一种导电自粘纳米纤维膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种导电自粘纳米纤维膜及其制备方法与应用，属于纳米纤维膜技术领域。本发明专利技术所述的制备方法，包括以下步骤，(1)将聚氨酯溶于混合溶剂得到纺丝液；(2)通过高压静电纺丝技术将纺丝液制成纳米纤维膜；(3)将纳米纤维膜浸入聚二甲基硅氧烷溶液中，经烘干得到自粘纳米纤维膜；(4)在自粘纳米纤维膜表面负载银纳米线，得到所述导电自粘纳米纤维膜。本发明专利技术所述的导电自粘纳米纤维膜赋予基底材料优异的导电性，又保留了其优异的力学性能，在降低皮肤接触阻抗、提高信号采集质量等方面具有明显效果。此外，制备流程简单，成本低，使用过程安全，在生物电信号监测领域具有创新性。在生物电信号监测领域具有创新性。在生物电信号监测领域具有创新性。

【技术实现步骤摘要】
一种导电自粘纳米纤维膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于纳米纤维膜
，尤其涉及一种导电自粘纳米纤维膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]生物电信号是生物体最基本的生理信号之一，电极可将人体内的离子信号转换为电信号，是生物离子信号与电子设备的转换连接枢纽。通常，人体电信号是通过使用贴在皮肤表面的电极釆集得到，这样能够最大程度减小对皮肤的侵害，目前临床医学常用的监测人体电信号的电极为标准Ag/AgCl湿电极，该电极信号采集质量高，具有较好的信噪比和可靠。但由于凝胶变干会降低采集生物电信号的质量，且长时间佩戴会对皮肤产生损伤，不能用于长时间监测生物电信号，且采集生物信号时会随着监测时间的延长降低信号采集的质量。
[0003]织物电极可以避免电极变干、信号采集质量下降的问题，但是织物电极在与人体皮肤接触时，与皮肤界面贴合不紧密，接触界面间隙较大，使织物电极与人体皮肤接触界面的阻抗较大，电学性能下降，影响信号采集质量。
[0004]聚合物纳米纤维膜可用于直接附着在人体皮肤上的透气软电子器件的构建，使其与活体具有机械兼容性，以实现高保真的健康监测，为了实现长期监测，软电子器件应该能够在不使用外部固定或粘合剂的情况下持续附着在皮肤上，因此有必要制备出一种坚固、自粘、具有优异湿气渗透性的独立聚合物纳米膜透气干电极，可以仅通过范德华力较长时间粘附在人体皮肤上，用于高保真心电图记录。
[0005]文献《Flexible polymeric dryelectrodes forthe long
‑
term monitoring ofECG》中以弹性体聚二甲基硅氧烷为基底材料，通过化学刻蚀方法在基底材料上沉积金属层制备了聚合物干电极，佩戴一周也不会对皮肤产生刺激，但电极与皮肤间的接触阻抗较高，且与导联线连接不稳定，易产生较大的运动伪迹。
[0006]文献《Structure design ofmulti
‑
functional flexible electrocardiogram electrodes based on PEDOT:PSS
‑
coated fabrics》中以涤纶机织物为基体，通过原位聚合涂覆PEDOT:PSS聚合物制备柔性导电复合织物电极，电极的最大电导率达到218S/m，与人体皮肤接触阻抗较低，但不能保持与皮肤的适形接触，在人体处于运动状态时电极易脱落，影响信号采集质量。
[0007]因此，制备一种不易变干、与人体皮肤接触无损伤、界面阻抗小，电学性能好，信号采集质量高、长时间监测生物电信号的织物电极将有重要意义。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种导电自粘纳米纤维膜及其制备方法与应用。
[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种导电自粘纳米纤维膜的制备方法，包括以下步
骤，
[0010](1)将聚氨酯(TPU)溶于混合溶剂得到纺丝液；
[0011](2)通过高压静电纺丝技术将步骤(1)所述的纺丝液制成纳米纤维膜；
[0012](3)将步骤(2)所述的纳米纤维膜浸入聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液中，经烘干得到自粘纳米纤维膜；
[0013](4)在步骤(3)所述的自粘纳米纤维膜表面负载银纳米线，得到所述导电自粘纳米纤维膜。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(1)中，所述混合溶剂由N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)按照体积比5
‑
7：3
‑
5混合得到。
[0015]进一步地，N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)的体积比为7：3、6：4、5：5。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(1)中，所述纺丝液的浓度为12wt％。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(2)中，所述高压静电纺丝技术的条件为：电压为12
‑
15Kv；针头距接收装置的距离为12
‑
15cm；推进速度为1mL/h；纺丝时间为24s。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(3)中，所述聚二甲基硅氧烷溶液的浓度为1
‑
6wt％。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(3)中，所述烘干的温度为100
‑
120℃，烘干的时间为4h。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(4)中，所述自粘纳米纤维膜的厚度为300nm
‑
600nm。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(4)中，所述负载是将银纳米线溶液喷涂在自粘纳米纤维膜表面；所述银纳米线溶液的浓度为0.5
‑
2.5mg/mL。
[0022]本专利技术的第二个目的是提供一种所述的方法制备的导电自粘纳米纤维膜。
[0023]本专利技术的第三个目的是提供一种导电自粘柔性电极，所述的导电自粘柔性电极由所述的导电自粘纳米纤维膜制备得到。基于足够薄的导电自粘纳米纤维膜可仅通过范德华力粘附在人体皮肤上，且PDMS本身的粘接性能，该导电自粘柔性电极具有较好的自粘性能；由于银纳米线本身的高比表面效应、纳米尺寸效应和低表面电阻，喷涂AgNWs不会对纳米纤维膜的力学性能产生明显影响，该导电自粘柔性电极具有优异的力学性能和导电性能。
[0024]本专利技术的原理是：聚氨酯(TPU)分子主链是由柔性的长链多元醇和刚性的异氰酸酯嵌段而成的，可以有效分散应力作用，极性和非极性链段的共存也提高了聚氨酯的化学稳定性，同时聚合物内广泛存在的氢键作用，也进一步提高了材料的机械性能，聚氨酯具有优异的耐磨性、耐老化、耐腐蚀及高弹性、高机械强度，因此静电纺的聚氨酯纳米纤维膜具有优异的力学性能；电极越薄，与皮肤贴合所需要的范德华力越小，当电极足够薄时，可不依靠外力，仅通过范德华力实现与皮肤的良好贴合，通过将厚度降低到几百纳米，干电极可以在没有任何外部粘合剂的情况下表现出对人体皮肤的自粘附性，基于足够薄的纳米纤维膜可仅通过范德华力粘附在人体皮肤上及PDMS本身具有粘接性能，TPU/PDMS膜具有较好的自粘性能；AgNWs具有优异的导电性和低表面阻力，AgNWs的喷涂使产品在具有优异导电性的同时又保留了TPU/PDMS膜优异的力学性能。通过本制备方法制备的电极薄且自粘，与皮肤间的接触阻抗大大降低，并且舒适、透气，可用于人体生物电信号的长期监测。
[0025]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0026](1)本专利技术所述的导电自粘纳米纤维膜以聚合物为基底，与人体皮肤具有生物相容性，在基底材料浸渍PDMS，可以仅通过范德华力粘附在皮肤上，并在人体处于运动状态时保持与皮肤的适形接触，大大降低电极与皮肤间的接触阻抗，即使长期佩戴也不会对皮肤产生任何损伤，且能长时间高质量监测人体生物电信号。
[0027](2)本专利技术所述的导电自粘纳米纤维膜赋予本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电自粘纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，(1)将聚氨酯溶于混合溶剂得到纺丝液；(2)通过高压静电纺丝技术将步骤(1)所述的纺丝液制成纳米纤维膜；(3)将步骤(2)所述的纳米纤维膜浸入聚二甲基硅氧烷溶液中，经烘干得到自粘纳米纤维膜；(4)在步骤(3)所述的自粘纳米纤维膜表面负载银纳米线，得到所述导电自粘纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的导电自粘纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合溶剂由N,N
‑
二甲基甲酰胺和四氢呋喃按照体积比5
‑
7：3
‑
5混合得到。3.根据权利要求1所述的导电自粘纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述纺丝液的浓度为12wt％。4.根据权利要求1所述的导电自粘纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述高压静电纺丝技术的条件为：电压为12
‑
15Kv；针头距接收装置的距离为12
‑
15cm；推进速...

【专利技术属性】
技术研发人员：方剑，戚灵云，王责默，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：