CN111329472A - 一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法，其特征在于以天然皮革（2）为衬底，首先氮气等离子体预处理皮革，进行清洁，之后采用溅射法镀银或银浆涂覆，在皮革表面制备导电涂层（1）。该方法解决了传统凝胶心电湿电极使用导电凝胶引起的皮肤过敏发炎问题，同时减轻了多层结构织物电极设计的复杂性，提高了心电电极的穿戴舒适性和透气性。该种以天然皮革为衬底的心电电极可有效进行信号传递，输出信号与输入脉冲波相似。这种以皮革为衬底的心电电极易于集成在胸带、腕带或服装中，作为可穿戴智能健康监测系统的电极部分。

Description

一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法
技术领域
本发明涉及心电信号监测电极制备的技术领域，更具体地说是，涉及一种以天然皮革为衬底的心电电极的制备方法。
背景技术
目前临床用于心电信号监测的一次性Ag/AgCl凝胶湿电极在皮肤和电极之间施加了导电凝胶层，用于增强心电信号电位记录。这种导电凝胶在长时间接触人体皮肤后，会刺激皮肤，造成皮肤产生过敏发炎等现象，另外，这种电极经过长期使用后导电凝胶干燥，会进一步增加电极与皮肤之间的接触阻抗，使监测的心电信号减弱，因此这种电极不适合于长期生理信号监测。干电极对传统湿凝胶电极进行了改进，不使用导电凝胶层，但是固体金属干电极不适合于人体皮肤表面的几何结构，降低了电极佩戴舒适性，提高了皮肤与电极之间的阻抗，在心电图记录中产生较大的运动伪影。基于织物的可穿戴心电电极属于柔性干电极，不仅有效避免了传统湿电极中涂抹凝胶出现的皮肤过敏问题，还具有高柔韧性的特点，可根据人体皮肤调整变形，因此提高了心电电极佩戴的舒适性，并且减小了电极的运动伪影。
为了提高织物电极与皮肤的紧密性、心电信号的质量和穿戴舒适性，Christian等人在公开号为EP2407096 (A1)的专利中设计了一种以导电银纱线为导电材料的多层结构纺织电极，包括支撑层、导电层、中间吸收层以及隔离层，导电层与皮肤直接接触。中间吸收层亲水性好，可存储溶液以降低皮肤阻抗；支撑层用于保证电极与皮肤之间的密切接触；隔离层用于降低导电液体的蒸发。郭维等人在“吉林大学2012年学位论文”中利用机织结构的方法制备了以镀银涤纶长丝作为导电材料的多层结构电极。该电极包括软海绵层、硬海绵层和支撑垫结构。软海绵层用于保证电极与皮肤的充分接触，硬海绵层和支撑垫用于支撑电极，减小冲击。Weder等人在“Sensors”杂志2015年第15卷第1期“Embroidered electrodewith Silver/Titanium coating for long-term ECG monitoring”中使用了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）织物为衬底制备了一种刺绣电极，并且开发了一种由环保薄膜制成的润湿垫，该薄膜具有透气、防水、防风的特点，达到连续向电极输送极少量水蒸气的目的。Achilli等人在“IEEE Sensors Journal”杂志2018年第18卷第10期“Design andcharacterization of screen-printed textile electrodes for ECG monitoring”中采用丝网印刷方法在成品织物上印刷掺杂有4-苯乙烯磺酸酯的有机生物相容性油墨聚(3,4-乙二氧噻吩)制备了心电电极，并且在电极中使用2 ㎜厚的泡沫层用于保持均匀连续的压力和湿润的皮肤状态。以上所述的几种织物电极都是通过多层结构中海绵或泡沫层的设计增加电极与皮肤之间的充分接触和佩戴舒适性，或者提供润湿垫输送水蒸气以增加电极与皮肤间的接触紧密性，电极设计结构复杂，增加了可穿戴心电电极的体积，降低了电极的轻便性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）皮革预处理：将天然皮革材料放入氮气（N2）低温等离子体中进行处理，以清洁皮革表面。（2）导电涂层的制备：采用溅射法镀银或银浆涂覆的方法在皮革表面制备导电涂层。溅射镀银时，将经过预处理的皮革材料放入溅射设备中，氩气为气源，溅射气压保持在 20Pa左右，电流约为10 mA，镀银6-10 min。银浆涂覆时将银浆均匀涂覆于皮革表面。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是，
（1）采用了天然皮革作为织物心电电极的衬底材料，有效避免了其他织物材料为衬底的多层结构设计，提高了柔性穿戴的舒适性，利用天然皮革的透气性和透湿性，增加了电极与皮肤之间的水分传递。在心电信号测试过程中可直接采用皮肤汗液或人为滴加生理盐水的方法，利用天然皮革的多孔结构保持润湿，使得电极与皮肤紧密接触，同时降低皮肤阻抗。
（2）采用氮气低温等离子体对皮革进行了预处理，起到了对皮革表面有效清洁的作用。
（3）采用溅射法镀银技术，实现了银导电层在皮革表面的均匀涂覆。同时，在皮革表面以下实现了银原子的注入过程，使银导电层与皮革表面的附着更加牢固。
附图说明
图1为一种以天然皮革为衬底的心电电极的示意图；
图中1.银导电层，2.天然皮革材料。
图2为实施例2中信号传递实验测试结果。
具体实施方式
本发明以天然皮革为衬底的心电电极制备方法，包括如下步骤：
1、皮革预处理：将天然皮革材料放入氮气（N2）低温等离子体中进行处理，清洁皮革表面。2、导电涂层的制备：采用溅射法镀银或银浆涂覆的方法在皮革表面制备导电涂层。溅射法镀银时，将经过预处理的皮革材料放入溅射设备中，氩气为气源，溅射气压保持在 20 Pa左右，电流约为10 mA，镀银6-10 min。银浆涂覆时将银浆均匀涂覆于皮革表面。
天然皮革材料为牛皮革或猪皮革。皮革材料等离子体预处理的气体为氮气。
导电涂层的制备方法为溅射法镀银或银浆涂覆。溅射法镀银时，氩气为气源，溅射气压保持在 20 Pa左右，电流约为 10 mA，镀银时间为 6-10 min。
本发明性能测试：通过信号发生器和数字存储示波器对制备的心电电极进行信号传递实验。
下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
【实施例1】
1、将牛皮植鞣革放入等离子体反应腔中，在N2低温等离子体中处理10 min。
2、将经过预处理的皮革材料放入溅射设备中进行镀银处理，氩气为气源，溅射气压保持在 20 Pa，电流为10 mA，镀银10 min。
将制备好的以天然皮革为衬底的心电电极切割为15 mm×10 mm，用于信号传递测试。选用恒压激励信号进行信号传递实验，激励信号波形为特定的双向脉冲信号。在3v恒定电压的情况下，测定频率分别为10Hz、100Hz、1kHz的传递情况。
根据得到的输出波形，频率为10 Hz时，输出波形与输入波形基本相似，随着输入信号频率增加，输出信号与输入脉冲波基本一致。结果表明这种电极信号传递性能良好。
【实施例2】
1、将牛皮植鞣革放入等离子体反应腔中，在N2低温等离子体气氛中处理10 min。
2、在经过预处理的皮革材料表面均匀涂覆银浆。
将制备好的以天然皮革为衬底的心电电极切割为15 mm×10 mm，用于信号传递测试。选用恒压激励信号进行信号传递实验，激励信号波形为特定的双向脉冲信号。在3v恒定电压的情况下，测定频率分别为10Hz、100Hz、1kHz的传递情况。
根据得到的输出波形，测试频率范围内，输出信号与输入脉冲波基本一致，表明这种电极信号传递性能好。
【实施例3】
1、将猪皮革放入等离子体反应腔中，在N2低温等离子体气氛中处理10 min。
2、将经过预处理的皮革材料放入溅射设备中进行镀银处理，氩气为气源，溅射气压保持在 20 Pa，电流为10 mA，镀银10 min。
将制备好的以天然猪皮革为衬底的心电电极切割为15 mm×10 mm，用于信号传递测试。选用恒压激励信号进行信号传递实验，激励信号波形为特定的双向脉冲信号。在3v恒定电压的情况下，测定频率分别为10Hz、100Hz、1kHz的传递情况。
根据得到的测试结果，输出波形与输入波形基本相似，且随着输入信号频率增加，输出信号与输入脉冲波基本一致。结果表明这种电极信号传递性能好。
应用实施例1：
实施例3制备的电极用于真实人体心电测试。心电信号采集使用Ⅲ导联系统，其中导联Ⅰ置于待测者左手脉搏位置，导联Ⅱ置于待测者右手脉搏位置，导联Ⅲ置于待测者右脚踝位置。首先使用一次性标准医用Ag/AgCl凝胶电极进行心电信号采集实验作为对照组。电极测试时将导联Ⅰ电极更换为实施例3制备的电极，测试得到的心电图与Ag/AgCl标准电极得到的心电图基本相似。

Claims (3)

1.一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：皮革预处理：将天然皮革材料放入氮气（N2）低温等离子体中进行处理，以清洁皮革表面；导电涂层的制备：使用溅射镀银或银浆涂覆的方法在皮革表面制备导电涂层，溅射法镀银时，将经过预处理的皮革材料放入溅射设备中，氩气为气源，溅射气压保持在 20 Pa左右，电流约为10mA，镀银6-10 min；银浆涂覆时将银浆均匀涂覆于皮革表面。
2.根据权利要求1所述的一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法，其特征在于天然皮革衬底为牛皮革或猪皮革。
3.根据权利要求1所述的一种以天然皮革为衬底的心电电极制备方法，其特征在于导电涂层的制备方法为溅射法镀银或银浆涂覆。
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