织物电极在心电监测服装中的研究进展

随着纺织技术的发展,可穿戴电子服装越来越多,作为柔性传感器件的织物电极也备受关注.与传统湿电极相比,织物电极舒适可靠,且监测时间长.针对织物电极的工作原理,介绍了国内外心电监测用织物电极的研究进展,包括织物电极的材料、结构,以及心电信号采集时织物电极穿戴的舒适性与信号采集稳定性之间的关系,总结并展望了织物电极的发展前景...     

织物心电电极研究进展

概述传统医用心电电极存在的问题、织物心电电极的定义及其优点,并从常用的导电纤维材料和基底材料、电极结构、形状与尺寸、监测系统等方面对织物心电电极进行介绍,列举若干国内外研究实例.最后,分析目前织物心电电极存在的问题,并对其发展进行展望.     

心电检测用织物电极的研究进展

心电电极的质量直接影响采集到的信号质量,目前常用的银/氯化银传统湿电极易引起皮肤不适甚至过敏反应,长时间监测会由于导电胶干涸造成信号质量的下降。开发舒适性良好并且性能可靠的织物电极成为了国内外研究重点。文章介绍了心电检测原理,并从织物电极的材料、织物类型、评价方法和应用领域等4个方面对织物电极的研究进展进行了介绍。     

织物电极采集肌电信号的研究进展

总结织物电极采集肌电信号的研究进展。织物电极是以织物或者纱线为基材,通过后处理的方式将其制备成柔性传感器采集生物电信号的材料。以采集肌电信号的织物电极为研究对象,从织物电极的设计和信号采集的角度出发,探究织物组织结构、导电材料的选择、肌电信号的处理等对织物电极采集肌电电信号的影响。认为:织物电极属于智能纺织品,在肌电信号采集、超级电容器、心电监测等方面有突出的应用。     

方平组织导电面料的设计与心电监测

织物电极是制备长期可穿戴式心电监测设备的重要器件，织物电极的设计开发关系着电极穿戴的舒适性和信号采集的稳定性。方平组织织物浮线长，布面平整，风格独特，适合制备心电电极。基于镀银锦纶纱开发方平组织的导电面料，调控交织密度，织造了多种面电阻的织物电极，并探索其监测人体心电信号的性能，评估监测质量。研究发现，增加织物中导电纱线的交织密度可增大皮肤与电极间的接触面积，织物触感更柔软，织物与人体的阻抗更低，心电信号更清晰。织物有孔隙时更适合长期穿戴和监测人体的心电信号。     

碳纤维/涤纶刺绣心电电极制备及其性能

为制备一种生物相容性高的医疗级可穿戴电子服装用人体心电(ECG)监测电极,以碳纤维/涤纶复合长丝为电极导电材料,采用刺绣法开发了一种新型刺绣电极,对电极的电学性能和细胞毒性进行分析,并与镀银锦纶/涤纶刺绣电极进行对比;借助自行研发的可穿戴带式心电监测系统评价织物电极采集ECG信号质量。结果表明:镀银电极电学性能较优,但在长期心电信号监测中,碳基电极的阻抗变化与镀银电极相近;对比医用凝胶电极,2种刺绣电极采集到的ECG信号质量良好,均能满足医疗诊断需求;镀银电极具有很强的细胞毒性,其细胞存活率为3%,而碳基电极的细胞存活率为107%,细胞毒性为0级,具有良好生物相容性,符合医疗体外材料测试标准。     

可穿戴织物心电电极运动伪迹的产生机制与抑制方法

织物电极具有柔软、舒适、易于集成于服装、便于长期穿戴等优点,因而成为智能可穿戴的一个研究热点。织物电极用于心电信号检测时,不像传统湿电极那样直接黏贴在皮肤上,因此其运动伪迹问题较湿电极更为突出,并成为制约织物电极应用的最重要因素。基于织物电极的简化电路模型和心电电压公式,结合已有研究成果,剖析织物心电电极运动伪迹产生的具体原因,并尝试从根本上分析相应的抑制方法,为织物心电电极的设计提供参考。     

织物心电电极优化及在不同相对湿度下的性能比较

为解决用于心电监测的纺织结构电极与皮肤接触时电阻大、心电信号干扰大的问题,采用在织物电极中加入吸湿性纱线的方法进行优化,改善电极-皮肤界面的接触环境。当环境相对湿度改变时,分别测试加入不同种类和配比的吸湿性纱线时织物电极获取的心电信号。结果表明:在高相对湿度条件下,在镀银织物电极中加入吸湿性纱线,不仅能够改善电极与皮肤的接触状态,降低电极与皮肤的接触电阻,提高信号质量,而且有利于增强服装舒适性,降低电极制作成本。     

基于石墨烯织物电极的七导联心电监测系统

针对Ag/AgCl凝胶电极不适合长期使用、单导联可穿戴心电监测设备导联数较少的现状,设计了一款基于石墨烯织物电极的七导联可穿戴心电监测系统。该系统由棉/T400高弹心电衣、石墨烯织物电极、七导联心电采集终端及手机应用程序(APP)共4部分组成。对该系统连续工作时间、连续佩戴信号质量以及多使用场景等进行了测试和分析。结果表明:石墨烯织物电极连续佩戴7 d后心电信号信噪比仍达29.8 dB;该系统以250 mA·h容量锂电池在满电情况下连续使用可长达5 d,在静息、步行、慢跑等多种运动状态测试场景中,以及静息自汗的身体状况下,依然可采集到高质量的心电信号,为心电数据智能分析和医生的精确诊断提供有效信息,在心脏疾病的连续远程监护中具有重要应用价值。     

织物电极监测心电信号与穿戴压力作用机制分析

为探索穿戴压力对纺织结构心电电极采集心电图(ECG)信号质量的影响,开发了基于镀银锦纶丝束和涤纶的平纹和缎纹交织结构的4种导电织物电极。从皮肤-电极接触阻抗、舒适性以及织物方阻与穿戴压力的关系等方面评价了织物电极的性能,并测试了不同穿戴压力(2、5、10 kPa)下4种不同织物电极采集ECG信号的性能。结果表明:在不同穿戴压力下,不同结构的织物电极表现出不同的ECG信号采集能力和舒适性能;随着穿戴压力增加,所测试的导电织物方阻先呈下降趋势,然后趋于稳定,ECG信号质量不断增高;纯导电缎纹结构织物具有更好的透气透湿性,并且舒适性优于平纹结构织物;然而在舒适的穿戴压力(2、5 kPa)下,平纹结构织物电极表现出更好的ECG信号质量。     

灯芯绒心电织物电极的制备及性能

针对用于心电图长期监测的银/氯化银凝胶电极会刺激皮肤,且凝胶逐渐干涸会导致电极-皮肤接触阻抗增大,影响测量精度的问题,提出以灯芯绒织物为基材,经聚苯胺原位聚合,采用化学镀法在织物表面沉积导电银层制得聚苯胺/银/灯芯绒织物,并组装成织物电极。分别采用SEM、FTIR、TGA、阻抗测试仪和BIOPAC记录仪测试纤维表面形貌及化学组成、织物热稳定性、电极-皮肤接触阻抗、织物电极及凝胶电极的静息心电图。结果表明:织物表面成功沉积了聚苯胺薄膜和致密的导电银层;表面银层可提高其热稳定性;织物电极的电极-皮肤接触阻抗在5～500 Hz下小于1 000 kΩ,且其与凝胶电极的差值随着频率的增大而减小;该电极可测得与凝胶电极相似的心电信号。     

基于心电信号采集的监护服用电子织物研究

为实现心电信号的长期穿戴式监测,开发出耐用性能较优的柔性智能纺织品,以棉针织物为基体材料,选用280 D镀银导电缝纫线经缝制法制备电子织物。通过正交实验设计,采集在不同缝制参数下电子织物的心电信号,并与临床医用心电进行对比,分析电子织物心电信号的可靠性。并对电子织物导电性、拉伸性、耐磨性和耐水洗性等性能测试。采用Borda数法综合平衡了电子织物的心电信号采集效果及耐用性能,为基于心电信号采集的监护服用电子织物的优化提供基础。     

心电监测老年服装的设计与开发

基于对老年人的社会关怀及健康需求的现状,对目前心电监测类服装的研究和利用情况进行了分析。结合医学知识、人机工程学原理,利用便携式心电监测仪的特点,将心电监测仪、正负中电极片、柔性导联线等装置组成生态化健康监测系统,并设计开发了时尚美观、功能性完备的老年心电监测服装。结果表明:心电监测服装测试的心率值与标准心率值的差异几乎可忽略,监测准确度高,信息反馈迅速,能够有效保障老年人的身体健康。     

起绒织物心电电极的制备及其应用

Ag/AgCl凝胶电极广泛应用于可穿戴心电测量领域,但随时间推移,凝胶逐渐风干,导致其导电性能变差。针对此问题制备了可替代其作用的起绒织物心电电极。以纯涤纶起绒纱线为基底,先采用原位聚合聚苯胺,再进行化学镀银,在纱线绒毛的表面沉积银单质制得导电纱,再用导电纱手工制备起绒织物心电电极。利用扫描电子显微镜和红外光谱对纤维表面形貌和化学组成进行了表征,测试了皮肤-电极阻抗性能和心电信号及皮肤-电极阻抗随时间的变化,评价了该电极电性能的稳定性。结果表明:在纤维表面成功沉积了可还原银离子的聚苯胺薄层,且纤维表面的镀银层致密均匀;在电学性能和心电信号测试结果中,起绒织物电极的皮肤-电极阻抗在5~500 Hz频率范围内小于1MΩ·cm^2,数值为0.65MΩ·cm^2;心电信号可分辨QRS波群以及T波心电特征波,而P波显示不清;该电极与皮肤的阻抗在4 h内保持相对稳定,在一定程度上反映了该电极可应用于可穿戴心电测量设备。     

纺织电极在心电监测服装设计中的应用及发展

介绍纺织电极的常用材料及制备方法,举例说明纺织电极在健康监测、运动监测及其他监测领域的服装设计中的应用,总结纺织电极在心电监测服装设计中存在的问题及发展趋势,指出纺织电极制备所需的材料、一体化加工工艺及后整理技术都将成为该领域发展的热点。     

一种石墨烯银复合织物电极的制备与研究

研究一种石墨烯银复合织物电极的制备方法及其性能。观察并分析了不同石墨烯添加量对基材微观形态的影响;通过单因素试验,得出了较优的磁控溅射织物电极制备工艺。通过生物兼容性测试得出:石墨烯银复合层作为织物电极导电层能够很好地采集到生物电信号,且并没有呈现细胞毒性,能满足医疗体外材料的测试标准。认为:制备的织物电极能够应用于针对人体生理状态实时监测的穿戴式医疗设备。     

纤维基柔性吸声降噪材料的研究现状与发展趋势

文章概述了吸声降噪材料的吸声机理及柔性纺织类吸声材料的优势,纺织材料具有结构疏松、材料轻薄、加工性能好等特点,适用于吸声降噪产品的制备;从纺织材料的结构出发,从纤维种类、组织结构、吸声性能和应用特点等方面,分别介绍了机织物结构、针织物结构和非织造结构的吸声材料的研究进展及未来发展趋势。     

多导联心电监护服的研究现状及发展趋势

心电监护服是老龄化社会的必需品,为了达到穿着舒适且心电监测数据精确的目的,多导联心电监护服成为心电监护服的发展趋势。介绍了心电信号监测原理及动态心电图,综述了多导联医疗系统的导联体系与导联选择、心电电极与最佳电极位置的研究现状,并分析了医学导联及家庭常用导联。对现有心电监护服的电极数、导联数及服装设计进行了总结并发现存在的问题,最后展望了发展前景。     

织物基柔性超级电容器电极材料的研究进展

探讨织物基柔性超级电容器的制备方式以及组成。介绍了柔性超级电容器的工作原理,阐述了近几年织物基柔性超级电容器的发展,涉及了电极材料、制备方法、电容结构和最终性能等。以碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、活性炭等碳基材料为例,对比了几种超级电容器的电化学性能,并对此类柔性超级电容器电极材料的应用进行了总结与展望。认为:通过进一步的研究解决柔性超级电容器充放电循环数、电学性能和制备方式等问题,织物基柔性超级电容器将得到更大的发展。     

圆形纬编针织物电极导电性能及电阻理论模型构建

为从理论上指导基于纬编针织物电极智能腿套的设计,建立电阻模块理论模型,选用2种导电材料、3种组织结构和4种电极尺寸制作了24种腿套试样,测试其热定形前后腿套电极部位的导电性能,探讨不同因素对织物电极等效电阻的影响,同时建立织物电极等效电阻线性拟合模型。结果表明:不同因素对织物电极导电性能均有显著影响,且原料对导电性能影响最显著;镀银纱织物热稳定性较好,对于需热定形处理的导电织物可选用镀银锦纶纱为原料;建立的电阻模块理论模型可用于定量分析和预测织物电极的等效电阻。