TWI652042B - 生理感測電極 - Google Patents

Abstract

一種生理感測電極，包括含碳導電層、含銀導電層以及通道層。含碳導電層由非金屬材料組成。含銀導電層配置在含碳導電層的一側。通道層電性連接含碳導電層與含銀導電層，其中通道層使含銀導電層中的帶電銀離子傳導至含碳導電層。

Description

生理感測電極

本發明是有關於一種生理感測電極。

對於常見的生理訊號偵測方式，例如偵測電生理訊號(ECG，electrocardiogram signal)、眼震電圖(EOG，Eye on Gambling)、腦波圖(EEG，Electroencephalogram)或肌電訊號(electromyogram，EMG)等訊號，其常利用電極貼片貼觸於人體表面取得電訊號。然而，當電極貼片的金屬電極長時間黏貼於人體肌膚時，金屬電極可能會氧化而產生有害於人體的物質。此外，當人體的皮膚過於乾燥時，金屬電極可能會因為與人體間的電阻過高而無法導電，因此，提供一種適用於乾燥皮膚且對人體無害的電極貼片，是本領域中一個重要的課題。

本發明的一實施方式提供一種生理感測電極，其包含由非金屬組成的含碳導電層、含銀導電層以及通道層。當生理感測電極與皮膚接觸時，生理感測電極是以含碳導電層與 皮膚接觸，因此可減少生理感測電極對人體的金屬毒性。

本發明的一實施方式提供一種生理感測電極，包括含碳導電層、含銀導電層以及通道層。含碳導電層由非金屬材料組成。含銀導電層配置在含碳導電層的一側。通道層電性連接含碳導電層與含銀導電層，其中通道層使含銀導電層中的帶電銀離子傳導至含碳導電層。

於部分實施方式中，通道層包覆含碳導電層及含銀導電層，且含銀導電層位於通道層及含碳導電層之間。

於部分實施方式中，通道層暴露含碳導電層的至少一表面。

於部分實施方式中，含銀導電層直接配置在含碳導電層及通道層之間，且含銀導電層具有至少一貫孔，以使得通道層通過含銀導電層而與含碳導電層接觸。

於部分實施方式中，含碳導電層具有至少一貫孔，且通道層穿過含銀導電層及含碳導電層。

於部分實施方式中，生理感測電極為球形結構，且含碳導電層完全包覆含銀導電層及通道層。

於部分實施方式中，通道層配置在含碳導電層及含銀導電層之間。

於部分實施方式中，含銀導電層直接配置在含碳導電層及通道層之間。

於部分實施方式中，通道層的材料包括矽膠、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、聚氨酯(PU)或其組合。

於部分實施方式中，含碳導電層的厚度介於 0.005毫米至5毫米，含銀導電層的厚度介於0.005毫米至5毫米，且通道層的厚度介於0.005毫米至3毫米。

100、200、300、400、500‧‧‧生理感測電極

110、210、310、410、510‧‧‧含碳導電層

120、220、320、420、520‧‧‧含銀導電層

130、230、330、430、530‧‧‧通道層

140、240、340‧‧‧作用層

150、250、350、450、550‧‧‧皮膚

222、312、322、522‧‧‧貫孔

460、560‧‧‧服飾本體

470、570‧‧‧導電迴路

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

H‧‧‧高度

L‧‧‧長度

W‧‧‧寬度

第1A圖繪示本發明的第一實施方式的生理感測電極的爆炸圖。

第1B圖為第1A圖的生理感測電極配置於皮膚的側視示意圖。

第2A圖繪示本發明的第二實施方式的生理感測電極的爆炸圖。

第2B圖為第2A圖的生理感測電極配置於皮膚的側視示意圖。

第3A圖繪示本發明的第三實施方式的生理感測電極的爆炸圖。

第3B圖為第3A圖的生理感測電極配置於皮膚的側視示意圖。

第4A圖繪示本發明的第四實施方式的生理感測電極的結構示意圖。

第4B圖為第4A圖的生理感測電極的側視示意圖。

第4C圖為第4A圖的生理感測電極的上視示意圖。

第4D圖為第4A圖的生理感測電極應用於織物的側視示意圖。

第4E圖為使用者穿戴第4D圖的生理感測電極與織物的組 合的側視示意圖。

第5A圖繪示本發明的第五實施方式的生理感測電極的結構示意圖。

第5B圖為使用者著用第5A圖的生理感測電極與織物的組合的側視示意圖。

以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

由於使用偵測人體生理訊號的電極貼片時，會因金屬電極長時間黏貼於人體肌膚，而可能對人體造成毒性傷害。此外，傳統的金屬電極無法適用於乾燥的皮膚上。有鑑於此，本發明的生理感測電極包含由非金屬組成的含碳導電層、含銀導電層以及通道層。當生理感測電極與皮膚接觸時，生理感測電極是以含碳導電層與皮膚接觸，因此可減少生理感測電極對人體的金屬毒性。此外，通道層可提升含銀導電層及含碳導電層兩者之間的電傳導率，進而使得本發明的生理感測電極亦能夠使用於乾燥皮膚。

參照第1A圖與第1B圖，其中第1A圖繪示本發明的第一實施方式的生理感測電極100的爆炸圖，而第1B圖為第 1A圖的生理感測電極100配置於皮膚150的側視示意圖。生理感測電極100可透過接觸人體肌膚而採集人體的體表電位，以進行生理狀態的偵測，例如電生理訊號、眼震電圖、腦波圖或肌電訊號的偵測。具體而言，生理感測電極100可電性連接至接收器(未繪示)，並將所採集的體表電位以電訊號的形式傳遞至接收器，以進行生理訊號的傳輸。

生理感測電極100包括含碳導電層110、含銀導電層120以及通道層130。含碳導電層110由非金屬材料組成。含銀導電層120配置在含碳導電層110的一側。通道層130電性連接含碳導電層110與含銀導電層120，其中通道層130使含銀導電層120中的帶電銀離子傳導至含碳導電層110。此外，前述所提的接收器可電性連接至含碳導電層110與含銀導電層120的其中一者。

本實施方式中，含碳導電層110具有第一表面S1與第二表面S2，其中含銀導電層120配置於含碳導電層110的第二表面S2。通道層130覆蓋含碳導電層110的側表面，且通道層130配置在含銀導電層120相對於含碳導電層110的表面上。通道層130覆蓋含碳導電層110及含銀導電層120各自的側表面，藉以包覆含碳導電層110及含銀導電層120，其中含銀導電層120位於通道層130及含碳導電層110之間。進一步而言，含銀導電層120是直接配置在含碳導電層110及通道層130之間並與兩者直接接觸。

換言之，本實施方式中，通道層130是藉由接觸含碳導電層110的側表面而與含碳導電層110接觸，從而形成 與含碳導電層110的電性連接。另一方面，通道層130是藉由覆蓋含銀導電層120的側表面及相對於含碳導電層110的表面而與含銀導電層120接觸，從而形成與含銀導電層120的電性連接。由於通道層130連接至含碳導電層110及含銀導電層120，故可視為含碳導電層110及含銀導電層120兩者藉由通道層130彼此電性連接。

除此之外，雖第1A圖繪示通道層130包覆含碳導電層110/含銀導電層120的其中兩個側表面，然而於其他實施方式中，通道層130也可包覆含碳導電層110/含銀導電層120的四個側表面。此外，通道層130暴露含碳導電層110的至少一表面，例如，暴露含碳導電層110的第一表面S1，從而使得生理感電極100能有更廣的應用空間，例如，縫置在衣物上時，含碳導電層110所露出的第一表面S1可與皮膚接觸，以取得生理訊號。

含碳導電層110可以是織物層或膜材，且其材料可包括碳黑、石墨、石墨稀、碳管或者以上材料組合。此外，含碳導電層110的厚度例如是介於0.005毫米至5毫米。含銀導電層120可以是織物層或膜材，且其材料可以是銀金屬、合金或化合物。舉例來說，含銀導電層120可以是銀與金、鈦的複合物或合金，或者是包括氯化銀或含銀凝膠的含銀化合物或含銀混合物。此外，含銀導電層120的厚度例如是介於0.005毫米至5毫米。

通道層130可例如是水膠或是其他具有可流動性或可延展的型態，從而提升由含銀導電層120析出的帶電銀離 子(未繪示)在通導層130中的離子遷移率，以提升含銀導電層120及含碳導電層110之間的導電性。此外，通道層130也可以是膜材，例如微孔洞膜，從而搭配含銀凝膠型態的含銀導電層120。通道層130的材料可包括矽膠、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、聚氨酯(PU)或其組合。此外，通道層130的厚度例如是介於0.005毫米至3毫米。

本實施方式中，含碳導電層110的材料是以碳黑為例，而含銀導電層120的材料則是以銀金屬為例，合先敘明。透過以上配置，當生理感測電極100配置於皮膚150上的時候，由於生理感測電極100可透過通道層130暴露含碳導電層110的第一表面S1，因此，生理感測電極100是以含碳導電層110的第一表面S1與皮膚150接觸。由於生理感測電極100是以含碳導電層110的第一表面S1與皮膚150接觸，因此可避免含銀導電層120中的銀金屬直接接觸皮膚150，從而減少生理感測電極100對人體的金屬毒性。

於生理感測電極100接觸皮膚150的期間，由於組成含碳導電層110的碳黑材料不具有透氣性，故人體的皮膚150會開始出汗，從而形成作用層140，其中作用層140位於生理感測電極100與皮膚150之間。進一步來說，作用層140是位於含碳導電層110的第一表面S1與皮膚150之間。作用層140的組成至少包含汗水中的物質，由於汗水中的物質包含電解質，故作用層140會具有導電性，以電性連接生理感測電極100與皮膚150，而利於生理訊號的傳輸。也就是說，生理感測電極100可透過吸收汗水而提升其對於皮膚150的導電性。

另一方面，含銀導電層120會析出銀離子並擴散至通道層130之中，且由於通道層130電性連接至含碳導電層110與含銀導電層120，故通道層130可做為含碳導電層110與含銀導電層120之間的電性溝通橋樑(或電性溝通路徑)。因此，由含碳導電層110所採集的體表電位可傳輸至含銀導電層120。換言之，通道層130可提升含銀導電層120及含碳導電層110兩者之間的電傳導率，進而使得本發明的生理感測電極100亦能夠適用於乾燥皮膚。

再者，由於含銀導電層120的材料是具有低內電阻的銀金屬，故由含碳導電層110採集並傳輸至含銀導電層120的體表電位可較準確。進一步而言，由於銀金屬的內電阻較低，故可降低電性訊號轉換為熱能的機會，藉以降低熱損耗並提升生理感測電極100的電性傳導效率。此外，由於銀金屬的內電阻較低，故其可量測頻率比較低的訊號，使得生理感測電極100的可量測頻率範圍較大。

也就是說，於生理感測電極100中，含銀導電層120的作用效果可視為離子儲存層，藉由含銀導電層120提供銀離子給通道層130，通道層130可將含碳導電層110接收到的電訊號傳輸至含銀導電層120。再者，由於使用由非金屬材料組成的含碳導電層110做為生理感測電極100的一部分，含銀導電層120的用量也可以降低，藉以降低生理感測電極100的材料成本。

綜合上述，本發明的生理感測電極包含由非金屬組成的含碳導電層、含銀導電層以及通道層。當生理感測電極 與皮膚接觸時，生理感測電極是以含碳導電層與皮膚接觸，因此可減少生理感測電極所產生的金屬毒性。此外，通道層可做為含碳導電層與含銀導電層之間的電性溝通橋樑(或電性溝通路徑)，使得由含碳導電層所採集的體表電位可傳輸至含銀導電層。

請參照第2A圖與第2B圖，其中第2A圖繪示本發明的第二實施方式的生理感測電極200的爆炸圖，而第2B圖為第2A圖的生理感測電極200配置於皮膚250的側視示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式的含銀導電層220具有至少一貫孔222，且通道層230通過含銀導電層220而與含碳導電層210接觸。亦即，通道層230透過含銀導電層220的貫孔222而與含碳導電層210接觸。舉例來說，通道層230的部分材料為位於貫孔222中，進而接觸含碳導電層210的第二表面S2。更進一步地說，於部分實施方式中，部分通道層230可填入貫孔222中。

本實施方式中，通道層230是藉由接觸含碳導電層210的第二表面S2而與含碳導電層210接觸，從而形成與含碳導電層210的電性連接。另一方面，通道層230是藉由覆蓋含銀導電層220之相對於含碳導電層210的表面以及透過含銀導電層220的貫孔222而與含銀導電層220接觸，從而形成與含銀導電層220的電性連接。舉例來說，通道層230的部分材料為位於貫孔222的孔壁上而接觸含銀導電層220。更進一步地說，於部分實施方式中，部分通道層230可填入貫孔222中。

藉由此配置，當含銀導電層220的金屬離子擴散 至通道層230中之後，通道層230即可做為含碳導電層210與含銀導電層220之間的電性溝通橋樑(或電性溝通路徑)。另外，由於生理感測電極200是以不透氣的含碳導電層210的第一表面S1與皮膚250接觸，因此可使皮膚250出汗形成具導電性的作用層240，以電性連接生理感測電極200與皮膚250，而利於生理訊號的傳輸。此外，由於含碳導電層210是由非金屬材料所組成，故也可降低生理感測電極200對人體的金屬毒性。

請參照第3A圖與第3B圖，其中第3A圖繪示本發明的第三實施方式的生理感測電極300的爆炸圖，而第3B圖為第3A圖的生理感測電極300配置於皮膚350的側視示意圖。本實施方式與第二實施方式的差異在於，本實施方式的含碳導電層310也具有至少一貫孔312，且通道層330穿過含銀導電層320及含碳導電層310。具體而言，通道層330透過含銀導電層320的貫孔322穿過含銀導電層320，並透過含碳導電層310的貫孔312穿過含碳導電層310。

本實施方式中，通道層330是透過含碳導電層310的貫孔312而與含碳導電層310接觸，從而形成與含碳導電層310的電性連接。另一方面，通道層330是藉由覆蓋含銀導電層320之相對含碳導電層310的表面以及透過含銀導電層320的貫孔322而與含銀導電層320接觸，從而形成與含銀導電層320的電性連接。舉例來說，部分通道層330為位於貫孔312與貫孔322的孔壁上，進而接觸含碳導電層310與含銀導電層320。更進一步地說，於部分實施方式中，部分通道層330可填入貫孔312與貫孔322中。

藉由此配置，當含銀導電層320的金屬離子擴散至通道層330中之後，通道層330即可做為含碳導電層310與含銀導電層320之間的電性溝通橋樑(或電性溝通路徑)。另外，由於生理感測電極300是以不透氣的含碳導電層310的第一表面S1與皮膚350接觸，因此可使皮膚350出汗形成具導電性的作用層340，以電性連接生理感測電極300與皮膚350，而利於生理訊號的傳輸。此外，由於含碳導電層310是由非金屬材料所組成，故也可降低生理感測電極300對人體的金屬毒性。

值得一提的是，在此實施方式中，若採用具有可延展性的通道層330，則通道層330可穿過貫孔312與貫孔322而與皮膚350接觸，進而與汗水中的物質共同形成作用層340。

請參照第4A圖，其中第4A圖繪示本發明的第四實施方式的生理感測電極400的結構示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式的生理感測電極400為球形結構，且含碳導電層410完全包覆含銀導電層420及通道層430。更詳細言之，含碳導電層410覆蓋且包覆通道層430，且通道層430包覆含銀導電層420，使得通道層430是配置在含碳導電層410及含銀導電層420之間。此外，生理感測電極400的表面即為含碳導電層410的第一表面S1，而第二表面S2位於含碳導電層410與通道層430之間。

本實施方式中，含碳導電層410覆蓋通道層430，從而兩者可電性連接。另一方面，通道層430覆蓋含銀導電層420，從而兩者可電性連接。因此，通道層430可做為含碳導電層410及含銀導電層420兩者的電性溝通橋樑(或電性溝通 路徑)。

請再看到第4B圖與第4C圖，其中第4B圖為第4A圖的生理感測電極400的側視示意圖，而第4C圖為第4A圖的生理感測電極400的上視示意圖。生理感測電極400具有高度H、長度L與寬度W，其中生理感測電極400的高度H例如是介於1毫米至50毫米，長度L例如是介於10毫米至100毫米，而寬度W例如是介於10毫米至100毫米。

由於生理感測電極400是球形結構，因此生理感測電極400在應用上可以有更靈活的配置，例如，請看到第4D圖與第4E圖，其中第4D圖為第4A圖的生理感測電極400應用於織物的側視示意圖，而第4E圖為使用者著用第4D圖的生理感測電極400與織物的組合的側視示意圖。

球形結構的生理感測電極400可設置於服飾本體460的內側，例如以縫合或貼合的方式，其中服飾本體460可以是上衣、褲子、復健背帶或其他服飾。服飾本體460具有導電迴路470，其中導電迴路470可以是導電紗線，且導電迴路470例如是藉由連接含銀導電層420而電性連接至生理感測電極400。生理感測電極400可以透過導電迴路470連接至接收器(未繪示)，以將所採集到的人體的體表電位傳遞至接收器。

當使用者穿著配置有生理感測電極400的服飾本體460時，藉由生理感測電極400的立體球形結構，生理感測電極400的周遭的服飾本體460可與使用者的皮膚450保持一段間距，使得生理感測電極400的周遭的服飾本體460不用緊貼使用者的皮膚450。換言之，藉由生理感測電極400的立體 球形結構，與生理感測電極400所結合的服飾本體460可以是寬鬆類的服飾，從而增加使用者的舒適感。

請參照第5A圖與第5B圖，其中第5A圖繪示本發明的第五實施方式的生理感測電極500的結構示意圖，而第5B圖為使用者著用第5A圖的生理感測電極500與織物的組合的側視示意圖。本實施方式與第四實施方式的差異在於，本實施方式的含銀導電層520與通道層530的位置互做交換。更詳細言之，含銀導電層520是配置在含碳導電層510及通道層530之間。

本實施方式中，生理感測電極500從最外層至最內層依序為含碳導電層510、含銀導電層520及通道層530，其中生理感測電極500的表面即為含碳導電層510的第一表面S1，而第二表面S2位於含碳導電層510與含銀導電層520之間。此外，含銀導電層520具有至少一貫孔522，使得通道層530可通過含銀導電層520的貫孔522而與含碳導電層510接觸。換言之，通道層530的部分材料為位於含銀導電層的貫孔522中，進而接觸含碳導電層510的第二表面S2。更進一步地說，部分通道層530為填入貫孔522中。

因此，通道層530可藉由透過含銀導電層520的貫孔522而接觸含碳導電層510的第二表面S2，以形成與含碳導電層510的電性連接。另一方面，通道層530是藉由接觸含銀導電層520之相對於含碳導電層510的表面以及透過含銀導電層520的貫孔522而與含銀導電層520接觸，從而形成與含銀導電層520的電性連接。舉例來說，通道層530的部分材料為位 於貫孔522的孔壁上而接觸含銀導電層520。

另一方面，本實施方式的生理感測電極500同樣也可應用於織物。舉例而言，第5B圖中，生理感測電極500可設置於服飾本體560的內側，其中服飾本體560具有導電迴路570，且導電迴路570可藉由連接含銀導電層520而電性連接至生理感測電極500。再者，由於生理感測電極500為立體球形結構，故生理感測電極500的周遭的服飾本體560可以不用緊貼使用者的皮膚550，此種設計可增加使用者的舒適感。

綜合上述，本發明的生理感測電極包含由非金屬組成的含碳導電層、含銀導電層以及通道層。當生理感測電極與皮膚接觸時，由於生理感測電極是以含碳導電層與皮膚接觸，因此可以減少生理感測電極對人體的金屬毒性。此外，通道層可做為含碳導電層與含銀導電層之間的電性溝通橋樑(或電性溝通路徑)，使得由含碳導電層所採集到的體表電位可傳輸至含銀導電層。此外，由於生理感測電極可設計成球形結構，使得與生理感測電極結合的服飾本體可以是寬鬆類的服飾，從而增加使用者的舒適感。

雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種生理感測電極，包括：含碳導電層，由非金屬材料組成；含銀導電層，配置在所述含碳導電層的一側；以及通道層，電性連接所述含碳導電層與所述含銀導電層，其中所述通道層使所述含銀導電層中的帶電銀離子傳導至所述含碳導電層。
2. 如申請專利範圍第1項的生理感測電極，其中所述通道層包覆所述含碳導電層及所述含銀導電層，且所述含銀導電層位於所述通道層及所述含碳導電層之間。
3. 如申請專利範圍第2項的生理感測電極，其中所述通道層暴露所述含碳導電層的至少一表面。
4. 如申請專利範圍第1項的生理感測電極，其中所述含銀導電層直接配置在所述含碳導電層及所述通道層之間，且所述含銀導電層具有至少一貫孔，以使得所述通道層通過所述含銀導電層而與所述含碳導電層接觸。
5. 如申請專利範圍第4項的生理感測電極，其中所述含碳導電層具有至少一貫孔，且所述通道層穿過所述含銀導電層及所述含碳導電層。
6. 如申請專利範圍第1項的生理感測電極，其中所述生理感測電極為球形結構，且所述含碳導電層完全包覆所述含銀導電層及所述通道層。
7. 如申請專利範圍第6項的生理感測電極，其中所述通道層配置在所述含碳導電層及所述含銀導電層之間。
8. 如申請專利範圍第6項的生理感測電極，其中所述含銀導電層配置在所述含碳導電層及所述通道層之間。
9. 如申請專利範圍第8項的生理感測電極，其中所述含銀導電層具有至少一貫孔，以使得所述通道層通過所述含銀導電層而與所述含碳導電層接觸。
10. 如申請專利範圍第1項的生理感測電極，其中所述通道層的材料包括矽膠、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、聚氨酯(PU)或其組合。
11. 如申請專利範圍第1項的生理感測電極，其中所述含碳導電層的厚度介於0.005毫米至5毫米，所述含銀電層的厚度介於0.005毫米至5毫米，且所述通道層的厚度介於0.005毫米至3毫米。