變化，推斷出關(guān)于外力系統(tǒng)(410，410’)的信息。
在圖5中，連續(xù)型基本傳感器(400)可以設(shè)置在導(dǎo)管(300)的內(nèi)部，如圖5A所示，或者在導(dǎo)管的外部，如圖5B所示，以獲得被輸送的流體的壓力圖。在圖5A中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，連續(xù)型基本傳感器(400)被直接布置在導(dǎo)管內(nèi)壁上，所述導(dǎo)管由柔性材料構(gòu)成，起襯底的作用。可以通過毛細(xì)管對(duì)流沉積技術(shù)或緩沖軟光刻技術(shù)(des techniques delithographie douce par tampoonage)實(shí)現(xiàn)這樣的布置。根據(jù)實(shí)施例,可以在適于形成導(dǎo)管的圓坯件上平放實(shí)現(xiàn)這樣的布置，所述圓坯件隨后被卷起來并被接合以實(shí)現(xiàn)所述導(dǎo)管。另外，傳感器可以通過軟光刻或毛細(xì)管對(duì)流沉積布置在已經(jīng)卷起的導(dǎo)管壁上，其被卷起是為了使導(dǎo)管的內(nèi)壁暴露在外面。在圖5B中，根據(jù)另一實(shí)施例，連續(xù)型基本傳感器(400)被布置在與導(dǎo)管形狀相似的襯底(130)上，然后被布置成與導(dǎo)管(300)的外壁接觸。該實(shí)施例對(duì)于將傳感器布置在不能打開的導(dǎo)管(例如，諸如血管的體內(nèi)導(dǎo)管)上尤其有用。這樣的傳感器也可以通過夾接布置在體內(nèi)導(dǎo)管上，對(duì)導(dǎo)管無創(chuàng)傷。連續(xù)型基本傳感器(400)的高靈敏度允許使用柔軟和薄的襯底(130)，這種襯底不妨礙流動(dòng)，并且可以留在體內(nèi)而不會(huì)引起不適。對(duì)于這樣的體內(nèi)應(yīng)用，有利的是襯底可以由生物可吸收材料組成，例如，乳酸聚合物或其它生物可吸收聚合物。納米粒子有利地由金構(gòu)成，并以容易由有機(jī)體清除的膠態(tài)的形式布置。這種類型的納米粒子，加上無毒的配位體和生物可吸收的襯底，傳感器(100，400)的整體在達(dá)到規(guī)定時(shí)間后很容易被有機(jī)體清除。這樣的傳感器也可以被布置在體內(nèi)導(dǎo)管上來實(shí)現(xiàn)確定時(shí)間段內(nèi)的測量，測量時(shí)不會(huì)引起患者不適，并且傳感器可以自然地消除而無需手術(shù)取出。在圖6中，根 據(jù)一種實(shí)施方式的變型，本發(fā)明的目標(biāo)裝置包括檢測對(duì)象(630)，檢測對(duì)象(630)適于以夾接方式布置在導(dǎo)管(300)上。這種檢測對(duì)象(630)包括可形變的接合部區(qū)域(631)，它被用作包括納米粒子集合體的基本傳感器(600)的襯底。檢測對(duì)象實(shí)際上是接合部，即特別柔軟的區(qū)域，基本傳感器(600)測量該區(qū)域的形變。對(duì)于這種類型的應(yīng)用，需要單層納米粒子，傳感器(600)因此可以非常薄。接合部區(qū)域(631)外的傳感器的剛性能夠使操作容易，例如，對(duì)導(dǎo)管(尤其是體內(nèi)導(dǎo)管)的多個(gè)點(diǎn)連續(xù)地進(jìn)行測量。置于接合部(631)上的基本傳感器在操作中被保護(hù)而不會(huì)劣化。在圖2到圖6中，為了便于表示，沒有示出基本傳感器與測量部件(120)之間的線連接。這些連接至少部分地可以通過光刻技術(shù)或尤其使用導(dǎo)電性油墨的微米或納米印刷技術(shù)將連接置于襯底上而在襯底上實(shí)現(xiàn)。根據(jù)特定實(shí)施例，所測量的納米粒子集合體的電特性是該集合體的電容。每對(duì)被電絕緣的配位體分隔開的導(dǎo)電納米粒子構(gòu)成一個(gè)納米電容器，納米電容器的電容尤其是所述納米粒子之間距離的函數(shù)。電極(101，102)之間電容的變化通過集合體的納米粒子之間的所有電容的串聯(lián)/并聯(lián)確定。這種配置提供了通過現(xiàn)有技術(shù)中熟知的射頻領(lǐng)域的協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程讀取測量的可能性。因此，與傳感器的任何有線連接不是必需的，這對(duì)于所述傳感器在體內(nèi)應(yīng)用的情況尤其有利，利用這個(gè)特點(diǎn)，并結(jié)合裝置的生物可吸收的能力，就可以在體內(nèi)導(dǎo)管上植入與本發(fā)明實(shí)施例相符的一個(gè)或多個(gè)裝置，以便在不引起患者不適情況下實(shí)現(xiàn)測量以及在給定時(shí)段內(nèi)對(duì)測量的監(jiān)測。在圖7中，本發(fā)明還涉及一種其上裝配有多個(gè)基本傳感器的儀表化導(dǎo)管(700)。這些基本傳感器可以安裝在導(dǎo)管(710)的內(nèi)壁上或?qū)Ч艿耐獗谏稀；緜鞲衅?710，720，730)可以是上面所述的本發(fā)明的目標(biāo)測量裝置的實(shí)施例中的任何一種。以舉例說明而非限制性的方式，所述儀表化導(dǎo)管(700)可以在其內(nèi)側(cè)包括對(duì)壓力靈敏的一個(gè)或多個(gè)直接基本傳感器(710)。其可以在外壁上包括對(duì)導(dǎo)管的縱向形變靈敏的一個(gè)或多個(gè)一個(gè)或多個(gè)基本傳感器(730)，以及對(duì)儀表化導(dǎo)管(700)的徑向或周向形變靈敏的一個(gè)或多個(gè)基本傳感器。根據(jù)所述實(shí)施例，基本傳感器(710，720，730)適合導(dǎo)管的特點(diǎn)并被結(jié)合以便提供關(guān)于流體流動(dòng)狀態(tài)或流體特性的精確的篩選過的信息。因此，儀表化導(dǎo)管可以插入回路中來提供信息。儀表化導(dǎo)管(700)有利地由生物可吸收材料構(gòu)成，它與包含納米粒子和合適配位體的基本傳感器(710，720，730)相結(jié)合，可以將儀表化導(dǎo)管插入到體內(nèi)的循環(huán)回路中，而且其會(huì)被自然清除。上面的描述清楚地表明，通過它們的不同特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。特別地，它可以測量導(dǎo)管上尤其是體內(nèi)流體循環(huán)導(dǎo)管上的壓力的空間分布和時(shí)間分布。本發(fā)明的目標(biāo)傳感器不需要在導(dǎo)管上鉆孔來測量導(dǎo)管的內(nèi)部壓力，從而避免了任何在壓力測量時(shí)連續(xù)輸送的流 體滲出的風(fēng)險(xiǎn) 。
權(quán)利要求
1.一種用于測量在導(dǎo)管(300,700)中輸送的流體的壓力的裝置(100，600，710，720，730)，包括: a.第一電極(101)； b.第二電極(102)； c.與所述兩個(gè)電極接觸的導(dǎo)電或半導(dǎo)電納米粒子(110)集合體； d.測量裝置(120)，其提供與所述納米粒子集合體的電特性成比例的信息，所述電特性是在所述第一電極(101)和所述第二電極(102)之間測量的，所述電特性對(duì)集合體的納米粒子(110)之間的距離靈敏； e.其特征在于，所述納米粒子(110)集合體與柔性襯底(130)機(jī)械接合，并且與在所述導(dǎo)管中輸送的流體機(jī)械接觸，從而使所述集合體的納米粒子之間的距離按照流體壓力的變化而改變。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，包括用于將所述柔性襯底(130)機(jī)械地連接到輸送流體的所述導(dǎo)管(300 )的壁上的部件(630 )，所述柔性襯底(130)上布置有所述納米粒子集合體。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述柔性襯底(130)適于被連接在所述導(dǎo)管(300)上，使得所述納米粒子集合體處在所述柔性襯底(130)和所述導(dǎo)管(300)的壁之間的界面處。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述柔性襯底和所述導(dǎo)管之間機(jī)械連接的所述部件包括環(huán)(630)，通過接合部(631)打開所述環(huán)以將所述導(dǎo)管(300)插入所述環(huán)中，所述柔性襯底(130)形成所述環(huán)的接合部的一部分。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述納米粒子(110)由金構(gòu)成，所述柔性襯底(130)由生物可吸收材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電特性是所述納米粒子集合體的電容。
7.一種用于輸送流體的儀表化導(dǎo)管(700)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的測量裝置
8.如權(quán)利要求8所述的導(dǎo)管，其特征在于，所述測量裝置(710，720，730)與所述導(dǎo)管的壁連接，所述導(dǎo)管形成檢測對(duì)象。
9.如權(quán)利要求8所述的導(dǎo)管，其特征在于，所述裝置(710)連接至所述導(dǎo)管的內(nèi)壁與被輸送的流體接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量在導(dǎo)管(300)中輸送的流體的壓力的裝置(100)，包括a.第一電極；b.第二電極；c.與上述兩個(gè)電極接觸的導(dǎo)電或半導(dǎo)電納米粒子集合體;d.測量裝置，其提供與納米粒子集合體的電特性成比例的信息，電特性在第一和第二電極之間測量，所述電特性對(duì)集合體的納米粒子之間的距離靈敏；e.納米粒子集合體與柔性襯底(130)機(jī)械接合，并且與在導(dǎo)管中輸送的流體機(jī)械接觸，從而使所述集合體的納米粒子之間的距離按照流體壓力的變化而改變。
文檔編號(hào)A61B5/0215GK103229034SQ201180056809
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者埃里克·穆謝爾拉福瑟, 利昂內(nèi)爾·松容 申請(qǐng)人:納米制造概念公司