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电子与信息学报 2018年第11期40卷 2787-2794页

作者：王军波何超超陈德勇陈健魏秋旭中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

连续监测眼压对于辅助诊断与治疗青光眼疾病具有重要作用,现有的眼压传感器存在相对灵敏度较低、中心谐振频率较高、制作工艺难度大等问题。为了解决上述问题,该文提出一种基于MEMS的非侵入式无线无源型眼压传感器。该传感器为5层堆叠结... 详细信息

连续监测眼压对于辅助诊断与治疗青光眼疾病具有重要作用,现有的眼压传感器存在相对灵敏度较低、中心谐振频率较高、制作工艺难度大等问题。为了解决上述问题,该文提出一种基于MEMS的非侵入式无线无源型眼压传感器。该传感器为5层堆叠结构,采用Parylene作为柔性衬底层、铜作为电极层、PDMS作为介电层,其中电极层和介电层构成两个电感和两个电容,形成C-L-C-L串联谐振电路。通过MEMS平面工艺和热塑形方法制作成能够与眼球紧密贴合的曲面形状,这种设计方案能有效地解决传感器的制作工艺难度大等问题。实验结果表明:该眼压传感器的中心谐振频率降低到了40 MHz,相对灵敏度达到1028.57 ppm/kPa,能够分辨出最小50 Pa(0.375 mmHg)的眼压值变化,为实现长期、连续性地监测眼压提供了技术支持。

关键词： MEMS 眼压传感器无线无源 Parylene 聚二甲基硅氧烷

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用于青光眼治疗的眼压传感器与微引流技术研究

用于青光眼治疗的眼压传感器与微引流技术研究

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作者：姚嘉林南昌航空大学

学位级别：硕士

青光眼是由于眼内房水过多导致眼压持续或间断升高,超过眼球耐受的程度而损害视神经的疾病。青光眼的现有治疗方法无法达到很好的效果或者有很大的副作用。因此,长时间、实时、准确地监测眼压对于青光眼患者的诊断及治疗具有重要的意义... 详细信息

青光眼是由于眼内房水过多导致眼压持续或间断升高,超过眼球耐受的程度而损害视神经的疾病。青光眼的现有治疗方法无法达到很好的效果或者有很大的副作用。因此,长时间、实时、准确地监测眼压对于青光眼患者的诊断及治疗具有重要的意义。而目前的常用的眼压测量和监测技术存在尺寸、测量精度、功耗和智能化等方面难以满足青光眼患者的诊断和监测需求。为此,本课题面向青光眼疾病治疗的需求,提出一种可植入式智能眼压监测及微引流系统。根据患者视神经及视野损害的程度设定目标眼压,当眼压超过设定值后,通过体内微电子系统自动调控微泵系统的开关,进行有针对性的给药或引流房水对于青光眼患者的个性化和精准治疗具有非常重要的意义。本文的主要工作和结论如下:首先,本文针对青光眼治疗的需求,概述整个用于青光眼治疗的眼压监测与微引流系统的结构及功能。植入系统可分为眼压传感器、导流管、处理电路、无线通信和供电模块等部分。其具体工作过程为:将眼压监测装置植入青光眼患者眼内,导流管将房水导流至眼压传感器的敏感区和睫状静脉,从而实现眼压传感器24小时实时监测患者的眼压和房水的引流。眼压测量值经处理电路处理放大后,再经无线通信模块传输到眼外接收和监控系统,使患者和医生随时了解眼内压力的变化,有针对性的采取相应治疗手段,从而使患者眼压维持在安全平稳的状态。其次,通过分析可植入眼压传感器的研究现状,我们提出了一种基于柔性电极结构的薄膜电容微压力传感器,并通过建模、仿真和工艺的优化和摸索,制作出性能优良的薄膜电容式压力传感器,通过搭建测试系统实现了小量程、高灵敏度的压力检测。一方面研究了这种传感器的微纳结构的制造工艺和方法,同时针对长时间植入人体的要求,研究器件的表面处理、封装等工艺,以防止人体体液等对传感器的长期工作稳定性造成的影响。采用标准微纳加工工艺并结合软光刻等柔性材料制造方法,另一方面研究利用化学气相沉积、溅射等方法,对传感器件进行表面处理和封装。相对于带空腔结构的电容式压力传感器,这种具有微结构的柔性电极薄膜电容式微压力传感器的工艺流程简单,压力灵敏度更高。此外,与采用传统工艺沉积电极的方法相比,直接采用柔性导电胶做为电极的方法更简单、易实现,并具有成本低和工艺成功率高等优点,本文的研究工作为柔性微电容传感器的研究提供了新的思路。此外,对商用器件进行了调研、分析和选择,针对可植入式眼压传感器的需求,对商用器件尝试生物兼容性工艺的改造,测试结果表明改造后的商用压力传感器的灵敏度、精度和功耗可基本满足眼压监测的要求,减小传感器的封装尺寸,可靠性有待进一步研究。最后,通过调研对微引流装置的驱动原理进行分析,对比现有的器件、设备,本课题提出了两种驱动原理:压电驱动和电化学驱动,接着通过分析眼内房水微引流装置,对微引流装置进行结构的设计,其结构实现实现眼内房水引流的单向性。即所设计的微引流装置只需要实现单向流动即可。然后对制作微引流装置的材料进行选择和分析,材料应具有生物兼容性、稳定性,且耐腐蚀、耐高温。接下来采用合适的加工工艺对微引流装置进行结构的加工,并测试微引流装置的性能,通过改变电压验证微引流装置是否可满足眼内房水引流的条件。

关键词：青光眼微机电系统眼压传感器微泵无线供电

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