[0001] 本发明属于医疗器械和传感器交叉融合领域，具体涉及一种植入式动态压力传感器系统及其制备方法。

[0002] 随着医疗技术的不断发展，植入式医疗器械在疾病诊断和治疗中发挥着越来越重要的作用。其中，动态压力传感器作为关键组件之一，在监控体内瞬时压力变化方面展现出显著潜力，广泛应用于心血管系统监控、颅内压力监测和呼吸系统压力观察等多种医学领域。植入式动态压力传感系统在复杂的体内环境中长时间工作时，必须具备高灵敏度、长期稳定性、低功耗以及微型化等特性。然而，传统的植入式压力传感器通常基于电容或者压阻原理，在应对温度变化、灵敏度及长期稳定性方面仍存在诸多不足，无法满足体内组织压力的检测要求。例如，电容式传感器对温度变化的敏感性较高，温度波动会导致其电容值变化，进而影响压力测量的准确性。而体内环境的温度变化是不可避免的，这限制了电容式传感器在植入式设备中的应用。压阻式传感器面临灵敏度不足和长期稳定性欠佳的问题，难以保证持续的高精度压力监测。此外，长期植入体内的传感器还必须解决生物相容性、体积和功耗等多方面的挑战，这在很大程度上限制了其在植入式医疗器械中的应用。

[0003] 近年来，随着材料科学和微机电系统(MEMS)技术的快速发展，压电式压力传感器凭借其优异的动态压力响应能力受到了广泛关注。压电材料如锆钛酸铅（PZT）和聚偏氟乙烯（PVDF）在受到机械压力时会产生电荷信号，这种特性使得压电式传感器在压力检测中具有高灵敏度、长期稳定性、低功耗以及微型化和多功能集成等诸多优势。压电材料具有高压电系数，对微小的压力变化极为敏感，能够检测到极小的压力波动，因此，非常适合用于监测体内压力变化。例如，在心血管监测中，细微的血压变化可能预示潜在的健康问题，而压电传感器能够捕捉到这些细微变化，从而为临床诊断提供支持。压电材料在机械疲劳和环境变化中能够保持性能稳定，适合长时间的压力监测，满足植入式设备对长期可靠性的严格要求。压电式传感器在产生电信号时不需要外部的持续能量供给，功耗极低，有利于植入式医疗器械中电源的管理。此外，MEMS技术的发展使得压电式传感器可以被制成微型化器件，便于植入体内而不对周围组织造成损伤。同时，可以集成其他功能模块，如温度传感器。这种集成化特点使得压电式传感器在监控复杂生理信号时具有独特优势。因此，压电式压力传感器在植入式医疗器械中有重要的应用潜力。然而，现有的压电式压力传感器面对温度变化、动态压力响应和长期稳定性等方面表现不足，特别是在长期植入体内的情况下，难以准确应对复杂的生理环境变化，显著限制了其在植入式医疗器械中的应用。

[0016] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0017] 本发明提供了一种植入式动态压力传感器系统，其结构参见图1，所述系统包括封装外壳1、压力传感单元2、温度传感单元3、生物胶4、Au引线5、检测电路单元6、Si基底11，其中，封装外壳1形状为胶囊状，可以采用生物相容性好的钛合金，压力传感单元2和温度传感单元3通过MEMS工艺集成在Si基底11上，将压力传感单元2所处位置对应的Si基底11背面Si减薄，使得压力传感单元2灵敏度更高，在封装外壳1中间位置制备一个凹槽缺口，通过生物胶4将集成压力传感单元2和温度传感单元3的Si基底11粘结和封装在封装外壳1的凹槽缺口内，其中，压力传感单元2和温度传感单元3之间通过Si基底11内部的布线相互连接，且二者均与检测电路单元6电连接，具体的，压力传感单元2正面朝上，正对于凹槽缺口处，以便与待测生物组织直接接触，将压力信号转换为电信号，通过Au引线5分别将压力传感单元正端电极7与检测电路单元正输入端10连接，温度传感单元正端电极8与检测电路单元负输入端9连接，实现信号的传输与放大。

[0018] 如图2所示，所述植入式动态压力传感器系统的原理为：由于压电材料具有优异的压电和热敏特性，本发明采用压电材料作为压力传感单元2和温度传感单元3的敏感层，压力传感单元2对局部温度非常敏感，压电传感单元2在检测局部压力的同时容易受到温度的影响，通过温度传感单元3实时监测生物组织环境局部温度，并根据温度变化对压力传感单元2的输出进行补偿，提高了压力传感系统在不同温度条件下的精确度和稳定性，通过检测电路单元6获得高质量的压力信号，适合长期植入。

[0019] 如图3所示，关于集成压力传感单元2和温度传感器单元3的芯片的制备：本发明衬底采用绝缘材料制成，选用4英寸300mm厚的双抛Si基底11（晶向100），SiO2层采用等离子增强化学气相沉积工艺（PECVD）在Si衬底11表面生长500nm用于隔离层。通过光刻和磁控溅射在衬底上制备压力传感单元2和温度传感单元3的底电极，为了补偿温度对压力传感单元2输出的影响，将压力传感单元2和温度传感单元3的底电极集成在一起；采用胶‑凝胶法、溅射法、化学气相沉积（CVD）或者脉冲激光沉积（PLD）等方法在底电极上制备高质量的压电薄膜；通过光刻和刻蚀工艺对压电薄膜进行图形化，图形化后的压电薄膜分别作为压力传感单元2和温度传感单元3的敏感层；通过光刻和溅射工艺在压电薄膜上层和SiO2层上分别制备顶电极和引线电极作为压力传感单元正端电极7和温度传感单元正端电极8；采用热极化法和电场极化法等方式对压电薄膜进行极化；为了减少基底对压电材料的机械约束，提升传感器的灵敏度，采用硅的背部光刻和深硅刻蚀工艺完成压力传感单元2背部Si基底11的减薄，获得压力传感单元2的类悬空结构，并且可以通过设置刻蚀参数（气体、时间等）实现压力传感单元2的类悬空部分厚度的调控；通过对晶圆正面光刻和深硅刻蚀释放传感器芯片。

[0020] 如图4所示，检测电路单元6包括第一、第二二极管12、14、电阻13、场效应管15和第一、第二输出端口16、17。压电式压力传感单元2和温度传感单元3提供信号输入。第一二极管12用于防止反向电流进入电路，第二二极管14用于稳定压力传感单元2和温度传感单元3的电压，防止过高电压损坏器件。电阻13作为限流电阻，用于保护后续电路不受过大电流的影响。场效应管15用于信号放大输出高质量稳定的压力信号。压力传感单元2的负端和温度传感单元3负端相连，压力传感单元正端电极7作为输入端与检测电路单元正输入端10连接，温度传感单元正端电极8与检测电路单元负输入端9连接，电阻13与场效应管15的栅极相连接，第一二极管12的输入和输出端分别与检测电路单元负输入端9和检测电路单元正输入端10连接，场效应管15的源极与第二输出端口17连接，漏极与第一输出端口连接16，即接地，第二二极管14的输入和输出端分别与第二输出端口17和第一输出端口16连接，传感器产生的电信号调节流经场效应管15的电流，在第一、第二输出端口16、17提供了一个随压力变化的信号。

[0021] 优选的，传感器的封装外壳1也可以用生物相容性的不锈钢、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯等材料代替；优选的，传感单元除了压力和温度以外还可以通过MEMS工艺集成血氧、PH、离子传感器等；
优选的，所述压力和温度传感单元的敏感层均采用压电材料（BaTiO3、PVDF、PZT等）实现对压力和温度的监测，具备高度灵敏度、耐用性等优势，适用于长期植入。

[0022] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。