基于微纳接触敏感结构的可植入柔性眼压传感器的理论及相关技术研究

Long-time and real-time monitoring of intraocular pressure is very important for diagnosis and treatment of glaucoma patients especially for severe ones. For this purpose, a new type of implantable intraocular pressure sensor is designed according to the technical requirements. A sensitive sensing structure based on micro-nano contact is proposed to increase the sensitivity and reduce the size of sensor. Packaging methods such as atomic layer deposition will be used to improve the waterproofness and stability of the implantable sensor for long-term working. Furthermore, the proposal will try to use the glucose in human bodies’ fluid as the fuel of the biological fuel cells which can supply power for the implantable intraocular pressure sensor and its circuit. The research mainly includes the sensitive mechanisms, models, the manufacturing, the packaging technology, the characterization, the testing and energy supply methods of the pressure sensor based on micro-nano contact sensitive structure. The final purpose of this proposal is to establish the foundation of the theory and technology about the implantable and flexible intraocular pressure sensor based on micro-nano contact sensitive structure. In addition, the research results of this proposal will also have some contribution on other research about implantable medical devices and micro pressure sensors.

长时间、实时、准确地监测眼压对于青光眼特别是重症青光眼患者的诊断及治疗具有非常重要的意义。为此，本项目针对植入式眼压传感器的要求，提出利用微纳接触敏感结构从原理上提高目前眼压传感器的检测灵敏度，减小传感器的尺寸；研究利用原子层沉积等封装方法提高植入式传感器的防水性和长期工作的稳定性；尝试利用人体体液中的葡萄糖作为燃料的生物燃料电池给植入式眼压传感器及其电路供电。主要研究内容包括：基于微纳接触敏感结构压力传感器件的敏感机制和模型、制造和封装工艺、表征和测试以及能源供给方法，最终建立基于微纳接触敏感结构的可植入柔性眼压传感器件的相关理论和技术基础。此外，本项目的研究结果对其它可植入医疗器件、微型压力传感器件的研究也具有一定的促进作用。

眼压信号是青光眼患者特别是重症青光眼患者需要实时、准确监测的一项非常重要的生理信息。目前常用的眼压测量仪器存在尺寸大，无法连续监测且需外人协助测量等问题，难以满足患者眼压长时间准确、方便地测量需求。因此，本项目研究可植入式柔性眼压传感器用于青光眼患者的眼压长时间连续监测具有重要的学术研究和应用意义。本项目针对植入式眼压传感器的要求，提出利用微纳接触敏感结构从原理上提高目前眼压传感器的检测灵敏度，减小传感器的尺寸；进行了传感器的结构优化设计和制作工艺研究；研究利用parylene等微米级超薄聚合物涂层的封装方法提高植入式传感器的防水性和长期工作的稳定性；研究了一种利用人体体液中的葡萄糖作为燃料的生物燃料电池给植入式眼压传感器及其电路供电的方法。本项目的主要研究内容和研究结果包括：提出并建立了基于微纳接触敏感结构的电容式压力传感器件的敏感机制和模型；研究了采用光刻、刻蚀、软光刻、纳米材料组装、化学气相沉积等微纳制造和封装工艺实现传感器的制作和封装；根据植入式器件体外测试需求，建立了眼压传感器专用测试系统，进行了传感器的表征和测试研究，同时研究了基于葡萄糖为燃料的生物燃料电池用于植入式传感器体内供能，最终建立了基于微纳接触敏感结构的可植入柔性眼压传感器件的相关理论和技术基础。本项目的研究结果对可植入医疗器件、微型压力传感器件的研究及应用具有一定的价值和推动作用。