一種微針陣列電極及其製備方法與流程

2024-03-31 15:46:05

本發明涉及一種微針陣列電極及其製備方法，尤其是一種帶雙層倒刺結構的微針陣列電極及其製備方法。

背景技術：

常見生理電信號，包括心電、肌電、腦電、電阻抗等在臨床診斷中佔有重要地位，能直接反應人體的健康狀況和身體水平。生理電信號在臨床檢測設備、植入式設備、可攜式設備中都有廣泛地應用。

目前使用的比較新興的生理電信號測量方式是採用微針陣列電極測量。

微針陣列電極有以下幾個方面的優勢：（ 1）微針陣列電極在使用中緊貼皮膚表面，微針陣列電極表面微針刺穿皮膚表皮角質層並與活性表皮層接觸，因而微針陣列電極的使用避免了因角質層存在而增大的生物電阻抗信號；（ 2）雖然微針陣列電極的使用是通過刺入皮膚實現的，但微針陣列尺寸微小，不會引起痛覺；（ 3）刺入皮膚的微針使得電極-皮膚界面更穩定，因此可以減小運動造成的運動偽差；（ 4）使用前無需皮膚處理和施用導電膠，避免了皮膚過敏或損傷等的可能。

目前，光刻刻蝕在微針陣列製造技術上比較成熟，在微針陣列製造領域有廣泛的應用，所制微針陣列具有長度微小可控，針尖尖銳，陣列形貌均一等優點，但是光刻刻蝕主要以晶體矽為加工材料， 矽材料的脆性會導致微針陣列在穿刺過程中易脆斷，殘留體內造成危害；並且刻蝕技術工藝複雜，加工環境極高，成本高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種成本低、易製作的微針電極陣列製作方法，且該微電極陣列不易掉落，微針強度高，便於生理電信號的監測，尤其是運動過程中生理電信號的監測。

為實現上述目的，本發明採取的技術方案為：一種微針陣列電極的製作方法，包括：在金屬基底上切割出倒刺結構的微針陣列，所述微針陣列的根部與所述金屬基底相連；所述微針陣列從根部朝所述金屬基底的上表面方向折彎；電極紐扣連接到所述金屬基底的下表面；將醫用敷貼貼合在所述金屬基底上表面的周邊。

微針陣列的倒刺結構能夠保證微針在刺入皮膚之後，在測量過程中不易掉落，優選的，為了使得微針陣列與皮膚更加牢固貼合，微針陣列可以為雙層倒刺結構。

微針陣列直接在金屬基底上切割而得，且微針陣列的根部與金屬基底相連，這種加工方法成本低、易製作。優選的，可以選擇雷射加工方法來切割帶有雙層倒刺結構的微針陣列， 雷射加工可以精確地控制單個微針的高度以及相鄰微針之間的間距，並且雷射加工的效率也高， 具體的，所述微針陣列的微針的高度為 300-700μm，每個微針之間的間距為 0.5-1 mm。

微針的加工材料為金屬，可以保證微針的硬度，使得微針在刺入皮膚之後不易斷裂，優選的，微針的選材過程中，充分考慮生理電信號的特點，可以選擇具有生物相容性的醫用不鏽鋼作為微針陣列的加工材料。

優選的，為了將微針陣列電極與外部數據記錄以及監控設備連接，採用焊接方法將電極紐扣連接到所述金屬基底的下表面。

本發明還提供一種採用上述微針陣列電極的製作方法製作的微針陣列電極，包括：具有倒刺結構的微針陣列， 所述微針陣列是由金屬基底切割而成，所述微針陣列與所述金屬基底的上表面在所述微針陣列的根部相交；電極紐扣與所述金屬基底的下表面連接，醫用敷貼貼合在所述金屬基底上表面的周邊。

在這個微針陣列電極中，微針陣列與金屬基底的上表面在微針陣列的根部相交，使得微針陣列與金屬基底的上表面之間具有一定角度，從而形成了異面微針陣列。

優選的，所述微針陣列的微針為雙層倒刺結構。

優選的，所述金屬基底的材料為具有生物相容性的醫用不鏽鋼。 優選的，所述微針陣列的微針的高度為 300-700μm，每個微針針尖之間的間距為 0.5-1 mm。

本發明提供的製作方法成本低、易製作，且製作出的微針陣列電極在刺入人體後由於倒刺結構的存在，以及微針的硬度較高，微針在刺入皮膚過程中不易折彎或折斷，且在測量過程中微針不易掉落，這樣既可以滿足人在靜態時生理電信號的檢測，還可以檢測人在運動時的信號，實現長期、動態監測。

附圖說明

圖 1 是本發明實施例中製作的微針陣列電極的結構示意圖；

圖 2 是本發明實施例中製作的微針陣列電極中雙層倒刺結構的微針示意圖；

圖 3 是本發明實施例中異面微針陣列的形成過程示意圖。

具體實施方式

以下是本發明微針陣列電極的一種實施例，參見圖 1，本實施例中微針陣列電極包括：具有雙層倒刺結構的微針陣列 1，該微針陣列 1 是由 50 不鏽鋼材料的金屬基底 2 切割而成，微針陣列 1 與金屬基底 2 的上表面在微針陣列 1 的根部相交，且微針陣列 1 與金屬基底 2 相互垂直，形成異面微針陣列；電極紐扣 3通過焊接與金屬基底 2 的下表面連接，醫用敷貼 4 貼合在金屬基底 2 上表面的周邊。

參見圖 3，圖 3 是本發明實施例中帶雙層倒刺結構的異面微針陣列的形成過程示意圖。具體的製作方法為：步驟 a：先通過雷射在金屬基底 2 上加工出帶雙層倒刺結構的微針陣列 1，加工得到的微針陣列 1 的針尖與金屬基底 2 的距離是700μm，每個微針針尖之間的間距是 1 mm；步驟 b：再將加工得到的微針陣列 1從其根部折彎 90 度， 使微針陣列 1 與金屬基底 2 相互垂直， 形成異面微針陣列。在圖 2 中可以清楚地看到微針陣列 1 的雙層倒刺結構，再將電極紐扣 3 焊接到金屬基底 2 的下表面，最後再將醫用敷貼 3 貼合在金屬基底 2 上表面的周邊。形成如圖 1 所示的帶雙層倒刺結構的微針陣列電極。

通過此方法得到的微針陣列電極，因為雙層倒刺結構的存在使得微針陣列電極與皮膚緊密貼合，不易掉落，便於運動過程中生理電信號的監測。醫用不鏽鋼板的材料選擇充分考慮了微針陣列的硬度和生物相容性。使用雷射加工切割技術，可控且成本偏低，易於推廣。