中国学者最新文章：生物医用电极是什么

　　

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生物通报道：生物医用电极作为一种能够有效地将生物体电化学活动产生的离子电位转换成测量系统电子电位的传感器, 广泛应用于现代临床检测和生物医学测量. 近年来, 由于生物医用电极在心电图ECG、脑电图EEG、肌电图EMG以及电阻抗成像EIT等领域的迫切应用需求, 新型生物医用电极结构及其高效低成本的制造方法不断涌现, 生物医用电极制造技术获得飞速发展.

来自厦门大学与中山大学的研究人员通过对现有的生物医用体表电极进行了分类(包括传统银/氯化银电极、微针电极、纺织柔性电极、柔性衬底电极、泡沫结构电极、绝缘干电极), 分别对其制造工艺过程与使用方法进行了综述, 并对其已有或潜在的应用领域进行详细分析, 最后对生物医用电极的应用前景进行了展望.

生物电是生物体的最基本的生理现象, 各种生物电位的测量都需要使用生物医用电极. 在生物电信号采集与利用过程中, 生物医用电极作为一种能够有效地将生物体电化学活动产生的离子电位转换成测量系统电子电位的传感器, 广泛应用于现代临床检测和生物医学测量, 其中包括心电图ECG、脑 电图EEG、肌电图EMG、眼电图EOG、胃电活动GEA、神经电位以及电阻抗成像EIT等.

生物医用电极作为测量系统最为关键核心部件之一, 可以起到生物电信号的激励、采集、传导等作用, 但是由于生物电信号较弱, 在多数情况下通常需要使用多个电极来同时进行生物电信号的采集与分析. 因此, 生物医用电极一般要求具有良好的导电性能, 通常是采用金属材料、硅基材料或聚合物材料表面覆盖一层易导电金属层的方式制造加工形成. 由于生物医用电极使用过程中与人体组织直接接触, 往往需要尽量减少电极的接触阻抗以获得稳定的生理信号, 同时还要求无毒无害, 以避免引发过敏等不良生理反应. 另外, 为了减少测量过程中由于运动产生的干扰问题, 通常可选用柔性衬底材料实现电极与皮肤的高度贴合或利用泡沫背衬结构应用于生物医用电极中起到缓冲减震的使用效果.

近年来, 生物医用电极技术研究逐渐获得世界各国研究者的重视,其制造技术和应用研究已经取得了飞速发展. 从使用功能上来划分, 生物医用电极主要包含有剌激电极和检测电极. 剌激电极是执行元件, 是对生物体施加电流或电压所用的电极. 检测电极是敏感元件, 需用电极把人体或生物体部位的电位引导到电位测量仪器上进行生物电位测量. 从使用范围来看, 生物医用电极主要包括体表电极和植入式电极. 从结构形式和功能特性方面来划分, 目前已经开发出的生物医用体表电极主要包括有传统银/氯化银电极、微针电极、纺织柔性电极、柔性衬底电极、泡沫结构电极、绝缘干电极. 随着微加工技术及信号处理相关技术的迅猛发展, 生物医用电极的种类和性能也都正在不断地丰富和改进中, 并在生物电信号的采集与利用中发挥着越来越重要的作用.

文章指出，生物医用电极的应用领域广泛，如生物电阻抗、心电信号采集、脑电信号检测、肌电信号采集等等。作者认为随着医疗科技水平不断的进步与发展, 对生物电的认识和理解也正在逐渐加深, 生物电采集与利用的基础研究和临床应用也日益得到重视和发展，生物医用电极作为生物电采集与利用过程中的关键部件, 能够有效地将生物体电化学活动产生的离子电位转换成测量系统电子电位, 已经广泛应用于心电图ECG、脑电图EEG、肌电图EMG、生物电阻抗等现代临床检测和生物医学测量中, 更多的潜在应用领域也还正在不断地拓展与完善中.

根据现有的文献报道分析, 现已研制出的生物医用体表电极主要包括有传统银/氯化银电极、微针电极、纺织柔性电极、泡沫结构电极、绝缘干电极等, 均已在生物医学检测与测量技术领域中发挥着重要的作用, 并取得较好的研究进展与临床应用效果. 随着微电子技术、微纳制造技术和信号处理技术的飞速发展, 与生物医用电极相关的制造技术和信号处理方法等都已获得长足的进步, 有关人体组织与皮肤的接触机理也得到更为深入的认识, 相信在未来几年内必将会研制出更多的新型生物医用电极, 可以实现各类生物电的精确提取与分析, 有利于进一步推动对于生物电的更深入的理解和认识, 同时也对促进医疗科技水平的进步与提高具有重要的研究价值与意义.

原文检索：

周伟, 刘伟, 邱清富, 等. 生物医用电极制造技术及应用研究进展. 科学通报, 2015, 60: 1352–1360
Zhou W, Liu W, Qiu Q F, et al. Development, fabrication, and applications of biomedical electrodes (in Chinese).Chin Sci Bull,2015, 60: 1352–1360, doi: 10.1360/N972014-01093