穿戴式心电传感器电极技术演进与柔性镀膜方案 | 先进院科技

一、行业背景：穿戴式心电监测的时代机遇

随着人口老龄化进程加快和心血管疾病患病率持续上升，远程医疗与居家健康监测需求日益迫切。据市场研究数据显示，2025年全球可穿戴心电图传感器市场规模约9.66亿美元，预计2032年将达到20.54亿美元，年复合增长率达11.3%。全球穿戴式心电图监测仪市场预计将从2025年的47.8亿美元增长至2026年的59亿美元。在中国市场，可穿戴医疗设备的增长尤为显著，2025年中国区贡献超过170亿美元，同比增长37%。

在这一高速扩张的市场中，穿戴式心电传感器作为采集心电信号的核心前端组件，其性能直接决定了整个监测系统的信号质量与临床价值。而传感器中的电极——作为连接电子系统与人体皮肤的第一道关口——更是决定信号采集成败的关键环节。

二、技术挑战：穿戴式心电电极的严苛要求

与传统临床场景中使用的刚性银/氯化银（Ag/AgCl）凝胶电极不同，穿戴式心电传感器中的电极需要在柔性、可穿戴的形态下实现长期、稳定、准确的信号采集。这对电极的设计与制造提出了多维度的严苛要求：

低接触阻抗与高信噪比。 心电信号幅值仅为毫伏级，电极-皮肤界面阻抗是决定信号质量的关键参数。若界面阻抗过高，微弱的心电信号将被噪声淹没，导致P波、QRS波群、T波等关键特征无法清晰识别。在10Hz–10kHz的工作频段内，电极需呈现极低且稳定的阻抗特性。

高导电性与机械稳定性。 穿戴式电极在动态使用中会经受皮肤延展、关节活动乃至反复弯折带来的持续应力。镀膜层需具备优异的导电性能，并在数万次弯折循环后保持电性能不出现显著漂移。

生物相容性与长期佩戴安全性。 作为与皮肤直接接触的器件，电极材料需无毒、无刺激，满足长期佩戴的生物安全性要求，医疗级设备需通过ISO 10993及GB/T 16886系列生物相容性标准。

柔韧性与附着力。 镀膜层需与柔性基底牢固结合，在弯折、扭曲等动态使用场景中不脱落、不开裂。传统涂布或印刷导电层在反复形变中容易脱落，严重制约电极的使用寿命和可靠性。

三、技术路径：从湿电极到干电极的演进

传统临床心电监测广泛采用Ag/AgCl凝胶湿电极，因其具备优异的导电性能和稳定的信噪比。然而，凝胶电极在长期佩戴中面临凝胶干涸、透气性差、信号衰减以及皮肤刺激等问题。这些局限性使得传统湿电极难以满足穿戴式设备对长期、连续监测的需求。

为突破上述瓶颈，行业正加速向干电极技术方向演进。柔性干电极被认为是下一代可穿戴心电监测的理想选择。当前，干电极的技术路线主要包括以下几类：

织物电极采用纺织材料与纺织工艺开发，具有柔性、透气和可水洗等特点。研究表明，采用刺绣工艺制备的织物电极在动静态下均能采集到质量良好的心电信号。

导电聚合物与纳米材料电极利用液态金属、纳米材料、导电水凝胶等新型功能材料，在提升电学性能的同时改善佩戴舒适性。部分新型水凝胶电极在信噪比方面已展现出优于传统Ag/AgCl电极的性能。

微针阵列电极通过微针结构穿透皮肤角质层，绕过角质层的高阻抗屏障，在活性表皮层采集信号，兼具湿电极的低阻抗与干电极的无创便捷性。

无论采用何种技术路线，电极的导电镀膜层都是决定性能的核心环节。导电镀膜的材料选择、工艺精度与结构设计，直接决定了电极的阻抗特性、信号质量与长期可靠性。

四、先进院科技：穿戴式心电电极镀膜的专业技术平台

先进院（深圳）科技有限公司成立于2016年，总部位于深圳市宝安区，是一家专注于屏蔽材料、绝缘材料、导热材料及贵金属镀膜的国家级高新技术企业。公司拥有自主注册商标"研铂"，在深圳及东莞设有双生产基地，已通过ISO9001质量管理体系认证，产品符合GJB 773A航空航天相关标准及RoHS环保要求。

在镀膜技术领域，先进院科技自主建成了磁控溅射与真空蒸镀生产线，采用卷对卷连续生产工艺，可在柔性高分子薄膜表面连续沉积金属层。适用基材涵盖FEP、PI、PET、LCP、PPS、PEN、PP等多种柔性材料，以及PDMS、TPU等弹性体材料，可镀金属包括金、银、铜、铝、锡、镍、钛、铂等。依托先进的物理气相沉积（PVD）技术，公司实现了金属薄膜在基材表面的纳米级准确控制，厚度可控制在几纳米到几百纳米之间，确保极高的均匀性和致密度。

针对穿戴式心电电极的核心技术挑战，先进院科技提供以下系统性解决方案：

低阻抗电极镀膜方案。 公司以高分子薄膜或弹性体为基材，通过高精度PVD工艺制备导电功能层，兼具低阻抗、高柔顺性、优异贴合度与长期生物相容性，可稳定用于心电监测等生物电信号采集场景。                    镀金、镀铂、镀银等贵金属镀膜方案                能够显著降低电极-皮肤界面阻抗，提升信噪比。

微针电极贵金属镀膜方案。 针对需要进一步降低阻抗的应用场景，公司提供微针电极的金、铂、银等贵金属镀膜服务。微针结构可穿透皮肤角质层，在活性表皮层实现低阻抗信号采集。

等离子体预处理工艺。 针对金属与高分子基材结合力不足的难题，先进院科技开发了等离子体预处理工艺，通过等离子体轰击基材表面，有效改善基材与金属层之间的结合强度，确保镀膜层在反复弯折、拉伸等动态使用中不脱落、不开裂。

五、展望：从电极镀膜到完整的心电监测生态

随着柔性电子技术、人工智能算法与无线通信技术的深度融合，穿戴式心电监测正从单一的心率监测向多导联、多模态、智能化的方向演进。在这一进程中，电极作为信号采集的起点，其性能的持续提升至关重要。

先进院科技将持续深耕柔性基材镀膜与贵金属材料领域，以自主掌握的磁控溅射、真空蒸镀、脉冲电镀等核心镀膜工艺为依托，为穿戴式心电传感器提供更高性能、更可靠的电极镀膜解决方案。从材料创新到工艺优化，从单一电极到系统集成，先进院科技致力于成为可穿戴医疗设备产业链中值得信赖的技术伙伴，以精密镀膜技术赋能医疗级健康监测的下一个十年。