[发明专利]一种透明自粘附导电水凝胶电极及其制备方法

说明书

一种透明自粘附导电水凝胶电极及其制备方法，所述电极包括：保护膜层、导电水凝胶层、背衬层，其中，保护膜层、导电水凝胶层和背衬层由上至下依次排列，保护膜层为聚乙烯薄膜，导电水凝胶层为化学交联型水凝胶，由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在加热条件下通过酸催化发生缩酮反应得到，水凝胶为聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的三维网状结构，背衬层为无纺布。本发明提供的透明自粘附导电水凝胶电极具有良好生物兼容性、高透明性和高粘附性，制备过程简便，材料成本低廉，适合大规模生产。

技术领域

本发明设计涉及传感器和生物电采集/刺激等技术领域，具体涉及一种透明自粘附导电水凝胶电极，特别涉及一种具有高透明度、自粘附性，并且导电性能和电极形状可调控的导电水凝胶电极。

背景技术

随着医疗科技的迅速发展以及人们对健康问题的日益关注，精准医疗和个体医疗的需求越来越高，各种各样的医疗监测设备开始走进大众日常生活中，例如血糖仪、心率监测仪、肌肉康复训练器、电子理疗仪等。其中，基于生物电信号进行监测的仪器是应用最为广泛的一类，这些电信号主要包括脑电信号(EEG)、肌电信号(ECG)和心电信号(ECG)等，通过对这类电信号进行采集或刺激，不仅对于脑部或心脏疾病、神经或肌肉损伤的诊疗等具有重要的临床应用价值，还对于康复医学的基础研究、体育科学的研究等具有重要的学术价值。而传感器作为信号采集和刺激的最前哨，一直是研究和应用的热点，2015年，医疗传感器市场规模达到了82.1亿美元，预计到2022年将达到150亿美元，复合增长率为8.5％。传感器由电极和电路两部分构成，其中电极部分决定了传感器的监测阈值、信号稳定性以及应用形式，近二十年来，电极材料和性能的改进一直在如火如荼地进行，如今，电极的安全性、可调控性、灵敏性、便捷性等问题越来越受到人们的重视，在研究和应用领域均已逐渐形成由传统固态电极向柔性电极发展的趋势。

水凝胶电极便是新一代的柔性电极的代表。水凝胶是一种具有三维网状结构的且富含大量水分的材料。水凝胶材料质地柔软有韧性，还具有极好的生物兼容性和离子传输能力，从而使被广泛运用于制备柔性传感器、创口愈合、组织工程等领域。相较于传统固态电极，水凝胶电极具有和人体组织更为相近的特征，能很好地连接湿软的人体组织和干硬的电子元器件。但是，现有水凝胶电极普遍不能同时满足良好的生物兼容性、高透明性和高粘附性等特点，电极材料具有刺激性、电极在使用过程中变形以及电极颜色较深等问题不仅影响了监测结果，而且导致了不理想的测试体验，为解决这一问题，在此我们提供了一种新型的兼具良好生物兼容性、高透明性和粘附性，并且导电性能及形状尺寸可调控的水凝胶电极。

发明内容

本发明的目的是提供一种透明自粘附导电水凝胶电极及其制备方法，从而解决目前水凝胶电极不能同时满足良好生物兼容性、高透明性和高粘附性的问题，该水凝胶电极主要由聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚多巴胺纳米点(PDA NDs)构成，材料本身具有良好的生物兼容性；其中PVA和PVP在加热条件下经酸催化发生缩酮反应形成共价交联位点，从而构成整个水凝胶的骨架网络，该过程不涉及有毒有害的有机试剂、引发剂和交联剂；其中PDA NDs由过氧化氢/氢氧化钠处理聚多巴胺后得到，PDA NDs和钠离子(Na+)共同构成了水凝胶的内部导电网络；该水凝胶电极制备过程简便，材料成本低廉，适合大规模生产。

本发明提供了一种透明自粘附导电水凝胶电极，包括：保护膜层、导电水凝胶层、背衬层，其中，所述保护膜层、所述导电水凝胶层和所述背衬层由上至下依次排列，所述保护膜层为聚乙烯薄膜，所述导电水凝胶层为化学交联型水凝胶，由聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在加热条件下通过酸催化发生缩酮反应得到，所述水凝胶为聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮形成的三维网状结构，所述背衬层为无纺布。

进一步的，所述导电水凝胶层通过引入聚多巴胺的衍生物PDA NDs和Na+溶液形成导电网络。

进一步的，所述无纺布采用丙纶和聚氨酯胶制成。

进一步的，所述导电水凝胶层为所述水凝胶经浇注、裁剪制备出特定形状，所述导电水凝胶层与所述背衬层通过机械涂布后压合在一起。