《一种具有表面微结构阵列的生物医用电极及其制造方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种具有表面微结构阵列的生物医用电极及其制造方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103393419 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103393419 A *CN103393419A* (21)申请号 201310355828.4 (22)申请日 2013.08.15 A61B 5/0408(2006.01) A61B 5/0478(2006.01) (71)申请人 厦门大学 地址 361005 福建省厦门市思明南路 422 号 (72)发明人 周伟 秦利锋 马盛林 (74)专利代理机构 厦门南强之路专利事务所 ( 普通合伙 ) 35200 代理人 马应森 曾权 (54) 发明名称 一种具有表面微结构阵列的生物医用电极及 其制。
2、造方法 (57) 摘要 一种具有表面微结构阵列的生物医用电极及 其制造方法， 涉及一种生物医用电极。 所述具有表 面微结构阵列特征的生物医用电极设有金属电极 芯、 泡沫材料背衬和屏蔽导线。 将金属薄片作为金 属电极芯的原材料， 采用激光微加工技术在金属 电极芯上形成具有纵向距离为0.10.3mm， 横向 距离为0.10.3mm的微结构阵列， 清洗干燥后用 盐酸除去氧化层和杂质， 再用酒精清洗后在金属 电极芯表面镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层 ； 将金属电极芯 用胶水粘贴于泡沫材料背衬的表面 ； 将屏蔽导线 穿透泡沫材料背衬， 并通过填充导电银胶方式连 接在金属电极芯表面， 待导电银胶固化后。
3、即可形 成金属电极芯与屏蔽导线的无焊连接， 得具有表 面微结构阵列的生物医用电极。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103393419 A CN 103393419 A *CN103393419A* 1/1 页 2 1. 一种具有表面微结构阵列的生物医用电极， 其特征在于设有金属电极芯、 泡沫材料 背衬和屏蔽导线 ； 所述金属电极芯设在泡沫材料背衬的上表面， 金属电极芯上设有微结构 阵列 ； 所述屏蔽导线的一端从泡沫材料背衬的下表。
4、面穿透泡沫材料背衬并与金属电极芯连 接。 2. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极， 其特征在于所述金属 电极芯采用铜电极芯、 铝电极芯或不锈钢电极芯。 3. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极， 其特征在于所述微结 构阵列采用锥形微结构阵列、 柱形微结构阵列或圆形微结构阵列 ； 微结构阵列可采用圆周 阵列或线性阵列。 4. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极， 其特征在于所述微结 构阵列中的微结构纵向距离为 0.1 0.3mm， 横向距离为 0.1 0.3mm。 5. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极，。
5、 其特征在于所述微结 构阵列设在泡沫材料背衬的上表面中部。 6. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极， 其特征在于所述微结 构阵列用胶水粘贴在泡沫材料背衬的上表面。 7. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极， 其特征在于所述屏蔽 导线的一端通过填充导电银胶与金属电极芯的表面连接 ； 所述屏蔽导线的一端可从泡沫材 料背衬的下表面穿透泡沫材料背衬的中心并与金属电极芯连接。 8. 如权利要求 1 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极的制造方法， 其特征在 于包括以下步骤 ： 1） 将金属薄片作为金属电极芯的原材料， 采用激光微加工技术在金属电极芯上形成。
6、具 有纵向距离为0.10.3mm， 横向距离为0.10.3mm的微结构阵列， 清洗干燥后， 用盐酸除 去氧化层和杂质， 再用酒精清洗后， 在金属电极芯表面镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层 ； 2） 将金属电极芯用胶水粘贴于泡沫材料背衬的表面 ； 3） 将屏蔽导线穿透泡沫材料背衬， 并通过填充导电银胶方式连接在金属电极芯表面， 待导电银胶固化后即可形成金属电极芯与屏蔽导线的无焊连接， 最终获得具有表面微结构 阵列的生物医用电极。 9. 如权利要求 8 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极的制造方法， 其特征在 于在步骤 1） 中， 所述金属薄片采用紫铜金属薄片 ； 所述盐酸可采用浓度为 5。
7、%HCl 盐酸。 10. 如权利要求 8 所述一种具有表面微结构阵列的生物医用电极的制造方法， 其特征 在于在步骤 1） 中， 所述镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层的方法采用电喷或电镀 ； 所述镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层的厚度可为 5 10m。 权 利 要 求 书 CN 103393419 A 2 1/4 页 3 一种具有表面微结构阵列的生物医用电极及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种生物医用电极， 特别是涉及一种具有表面微结构阵列特征的生物 医用电极及其制造方法。 背景技术 0002 生物电是生物体最基本的生理现象， 各种生物电位的测量都需要使用生物医用电 极。 在生物。
8、电采集与测量过程中， 电极系统往往位于测试系统的最前端， 在临床上将通过直 接与人体皮肤接触并进行相关的信息交换与传递， 成为影响整个测量系统的核心关键部分 之一。而电极上也将会发生一系列的事件， 其中包括有用信息、 噪声、 伪差、 接触阻抗、 极化 电压等， 都会进入后续电路被放大、 传输， 并参与信号处理， 而某些情况下无用信息有时甚 至会淹没有效的信息数据， 对系统检测灵敏度和测试精度造成相当大的影响。在测试系统 中所使用的电极的数量、 种类、 结构参数、 电极排布方式等电极参数的改变也将对测量系统 的稳定性也造成严重影响。 因此， 在生物电采集与测量过程中， 电极系统面临一系列的实际 。
9、问题， 需要进一步改进电极的性能。 0003 目前， 常用的生物电测量过程中最为广泛使用的是传统Ag/AgCl电极。 Ag/AgCl电 极一般由电极芯、 Ag/AgCl 层、 导电凝胶、 无纺布等部件组成。Ag/AgCl 电极不仅能够在较 低电流条件下将离子电流转换成电子电流， 而且具有电信号基线稳定、 抗干扰能力、 制造与 使用较为方便、 价格便宜、 易于生产等优点， 在心电、 脑电测量中获得广泛临床应用。但是， 由于导电凝胶的存在， Ag/AgCl 电极在使用过程中容易发生脱水干燥， 使得导电凝胶的电特 性发生某些变化， 不适合于长期连续使用， 而且在高精度实验中容易引入较大的噪声和误 差。
10、， 从而导致测量结果的不准确。此外， 在使用 Ag/AgCl 电极之前， 必须要对皮肤进行有效 处理， 尽可能擦除皮肤表面的角质层， 使用前需要一定的准备时间。更为严重的是， 导电凝 胶还有可能会引起皮肤的过敏反应， 产生红肿等现象， 从而使得某些测量过程难以进行。 因 此， 为有效提高生物电测量系统的灵敏度和精度， 开发可替代 Ag/AgCl 电极的新型生物医 用电极成为当前生物电研究领域中的核心关键问题之一。 0004 中国专利 CN102169103A 公开一种固态 Ag/AgCl 电极芯、 其制备方法及应用， 所述 固态 Ag/AgCl 电极芯包括如下重量百分比的组分 ： 银粉 30 。
11、70、 表面覆盖氯化银的 银粉 30 70。该发明配方科学， 制备工艺合理， 通过采用表面覆盖氯化银的银粉取代 现有技术中氯化银粉末的技术方案， 克服了现有电极芯在海水中使用产生的电化学性能漂 移、 稳定期短的问题， 实现了在海水中使用电化学性能佳、 稳定期长的优点。 发明内容 0005 本发明的目的在于针对生物电采集与测量过程中， 传统的 Ag/AgCl 电极所存在的 不适合长期使用、 可重复性差、 测量结果不准确等问题， 提供可多次重复和长期使用的一种 具有表面微结构阵列的生物医用电极及其制造方法。 0006 所述具有表面微结构阵列特征的生物医用电极设有金属电极芯、 泡沫材料背衬和 说 明。
12、 书 CN 103393419 A 3 2/4 页 4 屏蔽导线 ； 所述金属电极芯设在泡沫材料背衬的上表面， 金属电极芯上设有微结构阵列 ； 所述屏蔽导线的一端从泡沫材料背衬的下表面穿透泡沫材料背衬并与金属电极芯连接。 0007 所述金属电极芯可采用铜电极芯、 铝电极芯或不锈钢电极芯等。 0008 所述微结构阵列可采用锥形微结构阵列、 柱形微结构阵列或圆形微结构阵列等 ； 微结构阵列可采用圆周阵列或线性阵列等。 0009 所述微结构阵列中的微结构纵向距离可为 0.1 0.3mm， 横向距离可为 0.1 0.3mm。 0010 所述微结构阵列最好设在泡沫材料背衬的上表面中部。 0011 所述微。
13、结构阵列最好用胶水粘贴在泡沫材料背衬的上表面。 0012 所述屏蔽导线的一端最好通过填充导电银胶与金属电极芯的表面连接。 0013 所述屏蔽导线的一端从泡沫材料背衬的下表面穿透泡沫材料背衬的中心并与金 属电极芯连接。 0014 所述具有表面微结构阵列的生物医用电极的制造方法， 包括以下步骤 ： 0015 1） 将金属薄片作为金属电极芯的原材料， 采用激光微加工技术在金属电极芯上形 成具有纵向距离为0.10.3mm， 横向距离为0.10.3mm的微结构阵列， 清洗干燥后， 用盐 酸除去氧化层和杂质， 再用酒精清洗后， 在金属电极芯表面镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层 ； 0016 2） 将金属。
14、电极芯用胶水粘贴于泡沫材料背衬的表面 ； 0017 3） 将屏蔽导线穿透泡沫材料背衬， 并通过填充导电银胶方式连接在金属电极芯表 面， 待导电银胶固化后即可形成金属电极芯与屏蔽导线的无焊连接， 最终获得具有表面微 结构阵列的生物医用电极。 0018 在步骤 1） 中， 所述金属薄片最好采用紫铜金属薄片 ； 所述微结构阵列可采用锥形 微结构阵列、 柱形微结构阵列或圆形微结构阵列等 ； 所述盐酸可采用浓度为 5%HCl 盐酸 ； 所 述镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层的方法可采用电喷或电镀 ； 所述镀 Au 或 Ag/AgCl 薄层的厚度可为 5 10m， 以构造良好的电极与皮肤的界面。 001。
15、9 本发明所制造的具有表面微结构阵列特征的生物医用电极， 可以保证电极表面与 人体皮肤的可靠接触， 减少其接触阻抗， 泡沫背衬材料的设计可以减少运动过程中带来的 信号干扰， 导电银胶则可以实现金属电极芯与屏蔽导线的无焊连接。 因此， 该电极具有可重 复使用、 接触阻抗小、 适合于长期使用、 测量精度高、 使用范围广泛的优点， 从而可以大大提 高生物电采集与测量的精度。 0020 与现有技术相比， 本发明具有如下特点 ： 0021 本发明采用激光微加工金属电极芯表面， 并将其与泡沫背衬材料连接后， 利用导 电银胶将其与屏蔽导线相连接， 制造形成一种具有表面微结构阵列特征的生物医用电极。 采用此方。
16、法的制造工艺过程相对比较简单、 加工设备要求不高、 生产成本适中、 易于产业化 的优点。而对于传统的 Ag/AgCl 电极， 在生物电测量过程中往往存在着可重复性差、 测量结 果不准确、 接触性比较差， 容易引起皮肤过敏等一系列问题。 利用该种制造方法形成的表面 微结构阵列特征的生物医用电极， 由于其表面微结构能够改善电极表面与人体皮肤接触状 况， 可以有效降低了其接触阻抗。在金属电极芯背面的泡沫背衬结构可以有效降低在运动 过程中带来的信号干扰， 有效扩大电极的使用范围。 另外， 导电银胶实现了金属电极芯与屏 蔽导线的无焊连接， 有效避免由于焊接不良而对测试系统的造成的负面影响。 因此， 利用。
17、该 说 明 书 CN 103393419 A 4 3/4 页 5 种方法制造的具有表面微结构阵列特征的生物医用电极， 不仅保证使用过程中人体皮肤与 电极的可靠接触， 而且还具有可重复使用、 接触阻抗小、 适于长期使用、 测量精度高、 使用范 围广泛等众多优点。由于其优良的信号采集与测试稳定特性， 该种生物医用电极将在生物 电领域的研究与应用领域具有非常广阔的应用前景。 附图说明 0022 图 1 为本发明所述具有表面微结构阵列特征的生物医用电极实施例的正面结构 示意图。 0023 图 2 为本发明所述具有表面微结构阵列特征的生物医用电极实施例的背面结构 示意图。 0024 图3为本发明实施例1。
18、具有表面微结构阵列特征的生物医用电极实施例的金属电 极芯表面微结构阵列的扫描电镜图。 具体实施方式 0025 下面本发明的具体实施方式作进一步详细的说明， 但本发明的实施方式不限于 此。 0026 实施例 1 ： 0027 如图13所示， 一种具有表面微结构阵列特征的生物医用电极， 包括金属电极芯 1、 泡沫材料背衬 2、 导电银胶 3 以及屏蔽导线 4 四部分。金属电极芯 1 则粘贴于泡沫材料背 衬 2 的另一侧， 如图 1 所示。泡沫背衬材料 2 与屏蔽导线 4 通过导电银胶 3 实现无焊连接， 如图 2 所示。在金属电极芯的表面具有表面锥状微结构阵列特征， 如图 3 所示。 0028 制。
19、造工艺方法包括以下步骤 ： 0029 第一步激光加工。选用紫铜金属薄片作为金属电极芯的原材料， 通过设计激光加 工路线， 并采用激光微加工技术形成具有纵横间距为 0.1mm0.1mm 锥状表面微结构的线 性阵列。 0030 第二步清洗干燥。金属电极芯在激光微加工后的需要在使用前用稀盐酸 （5%HCl） 中除去氧化层或其他杂质， 并再用酒精清洗并保持表面的整洁。 0031 第三步表面镀层。 金属电极芯在清洗后再利用电喷或电镀技术附加厚度为510 微米的 Au 或 Ag/AgCl 薄层， 以构造良好的电极与皮肤的界面。 0032 第四步粘贴泡沫背衬材料。金属电极芯用胶水粘贴于泡沫材料背衬的表面， 。
20、并保 证其可靠的连接， 以减少电极使用过程发生脱落的可能性。 0033 第五步导电银胶连接。屏蔽导线将穿透泡沫材料背衬， 通过填充导电银胶方式连 接在金属电极芯表面， 待导电银胶固化后即可形成金属电极芯与屏蔽导线的无焊连接， 最 终获得具有表面微结构阵列特征的生物医用电极。 0034 采用该方法所制造的具有表面微结构阵列特征的生物医用电极， 可以保证电极表 面与人体皮肤的可靠接触， 减少其接触阻抗， 泡沫背衬材料的设计可以减少运动过程中带 来的信号干扰， 导电银胶则可以实现金属电极芯与屏蔽导线的无焊连接。 因此， 该电极具有 可重复使用、 接触阻抗小、 适合于长期使用、 测量精度高、 使用范围。
21、广泛的优点， 从而可以大 大提高生物电采集与测量的精度。 说 明 书 CN 103393419 A 5 4/4 页 6 0035 实施例 2 ： 0036 第一步的电极芯的原材料可以选择为金属铝薄片材料， 利用激光加工可以形成纵 横间距为 0.2mm0.2mm 的柱状微结构的线性阵列。其他与实施例 1 相同。 0037 实施例 3 ： 0038 第一步的电极芯的原材料可以选择为不锈钢薄片材料， 利用激光加工可以形成纵 横间距为 0.3mm0.3mm 的圆形微结构的线性阵列。其他与实施例 1 相同。 说 明 书 CN 103393419 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103393419 A 7 。