CN104523273A - 基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，包括：一手柄，形状为T型，中空；4个微针阵列电极片，其固定在手柄的底部，该4个微针阵列电极片通过4条导线与外部的阻抗测试设备连接。本发明中的手持电极用于侵入式无痛检测肌肉阻抗，操作简便，检测灵敏度高。

Description

基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极及制备方法

技术领域

本发明涉及微加工和医疗器械领域，更具体涉及一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极及制备方法。

背景技术

电阻抗肌动描记法(Electrical impedance myography，EIM)利用电流电极向被测肌肉组织区域施加微弱电流，通过分析电压电极检测的肌肉组织电压信号，提取与肌肉成分改变，结构破坏，神经肌肉疾病等肌肉生理状态息息相关的阻抗特性及其变化规律，具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简便和信息丰富等特点，运用EIM检测肌肉阻抗特性在疾病诊断，监测病情，药效评估，康复指导，个人护理等方面有着极大的应用潜力。

皮肤从外到内主要分为：表皮、真皮和皮下组织。表皮的最外层是角质层，角质层由没有细胞活性的角质化细胞组成，因此是不导电的，只有通过角质层下的真皮层才能提取有效的电生理信号。传统表贴湿电极含有高浓度导电离子的导电膏扩散进角质层内，降低接触电阻，提高信号的传输能力，但无法长时间使用，否则易引起皮肤溃烂、红肿、瘙痒等副作用。

当前EIM肌肉阻抗测试一般都选用传统的皮肤湿电极，使用过程中需要反复标记、固定电极，测试过程繁琐，耗时长，四电极系统之间的相对位置易发生改变，测量重复性较差。并且，为了保障皮肤湿电极的导电性能，电极尺寸较大(一般在厘米量级)，只能测量大块肌肉阻抗，无法测量某些小块肌肉阻抗，更无法测量单肌肉纤维阻抗。

微针阵列型皮肤干电极可以直接穿透角质层到达可以导电的生发层，但不触及真皮层，避免了角质层和导电膏所带来的问题，生发层不含血管和神经，实现微创、无痛检测，可用来检测肌电、心电、脑电等电生理信号。中国专利200910242338.7公开了“长期记录生理信号的侵入式斜针无痛皮肤干电极”，其利用斜针增加电极与皮肤的接触面积，降低接触阻抗，提高生物电信号的采集治疗。中国专利201010284607.9公开了“基于柔性衬底MEMS技术的脑电图干电极阵列及其制备方法”介绍了一种柔性衬底的脑电图干电极，生物相容性好。中国专利201210201267.8“高灵敏医用微针阵列电极”在提取生理信号的同时还可利用附加药物提高灵敏度。上述专利阐述了微针干电极的材料、结构、制备方法等内容，但都不可避免使用过程中单个微针阵列反复标记、粘贴、固定，使用不方便。

发明内容

为了克服传统湿电极操作繁琐，无法长时间使用，不能消除角质层对测量肌肉阻抗的影响等不足，本发明提供一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极及制备方法，该手持电极用于侵入式无痛检测肌肉阻抗，操作简便，检测灵敏度高。

为了达到上述目的，本发明一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，包括：

一手柄，形状为T型，中空；

4个微针阵列电极片，其固定在手柄的底部，该4个微针阵列电极片通过4条导线与外部的阻抗测试设备连接。

本发明还提供一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极微针的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一双面抛光的硅片；

步骤2：将硅片的双面热氧化一层二氧化硅层；

步骤3：在硅片一面的二氧化硅层上旋涂一层光刻胶，通过曝光形成圆形或多边形的图形阵列；

步骤4：在圆形或多边形的图形阵列掩膜下干法刻蚀二氧化硅层，形成圆形或多边形的二氧化硅图形阵列；

步骤5：对圆形或多边形的二氧化硅图形阵列下的硅片进行静态腐蚀，形成倒锥形的孔洞；

步骤6：继续腐蚀，使倒锥形孔洞205体积逐渐增大，圆形或多边形的二氧化硅图形阵列下面的硅片呈现金字塔型针状结构；

步骤7：再腐蚀，使圆形或多边形的二氧化硅图形阵列脱落，形成金字塔型微针；

步骤8：清洗，将硅片表面的二氧化硅层去掉，形成基片；

步骤9：在基片的表面溅射一层金属，完成制备。

本发明的有益效果是，该手持电极使用过程中无需涂抹导电膏，电极相对位置保持不变，避免反复标记电极位置和固定电极，操作简便，还方便检测小块肌肉的阻抗信息，减小角质层对测量肌肉阻抗的影响，检测灵敏度高，满足科研和临床应用需求，便于推广。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，其中：

图1是本发明手持电极纵剖面示意图。

图2是本发明手持电极底部构造图。

图3是本发明微针阵列制作方法流程图。

图4是本发明微针阵列结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示，本发明提供一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极及制备方法，包括：

一手柄101，形状为T型，中空，该手柄101的材料为亚克力玻璃或聚碳酸酯或聚氯乙烯；

4个微针阵列电极片102，其固定在手柄101的底部，该4个微针阵列电极片102通过4条导线与外部的阻抗测试设备连接，所述4个微针阵列电极片102是粘贴、键合或焊接的方式并排固定在手柄101底部，间距为1-5cm，该4个微针阵列电极片102中微针的材料为硅、金属或PMMA高分子材料，该4个微针阵列电极片102中微针是实心微针或中空微针，该4个微针阵列电极片102中微针207的间距为20-500um，该4个微针阵列电极片102中微针207的长度为50-500um，该4个微针阵列电极片102中微针207的底部直径为30-200um。

利用该手持电极测试肌肉阻抗时，握住手柄101，将微针阵列电极片102接触至被测试部位，施加一定压力并保持不变，外侧2个电极片为电流电极，向被测肌肉区域施加微弱电流信号，内侧2个电极片为电压电极，检测被测肌肉区域的电压信号，每个微针阵列电极片背面引出导线，经手柄中空部分连接至肌肉阻抗测试设备，用于侵入式无痛检测肌肉阻抗，使用过程中无需涂抹导电膏，电极相对位置保持不变，避免反复标记电极位置和固定电极，操作简便，还方便检测小块肌肉的阻抗信息，减小角质层对测量肌肉阻抗的影响，检测灵敏度高，满足科研和临床应用需求，便于推广。

4个微针阵列电极片102穿透角质层，提高信噪比，有利于检测微弱的肌肉阻抗信号。微针刺入皮肤需要施加外力，微针阵列可以一起分担外力，比单个微针更加坚固，不易折断，器件重复使用率高，同时减少对皮肤的损伤。该微针阵列102为采用深刻蚀、湿法腐蚀、砂轮划片、激光加工等方法制备实心或空心微针阵列，其材料为硅、金属、或PMMA高分子材料，其高度为50-500um，可以适应不同年龄，不同肤质，不同测试部位的使用需求。

请参阅图3和图4，本发明还提供一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极微针的制备方法，该方法采用各向异性湿法腐蚀液静态腐蚀二氧化硅掩膜下的单晶硅，形成上尖下粗的金字塔型微针阵列，包括如下步骤：

步骤1：选择一双面抛光的硅片201；

步骤2：将硅片201的双面热氧化一层二氧化硅层202；

步骤3：在硅片201一面的二氧化硅层202上旋涂一层光刻胶，通过曝光形成圆形或多边形的图形阵列203；

步骤4：在圆形或多边形的图形阵列203掩膜下干法刻蚀二氧化硅层202，形成圆形或多边形的二氧化硅图形阵列204；

步骤5：用KOH腐蚀液或其他硅的各向异性腐蚀液对圆形或多边形的二氧化硅图形阵列204下的硅片201进行静态腐蚀，KOH腐蚀液对{100}和{111}面硅的腐蚀速率差别高达100～400∶1，以{111}面作为停止腐蚀的晶面，形成倒锥形的孔洞205；

步骤6：继续腐蚀，使倒锥形孔洞205体积逐渐增大，圆形或多边形的二氧化硅图形阵列204下面的硅片201呈现金字塔型针状结构206；

步骤7：再腐蚀，使圆形或多边形的二氧化硅图形阵列204脱落，形成金字塔型微针207，该微针207的间距为20-500um，该微针207的长度为50-500um，该微针207的底部直径为30-200um；

步骤8：清洗，用氢氟酸或HF缓冲液将硅片201表面的二氧化硅层202去掉，形成基片；

步骤9：在基片的表面溅射一层厚度为100nm-500nm的金属208，完成制备，

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益结果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，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。

Claims (10)

1.一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，包括：

一手柄，形状为T型，中空；

4个微针阵列电极片，其固定在手柄的底部，该4个微针阵列电极片通过4条导线与外部的阻抗测试设备连接。

2.根据权利要求1所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，其中手柄的材料为亚克力玻璃或聚碳酸酯或聚氯乙烯。

3.根据权利要求1所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，其中4个微针阵列电极片是粘贴、键合或焊接的方式并排固定在手柄底部，间距为1-5cm。

4.根据权利要求3所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，其中4个微针阵列电极片中微针的材料为硅、金属或PMMA高分子材料。

5.根据权利要求3所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，其中4个微针阵列电极片中微针为实心微针或中空微针。

6.根据权利要求3所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极，其中4个微针阵列电极片中微针的长度为50-500um。

7.一种基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极微针的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一双面抛光的硅片；

步骤2：将硅片的双面热氧化一层二氧化硅层；

步骤3：在硅片一面的二氧化硅层上旋涂一层光刻胶，通过曝光形成圆形或多边形的图形阵列；

步骤4：在圆形或多边形的图形阵列掩膜下干法刻蚀二氧化硅层，形成圆形或多边形的二氧化硅图形阵列；

步骤5：对圆形或多边形的二氧化硅图形阵列下的硅片进行静态腐蚀，形成倒锥形的孔洞；

步骤6：继续腐蚀，使倒锥形孔洞205体积逐渐增大，圆形或多边形的二氧化硅图形阵列下面的硅片呈现金字塔型针状结构；

步骤7：再腐蚀，使圆形或多边形的二氧化硅图形阵列脱落，形成金字塔型微针；

步骤8：清洗，将硅片表面的二氧化硅层去掉，形成基片；

步骤9：在基片的表面溅射一层金属，完成制备。

8.根据权利要求6所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极微针的制备方法，其中微针的间距为20-500um。

9.根据权利要求6所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极微针的制备方法，其中微针的长度为50-500um。

10.根据权利要求9所述的基于微针阵列的肌肉阻抗手持电极微针的制备方法，其中微针的底部直径为30-200um。