CN107684420B - 一种液态金属心电电极片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液态金属心电电极片，其为一体式结构，所述电极片呈圆形，沿中心轴分为上下两层，上层设有存储腔(2)，下层设有接触腔(4)，存储腔容积可变，内部填充液态金属，接触腔是由可变形的弹性材料制成的圆锥形空心腔体，电极片使用时，存储腔内的液态金属进入接触腔，使液态金属与皮肤直接接触；接触腔的外周环形区域设有粘胶层(5)；位于电极片中央的导线(3)贯穿于存储腔和接触腔，电极片使用时，导线的下端浸润在液态金属中，另一端从存储腔中央向外延伸，用于与检测仪器相连。本发明提供的液态金属电极片具有很好的柔性，能够与使用者的皮肤完全贴合，有效地提高了电极的接触面积；并且活动腔体设计，使电极片可以重复使用。

Description

一种液态金属心电电极片

技术领域

本发明涉及医用材料领域，具体地说，涉及一种液态金属心电电极片。

背景技术

生物体内存在各种生物电信号，其中最常见的是心电信号，而且心电信号的检测对于诊断心血管疾病具有重要的意义。生物体内的电流是离子导电，而电极和检测仪器中的电流是电子导电，因此必须通过电极将生物体内的离子导电转换为相对应的电子导电。人体的皮肤相当于离子的半透膜，具有一定的电位差，金属和皮肤在电解液环境中通过氧化还原反应实现离子导电到电子导电的转化。传统的心电电极片主要由金属片和导电膏组成，导电膏的作用是保证金属片与皮肤的良好接触，同时起到电解液的作用。目前的心电电极多采用固体金属片状电极，这种电极与表面形状凹凸不平的皮肤并不能很好地配合，因而影响电极的检测效果。此外，一次性心电电极片虽然体积小，使用方便，但是对电极材料的消耗较大，造成资源的浪费。

液态金属是一类熔点较低的合金，如镓基合金、铟基合金、铋基合金等。这种合金材料具有良好的导电性和较低的熔点，因而在柔性电子、可变形机器研究等方面有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种液态金属心电电极片。

为了实现本发明目的，本发明将液态金属应用于心电电极片的制备，利用液态金属的流动性和导电性，使其与形状不规则的皮肤接触，从而增大有效接触面积，改善心电电极的检测效果。此外，本发明将液态金属与特定形状的弹性薄膜相结合，使用者可以自主控制液态金属的释放与回收，从而使得该电极片可以重复使用。

本发明提供的液态金属心电电极片，其为一体式心电电极片，所述电极片整体呈圆形，沿着圆形中心轴分为上下两层，上层设有存储腔2，下层设有接触腔4，所述存储腔2是一个容积可变的腔体，内部填充液态金属，通过改变腔体的容积释放和回收液态金属，所述接触腔4是一个由可变形的弹性材料制成的圆锥形空心腔体，电极片使用时，上层存储腔2内的液态金属进入下层接触腔4，使液态金属与皮肤直接接触；所述接触腔4的外周环形区域设有粘胶层5，用于将电极片固定在皮肤表面；位于电极片中央的导线3贯穿于上层存储腔2和下层接触腔4，电极片使用时，保证导线3的下端浸润在从存储腔2进入接触腔4的液态金属中，导线3的另一端从存储腔2中央向外延伸，用于与检测仪器相连。

所述存储腔2为圆柱形或圆球形，通过活塞或弹性气囊实现腔体体积的变化，所述导线3贯穿于活塞或弹性气囊中央。另外，采用其他方式设计的可变容积腔体均在本发明保护范围内。

所述液态金属是在常温下保持液态的一类金属或合金材料，包括镓基合金、铟基合金、铋基合金等；或者，所述液态金属是金属表面经过修饰的合金材料，所述修饰包括氧化处理等。

优选地，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金等，常温下处于液态。

更优选地，所述液态金属是由镓和铟按75.5：24.5的质量比组成的镓铟合金，所述镓铟合金的熔点为10.35℃。

所述电极片由绝缘且具有弹性的材料制成，包括橡胶、硅胶或塑料，如聚二甲基硅氧烷、聚乙烯等，或使用其他类型的高分子聚合物材料。

所述粘胶层5表面粘贴有可撕除的PVC膜。粘胶层采用传统心电电极的粘胶材料，在电极片未使用时，粘胶层表面粘贴PVC薄膜，以防止粘胶材料的粘性下降。

本发明还提供液态金属在制备心电电极片中的应用。

所述液态金属是在常温下保持液态的一类金属或合金材料，包括镓基合金、铟基合金、铋基合金等；或者，所述液态金属是金属表面经过修饰的合金材料，所述修饰包括氧化处理等。

优选地，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金等，常温下处于液态。

更优选地，所述液态金属是由镓和铟按75.5：24.5的质量比组成的镓铟合金，所述镓铟合金的熔点为10.35℃。

本发明首次提出了一种基于液态金属心电电极片的设计方案，利用液态金属的导电性和流动性，将其作为电极与皮肤直接接触。所述液态金属电极片具有很好的柔性，能够与使用者的皮肤完全贴合，有效地提高了电极的接触面积，并且活动腔体的设计，使得电极片可以重复使用。

附图说明

图1为本发明实施例1中活塞式液态金属心电电极片的整体结构示意图；其中，A为电极片的整体外观图；B为电极片的剖面图。

图2为本发明实施例1中心电电极片的活塞运动情况和液态金属位置的变化情况；其中，A为未使用状态；B为使用状态。

图3为本发明实施例2中气囊式液态金属心电电极片的整体结构示意图；其中，A为电极片的整体外观图；B为电极片的剖面图。

图4为本发明实施例2中心电电极片的气囊变形情况和液态金属位置变化情况；其中，A为未使用状态；B为使用状态。

图中，1：液态金属心电电极片；2：存储腔；3：导线(连接导线)；4：接触腔；5：粘胶层；6：活塞；7：弹性薄膜；8：气囊；9：液态金属。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

以下实施例中所用液态金属是由镓和铟按75.5：24.5的质量比组成的镓铟合金，所述镓铟合金的熔点为10.35℃。实验表明，镓铟合金不能溶解于水中，不易被皮肤吸收，使用安全。电极片是由绝缘且具有弹性的材料制成的，包括橡胶、硅胶或塑料，如聚二甲基硅氧烷、聚乙烯等，或使用其他类型的高分子聚合物材料。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1活塞式液态金属心电电极片

本实施例提供的活塞式液态金属心电电极片的整体结构示意图见图1。液态金属心电电极片1可以分为上下两层：上层是位于中央的圆柱形上层存储腔2，上层存储腔的中心是贯穿整个电极片的连接导线3，下层中央是圆锥形的下层接触腔4，在使用时填充液态金属9与皮肤直接接触，下层外周圆环形区域是粘胶层5，未使用时表面贴有PVC薄膜，使用时揭下PVC薄膜粘贴在皮肤表面。

本实施例提供的活塞式液态金属心电电极片的活塞运动情况和液态金属位置的变化情况见图2。上层存储腔2是容积可变的活动腔体，本实施例中采用可动活塞的方式实现腔体容积的变化：在上层存储腔2的上部设置一个圆形橡胶活塞6。电极片贴敷在皮肤表面后，向里推动活塞6，使液态金属9灌注到下层接触腔4内；电极使用结束后，向外拉动活塞，使液态金属9重新吸回上层存储腔2内。在下层接触腔4上表面分布一层可变形的弹性薄膜7，在向里推动活塞6时，弹性薄膜7向上凸起，用于平衡气压，使液态金属9顺利进入下层接触腔4。

实施例2气囊式液态金属心电电极片

本实施例提供的气囊式液态金属心电电极片的整体结构示意图见图3。液态金属心电电极片1可以分为上下两层：上层是一个上下均有开口的圆球型弹性气囊8，内部填充液态金属9；气囊8向下与下层接触腔4相连，下层接触腔4是一个圆锥形空腔；由气囊8上端开口插入连接导线3，并经由气囊8下端开口进入下层接触腔4；下层外周圆环形区域是粘胶层5。

本实施例提供的气囊式液态金属心电电极片的气囊变形情况和液态金属位置变化情况见图4。在使用电极片时，将电极片贴敷在皮肤表面后挤压气囊8，使其内部的液态金属9进入下层接触腔4，与皮肤接触；使用结束后，松开气囊8，在气囊8自身弹力的作用下，液态金属9吸回上层存储腔2内。在下层接触腔4上表面分布一层可变形的弹性薄膜7，在挤压气囊8时，弹性薄膜7向上凸起，用于平衡气压，使液态金属9顺利进入下层接触腔4。

经检测，实施例1和2中制备的液态金属心电电极片的使用效果较为稳定，与商用心电电极测试结果吻合度在2％以内，且长期使用的变化幅度控制在5％以内。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种液态金属心电电极片，其特征在于，其为一体式心电电极片，所述电极片整体呈圆形，沿着圆形中心轴分为上下两层，上层设有存储腔(2)，下层设有接触腔(4)，所述存储腔(2)是一个容积可变的腔体，内部填充液态金属，通过改变腔体的容积释放和回收液态金属，所述接触腔(4)是一个由可变形的弹性材料制成的圆锥形空心腔体，电极片使用时，上层存储腔(2)内的液态金属进入下层接触腔(4)，使液态金属与皮肤直接接触；所述接触腔(4)的外周环形区域设有粘胶层(5)，用于将电极片固定在皮肤表面；位于电极片中央的导线(3)贯穿于上层存储腔(2)和下层接触腔(4)，电极片使用时，保证导线(3)的下端浸润在从存储腔(2)进入接触腔(4)的液态金属中，导线(3)的另一端从存储腔(2)中央向外延伸，用于与检测仪器相连；

所述液态金属是由镓和铟按75.5：24.5的质量比组成的镓铟合金，所述镓铟合金的熔点为10.35℃；

所述存储腔(2)为圆柱形或圆球形，通过活塞实现腔体体积的变化，所述导线(3)贯穿于活塞中央。

2.根据权利要求1所述的心电电极片，其特征在于，所述电极片由绝缘且具有弹性的材料制成，包括橡胶、硅胶或塑料。

3.根据权利要求1或2所述的心电电极片，其特征在于，所述粘胶层(5)表面粘贴有可撕除的PVC膜。

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