柔性複合型乾電極及其製備方法
2023-09-10 13:39:55
柔性複合型乾電極及其製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種柔性複合型乾電極及其製備方法，所述電極包括：電極支持層、電極點和電極導線連接點；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)種子層上旋塗正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；5)電鍍Ag；6)旋塗光刻膠，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幹擾。本發明兼具乾電極和溼電極的優點，可以高質量的記錄生理電信號，尤其適用於可穿戴設備。
【專利說明】柔性複合型乾電極及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械領域的電極，具體地，涉及一種測量心電、腦電、肌電、眼電等生理電的柔性複合型乾電極及其製備方法。
【背景技術】
[0002]生理電是一種離子電流，產生原理是，細胞內外的鉀離子、鈉離子和氯離子的濃度存在濃度差。因此一般用溼的銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極測量生理電。這種電極配合導電膠一起使用，以導電膠為電解液，通過氧化還原反應將離子電流轉化為電子電流傳導到生理電採集系統中。
[0003]但這種電極在使用過程中有一些不便，例如:導電膠會逐漸變幹，導致電極皮膚間的接觸阻抗變大，使得採集到的信號失真；洩露出的導電膠也可能導致相鄰的電極短路；導電膠還可能引起皮膚的過敏。
[0004]因此，乾電極成為測量生理電的一種選擇，乾電極和身體形成電容，將離子電流轉化為位移電流傳導到生理電採集系統中。通常的乾電極是用金屬或者導電的聚合物製造。在實際應用中，皮膚和電極的界面會產生汗水等液體，此時汗水可以充當電極液。因此在乾電極和皮膚間，採集生理電就存在兩種機制:氧化還原反應和位移電流。但是，目前的乾電極只關注於第二種機制。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」( 「用於長期監控ECG的柔性聚合物乾電極」《傳感器和執行器A》)。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種柔性複合型乾電極及其製備方法，該複合型乾電極具有乾電極和溼電極的優點，以解決溼電極在使用時需要導電膠造成的不便和乾電極採集生理電信號時引起的信號失真的問題。
[0006]根據本發明的一個方面，提供一種柔性複合型乾電極，從上到下依次排布的電極、電極導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]本發明中，電極導線連接點用於固定電極導線，電極導線連接採集設備。整個電極通過微加工的方式製備，完成後在電極導線連接點固定導線即可採集生理電信號。
[0010]優選地，所述的Ag/AgCl電極點由表層的AgCl和底層的Ag膜構成，所述Ag/AgCl電極點以汗水作為電解液。
[0011]更優選地，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，但在加工工藝範圍能儘可能小的尺寸為優先選擇。
[0013]優選地，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，電極的支持層不應過厚。
[0016]本發明中，所述的柔性複合型乾電極尺寸不受限制，可以根據實際情況進行調整；所述的柔性複合型乾電極可以為任意形狀。
[0017]根據本發明的另一個方面，提供一種柔性複合型乾電極的製備方法，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，也作為電極導線連接點；
[0020]3)在種子層上旋塗正型光刻膠，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膜上旋塗光刻膠，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，在電極導線連接點處固定導線。
[0026]上述方法中，所述基底為玻璃或矽片。
[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，在電極表面發生氧化還原反應，將生理電的離子電流轉化為電子電流導入採集設備中；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化為位移電流導入採集設備中；同一個電極具有兩種生理電採集機制，大大的提高了生理電採集效率；由於採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，能抵抗運動偽跡的幹擾，提高生理信號的採集質量。
[0030]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0031]本發明採用微加工工藝製備柔性複合型乾電極，其優勢在於能通過兩種機制採集生理電:既有溼電極的優點:電極皮膚間的接觸阻抗小，採集信號的保真度高；又具有乾電極的優點:使用方便，不需要導電膠。本發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，從而增加採集信號的質量和穩定性；而且與現有的乾電極相比，性能突出、結構巧妙。
【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描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
[0033]圖1是本發明一實施例的整體結構示意圖；
[0034]圖2是本發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，電極導線連接點3，Ag膜4，電極支撐層
5 ；
[0036]圖3本發明一實施例的電極製備工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
[0038]如圖1、2所示，本實施例提供一種柔性複合型乾電極，包括:從上到下依次排布的電極、電極導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]電極導線連接點3用於固定電極導線，電極導線連接採集設備。
[0042]所述的Ag/AgCl電極點由表層的AgCl和底層的Ag膜4構成，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，但在加工工藝範圍能儘可能小的尺寸為優先選擇。
[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]所述的柔性複合型乾電極尺寸不受限制，可以根據實際情況進行調整；所述的柔性複合型乾電極可以為任意形狀。
[0050]如圖3所示，為本發明一種柔性複合型乾電極的製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，也作為電極導線連接點3，如圖(b)所示；
[0054]4)在種子層上旋塗正型光刻膠，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上旋塗光刻膠，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，在電極導線連接點3處固定導線。
[0060]在另一製備方法的實施例中:包括以下步驟:
[0061]I)以矽片為基底；
[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，也作為電極導線連接點3，如圖(b)所示；
[0064]4)在種子層上旋塗正型光刻膠，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上旋塗光刻膠，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)從矽片基底取下整個電極，在電極導線連接點3處固定導線。
[0070]本實施例中，當電極應用於生理電信號採集時，電極的電極點面固定在皮膚上適當的位置；此電極具有柔性與皮膚貼合度高，採集的生理電信號穩定、噪聲小，可以長期對生理電彳目號米集。
[0071]本發明採用微加工工藝製備柔性複合型乾電極，其優勢在於能通過兩種機制採集生理電:既有溼電極的優點:電極皮膚間的接觸阻抗小，採集信號的保真度高；又具有乾電極的優點:使用方便，不需要導電膠。本發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，從而增加採集信號的質量和穩定性；而且與現有的乾電極相比，性能突出、結構巧妙。
[0072]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種柔性複合型乾電極，其特徵在於，包括:從上到下依次排布的電極、電極導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.根據權利要求1所述的一種柔性複合型乾電極，其特徵在於，所述的Ag/AgCl電極點由表層的AgCl和底層的Ag膜構成，所述Ag/AgCl電極點以汗水作為電解液。
3.根據權利要求2所述的一種柔性複合型乾電極，其特徵在於，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.根據權利要求1所述的一種柔性複合型乾電極，其特徵在於，所述的Ag電極點和Ag/AgCl電極點的面積比為1:1?1:3。
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種柔性複合型乾電極，其特徵在於，所述電極支撐層為Parylene C薄膜。
6.根據權利要求1-4任一項所述的一種柔性複合型乾電極，其特徵在於，所述的電極支撐層厚度為I μ m-1oo μ m。
7.一種權利要求1-6任一項所述柔性複合型乾電極的製備方法，其特徵在於，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，也作為電極導線連接點； 3)在種子層上旋塗正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層； 4)在種子層上電鍍Ag膜； 5)在Ag膜上旋塗光刻膠，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，在電極導線連接點處固定導線。
8.根據權利要求7所述的一種柔性複合型乾電極的製備方法，其特徵在於，步驟4)的電鍍Ag膜用蒸鍍Ag膜方法替代。
9.根據權利要求7所述的一種柔性複合型乾電極的製備方法，其特徵在於，所述基底為玻璃或矽片。
【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 優先權日:2014年12月15日
【發明者】劉景全, 彭慧玲, 楊斌, 陳翔, 楊春生 申請人:上海交通大學