[发明专利]一种基于电容耦合的柔性生物电极阵列及其制备方法

说明书

本发明属于医疗器械技术领域，提供一种基于电容耦合的柔性生物电极阵列及其制备方法，有效地解决了容性电极电容耦合面积大、与生物组织接触不好的问题；本发明柔性生物电极阵列包括柔性介电层、金属电极阵列和柔性保护层，金属电极阵列位于柔性介电层之上，金属电极阵列由其上方的柔性保护层包裹，金属电极阵列的焊盘裸露；柔性介电层采用钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜，柔性保护层采用聚酰亚胺薄膜。本发明以超薄的、具有高介电常数的BT/PI复合膜作为介电层，实现了小面积容性电极的制备，同时该柔性生物电极具有阵列结构，有利于多通道信号的采集；另外，该柔性生物电极阵列制备成本低、工艺简单，适用于工业大规模生产。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于电容耦合的柔性生物电极阵列及其制备方法。

背景技术

神经生理学活动的记录在生物医学领域中发挥着重要作用，它被广泛地应用在癫痫检测、神经康复等领域。神经元活动的记录方式主要包括单神经元记录(single-neuronrecording)、脑皮层电图(ECoG)以及脑电图(EEG)；不同的测量方式用于不同区域的神经电信号测量。对于这三种测量方式，单神经元记录具有最高的空间分辨率，但对大脑的伤害最大，不适于长期的信号监测；脑电图记录对大脑的伤害最小，但时间和空间分辨率都最低；相比之下，脑皮层电图记录既有较高的时间和空间分辨率，又有较好的稳定性，能满足长期的信号监测需求。

目前，用于记录神经元活动的脑电极可以分为两类：阻性电极和容性电极。阻性电极是一种接触式脑电极，这种接触方式不能保证电安全，同时不能避免电刺激和过敏反应，因此不能用于长期的信号监测。而容性电极是一种非接触式脑电极，通过电容耦合原理来采集生物信号，有效地消除了漏电流，解决了阻性电极所存在的问题。近年来，随着生物电极研究的不断深入，容性电极广阔的应用前景不断显现出来并且受到越来越多的研究者的关注。Jae-Woong Jeong等(Jae-Woong Jeong,et al.,Capacitive EpidermalElectronics for Electrically Safe,Long-Term ElectrophysiologicalMeasurements.Advanced healthcare materials 3,642-648(2014))利用5μm厚的硅胶作为介电层制备了容性电极，并且成功地采集到了人的心电图(E CG)，肌电图(EMG)以及眼电图(EOG)。Seung Min Lee等(Seung Min Lee,et al.,Sel f-adhesive and capacitivecarbon nanotube-based electrode to record electroencephalograph si gnals fromthe hairy scalp.IEEE Transactions on Biomedical Engineering 63,138-147(2016))将电极做成柱状结构来增大电容耦合面积，并且成功地采集到了人的EEG。然而，上述现有容性电极几乎都只能用在人体表皮采集信号，并且往往需要几个平方厘米的电容耦合区域，这大大限制了容性电极在生物体内(例如ECoG)的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种基于电容耦合的柔性生物电极阵列及其制备方法，有效地解决了容性电极电容耦合面积大、与生物组织接触不好的问题。本发明以具有较高介电常数且超薄的钛酸钡/聚酰亚胺复合膜作为容性电极的介电层，从而实现柔性、小面积、多通道、可植入容性电极阵列。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于电容耦合的柔性生物电极阵列，包括柔性介电层、金属电极阵列和柔性保护层，所述金属电极阵列位于柔性介电层之上，所述金属电极阵列由其上方的柔性保护层包裹，金属电极阵列的焊盘裸露；所述柔性介电层采用钛酸钡/聚酰亚胺(BT/PI)复合薄膜，所述柔性保护层采用聚酰亚胺(PI)薄膜。

进一步地，所述钛酸钡/聚酰亚胺(BT/PI)复合薄膜中钛酸钡的含量为30～40wt％。