本發(fā)明涉及導(dǎo)電水凝膠，具體涉及一種用于電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)的水凝膠生物電極貼片及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、電生理信號(hào)作為生命活動(dòng)的直觀反映，包括心電圖(ecg)、肌電圖(emg)等，承載著豐富的生理信息，對(duì)于健康評(píng)估與疾病診斷具有不可替代的價(jià)值。

3、傳統(tǒng)的電生理信號(hào)采集電極主要分為干電極與凝膠電極兩大類，各自存在著明顯的性能瓶頸。干電極通常基于金屬或其它導(dǎo)電材料，雖便于即時(shí)部署，但由于缺乏足夠的柔韌性，難以與皮膚形成緊密接觸，由此導(dǎo)致接觸阻抗偏高，信號(hào)采集不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了信號(hào)質(zhì)量與連續(xù)監(jiān)測(cè)的可行性。凝膠電極以ag/agcl為代表的凝膠電極，雖然通過(guò)凝膠基質(zhì)改善了皮膚接觸，降低了接觸阻抗，提升了信號(hào)采集的精度，但其物理強(qiáng)度與穩(wěn)定性有限，長(zhǎng)時(shí)間使用下，凝膠易干涸，接觸阻抗隨之增加，加之凝膠本身對(duì)環(huán)境變化的敏感性，使得信號(hào)的連續(xù)性與精確度大打折扣。

4、鑒于上述技術(shù)缺陷，開發(fā)一種新型電極，既需具備高導(dǎo)電性以確保信號(hào)采集的精確無(wú)誤，又須擁有良好的生物相容性使其能夠更好地適應(yīng)皮膚表面，減少因運(yùn)動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間佩戴引起的位移和壓力，保證信號(hào)采集的連續(xù)性和穩(wěn)定性。已成為電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)的水凝膠生物電極貼片及其制備方法與應(yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種用于電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)的水凝膠生物電極貼片的制備方法，包括如下步驟：向聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的水溶液中加入n-異丙基丙烯酰胺、n-丙烯酰苯丙氨酸和n-(2-羥乙基)丙烯酰胺，進(jìn)行第一次混勻，得混合溶液；

4、然后向混合溶液中加入瓜爾豆膠，混勻后，加入過(guò)硫酸銨和n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺，進(jìn)行第二次混勻；

5、將混勻后的溶液倒入模具中，加熱交聯(lián)反應(yīng)，獲得導(dǎo)電水凝膠。

6、過(guò)硫酸銨(aps)為引發(fā)劑、n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺(mbaa)為共價(jià)交聯(lián)劑。

7、導(dǎo)電水凝膠電極貼片是通過(guò)將瓜爾豆膠和聚(n-異丙基丙烯酰胺-(n-(2-羥乙基)丙烯酰胺)-(n-丙烯酰-苯丙氨酸))復(fù)合交聯(lián)制備而成，并將其與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)相結(jié)合。

8、瓜爾豆膠和聚(n-異丙基丙烯酰胺-(n-(2-羥乙基)丙烯酰胺)-(n-丙烯酰-苯丙氨酸))的加入通過(guò)與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的非共價(jià)相互作用增強(qiáng)了水凝膠的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了柔性變形和能量耗散。水凝膠中的大量官能團(tuán)(包括羥基、氨基、羧基和磺酸基)提供了界面鍵合，可以與各種材料表面形成牢固粘附，其中，豐富的-oh、-nh2基團(tuán)通過(guò)與人體皮膚建立氫鍵和靜電相互作用來(lái)提供可逆的粘附性。

9、聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)為導(dǎo)電材料，當(dāng)將其添加到水凝膠基質(zhì)中時(shí)，不僅賦予了水凝膠優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而且還提供了獨(dú)特的體積電容，有助于消除電子-組織界面上的亥姆霍茲雙層電容器效應(yīng)，從而減少界面不匹配的問(wèn)題。

10、聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)含有疏水性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)和親水性的聚(苯乙烯磺酸鹽)，這使得它在水溶液中能夠很好地分散，并且能夠通過(guò)靜電相互作用和氫鍵與其它聚合物網(wǎng)絡(luò)相互作用，從而構(gòu)建出三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種特性賦予了水凝膠優(yōu)異的導(dǎo)電性能(3.4s/m)。

11、在一些實(shí)施例中，聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、n-異丙基丙烯酰胺、n-丙烯酰苯丙氨酸、n-(2-羥乙基)丙烯酰胺、瓜爾豆膠、過(guò)硫酸銨和n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為1-5：10-15：3-5：3-10：3-7：0.1-0.5：0.01-0.1。

12、優(yōu)選的，聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、n-異丙基丙烯酰胺、n-丙烯酰苯丙氨酸、n-(2-羥乙基)丙烯酰胺、瓜爾豆膠、過(guò)硫酸銨和n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為3-5：10-12：3-4：4-6：5-7：0.1-0.3：0.04-0.06，進(jìn)一步優(yōu)選為4：11.5：3.75：5：6：0.1：0.05。

13、在一些實(shí)施例中，聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)溶于水時(shí)的溫度為20-25℃，優(yōu)選為25℃。

14、在一些實(shí)施例中，第一次混勻的溫度為35-45℃；第二次混勻的溫度為35-45℃。

15、在一些實(shí)施例中，加熱交聯(lián)反應(yīng)的溫度為50-60℃，交聯(lián)反應(yīng)的時(shí)間為2-6h。

16、優(yōu)選的，加熱交聯(lián)反應(yīng)的溫度為55℃，交聯(lián)反應(yīng)的時(shí)間為4h。

17、第二方面，本發(fā)明提供一種用于電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)的水凝膠生物電極貼片，由所述制備方法制備而成。

18、第三方面，本發(fā)明提供所述用于電生理信號(hào)監(jiān)測(cè)的水凝膠生物電極貼片在制備可穿戴柔性傳感器中的應(yīng)用。

19、上述本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例取得的有益效果如下：

20、(1)本發(fā)明提供的導(dǎo)電水凝膠通過(guò)將瓜爾豆膠和聚(n-異丙基丙烯酰胺-(n-(2-羥乙基)丙烯酰胺)-(n-丙烯酰-苯丙氨酸))復(fù)合交聯(lián)制備而成，并將其與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)相結(jié)合。聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)含有疏水性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)和親水性的聚(苯乙烯磺酸鹽)，這使得它在水溶液中能夠很好地分散，并且能夠通過(guò)靜電相互作用和氫鍵與其它聚合物網(wǎng)絡(luò)相互作用，從而構(gòu)建出三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種特性賦予了水凝膠優(yōu)異的導(dǎo)電性能(3.4s/m)。

21、瓜爾豆膠和聚(n-異丙基丙烯酰胺-(n-(2-羥乙基)丙烯酰胺)-(n-丙烯酰-苯丙氨酸))的加入通過(guò)與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的非共價(jià)相互作用增強(qiáng)了水凝膠的力學(xué)性能。水凝膠中豐富的-oh、-nh2基團(tuán)通過(guò)與人體皮膚建立氫鍵和靜電相互作用來(lái)提供可逆的粘附性。

22、(2)本發(fā)明在原料中加入聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)提高了凝膠電極的導(dǎo)電性，使得生物電信號(hào)可以準(zhǔn)確快速的傳遞到電極上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集；相比于商業(yè)電極，應(yīng)用本發(fā)明制備得到的水凝膠電極信號(hào)精度更高，信噪比更好。

23、本發(fā)明使用聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、n-異丙基丙烯酰胺、n-(2-羥乙基)丙烯酰胺、n-丙烯酰苯丙氨酸作為原料，制備得到的水凝膠較好的拉伸性和生物相容性，可以緊密的貼合皮膚，并且不會(huì)造成皮膚刺激。

24、通過(guò)瓜爾膠和聚(n-異丙基丙烯酰胺-(n-(2-羥乙基)丙烯酰胺)-(n-丙烯酰-苯丙氨酸))的加入通過(guò)與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的非共價(jià)相互作用增強(qiáng)了水凝膠的力學(xué)性能，增加了凝膠的強(qiáng)度和韌性，電極貼片撕離皮膚不會(huì)有殘留，也不會(huì)造成皮膚疼痛。