常见生物医用电极及其制造技术

生物医用电极是用于检测、记录或刺激生物电信号的装置，广泛应用于心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）、神经刺激等领域。以下是常见类型及其制造技术：

一、常见生物医用电极类型

1.1 表面电极

用途：贴附于皮肤表面，用于ECG、EEG、EMG等非侵入式检测。

分类：

干电极：无需导电凝胶，直接接触皮肤（如金属或导电聚合物电极）。

湿电极：需导电凝胶降低皮肤阻抗（如Ag/AgCl电极）。

柔性电极：可拉伸，贴合皮肤（如石墨烯、液态金属电极）。

1.2 针电极/微电极

用途：刺入皮肤或组织，用于深层信号检测（如EMG）或神经电生理研究。

材料：不锈钢、铂铱合金、硅基微加工电极。

1.3 植入式电极

用途：长期植入体内，用于深脑刺激（DBS）、心脏起搏器、人工耳蜗等。

材料：铂、铱氧化物、碳纤维（需生物相容性和耐腐蚀性）。

1.4 可穿戴电极

特点：集成于衣物或贴片，支持长期监测（如纺织电极、电子纹身电极）。

二、电极制造技术

2.1 传统电极制造

Ag/AgCl电极：通过电化学氧化在银表面形成氯化层，优化导电性和稳定性。

金属电极：冲压或激光切割不锈钢、金等材料，表面抛光以减少极化效应。

2.2 微加工技术（MEMS）

硅基微电极：光刻、蚀刻技术制作高密度微电极阵列（如Utah阵列）。

柔性微电极：在聚酰亚胺（PI）或PDMS基底上沉积金属（金、铂）导线。

2.3 印刷电子技术

丝网印刷：用于一次性ECG电极，导电碳浆或银浆印刷在柔性基底上。

喷墨打印：制备个性化电极图案，材料包括导电纳米墨水（如银纳米线）。

2.4 新型材料技术

石墨烯/碳纳米管：化学气相沉积（CVD）或涂布法制备，兼具柔性和高导电性。

液态金属（镓基合金）：注塑成型，适用于可拉伸电子设备。

导电聚合物：如PEDOT:PSS，通过电聚合改善生物相容性。

2.5 3D打印技术

定制化电极：直接打印复杂结构的导电材料（如导电水凝胶）。

2.6 生物修饰电极

表面修饰：通过纳米材料（如金纳米颗粒）或抗体修饰提升信号灵敏度。

三、技术挑战与发展趋势

3.1 挑战

长期植入的炎症反应。

运动伪影（柔性电极可缓解）。

高阻抗（如干电极的皮肤接触问题）。

3.2 趋势

多功能集成：结合传感器和无线传输（如智能贴片）。

生物可降解电极：用于短期植入，避免二次手术取出。

AI优化设计：通过机器学习优化电极材料和结构。

四、应用示例

ECG电极：医院常用一次性Ag/AgCl凝胶电极。

脑机接口（BCI）：高密度微电极阵列（如Blackrock Neurotech）。

电子皮肤：仿生触觉传感器（如东京大学的石墨烯电极）。

生物医用电极的发展紧密依赖材料科学与微纳加工技术的进步，未来将更注重个性化、舒适性和长期稳定性。

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