电极、信号检测系统及应用于电极的水凝胶及其制备方法技术方案

本发明专利技术属于生物医用器械相关技术领域，其公开了一种电极、信号检测系统及应用于电极的水凝胶及其制备方法，所述水凝胶为疏水水凝胶或者粘性水凝胶，其中，所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠单体、Nacl、C

【技术实现步骤摘要】
电极、信号检测系统及应用于电极的水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物医用器械相关
，更具体地，涉及一种电极、信号检测系统及应用于电极的水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，新材料和新工艺方面的相关研究成果推动了生物电测量电极制备工艺和应用的飞速发展。由于表皮电极直接与生物体组织接触，需要有良好的可拉伸性和生物相容性。而传统的生物电测量电极通常由金属材料、硅基材料制造加工而成，具有较高的杨氏模量。因此，将传统刚性电极直接应用于生物柔软组织不仅会导致测量信号的准确性不高，还会引发严重的组织损伤，而解决这一问题的方法是将电极柔软化。
[0003]相比于传统刚性电极，柔性电极与人体皮肤贴合更加紧密和舒适，因此对人体组织刺激更小。常用的柔性电极主要通过在弹性体上填充导电材料制成，由基底层、电极层和封装层组成。其中，基底材料和封装材料主要为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和聚对二甲苯，电极材料主要为金属(金、银和铂等)、碳材料(碳纳米管和石墨烯等)和导电聚合物。尽管这提供了一种简单的柔性电极制造方法，但较差的拉伸能力仍不能满足柔性电极的高应变要求。
[0004]近年来的研究表明，人体的脑电信号和情感状态间存在着相关性，通过一些分析手段和智能算法便可以构建脑电信号和情感状态之间的联系，从而根据脑电信号判断人体的情感状态。但受限于传统器件极差的拉伸性和生物相容性，商用的可穿戴设备无法判断用户的情感状态。因此开发一种能够持续采集脑电信号的可穿戴设备，在治疗和预防心里疾病方面有着广阔前景。/>
技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电极、信号检测系统及应用于电极的水凝胶及其制备方法，所提供的水凝胶中的疏水水凝胶的制备原料进行了改进，使得该疏水水凝胶具有良好的疏水性，防止水凝胶遇水时机械性能下降，拉伸性降低，且确保水凝胶电极在湿润场景中稳定工作，扩大了水凝胶电极的使用场景，进而通过结构设计和水凝胶电极赋予检测模块能够紧密贴附于人体皮肤并共形的能力，能够持续检测的同时避免引发皮肤疾病。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种应用于电极的水凝胶，所述水凝胶为疏水水凝胶或者粘性水凝胶，其中，所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠单体、Nacl、C
18
、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂；
[0007]所述粘性水凝胶的组分包括两性离子单体、丙烯酰胺单体、黏土、粘性单体、甘油、引发剂以及N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺单体。
[0008]进一步地，所述疏水水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺单体、所述十二烷基硫酸钠单体及所述C
18
所占的质量分数分别为1.5wt％～3wt％、2wt％～5wt％、0.1wt％～0.3wt％。
[0009]进一步地，所述疏水水凝胶的组分中的C
18
能由C
16
、C
14
、C
12
或者C8替换。
[0010]进一步地，所述粘性水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺、所述黏土、两性离子单体及粘性单体所占的质量百分数分别为10wt％～30wt％、1.5wt％～3wt％、2wt％～3wt％、1wt％～2wt％。
[0011]进一步地，所述两性单体包括ATAC、SBMA、AMPS、CDME中的任意一种或多种；所述粘性单体包括多巴胺、聚多巴胺、单宁酸中的任意一种或多种；所述引发剂为光引发剂Irgacure2959。
[0012]本专利技术还提供了一种如上所述的应用于电极的水凝胶的制备方法，所述疏水水凝胶的制备包括以下步骤：
[0013](1)将十二烷基硫酸钠单体溶解在氯化钠溶液中，以形成SDS/NaCl胶束；
[0014](2)将C
18
单体放置于得到的溶液中后加热搅拌预定时间以使得C
18
进入胶束，然后将丙烯酰胺单体溶解在搅拌后的溶液中；
[0015](3)对得到的混合溶液进行氮气脱气后，加入N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂并进行搅拌，然后进行氮气脱气，进而得到疏水水凝胶；
[0016]所述粘性水凝胶的制备包括以下步骤：
[0017](1)将丙烯酰胺单体、两性离子单体、黏土、粘性单体配置为溶液后均匀滴入玻璃瓶中，并在振荡器上振荡直至溶液均匀混合；
[0018](2)将离子水、有机醇、引发剂依次加入得到的混合溶液中后，放入超声机中进行超声震荡以进行脱气，进而得到粘性水凝胶。
[0019]本专利技术还提供了一种电极，所述电极为疏水自黏水凝胶表皮电极，其包括自上而下设置的疏水层、电极层及粘性层，所述疏水层及所述粘性层分别是采用如上所述的疏水水凝胶及粘性水凝胶制备而成的。
[0020]进一步地，所述粘性层形成有凹槽，所述电极层设置在所述凹槽内，所述疏水层设置在所述粘性层上，且其覆盖所述凹槽；所述电极层包括Ecc电极及ecoflex基底，所述Ecc电极设置在所述凹槽的槽底上，所述ecoflex基底包覆在所述Ecc电极的外侧，即所述ecoflex基底形成有收容槽，所述收容槽与所述凹槽的槽底形成收容部，所述Ecc电极设置在所述收容部内。
[0021]进一步地，所述电极的整体厚度为300微米～500微米，所述粘性层的厚度为100微米～200微米，所述疏水层的厚度为100微米～200微米。
[0022]本专利技术还提供了一种信号检测系统，所述信号检测系统为表皮贴附式情绪识别系统，其包括前端信号检测模块、后端信号处理输出模块及移动终端人机交互APP，所述前端信号检测模块包括如上所述的电极，其用于采集用户的脑电信号数据；所述后端信号处理输出模块与所述前端信号检测模块相连，其用于接收来自所述前端信号检测模块的检测信号并对接收到的信号数据进行分析处理以得到脑电信号，同时将分析处理得到的脑电信号无线传输至外部的所述移动终端人机交互APP，所述移动终端人机交互APP对接收到的脑电信号进行进一步的智能算法处理以识别人的情绪，当发现状态异常时发出报警信号。
[0023]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的电极、信号检测系统及应用于电极的水凝胶及其制备方法主要具有以下有益效果：
[0024]1.所提供的水凝胶中的疏水水凝胶的制备原料进行了改进，通过光引发聚合，在
氯化钠溶液中，Ca
2+
和组分XLG联合诱导C
18
和SDS疏水重排，增大水凝胶的疏水性，防止水凝胶遇水时机械性能下降，拉伸性降低，且确保水凝胶电极在湿润场景中稳定工作，扩大了水凝胶电极的使用场景。
[0025]2.所述粘性水凝胶的两性离子具有静电耦合的特性；TA包含有儿茶酚基团，具有化学黏附性；甘油中具有氢键，能增加表面粗糙度；以上三种组分的特性联合作用，增加了水凝胶的黏附性，能确保水凝胶电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于电极的水凝胶，其特征在于：所述水凝胶为疏水水凝胶或者粘性水凝胶，其中，所述疏水水凝胶的组分包括丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠单体、Nacl、C
18
、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺单体、黏土及引发剂；所述粘性水凝胶的组分包括两性离子单体、丙烯酰胺单体、黏土、粘性单体、甘油、引发剂以及N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺单体。2.如权利要求1所述的应用于电极的水凝胶，其特征在于：所述疏水水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺单体、所述十二烷基硫酸钠单体及所述C
18
所占的质量分数分别为1.5wt％～3wt％、2wt％～5wt％、0.1wt％～0.3wt％。3.如权利要求1所述的应用于电极的水凝胶，其特征在于：所述疏水水凝胶的组分中的C
18
能由C
16
、C
14
、C
12
或者C8替换。4.如权利要求1所述的应用于电极的水凝胶，其特征在于：所述粘性水凝胶的组分中，所述丙烯酰胺、所述黏土、两性离子单体及粘性单体所占的质量百分数分别为10wt％～30wt％、1.5wt％～3wt％、2wt％～3wt％、1wt％～2wt％。5.如权利要求4所述的应用于电极的水凝胶，其特征在于：所述两性单体包括ATAC、SBMA、AMPS、CDME中的任意一种或多种；所述粘性单体包括多巴胺、聚多巴胺、单宁酸中的任意一种或多种；所述引发剂为光引发剂Irgacure2959。6.一种权利要求1所述的应用于电极的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述疏水水凝胶的制备包括以下步骤：(1)将十二烷基硫酸钠单体溶解在氯化钠溶液中，以形成SDS/NaCl胶束；(2)将C
18
单体放置于得到的溶液中后加热搅拌预定时间以使得C
18
进入胶束，然后将丙烯酰胺单体溶解在搅拌后的溶液中；(3)对得到的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴豪，杨淦光，朱侃浩，周森，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：