[发明专利]一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极及其制备方法，该多通道表面肌电极器件包括电极、互连导线、引线接口、衬底和封装层，除引线接口外均采用超薄网状结构周期排布形成。器件总厚度只有几个微米并具备很好的可延展性和复杂曲面不规则形状自适应性，且器件的力学性能与人体皮肤相似，测量过程中器件如同纹身或贴画一样，能够仅依靠器件与皮肤之间的范德华力作用自适应紧密贴合在皮肤表面，并随着皮肤的变形一起变形而不失效。该表面肌电极采用可延展柔性电子技术与传统的微纳加工方法兼容制备获得，感知电极的通道数可根据需求进行扩展，利于肌电信号的大规模、高密度采集。

技术领域

本发明涉及一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极及其制备方法，属于生物表面肌电信号采集和生物医用器件制造、可穿戴、可延展柔性电子器件和移动医疗器械领域。

背景技术

表面肌电信号是人体肌肉活动过程中产生的低频微弱信号，包含着大量与人体生理健康相关的信息，在肌肉活动的局部疲劳程度和肌力水平评估，肌肉劳损部位精准定位以及肌肉康复治疗等肌肉医学诊断领域、手语手势识别，移动物联网等人机交互方面都发挥着关键的作用。当前表面肌电信号的采集都集中于利用传统导电银胶的刚性电极进行测试，虽然短期内能够获取到稳定的高质量的肌电信号，但是受限于电极大的尺寸和导电银胶长时间使用过程中电学性能显著下降等因素的影响，高密度，可长时间的在线测量肌电信号一直得不到解决。同时刚性的电极与柔软的皮肤接触也给患者带来不舒适感。

随着微加工方法和基于柔性印刷电路板技术的发展，柔性的、具备高空间密度的表面肌电极获得了广泛的关注和大量的研究。在某种程度上改善了之前电极空间分辨率不高、不轻便的问题，但是柔性的表面肌电极不具备可延展和可拉伸性能，不能与皮肤完美的贴合测试，造成测量的肌电信号质量差，稳定性不好。常常需要导电胶的辅助才能正常使用，依然无法长期有效地测量肌电信号。

近几年，随着可延展柔性电子技术和移动物联网技术的发展，一大批可穿戴、可长期在线测量人体重要生理指标的移动医疗器械被设计和发明出来。这类具备非常好的优点，包括器件结构上非常柔软、厚度薄重量亲，与人体亲和力好且能适应皮肤复杂变形；器件测量精度高，测试舒适感好等。这些技术的发展很好的解决了之前生物医学器件的诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极及其制备方法，主要针对现有表面肌电极的器件较厚和不具备可拉伸性能，与复杂不规则曲面包括生物组织或皮肤等亲和力、贴合质量差的不足，解决的问题包括但不限于：(1)测量电极采用超薄网状结构设计，本发明设计和制备的测量电极采用超薄网状结构设计，器件非常柔软且具优异的可拉伸性能，能够类似“纹身”或“贴画”一样自适应紧密贴合在复杂不规则曲面上，比如人体的皮肤，且能承受人体皮肤在人自然活动过程中产生的复杂变形，提高测量舒适感。(2)可穿戴、长期在线测量的能力，本发明设计和制备的表面肌电极结构柔软，生物亲和力好，与皮肤接触紧密，无需导电凝胶的情况下测量很好质量的肌电信号。因此可用于人体表面肌电信号长期穿戴式、在线监测。

一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，,它包括N个电极、互联导线、衬底、封装层、引线接口；所述的引线接口包括N个引线端，各电极分别通过互联导线连接至引线接口的一个引线端，衬底和封装层设置于电极、互联导线和引线接口上下两侧，且仅使各电极及引线接口裸露。所述的电极、互联导线、衬底、封装层均采用网状结构，衬底及封装层采用柔性材料。

上述技术方案中，所述的电极采用生物兼容的导电材料，包括金、银、氯化银或石墨烯。

所述的衬底及封装层采用聚合物材料，包括聚酰亚胺薄膜、PET。厚度均不超过5μm。

该表面肌电极还可以包括设置于整个器件背面的生物兼容薄膜，所述的生物兼容薄膜采用医用半透薄膜、生物医用胶布或PDMS、Ecoflex。