[发明专利]一种微针电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微针电极及其制备方法，微针电极包括贴片层；多个微针，位于贴片层的一侧，与微针一体成型；穿透电极，穿过贴片层，其一端与微针电连接；掺杂有银纳米粒子掺杂的类金刚石薄膜，涂敷在穿透电极与微针电连接的部分的表面，以及微针的表面。本发明的微针电极贴片可以用于生物信号测量的电极贴片或可用于医疗环境等各种领域的生物电刺激，由于皮肤的角质层被最小程度地侵入，所以可以引起非常低水平的皮肤损害和疼痛，另外，微针电极的抗菌性，可防止由于皮肤损害引起的继发感染。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种微针电极及其制备方法。

背景技术

诊断测试，治疗和疾病的存在需要获取和监视由患者的生理功能产生的电信号。通常监视的典型电信号或生物电势是那些从心脏产生心电图(EKG)，从大脑产生脑电图(EEG)和从肌肉产生电描记图(EMG)的信号。此类信号的电平较低，并且可能非常弱，例如脑电图(EEG)中存在100微伏或以下的信号。信号的频率范围从心电图的0.05到脑干诱发电位的3000Hz。皮肤安装的监测电极通常用于获得上述生物电势。人体皮肤由三个不同的层组成；角质层，表皮层和真皮层。皮肤的外部10-15微米(称为角质层)是死亡的组织，构成了人体的主要屏障。角质层是皮肤阻抗和生物电位信号降低的主要因素。角质层下方是表皮(50-100微米)。表皮由活细胞组成，但几乎没有神经，没有血管。由于神经存在于更深的组织中，所以穿透皮肤到活表皮是无痛的。在活表皮下面是真皮层，真皮是皮肤体积的主体，包含活细胞、神经和血管。

用皮肤电极测量弱生物电位时，常常会遇到困难。一个问题是皮肤的最外层有一个高阻抗。高电阻抗降低了信号的幅度，因此当存在电噪声时，数据信号可能难以获得。

由于皮肤的运动，噪声也可以注入到生物电位信号中。这导致皮肤阻抗的变化。皮肤特征的这种变化会导致电噪声，而电噪声很难与感兴趣的生物电位数据信号分离。如果信噪比足够低，由于皮肤阻抗或运动伪影，它会掩盖或阻碍对病人病情的正确分析。

一种常见的做法是使用湿电极，即在应用生物电位电极之前研磨角质层，以降低皮肤阻抗。像用酒精一样，去除组织和皮肤油脂。擦伤的皮肤上覆盖一层导电膏，然后将电极贴附到病人身上。然而，该过程很耗时，特别是在要使用多个电极的情况下，并且在许多临床情况下(例如为患者做好手术准备)很不方便。

推力型微针电极有效地解决了皮肤高阻抗等问题，特别是夏普 CN103263727，CN102727992A，US20100130940和CN1415385A等生物电信号的采集，主要采用金属微针电极，机械性能好，易刺穿细并关闭皮肤的表皮，但金属材料电极-生物膜相容性差，长期穿入皮肤会引起皮肤过敏，发炎，并且身体的排斥作用会促使白细胞大量富集微针表面，影响生物电信号的采集，制备过程复杂，成本高，结构设计不灵活。

同时，在“Journal of Microelectromechanical Systems，第10卷，第10-16页”的“用于生物电势测量的微加工电极”中，制造了硅微针电极，并涂覆了导电材料以测量生物信号。进行实验表明，使用微针的方法优于不使用导电胶的常规方法。然而，硅微针电极由于其易碎的特性而难以制造并且具有难以在工业上使用的问题。

1、湿电极的缺点：不能够长期连续使用，可能会引起皮肤过敏反应，产生红肿等现象，用户体验差；

2、金属材料电极：生物膜相容性差，长期穿入皮肤会引起皮肤过敏，发炎，并且身体的排斥作用会促使白细胞大量富集微针表面，影响生物电信号的采集，制备过程复杂，成本高，结构设计不灵活。

3、硅微针电极：易碎，制造工艺复杂。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种微针电极及其制备方法。