[發(fā)明專利]一種透氣除汗柔性電極的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210064166.4
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114496399A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李卓;許艷婷;趙俊;陶元
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;A61B5/28;A61B5/263;A61B5/268
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發(fā)明涉及一種透氣除汗的柔性電極。（1）采用親水層材料通過靜電紡絲法、呼吸圖法、相轉(zhuǎn)變法或等離子體處理法中任一種制備小孔徑親水層；（2）采用疏水層材料通過靜電紡絲法、靜電噴霧法或熱壓法中任一種制備大孔的疏水層；（3）在步驟（2）得到的復(fù)合膜的疏水層一側(cè)通過磁控濺射法、真空蒸鍍法、靜電噴霧法或浸漬法中任一種制備導(dǎo)電層，即得到所需的柔性電極。本發(fā)明的柔性電極可將汗液從傳感器/皮膚界面?zhèn)鬟f到傳感器外表面并快速蒸發(fā)，避免了汗液的堆積，提高了電極在出汗和長期監(jiān)測情況下的精度和穿戴舒適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種透氣除汗柔性電極的制備方法，尤其涉及一種基于孔梯度和表面能梯度具有定向排汗功能柔性電極的制備方法。

背景技術(shù)

電子皮膚因其無創(chuàng)、不易察覺的特點，已廣泛應(yīng)用于健康監(jiān)測、醫(yī)療診斷和人機交互。電子皮膚具有良好的導(dǎo)電性、延展性和生物相容性，可以獲取各種生理參數(shù)，包括電生理(EP)信號、皮膚溫度、皮膚水合程度、血壓、血氧、汗液成分等。大多數(shù)電子皮膚都是基于有機硅彈性體(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和Ecoflex)、聚合物材料(如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亞胺)以及低模量、高柔韌性的水凝膠等。汗液在這些電子皮膚界面上的堆積可能會導(dǎo)致信號惡化、傳感器故障，最終導(dǎo)致設(shè)備從皮膚上脫落，嚴(yán)重影響其長期監(jiān)測的可靠性和佩戴舒適度。此外，積累的汗液還可能會阻塞皮膚呼吸，導(dǎo)致皮膚防護(hù)功能障礙(如紅斑)或內(nèi)部疾病(如過敏)等。 因此，設(shè)計透氣、排汗、穿著舒適的傳感器具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于一種透氣除汗柔性電極的制備方法，本發(fā)明提供的電極，既可以在干燥皮膚上監(jiān)測生理信號，也可以在出汗皮膚上獲取較好的生理信號。

該電極基于一種具有孔梯度和表面能梯度的定向排汗功能材料，主要由含有的較大孔徑的疏水層和較小孔徑的親水層組成，實際應(yīng)用時，疏水層朝向皮膚。根據(jù)拉普拉斯方程(，其中θ是在膜的表面接觸角, γ是水在空氣中的表面張力, D是孔的直徑)，毛細(xì)力隨著孔徑的增大而減小，親水層較大的毛細(xì)力促進(jìn)汗液從傳感器/皮膚界面?zhèn)鬟f到外側(cè)的親水層，阻止汗液從親水層滲透到傳感器/皮膚界面，保證了傳感器/皮膚界面的干燥，提高了穿戴舒適性。

本發(fā)明提出的一種透氣除汗柔性電極的制備方法，包括以下步驟：

（1）采用親水層材料通過靜電紡絲法、呼吸圖法、相轉(zhuǎn)變法或等離子體處理法中任一種制備小孔徑親水層；

（2）采用疏水層材料通過靜電紡絲法、靜電噴霧法或熱壓法中任一種在步驟（1）得到的親水層上制備大孔的疏水層；

（3）在步驟（2）得到的復(fù)合膜的疏水層一側(cè)通過磁控濺射法、真空蒸鍍法、靜電噴霧法或浸漬法中任一種制備導(dǎo)電層，即得到所需的柔性電極。

本發(fā)明中，步驟（1）中所述的親水層材料采用纖維素、棉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈或蠶絲中任一種。

本發(fā)明中，步驟（2）中，所述的疏水層材料采用聚氨酯、氟化聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯中任一種。

本發(fā)明中，步驟（3）中，所述的導(dǎo)電層材料采用金屬（金屬納米顆粒、金屬納米線、金屬納米片）、碳材料（碳納米管、炭黑、石墨烯、Mxene）或?qū)щ娋酆衔铮ň圻量⒕郾桨贰EDOT：PSS）中任一種。

利用本發(fā)明制備方法得到的一種透氣除汗柔性電極，其性能測試具體步驟為：測試柔性電極的水蒸汽透過率、水蒸發(fā)速率和定向輸水性能，采集柔性電極在干燥和出汗?fàn)顟B(tài)下的心電信號，觀察信號是否受出汗影響。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明制備了一種透氣除汗的柔性電極，促進(jìn)汗液從傳感器/皮膚界面?zhèn)鬟f到傳感器表面并快速蒸發(fā)，避免了汗液的堆積，提高了電極在出汗和長期監(jiān)測情況下的精度和穿戴舒適性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電極的SEM照片，（a）親水層，（b）疏水層，（c）導(dǎo)電層，（d）截面圖。