聚合物复合物及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及聚合物复合物和包含这样的聚合物复合物的电气设备，所述聚合物复合物包含聚(亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)、水性聚氨酯(WPU)和糖醇，其中所述糖醇选自甘油、赤藓糖醇、苏糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露醇、山梨醇、半乳糖醇、岩藻糖醇、艾杜糖醇、肌醇、庚七醇、异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、麦芽四糖醇、氢化葡萄糖或它们的组合，且其中所述糖醇为聚合物复合物的20wt％至50wt％。本发明专利技术还涉及它们的制备方法和用途。特别地，本发明专利技术涉及适用于高效干/湿表皮电位监测本征型导电聚合物复合物。所述聚合物复合物有利地具有自粘附性和拉伸性，且可用作干电极。且可用作干电极。且可用作干电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物复合物及其制备方法和用途


[0001]本专利技术一般涉及聚合物组合物和包含该聚合物组合物的电气设备。本专利技术还涉及其制造方法和用途。具体而言，本专利技术涉及适用于高效干/湿表皮生物电位监测的本征型导电聚合物复合物。所述聚合物复合物有利地具有自粘附性和拉伸性，可用作干电极。

技术介绍

[0002]人体生物电位，如心电图学(ECG)、肌电图学(EMG)和脑电图学(EEG)对心脏、大脑和肌肉相关疾病的诊断和治疗具有重要意义。这些生物电位可以通过表皮电极与皮肤进行电连接来转导。有效的可穿戴电极对于准确记录这些生物电位信号至关重要，尤其是在日常生活中持续监测不明显的心脏病和康复的情况下。目前，Ag/AgCl凝胶电极在获得表面生物电位的临床环境中占主导地位，但由于凝胶电解质中液体的挥发和皮肤刺激性，在长期连续监测中容易出现信号退化。此外，尽管Ag/AgCl凝胶电极可以产生高质量的信号，但由于凝胶电解质中的液体蒸发，它们不适合用作可穿戴和长期监测设备。
[0003]人们一直致力于开发用于生物电位测量的皮肤友好型干电极。目前市场上的干电极主要分为干接触电极和干电容(非接触)电极。干电容电极会产生运动伪影，且对身体运动非常敏感，因此不适合生物电位监测。干接触电极主要包括金属薄膜、导电聚合物复合物和本征型导电聚合物。尽管金属薄膜可具有高导电性，但它们不可拉伸且不具有粘附性。因此，可观察到生物电位信号的高噪声，尤其是在身体运动期间。
[0004]最近关于干接触电极的研究主要集中在软导电聚合物复合物和本征型导电聚合物上，因为它们适应粗糙甚至变形的皮肤。导电聚合物复合物由弹性体和导电纳米填料组成，所述导电纳米填料例如为金属、纳米管、纳米线和纳米片。导电纳米填料在弹性体基体中占少数，导致导电纳米填料与人体皮肤之间小的有效接触面积。因此，此电极
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皮肤界面阻抗比使用Ag/AgCl凝胶电极的电极
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皮肤界面阻抗高几个数量级，并且可以观察到对生物电位信号的显著影响。在身体运动过程中，干电极和人体皮肤之间可能会发生不匹配，如果干电极与人体皮肤粘合，这种情况可以得到改善。具有仿生微柱或吸盘状结构的聚合物复合物贴片可以是可拉伸和粘附性的。然而，它们与皮肤的粘附性很容易受到皮肤上分泌的汗液或污垢以及结构的聚集或污染的影响。此外，吸力引起的这些结构的粘附会给受试者带来不适。人们还担心纳米填料的毒性。
[0005]因此，用于高质量记录的可穿戴干生物电位电极是医疗保健，尤其是长期生物医学监测所必需的。它们在皮肤上应具有低阻抗，以便可以获得高信噪比的生物医学信号。此外，它们应具有自粘附性和拉伸性，以便即使在身体运动时也能很好地适应皮肤。
[0006]因此，通常希望克服或改善上述困难中的一个或多个。

技术实现思路

[0007]本专利技术基于这样一种理解，即对于长期生物电位记录可穿戴干电极是需要的，但受限于其与皮肤的不完全顺应性，尤其是在身体运动和汗液分泌期间，导致高界面阻抗和
运动伪影。为此，专利技术人专利技术了一种用作干电极的本征型导电聚合物复合物，其具有优异的自粘附性、拉伸性和导电性。与目前的干电极和标准凝胶电极相比，所述聚合物复合物在静态和动态测量中显示出低得多的皮肤接触阻抗和噪声，从而能够在各种条件下(例如干燥和潮湿的皮肤)以及身体运动期间获取高质量的心电图(ECG)、肌电图(EMG)和脑电图(EEG)信号。干电极可用于复杂日常条件下的长期医疗监测。在临床环境中对该电极性能的进一步研究表明，干电极可以准确检测心房颤动的心律失常特征，并可以量化深部肌腱反射测试和抗阻力收缩期间的肌肉活动。在玻璃上进行的类似试验也表明，所述聚合物复合物可以适当地粘附在干燥或潮湿的表面上。
[0008]本专利技术提供了一种聚合物复合物，包含：
[0009]a)聚(亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)；
[0010]b)水性聚氨酯(WPU)；和
[0011]c)糖醇；
[0012]其中所述糖醇选自甘油、赤藓糖醇、苏糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露醇、山梨醇、半乳糖醇、岩藻糖醇、艾杜糖醇(iditol)、肌醇、庚七醇(volemitol)、异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、麦芽四糖醇、氢化葡萄糖(polyglycitol)或它们的组合；且
[0013]其中糖醇为聚合物复合物的约20wt％至约50wt％。
[0014]在一些实施方案中，PEDOT与PSS的比率为约2.5：1w/w。
[0015]在一些实施方案中，PEDOT：PSS为聚合物复合物的约4wt％至约25wt％。
[0016]在一些实施方案中，WPU为聚合物复合物的约37wt％至58wt％。
[0017]在一些实施方案中，糖醇为聚合物复合物的约38wt％。
[0018]在一些实施方案中，糖醇为D
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山梨醇。
[0019]在一些实施方案中，聚合物复合物进一步包含乙二醇，其占聚合物复合物的约0.2wt％至1.2wt％。
[0020]在一些实施方案中，聚合物复合物包含PEDOT：PSS、WPU和糖醇的均质混合物，其中PEDOT：PSS和WPU各自在聚合物复合物中形成单独的连续相。
[0021]在一些实施方案中，当PEDOT：PSS负载量为聚合物复合物的约19wt％时，聚合物复合物的断裂伸长率为约35％至约50％。
[0022]在一些实施方案中，聚合物复合物的电导率为约60S/cm至约600S/cm。
[0023]在一些实施方案中，聚合物复合物可重复拉伸至少400次。
[0024]在一些实施方案中，聚合物复合物的拉伸性大于约40％。
[0025]在一些实施方案中，聚合物复合物对皮肤的粘附力为约0.35N/cm至约0.7N/cm。
[0026]在一些实施方案中，聚合物复合物对玻璃表面的粘附力为约1N/cm至约2N/cm。
[0027]本专利技术还提供了一种聚合物复合物，包含：
[0028]a)聚(亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)，比例为约2.5：1w/w；
[0029]b)水性聚氨酯(WPU)；和
[0030]c)D
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山梨醇；
[0031]其中(PEDOT：PSS)为聚合物复合物的约4wt％至约25wt％；且
[0032]其中糖醇为聚合物复合物的约20wt％至约50wt％。
[0033]本专利技术还提供了一种电气设备，其包含如本文所公开的聚合物复合物。
[0034]在一些实施方案中，所述电气设备在10Hz下的电极皮肤电阻抗为约70KΩcm2至约100KΩcm2。
[0035]在一些实施方案中，所述电气设备可产生心电图(ECG)信号，其中ECG峰间电压为约1.6mV至约2mV。
[0036]在一些实施方案中，所述电气设备可产生肌电图(EMG)信号，其中峰间振幅与施加的力线性相关，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种聚合物复合物，包含：a)聚(亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)；b)水性聚氨酯(WPU)；和c)糖醇；其中所述糖醇选自甘油、赤藓糖醇、苏糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露醇、山梨醇、半乳糖醇、岩藻糖醇、艾杜糖醇、肌醇、庚七醇、异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、麦芽四糖醇、氢化葡萄糖或它们的组合；且其中所述糖醇为聚合物复合物的约20wt％至约50wt％。2.根据权利要求1所述的聚合物复合物，其中PEDOT与PSS的比率为约2.5：1w/w。3.根据权利要求1或2所述的聚合物复合物，其中所述PEDOT：PSS为聚合物复合物的约4wt％至约25wt％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚合物复合物，其中所述WPU为聚合物复合物的约37wt％至58wt％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物复合物，其中所述糖醇为聚合物复合物的约38wt％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚合物复合物，其中所述糖醇为D
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山梨醇。7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚合物复合物，其中所述聚合物复合物进一步包含乙二醇，所述乙二醇占聚合物复合物的约0.2wt％至1.2wt％。8.根据权利要求1至7中任一项所述的聚合物复合物，其中所述聚合物复合物包含PEDOT：PSS、WPU和糖醇的均质混合物，其中PEDOT：PSS和WPU各自在聚合物复合物中形成单独的连续相。9.根据权利要求1至8中任一项所述的聚合物复合物，其中当PEDOT：PSS负载量为聚合物复合物的约19wt％时，所述聚合物复合物的断裂伸长率为约35％至约50％。10.根据权利要求1至9中任一项所述的聚合物复合物，其中所述聚合物复合物的电导率为约60S/cm至约600S/cm。11.根据权利要求1至10中任一项所述的聚合物复合物，其中所述聚合物复合物可重复拉伸至少400次。12.根据权利要求1至11中任一项所述的聚合物复合物，其中所述聚合物复合物的拉伸性大于约40％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳建勇，张磊，任洪亮，基尔蒂卡，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：