專利名稱：基于石墨烯的柔性冠狀心電電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
心電圖是醫(yī)生用于診斷人體心臟疾病和監(jiān)測人體健康狀況的重要依據(jù)。通常，心電電極通過導(dǎo)聯(lián)線將心臟附近的電信號(hào)傳遞給心電圖機(jī)。其中，心電電極的阻抗、極化特性、生物穩(wěn)定性等特性會(huì)對(duì)電生理信號(hào)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大影響。目前，可用于測量心電信號(hào)的電極有金屬平板電極、吸附電極、圓盤電極、懸浮電極、干電極和軟電極等。按其制作材料又可分為銅合金鍍銀電極、鎳銀合金電極、鋅銀銅合金電極、不銹鋼電極和銀-氯化銀電極
坐寸ο目前，作為柔性基底材料的主要有聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)二甲苯(PA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。其中，PDMS早在上世紀(jì)60年代就開始應(yīng)該用于各種植入式器件和封裝。相比而言，PDMS的生物安全性已經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可。此外，PDMS的楊氏模量(Mpa)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PI和PA的楊氏模量(Gpa)，因此PDMS具有更好的柔韌性和延展性。然而，PDMS表面的金屬層制作和圖形化一直是個(gè)難題。PDMS的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬材料的熱膨脹系數(shù)，而且PDMS材料表面能較低，與金屬薄膜的粘附性較差。因此，以PDMS作為柔性基底制作金屬層時(shí)容易出現(xiàn)金屬層脫落或龜裂，從而影響電極的導(dǎo)電效果，甚至是使導(dǎo)電性失效。石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，它具備許多獨(dú)特的性質(zhì)，比如石墨烯中電子的運(yùn)動(dòng)速度能夠達(dá)到光速的1/300，因此它擁有超強(qiáng)的導(dǎo)電性；石墨稀擁有超大比表面積，是潛在的聞效儲(chǔ)能材料；石墨稀是礦物質(zhì)中最軟的，有良好的韌性，可以彎曲。因此，石墨烯在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池、航空、軍工、新一代顯示器等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域都顯示出了巨大潛力。在制備微納米器件時(shí)，常需要對(duì)石墨烯進(jìn)行圖形化處理。常用的石墨烯圖形化方法主要有光刻、離子刻蝕工藝或直接生長圖形化的石墨烯再轉(zhuǎn)移或納米壓印工藝。對(duì)石墨進(jìn)行光刻、離子刻蝕，得到圖形化的石墨烯。該方法精確度高，工藝難度大，圖形化過程中容易對(duì)石墨烯造成污染和損傷；直接生長圖形化的石墨烯再轉(zhuǎn)移，這種方法制備的石墨烯純度高，但成本較高；納米壓印法，在需要有圖形的地方印上石墨烯，缺點(diǎn)是無法得到較為復(fù)雜的圖形，同時(shí)制模成本也較高。如申請(qǐng)?zhí)枮?01010282148.0的中國專利所揭露的一種帶有放大器的心電干電極，所述心電干電極設(shè)有電極體、信號(hào)輸出線，所述電極體是由導(dǎo)電性能良好的金屬制作的導(dǎo)電片構(gòu)成，導(dǎo)電片形如草帽，設(shè)有平沿，中間設(shè)有凸圓，凸圓上再設(shè)多個(gè)凸點(diǎn)，導(dǎo)電片的外面有電鍍層；邊緣設(shè)有電信號(hào)輸出線；在凸圓下面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有微型放大電路板；凹槽內(nèi)還設(shè)有環(huán)氧樹脂密封層；電信號(hào)輸出線與放大電路板電連接；在導(dǎo)電片的周圍平沿上設(shè)有數(shù)個(gè)固定孔。顯然地，所述心電干電極之電極體由導(dǎo)電性能良好的金屬制作的導(dǎo)電片構(gòu)成，其導(dǎo)電性有限，質(zhì)地堅(jiān)硬，柔韌性欠佳，與人體皮膚的貼合性差，信噪比低。為此，尋求一種柔性、導(dǎo)電性好、貼合性佳，且信號(hào)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的心電電極成為成為本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。故針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本案設(shè)計(jì)人憑借從事此行業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)，積極研究改良，于是有了本發(fā)明一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的心電干電極之電極體由金屬制作的導(dǎo)電片構(gòu)成，其導(dǎo)電性有限，質(zhì)地堅(jiān)硬，柔韌性欠佳，與人體皮膚的貼合性差，信噪比低等缺陷提供一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極。本發(fā)明的又一目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，提供一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法。 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，所述冠狀心電電極包括柔性基底，所述柔性基底表面間隔設(shè)置凸部；金屬電極，所述金屬電極設(shè)置在所述柔性基底之凸部一側(cè)，并具有與所述柔性基底之凸部對(duì)應(yīng)設(shè)置的拱部，所述間隔設(shè)置的拱部構(gòu)成所述金屬電極之冠狀陣列；金屬種子層，所述金屬種子層設(shè)置在所述柔性基底與所述金屬電極之間；石墨烯導(dǎo)電層，所述石墨烯導(dǎo)電層設(shè)置在所述金屬電極之異于所述金屬種子層一側(cè)，并具有與所述金屬電極之冠狀陣列相應(yīng)的形貌；以及電極引線，所述電極引線與所述金屬電極連接，并穿設(shè)在所述柔性基底中?？蛇x地，所述金屬電極之拱部與所述柔性基底之凸部對(duì)應(yīng)設(shè)置的對(duì)應(yīng)方式為所述柔性基底之凸部收容在所述金屬電極之拱部所形成的容置空間內(nèi)，并通過所述金屬種子層與所述金屬電極形成均一的表面接觸，且所述金屬電極與所述柔性基底具有相應(yīng)的表面形貌?？蛇x地，所述柔性基底為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)二甲苯(PA)的其中之一。可選地，所述金屬電極為Cu電極?？蛇x地，所述金屬種子層為Cr/Cu種子層?？蛇x地，所述金屬電極之拱部的高度為1(Γ40μπι?？蛇x地，所述金屬電極之拱部的高度為28 μ m。可選地，所述拱部之間的間距為5 15 μ m?？蛇x地，所述拱部之間的間距為8 μ m。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之又一目的，本發(fā)明提供一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，所述制備方法包括執(zhí)行步驟SI :制備具有冠狀陣列的金屬電極；執(zhí)行步驟S2 :將所述電極引線與所述金屬電極相連，并在所述金屬電極之拱部所形成的容置空間內(nèi)澆灌用于形成所述柔性基底的PDMS，且在所述金屬電極之異于拱部的一側(cè)形成冗余PDMS，以形成所述柔性基底之支撐體；執(zhí)行步驟S3 :將步驟2所制備的冠狀心電電極之前驅(qū)體進(jìn)行抽真空處理，并放置于烘箱中恒溫保持I 5h ;
執(zhí)行步驟S4 :配置氧化石墨烯電解質(zhì)溶液，并通過電鍍工藝在所述具有冠狀陣列的金屬電極之異于所述柔性基底的表面電沉積石墨烯導(dǎo)電層，以獲得所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極?？蛇x地，所述恒溫溫度為6(T80°C中的任一溫度取值?？蛇x地，所述恒溫溫度為75°C，所述恒溫時(shí)間為3h?？蛇x地，所述具有冠狀陣列的金屬電極的制備方法進(jìn)一步包括執(zhí)行步驟Sll :提供Si基襯底，并在所述Si基襯底上淀積第一金屬種子層；執(zhí)行步驟S12 :在所述第一金屬種子層之異于所述Si基襯底的一側(cè)涂覆光阻層，并進(jìn)行前烘、曝光、顯影等工藝，獲得具有圖案化光阻層的Si基襯底；執(zhí)行步驟S13 :將具有圖案化光阻層的所述Si基襯底放置于烘箱中恒溫保持 llh，使得所述圖案化光阻層熱熔形成冠狀凸起；執(zhí)行步驟S14 :在所述Si基襯底之冠狀凸起所在的表面淀積金屬種子層；執(zhí)行步驟S15 :將具有所述金屬種子層的Si基襯底放置于金屬電極之電鍍液中，并在所述金屬種子層之異于所述Si基襯底的一側(cè)淀積形成所述金屬電極，所述金屬電極與所述光阻層之冠狀凸起對(duì)應(yīng)形成相應(yīng)的拱部，所述間隔設(shè)置的拱部構(gòu)成所述金屬電極之冠狀陣列；執(zhí)行步驟S16 :將具有冠狀凸起的Si基襯底浸入所述乙醇溶液，并釋放器件，以獲得所述具有冠狀陣列的金屬電極?？蛇x地，所述第一金屬種子層為Cr/Cu種子層。可選地,所述第一金屬種子層的厚度為20 80nm?？蛇x地，所述第一金屬種子層的厚度為50nm。可選地，涂覆所述光阻層采用多次分布涂覆的方式?？蛇x地，所述光阻層為正性光刻膠?？蛇x地，所述恒溫溫度為100 150°C之間的任一溫度取值?？蛇x地，所述恒溫溫度為120°C，所述恒溫時(shí)間為I. 5h?？蛇x地，所述電沉積氧化石墨烯導(dǎo)電層的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行步驟S41 :氧化石墨烯電解質(zhì)溶液的配置；執(zhí)行步驟S42 :以所述具有冠狀陣列的金屬電極作為陽極，以所述輔助電極為陰極，并在所述氧化石墨烯電解質(zhì)溶液中進(jìn)行電沉積，以制備本發(fā)明所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極?？蛇x地，所述氧化石墨烯電解質(zhì)溶液的配置，進(jìn)一步包括第一、稱量I. 5g石墨粉，并與6ml濃硫酸、I. 25g(NH4)2S208>I. 25gP205混合，置于80°C的水浴鍋中水浴4. 5h，形成第一前驅(qū)溶液；第二、將所述第一前驅(qū)溶液冷卻至室溫，并加入O. 25L去離子水稀釋、靜置，過濾、沖洗以獲取無酸殘留的第一混合沉淀物；第三、將所述第一混合沉淀物加入到60mL0°C的濃硫酸中，在混合攪拌的同時(shí)加入7. 5gKMn04，隨后在35°C恒溫條件下攪拌2h，獲得第二前驅(qū)溶液；第四、將所述第二前驅(qū)溶液放入冰水浴中，加入125mL去離子水稀釋，并混合攪拌2h后加入700mL去離子水和IOmL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2,獲得第三前驅(qū)溶液；
第五、將所述第三前驅(qū)溶液用體積百分比為I :10的鹽酸和去離子水溶液洗滌并抽濾至干，得到固體物，并將所述固體物在真空條件下，進(jìn)行40°C恒溫干燥處理，以獲得所述氧化石墨烯粉體；第六、量取250mg氧化石墨烯粉末，加入500mL去離子水配置成濃度為O. 5mg/mL的氧化石墨烯溶液，并超聲3h，以獲取均勻分布的氧化石墨烯電解質(zhì)溶液?？蛇x地，將所述柔性基底之支撐體設(shè)置在具有平整接觸面的輔助基底上，作為陽極；所述輔助電極為不銹鋼板，作為陰極?？蛇x地，所述輔助基底為片狀玻璃?？蛇x地，在所述電沉積過程中，所述陰極與所述陽極之間的間距為1cm，沉積電壓為20V，電沉積時(shí)間為50s。綜上所述，本發(fā)明所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極質(zhì)地柔軟，可彎曲；所述冠狀心電電極之金屬電極的冠狀陣列增加了皮膚與冠狀心電電極之間的接觸面積，使得心電信號(hào)增強(qiáng)，信噪比增加，穩(wěn)定性改善。同時(shí)，石墨烯導(dǎo)電層優(yōu)異的導(dǎo)電性能，使得本發(fā)明所述冠狀心電電極較傳統(tǒng)電極更能獲得優(yōu)質(zhì)的心電信號(hào)。另外，本發(fā)明所述冠狀心電電極在制備過程中，無須后續(xù)焊接電極引線，且采用電沉積工藝實(shí)現(xiàn)了石墨烯的圖案化，其制備工藝簡單，無污染，快捷簡便。


圖I所示為本發(fā)明基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所述為本發(fā)明基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法流程圖；圖3 圖8所示為本發(fā)明冠狀心電電極的金屬電極制備各階段的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9(a)、圖9(b)所示為采用本發(fā)明基于石墨烯的柔性冠狀心電電極測量的心電圖；圖10 (a)、圖10 (b)所示為采用傳統(tǒng)的Ag-Cl電極測量的心電圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1，圖I所示為本發(fā)明基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的結(jié)構(gòu)示意圖。所述冠狀心電電極I包括柔性基底11，所述柔性基底11表面間隔設(shè)置凸部111 ;金屬電極12，所述金屬電極12設(shè)置在所述柔性基底11之凸部111 一側(cè)，并具有與所述柔性基底11之凸部111對(duì)應(yīng)設(shè)置的拱部121，所述間隔設(shè)置的拱部121構(gòu)成所述金屬電極12之冠狀陣列122 ;金屬種子層13，所述金屬種子層13設(shè)置在所述柔性基底11與所述金屬電極12之間，用于緩解所述柔性基底11與所述金屬電極12之間的內(nèi)應(yīng)力，防止所述金屬電極12淀積在所述柔性基底11上出現(xiàn)裂紋；石墨烯導(dǎo)電層14，所述石墨烯導(dǎo)電層14設(shè)置在所述金屬電極12之異于所述金屬種子層13 —側(cè)，并具有與所述金屬電極12之冠狀陣列122相應(yīng)的形貌，以及電極引線15，所述電極引線15與所述金屬電極12連接。具體地，所述柔性基底11包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)二甲苯(PA)。所述金屬電極12之拱部121與所述柔性基底11之凸部111對(duì)應(yīng)設(shè)置的作動(dòng)關(guān)系，本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解為所述柔性基底11之凸部111收容在所述金屬電極12之拱部121形成的容置空間123內(nèi)，并通過所述金屬種子層13與所述金屬電極12形成均一的表面接觸，且所述金屬電極12與所述柔性基底11具有相應(yīng)的表面形貌。所述金屬電極12為Cu電極。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述金屬電極12之拱部121的高度為10 40 μ m。所述拱部121之間的間距為5 15μπι。更具體地，所述金屬電極12之拱部121的高度為28 μ m。所述拱部121之間的間距為8 μ m。所述金屬種子層13為Cr/Cu種子層。所述電極引線15穿設(shè)所述柔性基底11并與所述金屬電極12連接。請(qǐng)參閱圖2，并結(jié)合參閱圖1，圖2所述為本發(fā)明基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法流程圖。所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，包括以下步驟執(zhí)行步驟SI :具有冠狀陣列122的金屬電極12的制備；具體地，請(qǐng)參閱圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，圖3 圖8所示為本發(fā)明冠狀心電電極的金屬電極制備各階段的結(jié)構(gòu) 示意圖。所述具有冠狀陣列122的金屬電極12的制備方法進(jìn)一步包括執(zhí)行步驟SI I :提供Si基襯底124，并在所述Si基襯底124上淀積第一金屬種子層125 ;所述第一金屬種子層125為Cr/Cu種子層。所述第一金屬種子層125的厚度為20 80nm。優(yōu)選地,所述第一金屬種子層125的厚度為50nm。執(zhí)行步驟S12 :在所述第一金屬種子層125之異于所述Si基襯底124的一側(cè)涂覆光阻層126，并進(jìn)行前烘、曝光、顯影等工藝，獲得具有圖案化光阻層127的Si基襯底124 ；其中，為了保證所涂覆的光阻層126厚度均勻，優(yōu)選地，涂覆所述光阻層126采用多次分布涂覆的方式。所述光阻層126為正性光刻膠。執(zhí)行步驟S13 :將具有圖案化光阻層127的所述Si基襯底124放置于烘箱中恒溫保持I 2h，使得所述圖案化光阻層127熱熔形成冠狀凸起128 ;所述恒溫溫度為100 150°C之間的任一溫度取值。優(yōu)選地，所述恒溫溫度為120°C，所述恒溫時(shí)間為1.5h。執(zhí)行步驟S14 :在所述Si基襯底124之冠狀凸起127所在的表面淀積金屬種子層13 ;所述金屬種子層13為用于緩解所述柔性基底11與所述金屬電極12之間的內(nèi)應(yīng)力，防止所述金屬電極12淀積在所述柔性基底11上出現(xiàn)裂紋。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，為了避免步驟S14所淀積的金屬種子層13在浸入所述乙醇溶液中釋放器件的過程中，因所述金屬種子層13薄而引起結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)一步地，所述具有冠狀陣列122的金屬電極12的制備還包括，執(zhí)行步驟S15 :將具有所述金屬種子層13的Si基襯底124放置于金屬電極12之電鍍液中，并在所述金屬種子層13之異于所述Si基襯底124的一側(cè)淀積形成所述金屬電極12 ;所述金屬電極12與所述光阻層126之冠狀凸起128對(duì)應(yīng)形成相應(yīng)的拱部121，所述間隔設(shè)置的拱部121構(gòu)成所述金屬電極12之冠狀陣列122。執(zhí)行步驟S16 :將具有冠狀凸起128的Si基襯底124浸入所述乙醇溶液，并釋放器件，以獲得所述具有冠狀陣列122的金屬電極12。執(zhí)行步驟S2 :將所述電極引線15與所述金屬電極12相連，并在所述金屬電極12之拱部121所形成的容置空間123內(nèi)澆灌用于形成所述柔性基底11的PDMS，且在所述金屬電極12之異于拱部121的一側(cè)形成冗余PDMS，以形成所述柔性基底11之支撐體112 ;其中，用于形成所述柔性基底11的PDMS采用質(zhì)量百分比為10:1的PDMS單體和固化劑混合，并抽真空形成。執(zhí)行步驟S3 :將步驟2所制備的冠狀心電電極I之前驅(qū)體進(jìn)行抽真空處理，并放置于烘箱中恒溫保持I 5h ;所述恒溫溫度為60 80°C中的任一溫度取值。優(yōu)選地，所述恒溫溫度為75°C。所述恒溫時(shí)間為3h。執(zhí)行步驟S4 :配置氧化石墨烯電解質(zhì)溶液，并通過電鍍工藝在所述具有冠狀陣列122的金屬電極12之異于所述柔性基底11的表面電沉積石墨烯導(dǎo)電層14，以獲得所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極I ;其中，所述電沉積氧化石墨烯導(dǎo)電層的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行步驟S41 :氧化石墨烯電解質(zhì)溶液的配置；具體地，所述氧化石墨烯電解質(zhì)溶液的配置的方法，包括第一、稱量I. 5g石墨粉,并與6ml濃硫酸、I. 25g(NH4)2S208、I. 25gP205混合，置于 80°C的水浴鍋中水浴4. 5h，形成第一前驅(qū)溶液；第二、將所述第一前驅(qū)溶液冷卻至室溫，并加入O. 25L去離子水稀釋、靜置，過濾、沖洗以獲取無酸殘留的第一混合沉淀物； 第三、將所述第一混合沉淀物加入到60mL0°C的濃硫酸中，在混合攪拌的同時(shí)加入7. 5gKMn04，隨后在35°C恒溫條件下攪拌2h，獲得第二前驅(qū)溶液；第四、將所述第二前驅(qū)溶液放入冰水浴中，加入125mL去離子水稀釋，并混合攪拌2h后加入700mL去離子水和IOmL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2,獲得第三前驅(qū)溶液；第五、將所述第三前驅(qū)溶液用體積百分比為I :10的鹽酸和去離子水溶液洗滌并抽濾至干，得到固體物，并將所述固體物在真空條件下，進(jìn)行40°C恒溫干燥處理，以獲得所述氧化石墨烯粉體；第六、量取250mg氧化石墨烯粉末，加入500mL去離子水配置成濃度為O. 5mg/mL的氧化石墨烯溶液，并超聲3h，以獲取均勻分布的氧化石墨烯電解質(zhì)溶液。執(zhí)行步驟S42 :以所述具有冠狀陣列122的金屬電極12作為陽極，以所述輔助電極為陰極，并在所述氧化石墨烯電解質(zhì)溶液中進(jìn)行電沉積，以制備本發(fā)明所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極I。其中，在所述電沉積過程中，所述陰極與所述陽極之間的間距為1cm，沉積電壓為20V,電沉積時(shí)間為50s。在本發(fā)明中，為了加強(qiáng)石墨烯導(dǎo)電層14電沉積的均勻性，優(yōu)選地，將所述柔性基底11之支撐體112設(shè)置在具有平整接觸面的輔助基底上，作為陽極。作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，所述輔助電極為不銹鋼板，所述輔助基底為片狀玻璃。作為本發(fā)明具體實(shí)施方式
，所列舉的具體數(shù)據(jù)不應(yīng)視為對(duì)本專利技術(shù)方案的限制。作為本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員不難理解，簡單的改變上述數(shù)值或者按比例調(diào)整所述參數(shù)均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之技術(shù)方案。顯然地，所述變化仍應(yīng)為本專利所涵蓋。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖9 (a)、圖9 (b)、圖10 (a)、圖10 (b)，圖9 (a)、圖9 (b)所示為采用本發(fā)明基于石墨烯的柔性冠狀心電電極測量的心電圖。圖10(a)、圖10(b)所示為采用傳統(tǒng)的Ag-Cl電極測量的心電圖。顯然地，利用本發(fā)明所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極測量的心電圖，極限平穩(wěn)，信息穩(wěn)定，干擾小。綜上所述，本發(fā)明所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極質(zhì)地柔軟，可彎曲；所述冠狀心電電極之金屬電極的冠狀陣列增加了皮膚與冠狀心電電極之間的接觸面積，使得心電信號(hào)增強(qiáng)，信噪比增加，穩(wěn)定性改善。同時(shí)，石墨烯導(dǎo)電層優(yōu)異的導(dǎo)電性能，使得本發(fā)明所述冠狀心電電極較傳統(tǒng)電極更能獲得優(yōu)質(zhì)的心電信號(hào)。另外，本發(fā)明所述冠狀心電電極在制備過程中，無須后續(xù)焊接電極引線，且采用電沉積工藝實(shí)現(xiàn)了石墨烯的圖案化，其制備工藝簡單，無污染，快捷簡便。本領(lǐng)域技術(shù)人員均應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行各種修改和變型。因而，如果任何修改或變型落入所附權(quán)利要求書及等同物的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明涵蓋這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述冠狀心電電極包括 柔性基底，所述柔性基底表面間隔設(shè)置凸部； 金屬電極，所述金屬電極設(shè)置在所述柔性基底之凸部一側(cè)，并具有與所述柔性基底之凸部對(duì)應(yīng)設(shè)置的拱部，所述間隔設(shè)置的拱部構(gòu)成所述金屬電極之冠狀陣列； 金屬種子層，所述金屬種子層設(shè)置在所述柔性基底與所述金屬電極之間； 石墨烯導(dǎo)電層，所述石墨烯導(dǎo)電層設(shè)置在所述金屬電極之異于所述金屬種子層一側(cè)，并具有與所述金屬電極之冠狀陣列相應(yīng)的形貌；以及， 電極引線，所述電極引線與所述金屬電極連接，并穿設(shè)在所述柔性基底中。
2.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述金屬電極之拱部與所述柔性基底之凸部對(duì)應(yīng)設(shè)置的對(duì)應(yīng)方式為所述柔性基底之凸部收容在所述金屬電極之拱部所形成的容置空間內(nèi)，并通過所述金屬種子層與所述金屬電極形成均一的表面接觸，且所述金屬電極與所述柔性基底具有相應(yīng)的表面形貌。
3.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述柔性基底為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)二甲苯(PA)的其中之一。
4.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述金屬電極為Cu電極。
5.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述金屬種子層為Cr/Cu種子層。
6.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述金屬電極之拱部的高度為1(Γ40μπι。
7.如權(quán)利要求6所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述金屬電極之拱部的高度為28 μ m。
8.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述拱部之間的間距為5 15 μ m。
9.如權(quán)利要求8所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，其特征在于，所述拱部之間的間距為8 μ m。
10.如權(quán)利要求I所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括 執(zhí)行步驟Si:制備具有冠狀陣列的金屬電極； 執(zhí)行步驟S2 :將所述電極引線與所述金屬電極相連，并在所述金屬電極之拱部所形成的容置空間內(nèi)澆灌用于形成所述柔性基底的PDMS，且在所述金屬電極之異于拱部的一側(cè)形成冗余PDMS，以形成所述柔性基底之支撐體； 執(zhí)行步驟S3 :將步驟2所制備的冠狀心電電極之前驅(qū)體進(jìn)行抽真空處理，并放置于烘箱中恒溫保持I 5h ; 執(zhí)行步驟S4 :配置氧化石墨烯電解質(zhì)溶液，并通過電鍍工藝在所述具有冠狀陣列的金屬電極之異于所述柔性基底的表面電沉積石墨烯導(dǎo)電層，以獲得所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極。
11.如權(quán)利要求10所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述恒溫溫度為6(T80°C中的任一溫度取值。
12.如權(quán)利要求11所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述恒溫溫度為75°C，所述恒溫時(shí)間為3h。
13.如權(quán)利要求10所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述具有冠狀陣列的金屬電極的制備方法進(jìn)一步包括 執(zhí)行步驟Sll :提供Si基襯底，并在所述Si基襯底上淀積第一金屬種子層； 執(zhí)行步驟S12 :在所述第一金屬種子層之異于所述Si基襯底的一側(cè)涂覆光阻層，并進(jìn)行前烘、曝光、顯影等工藝，獲得具有圖案化光阻層的Si基襯底； 執(zhí)行步驟S13 :將具有圖案化光阻層的所述Si基襯底放置于烘箱中恒溫保持f 2h，使得所述圖案化光阻層熱熔形成冠狀凸起； 執(zhí)行步驟S14 :在所述Si基襯底之冠狀凸起所在的表面淀積金屬種子層； 執(zhí)行步驟S15 :將具有所述金屬種子層的Si基襯底放置于金屬電極之電鍍液中，并在所述金屬種子層之異于所述Si基襯底的一側(cè)淀積形成所述金屬電極，所述金屬電極與所述光阻層之冠狀凸起對(duì)應(yīng)形成相應(yīng)的拱部，所述間隔設(shè)置的拱部構(gòu)成所述金屬電極之冠狀陣列； 執(zhí)行步驟S16 :將具有冠狀凸起的Si基襯底浸入所述乙醇溶液，并釋放器件，以獲得所述具有冠狀陣列的金屬電極。
14.如權(quán)利要求13所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述第一金屬種子層為Cr/Cu種子層。
15.如權(quán)利要求14所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述第一金屬種子層的厚度為2(T80nm。
16.如權(quán)利要求15所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述第一金屬種子層的厚度為50nm。
17.如權(quán)利要求13所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，涂覆所述光阻層采用多次分布涂覆的方式。
18.如權(quán)利要求13所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述光阻層為正性光刻膠。
19.如權(quán)利要求13所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述恒溫溫度為100 150°C之間的任一溫度取值。
20.如權(quán)利要求19所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述恒溫溫度為120°C，所述恒溫時(shí)間為I. 5h。
21.如權(quán)利要求10所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述電沉積氧化石墨烯導(dǎo)電層的方法，進(jìn)一步包括 執(zhí)行步驟S41 :氧化石墨烯電解質(zhì)溶液的配置； 執(zhí)行步驟S42:以所述具有冠狀陣列的金屬電極作為陽極，以所述輔助電極為陰極，并在所述氧化石墨烯電解質(zhì)溶液中進(jìn)行電沉積，以制備本發(fā)明所述基于石墨烯的柔性冠狀心電電極。
22.如權(quán)利要求21所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯電解質(zhì)溶液的配置，進(jìn)一步包括 第一、稱量I. 5g石墨粉，并與6ml濃硫酸、I. 25g (NH4)2S2O8U. 25gP205混合，置于80°C的水浴鍋中水浴4. 5h，形成第一前驅(qū)溶液； 第二、將所述第一前驅(qū)溶液冷卻至室溫，并加入O. 25L去離子水稀釋、靜置，過濾、沖洗以獲取無酸殘留的第一混合沉淀物； 第三、將所述第一混合沉淀物加入到60mL0°C的濃硫酸中，在混合攪拌的同時(shí)加入.7.5gKMn04，隨后在35°C恒溫條件下攪拌2h，獲得第二前驅(qū)溶液； 第四、將所述第二前驅(qū)溶液放入冰水浴中，加入125mL去離子水稀釋，并混合攪拌2h后加入700mL去離子水和IOmL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2,獲得第三前驅(qū)溶液； 第五、將所述第三前驅(qū)溶液用體積百分比為I :10的鹽酸和去離子水溶液洗滌并抽濾至干，得到固體物，并將所述固體物在真空條件下，進(jìn)行40°C恒溫干燥處理，以獲得所述氧化石墨烯粉體； 第六、量取250mg氧化石墨烯粉末，加入500mL去離子水配置成濃度為O. 5mg/mL的氧化石墨烯溶液，并超聲3h，以獲取均勻分布的氧化石墨烯電解質(zhì)溶液。
23.如權(quán)利要求21所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，將所述柔性基底之支撐體設(shè)置在具有平整接觸面的輔助基底上，作為陽極；所述輔助電極為不銹鋼板，作為陰極。
24.如權(quán)利要求23所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，所述輔助基底為片狀玻璃。
25.如權(quán)利要求24所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極的制備方法，其特征在于，在所述電沉積過程中，所述陰極與所述陽極之間的間距為1cm，沉積電壓為20V，電沉積時(shí)間為50s。
全文摘要
一種基于石墨烯的柔性冠狀心電電極，包括柔性基底，間隔設(shè)置凸部；金屬電極，設(shè)置在所述柔性基底之凸部一側(cè)，并具有與所述柔性基底之凸部對(duì)應(yīng)設(shè)置的拱部，所述間隔設(shè)置的拱部構(gòu)成所述金屬電極之冠狀陣列；金屬種子層，設(shè)置在所述柔性基底與所述金屬電極之間；石墨烯導(dǎo)電層，設(shè)置在所述金屬電極之異于所述金屬種子層一側(cè)，并具有與所述金屬電極之冠狀陣列相應(yīng)的形貌；以及電極引線，與所述金屬電極連接，并穿設(shè)在所述柔性基底中。本發(fā)明所述的基于石墨烯的柔性冠狀心電電極質(zhì)地柔軟，可彎曲；所述冠狀心電電極之金屬電極的冠狀陣列增加了皮膚與冠狀心電電極之間的接觸面積，使得心電信號(hào)增強(qiáng)，信噪比增加，穩(wěn)定性改善。
文檔編號(hào)A61B5/0408GK102920452SQ20121043517
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者陳佳品, 孟瑩, 李振波, 陳翔, 唐曉寧, 張大偉, 丁福如, 毛恩強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)