一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极及其制备方法，该制备方法包括：配制液态金属纳米墨水；对液态金属纳米墨水进行超声分散；准备抽滤装置，采用能过滤所述液态金属纳米墨水中的溶剂的滤纸；吸取超声分散后的液态金属纳米墨水，滴入抽滤装置中进行抽滤；取下滤纸，施压进行机械烧结，得到液态金属导电片；对液态金属导电片按设计的图案进行激光加工，得到柔性电极；在所述柔性电极的指定区域涂覆保护层，常温固化后进行封装。采用本发明专利技术的技术方案，制备得到的柔性生物电极导电性好，具有良好的生物相容性，整个制备过程简单、快速，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极及其制备方法
本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极及其制备方法。
技术介绍
传统生物电极所用材料多为金、银、铂等，采用具有良好柔韧性、介电性、良好生物相容性的聚合物作为基底材料，结合丝网印刷、掩膜版印刷、气相沉积等操作工艺，可以制备具有C型结构、平面结构、双面/双层结构、三维结构等的柔性生物电极。镓铟共晶合金此种液态金属具有熔点低、室温下呈液态的特性，并且其同时具有良好的导电性以及较好的生物相容性，在柔性电子领域具有独特的优势。与此同时，液态金属材料同时还具有表面张力大的特性，现阶段可通过对其进行多种材料复合化、选择特定基底材料、材料微纳米化、定制特殊机器等方法实现液态金属的线路图案化。将液态金属制备成液态金属纳米墨水可解决液态金属的界面润湿性问题，扩大了柔性基底材料的选择范围。然而，目前制备稳定分散的液态金属纳米墨水所用稳定剂成分多对人体有害，难以在保证界面润湿好线路成型效果好的同时保持材料本身的良好生物相容性，丧失了材料的本征优势，阻碍了液态金属材料在生物医疗中制备柔性电极的应用。而且目前所制备生物电极的设备材料要求高，价格贵，很多制备过程还需要额外的制备掩膜版、或是制备高分子薄膜等过程，工艺环节多，流程复杂，且在使用过程中易出现变形处断裂、线路磨损导致生理信号监测收集缺失等问题，降低了生物电极使用过程中的稳定性。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极及其制备方法。其中液态金属纳米墨水稳定分散、生物相容性好，无需使用光刻、印刷、浇注或是剥离等复杂工艺便可制备柔性生物电极，在可穿戴电子设备、生物医疗等领域具有广泛应用前景。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法，其包括：步骤S1，配制液态金属纳米墨水；步骤S2，对液态金属纳米墨水进行超声分散；步骤S3，准备砂芯抽滤装置，采用能过滤所述液态金属纳米墨水中的溶剂的滤纸；步骤S4，吸取超声分散后的液态金属纳米墨水，滴入抽滤装置中进行抽滤；步骤S5，取下滤纸，施压进行机械烧结，得到液态金属导电片；步骤S6，对液态金属导电片按设计的图案进行激光加工，得到柔性电极；步骤S7，在所述柔性电极的指定区域涂覆保护层，常温固化后进行封装。其中，柔性电极的首端和尾端分别需要连接神经和导线用于接受和传递刺激信号，所以封装部分就是中间导通部分，也就是指定区域。采用此技术方案，采用液态金属纳米墨水结合抽滤、激光加工的技术工艺制备得到的柔性生物电极，柔韧性好，生物相容性好，稳定性好。采用超声分散，使得液态金属纳米墨水中的纳米金属分散均匀。采用抽滤成型的方式，设备简单，仅仅只需一套过滤装置，操作简单，速度快，成本低，无需大型额外机械设备以及制备掩膜版等材料消耗以及浇注、剥离等复杂的操作步骤和工艺技术，抽滤后的烧结能恢复抽滤片的良好导电性能，破坏纳米颗粒的壳层，从而使得液态金属再次恢复良好的连接，保证其作为生物电极的良好的电信号传导效果，结合激光加工即可制备得到尺寸可控且图案稳定的柔性生物电极。其中，滤纸可以根据液态金属纳米墨水是有机体系还是水体系进行选择。有机系滤纸就是用于过滤有机溶液。水系滤纸就是过滤水系溶液的。进一步的，所述机械烧结的温度为常温，也就是在常温的条件下，通过加压的方式烧结，因此滤纸完整性并不会被破坏。进一步的，机械烧结的压力大于5Mpa。作为本专利技术的进一步改进，所述液态金属纳米墨水的成分包括EGaIn和溶剂。其中，EGaIn合金为纳米结构。采用此技术方案，利用镓铟共晶合金的熔点低、室温下呈液态的特性，并且其同时具有良好的导电性以及较好的生物相容性，使得到的柔性生物电极具有良好的导电性和生物相容性。作为本专利技术的进一步改进，所述液态金属纳米墨水的成分还包括聚乙烯吡络烷酮，所述溶剂为乙醇。其中，聚乙烯吡络烷酮作为稳定剂，保证液态金属纳米墨水良好分散，同时保证其材料本身良好生物相容性。作为本专利技术的进一步改进，所述EGaIn中Ga与In的质量比为3:1。EGaIn中各成分的质量百分比为镓75.5%、铟24.5%。进一步的，所述聚乙烯吡络烷酮的质量为EGaIn质量的2~8%。进一步的，所述EGaIn在液态金属纳米墨水中的浓度为0.05~0.15g/ml。采用此技术方案，得到液态金属纳米墨水分散稳且具有良好生物相容性。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，在水浴的条件下对液态金属纳米墨水进行超声分散，水浴温度为18~25℃。进一步的，所述水浴温度为20℃。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，超声分散的时间为20-40min。进一步的，超声功率为50%。作为本专利技术的进一步改进，所述保护层的材质为Ecoflex。所述Ecoflex为脂肪族芳香族无规共聚酯。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述滤纸的孔径为0.1~0.5μm。进一步的，步骤S3中，所述滤纸的孔径为0.2μm。进一步的，所述滤纸的直径为50mm。作为本专利技术的进一步改进，步骤S4中，抽滤的液态金属纳米墨水的量为0.5~2ml。进一步的，所述抽滤的液态金属纳米墨水的量为1ml。本专利技术还公开了一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极，其采用如上任意一项所述的基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：采用本专利技术的技术方案，通过制备稳定分散、生物相容性好的液态金属纳米墨水，结合抽滤激光加工的工艺技术，制备柔性生物电极导电性好，并具有良好生物相容性，整个制备过程环节简单，抽滤方式制备快速，操作简单无需复杂技术，整个制备周期短，烧结过程保证了生物电极的良好导电性，并且整个制备方法中无需光刻制备掩膜版、浇注、剥离等复杂的工艺流程和操作环节，降低了时间成本、设备空间成本、所需的技术成本、材料成本等，可广泛应用于可穿戴电子设备，生物医学等领域。附图说明图1是本专利技术的一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备流程示意图。图2是本专利技术的一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的结构示意图。图3是本专利技术的一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的细胞毒性试验的结果图。图4是本专利技术的一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的小鼠肌电信号检测结果图；其中a）是染色之后细胞在显微镜下的图片，b）是激光激发后显示的活细胞的荧光成像照片，c）是激光激发后显示的死细胞的荧光成像照片，d）是活细胞和死细胞一起的荧光成像图片。图5是本专利技术的一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的小鼠肌电信号检测图；其中，a）是活体小鼠肌电信号检测实验图，左侧是示意图，右侧为与左图框框对应的实际实验图，b）为检测到的肌电信号图，右侧的图为左左框框内的放大图。附图标记包括：1-滤纸基底层，2-液态金属导电层，3-Ecoflex封装层。...

【技术保护点】
1.一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法，其特征在于，其包括：/n步骤S1，配制液态金属纳米墨水；/n步骤S2，对液态金属纳米墨水进行超声分散；/n步骤S3，准备抽滤装置，采用能过滤所述液态金属纳米墨水中的溶剂的滤纸；/n步骤S4，吸取超声分散后的液态金属纳米墨水，滴入抽滤装置中进行抽滤；/n步骤S5，取下滤纸，施压进行机械烧结，得到液态金属导电片；/n步骤S6，对液态金属导电片按设计的图案进行激光加工，得到柔性电极；/n步骤S7，在所述柔性电极的指定区域涂覆保护层，常温固化后进行封装。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法，其特征在于，其包括：
步骤S1，配制液态金属纳米墨水；
步骤S2，对液态金属纳米墨水进行超声分散；
步骤S3，准备抽滤装置，采用能过滤所述液态金属纳米墨水中的溶剂的滤纸；
步骤S4，吸取超声分散后的液态金属纳米墨水，滴入抽滤装置中进行抽滤；
步骤S5，取下滤纸，施压进行机械烧结，得到液态金属导电片；
步骤S6，对液态金属导电片按设计的图案进行激光加工，得到柔性电极；
步骤S7，在所述柔性电极的指定区域涂覆保护层，常温固化后进行封装。


2.根据权利要求1所述的基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法，其特征在于：所述液态金属纳米墨水的成分包括EGaIn和溶剂。


3.根据权利要求2所述的基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法，其特征在于：所述液态金属纳米墨水的成分还包括聚乙烯吡络烷酮，所述溶剂为乙醇。


4.根据权利要求3所述的基于液态金属纳米墨水的柔性生物电极的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯吡络烷酮的质量为EGaIn质量的2~8%；所述EGaIn在液...

【专利技术属性】
技术研发人员：马星，张铭扬，李国强，刘小嘉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44