抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510847132.2 (22)申请日 2015.11.27 A61B 5/0478(2006.01) (71)申请人 电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区 （西区） 西 源大道 2006 号 (72)发明人 黄志奇 陈东义 迈克尔朗沃 熊帆 陈晓 (54) 发明名称 抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极 (57) 摘要 本发明是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 ；。

2、 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。 本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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 105615880 A 2016.06.01 CN 105615880 A 1.一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。

3、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； 第一缓冲层和第一加强层构成所述第 一抑制运动伪迹层， 导电海绵构成所述第一缓冲层， 导电布构成所述第一加强层； 绝缘橡胶 板构成填充层； 第二加强层和第二缓冲层构成所述第二抑制运动伪迹层， 导电布构成所述 第二加强层， 导电海绵构成所述第二缓冲层； 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。 2.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于： 所述织物导电层设置在基底层上， 放置中 心位置且通过医用粘胶与其粘合； 所述第一抑制运动伪迹层设置在所述织物导。

4、电层上， 放 置中心位置且通过导电银胶与其粘合； 所述第一抑制运动伪迹层内部各层均由导电银胶粘 合； 所述填充层设置在所述第一抑制运动伪迹层上， 放置中心位置且通过导电银胶与其粘 合； 所述第二抑制运动伪迹层设置在所述填充层上， 放置中心位置且通过导电银胶与其粘 合； 所述第二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第二抑 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。 3.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于： 所述柔性织物是具有一定柔韧性和弹性的 莱卡布块。 4.根据权利要求。

5、1所述的电极， 其特征在于： 所述导电布的基材为聚酯纤维， 在高强度 下镀镍与铜， 形成金属化表面， 表面的导电阻抗值小于等于0.5/m2。 5.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述织物导电层的导电布形状为直径30- 50mm的圆， 厚度小于等于0.05mm。 6.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述第一加强层和第二加强层的导电布需 在石墨烯溶剂中浸泡， 风干形成石墨烯导电布， 形状均为直径20-40mm的圆， 厚度小于等于 0.05mm。 7.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述第一缓冲层和第二缓冲层的导电海绵 由高分子复合材料发泡技术生产， 发泡孔径均匀， 主。

6、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， 导电性能好。 8.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述第一缓冲层和第二缓冲层的导电海绵 形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.5mm。 9.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述绝缘橡胶板形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.1-0.5mm,其材料为聚氨酯橡胶， 扯断力大于等于5Mpa， 伸长率为250-280， 硬 度小于等于70 。 10.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述电极整体厚度小于等于3mm， 整体形 状为直径20-40mm的圆。 11.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于。

7、， 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。 12.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 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。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 105615880 A 2 13.根据权利要求1所述的电极， 其特征在于， 所述绝缘织物与织物基底用缝纫机缝纫 连接、 固定。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 10。

8、5615880 A 3 抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极 技术领域 0001 本发明属于医疗器械(用具)/脑电电极领域， 具体涉及一种抑制运动伪迹石墨烯 柔性脑电容性电极。 背景技术 0002 脑电(EEC)是中枢神经系统的直接外在表征， 可检测大脑皮层不同区域的活动状 态， 反映了人体生理、 心理状态和不同脑功能的脑区交互方式。 同时， 脑电可以作为癫痫、 痴 呆、 肿瘤等脑部疾病或脑死亡提供诊断信息。 0003 脑电是通过脑电电极采集信号的。 根据是否采用导电凝胶， 脑电电极主要分为湿 电极和干电极。 传统医疗中常用湿电极检测脑电， 被测者在进行脑电采集前， 需涂抹导电介 质。 湿电极的。

9、不足之处在于其准备工作复杂， 导电银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。 容性电极也是干电极的一种。 容性电极一个显著特点是可以隔着头发或 者衣物布料等测量信号， 此时头发(毛发)或者衣物布料等充当电容介质。 目前尚缺乏可长 期舒适穿戴的动态获取脑电信号的传感器。 0004 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。

10、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。 0005 现有干电极脑电采集技术有微针技术、 超高输入阻抗放大器和光电传感等。 0006 参见图3， 微针技术是目前最普遍采用的干电极脑电采集技术， 其采用针式电极直 接穿透角质层， 嵌入低阻抗的生发层来完成信号采集的技术。 然而皮肤厚度因人而异， 对于 皮肤较薄的人来说， 微针前端可能已经刺破生发层而进入充满血管和神经的真皮层， 从而 产生疼痛感。 由于电极直接与头皮内部接触， 容易引起交叉感染， 一般为一次性电极。 0007 超高阻抗放大器技术的脑。

11、电电极主要确保传感器与头皮紧密接触， 大多采用金属 材料。 然而， 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。 0008 光电传感干电极利用特殊有机材料依据在不同电压下产生的电场的形变程度， 感 知脑电的变化。 此类电极装置复杂， 在检测脑电时往往需要专业医护人员辅助进行， 并不适 合检测者在日常生活中长时间佩戴使用。 0009 现有干电极可以很好地短时间监测人体静止状态下的脑电信号， 并不能满足当有 肢体移动或人在运动时引起的运动伪迹， 也不能实现在日常生活中长时间穿戴检测。 现在 脑电干电极材料多为金属。

12、等刚性材料， 电极并不能很好贴合头皮， 既影响穿戴舒适性， 又容 易引起运动伪迹。 说 明 书 1/5 页 4 CN 105615880 A 4 发明内容 0010 本发明的目的是提供一种抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极， 是一种电容耦 合原理脑电干电极。 容性电极一个显著特点是可以隔着头发或者衣物布料等测量信号， 此 时头发(毛发)或者衣物布料等充当电容介质。 脑电电极的材料采用导电布、 导电海绵、 绝缘 橡胶板和石墨烯， 均为柔性材料， 对皮肤无刺激和损伤， 增加穿戴舒适性， 可长期佩戴使用。 在动态情况下， 柔性材料可以很好贴合头皮结构， 有效抑运动伪迹。 添加石墨烯涂层， 极大 的增。

13、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。 脑电电极由基底层、 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， 从 电极结构上能有效地减少噪声， 抑制运动伪迹。 0011 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； 第一缓冲层和第一加强层构成所述第一抑制运动伪迹层， 导电海绵构成所述第 一缓冲层， 导电布构成所述。

14、第一加强层； 绝缘橡胶板构成填充层； 第二加强层和第二缓冲层 构成所述第二抑制运动伪迹层， 导电布构成所述第二加强层， 导电海绵构成所述加第二缓 冲层； 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。 0012 优选的， 所述织物导电层设置在基底层上， 放置中心位置且通过医用粘胶与其粘 合； 所述第一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； 所述第一抑制运动伪迹层内部各层均由导电银胶粘合； 所述填充层设置在所述第 一抑制运动伪迹层上， 放置中心位置且通过导电银胶与其粘合； 所述第二抑制运动伪迹层 设置在所述填充层上， 放置中心位置且通过导电银胶与。

15、其粘合； 所述第二抑制运动伪迹层 内部各层均由导电银胶粘合； 所述触面层设置在所述第二抑制运动伪迹层上， 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。 0013 优选的， 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。 织物 基底合适的压力既保证脑电电极与人体紧密贴合， 又保障穿戴的舒适性。 0014 优选的， 所述三层导电布的基材为聚酯纤维， 在高强度下镀以镍与铜， 形成金属化 表面， 具有卓越的柔软性、 导电性与优异的耐曲折特性， 穿戴舒适， 表面的导电阻抗值小于 等于0.5/m2， 具有良好。

16、的导电能。 0015 优选的， 所述织物导电层的导电布形状为直径30-50mm的圆， 厚度小于等于 0.05mm。 其作用在于支撑电极、 传导电信号(相当于导线)。 0016 优选的， 所述第一加强层和二的导电布需在石墨烯溶剂中浸泡， 风干形成石墨烯 导电布， 形状均为直径20-40mm的圆， 厚度小于等于0.05mm。 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。 0017 优选的， 所述第一缓冲层和二的导电海绵由高分子复合材料发泡技术生产， 发泡 孔径均匀， 导电海绵柔软，。

17、 主要成分为聚酯海绵和金属镍， 无毒无味， 富有弹性， 导电性能 好。 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 说 明 书 2/5 页 5 CN 105615880 A 5 作用时起到缓冲作用， 自适应人体头部外轮廓， 很好地贴合与皮肤表面， 以减少噪声和抑制 运动伪迹。 0018 优选的， 所述第一缓冲层导电海绵形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.5mm。 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。 0019 优选的， 所述第二缓冲层导电海绵形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.5mm。 其作用 为抵消或缓。

18、冲皮肤-电极的局部滑动和垂直挤压。 0020 优选的， 所述抑制运动伪迹层均由缓冲层和加强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。 0021 优选的， 所述绝缘橡胶板形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.1-0.5mm。 其材料为聚 氨酯橡胶， 扯断力大于等于5Mpa， 伸长率为250-280， 硬度小于等于70 ， 具有良好的柔 韧性， 在厚度方向不易压缩。 在电极中充当容性电极的电容介质， 保持第一加强层与第二加 强层之间的距离基本不变， 从而保证电。

19、容不变， 有效抑制运动伪迹。 0022 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。 整体形状为直径20-40mm的圆。 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。 0023 优选的， 所述石墨烯是电极核心材料， 其纯度大于95， 导电率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。。

20、 0024 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。 0025 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 0026 图1为抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极的结构示意图； 0027 图2为抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极覆盖绝缘遮挡层的结构示意图； 0028 图3为现有技术中的脑电微针结构示意图。 0029 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为绝缘橡胶板； 6。

21、为导 电布； 7为导电海绵； 8为石墨烯涂层； 9为绝缘织物。 具体实施方式 0030 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 说 明 书 3/5 。

22、页 6 CN 105615880 A 6 解。 0031 实施例 0032 如图1所示， 为抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极结构图， 所述电极由基底 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 和第一加强层构成所述第一抑制运动伪迹层， 导电海绵3构成所述第一缓冲层， 导电布4构 成所述第一加强层； 绝缘橡胶板5构成填充层； 第二加强层和第二缓冲层构成所述第二抑制 运动伪迹层， 导电布6构成所述第二加强层， 导电海绵7构成所述加第二缓冲层； 石墨烯涂层 。

23、8构成所述触面层； 绝缘织物9构成所述绝缘遮挡层。 0033 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； 所述第一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； 所述第一抑制运动伪迹层内部各层均由导电银胶粘合； 所述填充层设置在所述 第一抑制运动伪迹层上， 放置中心位置且通过导电银胶与其粘合； 所述第二抑制运动伪迹 层设置在所述填充层上， 放置中心位置且通过导电银胶与其粘合； 所述第二抑制运动伪迹 层内部各层均由导电银胶粘合； 所述触面层设置在所述第二抑制运动伪迹层上， 放置中心 位置且通过导电银胶与其粘合； 所述绝缘织物。

24、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。 0034 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脑电电极与人体紧密贴合， 又保障穿戴的舒适性。 0035 所述导电布2、 4和6的基材为聚酯纤维， 在高强度下镀以镍与铜， 形成金属化表面， 具有卓越的柔软性、 导电性与优异的耐曲折特性， 穿戴舒适， 表面的导电阻抗值小于等于 0.5/m2， 具有良好的导电能。 0036 所述织物导电层的导电布2形状为直径30-50mm的圆， 厚度小于等于0.05mm。 其作 用在于支撑电极、 传导电信号(相当于导线)。 。

25、0037 所述第一加强层和第二加强层的导电布4和6需在石墨烯溶剂中浸泡， 风干形成石 墨烯导电布， 形状均为直径20-40mm的圆， 厚度小于等于0.05mm。 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。 0038 所述第一缓冲层和第二缓冲层的导电海绵3和7由高分子复合材料发泡技术生产， 发泡孔径均匀， 导电海绵柔软， 主要成分为聚酯海绵和金属镍， 无毒无味， 富有弹性， 导电性 能好。 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。

26、起到缓冲作用， 自适应人体头部外轮廓， 很好地贴合与皮肤表面， 以减少噪声和抑 制运动伪迹。 0039 所述第一缓冲层导电海绵3形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.5mm。 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。 0040 所述第二缓冲层导电海绵7形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.5mm。 其作用为抵消 或缓冲皮肤-电极的局部滑动和垂直挤压。 0041 所述抑制运动伪迹层均由缓冲层和加强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 说 明 书 4/5 页 7 。

27、CN 105615880 A 7 肤-电极的双电层发生电荷重新分配而引起的运动伪迹。 0042 所述绝缘橡胶板5的形状为直径20-40mm的圆， 厚度为0.1-0.5mm。 其材料为聚氨酯 橡胶， 扯断力大于等于5Mpa， 伸长率为250-280， 硬度小于等于70 ， 具有良好的柔韧性， 在厚度方向不易压缩。 在电极中充当容性电极的电容介质， 保持第一加强层与第二加强层 之间的距离基本不变， 从而保证电容不变， 有效抑制运动伪迹。 0043 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 体形状为直径20-40mm的圆。 心电电极需贴合胸部特征， 太大的尺寸。

28、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。 0044 所述石墨烯涂层8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。 0045 所述绝缘织物9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。 0046 所述绝缘织物9与织物基底用缝纫机缝纫连接、 固定。 说 明 书 5/5 页 8 CN 105615880 A 8 图1 说 明 书 附 图 1/2 页 9 CN 105615880 A 9 图2 图3 说 明 书 附 图 2/2 页 10 CN 105615880 A 10 。