抑制運(yùn)動偽跡石墨烯柔性腦電容性電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械(用具)/腦電電極領(lǐng)域，具體涉及一種抑制運(yùn)動偽跡石墨烯柔性腦電容性電極。
【背景技術(shù)】
[0002]腦電(EEC)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接外在表征，可檢測大腦皮層不同區(qū)域的活動狀態(tài)，反映了人體生理、心理狀態(tài)和不同腦功能的腦區(qū)交互方式。同時(shí)，腦電可以作為癲癇、癡呆、腫瘤等腦部疾病或腦死亡提供診斷信息。
[0003]腦電是通過腦電電極采集信號的。根據(jù)是否采用導(dǎo)電凝膠，腦電電極主要分為濕電極和干電極。傳統(tǒng)醫(yī)療中常用濕電極檢測腦電，被測者在進(jìn)行腦電采集前，需涂抹導(dǎo)電介質(zhì)。濕電極的不足之處在于其準(zhǔn)備工作復(fù)雜，導(dǎo)電銀膠隨時(shí)間逐漸風(fēng)干而造成測量誤差，容易造成皮膚過敏，影響舒適度，不適用于長時(shí)間監(jiān)測。干電極不使用導(dǎo)電膏(或凝膠)或者其他電介質(zhì)作為皮膚和電極之間的耦合通路，而是皮膚和電極之間的直接接觸或者電容耦合形成通路的電極。容性電極也是干電極的一種。容性電極一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以隔著頭發(fā)或者衣物布料等測量信號，此時(shí)頭發(fā)(毛發(fā))或者衣物布料等充當(dāng)電容介質(zhì)。目前尚缺乏可長期舒適穿戴的動態(tài)獲取腦電信號的傳感器。
[0004]石墨烯是目前已知的最薄最輕的一種材料，單層的石墨烯只有一個(gè)碳原子的厚度。石墨烯也是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度。由于石墨烯僅由碳元素組成且結(jié)構(gòu)完美，是制造超靈敏生物傳感器的理想材料。
[0005]現(xiàn)有干電極腦電采集技術(shù)有微針技術(shù)、超高輸入阻抗放大器和光電傳感等。
[0006]參見圖3，微針技術(shù)是目前最普遍采用的干電極腦電采集技術(shù)，其采用針式電極直接穿透角質(zhì)層，嵌入低阻抗的生發(fā)層來完成信號采集的技術(shù)。然而皮膚厚度因人而異，對于皮膚較薄的人來說，微針前端可能已經(jīng)刺破生發(fā)層而進(jìn)入充滿血管和神經(jīng)的真皮層，從而產(chǎn)生疼痛感。由于電極直接與頭皮內(nèi)部接觸，容易引起交叉感染，一般為一次性電極。
[0007]超高阻抗放大器技術(shù)的腦電電極主要確保傳感器與頭皮緊密接觸，大多采用金屬材料。然而，金屬材料電極抗腐蝕性低，抗干擾和抗噪聲能力均差，在微電流通過時(shí)容易產(chǎn)生極化。同時(shí)金屬干電極穿戴舒適性較差，運(yùn)動偽跡明顯。
[0008]光電傳感干電極利用特殊有機(jī)材料依據(jù)在不同電壓下產(chǎn)生的電場的形變程度，感知腦電的變化。此類電極裝置復(fù)雜，在檢測腦電時(shí)往往需要專業(yè)醫(yī)護(hù)人員輔助進(jìn)行，并不適合檢測者在日常生活中長時(shí)間佩戴使用。
[0009]現(xiàn)有干電極可以很好地短時(shí)間監(jiān)測人體靜止?fàn)顟B(tài)下的腦電信號，并不能滿足當(dāng)有肢體移動或人在運(yùn)動時(shí)引起的運(yùn)動偽跡，也不能實(shí)現(xiàn)在日常生活中長時(shí)間穿戴檢測?，F(xiàn)在腦電干電極材料多為金屬等剛性材料，電極并不能很好貼合頭皮，既影響穿戴舒適性，又容易引起運(yùn)動偽跡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種抑制運(yùn)動偽跡石墨烯柔性腦電容性電極，是一種電容耦合原理腦電干電極。容性電極一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以隔著頭發(fā)或者衣物布料等測量信號，此時(shí)頭發(fā)(毛發(fā))或者衣物布料等充當(dāng)電容介質(zhì)。腦電電極的材料采用導(dǎo)電布、導(dǎo)電海綿、絕緣橡膠板和石墨烯，均為柔性材料，對皮膚無刺激和損傷，增加穿戴舒適性，可長期佩戴使用。在動態(tài)情況下，柔性材料可以很好貼合頭皮結(jié)構(gòu)，有效抑運(yùn)動偽跡。添加石墨烯涂層，極大的增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電性能，提高了微弱電信號數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度。腦電電極由基底層、織物導(dǎo)電層、第一抑制運(yùn)動偽跡層、填充層、第二抑制運(yùn)動偽跡層、觸面層和絕緣遮擋層組成，從電極結(jié)構(gòu)上能有效地減少噪聲，抑制運(yùn)動偽跡。
[0011]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種抑制運(yùn)動偽跡石墨烯柔性腦電容性電極。該電極由基底層、織物導(dǎo)電層、第一抑制運(yùn)動偽跡層、填充層、第二抑制運(yùn)動偽跡層、觸面層和絕緣遮擋層組成。其特征在于:柔性織物構(gòu)成所述基底層;導(dǎo)電布構(gòu)成所述織物導(dǎo)電層;第一緩沖層和第一加強(qiáng)層構(gòu)成所述第一抑制運(yùn)動偽跡層，導(dǎo)電海綿構(gòu)成所述第一緩沖層，導(dǎo)電布構(gòu)成所述第一加強(qiáng)層;絕緣橡膠板構(gòu)成填充層;第二加強(qiáng)層和第二緩沖層構(gòu)成所述第二抑制運(yùn)動偽跡層，導(dǎo)電布構(gòu)成所述第二加強(qiáng)層，導(dǎo)電海綿構(gòu)成所述加第二緩沖層;石墨烯涂層構(gòu)成所述觸面層;絕緣織物構(gòu)成所述絕緣遮擋層。
[0012]優(yōu)選的，所述織物導(dǎo)電層設(shè)置在基底層上，放置中心位置且通過醫(yī)用粘膠與其粘合;所述第一抑制運(yùn)動偽跡層設(shè)置在所述織物導(dǎo)電層上，放置中心位置且通過導(dǎo)電銀膠與其粘合;所述第一抑制運(yùn)動偽跡層內(nèi)部各層均由導(dǎo)電銀膠粘合;所述填充層設(shè)置在所述第一抑制運(yùn)動偽跡層上，放置中心位置且通過導(dǎo)電銀膠與其粘合;所述第二抑制運(yùn)動偽跡層設(shè)置在所述填充層上，放置中心位置且通過導(dǎo)電銀膠與其粘合;所述第二抑制運(yùn)動偽跡層內(nèi)部各層均由導(dǎo)電銀膠粘合;所述觸面層設(shè)置在所述第二抑制運(yùn)動偽跡層上，放置中心位置且通過導(dǎo)電銀膠與其粘合;所述絕緣織物遮擋層中心鏤空，設(shè)置在織物導(dǎo)電層上，完全覆蓋且通過縫紉連接、固定。
[0013]優(yōu)選的，柔性織物是具有一定柔韌性和彈性的萊卡布塊，主要用來支撐電極?？椢锘缀线m的壓力既保證腦電電極與人體緊密貼合，又保障穿戴的舒適性。
[0014]優(yōu)選的，所述三層導(dǎo)電布的基材為聚酯纖維，在高強(qiáng)度下鍍以鎳與銅，形成金屬化表面，具有卓越的柔軟性、導(dǎo)電性與優(yōu)異的耐曲折特性，穿戴舒適，表面的導(dǎo)電阻抗值小于等于0.5Ω/Π!2，具有良好的導(dǎo)電能。
[0015]優(yōu)選的，所述織物導(dǎo)電層的導(dǎo)電布形狀為直徑30-50mm的圓，厚度小于等于0.05mm。其作用在于支撐電極、傳導(dǎo)電信號(相當(dāng)于導(dǎo)線)。
[0016]優(yōu)選的，所述第一加強(qiáng)層和二的導(dǎo)電布需在石墨烯溶劑中浸泡，風(fēng)干形成石墨烯導(dǎo)電布，形狀均為直徑20-40mm的圓，厚度小于等于0.05mm。其作用是增加導(dǎo)電性和加強(qiáng)電極，使其不易發(fā)生永久形變，在一定程度上，使電極觸面層緊貼皮膚表面，在動態(tài)情況下使電極與皮膚表面保持相對平行，抑制運(yùn)動偽跡。
[0017]優(yōu)選的，所述第一緩沖層和二的導(dǎo)電海綿由高分子復(fù)合材料發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)，發(fā)泡孔徑均勻，導(dǎo)電海綿柔軟，主要成分為聚酯海綿和金屬鎳，無毒無味，富有彈性，導(dǎo)電性能好。導(dǎo)電海綿直接與皮膚接觸，其柔軟特性可以保證穿戴的舒適性，也能在皮膚與電極相互作用時(shí)起到緩沖作用，自適應(yīng)人體頭部外輪廓，很好地貼合與皮膚表面，以減少噪聲和抑制運(yùn)動偽跡。
[0018]優(yōu)選的，所述第一緩沖層導(dǎo)電海綿形狀為直徑20-40mm的圓，厚度為0.5mm。其作用為抵消或緩沖皮膚-基底之間的水平滑動，一定程度抵消和緩沖垂直擠壓。
[0019]優(yōu)選的，所述第二緩沖層導(dǎo)電海綿形狀為直徑20-40mm的圓，厚度為0.5mm。其作用為抵消或緩沖皮膚-電極的局部滑動和垂直擠壓。
[0020]優(yōu)選的，所述抑制運(yùn)動偽跡層均由緩沖層和加強(qiáng)層共同作用來抵消或緩沖由人在運(yùn)動中產(chǎn)生的基底震動，滑動或擠壓，帶來的電極和皮膚之間的相對滑動，擠壓，扭曲形變，導(dǎo)致皮膚-電極的雙電層發(fā)生電荷重新分配而引起的運(yùn)動偽跡。
[0021 ]優(yōu)選的，所述絕緣橡膠板形狀為直徑20-40mm的圓，厚度為0.1-0.5mm。其材料為聚氨酯橡膠，扯斷力大于等于5Mpa，伸長率為250%-280%，硬度小于等于70°，具有良好的柔韌性，在厚度方向不易壓縮。在電極中充當(dāng)容性電極的電容介質(zhì)，保持第一加強(qiáng)層與第二加強(qiáng)層之間的距離基本不變，從而保證電容不變，有效抑制運(yùn)動偽跡。
[0022]優(yōu)選的，所述電極整體厚度小于等于3mm，在佩戴時(shí)以免產(chǎn)生異物感，影響穿戴舒適性。整體形狀為直徑20-40mm的圓。心電電極需貼合胸部特征，太大的尺寸會影響其穿戴舒適性，使得心電R波易發(fā)生畸變;太小的尺寸會削弱心電的有效信號。
[0023]優(yōu)選的，所述石墨烯是電極核心材料，其純度大于95%，導(dǎo)電率105S/m，氧和硫的含量均為0.5%,金屬雜質(zhì)含量為lOOppm，比表面積為100-300m2/g，涂層厚度為0.005mm。石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性和極高的靈敏度能夠感應(yīng)皮膚表面微弱生物電勢信號，提高了微弱電信號數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度。
[0024]優(yōu)選的，所述絕緣織物，厚度為0.5-0.8mm，整體寬度為50-70mm，長度為80-1 1mm的矩形，中心鏤空圖形為電極觸面層形狀。絕緣織物封裝電極，隔離導(dǎo)電層與皮膚接觸，避免產(chǎn)生干擾信號。
[0025]優(yōu)選的，所述絕緣織物與織物基底用縫紉機(jī)縫紉連接、固定。
【附圖說明】
[0026]圖1為抑制運(yùn)動偽跡石墨稀柔性腦電容性電極的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖2為抑制運(yùn)動偽跡石墨烯柔性腦電容性電極覆蓋絕緣遮擋層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的腦電微針結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中，I為柔性織物;2為導(dǎo)電布;3為導(dǎo)電海綿;4為導(dǎo)電布;5為絕緣橡膠板;6為導(dǎo)電布;7為導(dǎo)電海綿;8為石墨烯涂層;9為絕緣織物。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，下述具體實(shí)施例或【具體實(shí)施方式】，是本發(fā)明為進(jìn)一步解釋具體的
【發(fā)明內(nèi)容】
而列舉的一系列優(yōu)化的設(shè)置方式，而該些設(shè)置方式之間均是可以相互結(jié)