一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，该多通道表面肌电极器件包括电极、互连导线、引线接口、衬底和封装层，除引线接口外均采用超薄网状结构周期排布形成。器件总厚度只有几个微米并具备很好的可延展性和复杂曲面不规则形状自适应性，且器件的力学性能与人体皮肤相似，测量过程中器件如同纹身或贴画一样，能够仅依靠器件与皮肤之间的范德华力作用自适应紧密贴合在皮肤表面，并随着皮肤的变形一起变形而不失效。该表面肌电极采用可延展柔性电子技术与传统的微纳加工方法兼容制备获得，感知电极的通道数可根据需求进行扩展，利于肌电信号的大规模、高密度采集。

A Skin-like Multi-channel Surface Muscle Electrode Based on Mesh Structure Design

The utility model discloses a skin-like multi-channel surface muscle electrode based on a mesh structure design. The multi-channel surface muscle electrode device comprises electrodes, interconnection wires, lead interfaces, substrates and packaging layers, which are periodically arranged with ultra-thin mesh structure except lead interfaces. The total thickness of the device is only a few microns, and it has good ductility and adaptability to irregular shape of complex surface. The mechanical properties of the device are similar to human skin. In the measurement process, the device, like tattoos or stickers, can be adaptively and tightly adhered to the skin surface only by the van der Waals force between the device and the skin, and can be deformed with the deformation of the skin. Effectiveness. The surface electrodes are fabricated by flexible electronic technology compatible with traditional micro-nanofabrication methods. The number of channels of sensing electrodes can be expanded according to demand, which is conducive to large-scale and high-density acquisition of EMG signals.

【技术实现步骤摘要】
一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极
本技术涉及一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极及其制备方法，属于生物表面肌电信号采集和生物医用器件制造、可穿戴、可延展柔性电子器件和移动医疗器械领域。
技术介绍
表面肌电信号是人体肌肉活动过程中产生的低频微弱信号，包含着大量与人体生理健康相关的信息，在肌肉活动的局部疲劳程度和肌力水平评估，肌肉劳损部位精准定位以及肌肉康复治疗等肌肉医学诊断领域、手语手势识别，移动物联网等人机交互方面都发挥着关键的作用。当前表面肌电信号的采集都集中于利用传统导电银胶的刚性电极进行测试，虽然短期内能够获取到稳定的高质量的肌电信号，但是受限于电极大的尺寸和导电银胶长时间使用过程中电学性能显著下降等因素的影响，高密度，可长时间的在线测量肌电信号一直得不到解决。同时刚性的电极与柔软的皮肤接触也给患者带来不舒适感。随着微加工方法和基于柔性印刷电路板技术的发展，柔性的、具备高空间密度的表面肌电极获得了广泛的关注和大量的研究。在某种程度上改善了之前电极空间分辨率不高、不轻便的问题，但是柔性的表面肌电极不具备可延展和可拉伸性能，不能与皮肤完美的贴合测试，造成测量的肌电信号质量差，稳定性不好。常常需要导电胶的辅助才能正常使用，依然无法长期有效地测量肌电信号。近几年，随着可延展柔性电子技术和移动物联网技术的发展，一大批可穿戴、可长期在线测量人体重要生理指标的移动医疗器械被设计和技术出来。这类具备非常好的优点，包括器件结构上非常柔软、厚度薄重量亲，与人体亲和力好且能适应皮肤复杂变形；器件测量精度高，测试舒适感好等。这些技术的发展很好的解决了之前生物医学器件的诸多问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极及其制备方法，主要针对现有表面肌电极的器件较厚和不具备可拉伸性能，与复杂不规则曲面包括生物组织或皮肤等亲和力、贴合质量差的不足，解决的问题包括但不限于：(1)测量电极采用超薄网状结构设计，本技术设计和制备的测量电极采用超薄网状结构设计，器件非常柔软且具优异的可拉伸性能，能够类似“纹身”或“贴画”一样自适应紧密贴合在复杂不规则曲面上，比如人体的皮肤，且能承受人体皮肤在人自然活动过程中产生的复杂变形，提高测量舒适感。(2)可穿戴、长期在线测量的能力，本技术设计和制备的表面肌电极结构柔软，生物亲和力好，与皮肤接触紧密，无需导电凝胶的情况下测量很好质量的肌电信号。因此可用于人体表面肌电信号长期穿戴式、在线监测。一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，它包括N个电极、互联导线、衬底、封装层、引线接口；所述的引线接口包括N个引线端，各电极分别通过互联导线连接至引线接口的一个引线端，衬底和封装层设置于电极、互联导线和引线接口上下两侧，且仅使各电极及引线接口裸露。所述的电极、互联导线、衬底、封装层均采用网状结构，衬底及封装层采用柔性材料。上述技术方案中，所述的电极采用生物兼容的导电材料，包括金、银、氯化银或石墨烯。所述的衬底及封装层采用聚合物材料，包括聚酰亚胺薄膜、PET。厚度均不超过5μm。该表面肌电极还可以包括设置于整个器件背面的生物兼容薄膜，所述的生物兼容薄膜采用医用半透薄膜、生物医用胶布或PDMS、Ecoflex。上述的类皮肤多通道表面肌电极采用可延展柔性电子技术制备，与传统微纳加工方法或半导体工艺兼容和有效结合。一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极的制备方法，该方法包括以下步骤：在玻璃上旋涂一层柔性材料(如聚酰亚胺薄膜)作为衬底材料，并在聚酰亚胺薄膜衬底上利用微纳加工方法形成蛇形网状电极、蛇形网状互联导线和引线接口；接着在图形化的功能层上旋涂柔性的封装层(如聚酰亚胺)，并利用微纳加工方法形成蛇形网状衬底、蛇形网状柔性封装层，并选择性移除电极处和引线接口处的封装层材料；最后将制备好的器件从玻璃上释放下来并在预留的引线接口处连接上软的排线方便数据采集；将器件直接贴合到皮肤上或者通过生物兼容薄膜贴合到皮肤上可进行肌电信号采集，完成类皮肤多通道表面肌电极的制备。本技术相比于当前表面肌电极具有以下几个突出的优点和有益效果：①测量电极采用超薄网状结构设计，传统的刚性电极和柔性电极大多采用平面实心的圆形金属片作为肌电信号的感知电极，而人的皮肤表面在微观下表面是凹凸不平的结构，致使平面的实心电极在测试时和人体皮肤自适应接触不好，而本技术的电极可做到厚度小于10μm，该超薄网状结构的电极能够依靠电极与皮肤之间的范德华力贴附在不规则皮肤表面，能够有效改善器件与皮肤之间的亲和力，提高测试舒适感和测量信号质量。②本技术设计和制备的类皮肤多通道表面肌电极与皮肤亲和力好，接触质量高，测量信号的质量好，在无需导电凝胶的辅助下可长期穿戴式在线测量高质量的表面肌电信号。③本技术设计和制备的表面肌电极制备所采用的可延展柔性电子技术与传统微加工方法或半导体技术兼容，器件加工精度精细，制备过程简单，易于高密度电极阵列、低价大批量生产。附图说明图1为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极4种代表性网状结构单元体示意图；图2为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极网状电极、网状互连导线、引线接口示意图；图3为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极网状衬底示意图；图4为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极网状封装层示意图；图5为本技术实施例的基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极器件整体结构和细节截面示意图；图6为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极器件自适应贴合在人体皮肤上的变形图；图7为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极器件自适应贴合在人体皮肤上测试示意图和采集的部分肌电信号；图8为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极器件贴合在生物兼容的半透膜上并连接好软的排线；图9为本技术基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极器件制备流程图；图中：1-电极；2-互联导线；3-引线接口；4-衬底；5-封装层。具体实施方式下面结合附图对具体实施例进一步说明。一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，它包括N个电极1、互联导线2、衬底3、封装层4、引线接口5；所述的引线接口5包括N个引线端，各电极1分别通过互联导线2连接至引线接口5的一个引线端，衬底3和封装层4设置于电极1、互联导线2和引线接口5上下两侧，且仅使各电极1及引线接口5处裸露。所述的电极1、互联导线2、衬底3、封装层4均采用网状结构，衬底及封装层采用柔性材料。下面结合实例说明：如图1所示，为本实例基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极4种代表性网状结构及其单元体的示意图，主要包括蛇形结构、2种格珊结构和自相似蛇形结构。本实例中的多通道表面肌电极的测量电极、互连导线、衬底和封装层均采用第一种网状结构为例进行说明。如图2所示，为本实例基于网状蛇形结构设计的类皮肤多通道表面肌电极设计示意图，主要包括9个电极1、互联导线2、引线接口3。电极1和互联导线2均采用蛇形网状结构设计。9个电极1采用线性排列方式，从上到下依次编号为1到9；下侧引线接口4从左到右依次编号为1到9，测量电极按编号1到9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，其特征在于，它包括N个电极(1)、互联导线(2)、衬底(3)、封装层(4)、引线接口(5)；所述的引线接口(5)包括N个引线端，各电极(1)分别通过互联导线(2)连接至引线接口(5)的一个引线端，衬底(3)和封装层(4)设置于电极(1)、互联导线(2)和引线接口(5)上下两侧，各电极(1)及引线接口(5)裸露；所述的电极(1)、互联导线(2)、衬底(3)、封装层(4)均为网状结构，衬底及封装层为柔性材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，其特征在于，它包括N个电极(1)、互联导线(2)、衬底(3)、封装层(4)、引线接口(5)；所述的引线接口(5)包括N个引线端，各电极(1)分别通过互联导线(2)连接至引线接口(5)的一个引线端，衬底(3)和封装层(4)设置于电极(1)、互联导线(2)和引线接口(5)上下两侧，各电极(1)及引线接口(5)裸露；所述的电极(1)、互联导线(2)、衬底(3)、封装层(4)均为网状结构，衬底及封装层为柔性材料。2.如权利要求1所述的一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成军，宋吉舟，陈伟球，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33