[发明专利]基于丝素蛋白和聚多巴胺的复合凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于丝素蛋白和聚多巴胺的复合凝胶及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将丝素蛋白浸入碳酸钠水溶液中，煮沸，用蒸馏水洗涤至少三次，干燥，得到脱胶丝素蛋白；将脱胶丝素蛋白、氯化钙和甲酸混合，加热，得到丝素蛋白溶液，静置至甲酸挥发完，得到丝素蛋白凝胶；将碱性多巴胺溶液直接倒在丝素蛋白凝胶上，在蚕丝蛋白表面聚合得到聚多巴胺，挥发得到复合凝胶。本发明的丝素蛋白凝胶提供在湿润皮肤表面上的离子导电性和高皮肤界面黏附力，聚多巴胺的引入增强了丝素蛋白凝胶在干燥和湿润皮肤表面上的粘附性。此外，丝素蛋白具有水溶性，因此该电极容易通过水的冲洗而去除，防止了在剥离电极时对皮肤造成的损伤。

技术领域

本发明属于柔性电极材料技术领域，具体来说涉及一种基于丝素蛋白和聚多巴胺的复合凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

生物电信号由复杂的生物自我调节系统产生，其能够反映人体各种生理状态，作为评估生物个体健康的重要信息。心电、肌电、眼电、脑电等各种生物电信号已得到广泛研究，并被用于疾病的早期诊断和人机交互。心电信号作为人体最重要的生物电信号，在心血管疾病的诊断方面有重要意义；肌电信号和眼电信号在人机交互系统方面有广泛应用前景；脑电信号能够比较准确地反映人体的行为以及思想方式，可用于精神疾病监测。

一次性银/氯化银凝胶电极是目前临床上应用最广泛的生物电信号传感电极。它具有可实现电极和皮肤之间的稳定低阻抗的凝胶层，因此能够准确、清晰地传递表面生物电位。但是，因力学性能较差，难以与运动状态下的皮肤保持紧密贴合，汗液会导致信号质量受损甚至电极从皮肤上滑脱的问题，以及长时间使用会对皮肤造成刺激等，导致此类电极在日常电生理信号监测中有很大局限。

目前，已开发出几种由可拉伸聚合物和导电材料组成的可拉伸电极用于人体皮肤的电生理信号监测，如Au、Ag和聚吡咯和聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)相结合所制成的可拉伸电极等。这种电极具有与皮肤匹配的力学性能，可以与运动状态下的皮肤保持紧密贴合来实现电生理信号检测。但是，在皮肤出汗时，可拉伸聚合物的疏水性会使其在电极和皮肤之间形成汗膜，降低了电极在皮肤表面的粘附力，导致电极滑动甚至脱落。

发明内容

为解决商业银/氯化银凝胶电极在皮肤出汗时电极发生滑动、脱落以及力学性能较差的问题，本发明的目的在于提供一种基于丝素蛋白和聚多巴胺的复合凝胶(PDASF凝胶)的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的复合凝胶。

本发明的另一目的是提供上述复合凝胶在提高皮肤界面粘附性中的应用。

本发明的另一目的是提供上述复合凝胶在提高可拉伸电极监测动态心电信号的稳定性和清晰性中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种基于丝素蛋白和聚多巴胺的复合凝胶(PDASF凝胶)的制备方法，包括以下步骤：

1)将丝素蛋白浸入碳酸钠水溶液中，煮沸，以使所述丝素蛋白脱胶，用蒸馏水洗涤脱胶后的丝素蛋白至少三次，以去除丝素蛋白表面的丝胶，干燥至质量恒定，得到脱胶丝素蛋白；

在所述步骤1)中，所述碳酸钠水溶液中碳酸钠的浓度为5～50g/L。

在所述步骤1)中，所述煮沸的时间为60～120min。

在所述步骤1)中，所述干燥为于30～60℃保持6～24h。

2)将脱胶丝素蛋白、氯化钙和甲酸混合，加热以使所述脱胶丝素蛋白和氯化钙溶解在所述甲酸中，得到丝素蛋白溶液，将所述丝素蛋白溶液冷却至室温20～25℃并于所述室温20～25℃静置至甲酸挥发完，得到丝素蛋白凝胶，其中，按质量份数计，所述脱胶丝素蛋白和氯化钙的比为1.5：(0.225～0.45)；

在所述步骤2)中，所述加热为于50～100℃保持1～10min。