CN111053925A - 一种导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法，涉及医疗器械技术领域。该导电水凝胶的制作方法，包括以下步骤:溶解：把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液，水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:(0.5‑1):(0.1‑0.3):(0.01‑0.03)。该导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法，本水凝胶原料价格低廉，本方法制备的导电水凝胶兼具了机械强度和电导率，这一突破使得该水凝胶能够广泛应用与生物传感器、超级电容器、电池隔膜以及人造皮肤等，也可在柔性可穿戴电子材料上得到快速应用，具备巨大的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体为一种导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法。
背景技术
水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。
运动康复也称体疗，是对伤病或伤残者采用各种运动方法，使其在身体功能和精神上获得全面恢复，使他重返社会，随着科学技术的进步，运动康复的治疗思路越来越先进，通过采集运动数据设计治疗方案，而数据的精确度需要依赖先进的运动传感器，所以设计一种针对人体特点，精准采集人体运动数据的运动康复传感器变得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法，针对人体运动特点，贴合人体皮肤，提供更精确采集人体运动数据的传感器，利用导电水凝胶形变时的电阻会发生变化的特定实现运动监测。
为实现发明目的，本发明提供了一种导电水凝胶的制作方法，包括以下步骤：
(1)溶解：把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液；
(2)冷冻与解冻：溶解好的水凝胶溶液倒入模具中先放入冰箱冷冻层冷冻1-3小时，冷冻温度-20摄氏度，室温下解冻，加快水凝胶溶液的凝胶化；
(3)浸泡：将制备好的样品水凝胶放入饱和氯化钠水溶液中浸10-20分钟，浸泡使水凝胶的结构更加致密，水凝胶透明度也得到提升，同时能够提高材料导电能力、提高水凝胶熔点、加强机械力学性能，具备优异的抗低温性能。
优选的，在制备溶液过程中将去离子水与甘油的水凝胶溶液进行3-5次冷冻/解冻循环凝胶化。
优选的，所述水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:(0.5-1):(0.1-0.3):(0.01-0.03)。
一种基于导电水凝胶的运动康复传感器制作方法，该导电水凝胶用于制造运动康复传感器，将条状导电水凝胶用绝缘胶布粘在身体上手指、手腕、手肘和膝盖位置，导电水凝胶两端分别位于关节两侧活动端，导电水凝胶两端分别与电阻示波器两极相连，观察手指、手腕、手肘和膝盖运动过程中的电阻变化情况，伴随关节运动导电水凝胶被拉伸过程中产生的电阻变化为传感器数据，实现运动康复行为的监测，监测人体关节运动数据。
本发明具备以下有益效果：
(1)该导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法，基于制作凝胶的原理，用聚乙烯醇和海藻酸钠溶解于去离子水和甘油的混合溶剂中，并通过冷冻/解冻和饱和氯化钠溶液浸泡等简单的物理方法获得高强度导电水凝胶，方法简单易行，而传统方法需要通过多种聚合物进行复杂反应来制备水凝胶，且本水凝胶原料价格低廉，本方法制备的导电水凝胶兼具了机械强度和电导率，这一突破使得该水凝胶能够广泛应用与生物传感器、超级电容器、电池隔膜以及人造皮肤等，也可在柔性可穿戴电子材料上得到快速应用，具备巨大的市场前景。
(2)该导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法，利用本导电水凝胶所具备的柔性、高导电性、优异的拉伸性、可热修复性、良好的生物相容性和对应变力敏感的响应性等特点制作运动康复传感器，与电阻示波器连接，通过检测水凝胶电阻变化来得到人体运动数据，拥有优异的性能，监测数据反馈速度快，更贴合人体，可得到更精准的人体运动数据，更利于运动康复的诊断与数据监测。
附图说明
图1为本发明导电水凝胶的制备流程示意图；
图2为本发明运动传感器实时相对电阻变化检测图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1：
把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液，水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:1:0.2:0.02；溶解好的水凝胶溶液倒入模具中先放入冰箱冷冻层冷冻3小时，冷冻温度-20摄氏度，室温下解冻，经过3次冷冻/解冻循环凝胶化；将制备好的样品水凝胶放入饱和氯化钠水溶液中浸10分钟，得到导电水凝胶体；将制备出的导电水凝胶用绝缘胶布粘在手指上进行关节监测运动，并与电阻示波器相连，观察手指运动过程中的电阻变化情况，实现运动康复行为的监测；
此方案下溶解好的水凝胶溶液冷冻3小时，自然解冻时间3-6个小时，水凝胶的力学拉伸长度为510％，继续加长冷冻时间，力学拉伸长度没有显著提升，故确定3小时冷冻时间为最优选。
实施例2：
把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液，水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:0.6:0.15:0.015；溶解好的水凝胶溶液倒入模具中先放入冰箱冷冻层冷冻2小时，冷冻温度-20摄氏度，室温下解冻，经过4次冷冻/解冻循环凝胶化；将制备好的样品水凝胶放入饱和氯化钠水溶液中浸15分钟，得到导电水凝胶体；将制备出的导电水凝胶用绝缘胶布粘在手腕上进行关节监测运动，并与电阻示波器相连，观察手腕运动过程中的电阻变化情况，实现运动康复行为的监测。
实施例3：
把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液，水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:0.8:0.2:0.015；溶解好的水凝胶溶液倒入模具中先放入冰箱冷冻层冷冻2.5小时，冷冻温度-20摄氏度，室温下解冻，经过4次冷冻/解冻循环凝胶化；将制备好的样品水凝胶放入饱和氯化钠水溶液中浸15分钟，得到导电水凝胶体；将制备出的导电水凝胶用绝缘胶布粘在手肘上进行关节监测运动，并与电阻示波器相连，观察手肘运动过程中的电阻变化情况，实现运动康复行为的监测。
实施例4：
把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液，水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:1:0.3:0.02；溶解好的水凝胶溶液倒入模具中先放入冰箱冷冻层冷冻1小时，冷冻温度-20摄氏度，室温下解冻，经过5次冷冻/解冻循环凝胶化；将制备好的样品水凝胶放入饱和氯化钠水溶液中浸20分钟，得到导电水凝胶体；将制备出的导电水凝胶用绝缘胶布粘在膝盖上进行关节监测运动，并与电阻示波器相连，观察膝盖运动过程中的电阻变化情况，实现运动康复行为的监测。
综上所述，该导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法，基于制作凝胶的原理，用聚乙烯醇和海藻酸钠溶解于去离子水和甘油的混合溶剂中，并通过冷冻/解冻和饱和氯化钠溶液浸泡等简单的物理方法获得高强度导电水凝胶，方法简单易行，而传统方法需要通过多种聚合物进行复杂反应来制备水凝胶，且本水凝胶原料价格低廉，本方法制备的导电水凝胶兼具了机械强度和电导率，这一突破使得该水凝胶能够广泛应用与生物传感器、超级电容器、电池隔膜以及人造皮肤等，也可在柔性可穿戴电子材料上得到快速应用，具备巨大的市场前景；利用本导电水凝胶所具备的柔性、高导电性、优异的拉伸性、可热修复性、良好的生物相容性和对应变力敏感的响应性等特点制作运动康复传感器，与电阻示波器连接，通过检测水凝胶电阻变化来得到人体运动数据，拥有优异的性能，监测数据反馈速度快，更贴合人体，可得到更精准的人体运动数据，更利于运动康复的诊断与数据监测。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种导电水凝胶的制作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤:
(1)溶解：把水和甘油混合物先加热到95℃后缓慢加入聚乙烯醇和海藻酸钠，同时进行搅拌，形成了透明的、淡黄色的、粘稠的样品溶液；
(2)冷冻与解冻：溶解好的水凝胶溶液倒入模具中先放入冰箱冷冻层冷冻1-3小时，冷冻温度-20摄氏度，室温下解冻；
(3)浸泡：将制备好的样品水凝胶放入饱和氯化钠水溶液中浸10-20分钟。
2.根据权利要求1所述的一种导电水凝胶的制作方法，其特征在于：在制备溶液过程中将去离子水与甘油的水凝胶溶液进行3-5次冷冻/解冻循环凝胶化。
3.根据权利要求1所述的一种导电水凝胶的制作方法，其特征在于：所述水、甘油、聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为1:(0.5-1):(0.1-0.3):(0.01-0.03)。
4.一种基于导电水凝胶的运动康复传感器制作方法，该导电水凝胶用于制造运动康复传感器，其特征在于：将导电水凝胶用绝缘胶布粘在身体上手指、手腕、手肘和膝盖位置，导电水凝胶两端分别位于关节两侧活动端，导电水凝胶两端分别与电阻示波器两极相连，伴随关节运动导电水凝胶被拉伸过程中产生的电阻变化为传感器数据。
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