一種干性心電電極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械的技術領域，更具體地說，涉及一種干性心電電極的制備方法。
【背景技術】
[0002]據《中國心血管病報告2013》指出，目前全國有心血管病患者約2.9億，每年死于心血管疾病的患者約350萬人，占總死亡原因的41%，心血管疾病已成為威脅人類健康的頭號殺手。在現代醫學中，心電圖是診斷心血管疾病的重要依據。現階段醫學常通過心電電極獲取人體體表的微弱心電信號，通過放大濾波等處理后得到心電圖。心電電極作為體表心電信號傳感的關鍵器件，通常要具備良好的導電性和生物兼容性。目前醫學使用的心電電極有兩種，一種是常見于靜息心電圖的金屬電極，具體為連接肢體導聯的夾式電極和胸導聯的吸式電極，此電極體積較大，可以反復使用，測量時要求被測者躺臥，測量短時間的心電圖片段；另一種是一次性粘性濕電極，這種電極體積較小，在人體皮膚和電極之間涂覆導電凝膠以增加導電性，但若長期佩戴導電凝膠則會引起皮膚刺激或者過敏，嚴重影響了被測試者的舒適感。
[0003]石墨烯(Graphene)是一種只有一層或幾層原子厚度的純碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜二維材料，是目前最薄卻也是最堅硬的納米材料，常溫下電子迀移率超過15000cm2/V.s，而電阻率只約106Ω.cm,比銅和銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料，同時石墨烯具有較好的生物兼容性。聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)是一種高分子有機娃化合物，是一種具有良好生物兼容性的柔性基質材料，通常被稱為有機硅，PDMS具有良好彈性，有著價格便宜、光學透明、透氣、疏水和防水等優點，且在一般情況下，被認為是惰性，無毒，不易燃，PDMS是最廣泛使用的硅為基礎的有機聚合物材料，其運用在生物微機電中的微流道系統、填縫劑、潤滑劑、隱形眼鏡。
[0004]高質量和穩定的心電信號是保證心電檢測系統進行后續處理的關鍵和前提，目前使用的心電電極，在長時間檢測的穩定性和舒適性都存在問題，近年來，國內外已有不少關于新型心電電極的研究，主要分為織物電極和干電極兩大方向。織物電極是以導電織物為電極材料，能嵌入隨身衣服、系帶特定位置，公開號為CN104523267A的中國專利中，公開了一種包括導電紗線、織物、導電膠和金屬導聯扣的心電電極，該電極是以刺繡的方式將導電紗線與植物連接，將織物一面的導電紗線剪斷，以在織物的一面形成由導電紗線構成的多根絨毛，所述的多根絨毛構成電極導電層。這種紡織結構的電極質地柔軟，穿戴舒適性較好，但無法與皮膚充分接觸，電極一皮膚界面阻抗比較大，當人體發生運動的時候，電極與皮膚容易產生位移，從而影響心電信號的穩定性。另一研究方向為以金屬薄片邦定在柔性基質制成的干電極，在公開號為CN103300845A的中國專利中，公開了一種柔性薄膜心電干電極及其制造工藝。該電極的電極點露出于電極封裝底部，按扣露出于封裝上部，電極點和所述按扣之間設置有接口層并通過導電膠進行粘合。該電極是以硅片為基底，通過旋涂光刻膠、曝光、顯影及圖形化光刻膠層，再濺射金屬層Ti或Ag作為電極點，最后將未受光刻膠保護的金屬區域作為金屬按扣的節點。該電極點貼在皮膚表面，電極接收體表生理信號，通過按扣引出導線連接到外部的測量電路。此類干電極以金屬為導電材料，具有較高的導電率，干電極也不會像傳統一次性粘性濕電極引起皮膚過敏，但金屬材料作為電極，其抗腐蝕性、抗干擾性和抗噪聲能力均較差，在微電流通過的時候容易產生極化，而且金屬的柔韌性也相對較差。另外，在公開號為CN104739403A的中國專利中，公開了一種石墨烯納米墻柔性心電電極及其制備方法，該電極包括柔性襯底層和石墨烯納米墻層，層間用粘合劑進行粘合，通過使用等離子體增強氣相沉積法在金屬片表面沉積一層石墨烯納米墻膜，在石墨烯納米墻層邊緣涂有一層導電銀膠，用于連接金屬導線；將含有導電銀膠和金屬導線的石墨烯納米墻薄膜轉移到柔性襯底上，再去除金屬片即得石墨烯納米墻柔性心電電極，這種方法仍然存在缺陷，該方法在金屬表面沉積石墨烯，不容易把石墨烯轉移到柔性襯底上，另外這種電極沒有金屬紐扣接口，無法與現有心電采集系統進行直接相連。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種干性心電電極的制備方法，解決了現有技術中心電電極使用不方便、佩戴不舒適、電信號不穩定以及制備復雜等問題。
[0006]本發明解決技術問題所采用的技術方案是:一種干性心電電極的制備方法，包括如下步驟:
[0007]S1、取石墨烯加入至聚二甲基硅氧烷溶液中，攪拌混合后，充分研磨使石墨烯均勻分散在聚二甲基硅氧烷中，得到石墨烯/聚二甲基硅氧烷的混合物；
[0008]S2、在容器中放置丙烯圓片，并在丙烯圓片上放置心電測量系統所用導聯線的金屬按扣，將丙烯圓片的圓心與金屬按扣的圓心相互對應上；
[0009]S3、取聚二甲基硅氧烷倒入所述容器中，對所述容器進行加熱烘烤，使聚二甲基硅氧烷固化完全，做成電極片主模；
[0010]S4、將所述電極片主模從容器中分離出來，抽出所述電極片主模中的丙烯圓片，進而在所述電極片主模的丙烯圓片的位置留出預留空間；
[0011]S5、把所述電極片主模固定于旋涂機圓盤上，將分散均勻的石墨烯/聚二甲基硅氧烷混合物均勻填充到所述電極片主模的預留空間，并旋涂；
[0012]S6、旋涂完成后，對所述電極片主模烘烤，使石墨烯/聚二甲基硅氧烷混合物定型，然后把帶金屬按扣的心電干電極將定型后的石墨烯/聚二甲基硅氧烷混合物從電極片主模中剝離，得到基于石墨烯和聚二甲基硅氧烷的干性心電電極。
[0013]在本發明的制備方法中，在步驟S1中，所述石墨烯的用量占石墨烯/聚二甲基硅氧烷的混合物的總量的lwt% -10wt%。
[0014]在本發明的制備方法中，在步驟S1中，所述石墨烯的用量占石墨烯/聚二甲基硅氧烷的混合物的總量的3wt % -6wt %。
[0015]在本發明的制備方法中，在步驟S1中，使用三輥研磨機充分研磨4小時-8小時進而使石墨烯均勻分散在聚二甲基硅氧烷中。
[0016]在本發明的制備方法中，在步驟S2中，所述丙稀圓片的直徑為10mm-50mm，厚度為0.5cm_5cm0
[0017]在本發明的制備方法中，在步驟S2中，所述丙稀圓片的直徑為20mm-30mm，厚度為lcm_3cm0
[0018]在本發明的制備方法中，在步驟S3中，對所述容器進行加熱烘烤的條件是先在90°C _110°C下烘烤0.5小時-1.5小時，然后再在115°C _130°C下烘烤0.5小時-1.5小時。
[0019]在本發明的制備方法中，在步驟S5中，旋涂的時間為2小時-5小時。
[0020]在本發明的制備方法中，在步驟S6中，對所述電極片主模烘烤的條件是在100°C _130°C下烘烤0.5小時-2小時。
[0021]在本發明的制備方法中，在步驟S1和S3中，所述聚二甲基硅氧烷的純度為90% -99%。
[0022]實施本發明的干性心電電極的制備方法，具有以下有益效果:通過該方法制備的干性心電電極具有良好導電性、柔性和生物兼容性，并且通過裝置金屬按扣導聯接口可直接連接現有心電信號檢測系統，使用方便，可以避免傳統具有導電膠的心電濕電極帶來的長時間皮膚刺激和信號下降的問題，且隨著近年來人們對健康關注程度和連續性觀察需求不斷提高，這種具有良好導電性，能長時間保持人體體表生物兼容性，且具有一定柔韌性的心電干電極，將具有強大的市場潛力。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例，對本發明的干性心電電極的制備方法作進一步說明:
[0024]本發明提供一種干性心電電極的制備方法，該方法制備的心電電極具有良好導電性、柔性和生物兼容性，并且通過裝置金屬按扣導聯接口可直接連接現有心電信號檢測系統，使用方便。
[0025]該制備方法具體包括如下步驟。
[0026]S1、稱取定量的石墨烯，加入至純度為90% -99%的聚二甲基硅氧烷溶液中，攪拌混合后，使用三輥研磨機充分研磨4小時-8小時，使石墨烯均勻分散在聚二甲基硅氧烷中，得到石墨烯/聚二甲基硅氧烷的混合物。其中聚二甲基硅氧烷的純度優選為99%，在其它實施例中也可以為90%或95%。稱取的石墨烯的用量占石墨烯/聚二甲基硅氧烷的混合物的總量的lwt%-10wt% (即質量比)；優選地，石墨稀的用量占石墨稀/聚二甲基娃氧燒的混合物的總量的3wt% _6wt% ;更優選地，石墨稀的用量占石墨稀/聚一■甲基娃氧燒的混合物的總量的4.5wt%。在該步驟中，所使用的三輥研磨機在使用時，輥間間距設為1mm，轉速設為250rpm，研磨時間優選為4_6小時，更優選為5小時；在其它實施例中還可以使用球磨機、或研缽和件進行研磨。
[0027]S2、在容器中放置丙烯圓片，并在丙烯圓片上放置心電測量系統所用導聯線的金屬按扣，將丙烯圓片的圓心與金屬按扣的圓心相互對應上。所用容器可以是培養皿、燒杯等等。所用丙稀圓片直徑為10mm-50mm，厚度為0.5cm-5cm ;優選地，丙稀圓片的直徑為20mm-30mm，厚度為lcm_3cm ;更優選地，丙稀圓片的直徑為25mm，厚度為2cm。
[0028]S3、取純度為90 % -99 %的聚二甲基硅氧烷倒入上述容器中，對上述容器進行加熱烘烤，先在90°C _110°C下烘烤0.5小時-1.5小時，然后再在115°C _130°C下烘烤0.5小時-1.5小時，使聚二甲基硅氧烷固化完全，做成電極片主模。同樣聚二甲基硅氧烷的純度優選為99%，在其它實施例中也可以為90%或95%。加熱烘烤的條件優選是在100°C下烘烤1小時，然后再在120°C下烘烤1小時。
[0029]S4、將上述電極片主模從容器中分離出來，抽出上述電極片主模中的丙烯圓片，進而在上述電極片主模的丙烯圓片的位置留出預留空間；
[0030]S5、把上述電極片主模固定于旋涂機圓盤上，使用注射器或滴管將分散均勻的石墨烯/聚二甲基硅氧烷混合物均勻填充到上述電極片主模的預留空間，并旋涂。其