CN113801265B - 一种电极及信号检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医用器械相关技术领域，其公开了一种电极及信号检测系统，所述电极用到的水凝胶为疏水水凝胶或者粘性水凝胶，其中，所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠单体、Nacl、C18、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂；所述粘性水凝胶的组分包括两性离子单体、丙烯酰胺单体、黏土、粘性单体、甘油、引发剂以及N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺单体。该疏水水凝胶具有良好的疏水性，防止水凝胶遇水时机械性能下降，拉伸性降低，且确保水凝胶电极在湿润场景中稳定工作，扩大了水凝胶电极的使用场景，进而使得检测系统能够持续检测的同时避免引发皮肤疾病。

Description

一种电极及信号检测系统
技术领域
本发明属于生物医用器械相关技术领域，更具体地，涉及一种电极及信号检测系统。
背景技术
近年来，新材料和新工艺方面的相关研究成果推动了生物电测量电极制备工艺和应用的飞速发展。由于表皮电极直接与生物体组织接触，需要有良好的可拉伸性和生物相容性。而传统的生物电测量电极通常由金属材料、硅基材料制造加工而成，具有较高的杨氏模量。因此，将传统刚性电极直接应用于生物柔软组织不仅会导致测量信号的准确性不高，还会引发严重的组织损伤，而解决这一问题的方法是将电极柔软化。
相比于传统刚性电极，柔性电极与人体皮肤贴合更加紧密和舒适，因此对人体组织刺激更小。常用的柔性电极主要通过在弹性体上填充导电材料制成，由基底层、电极层和封装层组成。其中，基底材料和封装材料主要为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和聚对二甲苯，电极材料主要为金属(金、银和铂等)、碳材料(碳纳米管和石墨烯等)和导电聚合物。尽管这提供了一种简单的柔性电极制造方法，但较差的拉伸能力仍不能满足柔性电极的高应变要求。
近年来的研究表明，人体的脑电信号和情感状态间存在着相关性，通过一些分析手段和智能算法便可以构建脑电信号和情感状态之间的联系，从而根据脑电信号判断人体的情感状态。但受限于传统器件极差的拉伸性和生物相容性，商用的可穿戴设备无法判断用户的情感状态。因此开发一种能够持续采集脑电信号的可穿戴设备，在治疗和预防心里疾病方面有着广阔前景。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电极及信号检测系统，所提供的水凝胶中的疏水水凝胶的制备原料进行了改进，使得该疏水水凝胶具有良好的疏水性，防止水凝胶遇水时机械性能下降，拉伸性降低，且确保水凝胶电极在湿润场景中稳定工作，扩大了水凝胶电极的使用场景，进而通过结构设计和水凝胶电极赋予检测模块能够紧密贴附于人体皮肤并共形的能力，能够持续检测的同时避免引发皮肤疾病。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种应用于电极的水凝胶，所述水凝胶为疏水水凝胶或者粘性水凝胶，其中，所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠单体、Nacl、C18、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂；
所述粘性水凝胶的组分包括两性离子单体、丙烯酰胺单体、黏土、粘性单体、甘油、引发剂以及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体。
进一步地，所述疏水水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺单体、所述十二烷基硫酸钠单体及所述C18所占的质量分数分别为1.5wt％～3wt％、2wt％～5wt％、0.1wt％～0.3wt％。
进一步地，所述疏水水凝胶的组分中的C18能由C16、C14、C12或者C8替换。
进一步地，所述粘性水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺、所述黏土、两性离子单体及粘性单体所占的质量百分数分别为10wt％～30wt％、1.5wt％～3wt％、2wt％～3wt％、1wt％～2wt％。
进一步地，所述两性离子单体包括ATAC、SBMA、AMPS、CDME中的任意一种或多种；所述粘性单体包括多巴胺、聚多巴胺、单宁酸中的任意一种或多种；所述引发剂为光引发剂Irgacure2959。
本发明还提供了一种如上所述的应用于电极的水凝胶的制备方法，所述疏水水凝胶的制备包括以下步骤：
(1)将十二烷基硫酸钠单体溶解在氯化钠溶液中，以形成SDS/NaCl胶束；
(2)将C18单体放置于得到的溶液中后加热搅拌预定时间以使得C18进入胶束，然后将丙烯酰胺单体溶解在搅拌后的溶液中；
(3)对得到的混合溶液进行氮气脱气后，加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂并进行搅拌，然后进行氮气脱气，进而得到疏水水凝胶；
所述粘性水凝胶的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酰胺单体、两性离子单体、黏土、粘性单体配置为溶液后均匀滴入玻璃瓶中，并在振荡器上振荡直至溶液均匀混合；
(2)将离子水、有机醇、引发剂依次加入得到的混合溶液中后，放入超声机中进行超声震荡以进行脱气，进而得到粘性水凝胶。
本发明还提供了一种电极，所述电极为疏水自黏水凝胶表皮电极，其包括自上而下设置的疏水层、电极层及粘性层，所述疏水层及所述粘性层分别是采用如上所述的疏水水凝胶及粘性水凝胶制备而成的。
进一步地，所述粘性层形成有凹槽，所述电极层设置在所述凹槽内，所述疏水层设置在所述粘性层上，且其覆盖所述凹槽；所述电极层包括Ecc电极及ecoflex基底，所述Ecc电极设置在所述凹槽的槽底上，所述ecoflex基底包覆在所述Ecc电极的外侧，即所述ecoflex基底形成有收容槽，所述收容槽与所述凹槽的槽底形成收容部，所述Ecc电极设置在所述收容部内。
进一步地，所述电极的整体厚度为300微米～500微米，所述粘性层的厚度为100微米～200微米，所述疏水层的厚度为100微米～200微米。
本发明还提供了一种信号检测系统，所述信号检测系统为表皮贴附式情绪识别系统，其包括前端信号检测模块、后端信号处理输出模块及移动终端人机交互APP，所述前端信号检测模块包括如上所述的电极，其用于采集用户的脑电信号数据；所述后端信号处理输出模块与所述前端信号检测模块相连，其用于接收来自所述前端信号检测模块的检测信号并对接收到的信号数据进行分析处理以得到脑电信号，同时将分析处理得到的脑电信号无线传输至外部的所述移动终端人机交互APP，所述移动终端人机交互APP对接收到的脑电信号进行进一步的智能算法处理以识别人的情绪，当发现状态异常时发出报警信号。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的电极及信号检测系统主要具有以下有益效果：
1.所提供的水凝胶中的疏水水凝胶的制备原料进行了改进，通过光引发聚合，在氯化钠溶液中，Ca2+和组分XLG联合诱导C18和SDS疏水重排，增大水凝胶的疏水性，防止水凝胶遇水时机械性能下降，拉伸性降低，且确保水凝胶电极在湿润场景中稳定工作，扩大了水凝胶电极的使用场景。
2.所述粘性水凝胶的两性离子具有静电耦合的特性；TA包含有儿茶酚基团，具有化学黏附性；甘油中具有氢键，能增加表面粗糙度；以上三种组分的特性联合作用，增加了水凝胶的黏附性，能确保水凝胶电极和皮肤紧密接触并保持共形接触，减小了电极和皮肤之间的间隙，这有助于降低外界因素的干扰，减小了信号的衰减，提高了测量的准确度。
3.电极具有三层结构，粘性层为粘性水凝胶层，能确保水凝胶电极黏附在皮肤上保持共性接触；电极层由导电材料ECC和环氧树脂(Ecoflex)材料构成，具有灵敏度高、拉伸性好的特点；疏水层为疏水水凝胶层，能保护水凝胶电极在湿度大的环境下正常工作。整个水凝胶电极在满足既定功能的前提下，不仅具有更高的拉伸性能，而且结构简单，降低了制备工艺的复杂度和成本。
4.所述电极的制备主要是包括粘性水凝胶的制备及疏水水凝胶的制备，且制备工艺简单易操作，生产成本低，可以实现大面积人体表皮生理电极的制备，同时易于批量加工；制备方法中所采用的材料譬如聚二甲基硅氧烷和聚乙烯醇等均无毒无害，既避免了对环境的污染，又保证了生产人员和使用者的安全。
5.所述信号检测系统为表皮贴附式情绪识别系统，在实现整体电路功能的基础上具有更好的拉伸变形能力；该检测系统可以实现可穿戴性并且可以持续检测人体脑电信号，并通过无线蓝牙传输到移动终端，实时显示脑电信号图数据及当前的情绪状态；且该系统能将用户从不可拉伸的刚性器件或者移动不便的机器中解脱，增加了器件的舒适性和便携性。
6.优选采用CC2640R2F核心处理器、AD8232全集成式单导联ECG前端、TPS61070稳压器、单端外部偏置的射频前端以及陶瓷天线等集成度较高的功能元器件，且所述检测系统的功能电路中不存在烧录程序的相关接口，由烧录座预先烧录好相关程序后将芯片直接集成到功能电路中；采用这些优选方案能够保证功能电路在满足既定功能的前提下，具有相当高的集成度和尽可能少的元器件，也降低了电路受系统拉伸变形的影响。
7.对疏水水凝胶及粘性水凝胶的重要组分的质量含量进行了合理设定，使得疏水水凝胶及粘性水凝胶具有较好的技术效果，高于这个数值范围或者低于这个数值范围，都会使得性能降低。
附图说明
图1中的a-o是本发明提供的电极的制备工艺示意图；
图2是图1中的电极的剖视图；
图3是本发明提供的信号检测系统的电路组成原理示意图；
图4是图3中的信号检测系统的局部器件结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-聚乙烯醇溶液，2-石英玻璃片，3-网版，4-环氧树脂，5-导电材料ECC，6-亚克力容器，7-粘性水凝胶，8-疏水水凝胶，9-粘性层，10-电极层，11-疏水层，1001-Ecc电极，1002-ecoflex基底，25-水凝胶电极，26-处理电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种应用于电极的水凝胶，所述水凝胶包括疏水水凝胶及粘性水凝胶。所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体(AM)、十二烷基硫酸钠单体(SDS)、Nacl、C18、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体(MBAA)、黏土(XLG)及光引发剂Irgacure2959。其中，通过光引发聚合，在氯化钠溶液中，Ca2+和组分XLG联合诱导C18和SDS疏水重排，增大水凝胶的疏水性；所述丙烯酰胺单体、所述十二烷基硫酸钠单体及所述C18所占的质量分数分别为1.5wt％～3wt％、2wt％～5wt％、0.1wt％～0.3wt％。
在另一个实施方式中，所述疏水水凝胶的组分中的C18可以由C16、C14、C12或者C8替换。
所述粘性水凝胶的组分包括两性离子单体、丙烯酰胺(AM)单体、黏土(XLG)、粘性单体、甘油、光引发剂Irgacure2959、以及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体(MBAA)；其中，两性离子单体可以为SBMA，粘性单体可以为单宁酸单体(TA)；所述丙烯酰胺、所述黏土、两性离子单体及单宁酸所占的质量百分数分别为10wt％～30wt％、1.5wt％～3wt％、2wt％～3wt％、1wt％～2wt％；SBMA是两性离子，具有静电耦合的特性；TA包含有儿茶酚基团，具有化学黏附性；甘油中具有氢键，能增加表面粗糙度；以上三种组分的特性联合作用，增加了水凝胶的黏附性。
本实施方式中，丙烯酰胺单体主要包括丙烯酰胺和/或丙烯酰胺衍生物，所述丙烯酰胺衍生物包括N,N-二乙基丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、N-异丙基丙烯酰胺、N-异丁基丙烯酰胺等中的任意一种或多种；两性离子单体主要包括ATAC、SBMA、AMPS、CDME等中的任意一种或多种；粘性单体包括主要包括多巴胺、聚多巴胺、单宁酸等中的任意一种或多种。
本发明还提供了一种应用于电极的水凝胶的制备方法，其中，所述疏水水凝胶的制备方法主要包括以下步骤：
(1)将十二烷基硫酸钠单体溶解在氯化钠溶液中，以形成SDS/NaCl胶束。
(2)将C18单体放置于得到的溶液中后加热搅拌预定时间以使得C18进入胶束，然后将丙烯酰胺单体溶解在搅拌后的溶液中。
(3)对得到的混合溶液进行氮气脱气后，加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及光引发剂并进行搅拌，然后转移到氮气吹扫模具中，在室温下密封一段时间，进而制备得到脱气完全的水凝胶。在一个实施方式中，疏水水凝胶可以为液态的预聚合疏水水凝胶。
所述粘性水凝胶的制备方法主要包括以下步骤：
S1，将丙烯酰胺单体、两性离子单体、黏土、粘性单体配置为溶液后均匀滴入玻璃瓶中，并在震荡器上振荡直至溶液均匀混合。
S2，将离子水和有机醇(有机醇主要包括乙二醇、丙三醇等中的任意一种或者多种)、引发剂Irgacure2959(KPS、APS、Irgacure1173等)依次加入得到的混合溶液中后，放入超声机中进行超声震荡一段时间以进行脱气处理操作，继而得到脱气完全的粘性水凝胶。在一个实施方式中，粘性水凝胶可以为预聚合粘性水凝胶溶液。
请参阅图2，本发明还提供了一种电极，所述电极包括自上而下设置的疏水层11、电极层10及粘性层9，所述疏水层11及所述粘性层9分别是采用所述疏水水凝胶及所述粘性水凝胶制备而成的。所述粘性层9形成有凹槽，所述电极层10设置在所述凹槽内，所述疏水层11设置在所述粘性层9上，且其覆盖所述凹槽。所述电极层10包括Ecc电极1001及ecoflex基底1002，所述Ecc电极1001设置在所述凹槽的槽底上，所述ecoflex基底1002包覆在所述Ecc电极1001的外侧，即所述ecoflex基底1002形成有收容槽，所述收容槽与所述凹槽的槽底形成有收容部，所述Ecc电极1001设置在所述收容部内。
本实施方式中，所述粘性层9能够让整个电极很好地和人体皮肤保持共形接触，所述疏水层11起到保护膜的作用，防止电极在外界水渍干扰、湿度大等条件下吸水溶胀。该疏水层11的材料继承了传统水凝胶可拉伸可粘附特点的同时，还克服了亲水性和遇水失效的缺点，扩大了水凝胶的使用场景。
请参阅图1，所述电极的制备包括以下步骤：
(1)依次用丙酮、异丙酮及去离子水对硬质基底进行清洗，之后采用氮气将硬质基底吹干。
(2)将聚乙烯醇溶液(PVA)旋涂在硬质基底上，在50℃～100℃的烘箱中加热以使得硬质基底上的聚乙烯醇溶液固化成膜，固化后的膜形成牺牲层。优选地，所述烤箱的温度为80℃。
(3)将硬质基底水平固定在丝网印刷机的载物台上，并且使涂有牺牲层的一面朝上，之后在丝网印刷机上安装聚氯乙烯(PVC)材料制成的网版，使得网版与硬质基底平行并位于硬质基底的上方，再调节载物台的位置，使得网版上的镂空图案在硬质基底上的投影位于硬质基底的外边缘所围成的区域内。
(4)将膏状的导电材料ECC均匀涂覆在网版上并覆盖网版上的镂空图案，然后用刮刀刮涂网版的表面，使得导电材料透过网版上的镂空图案后印刷在牺牲层上，之后加热使得牺牲层上的导电材料固化，从而形成传感器的功能层。
(5)在牺牲层上旋涂环氧树脂(Ecoflex)溶液作为人体表皮生理电极传感器的柔性基底，使得柔性基底包覆住功能层，之后加热使得柔性高聚物固化，则硬质基底、牺牲层、功能层和高聚物共同形成传感器基体。
(6)将得到的传感器基体放入去离子水中加热，使得牺牲层完全溶解，从而将功能层和高聚物共同形成的电极从硬质基底上剥离，即可制备得到电极的电极层。
(7)将制成的柔性电极放在二苯甲酮/乙醇溶液中浸泡预定时间。优选地为30min。
(8)将电极放置在注满液态的所述粘性水凝胶的亚克力容器中，采用石英玻璃片完全覆盖在亚克力容器的上方，并置于紫外灯的照射下预定时间，以得到聚合完全的水凝胶粘附层。其中，根据引发剂的种类，除了采用紫外灯引发水凝胶聚合外，还可以选择热引发，氧化还原引发等。本实施方式中，采用功率为60w，波长为365nm的紫外灯，光引发聚合40min。
(9)将亚克力板模具放置在亚克力容器上方，注入液态的疏水水凝胶，并采用石英玻璃片完全覆盖在亚克力模具上方后放置在紫外灯下一段时间，然后放入氯化钙溶液中，可以得到聚合完全的水凝胶疏水层。其中，引发水凝胶聚合的方法还有热引发、氧化还原等。本实施方式采用功率为60w，波长为365nm的紫外灯，光引发聚合40min。
(10)将水凝胶电极自亚克力容器中分离，用足够的去离子水冲洗以去除未粘合的残留物，然后用纸进一步去除水分，以得到水凝胶电极。
总的来说，电极的制备主要包括：预聚合疏水水凝胶的制备；预聚合粘性水凝胶的制备以及水凝胶电极的制备。其中，预聚合的疏水水凝胶的制备主要包括以下步骤：
(1)将2.12克十二烷基硫酸钠单体溶解在温度为50℃的氯化溶液(30mL/0.8m)中以形成SDS/NaCl胶束。
(2)将0.26克C18单体加入得到的溶液中，然后在50℃下搅拌1小时，使得C18进入胶束。
(3)将1.5克丙烯酰胺溶解在当前溶液中。
(4)将得到的混合溶液采用氮气脱气10min后，加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体(MBAA)、黏土(XLG)和光引发剂2959，并搅拌30s；然后转移到氮气吹扫模具中，在室温下密封聚合1h，制得脱气完全的预聚合的疏水水凝胶溶液。
预聚合的粘性水凝胶的制备主要包括以下步骤：
(1)将2.5克丙烯酰胺单体、SBMA、粘土(XLG)、单宁酸单体(TA)配置为均匀的溶液，通过量程为1000微升的移液枪均匀地滴入30ml玻璃瓶中。其中，前驱单体混合物是在振荡器上进行振荡直至溶液均匀混合的。
(2)将去离子水和丙三醇按照体积比1:1匀速注入到30ml样品瓶中，采用玻璃棒搅拌30min后，将交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺水溶液(MBAA)、光引发剂2959依次加入得到的混合溶液中，并进行脱气以得到脱气完全的预聚合的粘性水凝胶。其中，超声震荡采用功率为100w的超声机，超声温度为25摄氏度，超声30min；所述脱气处理为，向混合溶液匀速通入氮气30min以进行脱气。
以下以具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
本发明实施例1提供的电极的制备方法主要包括以下步骤：
1.依次采用丙酮、异丙醇和去离子水对硬质基底进行清洗，之后用氮气吹干。优选地，硬质基底为石英玻璃片2，表面平整光滑。
2.将聚乙烯醇粉末加入到去离子水中溶解，配置成聚乙烯醇溶液，静置备用。优选地，聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量分数为8％～12％，分散剂的质量分数为0.5％～2％。所用分散剂是十二烷基硫酸钠。配制聚乙烯醇水溶液时，将聚乙烯醇粉末和分散剂加入去离子水中，边加热边搅拌，加热温度为60℃～80℃，搅拌时间为4小时～6小时；聚乙烯醇完全溶解后，将溶液在室温下静置备用。
3.将配置的聚乙烯醇溶液1旋涂在硬质基底上，再加热使其固化成膜，以形成牺牲层。优选地，聚乙烯醇溶液1的旋涂速度为300转/分钟～1000转/分钟，旋涂时间为2分钟～5分钟，固化温度为60℃～120℃，固化时间为5分钟～20分钟。所得聚乙烯醇牺牲层的厚度为10微米～50微米。
4.将硬质基底固定在丝网印刷机的载物台上，涂有牺牲层的一面朝；之后安装网版3，使其与硬质基底平行；再调节载物台位置，该网版上的图案在硬质基底上的投影位于硬质基底的外边缘所围区域内。
5.将膏状的导电材料ECC5均匀涂覆在网版上，覆盖图案；然后用刮刀刮涂网版表面，使得导电材料ECC5透过网版印刷在牺牲层上，形成图案化的功能层，之后加热使其固化。优选地，刮刀的材质为聚氨酯，刮刀的中轴线与刮涂时的前进方向所呈角度为40°～60°，刮涂速度为3厘米/秒～10厘米/秒，刮涂速度要保持均匀；膏状的导电材料的黏度在10Pa·s～100Pa·s之间，电导率大于1×105S/m，固化温度低于160℃，以保证在加热过程中不损坏聚乙烯醇牺牲层。
6.在牺牲层上旋涂环氧树脂4，使其包覆住图案化的功能层，之后加热使环氧树脂4固化以形成柔性基底。优选地，柔性基底的厚度为40微米～60微米。
7.将上述样品放入耐热玻璃器皿中并加入去离子水然后并加热，使得聚乙烯醇的牺牲层完全溶解，从而将传感器从硬质基底上释放。优选地，溶解时的加热温度为60℃～90℃，溶解时间为6小时～10小时。
8.将传感器从硬质基底上剥离，至此，粘性层9制备完成。
9.接着，将电极浸泡在二苯甲酮/乙醇溶液中，其中二苯甲酮溶液中二苯甲酮、乙醇的质量比为2:48；二苯甲酮/乙醇溶液处理的时间为10min，待溶液处理完毕后，用镊子取出电极，通入氮气将电极表面的残余溶液吹干。
10.采用医用注射器将预聚合的粘性水凝胶7注入亚克力容器6中，待预聚合的粘性水凝胶7刚好漫过亚克力容器的上边沿时，停止注入，将经溶液处理的电极放置于溶液上。
11.将石英玻璃片2完全覆盖亚克力容器6，该操作过程中应避免预聚合的粘性水凝胶7中产生气泡。
12.将盖有石英玻璃片2的电极置于功率为60w、波长为365nm的紫外光灯下，光照时间为40min，然后将石英玻璃片移除，可得到聚合完全的粘性层9。
13.接着，将亚克力板模具通过双面胶粘合在亚克力容器上，并将二苯甲酮/乙醇溶液均匀涂敷在水凝胶电极上，其中苯甲酮/乙醇溶液中苯甲酮、乙醇的质量比为2:48；苯甲酮/乙醇溶液处理的时间为10min，待溶液处理完毕后，通入氮气将表面的残余溶液吹干。
14.采用医用注射器将预聚合的疏水水凝胶8注入溶液处理过的水凝胶电极上表面，待预聚合的水凝胶溶液刚好漫过亚克力模具的上边沿时，停止注入。
15.将石英玻璃片完全覆盖亚克力板模具，该操作过程中应避免预聚合的水凝胶溶液中产生气泡。
16.将盖有石英玻璃板片的前端状态检测模块置于功率为60w，波长为365nm的紫外光灯下，光照时间为40min，移除石英玻璃片2和亚克力模具，然后用镊子将整个亚克力容器放入氯化钙溶液中进行疏水基重排，即可得到聚合完全的水凝胶疏水层11。
17.最后，对水凝胶电极进行超声波清洗，移除亚克力容器，即可制得疏水自黏水凝胶表皮电极。
请参阅图3及图4，本发明还提供了一种信号检测系统，所述信号检测系统为表皮贴附式情绪识别系统，其包括前端信号检测模块、后端信号处理输出模块及移动终端人机交互APP。
所述后端信号处理输出模块与所述前端信号检测模块相连，其用于接收来自所述前端信号检测模块的检测信号并对接收到的信号数据进行分析处理以得到脑电信号。所述后端信号处理输出模块具有无线通讯功能，其可以将分析处理得到的脑电信号无线传输至外部的所述移动终端人机交互APP，所述移动终端人机交互APP对接收到的脑电信号进行进一步的智能算法处理以识别人的情绪，当发现状态异常时发出报警信号。
具体地，所述前端信号检测模块与所述后端信号处理输出模块通过连接线相连接，所述后端信号处理输出模块通过连接线为所述前端信号检测模块提供稳定的工作电压和接地电位，所述前端信号检测模块也将采集到的生理信号数据通过连接线直接传输给所述后端信号处理输出模块。
所述前端信号检测模块包括所述电极，使得所述前端信号检测模块具有自粘性而能够用于直接与使用者的人脸皮肤进行粘附，从而使得该信号检测系统整体粘附于使用者的皮肤表皮。所述前端信号检测模块主要用于采集用户的脑电信号数据。
所述前端信号检测模块包括所述电极(即水凝胶电极25)，其用于获取脑电信息；所述后端信号处理输出模块内集成有处理电路26，其包括核心处理模块、供电模块、信号处理模块、蓝牙射频模块、时钟晶振模块和程序烧写模块。所述信号处理模块对所述前端信号检测模块传入的脑电信息进行滤波处理，并通过AD芯片转换传入所述核心处理模块。所述供电模块用于对包括所述前端信号检测模块和所述后端信号处理输出模块在内的整个传感系统进行供电。所述蓝牙射频模块和所述核心处理模块进行通信，并将信息传入到所述移动终端人机交互APP上。
所述核心处理模块为CC2640R2F MCU主控芯片，其内部集成有时钟管理模块、蓝牙SoC和程序烧录模块。MCU主控芯片的X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN端口与外围时钟晶振模块相连，所述时钟晶振模块包含32.768KHZ时钟电路和24KHZ时钟电路。MCU主控芯片的RFP、RFN端口与蓝牙射频模块中的蓝牙天线的信号输入端相连，蓝牙射频模块主要起发送信号作用，对信息的存储和对发射的控制由芯片内部蓝牙SoC实现。MCU主控芯片的TMSC、TCKC、TDI、TDO端口与程序烧录模块的信号输入端相连。在一个实施方式中，可以提前将电脑上的程序烧录芯片后，再将芯片集成到电路中。
所述供电模块包括LIR2016锂纽扣电池和AMS1117-3.3降压芯片，LIR2016锂纽扣电池通过纽扣电池底座连接在电路上，其用于提供3.7v电压。AMS1117-3.3降压芯片的输入端与纽扣电池底座的输出端相连。AMS1117-3.3降压芯片的输出端与核心处理模块的VCC端口相连。
所述信号处理模块包括AD8232芯片，其内置有高低通滤波器。其中，高低通滤波器包括一个截止频率为0.3Hz的双极点高通滤波器和一个截止频率为37Hz的双极点低通滤波器，对输入的脑电信号进行滤波降噪。所述电极与AD8232芯片的接口对应连接，输入脑电信号。AD8232芯片的LDO+、LDO-、SDN、MCUAD端口分别与CC2640R2F MCU主控模块的对应端口连接；其中，LDO+、LDO-端口用于导联脱落检测，SDN端口用于开关控制，MCUAD为A/D端口，用于ECG数据传输。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电极，其特征在于：所述电极为疏水自黏水凝胶表皮电极，其包括自上而下设置的疏水层、电极层及粘性层，所述疏水层及所述粘性层分别是采用疏水水凝胶及粘性水凝胶制备而成的；
所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠单体、Nacl、C18、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂；
所述粘性水凝胶的组分包括两性离子单体、丙烯酰胺单体、黏土、粘性单体、甘油、引发剂以及N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体。
2.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述粘性层形成有凹槽，所述电极层设置在所述凹槽内，所述疏水层设置在所述粘性层上，且其覆盖所述凹槽；所述电极层包括Ecc电极及ecoflex基底，所述Ecc电极设置在所述凹槽的槽底上，所述ecoflex基底包覆在所述Ecc电极的外侧，即所述ecoflex基底形成有收容槽，所述收容槽与所述凹槽的槽底形成收容部，所述Ecc电极设置在所述收容部内。
3.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述电极的整体厚度为300微米～500微米，所述粘性层的厚度为100微米～200微米，所述疏水层的厚度为100微米～200微米。
4.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述疏水水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺单体、所述十二烷基硫酸钠单体及所述C18所占的质量分数分别为1.5wt％～3wt％、2wt％～5wt％、0.1wt％～0.3wt％。
5.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述疏水水凝胶的组分中的C18能由C16、C14、C12或者C8替换。
6.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述粘性水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺、所述黏土、两性离子单体及粘性单体所占的质量百分数分别为10wt％～30wt％、1.5wt％～3wt％、2wt％～3wt％、1wt％～2wt％。
7.如权利要求4所述的电极，其特征在于：所述两性离子单体包括ATAC、SBMA、AMPS、CDME中的任意一种或多种；所述粘性单体包括多巴胺、聚多巴胺、单宁酸中的任意一种或多种；所述引发剂为光引发剂Irgacure2959。
8.如权利要求1所述的电极，其特征在于：所述疏水水凝胶的制备包括以下步骤：
(1)将十二烷基硫酸钠单体溶解在氯化钠溶液中，以形成SDS/NaCl胶束；
(2)将C18单体放置于得到的溶液中后加热搅拌预定时间以使得C18进入胶束，然后将丙烯酰胺单体溶解在搅拌后的溶液中；
(3)对得到的混合溶液进行氮气脱气后，加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂并进行搅拌，然后进行氮气脱气，进而得到疏水水凝胶；
所述粘性水凝胶的制备包括以下步骤：
(1)将丙烯酰胺单体、两性离子单体、黏土、粘性单体配置为溶液后均匀滴入玻璃瓶中，并在振荡器上振荡直至溶液均匀混合；
(2)将离子水、有机醇、引发剂依次加入得到的混合溶液中后，放入超声机中进行超声震荡以进行脱气，进而得到粘性水凝胶。
9.一种信号检测系统，其特征在于：所述信号检测系统为表皮贴附式情绪识别系统，其包括前端信号检测模块、后端信号处理输出模块及移动终端人机交互APP，所述前端信号检测模块包括权利要求1所述的电极，其用于采集用户的脑电信号数据；所述后端信号处理输出模块与所述前端信号检测模块相连，其用于接收来自所述前端信号检测模块的检测信号并对接收到的信号数据进行分析处理以得到脑电信号，同时将分析处理得到的脑电信号无线传输至外部的所述移动终端人机交互APP，所述移动终端人机交互APP对接收到的脑电信号进行进一步的智能算法处理以识别人的情绪，当发现状态异常时发出报警信号。
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