【摘 要】
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随着智能可穿戴电子设备的进步,便携性生物电传感设备愈加受到关注。与商用Ag/Ag Cl湿电极相比,干电极能更好地满足人们长期健康监测和日常疾病预防的需求。本文通过采用具有微纳米结构的多孔阳极氧化铝（PAA）来制备用于生物电信号监测的干电极。微纳米结构能够有效增大干电极与皮肤的接触面积并进一步降低接触阻抗,从而提高干电极监测电信号的质量。首先制备出单层微纳米柱结构阵列PAA模板（M-PAA）和双层微
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随着智能可穿戴电子设备的进步,便携性生物电传感设备愈加受到关注。与商用Ag/Ag Cl湿电极相比,干电极能更好地满足人们长期健康监测和日常疾病预防的需求。本文通过采用具有微纳米结构的多孔阳极氧化铝（PAA）来制备用于生物电信号监测的干电极。微纳米结构能够有效增大干电极与皮肤的接触面积并进一步降低接触阻抗,从而提高干电极监测电信号的质量。首先制备出单层微纳米柱结构阵列PAA模板（M-PAA）和双层微纳米柱结构阵列PAA模板（D-PAA）,经原位聚合苯胺、填充柔性热塑性聚氨酯（TPU）基底后脱模,制备了两种不同结构的聚苯胺/热塑性聚氨酯（PANI/TPU）柔性微纳米柱结构阵列干电极。本文研究内容和相应结论如下:（1）M-PAA呈上下孔径一致的圆柱状排列,孔径为434.845±5.85 nm,孔洞长度随一次阳极氧化时间呈线性增长;D-PAA的大孔层结构与M-PAA类似,小孔层直径约87 nm,且垂直于大孔层的底部阻挡层向前延伸,其长度由二次阳极氧化时间决定。将两种PAA模板浸入含有苯胺单体的对甲苯磺酸溶液中,以过硫酸铵引发苯胺聚合反应,制备M-PAA/PANI和D-PAA/PANI导电模板。（2）在M-PAA/PANI导电模板上旋涂TPU溶液,经TPU固化脱模后组装成单层微纳米柱结构阵列PANI/TPU干电极（PANI/TPU-ME）,并与商用Ag/Ag Cl湿电极（W-E）、PANI/TPU平面电极（PANI/TPU-PE）进行性能对比。由于微纳米柱结构阵列在最大程度上减少了干电极与皮肤的接触空隙,增加两者的接触面积,从而表现出低于PANI/TPU-PE的接触阻抗,在0.1 Hz和1 Hz处,PANI/TPU-ME10（一次阳极氧化时间为10 min的PANI/TPU-ME）的接触阻抗分别为398.1 KΩ、338.8 KΩ。在行走状态下,PANI/TPU-ME10能采集到波形清晰的ECG信号,信噪比为19.18±3.2260 d B,最大PSD值为3.68×10-5 m V~2/Hz。（3）在D-PAA/PANI导电模板上旋涂TPU溶液,经TPU固化脱模后制备了可与皮肤顺应接触的双层微纳米柱结构阵列PANI/TPU干电极（PANI/TPU-DE）,对PANI/TPU-DE300（二次阳极氧化时间为300 s的PANI/TPU-DE）进行了ECG信号监测,并与W-E、PANI/TPU-ME10进行了性能对比。在0.1 Hz和1 Hz处,PANI/TPU-DE300的接触阻抗分别为375.5 KΩ、356.3 KΩ。PANI/TPU-DE300与人体皮肤顺应贴合,有效降低了运动状态对监测信号的干扰,其在行走状态下的信噪比可达21.33±5.4775 d B。
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