关于多孔阳极氧化铝表面微针生物电干电极的研制

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1、5．3．1测试用的电极样本⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．505．3．2测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．515．3．3测试仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。525．4ECG测量结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535，5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯54第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯556．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．556．2展望⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57发表论文和参加科研情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．63附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．69lIIIV第一章绪论1．1课题研究背景弟一早殖比心血管病是世界各国面临的严重问题。世界心脏联盟统计报告显示，全球每年3500万死亡人数中的50％与心血管病有关，是目前死亡率最高的一种疾病。欧洲的MyHeart项目(部分

3、由欧洲委员会支持)报道了在欧洲20％的公民正患有慢性心血管疾病，并且所有死亡人数当中的45％是死于心血管病。欧洲每年花费几十亿欧元用于心血管病的治疗【lJ。《中国心血管病报告2010))报道了中国大约每年有300万人死于心血管病。据预测，截止2020年，中国的老年人口将会达到2．48亿，老龄化的水平将会达到17．17％，80岁及以上的老年人口将会达到3067万，占老年人口数的12．37％。医疗机构之外的老年人健康监控和护理也是一个不容忽视的问题。可穿健康监控系统是降低慢性心血管病患者死亡率的有效手段之一。它一般由生物电传感器、服装、中心节点(智

4、能手机，PDA等)、救护车和医疗中心构成【2】。其中，与人体皮肤接触的表面生物电电极是可穿健康监控系统的一个关键部分，它实现生物电采集系统中人体离子导电到电子导电的转换。在医疗机构之外，可穿健康监控系统通常是在动态条件下测量人体生物电，当人体活动时，电极与皮肤间的压强波动和相对位移会产生动态噪声，且该噪声的幅度与生物电信号相当(甚至更大)，其频率也在生物电信号范围内，严重影响了监控系统对人体生物电信号的采集、识别和最终的判断。表面生物电电极／电解质／人体皮肤之间的动态噪声是生物电动态测量当中面临的一个重大难题，成为制约可穿健康监控系统发展的主要

5、瓶颈，吸引了国内外许多专家、学者的高度关注。1．2表面生物电干电极的研究发展概况用于人体表面生物电测量的电极可以分为湿电极和干电极。常规的湿电极由于成本低、极化效应小、电极／皮肤界面阻抗低和使用方便而被广泛应用于医疗机构内的心电测量。但是在心电信号的长期监控中，皮肤需要预处理、电极容易变干和皮肤出现刺激【3J等问题是湿电极存在的主要不足。干电极因为不需要皮肤预处理和应用电解质，可满足人体表面生物电长期监控的需求。早在上世纪70年代，KoWH【4J等就展开了干电极的研究，将电压跟随器集天津工业大学硕士学位论文成到电极背后，制作出了电容式有源干电极

6、。随着材料科学和电子技术的快速发展，干电极近年来成为表面生物电电极的主要研究方向，并取得了长足的进步。干电极可以分为电容式干电极和电阻式干电极。电容式干电极由于在测量过程中容易受到外界噪声的干扰，其相关文献报道较少。与皮肤直接接触的电阻式干电极是当今生物电表面电极发展的主要方向(后面提到的干电极均指电阻式干电极)。有源干电极是在电极背后集成电压跟随器，通过提高电极的输入阻抗来降低电极测量系统的噪声。BATahefi等【5】以不锈钢或硅片作为基底，在其表面镀上电化学惰性材料(如钛、氮化物)作为敏感元件制作出有源干电极，该电极具有与常规Ag／AgC

7、l湿电极相当的性能。为了使电极的形状适应皮肤的形貌，柔性基底电极被认为更加适合于长期心电监控系统。MerrittCR等【6】开发的能够与服装很好地集成的织物基有源干电极，RibeiroDMD等【7】提出的以有机／无机混合物材料为界面的干电极，BaekJY等【8】提出的聚合物干电极，都能够与不平整皮肤表面具有良好的接触，从而能够保持电极／皮肤界面的低阻抗。但在上述研究中并未有效解决生物电表面干电极／皮肤间相对位移和接触不稳定造成的动态噪声问题。RuffiniG等【9】在电极基底上覆盖碳纳米管阵列，并在碳纳米管表面镀上Ag／AgCl镀层以提供离子电

8、子转换，开发出了碳纳米管阵列表面生物电干电极，并且获得了良好的效果，极大降低了电极与皮肤表面的动态噪声。但RuffiniG同时也指出，由于碳纳米管对人