[发明专利]一种超疏水高导电柔性干电极及其制作方法

说明书

本发明公开了一种超疏水高导电柔性干电极及其制作方法，属于生物电极领域，步骤包括，制备导电且单面具有仿生荷叶结构的聚合物薄膜；制备孔洞石墨烯；在孔洞石墨烯表面生长氧化锌纳米线；用导电聚合物包覆氧化锌纳米线和孔洞石墨烯，得到有源层；用导电凝胶将聚合物薄膜非仿生荷叶结构的一面与有源层结合在一起，组装成超疏水高导电柔性干电极。利用氧化锌纳米线增大石墨烯的比表面积，利用导电聚合物保护孔洞石墨烯和氧化锌纳米线，具有更强的柔性和变形能力；聚合物薄膜无仿生荷叶结构的一面与有源层紧密结合，有仿生荷叶结构的一面为有源层阻隔汗液；在实现柔性的同时，还兼具自清洁防污染，高韧性，低阻抗，高信噪比和抗运动伪影等功能。

技术领域

本发明涉及一种超疏水高导电柔性干电极及其制作方法，属于生物电极领域。

背景技术

生物信号包括例如脑电图（EEG）、心电图（ECG）等电生理信号，例如脉搏、体温等生理信号，例如压力、应变等机械信号，以及例如葡萄糖浓度、pH等生化信号。这些信号有助于监测身体功能，跟踪各种疾病的表现和进展。探测这些信号的传统测量设备通常笨重且为刚性结构，难以获取组织和器官的高质量信号。新兴的测量电极通常具有柔软、可拉伸的特性，这需要在材料设计中采用新的方法：例如通过对现有材料进行纳米级处理来最小化应变；或者合成新的功能性纳米材料。块状刚性材料一旦变薄并定向为纳米结构，就会变得容易变形。自上而下（Top-Down）加工的纳米材料和自下而上（Bottom-Up）合成的纳米材料的混合可以在不破坏机械变形性的情况下提高性能并具有更多功能。这些化学合成的纳米材料在电生理信号探测可表现出其块状材料所不具备的独特的电学、光学和电化学性能。但当前应用于电生理信号探测的柔性干电极仍然存在疏水效果差、易受污染、易受干扰、循环利用率低以及电极与皮肤接触面积小等问题。

石墨烯具有超高固有电导率、高表面积、高化学稳定性、优异的机械性能，然而，在基面中具有扩展π-共轭的原始石墨烯易通过强范德华力以及π-π堆叠相互作用而重新堆积，从而形成不可逆团聚体，导致比表面积低。经过化学转变的改性石墨烯能够提高比表面积，例如多孔石墨烯是一种新型的石墨烯衍生物，比表面积比原始石墨烯更高，且具有丰富的有效边缘活性位点，可以缩短不同石墨烯层之间的电解质离子传输，具有超高的电导率，作为探测电极可有效提高导电性能，从而增加采集信号的信噪比和稳定性。但单纯的孔洞石墨烯比表面积还是有限，另外，单纯的改性石墨烯结构不稳定，容易在弯曲后断裂脱落。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超疏水高导电柔性干电极及其制作方法，制得的干电极具有高比表面积，石墨烯不易断裂，抗干扰能力强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，本申请提供一种超疏水高导电柔性干电极制作方法，包括以下步骤：

制备导电且单面具有仿生荷叶结构的聚合物薄膜；

对石墨烯改性，得到孔洞石墨烯；

在所述孔洞石墨烯表面生长氧化锌纳米线；

用导电聚合物包覆所述氧化锌纳米线和所述孔洞石墨烯，得到有源层；

用导电凝胶将所述聚合物薄膜非仿生荷叶结构的一面与所述有源层结合在一起，组装成所述超疏水高导电柔性干电极。

本申请提供的超疏水高导电柔性干电极制作方法制得的柔性干电极利用氧化锌纳米线增大石墨烯的比表面积，利用导电聚合物保护孔洞石墨烯和氧化锌纳米线，具有更强的柔性和变形能力，使有源层能更好地与皮肤孔隙接触，石墨烯、氧化锌、石墨烯与氧化锌的连接结构在变形过程中不易损坏，聚合物薄膜无仿生荷叶结构的一面与有源层紧密结合，有仿生荷叶结构的一面为有源层遮挡汗水、皮屑等杂质，能够抗运动伪影，有利于获取高质量的生物信号。