柔性高密度头皮脑电电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性高密度头皮脑电电极及其制备方法，柔性高密度头皮脑电电极包括：载体和N根钽丝，载体由敏感材料固化而成，制备敏感材料的方法为：将PDMS与四氯金酸水溶液混合均匀，于70～80℃保持1～1.5h，使四氯金酸还原为金粒子或三氯化金，冷却至室温，加入杂化物，超声，得到敏感材料，其中，杂化物为碳导电材料和二氧化钛纳米粉的混合物。本发明专利技术的敏感材料具有很好的柔韧性，不会使被试者有不适感，柔性高密度头皮脑电电极配合导电液使有发区脑电信号的采集更加稳定方便快捷。发区脑电信号的采集更加稳定方便快捷。发区脑电信号的采集更加稳定方便快捷。

【技术实现步骤摘要】
柔性高密度头皮脑电电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于头皮脑电电极
，具体来说涉及一种柔性高密度头皮脑电电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为神经系统中枢的大脑，是目前人类已知的结构和功能最复杂的系统。由于其在生命科学、医疗健康等领域具有重要的意义，人类对于大脑的研究从未停止。对大脑内产生的电信号进行采集分析是研究大脑的一种有效手段。脑内的电信号可以反映出人的健康及状态，是脑类疾病治疗的重要参数，而头皮脑电由于其无损、方便和成本低的特点吸引着许多科学家进行探索。
[0003]脑电图(electroencephalograph,EEG)是一种最常用、最经济的非入侵式脑电波检测手段。脑电图具有很高的时间分辨率，在治疗癫痫、精神性疾病方面具有重要价值。脑电图根据电极放置于颅内或颅外，可分为头皮电极脑电图、颅内电极脑电图。脑电图跟心电图、肌电图一样，是利用仪器来记录生物电活动。头皮电极脑电图是将电极放置在头皮特定位置，采集大脑内同步神经元活动所产生的微伏级信号然后加以放大记录而获得的图形，是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。
[0004]随着脑电应用的不断发展，对脑电信号采集电极的要求也越来越高。根据电极是否是侵入式可以分为两大类：非侵入式电极和侵入式电极。常见的非侵入式电极有头皮EEG记录电极(Ag/AgCl电极)；侵入式电极有金属微丝电极、玻璃微电极、硅基微电极及大脑皮层电信号记录电极。侵入式电极会对被试者造成损伤，因此采集脑电信号多使用非侵入式电极。
[0005]非侵入式电极又分为干电极、湿电极以及半干电极，其存在形式多样，有单通道电极、高密度电极、刷状半干电极等。由于大脑在受到感觉刺激或进行认知活动时，可能需要不同区域间的协同工作，单个局部区域的信息无法描述整个感知模式。因此需要从单通道扩展到多通道脑电信号的研究。高密度电极应运而生，其包含多个通道，主要是在有限的范围空间内采集到更多独立有效的信号。通道数越多，所获得的信息也就越多。高密度采集对于探索脑内电位变化的规律、研究大脑机理及脑
‑
机接口领域具有重要意义。随着对高密度电极研究的不断深入，后续可通过局部脑通道区域和神经控制肌肉组织的收缩运动进行微细动作调控。但现有非侵入高密度电极的刚性材料无法紧密贴合头部，尤其有发区域，容易对皮肤产生损伤，信噪比低且阻抗过大不利于采集信号。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性高密度头皮脑电电极，该柔性高密度头皮脑电电极用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作柔性材料，加入碳导电材料构建导电网，然后加入二氧化钛纳米粉和四氯金酸，利用二氧化钛纳米粉的宽负电势窗优势降低极化电位、同时提高头皮亲和力，利用四氯金酸还原提供金纳米粒子以提高导电能力、电子捕
获能力，通过N通道来进行局部高密度信号采集。本专利技术的柔性高密度头皮脑电电极具有信号稳定、高密度、柔性、舒适的优点。
[0007]本专利技术的另一目的是提供上述柔性高密度头皮脑电电极的制备方法。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种导电液，柔性高密度头皮脑电电极结合该导电液能快速将阻抗调整至稳定。
[0009]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0010]一种柔性高密度头皮脑电电极，包括：载体和N根钽丝，所述载体包括：基底以及连接在所述基底底面上的N个爪柱，每个爪柱穿过一根所述钽丝，其中，每根钽丝的底端与爪柱的底面齐平，用于收集离子形成微电流，钽丝的顶端位于所述基底的上方，用于与电极线连接，其中，所述载体由敏感材料固化而成，制备所述敏感材料的方法为：将PDMS与四氯金酸水溶液混合均匀，于70～80℃保持1～1.5h，使四氯金酸还原为金粒子或三氯化金，冷却至室温，加入杂化物，超声，得到敏感材料，其中，所述杂化物为碳导电材料和二氧化钛纳米粉的混合物，按质量份数计，四氯金酸水溶液中四氯金酸、碳导电材料、二氧化钛纳米粉和PDMS的质量比为(0.000003～0.000006):(0.5～3):(0.5～2.5):(92～99)。
[0011]在上述技术方案中，所述PDMS由硅胶弹性体基底和硅胶弹性体固化剂混合而成，按质量份数计，所述硅胶弹性体基底和硅胶弹性体固化剂的比为(9～11):1。
[0012]在上述技术方案中，所述碳导电材料为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。
[0013]在上述技术方案中，所述四氯金酸水溶液中四氯金酸的浓度为10
‑6～10
‑4mol/L。
[0014]在上述技术方案中，所述N＝19。
[0015]在上述技术方案中，所述钽丝的长度为5～6cm，所述钽丝的直径为0.2～0.6mm，所述爪柱为从上至下渐缩的圆台，所述爪柱的高度为3～6mm，所述爪柱的底面圆形的直径为1～1.5mm，所述爪柱的顶面圆形的直径为2～2.5mm，相邻爪柱的轴心距为2.5～4mm，所述基底为圆柱体形，所述基底的直径为15～20mm，所述基底的高度为6～10mm。
[0016]上述柔性高密度头皮脑电电极的制备方法，包括以下步骤：
[0017]1)将敏感材料分两次倒入模具中，每次倒入后抽真空维持10～15min；
[0018]在所述步骤1)中，抽真空至
‑
0.08MPa以下。
[0019]在所述步骤1)中，分两次先后倒入模具的敏感材料的质量比为(2～3):5。
[0020]2)向敏感材料中插入N根钽丝，于60～80℃恒温保持2～5h，以使敏感材料固化形成所述载体，从模具中取出柔性高密度头皮脑电电极。
[0021]一种导电液，由羧甲基纤维素钠(CMC)和饱和食盐水混合而成，羧甲基纤维素钠的质量份数和25℃的饱和食盐水的体积份数的比为(1～1.1):20，所述质量份数的单位为g，所述体积份数的单位为mL。
[0022]在上述技术方案中，所述导电液与柔性高密度头皮脑电电极配合使用。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024]1、本专利技术的敏感材料基于聚二甲基硅氧烷，具有很好的柔韧性，不会使被试者有不适感；
[0025]2、本专利技术敏感材料中使用的二氧化钛纳米粉具有优异的化学稳定性、热稳定性、抗菌性；四氯金酸在两次加热过程中逐步还原出金粒子，提高了敏感材料的电子捕获能力；
[0026]3、柔性高密度头皮脑电电极因其高密度及导电液使有发区脑电信号的采集更加
稳定方便快捷；
[0027]4、电路采用N导联方式降低头皮界面阻抗，由于其特殊结构在未通电时载体表现为绝缘体，在通电时表现为阻抗较小的导体。在性能方面的优势较明显，且与传统的湿电极相关度较高。
[0028]5、导电液呈糊状，不易流动，在测试时能较好的附着在柔性高密度头皮脑电电极上，方便脑电信号的测试。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的柔性高密度头皮脑电电极的照片；
[0030]图2为载体的仰视图(编号)；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性高密度头皮脑电电极，其特征在于，包括：载体和N根钽丝，所述载体包括：基底以及连接在所述基底底面上的N个爪柱，每个爪柱穿过一根所述钽丝，其中，每根钽丝的底端与爪柱的底面齐平，用于收集离子形成微电流，钽丝的顶端位于所述基底的上方，用于与电极线连接，其中，所述载体由敏感材料固化而成，制备所述敏感材料的方法为：将PDMS与四氯金酸水溶液混合均匀，于70～80℃保持1～1.5h，使四氯金酸还原为金粒子或三氯化金，冷却至室温，加入杂化物，超声，得到敏感材料，其中，所述杂化物为碳导电材料和二氧化钛纳米粉的混合物，按质量份数计，四氯金酸水溶液中四氯金酸、碳导电材料、二氧化钛纳米粉和PDMS的质量比为(0.000003～0.000006):(0.5～3):(0.5～2.5):(92～99)。2.根据权利要求1所述的柔性高密度头皮脑电电极，其特征在于，所述PDMS由硅胶弹性体基底和硅胶弹性体固化剂混合而成，按质量份数计，所述硅胶弹性体基底和硅胶弹性体固化剂的比为(9～11):1。3.根据权利要求1所述的柔性高密度头皮脑电电极，其特征在于，所述碳导电材料为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的柔性高密度头皮脑电电极，其特征在于，所述四氯金酸水溶液中四氯金酸的浓度为10
‑6～10
‑4mol/L。5.根据权利要求1所述的柔性高密...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红姬，杨云飞，李明吉，周宝增，陈政，胡烽，韩玉钎，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：