一种柔性可穿戴三导联电极贴片及其制备方法和应用

本发明涉及一种柔性可穿戴三导联电极贴片及其制备方法和应用，属于脑电信号采集。

背景技术：

1、随着生物医学工程技术的不断发展，脑电信号采集已成为研究大脑活动、诊断脑部疾病以及实现脑机接口等领域的重要手段。在脑电信号采集过程中，脑电电极作为直接与人脑接触的传感器件，其性能直接影响着脑电信号的采集质量。传统的脑电电极多为刚性结构，虽然在一定程度上能够满足脑电信号的采集需求，但在长时间使用过程中，容易给使用者带来不适，甚至可能引发皮肤损伤等问题。柔性脑电电极贴片作为一种新兴的脑电信号采集技术，以其独特的柔性结构和良好的生物相容性，在脑电信号采集领域展现出广阔的应用前景。柔性脑电电极贴片能够顺应头皮的微小起伏，与使用者的头皮形成紧密的贴合，从而有效提高了脑电信号的采集质量和稳定性。此外，柔性脑电电极贴片还具有轻薄、便携、易于佩戴等优点，极大地提升了使用者的舒适度和使用体验。

2、然而，目前市场上的柔性脑电电极贴片在性能、稳定性、耐用性等方面仍存在诸多挑战。例如，部分柔性电极材料的生物相容性有待提高，以避免长时间使用引发的过敏反应；电极与头皮之间的接触阻抗需要进一步优化，以减少信号衰减和噪声干扰；电极贴片的生物相容性和稳定性也有待改进，以防止在使用过程中的脱落、移位或是会引起皮肤炎症等问题。因此，针对柔性脑电电极贴片的研究和开发仍然是一个具有挑战性和发展空间的领域。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提出一种柔性可穿戴三导联电极贴片及其制备方法和应用，该电极贴片展现出优异的柔韧性、高信噪比、长工作寿命和低阻抗特性，该方法简便、高效且可重复性强，有效克服了传统电极接触阻抗不稳定的问题，这款电极贴片具有稳定的接触阻抗、简洁的结构设计和优异的信号稳定性，可根据需要轻松取下和佩戴，非常适合用于生理电信号的持续监测。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种柔性可穿戴三导联电极贴片，为一种印刷式贴片，原料包括醋酸锌、水、乙醇、液态金属和聚乙烯醇，聚乙烯醇作为表面活性剂用于分散液态金属，液态金属、醋酸锌则用于降低材料阻抗，增强电导率提供导电性能；

4、以原料的总质量为100％计算，各组分的质量百分含量为：

5、醋酸锌    1％-3％

6、水        30％-50％

7、乙醇      50％-73％

8、液态金属  20％-23％

9、聚乙烯醇  1％-5％

10、一种柔性可穿戴三导联电极贴片的制备方法，包括以下步骤：

11、步骤1，配置导电油墨，具体方法为：将聚乙烯醇和醋酸锌在水和乙醇的混合液中进行混合，充分溶解后，加入液态金属并进行超声分散，得到导电油墨；

12、步骤2，将步骤1得到的导电油墨滴于丝网印刷网版表面，通过刮板刮涂将导电油墨印刷于纸上以制备纸基导电电极贴片，然后放置于烘箱中加热干燥，干燥结束后得到柔性可穿戴三导联电极贴片；

13、所述步骤1中，混合时间为10-20h；超声分散时的功率为200-400w，超声分散时间20-30min；液态金属为镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金、铋锡合金、铋锡铅铟合金中的至少一种；液态金属为镓铟合金，镓铟合金中镓质量分数为75.5％，铟质量分数为24.5％；

14、所述步骤2中，丝网印刷网版是采用手工刻漆膜或光化学制版的方法制作的，丝网印刷网版网孔目数为100-200目，丝网印刷网版图案线宽范围为0.5-1mm，线间距范围为1-2mm；丝网印刷网版基材为水松纸、卡纸、新闻纸、书写纸等纸制材料中的任意一种；烘箱加热温度为90℃-110℃，加热时间为2-3h。

15、一种柔性可穿戴三导联电极贴片的应用，将制备得到的柔性可穿戴三导联电极贴片贴附到大脑前额叶区作为传感器，用于测量大脑前额叶区的多位点脑电信号，并可用于长时间的无扰高精度信号采集。

16、将制备得到的柔性可穿戴三导联电极贴片贴附到大脑前额叶区作为传感器，三个电极贴片分别通过导线与接头连接，贴在大脑前额叶区fp1，fp2位置，用于测量大脑前额叶区的多位点脑电信号，并可实现长时间的无扰高精度信号采集。

17、由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：

18、(1)本发明采用聚乙烯醇与超声技术相结合的策略，实现了液态金属镓铟合金液滴在溶液中的均匀分散。利用氢键的强大作用，显著抑制了液态金属镓铟合金液滴的聚集现象，从而显著增强了电极贴片在实际应用中的电力学稳定性。

19、(2)本发明通过引入液态金属镓铟合金和醋酸锌导电填料，可以将大脑产生的生物电信号快速精确的传递到电极片，显著提升了信号传递的效率与准确性。通过配备的外接信号采集和数据模块，不仅能够实时采集脑电信号，还能确保信号传输的高信噪比和出色的灵敏度。

20、(3)应用本发明制备方法制得的柔性可穿戴三导联电极贴片，所用材料均是无危化药品，保证了优异的生物相容性。并且本发明中柔性可穿戴三导联电极贴片的制备方法，所需原料中的聚合物材料明胶价格低廉，容易获得，且材料绿色环保，有利于工业化推广。

21、(4)本发明涉及一种柔性可穿戴三导联电极贴片及其制备方法和应用，属于电生理贴片技术领域。该方法以醋酸锌、液态金属镓铟合金、水和乙醇为主要原料，其中，液态金属镓铟合金为导电组份，通过在溶液中超声分散形成导电油墨，印刷于打印纸上以获得具有优异的导电性、低皮肤接触阻抗的柔性导电电极贴片。本发明将在柔性器件上印刷导电电极的采集单元作为脑电信号的采集载体，实现了柔性的、低成本的、多功能的纸基柔性电极技术，不仅可以用于运动过程中生理信号的同步监测。在信号的采集方面，该电极还展现出高的信噪比，信号精度高，还具有更低的阻抗和皮肤界面阻抗。此外，本发明制备方法简单，适合大规模生产和推广应用。

技术特征：

1.一种柔性可穿戴三导联电极贴片，其特征在于：该柔性可穿戴三导联电极贴片的原料包括醋酸锌、水、乙醇、液态金属和聚乙烯醇；

2.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴三导联电极贴片，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴三导联电极贴片，其特征在于：

4.一种柔性可穿戴三导联电极贴片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种柔性可穿戴三导联电极贴片的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的一种柔性可穿戴三导联电极贴片的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述的一种柔性可穿戴三导联电极贴片的制备方法，其特征在于：

8.一种柔性可穿戴三导联电极贴片的应用，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种柔性可穿戴三导联电极贴片及其制备方法和应用，属于柔性导电电极贴片技术领域。该方法以聚乙烯醇、醋酸锌、液态金属镓铟合金、水和乙醇为主要原料，其中，液态金属镓铟合金、醋酸锌为导电组份，通过在溶液中超声分散形成导电油墨，印刷于纸基材料上以获得具有优异的导电性、低皮肤接触阻抗的柔性导电电极贴片。本发明将导电电极的采集单元印刷在柔性器件上，以此作为脑电信号的采集载体。该技术不仅具备柔性、低成本、多功能的优势，还可广泛应用于运动过程中生理信号的同步监测。该发明的制备方法简便，极具规模化生产和广泛推广应用的潜力。

技术研发人员：胡斌,蔡然,郑凯,郑程程,杨碧海,田福泽,朱立贤
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/25