CN114366110A - 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 - Google Patents
柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114366110A CN114366110A CN202111500574.1A CN202111500574A CN114366110A CN 114366110 A CN114366110 A CN 114366110A CN 202111500574 A CN202111500574 A CN 202111500574A CN 114366110 A CN114366110 A CN 114366110A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- flexible
- liquid metal
- electrode array
- pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003183 myoelectrical effect Effects 0.000 title claims abstract 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract 9
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 claims abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims abstract 3
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 claims abstract 3
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 claims abstract 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 2
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- BTVWZWFKMIUSGS-UHFFFAOYSA-N dimethylethyleneglycol Natural products CC(C)(O)CO BTVWZWFKMIUSGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims 1
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/251—Means for maintaining electrode contact with the body
- A61B5/257—Means for maintaining electrode contact with the body using adhesive means, e.g. adhesive pads or tapes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/263—Bioelectric electrodes therefor characterised by the electrode materials
- A61B5/268—Bioelectric electrodes therefor characterised by the electrode materials containing conductive polymers, e.g. PEDOT:PSS polymers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
- A61B5/296—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electromyography [EMG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
- A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
- A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/16—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
- A61B2562/164—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
本发明公开了柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用。该柔性肌电电极阵列包括:柔性基底;若干液态金属电极,液态金属电极设于柔性基底上,液态金属电极包括导线和位于导线一端的电路板连接图案;若干电极触点,电极触点与导线的另一端相连接,电极触点由包括亲水性聚合物和聚3,4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的触点溶液制成。本申请无论导线、电极和基底均使用柔性极好的材料,在柔性上具有绝对的优势。电极触点具有良好的生物相容性、高导电性、低阻抗的效果,这样一来材料的柔性可以满足电极与皮肤的紧密贴合,并且也不会因为水分的流失造成电极触点阻抗的增加,避免因为产生噪声严重影响信号记录的质量。
Description
技术领域
本申请涉及电极阵列技术领域,尤其是涉及柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用。
背景技术
肌电图(Electromyography,简称EMG)是一种用于记录和评估骨骼肌产生的电信号的医学诊疗技术,通过对肌电信号中的特征信息的提取和分析,可以有效地反映肌肉的功能状态,从而广泛应用于医疗诊断、伤后康复、运动科学以及人体工程学等许多领域。在实际的操作过程中,肌电信号的采集通常需要肌电电极、放大器、滤波器和监视器等共同工作来完成。
目前肌电信号采集过程中所用的电极主要可以分为两种:针状肌电电极和表面肌电电极。针状肌电电极在使用时要求穿过皮肤刺入到肌肉中,可以采集到单个运动单元的肌电信号,因而常用于医学诊断。但作为一种有创手段,针状肌电电极刺入皮肤会给受试者带来疼痛感,并且需要专业的医护人员进行操作,同时测量的准确性还依赖于进针的深浅。相比较而言,表面肌电电极在使用时贴于皮肤表面,对表皮无损伤,测量方便,可以作为一种无创检测收单。然而,传统的表面电极大多采用金属电极作为触点,但是金属电极在检测过程中容易产生严重的噪声影响信号记录。因此,有必要提供一种能够记录高质量的肌电信号的肌电电极阵列。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本申请提出一种能够记录高质量的肌电信号的肌电电极阵列及其制备方法和应用。
本申请的第一方面,提供柔性肌电电极阵列,该柔性肌电电极阵列包括:
柔性基底;
若干液态金属电极,液态金属电极设于柔性基底上,液态金属电极包括导线和位于导线一端的电路板连接图案;
若干电极触点,电极触点设于柔性基底上,电极触点与导线的另一端相连接,电极触点的原料包括亲水性聚合物和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)。
根据本申请实施例的柔性肌电电极阵列,至少具有如下有益效果:
申请人发现,采用金属电极作为触点在检测过程中容易产生严重的噪声的原因在于,在皮肤或者肌肉发生形变时,其材料的柔性缺失不能保证电极与皮肤的紧密贴合,从而使得电极触点会和皮肤产生空隙,生成额外的电容和电阻,增加总体电路阻抗,进而导致严重的噪音。而本申请所提供的柔性肌电电极阵列采用柔性材料作为基底,以液态金属作为电极材料的主体,使用亲水性聚合物和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的组合作为电极触点的材料,无论导线、电极和基底均使用柔性极好的材料,在柔性上具有绝对的优势。同时,选用的亲水性聚合物和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的组合作为电极触点具有良好的生物相容性、高导电性、低阻抗的效果,这样一来可以通过单独的电极触点来检测肌肉内某一运动单元的肌电信号,而且材料的柔性可以使得电极能够与皮肤紧密贴合,不会因为空隙产生额外的阻抗,同时也不会因为水分的流失造成电极触点阻抗的增加,避免因为产生噪声严重影响信号记录的质量。
在本申请的一些实施方式中,亲水性聚合物与聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的质量比为1:(0.1~4),进一步质量比为1:(0.2~2),进一步质量比为1:(0.4~1),进一步质量比为1:(0.4~0.6)。通过进一步控制亲水性聚合物与聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的质量比,使得电极触点的柔性和导电性得以进一步改善,进一步增强信号质量。
在本申请的一些实施方式中,电极触点的原料还包括二甲基亚砜、乙二醇、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。加入二甲基亚砜、乙二醇、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷作为掺杂剂使用,改善形成的电极触点的最终的导电性,提升信号质量。在本申请的一些实施方式中,电极触点的原料中掺杂剂的体积百分比为1~10%。
在本申请的一些实施方式中,亲水性聚合物选自聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。采用以上三种聚合物中的至少一种材料与PEDOT:PSS的组合,可以获得兼顾良好导电性与柔性的电极触点。
在本申请的一些实施方式中,柔性基底上还设有皮肤粘合剂层。施加的柔性皮肤粘合剂使得肌电电极阵列具有良好粘性,能够保证与皮肤以及柔性电路板保持持续稳定的接触,保证信号质量。
在本申请的一些实施方式中,柔性基底上还设有绝缘层。绝缘层的材料包括氮化硅、聚二甲基硅氧烷、SU-8胶中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中,柔性基底上电路板连接图案和电极触点以外的位置依次设有绝缘层和皮肤粘合剂层。
在本申请的一些实施方式中,电极触点的间距为3~50mm。
在本申请的一些实施方式中,电极触点的大小为1~10mm。通过控制电极触点的大小以及电极触点之间的间距以避免相邻电极触点之间的信号串扰,使其收集到的信号更为准确。
在本申请的一些实施方式中,电路板连接图案的大小为1~10mm。
在本申请的一些实施方式中,导线的宽度为50~1000mm。
本申请的第二方面,提供一种前述柔性肌电电极阵列的制备方法,该制备方法包括以下步骤:
(1)将液态金属油墨印刷于基底材料上,形成液态金属电极图案,液态金属电极图案包括导线、位于导线一端的电路板连接图案、位于导线另一端的电极连接图案;
(2)将液态金属电极图案转印至柔性基底上,形成若干液态金属电极;
(3)通过掩模版对电极连接图案进行等离子清洗,改变电极连接图案位置的亲疏水性,滴入电极触点的原料,形成电极触点。
在本申请的一些实施方式中,还包括以下步骤:(4)在电极触点和电路板连接图案上覆盖挡片,封装后重新取下挡片。
在本申请的一些实施方式中,步骤(4)包括:在电极触点和电路板连接图案上覆盖挡片,采用绝缘材料进行一次封装,一次封装后采用皮肤粘合剂进行二次封装,封装后重新取下挡片。
在本申请的一些实施方式中,步骤(4)包括:在电极触点和电路板连接图案上覆盖挡片,采用PDMS溶液(包括PDMS与适量固化剂)进行旋涂封装,控制旋转速度为1000~3000转/秒,旋转时间为10~60秒。旋涂结束后烘干,完成一次封装。再使用柔性皮肤粘合剂进行旋涂封装,控制旋转速度为1000~3000转/秒,旋转时间为10~60秒。旋涂结束后烘干,完成二次封装。
本申请的第三方面,提供一种肌电信号采集装置,该肌电信号采集装置包括前述的柔性肌电电极阵列。
本申请的第四方面,提供一种电生理信号采集方法,该电生理信号采集方法包括将前述的柔性肌电电极阵列覆盖到受试者的皮肤表面,获取肌电信号。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本申请的实施例中的柔性肌电电极阵列的示意图。
图2是本申请的实施例中的柔性肌电电极阵列的侧视图。
图3是本申请的实施例中的液态金属电极的图案掩模版的示意图。
图4是本申请的实施例中的电极触点掩模版的示意图。
图5是本申请的实施例1最终制备得到的柔性肌电电极阵列的照片。
图6是本申请的实施例1采集肱二头肌肌电信号的照片。
图7是本申请的实施例1采集到的肱二头肌的高通量肌电信号。
图8是本申请的对比实验中经过20Hz高通滤波后的采集到的电信号,其中,a为对比例1的结果,b为实施例1的结果。
图9是图8所示电信号中噪音的RMS值(a)和信噪比(b)。
图10是图8所示电信号检测过程中噪音产生的原理示意图,其中,a为对比例1所示的原理,b为实施例1所示的原理。
附图标记:柔性基底100、电路板连接图案110、导线120、电极触点130、绝缘层210、皮肤粘合剂层220、电路板连接掩膜图案310、导线掩膜图案320、触点掩膜图案330、通孔410。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本申请的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本申请的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例,描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中,若干的含义是一个以上,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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申请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一定指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。
参考图1~2,图1是本申请的一个实施例中的柔性肌电电极阵列的示意图,图2是该柔性肌电电极阵列的局部的侧视图,该柔性肌电电极阵列包括柔性基底100,在柔性基底100上设有若干个液态金属电极,液态金属电极包括导线120和位于导线一端的电路板连接图案110,在柔性基底上还设有若干个电极触点130,电极触点130与导线120的另一端相连接。电极触点130、导线120和电路连接板图案110构成完整的电信号采集通路。在其中一些具体的实施方式中,电极触点130、导线120和电路连接板图案110相互之间一一对应,从而形成若干个完整的电极。电极触点130的原料包括亲水性聚合物和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐。该柔性肌电电极阵列的基底、导线、电路板连接图案、电极触点都采用柔性材料制备,保证了整体的柔性。其中,电极触点130所用的亲水性聚合物和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐可以使得最终形成的电极触点具有良好的柔性、导电性,从而使得单独的电极触点可以检测肌肉内某一运动单元的肌电信号,材料的柔性也能够满足电极与皮肤的紧密贴合,并且也不会因为水分的流失造成电极触点阻抗的增加,避免因为产生噪声严重影响信号记录的质量。
在其中一些具体实施方式中,电极触点的原料中亲水性聚合物与聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的质量比为1:(0.1~4)。通过控制亲水性聚合物与PEDOT:PSS的比例,调节最终制得的电极触点的柔性和导电性。在其中一些优选的实施方式中,质量比为1:(0.2~2),进一步质量比为1:(0.4~1)、1:(0.4~0.6)。
在其中一些具体实施方式中,电极触点的原料还包括二甲基亚砜、乙二醇、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。加入二甲基亚砜、乙二醇、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷作为触点溶液成分中的掺杂剂使用,改善形成的电极触点的最终的导电性,提升信号质量。
在其中一些具体实施方式中,亲水性聚合物选自聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。采用以上三种聚合物中的至少一种材料与PEDOT:PSS的组合,可以获得兼顾良好导电性与柔性的电极触点。
在其中一些具体实施方式中,柔性基底所用材料选自聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、聚酰亚胺、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯等本领域所公知的具有良好生物相容性的柔性聚合物材料中的至少一种。在其中一些具体实施方式中,柔性基底的厚度为50~200μm。
在其中一些具体实施方式中,液态金属电极所用材料选自镓铟合金、镓铟锡合金、铋锡合金、铋锡铅铟合金中的至少一种。在其中一些具体实施方式中,液态金属电极的厚度为500~2000nm。
在其中一些具体实施方式中,电路板连接图案的大小为1~10mm。在其中一些具体实施方式中,导线的宽度为50~1000μm。在其中一些具体实施方式中,电极触点的间距d为3~50mm。
在其中一些具体实施方式中,柔性基底110上电路板连接图案110和电极触点130以外的位置还设有绝缘层210和皮肤粘合剂层220。绝缘层210的材料包括氮化硅、聚二甲基硅氧烷、SU-8胶中的至少一种。
本申请实施例还提供上述肌电电极阵列的制备方法,该制备方法包括以下步骤:
(1)将液态金属油墨印刷于基底材料上,形成液态金属电极图案,液态金属电极图案包括导线、位于导线一端的电路板连接图案、位于导线另一端的电极连接图案;
(2)将液态金属电极图案转印至柔性基底上,形成若干液态金属电极;
(3)通过掩模版对电极连接图案进行等离子清洗,改变电极连接图案位置的亲疏水性,滴入电极触点的原料,形成电极触点。
参考图3,示出了其中一些具体实施方式中所用的液态金属电极的图案掩模版,该图案掩模版上包括对应电路板连接图案110的电路板连接掩膜图案310,对应导线120的导线掩膜图案320和对应电极触点130的触点掩膜图案330,在图案掩模版上印刷液态金属油墨,形成液态金属电极图案。
在其中一些具体实施方式中,在印刷形成液态金属电极图案的图案掩模版上继续涂覆柔性基底材料,干燥固化形成柔性基底后剥离,从而将液态金属电极图案转移到柔性基底上,形成若干液态金属电极。为了保证图案的完整和精度,印刷的方式可选丝网印刷。
参考图4,为其中一些具体实施例中所使用的制备电极触点所使用的电极触点掩模版的示意图,该电极触点掩模版上设有若干个与电极触点图案相同形状的通孔410,将该电极触点掩模版覆盖到印刷由液态金属电极图案的柔性基底上,对其进行等离子清洗,从而在电极触点的位置改变了表面的亲疏水性,剥离电极触点掩模版后,在该位置滴入由电极触点的原料配制好的触点溶液,由于等离子清洗造成的亲水性差异,触点溶液会自动形成需要的电极触点图案,干燥后形成电极触点。
在其中一些具体实施方式中,形成电极触点后还包括对柔性肌电电极阵列进行封装的过程,封装的过程是在电极触点和电路板连接图案上覆盖挡片,封装后重新取下挡片。在其中一些优选的方式中,封装的具体方式包括在柔性基底上封装形成绝缘层和皮肤粘合剂层。在其中一些优选的方式中,采用绝缘材料进行一次封装,一次封装后采用皮肤粘合剂进行二次封装,封装后重新取下挡片。进一步在电极触点和电路板连接图案上覆盖挡片,采用PDMS溶液(包括PDMS与适量固化剂)进行旋涂封装,旋涂结束后烘干,完成一次封装。再使用柔性皮肤粘合剂进行旋涂封装,旋涂结束后烘干,完成二次封装,随后重新取下挡片。
本申请还提供一种肌电信号采集装置,该肌电信号采集装置包括前述的柔性肌电电极阵列。在其中一些具体实施方式中,肌电信号采集装置还包括柔性电路板,该柔性电路板通过柔性肌电电极阵列上的电路板连接图案进行连接。在其中一些具体实施方式中,肌电信号采集装置还包括接受仪器,该接收仪器与柔性电路板电性连接,从而将采集到的肌电信号收集起来。
本申请还提供一种电生理信号采集方法,该电生理信号采集方法采用前述的柔性肌电电极阵列对电生理信号进行收集,具体过程是将该柔性肌电电极阵列覆盖到受试者的皮肤表面,获取皮下的肌电信号。
下面通过具体的实施例对本申请进行进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,其制备方法如下:
1.称取3g镓铟合金加入到1mL正癸醇中,采用超声波细胞破碎仪在20%振幅下超声1min,使得镓铟合金在超声作用下转化为微纳米颗粒,制备得到液态金属油墨。
2.采用CAD设计全柔性表面肌电电极的液态金属电极的图案掩膜版,参考图3,分别有24个触点掩膜图案和电路板连接掩膜图案,触点掩膜图案的边长为2.5mm,间距为15mm,电路板连接掩膜图案的边长为5mm,导线掩膜图案的宽为250μm。利用该掩模版将制备出的液态金属油墨在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上通过丝网印刷法印刷成液态金属电极图案。
3.将印刷得到的液态金属电极图案在80℃下烘2分钟后,在其上旋涂PDMS(聚二甲基硅氧烷,购于道康宁,牌号为Sylgard 184)溶液(PDMS与固化剂的质量比为10:1),控制PDMS的厚度在50μm。再次置于80℃下烘20分钟,待PDMS溶液固化后进行剥离,将液态金属电极图案转印到PDMS柔性基底上。
4.将0.115g聚乙烯醇溶于5ml聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐溶液(PEDOT:PSS,1.15w/v%)中,聚乙烯醇与PEDOT:PSS的质量比大约是2:1,并加入5%(v/v)二甲基亚砜,80℃搅拌4小时,直到得到均匀无团聚物且导电性良好的PEDOT:PSS-PVA溶液。
5.使用硅胶片(聚二甲基硅氧烷)和裁纸机制作电极触点掩模版(参考图4),将电极触点掩模版贴于液态金属电极图案的电极连接图案位置,使得电极触点掩模版上的通孔与电极连接图案对应,进行等离子清洗。由于等离子清洗造成的亲水性差异,通孔内电极连接图案位置的亲疏水性与周围不同,剥离掩膜版后再滴加PEDOT:PSS-PVA溶液,会自动形成需要的电极触点图案。将PEDOT:PSS-PVA溶液量控制在每平方毫米0.5微升以形成均匀的导电高分子薄膜。随后将其置于80℃下烘10分钟,即可得到导电性与柔性俱佳的柔性肌电电极阵列。
6.使用硅胶片和裁纸机制作用于电极和柔性电路版连接点封装的挡片。将挡片一一贴在电极触点与电路板连接点图案部位。使用PDMS溶液(PDMS与固化剂的质量比为10:1)进行旋涂封装,控制旋转速度为2000转/秒,旋转时间为30秒。旋涂结束后将柔性肌电电极阵列置于80℃下烘10分钟,完成一次封装。再使用柔性皮肤粘合剂(组分A和B的质量比为1:1,购于道康宁,牌号为MG-9850)进行旋涂封装,控制旋转速度为2000转/秒,旋转时间为30秒。旋涂结束后将柔性肌电电极阵列置于80℃下烘干10分钟,完成二次封装。然后用镊子将之前挡片全部揭下,获得柔性肌电电极阵列的终产品,参考图5所示的照片。其中,除了电极触点与电路板连接点图案,其余部分均由于柔性皮肤粘合剂的存在而具有粘性,用于保证设备与皮肤及柔性电路板持续稳定的接触。
参考图6,将该柔性肌电电极阵列贴在肱二头肌上,柔性肌电电极阵列通过电路板连接图案和柔性电路版接触从而将肌电信号传输至接收仪器,从而可以获得肱二头肌在收缩时产生的肌电信号。参考图7,通过阵列中1~24电极触点的多通道信号采集,还能进一步从中得到具体肌肉纤维活动以及肌腱伸展的信息。
对比实验
对比例1:商用电极(美国3M,2228),与实施例1的区别在于,电极触点采用Ag/AgCl。
采用实施例1所提供的柔性肌电电极阵列和对比例1对额肌进行测试。其中,该对比实验中所用的液态金属电极和电极触点数量为1。柔性肌电电极阵列接地电极放置于额头中部骨头处,在左右额肌各放置对比例1的商用电极和柔性肌电电极阵列,进行额肌测试。肌电监测是双极监测(工作电极和接地电极得到的信号做差分),采样率1200Hz。受试者进行抬眉运动,采集到的电信号经过20Hz高通滤波后的结果如图8所示,a为对比例1的结果,b为实施例1的结果。图9中a为电信号中噪音的RMS值,b为电信号的信噪比,信噪比=20×log10(RMS信号/RMS噪音)。参考图8~9的实验结果,以及图10所示的原理(a为对比例1,b为实施例1),实验发现,仅仅经过4次抬眉运动,对比例1的电极由于柔性缺失已和皮肤之间产生空隙,生成额外的电容和电阻,增加总体电路阻抗,增加的噪音值导致信号被噪声盖过,无法准确测量。而实施例1所提供的电极可以完美嵌入皮肤褶皱,经过33次抬眉后(持续时间5分钟),仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
实施例2
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,与实施例1的区别在于,采用等质量的聚环氧乙烷代替聚乙烯醇。采用对比实验中的方法进行检测发现,经过多次抬眉后仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
实施例3
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,与实施例1的区别在于,采用等质量的聚乙二醇代替聚乙烯醇。采用对比实验中的方法进行检测发现,经过多次抬眉后仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
实施例4
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,与实施例1的区别在于,将0.115g聚乙烯醇溶于1ml聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐溶液(PEDOT:PSS,1.15w/v%)中。采用对比实验中的方法进行检测发现,经过多次抬眉后仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
实施例5
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,与实施例1的区别在于,将0.115g聚乙烯醇溶于40ml聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐溶液(PEDOT:PSS,1.15w/v%)中。采用对比实验中的方法进行检测发现,经过多次抬眉后仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
实施例6
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,与实施例1的区别在于,触点掩膜图案的间距为5mm,使得最终制备出的电极阵列中电极触点的间距为5mm。采用对比实验中的方法进行检测发现,经过多次抬眉后仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
实施例7
本实施例提供一种柔性肌电电极阵列,与实施例1的区别在于,触点掩膜图案的间距为30mm,使得最终制备出的电极阵列中电极触点的间距为30mm。采用对比实验中的方法进行检测发现,经过多次抬眉后仍保持稳定的基线噪声,能够准确读取信号。
上面结合实施例对本申请作了详细说明,但是本申请不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.柔性肌电电极阵列,其特征在于,包括:
柔性基底;
若干液态金属电极,所述液态金属电极设于所述柔性基底上,所述液态金属电极包括导线和位于所述导线一端的电路板连接图案;
若干电极触点,所述电极触点设于所述柔性基底上,所述电极触点与所述导线的另一端相连接,所述电极触点的原料包括亲水性聚合物和聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐。
2.根据权利要求1所述的柔性肌电电极阵列,其特征在于,所述亲水性聚合物与所述聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐的质量比为1:(0.1~4)。
3.根据权利要求1所述的柔性肌电电极阵列,其特征在于,所述电极触点的原料还包括二甲基亚砜、乙二醇、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的柔性肌电电极阵列,其特征在于,所述亲水性聚合物选自聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇中的至少一种。
5.根据权利要求1至4任一项所述的柔性肌电电极阵列,其特征在于,所述柔性基底上还设有皮肤粘合剂层。
6.根据权利要求1至4任一项所述的柔性肌电电极阵列,其特征在于,所述电极触点的间距为3~50mm。
7.权利要求1至6任一项所述的柔性肌电电极阵列的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将液态金属油墨印刷于基底材料上,形成液态金属电极图案,所述液态金属电极图案包括导线、位于所述导线一端的电路板连接图案、位于所述导线另一端的电极连接图案;
(2)将所述液态金属电极图案转印至柔性基底上,形成若干液态金属电极;
(3)通过掩模版对所述电极连接图案进行等离子清洗,改变所述电极连接图案位置的亲疏水性,滴入电极触点的原料,形成电极触点。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,还包括以下步骤:(4)在所述电极触点和所述电路板连接图案上覆盖挡片,封装后重新取下所述挡片。
9.肌电信号采集装置,其特征在于,包括权利要求1至6任一项所述的柔性肌电电极阵列。
10.电生理信号采集方法,其特征在于,包括将权利要求1至6任一项所述的柔性肌电电极阵列覆盖到受试者的皮肤表面,获取肌电信号。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111500574.1A CN114366110A (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
EP22902695.0A EP4445844A1 (en) | 2021-12-09 | 2022-04-24 | Flexible electromyographic electrode array, and preparation method therefor and application thereof |
PCT/CN2022/088644 WO2023103255A1 (zh) | 2021-12-09 | 2022-04-24 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
US18/717,530 US20250064371A1 (en) | 2021-12-09 | 2022-04-24 | Flexible electromyographic electrode array, and preparation method therefor and application thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111500574.1A CN114366110A (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114366110A true CN114366110A (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=81140337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111500574.1A Pending CN114366110A (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20250064371A1 (zh) |
EP (1) | EP4445844A1 (zh) |
CN (1) | CN114366110A (zh) |
WO (1) | WO2023103255A1 (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115078487A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-09-20 | 厦门大学 | 一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法 |
CN115624336A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-01-20 | 复旦大学 | 一种核磁兼容的神经电刺激-电记录系统及其制备方法 |
WO2023103255A1 (zh) * | 2021-12-09 | 2023-06-15 | 南方科技大学 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
WO2024074486A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | Technische Universität Graz | Electromyography device |
CN118178855A (zh) * | 2024-05-16 | 2024-06-14 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 生物电极及其制备方法与应用 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110251125A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-20 | 南方科技大学 | 一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用 |
US20200138313A1 (en) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | Biocircuit Technologies, Inc. | Electrode-based systems and devices for interfacing with biological tissue and related methods |
CN111450409A (zh) * | 2019-01-18 | 2020-07-28 | 洛桑联邦理工学院 | 包括机械适应性构件的生物医学装置 |
EP3705035A1 (en) * | 2019-03-07 | 2020-09-09 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Manufacturing of skin-compatible electrodes |
CN111920404A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-11-13 | 南方科技大学 | 一种柔性微电极阵列及其制备方法和应用 |
CN112545523A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-26 | 南方科技大学 | 一种软硬可调的液态金属神经电极及其制备方法和应用 |
CA3154252A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Flavia VITALE | Rapid manufacturing of absorbent substrates for soft, conformable sensors and conductors |
CN113100773A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-13 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种直接在皮肤上纺丝制备纤维膜干电极的方法 |
US20210244304A1 (en) * | 2020-02-10 | 2021-08-12 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Transparent flexible bio-electrode and method for manufacturing same |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3380006B1 (en) * | 2015-11-29 | 2022-04-27 | Ramot at Tel-Aviv University Ltd. | Sensing electrode and method of fabricating the same |
US11684305B2 (en) * | 2018-06-02 | 2023-06-27 | Seyedhesam Sadeghian-Motahar | Electrode array configuration on a flexible substrate for electro-oculogram recording |
CN111134401A (zh) * | 2018-11-02 | 2020-05-12 | 国家纳米科学中心 | 基于液态金属的高弹性的智能衣物、其制备方法及应用 |
CN109350847A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-19 | 深圳先进技术研究院 | 一种功能化植入式柔性电极及其应用 |
CN112244839B (zh) * | 2020-09-29 | 2022-03-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 用于长期植入的柔性电极探针及其制备方法、设备 |
CN114366110A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-19 | 南方科技大学 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-12-09 CN CN202111500574.1A patent/CN114366110A/zh active Pending
-
2022
- 2022-04-24 US US18/717,530 patent/US20250064371A1/en active Pending
- 2022-04-24 EP EP22902695.0A patent/EP4445844A1/en active Pending
- 2022-04-24 WO PCT/CN2022/088644 patent/WO2023103255A1/zh active Application Filing
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200138313A1 (en) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | Biocircuit Technologies, Inc. | Electrode-based systems and devices for interfacing with biological tissue and related methods |
CN111450409A (zh) * | 2019-01-18 | 2020-07-28 | 洛桑联邦理工学院 | 包括机械适应性构件的生物医学装置 |
EP3705035A1 (en) * | 2019-03-07 | 2020-09-09 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Manufacturing of skin-compatible electrodes |
CN110251125A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-20 | 南方科技大学 | 一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用 |
CA3154252A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Flavia VITALE | Rapid manufacturing of absorbent substrates for soft, conformable sensors and conductors |
US20210244304A1 (en) * | 2020-02-10 | 2021-08-12 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Transparent flexible bio-electrode and method for manufacturing same |
CN111920404A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-11-13 | 南方科技大学 | 一种柔性微电极阵列及其制备方法和应用 |
CN112545523A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-26 | 南方科技大学 | 一种软硬可调的液态金属神经电极及其制备方法和应用 |
CN113100773A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-13 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种直接在皮肤上纺丝制备纤维膜干电极的方法 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023103255A1 (zh) * | 2021-12-09 | 2023-06-15 | 南方科技大学 | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 |
CN115078487A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-09-20 | 厦门大学 | 一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法 |
CN115078487B (zh) * | 2022-05-18 | 2024-04-19 | 厦门大学 | 一种基于液态金属的体外心肌柔性微电极阵列及其制备方法 |
CN115624336A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-01-20 | 复旦大学 | 一种核磁兼容的神经电刺激-电记录系统及其制备方法 |
WO2024074486A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | Technische Universität Graz | Electromyography device |
CN118178855A (zh) * | 2024-05-16 | 2024-06-14 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 生物电极及其制备方法与应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023103255A1 (zh) | 2023-06-15 |
EP4445844A1 (en) | 2024-10-16 |
US20250064371A1 (en) | 2025-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114366110A (zh) | 柔性肌电电极阵列及其制备方法和应用 | |
CN104224170B (zh) | 一种阵列式柔性表面肌电电极及制备方法 | |
CN109998533B (zh) | 一种柔性微针电极阵列装置及制备方法 | |
EP3380006B1 (en) | Sensing electrode and method of fabricating the same | |
CN112641448B (zh) | 一种柔性磁兼容的植入式脑电电极阵列及其制备方法 | |
CN113057637B (zh) | 一种基于水凝胶的柔性生物电极阵列及其制作方法 | |
CN108956737B (zh) | 柔性微针式传感器及其制备方法、三维立体状电极及其封装体 | |
CN105342613A (zh) | 一种用于测量肌肉阻抗的柔性电极及其制备方法 | |
WO2019119045A1 (en) | Anisotropically conductive material for use with a biological surface | |
CN113029404A (zh) | 基于石墨烯的双通道柔性多态应力传感器的制备方法 | |
CN209003993U (zh) | 用于电生理标测的电极 | |
CN115969333B (zh) | 一种面向脉诊检测的柔性高灵敏阵列式传感器 | |
CN105232036B (zh) | 医用传感器及其制备方法 | |
Yao et al. | Anisotropic ion conducting particulate composites for bioelectronics | |
CN110487450A (zh) | 一种柔性触觉传感器及其制备方法和应用 | |
Serrano et al. | 3D printed PEDOT: PSS-based conducting and patternable eutectogel electrodes for machine learning on textiles | |
CN113647952A (zh) | 基于银/氯化银纳米线制成的柔性干电极及其制备方法 | |
CN117838134A (zh) | 一种液态金属柔性电极及其制备方法和应用 | |
CN117812838A (zh) | 一种柔性可均向拉伸电极器件及其制备方法和应用 | |
US20230158293A1 (en) | Flexible nonmetallic electrode | |
CN215305947U (zh) | 一种基于石墨烯的干电极 | |
Wang et al. | Multi-Channel flexible microneedle electrode array (MNEA) for high-density surface EMG recording | |
CN109330590B (zh) | 一种用于表皮信号采集的表皮电极及其应用 | |
Hu et al. | Stretchable and printable medical dry electrode arrays on textile for electrophysiological monitoring | |
TWI867920B (zh) | 黏附型水凝膠電極 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |