石墨烯纳米墙柔性心电电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种石墨烯纳米墙柔性心电电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]心脏在每个心动周期中，在起搏点、心房、心室相继兴奋的过程中均伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电。由于心脏周围的组织和体液都可以导电，因此，可以心脏为电源，人体作为容积导体，将心肌细胞动作电位变化的总和传导至体表。所以，不同体表位置间存在电位差或处于等电位，将这些电活动变化收集起来形成曲线图形，就是心电图。再通过对心电图分析，便可以了解人体心脏的状态。
[0003]不同体表处间电位差的采集方式对于心电图准确反应人体心脏状态有重大影响。现在普遍应用的作为采集不同体表处之间电位差的电极有很多，但大多都是以金属为主要材料制备而成的。而金属材料作为电极，其抗腐蚀性能、抗干扰和抗噪声能力均较差，在微电流通过时容易产生极化。
[0004]石墨稀自2004年由英国科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov首次剥离出来后，展现出了非常优良的物理性质。石墨烯的电阻率只有约10_8Ω.πι，而且电子迀移率高达IS^OOcm2V-1S'与此同时，碳元素几乎没有核磁矩，石墨烯拥有很好的电磁屏蔽能力。因此，有人考虑将石墨烯作为导电层加到金属电极的表层，但这样做有以下缺点:石墨烯与金属电极之间存在接触电阻，并不能有效提高电极的导电性能。
[0005]因此，有必要在现有技术的基础上对采用石墨烯作为心电电极的方案作进一步的改进。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯纳米墙柔性心电电极，该电极集柔性、优良导电性、不易极化、抗干扰和抗噪声的优点为一体，能够更好地与体表贴合；本发明还提供了上述电极的制备方法。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]1、石墨烯纳米墙柔性心电电极，所述柔性心电电极包括柔性衬底层和石墨烯纳米墙层；所述石墨烯纳米墙层边缘涂有一层导电银胶，所述导电银胶连接金属导线。
[0009]进一步，所述金属导线为银导线。
[0010]进一步，所述柔性衬底层和石墨烯纳米墙层通过粘结剂进行粘合。
[0011]进一步，所述柔性衬底层为聚对苯二甲酸乙二醇酯或以聚酰亚胺为基材的聚合物。
[0012]进一步，所述聚酰亚胺为基材的聚合物包括聚双马来酰亚胺或降冰片烯基封端聚酰亚胺树脂。
[0013]进一步，所述石墨烯纳米墙层通过等离子体增强化学气相沉积法制备得到。
[0014]进一步，所述等离子体增强化学气相沉积法具体条件为生长压力30?lOOPa，生长温度为600-750°C，射频功率为100W，所用气体为氢气与甲烷按体积比为2:3组成的混合气，生长时间为5-30min。
[0015]进一步，所述粘结剂为聚二甲基硅氧烷、UV紫外固化胶或热固性树脂。
[0016]2、石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备方法，包括如下步骤:
[0017](I)通过等离子体增强化学气相沉积法在金属片表面沉积一层石墨烯纳米墙薄膜；
[0018](2)在石墨烯纳米墙薄膜边缘涂一层导电银胶，导电银胶上连接金属导线；
[0019](3)将步骤⑵获得的含有导电银胶和金属导线的石墨烯纳米墙薄膜转移到柔性衬底上；
[0020](4)去除金属片即得石墨烯纳米墙柔性心电电极。
[0021]进一步，所述金属片为铜箔或镍箔。
[0022]进一步，所述步骤(3)所述转移步骤为在柔性衬底上涂一层粘结剂，将石墨烯纳米墙薄膜通过粘结剂与柔性衬底重合并固定其上。
[0023]进一步，所述步骤(4)所述去除金属片为采用刻蚀的方法去除。
[0024]本发明的有益效果在于:本发明通过等离子体增强化学气相沉积法，先在金属片上生长石墨烯纳米墙，然后将石墨烯纳米墙转移至柔性衬底上，最后刻蚀金属片来实现石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备。由于石墨烯纳米墙是一种由垂直于基底的二维石墨烯片层形成的边缘高度开放的石墨烯材料，因此仍保留了石墨烯优良的物理性质，另外，石墨烯纳米墙与石墨烯相比，还具有导电性更好，接触面积更大的特点，使其更适合作为心电电极直接使用，而无需与金属电极联合使用。本发明得到的石墨烯纳米墙柔性心电电极由于柔性更好，与体表贴合更紧密，采集的电位差更准确；并且，所述电极阻抗低，导电性能优良，不易产生极化，抗干扰，抗噪声。另外，石墨烯的耐腐蚀性还可大大延长电极的使用寿命。本发明操作简便，制作周期短，更容易大规模生产。
【附图说明】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图:
[0026]图1实施例1所述石墨烯纳米墙柔性心电电极；
[0027]图2实施例2所述石墨烯纳米墙柔性心电电极。
【具体实施方式】
[0028]下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0029]实施例1
[0030]本实施例所述石墨烯纳米墙柔性心电电极无需通过粘结剂进行粘合，所用柔性衬底，即聚二甲基硅氧烷同时具有粘结剂的作用。
[0031]本实施例所述石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备方法(流程见图1)，具体步骤如下:
[0032]I)将铜箔依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗lOmin，用氮气吹干备用；
[0033]2)将干燥后的铜箔放置于等离子体增强化学气相沉积系统真空腔体中通过等离子体增强化学气相沉积法进行石墨烯纳米墙生长；石墨烯纳米墙薄膜的生长条件为压力30?lOOPa，生长温度600-750°C，所用气体为氢气与甲烷的混合气(氢气体积:甲烷体积=2:3)，生长时间5-30min，获得在铜箔上的石墨稀纳米墙薄膜；
[0034]3)在石墨烯纳米墙薄膜边缘涂一层导电银胶，导电银胶连接银导线；然后将整个材料放置在加热台上，加热温度150°C，加热时间为30min，以保证固化完全；
[0035]4)将聚二甲基硅氧烷均匀涂覆在含有导电银胶和银导线的石墨烯纳米墙薄膜表面，涂覆厚度l_2mm ;然后将整个材料放置在100°C烘烤lh，再于120°C烘烤lh，聚二甲基硅氧烧固化完全；
[0036]5)在浓度为3M硝酸铁中刻蚀铜箔，刻蚀时间3h ;铜箔刻蚀完全后，取出并清洗，晾干，得到石墨烯纳米墙柔性心电电极。
[0037]实施例2
[0038]本实施例所述石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备方法(流程见图2)，具体步骤如下:
[0039]I)将镍箔分别置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗lOmin，用氮气吹干备用；
[0040]2)将干燥后的铜箔放置于等离子化学气相沉积系统真空腔体中通过等离子体增强化学气相沉积法进行石墨烯纳米墙薄膜生长；石墨烯纳米墙薄膜的生长条件为压力30?lOOPa，生长温度600-750°C，所用气体为氢气与甲烷的混合气(氢气体积:甲烷体积=2:3)，生长时间5-30min，获得在铜箔上的石墨稀纳米墙薄膜；
[0041]3)在石墨烯纳米墙薄膜边缘涂覆一层导电银胶，导电银胶连接银导线；然后将整个材料放置在加热台上，加热温度150°C，加热时间为30min，以保证固化完全；
[0042]4)将聚二甲基硅氧烷均匀涂覆在含有导电银胶和银导线的石墨烯纳米墙薄膜表面，涂覆厚度在Imm以内，再将聚对苯二甲酸乙二醇醋覆盖其上，与石墨稀纳米墙薄膜重合，最后100°C烘烤Ih ；
[0043]5)在浓度为3M硝酸铁中刻蚀铜箔，刻蚀时间为3h，铜箔刻蚀完全后，取出并清洗，晾干，得到以聚对苯二甲酸乙二醇酯为衬底的石墨烯纳米墙柔性心电电极。
[0044]需要指出的是，虽然实施例列举有限，然而本领域技术人员公知，其它诸如以聚酰亚胺为基材的聚合物仍旧可以作为柔性衬底，粘结剂同样也不限于聚二甲基硅氧烷。
[0045]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述柔性心电电极包括柔性衬底层和石墨烯纳米墙层；所述石墨烯纳米墙层边缘涂有一层导电银胶，所述导电银胶连接金属导线。
2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述柔性衬底层和石墨烯纳米墙层通过粘结剂进行粘合。
3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述柔性衬底层为聚对苯二甲酸乙二醇酯或以聚酰亚胺为基材的聚合物。
4.根据权利要求3所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述聚酰亚胺为基材的聚合物为聚双马来酰亚胺或降冰片烯基封端聚酰亚胺树脂。
5.根据权利要求1所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述石墨烯纳米墙层通过等离子体增强化学气相沉积法制备得到。
6.根据权利要求5所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积法具体条件为生长压力30?lOOPa，生长温度为600-750°C，射频功率为100W，所用气体为氢气与甲烷按体积比为2:3组成的混合气，生长时间为5-30min。
7.根据权利要求2所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极，其特征在于，所述粘结剂为聚二甲基硅氧烷、UV紫外固化胶或热固性树脂。
8.权利要求1-7任一项所述石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)通过等离子体增强化学气相沉积法在金属片表面沉积一层石墨烯纳米墙薄膜； (2)在石墨烯纳米墙薄膜边缘涂一层导电银胶，导电银胶上连接金属导线； (3)将步骤(2)获得的含有导电银胶和金属导线的石墨烯纳米墙薄膜转移到柔性衬底上; (4)去除金属片即得石墨稀纳米墙柔性心电电极。
9.根据权利要求8所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备方法，其特征在于，所述金属片为铜箔或镍箔。
10.根据权利要求8所述的石墨烯纳米墙柔性心电电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)所述转移步骤为在柔性衬底上涂一层粘结剂，将石墨烯纳米墙薄膜通过粘结剂与柔性衬底重合并固定其上。
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯纳米墙柔性心电电极及其制备方法，所述柔性心电电极包括柔性衬底层和石墨烯纳米墙层；所述石墨烯纳米墙层的边缘涂有一层导电银胶，所述导电银胶连接有金属导线。本发明得到的石墨烯纳米墙柔性心电电极由于柔性更好，与体表贴合更紧密，采集的电位差更准确；并且，所述电极阻抗低，导电性能优良，不易产生极化，抗干扰，抗噪声。另外，石墨烯的耐腐蚀性还可大大延长电极的使用寿命。本发明操作简便，制作周期短，更容易大规模生产。
【IPC分类】A61B5-0408
【公开号】CN104739403
【申请号】CN201510168806
【发明人】魏大鹏, 刘盾, 宋雪芬, 杨俊 , 孙泰, 史浩飞, 杜春雷
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月10日