TWI581758B - 布膜生理感測器 - Google Patents

Description

布膜生理感測器

本發明係有關於一種生理感測元件；特別係有關於一種可用於整合於織物上之生理感測元件，藉以形成一種可量測使用者生理狀態之功能性織物。

隨著社會經濟、科學技術及生活水平的提昇，人們對健康的認知，已有了更深的體會。現代人對健康的衡量標準已不單單由身軀上具體呈現出的無病痛狀態的方式來表達，更希望能進一步藉由生理監視系統量測生理狀態之數值，以預先測得該些數值是否發生異常變化，藉以提前了解健康狀況是否發生異常。

為此，中華民國專利公告第528593號中，揭示一種用以監測生理機能狀態之裝置及該裝置之監測處置之方法，其係利用人體內、外部所產生之生理狀況作為訊息資料，藉由貼身之量測裝置進行偵測，並將偵測資料由近端或遠端擷取做安全防護。該專利中所揭示之各種量測裝置，皆為金屬量測元件，致使用以接觸使用者皮膚者，均為冰冷的感測介面。然，這卻會使得使用者感到不適，特別是在冷天氣使用時。再者，該些量測裝置係為金屬製電子元件，具有一定的體積與大小，使用在穿戴時易因明顯的異物感而感到不適。此外，這些量測電子元件裝設於織物上後，該織物若有髒汙時並無法用水清洗，若要清洗只能將該些電子元件全數拆 除，待清洗完後再重新裝設回去，此於使用上並不具便利性。

為克服前述之問題，中華民國專利公告第I274576號中，揭示一種生理感測織物與生理監視系統，其係使用織物電極替代習知金屬製感測元件。該專利中所揭示之織物電極與織物本體，係由一導電紗線與一非導電紗線以梭織、針織或不織方式一體加工而成。雖然以導電紗線所製成之織物電極，可以改善習知金屬製電子元件的硬物感，以及減少部分冰涼不適感，但導電紗線本體較為脆弱，於使用一段時日後，易因穿著時衣物間或衣服與身體間的摩擦，或是汗水的侵蝕而造成導電紗線之斷裂，或電阻值大幅提升，而失去所需之導電性。再者，該專利中雖宣稱其導電電極可以進行水洗，然確無提供任何實施例足以證明。習知技藝者藉由該專利所揭示之內容當可輕易了解到的是，該導電紗線之直徑僅有數微米至數十微米，披覆於其上之表面導電層厚度更薄，極易受外力而發生破損，進而失其導電能力。故而，以該專利所揭示之導電紗線縱可通過一、兩次泡水測試，也難以通過業界所要求之水洗測試。

因此，開發出一種具穿著舒適感，且具有一定結構強度，使其可以通過業界要求之水洗測試條件與耐磨耗測試之導電電極，便成為本發明領域重要之事務。

據此，本發明之目的即在於提供一種布膜生理感測器，用以感測使用者體表電位變化之資訊。

本發明之另一目的，在於提供一種裝設有前述布膜生理感測器所製成之智慧型織物，除可達成感測使用者體表電位變化之資訊之功用 外，亦可提供使用者較為舒適之穿著感。

為達成前述之目的，本發明提出一種布膜生理感測器，其適用於接收一使用者皮膚表層之一體表電位變化的資訊。本發明布膜生理感測器，包括一織物本體及一導電塗料層。前述之該導電塗料層至少其中一部係自該織物本體之一側嵌合於該織物本體中，並平貼於其上，且該導電塗料層之厚度不大於該織物本體之厚度。前述之導電塗料層包含一疏水性黏結劑及複數個導電粒子分布於其中。

本發明之布膜生理感測器可用於結合於衣物內側面上，藉以感測使用者皮膚表層之體表電位變化。接著，將這些體表電位變化之資訊，通過習知訊號傳導線路傳至訊號發射器上，再由訊號發射器將訊號傳出。最後，由一遠端訊號接收器接受後，將訊號從監視系統上顯示，藉以達到遠端監控之目的。

1‧‧‧布膜生理感測器

10‧‧‧織物本體

12‧‧‧緯紗

14‧‧‧經紗

16‧‧‧導電塗料層

h1‧‧‧厚度

h2‧‧‧厚度

2‧‧‧衣物

20‧‧‧導電線

22‧‧‧控制元件

圖1 本發明布膜生理感測器之一實施態樣之截面示意圖；圖2 本發明布膜生理感測器另一實施態樣之截面示意圖；圖3 裝設有本發明布膜生理感測器之智慧型織物的一實施態樣示意圖。

為使熟習本技術領域中之技藝者，更易於通過本發明說明書之說明而了解本發明，以下配合圖式進一步說明。習知技藝者當可瞭解的是，以下之說明內容僅用以示例說明本發明技術，並說明較佳之實施條件 範圍，並非用以限制本發明之範圍。

參閱圖1，係為本發明布膜生理感測器之一實施態樣之截面示意圖。本發明布膜生理感測器1，基本上係由一織物本體10及一與其嵌合之導電塗料層16所構成。於此實施態樣中，織物本體10係為一梭織織物(或稱平織織物)，其係由複數條緯紗12與複數條經紗14所交錯編織而得。藉此，織物本體10即具有一由紗線交錯編織所形成之厚度h1。導電塗料層16係自織物本體10之一側嵌入其內，填入織物本體10交錯紗線間的空隙，並整合成一體。

於此實施態樣中，導電塗料層16係完全沒入織物本體10內，並與其嵌合，且導電塗料層16上方側係與織物本體10上方側實質上切平，而導電塗料層16下方側則位於織物本體10內。藉此，導電塗料層16呈現實質上平貼於織物本體10上方側之外觀型態。於此實施態樣中，導電塗料層16的厚度h2係不大於織物本體10的厚度h1。

參閱圖2，係為本發明布膜生理感測器之另一實施態樣之截面示意圖。於此實施態樣中，本發明布膜生理感測器1，基本上亦係由一織物本體10及一與其嵌合之導電塗料層16所構成。差異點在於，導電塗料層16係部分嵌合於織物本體10內。亦即，導電塗料層16有部分厚度範圍係凸設於織物本體10上。

前述導電塗料層16凸設於織物本體10上之厚度，於本發明中並無特別之限制，但為考量本發明布膜生理感測器1於接觸使用者皮膚之舒適感，較佳為不大於40微米，更佳為不大於30微米，最佳為不大於20微米。

前述實施態樣中之織物本體10雖僅用梭織物進行事例說 明，惟熟習技藝者藉由本發明之說明當可瞭解的是，亦可以針織織物做為本發明中之織物本體10。惟為考量本發明布膜生理感測器1不易變形性與整體厚度考量，織物本體10較佳係使用梭織織物。可應用於本發明中之梭織織物其種類與形式，於本發明中並無特別之限制，只要是能使導電塗料層16嵌合於其內，並提供布膜生理感測器1所需結構強度者，均可被應用於本發明中。

根據本發明所指出布膜生理感測器1，如上所述導電塗料層16係全部或大部分嵌合於織物本體10內。藉此，織物本體10將進一步賦予導電塗料層16一物理性支撐與保護，使導電塗料層16之結構強度因而獲致強化。藉此，本發明布膜生理感測器1即呈現類似複合材料之結構強化效果。前述導電塗料層16嵌合於織物本體10內之厚度，較佳為10~50微米，更佳為20~40微米。若少於10微米，易使導電塗料層16自織物本體10表面剝離。反之，若大於50微米，則易發生電阻值不均勻之狀況。

前述導電塗料層16係由一疏水性黏結劑及複數個分布於其中之導電粒子所構成。可應用於本發明中做為疏水性黏結劑用之材料，包含但並不僅限於，聚氨酯(Polyurethane,PU)、矽氧烷(silicon)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)及壓克力(Acrylic)等。可應用於本發明中做為導電粒子之材料，包含非金屬材料、金屬材料，或其組合。前述之非金屬材料，包含但並不僅限於，奈米碳管(Carbon nanotubes,CNT)、碳黑(Carbon black)、碳纖維(Carbon fiber)、石墨烯(Graphene)及導電高分子(例如，聚3,4-二氧乙基噻吩(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)、聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)...等)等。其中，以奈米碳管 為最佳。前述之金屬材料，包含但並不僅限於，金、銀、銅及金屬氧化物(例如，氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO))等。

為獲致有較佳之體表電位變化感測效果，前述導電塗料層16中導電粒子所佔之比例，較佳為20~70wt%，更佳為30~50wt%。本發明布膜生理感測器1之表面電阻較佳為100~300Ω/□，更佳為150~250Ω/□。

前述導電塗料層16可藉由任何習知的方法與織物本體10嵌合。例如，將疏水性黏結劑溶於溶劑中，並將導電粒子分散於其中，藉以形成一導電塗佈液。接著，將此導電塗佈液塗佈於織物本體上，並使其滲入織物本體中，以形成一導電塗料層。最後將導電塗料層烘乾，並使其完全乾燥。藉此，即可獲得本發明所述之布膜生理感測器。前述之塗佈方式於本發明中，並無特別之限制，但為求塗佈均勻且表面平整，可藉由習知之印刷技術執行，例如凹版印刷技術、網版印刷技術、凸版印刷及狹縫式塗佈技術等，但並不僅於此。或是，將導電塗佈液先塗佈於一離形紙上，以形成一導電塗料層，隨後使其進行初步乾燥。接著，於導電塗料層未完全乾燥前，藉由滾輪壓合於織物本體上。最後將離形紙剝除，再使導電塗料層完全乾燥。藉此，亦可獲致本發明之布膜生理感測器。

本發明布膜生理感測器於應用時，可將其結合於織物(或衣物)之內側，使導電塗料層未裸露側與織物結合，藉以使導電塗料層之裸露側得以與使用者皮膚直接接觸。前述之結合方式於本發明中並無特別之限制，只要是可將本發明布膜生理感測器裝設於織物之內側之任何習知方法，皆可被應用於本發明中，包含但並不限於，以黏著劑貼合或縫合。

為進一步增加本發明布膜生理感測器接觸使用者皮膚時之 舒適感，本發明布膜生理感測器上可進一步設置有複數個通孔。該些通孔係實質上貫穿本發明布膜生理感測器。該些通孔之設置數量與大小，於本發明中並無特別之限制，只要能使汗氣、體表熱氣得以排出之設計，均可被應用於本發明中。或是，將導電塗料層設計成一實質上連續性之圖案層嵌合於織物本體，亦即導電塗料層非覆蓋於織物本體之全部表面。抑或是，於導電塗料層上設置複數個通孔等。藉此，使用者體表所產生之汗氣得經由該些通孔排出而不致蓄積於本發明布膜生理感測器與皮膚接觸之位置。

為使本發明布膜生理感測器所感測到之使用者體表電位變化之資訊可以傳遞出，本發明布膜生理感測器上進一步設置有一導電端子。此導電端子設置之形式與數量，可依需要選用與設置，於本發明中並無特別之限制。

參閱圖3，為裝設有本發明布膜生理感測器之智慧型織物的一實施態樣示意圖。本發明布膜生理感測器1係裝設於衣物2內側，並通過一導電線20與一控制元件22電性連接。

前述之導電線20使用之材料，於本發明中並無特別之限制，只要是可使感測器所感測到之體表電位變化資訊有效傳遞至控制元件者，均可被應用於本發明中。例如，可使用與本發明布膜生理感測器相同之結構設計，惟需使用更低阻值之設計，例如表面電阻為不大於10Ω，更佳為0.01~1Ω。

前述之控制元件22種類與形式，於本發明中並無特別之限制，只要是任何習知可將體表電位變化資訊轉換成生理資訊之電子裝置，皆可被應用於本發明中。控制元件22中可進一步整合一無線訊號發射單 元，藉以使電子訊號可以傳送出。前述無線訊號發射單元亦可獨立於控制元件外單獨設置之，且與控制元件電性連接。

由於導電塗料層16係全部或大部分嵌合於織物本體10內，因此本發明布膜生理感測器1可提供一較薄厚度，其厚度大致上與使用之織物本體10相同或相當，且其柔軟度亦不致於相較織物本體10降低太多。藉此，當本發明布膜生理感測器1裝設於衣物2內側時，使用者將不致明顯感覺到異物感，故可提供使用者較佳之舒適感。

當使用者穿戴前述智慧型織物時，使用者體表所產生之體表電位變化資訊，例如因心博所產生之體表電位變化、肌肉受縮舒張所產生之體表電位變化...等，便會為本發明布膜生理感測器1所感測，接著通過導電線20傳遞至控制元件22。控制元件22則會將體表電位變化資訊進一步轉換成一生理資訊，最後以無線訊號傳輸方式傳送至一接收裝置，例如習知之各種智慧型攜帶裝置，如手機、手錶、手環及平板等裝置。

具體實施例

樣品製備

實施例一

將聚氨酯(購自朝登，型號CD-5030)以醋酸丁酯(n-Butyl acetate,nBAC)配製成聚氨酯塗佈液(固含量30wt%)。再將奈米碳管(購自東大勝，型號雙多壁奈米碳管-01)加入聚氨酯塗佈液中，添加重量比為1：5(奈米碳管：聚氨酯塗佈液)，並使其均勻混合，藉以製得導電塗佈液。將導電塗佈液以200目之網版(購自集湰科技，型號多特龍)，藉由網版印刷技術印刷於一平織布上(購自宏遠興業，30丹尼平織布)，再於150℃下 熱風乾燥，以去除溶劑，以形成一嵌合於平織布中之導電塗料層。藉此即可製得本發明布膜生理感測器(導電塗料層厚度40微米，其中嵌合於平織布中厚度為10微米)。於此狀況下奈米碳管於導電塗料層中所佔之比例為40wt%，所製得之布膜生理感測器的表面電阻為250Ω/□。

實施例2

製備條件同實施例1，僅將網版更換為150目之網版。藉此可製得表面電阻為150Ω/□之布膜生理感測器。(網目愈小之網版，孔隙愈大，塗佈厚度愈厚)

比較例1

利用習知技術之金屬導電紗(購自中國龍志，型號混紡金屬紗)，以習知紡織機台織造成一平織布。經測其表面電阻為250Ω/□。

比較例2

利用習知技術之金屬導電紗(購自中國龍志，型號混紡金屬紗)，惟金屬紗用量較比較例1為低，並以習知紡織機台織造成一平織布。經測其表面電阻為150Ω/□。

水洗測試

水洗測試係參考AATCC135水洗測試條件進行測試(水洗50次)。樣品經水洗測試後以電阻計(購自三菱電子，型號MCP-T610)測試其表面電阻值。前述樣品經水洗測試後之結果示於下表：

由上述結果顯示，本發明布膜生理感測器經水洗測試後，其表面電阻值並未增加太多，仍在可供使用之數值內。然而，比較例所代表之習知導電紗，經水洗測試後，其表面電阻大幅增加，且已超過可供使用之數值範圍。

樣品彎折測試

樣品彎折測試方式，係將樣品對折，並於對折處以2Kg之砝碼重壓1分鐘，如此重覆彎折500次。樣品經彎折測試後以電阻計(購自三菱電子，型號MCP-T610)測試其彎折處電阻值。前述樣品經彎折測試後之結果示於下表：

由上述結果顯示，本發明布膜生理感測器經彎折測試後，其彎折處電阻值並未增加太多，仍在可供使用之數值內。然而，比較例所代 表之習知導電紗，經彎折測試後，其彎折處電阻大幅增加，且已超過可供使用之數值範圍，幾乎呈斷路狀態(阻值>1M)。

耐磨耗測試

樣品耐磨耗測試係參考JIS-L-1096測試法，以馬丁代爾耐磨耗試驗機評價織物之耐磨耗性，測試條件為摩擦次數1,000次。樣品經耐磨耗測試後以電阻計(購自三菱電子，型號MCP-T610)測試其磨耗處表面電阻值。前述樣品經耐磨耗測試後之結果示於下表：

由上述結果顯示，本發明布膜生理感測器經耐磨耗測試後，其磨耗處電阻值並未增加太多，仍在可供使用之數值內。然而，比較例所代表之習知導電紗，經耐磨耗測試後，其磨耗處電阻大幅增加，且已超過可供使用之數值範圍。

經由前述測試足以證明，本發明布膜生理感測器顯較於習知技術更為優越，可有效通過水洗測試、彎折測試及耐磨耗測試，更適用於產業上利用。

綜上所述，本發明具有產業之利用性及進步性，且本案未見之於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法第十九條、第二十條發明要件 之規範。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例，當不能以之限定本發明實施之範圍，凡與本發明申請專利範圍所作之等效變化、均等實施或修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧布膜生理感測器

10‧‧‧織物本體

12‧‧‧緯紗

14‧‧‧經紗

16‧‧‧導電塗料層

h1‧‧‧厚度

h2‧‧‧厚度

Claims (17)

1. 一種布膜生理感測器，用以感測一使用者皮膚表層之一體表電位變化的資訊，其包括：一織物本體；及一導電塗料層，其包含一疏水性黏結劑及複數個導電粒子分布於其中，其中該導電塗料層中該複數個導電粒子所佔之比例為20~70wt%，該導電塗料層係自該織物本體之一側嵌合於該織物本體中，並平貼於其上，且該導電塗料層之厚度不大於該織物本體之厚度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層係完全沒入並嵌合於該織物本體內，且該導電塗料層之一側係與該織物本體之一側切齊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層有部分厚度凸設於該織物本體表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該織物本體係為一梭織織物。
5. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該疏水性黏結劑係選自聚氨酯、矽氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯及壓克力所組成之族群至少其中之一。
6. 如申請專利範圍第5項所述之布膜生理感測器，其中該疏水性黏結劑係為聚氨酯。
7. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該複數個導電粒子係為金屬導電粒子。
8. 如申請專利範圍第7項所述之布膜生理感測器，其中該金屬導電粒子之主要成分係選自金、銀、銅及金屬氧化物所組成之族群至少其中之一。
9. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該複數個導電粒子係為非金屬導電粒子。
10. 如申請專利範圍第9項所述之布膜生理感測器，其中該非金屬導電粒子之主要成分係選自奈米碳管、碳黑、碳纖維、石墨烯及導電高分子所組成之族群至少其中之一。
11. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層中複數個導電粒子所佔之比例為30~50wt%。
12. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層嵌合於該織物本體內之厚度為10~50微米。
13. 如申請專利範圍第3項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層凸設於該織物本體上之厚度不大於40微米。
14. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層係為一實質上連續性之圖案層。
15. 如申請專利範圍第1項所述之布膜生理感測器，其中該導電塗料層上設有複數個通孔。
16. 一種智慧型織物，其內側上裝設有一如申請範圍第1項所述之布膜生理感測器。
17. 如申請專利範圍第16項所述之智慧型織物，其進一步包含一與該布膜生理感測器電性連接之控制元件，用以將一體表電位變化資訊轉換成一生理資訊。