聚吡咯-棉織物心電電極的研制.pdf

1、近些年來，織物心電電極由于其特有的質(zhì)輕、柔軟和彈性的特點(diǎn)，越來越受到各國研究者的重視。這是因?yàn)槟壳叭蚶淆g化日趨嚴(yán)重，整個(gè)社會(huì)的醫(yī)療負(fù)擔(dān)也越來越重，面對(duì)這樣的問題，對(duì)疾病的預(yù)防是目前降低各國醫(yī)療開支的可行方法之一。而織物心電電極，可作為便攜式的心電監(jiān)測裝置對(duì)人們的健康進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，起到對(duì)疾病的預(yù)防作用。在心電信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測中，織物心電電極由于其穿著舒適性，為學(xué)者提供了嶄新的研究領(lǐng)域，同時(shí)也給使用者提供了一種新的舒適的選擇?，F(xiàn)在，在對(duì)心電

2、信號(hào)的測試過程中，被廣泛應(yīng)用的是在人體皮膚和電極之間涂覆導(dǎo)電凝膠的標(biāo)準(zhǔn)Ag/AgCl心電電極。它有其優(yōu)點(diǎn)，如生產(chǎn)成本低等。但是長期佩戴的角度看，它的缺點(diǎn)就凸顯出來了。由于導(dǎo)電凝膠對(duì)人體皮膚具有刺激性，長期的佩戴會(huì)引起皮膚刺激，從而大大影響了被測試者的舒適感。而且導(dǎo)電凝膠在使用過程中會(huì)逐漸變干，電學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化，從而影響心電信號(hào)的測試穩(wěn)定性。而織物心電電極，由于不使用導(dǎo)電凝膠，直接與皮膚接觸，從而不存在上述問題。
　　在織物心電電

3、極的現(xiàn)有研究中，制備電極的方法主要為在織物中加入金屬長絲或在織物表面沉積金屬膜。這些方法雖然成功地使織物導(dǎo)電，但是金屬成分的加入，會(huì)影響到織物電極的柔軟性。而在織物表面沉積導(dǎo)電聚合物的方法，不僅保留了織物的柔性，而且更易于在織物的后整理中操作，制備過程更簡單。課題提出了電化學(xué)聚合制備聚吡咯織物心電電極的方法，所制備的聚吡咯/棉織物心電電極主要用于檢測人體在靜態(tài)時(shí)的心電信號(hào)。課題以棉平紋機(jī)織物為基布，通過原位化學(xué)聚合和電化學(xué)聚合的方法分別

4、制得化學(xué)聚合吡咯/棉織物心電電極和電化學(xué)聚合吡咯/棉織物心電電極，同時(shí)利用電化學(xué)阻抗譜法對(duì)皮膚-電極界面進(jìn)行分析，并探討了電極本身的電學(xué)性能。圍繞這些問題，課題研究了以下內(nèi)容:
　　(1)聚吡咯/棉織物心電電極的制備。課題以棉平紋織物為基布。在制備的過程中，首先對(duì)棉織物進(jìn)行聚吡咯化學(xué)聚合，使棉織物導(dǎo)電，得到化學(xué)聚合吡咯/棉導(dǎo)電織物。然后，將制備好的導(dǎo)電織物作為電化學(xué)體系中的工作電極，進(jìn)一步發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，得到電化學(xué)聚合吡咯/棉導(dǎo)電

5、織物。并且對(duì)制得的導(dǎo)電織物導(dǎo)電織物進(jìn)行了電學(xué)性能測試，以檢驗(yàn)制得導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性。最后，在導(dǎo)電織物的基礎(chǔ)上，通過電極的設(shè)計(jì)和組裝，制得了聚吡咯/棉織物心電電極。
　　(2)心電信號(hào)的采集及信噪比評(píng)價(jià)。課題采用了標(biāo)準(zhǔn)雙極肢體導(dǎo)聯(lián)中的Ⅰ導(dǎo)聯(lián)來進(jìn)行心電信號(hào)的采集。在采集的過程中，三個(gè)電極都保持在相同的壓強(qiáng)下。同時(shí)，結(jié)合心電信號(hào)檢測電路模型，對(duì)外部線路放大器的作用和參數(shù)進(jìn)行了討論。在上述的心電信號(hào)采集過程中，比較了化學(xué)聚合吡咯/棉織物心電

6、電極、電化學(xué)聚合吡咯/棉織物心電電極和標(biāo)準(zhǔn)Ag/AgCl電極的采集結(jié)果，并分別計(jì)算了不同電極采集心電信號(hào)的信噪比，以量化它們之間的差異。
　　(3)聚吡咯/棉織物心電電極-皮膚界面的分析。課題采用電化學(xué)阻抗譜法對(duì)電極-皮膚界面進(jìn)行分析。電化學(xué)阻抗譜法是將電化學(xué)系統(tǒng)看做一個(gè)等效電路，而這個(gè)等效電路是由電阻(R)、電容(C)和電感(L)等基本元件按串并聯(lián)等不同方式組合而成的。通過電化學(xué)阻抗譜法，可以測定等效電路的構(gòu)成以及各元件參數(shù)的大

7、小。之后，可以利用這些元件參數(shù)的電化學(xué)含義，來分析電化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和電極的性質(zhì)等。課題對(duì)制備的兩種聚吡咯/棉織物心電電極進(jìn)行了電化學(xué)阻抗測試，并結(jié)合等效電路，進(jìn)行了電極-皮膚界面的分析。
　　(4)聚吡咯/棉織物心電電極的電學(xué)性能評(píng)價(jià)。課題針對(duì)聚吡咯/棉織物心電電極的電學(xué)性能，進(jìn)行的研究內(nèi)容如下:1聚吡咯/棉織物心電電極厚度方向的電阻;2不同壓強(qiáng)和不同信號(hào)頻率下，織物電極采集交流信號(hào)性能的變化;3聚吡咯/棉織物心電電極本身的等效電

8、容和等效電阻;4聚吡咯/棉織物心電電極的環(huán)境穩(wěn)定性。通過這些分析，研究兩種聚吡咯/棉織物心電電極的電學(xué)性能。
　　經(jīng)上述測試后發(fā)現(xiàn)，本文所制備的電化學(xué)聚合吡咯/棉織物心電電極和化學(xué)聚合吡咯/棉織物心電電極，在心電信號(hào)的采集測試中，都可以記錄完整、清晰的心電信號(hào)。并且，經(jīng)電化學(xué)聚合之后，聚吡咯/棉導(dǎo)電織物厚度方向的電阻從1400Ω減少到320Ω，電導(dǎo)率表現(xiàn)出了極大的改善。電化學(xué)阻抗譜測試表明，經(jīng)電化學(xué)聚合之后，聚吡咯/棉導(dǎo)電織物的交