本发明专利技术提供了一种柔性非接触式生理电信号采集电极，该电极包括由上至下依次叠加设置的封装层、导电层和屏蔽层；所述导电层包括第一柔性基底和第一导电金属薄膜，所述第一导电金属薄膜设置在第一柔性基底上靠近于所述封装层的一侧；所述屏蔽层包括第二柔性基底和第二导电金属薄膜，所述第二导电金属薄膜设置在第二柔性基底上靠近于所述封装层的一侧；其中，所述第二导电金属薄膜在所述封装层上的投影区域完全覆盖并大于所述第一导电金属薄膜在所述封装层上的投影区域；该电极还包括屏蔽线，所述屏蔽线包括由内至外依次设置的内线和外线，所述屏蔽线上位于同一端的内线与所述第一导电金属薄膜相连、外线与所述第二导电金属薄膜相连。薄膜相连。薄膜相连。
【技术实现步骤摘要】
柔性非接触式生理电信号采集电极及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及电极
，具体涉及一种柔性非接触式生理电信号采集电极及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]生物电信号是一种由于人们通过电位变化控制行动时产生的一种信号。能够有效地对神经以及肌肉的活动状态实时进行反映，通过生物电信号我们可以进而了解到人体的运动意图。因此，电生理信息在生命活动状态监测、疾病诊断(如心电图可检测心肌梗塞与心律失常)、康复干预、假肢及外骨骼实时控制、运动监测等人机交互场景中具有不可替代的作用和重要的应用价值。因此，为了实现稳定的生理电信号长期的获取，本专利技术设计制备了一种柔性非接触电信号测量电极，该电极可以通过电容耦合效应，获取人体产生生理电信号，实现长期稳定的生理电信号检测。
[0003]现在主要的生理电信号采集电极按照电极工作形态结构可分为湿电极，干电极和非接触电极(电容耦合电极)。
[0004]日常生活中使用的商用电极贴就是一种典型的湿电极，在使用传统的商用湿电极在采集信号时，需要涂抹一层导电凝胶或膏体，以便电极与皮肤表面的紧密贴合，使得电信号能够传输到电极上。然而，这种湿电极存在操作不方便，使用过程中容易产生污染，需要经常更换导电凝胶或膏体，对特定人群还容易引起皮肤刺激或过敏反应，容易被汗水、水分和其他外界因素影响等问题，导致信号质量不稳定，也可能引起信号噪声和漂移等问题。不适用于长时间使用和重复使用，长时间使用容易引起信号质量下降或完全失效。干电极是一种无需使用导电胶或注入电解质的电极技术，其设计基于人体皮肤表面微小电位差的利用，以便测量身体的生理信号。然而，干电极由于对测试表面要求较高，在使用前需要对测试表面进行预处理(如对毛发进行剔除，对角质层进行抛光)，从而提供一个有效的监测环境，这种方法操作较为复杂，并且，在进行脑电信号测量时，由于头发的阻隔，干电极很难采集到准确，清晰的信号，因此并没有较大的商业使用规模。
[0005]非接触电极(电容耦合电极)是一种新型的神经元活动记录技术，也是一种特殊的干电极，与传统的电极记录方法相比，他无需直接接触神经组织或人体皮肤，而是通过电容耦合效应对生理电信号进行采集，通过这种方法，不仅可以减少对受试者的刺激和伤害，还由于其具有的高灵敏度和高时空分辨率，可以提供更加准确和细致的神经元活动图像。与此同时，非接触电极还具有了可长期检测和重复使用的特点，便于佩戴和摘除，为生理电信号的记录提供了一种行之有效的新方法。
[0006]由此可见，现有技术存在以下缺点：
[0007](1)传统商用凝胶电极需要额外添加导电凝胶，且在使用过程中粘附力可能会随着时间的推移而降低，凝胶脱水变干，从而导致电极掉落或信号失真，无法实现长期和重复检测等缺点，这可能会导致错误的医学诊断和研究结果。
[0008](2)文献中提到的硬质的非接触电极在使用时由于硬质电路板无法弯曲，不能紧
密贴合被测表面，使用舒适度较差，与体表贴附不紧致，可能无法适应一些弯曲部位的检测，如手臂肘部或膝盖处等。在这些情况下，柔性电极可能是更好的选择。
[0009](3)传统的干电极在使用时对界面要求较高，需要进行复杂的预处理，对人体表面的毛发和角质层进行去除，操作复杂，且对使用者会造成不便(如对头发的剔除)，不利于生物电信号检测的轻便化和便携化。
技术实现思路
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种柔性非接触式生理电信号采集电极及其制备方法和应用。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0012]本专利技术第一方面提供一种柔性非接触式生理电信号采集电极，该电极包括由上至下依次叠加设置的封装层、导电层和屏蔽层；所述导电层包括第一柔性基底和第一导电金属薄膜，所述第一导电金属薄膜设置在第一柔性基底上靠近于所述封装层的一侧；所述屏蔽层包括第二柔性基底和第二导电金属薄膜，所述第二导电金属薄膜设置在第二柔性基底上靠近于所述封装层的一侧；其中，所述第二导电金属薄膜在所述封装层上的投影区域完全覆盖并大于所述第一导电金属薄膜在所述封装层上的投影区域；该电极还包括屏蔽线，所述屏蔽线包括由内至外依次设置的内线和外线，所述屏蔽线上位于同一端的内线与所述第一导电金属薄膜相连、外线与所述第二导电金属薄膜相连，另一端接后端电路。
[0013]进一步的，所述第一导电金属薄膜和第二导电金属薄膜由导电金属制成；其中，所述导电金属包括金、银、铜或铁。
[0014]进一步的，所述第一导电金属薄膜和第二导电金属薄膜的厚度为50nm～1000nm。
[0015]进一步的，所述第一柔性基底和第二柔性基底由PDMS(聚二甲基硅氧烷)、Ecoflex或聚氨酯的柔性聚合物材料制成。
[0016]进一步的，所述第一柔性基底和第二柔性基底的厚度为200μm～500μm。
[0017]进一步的，所述封装层为柔性聚合物；其中，所述柔性聚合物为Solaris硅橡胶。
[0018]进一步的，所述柔性聚合物的厚度为50μm～100μm。
[0019]本专利技术第二方面提供上述的柔性非接触式生理电信号采集电极的制备方法，该方法包括：步骤一、将柔性聚合物材料加工为薄膜，并固化成型，制得柔性基底；步骤二、将具有图案化的掩模板覆盖在所述柔性基底的表面，以蒸镀工艺和磁控溅射工艺在所述柔性基底的表面制得第一导电金属薄膜和第二导电金属薄膜；步骤三、以所述第一导电金属薄膜和第二导电金属薄膜所在的区域对所述柔性基底进行切割，得到设置有所述第一导电金属薄膜的第一柔性基底，以及设置有所述第二导电金属薄膜的第二柔性基底；将所述第一柔性基底作为导电层，将所述第二柔性基底置于所述第一柔性基底的下方作为屏蔽层，以屏蔽线的外线与屏蔽层相连、屏蔽线的内线与导电层相连；步骤四、将柔性聚合物加工为薄膜，制得封装层，将所述封装层叠加设置在所述导电层的上方，得到所述柔性非接触式生理电信号采集电极。
[0020]进一步的，该方法还包括：通过导电胶将导电银织物材料分别固定在所述第一导电金属薄膜和第二导电金属薄膜上，并使所述导电银织物材料分别覆盖于屏蔽线的外线、屏蔽线的内线上；通过电烙铁将屏蔽线的外线、屏蔽线的内线分别焊于所述导电银织物材
料上；
[0021]使用杜邦线对所述屏蔽线的后端进行链接，用于链接后端电路，使整个电极线路的直流电阻稳定在较低范围。
[0022]本专利技术第三方面提供上述的柔性非接触式生理电信号采集电极在生理电信号检测领域的应用。
[0023]相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
[0024]本专利技术提供一种柔性非接触式生理电信号采集电极及其制备方法和应用，本专利技术采用了柔性非接触电极结构，使用柔性聚合物作为衬底和封装层，使用金属薄膜作为电容器的两端，此结构制备简单，可以批量生产；易实现自动化生产制造，从而降低生产成本。
[0025]与此同时，由于选择使用柔性聚合物作为主要结构，能够更好的贴合皮肤弯曲角度，提升信号质量；选择柔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性非接触式生理电信号采集电极，其特征在于，该电极包括由上至下依次叠加设置的封装层(1)、导电层(2)和屏蔽层(3)；所述导电层(2)包括第一柔性基底(21)和第一导电金属薄膜(22)，所述第一导电金属薄膜(22)设置在第一柔性基底(21)上靠近于所述封装层(1)的一侧；所述屏蔽层(3)包括第二柔性基底(31)和第二导电金属薄膜(32)，所述第二导电金属薄膜(32)设置在第二柔性基底(31)上靠近于所述封装层(1)的一侧；其中，所述第二导电金属薄膜(32)在所述封装层(1)上的投影区域完全覆盖并大于所述第一导电金属薄膜(22)在所述封装层(2)上的投影区域；该电极还包括屏蔽线(4)，所述屏蔽线(4)包括由内至外依次设置的内线(41)和外线(42)，所述屏蔽线上位于同一端的内线(41)与所述第一导电金属薄膜(22)相连、外线与所述第二导电金属薄膜(32)相连，另一端接后端电路。2.根据权利要求1所述的柔性非接触式生理电信号采集电极，其特征在于，所述第一导电金属薄膜(22)和第二导电金属薄膜(32)由导电金属制成；其中，所述导电金属包括金、银、铜或铁。3.根据权利要求2所述的柔性非接触式生理电信号采集电极，其特征在于，所述第一导电金属薄膜(22)和第二导电金属薄膜(32)的厚度为50nm～1000nm。4.根据权利要求1所述的柔性非接触式生理电信号采集电极，其特征在于，所述第一柔性基底(21)和第二柔性基底(31)由聚二甲基硅氧烷、Ecoflex或聚氨酯的柔性聚合物材料制成。5.根据权利要求4所述的柔性非接触式生理电信号采集电极，其特征在于，所述第一柔性基底(21)和第二柔性基底(31)的厚度为200μm～500μm。6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张智博，李青松，刘志远，陈世雄，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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