CN109171709A - 一种干电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种干电极及其制备方法，其中，该干电极包括柔性基体和金属层，柔性基体具有检测面，所述检测面上具有凸块阵列；金属层设置在所述检测面上，用于与待检测者皮肤接触；该干电极的制备方法包括：通过光刻工艺在涂覆有光刻胶的基片表面形成第一凸块阵列，作为硬质模板；利用所述硬质模板翻刻制作软质模板；利用所述软质模板压印柔性基体的检测面，以在所述柔性基体的检测面上形成第二凸块阵列；通过溅射工艺在具有所述第二凸块阵列的所述检测面上形成金属层。本公开的干电极，结构简单，能够与待检测者皮肤充分接触，采集的心电数据噪声较小。

Description

一种干电极及其制备方法
技术领域
本公开涉及心电检测技术领域，具体而言，涉及一种干电极及其制备方法。
背景技术
心电检测对于心血管疾病的防治和运动人群具有重要意义，临床采用的心电监护和检测的电极多为湿电极13，图1A示出了湿电极13心电数据采集示意图，从图1A中可知，在心电数据测试时，皮肤和电极之间应填充满导电胶14，以保持较低阻抗的导通状态，但湿电极13的导电胶14对于皮肤具有刺激作用，并且导电胶14随着时间的增加容易变干，当导电胶14干涸后，如图1B所示，电极与皮肤之间的间隙变大，此时阻抗变大，采集数据噪声变大，影响采集心电信号的质量，不宜长期使用和连续使用。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能够与待检测者皮肤充分接触、采集的心电数据噪声较小的干电极及其制备方法。
根据本公开的第一方案，提供了一种干电极，其包括：柔性基体，其具有检测面，所述检测面上具有凸块阵列；金属层，其设置在所述检测面上，用于与待检测者皮肤接触。
在一些实施例中，所述凸块为半球形凸块。
在一些实施例中，所述检测面为凹面。
在一些实施例中，所述柔性基体的材质为聚二甲基硅氧烷。
在一些实施例中，位于所述检测面的上的所述聚二甲基硅氧烷具有化学键合的氨基。
在一些实施例中，所述聚二甲基硅氧烷中掺杂有纳米粒子。
在一些实施例中，所述纳米粒子至少为如下一种或多种：纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氧化铁。
在一些实施例中，所述金属层的金属至少为如下一种或多种：铜、铝、金、银、镍、钛。
根据本公开的第二种方案，提供了一种干电极的制备方法，包括：通过光刻工艺在涂覆有光刻胶的基片表面形成第一凸块阵列，作为硬质模板；利用所述硬质模板翻刻制作软质模板；利用所述软质模板压印柔性基体的检测面，以在所述柔性基体的检测面上形成第二凸块阵列；通过溅射工艺在具有所述第二凸块阵列的所述检测面上形成金属层。
在一些实施例中，通过光刻工艺在涂覆有光刻胶的基片表面形成第一凸块阵列包括：对表面具有圆柱形凸块阵列的所述基片进行加热处理，以使所述圆柱形凸块阵列熔融固化后在所述基片的表面形成具有半球形的所述第一凸块阵列。
在一些实施例中，对表面具有圆柱形凸块阵列的所述基片进行加热处理之前还包括：在所述基片表面涂覆光刻胶；在涂覆有光刻胶的所述基板上设置掩膜版；对设置有所述掩膜版的所述基板进行曝光处理，得到所述表面具有圆柱形凸块阵列的所述基片。
在一些实施例中，所述柔性基体的材质为聚二甲基硅氧烷。
在一些实施例中，所述聚二甲基硅氧烷中掺杂有纳米粒子。
在一些实施例中，通过溅射工艺在具有所述第二凸块阵列的检测面上形成金属层之前还包括：对位于所述柔性基体的检测面上的所述聚二甲基硅氧烷进行离子刻蚀处理，从而形成表面羟基官能团；通过具有氨基官能团的偶联剂与具有所述表面羟基官能团的所述聚二甲基硅氧烷上反应以在聚二甲基硅氧烷上形成氨基官能团。
应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。
本节提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1A为现有技术的湿电极进行心电数据采集时皮肤和湿电极之间充满导电胶状态的示意图；
图1B为现有技术的湿电极进行心电数据采集时皮肤与湿电极之间导电胶部分干涸状态的示意图；
图2为本公开的干电极的一个实施方式的结构示意图；
图3为本公开的干电极的另一个实施方式的结构示意图；
图4为本公开的干电极的制备方法中对基片进行光刻处理的流程示意图；
图5为本公开的干电极的制备方法中对基片进行加热处理的流程示意图；
图6为本公开的干电极的制备方法中翻刻制备软质模板的流程示意图；
图7为本公开的干电极的制备方法中压印柔性基体的流程示意图；
图8为本公开的干电极的制备方法中在柔性基体的检测面上溅射金属层的流程示意图。
附图标记：
1-柔性基体；2-凸块阵列；3-金属层；5-基片；6-光刻胶；7-掩膜版；8-圆柱形凸块阵列；9-第一凸块阵列；10-软质模板；11-第二凸块阵列；12-皮肤；13-湿电极；14-导电胶；15-检测面。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
参见图2所示，本公开提供了一种干电极，其包括柔性基体1和金属层3，柔性基体1具有检测面15，该检测面15上具有凸块阵列2，金属层3设置在该检测面15上，用于与待检测者皮肤12接触。可选的，金属层3的金属至少为如下一种或多种：铜、铝、金、银、镍、钛。
采用上述结构的干电极，位于凸块阵列2上的金属层3能够与待检测者皮肤12充分接触，并且由于柔性基体1能够发生形变，当待检测者皮肤12的弯曲或出现褶皱使，柔性基体1能够随待检测者皮肤12的弯曲和褶皱而发生形变，使位于凸块阵列2上的金属层3能够保持与待检测者皮肤12接触，使通过该干电极采集的心电数据噪声较小，心电检测准确度较高。
在一下实施方式中，该凸块可为半球形凸块，半球形凸块的表面圆滑，与待检测者皮肤12接触时，不容易对待检测者皮肤12造成损伤，在保证心电数据采集质量的同时，能够很好的保护待检测者的皮肤12，以提高该干电极的用户体验。
在一些实施例中，配合图3所示，由于人体表面多为凸出的曲面，为使位于检测面15上的金属层3与待检测者的皮肤12能够充分接触，可将该检测面15设置为凹面，以使该检测面15能够与人体表面相契合，使位于检测面15上的金属层3能够充分接触待检测者的皮肤12，以进一步减小该干电极采集的心电数据的噪声。
在一些实施例中，柔性基体1的材质可为聚二甲基硅氧烷，与传统的聚酰亚胺(PI)等材料相比，聚二甲基硅氧烷具有较好的伸展性、透明性等优点，并且价格低廉，加工简单，易于成膜，且具有理想的生物兼容性。
在一些实施例中，位于检测面15的上的聚二甲基硅氧烷具有化学键合的氨基，当聚二甲基硅氧烷上化学键合有氨基后，由于氨基是较强的亲水官能团，能够提高聚二甲基硅氧烷的表面自由能和表面润湿性，促进金属层3与柔性基体1的吸收和结合，使金属层3能够牢固的连接在柔性基体1的表面，避免在柔性基体1发生形变或产生褶皱时，金属层3从柔性基体1的表面脱落。
在一些实施例中，聚二甲基硅氧烷中掺杂有纳米粒子。不局限于任何理论，在采用纳米粒子掺杂的情况下，由于纳米粒子具有较大的比表面积，其表面活性原子与聚二甲基硅氧烷相互作用强，可以有效改善聚二甲基硅氧烷的韧性、断裂拉伸度、强度等性质，因此能够增加柔性基体1的顺从性，减小金属层3形变，能够避免金属层3出现褶皱或龟裂，有益于提高金属层3的导电性和稳定性。可选的，纳米粒子至少为如下一种或多种：纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氧化铁。
在另一些实施例中，本公开还提供了一种干电极的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：通过光刻工艺在涂覆有光刻胶6的基片5表面形成第一凸块阵列9，作为硬质模板；
步骤2：利用硬质模板翻刻制作软质模板10；
步骤3：利用软质模板10压印柔性基体1的检测面15，以在柔性基体1的检测面15上形成第二凸块阵列11；
步骤4：通过溅射工艺在具有第二凸块阵列11的检测面15上形成金属层3。
采用本公开中的制备方法所制备的干电极，生产效率较高，且在干电极的检测面15上所形成的第二凸块阵列11中的凸块的均匀度较高，有益于提高产品的合格率。
配合图4所示，在一些实施例中，步骤1可包括如下步骤：
步骤11：对基片5进行清洗、烘干等预处理，以使基片5表面保持清洁、干燥，符合进一步的处理要求。
步骤12：在基片5表面涂覆光刻胶6。为提高光刻胶6涂覆的均匀度，可采用多次涂覆的方式，在能够保证光刻胶6均匀度的情况下，也可采用一次涂覆的方式涂覆光刻胶6。可选的，光刻胶6的涂覆厚度可为10～100微米，具体可根据与形成的第二凸块阵列11的尺寸设定。
步骤13：在涂覆有光刻胶6的基板上设置掩膜版7。
步骤14：对设置有掩膜版7的基板进行曝光处理，得到表面具有圆柱形凸块阵列8的基片5。
通过光刻工艺所形成的圆柱形凸块阵列8的形状准确，均匀度较高。
配合图5所示，在一些实施例中，步骤1还可包括如下步骤：
步骤15：对表面具有圆柱形凸块阵列8的基片5进行加热处理，以使圆柱形凸块阵列8熔融固化后在基片5的表面形成具有半球形的第一凸块阵列9。
不局限于任何理论，认为，通过对基片5进行加热处理，使圆柱形凸块熔化固化后形成半球形凸块，使所制备的干电极的检测面15上的凸块为半球形，半球形凸块的表面圆滑，与待检测者皮肤12接触时，不容易对待检测者皮肤12造成损伤，在保证心电数据采集质量的同时，能够很好的保护待检测者，以提高该干电极的用户体验。
配合图6所示，在一些实施例中，步骤2可包括如下步骤：
步骤21：在硬质模板具有半球形的第一凸块阵列9的表面涂覆聚二甲基硅氧烷；
步骤22：通过加热装置对聚二甲基硅氧烷进行加热固化；
步骤23：将固化后的聚二甲基硅氧烷从硬质模板上剥离下来即得到软质模板10。
当然，也可采用例如注塑复制等其他方法从硬质模板翻刻制作软质模板10。
配合图7所示，在一些实施例中，步骤3可包括如下步骤：
步骤31：将例如二甲基硅氧烷预聚体和纳米粒子进行混合，二甲基硅氧烷预聚体和纳米粒子的比例可为10：1～2：1，其中，纳米粒子至少为如下一种或多种：纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氧化铁。
步骤32：二甲基硅氧烷预聚体和纳米粒子进行混合后，进行超声分散和真空脱气处理；
步骤33：向二甲基硅氧烷预聚体和纳米粒子混合物中加入固化引发剂，以引发聚合反应；
步骤34：将步骤33中形成的二甲基硅氧烷预聚体和纳米粒子混合物涂覆于软质模板10上；
步骤35：通过加热装置对涂覆于软质模板10上的二甲基硅氧烷预聚体和纳米粒子混合物进行高温固化处理，该高温固化处理的温度可为50～120℃；
步骤36：将固化后的聚二甲基硅氧烷和纳米粒子的混合物从软质模板10上剥离下来即得到检测面15上具有半球形的第二凸块阵列11的柔性基体1。
在一些实施例中，步骤3还可包括：
步骤37：对位于柔性基体1的检测面15上的聚二甲基硅氧烷进行离子刻蚀处理，从而形成表面羟基官能团；
步骤38：通过具有氨基官能团的偶联剂与具有表面羟基官能团的聚二甲基硅氧烷反应以在聚二甲基硅氧烷上形成氨基官能团。该偶联剂可为3-氨丙基三乙氧基硅烷，上述反应的反应式如下：
NH2(CH2)3Si-(OC2H5)3+H2O→C2H6O+NH2(CH2)3Si-(OH)3)
当聚二甲基硅氧烷上化学键合氨基后，由于氨基是较强的亲水官能团，能够提高聚二甲基硅氧烷的表面自由能和表面润湿性，促进金属层3与柔性基体1的吸收和结合，使金属层3能够牢固的连接在柔性基体1的表面，避免柔性基体1发生形变或产生褶皱时，金属层3从柔性基体1的表面脱落。
配合图8所示，在一些实施例中，步骤4可包括如下步骤：
通过溅射工艺在具有第二凸块阵列11的检测面15上形成金属层3，如图所示。可选的，金属层3的金属至少为如下一种或多种：铜、铝、金、银、镍、钛。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种干电极，包括：
柔性基体，其具有检测面，所述检测面上具有凸块阵列；
金属层，其设置在所述检测面上，用于与待检测者皮肤接触。
2.根据权利要求1所述的干电极，其中，所述凸块为半球形凸块。
3.根据权利要求1所述的干电极，其中，所述检测面为凹面。
4.根据权利要去1-3任一项所述的干电极，其中，所述柔性基体的材质为聚二甲基硅氧烷。
5.根据权利要求4所述的干电极，其中，位于所述检测面的上的所述聚二甲基硅氧烷具有化学键合的氨基。
6.根据权利要去4所述的干电极，其中，所述聚二甲基硅氧烷中掺杂有纳米粒子。
7.根据权利要求6所述的干电极，其中，所述纳米粒子至少为如下一种或多种：纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氧化铁。
8.根据权利要求1所述的干电极，其中，所述金属层的金属至少为如下一种或多种：铜、铝、金、银、镍、钛。
9.一种干电极的制备方法，包括：
通过光刻工艺在涂覆有光刻胶的基片表面形成第一凸块阵列，作为硬质模板；
利用所述硬质模板翻刻制作软质模板；
利用所述软质模板压印柔性基体的检测面，以在所述柔性基体的检测面上形成第二凸块阵列；
通过溅射工艺在具有所述第二凸块阵列的所述检测面上形成金属层。
10.根据权利要求9所述的干电极的制备方法，其中，通过光刻工艺在涂覆有光刻胶的基片表面形成第一凸块阵列包括：
对表面具有圆柱形凸块阵列的所述基片进行加热处理，以使所述圆柱形凸块阵列熔融固化后在所述基片的表面形成具有半球形的所述第一凸块阵列。
11.根据权利要求10所述的干电极的制备方法，其中，对表面具有圆柱形凸块阵列的所述基片进行加热处理之前还包括：
在所述基片表面涂覆光刻胶；
在涂覆有光刻胶的所述基板上设置掩膜版；
对设置有所述掩膜版的所述基板进行曝光处理，得到所述表面具有圆柱形凸块阵列的所述基片。
12.根据权利要求9所述的干电极的制备方法，其中，所述柔性基体的材质为聚二甲基硅氧烷。
13.根据权利要求12所述的干电极的制备方法，其中，所述聚二甲基硅氧烷中掺杂有纳米粒子。
14.根据权利要求12所述的干电极的制备方法，其中，通过溅射工艺在具有所述第二凸块阵列的检测面上形成金属层之前还包括：
对位于所述柔性基体的检测面上的所述聚二甲基硅氧烷进行离子刻蚀处理，从而形成表面羟基官能团；
通过具有氨基官能团的偶联剂与具有所述表面羟基官能团的所述聚二甲基硅氧烷上反应以在聚二甲基硅氧烷上形成氨基官能团。
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