[发明专利]一种基于柔性基底的非侵入式脑电传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于柔性基底的非侵入式脑电传感器及其制备方法，包括柔性基底、还原氧化石墨烯，所述还原氧化石墨烯通过浸润并干燥的方式沉积在柔性基底上。与现有技术相比，本发明基于柔性基底的非侵入式脑电传感器具有导电性好、皮肤阻抗低、和头皮具有良好接触性的优点，并且可以有效监测脑电波。

技术领域

本发明属于柔性电子器件领域，尤其涉及一种基于柔性基底的非侵入式脑电传感器及其制备方法。

背景技术

脑电传感器是一种将离子电流转换为导体中可用的电子电流的检测装置，将感受到的被测量的信息转化为电子电流以满足信息的传出、处理、存储、显示、控制等要求。一般脑电传感器本身要有低阻抗且能降低皮肤角质层的阻抗，目前常用的脑电传感器为氯化银湿电极，通过在皮肤涂抹导电凝胶来达到此目的。但是通常这种体验是不愉快的，需要繁琐的准备以及使用后的清洁。人们尝试着一些其他的途径，比如使用结构特殊的干电极来收集脑电信号，但信号质量与湿电极所收集的信号相比，要相差甚远。半干电极是目前脑电传感的一个热门方向，经过对现有技术文献的检索发现，在多孔材料附着导电物质的思路被广泛采用，但是目前大多数都是以金属颗粒作为附着物，化学性质不稳定，造价高的特性阻碍着其进一步发展。

专利申请CN201510847132.2公开了一种抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极，该电极由基底层、织物导电层、第一抑制运动伪迹层、填充层、第二抑制运动伪迹层、触面层和绝缘遮挡层组成，其中，柔性织物构成基底层；导电布构成织物导电层；导电海绵和导电布构成第一抑制运动伪迹层；绝缘橡胶板构成填充层；导电布和导电海绵构成第二抑制运动伪迹层；石墨烯涂层构成触面层；绝缘织物构成绝缘遮挡层。该发明为电容耦合原理脑电干电极，采用柔性电极材料，对皮肤无刺激和损伤，可长期佩戴使用。但是该专利技术导电布上在高强度下镀以镍与铜，形成金属化表面，石墨烯涂层只构成触面层，且本质上为电容式脑电极，金属沉积成本高，且金属具有化学活性，在与人体接触的复杂生化环境下，可能会发生一些氧化、硫化反应，产生对人体有害的物质。且电容式电极本身的缺陷就是皮肤阻抗高，会导致大量的低频噪声。

多孔海绵材料制备简单，成本低廉，用途广泛，以其弹性高、比表面积大、孔隙率大、密度小等特点广泛应用包装运输、生物医学、保温材料、建筑工程等领域。柔性海绵也以其高重复利用率和柔性成为传感器领域一个热门的选择，通过在柔性基底表面附着导电性物质是实现电信号传感的一个重要设计方向。

专利申请CN202011196286.7公开了一种三维多孔石墨烯/聚氨酯柔性应力应变传感器及其制备方法，优选了特定的表面活性剂，石墨烯片层均匀涂覆在聚氨酯骨架上，且与骨架有很好的结合力，从而形成稳定连通的导电网络；当复合结构(三维多孔石墨烯/聚氨酯柔性应力应变传感器)受到压力时，石墨烯片层互相接触，导电网络发生改变从而使得复合结构的电阻发生变化，将压力信号转化成了电阻信号；尽管该技术的确提高了灵敏度高，但是该技术在海绵上下底面粘连铜片，恰好掩盖了采用柔性海绵作为基底的优势，铜片的高模量使得电极平面无法与不平整的颅骨表面完美接触，而皮肤接触阻抗与接触面积呈负相关，接触面积越大，皮肤接触阻抗越低，且运动伪影越少，而且高模量的金属样品在人体复杂环境下，经酸性的汗液浸蚀，极易发生化学反应。另外，该专利技术中优选了特定的表面活性剂，利用表面活性剂来控制氧化石墨烯在还原过程中的团聚现象，即还原后并不是均匀的分散液，石墨烯会聚为一团，将海绵挤压在中间，该专利技术利用表面活性剂来对抗这种团聚现象，因为其最终样品的应用为应力应变传感器，对于其电阻变化与变形量的线性关系有极高的要求，因此要尽可能保证石墨烯在基体上分散得均匀，通过使用分散剂(表面活性剂)来实现，但是表面活性剂的添加一方面增加成本和工序，另一方面也会增加传感器的阻抗，降低使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于柔性基底的非侵入式脑电传感器及其制备方法，通过将还原氧化石墨烯附着在柔性基底上，加入盐水后可以实现离子导电与电子导电双重作用，来降低阻抗，该非侵入式脑电极可弯曲，导电性好，稳定性高。