人体情绪状态信息柔性检测电路、制备方法和集成系统

摘要

本发明公开了人体情绪状态信息柔性检测电路、制备方法和集成系统，属于医疗健康监测领域。包括：粘性功能层用于与人体皮肤直接贴附；顶层柔性封装层和柔性基底层共同构成柔性框架主体，芯片层和顶层柔性导线层均位于柔性框架主体内；芯片层包括多个检测模块，分别用于对皮肤电、温度、血氧和加速度检测；柔性基底层有多个导电通孔，用于对底层及顶层柔性导线层进行层间电信号传导；位于柔性基底层两侧的底层和顶层柔性导线层，用于芯片层中各电子元件间的电气连接，提供体信号传输端口。本发明通过集成皮肤电、温度、血氧和加速度检测元件和柔性材料，实现柔性信号检测与紧密贴附能力。

权利要求

1.一种具备导电稳定性的人体情绪状态信息的柔性信号检测电路，其特征在于，所述柔性信号检测电路为双层电路，自下而上依次包括：粘性功能层、顶层柔性封装层、芯片层、顶层柔性导线层、柔性基底层、底层柔性导线层和底层柔性封装层；

所述粘性功能层，用于与人体皮肤直接贴附；

所述顶层柔性封装层和所述柔性基底层共同构成柔性框架主体，所述芯片层和所述顶层柔性导线层均位于该柔性框架主体内；

所述芯片层包括柔性皮肤电检测电极、温度检测模块、血氧检测模块和加速度检测模块，分别用于对皮肤电信号、温度信号、血氧信号和加速度信号的检测；其中，所述皮肤电检测电极下方无顶层柔性封装层及粘性功能层，与皮肤直接接触；

所述柔性基底层有多个导电通孔，用于所述底层及顶层柔性导线层的层间连接，对所述底层及顶层柔性导线层进行层间的电信号传导；

位于柔性基底层两侧的所述底层和顶层柔性导线层，用于芯片层中各电子元件间的电气连接，并提供人体情绪相关信号的传输端口；

所述底层和顶层柔性导线层的材料是由镓基液态合金、银纳米材料和硅烷基高分子聚合物按一定比例混合而成的导电浆，所述镓基液态合金为亚微米颗粒，银纳米材料为亚微米薄片；

所述镓基液态合金、银纳米材料和硅烷基高分子聚合物的质量占比为2:1:1；

所述硅烷基高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷PDMS、铂硫化硅橡胶化合物Ecoflex或者苯乙烯‑乙烯‑丁烯‑苯乙烯嵌段共聚物SEBS。

2.一种如权利要求1所述的柔性信号检测电路的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1.在牺牲层上旋涂硅烷基高分子聚合物后，水浴溶解所述牺牲层以得到柔性基底层；

S2.将所述柔性基底层进行激光切割以得到通孔，所述通孔的直径在0.6至1mm范围内，并将所述通孔内填充导电浆，以得到导电通孔；

S3.以导电浆为导线材料在所述柔性基底层的一个表面上制备得到底层柔性导线层；

在所述底层柔性导线层远离所述柔性基底层的表面上旋涂硅烷基高分子聚合物，以制备得到底层柔性封装层；

S4.以导电浆为导线材料在所述柔性基底层远离所述底层柔性导线层的表面上制备得到顶层柔性导线层；将元器件连接在所述顶层柔性导线层上以得到芯片层；加热固化使导电浆烧结；

S5.在所述皮肤电检测电极位置覆盖一层薄膜，随后在所述芯片层上方浇注硅烷基高分子聚合物以得到顶层柔性封装层；在顶层柔性封装层上涂覆一层粘性功能材料，静置后得到所述粘性功能层；最后揭下所述薄膜以使皮肤电检测电极裸露出来。

3.一种检测人体情绪状态信息的柔性集成系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的人体情绪状态信息的柔性信号检测电路，以及信号处理输出模块，其中，所述柔性信号检测电路，用于检测人体的皮肤电信号、血氧饱和度信号、温度信号和三轴加速度信号，传输给所述信号处理输出模块；

所述信号处理输出模块与所述柔性信号检测电路相连，该信号处理输出模块将所述柔性信号检测电路检测得到的信号进行处理，并为所述柔性信号检测电路提供供电和接地端口，最后将计算处理得到的皮肤电数据、血氧饱和度数据、温度数据及三轴加速度数据通过蓝牙天线发射模块发送至移动终端。

4.如权利要求3所述的柔性集成系统，其特征在于，所述柔性信号检测电路与所述信号处理输出模块通过FPC软排线连接。

5.如权利要求3所述的柔性集成系统，其特征在于，所述柔性集成系统为表皮贴附式柔性信号检测贴片。

说明书

人体情绪状态信息柔性检测电路、制备方法和集成系统

技术领域

[0001] 本发明属于医疗健康监测领域，更具体地，涉及人体情绪状态信息柔性检测电路、制备方法和集成系统。

背景技术

[0002] 在现代社会的快节奏和紧张压力环境下，个人所面临的生理和心理健康问题值得关注，此时针对个人健康状况的实时监控很有必要。作为人体最为重要和基本的生命体征信号，同时也是人体情绪反映窗口的皮肤电信号(GSR)、血氧信号(SpO2)、温度信号，是医疗诊断的主要监测对象，对于人体情绪状态判断起着至关重要的作用。包括皮肤电信号、血氧信号、温度信号及三轴加速度信号在内的多种人体生理信号的监测，将有助于提醒人们及早注意到自身情绪状态的波动和身体状况的异常，及时调整或治疗，从而避免更严重的健康问题。

[0003] 皮肤电导率变化来源于交感神经控制的皮肤汗腺活动，所以不受主观意志影响，可以作为认知状态和情绪唤醒的客观指标，通过检测贴附于皮肤的电极间电压及电流值来实现间接测量；血氧饱和度检测原理为光电容积法，主要利用人体血管搏动时血液对光吸收量的不同来测量血氧饱和度；温度信号和三轴加速度信号能够反映人体实时的体温和体态信息，为情绪状态监测提供更多维度的信息。

[0004] 柔性电子因其具有独特的延展性、良好的可穿戴性以及可进行大规模制造、成本低廉等优点，广泛应用于医疗、能源、军事、教育等领域。现已研发出的柔性电子产品包括印刷RFID、柔性显示器、有机发光二极管OLED等，因其不同于传统硬质电路，能够实现弯折、拉伸延展等功能，因而广泛应用于现实生活中。传统的微纳电子采用光刻、电子束和离子束刻蚀等工艺实现微纳尺度下的加工，该工艺复杂、制造成本高，同时对环境的要求高，很难满足柔性电子技术大面积、批量化、高适应性的生产要求，因此在结构图案化、高可靠性封装等柔性电子制造关键技术方面，研发出稳定高效的工艺方法具有很大的应用前景与意义。

[0005] 目前针对人体多种生理信号分析的商用健康监测系统多为刚性电路板构造，不具备柔性和可拉伸性，当人体肢体动作发生变化时，传感系统与皮肤表面的贴附性受到影响，进而传感精度大幅下降，严重影响穿戴舒适度及检测精度。同时，传统的健康监测设备通常分为前端传感电路和后端信号分析处理电路，其系统总体的集成度较低，且整体设备略显笨重而不具有携带性。因此，研究一款高度集成的柔性表皮贴附式健康监测系统对健康监测领域具有重要意义。

发明内容

[0006] 针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了人体情绪状态信息柔性检测电路、制备方法和集成系统，其目的在于通过柔性材料的应用实现了柔性信号检测电路与人体皮肤紧密贴附的能力，并通过电路设计实现了信号处理输出模块对前端传感数据的接收、处理与发送，最终实现人体皮肤电信息、血氧饱和度信息、温度信息、人体体态信息的实时传输与显示。

[0007] 为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种人体情绪状态信息的柔性信号检测电路，所述柔性信号检测电路为双层电路，自下而上依次包括：粘性功能层、顶层柔性封装层、芯片层、顶层柔性导线层、柔性基底层、底层柔性导线层和底层柔性封装层；

[0008] 所述粘性功能层，用于与人体皮肤直接贴附；

[0009] 所述顶层柔性封装层和所述柔性基底层共同构成柔性框架主体，所述芯片层和所述顶层柔性导线层均位于该柔性框架主体内；

[0010] 所述芯片层包括柔性皮肤电检测电极、温度检测模块、血氧检测模块和加速度检测模块，分别用于对皮肤电信号、温度信号、血氧信号和加速度信号的检测；其中，所述皮肤电检测电极下方无顶层柔性封装层及粘性功能层，与皮肤直接接触；

[0011] 所述柔性基底层有多个导电通孔，用于所述底层及顶层柔性导线层的层间连接，对所述底层及顶层柔性导线层进行层间的电信号传导；

[0012] 位于柔性基底层两侧的所述底层和顶层柔性导线层，用于芯片层中各电子元件间的电气连接，并提供人体情绪相关信号的传输端口。

[0013] 优选地，所述底层和顶层柔性导线层的材料是由镓基液态合金、银纳米材料和硅烷基高分子聚合物按一定比例混合而成的导电浆，所述硅烷基高分子聚合物的质量占比不超过50％。

[0014] 有益效果：柔性信号检测电路得益于材料特性，具有良好的可拉伸性、粘附性和生物相容性，使得检测过程更加舒适。所述柔性基底采用高弹性的硅烷基高分子聚合物作为材料，采用自制导电浆作为导线层，与传统的硬质基底及传统金属导电材料相比，该电路具有卓越的可拉伸性和延展性，导电性能随拉伸状态改变波动较小，有助于所述柔性信号检测电路在弯曲和拉伸状态下的导电稳定性，进一步提高了信号检测的准确性和抗干扰能力；在PDMS封装层上增加的粘性功能层，以硅烷偶联剂制备黏附层为例，该粘性功能材料具有柔性，且生物相容性较好，使得制备的系统能够保持与人体皮肤更好的共形接触能力。

[0015] 优选地，所述镓基液态合金、银纳米材料和硅烷基高分子聚合物的质量占比为2:1:1。

[0016] 有益效果：本发明优选质量占比为2:1:1，经实验验证，满足该配比的柔性导电材料的导电率高于10^6S/m，拉伸应变达到200％‑500％。

[0017] 优选地，所述镓基液态合金为亚微米颗粒，银纳米材料为亚微米薄片。

[0018] 有益效果：本发明优选镓基液态合金为亚微米颗粒，银纳米材料为微米级片状，液态合金对片状银纳米材料有锚定作用，在拉伸状态下能够使导电性能维持稳定。

[0019] 优选地，所述硅烷基高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷PDMS、Ecoflex或者SEBS。

[0020] 有益效果：本发明采用硅烷基高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷、Ecoflex或者SEBS，由于其低模量特性和可拉伸性，且生物兼容性良好，提高了前端柔性信号检测电路的可拉伸性，使得所述检测电路与皮肤有更好的共形接触能力。

[0021] 为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种如第一方面所述的柔性信号检测电路的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0022] S1.在牺牲层上旋涂硅烷基高分子聚合物后，水浴溶解所述牺牲层以得到柔性基底层；

[0023] S2.将所述柔性基底层进行激光切割以得到通孔，所述通孔的直径在0.6至1mm范围内，并将所述通孔内填充导电浆，以得到导电通孔；

[0024] S3.以导电浆为导线材料在所述柔性基底层的一个表面上制备得到底层柔性导线层；在所述底层柔性导线层远离所述柔性基底层的表面上旋涂硅烷基高分子聚合物，以制备得到底层柔性封装层；

[0025] S4.以导电浆为导线材料在所述柔性基底层远离所述底层柔性导线层的表面上制备得到顶层柔性导线层；将元器件连接在所述顶层柔性导线层上以得到芯片层；加热固化使导电浆烧结；

[0026] S5.在所述皮肤电检测电极位置覆盖一层薄膜，随后在所述芯片层上方浇注硅烷基高分子聚合物以得到顶层柔性封装层；在顶层柔性封装层上涂覆一层粘性功能材料，静置后得到所述粘性功能层；最后揭下所述薄膜以使皮肤电检测电极裸露出来。

[0027] 为实现上述目的，按照本发明的第三方面，提供了一种检测人体情绪状态信息的柔性集成系统，包括如第一方面所述的人体情绪状态信息的柔性信号检测电路，以及信号处理输出模块，其中，

[0028] 所述柔性信号检测电路，用于检测人体的皮肤电信号、血氧饱和度信号、温度信号和三轴加速度信号，传输给所述信号处理输出模块；

[0029] 所述信号处理输出模块与所述柔性信号检测电路相连，该信号处理输出模块将所述柔性信号检测电路检测得到的信号进行处理，并为所述柔性信号检测电路提供供电和接地端口，最后将计算处理得到的皮肤电数据、血氧饱和度数据、温度数据及三轴加速度数据通过蓝牙天线发射模块发送至移动终端，实现数据可视化。

[0030] 优选地，所述柔性信号检测电路与所述信号处理输出模块通过FPC软排线连接。

[0031] 有益效果：本发明通过FPC软排线连接情绪相关信号柔性集成采集电路与信号处理模块通过FPC软排线连接，由于FPC软排线的可弯曲特性，且与所述柔性信号检测电路及信号处理输出模块之间连接稳定，提高了所述柔性集成系统与人体皮肤的共性能力和穿戴舒适性。

[0032] 优选地，所述柔性集成系统为表皮贴附式柔性信号检测贴片。

[0033] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

[0034] (1)本发明提出一种人体情绪状态信息的柔性信号检测电路，基底层、导线层、封装层均为柔性，以柔性高分子材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为封装层并辅以粘性高分子材料作为粘性功能层，所使用的电子元件及导电材料均被柔性材料包覆封装。使用柔性材料作为电路的封装材料，赋予整个电路能够承受一定范围变形的能力，使得其能够与人体皮肤同步变形，而粘性高分子材料更赋予其与皮肤紧密贴合的能力。并通过与传感器柔性集成，采用双层电路，顶层及底层电路之间采用柔性基底切割导电通孔并填涂导电浆的工艺进行连接，实现了层间电路连通的功能，且在未增加检测电路厚度的同时，大大减小了检测电路的面积，因而提高了整体检测系统的集成度，可同时测量人体多种信号。芯片层包括柔性皮肤电检测电极、温度检测模块、血氧检测模块和加速度检测模块，分别用于对皮肤电信号、温度信号、血氧信号和加速度信号的检测；其中，所述皮肤电检测电极下方无顶层柔性封装层及粘性功能层，与皮肤直接接触，能够快速直接测量与人体情绪相关的信号。

[0035] (2)本发明提出一种柔性信号检测电路的制备方法，采用激光切割和涂覆工艺实现柔性导电通孔的制备，采用丝网印刷工艺实现柔性电路图案化导线层的制备，在满足既定功能的前提下，不仅具有更高的拉伸性能，而且大大地降低了制备工艺的复杂度和成本。

[0036] (3)本发明提出一种检测人体情绪状态信息的柔性集成系统，通过不同模块检测皮肤电数据、血氧饱和度数据、温度数据和三轴加速度数据；信号处理输出模块同时接收传感器的数据并通过蓝牙发送至手机等移动终端，该检测系统能够实现可穿戴性，实时检测人体皮肤电信号、血氧饱和度信号、温度信号以及三轴加速度信号，并通过无线蓝牙传输到移动终端，实时反馈人体的皮肤电，血氧，温度及体态信息，即实时监测。整个系统小巧轻便，稳定性好，测量精度高。由于检测电路与皮肤贴附性较好，有效降低了信号检测过程中的运动伪影影响，提高了情绪相关信号检测的准确性和穿戴的舒适性。

附图说明

[0037] 图1为本发明提供的包括基于人体情绪相关信号检测的柔性集成系统的电路原理示意图。

[0038] 图2为本发明提供的柔性信号检测电路的结构示意图。

[0039] 图3为本发明提供的柔性信号检测电路的制备方法的流程图。

[0040] 在所有附图中，相同的附图标记用以表示相同的元件或结构。其中，

[0041] 1‑锂电池供电模块，2‑LP5907MFX稳压模块，3‑CC2640R2F核心处理器模块，4‑时钟晶振模块，5‑程序下载模块，6‑蓝牙天线发射模块，7‑手机APP通信模块，8‑LM4041、LMP2231皮肤电检测模块，9‑I2 C通信端口，10‑FPC软排线连接端，11‑柔性皮肤电检测电极，12‑TMP6131温度检测模块，13‑MAX30102血氧检测模块，14‑LIS2DS12加速度检测模块，201‑顶层封装层，202‑顶层电路层，203‑带导电通孔的柔性基底层，204‑底层电路层，205‑底层封装层，206‑LIS2DS12三轴加速度传感芯片，207‑MAX30102血氧饱和度传感芯片，208‑血氧芯片去耦电容，209‑加速度芯片去耦电容，210‑皮肤电检测电极，211‑TMP6131温敏电阻，301‑柔性基底层，302‑牺牲层，303‑载玻片，304‑导电通孔，305‑导电浆，306‑底层封装层，307‑芯片层，308‑顶层封装层，309‑粘性功能层。

具体实施方式

[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0043] 本发明提供了一种基于人体情绪相关信号检测的柔性集成系统，能够通过前端的柔性信号检测电路对皮肤电信号、血氧饱和度信号、温度信号和加速度信号实现检测，并最终通过后端的信号处理和分析模块进行处理和传输，最终通过移动端实现数据的可视化。

[0044] 本发明技术方案如下：检测人体情绪相关信号的柔性集成系统，如图1所示，它包括柔性信号检测电路和信号处理输出模块。

[0045] 所述柔性信号检测电路以柔性材料作为柔性基底层，柔性基底层一侧的顶层导线层、芯片层及顶层封装层为自下而上的结构设置，所述柔性基底层另一侧包括底层导线层、底层封装层。所述柔性基底层及所述顶层封装层共同构成所述检测电路的柔性框架主体，所述导线层和所述芯片层均位于该柔性框架主体内。所述柔性信号检测电路表面具有粘性功能层，可与人体皮肤直接贴附；所述柔性信号检测电路用于检测人体的皮肤电信号、血氧饱和度信号、温度信号和三轴加速度信号，传输给所述信号处理输出模块。

[0046] 所述信号处理输出模块与所述柔性信号检测电路相连，对所述柔性信号检测电路检测得到的信号进行处理，并为所述柔性信号检测电路提供供电和接地端口，最后将计算处理得到的皮肤电数据、血氧饱和度数据、温度数据及三轴加速度数据通过蓝牙天线发射模块发送至移动终端，实现数据可视化。

[0047] 优选地，所述柔性信号检测电路包括柔性基底层、底层导线层、顶层导线层、芯片层、封装层、粘性功能层。所述柔性材料为硅烷基聚合物高分子材料，所述粘性功能层为粘性高分子材料。粘性高分子材料具有柔性，且生物相容性较好，使得制备的系统能够保持与人体皮肤更好的共形接触能力，赋予了所述柔性信号检测电路与皮肤紧密贴合的能力，提高了信号检测的准确性和稳定性。所述检测电路为双层电路设计，所述顶层及底层导线层分别位于柔性基底层两侧，芯片层位于顶层导线层上方。优选的，所述芯片层布局为，所述柔性皮肤电检测电极、温度检测模块、血氧检测模块和LIS2DS12加速度检测模块位于所述芯片层同一侧，而信号传输端口则位于另一侧。检测时，血氧检测模块将贴附于手腕桡动脉部位，可实现血氧信号的准确检测。

[0048] 所述柔性信号检测电路柔性基底层主要由聚二甲基硅氧烷制成；所述柔性信号检测电路底层及顶层导线层材料为由镓基液态合金、银纳米材料和柔性高分子聚合物按一定比例混合而成的导电浆，刮涂到印制有电路图案的聚酯网板中，所述导电浆采用平口刮刀进行刮涂，在刮刀的挤压下透过网板在所述柔性基底层上形成电路图案导线层。所述柔性基底层有多个导电通孔，所述导电通孔内填充有所述导电浆，用于对所述底层及顶层柔性导线层进行层间电信号传导，并由此构成所述柔性信号检测电路的功能电路。

[0049] 所述芯片层主要由柔性皮肤电检测电极、TMP6131温度检测模块、MAX30102血氧检测模块和LIS2DS12加速度检测模块组成。所述柔性皮肤电检测电极为两块圆形电极，可直接贴附于皮肤上，通过测量两电极间的电势差与电流大小，将信号传输到所述信号处理输出模块；所述TMP6131温度检测模块包括一个TMP6131的温敏电阻，通过电阻阻值变化对人体温度进行检测；所述MAX30102血氧检测模块包括MAX30102血氧检测芯片和两个去耦电容，通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行检测；所述LIS2DS12加速度检测模块包括LIS2DS12三轴加速度传感芯片和一个去耦电容，可通过检测加速度变化来反映人体体态变化。所述去耦电容分别与MAX30102和LIS2DS12的供电及接地端相连，实现去耦降噪。所述芯片层引脚采用轻触按压的方式与导线层粘连；所述导线层的导电浆经过固化后即可实现所述芯片层引脚固连。

[0050] 所述封装层由聚二甲基硅氧烷浇注而成，经过固化后实现对芯片的固定和保护。所述粘性功能层材料为采用粘性高分子材料通过与未固化的聚二甲基硅氧烷封装层反应后制成的粘性材料，以实现对皮肤的粘附。

[0051] 优选地，所述柔性信号检测电路与所述后端信号处理输出电路通过FPC连接软排线相连接。

[0052] 所述前端柔性信号检测模块的柔性检测电极通过该FPC连接软排线连接端与所述皮肤电检测模块的GSR1和GSR2信号传输端相连接，将检测得到的皮肤电信号传输到所述信号处理输出模块；所述温度检测模块通过所述FPC软排线连接端与所述核心处理器模块相连接；所述MAX30102血氧检测模块和LIS2DS12加速度检测模块通过所述FPC软排线连接端2
与所述信号处理输出模块IC通信端口相连接；所述信号处理输出模块的LP5907MFX稳压模块则通过该FPC连接软排线对所述前端柔性信号检测模块进行供电并同时提供接地电位。

[0053] 优选地，所述信号处理输出模块包括电池稳压供电模块、核心控制器模块、皮肤电检测模块及蓝牙天线发射模块。所述电池稳压供电模块主要包括5V锂电池供电端模块、LP5907MPX稳压模块、去耦模块；所述5V锂电池供电端模块包括5V输出锂电池及固定粘接层；所述LP5907MPX稳压模块输入端与所述5V锂电池供电端模块输出端连接；所述LP5907MPX模块输出端分别与所述后端信号处理模块VCC端口和所述前端柔性血氧检测电路的VIN端口连接；所述3.3V去耦模块由两个并联贴片电容组成，实现对3.3V输出电压耦合噪声的限制。

[0054] 所述核心控制器模块包括CC2640R2F核心处理器，32.768KHz和24MHz时钟晶振模2
块，程序下载模块，复位电路，IC通信端口；所述CC2640核心处理器模块主要包括X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN、TMSC、TCKC、TDI、TDO、RESET、RFN、RFP、SCL、SDA、INT、GSR_OUT、TEMP_OUT端口，其中所述CC2640R2F核心处理器X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN端口分别与所述
32.768KHz和24MHz时钟晶振模块输入端连接；所述CC2640R2F核心处理器TMSC、TCKC、TDI、TDO端口分别与所述程序下载模块信号输入端连接，实现程序烧录；所述CC2640核心处理器RESET端口与所述复位电路信号输入端连接；所述CC2640R2F核心处理器SCL、SDA、INT端口
2
分别与所述IC通信端口信号输入端连接；所述CC2640R2F核心处理器GSR_OUT端口与所述皮肤电检测模块信号输出端连接；所述CC2640R2F核心处理器TEMP_OUT端口与所述温度检测模块信号输出端连接；所述CC2640R2F核心处理器RFN、RFP端口分别与所述蓝牙天线发射模块的信号输入端连接。

[0055] 本发明所采用的后端信号处理电路依据前端信号检测电路输出信号的特点进行设计，采用低功耗蓝牙通讯作为系统与移动终端的通信方式增加了系统的可穿戴性能。本发明优选采用CC2640R2F核心处理器、LP5907MPX稳压芯片、MAX30102血氧饱和度传感芯片、LIS2DS12三轴加速度传感芯片等，使得整体检测系统集成度相当高，在具有微小检测面积的同时，也降低了整体电路受检测过程中拉伸变形的影响。

[0056] 所述皮肤电检测模块包括LMP2231放大器和LM4041并联基准电压源。其中，所述LM4041并联基准电压源与GSR1信号传输端相并联，作为所述LMP2231放大器的输入端，而GSR2信号传输端则作为另一输入端，通过所述LMP2231放大器进行信号放大。所述皮肤电检测模块输出端则与所述CC2640R2F核心处理器GSR_OUT端口连接。

[0057] 所述无线传输模块包括2450BM15A蓝牙平衡滤波器、2.4GHz贴片天线；所述蓝牙平衡滤波器实现无线信号的降噪；所述2.4GHz贴片天线实现皮肤电、血氧饱和度、温度、加速度数据的发射，同时与手机APP终端实现无线蓝牙通信。

[0058] 优选地，信号展示APP界面包括搜索、开始、设置、打开通知四个选项，以及血氧饱和度、皮肤电、温度和三轴加速度四个波形显示窗口，以实时显示血氧饱和度、皮肤电、温度和三轴加速度信号。

[0059] 优选地，所述柔性信号检测电路体积不超过20mm×25mm×3mm；所述信号处理输出模块面积不超过25mm×25mm。本发明所述柔性信号检测电路体积小巧，整体集成度较高，提高了信号检测过程的舒适性。

[0060] 另一方面，本发明提供了一种柔性信号检测电路的制备方法，该方法包括了所述导电浆及所述柔性信号检测电路的制备方法。其中，所述导电浆的制备方法包括如下步骤：

[0061] (1)将共晶镓铟合金加入丙酮中，超声处理一段时间后离心沉淀，得到共晶镓铟合金的亚微米颗粒；

[0062] (2)滤去丙酮，加入NaOH溶液并振荡、离心，再滤去溶液，如此清洗三次；

[0063] (3)将银薄片纳米材料、聚二甲基硅氧烷按一定比例加入清洗后的共晶镓铟合金，振荡并超声混合一段时间，即得到所述柔性导线材料。

[0064] 所述柔性信号检测电路的制备方法包括如下步骤：

[0065] (1)在硬质基底上旋涂一层由聚乙烯醇水溶液固化而成的牺牲层，再在所述牺牲层上旋涂聚二甲基硅氧烷，之后水浴溶解所述牺牲层以得到柔性基底层；

[0066] (2)将所述柔性基底层进行激光切割以得到通孔，并将所述通孔内填充导电浆，以得到导电通孔；

[0067] (3)以导电浆为导线材料在所述柔性基底层的一个表面上制备得到底层导线层；在所述底层导线层远离所述柔性基底层的表面上旋涂聚二甲基硅氧烷，以制备得到底层封装层；

[0068] (4)以导电浆为导线材料在所述柔性基底层远离所述底层导线层的表面上制备得到顶层导线层；接着，将元器件连接在所述顶层导线层上以得到芯片层；同时将FPC软排线一端与所述顶层导线层对应点粘接固定；

[0069] (5)在所述芯片层上浇注聚二甲基硅氧烷以得到顶层封装层；在顶层封装层上涂覆一层粘性功能材料，静置后得到所述粘性功能层。由此，所述柔性信号检测电路制备完成。

[0070] 进一步地，所述导电通孔由激光切割所述柔性基底层得到；所述顶层导线层上形成有所述柔性皮肤电检测电极，在步骤(5)中，以LDPE薄膜覆盖住所述皮肤电检测电极后再进行封装操作，以避免所述皮肤电检测电极被所述顶层封装层所覆盖。

[0071] 下面将参照图2和图3，结合实例说明该柔性信号检测电路的制备过程。

[0072] 实施例1

[0073] 柔性导线材料的制备：

[0074] 用量筒取20ml丙酮，加入试剂瓶中，随后用注射器取1g镓铟液态合金(质量分数镓：75.5％，铟：24.5％)注入丙酮中，置于小型旋涡振荡器上振荡5min，得到镓铟合金悬浊液。随后，放入超声清洗机中，超声处理45min后，得到含有镓铟液态合金亚微米颗粒的悬浊液。随后将其均分两份，分别转移至两支离心管中，放入对称离心机中，在5000rpm转速下离心10min，得到上层清液和镓铟液态合金亚微米颗粒沉淀物。

[0075] 倒去上层清液，随后加入0.1mol/L的NaOH溶液10ml，置于小型旋涡振荡器上振荡5min，再放入对称离心机中，在5000rpm转速下离心5min，倒去上层清液，得到镓铟液态合金亚微米颗粒沉淀物，到此即完成了一次清洗操作。此操作重复三次，以洗去超声处理过程中产生的过多镓氧化物。

[0076] 随后，按镓铟液态合金亚微米颗粒、银纳米薄片、聚二甲基硅氧烷(PDMS)三者质量比为2:1:1的比例，往试剂瓶中加入镓铟液态合金亚微米颗粒0.5g、银纳米薄片0.25g、PDMS 0.25g，其中PDMS预聚体与固化剂的质量比为10:1。之后将试剂瓶置于小型旋涡振荡器上振荡5min，再超声处理10min，即得到导电浆305。

[0077] 柔性信号检测电路的制备：

[0078] 将聚乙烯醇粉末和去离子水按质量为1:9置于烧杯中均匀混合，加入磁珠后将所述烧杯口用保鲜膜封住，置于磁力搅拌机上，将所述磁力搅拌机温度设置为60度，磁力搅拌时间为8小时，得到质量分数为10％聚乙烯醇溶液，接着将所述质量分数为10％聚乙烯醇溶液均匀注入长75mm、宽25mm、厚2mm的载玻片303上，将所述注有聚乙烯醇溶液的载玻片放入2
旋涂机平台上，将所述旋涂机设置为单步旋涂模式，选取转速800rpm、加速度500rpm/min、旋涂时间30s，实现载玻片303上聚乙烯醇溶液的厚度均匀一致；待旋涂完毕后，将所述旋涂有聚乙烯醇溶液的载玻片303常温静置1‑2分钟后放入热板上，将所述热板温度调为90度，固化20分钟，得到所述载玻片303上的牺牲层302。

[0079] 此后，利用Sylgard 184聚二甲基硅氧烷，其中，预聚体与固化剂的质量比为10:1，将所述预聚体和固化剂混合均匀搅拌5‑8分钟得到PDMS，将所述PDMS置于真空箱抽真空，静置40‑60分钟，待PDMS中的气泡全都散到空气中即可取出静置后PDMS；所述真空箱的气压为0‑0.1个大气压。

[0080] 接着，将所述静置后PDMS均匀注入所述涂有牺牲层302的载玻片303上；将所述注有PDMS的载玻片放入旋涂机平台上，将所述旋涂机设置为单步旋涂模式，选取转速600rpm/2
min、加速度500rpm /min、旋涂时间30s，实现载玻片303上PDMS的厚度均匀一致；待旋涂完毕后，将所述旋涂有PDMS的载玻片303常温静置1‑2分钟后，放入所述热板上，将温度调为60度，固化时间40分钟，即可得到在涂有牺牲层302的载玻片303上制成柔性基底层301。之后，将固化了PDMS的载玻片303放入装有去离子水的水浴锅中并加热，使得聚乙烯醇牺牲层302完全溶解，从而将PDMS柔性基底层301从载玻片303上释放，由此得到厚度均匀一致、表面光滑平整的柔性基底层301。优选地，溶解牺牲层302时的水浴温度为90℃，溶解的时间为6h～
10h。

[0081] 之后，将厚度均匀一致、表面光滑平整的PDMS柔性基底层301的上下表面分别贴上厚度为380μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，排出所有气泡，并置于激光切割机平台上，将需要切割的通孔图案文件传到与激光切割机连接的电脑上，对焦完成后按照文件对置于平台上的样品进行图案化切割打孔，得到导电通孔304。优选地，通孔直径分别设置为0.6mm，0.8mm、1mm三个尺寸时，切割出的通孔具有最优表面形貌和最佳电气性能。接着，将导电浆305填涂进激光切割的导电通孔304里。之后，将导电通孔304填充好导电浆305的PET‑PDMS‑PET柔性基底一起放置于160℃烘箱内固化1h，后自然降温至80℃～100℃，取出PET‑PDMS‑PET柔性基底并将聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜撕去，即得带有图案化导电通孔的柔性基底层203。

[0082] 将带有图案化导电通孔的柔性基底203充分冷却后摊平固定在丝网印刷机的平台上，将导电浆305均匀涂抹在刻有电路底层导线层图案的聚酯网版的电路图案部分，调整网版的位置使网版图案上的导电通孔位置和所述柔性基底层203上的导电通孔304一一对应。其中，所述聚酯网版的网不可有较大的弹性，且和柔性基底层表面的距离要尽可能小，否则印刷的图案大小容易失真，目数可以为300目。调试完成后，将刮刀倾斜45度，水平匀速刮过聚酯网板的底层导线层图案部分，速度保持在2cm/s，保证导电浆305透过底层导线层图案均匀粘在柔性基底层203的表面。检查印刷图案的质量后，将带有底层导线层204的柔性基底放置于160℃烘箱内加热1.5h后自然降温至80℃～100℃，以使印刷的导电浆图案固化。
随后按照之前所述方法在底层导线层204上旋涂一薄层静置后的PDMS作为底层封装层205，选取转速400r/min、旋涂时间90s。

[0083] 将前述得到的样品按底层封装层205朝下、导电通孔面朝上的方向固定在丝网印刷机平台上，以前述方式再次制备得到顶层导线层202。

[0084] 之后，将所述MAX30102芯片、LIS2DS芯片、去耦电容、TMP6131电阻引脚涂覆一层导电浆305之后，分别用尖嘴镊子夹住，对准所述顶层导线层202上相应的芯片封装引脚位置后，轻放并轻轻按压相应的芯片引脚，实现所述芯片层307与顶导线层202粘连，将所述粘连有芯片层307的样品置于烘箱中160度固化1小时20分钟，常温降至90度，即可实现顶层导线层202和芯片层307固连以及导电浆的固化，形成良好的电气连接。

[0085] 进一步地，将所述FPC软排线的一端端口采用2.54mm的公头单排插针焊接，将所述FPC软排线与柔性信号检测电路连接的另一端每个端口上涂上导电浆305，接着将所述涂有导电浆305的一端对准顶层导线层202上的相应引脚端口，轻轻按压使其紧密粘连，将所述粘连有FPC软排线的载玻片置于烘箱中160度固化1小时20分钟，常温降至90度，即可实现FPC软排线和顶层导线层202固连，形成良好的电气连接。

[0086] 进一步地，将所述固化好FPC软排线的载玻片上放置适合于电路大小、厚度为1mm的亚克力板方框模具，用PI胶带固定好所述亚克力板方框模具后，裁剪LDPE薄膜至所述皮肤电检测电极大小，紧密覆盖在所述皮肤电检测电极表面，随后将所述静置后PDMS缓慢注入模具内，待所述静置后PDMS均匀覆盖在整个电路上时，在PDMS上表面涂敷一层硅烷偶联剂，静置反应25分钟后，置于烘箱8中60度固化3个小时后取出，在所述芯片层307上方制成顶层封装层308和粘性功能层309，将所述LDPE薄膜及方框模具用刀片缓慢取掉，以使所述皮肤电检测电极裸露出来；所述PDMS上方与空气接触的那一薄层即为粘性功能层309，具有良好的粘性，能够与皮肤紧密贴合，实现器件的可穿戴性。

[0087] 至此，柔性信号检测电路制备完成。

[0088] 本实施例工作时，所述锂电池供电模块1作为供电源为整个电路供给5V电压；所述LP5907MPX稳压模块2将锂电池供电模块1供给的5V电压转为3.3V，为所述CC2640R2F核心处理器模块3，LM4041、LMP2231皮肤电检测模块8，TMP6131温度检测模块12，MAX30102血氧检测模块13和LIS2DS12加速度检测模块14进行供电。其中，TMP6131温度检测模块12，MAX30102血氧检测模块13和LIS2DS12加速度检测模块14位于柔性信号检测电路中，其供电将通过FPC软排线连接端10的3V3和1V8端口进行。进一步地，柔性信号检测电路中的MAX30102血氧检测模块13和LIS2DS12加速度检测模块14数据通信通过FPC软排线连接端10的INT，SCL，SDA端口进行，与CC2640R2F的I2C通信端口9连接以完成指令发送和数据传输；TMP6131温度检测模块12则通过FPC软排线连接端10的TEMP端口直接与核心处理器模块3进行通信；柔性皮肤电检测电极11则通过FPC软排线连接端10的GSR1、GSR2端口与LM4041、LMP2231皮肤电检测模块8的GSR1、GSR2信号传输端进行信号传输，并通过所述皮肤电检测模块8的GSR_OUT端口与所述核心处理器模块3进行皮肤电数据的传输。

[0089] 本发明中基于人体情绪相关信号检测的柔性集成系统尤其可配合移动终端内的信号展示APP使用。通过2.4GHz天线模块与手机信号展示APP实现无线蓝牙通信，传输数据。可开发出一款配套信号展示APP，手机终端即可进行接收数据，APP操作步骤简便，专业知识水平要求低，人机交互界面友好，能够适应于不同年龄段的人群。进一步地，所述信号展示APP界面可包括搜索、开始、设置、打开通知四个选项。例如，搜索选项能够使移动终端检测到待连接的蓝牙设备；连接到蓝牙设备后，打开通知实现对蓝牙传输数据的接收，开始选项实现对接收数据的绘图，设置选项可以对数据的传输速率，绘图中相邻数据点的时间间隔进行设置。所述信号展示APP界面包括搜索、开始、设置、打开通知四个选项，以及血氧饱和度、皮肤电、温度和三轴加速度四个波形显示窗口，以实时显示血氧饱和度、皮肤电、温度和三轴加速度信号。

[0090] 本发明所采用的各个组件(包括各个功能模块、芯片等)均可由市售购得；关于功能模块、芯片等各引脚的连接，未详细说明之处均可参照相关使用说明书进行设置。

[0091] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。