CN113274026A - 柔性电极及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性电极及其制备方法和应用，柔性电极包括：柔性基底层；电路层，电路层设在柔性基底层上，电路层包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数；电极层，电极层设在柔性基底层上，电极层包括n个相互独立的子电极，子电极与子电路一一对应电连接；柔性绝缘保护层，柔性绝缘保护层设在电路层上。本发明通过设置多个相互独立的子电极，多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，分别对比多个子电极间的心电信号，从而解决了人体在运动过程中心电电极与人体可能产生的相对移动，造成的采集信号不准确的问题，本发明有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。
Description
技术领域
本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及一种柔性电极及其制备方法和应用。
背景技术
心脏活动的重要表现之一是产生电激动，它出现在心脏机械性收缩之前。心肌激动的电流可以从心脏经过身体组织传至体表，体表的不同部位产生不同的电位变化。按照心脏激动的时间顺序，将此体表电位的变化记录下来，形成一条连续曲线，即为ECG(心电图)。根据ECG分析心血管变化是诊断心血管疾病的主要手段。长期实时监测和分析ECG，对实现心血管疾病的早期预警、治疗和降低心血管疾病发病率和死亡率，都扮演着重要角色。
目前市面上使用的心电监测仪，采集心电信号采用的是传统湿电极，该湿电极的电极层只有一个电极，在人体运动过程中，心电电极与人体可能产生相对移动，造成心电电极与人体贴合性能变差，产生运动伪迹和噪声，从而造成采集信号不准确；同时，长时间监测对皮肤有刺激，测试信号随时间延长会减弱；另外，电路采用硬质基材，不具备伸缩性，运动中测试信号噪音大、不稳定。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可长时间舒适穿戴、可精准采集信号、可防止运动伪迹的柔性电极及其制备方法和应用。本发明通过设置多个相互独立的子电极，所述多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，通过对比多个子电极间的心电信号，去除差异化较大且不属于正常心电信号的信号，从而解决了人体在运动过程中心电电极与人体可能产生的相对移动，造成的采集信号不准确的问题，本发明有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种的柔性电极，根据本发明的实施例，所述柔性电极包括：
柔性基底层；
电路层，所述电路层设在所述柔性基底层上，所述电路层包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数；
电极层，所述电极层设在所述柔性基底层上，所述电极层包括n个相互独立的子电极，所述子电极与所述子电路一一对应电连接；
柔性绝缘保护层，所述柔性绝缘保护层设在所述电路层上。
根据本发明实施例的柔性电极，本发明通过设置多个相互独立的子电极，所述多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，通过对比多个子电极间的心电信号，去除差异化较大且不属于正常心电信号的信号，从而解决了人体在运动过程中心电电极与人体可能产生的相对移动，造成心电电极与人体贴合性能变差，产生运动伪迹和噪声，从而造成的采集信号不准确的问题，本发明有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。另外，本发明采用柔性基底层和柔性绝缘保护层，使其能够长时间的与皮肤接触并对皮肤无刺激。由此，该柔性电极可长时间舒适穿戴、可精准采集信号、可防止运动伪迹。
另外，根据本发明上述实施例的柔性电极还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述柔性电极还包括胶粘剂层，所述胶粘剂层设在除所述子电极以外的至少部分区域。
在本发明的一些实施例中，所述胶粘剂层设在除所述子电极和所述柔性绝缘保护层以外的所有区域。
在本发明的一些实施例中，所述胶粘剂层的材料选自丙烯酸树脂、聚氨酯和硅油树脂中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述子电路与相对应的所述子电极连接的终点为所述子电极的圆心。
在本发明的一些实施例中，2≤n≤10。
在本发明的一些实施例中，所述子电极的材料选自金、银、铜、铁、Ag/AgCl、碳和石墨烯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述子电极呈圆形。
在本发明的一些实施例中，所述圆形的直径为4mm-10mm。
在本发明的一些实施例中，相邻两个所述子电极之间的间距为0.5mm-2mm。
在本发明的一些实施例中，所述子电极包括平面电极和多个柱状电极，所述多个柱状电极设在所述平面电极上。
在本发明的一些实施例中，所述柱状电极的高度为20μm-60μm。
在本发明的一些实施例中，所述柱状电极的直径为5μm-10μm。
在本发明的一些实施例中，相邻两个所述柱状电极之间的间距为50μm-100μm。
在本发明的一些实施例中，所述柱状电极的形状选自圆柱、多边形柱状和锥形柱状中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述平面电极的厚度为5μm-30μm。
在本发明的一些实施例中，所述柔性基底层的材料选自聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺和聚对二甲苯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述柔性基底层的厚度为10μm-500μm。
在本发明的一些实施例中，所述电路层的材料选自金、银、铜和镍中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述子电路为金属线，所述金属线的线宽为0.5mm-1.5mm，所述金属线的线厚为2μm-15μm。
在本发明的一些实施例中，所述柔性绝缘保护层的材料选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸树脂和聚烯烃中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述柔性绝缘保护层的厚度为20μm-40μm。
在本发明的一些实施例中，所述柔性电极为柔性ECG电极、柔性EMG电极、柔性EEG电极或者柔性EOG电极。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备上述柔性电极的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)在柔性基底层的表面制备电路层，所述电路层包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数；
(2)在所述柔性基底层的表面制备电极层，所述电极层包括n个相互独立的子电极，所述子电极与所述子电路一一对应电连接；
(3)在所述电路层的表面制备柔性绝缘保护层。
根据本发明实施例的制备上述柔性电极的方法，该方法通过制备多个相互独立的子电极，所述多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，通过对比多个子电极间的心电信号，去除差异化较大且不属于正常心电信号的信号，从而解决了人体在运动过程中心电电极与人体可能产生的相对移动，造成心电电极与人体贴合性能变差，产生运动伪迹和噪声，从而造成的采集信号不准确的问题，该方法制备的柔性电极有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。另外，该方法通过制备柔性基底层和柔性绝缘保护层，使其能够长时间的与皮肤接触并对皮肤无刺激。同时，该方法的设备和工艺简单，生产成本低，易于实现产业化。
另外，根据本发明上述实施例的制备上述柔性电极的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：(4)在除所述子电极以外的至少部分区域制备胶粘剂层。
在本发明的一些实施例中，在除所述子电极和所述柔性绝缘保护层以外的所有区域制备胶粘剂层。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，制备所述电路层的方法为丝网印刷或喷墨打印。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，制备所述电极层的方法为丝网印刷或喷墨打印。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，首先制备平面电极，干燥固化后，在所述平面电极上制备柱状电极。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，制备所述柔性绝缘保护层的方法为丝网印刷或喷墨打印。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，制备所述胶粘剂层的方法为粘贴或者复合。
在本发明的第三个方面，本发明提出一种心电监测仪。根据本发明的实施例，该心电监测仪包含上述柔性ECG电极。由此，包含上述柔性ECG电极的心电监测仪有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声，从而提高了心电监测仪的准确性。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
(1)在人体运动过程中，心电电极与人体可能产生相对移动，造成心电电极与人体贴合性能变差，产生运动伪迹和噪声，从而造成采集信号不准确，本发明通过设置多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，通过对比多个子电极间的心电信号，去除差异化较大且不属于正常心电信号的信号，从而有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。
(2)每个子电极均包括多个柱状结构的电极，柱状电极能够刺穿皮肤角质层，能够有效地降低柔性电极与皮肤的接触电阻，增加皮肤与柔性电极的接触面积，从而保证测试心电信号的准确性。电极测试过程不需要额外涂抹导电胶，不会对皮肤产生刺激，可长时间进行心电信号监测，延长使用时间相应地降低了用户的使用成本。
(3)子电极间的间隙上贴附胶粘剂，在人体运动时，有利于子电极与皮肤长时间的良好接触，同时限制子电极与皮肤之间发生相对运动，能够有效抑制运动伪迹的产生。
(4)采用丝印方式制备平面电极表面的柱状结构，工艺和设备简单，生产成本低，有利于产业化。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例中的柔性电极的结构示意图；
图中，1-柔性基底层；2-电路层；3-电极层，3-1-第一个子电极，3-2-第二个子电极，3-n-第n个子电极；4-柔性绝缘保护层；5-胶粘剂层。
图2是本发明实施例的子电极的结构示意图；
图中：3-1-1-平面电极；3-1-2-柱状电极。
图3为采用实施例1和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图。
图4为采用实施例2和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图。
图5为采用实施例3和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图。
图6为采用实施例4和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图。
图7为采用实施例5和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种柔性电极，根据本发明的实施例，参考附图1，所述柔性电极包括：柔性基底层1；电路层2，所述电路层2设在所述柔性基底层1上，所述电路层2包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数；电极层3，所述电极层3设在所述柔性基底层1上，所述电极层3包括n个相互独立的子电极，所述子电极与所述子电路一一对应电连接；柔性绝缘保护层4，所述柔性绝缘保护层4设在所述电路层2上。由此，本发明通过设置多个相互独立的子电极，所述多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，通过对比多个子电极间的心电信号，去除差异化较大且不属于正常心电信号的信号，从而解决了人体在运动过程中心电电极与人体可能产生的相对移动，造成心电电极与人体贴合性能变差，产生运动伪迹和噪声，从而造成的采集信号不准确的问题，本发明有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。另外，本发明采用柔性基底层1和柔性绝缘保护层4，使其能够长时间的与皮肤接触并对皮肤无刺激。
根据本发明的实施例，上述柔性基底层1的材料的具体种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，作为一种优选的方案，所述柔性基底层1的材料选自聚氨酯TPU、聚二甲基硅氧烷PDMS、聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚酰亚胺PI和聚对二甲苯PA中的至少之一，由此，上述柔性基底层1的柔软性、生物兼容性、透气性以及与柔性电路和柔性电极材料的良好粘接性，使其能够长时间的与皮肤接触并对皮肤无刺激。进一步地，所述柔性基底层1的厚度为10μm-500μm。
根据本发明的实施例，上述电路层2为n条不相交的金属线，金属线的具体种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，作为一种优选的方案，所述电路层2的材料选自金、银、铜和镍中的至少之一，其低阻性、高伸缩性和高弯折性使其成为电路层2的最佳选择。另外，发明人发现，金属线越厚，金属线的弯折性越小，其柔性变差并且不利于柔性绝缘保护层4的制备；在金属线线宽不变的情况下，金属线越薄，金属线电阻值越高，越不利于心电信号的传导，所以综合考虑金属线电阻值、弯折性和原材料成本等因素，金属线的线宽优选0.5mm-1.5mm，线厚优选2μm-15μm。为了保证n个子电极的信号独立传至信号处理单元，所有金属线均不相交。
根据本发明的实施例，上述子电极的材料的具体种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，作为一种优选的方案，所述子电极的材料选自金、银、铜、铁、Ag/AgCl、碳和石墨烯中的至少之一，由此，其与皮肤接触良好，且电阻低，从而使子电极具有优良的采集心电信号的能力，使其能够保证采集的心电信号质量的稳定性和可靠性。
进一步地，2≤n≤10，即子电极的数量为2-10个，相应地，子电路的数量也为2-10个，如附图1所示，3-1为第一个子电极，3-2为第二个子电极，3-n为第n个子电极。发明人发现，如果子电极数目过多，则会导致单个子电极的面积减小，采集心电信号的振幅会下降，并且会成倍地增加后续信号处理的工作量，增加了能耗；如果子电极数目过少，则后续心电信号不能有效进行对比，不利于运动伪迹和噪声的去除。
进一步地，所述子电极呈圆形，由此，最大效率地利用子电极面积，使子电极的面积达到最大化，进而使子电极采集信号的振幅效益最大化。更进一步地，圆形子电极的直径为4mm-10mm，发明人发现，如果子电极直径过小，会导致采集的心电信号振幅太小；如果子电极直径过大，则会导致子电极跨越人体不同心电电位，造成采集信号的不准确。
进一步地，相邻两个所述子电极之间的间距为0.5mm-2mm，发明人发现，如果相邻两个所述子电极之间的间距过小，其间填充的粘接剂不能有效的与皮肤粘接；如果间距过大，则不利于子电极面积的最大化。
进一步地，参考附图2，所述子电极包括平面电极3-1-1和多个柱状电极3-1-2，所述多个柱状电极3-1-2设在所述平面电极3-1-1上，由此，柱状电极3-1-2能够刺穿皮肤角质层，能够有效地降低柔性电极与皮肤的接触电阻，增加皮肤与柔性电极的接触面积，从而保证测试心电信号的准确性。电极测试过程不需要额外涂抹导电胶，不会对皮肤产生刺激，可长时间进行心电信号监测，延长使用时间相应地降低了用户的使用成本。进一步地，所述平面电极3-1-1的厚度为5μm-30μm。
进一步地，所述柱状电极3-1-2的高度为20μm-60μm，发明人发现，如果柱状电极3-1-2的高度过高，在与皮肤接触过程会使对皮肤产生微刺激，长时间佩戴会产生不适感；如果柱状电极3-1-2的高度过低，则会使柱状结构不能有效穿刺皮肤角质层，不能达到减小电极与皮肤间接触电阻的目的。更进一步地，所述柱状电极3-1-2的直径为5μm-10μm。
进一步地，相邻两个所述柱状电极3-1-2之间的间距为50μm-100μm，发明人发现，如果相邻两个所述柱状电极3-1-2之间的间距过大，导致凸起数量过少，影响心电信号的采集质量；如果相邻两个所述柱状电极3-1-2之间的间距过小，则原材料的成本会增加。
进一步地，所述柱状电极3-1-2的形状选自圆柱、多边形柱状和锥形柱状中的至少之一。
进一步地，所述子电路与相对应的所述子电极连接的终点为所述子电极的圆心，能够保证子电路与子电极良好以及可靠的电连接，从而保证子电极检测的心电信号导出的可靠性和安全性。
根据本发明的实施例，所述柔性绝缘保护层4设在所述电路层2上，能够将电路层2和皮肤绝缘，防止电路层2和皮肤接触产生噪声，从而保证心电信号检测的可靠性和准确性。进一步地，所述柔性绝缘保护层4的厚度为20μm-40μm，由此，确保柔性绝缘保护层4将电路层2完全覆盖，不外露。
根据本发明的实施例，上述柔性绝缘保护层4的材料的具体种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，作为一种优选的方案，所述柔性绝缘保护层4的材料选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸树脂和聚烯烃中的至少之一。
进一步地，参考附图1，所述柔性电极还包括胶粘剂层5，所述胶粘剂层5设在除所述子电极以外的至少部分区域，由此，能够保证柔性电极与皮肤长达1周的牢固接触，并且不会对皮肤产生刺激，且能够防水，人体在佩戴该柔性电极时，可以进行洗澡等沾水作业。优选地，所述胶粘剂层5设在除所述子电极和所述柔性绝缘保护层4以外的所有区域，由此，子电极间的间隙上贴附胶粘剂，在人体运动时，有利于子电极与皮肤长时间的良好接触，同时限制子电极与皮肤之间发生相对运动，能够有效抑制运动伪迹的产生。
根据本发明的实施例，上述胶粘剂层5的材料的具体种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，作为一种优选的方案，所述胶粘剂层5的材料选自丙烯酸树脂、聚氨酯和硅油树脂中的至少之一。
另外，需要说明的是，所述柔性电极为柔性ECG电极、柔性EMG电极、柔性EEG电极或者柔性EOG电极，即所述柔性ECG电极的结构以及制备方法，同样适用于柔性EMG电极、柔性EEG电极和柔性EOG电极的结构以及制备方法。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备上述柔性电极的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
S100：在柔性基底层的表面制备电路层
在该步骤中，在柔性基底层1的表面制备电路层2，所述电路层2包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数。进一步地，制备所述电路层2的方法为丝网印刷或喷墨打印。
S200：在所述柔性基底层的表面制备电极层
在该步骤中，在所述柔性基底层1的表面制备电极层3，所述电极层3包括n个相互独立的子电极，所述子电极与所述子电路一一对应电连接。进一步地，制备所述电极层3的方法为丝网印刷或喷墨打印。
进一步地，在该步骤中，首先制备平面电极，干燥固化后，在所述平面电极上制备柱状电极。
S300：在所述电路层的表面制备柔性绝缘保护层
在该步骤中，在所述电路层2的表面制备柔性绝缘保护层4。进一步地，制备所述柔性绝缘保护层4的方法为丝网印刷或喷墨打印。
进一步地，所述方法还包括：
S400：在除所述子电极以外的至少部分区域制备胶粘剂层
在该步骤中，在除所述子电极以外的至少部分区域制备胶粘剂层5，制备所述胶粘剂层5的方法为粘贴或者复合。
在本发明的第三个方面，本发明提出一种心电监测仪。根据本发明的实施例，该心电监测仪包含上述柔性ECG电极。由此，包含上述柔性ECG电极的心电监测仪有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声，从而提高了心电监测仪的准确性。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
(1)在人体运动过程中，心电电极与人体可能产生相对移动，造成心电电极与人体贴合性能变差，产生运动伪迹和噪声，从而造成采集信号不准确，本发明通过设置多个相互独立的子电极在人体相同心电电势位上分别独立地采集心电信号，后续信号处理时，通过对比多个子电极间的心电信号，去除差异化较大且不属于正常心电信号的信号，从而有利于消除人体运动过程产生的运动伪迹和噪声。
(2)每个子电极均包括多个柱状结构的电极，柱状电极能够刺穿皮肤角质层，能够有效地降低柔性电极与皮肤的接触电阻，增加皮肤与柔性电极的接触面积，从而保证测试心电信号的准确性。电极测试过程不需要额外涂抹导电胶，不会对皮肤产生刺激，可长时间进行心电信号监测，延长使用时间相应地降低了用户的使用成本。
(3)子电极间的间隙上贴附胶粘剂，在人体运动时，有利于子电极与皮肤长时间的良好接触，同时限制子电极与皮肤之间发生相对运动，能够有效抑制运动伪迹的产生。
(4)采用丝印方式制备平面电极表面的柱状结构，工艺和设备简单，生产成本低，有利于产业化。
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1
第一步：柔性基底层制备
选用100μm厚度PET，1kV电压电晕后，表面能为36dyn/cm。
第二步：电路层制备
在制备完成的PET膜上，使用200目的网版，印刷银导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，制备线宽为0.5mm，线厚为2μm的柔性电路。
第三步：电极层制备
在完成第二步的基础上，在PET膜上，使用200目的网版，印刷Ag/AgCl的导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，制备7个直径为5mm的圆形平面柔性子电极，柔性子电极相邻两个圆最外侧最近间距为0.5mm，更换300目的网版，印刷Ag/AgCl的导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，在平面子电极上制备柱状结构，柱状结构高度为40μm，柱状间距为60μm。
第四部：柔性绝缘保护层制备
在完成第三步的基础上，使用100目的网版，在柔性电路上印刷线宽为1.5mm，线厚为30μm的柔性绝缘保护层，保证柔性电路被柔性绝缘保护层完全包裹。
第五步：胶粘剂层制备
在完成第四步的基础上，将胶粘剂贴敷在电极除去柔性子电极的其他区域。
上述方式制备的柔性ECG电极，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，并输出ECG信号图。
实施例2
第一步：柔性基底层制备
选用400μm厚度TPU，0.8kV电压电晕后，表面能为38dyn/cm。
第二步：电路层制备
在制备完成的TPU膜上，使用250目的网版，印刷金的导电墨水，并在15min@120℃条件下烘干，制备线宽为1mm，线厚为4μm的柔性电路。
第三步：电极层制备
在完成第二步的基础上，在TPU膜上，使用100目的网版，印刷银的导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，制备5个直径为4mm的圆形平面柔性子电极，柔性子电极相邻两个圆最外侧最近间距为1mm，更换350目的网版，印刷银的导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，在平面子电极上制备柱状结构，柱状结构高度为40μm，柱状间距为70μm。
第四部：柔性绝缘保护层制备
在完成第三步的基础上，使用200目的网版，在柔性电路上印刷线宽为2mm，线厚为30μm的柔性绝缘保护层，保证柔性电路被柔性绝缘保护层完全包裹。
第五步：胶粘剂层制备
在完成第四步的基础上，将胶粘剂贴敷在电极除去柔性子电极的其他区域。
上述方式制备的柔性ECG电极，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，并输出ECG信号图。
实施例3
第一步：柔性基底层制备
选用300μm厚度PI，1kV电压电晕后，表面能为40dyn/cm。
第二步：电路层制备
在制备完成的PI膜上，使用200目的网版，印刷银导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，制备线宽为1mm，线厚为6μm的柔性电路。
第三步：电极层制备
在完成第二步的基础上，在PI膜上，使用200目的网版，印刷石墨烯导电墨水，并在20min@120℃条件下烘干，制备3个直径为7mm的圆形平面柔性子电极，柔性子电极相邻两个圆最外侧最近间距为1mm，更换380目的网版，印刷石墨烯导电墨水，并在20min@120℃条件下烘干，在平面子电极上制备柱状结构，柱状结构高度为60μm，柱状间距为80μm。
第四部：柔性绝缘保护层制备
在完成第三步的基础上，使用300目的网版，在柔性电路上印刷线宽为2mm，线厚为40μm的柔性绝缘保护层，保证柔性电路被柔性绝缘保护层完全包裹。
第五步：胶粘剂层制备
在完成第四步的基础上，将胶粘剂贴敷在电极除去柔性子电极的其他区域。
上述方式制备的柔性ECG电极，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，并输出ECG信号图。
实施例4
第一步：柔性基底层制备
选用400μm厚度PI，1kV电压电晕后，表面能为38dyn/cm。
第二步：电路层制备
在制备完成的PI膜上，使用200目的网版，印刷镍导电墨水，并在30min@120℃条件下烘干，制备线宽为0.5mm，线厚为8μm的柔性电路。
第三步：电极层制备
在完成第二步的基础上，在PI膜上，使用250目的网版，印刷碳导电墨水，并在20min@120℃条件下烘干，制6个直径为5mm的圆形平面柔性子电极，柔性子电极相邻两个圆最外侧最近间距为0.5mm，更换420目的网版，印刷碳导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，在平面子电极上制备柱状结构，柱状结构高度为40μm，柱状间距为90μm。
第四部：柔性绝缘保护层制备
在完成第三步的基础上，使用200目的网版，在柔性电路上印刷线宽为1.5mm，线厚为30μm的柔性绝缘保护层，保证柔性电路被柔性绝缘保护层完全包裹。
第五步：胶粘剂层制备
在完成第四步的基础上，将胶粘剂贴敷在电极除去柔性子电极的其他区域。
上述方式制备的柔性ECG电极，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，并输出ECG信号图。
实施例5
第一步：柔性基底层制备
选用300μm厚度TPU，0.8kV电压电晕后，表面能为36dyn/cm。
第二步：电路层制备
在制备完成的TPU膜上，使用200目的网版，印刷银导电墨水，并在10min@120℃条件下烘干，制备线宽为1mm，线厚为10μm的柔性电路。
第三步：电极层制备
在完成第二步的基础上，在TPU膜上，使用150目的网版，印刷铁导电墨水，并在15min@120℃条件下烘干，制备4个直径为6mm的圆形平面柔性子电极，柔性子电极相邻两个圆最外侧最近间距为1mm，更换380目的网版，印刷铁导电墨水，并在15min@120℃条件下烘干，在平面子电极上制备柱状结构，柱状结构高度为20μm，柱状间距为100μm。
第四部：柔性绝缘保护层制备
在完成第三步的基础上，使用300目的网版，在柔性电路上印刷线宽为1.5mm，线厚为20μm的柔性绝缘保护层，保证柔性电路被柔性绝缘保护层完全包裹。
第五步：胶粘剂层制备
在完成第四步的基础上，将胶粘剂贴敷在电极除去柔性子电极的其他区域。
上述方式制备的柔性ECG电极，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，并输出ECG信号图。
对比例
市面购买的湿电极作为对比电极，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，并输出ECG信号图。
将上述实施例1至实施例5制备的电极分别与对比例的电极进行对比，采用专用ECG信号处理设备进行信号读取和处理，输出的人体运动状态下ECG信号图如图3-7所示，图3为采用实施例1和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图，图4为采用实施例2和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图，图5为采用实施例3和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图，图6为采用实施例4和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图，图7为采用实施例5和对比例的电极对比采集人体运动状态下的ECG信号图。从图3-7中可以看出，实施例1-5制备的ECG电极采集的ECG波形相对平稳，能清楚分辨QRS波；而对比例制备的ECG电极采集的ECG波形振动幅度较大，部分干扰比较大的波形已无法分辨QRS波。因此，实施例1-5制备的ECG电极采集的ECG信号，相对于对比例制备的ECG电极采集信号，准确性更高，信号失真率更低。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种柔性电极，其特征在于，包括：
柔性基底层；
电路层，所述电路层设在所述柔性基底层上，所述电路层包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数；
电极层，所述电极层设在所述柔性基底层上，所述电极层包括n个相互独立的子电极，所述子电极与所述子电路一一对应电连接；
柔性绝缘保护层，所述柔性绝缘保护层设在所述电路层上。
2.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，还包括胶粘剂层，所述胶粘剂层设在除所述子电极以外的至少部分区域；
优选地，所述胶粘剂层设在除所述子电极和所述柔性绝缘保护层以外的所有区域；
任选地，所述胶粘剂层的材料选自丙烯酸树脂、聚氨酯和硅油树脂中的至少之一；
任选地，所述子电路与相对应的所述子电极连接的终点为所述子电极的圆心。
3.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，2≤n≤10；
任选地，所述子电极的材料选自金、银、铜、铁、Ag/AgCl、碳和石墨烯中的至少之一。
4.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述子电极呈圆形；
任选地，所述圆形的直径为4mm-10mm；
任选地，相邻两个所述子电极之间的间距为0.5mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述子电极包括平面电极和多个柱状电极，所述多个柱状电极设在所述平面电极上；
任选地，所述柱状电极的高度为20μm-60μm；
任选地，所述柱状电极的直径为5μm-10μm；
任选地，相邻两个所述柱状电极之间的间距为50μm-100μm；
任选地，所述柱状电极的形状选自圆柱、多边形柱状和锥形柱状中的至少之一；
任选地，所述平面电极的厚度为5μm-30μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的柔性电极，其特征在于，所述柔性基底层的材料选自聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺和聚对二甲苯中的至少之一；
任选地，所述柔性基底层的厚度为10μm-500μm；
任选地，所述电路层的材料选自金、银、铜和镍中的至少之一；
任选地，所述子电路为金属线，所述金属线的线宽为0.5mm-1.5mm，所述金属线的线厚为2μm-15μm；
任选地，所述柔性绝缘保护层的材料选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸树脂和聚烯烃中的至少之一；
任选地，所述柔性绝缘保护层的厚度为20μm-40μm。
7.根据权利要求1-5任一项所述的柔性电极，其特征在于，所述柔性电极为柔性ECG电极、柔性EMG电极、柔性EEG电极或者柔性EOG电极。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述的柔性电极的方法，其特征在于，包括：
(1)在柔性基底层的表面制备电路层，所述电路层包括n个相互独立的子电路，其中n≥2且n为整数；
(2)在所述柔性基底层的表面制备电极层，所述电极层包括n个相互独立的子电极，所述子电极与所述子电路一一对应电连接；
(3)在所述电路层的表面制备柔性绝缘保护层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
(4)在除所述子电极以外的至少部分区域制备胶粘剂层；
优选地，在除所述子电极和所述柔性绝缘保护层以外的所有区域制备胶粘剂层；
任选地，在步骤(1)中，制备所述电路层的方法为丝网印刷或喷墨打印；
任选地，在步骤(2)中，制备所述电极层的方法为丝网印刷或喷墨打印；
任选地，在步骤(2)中，首先制备平面电极，干燥固化后，在所述平面电极上制备柱状电极；
任选地，在步骤(3)中，制备所述柔性绝缘保护层的方法为丝网印刷或喷墨打印；
任选地，在步骤(4)中，制备所述胶粘剂层的方法为粘贴或者复合。
10.一种心电监测仪，其特征在于，所述心电监测仪包含权利要求7所述的柔性ECG电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210820 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |