一种抗干扰柔性生物电干电极的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域的电极，具体地，涉及一种抗干扰柔性生物电干电极。

背景技术：

常用于疾病的诊断和健康状况的监测的生物电信号有：心电、脑电、肌电和眼电信号。随着电子科学技术的发展，使得随时随地记录生物电信号变得可能。但通常用于记录生物电信号的是湿电极。湿电极需要配合导电一起使用，但随着时间的增长导电胶脱水，导致电极皮肤的接触阻抗增大，从而引起电极记录的生物电信号失真。因此湿电极不能长期记录生物电。而干电极不需要导电胶，可以用于长期记录生物电信号。干电极记录生物电信号的原理是：干电极与皮肤形成一个小电容，将以离子电流形式存在人体内的生物电转化为位移电流输入记录设备中。但生物电信号的频率低(心电、脑电和眼电信号频率范围：0-100hz，肌电信号频率范围：20-8000hz)，幅值低(5μv-5mv)，因此容易受到电磁信号和外界的干扰，目前的干电极普遍存在记录信号质量低的问题。

经检索发现，公布号为cn103271736a的中国专利，公开了一种柔性电容心电干电极及其加工方法，所述电极依次包括传感器层、绝缘层、第一屏蔽层和第二屏蔽层。但是，上述专利存在以下不足：柔性度低，电极面积大，因此电极与皮肤接触不稳定从而导致采集的信号信噪比低。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种抗干扰柔性生物电干电极，使得电极与皮肤接触稳定。

根据本实用新型提供一种抗干扰柔性生物电干电极，包括：电极传感层、绝缘层、屏蔽层、电极支撑层；其中：

所述电极支撑层为柔性聚合物薄膜层，所述电极支撑层的上方设有一层所述屏蔽层，所述屏蔽层设有用于固定屏蔽层导线的第一连接点；

所述屏蔽层的上方设有一层所述绝缘层；

所述绝缘层上方设有一层所述电极传感层；

所述电极传感层具有凸起的微型结构阵列，所述电极传感层设有用于固定电极导线的第二连接点。

优选地，所述凸起的微型结构阵列可以为金字塔型、圆柱型或方柱型阵列，通过该阵列与屏蔽层的配合，提高了抗干扰能力，同时降低电极和皮肤的接触阻抗，从而提高了电极记录生物电信号的信噪比，解决了干电极记录生物电信号容易受到电磁干扰而导致的信噪比低的问题。

优选地，所述电极传感层为生物兼容性金属层。进一步的，所述生物兼容性金属层为pt层、au层或ti层。

优选地，所述柔性聚合物薄膜层可以为聚对二甲苯c型薄膜层、聚酰亚胺薄膜层或聚二甲基硅氧烷薄膜层。柔性聚合物薄膜层的柔性好，使电极能紧密的贴合皮肤，减少运动伪迹的影响。

优选地，所述电极支撑层的厚度为1μm-100μm。

优选地，所述屏蔽层的厚度为0.1-10μm。

与现有技术相比，本实用新型具有如下至少一种的有益效果：

本实用新型上述结构中设置屏蔽层，能降低外界电磁噪声的干扰，提高记录信号的质量。本实用新型的上述结构中具有屏蔽层和微结构阵列，从抗干扰和降低电极和皮肤的接触阻抗两方面提高了电极记录生物电信号的信噪比，解决了干电极记录生物电信号容易受到电磁干扰而导致的信噪比低的问题。

本实用新型的抗干扰柔性生物电干电极适用于长期的记录生物电信号。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型一优选实施例的结构示意图；

图2是图1的剖面示意图；

图3是本实用新型一优选实施例的电极制备工艺流程图；

图4是本实用新型一优选实施例的电极制备工艺流程图；

图中标记分别表示为：电极传感层1、绝缘层2、屏蔽层3、电极支撑层4、第一连接点5、第二连接点6。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实施例提供了一种抗干扰柔性生物电干电极，参照图1-2所示，为抗干扰柔性生物电干电极的一优选实施例结构示意图，图中包括：电极传感层1、绝缘层2、屏蔽层3、电极支撑层4、第一连接点5以及第二连接点6，其中，电极支撑层4为柔性聚合物薄膜层，电极支撑层4的上方设有一层屏蔽层3；屏蔽层3设有用于固定屏蔽层导线的第一连接点5；屏蔽层3的上方设有一层绝缘层2；绝缘层2上方设有一层电极传感层1；电极传感层1具有凸起的微型结构阵列，电极传感层1设有用于固定电极导线的第二连接点6，电极导线与记录信号的设备连接，可记录生物电信号。

在具体实施时，上述电极可以为需要的任意形状，电极的尺寸不受限制，可以根据实际情况进行调整。将上述电极应用于生物电信号记录时，将电极的电极传感层1的一面固定在皮肤上适当的位置；上述电极具有柔性能与皮肤紧密贴合，记录的生物电信号稳定，可以长期用于长期的记录生物电信号。

在另一实施例中，上述电极传感层1具有凸起的微型结构阵列，凸起的微型结构阵列可以为金字塔型，圆柱型或方柱型阵列等，增大了电极的表面积，有效的降低了电极和皮肤的接触阻抗，进一步提高了记录信号的质量。采用不同结构的微型结构阵列，电极的表面积不同。

屏蔽层可以采用由pi和导电纳米材料复合而成的pi导电复合材料层。导电纳米材料可以为碳纳米管、石墨烯、银纳米线或金纳米线中任意一种。在pi中加入导电填料，通过调控导电填料的含量和填料在pi中的掺杂方法，可以调整pi复合材料的导电性能。

在其他优选实施例中，为了提高电极的柔性，电极的屏蔽层3不应过厚，屏蔽层3在0.1-10μm的厚度范围，电极的柔性效果最好。当然，在其他实施例中，屏蔽层也可以采用其他的材料，并不局限上述由pi和导电纳米材料复合而成的pi导电复合材料层。

在其他优选实施例中，电极支撑层4为柔性聚合物薄膜层，柔性聚合物薄膜层可以采用聚对二甲苯c型薄膜层、聚酰亚胺薄膜层或聚二甲基硅氧烷薄膜层中的任意一种。电极支撑层4不应过厚，电极支撑层4在1μm-100μm的厚度范围，使电极能紧密的贴合皮肤，减少运动伪迹的影响。

在其他优选实施例中，电极传感层1为生物兼容性金属，生物兼容性金属层可以采用pt层、au层或ti层中任意一种。

在其他优选实施例中，绝缘层2可以为pi薄膜层。pi是一种聚合物，具有良好的绝缘性且与金属具有良好的结合力，容易进行微加工。因此，可以在pi上溅射金属，形成具有微结构阵列的电极传感层，可以进一步增大了电极的表面积，有效的降低了电极和皮肤的接触阻抗，进一步提高了记录信号的质量。

基于上述实施例的抗干扰柔性生物电干电极，以下对该抗干扰柔性生物电干电极的制备进行说明。在干电极的制备之前，可以预先完成pi、cnts导电复合材料的制备，具体指在pi预聚物溶液中加入cnts，超声分散，得到导电的pi、cnts导电复合材料。具体制备过程如下：

步骤一、以硅片(si)为基底，在硅基底上旋涂光刻胶(pr)，曝光，显影，图形化光刻胶层。

步骤二、刻蚀硅基底形成倒金字塔微结构阵列，除去光刻胶。

步骤三、在刻蚀后的硅基底上旋涂pi预聚物溶液，加热固化pi预聚物溶液，形成绝缘层2，在绝缘层2的下表面形成金字塔型微结构阵列，金字塔高为50μm，底部边长为20μm。

步骤四、在pi膜上即绝缘层的上表面上旋涂一层预先制备的pi、cnts导电复合材料，加热固化pi、cnts导电复合材料形成薄膜，形成屏蔽层3。

步骤五、在pi、cnts导电复合材料的薄膜的上表面上沉积5um厚的parylenec(pc)薄膜，作为电极支撑层4。

步骤六、在parylenec薄膜上旋涂光刻胶，曝光，显影，图形化光刻胶层。

步骤七、刻蚀未被光刻胶覆盖的parylenec薄膜，露出屏蔽层。

步骤八、在露出的屏蔽层上溅射100nm厚的au，做为用于固定屏蔽层导线的第一连接点5。

步骤九、除去光刻胶，从硅基底上取下整个电极，在pi膜层下表面上溅射100nm厚au，形成具有金字塔微结构阵列的电极传感层1和用于固定电极导线的第二连接点6。

在另一实施例中，参照图3所示，上述抗干扰柔性生物电干电极可以按照以下步骤进行制备：

步骤一、以硅片(si)为基底，在硅基底上旋涂光刻胶(pr)，曝光，显影，图形化光刻胶层，参照图3中(a)所示。

步骤二、刻蚀硅基底形成倒圆柱微结构阵列，除去光刻胶，参照图3中(b)所示。

步骤三、在刻蚀后的硅基底上旋涂pi预聚物溶液，加热固化pi预聚物溶液，形成绝缘层2，在绝缘层2的下表面形成圆柱微结构阵列，圆柱高为50μm，直径为20μm，参照图3中(c)所示。

步骤四、在pi膜上即绝缘层的上表面上旋涂一层0.5μm预先制备的pi、cnts导电复合材料，加热固化pi、cnts导电复合材料形成薄膜，形成屏蔽层3，参照图3中(d)所示。

步骤五、在pi、cnts导电复合材料的薄膜的上表面上形成5um厚的pi薄膜，作为电极支撑层4，参照图3中(e)所示。

步骤六、在pi薄膜上旋涂光刻胶，曝光，显影，图形化光刻胶层，参照图3中(f)所示。

步骤七、刻蚀未被光刻胶覆盖的pi薄膜，露出屏蔽层，参照图3中(g)所示。

步骤八、在露出的屏蔽层上溅射100nm厚的au，作为用于固定屏蔽层导线的第一连接点5，参照图3中(h)所示。

步骤九、除去光刻胶，从硅基底上取下整个电极，在绝缘层2的下表面上溅射100nm厚au，形成具有圆柱微结构阵列电极传感层1和用于固定电极导线的第二连接点6，参照图3中(i)所示。

参照图4所示，在另一实施例中，上述抗干扰柔性生物电干电极可以按照以下步骤进行制备：

步骤一、以硅片(si)为基底，在硅基底上旋涂光刻胶(pr)，曝光，显影，图形化光刻胶层，参照图4中(a)所示。

步骤二、刻蚀硅基底形成倒圆柱微结构阵列，除去光刻胶，参照图4中(b)所示。

步骤三、在刻蚀后的硅基底上旋涂pi预聚物溶液，加热固化pi预聚物溶液，形成1μm厚绝缘层2，在绝缘层2的下表面形成高度为40μm，直径为20μm圆柱微结构阵列，参照图4中(c)所示。

步骤四、在pi膜上即绝缘层的上表面上旋涂一层50μm预先制备的pi、agnws导电复合材料，加热固化pi、agnws导电复合材料形成薄膜，形成屏蔽层3，参照图3中(d)所示。

步骤五、在pi、agnws导电复合材料的薄膜的上表面形成10μm厚的pdms薄膜，作为电极支撑层4，参照图4中(e)所示。

步骤六、在pdms薄膜上旋涂光刻胶，曝光，显影，图形化光刻胶层，参照图4中(f)所示。

步骤七、刻蚀未被光刻胶覆盖的pdms薄膜，露出屏蔽层，参照图4中(g)所示。

步骤八、在露出的屏蔽层上溅射100nm厚的au，做为用于固定屏蔽层导线的第一连接点5，参照图4中(h)所示。

步骤九、除去光刻胶，从硅基底上取下整个电极，在pi膜层下表面上溅射100nm厚au，形成具体有圆柱微结构阵列的电极传感层1和用于固定电极导线的第二连接点6，参照图4中(i)所示。

本实用新型上述实施例的电极，具有屏蔽层和微结构阵列，从抗干扰和降低电极和皮肤的接触阻抗两方面提高了电极记录生物电信号的信噪比。并且本实用新型上述实施例的电极是柔性干电极，能长期稳定的记录生物电信号。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。