[發(fā)明專利]一種透明自粘附導(dǎo)電水凝膠電極及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011329895.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN112450937A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白碩;王安河;韓青權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京寧矩科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/259
• 分類號(hào): A61B5/259;A61B5/266;A61B5/28;A61B5/291;A61B5/296;C08J3/075;C08J3/24;C08L29/04;C08L39/06
• 代理公司: 北京中譽(yù)至誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11858
• 代理人: 霍麗惠

一種透明自粘附導(dǎo)電水凝膠電極及其制備方法，所述電極包括：保護(hù)膜層、導(dǎo)電水凝膠層、背襯層，其中，保護(hù)膜層、導(dǎo)電水凝膠層和背襯層由上至下依次排列，保護(hù)膜層為聚乙烯薄膜，導(dǎo)電水凝膠層為化學(xué)交聯(lián)型水凝膠，由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在加熱條件下通過(guò)酸催化發(fā)生縮酮反應(yīng)得到，水凝膠為聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，背襯層為無(wú)紡布。本發(fā)明提供的透明自粘附導(dǎo)電水凝膠電極具有良好生物兼容性、高透明性和高粘附性，制備過(guò)程簡(jiǎn)便，材料成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及傳感器和生物電采集/刺激等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透明自粘附導(dǎo)電水凝膠電極，特別涉及一種具有高透明度、自粘附性，并且導(dǎo)電性能和電極形狀可調(diào)控的導(dǎo)電水凝膠電極。

背景技術(shù)

隨著醫(yī)療科技的迅速發(fā)展以及人們對(duì)健康問(wèn)題的日益關(guān)注，精準(zhǔn)醫(yī)療和個(gè)體醫(yī)療的需求越來(lái)越高，各種各樣的醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備開始走進(jìn)大眾日常生活中，例如血糖儀、心率監(jiān)測(cè)儀、肌肉康復(fù)訓(xùn)練器、電子理療儀等。其中，基于生物電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的儀器是應(yīng)用最為廣泛的一類，這些電信號(hào)主要包括腦電信號(hào)(EEG)、肌電信號(hào)(ECG)和心電信號(hào)(ECG)等，通過(guò)對(duì)這類電信號(hào)進(jìn)行采集或刺激，不僅對(duì)于腦部或心臟疾病、神經(jīng)或肌肉損傷的診療等具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，還對(duì)于康復(fù)醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究、體育科學(xué)的研究等具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。而傳感器作為信號(hào)采集和刺激的最前哨，一直是研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，2015年，醫(yī)療傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了82.1億美元，預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到150億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為8.5％。傳感器由電極和電路兩部分構(gòu)成，其中電極部分決定了傳感器的監(jiān)測(cè)閾值、信號(hào)穩(wěn)定性以及應(yīng)用形式，近二十年來(lái)，電極材料和性能的改進(jìn)一直在如火如荼地進(jìn)行，如今，電極的安全性、可調(diào)控性、靈敏性、便捷性等問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，在研究和應(yīng)用領(lǐng)域均已逐漸形成由傳統(tǒng)固態(tài)電極向柔性電極發(fā)展的趨勢(shì)。

水凝膠電極便是新一代的柔性電極的代表。水凝膠是一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的且富含大量水分的材料。水凝膠材料質(zhì)地柔軟有韌性，還具有極好的生物兼容性和離子傳輸能力，從而使被廣泛運(yùn)用于制備柔性傳感器、創(chuàng)口愈合、組織工程等領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)固態(tài)電極，水凝膠電極具有和人體組織更為相近的特征，能很好地連接濕軟的人體組織和干硬的電子元器件。但是，現(xiàn)有水凝膠電極普遍不能同時(shí)滿足良好的生物兼容性、高透明性和高粘附性等特點(diǎn)，電極材料具有刺激性、電極在使用過(guò)程中變形以及電極顏色較深等問(wèn)題不僅影響了監(jiān)測(cè)結(jié)果，而且導(dǎo)致了不理想的測(cè)試體驗(yàn)，為解決這一問(wèn)題，在此我們提供了一種新型的兼具良好生物兼容性、高透明性和粘附性，并且導(dǎo)電性能及形狀尺寸可調(diào)控的水凝膠電極。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種透明自粘附導(dǎo)電水凝膠電極及其制備方法，從而解決目前水凝膠電極不能同時(shí)滿足良好生物兼容性、高透明性和高粘附性的問(wèn)題，該水凝膠電極主要由聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚多巴胺納米點(diǎn)(PDA NDs)構(gòu)成，材料本身具有良好的生物兼容性；其中PVA和PVP在加熱條件下經(jīng)酸催化發(fā)生縮酮反應(yīng)形成共價(jià)交聯(lián)位點(diǎn)，從而構(gòu)成整個(gè)水凝膠的骨架網(wǎng)絡(luò)，該過(guò)程不涉及有毒有害的有機(jī)試劑、引發(fā)劑和交聯(lián)劑；其中PDA NDs由過(guò)氧化氫/氫氧化鈉處理聚多巴胺后得到，PDA NDs和鈉離子(Na+)共同構(gòu)成了水凝膠的內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；該水凝膠電極制備過(guò)程簡(jiǎn)便，材料成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明提供了一種透明自粘附導(dǎo)電水凝膠電極，包括：保護(hù)膜層、導(dǎo)電水凝膠層、背襯層，其中，所述保護(hù)膜層、所述導(dǎo)電水凝膠層和所述背襯層由上至下依次排列，所述保護(hù)膜層為聚乙烯薄膜，所述導(dǎo)電水凝膠層為化學(xué)交聯(lián)型水凝膠，由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在加熱條件下通過(guò)酸催化發(fā)生縮酮反應(yīng)得到，所述水凝膠為聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述背襯層為無(wú)紡布。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電水凝膠層通過(guò)引入聚多巴胺的衍生物PDA NDs和Na+溶液形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步的，所述無(wú)紡布采用丙綸和聚氨酯膠制成。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電水凝膠層為所述水凝膠經(jīng)澆注、裁剪制備出特定形狀，所述導(dǎo)電水凝膠層與所述背襯層通過(guò)機(jī)械涂布后壓合在一起。