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，可預防和快速治療心臟病，因此許多學者試圖研制出可穿戴心電監(jiān)測設備以便于長期監(jiān)測。另一方面原因是，織物結構心電電極質輕柔性好，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，例如導電凝膠引起的皮膚過敏以及隨時間的延長導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：第一種是利用導電纖維或在纖維中加入導電粒子使其具有導電性，進而紡紗織造，織成織物電極；第二種是將導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電金屬或導電高聚物的方法。相比三種方法，在織物表面沉積導電物的方法，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。聚吡咯作為一種導電高聚物

3、，具有優(yōu)良環(huán)境穩(wěn)定性、以及質輕、無毒、低成本等特點，因此課題選取導電高聚物聚吡咯與織物復合，從而形成導電織物電極。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。
　　課題的研究內容如下：
　?。?）聚吡咯/棉織物心電電極的制備。制備方法采用化學氧化法，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，形成具有導電性的織物，并對其外貌特征和導電性能進行初步分析，并將其用于實際信號測量，評價測試信號質量。
　　（2）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，利用化學氧化法進行聚吡咯/棉織物制備。經分析心電信號測量標準可知，電極材料對阻抗值、除顫恢復性能和直流失調電壓有明確的要求，這些性能均為電化學反應過程所表現(xiàn)的。試驗中利用電化學工作站，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測試，其中包括電化學阻抗譜測試、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。
　　（3）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)生電化學反應，從而將生物體內離子流轉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。
　　經上述研究后發(fā)現(xiàn)，化學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。對其電學性能和增重率進行測試，聚吡咯/棉導電織物的方阻為995Ω，增重率為16.4％，說明經氧化聚合反應后，織物表面沉積導電聚吡咯并顯示出明顯的導電性。電化學阻抗譜結果表明，隨著摻雜劑濃度的增加，織物電極的阻抗逐漸下降。當NDSA的濃度為