CN206714755U

CN206714755U - 一种微针电极

Info

Publication number: CN206714755U
Application number: CN201621275582.5U
Authority: CN
Inventors: 向卓林; 王昊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2026-11-25

Abstract

本实用新型公开了一种微针电极，包括柔性基板和至少一根微针；所述柔性基板内设置有容纳腔；所述柔性基板的壁面上设置有开口，使得所述容纳腔与外界连通；所述柔性基板的顶壁上镀有第一金属层；所述微针内设置有流通孔，所述微针的外壁上镀有第二金属层；所述微针设置在所述柔性基板的底壁上，且所述流通孔与所述容纳腔连通形成有流体通道。该微针电极生物相容性好，可以有效测量ECG、EEG等生理信号，且信噪比高；同时能够输送药物，也能够用于药物输送的监控。

Description

一种微针电极

技术领域

本实用新型涉及医疗用器件技术领域，尤其涉及一种微针电极。

背景技术

皮肤由表皮和真皮两大部分组成。其中，表皮主要由角质层和死亡表皮细胞组成，它是人体的天然保护层，能够防止人体受到外界有毒有害物质和环境等因素的侵袭和损伤。然而，由于这种保护层的存在，致使提取人体电信号或向患者体内输入药物、营养物质及电信号等变得尤为困难。

如图1所示，在传统的信号采集过程中，生理电极需要配合导电膏使用，首先把导电膏涂在表皮上，然后把电极放在导电膏上进行测量。测试过程中，电极与皮肤的接触面积大，且电极只能与表皮接触，不能够直接与真皮接触，获取的电信号有一定的失真。并且，导电膏增加了测量过程中的阻抗环节，使得信噪比小，得到的生理信号质量低，测量过程的电路图如图2所示。同时，导电膏的缺失或蒸发变干将导致电极的信噪比变差甚至失效；也存在着电极准备时间长、连续使用时间短、长期使用损害皮肤健康等缺点。

微针电极是一种微针电极结构，它可以精确控制刺入皮肤的深度，准确获取电信号。但是，传统的微针电极在皮肤输药过程中，无法实现同时准确获取采集电信号的目的。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种微针电极，该微针电极生物相容性好，可以有效测量ECG、EEG等生理信号，且信号比高；同时能够输送药物，也能够用于药物输送的监控。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种微针电极，包括柔性基板和至少一根微针；所述柔性基板内设置有容纳腔；所述柔性基板的壁面上设置有开口，使得所述容纳腔与外界连通；所述柔性基板的顶壁上镀有第一金属层；所述微针内设置有流通孔，所述微针的外壁上镀有第二金属层；所述微针设置在所述柔性基板的底壁上，且所述流通孔与所述容纳腔连通形成有流体通道。

优选的，所述第一金属层和所述第二金属层均为金或铂金。

优选的，所述柔性基板为网格状基板，所述网格状基板为腔体结构，从而形成所述容纳腔；所述微针在所述网格状基板的底壁上呈正方形阵列排布。

优选的，相邻的两根所述微针之间的距离为1cm。

优选的，所述微针包括圆柱上部和锥状下部，它们的长度之和为400μm-1cm；所述圆柱上部的外径为200-500μm；所述流通孔贯穿所述圆柱上部和所述锥状下部，所述流通孔的孔径为50-250μm。

优选的，所述流通孔的出口端设置在所述微针的侧壁底部。

优选的，所述柔性基板和所述微针的材料均为聚合物，所述聚合物由蚕丝、环氧基紫外负性光刻胶、PDMS和PMMA聚合而成；所述微针与所述柔性基板的连接处通过环氧基紫外负性光刻胶无缝连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型所提供的微针电极，需要使用时，柔性基板的底部贴在皮肤上，而微针插入皮肤内，微针不会触及使用者的神经，不会造成疼痛感。柔性基板的容纳腔和微针的流通孔形成流体通道，当需要测量生理电信号的时，通过柔性基板上的开口灌注NaCl溶液，可以提高提取信号的能力，降低生理信号噪声，使得信噪比得到提高。当需要通过加电输药时，可以注射相关离子药物，通过加电压的方式给予微针电极一定的电场，以推动离子药物的注入。而对于某些大分子的蛋白类药物，还可以同时加压加电，增强药物的输送效率。

(2)本实用新型所提供的微针电极，除了可以测量常规的ECG、EEG等生理电信号外，还可以通过测量皮肤里的电阻值，通过所测电阻值的大小来衡量输入药物的速度和用量。同时，此测量值又可以作为反馈信号，用于调节输入离子药物时所述施加电场的大小，形成一个闭环的反馈输入系统。

(3)本实用新型所提供的微针电极，由蚕丝、环氧基紫外负性光刻胶(SU-8光刻胶)、PDMS和PMMA等原料制备而成，生物相容性好；该微针电极与金属或者半导体材料微针相比，生物相容性大大提高了，能够有效避免发炎或者对生物体造成的其他损害。同时，在柔性基板的顶壁和微针的外壁上均镀有金或铂金，能够提取电信号。

(4)本实用新型所提供的微针电极，基板的形状是可以自定义的，设置方式灵活多样。例如，可以设置为长方形网格状，网格状的设计使得基板贴合在皮肤表面时，透气性更好，提高使用者的舒适性。

附图说明

图1为传统生理电极测试电信号时的状态图；

图2为传统生理电极测试电信号时的电路图；

图3为传统生理电极测试电信号时的测试结果图；

图4为本实用新型所提供的微针电极的使用状态图；

图5为本实用新型所提供的微针电极中柔性基板的示意图；

图6为本实用新型所提供的微针电极中微针的示意图；

图7为本实用新型所提供的微针电极测试电信号时的电路图；

图8为本实用新型所提供的微针电极测试电信号时的测试结果图；

图9为本实用新型所提供的微针电极电阻率的测试图；

图10为本实用新型所提供的微针电极增加电压后所输送药物量的增长图；

图中：1、传统生理电极；2、导电膏；10、柔性基板；11、容纳腔；12、开口；13、第一金属层；20、微针；21、流通孔；22、第二金属层；30、导线；40、表皮层；50、真皮层。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1所示，在传统的信号采集过程中，传统生理电极1需要配合导电膏2使用，首先把导电膏2涂在表皮层40上，然后把传统生理电极1放在导电膏2上进行测量。测试过程中，电极与皮肤的接触面积大，且电极只能与表皮层40接触，不能够直接与真皮层50接触，获取的电信号有一定的失真。并且，如图2所示，导电膏2增加了测量过程中的阻抗环节(图2圆圈A处表示导电膏的电阻)，使得信噪比小(见图3)，得到的生理信号质量低。

为了解决上述不足，本实用新型提供了一种微针电极，如图4所示，该微针电极包括柔性基板10和至少一根微针20；柔性基板10内设置有容纳腔11；柔性基板10的壁面上设置有开口12，使得容纳腔11与外界连通；柔性基板10的顶壁上镀有第一金属层13；微针20内设置有流通孔21，微针20的外壁上镀有第二金属层22；微针20设置在柔性基板10的底壁上，且流通孔21与容纳腔连11通形成有流体通道。

更加具体地，第一金属层13和第二金属层22均为金或铂金，使得该微针电极能够顺利提取电信号。

如图5所示，柔性基板10可以为网格状基板，所述网格状基板为腔体结构，从而其内部形成容纳腔11，网格状的设计使得柔性基板10贴合在皮肤表面时，透气性更好，能够提高使用者的舒适性。但是，柔性基板10的设置方式不限于上述方式，其形状是可以自定义的，设置方式灵活多样，不拘一格。微针20在所述网格状基板的底壁上呈正方形阵列排布。而相邻的两根微针20之间的距离可以设置为1cm。

如图6所示，微针20包括圆柱上部和锥状下部，它们的长度之和为400μm-1cm；所述圆柱上部的外径为200-500μm；流通孔21贯穿所述圆柱上部和所述锥状下部，流通孔21的孔径可以设置为50-250μm。另外，流通孔21的出口端可以设置在微针20的侧壁底部。

同时，柔性基板10和微针20的材料均为聚合物，所述聚合物由蚕丝、环氧基紫外负性光刻胶、PDMS和PMMA聚合而成；微针20与柔性基板10的连接处通过环氧基紫外负性光刻胶无缝连接。采取这样的设置方式，使得该微针电极的生物相容性大大提高了，能够有效避免发炎或者对生物体造成的其他损害。

如图4所示，当使用该微针电极时，柔性基板10的底部贴在表皮层40上，而微针20穿过表皮层40达到真皮层50，微针20的长度是经过特别考量设计的，不会触及使用者的神经，不会造成疼痛感。该微针电极通过导线30与外部仪器连接。如图7所示，当获取电信号时，能够直接获取，避免了传统生理电极1需要使用导电膏2，从而增加了阻抗环节的弊端，使得测量的信噪比高(见图8)，得到的生理信号质量高。

如图9所示，为该微针电极电阻率的测试图，即电化学阻抗谱。从图中可得，该微针电极的性能好。

本实用新型实施例所提供的微针电极，功能多样，实用性强，功能包括：

1、可以插入真皮层，准确获取ECG、EEG等生理信号(见图4和图7)；

2、电解液可以被注入到微针腔体内，能够减小阻抗环节，使得测量生理信号的信噪比得到提高(见图8)；

3、微针电极能够用于药物输送；

4、一些极性药物可以通过增加电压的方式来提高输入效率(见图10)，通过电极测量真皮层的电阻，并以此电阻值来监控输送药物的速率，此电阻值也可用作调节电压的反馈信号。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种微针电极，其特征在于，包括柔性基板和至少一根微针；

所述柔性基板内设置有容纳腔；所述柔性基板的壁面上设置有开口，使得所述容纳腔与外界连通；所述柔性基板的顶壁上镀有第一金属层；

所述微针内设置有流通孔，所述微针的外壁上镀有第二金属层；所述微针设置在所述柔性基板的底壁上，且所述流通孔与所述容纳腔连通形成有流体通道。

2.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层均为金或铂金。

3.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于，所述柔性基板为网格状基板，所述网格状基板为腔体结构，从而形成所述容纳腔；所述微针在所述网格状基板的底壁上呈正方形阵列排布。

4.根据权利要求3所述的微针电极，其特征在于，相邻的两根所述微针之间的距离为1cm。

5.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于，所述微针包括圆柱上部和锥状下部，它们的长度之和为400μm-1cm；所述圆柱上部的外径为200-500μm；所述流通孔贯穿所述圆柱上部和所述锥状下部，所述流通孔的孔径为50-250μm。

6.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于，所述流通孔的出口端设置在所述微针的侧壁底部。

7.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于，所述柔性基板和所述微针的材料均为聚合物，所述聚合物由蚕丝、环氧基紫外负性光刻胶、PDMS和PMMA聚合而成；所述微针与所述柔性基板的连接处通过环氧基紫外负性光刻胶无缝连接。