一种透气可粘附性表皮电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透气可粘附性表皮电极及其制备方法，属于柔性电子材料领域。其是先在高温、磁力搅拌条件下，将海藻酸钠、聚乙烯醇、植酸溶液和氯化锂混合均匀，得到海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液，然后将所得前体溶液倒入制备的微针阵列模具中进行冷冻成胶，再经室温解冻、脱模制得所述透气可粘附性表皮电极。本发明专利技术制备的表皮电极具有柔性、透气、可粘附、皮肤贴合性良好的优点，在柔性电子产品领域具有广阔的应用前景。子产品领域具有广阔的应用前景。子产品领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种透气可粘附性表皮电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子材料领域，具体涉及一种透气可粘附性表皮电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]人体皮肤是一种同外界直接接触，感受外界刺激而控制调节人体行为的重要器官。受此启发，仿人体皮肤制备的表皮电极成为研究热点。表皮电极可以监测人体的各种生理信号，还可以检测人体汗液和温度等，并且可以通过将各种外部刺激转换为电信号来模拟人体皮肤的柔韧性和感觉性能。因此，在生物传感器、电子皮肤和仿生机器人等领域得到广泛应用。
[0003]传统的表皮电极大部分都是以金属或聚氨酯等固体聚合物为基材。金属表面疏水，无法与人体皮肤良好的贴合接触；聚氨酯等固体聚合物导电性差，需要通过其他复杂步骤如蚀刻等来使其与导电材料进一步复合。同时，金属和固体聚合物基表皮电极不具有透气性，长期与人体皮肤接触会导致皮肤瘙痒和红肿等症状，从而影响穿戴体验。并且金属和固体聚合物与人体皮肤表面不能很好的接触贴合，会导致信号传输质量差，不能达到很好的工作效果。因此，开发一种对人体皮肤具有良好粘附性和透气性的表皮电极显得极为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种透气可粘附性表皮电极及其制备方法，其所制备的表皮电极具有柔性、透气性、可粘附性和皮肤接触性能良好的优点，在柔性电子产品领域具有广阔的应用前景。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种透气可粘附性表皮电极的制备方法，包括以下步骤：（1）先将聚乙烯醇分散到去离子水中，并在95℃下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，然后加入海藻酸钠，搅拌待其完全溶解后，再加入氯化锂，搅拌15 min使其完全溶解，最后加入50wt%的植酸溶液，搅拌15
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20 min，制得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液；（2）将直径为300
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m的圆柱形微针以一定间隔距离规律的排布固定在塑料培养皿上，制得微针阵列模具；（3）将步骤1）所得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液缓慢倒入步骤2）制备好的微针阵列模具中，用刮刀使其平整均匀的铺开，并控制其厚度保持在2 mm，然后将其放入
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30℃的冰箱中，低温交联18小时使其成胶；（4）待成胶后将模具取出，室温下解冻三小时后，用镊子轻夹海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶，使其从微针阵列模板中脱落下来，即得到所述透气可粘附性表皮电极。
[0006]进一步地，步骤1）中所用海藻酸钠、聚乙烯醇、氯化锂、植酸溶液与水的质量比为0.1:1.5:0.6375:6.6:10。
[0007]进一步地，步骤2）中微针的间隔距离为1 mm
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5 mm。
[0008]本专利技术的原理如下：本专利技术以海藻酸钠和聚乙烯醇为凝胶基底材料，通过引入植酸来赋予所得复合凝胶导电功能。同时，植酸和海藻酸钠可通过氢键交联，且可以促进聚乙烯醇间的氢键交联，从而增强了复合凝胶的机械性能。而氯化锂的引入可避免植酸导致的聚乙烯醇间过度交联，从而使所得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶具有良好的粘附性能。
[0009]另一方面，本专利技术采用冻融法成胶，即将海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液倒入微针阵列模板中一齐进行冻融，并在冻融完成后将其脱模取出，会使所得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶中出现贯穿、均匀分散的微孔。这种贯穿的微孔结构可赋予电极良好的透气性能和检测稳定性，避免了其在皮肤上长期佩戴时，因汗液积累等而引起不适和电极信号不稳定的情况，并且该贯穿的微孔结构不会因长期放置脱水而皱缩重新闭合。
[0010]本专利技术的显著优点在于：（1）不同于传统的硬电极，本专利技术制备得到的透气可粘附性表皮电极由于采用海藻酸钠和聚乙烯醇作为表皮电极的基底，使其具有良好的生物相容性，对人体皮肤具有很好的亲和性，而植酸的引入可通过离子导电为表皮电极赋予优异的导电性能，因而所得表皮电极具有优良的柔性和导电性。
[0011]（2）本专利技术制备得到的透气可粘附性表皮电极具有优异的粘附性能，可以与皮肤很好的贴和接触，从而保证了高质量的信号检测和传输。
[0012]（3）本专利技术制备得到的透气可粘附性表皮电极具有均匀贯穿的孔径，赋予了表皮电极优异的透气性能，避免了可穿戴电子器件因长时间与人体皮肤接触但不透气而带来的皮肤瘙痒、红肿的问题，具有很好的穿戴体验感。
[0013]（4）不同于激光打印和静电纺丝等复杂高成本的制备方法，本专利技术利用基底材料的成胶方法和微针阵列模板制备得到透气可粘附性表皮电极，通过对氯化锂用量和微针孔径、间距的调节，还可控制表皮电极的粘附性和透气性能，其方法简便且可控。
附图说明
[0014]图1为不同植酸溶液（浓度为50wt%）用量（a）和氯化锂用量（b）对所制备的透气可粘附性表皮电极应力应变的影响图。
[0015]图2为实施例4所制备的透气可粘附性表皮电极的样品图。
[0016]图3为实施例4所制备的透气可粘附性表皮电极与皮肤的贴附图。
[0017]图4为实施例4所制备的透气可粘附性表皮电极的导电通路图。
[0018]图5为实施例4所制备的透气可粘附性表皮电极的交流阻抗图。
[0019]图6为实施例4所制备的透气可粘附性表皮电极的拉伸图和应力应变图。
[0020]图7为实施例4所制备的透气可粘附性表皮电极的响应时间图。
具体实施方式
[0021]一种透气可粘附性表皮电极的制备方法，包括以下步骤：（1）先将1.5 g聚乙烯醇分散到10 g去离子水中，然后在95℃高温下搅拌至聚乙烯
醇完全溶解后，加入0.1g海藻酸钠，搅拌待其完全溶解后，再加入一定量氯化锂，搅拌15 min使其完全溶解，最后加入醇完全溶解后，加入0.1g海藻酸钠，搅拌待其完全溶解后，再加入一定量50wt%的植酸溶液，搅拌15
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20min，制得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液；（2）将直径为300
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m的圆柱形微针以1 mm
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5 mm的间隔距离规律的排布固定在塑料培养皿上，制得微针阵列模具；（3）将步骤1）所得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液缓慢倒入步骤2）制备好的微针阵列模具中，用刮刀使其平整均匀的铺开，并控制其厚度保持在2 mm，然后将其放入
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30℃的冰箱中，低温交联18小时使其成胶；（4）待成胶后将模具取出，室温下解冻三小时后，用镊子轻夹海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶，使其从微针阵列模板中脱落下来，即得到所述透气可粘附性表皮电极。
[0022]图1为不同植酸溶液用量（a）和氯化锂用量（b）对所制备的透气可粘附性表皮电极应力应变的影响图。从图中可以看出，50wt%植酸溶液和氯化锂用量的变化明显影响着所制备的透气可粘附性表皮电极的应力和应变，说明了植酸和氯化对交联具有一定的调控作用。
[0023]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透气可粘附性表皮电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将海藻酸钠、聚乙烯醇、植酸溶液和氯化锂在高温、搅拌条件下于水中混合均匀，得到海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液；2）将微针按照阵列排布固定在培养皿中，得到微针阵列模具；3）将步骤1）所得海藻酸钠/聚乙烯醇/植酸复合凝胶前体溶液倒入步骤2）制备好的微针阵列模具中，并使表面平整，再进行冷冻成胶；4）待成胶后将模具取出，室温下解冻三小时后脱模，即得到所述透气可粘附性表皮电极。2.根据权利要求1所述的一种透气可粘附性表皮电极的制备方法，其特征在于：步骤1）中所用海藻酸钠、聚乙烯醇、氯化锂、植酸溶液与水的质量比为0.1:1.5:0.6375:6.6:10；其中，所述植...

【专利技术属性】
技术研发人员：游力军，汪洋，熊蔡华，汪少芸，熊伟杰，马笑语，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：