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，越來越受到各國研究者的重視。這是因為目前全球老齡化日趨嚴重，整個社會的醫(yī)療負擔也越來越重，面對這樣的問題，對疾病的預(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)測裝置對人們的健康進行實時監(jiān)測，起到對疾病的預(yù)防作用。在心電信號的實時監(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，同時也給使用者提供了一種新的舒適的選擇。現(xiàn)在，在對心電

2、信號的測試過程中，被廣泛應(yīng)用的是在人體皮膚和電極之間涂覆導(dǎo)電凝膠的標準Ag/AgCl心電電極。它有其優(yōu)點，如生產(chǎn)成本低等。但是長期佩戴的角度看，它的缺點就凸顯出來了。由于導(dǎo)電凝膠對人體皮膚具有刺激性，長期的佩戴會引起皮膚刺激，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逐漸變干，電學(xué)性能會發(fā)生變化，從而影響心電信號的測試穩(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)時的心電信號。課題以棉平紋機織物為基布，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，同時利用電化學(xué)阻抗譜法對皮膚-電極界面進行分析，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，首先對棉織物進行聚吡咯化學(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。并且對制得的導(dǎo)電織物導(dǎo)電織物進行了電學(xué)性能測試，以檢驗制得導(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)計和組裝，制得了聚吡咯/棉織物心電電極。
　　(2)心電信號的采集及信噪比評價。課題采用了標準雙極肢體導(dǎo)聯(lián)中的Ⅰ導(dǎo)聯(lián)來進行心電信號的采集。在采集的過程中，三個電極都保持在相同的壓強下。同時，結(jié)合心電信號檢測電路模型，對外部線路放大器的作用和參數(shù)進行了討論。在上述的心電信號采集過程中，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準Ag/AgCl電極的采集結(jié)果，并分別計算了不同電極采集心電信號的信噪比，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)阻抗譜法對電極-皮膚界面進行分析。電化學(xué)阻抗譜法是將電化學(xué)系統(tǒng)看做一個等效電路，而這個等效電路是由電阻(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。課題對制備的兩種聚吡咯/棉織物心電電極進行了電化學(xué)阻抗測試，并結(jié)合等效電路，進行了電極-皮膚界面的分析。
　　(4)聚吡咯/棉織物心電電極的電學(xué)性能評價。課題針對聚吡咯/棉織物心電電極的電學(xué)性能，進行的研究內(nèi)容如下:1聚吡咯/棉織物心電電極厚度方向的電阻;2不同壓強和不同信號頻率下，織物電極采集交流信號性能的變化;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，在心電信號的采集測試中，都可以記錄完整、清晰的心電信號。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