聚吡咯-棉織物心電電極的制備和性能評價.pdf

1、近幾十年來，紡織心電電極用于長期心電信號監(jiān)測，越來越多的受到各國研究者的重視。一方面原因是，對心臟病潛在患者和患者進行長期心電信號監(jiān)測，可預(yù)防和快速治療心臟病，因此許多學(xué)者試圖研制出可穿戴心電監(jiān)測設(shè)備以便于長期監(jiān)測。另一方面原因是，織物結(jié)構(gòu)心電電極質(zhì)輕柔性好，在采集心電信號時與皮膚貼合性好，不需要涂覆導(dǎo)電凝膠，可彌補目前臨床所用Ag/AgCl凝膠電極的一些缺點，例如導(dǎo)電凝膠引起的皮膚過敏以及隨時間的延長導(dǎo)電凝膠變干而造成測試信號不準確。

2、基于上述原因，許多科研人員積極探索取代傳統(tǒng)電極的紡織電極的制備方法。
　　目前制備紡織心電電極的方法主要有三種：第一種是利用導(dǎo)電纖維或在纖維中加入導(dǎo)電粒子使其具有導(dǎo)電性，進而紡紗織造，織成織物電極；第二種是將導(dǎo)電紗線采用縫紉的方法縫于織物上；第三種是在織物表面沉積導(dǎo)電金屬或?qū)щ姼呔畚锏姆椒?。相比三種方法，在織物表面沉積導(dǎo)電物的方法，可以很好地保留織物的物理機械性能，制備過程較簡單，是非常具有前景的制備方法。聚吡咯作為一種導(dǎo)電高聚物

3、，具有優(yōu)良環(huán)境穩(wěn)定性、以及質(zhì)輕、無毒、低成本等特點，因此課題選取導(dǎo)電高聚物聚吡咯與織物復(fù)合，從而形成導(dǎo)電織物電極。同時課題對電極檢測心電信號的性能進行探討，包括聚合時摻雜劑對心電信號性能的影響和檢測過程中皮膚-電極界面及材料對檢測的影響，從而提出較優(yōu)方案。
　　課題的研究內(nèi)容如下：
　?。?）聚吡咯/棉織物心電電極的制備。制備方法采用化學(xué)氧化法，以棉機織物為基布，將織物浸入含有吡咯單體和摻雜劑的水溶液中，加入氧化劑，使吡咯聚

4、合至棉織物上，形成具有導(dǎo)電性的織物，并對其外貌特征和導(dǎo)電性能進行初步分析，并將其用于實際信號測量，評價測試信號質(zhì)量。
　?。?）研究了不同濃度摻雜劑NDSA對聚吡咯/棉織物心電電極采集信號性能影響。采用五種濃度NDSA作為摻雜劑，利用化學(xué)氧化法進行聚吡咯/棉織物制備。經(jīng)分析心電信號測量標準可知，電極材料對阻抗值、除顫恢復(fù)性能和直流失調(diào)電壓有明確的要求，這些性能均為電化學(xué)反應(yīng)過程所表現(xiàn)的。試驗中利用電化學(xué)工作站，對含有不同濃度摻雜劑

5、制備的聚吡咯/棉織物電極進行電化學(xué)測試，其中包括電化學(xué)阻抗譜測試、循環(huán)伏安曲線測試、開路電位測試，并說明了相對最優(yōu)摻雜劑濃度。
　?。?）建立聚吡咯/棉織物心電電極測量時的等效電路模型?？椢镫姌O是通過采集體表生物電位而進行心電信號檢測的。電極部分采集信號過程，可分為兩個部分，一個部分是電極在皮膚表面處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而將生物體內(nèi)離子流轉(zhuǎn)換為采集裝置的電子流，另一個部分是電子在電極材料中的移動。利用電化學(xué)工作站，測試兩部分電極材料

6、等效電路，并明確各元件具體大小，分析電極材料制備參數(shù)對其性能的影響。
　　經(jīng)上述研究后發(fā)現(xiàn)，化學(xué)氧化法所制備的聚吡咯/棉織物心電電極，在心電信號的采集測試中，可以得到記錄完整、有特征波的心電信號。對其電學(xué)性能和增重率進行測試，聚吡咯/棉導(dǎo)電織物的方阻為995Ω，增重率為16.4％，說明經(jīng)氧化聚合反應(yīng)后，織物表面沉積導(dǎo)電聚吡咯并顯示出明顯的導(dǎo)電性。電化學(xué)阻抗譜結(jié)果表明，隨著摻雜劑濃度的增加，織物電極的阻抗逐漸下降。當(dāng)NDSA的濃度為