CN107049297A - 一种微针系统及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种微针系统及其制备方法，属于医疗器械技术领域。本发明通过利用低熔点合金作为微针的原材料，常温下呈液态的合金作为导电层的方法制备柔性微针系统。该方法包括：制备柔性硅橡胶基底，制备微针，制备导电层以及制备封装层。微针具有良好的机械强度，可以穿透皮肤角质层，同时柔性的硅橡胶基底可以保证该系统更好地贴合皮肤，增加人体舒适性。本发明的制备方法相比传统方法更加简易快速，避免了材料浪费。本发明可以用于脑电、心电、肌电等生理电信号的检测，可以满足科研和临床的需求。

Description

一种微针系统及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微针系统。本发明可以实现简化制造过程，也实现提高采集到的人体电信号质量。
背景技术
生物电信号是人体主要的生理参数之一，可以用于临床诊断以及术后和术中监护等。因此，提高采集到的生理电信号质量有着重大的意义。绝大多数生理电信号都是通过电极与人体接触采集到的，电极的性能将直接影响采集信号的质量高低。
皮肤最外层角质层阻抗很高，传统的表皮电极使用含有高浓度导电离子的导电膏涂覆于角质层之上，导电膏可以扩散到角质层内，使其导电能力得到提高。但长时间皮肤与导电膏接触会导致皮肤过敏，同时导电膏随时间减少也会造成电极与皮肤耦合的不稳定。由于难以保证电极导电膏以及皮肤接触界面的稳定，所以采集的电信号很容易产生基线漂移，影响检测结果，因此目前采用不需要导电膏的干电极对电信号进行采集。目前干电极分为两种：一种是非侵入式的平面电极；另一种是侵入式的微针电极。微针电极可以直接刺穿角质层，避免了高阻抗角质层所带来的问题。
目前国内外一般采用下列工艺来制备基于微针阵列的侵入式干电极：硅片准备以及热氧化二氧化硅；使用光刻方法制作微针阵列图形；使用硅深刻饰的方法形成针柱阵列；使用化学腐蚀的方法腐蚀针柱形成尖锐的电极头部；在电极表面覆盖金属导电层；但是采用上述方法制作电极涉及到昂贵的设备，增加了制作成本，且工艺相对复杂。目前国内也有人采用将低熔点合金倒入模板的方法制备基于微针阵列的侵入式干电极，但是这种系统基底为硬质基底，无法贴合人体，导致采集到电信号质量不高；同时这种方法需要提前制作模板，工艺周期长。
发明内容
本发明针对现有的微针电极的不足，利用低熔点合金以及常温下呈液态的合金，制备一种微针系统，解决现有技术中存在的问题，主要包括几点：微针电极具有足够的硬度与强度穿透皮肤角质层，降低皮肤电极接触阻抗；导电层金属常温下呈液态，在柔性基底上喷涂后可以保持整个系统的柔性；制备方法快速简单，成本低，避免了浪费。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种微针系统，该微针系统含有基底、微针、导电层和封装层，其特征在于：所述微针的材料采用低熔点合金；所述导电层的材料采用室温下呈液态的合金；所述基底和封装层的材料采用柔性硅橡胶材料。
上述技术方案中，所述的材料包括：铋铟锡锌合金、镓铟合金、聚二甲基硅氧烷。
本发明提供的柔性微针系统的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)制作基底：将硅橡胶预制剂与其固化剂进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟以上除去气泡，然后将加有固化剂的液态硅橡胶浇注至培养皿上，置于烘箱中进行加热固化1小时以上，然后将固化后的固态硅橡胶从培养皿上撕下；
2)制作微针：将低熔点液态合金加热至60℃以上至液态，将其灌入点胶机针筒中，将柔性硅橡胶基底放在点胶机针头下，设定点胶阵列形状、z轴速度、针筒停留时间秒以及出样时间，然后进行点胶；
3)制作导电层：将镓铟合金喷涂至微针和基底的表面，形成厚度为2微米-50微米的导电层；
4)制作封装层：将硅橡胶预制剂与其固化剂进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟以上除去气泡，然后将混有固化剂的液态硅橡胶浇注至导电层的表面，并在室温下固化。
优选地，上述制备方法中，步骤2)中所述的z轴速度10毫米/秒-180毫米/秒；针筒停留时间为0.1秒-2秒；出样时间为0.1秒-2秒。
本发明所述的固化剂采用硅橡胶固化剂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明提出的微针电极有足够的硬度与强度，能成功穿透皮肤角质层，并有效降低皮肤电极阻抗，提高采集到人体电信号的质量。②本发明提出的导电层在常温下呈液态，可以保持电极基底的柔性，增加电极的贴敷性以及人体的舒适性。③本发明的制备工艺方法快速简单，具有可以快速制备的优点。
附图说明
图1为微针系统的结构示意图.
图2为微针系统制备的工艺流程图。
图中：1-基底；2-微针；3-导电层；4-封装层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明提供的一种微针系统，其含有基底1、微针2、导电层3和封装层4，所述微针的材料采用低熔点合金；所述导电层的材料采用室温下呈液态的合金；所述基底和封装层的材料均采用柔性硅橡胶材料。微针的材料优选采用铋铟锡锌合金；导电层的材料优选采用镓铟合金，基底和封装层优选采用聚二甲基硅氧烷。
本发明提供的微针系统的制备方法，该方法包括如下步骤：
1)制作基底：将硅橡胶预制剂与其固化剂进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟以上除去气泡，然后将加有固化剂的液态硅橡胶浇注至培养皿上，置于烘箱中进行加热固化1小时以上，然后将固化后的固态硅橡胶从培养皿上撕下；
2)制作微针：将低熔点液态合金加热至60℃以上至液态，将其灌入点胶机针筒中，将柔性硅橡胶基底放在点胶机针头下，设定点胶阵列形状、z轴速度(10毫米/秒-180毫米/秒)、针筒停留时间(0.1秒-2秒)以及出样时间(0.1秒-2秒)，然后进行点胶；
3)制作导电层：将镓铟合金喷涂至微针和基底的表面，形成厚度为2微米-50微米的导电层；
4)制作封装层：将硅橡胶预制剂与其固化剂进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟以上除去气泡，然后将混有固化剂的液态硅橡胶浇注至导电层的表面，并在室温下固化。
下面给出本发明的几个具体实施例，以进一步说明本发明。
实施例1：
1)制作基底：将聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂按体积比为10:1进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟除去气泡，然后将加有固化剂的液态聚二甲硅氧烷浇注至培养皿上，置于80℃的烘箱中烘干2小时，得到固态的聚二甲基硅氧烷基底，将其从培养皿上撕下。
2)制作微针：将熔点为57.5℃的铋铟锡锌合金加热至80℃至液态，将其灌入点胶机针筒中，将柔性硅橡胶基底放在点胶机针头下，利用程序设定点胶阵列形状为6x6，两微针之间间隔为0.8毫米，z轴速度为30毫米/秒、针筒停留时间为0.2秒，出样时间为0.3秒，然后运行程序进行点胶。
3)制作导电层：将镓铟合金采用油漆喷枪喷涂至电极和基底表面，喷涂时间为2秒。
4)制作封装层：将聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂按体积比为10:1进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟后，除去气泡，然后将加有固化剂的液态聚二甲硅氧烷浇注至液态金属微针电极的表面，其厚度保证可以覆盖导电层但将微针全部露出，并在室温下固化24小时。
实施例2：
1)制作基底：将聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂按体积比为10:1进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟后，除去气泡，然后将加有固化剂的液态聚二甲硅氧烷浇注至培养皿上，置于80C的烘箱中2小时，得到固态的聚二甲基硅氧烷基底，然后将其从培养皿上撕下。
2)制作微针：将熔点为57.5℃的铋铟锡锌合金加热至80℃至液态，将其灌入点胶机针筒中，将柔性硅橡胶基底放在点胶机针头下，利用程序设定点胶阵列形状为4x4，两微针之间间隔为2毫米，z轴速度为30毫米/秒、针筒停留时间为0.2秒，出样时间为0.3秒，然后运行程序进行点胶。
3)制作导电层：在电极阵列表面放置激光切割的镂空模板，镂空部位为引线和电极部位，将镓铟合金采用油漆喷枪喷涂至模板表面，形成导线。
4)制作封装层：将硅橡胶聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂按体积比为10:1进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟后，除去气泡，然后将加有固化剂的液态聚二甲硅氧烷浇注至液态金属微针电极的表面，并在室温下固化24小时。

Claims (8)

1.一种微针系统，该微针系统含有基底(1)、微针(2)、导电层(3)和封装层(4)，其特征在于：所述微针(2)的材料采用低熔点合金；所述导电层(3)的材料采用室温下呈液态的合金。
2.如权利要求1所述的一种微针系统，其特征在于：所述微针的材料采用铋铟锡锌合金。
3.如权利要求1所述的一种微针系统，其特征在于：所述的导电层的材料采用镓铟合金。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的一种微针系统，其特征在于：所述的基底和封装层的材料采用柔性硅橡胶。
5.如权利要求4所述的一种微针系统，其特征在于：所述柔性硅橡胶采用聚二甲基硅氧烷。
6.一种如权利要求1所述微针系统的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)制作基底：将硅橡胶预制剂与固化剂进行混合，充分搅拌均匀,并抽真空至少10分钟以上除去气泡，然后将加有固化剂的液态硅橡胶浇注至培养皿上，置于烘箱中进行加热固化1小时以上，之后将固化后的固态硅橡胶从培养皿上撕下；
2)制作微针：将低熔点合金加热至60℃以上至液态，将其灌入点胶机针筒中，将柔性硅橡胶基底放在点胶机针头下，设定点胶阵列形状、z轴速度、针筒停留时间以及出样时间，然后进行点胶；
3)制作导电层：将镓铟合金喷涂至微针和基底的表面，形成厚度为2微米-50微米的导电层；
4)制作封装层：将硅橡胶预制剂与其固化剂进行混合，充分搅拌均匀并抽真空10分钟以上除去气泡，然后将混有固化剂的液态硅橡胶浇注至导电层的表面，并在室温下固化。
7.如权利要求6所述的一种微针系统的制备方法，其特征在于，步骤2)中z轴速度为10毫米/秒-180毫米/秒；针筒停留时间为0.1秒-2秒；出样时间为0.1秒-2秒。
8.如权利要求6或7所述的一种柔性液态金属微针系统的制备方法，其特征在于：固化剂采用硅橡胶固化剂。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107753018A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种柔性电极、其制备方法以及一种肌电传感器
CN108814582A (zh) * 2018-03-28 2018-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种具有垂直导电结构的弹性电极及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104338235A (zh) * 2014-10-28 2015-02-11 清华大学 一种叠层式微针系统及其制备方法
CN105228522A (zh) * 2013-03-14 2016-01-06 萨诺智能公司 用于生物监测的人体上的微传感器
CN105615874A (zh) * 2016-03-01 2016-06-01 中国科学院半导体研究所 可用于动态心电测量的柔性心电电极及制作方法
CN105944228A (zh) * 2016-04-25 2016-09-21 清华大学 一种基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105228522A (zh) * 2013-03-14 2016-01-06 萨诺智能公司 用于生物监测的人体上的微传感器
CN104338235A (zh) * 2014-10-28 2015-02-11 清华大学 一种叠层式微针系统及其制备方法
CN105615874A (zh) * 2016-03-01 2016-06-01 中国科学院半导体研究所 可用于动态心电测量的柔性心电电极及制作方法
CN105944228A (zh) * 2016-04-25 2016-09-21 清华大学 一种基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINJAE KIM ETC.: "Flexible Polymer-based Micro Needle Array sEMG Sensor", 《INTERNATIONAL CONFERENCE ON UBIQUITOUS ROBOTS & AMBIENT INTELLIGENCE》 *
尹周平 等: "柔性微流体电子：材料、工艺与器件", 《中国材料进展》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107753018A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种柔性电极、其制备方法以及一种肌电传感器
CN108814582A (zh) * 2018-03-28 2018-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种具有垂直导电结构的弹性电极及其制备方法

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