一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片及其制备方法，具体制备方法包括：将甘油、明胶、聚乙烯醇和植酸溶于水，在70~100℃的环境使上述混合物转变为澄清的透明溶液，再将该透明溶液倒入模具中进行冷冻处理，即得到一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片。本发明专利技术新型水凝胶电极贴片无色透明，具有良好的空间稳定性、锁水性、导电性、抗菌性、黏附性和易完整剥离性，在人机交互医疗监控设备方面具有良好应用前景。备方面具有良好应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片及其制备方法


[0001]本专利技术属于水凝胶制备
，具体涉及一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着人工智能的快速发展，可穿戴柔性电子设备能够实现人体运动信息及生理信息（如肌电、心电、脑电）的实时监测，在健康检测、人机交互等领域具有重要应用。水凝胶由3D微结构网络高分子构建而成，其材料柔软而富有弹性，具有良好的生物相容性和皮肤贴合性，因此开发具有传感功能的导电水凝胶成为当下研究热点。为了获得准确的生理信号，并减少人体运动对信号的干扰，应用于可穿戴设备的导电水凝胶材料和皮肤间要有良好的黏附作用，因此大量研究聚焦于如何提高水凝胶的导电性和黏附性，而忽略了材料和皮肤的剥离问题，这使得器械使用完毕后，从皮肤不完全剥离造成的残留易引起使用者心理不适，器械寿命短暂，甚至由于与皮肤粘性过大而对皮肤造成损害。通过仿生学研究（例如章鱼吸盘，壁虎脚，牛蒡种子等），虽然实现了界面间的可逆黏附，但它们大多适用于粗糙的平坦基材，在自由形态和柔软表面（例如皮肤）上的使用效果并不理想。因此，开发出一种可用于健康监测的具有可控黏附/剥离的导电水凝胶材料贴片，无疑在柔性电子可穿戴、医疗监控，生物电子器械等领域具有重要意义。
[0003]
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片及其制备方法。
[0005]本专利技术通过如下过程实现：一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片，包括如下组分：甘油、明胶、聚乙烯醇、植酸和水，各组分之间的质量比相当于质量百分数为5~50wt %甘油水溶液与明胶、聚乙烯醇和质量百分数为30~80wt %植酸水溶液的质量比为（5~25）:（0.1~2）:（1~10）:（10~50）。
[0006]上述的聚乙烯醇分子量为16000
‑
200000Da，明胶的分子量为20000
‑
150000Da。
[0007]一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片的制备方法，包括以下步骤：将甘油水溶液与明胶、聚乙烯醇和植酸水溶液混合均匀得透明溶液，再将该透明溶液倒入模具中，冷冻交联即得到可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片。
[0008]上述的甘油水溶液中甘油的质量百分数为5~50wt %；植酸水溶液中植酸的质量百分数为30~80wt %；所述的聚乙烯醇分子量为16000
‑
200000Da，明胶的分子量为20000
‑
150000Da。甘油水溶液:明胶:聚乙烯醇:植酸水溶液的质量比为（5~25）:（0.1~2）:（1~10）:（10~50）。
[0009]上述溶液混合过程温度为30~100℃，优选为70~100℃。
[0010]上述溶液混合才用搅拌方式，搅拌转速为400~1500 r/min。
[0011]上述交联反应的温度为4 ~
ꢀ‑
50℃，保持时间为15~72小时。
[0012]上述方法所获得的新型水凝胶电极贴片无色透明，具有良好的空间稳定性、锁水性、导电性、抗菌性、黏附性和易完整剥离性。
[0013]本专利技术所涉及的可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片的形成机理是：聚乙烯醇是一维多羟基高分子，明胶是一种含有丰富的氨基、羧基和羟基等功能基团的胶原蛋白水解后的高分子产物，植酸又名肌醇六磷酸，每分子植酸含有六个磷酸根离子，极易与氨基形成离子键，与羟基形成氢键，故植酸可与聚乙烯醇和明胶分子链上的相关功能基团键连了起来，形成了一个分子间立体网络交联结构。聚乙烯醇和明胶这两种线性高分子在甘油水溶液中因甘油对水分子的强的锚定作用而使线性分子链外围水化膜稳定性大大降低，分子间舒展交错，侧链基团充分暴露相互间极易形成大量分子间氢键。氢键键能很低，高温下氢键不能存在，但是已经形成分子间立体网络交联结构的聚乙烯醇、明胶和植酸复合物放置于低温环境时，在甘油的促进作用下，立体网络中的各官能团间便可形成很强的氢键，最终获得具有良好的空间稳定性、锁水性、导电性、抗菌性、黏附性和易完整剥离性的可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片。
[0014]本专利技术积极效果在于：（1）本专利技术用于健康监测的新型水凝胶电极贴片充分利用聚乙烯醇和明胶高分子网络中植酸的离子键交联和电离出氢离子作用，以及在高低温区间氢键的强弱可逆性，实现电极贴片的稳定性和黏度的温度可控性。（2）区别于传统反复冻融法制备聚乙烯醇水凝胶，本专利技术所述用于健康监测的新型水凝胶电极贴片在不引入化学交联剂的基础上，只需要一次冷冻即可获得一种可逆黏附水凝胶电极贴片，在保证所得材料安全无毒的基础上，极大程度上节约时间，减低成本，且所述电极贴片具有良好的透光性及柔韧性，在美观度及舒适度上更容易被使用者接受，便于推广应用。（3）本专利技术涉及的用于健康监测的新型水凝胶电极贴片具有很好的抗菌性，且对皮肤有良好的粘附性及自适应性，即使在运动状态下也能有效贴合皮肤，利用其导电性及拉伸弯曲产生的电流电阻变化，可有效采集身体电信号变化，在人机交互医疗监控设备方面具有良好应用前景。
[0015]说明书附图图1新型水凝胶电极贴片的实物照片；图2新型水凝胶电极贴片的傅里叶红外图；图3新型水凝胶电极贴片的流变性质图；图4新型水凝胶电极贴片对不同基材的黏性照片；图5新型水凝胶电极贴片对皮肤的自适应性照片；图6新型水凝胶电极贴片从皮肤剥离照片；图7新型水凝胶电极贴片导电性测试照片；图8新型水凝胶电极贴片抗菌性能照片。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术具体实施例，对本专利技术的目的和技术方案做进一步说明，本专利技术所用材料均可通过商业途径得到。
[0017]实施例1，用于健康监测的新型水凝胶电极贴片的制备在1.5克20wt %的甘油水溶液中加入0.06g明胶、0.54g聚乙烯醇和3克50wt %的植酸水溶液，将其放于85℃的水浴锅中800 r/min磁力搅拌30分钟得到澄清透明混合液后倒
入模具中，再放入
‑
20℃冰箱中冷冻48小时，即得到一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片。
[0018]对本实施例中制备的新型水凝胶电极贴片理化性质进行表征，图1为实施例1所制备的水凝胶电极贴片的外观照片，可以看出其外观上呈无色透明，透过电极贴片能清晰看到被其覆盖的文字内容，说明所属水凝胶有良好透光性；图2为实施例1制备的水凝胶电极贴片的傅里叶红外谱图，在995 cm
‑1和1044 cm
‑1出现特征峰分别对应P
‑
O键和C
‑
N键，说明实施例1所制备的电极贴片中含有植酸和明胶，在3210~3370 cm
‑1处的宽带说明材料含有大量
‑
OH，和聚乙烯醇相比，水凝胶电极贴片中存在大量氢键，因此
‑
OH位置发生右移；图3为实施例1所制备水凝胶电极贴片的流变性能，说明随温度升高储能模量快速下降电极贴片黏度增大，反之黏度减小。
[0019]实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片，其特征在于包括如下组分：甘油、明胶、聚乙烯醇、植酸和水，各组分之间的质量比相当于质量百分数为5~50wt %甘油水溶液与明胶、聚乙烯醇和质量百分数为30~80wt %植酸水溶液的质量比为（5~25）:（0.1~2）:（1~10）:（10~50）。2.根据权利要求1所述可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片，其特征在于：所述的聚乙烯醇分子量为16000
‑
200000Da，明胶的分子量为20000
‑
150000Da。3.权利要求1所述可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片的制备方法，其特征在于：将甘油水溶液与明胶、聚乙烯醇和植酸水溶液混合均匀得透明溶液，再将该透明溶液倒入模具中，冷冻交联即得到可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片。4.根据权利要求3所述可用于健康监测的新型水凝胶电极贴片的制备方法，其特征在于：所述的甘油水溶液中甘油的质量百分数为5~50wt %；植酸水溶液中植酸的质量百分数为30~80wt %；所述的聚乙烯醇分子量为16000

【专利技术属性】
技术研发人员：惠俊峰，刘婉，范代娣，郑晓燕，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：