CN112617841A - 一种柔性可拉伸的自粘附体表电极及其制备方法 - Google Patents

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周宇轩
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Abstract

本发明涉及一种柔性可拉伸的自粘附体表电极及其制备方法，一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，包括柔性可拉伸导电膜、电极引线以及导电银胶，将水喷涂在皮肤表面使其湿润，电极可以自主粘附在皮肤上，电极引线的一端连接导电银胶，另一端连接后级的检测设备；本发明还涉及一种柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法，使用金属纳米线作为导电介质，混合在聚合物材料中形成导电膜，使其与形状不规则的皮肤接触，提高电极的界面导电能力，而且通过改变导电膜的尺寸，可以任意控制电极的贴附面积和电极形状，从而适应各种应用场合。本发明具有电极柔性和可拉伸性强，有利于与皮肤共形贴附，使用方便，信号质量好等优点。

Description

一种柔性可拉伸的自粘附体表电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种柔性可拉伸的自粘附体表电极及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展与进步，生物医学相关学科也迅速发展，科研人员和医务工作者对生物电信号的采集技术的需求愈发强烈。一般是对人体或者其他动物的体内电势进行测量和记录。此外，皮肤电刺激也是临床经常使用的辅助治疗的方法。上述方法在进行测量或刺激时都需要通过适当的电极和生物体接触，实现电信号的传递。体表电极具有无创、方便使用等优势，在临床和科研方面被广泛使用，如：测量肌电、心电信号；功能性电刺激辅助治疗偏瘫患者；采集脑电进行情绪识别等。
目前，体表电极主要分为干电极和湿电极两种。湿电极一般使用导电膏或使用水凝胶材料，失水后性能明显变差，且不透气。干电极就是不需要配合导电膏使用的电极，主要用来测量生物电势信号，如心电、脑电及肌电信号，一般需要外加力量使其皮肤紧密贴附，使用过程中容易造成错位，影响信号质量。且这两种材料本身也无法拉伸，也不能完全满足人体多变的体表结构的需求。因此，有必要提供一种具有良好的柔韧性和弹性的柔性可拉伸的自粘附体表电极及其制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明设计了一种柔性可拉伸的自粘附体表电极及其制备方法。使用金属纳米线作为导电介质，混合在聚合物材料中形成导电膜，使其与形状不规则的皮肤接触，提高电极的界面导电能力，而且通过改变导电膜的尺寸，可以任意控制电极的贴附面积和电极形状，从而适应各种应用场合。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，主要包括：柔性可拉伸导电膜、电极引线以及导电银胶，其特征在于：所述柔性可拉伸导电膜直接与皮肤相接触，导电银胶将所述电极引线覆盖在所述柔性可拉伸导电膜上，所述电极线一端与柔性可拉伸导电膜相接，另一端与后级的检测设备相连，所述柔性可拉伸导电膜、电极引线及导电银胶共同组成电极片；
作为优选，所述柔性可拉伸导电膜是由金属纳米线作为导电材料，将其分散在含有聚合物的溶液中蒸发自由沉积形成导电膜，用于测试被试者体表的目标测试位置的电信号；
作为优选，所用的聚合物包括聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯；所用的金属纳米线为金银纳米线；
作为优选，所述电极引线使用了导电铜箔，外加绝缘层。
一种柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
步骤1:将200～400mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和100～200mL乙二醇添加到圆底烧瓶中，将混合物加热到175℃。PVP完全分散后，添加500～1000μL 4mM CuCl2·2H2O溶液。10分钟后，逐滴添加10～50mL 0.095M AgNO3溶液。反应保持30分钟后将合成后的Ag纳米线洗涤多次，以去除多余的PVP。制得Ag纳米线；
步骤2:将100～200mL去离子水，5～10mL NaOH(0.2M)溶液，1～2mL HAuCl4(0.25M)溶液和100～150mL Na2SO3(0.01M)溶液依次添加到500mL平底烧杯中混合均匀作为Au生长溶液。在烧杯中，将300～400mL H2O，100mg Ag纳米线，50～100mL PVP(5wt％，MW54000)溶液，10～20mL L-抗坏血酸(L-AA)(0.5M)溶液，10～20mL NaOH(0.5M)，3～5mL的Na2SO3(0.1M)溶液和制备好的Au生长溶液混合制备反应溶液。使混合物溶液在30℃下反应12小时。最后，通过离心收集Au@Ag纳米线，并用去离子水和乙醇洗涤；
步骤3:如图4所示，制造模具6，将20mL去离子水，300～500mg PVA和10μL六甲撑二异氰酸酯(HDI)添加到平底烧杯中，在60℃下磁力搅拌4h，作为交联的PVA溶液。将Au@Ag纳米线按照一定比例和PVA溶液混合作为导电浆料5。将40μL制备好的导电浆料5倒入模具6中。溶剂完全蒸发后取下导电膜7；
所述步骤3中，将PVP和乙二醇添加到圆底烧瓶时使用的PVP分子量为360k；
所述步骤3中，制造的模具的尺寸为10mm×10mm×0.5m。
本发明所述的一种柔性可拉伸的自粘附体表电极整体结构简单，易于制备；该电极具有良好的柔性和可拉伸性，能够与皮肤很好的共形贴附，可以用于关节处；而且使用方法简单方便，只需要一滴水就可以使电极粘附到皮肤上，使用完后清水冲洗即可去除；经测试，本发明信号质量好，信噪比、信号强度和皮肤界面阻抗均和Ag/AgCl商用电极无明显差别(如图5所示)。
附图说明
图1为本发明的柔性可拉伸的自粘附体表电极结构示意图一。
图2为本发明的柔性可拉伸的自粘附体表电极结构示意图二。
图3为本发明的柔性可拉伸的自粘附体表电极在人体表面使用展示图。
图4为本发明的柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法。
图5为本发明的柔性可拉伸的自粘附体表在人体皮肤上的阻抗特性曲线。
图中：1、柔性可拉伸导电膜；2、电极引线；3、导电银胶；4、体表示意结构；5、导电浆料；6、模具；7、导电膜。
具体实施方式
如图1，2，3所示，本发明是这样来工作和实施的，一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，主要包括：柔性可拉伸导电膜1、电极引线2以及导电银胶3，其特征在于：所述柔性可拉伸导电膜1直接与皮肤4相接触，导电银胶3将电极引线2覆盖在柔性可拉伸导电膜1上，所述电极线2一端与柔性可拉伸导电膜1相接，另一端与后级的检测设备相连，所述柔性可拉伸导电膜1、电极引线2及导电银胶3共同组成电极片。
本发明所述的一种柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
步骤1:将200～400mg PVP和100～200mL乙二醇添加到圆底烧瓶中，将混合物加热到175℃。PVP完全分散后，添加500～1000μL 4mM CuCl2·2H2O溶液。10分钟后，逐滴添加10～50mL 0.095M AgNO3溶液。反应保持30分钟后将合成后的Ag纳米线洗涤多次，以去除多余的PVP。制得Ag纳米线。
步骤2:将100～200mL去离子水，5～10mL NaOH(0.2M)溶液，1～2mL HAuCl4(0.25M)溶液和100～150mL Na2SO3(0.01M)溶液依次添加到500mL平底烧杯中混合均匀作为Au生长溶液。在烧杯中，将300～400mL H2O，100mg Ag纳米线，50～100mL PVP(5wt％，MW54000)溶液，10～20mL L-AA(0.5M)溶液，10～20mL NaOH(0.5M)，3～5mL的Na2SO3(0.1M)溶液和制备好的Au生长溶液混合制备反应溶液。使混合物溶液在30℃下反应12小时。最后，通过离心收集Au@Ag纳米线，并用去离子水和乙醇洗涤。
步骤3:如图4所示，制造模具6，将20mL去离子水，300～500mg PVA和10μL HDI添加到平底烧杯中，在60℃下磁力搅拌4h，作为交联的PVA溶液。将Au@Ag纳米线按照一定比例和PVA溶液混合作为导电浆料5。将40μL制备好的导电浆料5滴入模具6中。溶剂完全蒸发后取下导电膜7。
其中将PVP和乙二醇添加到圆底烧瓶时使用的PVP分子量为360k。
其中制造的模具的尺寸为10mm×10mm×0.5mm。
本发明的使用过程：如图3所示，首先将适量的水喷在皮肤表面4，电极1自然贴附到湿润的皮肤表面即可。

Claims (8)

1.一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，主要包括：柔性可拉伸导电膜(1)、电极引线(2)以及导电银胶(3)，其特征在于：所述柔性可拉伸导电膜(1)直接与皮肤相接触，所述导电银胶(3)将所述电极引线(2)覆盖在所述柔性可拉伸导电膜(1)上，所述电极引线(2)一端与所述柔性可拉伸导电膜(1)相接，另一端与后级的检测设备相连，所述柔性可拉伸导电膜(1)、所述电极引线(2)及所述导电银胶(3)共同组成电极片。
2.根据权利要求书1所述的一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，其特征在于：所述柔性可拉伸导电膜(1)是由金属纳米线作为导电材料，将其分散在含有聚合物的溶液中蒸发自由沉积形成导电膜，用于测试被测者体表的目标测试位置的电信号。
3.根据权利要求书2所述的一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，其特征在于：所述形成导电膜的过程中，所用的聚合物包括聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯。
4.根据权利要求书1所述的一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，其特征在于：所述柔性可拉伸导电膜(1)中，所用的金属纳米线为金银纳米线。
5.根据权利要求书1所述的一种柔性可拉伸的自粘附体表电极，其特征在于：所述电极引线(2)是使用导电铜箔，外加绝缘层。
6.一种柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法，其特征在于，制备方法步骤如下：
步骤1:将200～400mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和100～200mL乙二醇添加到圆底烧瓶中，将混合物加热到175℃；PVP完全分散后，添加500～1000μL 4mM CuCl2·2H2O溶液；10分钟后，逐滴添加10～50mL 0.095M AgNO3溶液；反应保持30分钟后将合成后的Ag纳米线洗涤多次，以去除多余的PVP；制得Ag纳米线；
步骤2:将100～200mL去离子水，5～10mL NaOH(0.2M)溶液，1～2mL HAuCl4(0.25M)溶液和100～150mL Na2SO3(0.01M)溶液依次添加到500mL平底烧杯中混合均匀作为Au生长溶液；在烧杯中，将300～400mL H2O，100mg Ag纳米线，50～100mL PVP(5wt％，MW 54000)溶液，10～20mL L-抗坏血酸(L-AA)(0.5M)溶液，10～20mL NaOH(0.5M)，3～5mL的Na2SO3(0.1M)溶液和制备好的Au生长溶液混合制备反应溶液；使混合物溶液在30℃下反应12小时；最后，通过离心收集Au@Ag纳米线，并用去离子水和乙醇洗涤；
步骤3:如图4所示，制造模具(6)，将20mL去离子水，300～500mg PVA和10μL六甲撑二异氰酸酯(HDI)添加到平底烧杯中，在60℃下磁力搅拌4h，作为交联的PVA溶液；将Au@Ag纳米线按照一定比例和PVA溶液混合作为导电浆料(5)；将40μL制备好的导电浆料(5)倒入模具(6)中；溶剂完全蒸发后取下导电膜(7)。
7.根据权利要求6所述柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法，其特征在于：将PVP和乙二醇添加到圆底烧瓶时使用的PVP分子量为360k。
8.根据权利要求6所述柔性可拉伸的自粘附体表电极的制备方法，其特征在于：制造的模具的尺寸为10mm×10mm×0.5mm。
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