[发明专利]基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极及其制备方法，包括以下步骤：步骤1，将预处理后的钛片连接可编程线性直流电源的正极并作为工作电极，将作为对电极的铂片电极连接可编程线性直流电源的负极，将钛片和铂片电极置于溶液中反应0.5～2h，以使在所述钛片表面发生阳极氧化反应后生成二氧化钛纳米管阵列，清洗，得氧化后钛片；步骤2，将所述氧化后钛片作为基底，以甲烷作为碳源，利用直流电弧等离子体喷射法在所述基底上生长石墨烯所得。该电极使用过程中不需要涂抹导电膏，佩戴舒适，操作方便，与头皮接触良好，也因其宏观上的尺寸和微观上的二氧化钛纳米管阵列在一定程度上规避了头发对测试的影响，从而降低电极头皮接触阻抗。

技术领域

本发明属于EEG电极技术领域，具体来说涉及一种基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极及其制备方法。

背景技术

脑电图(electroencephalograph,EEG)作为一种无创的记录脑电活动的方法,由于其高时间分辨率的特点被广泛用于医学诊断、睡眠评估、情绪识别、意念控制等领域。为缓解社会公共医疗系统的压力，医疗康复服务需要从医院空间向社区生活空间延伸，方便及时监护、提早预警和诊疗。脑电检测亦需要从医院空间的静态单次检测朝着生活空间的长期连续活动监测的方向发展。

脑电电极是一种用于采集人体脑部的生物电位信号并加以传输的传感器，将脑电电极安置在头皮上记录脑电图，是进行脑电图检测最常用的方法。这种方法能够获得高质量的脑电图信号，但其缺点也是很明显的。对于被测试者的最佳脑电测试时间是在一个小时以内，而脑电电极的放置需要花费较长的时间做前期准备工作。这会使被测试者的状态不佳，从而直接影响脑电信号的采集。

在使用时，脑电电极按照电极和皮肤界面有无导电膏可分为湿电极、半干电极和干电极。当将传统湿电极放置于被测试者的头部时，需要在脑电电极与头皮之间涂抹导电膏，才能采集到高质量的脑电信号。导电膏能够在电极与头皮之间迅速形成低阻抗的电解质通路，从而保证了脑电信号的稳定性。但湿电极由于其操作复杂、佩戴不舒适、不适合长期脑电监测等缺点，不适用于便携式脑电系统。半干电极其原理是在电极内部设计一个盛有少量电解质的容器，在使用过程中需要施加压力使电极释放出电解液，在电极-头皮之间构成离子通道，降低电极-头皮接触阻抗。但其缺点是压力的施加会使电解液释放不均匀，甚至可能会损坏电极。而使用干电极测试时，不需要涂抹导电膏，只需放置在被试者头部即可测量。这在一定程度上提高了被试者佩戴的舒适程度，但也由于电极和皮肤之间缺乏有效的电解质通路，使得脑电信号质量变差。因此设计出一款既佩戴舒适又能长期监测出良好的脑电信号的电极，对于脑机接口等领域具有重要的研究意义。

例如：Chen等人2016年设计了一种基于导电橡胶的前额柔性脑电干电极，该电极是由橡胶基底掺杂导电银粉制成，尺寸为30mm(L)×18mm(W)×4mm(H)。其与头皮的接触时会呈弧形曲面，相比平面电极会与头皮接触更紧密，与皮肤会有更大的接触面积。但其所有被试者的平均前额接触阻抗为26.5±16.2kΩ，而湿电极的前额接触阻抗为12.8±5.7kΩ，可见该干电极的阻抗偏大。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极的制备方法，该制备方法先在基底钛片上利用可编程线性直流电源，通过阳极氧化反应制备出二氧化钛纳米管阵列，在氧化后钛片上用直流等离子体喷射化学气相沉积金刚石膜设备生长石墨烯。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极，基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极使用过程中不需要涂抹导电膏，佩戴舒适，操作方便，与头皮接触良好，也因其宏观上的尺寸和微观上的二氧化钛纳米管阵列在一定程度上规避了头发对测试的影响，从而降低电极-头皮接触阻抗。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种基于二氧化钛纳米管阵列的石墨烯EEG电极的制备方法，包括以下步骤：