一种可穿戴的HD-sEMG传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可穿戴的HD

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴的HD
‑
sEMG传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及肌电信号采集
，尤其涉及一种可穿戴的HD
‑
sEMG传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前研究的高密度表面肌电(High
‑
density surface electromyography,HD
‑
sEMG)传感器。HD
‑
sEMG的导线有金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等，支撑导线所用基材与封装导线所用材料有聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜、Ecofelx硅橡胶、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)薄膜、silbione硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)薄膜等。HD
‑
sEMG的电极有Au、Ag、Ag/AgCl。传感器制作所用工艺有光刻刻蚀、激光切割、丝网印刷、喷墨打印等。
[0003]Au材料延展性好，作为导线可提升传感器柔性，但是不能过度拉伸否则断裂、作为电极可以降低接触阻抗，Ag相比Au次之，Cu为最末。PI材料柔性好但没有拉伸性，需要结构化后才能拉伸；Ecoflex、PDMS、silbione材料本身具有柔性与拉伸性，属于超弹性材料，但是其存在与导线之间的结合问题；PET薄膜具有柔性与拉伸性，但是韧性不好，容易断裂。Au、Ag、Ag/AgCl作为干电极，在拉伸时容易被移动而产生运动伪迹，严重者会使信号淹没在噪声中。目前常使用导电膏辅助，绷带贴合来解决运动伪迹问题。
[0004]光刻刻蚀工艺需要净化间、耗时长、工艺复杂，不太适合批量生产，使用此工艺不易制作厚度较厚的HD
‑
sEMG传感器，而较薄的传感器可以保型贴敷，但是不能多次重复使用。激光切割方式制作传感器，时间段、配合适合可切割材料，但是需要考虑封装。丝网印刷法也是一种简单的方法，但是丝网印刷法的导线线宽有一定的限制，对导电的材料有一定的要求，同时导线与基材的贴合也是一个难点。喷墨打印同丝网印刷，仅仅取消了线宽的限制，其他难点目前仍然存在，相比之下，喷墨打印对基材的要求更高，它还需要考虑喷墨强度对基材的影响等问题。
[0005]例如：申请号为CN201810209677.4的中国专利，公开了一种柔性可拉伸多通道凸形表面肌电极及其制备方法，该传感器只能靠薄弱的范德华力附着在皮肤上，不能多次反复使用。
[0006]因此，本领域的技术人员致力于开发一种可穿戴的HD
‑
sEMG传感器及其制备方法，具有很好的拉伸性、可重复使用，可用于颈部吞咽肌电采集。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种具有很好的拉伸性、可重复使用的可穿戴的HD
‑
sEMG传感器，可用于颈部吞咽肌电采集。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种可穿戴的HD
‑
sEMG传感器，包括：电极阵列结构，所述电极阵列结构为阵列式布置的多个子阵列结构，包括基层；第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和第二电极层分别设置在所述基层的两侧，所述第一电极层和第二电
极层分别包括阵列式布置并通过互联导线电连接的多个相对应的干电极；以及第一封装层和第二封装层，所述第一封装层和第二封装层分别设置在所述第一电极层和第二电极层的外侧；凝胶电极单元，所述凝胶电极单元设置在所述第一封装层的外侧，并被配置成可与被试体黏贴；以及超弹性连接部，所述超弹性连接部由超弹性材料制成，并被配置成将所述多个子阵列结构相互连接起来；其中，所述多个相对应的干电极中的每一对中具有竖直布置并穿过所述基层、第一电极层、第二电极层、第一封装层和第二封装层的通孔，所述凝胶电极单元包括与所述多个相对应的干电极中的每一对相对应的凝胶电极，所述凝胶电极通过所述通孔与相对应的干电极对进行电连接。
[0009]进一步地，所述电极阵列结构为柔性印刷电路板结构。
[0010]进一步地，所述基层、第一封装层和第二封装层由柔性材料制成。
[0011]进一步地，所述基层、第一封装层、第二封装层、第一电极层和第二电极层为网状连接结构，所述网状连接结构包括矩形连接结构和可拉伸的异形连接结构中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述干电极和周围的封装之间设有间隙。
[0013]进一步地，所述凝胶电极单元由耐高温自粘性凝胶材料制成。
[0014]进一步地，耐高温自粘性凝胶材料包含N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺和溶剂，所述溶剂包含水和甘油中的一种或多种，所述N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺与溶剂的质量比例为2∶50
‑
3∶5。
[0015]进一步地，耐高温自粘性凝胶材料还包含2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸，所述N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸的质量比例为为1∶100
‑
1∶1。
[0016]进一步地，所述超弹性连接部包括聚二甲基硅氧烷层和硅橡胶层，所述聚二甲基硅氧烷层设置在所述硅橡胶层的上表面上。
[0017]本专利技术还提供了一种如上所述的可穿戴的HD
‑
sEMG传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0018]制作电极阵列结构；
[0019]制作耐高温自粘性凝胶材料；
[0020]制作超弹性材料印刷需要的掩模版；
[0021]将耐高温自粘性凝胶材料滴涂在电极阵列结构上；
[0022]将超弹性材料依次印刷到待隔开的多个子阵列结构的相互之间，形成超弹性连接部；
[0023]将待隔开的多个子阵列结构相互之间的原有连接去除。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少一种的有益效果：
[0025]1、通过在电极阵列结构上设置超弹性结构及耐高温自粘性凝胶电极，即在电极阵列结构中最中间两行两列干电极之间引入超弹性材料，使得传感器具有很好的拉伸性，能配合吞咽时皮肤形变的大小范围，在传感器产生大形变确保电极点不会产生相对移动，满足吞咽动作需求，解决吞咽期间肌电采集的问题；通过采用耐高温自粘性凝胶电极，使得传感器不需要外界粘贴辅助从而很好的固定在皮肤上，简化了传感器的结构；同时耐高温自粘性凝胶电极可以配合PI可承受温度进行传感器的高温消毒，促使传感器适于极端环境中工作。
[0026]2、通过使电极阵列结构中Au电极与封装之间的间隙，使传感器可以和粘性电极很
好的固定在一起。
[0027]3、耐高温自粘性凝胶电极可承受高达500℃的温度，替换3M的Ag/AgCl凝胶，可粘贴重50g的砝码不掉。
[0028]4、有较低的接触阻抗，可以得到很好的信号质量，并且佩戴舒适。
附图说明
[0029]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴的HD
‑
sEMG传感器，其特征在于，包括：电极阵列结构，所述电极阵列结构为阵列式布置的多个子阵列结构，包括基层；第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和第二电极层分别设置在所述基层的两侧，所述第一电极层和第二电极层分别包括阵列式布置并通过互联导线电连接的多个相对应的干电极；以及第一封装层和第二封装层，所述第一封装层和第二封装层分别设置在所述第一电极层和第二电极层的外侧；凝胶电极单元，所述凝胶电极单元设置在所述第一封装层的外侧，并被配置成可与被试体黏贴；以及超弹性连接部，所述超弹性连接部由超弹性材料制成，并被配置成将所述多个子阵列结构相互连接起来；其中，所述多个相对应的干电极中的每一对中具有竖直布置并穿过所述基层、第一电极层、第二电极层、第一封装层和第二封装层的通孔，所述凝胶电极单元包括与所述多个相对应的干电极中的每一对相对应的凝胶电极，所述凝胶电极通过所述通孔与相对应的干电极对进行电连接。2.如权利要求1所述的可穿戴的HD
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sEMG传感器，其特征在于，所述电极阵列结构为柔性印刷电路板结构。3.如权利要求1所述的可穿戴的HD
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sEMG传感器，其特征在于，所述基层、第一封装层和第二封装层由柔性材料制成。4.如权利要求1所述的可穿戴的HD
‑
sEMG传感器，其特征在于，所述基层、第一封装层、第二封装层、第一电极层和第二电极层为网状连接结构，所述网状连接结构包括矩形连接结构和可拉伸的异形连接结构中的一种或多种。5.如权利要求1所述的可穿戴的HD
‑
sEMG传感器，其特征在于，所述干电极和周围的封装之间设有间隙。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，赵楠，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：