基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的制作方法

本发明涉及可穿戴式医疗器械领域，尤其涉及人体呼吸与唾液的检测，具体是指一种基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪。

背景技术：

疾病频繁地干扰我们的生活乐趣和身体健康，癌症严重地影响了我们的生活质量和生存年限。目前常用疾病与肿瘤的检测方法具有相对复杂有创、费用昂贵、延误治疗等缺点，造成大多数癌症患者在确诊时即为晚期，失去了手术或最佳治疗时机，预后很差。因此，早发现、早治疗是癌症治疗中最重要的环节。

闻口气，辩疾病。很早以前科学家就发现“肝病、肾病、糖尿病、肺结核、胃肠道感染，以及哮喘患者都可以从口腔散发独特的气味，目前已发现有数千种化学成分导致了那些具有疾病警示作用的特殊呼吸气味。像指纹一样，每个人的呼吸特征也是独一无二。这意味着通过呼气检测，越来越多的健康问题可在疾病的初期就被诊断出来。

据美国科学家报道，有些狗能嗅出它们主人的血糖水平下降而提出早期警告。经过训练的狗对肿瘤患者的气味样本能够作出异常反应。其准确率达到90％左右(这与患者呼出气体中易挥发有机化合物、及气体冷凝物中的相关基因有关)。以色列研究人员报告称，对72名患者的研究显示，呼吸分析可以区分良性和恶性结节，准确率高达88％，呼吸检测还能评估肺癌的具体类型和阶段。

近代医学表明，疾病可以改变人体的新陈代谢，这一改变导致某一器官里细胞产生了挥发性有机化合物(vocs)成分不同。而这些挥发性有机化合物可以通过人体血液循环抵达肺部，在气体交换的过程中，这些挥发性有机化合物可以通过人体肺部排出体外。美国克利夫兰诊所勒纳研究所肺血管主任拉伊德德维克表示“只要存在易挥发成分，如果可以进行血液测试的东西都有希望通过呼吸测试出来。”

与血液检测相比，呼吸检测不疼，输出结果更快，检测费用更低，而且便于重复检测，甚至在患者沉睡或做运动时都可以进行检测。某些呼吸检测甚至能做到血液检测都做不到的事。呼吸诊断作为一种具有很好发展前景的无创诊断方法，在世界各国受到越来越多的重视。一些专家希望：呼吸检测能够与ct扫描结合起来使用，以减少不必要的活体检查次数。这使它列入当今高科技临床诊断工具(包括侵入性的结肠镜检查)中最有效、最好的手段。幽门螺杆菌的呼吸检测早已应用于临床之中，一氧化氮作为哮喘抗炎症治疗效果的检测指标也已经通过了美国的fda认证(sikoffp.e.,2004)。

近来，上海交通大学的科研团队在这方面取得了一定突破，他们实验论证了呼气检测和唾液检测的应用。据透露已开发出了通过呼气来检测胃癌的传感器，而且技术比较成熟，团队将进一步研究肺癌和其他肿瘤的呼吸检测。虽然类似的研究与成果还有很多，但大多都主要集中在单个传感器器件性能上。在制作与运用性能卓越的传感器以精确追踪人体中的化学物质与健康检测方面，科学家们已取得了重大的进步。然而，他们研制出的各式各样的传感器，尽管从理论上而言很好，单项上功能上也非常优秀。但目前不是处在实验室阶段，就是尚无现成功能性的应用产品，现在更无综合应用的集成方案，所以目前还无法开展工业化生产、及在更大范围内推广使用。

随着社会快速发展，人们对身体健康和生活品质提出了更高的追求，市场迫切需要体积小、质量轻、功耗低、性能一致性好、集成化、智能化和能大批量市场的综合型检测产品的问世。如今的健康检测与智能佩戴类产品层出不穷，健康与长寿是人们最关切的问题，疾病与癌症是人类最忧虑的心病。口腔与鼻腔是人体最重要的门户，也是延续人类寿命的重要器官。其应用技术也是日新月异，不仅吸引人们的眼球，还引领着生活消费的方向。

因此，如能提供给大众提供一种便携、无创、快速、灵敏、准确、廉价、高通量、可重复的可穿戴式检测设备，相信一定会深受高度关注健康人群的喜爱，其生产制作简便高效又经济耐用、适于大规模推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现检测包括早期癌症在内的疾病的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪。

为了实现上述目的，本发明的基于石墨烯电子鼻的呼吸检测仪具有如下构成：

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪，其主要特点是，所述的检测仪包括呼吸采集装置、弹性佩带、左进气滤盒、右进气滤盒以及单向透气阀；所述的呼吸采集装置用以实时记录石墨烯阵列的电阻变化情况，所述的左进气滤盒和右进气滤盒分别与所述的弹性佩带的两端对应相连接，所述的弹性佩带的两端分别与所述的呼吸检测仪主体的两侧对应相连接；所述的单向透气阀设置于所述的呼吸采集装置的表面；

所述的可重复穿戴式呼吸检测仪还包括检测模块、显示模块、控制模块；所述的检测模块分别与所述的显示模块和控制模块相连接且设置于所述的呼吸采集装置的外凸部位的上部以及内凹部位的中部，所述的显示模块与所述的控制模块相连接且设置于所述的呼吸采集装置的外凸部位的中部。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的呼吸采集装置为与面部形状相匹配的立体形结构，且为外凸内凹薄壳状，所述的呼吸采集装置的中部还设置有一层圆弧状的硅胶分割层活动隔板，所述的硅胶分割层活动隔板的一端呈圆弧状并与所述的呼吸采集装置呈插入式气密连接，所述的硅胶分割层活动隔板的另一端设置为凹形弧状。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的检测模块包括：

环境检测子模块，设置于所述的显示模块的上部；

脑电检测子模块，设置于所述的环境检测子模块的上部及二个耳孔内；

鼻息检测子模块，设置于所述的硅胶分割层活动隔板的板面的上部；

口气检测子模块，设置于所述的硅胶分割层活动隔板的板面的下部；

重疾检测子模块，设置于所述的单向透气阀的外圆弧周边；

生理检测子模块，设置于所述的单向透气阀的内表面；

唾液检测子模块，设置于所述的呼吸采集装置的底部；

脉搏检测子模块，设置于所述的唾液检测子模块的下部。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的检测模块为以下任一种传感器及以下传感器的任意组合：

石墨烯气敏传感器、石墨烯橡胶传感器、石墨烯泡沫传感器、石墨烯纤维传感器、石墨烯传感器；

其中，所述的石墨烯传感器为包括气敏传感单元、压敏传感单元、湿敏传感单元以及光敏传感单元的阵列。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的显示模块包括显示屏子模块，所述的显示屏子模块为以下任一种显示屏单元：

赛伦纸显示屏单元、amoled触摸显示屏单元、oled触摸显示屏单元、石墨烯应变压力传感显示屏单元。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的显示屏子模块包括显示屏固定单元、显示屏移动单元以及显示屏旋转单元。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的控制模块包括脑电波子模块、微机子模块与电源子模块，所述的微机子模块设置于所述的呼吸采集装置的内表面，所述的脑电波子模块设有tgat芯片，所述tgat芯片设置于所述的微机子模块处，所述的电源子模块设置于所述的显示模块的背面。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的微机子模块为以下任一种单元及以下单元的任意组合：

微机单元、无线信号发送单元、网络单元、定位单元；

其中，所述的微机单元包括数据信息分析处理子单元、学习软件语音播放子单元以及gprs子单元。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的电源子模块包括摩擦电纳米发电机和供电单元，其中，所述供电单元为以下任一种电池单元：

石墨烯固态薄膜电池单元、na-co2电池单元、多孔镍氟化物薄膜电池单元、超薄柔性电池flcb电池单元、纸电池单元、太阳能电池单元、固体可充电电池单元。

采用了该发明中的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪，不仅能利用石墨烯传感器分析判断使用者的呼吸所产生的异常气味，以及其细胞突变以及口腔的伸缩应力转化为电量的变化，实现对使用者身体健康的异常情况、以及呼吸情况的检测，并可用于临床上大数据样本分析，此外还带有全球定位的功能。同时，低成本、高通量、大样本数据的积累有利于发现新的疾病生物标志物，该检测仪给用户提供一种便携、无创、快速、灵敏、准确、廉价、高通量、可重复的可穿戴式检测设备，对外监测空气，对内检测包括早期癌症在内的疾病，准确感知与储存用户的健康数据，给病人提供实时的身体机能信息并给出最合适的治疗建议，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中人类呼吸检测仪的主视图。

图2为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中人类呼吸检测仪的左视图。

图3为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中动物呼吸检测仪的主视图。

图4为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中动物呼吸检测仪的左视图。

附图标记说明：

1呼吸采集装置

2环境检测阵列

3显示模块

4控制模块

5鼻息检测阵列

6一次性嘴贴

7活动隔板

8进气滤盒

9重疾检测阵列

10生理检测阵列

11单向出气阀

12唾液检测阵列

13口气检测阵列

14脉搏检测阵列

15按压型-摩擦电发电机

16挤压型-摩擦电发电机

17跳动型-摩擦电发电机

18弯曲型-摩擦电发电机

19弯曲或摇动型-摩擦电发电机

20弹性佩带

21脑电波耳机

22脑电波传感器

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪，其主要特点是，所述的检测仪包括呼吸采集装置、弹性佩带、左进气滤盒、右进气滤盒以及单向透气阀；所述的呼吸采集装置用以实时记录石墨烯阵列的电阻变化情况，所述的左进气滤盒和右进气滤盒分别与所述的弹性佩带的两端对应相连接，所述的弹性佩带的两端分别与所述的呼吸检测仪主体的两侧对应相连接；所述的单向透气阀设置于所述的呼吸采集装置的表面；

所述的可重复穿戴式呼吸检测仪还包括检测模块、显示模块、控制模块；所述的检测模块分别与所述的显示模块和控制模块相连接且设置于所述的呼吸采集装置的外凸部位的上部以及内凹部位的中部，所述的显示模块与所述的控制模块相连接且设置于所述的呼吸采集装置的外凸部位的中部。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的呼吸采集装置为与面部形状相匹配的立体形结构，且为外凸内凹薄壳状，所述的呼吸采集装置的中部还设置有一层圆弧状的硅胶分割层活动隔板，所述的硅胶分割层活动隔板的一端呈圆弧状并与所述的呼吸采集装置呈插入式气密连接，所述的硅胶分割层活动隔板的另一端设置为凹形弧状。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的检测模块包括：

环境检测子模块，设置于所述的显示模块的上部；

脑电检测子模块，设置于所述的环境检测子模块的上部及二个耳孔内；

鼻息检测子模块，设置于所述的硅胶分割层活动隔板的板面的上部；

口气检测子模块，设置于所述的硅胶分割层活动隔板的板面的下部；

重疾检测子模块，设置于所述的单向透气阀的外圆弧周边；

生理检测子模块，设置于所述的单向透气阀的内表面；

唾液检测子模块，设置于所述的呼吸采集装置的底部；

脉搏检测子模块，设置于所述的唾液检测子模块的下部。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的检测模块为以下任一种传感器及以下传感器的任意组合：

石墨烯气敏传感器、石墨烯橡胶传感器、石墨烯泡沫传感器、石墨烯纤维传感器、石墨烯传感器；

其中，所述的石墨烯传感器为包括气敏传感单元、压敏传感单元、湿敏传感单元以及光敏传感单元的阵列。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的显示模块包括显示屏子模块，所述的显示屏子模块为以下任一种显示屏单元：

赛伦纸显示屏单元、amoled触摸显示屏单元、oled触摸显示屏单元、石墨烯应变压力传感显示屏单元。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的显示屏子模块包括显示屏固定单元、显示屏移动单元以及显示屏旋转单元。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的控制模块包括脑电波子模块、微机子模块与电源子模块，所述的微机子模块设置于所述的呼吸采集装置的内表面，所述的脑电波子模块设有tgat芯片，所述tgat芯片设置于所述的微机子模块处，所述的电源子模块设置于所述的显示模块的背面。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的微机子模块为以下任一种单元及以下单元的任意组合：

微机单元、无线信号发送单元、网络单元、定位单元；

其中，所述的微机单元包括数据信息分析处理子单元、学习软件语音播放子单元以及gprs子单元。

该基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的电源子模块包括摩擦电纳米发电机和供电单元，其中，所述供电单元为以下任一种电池单元：

石墨烯固态薄膜电池单元、na-co2电池单元、多孔镍氟化物薄膜电池单元、超薄柔性电池flcb电池单元、纸电池单元、太阳能电池单元、固体可充电电池单元。

请参阅图1所示，其为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中人类呼吸检测仪的主视图，所述呼吸采集装置为液状硅胶浇注的外凸立体形硅胶结构。

请参阅图2和图4所示，其分别为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中人类呼吸检测仪的左视图和本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中动物呼吸检测仪的左视图，所述控制模块包括微机模块与电源模块，所述微机模块与电源模块分别设置在所述呼吸采集装置的内表面和显示模块的背面。

在一种优选实施例中，所述的显示模块的显示屏为赛伦纸显示屏，所述显示屏为带可伸缩移动及旋转翻面的显示屏。

在一种优选实施例中，所述的微机模块为带有超低耗极微型芯片的数据分析处理与信息处理系统、学习软件与语音播放系统，以及gprs单元所组成，所述的微机模块带蓝牙无线信号发送模块和4g/5g网络模块。

在另一种优选实施例中，所述电源模块为石墨烯固态薄膜电池。

请参阅图3和图4所示，其分别为本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的另一实施例中，动物呼吸检测仪的主视图和本发明的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪的一实施例中动物呼吸检测仪的左视图，所述呼吸采集装置为液状硅胶浇注的圆筒立体形硅胶结构。

在另一种优选实施例中，所述检测模块为以下任一种传感器：

石墨烯气敏传感器、石墨烯传感器；所述的石墨烯气敏传感器带有石墨烯、掺杂蛋白质、以及dna，所述的石墨烯传感器具有气敏、湿敏等多项功能。

在另一种优选实施例中，所述的显示模块为石墨烯应变压力传感显示屏，所述显示模块为固定模式的触摸显示屏。

在另一种优选实施例中，所述控制模块包括微机模块与电源模块，所述微机模块与电源模块分别设置在所述呼吸采集装置前部的内表面。

在另一种优选实施例中，所述的微机模块为带有超低耗极微型芯片的数据分析处理与信息处理系统、学习软件与语音播放系统，以及gprs单元所组成，同时兼带有蓝牙无线数据无线信号发送模块、4g/5g的网络模块及北斗定位装置。

在另一种优选实施例中，所述电源模块为“金属—空气(na-co2)电池”。

在实际应用中，检测模块由以下材料制成：

一、制作电极(卷材：pet，单位：mm)

表1

二、制作电极阵列：

表2

上述实际应用中，基于石墨烯的生物传感器及器件对于多种生物小分子、蛋白质(包括病毒和癌症标记物等)和dna等的检测都显示了很好的灵敏度和选择性，是用于构建高效、快速、灵敏检测的生物传感器的理想材料。与传统传感器相比，石墨烯能显著提高传感器的灵敏度、和缩短响应和恢复时间，降低噪音信号。采用将聚合物气敏材料及其各类无机填料沉积到叉指微电极上制备而成的传感器具备高灵敏度、可做室温下工作、低功耗、便于检测、利于阵列集成化、可直接感知和放大界面物质的变化，并将人体被检物成分、浓度等信息转换成可输出的电信号或其它易探测信号的装置(选择性、灵敏度、稳定性、重复性、抗腐性)。薄膜制作采用连续卷对卷cvd生长封装转移无损剥离的快速制备石墨烯薄膜的方法。

本发明中的电极采用pet卷对卷热压印—电化学快速鼓泡转移制作(平面微叉指)电极。其中，制作方式为实现石墨烯从铜箔生长基底直接向工业用pet柔性透明塑料基底的连续化无损转移，从而制备了高品质石墨烯/pet柔性塑料(pet)位叉指电极，同时，将金属纳米线(银纳米线、铜纳米线等)网络直接封装在石墨烯与柔性塑料(pet)基底之间，批量制备了石墨烯/金属纳米线/pet的复合型柔性导电薄膜。这种连续卷对卷cvd生长—封装转移—无损剥离的快速制备石墨烯薄膜的方法突破了诸多技术瓶颈，亦分别提高传感器的灵敏度和稳定性。这种高灵敏度的器件对研究和制作针对呼吸系统疾病的早期诊断和环境污染气体的探测有着重要的指导意义，实现了高品质石墨烯薄膜和高性能柔性透明电极的连续化和规模化生产，具有工业化生产的潜力。

其中，“环境、鼻息及口气检测阵列”基于石墨烯的双极性(即无论是电子接收基团还是电子给予基团被吸附到石墨烯上都能导致其阈值变化及功函数的改变，可以通过其在电极表面发生氧化还原反应而产生相应的电流信号来检测目标分子)。其既能快速传递电子，又能实现生物分子的选择性检测，因而在电阻型传感器中很容易被监测到。且石墨烯丰富的表面官能团修饰目标分子，当气体分子附着及脱离后，石墨烯又会恢复其原始状态的特性。

该“环境、鼻息及口气检测阵列”采用以石墨烯为载体的石蕊试纸类的色变传感器薄膜。利用掺杂的缺陷石墨烯材料有着更强的化学活性和特殊的电子特性，采用多种元素的掺杂、表面结构设计的途径对石墨烯材料进行改性和优化。本案还将具有不同气敏选择性的多个气体传感器组成阵列，利用其阵列的交叉敏感特性，结合计算机技术和模式识别技术对其输出响应进行分析研究，便能够实现传感器选择性的改善以及测量精度的提高，有效提升敏感材料对气体的响应度(可方便而灵敏地检测生活环境中的气态有机污染物)、与通过色彩明显提示使用者(当薄膜遇到空气中的有毒气体时，立即会变成了粉红色，当有毒气体浓度越高时，该薄膜区域的颜色也就变得越深)。石墨烯这种新材料可与室内环境和检测目标更好的接触，从而提高检测灵敏性，室内空气中即使有0.01％的污染也会被检测出来。

其中，重疾检测阵列为基于石墨烯的生物传感器对于多种生物小分子、蛋白质(包括病毒和癌症标记物等)和dna等的检测都显示了很好的灵敏度和选择性，依据核酸互补杂交原理、通过“无限循环酶切”将检测信号放大，对石墨烯进行功能化，制作肿瘤传感器；通过用dna对石墨烯进行增敏化，制作基因传感器；通过用抗体修饰石墨烯，制作(用甲胎蛋白作为模型)硫堇(th)免疫传感器；采用将大量蛋白质、配基、核酸酶等生物质探针分子按二维结构，分别按照预先设计的序列，通过精密喷头高密度地喷涂固定在经特殊处理的pet载体上，形成探针点阵。(呼出口气中的多种生物质粘附在石墨烯表面与标记的样品分子进行杂交反应，我们就能获得多种生物分子的全部信息)。根据探针的特性，使其与唾液中待检生物分子进行特异性吸附或反应，对杂交信号的监测分析获取样品分子的数量和序列信息，通过检测蛋白质、与肿瘤相关基因的存在，分析蛋白质与肿瘤相关记忆的缺陷及其表达的功能，实现对cmicrorna的捕捉。达到肿瘤诊断及分型的目的(还可应用于寻找肿瘤相关基因和肿瘤相关记忆表达谱的研究)。所述“重疾检测阵列”，还可采用一种无酶扩增蛋白质信号的方法(无需一套复杂的系统来洗去多余的酶)。这种新方法利用分子链式反应，只在靶蛋白存在的情况下才被强烈触发。这种转导机制是利用dna纳米技术，通过这种机制把蛋白质信号转换成扩增的核酸输出。其中与核酸结合的识别单元形成催化复合体，在多成分核酸基底上驱动杂交/换位反应，以扩增的形式排出多个目标单链寡核苷酸，通过这样的方法来识别所需检测的靶蛋白质。大多数动物细胞的表面带有静负电荷，糖蛋白上唾液酸的羧基是其带负电荷的主要原因。因为癌细胞比较活跃，其表面所带的负电荷密度会更高。对病人呼出的气体进行检测,可以快速地实现诊断，石墨烯器件对突变细胞的样本进行电学信号的检测，是利用晶格化的石墨烯分子器件通过电学信号实现对突变细胞的检测。当“癌细胞”接触“石墨烯芯片”的表面时，会使得石墨烯芯片表面的电荷发生重新排列(因癌症细胞极度活跃，会导致石墨烯芯片的表面释放出更多质子并出现较高的负电荷)。最后用专门的计算机软件对结果进行准确、快速的分析和解释，从而实现对蛋白质的测量与筛选。通过将规模化制备的抗体制作成微阵列芯片，具有可比性强、操作简便、快速及检测灵敏度高等特点，适合于规模化制备抗体中大量抗体的高通量筛选分析。

其中，生理检测阵列为基于石墨烯有极大的表面比、高的载流子迁移率、高的灵敏度、高的信噪比等特性。采用一种类似于压缩弹簧的特殊纤维结构，并利用石墨烯作为敏感导电材料，制备了一种可以感应拉伸、弯曲以及扭转变形的柔性纤维传感器。这种纤维传感器的拉伸应变检测范围高达100％，感应灵敏度可达0.2％。同时还具有极其优异的对弯曲形变以及扭转形变的有效感应。对弯曲角度的检测范围高达90度，感应灵敏度达到2度。对于顺时针及逆时针方向的扭转变形，该纤维传感器也可以进行区分以及扭转程度的感应。

本发明在一个直立的框架中竖直设置数根该柔性纤维，用于采集所述纤维上所承受的吹气压力(其微小形变量就可引起电阻的变化)。通过在该阵列两端加载电压，并侦测其电压的变化量即可得到所述纤维的形变量，通过计算该纤维的弹性模量和变形阻力，即可得到其相对压力值，因此，当使用者吹气时，即可准确得到关于吹气次数、吹力的大小、方向等数据。

其中，唾液检测阵列为基于葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应将生成过氧化氢，而过氧化氢可与掺杂石墨烯相互作用并产生电信号，该电信号与葡萄糖的含量成一定比例的特性,制作葡萄糖酶基的传感器。所述“唾液检测阵列”的结构，是采用pet薄膜制成圆弧形扁平的蚌壳形对开模式，设置在呼吸采集装置1的底部。平时往下对折密合，使用时，提起上层凹形圆弧的边缘向嘴提拉张开(所述蚌壳形的对折面上贴合有微叉指检测电极，所述芯片表面还贴合有一层“一次性使用10克/米的吸水性熔喷无纺布薄膜，”用时可快速吸收与均匀分散唾液，使用后一次性丢弃)，所述“唾液检测阵列”的微叉指检测电极，是采用化学还原法将氯铂酸和石墨氧化物同时还原得到pt/rg的混合物，将铂有效地固定在石墨烯载体上，之后制备pt/rg/gce电极，接着用电聚合的方式将葡萄糖氧化酶固定到pet薄膜材料的pt/rg/gce电极表面制备葡萄糖生物传感器，唾液中的其他物质，如多巴胺，尿酸和抗坏血酸，也可能影响电流大小。为防止干扰，可在最外的酶层和栅电极之间涂上结合聚苯胺(pani)和全氟磺酸(nafion)—石墨烯膜的双层膜。同时，这双层膜可有助固定葡萄糖氧化酶在栅电极上，并且提高其对葡萄糖的测试性能。另外，只需配合相对应的酶，便可测试唾液中的尿酸等其他物质水平。例如，把生物传感器与尿酸酶(uox)、聚苯胺(pani)和全氟磺酸(nafion)—石墨烯膜双层膜组合起来，所述阵列便只会对尿酸有反应，其他有机会干扰结果的物质均会被阻隔。

在实际应用中，正常人(糖尿病患者明显更高)唾液中含糖仅为血液中溶度的1％至10％。而血液临床检查的误差在10％-20％左右，目前唾液检查的误差在5％-10％，相对结果更精准。快速而高灵敏的血糖检测是必需的诊断，例如，缺乏胰岛素和过多血糖是糖尿病的两大病因，两者均可通过测量血糖来检测。

其中，脉搏检测阵列为基于石墨烯压电泡沫具有质量轻、柔软、接触面积大、耐用性好，压电响应动态范围大的特点，采用接触式压电泡沫来测量心率，可减少干扰信号，采用cvd法生长三维石墨烯，将其与pdms复合，在模具中使pdms完全填充三维石墨烯骨架的空腔，制成具有柔性可拉伸的新型力敏材料，用于制备柔性震动传感器(具有经济、工艺简单、操作方便、测试安装简易、实用性强，易于制成各种尺寸和形状等优点)。所述“脉搏检测阵列”采用浇注工艺制作牙托形结构的石墨烯柔性震动传感器，将其置于呼吸检测装置1的下部(下额部两边的动脉血管处)，用于测量使用者的心率(人体每次心跳，额部两边的动脉血管也同时会有微小的颤动)。通过对人体体表产生的微弱压力变化，以及脉搏变化的分析，可以初步实现人体不同生理状态的准确检测，其三维石墨烯压电泡沫在与pdms复合形成柔性导电基体后，仍然具有10s/cm的电导率。只要在其表面有轻微的变形或压力，所述接触式震动传感器上的电阻值会急剧增加(在应力释放后可迅速恢复其原有形貌和电阻值)，其灵敏度具有高于常规电阻应变片几百到上千倍的灵敏度。而捕捉到这些电极的变化，再经过算法就可还原出心率跳动的频率。该检测方法有望在人体健康评价和疾病前期诊断方面获得广泛应用。本申请还可对收集到的电极变化，经过算法处理，同时检测“压觉、痛觉、温觉和冷觉”，所述“压觉”是当该石墨烯泡沫阵列接触到人体下部处的额动脉皮肤时，于在人体体表很多点之间存在有电位差，软脉冲足以对流经石墨烯的电流进行干扰，而产生电阻测量结果，然后收集到使用者的心率，脉搏、肌肉与皮肤等数据，通过比较后得出精准的结果。所述“痛觉”会“在单位面积的力较强时产生”，用面积除以检测的压力即可计算出。所述“温觉和冷觉”方面，石墨烯泡沫会随着温度变化而略微变形，检测因此而产生的电流数值变化即可探知。

在实际应用中，心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。通过收集到的电极变化，经过算法处理，可以还原出很多数值，其中可以还原出心率数值。结合蓝牙技术的心率监测方案可以实时的将监测到的心率值传到手机、平板等具有蓝牙4.0功能的便携设备，心率数据和导联状态将实时显示在app上面，并通过分析采集到的心率数据显示心电波形图。

从功能上看，本申请技术方案中的检测模块类似于生物感受细胞，控制模块类似于生物的大脑，其余部分则类似于信号传递系统。检测模块的效果能够在一定程度上模仿人类的嗅觉功能，来实现特定气体与唾液的收集。石墨烯电子鼻阵列无创地采集人体的各项生命体征参数，处理器对采集到的信号进行软处理，可以计算出体温、心率、血压等信息。并通过wife模块将信息备份到内置的手机、电脑等设备上。在身体状况异常时，系统就能发出警报信号。

在实际应用中，该显示模块采用带可伸缩移动及旋转翻面的赛伦纸显示屏。

(1)易于阅读：赛伦纸显示屏是靠反射环境光来显示图案的，它具有纸张印刷般的效果。与传统透射式液晶显示屏相比，赛伦纸显示器不需要背光，易于阅读，即使是在阳光底下，赛伦纸依然清晰可视。另外，赛伦纸显示器显示柔和、不刺眼、无闪烁，且可视角度几乎达到了180°。因此，赛伦纸显示屏非常适合阅读。

(2)轻薄灵活：与普通液晶显示屏相比，赛伦纸不管是在厚度还是重量上都有明显的优势，究其原因，除了因为结构上比较简单外，还得益于赛伦纸本身是基于柔软的塑料薄膜的材料；同时，这也造就了它天生柔韧、可弯曲的特点；另外，它还可以根据需要任意裁切成各种形状。赛伦纸的这几个优点，使他在应用时基本不会受到产品形状、大小和结构的限制，它几乎可以灵活地“贴”在任何产品的表面。它满足了当今柔性显示技术发展的需要。

(3)省电节能：赛伦纸显示屏还是省电节能方面的好手，主要是有两个方面的原因。首先，它不需要背光源这个耗电大户--这部分通常耗费了普通液晶显示屏60％以上的电力；其次，赛伦纸有一个与众不同的特性--双稳态性。双稳态性意思是，当显示静态图像的时候，赛伦纸可以完全不耗电，换句话说，就是即使断开所有电源，赛伦纸显示屏依然能够保留最后一幅画面。这意味着，我们不需要像传统液晶显示器那样需要持续不断地为赛伦纸显示器维持电源的供给，而是仅仅在切换显示画面的时候才需要提供一丁点的电力。不难理解，赛伦纸显示器要比传统液晶显示器省电得多。

就拿一台采用赛伦纸技术的电子阅读屏来说吧，在正常使用的情况下，给它充电一次，可以持续阅读半个月以上。而如果是一台同样尺寸的液晶显示设备，同样的电池容量下，往往只能够支持几个小时的使用。

采用oled真空镀隐式数显屏幕，既能精确显示电量以及输入输出的电流与电压。(石墨烯触摸屏)还能根据侦测触控动作产生电讯号，并同时显示侦测对象的位置以及压力的大小，而且还较传统的压力传感器更具有透明度以及消耗较低功耗。

该“控制模块”，分别由“微机模块”与“电源模块”所组成。该“微机模块”，基于所述呼吸检测仪为可穿戴产品，所以选择了飞思卡尔的穿戴型无线贴片。该款一体化的监测工具可测量心率、呼吸模式和其他生命体征。该贴片适用于临床和个人医疗保健应用。贴片型医疗保健产品可增加患者的移动性和舒适性，并可将生命体征数据无线上传至云端，用于实时分析或长期保存记录。飞思卡尔微控制器提供高处理能力和低功耗的理想组合，适宜穿戴式医疗电子设备设计。其带有线和无线接口，包括usb，802.15.4、技术的解决方案和触摸屏用户界面的设计。

同时，考虑到穿戴的舒适度，同时又不影响对生命体征数据的处理。系统主板采用柔性的聚酰亚胺(或聚酯薄膜)为基材的电路板，可承受多次弯曲、折叠和卷绕，散热性能好。构成的节点与主机通过2.4ghz的低功耗蓝牙信号通信，主机采用智能手机运行信息采集显示的app。多个节点可利用应用层协议与主机组成星形网络。不仅如此，本申请中涉及的蓝牙4.0单模ble(bluetoothlowenergy)，其功耗更低，可以使电池的使用时间更长，成本更低且传输距离更远。专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案。

其中，本发明中的“脑电波tgam单元”包括了tgat芯片，该芯片是一个高度集成的单一芯片脑电传感器，可以输出三个neurosky的esense参数，可以进行模数转换，检测接触不良的异常状态，过滤掉眼电噪音及电流干扰。

该脑电波检测单元采用一个传感器探头贴合在使用者的前额中央，另外再配置二个耳塞与tgat芯片相连，共同组合用来监测人的大脑活动。它可以安全的测量人的脑电信号，监测人在算数，记忆及图形排列应用时的专注水平。mindwavemobile除与pc及mac适配外，还可与iphone,ipad及android相连。作为一款可佩戴式设备，它可以通过蓝牙无线连接手机、平板电脑、手提电脑、台式电脑或智能电视等终端设备。配合相应的应用软件就可以实现意念力互动操控。其引用了国外先进的脑机接口技术与强大的培训软件深受广大用户的喜爱。它能让本检测仪、手机或平板电脑即时了解到您的大脑状态，例如是否专注、紧张、放松或疲劳等。并将检测到的大脑信号转成数字信号发送到所需了解的部门及信息储存地。

其中，本发明中的电源模块中摩擦电纳米发电机的原理是“摩擦起电和静电感应效应的耦合，同时配合薄层式电极(在薄膜表面用微加工的方法制作各种规则的模型阵列，以此增强摩擦效应从而提高纳米发电机的输出效率。新的“纳米发电机”在挤压、弯曲或摇动下能输出与一节aa电池几乎相同的电压)的设计，实现电流的有效输出。”

本案据此设置了以下5种结构的“摩擦电纳米发电机”：

(15)按压型；(16)挤压型；(17)跳动型；(18)弯曲型；(19)弯曲或摇动型。

具体请参阅图1和图2所示：

本案(15)按压型“摩擦电纳米发电机”：

发电机材料：聚二甲基硅氧烷(pdms)膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。

发电机制作：选用两种镀有金属电极与格栅的高分子聚合物薄膜——聚二甲基硅氧烷(pdms)膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜的柔性衬底上用导电纳米粒子(碳纳米管、银纳米线等)制成平面形敏感薄膜发电机器件。

发电机功率：据测在仅仅0.13％的机械形变下，单个器件的输出电压达到3.3v，输出电流0.6μa，峰值功率密度10.4mw/cm3。

发电机安装：将该发电机器件的pet平面、通过硅胶粘合在石墨烯阵列的背面，再将正负导线分别连接上述发电机的对应电极，组成自驱动的能源装置。

发电机应用：环境检测阵列2、显示模块3、控制模块4、鼻息检测阵列6、唾液检测阵列12。

发电机使用：收集指压、吹气、耳膜挤压与震动的能量，转换成电能而实现自驱动。

本案(16)挤压型“摩擦电纳米发电机”：

发电机材料：弹性尼龙(或弹性涤纶等常见纺织品)，及石墨烯弹性纤维布。

发电机制作：选用通过喷墨打印金属电极的石墨烯弹性纤维布、与弹性尼龙(或弹性涤纶等常见纺织品)的边缘压合后作为里外二个电极，再采用一次性使用的弹性竹纤维(用于嘴部卫生)通过静电作用贴合在弹性尼龙层的层面上，然后再将其三层弹性面料的中央部位开挖出与嘴唇收拢大小的吹气孔后，再将其外围边缘用尼龙搭扣固定在呼吸检测装置内侧的边缘形成平面形发电机器件。

发电机功率：据测具有微结构阵列的发电机器件其能量输出效率要远远高于原有的无结构器件，输出电压高达18v，峰值电流达到0.7μa，对应的峰值电流密度约为0.13μa/cm2。

发电机安装：将该发电机器件的pet平面、通过硅胶粘合在石墨烯阵列的背面，再将正负导线分别连接上述发电机的对应电极，组成自驱动的能源装置。

发电机应用：显示模块3、控制模块4、脑电波耳机21。

发电机使用：收集嘴部吹气时的肌肉运动与头脑摇动产生的能量，导致弹性尼龙与石墨烯弹性纤维布这2种材料受到挤压与摩擦起电与静电感应而实现自驱动。

本发明中的跳动型“摩擦电纳米发电机”：

发电机材料：聚酰亚胺(kapton)膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。

发电机制作：选用两种镀有金属电极的高分子聚合物薄膜——聚酰亚胺(kapton)膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜的柔性衬底上用导电纳米粒子(碳纳米管、银纳米线等)制成平面形敏感薄膜形发电机器件。

发电机安装：将该发电机器件的pet平面、通过硅胶粘合在石墨烯阵列的背面，再将正负导线分别连接上述发电机的对应电极，组成自驱动的能源装置。

发电机应用：显示模块3、控制模块4、脉搏检测阵列13。

发电机使用：收集动脉与嘴部颤动、头脑摇动反射的能量，将各种震动能转换为电能而实现自驱动。

本发明中的弯曲型“摩擦电纳米发电机”：

发电机材料：导电石墨粉颗粒gps；聚二甲基硅氧烷(pdms)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。

发电机制作：采用培养皿成型，加热固化方法制备。将“导电石墨粉颗粒gps掺杂的pdms复合膜(pdms@gps)【固定在激振器的铝膜(alfoil)为上电极，固定在底座的聚对苯二甲酸乙二脂(pet)为下电极基底组装成三明治结构】，和基于该复合膜的柔性摩擦电纳米发电机(cfng)器件。”

发电机功率：该cfng的最大输出功率可达1.48mw，可同时点亮52盏并联的led灯。

发电机安装：选用4根光杆长1.5㎝的外六角塑料立柱、直径ф0.8㎝(双头外螺纹ф4㎝)，将其一端外螺纹分别固定在呼吸采集装置单向阀周围的内螺纹孔内，然后将该发电机上的四个通孔对准安装稳妥，再将4根外六角立柱(其1端内螺纹、1端外螺纹)的内螺纹套上固定；组成其自驱动的能源装置。

发电机应用：显示模块3、控制模块4、生理检测阵列12。

发电机使用：在嘴唇聚拢后的吹力作用下，该器件表面马上会产生弯曲等机械形变，导致两层聚合物膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差而实现自驱动。

生理检测阵列的安装：将设置有数根柔性纤维框架的四个通孔套装在上述发电机露出的四根螺纹杆之上，待拧紧螺母固定后，再用正负导线分别连接上述发电机的对应电极。

本发明中的弯曲或摇动型“摩擦电纳米发电机”：

发电机材料：氧化锌zno；聚二甲基硅氧烷(pdms)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。

发电机制作：采用盐酸刻蚀氧化锌成孔的方法制备表面和内部都图案化的多孔蚁穴状的柔性透明pdms复合膜，并结合pet基底的透明石墨烯-导电高分子透明电极，制备出柔性透明摩擦电纳米发电机器件。

发电机数据：最大电流输出可达7.8μa(1.95μa/c㎡)，电压达到271v,最大输出功率可达0.39mw。

发电机安装：将该发电机器件的pet平面、通过硅胶粘合在石墨烯阵列的背面，再将正负导线分别连接上述发电机的对应电极，组成自驱动的能源装置。

发电机应用：显示模块3、控制模块4、口气检测阵列9、重疾检测阵列10。

发电机使用：收集吹气时产生的侧风、口腔的颤动与头部的摇动的能量，将其转换成电能而实现自驱动。

以上“电容型”纳米发电机既可充当能量储存设备、又能充当能量输出设备。本案采用各电路模块以自驱动为主(所有摩擦电纳米发电机电路互相连接)，配置电源为辅的设计。

“金属—空气电池”，是由石墨烯用作锂二氧化碳电池的空气电极，以金属锂作负极，通过吸收“呼吸检测装置”中人体呼出的二氧化碳，而释放能量的可充电电池。

所述石墨烯固态薄膜电池na-co2电池比li-co2等其他金属-二氧化碳电池更容易实现可逆充放电反应，放电时吸收二氧化碳，充电时放出二氧化碳，所以被称为可呼吸钠-二氧化碳电池。

其中，为消除口腔中混合气体的交叉敏感问题，本申请技术方案中采用2款软件来提升检测的准确性。

本申请技术方案中软件1采用“模糊识别”与“bp神经网络”相结合的模式识别方法的高性能软件算法(能够提供更高的识别正确率、更短的识别时间,从而在一定程度上弥补了硬件以及环境不确定性所带来的误差)，使用模式识别方法、并采用adaboost算法进行优化处理，可有效实现融合信号的分离。通过该识别技术相结合的组分分析，实现多种信号的采集、完成数据分析与信号提取的算法，

本申请技术方案中软件2采用心率采集模式，通过动脉检测实时获取穿戴者的心率(并在心率某一临界点时发出报警信号)，然后将采集的信息传输给控制模块4；所述控制模块4再将传感器组获得的信息通过软件系统进行转换和计算，并将所检测的结果显示在所述检测仪的显示屏上，提醒穿戴者注意，同时通过蓝牙装置将采集的心率数据发送到客户的手机与网络智能主控设备上。信息处理技术和计算机技术的发展使得气体传感器的进一步应用成为可能。通过气体传感器技术以及模式识别技术，本申请技术方案中所述电子鼻阵列不仅可以解决单个气敏器件固有的选择性差问题，还可得到远远大于单个元件的稳定性及灵敏度。

本申请技术方案中检测模块在进行算法实现之前还必须对收集到的各种数据进行一定的处理——特征选择和提取。再将特征重组法得到的特征向量输入到设计的模式识别系统中,最终实现分类。然后再借助模糊识别方法、bp神经网络方法以及多元数据统计方法等能够将检测模块的响应信号转化为气体、液体组成的成分浓度值，进而得到对待测气味定性分析的智能解释器。此外，再结合相关测试电路，边能够实现对气味实时地、高灵敏度地检测。同时，高性能的软件算法能够提供更高的识别正确率、更短的时间，从而在一定程度上弥补了硬件以及环境不确定性所带来的误差。通过呼出气体，可以确定人体中的特定气体成分和微量浓度，从而开始排查某种疾病。

在一具体实施例中，测量时先打开显示屏电源，在检测阵列的电极加上电压，通过数据采集设备获得电阻或电流信号，输出信号的变化反映了敏感薄膜的电阻变化，由此可检测目标气体的浓度。呼气测试样本的gc/mc结果通过系统及结构算法进行分析，以排除及鉴别"正常的和癌变的"模式，真正为传感器的设计提供信息。

本申请技术方案中呼吸检测仪是专为个人体检研发的检测产品，它是一个安全可靠，方便佩戴的头戴式检测仪。通过呼吸采集装置实时记录石墨烯阵列的电阻变化情况，丰富多彩的视频培训软件会让广大用户的方便学习与操作使用。它既能通过触摸显示屏展示使用者的健康数据，又能通过手机(或平板电脑)即时了解到心率、呼吸频率和皮肤温度等数据，还可收集到使用者的亚健康状态与早期癌症等信息。所检测出的数据会通过蓝牙的方式发送出去。

其中，所述呼吸检测仪上的蓝牙装置与手机上的app软件关联后，检测数据也可传到医生的电脑终端。医生根据呼吸检测仪收集的数据完成专业的数据分析与诊断后，通过与专家互动获得更多关于疾病的相关常识，再向用户手机反馈详细的疾病治疗与建议报告，并通过蓝牙与手机配对后，医生可通过本申请技术方案中的呼吸检测仪实现近远程不间断追踪监测患者后续康复进展情况，及时发现潜在的风险因素、动态评价药物疗效。

其中，所述呼吸检测仪上的蓝牙装置亦同时将数据上传储存到网络大数据平台上的健康服务系统。所述健康数据服务系统通过收集、整理、过滤、判断、分析、反馈等对用户的效率管理、健康管理、个人偏好生活工作行为等进行统计提炼，并在一定程度上提供干预性建议，让大数据更好的为个体服务。

其中，所述呼吸检测仪上的蓝牙装置亦同时将数据上传储存到线下合作医疗的三甲医院。从小数据、家庭数据开始建立起个人健康、医疗产品和医疗服务机构等高度互通互联的生态系统，实现对个人健康数据随时随地的采集。经过数据的积累形成成熟的医疗大数据，数据互联互通，从而提供精准医疗、个性化健康保健指导、实现大数据智能医疗。所述呼吸检测仪上的蓝牙装置亦同时将数据上传到使用者的手机上，可让用户自己更好的理解自身。在收集了大量数据后，用户的数据可以放到已有的数据模型中进行分析，进行横向和纵向的比较，对同龄、同性别人群的平均风险指数做比较，得出用户个人的健康风险指数，如果用户的身体数据出现较大的异常可以提醒用户做更深入的检查，这正是可穿戴设备大数据应用的重要体现。所述呼吸检测仪配置云技术，用户自己和家人的个体健康数据都可以快速的上传到云端，进行永久性的存储。云端储存建立的数据系统，可以让用户仅仅通过一个账号，就可以对全家的健康数据，进行多平台多终端的管理。直观的展现用户健康状况和趋势，帮助用户分析健康变化，提供健康分析和养生建议，达到更好的预防和监测慢性病的效果。而且这些数据和图表还能够进行云端分享，可以在就医时快捷地导出来，为医生的诊断做详细的参考。所述呼吸检测仪通过蓝牙装置连通使用者的app和医院，形成了一条检测—治疗—康复—监测的医疗服务闭环生态链。再加上一款专门设计的手机app应用软件，就能形成一套完整的智能医疗检测系统。大数据的引入将使智能穿戴设备真正成为人体功能的延伸，其重要性一定会日益凸显。随着石墨烯材料和生产技术的蓬勃发展，电化学传感器将向着更加微型化和便携化方向发展。随着科技的进步，气体检测装置将更轻便和易于携带，且将在疾病筛查或监测中大施拳脚。

在实际应用中，健康产业作为全球最大的产业之一，全球年支出总额占gwp总额的十分之一左右，是全球经济发展的新引擎。人口老龄化、亚健康状态与气候环境变化为大健康产业创造了广阔的发展空间。据全球管理咨询公司麦肯锡的报告显示，医保领域如果能够充分有效地利用大数据资源，医疗机构和消费者便可节省高达4500亿美元的费用。中国十几亿的人口，如果我们有两亿的人口在用可穿戴设备，我们能够收集上来的数据，就能够预测整个中国一代人或者下一代人的健康状况，甚至能够影响到我们的健康、饮食、生活习惯等各种方向的变化。

采用吸附性强的石墨烯,提高检测灵敏度达10倍后捕获cmocrorna。再通过综合性分析,即可得出是否出现癌变？哪种癌症？通过将呼出的气体与唾液与数据库中已知的乳腺癌、结肠癌等癌症的特征进行比对，就可以知道受试者是否处于危险状态？对于各类肿瘤的早期诊断、治疗具有重要意义。基于石墨烯的生物传感器及器件对于多种生物小分子、蛋白质(包括病毒和癌症标记物等)和dna等的检测都显示了很好的灵敏度和选择性，是用于构建高效、快速、灵敏检测的生物传感器的理想材料。

采用了本发明中的基于石墨烯电子鼻的可重复穿戴式呼吸检测仪，不仅能利用石墨烯传感器分析判断使用者的呼吸所产生的异常气味，以及其细胞突变以及口腔的伸缩应力转化为电量的变化，实现对使用者身体健康的异常情况、以及呼吸情况的检测，并可用于临床上大数据样本分析，此外还带有全球定位的功能。同时，低成本、高通量、大样本数据的积累有利于发现新的疾病生物标志物，该检测仪给用户提供一种便携、无创、快速、灵敏、准确、廉价、高通量、可重复的可穿戴式检测设备，对外监测空气，对内检测包括早期癌症在内的疾病，准确感知与储存用户的健康数据，给病人提供实时的身体机能信息并给出最合适的治疗建议，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。