[發明專利]一種透明自粘附導電水凝膠電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202110427504.1
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113143280B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 白碩
• 申請（專利權）人: 白碩
• 主分類號: A61B5/259
• 分類號: A61B5/259;A61B5/266;A61B5/28;A61B5/291;A61B5/296;C08J3/075;C08J3/24;C08L29/04;C08L39/06
• 代理公司: 北京中譽至誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11858
• 代理人: 霍麗惠

一種透明自粘附導電水凝膠電極及其制備方法，所述電極包括：保護膜層、導電水凝膠層、背襯層，其中，保護膜層、導電水凝膠層和背襯層由上至下依次排列，保護膜層為聚乙烯薄膜，導電水凝膠層為化學交聯型水凝膠，由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在加熱條件下通過酸催化發生縮酮反應得到，水凝膠為聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的三維網狀結構，背襯層為無紡布。本發明提供的透明自粘附導電水凝膠電極具有良好生物兼容性、高透明性和高粘附性，制備過程簡便，材料成本低廉，適合大規模生產。

技術領域

本發明設計涉及傳感器和生物電采集/刺激等技術領域，具體涉及一種透明自粘附導電水凝膠電極，特別涉及一種具有高透明度、自粘附性，并且導電性能和電極形狀可調控的導電水凝膠電極。

背景技術

隨著醫療科技的迅速發展以及人們對健康問題的日益關注，精準醫療和個體醫療的需求越來越高，各種各樣的醫療監測設備開始走進大眾日常生活中，例如血糖儀、心率監測儀、肌肉康復訓練器、電子理療儀等。其中，基于生物電信號進行監測的儀器是應用最為廣泛的一類，這些電信號主要包括腦電信號(EEG)、肌電信號(ECG)和心電信號(ECG)等，通過對這類電信號進行采集或刺激，不僅對于腦部或心臟疾病、神經或肌肉損傷的診療等具有重要的臨床應用價值，還對于康復醫學的基礎研究、體育科學的研究等具有重要的學術價值。而傳感器作為信號采集和刺激的最前哨，一直是研究和應用的熱點，2015年，醫療傳感器市場規模達到了82.1億美元，預計到2022年將達到150億美元，復合增長率為8.5％。傳感器由電極和電路兩部分構成，其中電極部分決定了傳感器的監測閾值、信號穩定性以及應用形式，近二十年來，電極材料和性能的改進一直在如火如荼地進行，如今，電極的安全性、可調控性、靈敏性、便捷性等問題越來越受到人們的重視，在研究和應用領域均已逐漸形成由傳統固態電極向柔性電極發展的趨勢。

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狀結構的且富含大量水分的材料。水凝膠材料質地柔軟有韌性，還具有極好的生物兼容性和離子傳輸能力，從而使被廣泛運用于制備柔性傳感器、創口愈合、組織工程等領域。相較于傳統固態電極，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，現有水凝膠電極普遍不能同時滿足良好的生物兼容性、高透明性和高粘附性等特點，電極材料具有刺激性、電極在使用過程中變形以及電極顏色較深等問題不僅影響了監測結果，而且導致了不理想的測試體驗，為解決這一問題，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，并且導電性能及形狀尺寸可調控的水凝膠電極。

發明內容

本發明的目的是提供一種透明自粘附導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滿足良好生物兼容性、高透明性和高粘附性的問題，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(PDA NDs)構成，材料本身具有良好的生物兼容性；其中PVA和PVP在加熱條件下經酸催化發生縮酮反應形成共價交聯位點，從而構成整個水凝膠的骨架網絡，該過程不涉及有毒有害的有機試劑、引發劑和交聯劑；其中PDA NDs由過氧化氫/氫氧化鈉處理聚多巴胺后得到，PDA NDs和鈉離子(Na+)共同構成了水凝膠的內部導電網絡；該水凝膠電極制備過程簡便，材料成本低廉，適合大規模生產。

本發明提供了一種透明自粘附導電水凝膠電極，包括：保護膜層、導電水凝膠層、背襯層，其中，所述保護膜層、所述導電水凝膠層和所述背襯層由上至下依次排列，所述保護膜層為聚乙烯薄膜，所述導電水凝膠層為化學交聯型水凝膠，由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在加熱條件下通過酸催化發生縮酮反應得到，所述水凝膠為聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的三維網狀結構，所述背襯層為無紡布。

進一步的，所述導電水凝膠層通過引入聚多巴胺的衍生物PDA NDs和Na+溶液形成導電網絡。

進一步的，所述無紡布采用丙綸和聚氨酯膠制成。

進一步的，所述導電水凝膠層為所述水凝膠經澆注、裁剪制備出特定形狀，所述導電水凝膠層與所述背襯層通過機械涂布后壓合在一起。