CN114746144A - 喉起搏器的印刷纹身电极呼吸传感器 - Google Patents

喉起搏器的印刷纹身电极呼吸传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN114746144A
CN114746144A CN202080065993.4A CN202080065993A CN114746144A CN 114746144 A CN114746144 A CN 114746144A CN 202080065993 A CN202080065993 A CN 202080065993A CN 114746144 A CN114746144 A CN 114746144A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode sensor
electrode
skin
electrical
tattoo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080065993.4A
Other languages
English (en)
Inventor
丹尼利·圣托诺西托
克里斯蒂安·登克
亚历山德罗·诺利亚其·艾德
弗朗西斯卡·莫尔
佩德罗·马奎斯
克里斯蒂亚纳·波西尔
弗朗西斯科·格雷科
维尔吉利奥·马托利
阿里利亚·波利齐亚尼
西尔维亚·塔科拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Med El Electronic Medical Equipment Co ltd
Original Assignee
Med El Electronic Medical Equipment Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Med El Electronic Medical Equipment Co ltd filed Critical Med El Electronic Medical Equipment Co ltd
Publication of CN114746144A publication Critical patent/CN114746144A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/3611—Respiration control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36135—Control systems using physiological parameters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/0404—Electrodes for external use
    • A61N1/0408—Use-related aspects
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/0404—Electrodes for external use
    • A61N1/0472—Structure-related aspects
    • A61N1/0492—Patch electrodes

Abstract

一种印刷纹身电极，包括具有刚性磁接触组件的互连单元，该刚性磁接触组件包括一个或多个附接磁体，该附接磁体被配置为将电极传感器磁性地附接到外部设备。刚性电接触组件，该刚性电接触组件电连接到输出界面触点，用于将电信号耦接到外部设备。和至少一个桥组件，该桥组件被配置为将电接触组件和磁接触组件机械地连接到输出界面触点。桥组件的特征在于连接长度具有逐渐变化的刚度，以便在电极传感器和外部设备之间分配机械应力，避免电信号中的运动伪影。

Description

喉起搏器的印刷纹身电极呼吸传感器
本申请要求2019年7月31日提交的美国临时专利申请62/880,745的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一次性纹身电极传感器，例如用于喉起搏器系统的呼吸传感器。
背景技术
喉部位于颈部，参与呼吸、发出声音(语音)和保护气管免于吸入受食物和水。图1A显示了人类喉部解剖结构的冠状剖面图，图1B显示了人类喉部解剖结构的横剖面图，包括会厌101、甲状软骨102、声带103、环甲肌104、杓状软骨105、后环杓状肌(PCAM)106、声带肌107、环状软骨108、喉返神经(RLN)109、杓状横肌110、杓状斜肌111、喉上神经112和舌骨113。
在呼吸的吸气阶段，喉部的神经和肌肉外展(打开)声带103以允许空气进入肺部。并且喉部的神经和肌肉在呼吸的呼气阶段内收(关闭)声带103以产生浊音。在休息时，呼吸频率通常在每分钟12到25次之间变化。因此，例如，每分钟20次呼吸导致3秒的呼吸持续时间，其中1.5秒的吸气和1.5秒的呼气阶段(假设比率为50/50)。呼吸频率根据身体活动而变化。
喉返神经(RLN)109的单侧和双侧损伤或破裂最初导致喉部(和喉下部)中支撑肌肉的暂时性部分麻痹。RLN 109的双侧破坏导致两个后环杓肌(PCAM)106的外展功能丧失，并伴有急性窒息和危及生命的状况。这种严重的情况通常需要对双侧声带麻痹进行手术治疗，例如声带切开术或杓状软骨切除术，这随后会限制声音并危及生理性气道保护。
RLN损伤的最新治疗方法使用喉起搏器，其在吸气期间电刺激(起搏)PCAM 106以外展(打开)声带103。在呼气期间，声带103放松(关闭)以促进发声。在第一代喉起搏器系统中，患者可以通过手动切换起搏器的刺激频率，根据他的身体负荷(休息、正常步行、楼梯等)来改变起搏频率(每分钟呼吸次数)，假设在某个锁定范围内人体可以会适应人工外部施加的呼吸频率。因此，患者和喉起搏器可以被描述为几乎相同频率的自由运行振荡器，但没有相位匹配(没有锁相)。有时两个系统将同相，但有时系统将异相，因此会降低对患者的益处。
当前的第二代喉起搏器系统产生刺激触发信号以使起搏器的刺激时间与患者的呼吸周期同步。刺激触发信号定义了在呼吸循环期间启动目标神经组织刺激的特定时间点。该时间点具体可以是呼吸的吸气或呼气阶段的开始或结束、呼吸暂停或任何其他定义的时间点。为了检测所需的时间点，已经研究了几种类型的呼吸传感器以产生在每个呼吸周期内变化的呼吸传感信号。这些呼吸传感器包括，例如，各种麦克风、加速度计传感器和压力传感器(位于胸膜间隙中)。心电图(ECG)传感器和肌电图(EMG)传感器也在研究用于形成刺激触发信号。
图2示出了这样的喉起搏器系统的一个实施例，该喉起搏器系统具有处理器201，处理器201接收来自植入在胸骨旁肌肉中的呼吸传感器202的呼吸信号，该传感器检测植入的患者的呼吸活动。可选地，三轴加速度运动传感器也位于处理器201的外壳内，并产生运动信号。基于呼吸信号，处理器201生成与检测到的呼吸活动同步的呼吸起搏信号，并通过处理器导线将该起搏信号传递到植入目标呼吸神经组织中的刺激电极203，以促进植入患者的呼吸.
电极-皮肤界面涉及关于记录生物信号的各种考虑。其中包括高皮肤阻抗会导致信号检测不佳的事实。此外，电极和皮肤之间的相对运动会产生运动伪影。运动伪影是由皮肤-电极界面的电特性变化引起的，如图3所示。所谓的半电池电位VH(由金属-电解质界面的电荷引起)可以建模为电流源和并联电阻Rt。电阻器Rs代表角质层，它是一种外层皮肤介电层，会降低获得的生物信号的质量。半电池电位VH的出现是因为电流I流过电阻性细胞外介质Rt。因此，由于电流I流过变化的电阻Rt，因此运动伪影表现为潜在的变化，该变化的电阻Rt可以根据施加的力的性质而增加或减少。电极相对于皮肤的相对运动可以进一步改变电压VH。滤除和/或减少运动伪影非常重要。
湿凝胶电极通常用于通过增加角质层的导电性来改善或稳定感测接触并降低皮肤阻抗。由电极和皮肤之间的相对运动引起的任何机械干扰都会被中间的凝胶层所抑制，并且它们对信号的影响是有限的。它们可以被表述为几乎是电阻性的阻抗，其值在几十欧姆的范围内。因此，从图6B导出的等效阻抗Zequi可以表示为：
Zequi＝Re||Ce+Rgel+Rs+Rt+Repi||Cepi+Rd
其中Re,Ce和Rgel都依赖特定类型的电极及其与皮肤的耦接。它们可以在身体运动期间发生变化，并且仍然会产生运动伪影，尽管只要润湿凝胶不干掉，变化的值就会减小。当凝胶干掉时，Rgel的值增加，与皮肤的耦接显着降低。因此，使用标准凝胶电极时，无法进行长期测量(即连续几天的实验)。
西北大学的Rogers研究小组已经描述了可用于皮肤附着电极传感器的可拉伸电子器件的各种布置。参见，例如，美国专利8,905,775；美国专利9,613,911；美国专利公开20150373831；美国专利公开20180064377；和美国专利公开20070027383；所有这些都通过引用整体并入本文。另见，Chung,Ha Uk等“用于新生儿重症监护的具有传感器内分析的双节点无线表皮电子系统(Binodal,wireless epidermal electronic systems with in-sensor analytics for neonatal intensive care)。”科学(Science)363.6430(2019):eaau0780；Jeong,Yu Ra等“一种基于液态GaInSn的皮肤可附着、可拉伸集成系统，用于具有多站点传感能力的无线人体运动监测(A skin-attachable,stretchable integratedsystem based on liquid GaInSn for wireless human motion monitoring withmulti-site sensing capabilities)。”NPG Asia Materials 9.10(2017):e443；Tian,Limei等“用于假肢控制和认知监测的大面积MRI兼容表皮电子界面(Large-area MRI-compatible epidermal electronic interfaces for prosthetic control andcognitive monitoring)。”自Nature Biomedical Engineering 3.3(2019):194；Li,Jinghua等“作为柔性生物电子植入物的法拉第电界面和生物流体屏障的超薄金属硅化物转移层(Ultrathin,Transferred Layers of Metal Silicide as Faradaic ElectricalInterfaces and Biofluid Barriers for Flexible Bioelectronic Implants)。”ACSnano 13.1(2019):660-670；和Ray,Tyler等“用于运动科学和分析的柔软、皮肤界面的可穿戴系统(Soft,skin-interfaced wearable systems for sports science andanalytics)。”Current Opinion in Biomedical Engineering(2019)；所有这些都通过引用整体并入本文。
US 20170325724(通过引用以其整体并入本文)描述了用于葡萄糖监测器的具有磁性连接的纹身传感器(也参见US 20150126834)。US 20170119305(通过引用整体并入本文)描述了一种与贴片感应耦接的呼吸传感器布置。WO 2018098409(通过引用整体并入本文)描述了一种使用纹身电极传感器的喉起搏器布置。
发明内容
本发明的实施例涉及一次性柔性皮肤-可转移的印刷纹身电极传感器，该印刷纹身电极传感器包括贴花转移纸，该贴花转移纸形成可移除的支撑基底，该可移除支撑基底被配置为固定放置在接受患者的皮肤上。贴花转移纸由可转移支撑层(放置在皮肤上)、水溶性牺牲层和纸衬组成。当纸衬被水润湿时，牺牲层被溶解并且可转移支撑层被释放到皮肤上。
一个或多个电极触点位于贴花转移纸上(在支撑层侧)，并配置为感测接受患者临近皮肤处的电活动。可拉伸的连接器迹线也位于转移纸上并且被配置为将电信号从电极触点传导到位于贴花转移纸中的界面开口周围的对应输出界面触点。互连单元位于界面开口处并且包括：(1)具有一个或多个附接磁体的刚性磁接触组件，该刚性磁接触组件被配置为将电极传感器磁性地附接到外部设备，(2)电连接到输出界面触点，用于将电信号耦接到外部设备的刚性电接触组件，以及(3)至少一个桥组件，用于将电接触组件和磁接触组件机械连接到输出界面触点。桥组件以具有逐渐变化的刚度的连接长度为特征，以便在电极传感器和外部设备之间分配机械应力，避免电信号中的运动伪影。
在进一步的具体实施例中，磁接触组件可以包括电接触组件。电极传感器可以被配置为测量呼吸信号，例如，用于喉起搏器。并且印刷纹身电极传感器可以包括被配置为允许汗水渗透的多个孔。
附图说明
图1A示出了人类喉部解剖结构的冠状剖面图，图1B示出了人类喉部解剖结构的横剖面图。
图2示出了与患者解剖结构相关的典型常规喉起搏器布置。
图3示出了电极-皮肤界面的等效电路。
图4示出了当施加机械应变时典型PEDOT纹身电极结构的剖面图。
图5示出了根据本发明实施例的柔性皮肤可转移印刷纹身电极呼吸传感器。
图6A-6H示出了用于生产如图5所示的呼吸传感器的过程。
图7示出了根据本发明实施例的具有不同厚度和机械性能的层之间的顺应界面的截面图。
图8A-8C示出了传感器装备的替代实施例。
具体实施方式
通常使用一次性Ag/AgCl电极测量生物电势。这种电极可提供出色的信号质量，但长期使用会产生刺激性。在使用电极之前，还需要进行皮肤准备，例如剃毛和用酒精清洁。此外，当湿凝胶变干时，信号质量会急剧下降。为了克服这些困难，需要在临床和研究环境中可接受的替代电极。
几十年来，人们已经研究了无需凝胶、粘合剂甚至皮肤准备即可工作的干电极。它们用于研究应用，但尚未获得医疗用途的认可。根据所采用的材料和设计，存在不同类型的干电极。刚性材料、柔软/柔性材料和织物干电极通常是最常见的干电极类型。每种干电极类别都有其文献中已知的优点和缺点。减缓干电极在临床环境中传播的主要问题是电极与皮肤接触不良，这最初会导致更高的阻抗和更容易受到运动伪影的影响。这些问题可能会通过使用在，例如，以下文献中描述的纹身电极来解决，Zucca,Alessandra等“用于皮肤接触应用的纹身导电聚合物纳米片(Tattoo conductive polymer nanosheets for skin-contact applications)。”Advanced healthcare materials 4.7(2015):983-990；和Ferrari,Laura M.等“用于电生理学的超顺应性临时纹身电极(Ultraconformabletemporary tattoo electrodes for electrophysiology)。”Advanced Science 5.3(2018):1700771；两者均以全文引用的方式并入本文。这些由导电聚合物复合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)组成的超薄和超顺应性纳米片可以在皮肤等复杂表面上提供超顺应性。它们作为临时纹身的释放和转移解决了标准干电极出现的缺乏一致性和附着力差的问题。
一段时间以来，人们已经知道并报道了顺应性和可拉伸电子产品的进步。近场通信(NFC)的材料、力学设计和集成策略可以使电子产品具有超薄结构、超低模量和适应大应变变形的能力。参见J.Rogers等“具有高级近场通信能力的表皮电子学(EpidermalElectronics with Advanced Capabilities in Near-field Communication)”.Stretchable Electronics,Wiley-VCH,small 2015,11,No.8,906-912，通过引用将其全部内容并入本文。Yuhao Liu等“皮肤实验室：对柔性和可拉伸电子设备或可穿戴健康监测的综述(Lab-on skin:A review of flexible and Stretchable Electronics orwearable health monitoring)”.ACS Nano 2017,11,9614-935(通过引用将其全部内容并入本文)描述了一组具有类似于皮肤的物理特性的电子设备，这些物理特性是，例如，厚度、热质量、弹性模量和水蒸气渗透性。这些设备可以适形地层压到表皮上，以减轻传统刚性电子设备产生的运动伪影和机械性能不匹配，同时提供准确、无创、长期和连续的健康监测。Shideh Kabiri Ameri等“石墨烯电子纹身传感器(Graphene Electronic TattooSensors)”.ACS Nano 2017,11,7634-7641(通过引用整体并入本文)描述了由石墨烯制成的亚微米厚的多模态电子纹身传感器。石墨烯电子纹身(GET)被设计成丝状蛇形，并通过具有成本和时间效益的“湿转移、干图案化”方法制造。
然而，现有解决方案中的每一个在与外部电子设备或用于信号采集/处理的设备的信号通信方面都有其缺点。目前可以嵌入纹身传感器或可拉伸电子解决方案中的电子设备不能进行信号处理，也不能简单地进行数据大容量存储，用于对采集的生物信号进行后处理。作为替代方案，可以通过无线解决方案(例如无线电通信或NFC)传输获取的生物信号。然而，嵌入纹身的电子设备的使用在耐磨性和超顺应性方面是矛盾的(而这是纹身技术长期应用的主要优势)。此外，GET或其他等效方法需要浮动电缆来收集来自纹身的信号，因此仅适用于研究目的。
超薄层(与皮肤适形附着)和通过薄导电迹线连接的较厚刚性层之间的界面处的失效可能由两个不同的因素引起：(1)抗弯刚度不匹配，和(2)弹性模量(杨氏模量)不匹配。抗弯刚度D定义为弯曲每单位长度每单位曲率的结构所需的弯矩(力偶)。它可以定义为结构在弯曲时提供的阻力：
Figure BDA0003555618060000071
Figure BDA0003555618060000072
D＝EI
其中E是材料的杨氏模量，h是梁的厚度，ν是泊松比，M是梁的内部弯矩，d2w/dx2是局部曲率，I是梁横截面的面积惯性矩(也称为第二面积矩)。参见S.Timoshenko和S.Woinowsky-Krieger，“板壳理论(Theory of Plates and Shells)”，McGraw-Hill,NewYork,1987，其全部内容通过引用并入本文。
对于由具有不同抗弯刚度的两个不同层组成并且适形地附接到诸如皮肤的曲面的结构，则由于两个不同部分响应相同曲率而产生的不同力，在两层之间的界面处会产生高度集中的连接应力。如果该连接应力超过最大应力(在较薄的层中)，则会发生破裂。此外，对于由杨氏模量不同的两个不同层组成的结构，如果施加拉伸或应变，则在两层之间的界面处会产生高应力。
类似地，在更复杂的系统(例如多层)中，在不同界面处会产生高应力。例如，图4示出了由1μm厚的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS和25μm厚的聚酰亚胺层组成的结构，在其上沉积有10μm厚的薄导电金膜(高杨氏模量)。所有层都层压在低杨氏模量纹身基材上。图4还显示了每一层对应的不同杨氏模量。当施加机械应变时，在具有不同抗弯刚度和杨氏模量的材料接触的唯一界面处会产生高机械应力。因此，会出现裂缝和破裂。
基于可拉伸电子或纹身传感器的现有系统尚未解决与外部设备建立稳定、可靠且非侵入性电连接的问题。与身体的超顺应性的需要要求纹身传感器层超薄(只有几微米厚或更小)，而与外部设备稳定可靠的电气互连需要更厚的柔性材料层(厚度为几十微米)。因此，不同厚度的材料之间会出现机械失配，并导致两种材料之间的界面非常脆弱。此外，只要界面经受一定的机械应力(例如弯曲或拉伸)，在该界面上沉积或印刷的任何导电迹线都将导致断裂。虽然纹身电极存在并且能够通过无线或电缆与外部设备通信，但现有的解决方案仍然没有在纹身电极上提供能够与磁性连接的外部设备通信的互连单元，同时保持纹身电极的关键优势(顺应性、薄度)并建立连接以最大限度地减少运动伪影。
本发明的实施例涉及一种柔性的皮肤可转移印刷纹身电极传感器，例如，用于呼吸受损的接受患者的喉部起搏系统。在这样的实施例中，电极传感器可以实施为可穿戴呼吸传感器，用于实时监测喉起搏器中的呼吸，并适用于生物信号的长期采集(即通常48小时)，最大限度地减少/减少典型日常生活活动中由身体运动引起的运动伪影，并贴合皮肤，避免长期使用对皮肤的刺激。定制传感器设计可在印刷纹身电极(PTE)和LP处理器之间实现稳定可靠的电气通信。
图5示出了纹身电极传感器500的具体实施例，以产生用于喉起搏器的感测的呼吸信号。纹身电极传感器500具有可移除的支撑基材501，其形式为被配置为固定放置在接受患者的皮肤上的用于临时纹身的贴花转移纸(以下也称为临时纹身纸，由不溶性可转印支撑层、水溶性牺牲层和纸衬组成)。多个电极触点502通过印刷(例如喷墨、丝网印刷、凹版涂布、喷涂)沉积到贴花转移纸基材(在支撑层侧)501上，并且被配置为感测存在于临近接受患者皮肤的电活动。电极触点502具体可以由导电聚合物复合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)材料制成。
多个对应的可拉伸连接器迹线503通过印刷(例如喷墨、丝网印刷、凹版涂布)沉积到贴花转移纸基材(在支撑层侧)501上，并被配置成将来自电极触点502的电信号传导到位于转移纸支撑基材501上限定的界面开口505周围的对应输出触点504。连接器迹线503具体可以由可拉伸的导电银浆或软导电墨水制成。
互连单元506位于界面开口505处并且可以具体地由聚酰亚胺箔或诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料的热塑性材料制成。互连单元506包括刚性电接触组件507，该刚性电接触组件507经由软导电连接器膏电连接到输出触点504，以将电信号耦合到位于外部的设备(例如，喉起搏器)。输出触点504和电接触组件507具有不同的厚度，并且连接器膏被配置为提供柔顺的耦合界面，该耦合界面分配输出触点504和电接触组件507之间产生的机械应力。
在图5所示的特定实施例中，互连单元506还包括具有刚性磁接触组件508的外表面，该刚性磁接触组件508包括一个或多个附接磁体。磁接触组件508及其磁体被配置为将电极传感器500磁性地附接到外部喉起搏器设备。磁接触组件508上的磁体放置在使平面接触的挤压力最大化的位置，由相应的外部设备磁体产生的垂直磁场梯度的最大值位于该位置。
互连单元506在中心和外周之间的长度限定了互连单元506的桥组件部分，该桥组件部分具有逐渐变化的刚度，以便在电极传感器500和外部起搏器设备之间分配机械应力。这提高了外部设备和电极传感器500之间的电连接的稳定性，从而避免/最小化了电信号中的运动伪影。还可以存在覆盖电极传感器500的保护绝缘层，该保护绝缘层具有用于互连单元506的切口开口并且被配置为防止电极触点502和连接器迹线503与起搏器外壳直接接触。
图6A-6H示出了生产如图5所示的纹身电极传感器500的过程。最初，如图6A所示，贴花转移纸基材501在贴花转移纸基材501的中心设有切割限定的界面开口(例如激光切割、冲切)505切口。转移纸支撑基材501可以是市售的由两张纸，贴花转移纸和胶水纸组成的临时转移纹身纸套件(例如Silhouette Tattoo Paper，Silhouette America，USA；Tattoo 2.1，TheMagicTouch GmbH，DE；Temporary Tattoo Paper，Papilio，USA等)的形式。
图6B示出PEDOT:PSS电极触点502通过印刷(例如喷墨、丝网印刷、凹版涂布、喷涂)PEDOT:PSS水分散体溶液(例如Heraeus的Clevios PJet 700)而沉积。PEDOT:PSS墨水过滤后即可使用。然后如图6C所示，通过印刷(例如丝网印刷、凹版印刷)可拉伸银导体浆料(例如，CI-1036，工程材料系统(Engineered Materials Systems)；PE873，DuPont，USA)来沉积连接器迹线503以在贴花转移纸基材501上形成蛇形迹线。在这些元素沉积后，在120℃下烘烤15分钟。连接器迹线503的可拉伸性避免了由身体运动引起的破裂，并能够进行长期采集(动态测试显示长达110小时的良好性能)。
图6D示出了互连单元506可以基于25μm厚的聚酰亚胺箔垫以充当用于外部电连接输出的支撑层。互连单元506的外廓可以用CO2激光切割机切割。在图6E中，显示了通过印刷(例如丝网印刷、凹版涂布)可拉伸银导体浆料507来沉积银连接器垫，然后如图6F所示翻转互连单元506以如图6G所示正确组装到支撑基材501。在这两个组件的组装过程中，互连单元506通过在支撑基材501上的输出触点504和互连单元506上的连接器垫之间的电接触元件507上滴一小滴银导体浆料而粘合到支撑基材501，然后再次烘烤用于粘合。
如图6H所示，预先切割的保护绝缘层601被切割(例如激光切割、冲切)并施加在电极传感器500的顶表面上，该电极传感器500具有用于磁接触组件508的中心切口部分。磁接触组件508由大约0.5毫米厚的塑料支撑垫和四个大约0.5毫米厚和大约2.0-2.5毫米直径的盘形钕磁体604形成的桥组件部分603形成。胶层602被施加到具有切口部分的电极传感器500的底表面，以允许电极触点502电接触下面的皮肤，而胶层602防止连接器迹线503和皮肤之间的直接接触。胶层602提供对皮肤的纹身附着力。
本发明的实施例，例如本文所述的实施例，解决了在经受机械应力的不同厚度和杨氏模量的材料之间具有界面的问题。这是通过组合使用用于制造电连接迹线的图案化软导电墨水和可以将外部设备与纹身传感器固定在一起的磁性平面触点来实现的。软导电墨水用作机械耦合器，并在具有不同厚度和机械性能的层之间提供顺应界面。这是通过减少不同层之间在抗弯刚度和杨氏模量方面的不匹配来实现的，如图7所示。
下面的表1显示了用于本发明的具体实施方案的材料的机械性能的典型值。
Figure BDA0003555618060000111
a来自文献或技术数据表
b实验测量/验证
c类橡胶(不可压缩)材料的典型值为0.5
d计算得出
请注意，软导电墨水层的抗弯刚度介于PEDOT:PSS层和聚酰亚胺层值之间(有利于降低界面应力)，而PEDOT:PSS层和纹身基材之间的抗弯刚度非常匹配(有利于一致性)。
此外，软导电墨水的使用既能可靠地实现与外部设备的平面接触，又能提供与外部设备的稳定且无运动伪影的连接。使用其他接触材料(例如，通过物理气相沉积沉积的金、银墨、镀铜等)会导致运动伪影，因为(几乎是刚性的)耦合平面接触表面会发生微滑动，尽管耦合磁体在平面触点上施加了力，但仍会发生这种情况。当平面接触表面由软银墨水制成时，可以避免这种影响，因为电极的软柔顺性可以补偿微滑动。
聚酰亚胺箔的使用允许从与皮肤接触的纹身表面层收集传感器信号并将其带到朝向外部设备的相对的表面层。因此，设备上既不需要电缆也不需要电子设备。聚酰亚胺箔也是一种柔性材料，与设备的界面处的电连接在身体动态运动范围内是可拉伸的。
图8A-8C示出了用于接触垫/迹线/组件的不同设计的示例。不同的实施例仍然可以按照上述程序进行组装，但是，根据具体实施例，磁体可以以不同的方式组装。此外，可以使用不同的特定材料来形成传感器设备。所以不同的市售纹身纸可能是合适的。根据具体的制造工艺和要求，可以使用不同的PEDOT:PSS配方。特别是作为导电掺杂剂的各种添加剂——如糖醇、二醇、多元醇、各种有机溶剂(如二甲亚砜-DMSO、异丙醇-IP等)、表面活性剂、保湿剂可用于纯PEDOT:PSS分散体以获得所需的导电性和流变特性，使墨水适应特定的工艺(喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷等)用于在纹身纸上印刷。通常添加剂可以具有双重或多功能，例如甘油，它既可以作为掺杂剂，也可以作为保湿剂。生物相容性和皮肤病学批准的成分是首选，必须考虑对其安全使用和皮肤上最大浓度/释放的毒理学建议。
不同种类的导电软墨水也可能是合适的，例如，基于金属纳米线的墨水或其他软的、可拉伸的基于纳米粒子的材料系统。软墨水在固化/干燥后应具有10-1000MPa的杨氏模量，并且应适合丝网印刷或凹版印刷。
作为聚酰亚胺箔的替代物，可以使用几种其他聚合物来实现接触垫。有效的替代品是PEN、PET或其他具有相似机械性能和加工热稳定性(即导电墨水固化所需温度下的稳定性)的聚合物片材。理想情况下，箔的厚度应在25-50μm范围内。
尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说应该清楚的是，可以进行各种改变和修改，其将实现本发明的一些优点而不背离本发明的实际范围。

Claims (5)

1.一种柔性一次性皮肤可转移印刷纹身电极传感器，其特征在于，包括：
纹身转移纸，所述纹身转移纸形成可移除的支撑基材，所述可移除的支撑基材被配置为放置在接受患者的皮肤上；
一个或多个电极触点，所述一个或多个电极触点位于所述转移纸上并被配置为感测所述接受患者的邻近皮肤处的电活动；
多个可拉伸的连接器迹线，所述多个可拉伸的连接器迹线位于所述转移纸上并被配置为将电信号从所述电极触点传导到位于所述转移纸中的界面开口周围的相应的输出界面触点；和
互连单元，所述互连单元位于所述界面开口处并且包括，
a.刚性磁接触组件，所述刚性磁接触组件包括一个或多个附接磁体，所述附接磁体被配置为将所述电极传感器磁性附接到外部设备，
b.刚性电接触组件，所述刚性电接触组件电连接到所述输出界面触点，用于将所述电信号耦接到所述外部设备，以及
c.至少一个桥组件，所述桥组件被配置为将所述电接触组件和所述磁接触组件机械连接到所述输出界面触点，其中，所述桥组件的特征在于具有逐渐变化的刚度的连接长度，以便在所述电极传感器和所述外部设备之间分配机械应力，并且避免所述电信号中的运动伪影。
2.根据权利要求1所述的电极传感器，其特征在于，所述磁接触组件包括所述电接触组件。
3.根据权利要求1所述的电极传感器，其特征在于，所述电极传感器被配置为测量呼吸信号。
4.根据权利要求1所述的电极传感器，其特征在于，所述电极传感器被配置为与喉起搏器相互作用。
5.根据权利要求1所述的电极传感器，其特征在于，转移的所述电极传感器包括被配置为允许皮肤排汗的多个孔。
CN202080065993.4A 2019-07-31 2020-07-30 喉起搏器的印刷纹身电极呼吸传感器 Pending CN114746144A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962880745P 2019-07-31 2019-07-31
US62/880,745 2019-07-31
PCT/US2020/044144 WO2021021977A1 (en) 2019-07-31 2020-07-30 Printed tattoo electrode respiration sensor for laryngeal pacemakers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114746144A true CN114746144A (zh) 2022-07-12

Family

ID=74228422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080065993.4A Pending CN114746144A (zh) 2019-07-31 2020-07-30 喉起搏器的印刷纹身电极呼吸传感器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230037626A1 (zh)
EP (1) EP4003501A4 (zh)
CN (1) CN114746144A (zh)
AU (1) AU2020322472B2 (zh)
WO (1) WO2021021977A1 (zh)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2441669C (en) * 2001-04-05 2013-01-08 Med-El Elektromedizinische Gerate Ges.M.B.H. Pacemaker for bilateral vocal cord autoparalysis
US20070027383A1 (en) 2004-07-01 2007-02-01 Peyser Thomas A Patches, systems, and methods for non-invasive glucose measurement
EP2331201B1 (en) * 2008-10-01 2020-04-29 Inspire Medical Systems, Inc. System for treating sleep apnea transvenously
US10918298B2 (en) * 2009-12-16 2021-02-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois High-speed, high-resolution electrophysiology in-vivo using conformal electronics
US10441185B2 (en) * 2009-12-16 2019-10-15 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Flexible and stretchable electronic systems for epidermal electronics
US9731131B2 (en) * 2011-12-07 2017-08-15 Med-El Elektromedizinische Geraete Gmbh Pacemaker for unilateral vocal cord autoparalysis
AU2013300137A1 (en) 2012-05-10 2015-01-15 The Regents Of The University Of California Wearable electrochemical sensors
TWM444607U (zh) 2012-06-25 2013-01-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 電連接器組合及其固持裝置
CN114768089A (zh) * 2013-01-21 2022-07-22 卡拉健康公司 用于控制震颤的设备和方法
US9613911B2 (en) 2013-02-06 2017-04-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Self-similar and fractal design for stretchable electronics
US10840536B2 (en) 2013-02-06 2020-11-17 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Stretchable electronic systems with containment chambers
US9364155B2 (en) 2013-09-25 2016-06-14 Bardy Diagnostics, Inc. Self-contained personal air flow sensing monitor
WO2017218878A1 (en) 2016-06-17 2017-12-21 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Soft, wearable microfluidic systems capable of capture, storage, and sensing of biofluids
AU2017363345B2 (en) * 2016-11-28 2020-04-16 Med-El Elektromedizinische Geraete Gmbh Respiration monitoring sensor for a laryngeal pacemaker

Also Published As

Publication number Publication date
US20230037626A1 (en) 2023-02-09
EP4003501A4 (en) 2023-08-02
WO2021021977A8 (en) 2021-03-04
EP4003501A1 (en) 2022-06-01
AU2020322472A1 (en) 2022-02-24
WO2021021977A1 (en) 2021-02-04
AU2020322472B2 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Flexible inorganic bioelectronics
WO2021093789A1 (zh) 腕带式生物信号采集设备及其制作方法
Constantinescu et al. Epidermal electronics for electromyography: An application to swallowing therapy
JP7459072B2 (ja) 複数の測定点を備えた電極パッチ
O’Mahony et al. Design, fabrication and skin-electrode contact analysis of polymer microneedle-based ECG electrodes
WO2014007307A1 (ja) 生体電極
Li et al. High-performance flexible microneedle array as a low-impedance surface biopotential dry electrode for wearable electrophysiological recording and polysomnography
US20240090814A1 (en) Rapid manufacturing of absorbent substrates for soft, conformable sensors and conductors
KR101384761B1 (ko) 호흡과 심전도의 동시 측정이 가능한 스포츠 브라
Luo et al. Mobile health: Design of flexible and stretchable electrophysiological sensors for wearable healthcare systems
Reis Carneiro et al. Multi‐Electrode Printed Bioelectronic Patches for Long‐Term Electrophysiological Monitoring
WO2018047842A1 (ja) 生体情報計測用プローブ、及び、生体情報計測装置
CN105232036B (zh) 医用传感器及其制备方法
KR101392946B1 (ko) 다중 스터브 전극 구조의 건식 생체전극센서 및 이의 제조방법
CN103462601A (zh) 医用电极贴及其制备方法
Jiang et al. Flexible and stretchable dry active electrodes with PDMS and silver flakes for bio-potentials sensing systems
Liu et al. Breathable, self-adhesive dry electrodes for stable electrophysiological signal monitoring during exercise
KR101785287B1 (ko) 마이크로니들 전극 패치 및 이의 제조 방법
Momota et al. Inkjet printed flexible electronic dry ECG electrodes on polyimide substrates using silver ink
Wang et al. Robust tattoo electrode prepared by paper-assisted water transfer printing for wearable health monitoring
Li et al. Low-cost, low-impedance polyimide based micro-needle array (PI-MNA): A minimally invasive flexible dry electrode for surface bio-potential monitoring
AU2020322472B2 (en) Printed tattoo electrode respiration sensor for laryngeal pacemakers
KR102488621B1 (ko) 생체 신호 측정 장치 및 그 사용 방법
Wang et al. Polydimethyl-siloxane film for biomimetic dry adhesive integrated with capacitive biopotentials sensing
Momota et al. Fabrication and Characterization of Inkjet Printed Flexible Dry ECG Electrodes

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