抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极

摘要

本发明是一种抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极，该电极由基底层、织物导电层、抑制运动伪迹层、触面层和绝缘遮挡层组成，其中柔性织物构成所述基底层；导电布构成所述织物导电层；第一缓冲层、加强层和第二缓冲层构成所述抑制运动伪迹层，导电海绵构成所述第一缓冲层和第二缓冲层，导电布构成所述加强层；石墨烯涂层构成所述触面层；中心镂空绝缘织物构成所述绝缘遮挡层。本发明为干电极，克服了传统湿电极对皮肤的刺激和损伤，非一次性电极，可长期佩戴使用。

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械(用具)/心电电极领域，具体涉及一种抑制运动伪迹石墨烯柔性心 电干电极。

背景技术

在当今社会，心脏病是人类健康的头号杀手。全世界1/3的人口死亡是因心脏病引起的， 而我国每年有几十万人死于心脏病。心脏病已是心脑血管疾病中最容易危害中老年人的身体 健康和生命的疾病。对早期和突发心脏病的长期和动态观测，以捕捉到短暂非持续性的异常 心电变化，尤其是一过性心律失常及短暂的心肌缺血发作症状，对诊断心脏病、判断疗效和 挽救生命至关重要。

根据是否采用导电凝胶，电极主要分为湿电极和干电极。目前医疗中常用于检测心电的 是一次性导电凝胶湿电极，湿电极的不足之处在于其准备工作复杂，导电胶随时间逐渐风干 而造成测量误差，容易造成皮肤过敏，影响舒适度，不适用于长时间监测。干电极不使用导 电膏(或凝胶)或者其他电介质作为皮肤和电极之间的耦合通路，而是皮肤和电极之间的直 接接触或者电容耦合形成通路的电极。而现有干电极大多数都是以金属材料为主，金属材料 电极抗腐蚀性低，抗干扰和抗噪声能力均差，在微电流通过时容易产生极化。同时金属干电 极穿戴舒适性较差，运动伪迹明显。

目前尚缺乏可长期舒适穿戴的动态获取心电信号的传感器。导电海绵是心电电极材料的 最新研究方向，其优势在于导电性不受温度和湿度的影响，机械柔软度高，皮肤附着力好， 同时也增加了皮肤-电极界面的接触面积，维持了低阻抗，减少了运动伪迹。石墨烯是目前已 知的最薄最轻的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度。石墨烯也是世界上导电性 最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的 运动速度。由于石墨烯仅由碳元素组成且结构完美，是制造超灵敏生物传感器的理想材料。 在导电海绵上加上石墨烯涂层，可以极大的增强电极的导电性能。

同类型现有专利(CN102920452A):一种基于石墨烯的柔性冠状心电电极。此专利所述的基 于石墨烯的柔性冠状心电电极质地柔软，可弯曲；它的冠状阵列增加了心电电极与皮肤的接 触面积，使得心电信号增强，信噪比增加，稳定性改善。石墨烯是最好的导电材料，但是石 墨烯与金属电极之间存在着接触电阻，不能有效的提高电极的导电性能。该专利也没有提及 可以在动态情况下检测脑电或抑制运动伪迹。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极，克服了传统湿电极对皮 肤的刺激和损伤，非一次性电极，可长期佩戴使用。在动态情况下，电极的柔性材料可以很 好贴合皮肤结构，电极结构也能有效地减少噪声，抑制运动伪迹。石墨烯涂层，极大地增强 了电极的导电性能，提高了微弱电信号数据采集的精准度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极， 由基底层、织物导电层、抑制运动伪迹层、触面层和绝缘遮挡层组成。其特征在于：柔性织 物构成所述基底层；导电布构成所述织物导电层；第一缓冲层、加强层和第二缓冲层构成所 述抑制运动伪迹层，导电海绵构成所述第一缓冲层和第二缓冲层，导电布构成所述加强层； 石墨烯涂层构成所述触面层；绝缘织物构成所述绝缘遮挡层。

优选的，所述织物导电层设置在所述基底层上，放置中心位置且通过医用粘胶与其粘合； 所述抑制运动伪迹层设置在所述织物导电层上，放置中心位置且通过导电银胶与其粘合；所 述抑制运动伪迹层内部各层均由导电银胶粘合；所述触面层设置在所述抑制运动伪迹层上， 放置中心位置且通过导电银胶与其粘合；所述绝缘织物遮挡层中心镂空，设置在织物导电层 上，完全覆盖且通过缝纫连接、固定。

优选的，所述柔性织物是具有一定柔韧性和弹性的莱卡布块，主要用来支撑电极。柔性 织物基底合适的压力既保证心电电极与人体紧密贴合，又保障穿戴的舒适性。

优选的，所述导电布的基材为聚酯纤维，表面的导电阻抗值小于等于0.5Ω/m²，具有良 好的导电能。

优选的，所述织物导电层的导电布厚度小于等于0.05mm，整体宽度为40-60mm，长度为 70-100mm，两端为以其宽为直径的半圆，具有导电和电磁屏蔽的作用。

优选的，所述加强层导电布厚度小于等于0.05mm，整体宽度为20-40mm，长度为50-80mm， 两端为以其宽为直径的半圆。其作用是增加导电性和加强电极，使其不易发生永久形变，在 一定程度上，使电极触面层紧贴皮肤表面，在动态情况下使电极与皮肤表面保持相对平行， 抑制运动伪迹。

优选的，所述导电海绵由高分子复合材料发泡技术生产，发泡孔径均匀，主要成分为聚 酯海绵和金属镍，无毒无味，导电海绵柔软，富有弹性。导电海绵直接与皮肤接触，其柔软 特性可以保证穿戴的舒适性，也能在皮肤与电极相互作用时起到缓冲作用，自适应人体胸部 外轮廓，很好地贴合与皮肤表面，以减少噪声和抑制运动伪迹。

优选的，所述第一缓冲层导电海绵厚度为1mm，整体宽度为20-40mm，长度为50-80mm， 两端为以其宽为直径的半圆。其作用为抵消或缓冲皮肤-基底之间的水平滑动，一定程度抵消 和缓冲垂直挤压。

优选的，所述第二缓冲层导电海绵厚度小于等于0.5mm，整体宽度为20-40mm，长度为 50-80mm，两端为以其宽为直径的半圆。其作用为抵消或缓冲皮肤-电极的局部滑动和垂直挤 压。

优选的，所述抑制运动伪迹层由第一缓冲层，加强层和第二缓冲层共同作用来抵消或缓 冲由人在运动中产生的基底震动，滑动或挤压，带来的电极和皮肤之间的相对滑动，挤压， 扭曲形变，导致皮肤-电极的双电层发生电荷重新分配而引起的运动伪迹。

优选的，所述电极整体厚度小于等于3mm，在佩戴时以免产生异物感，影响穿戴舒适性。 整体宽度为20-40mm，长度为50-80mm，两端为以其宽为直径的半圆。心电电极需贴合胸部特 征，太大的尺寸会影响其穿戴舒适性，使得心电R波易发生畸变；太小的尺寸会削弱心电的 有效信号。

优选的，所述石墨烯是电极核心材料，其纯度大于95％，导电率为10⁵S/m，氧和硫的含 量均为0.5％，金属杂质含量为100ppm，比表面积为100-300m²/g，涂层厚度为0.005mm。石 墨烯优良的导电性和极高的灵敏度能够感应皮肤表面微弱生物电势信号,提高了微弱电信号 数据采集的精准度。

优选的，所述绝缘织物，厚度为0.5-0.8mm，整体宽度为50-70mm，长度为80-110mm的 矩形，中心镂空图形为电极触面层形状。绝缘织物封装电极，隔离导电层与皮肤接触，避免 产生干扰信号。

优选的，所述绝缘织物与织物基底用缝纫机缝纫连接、固定。

附图说明

图1为抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极的结构示意图；

图2为抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极覆盖绝缘遮挡层的结构示意图。

其中，1为柔性织物；2为导电布；3为导电海绵；4为导电布；5为导电海绵；6为石墨 烯涂层；7为绝缘织物。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施 例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为 进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以 相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施 方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或 实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例

如图1所示，为抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极结构图，左边为俯视图，右边为侧 视图；图2为抑制运动伪迹石墨烯柔性心电干电极覆盖绝缘遮挡层的结构示意图，左边为绝 缘遮挡层俯视图，右边为覆盖绝缘遮挡层心电电极的侧视图。

参见图1和2，本发明公开了一种优选的实施方案，具体如下：所述电极由基底层、织 物导电层、抑制运动伪迹层、触面层和绝缘遮挡层组成。其特征在于：柔性织物1构成所述 基底层；导电布2构成所述织物导电层；第一缓冲层、加强层和第二缓冲层构成所述抑制运 动伪迹层，导电海绵3构成所述第一缓冲层，导电海绵5构成所述第二缓冲层，导电布4构 成所述加强层；石墨烯涂层6构成所述触面层；绝缘织物7构成所述绝缘遮挡层。其中：所 述织物导电层设置在所述基底层上，放置中心位置且通过医用粘胶与其粘合；所述抑制运动 伪迹层设置在所述织物导电层上，放置中心位置且通过导电银胶与其粘合；所述抑制运动伪 迹层内部各层均由导电银胶粘合；所述触面层设置在所述抑制运动伪迹层上，放置中心位置 且通过导电银胶与其粘合；所述绝缘织物遮挡层中心镂空，设置在织物导电层上，完全覆盖 且通过缝纫连接、固定。

所述柔性织物1是具有一定柔韧性和弹性的莱卡布块，作为基底主要用来支撑电极。织 物基底合适的压力既保证心电电极与人体紧密贴合，又保障穿戴的舒适性。

所述导电布2和4的基材为聚酯纤维，表面的导电阻抗值小于等于0.5Ω/m²，具有良好 的导电能。

所述织物导电层的导电布2厚度为0.05mm，整体宽度为50mm，长度为80mm，两端为以 50mm为直径的半圆，具有导电和电磁屏蔽的作用。

所述加强层导电布4厚度为0.05mm，整体宽度为30mm，长度为60mm，两端为以30mm为 直径的半圆。其作用是增加导电性和加强电极，使其不易发生永久形变，在一定程度上，使 电极触面层紧贴皮肤表面，在动态情况下使电极与皮肤表面保持相对平行，抑制运动伪迹。

所述导电海绵3和5由高分子复合材料发泡技术生产，发泡孔径均匀，主要成分为聚酯 海绵和金属镍，无毒无味，导电海绵柔软，富有弹性。导电海绵直接与皮肤接触，其柔软特 性可以保证穿戴的舒适性，也能在皮肤与电极相互作用时起到缓冲作用，自适应人体胸部外 轮廓，很好地贴合与皮肤表面，以减少噪声和抑制运动伪迹。

所述第一缓冲层导电海绵3厚度为1mm，整体宽度为30mm，长度为60mm，两端为以30mm 为直径的半圆。其作用为抵消或缓冲皮肤-基底之间的水平滑动，一定程度抵消和缓冲垂直挤 压。

所述第二缓冲层导电海绵5厚度为0.5mm，整体宽度为30mm，长度为60mm，两端为以30mm 为直径的半圆。其作用为抵消或缓冲皮肤-电极的局部滑动和垂直挤压。

所述抑制运动伪迹层由第一缓冲层，加强层和第二缓冲层共同作用来抵消或缓冲由人在 运动中产生的基底震动，滑动或挤压，带来的电极和皮肤之间的相对滑动，挤压，扭曲形变， 导致皮肤-电极的双电层发生电荷重新分配而引起的运动伪迹。

所述电极整体厚度为2mm，在佩戴时以免产生异物感，影响穿戴舒适性。整体宽度为30mm， 长度为60mm，两端为以30mm为直径的半圆。心电电极需贴合胸部特征，太大的尺寸会影响 其穿戴舒适性，使得心电R波易发生畸变；太小的尺寸会削弱心电的有效信号。

所述石墨烯涂层6是电极核心材料，其纯度大于95％，导电率为10⁵S/m，氧和硫的含量 均为0.5％，金属杂质含量为100ppm，比表面积为100-300m²/g，涂层厚度为0.005mm。石墨 烯优良的导电性和极高的灵敏度能够感应皮肤表面微弱生物电势信号,提高了微弱电信号数 据采集的精准度。

所述绝缘织物7厚度为0.5mm，整体宽度为50mm，长度为80mm的矩形，中心镂空图形为 电极触面层形状。绝缘织物封装电极，隔离导电层与皮肤接触，避免产生干扰信号。

所述绝缘织物7与织物基底用缝纫机缝纫连接、固定。