一種仿生柔性干電極的制作方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種仿生柔性干電極，包括導(dǎo)電仿生電極片和外部接口；所述導(dǎo)電仿生電極片表面具有仿壁虎的剛毛結(jié)構(gòu)。本實用新型采用微機械加工工藝制作，此干電極具有粘性和柔性，能直接貼在使用者皮膚上，不會對使用者皮膚造成傷害。與皮膚更好的貼合增加信號的穩(wěn)定性和使用者的舒適度。經(jīng)過消毒、清洗，不會影響其粘性，能重復(fù)使用，環(huán)保。與現(xiàn)有的干電極相比性能突出，結(jié)構(gòu)巧妙。
【專利說明】一種仿生柔性干電極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療領(lǐng)域的測量電生理信號的電極，具體是一種利用微加工工藝制備的仿生柔性干電極。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注自己的健康狀況，人體的電生理信號能反應(yīng)的人體的健康狀況，因此長期對電生理信號的監(jiān)測也顯得尤為重要。電生理信號包括:腦電信號、心電信號、肌電信號、眼電信號等。目前醫(yī)學(xué)上常用濕電極采集電生理信號。濕電極在使用過程中還需要配合導(dǎo)電膠的使用，由于導(dǎo)電膠容易干掉從而造成采集信號的衰減，這非常不利于電生理信號長期的監(jiān)測。那么干電極用作電生理信號的長期采集則是很好的選擇。根據(jù)信號的采集原理，干電極可以分為電導(dǎo)干電極和電容干電極兩種。但目前的干電極都需要借助膠布和松緊帶等來固定在使用者皮膚上，這些都可能給使用者的皮膚造成過敏或疼痛等不適。在長期的電生理信號的監(jiān)測中，這些電極固定方式，會使得電極與皮膚產(chǎn)生相對移動，非常不利于信號的穩(wěn)定采集。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Chang Yong Ryu, Seung Hoon Nam,Seunghwan Kim 在《Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference》(2005)3479-3481 撰文“Conductive rubber electrode for wearable healthmonitoring”( “穿戴式健康監(jiān)測導(dǎo)電橡膠電極”《第27屆醫(yī)學(xué)和生物工程年議》)，該文提出利用導(dǎo)電橡膠制作干電極。但該方法制備的干電極體積較大，使用時與皮膚接觸不好，而且還需要借助膠布等工具才能固定在皮膚上，當(dāng)被測者運動時，電極和皮膚會產(chǎn)生相對位移，會在測量信號中引入較大的運動偽跡，這種電極不適與長期的電生理信號的監(jiān)測。自然界中壁虎具有非常優(yōu)秀的吸附能力，可以自由行走在光滑的墻壁上，甚至是天花板上。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)壁虎的腳趾上附有數(shù)百萬被稱為剛毛(setae)的微絨毛，在每個剛毛的末梢都有十億左右的分支，這些剛毛組成的網(wǎng)絡(luò)與物體表面之間的分子間鍵合作用主要是通過范德華力維持。范德華力只是存在于兩個距離極近的物體之間，當(dāng)數(shù)百萬的剛毛聚集在一起時，它們之間會產(chǎn)生強大的范德華力，力的大小是壁虎懸掛于墻壁所需要的一千多倍。本實用新型利用MEMS技術(shù)，以導(dǎo)電聚合物為材料，仿照壁虎的剛毛結(jié)構(gòu)，制備一種仿生柔性干電極，此電極具有良好的粘性，不需要借助其他工具就能粘貼在皮膚上。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型目的在于提供一種可以直接貼在使用者的皮膚上，不必借助膠布等工具固定在皮膚上的仿生柔性干電極。
[0005]本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種仿生柔性干電極，其特征在于:所述仿生柔性干電極包括導(dǎo)電仿生電極片和外部接口 ；所述導(dǎo)電仿生電極片表面具有仿壁虎的剛毛結(jié)構(gòu)。
[0007]其進(jìn)一步特征在于:所述導(dǎo)電仿生電極片為三級結(jié)構(gòu)，第一級高度為10微米-100微米，第二級高度為I微米-50微米。
[0008]本實用新型采用微加工工藝制作，導(dǎo)電仿生電極片有三級結(jié)構(gòu)，電極片的第一級和第二級通過微倒模的工藝制備，用聚二甲基硅氧烷PDMS制備一個具有兩級結(jié)構(gòu)的模具，將聚二甲基硅氧烷I3DMS和碳納米管CNT的混合物CPDMS填入模具，待CPDMS固化后，取下CPDMS制備的有兩級結(jié)構(gòu)的薄膜，然后通過inking技術(shù)，在兩級結(jié)構(gòu)的薄膜的第二級上形成第三級。具體的制備步驟如下:
[0009]具有兩級結(jié)構(gòu)PDMS模具的制備:
[0010]I)以硅片為基底，用氧等離子清洗硅片；
[0011]2)用CVD的方法在硅片上形成氧化層；
[0012]3)硅片上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0013]4)用反應(yīng)離子刻蝕硅片上未覆蓋光刻膠的地方形成兩級結(jié)構(gòu)的底部；
[0014]5)清洗掉硅片上的剩余的光刻膠；
[0015]6)硅片上旋涂正型光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；
[0016]7)用深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)刻蝕硅片上未覆蓋光刻膠的地方形成二級結(jié)構(gòu)的頂部;
[0017]8)清洗掉硅片上的剩余的光刻膠；
[0018]9)PDMS和固化劑用10:1的比例混合，抽真空，去除氣泡然后旋涂在硅片上；
[0019]10)固化 PDMS ;
[0020]11)固化的PDMS從硅片上取下來，形成有兩級結(jié)構(gòu)的模具；
[0021]具有兩級結(jié)構(gòu)的CPDMS薄膜的制備:
[0022]12)將CPDMS，加入固化劑，然后填入PDMS模具中；
[0023]13)抽真空，固化CPDMS，從PDMS模具上取下CPDMS ；
[0024]第三級結(jié)構(gòu)的制備:
[0025]14)在玻璃片上旋涂CPDMS ；
[0026]15)將具有二級結(jié)構(gòu)的CPDMS薄膜輕輕與旋涂有CPDMS的玻璃片接觸幾秒鐘后，用另一片玻璃片壓CPDMS，拿開玻璃片，固化，形成三級結(jié)構(gòu)的第三級。
[0027]本實用新型采用微機械加工工藝制作，此干電極的優(yōu)勢在于具有粘性和柔性。本實用新型具有粘性，能直接貼在使用者皮膚上，不會對使用者皮膚造成傷害。本實用新型具有柔性能與皮膚更好的貼合增加信號的穩(wěn)定性和使用者的舒適度。經(jīng)過消毒、清洗，不會影響本實用新型的粘性，能重復(fù)使用，環(huán)保。而且，與現(xiàn)有的干電極相比性能突出，結(jié)構(gòu)巧妙。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1a-圖1f為本實用新型制作過程示意圖。
[0029]圖2為本實用新型仿生柔性干電極結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明:本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。[0031]PDMS模具的制備:
[0032]用氧等離子清洗硅片，用CVD的方法在硅片上形成氧化層；在硅片氧化層上旋涂正光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；用CF4反應(yīng)離子刻蝕硅片上未覆蓋光刻膠的地方形成模具的第二級結(jié)構(gòu)4。如圖1a所示。
[0033]清洗掉殘留的光刻膠。硅片上旋涂正光刻膠，曝光，顯影，圖形化光刻膠層；用DRIE刻蝕硅片上未覆蓋光刻膠的地方形成模具的第一級結(jié)構(gòu)5。如圖1b所示
[0034]清洗掉殘留的光刻膠。PDMS和固化劑用10:1的比例混合，旋涂在硅片上；固化的PDMS從硅片上取下來，形成有二級結(jié)構(gòu)的PDMS模具6。如圖1c所示
[0035]具有兩級結(jié)構(gòu)CPDMS薄膜的制備:
[0036]將聚二甲基硅氧烷PDMS和碳納米管CNT的混合物CPDMS加入固化劑，然后填入PDMS模具6中(如圖1d所示)，抽真空后，放入烘箱80°C固化，從PDMS模具6上取下CPDMS薄膜(如圖1e所示)。
[0037]第三級結(jié)構(gòu)3的制備:在玻璃片上旋涂CPDMS，將CPDMS薄膜輕輕與旋涂有CPDMS的玻璃片接觸幾秒鐘后，用另一片玻璃片壓CPDMS，拿開玻璃片，固化，形成導(dǎo)電仿生薄膜的第三級結(jié)構(gòu)3 (如圖1f所示)。
[0038]導(dǎo)電仿生電極片7制備好后，用導(dǎo)電膠將金屬按扣8粘在電極片上，一個完整的柔性仿生心電電極就制備完成(如圖2所示)。
[0039]本實施例中，心電電極尺寸不受限制，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)計。
[0040]盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生柔性干電極，其特征在于:所述仿生柔性干電極包括導(dǎo)電仿生電極片和外部接口 ；所述導(dǎo)電仿生電極片表面具有三級結(jié)構(gòu)的仿壁虎的剛毛結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生柔性干電極，其特征在于:所述導(dǎo)電仿生電極片為三級結(jié)構(gòu)，第一級高度為10微米-100微米，第二級高度為I微米-50微米。
【文檔編號】A61B5/0408GK203763075SQ201320412690
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】劉景全, 彭慧玲, 王龍飛, 楊斌, 朱紅英, 楊春生 申請人:無錫交大聯(lián)云科技有限公司