一种柔性阵列式肌电电极及其制备方法和应用

本发明涉及生物电检测，具体涉及一种柔性阵列式肌电电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、表面肌电图(semg)是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，其与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性，因而能够在一定程度上反映神经肌肉的活动，常被用于健康监测和疾病治疗。

2、肌电电极是测量肌电信号的关键部件，传统的semg采集设备采用的是商用的银/氯化银电极，其无法实现长期高保真semg信号的采集，且由于电极不可拉伸，当皮肤因人类活动而变形时，由于模量的显著差异会导致电极和皮肤之间的界面脱层，难以完全满足实际应用要求。近年来，肌电电极慢慢趋向于阵列化和柔性化，但现有的肌电电极应用于喉部等具有复杂曲面和在运动过程中具有大变形的区域时仍然容易出现运动伪影。而且，目前可拉伸肌电电极主要基于激光加工或者光刻来制备蛇形金属线路，不仅制备工艺复杂，且需要昂贵的仪器设备，无法实现廉价地大批量生产。此外，现有的可拉伸肌电电极的长期使用稳定性较差，难以满足实际应用要求。

3、因此，开发一种可拉伸性好、界面阻抗低、黏附性大、稳定性好、成本低廉的柔性阵列式肌电电极具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔性阵列式肌电电极及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种柔性阵列式肌电电极，其组成包括依次层叠设置的柔性基底、柔性电极层和柔性绝缘层，还包括若干水凝胶盖片；所述柔性电极层包含若干电极触点，且任一电极触点均连接有导电线路；所述电极触点表面均覆盖有水凝胶盖片；所述柔性绝缘层对应电极触点的位置均设置有孔洞；所述水凝胶盖片的组成包括聚两性电解质水凝胶。

4、优选地，所述柔性基底为聚氨酯膜、聚二甲基硅氧烷膜、苯乙烯系嵌段共聚物膜中的一种。

5、优选地，所述柔性基底的厚度为20μm～100μm。

6、优选地，所述柔性绝缘层为聚氨酯膜、聚二甲基硅氧烷膜、苯乙烯系嵌段共聚物膜中的一种。

7、优选地，所述柔性绝缘层的厚度为5μm～50μm。

8、优选地，所述聚两性电解质水凝胶由4-苯乙烯磺酸钠盐、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和α-酮戊二酸聚合得到，或者，由4-苯乙烯磺酸钠盐、n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵和α-酮戊二酸聚合得到。

9、优选地，所述4-苯乙烯磺酸钠盐的摩尔量与4-苯乙烯磺酸钠盐和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的总摩尔量的比为0.48～0.52:1。

10、优选地，所述α-酮戊二酸的摩尔量为4-苯乙烯磺酸钠盐、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和α-酮戊二酸的总摩尔量的0.8％～1.2％。

11、优选地，所述4-苯乙烯磺酸钠盐的摩尔量与4-苯乙烯磺酸钠盐和n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵的总摩尔量的比为0.48～0.52:1。

12、优选地，所述α-酮戊二酸的摩尔量为4-苯乙烯磺酸钠盐、n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵和α-酮戊二酸的总摩尔量的0.8％～1.2％。

13、优选地，所述聚两性电解质水凝胶通过以下方法制成：将4-苯乙烯磺酸钠盐、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵/n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵、α-酮戊二酸分散在甘油-水混合溶剂中，再进行紫外光引发聚合，即得聚两性电解质水凝胶。该聚两性电解质水凝胶具有高导电性，且具有优异的黏附性和长期使用性(甘油的加入可以赋予水凝胶高抗失水性能，同时也提高了水凝胶的粘附性)，此外，该聚两性电解质水凝胶具有较高浓度的自由离子，阻抗低。

14、优选地，所述分散在温度为60℃～80℃的条件下进行。

15、优选地，所述甘油-水混合溶剂中甘油的质量分数为25％～75％。

16、优选地，所述紫外光引发聚合在室温(25℃±5℃)下进行。

17、优选地，所述柔性电极层中任意相邻电极触点之间的距离为10mm～20mm。

18、优选地，所述电极触点呈圆形，直径为3mm～7.5mm。

19、优选地，所述水凝胶盖片的厚度为0.5mm～1.5mm。

20、优选地，所述柔性阵列式肌电电极呈v形。

21、一种如上所述的柔性阵列式肌电电极的制备方法包括以下步骤：

22、1)将可拉伸导电浆料丝网印刷在柔性基底的一面，再进行加热固化形成柔性电极层；

23、2)将预设有孔洞的柔性绝缘材料覆盖在柔性电极层上，再进行热压贴合形成柔性绝缘层；

24、3)将聚两性电解质水凝胶制备原料涂覆在柔性电极层中的电极触点表面，再进行紫外光引发聚合形成水凝胶盖片，即得柔性阵列式肌电电极。

25、本发明将可拉伸导电浆料丝通过丝网印刷直接在柔性基底上成型，且采用热压即可完成器件的封装，易于大批量生产。

26、优选地，步骤1)所述可拉伸导电浆料为可拉伸导电银浆。

27、优选地，步骤1)所述加热固化在温度为110℃～130℃的条件下进行，加热固化的时间为15min～25min。

28、优选地，步骤2)所述热压贴合在温度为140℃～160℃、压力为1.0mpa～1.2mpa的条件下进行，热压贴合的时间为10s～20s。

29、一种肌电信号采集装置，其包含上述柔性阵列式肌电电极。

30、一种电生理信号采集方法，其包括以下步骤：将上述柔性阵列式肌电电极覆盖到受试者的皮肤(例如：人喉部皮肤)表面获取肌电信号。

31、本发明的有益效果是：本发明的柔性阵列式肌电电极具有可拉伸性好、界面阻抗低、黏附性大、稳定性好，且其制备工艺简单、成本低廉(单片不超过20元)，能够在皮肤变形情况下准确地监测肌电信号，且能够长时间保持高信噪比，适合用于吞咽动作的肌电检测。

技术特征：

1.一种柔性阵列式肌电电极，其特征在于，组成包括依次层叠设置的柔性基底、柔性电极层和柔性绝缘层，还包括若干水凝胶盖片；所述柔性电极层包含若干电极触点，且任一电极触点均连接有导电线路；所述电极触点表面均覆盖有水凝胶盖片；所述柔性绝缘层对应电极触点的位置均设置有孔洞；所述水凝胶盖片的组成包括聚两性电解质水凝胶。

2.根据权利要求1所述的柔性阵列式肌电电极，其特征在于：所述柔性基底为聚氨酯膜、聚二甲基硅氧烷膜、苯乙烯系嵌段共聚物膜中的一种。

3.根据权利要求1所述的柔性阵列式肌电电极，其特征在于：所述柔性绝缘层为聚氨酯膜、聚二甲基硅氧烷膜、苯乙烯系嵌段共聚物膜中的一种。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的柔性阵列式肌电电极，其特征在于：所述聚两性电解质水凝胶由4-苯乙烯磺酸钠盐、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和α-酮戊二酸聚合得到，或者，由4-苯乙烯磺酸钠盐、n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵和α-酮戊二酸聚合得到。

5.根据权利要求4所述的柔性阵列式肌电电极，其特征在于：所述4-苯乙烯磺酸钠盐的摩尔量与4-苯乙烯磺酸钠盐和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的总摩尔量的比为0.48～0.52:1；所述α-酮戊二酸的摩尔量为4-苯乙烯磺酸钠盐、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和α-酮戊二酸的总摩尔量的0.8％～1.2％。

6.根据权利要求4所述的柔性阵列式肌电电极，其特征在于：所述4-苯乙烯磺酸钠盐的摩尔量与4-苯乙烯磺酸钠盐和n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵的总摩尔量的比为0.48～0.52:1；所述α-酮戊二酸的摩尔量为4-苯乙烯磺酸钠盐、n,n,n-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵和α-酮戊二酸的总摩尔量的0.8％～1.2％。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的柔性阵列式肌电电极，其特征在于：所述柔性电极层中任意相邻电极触点之间的距离为10mm～20mm；所述电极触点呈圆形，直径为3mm～7.5mm。

8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的柔性阵列式肌电电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种肌电信号采集装置，其特征在于，包含权利要求1～7中任意一项所述的柔性阵列式肌电电极。

10.一种电生理信号采集方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1～7中任意一项所述的柔性阵列式肌电电极覆盖到受试者的皮肤表面获取肌电信号。

技术总结
本发明公开了一种柔性阵列式肌电电极及其制备方法和应用。本发明的柔性阵列式肌电电极的组成包括依次层叠设置的柔性基底、柔性电极层和柔性绝缘层，还包括若干水凝胶盖片；柔性电极层包含若干电极触点，且任一电极触点均连接有导电线路；电极触点表面均覆盖有水凝胶盖片；柔性绝缘层对应电极触点的位置均设置有孔洞；水凝胶盖片的组成包括聚两性电解质水凝胶。本发明的柔性阵列式肌电电极具有可拉伸性好、界面阻抗低、黏附性大、稳定性好，且其制备工艺简单、成本低廉，能够在皮肤变形情况下准确地监测肌电信号，且能够长时间保持高信噪比，适合用于吞咽动作的肌电检测。

技术研发人员：蒋宏杰,谢龙汉,张顶,肖龙亚,朱毅,欧成健,陈芝涛,朱北辰
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15