[發(fā)明專利]取向碳納米管自粘附干電極及其制備工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810042398.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108294747A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴為華;邢瀟;孫雪梅;劉智多;陳弘達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): A61B5/0478
• 分類號(hào): A61B5/0478
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開(kāi)了一種取向碳納米管自粘附干電極及其制備工藝。所述干電極包括取向碳納米管自粘附層、柔性支撐層、雙層柔性導(dǎo)電薄膜及導(dǎo)線。本發(fā)明采用了電化學(xué)和微機(jī)械加工的方式制備干電極，此種干電極具備粘附性和柔性，且質(zhì)量超輕，不足20g，能夠穩(wěn)定的和皮膚接觸并減小運(yùn)動(dòng)偽跡，同時(shí)增強(qiáng)了使用者的可穿戴舒適度，使用后可隨時(shí)去除，不會(huì)殘留，免除清洗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電生理信號(hào)傳感采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及取向碳納米管自粘附干電極及其制備工藝。

背景技術(shù)

電生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)和采集扮演著越來(lái)越為重要的角色，特別是圍繞心電和腦電信號(hào)的采集傳感器近年來(lái)被大力發(fā)展。通常情況下，電極佩戴好以后，為了使電極與皮膚之間形成良好穩(wěn)定的電接觸，需要逐個(gè)向電極下方注入包含特定離子及導(dǎo)電特性、同時(shí)具有適當(dāng)粘度的導(dǎo)電膏。為了防止導(dǎo)電膏向四周溢出，一般的電極都設(shè)計(jì)成桶狀或碗狀，注入的電極膏填充在頭皮(皮膚)與電極之間，起著潤(rùn)濕皮膚及消除毛發(fā)造成的電隔離，為腦電采集提供一個(gè)較低的電極/組織界面。直到現(xiàn)在，這種電極結(jié)構(gòu)及配合導(dǎo)電膏安放策略一直是信號(hào)質(zhì)量最佳的一種電生理信號(hào)采集器件。

盡管在電信號(hào)采集質(zhì)量方面占有優(yōu)勢(shì)，但這種電極的缺點(diǎn)主要存在三方面：一是使用準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，需要逐個(gè)電極注入導(dǎo)電膏，一個(gè)人很難單獨(dú)完成電極的佩戴；第二個(gè)是受試者使用完這種電極后，頭發(fā)及頭皮部位會(huì)有嚴(yán)重的導(dǎo)電膠殘留，需要洗頭方可去除，給用戶造成很大的不便；第三是不適用于長(zhǎng)期的慢性電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)。伴隨著時(shí)間推移，導(dǎo)電液會(huì)逐漸的揮發(fā)、蒸發(fā)，增大皮膚電極界面阻抗。隨著腦電在健康監(jiān)護(hù)及腦機(jī)接口方面應(yīng)用的展開(kāi)和深入，這種電極+導(dǎo)電膏的方式的不足越來(lái)越凸顯。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，為了自我健康監(jiān)護(hù)或娛樂(lè)，使用者很難容忍用這種他人安放、用后洗頭的操作模式。為此一些機(jī)構(gòu)研發(fā)出了不需要導(dǎo)電膏的干電極，如M.A.Lopez-Gordo等人2014年在SENSORS期刊上發(fā)表的《DryEEG Electrodes》一文中，對(duì)近些年主要干電極公司及產(chǎn)品進(jìn)行了綜述和總結(jié)，這些干電極器件無(wú)論在使用舒適度方面還是在信號(hào)質(zhì)量方面，都無(wú)法和濕電極相比。為了消除頭發(fā)的阻隔，干電極器件大都采用梳狀結(jié)構(gòu)，利用梳齒穿過(guò)頭發(fā)，缺少了導(dǎo)電膏緩沖的同時(shí)，梳齒較小的橫截面直接接觸頭皮本身就有一定的不適，同時(shí)為了使接觸更穩(wěn)定，往往還需要在梳狀干電極上施加更大的壓力。在阻抗及信號(hào)穩(wěn)定性方面，由于缺乏導(dǎo)電膏的緩沖，干電極器件對(duì)運(yùn)動(dòng)干擾往往非常敏感，這對(duì)具有穿戴要求的系統(tǒng)是非常不利的。同時(shí)在長(zhǎng)期的研究中發(fā)現(xiàn)，金屬電極或其他聚合物材料形成的干電極絕大多數(shù)存在硬度過(guò)硬，佩戴不舒適等現(xiàn)象，特別是使用在人腦實(shí)驗(yàn)時(shí)，給受試者帶來(lái)一定程度的疼痛感。在固定方式上干電極和濕電極一樣需要借助帽子或是其他特別的裝置，使用十分不便。

針對(duì)上述電生理采集傳感器存在的問(wèn)題，以及結(jié)合現(xiàn)有一些發(fā)明專利存在的問(wèn)題提出了一種取向碳納米管自粘附干電極及其制備工藝，這種碳納米管干電極具備絨毛結(jié)構(gòu)和粘附性，免去了佩戴電極后逐個(gè)注膠的工序，實(shí)現(xiàn)即戴即用；同時(shí)采用柔性薄膜支撐結(jié)構(gòu)，使得器件具有很好的柔性和延展性，可以和皮膚緊密貼敷。雙層的導(dǎo)電薄膜可隨著柔性支撐層形變而改變，保證穩(wěn)定的電連接，減少運(yùn)動(dòng)偽跡和噪聲。銀絲或金絲的導(dǎo)線質(zhì)量超輕，進(jìn)一步降低了器件整體的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了輕薄的理念，幫助器件在運(yùn)動(dòng)中慣性小，同樣減小了噪聲和偽跡。由于輕薄的柔性結(jié)構(gòu)以及超輕的質(zhì)量，該器件大大提升了佩戴舒適度。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有的干、濕電極在佩戴舒適度、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)以及皮膚電極界面阻抗不穩(wěn)定等問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種取向碳納米管自粘附干電極及其制備工藝。其中所設(shè)計(jì)的取向碳納米管自粘附干電極，具備雙層的柔性結(jié)構(gòu)，可根據(jù)皮膚弧度進(jìn)行適應(yīng)性形變，和皮膚緊密貼敷。同時(shí)由于取向碳納米管自粘附結(jié)構(gòu)，能夠吸附在皮膚表面，降低器件的接觸阻抗。與傳統(tǒng)干電極及濕電極需要借助笨重的帽子和裝置固定不同，該電極質(zhì)量小于20g，不需要外物輔助固定，極大的改善了使用舒適度。

(二)技術(shù)方案