用于检测生物电信号的电极制造技术

本申请公开一种用于在皮肤表面上检测生物电信号(例如EEG)的电极。该电极包括包含氧化铱的涂层，其中该涂层具有纳米结构的表面图案，在使用时提供毛细管作用和亲水作用。该电极可以用在耳装置中以布置在人的耳朵处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测生物电信号的电极
本专利技术涉及一种用于检测生物电信号的电极、一种用于制造用于检测生物电信号的电极的方法以及一种包括这样的电极的耳装置。
技术介绍
在此将生物电信号理解为源自活体的电位差。众所周知的示例是心电图(ECG)信号和脑电图(EEG)信号。通常将用于检测耳朵处生物电信号的耳部部件用于检测EEG信号，但也可以应用于检测诸如ECG、眼电图(EOG)或肌肉活动的其他生物电信号。EEG信号是由人的大脑活动产生的电信号。近年来，已经设计了可以由被监测者连续携带或佩戴的EEG监测系统。目标是拥有个人可穿戴式EEG监测器，即使携带数月或数年，其携带起来也不会比眼镜或现代小型助听器带来更多麻烦。这样的EEG监测器可以用于不同的目的。一个示例是监控人的状况，例如用于在满足预定条件的情况下提供警报或信息。该监测器还可以应用于数据收集(例如用于诊断用途或研究使用)。应用示例是用于监控患有糖尿病或癫痫的人。另一示例是作为助听器的控制或调节的输入。此外，近年来，经颅神经刺激内有许多活动(例如tDCS和tACS)。在此，电极不仅用于记录电信号，还用于神经刺激。另一应用可以是皮肤电反应(GSR)的测量。此外，也可以使用耳装置测量源自颅神经和脑干中神经活动的电位。这例如与听力损失的评估有关，其中常见的是测量来自颅神经(颅神经8)和脑干的反应(如听觉脑干的反应)。但是，其也可以与测量来自在外耳中分支的例如迷走神经(颅神经10)的反应或刺激有关。这可以例如与癫痫病有关。从WO2011/000383A1中获知在耳道中测量EEG信号，其公开一种具有EEG电极的耳塞，其中耳塞的形状根据使用者的耳道单独匹配或定制。WO2007/047667A2公开一种由可压缩材料制成并提供有EEG耳道电极的耳塞。外耳电极布置在佩戴在耳朵后面的测量设备上。由此，测量设备的壳体被成形/定制为个人耳朵的弯曲轮廓。通常已知的是，特别是在医学领域内，通过将电极放置在对象的头皮上测量脑电波，希望使用合适的装备测量该对象的脑电波、处理和解释所测量的脑电波。典型地，这样的装备是脑电图仪，通过其可以实现所谓的脑电图(EEG)。这样的EEG通过测量对象大脑中突触后电流在对象头皮表面产生的电位来提供对象大脑中的电活动的测量和记录。在医学领域内，EEG用于各种诊断目的。从WO-A1-2006/047874中获知一种用于这种用途的系统，其描述了通过使用与对象的至少一只耳朵连接放置的电极，即放置在外耳部分上或放置在耳道中的电极来测量脑电波。该测量尤其用于检测癫痫发作的发作。WO-A1-2006/047874还描述了成对的电极分别用作检测电极和参考电极，这种设置在脑电图领域是众所周知的。用于测量脑电波的已知系统通常使用起来很复杂，并且需要合格的人员进行操作，或者需要手术来放置电极，并且即使正确放置，由于电耦合的变化，记录的EEG仍然会有很大的变化。常规的EEG记录系统具有相对较大的功耗。尽管有可能在医学和物理科学的许多不同领域中连续监控使用者的脑电图反应，但已知的系统很大程度上仅限于实验室使用。常规的实验室EEG记录通常使用湿Ag/AgCI电极执行，其中电极凝胶在电极和皮肤之间施加。电极凝胶通常是离子浓度高于人体细胞外液的溶液。电极凝胶改善了皮肤和电极之间的离子传输。即使在使用导电电极凝胶时，由于使用者皮肤上的湿气、灰尘和头发，电气路径仍然可能很差。当要长时间使用监测器时，其中使用者处于活动状态并处于非实验室环境(例如，灰尘、潮湿等)中，这特别是一个问题。广泛使用Ag/AgCI电极的理由之一是，电极-皮肤界面上的电位在几分钟之内稳定，从而在应用电极后不久实现低噪声记录。对于实验室环境，在电极和皮肤之间应用凝胶通常不是问题。然而，由于导电凝胶是油腻的并且不限于电极所覆盖的区域，因此对导电凝胶的需求使得这种系统在公共场合使用时没有吸引力。此外，如果将导电凝胶彼此紧密靠近放置，则导电凝胶很可能使电极短路，因此，这些已知系统需要电极之间的间隔，从而导致用于监测EEG的装置大而笨重。因此，本专利技术旨在提供一种用于长期地、连续地、无创监测地检测生物电信号的电极，该电极可以在临床和实验室环境之外的日常生活中以简单的方式使用，同时获得来自使用者的高质量的生物电信号响应。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，通过提供一种用于检测皮肤表面上的生物电信号的电极实现该目的，其中该电极包括皮肤接触部分、由金属制成的基板以及包括氧化铱的涂层。涂层覆盖电极的皮肤接触部分的至少一部分，并且涂层具有纳米结构的表面图案。在本申请的上下文中，纳米结构是指微米级和/或纳米级的三维微观结构。纳米结构的表面图案包括多个脊，该多个脊基本上均匀地分布在被涂层覆盖的电极的皮肤接触部分上方。该多个脊形成相交脊的网格。纳米结构的表面图案提供毛细作用，使皮肤接触部分的被涂层覆盖的部分在用于皮肤上时具有亲水性。电极的这种亲水特性提高电极的效率，显著产生与已知的湿电极相似的结果，同时为使用者提供使用干电极的便捷性，因为在放置电极之前不必像湿电极那样冲洗皮肤或应用电极凝胶。在专利说明书的末尾包括对根据本专利技术的电极和常规的湿Ag电极的比较研究的测试结果。因为EEG电极依靠凝胶与皮肤接触，通常，EEG电极表面平坦。对于干表面电极，由于电极阻抗与其接触表面积成反比，因此电极表面与皮肤直接接触至关重要。对于平面电极，这理想地意味着必须将其放置在平坦的皮肤表面上。这样的平坦皮肤表面在人类上不存在，但是实际上，因为皮肤可以被电极稍微压紧，几乎平坦的表面都存在。当电极用于耳朵中时，除非电极直径很小，否则不能认为皮肤表面平坦。否则，电极将仅在其外围与皮肤接触。理想地，将用于耳朵的干表面电极成形为使得其适合该特定耳朵的曲率。非定制的耳电极应模仿人耳的一般特征，这意味着电极表面应呈圆顶形或具有与人耳特征中的曲率相匹配的曲率半径的其他形式弯曲。因为电极表面可以依靠某些皮肤压缩来补偿差异，电极表面的曲率不需要完全匹配耳朵的特征。然而，如果曲率半径变得小于皮肤压缩所能吸收的曲率半径，则电极将在其外围失去皮肤接触。如果曲率半径变得大于皮肤压缩所能吸收的曲率半径，其将在其中心失去皮肤接触。由于皮肤的可压缩性，将存在一定的曲率半径间隔，以确保电极的整个表面或至少其主要部分与皮肤接触。在优选的实施例中，电极的皮肤接触部分包括弯曲表面，该弯曲表面适于在使用电极时面向使用者的皮肤表面。电极具有底径D。在优选的实施例中，底径D在1.0mm至5.0mm之间，更优选在1.5mm-3.5mm之间，甚至更优选在2.0mm-3.0mm之间，并且最优选的底径D为2.6mm。在优选的实施例中，电极的皮肤接触部分的适于在使用电极时接触使用者的皮肤的表面弯曲成曲率半径R在2mm至7mm之间。更优选的曲率半径R在2.1mm至5mm之间，最优选的曲率半径在2.2mm至4mm之间。如在本专利申请的说明书最后部分的对比研究中所示，与湿Ag电极相比，如测试结果所示，已证明氧化铱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极，所述电极包括/n皮肤接触部分(4)，/n由金属制成的基板(2)，/n包括氧化铱的涂层(3)，/n其中所述涂层(3)覆盖所述电极(1)的所述皮肤接触部分的至少一部分，/n其特征在于，所述涂层(3)包括纳米结构的表面图案。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180226 US 62/635,2371.一种用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极，所述电极包括
皮肤接触部分(4)，
由金属制成的基板(2)，
包括氧化铱的涂层(3)，
其中所述涂层(3)覆盖所述电极(1)的所述皮肤接触部分的至少一部分，
其特征在于，所述涂层(3)包括纳米结构的表面图案。


2.根据权利要求1所述的用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极，其中所述电极的底径D在1mm至5mm之间，更优选为1.5mm-3.5mm，甚至更优选为2.0mm-3.0mm，最优选为2.6mm。


3.根据权利要求2所述的用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极，其中所述电极的所述皮肤接触部分的适于与使用者的皮肤接触的表面弯曲成曲率半径R在2mm至7mm之间，更优选为2.1mm至5mm之间，最优选为2.2mm至4mm之间。


4.根据前述权利要求中任一项所述的用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极，其中所述基板(2)由钛制成。


5.根据前述权利要求中任一项所述的用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极，其中所述涂层(3)包括选自钽、钛、铂和钌的组中的添加剂。


6.一种用于制造用于在皮肤表面上检测生物电信号的电极的方法，所述方法包括以下步骤：
提供由金属制成的基板，
蚀刻所述基板的至少一部分以准备用于涂覆；
使用包括铱化合物的涂层组合物涂覆所述基板的所蚀刻的部分，
在400摄氏度至600摄氏度之间的温度下加热所涂覆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·凯德莫斯，M·L·兰克，H·O·托福，M·安德森，S·L·卡佩尔，
申请(专利权)人：TW工程公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK