近年来心血管疾病成为高发病，为了有效预防此类疾病的发生，对潜在患病人群的健康状况进行实时监测并加以预警是很有必要的。心电监测是诊断此类疾病最直接有效的方法，心电信号直接反映了心脏的工作状态，心电图是发现及预防房颤、心率失常、心肌缺血等心脏异常活动的重要依据。心电电极是获得监测信息的必备器件［1］。目前临床常用心电电极为银/氯化银黏性电极，该类电极与皮肤接触的一面使用导电膏和黏胶，长期使用会导致使用者皮肤受刺激，引发过敏等问题。随着使用时间的延长，导电膏干涸，采集的心电信号较差，不能满足对心电信号的长期监测。基于此类问题，国内外的学者将重点放在了新型心电电极的研究中。在众多新型心电电极研究中，柔性干电极受到越来越多重视。其中，织物电极是备受关注的一种柔性干电极。织物电极又称纺织结构电极，是纺织材料经纺织加工制成的能感应人体表面生物电信号的传感器［2］。在使用过程中，通过其中导电材料的电阻变化采集心电信号。织物电极具有手感柔软、舒适性较好、透气透湿性好等优点，长时间使用不会引发皮肤刺激和发炎等症状［3］。织物电极可以以服装为载体，实现穿戴式心电监护，方便拆卸、洗涤，可重复使用，解决了使用一次性心电电极带来的大量损耗问题。1 心电监测织物电极材料心电电极需具备高质量的生物信号提取功能和长期稳定性、生物相容性等特点。基于此，其导电材料可分为非极化金属、极化金属、聚合物镀层金属、导电聚合物、纳米级有机硅和碳黑等材料［4］。电极材料是织物电极的核心部分，材料性能对提取心电信号的质量有着决定性作用，通常选择阻抗低、导电性好、服用舒适性好的导电材料。采用导电材料与常规纺织材料结合、在柔性聚合物基底上沉积金属薄膜的方法可以制备织物电极［5］。根据不同心电监测织物电极材料的制备工艺，心电监测织物电极可以分为导电聚合物类和纺织材料类两大类。1.1　导电聚合物类导电聚合物类心电监测织物电极通常以柔性多聚物为基底，采取丝网印刷或者喷涂方式把碳浆、铜浆、银浆等印制到聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷等柔性基体上，或把导电材料颗粒分散到柔性基体中。其优点是提取的心电信号质量较高，服用舒适性好，缺点是生产难度大，生产成本高。JUNG H C［6］等人开发了一种碳纳米管（CNT）聚二甲基硅氧烷（PDMS）导电聚合物类心电监测织物电极，其优化的加工技术可使CNT在PDMS基体中分散均匀，阻抗较低，测得的心电信号质量较优，且表现出了很好的生物相容性，连续佩戴7天，心电信号的质量不会随着时间的推移而降低，也没有观察到皮肤有不良反应，如瘙痒或红斑等。该电极可代替传统心电电极进行心电信号监测。REINEL C［7］等人研究了PEDOT：PSS织物电极用于可穿戴心电监护的电极性能。试验结果显示，经PEDOT：PSS处理的织物电极可用于心电信号的监测，且连续使用36 h后，心电信号监测误差小于2%，电极可正常工作。1.2　纺织材料类纺织材料类心电监测织物电极是目前研究较多的心电监测电极，该类心电监测电极具有柔软度高、耐久性持久、易与服装结合等特点。使纺织材料导电的方法有多种，可通过在纱线上镀金属后织成织物、运用化学方法在织物上沉积导电物质（如金属、石墨烯、聚吡咯）等。MURAT Kaya Yapici［8］等人把锦纶织物浸于还原性氧化石墨烯溶液中再进行热处理，在织物上形成石墨烯涂层，从而制得了石墨烯心电监测织物电极。对比该电极与传统心电电极在皮肤⁃电极阻抗、心电信号质量等方面的差异，结果表明：石墨烯心电监测织物电极与传统心电电极测得的心电信号具有良好的一致性，相关性达到97%。ANKHILI A［9］等将聚酰胺织物、聚酯织物和棉织物分别浸渍在PEDOT：PSS溶液中制成织物电极，再将其嵌入内衣中进行心电信号监测。试验结果表明，经过50 次水洗后，棉织物电极和聚酰胺织物电极仍能提取到较优的心电信号，而聚酯织物电极不易获得完整的心电信号。2 心电监测织物电极的主体部分结构心电监测织物电极设计的基本原则是保证提取的心电信号准确、完整，电极阻抗低、与皮肤贴合较好，因此应选择导电性能优异的导电织物作为其主体部分［10］。电极的形状影响皮肤⁃电极界面电流密度的分布。VESSELA T K等［11］的研究表明，电流密度的分布存在边缘效应，即圆形电极电流密度分布的不均匀性较方形电极的不均匀性低。电极面积大小也直接影响信号的准确性，传统心电电极的有效面积约3.14 cm²。孟妍等［12］设计了面积分别为9 cm²、25 cm²、49 cm²的织物电极，发现其面积越大，与皮肤的接触阻抗越小，但较大面积的织物使用不便，舒适性较差。许鹏俊［13］35⁃40制作了有效面积分别为1 cm2、4 cm2、9 cm2和16 cm2的方形织物电极进行心电信号采集，结果表明：心电信号强度随电极面积的增大而增大，但电极面积大于9 cm2时对心电信号强度影响不大。考虑到成本控制的需求，织物电极面积不宜过大。导电织物作为织物电极的主体部分，发挥了信号采集的重要作用。按照织造方法主要分4类：机织结构、针织结构、刺绣结构和非织造结构。每种导电织物又有很多不同的组织结构，其电极性能也有所不同。TRINDADE I G等［14］研究发现，利用不同组织结构导电织物制成的织物电极具有不同程度的噪声，且会影响电极与皮肤的接触面积，进而影响皮肤⁃电极接触阻抗。许鹏俊［13］33⁃37制作了3种组织结构的导电织物及相应织物电极，通过测试电化学阻抗谱表征电极性能，发现不同组织结构导电织物的织物电极阻抗有所不同。2.1　机织结构机织结构的导电织物由经纱和纬纱垂直交织而成，结构稳定，导电均匀性好。机织物种类多，根据不同的组织结构和参数，可织造出不同组织结构的导电织物，也可以机织物为基布，通过涂覆导电材料制作导电织物，从而制作织物电极。张经纬［15］以棉平纹织物为基布，通过电化学聚合法制得了聚吡咯/棉织物心电电极，用于测量人体在静态时的心电信号，研究了吡咯浓度对电极性能的影响，发现在低频段（0.1 Hz~10 Hz）随吡咯浓度上升，织物电极阻抗值下降，吡咯浓度达到0.04 mol/L时，阻抗值变化不明显。董科等［16］研究了基于镀银锦纶和涤纶混纺交织平纹和缎纹结构的4种织物电极。结果表明，穿戴压力与导电织物方阻呈反比，与采集心电信号质量呈正比，平纹结构电极比缎纹结构电极监测到的心电信号质量更好。SONG H Y等［17］设计了一款提花结构的织物电极，并研究了该织物电极监测心电信号的质量。该织物电极采用双面编织方式，且在纬纱方向上编入一层镀银纱线。试验结果表明：该织物电极稳定性较好，在静止条件下，对织物电极的心电信号重复监测3次，测得的心电信号质量均较优。2.2　针织结构针织结构导电织物可通过在常规纱线针织过程中添加导电纱线而制得，也可采用针织物涂敷导电材料而制得针织结构的织物电极。杨旭东等［18］开发了一种针织结构心电电极，改善了现有织物电极与皮肤接触不良、接触阻抗大等问题。CATRYSSE M等［19］织造了针织结构织物电极，用于监测儿童心电信号。该电极不刺激皮肤，易集成于服装或绷带中，缺点是针织物会出现卷边和脱散，且皮肤⁃电极阻抗也较高。2.3　刺绣结构刺绣结构导电织物能够增大电极与皮肤接触面积，提高心电信号监测质量，同时易于加工，是心电监测织物电极中较常用的一种。胡瑶［20］用刺绣的方法制备了一种新型织物电极，在镀银刺绣织物表面用电化学沉积法镀AgCl，然后测试其电化学性能，并与传统心电电极比较，分析研究了电极和皮肤表面压力对心电信号在运动伪影和噪声中的影响，如图1所示。董科等［21］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，并对电极的电学性能和细胞毒性进行了分析。结果表明：该织物电极采集到的信号质量较好，且细胞毒性为0级，具有良好的生物相容性，符合医疗体外材料测试标准。.F001图1刺绣毛圈结构织物电极1—金属纽扣；2—泡沫胶垫；3—导电胶；4—非织造布鲁莉博等［22］用电镀方法制备了Ag⁃AgCl导电纱线，经刺绣方法制得刺绣毛圈结构的织物心电电极。其优点是电极表面丰富的毛圈形成的“毛刷结构”可以与皮肤密切接触，贴肤性更好，测试心电信号时阻抗低，能够更为精准地测得心电信号。3 心电监测织物电极的应用岳蜀华等［23］结合织物电极设计了一种衣物集成式ECG T⁃Shirt，主要组成部分如图2所示。.F002图2织物电极横截面和实物照片1—可贴肤的镀银织物；2—导线；3—底层织物；4—泡沫材料；5—镀银铜织物；6—低电阻镀银织物翟红艺等［24］开发了一款可穿戴心电异常监测服，如图3所示。织物电极缝制在衣服内侧，由导电织物、海绵填充层和支撑垫组成。导电织物内的海绵填充层能确保导电织物与皮肤接触良好。研究结果表明，该织物电极与一次性心电电极相比，提取的心电信号较易受到噪声干扰。.F003图3可穿戴心电检测服1—海绵； 2—支撑垫 ；3—穿戴衣布料；4—导电布；5—人体皮肤日本移动运营商NTT DoCoMo和东丽精细化工有限公司合作研制出了一款心电监测内衣，如图4所示。该内衣装有4个织物电极，均为导电高分子树脂的聚酯制作而成，能持续监测心肌细胞，被认为具有与传统心电电极同等的监测水平，可实现24 h人体心电监测［25］。.F004图4织物电极智能服装4 结语目前用于心电监测用织物电极的导电材料种类较多，导电织物的组织结构繁多，其与服装结合的应用也比较多，大部分均能很好地提取到人体的心电信号，但织物电极与服装的集成方式、加工工艺的一体化、织物电极与皮肤的贴合程度以及对于心电信号质量的评价缺少统一标准，这显然不利于织物电极的后续发展。因此，目前急需解决的技术难题是在保证舒适性的前提下，怎样让织物电极更好地与皮肤贴合且最大程度获得较优的心电信号；其次，织物电极获取的心电信号与一次性使用心电电极获取的心电信号略有差别，怎样评判织物电极获取的心电信号质量也是一大难题。随着智能可穿戴纺织品的快速发展及市场需求的迅速增多，织物电极作为心电监测领域的后起之秀，需要不断完善功能，在可穿戴智能监测方面发挥重要作用。