本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用電極，特別是涉及一種具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極及其制造方法。

背景技術(shù)：

生物電包含了大量生命活動(dòng)信息，可以間接反映生物體內(nèi)部生理狀況。對(duì)人體生物電的檢測(cè)與利用，被廣泛應(yīng)用于臨床診斷中，如心電圖ECG、肌電圖EMG、腦電圖EEG和生物電阻抗EIT等。然而人體電信號(hào)極其微弱，需要設(shè)計(jì)專門的電子電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采集和利用。電極是整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)最前端的敏感元件，可以將人體的離子電位轉(zhuǎn)化為電路可以測(cè)量的電子電位，經(jīng)由電極采集的電信號(hào)會(huì)經(jīng)過后續(xù)的放大、處理進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)。電極與皮膚界面的接觸狀況和運(yùn)動(dòng)造成的干擾，都會(huì)對(duì)電信號(hào)采集產(chǎn)生極大的影響。由此可見，電極對(duì)于電信號(hào)采集品質(zhì)具有極其關(guān)鍵的作用。

目前，生物電信號(hào)檢測(cè)廣泛使用的是銀/氯化銀電極和金屬圓盤電極，這兩種電極都有各自適用的領(lǐng)域，但都不適合于對(duì)人體生物電信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)期高精度穩(wěn)定檢測(cè)。銀/氯化銀電極使用的導(dǎo)電凝膠，在長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)失水，檢測(cè)信號(hào)波動(dòng)極大；更為嚴(yán)重的是，導(dǎo)電凝膠的長(zhǎng)期使用可能造成皮膚過敏。金屬圓盤電極嚴(yán)重存在接觸不良、運(yùn)動(dòng)偽差大、電流分布不均勻等缺點(diǎn)，也不適合長(zhǎng)時(shí)間對(duì)電信號(hào)的高精度穩(wěn)定測(cè)量。然而臨床中需要對(duì)病人的病情進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因而開發(fā)新型醫(yī)用電極具有實(shí)際意義。

石墨烯具有許多優(yōu)異的性能，引起人們的廣泛關(guān)注。石墨烯是一種基于sp2雜化組成的單層碳原子構(gòu)成的六方晶格的二維晶體，單層石墨烯電子遷移率為15,000cm²V^-1s^-1，超過硅100倍，斷裂強(qiáng)度為42N/m²，強(qiáng)度可達(dá)到130GPa，是鋼鐵強(qiáng)度的100多倍。因此，單層石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，是理想的表面覆層材料。

中國專利CN 103767704 B公開一種用于腦電測(cè)量的準(zhǔn)干電極及其制備方法；中國專利CN 102319068 B公開一種基于電容耦合原理腦電干電極；中國專利CN 102579041 B公開一種能克服頭發(fā)障礙的陣列式柔性腦電干電極及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)連續(xù)穩(wěn)定測(cè)量人體醫(yī)學(xué)電信號(hào)的需求，提供以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量的一種具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極及其制造方法。

所述具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極設(shè)有電極芯、石墨烯層、導(dǎo)電銀膠、屏蔽導(dǎo)線、聚二甲基硅氧烷密封層；

所述電極芯表面具有微結(jié)構(gòu)陣列，電極芯外層表面沉積石墨烯層，電極芯背面設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)通過填充導(dǎo)電銀膠實(shí)現(xiàn)屏蔽導(dǎo)線與電極芯的連接，盲孔外涂覆聚二甲基硅氧烷密封層。

所述電極芯可采用銅電極芯、鎳電極芯、鍍銅電極芯或鍍鎳電極芯等，電極芯的厚度可為0.2～0.4mm。

所述具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極的制造方法，包括以下步驟：

1)在電極芯表面銑削出微結(jié)構(gòu)陣列，背面加工出盲孔；

2)對(duì)電極芯依次放置在鹽酸、丙酮、無水乙醇、去離子水中進(jìn)行清洗，用氮?dú)怙L(fēng)干；

3)利用氣相沉積法，在電極芯微結(jié)構(gòu)表面沉積單層石墨烯；

4)將屏蔽導(dǎo)線放置在盲孔內(nèi)，填涂導(dǎo)電銀膠，干燥固化；

5)在電極芯的背面涂覆聚二甲基硅氧烷密封層，干燥固化后即得具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極。

在步驟1)中，所述在電極芯表面銑削出微結(jié)構(gòu)陣列可采用激光銑削或者微小銑刀銑削。

在步驟2)中，所述鹽酸的摩爾濃度可為0.5mol/L，放置在鹽酸中進(jìn)行清洗的時(shí)間可為20s，放置在丙酮、無水乙醇、去離子水中進(jìn)行清洗可各超聲清洗5min。

在步驟3)中，所述在電極芯微結(jié)構(gòu)表面沉積單層石墨烯的具體方法可為：將電極芯放在管式爐的溫區(qū)中心，當(dāng)管式爐真空至5.0×10^-1帕后，把氫氣引入到生長(zhǎng)室，總壓強(qiáng)在13～18Pa，腔室被加熱至并保持在1050℃，維持一段時(shí)間去除殘留的氧化物，再引入甲烷氣體，總壓強(qiáng)在28～32Pa，溫度保持在1050℃生長(zhǎng)30～60min。停止通入甲烷，繼續(xù)通入氫氣，然后冷卻至室溫；所述氫氣體積流量為10sccm，甲烷體積流量為10sccm。

在步驟4)中，所述干燥固化的時(shí)間可為24h。

本發(fā)明所制造的具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極，表面的陣列結(jié)構(gòu)陣列有助于皮膚與電極間的穩(wěn)定接觸；鍍覆的單層石墨烯和金、銀等惰性金屬鍍層相比，電阻率更小，具有更優(yōu)異的導(dǎo)電性能；利用聚二甲基硅氧烷密封可以增強(qiáng)電極的柔性。本發(fā)明制造的電極不需要涂抹導(dǎo)電凝膠，使用方便，不易受到干擾，可以持續(xù)穩(wěn)定測(cè)量信號(hào)。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下效果：

本發(fā)明所制造的具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極，和傳統(tǒng)銀/氯化銀電極相比，避免使用導(dǎo)電凝膠，不會(huì)出現(xiàn)過敏現(xiàn)象，可以滿足臨床上長(zhǎng)期使用。和金屬圓盤電極相比，電極表面具有微結(jié)構(gòu)陣列，可以實(shí)現(xiàn)與皮膚的更好接觸，測(cè)得的信號(hào)穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。此外，電極使用石墨烯作為鍍層，電極與皮膚之間的接觸電阻更小。電極用聚二甲基硅氧烷作為背襯，具有較好的柔性。電極機(jī)械強(qiáng)度高，采集信號(hào)的信噪比大，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)用電信號(hào)準(zhǔn)確穩(wěn)定測(cè)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。1：?jiǎn)螌邮?：電極芯；3：聚二甲基硅氧烷；4：導(dǎo)電銀膠；5：屏蔽導(dǎo)線。

圖2為本發(fā)明所述具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極背面的三維圖。

圖3為本發(fā)明所述具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極微結(jié)構(gòu)表面的三維圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1～3所示，所述具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極實(shí)施例設(shè)有電極芯2、石墨烯層1、導(dǎo)電銀膠4、屏蔽導(dǎo)線5、聚二甲基硅氧烷密封層3；所述電極芯2表面具有微結(jié)構(gòu)陣列，電極芯2外層表面沉積石墨烯層1，電極芯2背面設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)通過填充導(dǎo)電銀膠4實(shí)現(xiàn)屏蔽導(dǎo)線5與電極芯2的連接，盲孔外涂覆聚二甲基硅氧烷密封層3。

所述電極芯可采用銅電極芯、鎳電極芯、鍍銅電極芯或鍍鎳電極芯等，電極芯的厚度可為0.2～0.4mm。

以下給出具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極的制造方法：

第一步微結(jié)構(gòu)加工。微細(xì)銑削技術(shù)可以采用激光銑削技術(shù)，激光功率設(shè)置為18W，激光掃描次數(shù)為25次，激光掃描速率設(shè)置為400mm/s，在電極芯表面加工出微結(jié)構(gòu)陣列。

第二步清洗干燥。將電極芯放置在0.5mol/L的鹽酸中清洗20s，然后依次放置在丙酮、無水乙醇、去離子水中，各超聲清洗5min，用氮?dú)怙L(fēng)干。

第三步表面沉積石墨烯。將電極芯放在管式爐的溫區(qū)中心，當(dāng)管式爐真空至5.0×10^-1帕后，將10sccm氫氣引入到生長(zhǎng)室，總壓強(qiáng)控制在15Pa，腔室被加熱至并保持在1050℃，維持10min去除殘留的氧化物。接著，將10sccm甲烷氣體引入，總壓強(qiáng)在30Pa，溫度保持在1050℃生長(zhǎng)30min。之后，停止通入甲烷，繼續(xù)通入氫氣，迅速冷卻至室溫。

第四步涂抹導(dǎo)電銀膠。將導(dǎo)電銀膠的兩種組分按照1∶1混合并攪拌。將屏蔽導(dǎo)線放置在小盲孔內(nèi)，填充配置好的導(dǎo)電銀膠，干燥固化24h。

第五步涂覆聚二甲基硅氧烷。在電極背面涂覆聚二甲基硅氧烷，厚度為1～2mm，干燥固化后，最終得到具有高導(dǎo)電性能的醫(yī)用干式電極。

采用本發(fā)明制作的電極具有接觸性能好，測(cè)量信號(hào)信噪比高，不會(huì)產(chǎn)生過敏現(xiàn)象，可以滿足醫(yī)學(xué)電信號(hào)的長(zhǎng)期準(zhǔn)確測(cè)量。

實(shí)施例2：

與實(shí)施例1類似，其區(qū)別在于第一步微細(xì)銑削技術(shù)可以采用微小銑刀銑削技術(shù)，選用直徑為0.2mm微小徑立銑刀。

本發(fā)明制得的醫(yī)用干式電極具有機(jī)械強(qiáng)度高、攜帶方便、信噪比高、不易受到干擾、可以連續(xù)穩(wěn)定地對(duì)人體生物電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。