肌電電極是檢測(cè)肌肉電活動(dòng)的關(guān)鍵傳感器，其性能直接影響信號(hào)質(zhì)量。本文將系統(tǒng)介紹肌電電極的制造原理，包括材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝及性能優(yōu)化方法。

1. 肌電電極的基本要求

肌電電極制造需滿足以下核心要求：

高信噪比：能檢測(cè)μV級(jí)微弱信號(hào)

低阻抗：電極-皮膚界面阻抗通常需<10kΩ（@100Hz）

生物相容性：長(zhǎng)期接觸無毒性或刺激性

機(jī)械穩(wěn)定性：抗運(yùn)動(dòng)偽跡，貼合皮膚不脫落

2. 電極材料選擇

2.1 導(dǎo)電材料

2.2 基底材料

剛性基底：FR4電路板（用于針電極）

柔性基底：

聚酰亞胺（PI）：耐高溫，適合精密加工

聚二甲基硅氧烷（PDMS）：生物相容性優(yōu)異

紡織物：用于可穿戴電極

3. 電極制造工藝

3.1 表面電極（sEMG）制造流程

(1) 濕電極（Ag/AgCl凝膠電極）

A[銀箔沖壓] --> B[電化學(xué)氯化]

B --> C[涂覆導(dǎo)電凝膠]

C --> D[粘合泡沫襯墊]

D --> E[封裝接線端子]

關(guān)鍵工藝：

電化學(xué)氯化：在Ag表面形成AgCl層（0.9% NaCl溶液，0.5mA/cm²電流，10-30分鐘）

凝膠配方：KCl+NaCl+羥乙基纖維素（導(dǎo)電率>1S/m）

(2) 干電極制造

微針陣列電極：

光刻+電鑄工藝制作金屬微針（高度100-300μm）

示例：SU-8光刻膠模具→鎳電鑄→鍍金

柔性印刷電極：

噴墨打印導(dǎo)電墨水（如納米銀漿）于PET基底

激光切割成型

3.2 針電極制造

A[拉制金屬絲] --> B[絕緣涂層（聚四氟乙烯）]

B --> C[尖端裸露處理]

C --> D[封裝至注射針管]

同心針電極：

中心導(dǎo)線（鉑銥合金，直徑0.05mm）

外層不銹鋼套管（外徑0.3-0.5mm）

環(huán)氧樹脂填充絕緣

4. 關(guān)鍵性能優(yōu)化技術(shù)

4.1 降低界面阻抗

表面微結(jié)構(gòu)：

激光雕刻多孔結(jié)構(gòu)（增加有效接觸面積）

仿生微針陣列（穿透角質(zhì)層，阻抗可降低至5kΩ以下）

導(dǎo)電涂層：

納米金顆粒修飾（提升電荷轉(zhuǎn)移效率）

導(dǎo)電水凝膠涂層（如PVA/PEDOT:PSS復(fù)合物）

4.2 運(yùn)動(dòng)偽跡抑制

機(jī)械設(shè)計(jì)：

彈性基底（如蛇形導(dǎo)線布局，拉伸率>30%）

多點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)（如分形電極陣列）

電路設(shè)計(jì)：

主動(dòng)屏蔽層（Driven-Right-Leg電路）

高輸入阻抗放大器（>1GΩ）

5. 新興制造技術(shù)

5.1 增材制造

3D打印電極：

直寫式打印導(dǎo)電聚合物（精度可達(dá)50μm）

示例：氣溶膠噴印PEDOT:PSS微圖案

5.2 柔性混合電子

轉(zhuǎn)印工藝：

硅基電路→彈性體轉(zhuǎn)移（實(shí)現(xiàn)可拉伸電路）

液態(tài)金屬電極：

Ga-In-Sn合金注入微流道（斷裂伸長(zhǎng)率>400%）

5.3 智能電極

自供電設(shè)計(jì)：

摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）集成

示例：PVDF薄膜+AgNW電極組合

6. 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

7. 應(yīng)用案例

7.1 臨床級(jí)Ag/AgCl電極

制造商：Delsys、Noraxon

工藝特點(diǎn)：

激光切割銀箔+自動(dòng)化氯化

醫(yī)用級(jí)水凝膠（含抗菌劑）

7.2 可穿戴干電極

示例：MC10 BioStamp

柔性電路+金微凸點(diǎn)陣列

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊集成

8. 未來發(fā)展方向

納米材料應(yīng)用：

石墨烯/碳納米管復(fù)合電極（兼顧柔性與導(dǎo)電性）

自粘附設(shè)計(jì)：

仿壁虎腳毛微結(jié)構(gòu)（無膠粘附）

多功能集成：

EMG+溫度+pH多參數(shù)檢測(cè)

結(jié)論

肌電電極制造是跨學(xué)科工程，需綜合材料科學(xué)、微加工技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)知識(shí)。未來隨著柔性電子和納米技術(shù)的發(fā)展，新一代電極將向高信噪比、無創(chuàng)舒適、智能集成方向演進(jìn)，推動(dòng)移動(dòng)醫(yī)療和人機(jī)交互應(yīng)用突破。