多模态检测装置及其制造方法

1.本技术涉及医疗技术领域，更具体地涉及一种多模态检测装置及其制造方法。


背景技术：

2.部分循环系统疾病的诱因具有多样性，如细菌感染、代谢异常等。若不同诱因导致器官产生相似的病变，则患者将表现出较为接近的症状。因此，通过单一生理参数的非侵入式的检验方法难以准确诊断。
3.然而，多种生理参数的生化检测依赖于穿刺、引流等手术方法获取体液或组织样本，将给患有复发性疾病的患者造成多次手术损伤。现有的多模态监护手段集成于病房或病床，极大地限制了患者的日常生活。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的状态而做出本技术。本技术的目的在于提供一种多模态检测装置及其制造方法，其既不会给患者造成多次手术损伤，也不会限制患者的日常生活。
5.为了实现上述目的，本技术采用如下的技术方案。
6.本技术提供了一种如下的多模态检测装置，其能够植入生物体的内部，该多模态检测装置包括：衬底，其能够按照所述生物体的目标部位的轮廓贴合到所述目标部位；第一检测单元，其设置于所述衬底，所述第一检测单元包括检测电极、第一导线和第一焊盘，所述检测电极通过所述第一导线与所述第一焊盘电连接，所述检测电极用于检测所述生物体的第一参数；第二检测单元，其设置于所述衬底，所述第二检测单元包括敏感元件、第二导线和第二焊盘，所述敏感元件通过所述第二导线与所述第二焊盘电连接，所述敏感元件用于检测所述生物体的非所述第一参数的其它参数；以及封装层，其与所述衬底层叠地布置，所述封装层至少覆盖所述第一导线和所述第二导线，所述检测电极从所述封装层露出。
7.在一个可选的方案中，所述衬底开设有多个通孔，所述多个通孔彼此间隔开地布置。
8.在另一个可选的方案中，所述检测电极开设有多个微孔，所述微孔排列为多列，多列所述微孔彼此错开。
9.在另一个可选的方案中，所述敏感元件包括参比电极和指示电极，所述参比电极和所述指示电极从所述封装层露出，所述参比电极和所述指示电极用于检测ph值。
10.在另一个可选的方案中，所述参比电极包括第一基体、电极层、固体电解质层和第一离子交换膜层，所述指示电极包括第二基体和第二离子交换膜层，所述第一基体和所述第二基体从所述封装层露出。
11.在另一个可选的方案中，所述敏感元件包括热敏电阻，所述封装层覆盖所述热敏电阻，所述热敏电阻用于检测温度。
12.在另一个可选的方案中，还包括药物聚合体，所述药物聚合体载置于所述衬底面向所述目标部位的一侧。
13.在另一个可选的方案中，所述第一检测单元的数量为多个，多个所述第一检测单元彼此间隔开地布置，并且/或者所述第二检测单元的数量为多个，多个所述第二检测单元彼此间隔开地布置。
14.本技术还提供了一种上述的多模态检测装置的制造方法，该制造方法包括：在基底上制备第一介电层；在所述第一介电层上制备导电层；图案化所述导电层以形成所述第一检测单元以及所述第二检测单元的至少一部分；在所述导电层上制备第二介电层；图案化所述第一介电层和所述第二介电层中的一者以形成所述封装层，使得所述导电层的至少一部分从所述封装层露出；以及将所述导电层和所述封装层一体地转印至所述衬底。
15.在一个可选的方案中，所述多模态检测装置为上述的一个可选方案中的多模态检测装置，所述导电层形成所述第一基体和所述第二基体，所述制造方法还包括：在所述第一基体上制备所述电极层；在所述电极层上制备所述固体电解质层；在所述固体电解质层上制备所述第一离子交换膜层；以及在所述第二基体上制备所述第二离子交换膜层。
16.采用上述技术方案，通过将多模态检测装置植入生物体的内部，并且在多模态检测装置上设置多种检测单元，多模态检测装置能够实现对单一生理参数难以区分病因的疾病的综合诊断并且不会限制生物体的行动。
附图说明
17.图1示出了根据本技术的第一实施例的多模态检测装置的示意图。
18.图2示出了图1中的第一检测单元的示意图。
19.图3示出了图2中的检测电极处于弯曲状态时的示意图。
20.图4示出了图1中的第二检测单元的示意图。
21.图5示出了心脏，其中以圆圈标记的部位为与图2中的第一检测单元对应的位置。
22.图6示出了根据本技术的第二实施例的多模态检测装置的示意图。
23.图7示出了图6中的第二检测单元的示意图。
24.图8示出了大脑，其中以圆圈标记的部位为与图2中的第一检测单元对应的位置。
25.附图标记说明
26.1衬底；1a通孔；
27.2第一检测单元；21检测电极；22第一导线；23第一焊盘；2a微孔；
28.3第二检测单元；31参比电极；32指示电极；33第二导线；34第二焊盘；35热敏电阻；
29.4药物聚合体；
30.5心脏；51左心房；52左心室；53右心房；54右心室；
31.6大脑；61左额叶；62左颞叶；63左顶叶；64左枕叶。
具体实施方式
32.下面参照附图描述本技术的示例性实施例。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本技术，而不用于穷举本技术的所有可行的方式，也不用于限制本技术的范围。
33.图1至图4示出了根据本技术的第一实施例的多模态检测装置，特别示出了一种布设于心脏5(目标部位的示例)的多模态检测装置。
34.参照图1至图4，多模态检测装置可以包括衬底1、第一检测单元2、第二检测单元3、封装层以及药物聚合体4。具体地，第一检测单元2和第二检测单元3可以设置于衬底1面向心脏5的表面。第一检测单元2可以包括检测电极21、第一导线22和第一焊盘23，检测电极21可以通过第一导线22与第一焊盘23电连接。第二检测单元3可以包括参比电极31、指示电极32、第二导线33和第二焊盘34，参比电极31和指示电极32可以分别通过不同的第二导线33与不同的第二焊盘34电连接。封装层可以与衬底1层叠地布置并且覆盖第一导线22和第二导线33，检测电极21、第一焊盘23、参比电极31、指示电极32和第二焊盘34可以从封装层露出。药物聚合体4可以载置于衬底1的表面，并且位于衬底1面向心脏5的一侧。
35.多模态检测装置的衬底1可以按照患者的心脏5表面轮廓与心脏5紧密地贴合。检测电极21可以与心脏5接触以采集心脏5的电信号，第一焊盘23可以与伸入心包的外部导线连接以将心脏5的电信号(第一参数的示例)传导至体外。例如，外部导线可以与心电图机连接，从而获得患者的心电图(ecg)。参比电极31和指示电极32可以与心包积液接触以采集心包积液的ph值(非第一参数的其它参数的示例)，第二焊盘34可以与伸入心包的外部导线连接以将与ph值对应的的电信号传导至体外。封装层覆盖第一导线22和第二导线33，使得第一导线22和第二导线33不与心脏5和心包积液接触。这样，多模态检测装置不会形成除待测位置之外的电化学界面，从而能够准确测量待测位置的生理信号。药物聚合体4中的成分可以在心脏5表面溶解，从而促进心包积液的吸收，避免心包积液压迫心脏5。这样，通过设置第一检测单元2和第二检测单元3，多模态检测装置能够同时采集心脏5的电信号和心包积液的ph值，从而能够实现对单一生理参数无法区分病因的心脏5的原发性疾病和并发症的综合诊断。此外，多模态检测装置能够植入患者的体内，使得多模态检测装置不限制患者的行动。
36.参照图1，为了使多模态检测装置能够与心脏5充分贴合，衬底1可以开设有通孔1a，使得衬底1形成有多孔结构。例如，衬底1的截面形状可以为矩形，则衬底1的弯曲刚度ei与衬底1的横截面积a之间的关系为：
[0037][0038]
其中，e为衬底1的弹性模量，y为衬底1横截面上任意一点与中性轴的距离。开设通孔1a能够使衬底1的横截面积a减小，从而减小衬底1的弯曲刚度ei以使衬底1容易弯曲。具体地，通孔1a的数量可以为多个，多个通孔1a可以彼此间隔开地布置。例如，每个通孔1a的截面形状可以为正六边形，多个通孔1a可以均匀地布满整个衬底1。相应地，指示电极32可以具有如图4所示的镂空结构以避开衬底1上的通孔1a。此外，衬底1两侧的体液能够通过通孔1a交换，衬底1一侧的药物聚合体4中的成分能够随体液释放至衬底1的另一侧，使得药物聚合体4中的成分能够充分释放，避免药物聚合体4中的成分在局部富集。
[0039]
衬底1可以由形状记忆材料制成。具体地，衬底1可以由热致感应型形状记忆高分子材料制成，例如由聚氨酯(pu)制成。衬底1可以具有特定的转变温度和预先设置好的目标形状。例如，衬底1的目标形状可以对应心脏5的外轮廓，衬底1的转变温度可以为人体的体核温度。当多模态检测装置与心脏5表面接触时，衬底1可以被人体的体核温度加热而回复至目标形状，使得多模态检测装置的形状与心脏5的形状相适应。此时，衬底1可以具有较低的弹性模量，使得衬底1的弹性模量接近心脏5表面的弹性模量。进一步地，在将多模态检测
装置放入人体的内部之前，使用者可以预先加热衬底1，使得衬底1的温度高于转变温度。此时，衬底1可以具有较低的弹性模量，使用者能够将衬底1弯曲至容易夹持的形状。待衬底1冷却至转变温度以下后，衬底1可以具有较高的弹性模量，该容易夹持的形状能够被固定下来，使得使用者能够容易地夹持多模态检测装置并将其放入人体的内部。
[0040]
参照图2，检测电极21可以开设有多个微孔2a。具体地，微孔2a可以排列为多列，多列微孔2a可以彼此错开。这样，当衬底1弯曲时，微孔2a能够降低检测电极21内部的应力，使得检测电极21不易损坏。
[0041]
参比电极31和指示电极32可以为离子选择性电极。具体地，参比电极31可以包括第一基体、电极层、固体电解质层和第一离子交换膜层。例如，第一基体可以由金(au)制成，电极层可以由银和氯化银(ag/agcl)制成，固体电解质层可以由氯化钾(kcl)制成，第一离子交换膜层可以由全氟磺酸(nafion)制成。其中，固体电解质层用于提供稳定的氯离子界面，并且能够防止电极层脱落，减缓电极层溶解。第一离子交换膜层用于保护固体电解质层，防止氯离子的泄漏。指示电极32可以包括第二基体和第二离子交换膜层。例如，第二基体可以由金(au)制成，第二离子交换膜层可以由聚苯胺(pan)制成。
[0042]
参照图1和图5，第一检测单元2的数量可以为多个，多个第一检测单元2可以彼此间隔开地布置。具体地，第一检测单元2的数量可以为四个，四个第一检测单元2可以排列为阵列。当多模态检测装置与患者的心脏5表面贴合时，四个第一检测单元2可以分别对应心脏5的左心房51、左心室52、右心房53和右心室54。这样，多个第一检测单元2可以实现不同的导联方式，从而获得多种不同特征的心电信息。
[0043]
第二检测单元3的数量也可以为多个，多个第二检测单元3可以排列为与第一检测单元2类似的阵列。这样，由于不同位置的第二检测单元3接收到的干扰信号不同步，使用者容易分辨并滤除干扰信号，从而能够提升第二检测单元3的检测精度。此外，药物聚合体4的数量也可以为多个，多个药物聚合体4可以排列为与第一检测单元2类似的阵列，使得药物聚合体4能够从不同的位置释放其包含的成分。
[0044]
图6和图7示出了根据本技术的第二实施例的多模态检测装置，特别示出了一种布设于大脑6(目标部位的示例)的多模态检测装置。第二实施例是第一实施例的变型，对于与第一实施例相同或相似的特征，在本实施例中使用相同的附图标记，并省略对这些特征的详细介绍。
[0045]
参照图6和图7，第二检测单元3可以包括热敏电阻35、第二导线33和第二焊盘34，热敏电阻35可以通过第二导线33与第二焊盘34电连接。封装层可以覆盖热敏电阻35和第二导线33。
[0046]
多模态检测装置的衬底1可以按照患者的大脑皮层的轮廓与大脑6紧密贴合。检测电极21可以与大脑皮层接触以采集大脑6的电信号，第一焊盘23可以与伸入颅腔的外部导线连接以将大脑6的电信号(第一参数的示例)传导至体外。例如，外部导线可以与脑电图机连接，从而获得患者的脑皮层电图(ecog)。热敏电阻35可以与大脑皮层接触以采集大脑皮层的温度(非第一参数的其它参数的示例)，第二焊盘34可以与伸入颅腔的外部导线连接以将与温度对应的电信号传导至体外。封装层覆盖热敏电阻35和第二导线33，使得热敏电阻35和第二导线33不与大脑皮层接触，从而避免第二检测单元3与体液接触后短路。这样，通过设置第一检测单元2和第二检测单元3，多模态检测装置能够同时采集大脑6的电信号和
大脑皮层的温度，从而能够实现对单一生理参数无法区分病因的大脑6的原发性疾病的类型和病灶位置的综合诊断。此外，第二实施例中的多模态检测装置也可以与第一实施例中的多模态检测装置协同，从而实现对心脏5的原发性疾病引起的大脑6的并发症的类型和病灶位置进行综合诊断。
[0047]
参照图7，为了提高热敏电阻35的检测精度，热敏电阻35可以具有对变形不敏感的结构。例如，热敏电阻35可以具有螺旋状的结构，使得热敏电阻35上的相邻圈之间形成间隙。当衬底1弯曲时，各圈之间的间隙能够为热敏电阻35提供变形空间。此外，热敏电阻35的螺旋状结构可以近似为中心对称的同心圆状结构，使得热敏电阻35对变形的方向不敏感，从而减小衬底1弯曲对热敏电阻35测量精度的不良影响。
[0048]
参照图6和图8，第一检测单元2的数量可以为多个，多个第一检测单元2可以彼此间隔开地布置。具体地，第一检测单元2的数量可以为八个，八个第一检测单元2可以排列为阵列。当多模态检测装置与患者的大脑皮层贴合时，八个第一检测单元2可以分别对应大脑6的左额叶61、左颞叶62、左顶叶63、左枕叶64、右额叶、右颞叶、右顶叶和右枕叶。这样，多个第一检测单元2可以实现不同的导联方式，从而获得多种不同特征的脑电信息。
[0049]
第二检测单元3的数量也可以为多个，多个第二检测单元3可以排列为与第一检测单元2类似的阵列。这样，不同位置的第二检测单元3能够采集大脑皮层不同位置的温度，使用者能够根据不同位置的温度反推整个大脑6的温度场。进一步地，第二检测单元3的数量可以与第一检测单元2的数量相同，多个第二检测单元3的位置可以与多个第一检测单元2的位置一一对应。这样，第一检测单元2和第二检测单元3可以相互配合以进行更为深入的诊断。
[0050]
药物聚合体4的成分可以在大脑皮层的表面溶解，从而抑制因脑部原发性疾病或并发症所产生的癫痫。
[0051]
下面介绍根据本技术的多模态检测装置的制造方法，该制造方法大致可以包括：
[0052]
在基底上制备第一介电层；
[0053]
在第一介电层上制备导电层；
[0054]
图案化导电层以形成第一检测单元2以及第二检测单元3的至少一部分；
[0055]
在导电层上制备第二介电层；
[0056]
图案化第一介电层和第二介电层中的一者以形成封装层，使得导电层的至少一部分从封装层露出；以及
[0057]
将导电层和封装层一体地转印至衬底1。
[0058]
具体地，衬底1可以由聚氨酯制成，聚氨酯可以通过以聚己内酯二醇(pcl)、聚六亚甲基二异氰酸酯(phmd)和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)为反应物合成得到。衬底1上的通孔1a可以通过激光切割的方法获得。
[0059]
第一介电层可以通过旋涂的方法制备于基底，导电层可以通过气相沉积法沉积于第一介电层。例如，第一介电层可以为聚酰亚胺(pi)，导电层可以为金。待导电层沉积于第一介电层后，可以通过光刻工艺图案化导电层，使得导电层形成第一检测单元2以及第二检测单元3的至少一部分。例如，在本技术的第一实施例中，图案化后的导电层能够形成第一检测单元2的整体，但仅能够形成第二检测单元3的第二导线33、第二焊盘34、第一基体和第二基体。而在本技术的第二实施例中，图案化后的导电层能够形成第一检测单元2的整体和
第二检测单元3的整体。
[0060]
待图案化导电层后，可以在导电层上旋涂第二介电层。例如，第二介电层可以为聚酰亚胺。之后，可以通过光刻工艺图案化第二介电层以形成封装层，使得导电层的至少一部分从封装层露出。例如，在本技术的第一实施例中，检测电极21、第一焊盘23、第一基体、第二基体和第二焊盘34可以从封装层露出，第一导线22和第二导线33可以被封装层覆盖。而在本技术的第二实施例中，检测电极21、第一焊盘23和第二焊盘34可以从封装层露出，第一导线22、第二导线33和热敏电阻35可以被封装层覆盖。
[0061]
完成上述步骤后，可以使用印章使第一介电层、导电层和封装层一体地与基底分离。之后，可以刻蚀第一介电层以将第一介电层完全去除。待第一介电层被完全去除后，导电层和封装层可以被一体地转印至衬底1，使得导电层贴附于衬底1。当然，第一介电层也可以被保留。例如，可以图案化第一介电层使第一介电层具有与第一检测单元2和第二检测单元3大致相同的形状。
[0062]
进一步地，对于本技术的第一实施例，该制造方法还可以大致包括：
[0063]
在第一基体上制备电极层；
[0064]
在电极层上制备固体电解质层；
[0065]
在固体电解质层上制备第一离子交换膜层；
[0066]
在第二基体上制备第二离子交换膜层。
[0067]
具体地，可以通过丝网印刷工艺在第一基体上制备电极层。例如，电极层可以为银和氯化银，获得的电极层可以在100℃至150℃下干燥。可以通过丝网印刷工艺在电极层上制备固体电解质层。例如，固体电解质层可以为氯化钾。待固体电解质层制备完成后，可以在固体电介质层上制备第一离子交换膜层。例如，第一离子交换膜层可以为全氟磺酸，获得的第一离子交换膜层可以在室温下干燥。
[0068]
第二离子交换膜层可以通过电镀工艺沉积于第二基体。例如，第二离子交换膜层可以为聚苯胺，获得的第二离子交换膜层可以在50℃至100℃下干燥。需要注意的是，在本施例中，第二离子交换膜层的干燥温度与电极层的干燥温度不同，所以第二离子交换膜层不应与电极层一同干燥。
[0069]
本技术至少具有以下优点：
[0070]
(i)通过将多模态检测装置植入生物体的内部，并且在多模态检测装置上设置多种检测单元，多模态检测装置能够实现对单一生理参数难以区分病因的疾病的综合诊断并且不会限制生物体的行动。
[0071]
(ii)衬底1由形状记忆材料形成，使得多模态检测装置的形状能够与目标部位的轮廓贴合，从而能够保护柔软的生物组织。衬底1具有可改变的弹性模量，使得使用者容易夹持多模态检测装置。通孔1a降低了多模态检测装置的弯曲刚度，使得多模态检测装置能够自适应地与目标器官充分且紧密贴合。衬底1两侧的体液能够通过通孔1a交换，衬底1一侧的药物聚合体4的成分能够随体液释放至衬底1的另一侧，使得药物聚合体4的成分能够充分释放。
[0072]
(iii)检测电极21开设有微孔2a，使得检测电极21能够在衬底1发生变形的情况下不易损坏。
[0073]
(iv)检测电极21的数量为多个，多个检测电极21可以实现不同的导联方式，从而
获得多种不同特征的心电信息。
[0074]
(v)参比电极31和指示电极32的数量为多个，使用者容易分辨并消除干扰信号，从而能够提升检测精度。
[0075]
(vi)热敏电阻35的数量可以为多个，使用者能够根据不同位置的温度反推整个大脑6的温度场。
[0076]
(vii)多模态检测装置的制造成本较低，使得多模态检测装置适于大规模生产。
[0077]
(viii)多模态检测装置可以载置药物聚合体4，使得多模态检测装置能够在诊断的同时进行治疗。用于不同器官的多模态检测装置可以彼此协同，从而能够实现对系统性疾病的综合诊治。
[0078]
应当理解，上述实施例仅是示例性的，不用于限制本技术。本领域技术人员可以在本技术的教导下对上述实施例做出各种变型和改变，而不脱离本技术的范围。
[0079]
应当理解，多模态检测装置不限于布设于心脏5和大脑6，其可以布设于本领域技术人员所熟知的任何可能的位置。相应地，敏感元件不限于为参比电极31、指示电极32和热敏电阻35，敏感元件的种类可以根据布设位置的不同而改变。例如，敏感元件也可以为压敏电阻等。第二检测单元3包含的敏感元件种类不限于为一种。例如，参比电极31、指示电极32和热敏电阻35可以设置于同一衬底1。
[0080]
应当理解，一个多模态检测装置上的第一检测单元2的数量和第二检测单元3的数量不限于为多个。例如，一个多模态检测装置可以只包括一个第一检测单元2和一个第二检测单元3。当多模态检测装置需要被布设到多个位置时，可以使用多个多模态检测装置进行检测。
[0081]
应当理解，形状记忆材料不限于为热致感应型形状记忆材料。例如，记忆材料也可以为电致感应型形状记忆材料、光致感应型形状记忆材料等。第一介电层和第二介电层不限于为聚酰亚胺。例如，第一介电层和第二介电层也可以为水凝胶、二氧化硅纳米薄膜等柔性可降解材料。导电层不限于为金。例如，导电层也可以为铜(cu)或镁(mg)等。
[0082]
应当理解，封装层不限于由第二介电层形成，其也可以由第一介电层形成。相应地，在封装层由第一介电层形成的情况下，第二介电层可被完全去除，或者可以使第二介电层具有与第一检测单元2和第二检测单元3大致相同的形状。