CN111430060B - 用于心电监测的蚕丝柔性电极及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蚕丝柔性电极及其制作方法，其中，该蚕丝柔性电极包括背衬，所述背衬上设置有第一导电胶；纺织基底，所述纺织基底放置在所述第一导电胶上方；金属丝功能层，所述金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，所述金属丝功能层覆盖在所述纺织基底上方；蚕丝复合膜，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液混合而成，所述蚕丝复合膜贴附在所述金属丝功能层上方，并且所述蚕丝复合膜上设置有第二导电胶；保护层，所述保护层设置在所述第二导电胶上方；由此，所述蚕丝柔性电极结构简单，通过纺织基底、蚕丝复合膜和金属丝功能层构成的电极主体不仅灵敏度高，而且还可长久佩戴。

Description

用于心电监测的蚕丝柔性电极及其制作方法

技术领域

本发明涉及心电监测技术领域，特别涉及一种用于心电监测的蚕丝柔性电极以及一种用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法。

背景技术

心电监测是一种检测心脏活动情况的检测方法，目前心电监测所用到的电极主要是银/氯化银（AgCl/Ag）湿电极，但是银/氯化银（AgCl/Ag）湿电极使用时需要预先对电极贴合区域进行毛发及角质的处理，而且长期佩戴Ag/AgCl湿电极，会使导电凝胶逐渐变硬，导致电极脱落，进而造成Ag电极被氧化，甚至会对部分使用者造成皮肤刺激而过敏，所以导致该电极不适合长久佩戴。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于心电监测的蚕丝柔性电极，不仅灵敏度高，而且还可长久佩戴。

本发明的第二个目的在于提出一种用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，其制作方法简单，成本低，可制作出灵敏度高、可长久佩戴的蚕丝柔性电极。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于心电监测的蚕丝柔性电极，包括背衬，所述背衬上设置有第一导电胶；纺织基底，所述纺织基底放置在所述第一导电胶上方；金属丝功能层，所述金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，所述金属丝功能层覆盖在所述纺织基底上方；蚕丝复合膜，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液混合而成，所述蚕丝复合膜贴附在所述金属丝功能层上方，并且所述蚕丝复合膜上设置有第二导电胶；保护层，所述保护层设置在所述第二导电胶上方。

根据本发明实施例的用于心电监测的蚕丝柔性电极，该蚕丝柔性电极包括背衬、保护层和电极主体，电极主体包括纺织基底、蚕丝复合膜和金属丝功能层，金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，金属丝功能层覆盖在所述纺织基底上方；蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液混合而成，蚕丝复合膜贴附在金属丝功能层上方；背衬上设置有第一导电胶；蚕丝复合膜上设置有第二导电胶；纺织基底放置在第一导电胶上方；保护层设置在第二导电胶上方；由此，该蚕丝柔性电极结构简单，通过纺织基底、蚕丝复合膜和金属丝功能层构成的电极主体不仅灵敏度高，而且还可长久佩戴。

另外，根据本发明上述实施例提出的用于心电监测的蚕丝柔性电极还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述纺织基底采用氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

需要说明的是，纺织基底的厚度过高会导致其柔软度变差，过低会导致其强度降低，为了保证其柔软度和强度，所以选择氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

可选地，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液按1:1的比例混合而成。

需要说明的是，经过1:1比例的蚕丝溶液和聚合物溶液制作而成的蚕丝复合膜具有更为优异的透气亲肤性，且生物相容性好。

可选地，所述编织结点贯穿所述蚕丝复合膜和所述第二导电胶。

可选地，所述金属丝功能层采用电阻＜5 Ω的金属丝。

需要说明的是，采用电阻＜5 Ω的金属丝与皮肤接触时，对表皮电位的采集信号更强、灵敏度更高。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，该制作方法包括以下步骤：将纺织基底固定在平面上，采用表面活性剂对所述纺织基底进行处理，并将处理后的纺织基底烘干；将蚕丝脱胶、溶丝和透析后得到蚕丝溶液，并将所述蚕丝溶液与聚合物溶液按一定比例混合，以得到复合膜溶液；将所述复合膜溶液浇筑在金属丝功能层上，以使所述复合膜溶液在金属丝功能层上形成蚕丝复合膜，并将浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层覆盖在烘干后的纺织基底上方；在背衬上贴上第一导电胶，并在所述浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层上贴上第二导电胶；将保护层覆盖在所述第二导电胶上方，将背衬上贴有第一导电胶的一面覆盖在所述烘干后的纺织基底下方，以完成蚕丝柔性电极的制作。

根据本发明实施例的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，该方法制作简单，成本低，可制作出灵敏度高、可长久佩戴的蚕丝柔性电极。

另外，根据本发明上述实施例提出的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述纺织基底采用氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

可选地，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液按1:1的比例混合而成。

可选地，所述金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，所述编织结点贯穿所述复合膜溶液在金属丝功能层上形成的蚕丝复合膜和所述第二导电胶。

可选地，所述金属丝功能层采用电阻＜5 Ω的金属丝。

附图说明

图1为根据本发明实施例的蚕丝柔性电极的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的蚕丝柔性电极的电极主体和封装后制成护腕的实物图，其中，（a）为蚕丝复合膜的照片，（b）为电极主体、金属丝功能层的照片，（C）为电极主体的组装视图，（d）为制成护腕的实物图；

图3为根据本发明一个实施例的纺织基底的扫描电子显微镜图，其中，（a）为纺织基底的扫描电子显微镜图，（b）为浇筑蚕丝复合膜后的纺织基底的扫描电子显微镜图，（c）为金属丝的编织结点的扫描电子显微镜图，（d）为金属丝的扫描电子显微镜图；

图4为根据本发明一个实施例的蚕丝柔性电极的电化学阻抗图谱；

图5为根据本发明一个实施例的蚕丝复合膜的透气性图谱；

图6为根据本发明一个实施例的蚕丝柔性电极和商业化一次性电极检测心电（a）、脑电（b）和肌电（c）的波形对比图及不同测试的佩戴方式；

图7为根据本发明一个实施例的蚕丝柔性电极的汗液测试图谱，其中，(a)为蚕丝柔性电极对组装的闭合回路示意图，(b)为商业化电极对组装的闭合回路示意图，插图：组装后的电极对连接方式，(c)为蚕丝柔性电极对的汗液腐蚀实验的时间-电阻线性图，(d)为商业化电极对的汗液腐蚀实验的时间-电阻线性图；

图8为根据本发明一个实施例的蚕丝柔性电极擦拭前后的心电图谱，其中，(a)为多次使用并放置一周后的蚕丝柔性电极测试的心电图，插图：局部放大图；(b) 利用表面活性剂擦拭蚕丝电极后测试的心电图，插图：局部放大图；(c) 利用酒精擦拭蚕丝电极后测试的心电图，插图：局部放大图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1-3所示，本发明实施例的用于心电监测的蚕丝柔性电极包括背衬100、第一导电胶200、纺织基底300、金属丝功能层400、蚕丝复合膜500、第二导电胶600和保护层700。

其中，纺织基底300、金属丝功能层400和蚕丝复合膜500构成该蚕丝柔性电极的电极主体，背衬100上设置有第一导电胶200；纺织基底300放置在第一导电胶200上方；金属丝功能层400为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点800，金属丝功能层400覆盖在纺织基底300上方；蚕丝复合膜500由蚕丝溶液和聚合物溶液混合而成，蚕丝复合膜500贴附在金属丝功能层400上方，并且蚕丝复合膜500上设置有第二导电胶600；保护层700设置在第二导电胶600上方。

作为一个实施例，纺织基底300采用氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

需要说明的是，纺织基底300的厚度过高会导致其柔软度变差，过低会导致其强度降低，为了保证纺织基底300的柔软度和强度，所以选择氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

作为一个实施例，蚕丝复合膜500由蚕丝溶液和聚合物溶液按1:1的比例混合而成。

需要说明的是，经过1:1比例的蚕丝溶液和聚合物溶液制作而成的蚕丝复合膜具有更为优异的透气亲肤性，且生物相容性好。

另外，根据国标GB/T1038-2000提出的塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法—压差法项目中规定了透气范围为0.1-40 mm/s，如图5所示，本发明使用的蚕丝复合膜的透气性值为20 mm/s，在国家标准规定的范围内。

作为一个具体实施例，上述聚合物溶液可采用氨纶、棉纶、涤纶或者聚氨酯中的任意一种，本发明对此不作具体限定。

作为一个实施例，编织结点800贯穿蚕丝复合膜500和第二导电胶600。

也就是说，金属丝功能层的编织结点高于蚕丝复合膜和第二导电胶，使得编织结点在与皮肤接触时的导电性和灵敏度更好。

作为一个实施例，金属丝功能层400采用电阻＜5 Ω的金属丝。

需要说明的是，采用电阻＜5 Ω的金属丝与皮肤接触时，对表皮电位的采集信号更强、灵敏度更高。

另外，根据中华人民共和国医药行业标准YY/T 0196-94对电极测试阻抗项目中规定电极10 Hz交流阻抗不应大于3 kΩ，如图4所示，本发明通过心电电极电性能测试仪测得该电极10 Hz下交流阻抗为14 Ω，远低于行标的规定值，如在频率大于1 Hz的情况下，其阻抗小于2.2 kΩ。

另外，如图6所示，本发明的蚕丝柔性电极可灵敏的检测心电信号、脑电信号及肌电信号。

另外如图7-8所示，蚕丝柔性电极经模拟汗液环境腐蚀之后，具备很小的电阻值，检测灵敏度仍很高；蚕丝柔性电极置于空气中长时间，经测试电压值减小，噪音提高，但擦拭之后可恢复原本的电压值，并且噪音减小，可以重复使用，抗腐蚀性能好。

综上所述，根据本发明实施例的用于心电监测的蚕丝柔性电极，该蚕丝柔性电极包括背衬、保护层和电极主体，电极主体包括纺织基底、蚕丝复合膜和金属丝功能层，金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，金属丝功能层覆盖在所述纺织基底上方；蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液混合而成，蚕丝复合膜贴附在金属丝功能层上方；背衬上设置有第一导电胶；蚕丝复合膜上设置有第二导电胶；纺织基底放置在第一导电胶上方；保护层设置在第二导电胶上方；由此，该蚕丝柔性电极结构简单，通过纺织基底、蚕丝复合膜和金属丝功能层构成的电极主体不仅灵敏度高，而且还可长久佩戴。

另外，本发明还提出了一种用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，该蚕丝柔性电极的制作方法包括以下步骤：

将纺织基底固定在平面上，采用表面活性剂对纺织基底进行处理，并将处理后的纺织基底烘干；

将蚕丝脱胶、溶丝和透析后得到蚕丝溶液，并将蚕丝溶液与聚合物溶液按一定比例混合，以得到复合膜溶液；

将复合膜溶液浇筑在金属丝功能层上，以使复合膜溶液在金属丝功能层上形成蚕丝复合膜，并将浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层覆盖在烘干后的纺织基底上方；

在背衬上贴上第一导电胶，并在浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层上贴上第二导电胶；

将保护层覆盖在第二导电胶上方，将背衬上贴有第一导电胶的一面覆盖在烘干后的纺织基底下方，以完成蚕丝柔性电极的制作。

需要说明的是，在进行蚕丝柔性电极的制作之前，还先对蚕丝复合膜进行制备，以获取效果最好的复合膜溶液。

取蚕丝溶液和聚合物溶液先后加入到离心管中并超声至均一，将其滴涂于皿上，置于恒温恒湿箱直至蚕丝复合膜形成，取下蚕丝复合膜通过压差法测得该蚕丝复合膜的透气性值为20mm/s。

也就是说，蚕丝复合膜为蚕丝与聚合物混合溶液，蚕丝溶液的成分包括丝素蛋白。

进一步地，蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液按1:1的比例混合而成。

进一步地，纺织基底采用氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

进一步地，金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，编织结点贯穿复合膜溶液在金属丝功能层上形成的蚕丝复合膜和第二导电胶。

也就是说，在将复合膜溶液浇筑在金属丝功能层上，以使复合膜溶液在金属丝功能层上形成蚕丝复合膜时，浇筑的复合膜溶液的高度低于金属丝功能层上的编织结点。

需要说明的是，由于金属丝具有导电性，而蚕丝复合膜不具有导电性，所以需要在浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层上贴上第二导电胶，在贴好第二导电胶时，还手动将覆盖编织结点部分的第二导电胶去掉，以使编织结点贯穿第二导电胶。

进一步地，金属丝功能层采用电阻＜5 Ω的金属丝。

需要说明的是，上述关于用于心电监测的蚕丝柔性电极的效果描述及解释说明同样适用于本实施例的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，在此不做赘述。

综上所述，根据本发明实施例的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，该方法制作简单，成本低，可制作出灵敏度高、可长久佩戴的蚕丝柔性电极。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于心电监测的蚕丝柔性电极，其特征在于，包括：

背衬，所述背衬上设置有第一导电胶；

纺织基底，所述纺织基底放置在所述第一导电胶上方；

金属丝功能层，所述金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，所述编织结点贯穿蚕丝复合膜和第二导电胶，所述金属丝功能层覆盖在所述纺织基底上方；

蚕丝复合膜，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液混合而成，所述蚕丝复合膜贴附在所述金属丝功能层上方，并且所述蚕丝复合膜上设置有第二导电胶；

保护层，所述保护层设置在所述第二导电胶上方。

2.如权利要求1所述的用于心电监测的蚕丝柔性电极，其特征在于，所述纺织基底采用氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

3.如权利要求1所述的用于心电监测的蚕丝柔性电极，其特征在于，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液按1:1的比例混合而成。

4.如权利要求1所述的用于心电监测的蚕丝柔性电极，其特征在于，所述金属丝功能层采用电阻＜5 Ω的金属丝。

5.一种用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将纺织基底固定在平面上，采用表面活性剂对所述纺织基底进行处理，并将处理后的纺织基底烘干；

将蚕丝脱胶、溶丝和透析后得到蚕丝溶液，并将所述蚕丝溶液与聚合物溶液按一定比例混合，以得到复合膜溶液；

将所述复合膜溶液浇筑在金属丝功能层上，其中，所述金属丝功能层为网状结构，并在相交的位置上具有编织结点，以使所述复合膜溶液在金属丝功能层上形成蚕丝复合膜，并将浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层覆盖在烘干后的纺织基底上方；

在背衬上贴上第一导电胶，并在所述浇筑有蚕丝复合膜的金属丝功能层上贴上第二导电胶，所述编织结点贯穿所述复合膜溶液在金属丝功能层上形成的蚕丝复合膜和所述第二导电胶；

将保护层覆盖在所述第二导电胶上方，将背衬上贴有第一导电胶的一面覆盖在所述烘干后的纺织基底下方，以完成蚕丝柔性电极的制作。

6.如权利要求5所述的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，其特征在于，所述纺织基底采用氨纶含量为10%、厚度为10-500μm的纺织材料。

7.如权利要求5所述的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，其特征在于，所述蚕丝复合膜由蚕丝溶液和聚合物溶液按1:1的比例混合而成。

8.如权利要求5所述的用于心电监测的蚕丝柔性电极的制作方法，其特征在于，所述金属丝功能层采用电阻＜5 Ω的金属丝。

Images