本發(fā)明屬于水凝膠電極，具體涉及一種耐低溫水凝膠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、隨著醫(yī)療科技的進(jìn)步，電極貼片成為當(dāng)前醫(yī)療領(lǐng)域的重要工具，在電生理信號(hào)檢測(cè)和電刺激治療方面應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，研究者們通過(guò)引入多種新型材料，來(lái)提高電極貼片的性能。水凝膠電極貼片因其良好的生物相容性和離子導(dǎo)電性而受到關(guān)注，其優(yōu)勢(shì)在于能緊密貼合皮膚，提高信號(hào)采集質(zhì)量。它可以用于生理信號(hào)的檢測(cè)和康復(fù)治療，支持遠(yuǎn)程醫(yī)療，滿足個(gè)性化醫(yī)療需求。結(jié)合無(wú)線通信和生物傳感技術(shù)，水凝膠電極貼片還可實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)傳輸。

3、但是，在低溫條件下，水凝膠中的水分容易結(jié)冰，導(dǎo)致水凝膠電極的導(dǎo)電性和粘附性大幅降低，從而影響電生理信號(hào)的檢測(cè)質(zhì)量和電刺激治療的效果。為了解決水凝膠電極貼片易冷凍的難題，并拓寬水凝膠電極貼片的使用范圍，制備耐低溫水凝膠電極貼片具有十分重要的意義。耐低溫水凝膠電極貼片在低溫環(huán)境下能夠抑制冰晶的生成，并保持穩(wěn)定的柔韌性和粘附性，從而確保在寒冷條件下依然能夠準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行電生理信號(hào)的收集。

4、近年來(lái)，有關(guān)耐低溫水凝膠的報(bào)道，是在水凝膠中加入不同防凍劑，例如無(wú)機(jī)鹽(氯化鋰、氯化鈣等)、離子液體、有機(jī)溶劑(甘油)等。然而，這種由無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成的耐低溫水凝膠，它雖具有高的電導(dǎo)率，但是無(wú)機(jī)鹽產(chǎn)生的鹽析效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部離子分散不均勻，使得機(jī)械性能降低。離子液體雖然具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，但是離子液體的高粘度會(huì)影響水凝膠的柔韌性；并且，一些離子液體可能對(duì)人體或環(huán)境產(chǎn)生危害，這限制了其在醫(yī)療和生物領(lǐng)域的應(yīng)用。有機(jī)溶劑雖然可以增強(qiáng)水凝膠的抗凍性和保濕性，但是有機(jī)溶劑的加入會(huì)影響水凝膠的導(dǎo)電性能。

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)明的目的是提供了一種耐低溫水凝膠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)明提供一種耐低溫水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

4、將水、甜菜堿和氯化鈣按比例混合，得到低共熔溶劑；

5、將甲基丙烯酸十八烷基酯溶于所述低共熔溶劑中，然后加入單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨和n,n-亞甲基雙丙烯酰胺，混合均勻。甲基丙烯酸十八烷基酯作為一種酯類化合物，具有較長(zhǎng)的碳鏈，可以引入疏水性，使得水凝膠在保持一定親水性的同時(shí)，也具備了一定的疏水性。它可以與丙烯酸單體共聚，形成具有特定功能的水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；單寧酸是一種天然多酚小分子，具有抗氧化、抗菌等作用，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用；丙烯酸是一種具有雙鍵的不飽和羧酸，具有較強(qiáng)的親水性和活性。它可以與水分子形成氫鍵和范德華力，從而增強(qiáng)水凝膠的保濕性能和穩(wěn)定性；過(guò)硫酸銨是一種引發(fā)劑，它通過(guò)分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)；n,n-亞甲基雙丙烯酰胺是一種交聯(lián)劑，可以與其他單體或聚合物形成共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

6、最后加入瓜爾豆膠，混勻后，靜置設(shè)定時(shí)間，即得耐低溫水凝膠。瓜爾膠是一種天然多糖，具有良好的水溶性，瓜爾膠可以作為穩(wěn)定劑，提高水凝膠的穩(wěn)定性。它還可以與其他組分形成動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，賦予水凝膠良好的機(jī)械性能。

7、本發(fā)明的耐低溫水凝膠為雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得水凝膠具有更高的強(qiáng)度和韌性。水凝膠在受到外力作用時(shí)能夠更好地分散應(yīng)力，從而提高了其抗拉伸等機(jī)械性能。在網(wǎng)絡(luò)中引入了導(dǎo)電物質(zhì)，使其具有良好的導(dǎo)電性能。此外，這種雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠還可以具備良好的生物相容性和透氣性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這種水凝膠可以與皮膚緊密貼合，有助于提高患者的舒適度。

8、具體為：丙烯酸和甲基丙烯酸十八烷基酯之間形成的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵構(gòu)成了化學(xué)交聯(lián)的第一網(wǎng)絡(luò)；甲基丙烯酸十八烷基酯內(nèi)部的疏水鍵相互交聯(lián)、瓜爾豆膠內(nèi)部的氫鍵作用以及丙烯酸內(nèi)部的羧基與氯化鈣中的ca2+金屬配位作用一同構(gòu)成了物理交聯(lián)的第二網(wǎng)絡(luò)。

9、氯化鈣為導(dǎo)電填料，低共熔溶劑為改性劑。氯化鈣可以提升水凝膠的導(dǎo)電性，低共熔溶劑既可以抑制冰晶的生成又可以提供導(dǎo)電離子，提升耐低溫水凝膠電極貼片的耐低溫性能。

10、在一些實(shí)施例中，低共熔溶劑中，甜菜堿、氯化鈣和水的質(zhì)量比為8～12：20～25：60～70；優(yōu)選為10～11：22～23：60～70。

11、在一些實(shí)施例中，低共熔溶劑、甲基丙烯酸十八烷基酯、單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和瓜爾豆膠的質(zhì)量比為54～55：2～4：2.6～4：30～40：0.1～0.2：0.05～0.1：4～6。

12、優(yōu)選的，低共熔溶劑、甲基丙烯酸十八烷基酯、單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和瓜爾豆膠的質(zhì)量比為54～55：2～3：3～4：33～38：0.1～0.2：0.07～0.9：4.7～5.3；具體為54.34：2.33：3.1：35：0.15：0.08：5。

13、在一些實(shí)施例中，耐低溫水凝膠的制備過(guò)程是在較高溫下進(jìn)行的，具體為25～60℃。

14、第二方面，本發(fā)明提供一種耐低溫水凝膠電極貼片，由所述制備方法制備而成。

15、第三方面，本發(fā)明提供所述耐低溫水凝膠電極貼片在電生理信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用。

16、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：

17、(1)本發(fā)明提供的耐低溫水凝膠電極貼片，丙烯酸和甲基丙烯酸十八烷基酯之間形成的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵構(gòu)成了化學(xué)交聯(lián)的第一網(wǎng)絡(luò)；甲基丙烯酸十八烷基酯內(nèi)部的疏水鍵相互交聯(lián)、瓜爾豆膠內(nèi)部的氫鍵作用以及丙烯酸內(nèi)部的羧基與氯化鈣中的ca2+金屬配位作用一同構(gòu)成了物理交聯(lián)的第二網(wǎng)絡(luò)。氯化鈣可以提升水凝膠的導(dǎo)電性，低共熔溶劑既可以抑制冰晶的生成，又可以提供導(dǎo)電離子，提升耐低溫水凝膠電極貼片的耐低溫性能。

18、(2)將耐低溫水凝膠電極貼片與導(dǎo)線連接后，可以貼附于人體不同部位監(jiān)測(cè)電生理信號(hào)。

19、水凝膠作為電極貼片，相比傳統(tǒng)的金屬電極貼片，具有以下優(yōu)勢(shì)：

20、a：含水量高，導(dǎo)電性強(qiáng)：水凝膠電極片主要材質(zhì)為水凝膠，這種材質(zhì)能夠有效地避免治療中的因干燥產(chǎn)生的漏電問(wèn)題。同時(shí)，水凝膠具有電阻小、導(dǎo)電性強(qiáng)的特點(diǎn)，使電流轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)更強(qiáng)。

21、b：舒適度與貼合度：水凝膠電極片在貼敷過(guò)程中更貼合人體皮膚，舒適度更高、貼合更加緊密，這使得患者在使用過(guò)程中感到更加舒適，也增加了治療的舒適度。

22、綜上所述，水凝膠作為電極貼片相比傳統(tǒng)的金屬電極貼片在導(dǎo)電性、舒適度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：低共熔溶劑中，甜菜堿、氯化鈣和水的質(zhì)量比為8～12：20～25：60～70。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：低共熔溶劑中，甜菜堿、氯化鈣和水的質(zhì)量比為10～11：22～23：60～70。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：低共熔溶劑、甲基丙烯酸十八烷基酯、單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和瓜爾豆膠的質(zhì)量比為54～55：2～4：2.6～4：30～40：0.1～0.2：0.05～0.1：4～6。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：低共熔溶劑、甲基丙烯酸十八烷基酯、單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和瓜爾豆膠的質(zhì)量比為54～55：2～3：3～4：33～38：0.1～0.2：0.07～0.9：4.7～5.3。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：低共熔溶劑、甲基丙烯酸十八烷基酯、單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和瓜爾豆膠的質(zhì)量比為54.34：2.33：3.1：35：0.15：0.08：5。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：耐低溫水凝膠的制備過(guò)程是在較高溫下進(jìn)行的。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐低溫水凝膠電極貼片的制備方法，其特征在于：耐低溫水凝膠的制備過(guò)程的溫度為25-60℃，優(yōu)選為30-60℃。

9.一種耐低溫水凝膠電極貼片，其特征在于：由權(quán)利要求1～8任一所述制備方法制備而成。

10.權(quán)利要求9所述耐低溫水凝膠電極貼片在電生理信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種耐低溫水凝膠電極貼片及其制備方法與應(yīng)用，包括如下步驟：將水、甜菜堿和氯化鈣按比例混合，得到低共熔溶劑；將甲基丙烯酸十八烷基酯溶于所述低共熔溶劑中，然后加入單寧酸、丙烯酸、過(guò)硫酸銨和N,N?亞甲基雙丙烯酰胺，混合均勻；最后加入瓜爾豆膠，混勻后，靜置，即得耐低溫水凝膠。丙烯酸和甲基丙烯酸十八烷基酯之間形成的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵構(gòu)成了化學(xué)交聯(lián)的第一網(wǎng)絡(luò)；甲基丙烯酸十八烷基酯的疏水鍵相互交聯(lián)、瓜爾豆膠的氫鍵作用以及丙烯酸的羧基與氯化鈣中的Ca<supgt;2+</supgt;金屬配位作用一同構(gòu)成了物理交聯(lián)的第二網(wǎng)絡(luò)。氯化鈣可以提升水凝膠的導(dǎo)電性，低共熔溶劑既可以抑制冰晶的生成，又可以提供導(dǎo)電離子，提升耐低溫水凝膠電極貼片的耐低溫性能。

技術(shù)研發(fā)人員：宋沙沙,方園園,趙增典,趙榕榕,燕祥睿,董瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2