CN209360921U - 一种多孔金属毛细渗液微针电极 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多孔金属毛细渗液微针电极。该多孔金属毛细渗液微针电极包括多孔微针阵列电极片、绝缘外壳、电信号线和毛细吸液芯环，所述多孔微针阵列电极片上设置有多个带有槽道的多孔微针；所述绝缘外壳的内部形成空腔，且在一侧具有一敞口，所述多孔微针阵列电极片与所述绝缘外壳的敞口密封拼合成一空腔，所述毛细吸液芯环填充在空腔内；所述槽道与空腔连通。本实用新型基于微针结构的优势，利用多孔槽道结构对溶液的吸附性、导流性及溶液的导电性，实现传感器与肌肤真皮层的直接接触，极大降低接触阻抗，可采集到高信噪比的生物电信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器件技术领域，具体涉及一种多孔金属毛细渗液微针电极。
背景技术
随着电子技术的发展和医疗检测技术的进步，人体生物电提取可为疾病诊断和预防提供重要依据，能长期连续使用且采集高信噪比信号的传感器受到越来越多的关注。
电极片是生物电传感器上的核心部件，其性能直接关系信号采集的结果。目前，市面上常用的脑电传感器、肌电传感器等，在采集电信号的过程中电极需要配合导电膏使用。测试前先把导电膏涂在皮肤上，再把电极放在导电膏上进行测试，测试过程中电极只与表皮接触，不能直接触及真皮层。导电膏和表皮角质层的存在都增加了测试过程的阻抗环节，导致得到的电信号质量差，同时，导电膏流失或者蒸发变干也会导致电信号的信噪比表小，长期使用也会损伤皮肤。另一方面，传统的电极片表面较为平滑，容易与皮肤产生相对滑动，使得采集的电信号含有大量伪迹。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是针对传统生物电传感器使用过程的缺点，提出一种多孔金属毛细渗液微针电极，实现高信噪比电信号采集，减少信号伪迹。
为达上述目的，本实用新型依据下述的技术方案实现。
一种多孔金属毛细渗液微针电极，包括：一绝缘外壳，所述绝缘外壳的内部形成空腔，且在一侧具有一敞口，所述绝缘外壳上开设有电信号线孔和溶液注射孔；一多孔微针阵列电极片，所述多孔微针阵列电极片与绝缘外壳的敞口密封拼合，所述多孔微针阵列电极片上设置有多个带有槽道的多孔微针，所述槽道与微针的中轴线平行，且所述槽道贯穿多孔金属微针阵列电极片并与空腔连通；一毛细吸液芯环，所述毛细吸液芯环填充在所述空腔内，用于吸附由溶液注射孔进入的生理盐水；一电信号线，所述电信号线自电信号线孔穿入并穿过所述毛细吸液芯环后与所述多孔微针阵列电极片连接。
进一步的，所述多孔金属微针阵列电极片的厚度为1-2mm，采用具有多个相互连通的微孔的、且孔隙率为30-50％的钛金属材料。钛金属不仅能导电，且与人体具有良好的生物相容性。微针阵列电极片上具有的多个连通的微孔，可以使得液体药物或者电解液通过微针渗透入肌肤真皮层。
进一步的所述微针阵列为矩形阵列，所述微针为圆锥形且微针底部直径为 200-500μm，高度为400-100μm，各微针之间的间距为1mm；所述槽道直径 50-150μm。
进一步的，槽道内壁有微细茸状翅片结构。形成的微细茸状翅片结构可以起到调节槽道的毛细吸力和渗透率，从而调节液体流动
进一步的，所述绝缘外壳的敞口与多孔微针阵列电极片的连接处通过粘结剂密封；所述绝缘外壳的材料为硅胶、塑料中的一种或多种；所述粘结剂为环氧树脂或硅胶弹性密封胶。通过粘结剂将绝缘外壳与多孔微针阵列电极片密封拼合，能有效的防止漏液的现象。
进一步的，所述毛细吸液芯环的孔隙率为50-70％，毛细吸液芯环中装有生理盐水。50-70％的孔隙率能较好的保证液体电解质在毛细吸液芯环的储存吸附量。
进一步的，所述电信号线与多孔微针阵列电极片通过焊接连接。
与现有技术相比，本实用新型有如下优点和效果：
(1)本实用新型的多孔金属渗液微针电极在使用过程中不需要导电膏，通过液体电解质作为导电增强介质，可简化测试前的大量准备工作，也防止导电膏对皮肤的损伤作用。
(2)、本实用新型的多孔金属渗液微针电极与绝缘外壳形成空腔，并在空腔内设置毛细吸液芯环，能高效吸附生理盐水，空腔与槽道连通，液体电解质可以通过中心槽道直接抵达皮肤的真皮层，实现电极与肌肤真皮层的直接接触，极大降低接触阻抗，同时降低电极与皮肤间的相对滑移，减少信号伪迹，可采集到高信噪比的生物电信号。
(3)、本实用新型的多孔金属毛细渗液微针电极在采用带有中心槽道的多孔微针结构和较大孔隙率的毛细吸液芯环，充分利用孔隙和槽道对生理盐水的毛细吸力和渗透力，维持微针的润湿性，同时较大孔隙率的毛细吸液芯环可为较小孔隙率的微针提供生理盐水，也可抑制使用过程中液体挥发和溢出。毛细吸液芯环和槽道的设置不止能保证生理盐水的流动畅通，还能控制生理盐水流通速度，槽道内壁的微细茸状翅片结构可以起到调节槽道的毛细吸力和渗透率，从而调节液体流动，使得液体电解质流入肌肤的量以及速度更加合理，更加适用于信号采集。
(4)对比传统的电极，本实用新型的多孔金属渗液微针电极使用微针阵列电极，可直接抵达皮肤的真皮层而不损伤真皮组织，极大的减少了皮肤-电极的电阻抗，同时降低电极与皮肤间的相对滑移，减少信号伪迹，实现高质量信号采集。
(5)本实用新型的多孔金属渗液微针电极的制备方法简单高效，易于实现低成本大规模批量化生产。
附图说明
图1为本实用新型一种多孔金属毛细渗液微针电极的剖视图；
图2为多孔微针阵列电极片的结构示意图；
图3为绝缘外壳的结构示意图；
图4为实施例1中制备具有微针阵列结构的PDMS模具的示意图；
图5为实施例1中多孔金属微针电极片初步成型过程的示意图；
图6为实施例1中加工完成的多孔微针阵列电极片结构示意图；
附图中：1、多孔微针阵列电极片；2、绝缘外壳；3、电信号线；4、毛细吸液芯环；5、粘结剂；7、不锈钢微针阵列模板；8、PDMS模具；9、电信号线孔；10、溶液注射孔；11、悬浮液结块；12、槽道。
具体实施方式
以下结合相关附图和具体实施例对本实用新型做进一步地详细描述，但本实用新型的实施方式不因此而限定于以下实施例。
实施例1
如图1-6所示，图1为本实用新型一种多孔金属毛细渗液微针电极的剖视图；图2为多孔微针阵列电极片的结构示意图；图3为绝缘外壳的结构示意图。
如图1和图3所示，一种多孔金属毛细渗液微针电极，包括一绝缘外壳2，所述绝缘外壳2的内部形成空腔，且在一侧具有一敞口，所述绝缘外壳上开设有电信号线孔9和溶液注射孔10；一多孔微针阵列电极片1，所述多孔微针阵列电极片1与绝缘外壳2的敞口密封拼合，所述多孔微针阵列电极片1上设置有多个带有槽道12的多孔微针，所述槽道12与微针的中轴线平行，且所述槽道12贯穿多孔金属微针阵列电极片1并与空腔连通；一毛细吸液芯环4，所述毛细吸液芯环4填充在所述空腔内，用于吸附由溶液注射孔10进入的生理盐水；一电信号线3，所述电信号线3自电信号线孔9穿入并穿过所述毛细吸液芯环后与所述多孔微针阵列电极片连接。
优选的，如图2和3所示，所述多孔金属微针阵列电极片1的厚度为2mm，采用具有多个相互连通的微孔的、且孔隙率为30-50％的钛金属材料。
优选的，所述微针阵列为矩形阵列，优选为正方形阵列，采用7*7的结构布置。所述微针为圆锥形且微针底部直径为500μm，高度为1000μm，各微针之间的间距为1mm；所述槽道12贯穿多孔微针阵列电极片1并与空腔连通，所述槽道12直径100μm，且槽道12内壁有微细茸状翅片结构。
优选的，所述绝缘外壳2的敞口与多孔微针阵列电极片1通过粘结剂5拼合形成；所述绝缘外壳2的材料为塑料；所述粘结剂5为环氧树脂。绝缘外壳2 应与多孔微针阵列电极片1相互匹配，形成的空腔形状没有限定，可以是方形或者圆形，又或者是其他形状都可以，本实用新型中优选为方形。所述毛细吸液芯环4被固定填充在空腔内，所述毛细吸液芯环4的孔隙率为50-70％，毛细吸液芯环4用来装生理盐水，生理盐水通过溶液注射孔10注入。
优选的，所述电信号线3与多孔微针阵列电极片1通过焊接连接。
相较于传统的电极，本实用新型的多孔金属毛细渗液微针电极，在使用时，微针可以穿过表皮层达到真皮层，微针的长度是经过特别考量设计的，不会触及到使用者的神经，不会造成疼痛感。该多孔金属毛细渗液微针电极通过电信号线3与外部仪器连接获取电信号，而毛细吸液芯环4因其毛细吸力和渗透力，可以合理的控制生理盐水的流通和流量，控制流速，还能有效的抑制使用过程中液体的挥发与溢出。通过毛细吸液芯环4和槽道12的设置不仅能维持微针的湿润性，同时也可为微针提供生理盐水，生理盐水可以通过多孔微针阵列电极片1的孔隙渗入皮肤，以提高测量的电信号。
本实用新型还提供上述一种多孔金属毛细渗液微针电极的制备方法，包括如下步骤：
(1)、取用粒径为10μm钛金属微粒、乙醇、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、BBP (邻苯二甲酸丁苄酯)、分散剂按46:46:1:7:1的质量分数比混合，磁力搅拌1h，形成钛金属微粒悬浮液备用。
(2)、如图4所示，准备一块不锈钢微针阵列模板7和一块未固化的PDMS 模具8，微针阵列为正方形阵列，微针底部直径为500μm，高度为1000μm，间距为1mm，将不锈钢微针阵列模板7的微针阵列面压置在PDMS模具8上，再进行真空固化，将微针阵列结构复制到PDMS模具8上，移去不锈钢模板，得到固化好的PDMS模具8。
(3)、如图5所示，将步骤(1)制备的钛金属微粒悬浮液浇筑到已固化好的PDMS模具8中，通过超声震动5min使悬浮液充分填满模腔，再将其放在真空室中静置15min以除去气泡，在室温下风干至悬浮液结块11，待酒精完全挥发后将悬浮液结块11从PDMS模具8中取出。
(4)、将悬浮液结块11放置在管式炉中，在流动的氩气氛围下1240℃-1250℃高温烧结2h，烧结完成后随管式炉冷却至室温，取出完成的多孔金属微针电极片1。如图6所示。
(5)、装夹固定多孔微针阵列电极片1后，利用直径100μm的微铣刀在各个微针的圆锥面上向下加工出槽道12，使得加工出来的槽道12内壁形成微细茸状翅片结构。
(6)将电信号线3自绝缘外壳2的电信号线孔9穿入并穿过所述毛细吸液芯环4，然后与多孔微针阵列电极片1通过焊接连接，再将多孔微针阵列电极片 1与绝缘外壳2的敞口密封拼合，连接处通过粘结剂5密封，所述毛细吸液芯环 4固定填充在空腔中，将生理盐水通过绝缘外壳2的溶液注射孔10注入毛细吸液芯环4中，制成多孔金属毛细渗液微针电极。
上述所述的分散剂为优选为聚乙二醇或甲基苯乙烯。
与现有技术相比，本实用新型的多孔金属渗液微针电极制作方法简单，从图2和图3中可以看出，得到的多孔金属微针电极片中除了槽道12外，微针还具有许多相互连通的微孔，形成的微孔对溶液具有吸附性，而较大孔隙率的毛细吸液芯环4可为较小孔隙率的微针提供生理盐水，也可抑制使用过程中液体挥发和溢出。生理盐水可以增强导电性，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。
实施例2
本实施例的多孔金属毛细渗液微针电极与实施例1相同，不同之处在于，所述多孔金属微针阵列电极片的厚度为1.5mm。微针底部直径为300μm，高度为500μm，间距为1mm，槽道12直径100μm。绝缘外壳2的材料为硅胶，粘结剂5为硅胶弹性密封胶。
该多孔金属毛细渗液微针电极的制备方法与实施例1相似，不同的是所述钛金属微粒选用直径为5μm，所述钛金属微粒、乙醇、PVB、BBP、分散剂按 46：46：1：6.5：1.5的质量分数比混合。且步骤(4)中在氮气的气体氛围下烧结。
本实用新型的具体实施例仅是为清楚说地明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型实施方式的限定。对于相应领域的技术工人来说，在上述说明的基础上还可以做出类似的变动，在权利要求范围内的变动也均可实现，此处无法且无需对所有实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内作出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于，包括,
一绝缘外壳，所述绝缘外壳的内部形成空腔，且在一侧具有一敞口，所述绝缘外壳上开设有电信号线孔和溶液注射孔；
一多孔微针阵列电极片，所述多孔微针阵列电极片与绝缘外壳的敞口密封拼合，所述多孔微针阵列电极片上设置有多个带有槽道的多孔微针，所述槽道与微针的中轴线平行，且所述槽道贯穿多孔金属微针阵列电极片并与空腔连通；
一毛细吸液芯环，所述毛细吸液芯环填充在所述空腔内，用于吸附由溶液注射孔进入的生理盐水；
一电信号线，所述电信号线自电信号线孔穿入并穿过所述毛细吸液芯环后与所述多孔微针阵列电极片连接。
2.根据权利要求1所述的一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于，所述多孔金属微针阵列电极片的厚度为1-2mm，采用具有多个相互连通的微孔的、且孔隙率为30-50％的钛金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于，所述微针阵列为矩形阵列，所述微针为圆锥形且微针底部直径为200-500μm，高度为400-1000μm，各微针之间的间距为1mm；所述槽道直径50-150μm。
4.根据权利要求1所述的一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于，所述槽道内壁有微细茸状翅片结构。
5.根据权利要求1所述的一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于：所述绝缘外壳的敞口与多孔微针阵列电极片的连接处通过粘结剂密封；所述绝缘外壳的材料为硅胶、塑料中的一种或多种；所述粘结剂为环氧树脂或硅胶弹性密封胶。
6.根据权利要求1所述的一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于，所述毛细吸液芯环的孔隙率为50-70％。
7.根据权利要求1所述的一种多孔金属毛细渗液微针电极，其特征在于，所述电信号线与多孔微针阵列电极片通过焊接连接。
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2018
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