CN105326495A - 一种可穿戴柔性皮肤电极的制造和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴柔性皮肤电极的制造和使用方法，该方法与新型微纳加工技术相融合，通过超薄的无毒且生物相容性很好的皮肤粘合剂将其固定于皮肤表面，无需导电胶，电极能很好的和人体皮肤融为一体，可以随皮肤拉伸运动，舒适性强，不易脱落。电极与皮肤直接紧密连接，阻抗极小，灵敏度更高、稳定性更好，且不受肢体活动的干扰，具有防水防汗的功能，可进行大幅运动的人体电信号监测。利用该皮肤电极制作的人体电信号检测装置，轻小灵巧、佩戴方便，可长期使用，并且成本较低，有利于在人群中进行普及，进行长期健康监测和大范围人群的健康大数据采集。
Description
技术领域
本申请属于传感器技术领域，特别是涉及一种可穿戴柔性皮肤电极的制造和使用方法
背景技术
随着远程医疗技术的发展，能够对人体生理指标进行探测的可穿戴智能器件已经逐步进入市场。其中非常重要的发展方向是对人体电信号，如心电、脑电或肌电信号进行长期实时监测的可穿戴智能器件。例如对于发病急、致命性强的心脑血管疾病，心电信号异常的报警能够有效预防中风或心力衰竭。探测人体电信号要求电子器件的感测电极与皮肤紧密接触，目前各种医学设备中采用氯化银湿电极，在使用过程中需要配合导电胶的使用。其缺点在于，一方面电极面与皮肤采用导电胶粘接，牢固性不强，容易脱落，不适合长时间佩戴，且导电胶发干后导电性下降，对心电信号带来较大的衰减；另一方面，氯化银电极的厚度较大，贴在皮肤上造成明显不适，也无法随皮肤舒展运动。因此，如何获得一种导电性能好，且具有类似皮肤的可延展性和弹性的柔性电极，以满足可穿戴智能器件的需要，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
最近的一些技术提出用导电橡胶或掺杂金属纳米线、碳纳米管或石墨烯的复合橡胶制作干电极。虽然这中电极不需要导电胶，但这种电极材质的柔性较低，难与被测者皮肤贴合，测量时会产生额外的噪声。此外这种电极采用橡胶作为基材，电阻率远远大于金属，造成电极与皮肤的接触阻抗较大，采集到的信号相对较弱。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可穿戴柔性皮肤电极的制造和使用方法，可以解决现有技术中不适合长时间人体电信号检测的缺点。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
所述的柔性皮肤电极采用以下的方法进行制造：
（1）在硬质基片上涂覆一层水溶性高分子材料薄膜；
（2）在水溶性高分子材料薄膜上方涂覆制作电子皮肤的柔性基底层；
（3）在柔性基底层上方沉积一层金属薄膜；
（4）对金属薄膜进行光刻，获得蛇形连接的金属网格；
（5）以图形化的金属薄膜为掩膜，利用干法或湿法对金膜下方的柔性基底层进行刻蚀，露出硬质基片上的水溶性高分子材料薄膜；
（6）将基片放置于热水中，溶解水溶性高分子薄膜，使用滚筒将柔性皮肤电极进行剥离；
（7）将剥离的柔性皮肤电极粘于水溶性纸上，导电一面向外，自然晾干；
（8）通过焊接或粘结将导电线固定在电极上。
所述的柔性皮肤电极在采用以下方法皮肤上进行贴合：
（1）在皮肤表面喷涂一层皮肤粘合剂；
（2）将粘有柔性皮肤电极的水溶性纸贴在皮肤表面，导电一面向皮肤；
（3）在水溶性纸另外一面喷适量水，待水溶性纸溶解并晾干；
（4）在电极表面再喷涂一层皮肤粘合剂；
（5）在电极导电面引出与外部设备的连接线。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的硬质基片可以选自硅片、玻璃片或石英片。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的金属薄膜可以选自金、铂、镍、银、锢、铜、碳纳米管、石墨烯、银纳米线中的一种或多种的组合。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的柔性基底层可以选自聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酷,聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯中的一种或多种的组合。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的水溶性高分子材料可以选自聚乙烯醇或聚丙烯酸。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的水溶性高分子材料厚度为1~10um。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的金属薄膜厚度为0.1~0.5um。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的水溶性纸的材料可以选自聚乙烯醇、聚丙烯酸、淀粉中的一种或多种的组合。
在制造上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的水溶性纸的厚度为0.5~2mm。
在使用上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的皮肤粘合剂材料可以选自无毒丙烯酸涂层、纯天然马来胶、医用无毒溶剂胶、医用无毒水乳胶中的一种或多种的组合。
在使用上述柔性皮肤电极时，优选的，所述的皮肤粘合剂的厚度为1~5um。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的柔性皮肤电极制造方法与新型微纳加工技术相融合，通过超薄的无毒且生物相容性很好的皮肤粘合剂将其固定于皮肤表面，无需导电胶，电极能很好的和人体皮肤融为一体，可以随皮肤拉伸运动，舒适性强，不易脱落；电极与皮肤直接紧密连接，阻抗极小，灵敏度更高、稳定性更好，且不受肢体活动的干扰，具有防水防汗的功能，可进行大幅运动的人体电信号监测；利用该皮肤电极制作的人体电信号检测装置，轻小灵巧、佩戴方便，可长期使用，并且成本较低，有利于在人群中进行普及，进行长期健康监测和大范围人群的健康大数据采集。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1本发明具体实施例中柔性皮肤电极的正视图
附图2本发明具体实施例中加工得到的柔性皮肤电极的显微照片
附图3本发明具体实施例中加工得到的柔性皮肤电极贴于皮肤的照片
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照附图1所示，本实施例中，柔性皮肤电极是由镂空的蛇形连接的金属网格构成，其下方具有与金属网格相同大小的柔性基底层。金属网格间蛇形连接的作用为增强电极的拉伸性，使其可以随皮肤运动。
该种柔性皮肤电极可以应用于心电、脑电、肌电等人体电信号的检测。
金属网格材料优选为金，还可以选自、铂、镍、银、锢、铜、碳纳米管、石墨烯、银纳米线中的一种或多种的组合。金属网格周期长度201为10~150um，蛇形连接线的宽度为10-50um。
金属网格下方的柔性基底层起到支持金属层和增强柔韧性的作用。柔性基底层优选为聚酰亚胺，还可以选自聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酷,聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯中的一种或多种的组合。
上述可穿戴心电检测装置中柔性皮肤电极采用以下的工艺进行制造：
（1）在硬质基片上涂覆一层水溶性高分子材料薄膜，硬质基片作为承载柔性电极进行微加工的基底，其材料可以选自硅片、玻璃片或石英片。水溶性高分子材料作为后续剥离步骤的的牺牲层，材料可以选自聚乙烯醇或聚丙烯酸，涂覆方法可选择喷涂或旋涂，其厚度为1~10um。
（2）在水溶性高分子材料薄膜上方涂覆制作电子皮肤的柔性基底层。涂覆方法可选择蒸镀或旋涂。
（3）在柔性基底层上方沉积一层金属薄膜作为导电层，沉积方法可选择蒸发、溅射、CVD、电镀等，其厚度为0.1~0.5um。
（4）对金属薄膜进行光刻，获得蛇形连接的金属网格。
（5）以图形化的金属薄膜为掩膜，利用干法或湿法对金膜下方的柔性基底层进行刻蚀，露出硬质基片上的水溶性高分子材料薄膜。刻蚀可选择一般对高分子材料的反应离子刻蚀，氧等离子体刻蚀等干法或湿法刻蚀方法。
（6）将基片放置于热水中，溶解水溶性高分子薄膜，使用滚筒将柔性皮肤电极进行剥离。热水的温度为50~70摄氏度。
（7）将剥离的柔性皮肤电极粘于水溶性纸上，导电一面向外，自然晾干。水溶性纸的材料可以选自聚乙烯醇、聚丙烯酸、淀粉中的一种或多种的组合，其厚度为0.5~2mm。
（8）通过焊接或粘结将导电线固定在电极上。
所得到的柔性皮肤电极的显微照片如附图2示。
使用上述可穿戴心电检测装置时，需要将柔性皮肤电极在采用以下方法皮肤上进行贴合：
（1）在皮肤表面喷涂一层皮肤粘合剂，其材料可以选自无毒丙烯酸涂层、纯天然马来胶、医用无毒溶剂胶、医用无毒水乳胶中的一种或多种的组合，厚度为1~5um。
（2）将粘有柔性皮肤电极的水溶性纸贴在皮肤表面，导电一面向皮肤。
（3）在水溶性纸另外一面喷适量水，待水溶性纸溶解并晾干。水溶性纸将在水中溶解，柔性皮肤电极即可贴在皮肤表面。
（4）在电极表面再喷涂一层皮肤粘合剂，该层皮肤粘合剂可起到进一步加固电极与皮肤的粘合以及防水的效果。
柔性皮肤电极贴于皮肤的效果如附图3示。
Claims (9)
1.一种可穿戴柔性皮肤电极的制造方法，其特征在于，所述的柔性皮肤电极采用以下的方法进行制造：
在硬质基片上涂覆一层水溶性高分子材料薄膜；
在水溶性高分子材料薄膜上方涂覆制作电子皮肤的柔性基底层；
在柔性基底层上方沉积一层金属薄膜；
对金属薄膜进行光刻，获得蛇形连接的金属网格；
以图形化的金属薄膜为掩膜，利用干法或湿法对金膜下方的柔性基底层进行刻蚀，露出硬质基片上的水溶性高分子材料薄膜；
将基片放置于热水中，溶解水溶性高分子薄膜，使用滚筒将柔性皮肤电极进行剥离；
将剥离的柔性皮肤电极粘于水溶性纸上，导电一面向外，自然晾干；
通过焊接或粘结将导电线固定在电极上。
2.一种可穿戴柔性皮肤电极的使用方法，其特征在于，所述的柔性皮肤电极在采用以下方法皮肤上进行贴合：
在皮肤表面喷涂一层皮肤粘合剂；
将粘有柔性皮肤电极的水溶性纸贴在皮肤表面，导电一面向皮肤；
在水溶性纸另外一面喷适量水，待水溶性纸溶解并晾干；
在电极表面再喷涂一层皮肤粘合剂；
在电极导电面引出与外部设备的连接线。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴柔性皮肤电极制造方法，其特征在于，所述的硬质基片可以选自硅片、玻璃片或石英片。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴柔性皮肤电极制造方法，其特征在于，所述的金属薄膜可以选自金、铂、镍、银、锢、铜、碳纳米管、石墨烯、银纳米线中的一种或多种的组合，金属薄膜厚度为0.1~0.5um。
5.根据权利要求1所述的一种可穿戴柔性皮肤电极制造方法，其特征在于，所述的柔性基底层可以选自聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酷,聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴柔性皮肤电极制造方法，其特征在于，所述的水溶性高分子材料可以选自聚乙烯醇或聚丙烯酸，其厚度为1~10um。
7.根据权利要求1所述的一种可穿戴柔性皮肤电极制造方法，其特征在于，所述的水溶性纸的材料可以选自聚乙烯醇、聚丙烯酸、淀粉中的一种或多种的组合，其厚度为0.5~2mm。
8.根据权利要求2所述的一种可穿戴柔性皮肤电极的使用方法，其特征在于，所述的皮肤粘合剂材料可以选自无毒丙烯酸涂层、纯天然马来胶、医用无毒溶剂胶、医用无毒水乳胶中的一种或多种的组合。
9.根据权利要求2所述的一种可穿戴柔性皮肤电极的使用方法，其特征在于，所述的皮肤粘合剂的厚度为1~5um。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |