[发明专利]一种导电复合海绵和导电复合海绵传感器及其应用

说明书

本发明公开了一种导电复合海绵和导电复合海绵传感器及其应用。该材料先以羟乙基纤维素、大豆蛋白质为主要原料，经环氧氯丙烷交联和冷冻干燥而成羟乙基纤维素/大豆蛋白质海绵，再经过原位聚合苯胺的方式得到羟乙基纤维素/大豆蛋白质/聚苯胺导电复合海绵，最后组装为导电复合海绵传感器。采用本申请传感器对模型动物大鼠神经损伤修复效果进行评估，可以不对动物进行麻醉或手术损伤，而直接动态监测大鼠神经修复程度，其评价效果与常规的电生理评价效果相当，但避免了对动物的麻醉、手术等损伤。该方法不仅获得了一种压缩电阻式的传感器，还为评价周围神经损伤的修复提供了一种新的评价装置和评价方法。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，也属于高分子材料领域。具体涉及一种导电复合海绵、以该导电复合海绵为材料制成的传感器及其在评价模型动物周围神经修复的应用。

背景技术

柔性、灵敏的压力传感器在人体运动监测、人机界面、语音识别、个性化健康监测、机器人假肢、电子皮肤、便携式健康监护仪、甚至康复的实时测量具有广泛应用。近年来，人们探索了许多用于高压缩性、高灵敏度压力传感器的新材料，它们用作监测人类健康和活动的压力传感器引起了人们极大的关注。各种压力传感器的转换机制可分为压缩电阻式、电容式、压电式和摩擦电式。其中，压缩电阻式传感器将外界压力转换为电阻信号，具有制作简单、成本低、信号采集方便等优点。在这种传感器中，导电弹性体复合材料或海绵在压缩力作用下形成更多的导电通路，导致传感器电阻降低，这种传导机制被称为负性压阻效应。良好的机械弹性、高压缩性和良好的导电性是压阻传感器材料的基本要求。近年来，许多柔性、海绵状和导电材料被用于制备压力传感器的三维导电海绵。三维导电海绵根据其结构和组成可分为四种类型:(1)单纯的导电海绵；(2)复合材料导电海绵；(3)浸渍弹性体的导电海绵；(4)涂覆导电材料的导电海绵。每种导电海绵材料都有自己的特点和缺点:单纯的导电海绵是指仅由导电材料组装而成的三维多孔海绵结构。碳材料(碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯)是目前最常用的构建高导电性、超低密度三维导电海绵的材料。虽然这种导电海绵具有超低密度、高导电性、良好的热稳定性和化学稳定性，但由于其固有的机械刚性和脆性，这些材料可能具有有限的敏感性和压缩应变范围。复合导电海绵是在导电材料组装过程中加入聚合物粘结剂，或将导电材料与聚合物组分混合，再通过发泡、冻干等方法制备而成，在制备过程中导电材料和聚合物的不均匀分散是复合导电海绵材料的一个棘手问题。弹性体浸渍导电海绵是指将规整的导电海绵浸渍/涂覆弹性聚合物，以增强海绵的稳定性和压缩性。聚合物浸渍导电海绵的缺点是电导率明显降低，密度增大。导电材料涂敷海绵是指通过溅射、浸涂、原位聚合等方法将导电材料涂覆在非导电聚合物海绵上制成的导电海绵。非导电聚合物海绵也可以通过直接浸渍在溶液中或分散在碳和金属中转化为导电材料，而此类导电海绵的缺点即作为导电涂层的碳纳米管、石墨烯、银等成本昂贵，且制备工艺复杂。

上述四种导电海绵材料中，导电材料涂覆海绵具有较好的实用性和稳定性。而在前期的研究中，我们制备了一种具有形状记忆功能即弹性和回复性良好的羟乙基纤维素/大豆蛋白质海绵(专利号：201710370099.8，一种水敏感形状记忆功能的羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵及其制备方法)，发现其具有良好的生物相容性、降解性和组织再生功能。能否将该海绵应用于导电材料涂覆海绵，制备出价格低廉、绿色环保、具有良好弹性导电海绵材料，需要进一步研究。

在神经组织工程基础研究中，常以大鼠、兔子或狗等动物为模型，通过手术造成周围神经缺损，再以各种神经导管进行桥接，对神经缺损进行修复，并通过一系列方法评价其修复效果。目前，通常在一定修复时间后，麻醉状态下进行手术暴露神经进行电生理检测神经修复情况。或在动物处死后，进一步用HE切片、免疫荧光切片和透射电镜切片等方法来评价修复效果以及研究修复机理。如果有实时跟踪的压力传感器与被修复的部位或肢端相连接,也许它可以直接评价修复效果而无需麻醉、手术和处死动物,至少可以减少对动物的伤害,实现动态观察，提供一个更有效的方法来评价神经修复。

发明内容