[发明专利]柔性贴附皮肤电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种皮肤电极，包括依次层叠的多层石墨烯薄膜、导电聚合物层和可粘附的弹性基底。还公开一种皮肤电极的制备方法。本发明的皮肤电极采用原子级厚度的石墨烯，相对于传统的金属材料石墨烯具有不极化性特性，更适用于检测变化缓慢的生物电位；同时石墨烯还具有轻质、柔性及优异的化学和机械稳定等优势。更进一步，本发明的皮肤电极采用可粘附的弹性基底，可实现简化工艺、降低成本、重复使用等，并使得石墨烯基皮肤电极在运动状态电生理检测领域得到实际应用。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种皮肤电极及其制备方法和应用。

背景技术

传统的电生理信号检测系统中主要使用银/氯化银电极采集皮肤表面电生理信号，银/氯化银电极本体为金属硬质材料，为了降低电极与皮肤之间的接触阻抗，需通过导电凝胶作为中间信号采集介质实现与皮肤的紧密贴附，从而保证信号采集质量。而导电水凝胶会在使用过程中逐渐干涸，且在汗液环境中的粘附力会显著下降导致不能稳定贴附于皮肤表面，且其对某些人群也会引发皮肤刺激甚至过敏反应，因而不适合人体运动情形下和长期监测使用。

无凝胶的干电极方面的大多数工作仅研究了电极受机械力等影响后电学性质的变化；且在运动状态下，电极/皮肤界面易发生相对位移，产生运动伪影，严重干扰干电极信号采集的质量。开发可完贴合在皮肤表面，实现运动状态下跟随皮肤变形和信号稳定采集的柔性、轻量稳定、安全舒适皮肤电极是电生理检测在智能可穿戴领域应用的关键。

目前电生理柔性干电极实现贴附多依赖于超薄特性，如：薄金膜(价格昂贵、光电伪像影响)、超薄弹性基底(100nm级的SDBS/PDMS薄膜：贴合时效差、受汗液影响)、电子纹身工艺(制备复杂、单次使用)等，都无法实现运动状态和长时间检测应用。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种柔性贴附石墨烯皮肤电极及其制备方法及应用。

本发明一方面提供一种柔性贴附皮肤电极，所述皮肤电极包括依次层叠的多层石墨烯薄膜、导电聚合物层和可粘附的弹性基底。

根据本发明的一实施方式，所述多层石墨烯薄膜包括2-6层石墨烯。

根据本发明的另一实施方式，所述导电聚合物层包括PEDOT：PSS、表面活性剂和离子液体；优选，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、氟碳表面活性剂Zonyl FS-300中的一种或两种，所述离子液体为双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐。

根据本发明的另一实施方式，所述导电聚合物层的总质量为100％计，所述PEDOT：PSS、所述表面活性剂和所述离子液体的质量比为1.5：(0.5-1.0)：(0.5-1.0)。

根据本发明的另一实施方式，所述可粘附的弹性基底包括非离子表面活性剂改性聚二甲基硅氧烷；优选，所述非离子表面活性剂选自span85、span80、聚氧乙烯月桂醚、Tween85、聚乙二醇400单月桂酸酯、Tween80和Tween20中的一种或多种；更优选，以所述可粘附的弹性基底的总质量为100％计，所述非离子表面活性剂的质量含量为0.2-0.5％。

根据本发明的另一实施方式，所述可粘性的弹性基底的厚度为200-250微米，所述皮肤电极的总厚度为250-300微米。

根据本发明的另一实施方式，所述皮肤电极的90度剥离力为0.6-1.1N。