专利名称：柔性生理干电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及生物医学领域，具体涉及一种柔性生理干电极及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着人口老龄化的问题日益突出，使得医疗保健、家庭护理系统的发展成为迫切的需求。传统的医疗方法对于疾病的治疗多为病发后的治疗，不能很好地做到预防和实时诊治，而无线体域网代表的新技术则能通过对已有生理参数的实时分析处理，从而对发病前进行预警，或对发病时提供及时的应急方案。在无线体域网系统中，生理电极起着至关重要的作用。面向无线体域网的生理电极可以用来测量人体的生理电信号，如心电图(ECG)、脑电图(EEG)、肌电图(EMG)等。人体生理电信号是体内一部分活性细胞(如神经元、肌肉组织等)的电化学活动 的结果，生理电信号经过容积导体传播到人体表面，并为生理电极所接受。当人体发生病理或功能改变时，这种曲线即发生相应的改变，从而为临床提供一种诊断、治疗、监测的手段。生理电信号采集的传统设备是基于湿电极的。由于皮肤角质层阻抗比较高，为了减小电极与皮肤之间的接触阻抗，提高信号质量，使用者在采集生理电信号前需要在皮肤表面涂抹导电膏和对皮肤进行处理(如清洗、摩擦等)以减少角质层对采集到的生理电信号的影响。但是涂抹导电膏需要在外人辅助下进行，并且花费较长时间，因此，涂抹导电膏是一项耗时耗力地的工作。而且导电膏常常会在一到两个小时后脱水变干，无法进行长期采集生理电信号。另外，皮肤的处理常常对皮肤产生很大的伤害，造成皮肤的感染、红肿等病症，尤其是对于儿童和老龄人来说，皮肤的伤害更为明显。经对现有技术文献的检索发现，Suzushi Nishimura, Yutaka Tomita等人在IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING39(I):1096-1099 撰文“ClinicalApplication of an Active Electrode Using an Operational Amplifier，，( “应用于诊所的带有运放的主动电极”)，该文提及采用不锈钢制作的干电极用来测量生理电信号。该电极工作时无需在皮肤表面涂抹导电膏以及对皮肤进行处理步骤，解决了湿电极工作时遇到的问题。但是该干电极仍然存在两个主要问题一是该干电极是采用不锈钢这种刚性材料制成的，刚性材料的干电极与人体表面接触时存在空隙，导致降低了电极与皮肤的接触面积，从而增加了电极与皮肤的接触阻抗。接触阻抗是是电生理信号采集时候的一个重要参数，接触阻抗越低，信号质量越好。二是该干电极对使用者来说非常不舒适，也对使用者存在着潜在的安全问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性生理干电极，以解决现有刚性干电极存在的接触阻抗高且安全性能差的技术问题。针对上述现有技术中存在的不足和缺陷，本发明的另一目的在于提供柔性生理干电极的制备方法，以解决现有刚性干电极存在的接触阻抗高且安全性能差的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供一种柔性生理干电极，包括可导电聚二甲基硅氧烷电极和连接扣，可导电聚二甲基硅氧烷电极用于与皮肤接触，连接扣用于引出导线至测量电路，连接扣部分嵌在可导电聚二甲基硅氧烷内。依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极，该可导电聚二甲基硅氧烷电极由聚二甲基硅氧烷掺杂导电颗粒制成，导电颗粒采用碳纳米管，且碳纳米管的质量比为2%-10%。依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极，该可导电聚二甲基硅氧烷电极由聚二甲基硅氧烷掺杂导电颗粒制成，导电颗粒采用银粉，且银粉的质量比为84%。依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极，该连接扣的直径为2mm，厚度为3mm ο依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极，该可导电聚二甲基硅氧烷电极的直径为20mm,厚度为2mm。 为达到上述目的，本发明还提供一种柔性生理干电极的制备方法，包括以下步骤( I)将连接扣与一块箔片叠放在一起并放入一容器内；(2)将聚二甲基硅氧烷倒入容器内，将容器填满后放入烘箱内将聚二甲基硅氧烷固化。(3)固化后将连接有连接扣和箔片的聚二甲基硅氧烷从容器内拿出，去掉箔片，在固化后的二甲基硅氧烷上形成一凹槽。。(4)将聚二甲基硅氧烷与导电颗粒及固化剂混合，制成可导电聚二甲基硅氧烷。(5)将可导电聚二甲基硅氧烷浇注入去掉箔片后的聚二甲基硅氧烷的凹槽内，并放入烘箱内固化，固化后，将聚二甲基硅氧烷去掉，制成柔性生理干电极。依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极的制备方法，导电颗粒采用碳纳米管或银粉。依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极的制备方法，该箔片直径为O. 5cm-30mm,厚度为 1 mm-5mmη依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极的制备方法，该可导电聚二甲基硅氧烷的直径和厚度根据箔片的直径和厚度来确定，可导电聚二甲基硅氧烷的直径为O. 5cm-30mm,厚度为 1 mm-5mmη依照本发明较佳实施例所述的柔性生理干电极的制备方法，步骤(2)与步骤(5)中的在烘箱中固化是指在烘箱中70°C加热2小时。本发明的使用方法为将可导电聚二甲基硅氧烷电极贴在皮肤表面，电极接收到来自人体内部的生理信号，通过连接扣引出导线连接到外部的测量电路。由于采用聚二甲基硅氧烷制作可导电聚二甲基硅氧烷电极，因此，电极具有柔性特点，可以紧贴皮肤表面不留空隙，增加了电极与皮肤的接触面积，减小电极与皮肤的接触阻抗，提高了生理信号的采
集质量。本发明采用可导电聚二甲基硅氧烷浇铸的方法制作的柔性生理干电极，制作成本低，制作工艺简单。利用本发明改善了目前刚性干电极的不足，增加了电极与皮肤的接触面积，减小了电极与皮肤的接触阻抗，同时也提高脑电极的舒适性和安全性。利用本发明测量生理电信号，可操作性强，适合长期监测，拓宽了生理电极的应用范围。综上所述，与现有技术相比，本发明具有采集质量高、可靠性强、安全舒适、成本低且使用范围广泛的优点。
图I为本发明柔性生理干电极的结构示意图；图2a 图2d是本发明的柔性生理干电极制备过程示意图。
具体实施例方式以下结合附图，具体说明本发明。请参阅图1，一种柔性生理干电极，包括可导电聚二甲基硅氧烷电极I和连接扣2，可导电聚二甲基硅氧烷电极I用于与皮肤接触，连接扣2用于引出导线至测量电路，连接扣2部分嵌在可导电聚二甲基硅氧烷I内。 具体地，可导电聚二甲基硅氧烷电极I由聚二甲基硅氧烷掺杂导电颗粒制成，且导电颗粒采用碳纳米管或银粉，具体所掺杂的物质的质量比根据具体所掺杂的物质和具体的分散方法来确定。优选的，碳纳米管的质量比为2%-10% ;银粉的质量比为84%。更进一步地，连接扣2的直径为2mm，厚度为3mm。可导电聚二甲基硅氧烷电极2的直径为O. 5cm-30mm,厚度为优选的，直径为20mm,厚度为2mm。本发明还提供一种柔性生理干电极的制备方法，包括以下步骤( I)将连接扣与一块箔片叠放在一起并放入一容器内；本实例中，容器采用培养皿，在实际应用中，容器可以是培养皿、烧杯等中的任何一种。本发明采用的箔片可以是任何一种材料，箔片厚度可以根据电极的厚度来确定，优选的，箔片直径为O. 5cm_3cm,厚度为lmm-O· 5cm。(2)将聚二甲基硅氧烷倒入容器内，将容器填满后放入烘箱内将聚二甲基硅氧烷固化。(3)固化后将连接有连接扣和箔片的聚二甲基硅氧烷从容器内拿出，去掉箔片，在固化后的二甲基硅氧烷上形成一凹槽。( 4 )将聚二甲基硅氧烷与导电颗粒混合，制成可导电聚二甲基硅氧烷。具体的，导电颗粒采用碳纳米管或银粉等物质，具体的所掺杂的物质的质量比根据具体所掺杂的物质和具体的分散方法来确定，如采用碳纳米管，碳纳米管的质量比为2%-10% ;若采用银粉，则银粉的质量比为84%。(5)将可导电聚二甲基硅氧烷浇注入去掉箔片后的聚二甲基硅氧烷的凹槽内，并放入烘箱内固化，固化后，将聚二甲基硅氧烷去掉，制成柔性生理干电极。具体的，可导电聚二甲基娃氧烧的直径为O. 5cm-30mm,厚度为优选的，直径为20mm,厚度为2mm。步骤(2)与步骤(5)中的在烘箱中固化是指在烘箱中70°C加热2小时。以下列举实施例对本发明的柔性生理干电极的制备方法进行具体说明。实施例一如图2a至图2d所示，箔片3与连接扣2放置在培养皿4中，注入聚二甲基硅氧烷5，放入烘箱中在70°C条件下固化2个小时。固化后，去掉培养皿3，将聚二甲基硅氧烷连接箔片3和连接扣2翻转过来，去掉箔片3，在固化后的聚二甲基硅氧烷上形成一凹槽，然后将掺杂好碳纳米管的聚二甲基硅氧烷6浇铸进凹槽7中，放入烘箱中在70°C条件下固化2个小时。最后，去掉聚二甲基硅氧烷5便得到本发明柔性生理干电极，如图I所示。本实施例的实际应用要求所用尺寸如表I所示，其为本发明柔性生理干电极的一组优选设计参数。
箔片直径20mm
箔片厚度2^
连接扣直径2^
连接扣高度3mm
培养皿直径70mm
可导电聚二甲基硅氧烷直径 20^
可导电聚二甲基硅氧烷厚度 2^表一本发明采用可导电聚二甲基硅氧烷浇铸的方法制作的柔性生理干电极，制作成本低，制作工艺简单。利用本发明改善了目前刚性干电极的不足，增加了电极与皮肤的接触面积，减小了电极与皮肤的接触阻抗，同时也提高脑电极的舒适性和安全性。利用本发明测量生理电信号，可操作性强，适合长期监测，拓宽了生理电极的应用范围。以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。
权利要求
1.一种柔性生理干电极，用于生理电信号的测量，其特征在于，包括可导电聚二甲基硅氧烷电极和连接扣，所述可导电聚二甲基硅氧烷电极用于与皮肤接触，所述连接扣用于弓I出导线至测量电路，所述连接扣部分嵌在所述可导电聚二甲基硅氧烷内。
2.根据权利要求I所述的柔性生理干电极，其特征在于，所述可导电聚二甲基硅氧烷电极由聚二甲基硅氧烷掺杂导电颗粒制成，所述导电颗粒采用碳纳米管，且碳纳米管的质量比为2%-10%。
3.根据权利要求2所述的柔性生理干电极，其特征在于，所述可导电聚二甲基硅氧烷电极由聚二甲基硅氧烷掺杂导电颗粒制成，所述导电颗粒采用银粉，且银粉的质量比为84%。
4.根据权利要求I所述的柔性生理干电极，其特征在于，连接扣的直径为2_，厚度为3mm ο
5.根据权利要求I和2所述的柔性生理干电极，其特征在于，可导电聚二甲基硅氧烷电极的直径为20mm,厚度为2mm。
6.一种如权利要求1-5项所述的柔性生理干电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将连接扣与一块箔片叠放在一起并放入一容器内； (2)将聚二甲基硅氧烷倒入所述容器内，将容器填满后放入烘箱内将聚二甲基硅氧烷固化。
(3)固化后将连接有连接扣和箔片的聚二甲基硅氧烷从容器内拿出，去掉箔片，在固化后的二甲基硅氧烷上形成一凹槽。
(4 )将聚二甲基硅氧烷与导电颗粒混合，制成可导电聚二甲基硅氧烷。
(5)将可导电聚二甲基硅氧烷浇注入去掉箔片后的聚二甲基硅氧烷的凹槽内，并放入烘箱内固化，固化后，将聚二甲基硅氧烷去掉，制成柔性生理干电极。
7.根据权利要求6所述的柔性生理干电极的制备方法，其特征在于，所述导电颗粒采用碳纳米管或银粉。
8.根据权利要求6所述的柔性生理干电极的制备方法，其特征在于，所述箔片直径为O. 5cm-30mm,厚度为 1 mm-5mmη
9.根据权利要求6和7所述的柔性生理干电极的制备方法，其特征在于，所述可导电聚二甲基娃氧烧的直径为O. 5cm-30mm,厚度为lmm-5mm。
10.根据权利要求6所述的柔性生理干电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)与步骤(5)中所述的在烘箱中固化是指在烘箱中70°C加热2小时。
全文摘要
本发明涉及一种柔性生理干电极及其制备方法，该柔性生理干电极包括可导电聚二甲基硅氧烷电极和连接扣，可导电聚二甲基硅氧烷电极用于与皮肤接触，连接扣用于引出导线至测量电路，连接扣部分嵌在可导电聚二甲基硅氧烷内。本发明具有采集质量高、可靠性强、安全舒适、成本低且使用范围广泛的优点。
文档编号A61B5/04GK102824168SQ20121022806
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者刘景全, 王龙飞, 彭慧玲, 杨春生, 杨斌 申请人:上海交通大学