CN117322883A - 一种心电传感贴片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种心电传感贴片及其制备方法。其将阵列晶体管图案层和自粘导电聚合物层相结合，实现了贴片的粘附穿戴与生物电势采集一体化，可实现心电信号长时间动态监测；同时，利用晶体管生物相容性和自放大能力，解决了心电信号长时间动态测量过程中产生的伪影和噪音问题，提高了心电信号长时间动态监测中的精确性。另外，通过将自粘导电聚合物层设置为与阵列晶体管图案层形状相适配，既保障了阵列晶体管图案层与皮肤牢固贴合，也可在无胶部位保障透气性，提高了患者的佩戴舒适性及心电监测精准性。综上，本发明的心电传感贴片不仅使用方法简单，连接紧固，能够实现心电信号的长时间动态监测，而且提高了采集精度，改善了患者长时间佩戴体验。

Description

一种心电传感贴片及其制备方法

技术领域

本发明属于传感技术领域，涉及生物电信号传感贴片技术，特别是涉及一种心电传感贴片及其制备方法。

背景技术

心电图(ECG)测绘可以为运动训练和心脏病诊断提供重要信息。然而，大多数用于监测心电信号的电子设备十分复杂繁重，监测时需要使用多根长导线和电极贴片将被测者与设备连接，使用起来十分不便，且无法实现动态监测。

目前在心电监测中使用的一次性电极贴片普遍采用在整片基材上涂覆粘合剂与皮肤进行粘连，这种结构并不具备透气性，若长时间监测，皮肤覆盖部位汗液无法及时排除，汗液的存在不仅会提高接触阻抗，影响检测结果，而且会引起患者的不适，除此以外，人体运动中还会产生伪影和噪音等影响。上述问题限制了心电信号长时间动态监测中的精确性和穿戴舒适性。

发明内容

本发明的目的是提供一种心电传感贴片及其制备方法，以解决上述现有电极贴片所存在的透气性差、穿戴舒适性低、动态监测精确性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种心电传感贴片，包括：

基底层；

阵列晶体管图案层，设置于所述基底层上，所述阵列晶体管图案层包括公共源极和12个晶体管，所述公共源极用于对应心脏位置，任意一所述晶体管均设置有源极和漏极，所述源极和所述漏极之间具有晶体管通道，12个所述晶体管中的所述晶体管通道以所述公共源极为中心呈圆周均匀分布，12个所述晶体管中的所述源极均与所述公共源极相连；任意一所述晶体管的所述晶体管通道处均装填有半导体，任意一所述晶体管通道外部均覆盖有用于与皮肤接触的离子凝胶层，所述离子凝胶层将相对应的所述半导体完全包覆；

自粘导电聚合物层，设置于所述阵列晶体管图案层的背离所述基底层的一侧，并与所述阵列晶体管图案层的整体形状相适配，所述自粘导电聚合物层用于将所述阵列晶体管图案层粘贴至待测人体上。

可选的，所述基底层为聚酰亚胺薄膜基底层；所述阵列晶体管图案层喷涂于所述聚酰亚胺薄膜基底层上。

可选的，所述阵列晶体管图案层通过气溶胶喷墨打印于所述聚酰亚胺薄膜基底层上。

可选的，所述自粘导电聚合物层喷涂于所述阵列晶体管图案层上，且所述自粘导电聚合物层避开所述离子凝胶层布置。

可选的，所述自粘导电聚合物层通过气溶胶喷墨打印于所述阵列晶体管图案层上。

可选的，还包括防粘保护层，其设置于所述自粘导电聚合物层的背离所述阵列晶体管图案层的一侧，且能够在所述自粘导电聚合物层上撕离。

可选的，所述防粘保护层为离型纸层。

可选的，所述晶体管为顶部接触型晶体管，其所述源极和所述漏极均与所述半导体的顶部接触；

或者，所述晶体管为底部接触型晶体管，其所述源极和所述漏极均与所述半导体的底部接触；

或者，所述晶体管为共面型晶体管，其所述离子凝胶层、所述源极和所述漏极位于同一平面上；

或者，所述晶体管为垂直型晶体管，其所述离子凝胶层、所述源极和所述漏极由上至下依次布置。

可选的，12个所述晶体管中：2个所述晶体管上下布置，且位于上方的所述晶体管呈倒U型围设在所述公共源极外周，位于下方的所述晶体管位于所述倒U型的开口处；剩余10个所述晶体管均分两组，对称分布在所述倒U型的两侧。

本发明还提出一种所述心电传感贴片的制备方法，包括步骤：

S1、在所述基底层上制备所述阵列晶体管图案层；

S2、在所述阵列晶体管图案层的所述晶体管通道处装填所述半导体；

S3、在所述晶体管通道外部设置所述离子凝胶层，并使所述离子凝胶层将相对应的所述半导体完全包覆；

S4、在所述阵列晶体管图案层上制备所述自粘导电聚合物层。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的心电传感贴片，为一种高灵敏心电信号阵列采集贴片设计，其将阵列晶体管图案层和自粘导电聚合物层相结合，实现了贴片的粘附穿戴与生物电势采集一体化。本发明仅通过将阵列晶体管图案层贴附至人体左胸即可实现心电信号监测，使用方法简单，无需再在人体四肢联附检测电极，也无需再在胸前联附多个电极，极大简化了心电监测方式，使人体可灵活移动，从而实现心电信号长时间动态监测；同时，利用晶体管生物相容性和自放大能力，解决了心电信号长时间动态测量过程中产生的伪影和噪音问题，提高了心电信号长时间动态监测中的精确性。另外，本发明通过将自粘导电聚合物层设置为与阵列晶体管图案层形状相适配，既保障了阵列晶体管图案层与皮肤牢固贴合，也可在无胶部位保障透气性，实现了传感贴片的高柔性、佩戴低感性、高透气性及强湿粘性能，避免了闷汗现象，提高了患者的佩戴舒适性及心电监测精准性。

综上，本发明的心电传感贴片不仅使用方法简单，连接紧固，能够实现心电信号的长时间动态监测，而且具备前置降噪和信号放大功能，极大提高了采集精度，改善了患者长时间佩戴体验。

本发明提出的心电传感贴片的制备方法，步骤简便，制得的心电传感贴片不仅使用方法简单，连接紧固，能够实现心电信号的长时间动态监测，而且具备前置降噪和信号放大功能，可极大提高采集精度，改善患者长时间佩戴体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的阵列晶体管图案层的结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为图2的B-B剖视图；

图4为本发明实施例所公开的心电传感贴片的制备流程示意图；

图5为本发明实施例所公开的顶部接触型晶体管的结构示意图；

图6为本发明实施例所公开的底部接触型晶体管的结构示意图；

图7为本发明实施例所公开的共面型晶体管的结构示意图；

图8为本发明实施例所公开的垂直型晶体管的结构示意图；

图9为本发明实施例所公开的心电传感贴片的使用原理图；

图10为本发明实施例所公开的心电传感贴片的工作原理示意图。

其中，附图标记为：

1、基底层；

2、阵列晶体管图案层；21、晶体管；22、公共源极；23、晶体管通道；24、半导体；25、离子凝胶层；26、引脚；

3、自粘导电聚合物层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的之一是提供一种心电传感贴片，以解决现有电极贴片所存在的透气性差、穿戴舒适性低、动态监测精确性较差的问题。

本发明的另一目的还在于提供一种上述心电传感贴片的制备方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图4所示，本实施例提供一种心电传感贴片100，包括基底层1、阵列晶体管图案层2和自粘导电聚合物层3，阵列晶体管图案层2设置于基底层1上，阵列晶体管图案层2包括公共源极22和12个晶体管21，公共源极22用于对应心脏位置，一般位于整个阵列晶体管图案层2的中心，任意一晶体管21均设置有源极(Source，简称“S”，又称“输入引脚”)和漏极(Drain，简称“D”，又称“输出引脚”)，源极(S)和漏极(D)之间具有晶体管通道23，12个晶体管21中的全部晶体管通道23以公共源极22为中心呈圆周均匀分布，具体是呈间隔30°的圆周阵列分布，12个晶体管21中的源极(S)均与公共源极22相连；任意一晶体管21的晶体管通道23处均装填有半导体24，半导体24用于连通晶体管21的源极(S)和漏极(D)，任意一晶体管通道23外部均覆盖有用于与皮肤接触的离子凝胶层25，离子凝胶层25一般将晶体管通道23完全覆盖，同时也将应晶体管通道23内的半导体24完全包覆；自粘导电聚合物层3设置于阵列晶体管图案层2的背离基底层1的一侧，并与阵列晶体管图案层2的整体形状相适配，自粘导电聚合物层3用于将阵列晶体管图案层2粘贴至待测人体上。本方案中，采用单个阵列晶体管图案层2即可实现对十二个方向上的心电信号的实时监测，无需再在人体手腕、脚踝等部分夹设或贴设信号采集器，简化了仪器结构，也解除了心电监测对人体姿态(必须躺卧)的限制，使人体在心电监测过程中可以自由运动；阵列晶体管图案层2利用晶体管自身的降噪特性，可实现高精度心电监测，解决了目前人体运动产生的伪影和噪音等问题。另外，心电传感贴片100设置了自粘导电聚合物层3，可将贴片粘贴至人体使用，实现了贴片的可穿戴性，同时将自粘导电聚合物层3设置为与阵列晶体管图案层2的形状相适配，使阵列晶体管图案层2在佩戴过程中呈镂空状态，阵列晶体管图案层2之外的区域没有粘胶，阵列晶体管图案层2与皮肤贴合感更加轻薄，低感性甚至无感性明显，提升了阵列晶体管图案层2的透气性和佩戴舒适性。

本实施例中，前述的基底层1可为聚酰亚胺薄膜基底层；阵列晶体管图案层2喷涂于聚酰亚胺薄膜基底层上，聚酰亚胺薄膜基底层为整块结构，在贴片使用之前，聚酰亚胺薄膜基底层起到负载阵列晶体管图案层2的作用，当阵列晶体管图案层2通过自粘导电聚合物层3粘贴至人体相应部位后，聚酰亚胺薄膜基底层即可从阵列晶体管图案层2上撕离，实现阵列晶体管图案层2从聚酰亚胺薄膜基底层向人体的转印。作为优选方案，阵列晶体管图案层2可通过气溶胶喷墨打印于聚酰亚胺薄膜基底层上。

本实施例中，自粘导电聚合物层3喷涂于阵列晶体管图案层2上，主要用于将阵列晶体管图案层2从聚酰亚胺薄膜基底层上转印至人体。考虑到各个晶体管21的离子凝胶层25也需要贴合皮肤，故一般自粘导电聚合物层3在阵列晶体管图案层2上是避开离子凝胶层25布置的，即自粘导电聚合物层3和各个离子凝胶层25共同将阵列晶体管图案层2的背离聚酰亚胺薄膜基底层的一侧完全覆盖，以保障贴片整体的正常监测功能。需要说明的是，公共源极22和晶体管21上均设置有自粘导电聚合物层3。作为优选方案，上述自粘导电聚合物层3可通过气溶胶喷墨打印于阵列晶体管图案层2上，固化后具有导电性和黏附性。

进一步地，本实施例中，自粘导电聚合物层3具有粘黏性，在心电传感贴片100未使用状态下，自粘导电聚合物层3可以直接暴露，也可通过粘贴防粘保护层的方式，保护其粘黏性，防止其粘黏性在使用之前便被削弱或破坏。防粘保护层设置于自粘导电聚合物层3的背离阵列晶体管图案层2的一侧，且能够在自粘导电聚合物层3上撕离。作为优选方案，该防粘保护层选用离型纸层。

本实施例中，优选半导体24通过气溶胶喷墨打印至晶体管通道23内，半导体24需要将晶体管通道23填满，使晶体管的源极和漏极之间导通。半导体24厚度一般优选为0.2μm～0.4μm，过薄会影响导通效果，过厚则会影响晶体管21的放大效果和响应时间，进而影响心电信号的采集效果。

本实施例中，离子凝胶层25优选通过气溶胶喷墨打印至晶体管通道23外部。离子凝胶层25具有一定粘性并与皮肤直接接触。当公共源极22处皮肤与晶体管通道23处皮肤之间产生电势差时，离子凝胶层25会在电势差的作用下将离子(粒子流)注入半导体24改变其电导率，从而晶体管21的源极和漏极之间的电流发生改变。

本实施例中，任意一晶体管21中的源极(S)以及位于源极(S)和漏极(D)之间的晶体管通道共同组成晶体管21的银导电层，其具体结构设置和工作原理为现有技术，具体不再赘述。具体地，晶体管21为一种电化学晶体管(OECT)，可设置为以下几种构型：

(一)如图5所示，晶体管21为顶部接触型晶体管，其源极(S)和漏极(D)均与半导体24的顶部接触。

(二)如图6所示，晶体管21为底部接触型晶体管，其源极(S)和漏极(D)均与半导体24的底部接触，这种结构有助于减小电阻，提高电流传输效率。图3和图4所示的即为底部接触型晶体管构型。

(三)如图7所示，晶体管21为共面型晶体管，其离子凝胶层25(G)、源极(S)和漏极(D)位于同一平面上；该构型有助于减小电感和电容，适用于高频和微波电子电路。

(四)如图8所示，晶体管21为垂直型晶体管，其离子凝胶层25(G)、源极(S)和漏极(D)由上至下依次布置，这种结构可以承受较高的电压。

上述四种构型的电化学晶体管的工作原理都是相同的，区别仅在于栅极、源极(S)和漏极(D)的排布方式不同，但是也有各自的特点：底部接触型晶体管有着更快的开关时间；顶部接触型晶体管有更高的可重复性，但是当通道尺寸过小时可能会导致源极和漏极直接通过电解质层导通，致使晶体管失效；共面型晶体管的结构和制备工艺相对简单，但是放大效果更差，响应时间也相对较长；垂直型晶体管的集成度更高，并且由于通道长度较短，有着更好的跨导和响应速度，缺点是结构复杂，制备难度高。

实际操作中，可以根据实际需求，将晶体管21设置为上述四种构型中的任意一种。整个阵列晶体管图案层2中，全部晶体管21的构型可以完全相同，也可以不完全相同，比如6个晶体管21采用底部接触型晶体管构型，其余6个晶体管21则采用共面型晶体管构型。

本实施例中，如图1、图9和图10所示，12个晶体管21中：2个晶体管21上下布置，且位于上方的晶体管21呈倒U型围设在公共源极22外周，公共源极22位于该倒U型的中心位置，位于下方的晶体管21位于倒U型的开口处；剩余10个晶体管21均分两组，对称分布在倒U型的两侧，具体排布方式可如图1所示。图1中，12个晶体管21的源极(S)和漏极(D)依次排列呈一排，在图1中，各个源极(S)和漏极(D)统一标记为了“引脚26”。12个晶体管21的具体分布形式，除图1之外，还可以采用其他的结构形式，主要能够确保各晶体管21的晶体管通道以公共源极22为中心，间隔30°圆周阵列分布即可。

上述心电传感贴片100在使用时，将自粘导电聚合物层3朝下(若有防粘保护层，先将防粘保护层撕离)，将贴片贴附于患者左胸口处，如图9所示，按压使阵列晶体管图案层2与人体皮肤贴合紧密后揭下聚酰亚胺薄膜基底层，阵列晶体管图案层2就被自粘导电聚合物层3转印在了患者的皮肤上。如图10所示，阵列晶体管图案层2的公共源极22放在了阵列图案的正中央，对应心脏的位置，12个晶体管21围绕公共源极22间隔30°阵列排布，阵列晶体管图案层2中位于0°、60°、90°、120°、-150°和-30°方向的晶体管21对应了标准12导联心电图测量中的6条肢体导联(I，II，aVF，III，aVR，aVL)，这样采集到的心电信号就与医用心电仪采集到的心电信号构成相似，具备了诊疗意义。上述心电传感贴片100一般外接电流表使用。

由此可见，本技术方案提出的心电传感贴片100，为一种高灵敏心电信号阵列采集贴片设计，其将阵列晶体管图案层2和自粘导电聚合物层3相结合，实现了贴片的粘附穿戴与生物电势采集一体化。本方案仅通过将阵列晶体管图案层2贴附至人体左胸即可实现心电信号监测，使用方法简单，无需再在人体四肢联附检测电极，也无需再在胸前联附多个电极，极大简化了心电监测方式，使人体可灵活移动，从而实现心电信号长时间动态监测；同时，利用晶体管生物相容性和自放大能力，解决了心电信号长时间动态测量过程中产生的伪影和噪音问题，提高了心电信号长时间动态监测中的精确性。另外，本方案通过将自粘导电聚合物层3设置为与阵列晶体管图案层2形状相同，既保障了阵列晶体管图案层2与皮肤牢固贴合，也可在无胶部位保障透气性，实现了传感贴片的高柔性、佩戴低感性、高透气性及强湿粘性能，避免了闷汗现象，提高了患者的佩戴舒适性及心电监测精准性。

综上，本技术方案的心电传感贴片100不仅使用方法简单，连接紧固，能够实现心电信号的长时间动态监测，而且具备前置降噪和信号放大功能，极大提高了采集精度，改善了患者长时间佩戴体验。

实施例二

如图4所示，本实施例提出一种实施例一中心电传感贴片100的制备方法，主要包括步骤：

S1、在基底层1上制备阵列晶体管图案层2；

S2、在阵列晶体管图案层2的晶体管通道23处装填半导体24，形成半导体层；半导体24需要将晶体管通道23填满，使晶体管的源极和漏极之间导通，但不宜过厚，否则会影响晶体管的放大效果和响应时间，进而影响心电信号的采集效果。

S3、在晶体管通道23外部设置离子凝胶层25，并使离子凝胶层25将相对应的半导体24完全包覆；

S4、在阵列晶体管图案层2上制备自粘导电聚合物层3。

本实施例中，上述基底层1可为聚酰亚胺薄膜基底层，阵列晶体管图案层2优选通过气溶胶喷墨打印于聚酰亚胺薄膜基底层上。

本实施例中，自粘导电聚合物层3优选通过气溶胶喷墨打印于阵列晶体管图案层2上，固化后具有导电性和黏附性。一般公共源极22和晶体管21上均喷涂自粘导电聚合物层3，且考虑到各个晶体管21的离子凝胶层25也需要贴合皮肤，故一般自粘导电聚合物层3在阵列晶体管图案层2上是避开离子凝胶层25布置的。

本实施例中，优选半导体24通过气溶胶喷墨打印至晶体管通道23内，离子凝胶层25也通过气溶胶喷墨打印至晶体管通道23外部。

作为进一步的优选方案，阵列晶体管图案层2、自粘导电聚合物层3、半导体24以及离子凝胶层25在通过气溶胶进行喷涂打印时，在同一平台进行。

上述制备方法制得的心电传感贴片100不仅使用方法简单，连接紧固，能够实现心电信号的长时间动态监测，而且具备前置降噪和信号放大功能，可极大提高采集精度，改善患者长时间佩戴体验。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种心电传感贴片，其特征在于，包括：

基底层；

阵列晶体管图案层，设置于所述基底层上，所述阵列晶体管图案层包括公共源极和12个晶体管，所述公共源极用于对应心脏位置，任意一所述晶体管均设置有源极和漏极，所述源极和所述漏极之间具有晶体管通道，12个所述晶体管中的所述晶体管通道以所述公共源极为中心呈圆周均匀分布，12个所述晶体管中的所述源极均与所述公共源极相连；任意一所述晶体管的所述晶体管通道处均装填有半导体，任意一所述晶体管通道外部均覆盖有用于与皮肤接触的离子凝胶层，所述离子凝胶层将相对应的所述半导体完全包覆；

自粘导电聚合物层，设置于所述阵列晶体管图案层的背离所述基底层的一侧，并与所述阵列晶体管图案层的整体形状相适配，所述自粘导电聚合物层用于将所述阵列晶体管图案层粘贴至待测人体上。

2.根据权利要求1所述的心电传感贴片，其特征在于，所述基底层为聚酰亚胺薄膜基底层；所述阵列晶体管图案层喷涂于所述聚酰亚胺薄膜基底层上。

3.根据权利要求2所述的心电传感贴片，其特征在于，所述阵列晶体管图案层通过气溶胶喷墨打印于所述聚酰亚胺薄膜基底层上。

4.根据权利要求1所述的心电传感贴片，其特征在于，所述自粘导电聚合物层喷涂于所述阵列晶体管图案层上，且所述自粘导电聚合物层避开所述离子凝胶层布置。

5.根据权利要求4所述的心电传感贴片，其特征在于，所述自粘导电聚合物层通过气溶胶喷墨打印于所述阵列晶体管图案层上。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的心电传感贴片，其特征在于，还包括防粘保护层，其设置于所述自粘导电聚合物层的背离所述阵列晶体管图案层的一侧，且能够在所述自粘导电聚合物层上撕离。

7.根据权利要求6所述的心电传感贴片，其特征在于，所述防粘保护层为离型纸层。

8.根据权利要求1～5任意一项所述的心电传感贴片，其特征在于，所述晶体管为顶部接触型晶体管，其所述源极和所述漏极均与所述半导体的顶部接触；

或者，所述晶体管为底部接触型晶体管，其所述源极和所述漏极均与所述半导体的底部接触；

或者，所述晶体管为共面型晶体管，其所述离子凝胶层、所述源极和所述漏极位于同一平面上；

或者，所述晶体管为垂直型晶体管，其所述离子凝胶层、所述源极和所述漏极由上至下依次布置。

9.根据权利要求1～5任意一项所述的心电传感贴片，其特征在于，12个所述晶体管中：2个所述晶体管上下布置，且位于上方的所述晶体管呈倒U型围设在所述公共源极外周，位于下方的所述晶体管位于所述倒U型的开口处；剩余10个所述晶体管均分两组，对称分布在所述倒U型的两侧。

10.一种权利要求1～5、8和9任意一项所述心电传感贴片的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在所述基底层上制备所述阵列晶体管图案层；

S2、在所述阵列晶体管图案层的所述晶体管通道处装填所述半导体；

S3、在所述晶体管通道外部设置所述离子凝胶层，并使所述离子凝胶层将相对应的所述半导体完全包覆；

S4、在所述阵列晶体管图案层上制备所述自粘导电聚合物层。