[发明专利]一种抗干粘性低共熔溶剂凝胶电极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种抗干粘性低共熔溶剂凝胶电极的制备方法及其应用，属于可穿戴电极材料技术领域，该电极由甲基丙烯酰乙基化甜菜碱、低共熔溶剂、交联剂、及热引发剂进行一定比例的混合后倒入模具中后放入烘箱中进行一定时间的加热聚合成凝胶后与金属集流体粘合组成，其具有稳定的粘附性和较高的电导率，与传统水凝胶电极相比具有在干燥环境下长期使用的优点，且其安全无毒，具有很好的生物相容性，在可穿戴医学检测与人机交互领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及低共熔溶剂离子凝胶、表皮电生理电极材料领域，具体涉及一种抗干粘性低共熔溶剂凝胶电极的制备方法及其应用，是一种可在干燥环境中长时间使用的抗干粘性的低共熔溶剂凝胶电极。

背景技术

大多数人体运动是由称为电生理(EP)信号的低水平电位驱动的，包括心电图、眼电图、肌电图和脑电图。其中，心电图与心肌传导直接相关，因此通常被用作检测心血管疾病的指标。用于检测生物电信号的表皮电极与传统的穿刺电极相比具有安全无创舒适的优点[Adv.Sci.,2021,8,2001938]。表皮电生理电极材料能够在极端环境中长期使用并实现与皮肤的保形粘附以及稳定的电学性质对于精确测量电生理信号至关重要，有利于临床疾病的诊断、个人医疗保健以及人机交互技术的发展。

两性离子聚合物，其内部含有丰富的阴阳离子基团，可以通过静电相互作用附着在人体皮肤或金属基板上，具有良好的粘附、抗菌和生物相容性，并且由于侧链的阴阳离子基团有利于体系中阴阳离子的电离，可以提高凝胶的导电性[Macromol.Rapid Commun.,2022,43,2200182]。其凝胶材料因具有类似皮肤组织的力学和电学性质适合用于表皮电生理电极的制备。凝胶根据其分散介质的不同而具有不同的性质，其中含有离子液体的凝胶由于离子液体的毒性且易泄露而很难应用于人体表皮电极的制备，而传统的水凝胶电极由于水分的易挥发性会使其在干燥或寒冷的极端环境中导电性与粘性大大降低而难以实现长时间电生理信号的测量[Mater.Today Phys.,2020,15,100246]。

低共熔溶剂是一种由两个或三个安全且廉价的组分构成的流体，与离子液体具有相似的物理化学性质，通常由氢键受体与氢键供体通过氢键相互作用结合，形成的混合物相较于组成其的单组分具有更低的熔点[Chem.Soc.Rev.,2012,41,7108–7146]。与水溶液相比，低共熔溶剂不易挥发，兼具了良好的稳定性与导电性，且与离子液体相比具有安全无毒的特点。如何将低共熔溶剂应用于两性离子聚合物来制备可以长时间在干燥环境中与皮肤粘附使用的表皮电生理电极具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对传统表皮电生理凝胶电极不耐干、粘性低的问题，公开了一种抗干粘性低共熔溶剂凝胶电极及其制备方法，并将其应用于电生理信号的检测。

为实现以上目标，本发明通过以下技术方案实现：

一种抗干粘性低共熔溶剂凝胶电极的制备方法，首先使用氢键受体与氢键供体制备低共熔溶剂作为凝胶分散介质，增强凝胶的抗干性、粘性与导电性；然后选择甲基丙烯酰乙基化甜菜碱单体与交联剂进行交联聚合反应来合成凝胶的基本网络，即将甲基丙烯酰乙基化甜菜碱单体、交联剂、热引发剂溶解在水中并混合均匀后，将低共熔溶剂加入到上述混合溶液中搅拌均匀作为原料。将上述原料倒入模具中，并放入烘箱中进行热交联聚合反应并烘干水分得到抗干粘性的低共熔溶剂凝胶电极。

具体步骤如下：

(1)低共熔溶剂的制备：将氢键受体与氢键供体按照1:2的摩尔比进行混合，在60℃-80℃的水浴条件下以800rpm-1000rpm的速度加热搅拌1-2h后取出，静置冷却至常温，获得低共熔溶剂。

(2)合成凝胶的前体溶液的配置：按照质量比计，甲基丙烯酰乙基化甜菜碱单体31％-38％，低共熔溶剂23％-38％，水31％-38％，热引发剂0.6‰-0.8‰，交联剂按照甲基丙烯酰乙基化甜菜碱单体质量计添加0.5‰-2‰，按照以上配比将原料混合后在600rpm-800rpm下搅拌均匀，密封保存静置冷却至室温，获得前体溶液。