柔性復(fù)合型干電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種柔性復(fù)合型干電極及其制備方法，所述電極包括：電極支持層、電極點和電極導(dǎo)線連接點；所述方法步驟包括：1)以玻璃為基底；2)在玻璃基底上沉積Parylene C薄膜；3)濺射Cr/Cu種子層；4)種子層上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；5)電鍍Ag；6)旋涂光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；7)陽極氧化法將Ag氯化，生成AgCl；8)除去光刻膠；9)從玻璃基底取下電極。本發(fā)明是一種柔性薄膜型電極，能與皮膚很好的貼合，不僅能增大電極和皮膚接觸的有小面積，而且還能抵抗運動偽跡的干擾。本發(fā)明兼具干電極和濕電極的優(yōu)點，可以高質(zhì)量的記錄生理電信號，尤其適用于可穿戴設(shè)備。
【專利說明】柔性復(fù)合型干電極及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域的電極，具體地，涉及一種測量心電、腦電、肌電、眼電等生理電的柔性復(fù)合型干電極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]生理電是一種離子電流，產(chǎn)生原理是，細(xì)胞內(nèi)外的鉀離子、鈉離子和氯離子的濃度存在濃度差。因此一般用濕的銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極測量生理電。這種電極配合導(dǎo)電膠一起使用，以導(dǎo)電膠為電解液，通過氧化還原反應(yīng)將離子電流轉(zhuǎn)化為電子電流傳導(dǎo)到生理電采集系統(tǒng)中。
[0003]但這種電極在使用過程中有一些不便，例如:導(dǎo)電膠會逐漸變干，導(dǎo)致電極皮膚間的接觸阻抗變大，使得采集到的信號失真；泄露出的導(dǎo)電膠也可能導(dǎo)致相鄰的電極短路；導(dǎo)電膠還可能引起皮膚的過敏。
[0004]因此，干電極成為測量生理電的一種選擇，干電極和身體形成電容，將離子電流轉(zhuǎn)化為位移電流傳導(dǎo)到生理電采集系統(tǒng)中。通常的干電極是用金屬或者導(dǎo)電的聚合物制造。在實際應(yīng)用中，皮膚和電極的界面會產(chǎn)生汗水等液體，此時汗水可以充當(dāng)電極液。因此在干電極和皮膚間，采集生理電就存在兩種機制:氧化還原反應(yīng)和位移電流。但是，目前的干電極只關(guān)注于第二種機制。如Ju-Yeoul Baek和Jin-Hee An等在《Sensors and ActuatorsA》(2008) 423-429 中撰文 “Flexible polymeric dry electrodes for the long-termmonitoring of ECG”( “用于長期監(jiān)控ECG的柔性聚合物干電極”《傳感器和執(zhí)行器A》)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種柔性復(fù)合型干電極及其制備方法，該復(fù)合型干電極具有干電極和濕電極的優(yōu)點，以解決濕電極在使用時需要導(dǎo)電膠造成的不便和干電極采集生理電信號時引起的信號失真的問題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種柔性復(fù)合型干電極，從上到下依次排布的電極、電極導(dǎo)線連接點和電極支撐層，其中:
[0007]所述電極上有兩個不同材料的電極點，分別是Ag電極點和Ag/AgCl電極點；
[0008]所述電極支撐層為柔性的聚合物薄膜。
[0009]本發(fā)明中，電極導(dǎo)線連接點用于固定電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線連接采集設(shè)備。整個電極通過微加工的方式制備，完成后在電極導(dǎo)線連接點固定導(dǎo)線即可采集生理電信號。
[0010]優(yōu)選地，所述的Ag/AgCl電極點由表層的AgCl和底層的Ag膜構(gòu)成，所述Ag/AgCl電極點以汗水作為電解液。
[0011]更優(yōu)選地，所述的Ag/AgCl電極點的AgCl厚度是底層Ag膜的10% -50%，其中Ag膜的厚度為0.1 μ m-?ο μ m。
[0012]本發(fā)明中，所述的Ag/AgCl電極點的尺寸可以為任意合適大小，但在加工工藝范圍能盡可能小的尺寸為優(yōu)先選擇。
[0013]優(yōu)選地，所述的Ag電極點和Ag/AgCl電極點的面積比為1:1-1: 3。
[0014]本發(fā)明中，所述的Ag電極點和Ag/AgCl電極點可以為需要的任意的形狀。
[0015]優(yōu)選地，所述電極支撐層為Parylene C薄膜。所述的電極支撐層的厚度I μπι-100 μπι。考慮到使用者的舒適性，和電極能更好的貼合皮膚的形貌，電極的支持層不應(yīng)過厚。
[0016]本發(fā)明中，所述的柔性復(fù)合型干電極尺寸不受限制，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整；所述的柔性復(fù)合型干電極可以為任意形狀。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種柔性復(fù)合型干電極的制備方法，包括以下步驟:
[0018]I)在基底上沉積柔性的聚合物薄膜作為電極支撐層；
[0019]2)在柔性的聚合物薄膜上濺射Cr/Cu作為種子層，也作為電極導(dǎo)線連接點；
[0020]3)在種子層上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0021 ] 4)在種子層上電鍍Ag膜；
[0022]5)在Ag膜上旋涂光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0023]6)通過陽極氧化法將Ag膜氯化，在Ag膜上生成AgCl，形成Ag/AgCl電極點；
[0024]7)除去光刻膠，露出Ag電極點；
[0025]8)從基底取下整個電極，在電極導(dǎo)線連接點處固定導(dǎo)線。
[0026]上述方法中，所述基底為玻璃或硅片。
[0027]上述步驟4)的電鍍Ag膜也可以用蒸鍍Ag膜方法替代。
[0028]本發(fā)明的工作原理:
[0029]所述電極中的Ag/AgCl電極點以汗水為電解液，在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將生理電的離子電流轉(zhuǎn)化為電子電流導(dǎo)入采集設(shè)備中；所述電極中的Ag電極點與皮膚形成電容，將生理電的電子電流轉(zhuǎn)化為位移電流導(dǎo)入采集設(shè)備中；同一個電極具有兩種生理電采集機制，大大的提高了生理電采集效率；由于采用了柔性電極支撐層，整個電極具有柔性，可以緊貼被測者皮膚，增加了電極與皮膚的接觸面積，減小電極與皮膚的接觸阻抗，能抵抗運動偽跡的干擾，提高生理信號的采集質(zhì)量。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0031]本發(fā)明采用微加工工藝制備柔性復(fù)合型干電極，其優(yōu)勢在于能通過兩種機制采集生理電:既有濕電極的優(yōu)點:電極皮膚間的接觸阻抗小，采集信號的保真度高；又具有干電極的優(yōu)點:使用方便，不需要導(dǎo)電膠。本發(fā)明是一種以柔性聚合物為電極支撐層的薄膜型的電極，因此電極具有柔性，能與皮膚更好的貼合，增大電極與皮膚的接觸面積，從而增加采集信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性；而且與現(xiàn)有的干電極相比，性能突出、結(jié)構(gòu)巧妙。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0033]圖1是本發(fā)明一實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明一實施例的電極剖面示意圖；
[0035]圖1、2中:Ag電極點1，Ag/AgCl電極點2，電極導(dǎo)線連接點3，Ag膜4，電極支撐層
5 ；
[0036]圖3本發(fā)明一實施例的電極制備工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0038]如圖1、2所示，本實施例提供一種柔性復(fù)合型干電極，包括:從上到下依次排布的電極、電極導(dǎo)線連接點和電極支撐層，其中:
[0039]所述電極上有兩個不同材料的電極點，分別是Ag電極點I和Ag/AgCl電極點2 ；
[0040]所述電極支撐層5為柔性的聚合物薄膜；
[0041]電極導(dǎo)線連接點3用于固定電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線連接采集設(shè)備。
[0042]所述的Ag/AgCl電極點由表層的AgCl和底層的Ag膜4構(gòu)成，所述Ag/AgCl電極點以汗水作為電解液。
[0043]所述的Ag/AgCl電極點的AgCl厚度是底層Ag膜4的10% -50%;其中Ag膜4的厚度為 0.1 μ---10 μπι。
[0044]所述的Ag/AgCl電極點的尺寸可以為任意合適大小，但在加工工藝范圍能盡可能小的尺寸為優(yōu)先選擇。
[0045]所述的Ag電極點和Ag/AgCl電極點的面積比為1:1?1: 3。
[0046]所述的Ag電極點和Ag/AgCl電極點可以為需要的任意的形狀。
[0047]所述電極支撐層為Parylene C薄膜；或其他柔性的聚合物薄膜。
[0048]所述的電極支撐層厚度為I μ m-100 μ m。
[0049]所述的柔性復(fù)合型干電極尺寸不受限制，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整；所述的柔性復(fù)合型干電極可以為任意形狀。
[0050]如圖3所示，為本發(fā)明一種柔性復(fù)合型干電極的制備方法的實施例流程圖，包括以下步驟:
[0051]I)以玻璃為基底；
[0052]2)在玻璃基底上沉積5 μ m厚的Parylene C薄膜作為電極支撐層5，如圖(a)所示;
[0053]3)在Parylene C電極支撐層5上派射Cr/Cu作為種子層，也作為電極導(dǎo)線連接點3，如圖(b)所示；
[0054]4)在種子層上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0055]5)電鍍I μ m厚的Ag膜4，如圖(C)所示；
[0056]6)在Ag膜4上旋涂光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0057]7)通過陽極氧化法將Ag膜4氯化，生成200nm厚AgCl，形成Ag/AgCl電極點2，如圖⑷所示；
[0058]8)除去光刻膠，露出Ag電極點1，如圖(e)所示；Ag電極點和Ag/AgCl電極點的面積比為1:1 ;
[0059]9)從玻璃基地取下整個電極，在電極導(dǎo)線連接點3處固定導(dǎo)線。
[0060]在另一制備方法的實施例中:包括以下步驟:
[0061]I)以硅片為基底；
[0062]2)在玻璃基底上沉積50 μ m厚的Parylene C薄膜作為電極支撐層5，如圖(a)所示;
[0063]3)在Parylene C電極支撐層5上派射Cr/Cu作為種子層，也作為電極導(dǎo)線連接點3，如圖(b)所示；
[0064]4)在種子層上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0065]5)蒸鍍5 μ m厚的Ag膜4，如圖(C)所示；
[0066]6)在Ag膜4上旋涂光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0067]7)通過陽極氧化法將Ag膜4氯化，生成1.5 μ m厚AgCl，形成Ag/AgCl電極點2，如圖(d)所示；
[0068]8)除去光刻膠，露出Ag電極點1，如圖(e)所示；Ag電極點和Ag/AgCl電極點的面積比為1:2 ;
[0069]9)從硅片基底取下整個電極，在電極導(dǎo)線連接點3處固定導(dǎo)線。
[0070]本實施例中，當(dāng)電極應(yīng)用于生理電信號采集時，電極的電極點面固定在皮膚上適當(dāng)?shù)奈恢?；此電極具有柔性與皮膚貼合度高，采集的生理電信號穩(wěn)定、噪聲小，可以長期對生理電彳目號米集。
[0071]本發(fā)明采用微加工工藝制備柔性復(fù)合型干電極，其優(yōu)勢在于能通過兩種機制采集生理電:既有濕電極的優(yōu)點:電極皮膚間的接觸阻抗小，采集信號的保真度高；又具有干電極的優(yōu)點:使用方便，不需要導(dǎo)電膠。本發(fā)明是一種以柔性聚合物為電極支撐層的薄膜型的電極，因此電極具有柔性，能與皮膚更好的貼合，增大電極與皮膚的接觸面積，從而增加采集信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性；而且與現(xiàn)有的干電極相比，性能突出、結(jié)構(gòu)巧妙。
[0072]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性復(fù)合型干電極，其特征在于，包括:從上到下依次排布的電極、電極導(dǎo)線連接點和電極支撐層，其中: 所述電極上有兩個不同材料的電極點，分別是Ag電極點和Ag/AgCl電極點； 所述電極支撐層為柔性的聚合物薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性復(fù)合型干電極，其特征在于，所述的Ag/AgCl電極點由表層的AgCl和底層的Ag膜構(gòu)成，所述Ag/AgCl電極點以汗水作為電解液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柔性復(fù)合型干電極，其特征在于，所述的Ag/AgCl電極點的AgCl厚度是底層Ag膜的10% -50% ;其中Ag膜的厚度為0.1ym-1O μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性復(fù)合型干電極，其特征在于，所述的Ag電極點和Ag/AgCl電極點的面積比為1:1?1:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種柔性復(fù)合型干電極，其特征在于，所述電極支撐層為Parylene C薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種柔性復(fù)合型干電極，其特征在于，所述的電極支撐層厚度為I μ m-1oo μ m。
7.一種權(quán)利要求1-6任一項所述柔性復(fù)合型干電極的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)在基底上沉積柔性的聚合物薄膜作為電極支撐層； 2)在柔性的聚合物薄膜上濺射Cr/Cu作為種子層，也作為電極導(dǎo)線連接點； 3)在種子層上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層； 4)在種子層上電鍍Ag膜； 5)在Ag膜上旋涂光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層； 6)通過陽極氧化法將Ag膜氯化，在Ag膜上生成AgCl，形成Ag/AgCl電極點； 7)除去光刻膠，露出Ag電極點； 8)從基底取下整個電極，在電極導(dǎo)線連接點處固定導(dǎo)線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種柔性復(fù)合型干電極的制備方法，其特征在于，步驟4)的電鍍Ag膜用蒸鍍Ag膜方法替代。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種柔性復(fù)合型干電極的制備方法，其特征在于，所述基底為玻璃或硅片。
【文檔編號】A61B5/0496GK104510466SQ201410778597
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】劉景全, 彭慧玲, 楊斌, 陳翔, 楊春生 申請人:上海交通大學(xué)