[发明专利]一种可用于脑电信号传感器且生物相容的导电水凝胶的制备

说明书

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种可用于生物传感器且生物相容的导电水凝胶的制备方法。所述的导电水凝胶包括以下组分：海藻酸钠、丙烯酰胺、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺、硫酸钙、氯化盐、聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)、丙三醇；本发明首先将海藻酸钠和丙烯酰胺在水中混合均匀，再加入N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺、硫酸钙、氯化盐、PEDOT/PSS、丙三醇得到混合预聚液，将混合预聚液注入模具内，在紫外灯下照射交联，加热进行反应，之后在室温下静置，得到导电水凝胶样品。

技术领域

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种可用于脑电信号传感器且生物相容的导电水凝胶的制备方法。

背景技术

生物电位信号是一个细胞的动作电位或一组细胞的平均电活动，这种信号可以在人体的不同位置检测。而脑电图信号，就是大脑细胞的平均活动在头皮上被采集到的信号。人类所有的生理和心理活动都由大脑控制，故这些信息都会体现在脑电图中，由此看来，能够高质量且便捷地采集脑电信号，对研究人类的认知、评估受试者的健康状况及监测他们的精神状态具有极大的意义。目前用于采集脑电信号的脑电传感器的电极有干电极、湿电极以及半干电极。其中干电极中的微尖电极能够大幅度降低界面阻抗，建立稳定的皮肤接触，但尖刺电极增加了感染和炎症反应的风险。而传统的生物电电位采集依赖于标准银/氯化银湿电极的使用，需要配合使用含有氯离子的导电膏，可以极大地降低头皮阻抗，但导电膏的使用需要专业的人员完成皮肤的清洁准备，而且采集信号之后还需清洗，过程复杂且耗时。有研究提出一种新型半干型电极，阻抗较低也无需使用导电膏，但采集信号之后仍需清洗程序。

发明内容

基于上述研究现状，本发明提出一种生物安全的、导电性良好的、保湿性强的导电水凝胶的制备方法。该导电水凝胶作为脑电信号传感器的半干型电极，可用于脑电帽、头环的穿戴式采集设备，具有良好的导电性、生物相容性，较好的保湿性、佩戴舒适性，能够长时间地采集脑电信号。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

本发明所述的一种导电水凝胶的制备方法，导电水凝胶包括以下组分：海藻酸钠、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、硫酸钙、氯化盐、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)、丙三醇；

导电水凝胶的制备方法包括以下步骤：

(1)将海藻酸钠，丙烯酰胺在水中混合均匀，除去气泡，制备溶液S1；

(2)将N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、硫酸钙、氯化盐溶解于水，除去气泡，制备溶液S2；

(3)将PEDOT/PSS、丙三醇、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺混合均匀，制备溶液S3；

(4)将S1、S2、S3均匀混合，得到的混合预聚液注入模具内，在紫外灯下照射交联0.5-1.5h，50～65℃下反应1-2h，之后在室温下静置12-24h，得到导电水凝胶样品。

进一步地，上述制备方法步骤(1)中海藻酸钠与丙烯酰胺质量比为1：4～1：8。

进一步地，上述制备方法步骤步骤(3)中PEDOT/PSS为导电剂，丙三醇为保湿剂；所述PEDOT/PSS、丙三醇的加入量均为S1体积的0.1倍。

进一步地，上述制备方法步骤(2)中氯化盐为氯化钾或氯化纳，加入量为丙烯酰胺质量的0.01-0.1倍。

进一步地，上述制备方法步骤(2)、(3)中N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，加入量为丙烯酰胺质量的0.0014倍；过硫酸铵为引发剂，加入量为丙烯酰胺质量的0.0036倍；N,N,N’,N’-四甲基乙二胺为加速剂，加入量为丙烯酰胺质量的0.025倍；硫酸钙的加入量为海藻酸钠质量的0.14倍。