TWI631932B - 生理訊號接收裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種生理訊號接收裝置及其製造方法。生理訊號接收裝置包括電極層、保護層以及與電極層電性連接的導電結構。電極層配置於基材上，電極層包括多孔性膠體與分佈於多孔性膠體中的多個導電粒子。保護層配置於基材與電極層上，保護層具有開口，且開口暴露出部分電極層。所述多孔性膠體吸收液體後膨脹，使得經開口暴露出之電極層的表面高於保護層的表面。

Description

生理訊號接收裝置及其製造方法

本發明是有關於一種訊號接收裝置，且特別是有關於一種生理訊號接收裝置。

對於目前的人體訊號量測裝置來說，通常是將電極與人體的皮膚接觸以接收人體所發出的電流，然後對此電流進行量測與分析，以監控人體狀況。為了讓衣服能量測人體生理訊號，通常是將電極貼附於布料上，使電極的其中一個表面與皮膚接觸。電極除了與皮膚接觸的部分外，其餘部分皆以保護層來覆蓋，以避免電極接收到雜訊以及迴路短路的問題。然而，由於保護層具有一定的厚度，因此經保護層暴露出來的電極表面(與皮膚接觸的表面)會低於保護層的表面。如此一來，造成電極無法與皮膚有效接觸，或是造成電極與皮膚接觸之後容易脫離的問題。

本發明提供一種生理訊號接收裝置，其具有吸收液體後可膨脹的電極層。

本發明提供一種生理訊號接收裝置的製造方法，其可製造具有吸收液體後可膨脹的電極層的生理訊號接收裝置。

本發明的生理訊號接收裝置包括電極層、保護層以及與電極層電性連接的導電結構。電極層配置於基材上，電極層包括多孔性膠體與分佈於多孔性膠體中的多個導電粒子。保護層配置於基材與電極層上，保護層具有開口，且開口暴露出部分電極層。多孔性膠體吸收液體後膨脹，使得經開口暴露出的電極層的表面高於保護層的表面。

在本發明的一實施例中，多孔性膠體吸收液體後具有第一膨脹率，基材吸收液體後具有第二膨脹率，且第一膨脹率大於第二膨脹率。

在本發明的一實施例中，多孔性膠體的材料例如為聚胺脂或矽氧樹脂。

在本發明的一實施例中，導電粒子的材料例如選自由金屬、碳黑、石墨烯與奈米碳管所組成的族群中的至少一者。

在本發明的一實施例中，液體例如為水、產生自人體的汗水、油脂或其組合。

本發明的生理訊號接收裝置的製造方法包括：混合液態膠體、多個導電粒子與溶劑以形成漿料，其中液態膠體與溶劑彼 此不互溶；將漿料塗佈於基材上；固化漿料以及移除漿料中的溶劑，以形成多孔性膠體，其中多孔性膠體與分佈於多孔性膠體中的導電粒子構成電極層；於基材與電極層上形成保護層，其中保護層具有開口，且開口暴露出部分電極層；形成與電極層電性連接的導電結構。此外，多孔性膠體吸收液體後膨脹，使得經開口暴露出的電極層的表面高於保護層的表面。

在本發明的一實施例中，液態膠體的材料例如為聚胺脂或矽氧樹脂，溶劑例如為二甲基甲醯胺或丁酮。

在本發明的一實施例中，移除漿料中的溶劑的方法例如是對漿料進行熱處理或水洗處理。

在本發明的一實施例中，多孔性膠體吸收液體後具有第一膨脹率，基材吸收液體後具有第二膨脹率，且第一膨脹率大於第二膨脹率。

在本發明的一實施例中，液體例如為水、產生自人體的汗水、油脂或其組合。

基於上述，在本發明中，由於電極層具有與液體接觸後膨脹的特性，因此可以在生理訊號接收裝置使用前讓電極層吸收水，或是當電極層與皮膚接觸之後藉由吸收人體所排出的汗水、油脂等液體而膨脹，使得電極層可自保護層的開口向外突出，因此電極層可以有效地與皮膚接觸，且不會輕易地自皮膚脫離。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧生理訊號接收裝置

100‧‧‧電極層

100a‧‧‧多孔性膠體

100b‧‧‧導電粒子

102‧‧‧保護層

102a‧‧‧開口

104‧‧‧導電結構

106‧‧‧基材

108‧‧‧孔洞

300、302、304、306、308‧‧‧步驟

圖1為依據本發明實施例的生理訊號接收裝置的剖面示意圖。

圖2為圖1中的電極層在吸收液體後的生理訊號接收裝置的剖面示意圖。

圖3為依據本發明實施例的生理訊號接收裝置的製造流程圖。

本實施例的生理訊號接收裝置可貼附於生物體上，以接收生物體(特別是人體)所發出的電訊號(例如由心臟、肌肉、大腦等所發出的微電流)，且可藉由與本實施例的生理訊號接收裝置電性連接的外部元件來對上述的電訊號進行量測與分析，以獲知生物體的狀況。

圖1為依據本發明實施例的生理訊號接收裝置的剖面示意圖。請參照圖1，生理訊號接收裝置10包括電極層100、保護層102、基材106以及與電極層100電性連接的導電結構104。生理訊號接收裝置10可用以貼附於生物體上，藉由電極層100來接收生物體所發出的電訊號。特別是，藉由將本實施例的生理訊號接收裝置10的電極層100與人體的皮膚接觸，可自皮膚接收例如由心臟、肌肉或大腦所發出的微電流。

在生理訊號接收裝置10中，電極層100配置於基材106上。基材106可以是任何用以承載電極層100、保護層102以及導 電結構104的基材。在本實施例中，基材106可以是可撓性基材，例如布料、熱塑性聚胺基甲酸酯(thermoplastic polyurethane，TPU)基材或聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)基材。當生理訊號接收裝置10應用於目前所謂的「智慧衣」時，基材106可以是「智慧衣」的布料，亦即生理訊號接收裝置10可設置於衣服的內表面以與人體的皮膚接觸。

在本實施例中，電極層100包括多孔性膠體100a與分佈於多孔性膠體100a中的多個導電粒子100b。本發明不對電極層100的形狀與尺寸作特別限制，電極層100可視實際需求而具有各種形狀與尺寸。多孔性膠體100a的材料包括聚胺脂或矽氧樹脂。導電粒子100b的材料例如選自由金屬、碳黑、石墨烯與奈米碳管所組成的族群中的至少一者。導電粒子100b均勻地分佈在多孔性膠體100a中，以使電極層100能夠有效地傳導電訊號。

由於多孔性膠體100a的材料特性，當多孔性膠體100a與液體接觸時本身可吸收液體，且多孔性膠體100a的孔洞108可容納液體，使得多孔性膠體100a可膨脹而導致體積增加。在本實施例中，上述的液體例如是水、產生自人體的汗水、油脂或其組合。也就是說，可以在生理訊號接收裝置10使用前讓電極層100吸收水，或是當電極層100與人體的皮膚接觸之後，電極層100可藉由人體排出的汗水、油脂等來膨脹而具有較大的體積。

保護層102配置於基材106與電極層100上。保護層102具有開口102a，且開口102a暴露出部分的電極層100。意即，電 極層100被開口102a暴露的部分即為生理訊號接收裝置10與人體皮膚接觸的部分。由於保護層102具有一定的厚度(一般來說約介於5um至10mm之間)以對電極層100具有保護效果，因此電極層100的表面與保護層102的表面之間具有高低差。上述高低差將使得電極層100不易與皮膚接觸，或在與皮膚接觸之後容易脫落。然而，在本實施例中，由於多孔性膠體100a具有與液體接觸後膨脹的特性，因此當電極層100與皮膚接觸之後可藉由吸收人體所排出的汗水、油脂等液體而膨脹，使得電極層100可自開口102a向外突出(亦即電極層100的表面高於保護層102的表面)，如圖2所示。如此一來，可使電極層100有效地與皮膚接觸，且不會輕易地自皮膚脫離。為了確保電極層100可自開口102a向外突出，多孔性膠體100a吸收液體後的膨脹率較佳是大於保護層102吸收液體後的膨脹率。此外，多孔性膠體100a吸收液體後的膨脹率較佳大於基材106吸收液體後的膨脹率，亦可確保電極層100可自開口102a向外突出。

此外，由於人體會持續地排出汗水、油脂等液體，因此當電極層100與皮膚接觸之後可持續吸收液體，使得生理訊號接收裝置10不會輕易地自皮膚脫離，可長時間貼附於人體上，達到即時且持續接受電訊號的目的。

導電結構104與電極層100電性連接。在本實施例中，導電結構104可以是導線，本發明不對此作任何限定。導電結構104的一端與電極層100接觸，另一端則可連接至外部裝置(未繪 示)，以將電極層100所接收到的電訊號傳導至外部裝置來進行所需的處理。上述的外部裝置可以是訊號量測裝置、訊號分析裝置等。在本實施例中，導電結構104配置於基材106上，且被保護層102覆蓋，但本發明不限於此。在其他實施例中，導電結構104可以任何方式設置於適當的位置，只要能夠與電極層100電性連接即可。

以下將以生理訊號接收裝置10為例來對本發明的生理訊號接收裝置的製造方法進行說明。

圖3為依據本發明實施例的生理訊號接收裝置的製造流程圖。請同時參照圖1與圖3，首先，在步驟300中，混合液態膠體、導電粒子100b與溶劑以形成漿料。液態膠體即為多孔性膠體100a的前驅物。溶劑具有與液態膠體彼此不互溶的特性，且導電粒子100b均勻地分佈於液態膠體中。上述的溶劑例如為二甲基甲醯胺(dimethylformamide，DMF)或丁酮。

然後，在步驟302中，將漿料塗佈於基材106上。在本實施例中，可使用網版印刷、刮刀、滾輪等方式將漿料塗佈於基材106上。

接著，在步驟304中，固化漿料並移除漿料中的溶劑，以形成多孔性膠體100a。多孔性膠體100a與分佈於其中的導電粒子100b構成電極層100。固化漿料的方式可視液態膠體的材料而定，本發明不對此進行限定。當溶劑移除後，原本溶劑所佔據的空間即可形成孔洞108。可視實際需求來移除部分溶劑或全部溶 劑，以控制多孔性膠體100a中的孔洞108的數量。上述移除溶劑的方法可以是對塗佈於基材106上的漿料進行熱處理(例如烘烤)，以使漿料中的溶劑揮發。或者，也可以對塗佈於基材106上的漿料進行水洗處理，使漿料中的溶劑經由水洗而析出。

在液態膠體的材料為熱固性材料的情況下，在熱固化的過程中可同時移除漿料中的溶劑。或者，在上述的熱固化之後，可再進行另一次熱處理來移除漿料中的溶劑。

接著，在步驟306中，於基材106上形成與電極層100電性連接的導電結構104。導電結構104用以使生理訊號接收裝置10與外部裝置電性連接。導電結構104可以任何方式來形成，且可形成於任何所需的位置，本發明不對此作限定。

之後，在步驟308中，於基材106、電極層100與導電結構104上形成具有開口102a的保護層102，使部分電極層100經由開口102a而暴露出來，以作為生理訊號接收裝置10與皮膚接觸而接收電訊號的部分。

在本實施例中，先於基材106上形成導電結構104之後，才形成保護層102，但本發明不限於此。在其他實施例中，也可以先形成保護層102，然後再於適當的區域形成與電極層100電性連接的導電結構104。

雖然本發明已以實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍 當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種生理訊號接收裝置，包括：一電極層，配置於一基材上，該電極層包括一多孔性膠體與分佈於該多孔性膠體中之多個導電粒子；保護層，配置於該基材與該電極層上，其中該保護層具有一開口，且該開口暴露出部分該電極層；以及一導電結構，與該電極層電性連接，其中該多孔性膠體於吸收一液體後膨脹，使得經該開口暴露出之該電極層的表面高於該保護層的表面，其中該多孔性膠體吸收該液體後具有第一膨脹率，該基材吸收該液體後具有第二膨脹率，且該第一膨脹率大於該第二膨脹率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號接收裝置，其中該多孔性膠體為聚胺酯或矽氧樹脂。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號接收裝置，其中該些導電粒子選自由金屬、碳黑、石墨烯與奈米碳管所組成的族群中的至少一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號接收裝置，其中該液體包括水、產生自人體之汗水、油脂或其組合。
5. 一種生理訊號接收裝置之製造方法，包括：混合一液態膠體、多個導電粒子與一溶劑以形成一漿料，其中該液態膠體與該溶劑彼此不互溶；將該漿料塗佈於一基材上；固化該漿料並移除該漿料中之該溶劑，以形成一多孔性膠體，其中該多孔性膠體與分佈於該多孔性膠體中之該些導電粒子構成一電極層；於該基材與該電極層上形成一保護層，其中該保護層具有一開口，且該開口暴露出部分該電極層；以及形成與該電極層電性連接之一導電結構，其中該多孔性膠體吸收一液體後膨脹，使得經該開口暴露出之該電極層的表面高於該保護層的表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之生理訊號接收裝置之製造方法，其中該液態膠體為聚胺酯或矽氧樹脂，該溶劑為二甲基甲醯胺或丁酮。
7. 如申請專利範圍第5項所述之生理訊號接收裝置之製造方法，其中移除該漿料中之該溶劑的方法包括對該漿料進行熱處理或水洗處理。
8. 如申請專利範圍第5項所述之生理訊號接收裝置之製造方法，其中該多孔性膠體吸收該液體後具有第一膨脹率，該基材吸收該液體後具有第二膨脹率，且該第一膨脹率大於該第二膨脹率。
9. 如申請專利範圍第5項所述之生理訊號接收裝置之製造方法，其中該液體包括水、產生自人體之汗水、油脂或其組合。