CN113943428A - 一种心电检测用导电凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种心电检测用导电凝胶及其制备方法，由如下质量百分比的组分组成：盐类电解质1‑2％，超支化共聚物0.5‑2％，成胶剂5‑20％，余量水。超支化共聚物由0.4‑1.0％wt超支化单体，10‑20％wt丙烯酰胺，30‑40％wt丙烯酸钠，甲基丙烯磺酸钠共聚而成。超支化单体为2.0代聚酰胺‑胺单体与顺丁烯二酸酐反应而得到。与现有技术相比，首次将超支化结构通过超支化共聚物的方式引入到医用导电凝胶体系中，既能发挥超支化单体的作用，又能有效提高导电凝胶体系整体的性能。
Description
技术领域
本发明属于医用导电材料领域，尤其涉及一种医用液体导电凝胶及其制备方法。特别是应用于心电检测。
背景技术
心电监护是监测心脏电活动的一种手段，是通过显示屏连续观察监测心脏电活动的一种无创的监测方法，能够再现心脏活动，揭示心律的主要变化。在临床应用上，针对心电活动异常的患者，如急性心肌梗塞，各种心律失常等，心电监护可适时观察病情，提供可靠的有价值的心电活动指标，并指导实时处理，有重要的使用价值。临床使用的心电监护设备是一般由心电电极传感器、心电导联线和设备主机组成。其中，心电电极传感器包括金属平板电极、吸附电极、圆盘电极等多种形式，随着技术的发展，贴片式的电极传感器因其结构简单、信号质量良好、制造使用便捷，应用范围越来越广。心电电极是用来摄取人体心脏活动生物电的器件，是采集心电信号的关键材料，作为日常心电监护系统中与被测对象直接接触的器件，其性能的优劣直接影响心电监护设备的数据输出，进而影响医生对病情的诊断。为了得到性能更加优良的心电电极，国内外研究人员从多个角度开展了相关的研究。
根据电极的作用方式，可将其分为湿电极和干电极。湿电极多选用Ag/AgCl材料，由导电胶充当导电介质，在电极和皮肤之间形成一个导电通路，使得生物电信号可以在皮肤和电极传感器之间进行传导，同时因为粘合剂的固定作用，保证了电极和皮肤间的紧密接触，确保采集到的心电信号的质量。在湿电极中，导电胶的性能对心电电极采集的信号质量有着重要影响，但其自身的刺激性和挥发性也是限制湿电极整体性能的主要因素。对于这种结构的湿电极，其最大的限制就在于导电胶的有效性，因导电胶本身含有易挥发性的溶剂成分，随着使用时间的延长，内部溶剂挥发，导电胶逐渐变干，导电性能大幅下降直至失去电信号传导作用。
水凝胶是一种以水为分散介质，组成的网络结构的凝胶，因此水凝胶拥有非常亲水的性质。由于水凝胶是靠着紧密的交联网络而存在，而其主要成分又是水，因此拥有极易溶胀的性质即溶解和吸水，水凝胶对水的吸收情况与网络交联度密切相关，网络交联度越低，吸水量越高。针对水凝胶我们有很多种分类方法，根据水凝胶网络中存在不同的键合方式，可将其分为物理凝胶和化学凝胶；根据合成水凝胶材料分类的不同，可以分为天然高分子材料水凝胶和人工合成高分子材料水凝胶；水凝胶对外界环境变化可以产生不同的响应，根据这点不同可分成不同响应的智能水凝胶。导电水凝胶作为一种目前出现的新兴导电材料，具有非常多的优点包括：导电性能好、良好的机械性能和易加工性。并且水凝胶材料具有显著的生物特性(如自愈性、自粘性、抗微生物活性和生物相容性)能够用来满足特殊的要求。导电水凝胶作为水凝胶中的一种，结合了水凝胶和导电物质的双重特性。
目前，医用导电水凝胶主要是一些以去离子水加上一些高分子共聚物和交联剂等物质组成的凝胶状材料，种类很多，可以用于医药和外壳手术等领域。如作为生物电极，其采用导电聚合物水凝胶，如聚丙烯酸等电解质聚合物与润湿剂和水交联而形成的聚合物基质，该聚合物基质是亲水的，而且具有透水性并含水、所以很容易加入电解质，而且可降低阻抗；因此，医用导电水凝胶作为高度精确测量例如心电图监控所用的电极其性能出色。
心电信号ECG包含了大量的生理和病理信息，是临床诊断心律失常、冠心病等心血管疾病的常用手段。在我国医药行业标准YY/T0196-2005中就明确了一次性使用心电电极的一些性能指标，例如(1)交流阻抗，性能要求：至少12对胶对胶连接的电极对，在10Hz、不超过100μA(峰-峰)的外加电流下，其阻抗平均值应不超过2kΩ。每一单独的胶对电极对的阻抗应不超过3kΩ。(2)直流失调电压，性能要求：一对胶对胶连接的电极对经1min的稳定期后，出现的失调电压应不大于100mV。(3)复合失调不稳定性和内部噪声，性能要求：一对胶对胶连接的电极对经1min的稳定期后，在0.15Hz-100Hz的频带(一阶频响)下产生的电压，在随后5min内应不大于150μV(峰-峰)。(4)除颤过载恢复，性能要求：充电至200V的10μF电容器，通过电极对与100Ω电阻的串联回路放电，在电容器开始放电后的第5s，胶对胶连接的电极对的极化电动势的绝对值不超过100mV；在此后30s内，剩余极化电动势的变化率不大于±1mV/s。在按照该标准要求进行上述实验后，电极对的10Hz交流阻抗应不大于3kΩ。(5)偏置电流耐受度，性能要求：给胶对胶连接的电极对施加200nA的直流电流，持续时间为制造商推荐的电极临床使用时间，在整个持续时间内观测的电极对两端的电压变化应不大于100mV。在任何情况下，持续时间不应小于8h。(6)生物反应，性能要求：产品应具有生物相容性，为此，对与皮肤接触的电极，要求进行细胞毒性，皮肤刺激，以及皮肤致敏或皮内反应的生物相容性评价。生物相容性评价的标准可以参见国标《GB/T 16886医疗器械生物学评价》或者ISO10993系列中所述。
CN105153359B涉及医用高分子材料技术领域，尤其涉及一种导电水凝胶按重量百分比计，包括聚合物20％-60％、去离子水20％-40％、电解质2％-7％、保水剂10％-30％、增粘剂1％-5％、引发剂0.03％-0.2％和交联剂0.03％-1.5％；其中按总重量百分比计，所述聚合物包括N-乙烯吡咯烷酮NVP2％-15％、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DAC 0-10％、3-磺丙基丙基丙烯酸钾盐SPA 5％-25％、丙烯酸3％-15％和N,N-二甲基丙烯酰胺0％-10％，以及采用上述配方制作的导电水凝胶卷材，其在使用时具有良好的导电性能；对皮肤有很好的粘性并且剥离无痛或少痛；对皮肤有很好的生物相容性；使用时具有很好的稳定性，不容易发生黄变；在有水，潮湿或者血的环境下，也能够保持一定的粘性。此外，该专利还保护该种导电水凝胶卷材的制作方法。包括以下步骤：首先将去离子水、电解质、聚合物、保水剂、增粘剂按比例依次加入不锈钢搅拌器中，转速100-500转/分钟，搅拌0.5-1.5h使上述原料混合；随后依次加入引发剂和交联剂，再以转速100-500转/分钟，搅拌0.5-1h将其混合均匀后，停止搅拌，静置0.5h；接着开启固化系统，准备负载层，通过蠕动泵将水凝胶预聚物平铺在负载层上，匀速通过固化通道，即得所述导电水凝胶卷材。保水剂选自山梨醇、阿拉伯胶、明胶、甘油和聚乙烯醇(PEG400-6000)中的一种、两种或几种。电解质选自氯化铵、氯化钠、氯化钾和氯化锂中的一种、两种或几种。增粘剂选自聚丙烯酰胺PMA，聚丙烯酸钠PAAS，聚乙烯吡咯烷酮PVP，聚醋酸乙烯酯乳液，水性聚氨酯和羟乙基纤维素中的一种、两种或几种。交联剂选自聚乙烯醇二丙烯酸酯和烷氧基三丙烯酸酯中的一种或两种。光引发剂选自1-羟基环己基苯基酮Irgacure184或2-羟基-2-丙基苯基酮Darocur1173。
CN108210940 A公开了一种医用导电水凝胶及其制备方法与应用。医用导电水凝胶包括水溶性高分子材料8.00-20.00％、α-磷酸氢锆0.05-2.00％、盐类电解质0.20-10.00％、水68-91％。医用导电水凝胶通过在水溶性高分子材料中分散α-磷酸氢锆和溶解盐类电解质，通过α-磷酸氢锆和溶解盐类电解质与水溶性高分子材料的协同作用，使得医用导电水凝胶具有优异的生物相容性和导电性，能够被用于医用领域。另外，其制备方法不需热压成型，有效简化了其制备工艺，降低了生产成本，安全环保。水溶性高分子材料为凝胶基质，选自壳聚糖及壳聚糖衍生物，羟乙基纤维素，羟甲基纤维素，卡波姆，聚乙烯醇，聚丙烯酸，明胶，海藻酸钠，聚乙二醇中的一种或两种以上。盐类电解质为NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3、AgNO3中的一种或两种以上。α-磷酸氢锆是规整的六边形片状结构，优选粒径为100-500nm，表面含有大量-OH，与水溶性高分子材料中的羟基形成氢键起到物理交联的效果，循环冷冻-解冻起到了增强氢键的作用，使得所制备的纳米复合水凝胶具有优异的力学性能。该体系还包含一定量0.01-0.5‰，色素优选为亚甲基蓝，苋菜红，胭脂红等。
CN110698611 A公开了一种导电水凝胶及其制备方法和应用；所述导电水凝胶由以下重量份数的原料制成：聚合物盐溶液40％-53％，分散剂40％-50％，单体4％-6％，盐0.02％-0.1％，交联剂0.02％-0.1％，光引发剂0.02％-0.1％，填料2％-3％，杀菌剂0.01％-0.1％，溶剂0.4％-0.6％。提供的导电胶具有良好的导电能力，且根据不同原料配比，可以使得电导率在较大范围内变化。同时具有较好的透光率和黏结性。利用这种导电水凝胶制成导电心贴，贴敷于人体胸部处，和心电检测仪连用，可用于实时监测心率等参数。盐选自氯化镁、氯化钙、氯化铝的一种或几种。单体为甲基丙烯酸羟乙酯HEMA，聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA，聚丙烯酸钠，羧甲基纤维素CMC中的一种或几种。聚合物盐为丙烯酸系钠盐。分散剂为丙二醇、甘油、白油、硅油或聚乙二醇。交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺BIS，过氧化苯甲酰BPO或过氧化二异丙苯DCP等。光引发剂为Irgacure184，Irgacure179或Irgacure2959。填料为白炭黑，炭黑，石墨烯，银粉或铜粉。杀菌剂为季铵盐类，双胍盐类，馨鲜酮，尼泊酸金酯中的一种或几种。溶剂为乙醇，异丙醇，丙醇中的一种。所得导电胶具有良好的生物相容性，贴敷于人体一周内没有红肿、瘙痒、异物感等情况。机械性能，最大拉伸力可达2.4N，阻抗值184.1kΩ，保水率为98％。
CN111057186 A公开了一种光固化交联导电水凝胶及其制备方法和应用。这种光固化交联导电水凝胶由包括以下质量份的组分制得：12～40份单体，3～9份中和剂，0.07～0.3份交联剂，20～65份保湿剂，4～10份导电剂，0.3～5份增稠剂，0.2～1.2份光引发剂，20～70份水；其中，单体为丙烯酰胺类单体。还公开了这种光固化交联导电水凝胶的制备方法，以及这种光固化交联导电水凝胶在制备心电电极贴片中的应用。光固化交联导电水凝胶具有导电性强、生物相容性好等特点。采用该凝胶制备的一次性使用心电电极贴片，能长时间与皮肤保持良好接触而不干燥，对皮肤无刺激，所获心电信号电位稳定、波形清晰、操作方便。丙烯酰胺单体选自丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺，N,N-二乙基丙烯酰胺，N-叔丁基丙烯酰胺，N-羟甲基丙烯酰胺，N-(2-羟乙基)丙烯酰胺中的至少一种。中和剂选自氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾，碳酸氢钾，碳酸氢铵，三乙醇胺，二乙醇胺，三乙胺中的至少一种。导电剂选自氯化钠，氯化钾，氯化铵，硫酸钠，硫酸钾中的至少一种。交联剂选自N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，N,N’-(1,2-二羟乙烯)二丙烯酰胺，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种。保湿剂选自丙三醇，丙二醇，聚乙二醇中的至少一种。光引发剂选自α-羟基酮，1-[4-(2-羟乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基丙酮，1-羟基环己基苯基甲酮，酰基膦氧化物类引发剂，2,2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)类光引发剂中的至少一种。所制备的光固化交联导电水凝胶分别进行性能检测，检测项目包括单体残留情况、交流阻抗、暴露空气稳定性、细胞毒性、稳定性。其中电性能测试依据YY/T0196-2005，细胞毒性依据GB/T16886.5-2003第5部分：体外细胞毒性试验测得，稳定性是将导电水凝胶暴露在空气中进行观察。结果表明，所制备得到的光固化交联导电水凝胶交流阻抗在80-90Ω左右，将其暴露在空气中导电胶具有很长时间的稳定性，细胞毒性均为0级，生物相容性优异。
CN110655663 A属于医用导电材料技术领域，具体涉及一种医用导电凝胶及其制备方法。该医用导电凝胶包括如下质量百分比的组份：盐类电解质2％～10％，保水剂5％～35％，成胶剂10～20％，水50～80％。医用导电凝胶通过在水中分散保水剂、盐类电解质和成胶剂，通过水、保水剂和盐类电解质与成胶剂的协同作用，使得医用导电凝胶具有优异的生物相容性和浸润性，较低的接触阻抗和噪声，能够用于医用电极领域。盐类电解质为NaCl或KCl或其两者的混合物，保水剂为甘油或聚丙烯酸钠，成胶剂为果胶，明胶，卡拉胶，琼脂，结冷胶一种或两种。还提供了一种医用导电凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将上述的水加入到反应釜内并升温至50-70℃，升温完成后对其进行150-300转/min搅拌；将上述的盐类电解质加入反应釜内，期间搅拌不停，保持恒温，再搅拌5-15分钟；(2)将上述的成胶剂与保水剂混合起来，搅拌成混合溶液，然后将混合溶液缓慢加入到反应釜内，边添加边低速搅拌，搅拌速度为10-50转/min，添加完成后进行150-300转/min搅拌，持续时间为1-3小时；(3)将步骤(2)所得到的溶液注模，室温冷却6-24h成型，完成导电凝胶的制备。测试内容为胶对胶阻抗，贴附皮肤采集信号中的噪声，对皮肤的润湿性等，结果表明3V，0.1-250Hz扫描下，10Hz下阻抗为36.8-80.5Ω，噪声为2-4μV，对皮肤的润湿性优异。
CN110746617 A属于医用导电材料技术领域，具体涉及一种医用导电凝胶及其制备方法。该医用导电凝胶包括如下质量百分比的组份：絮凝剂0.5％～5％、盐类电解质1％～10％、保水剂20％～40％、成胶剂1～15％、水40～70％。医用导电凝胶通过在水中分散絮凝剂、保水剂、盐类电解质和成胶剂，通过水、保水剂和盐类电解质与絮凝剂和成胶剂的协同作用，使得医用导电凝胶具有优异的生物相容性、低接触阻抗和低噪声，能够用于医用电极领域。所述絮凝剂为有机高分子材料，分子量大于10w，选自羟甲基纤维素，聚乙烯醇，聚丙烯酰胺，聚乙二醇中的一种或两种以上。
CN112908510 A公开了一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺包括导电凝胶本体，所述导电凝胶本体呈一定厚度片材结构，所述导电凝胶本体包括水性凝胶和承载水性凝胶的增强芯层，增强芯层分布在水性凝胶内部，水性凝胶充满且包裹增强芯层，增强芯层由蓬松空芯材料构成，呈片状，增强芯层的抗拉伸强度较高，在导电凝胶中起到增强及骨架作用，提高导电凝胶的抗拉伸强度和抗裂断强度等的机械强度，使得整个凝胶成为完全的整体，水性凝胶具有一定的导电性能，水性凝胶通过辐照工艺制备而成。通过上述方式，具有较高机械性能的导电凝胶，在较大外力作用下仍具有良好的导电性能。所述水凝胶的原料成分组成包括：丙烯酸5-12份，丙烯酰胺1-5份，乙烯基吡咯烷酮1-3份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠2-8份，乙烯基咪唑0.5份，吐温-20 0.5份，氯化钾0.2份，磷酸盐0.1-0.5份，氯化铝0.05份，甘油25-50份，聚乙烯吡咯烷酮/醋酸乙烯0.5-2.0份，聚乙二醇0.1-1.0份，尿素0.2-1.0份，戊二醇2.0-5.0份，己二醇1.0-5.0份，对羟基苯乙酮0.3-1.5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.6份，过硫酸钾0.01-0.1份，纯化水余量，其中磷酸盐为水溶性正磷酸盐。所述辐射法制备导电凝胶的成型工艺，包括以下步骤：S1，制备水性凝胶原料液体，将水性凝胶原料成分按比例混合溶解均匀形成原料液体，原料液体pH值保持4-8.5之间，原料液体粘度控制200mpa.s以下，以便于液体浸入增强芯层；S2，将片状增强芯层平铺于模具中；S3，将S1中原料液体浇在增强芯层上的模具中，使原料液体均匀浸入片状增强芯层中；S4，将S3中模具进入电子束射线的辐照，液体成凝胶形态；S5，密封，将S4辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；S6，密封保温，将S5中的袋子置于40-90℃中保温2h；S7，将S6中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。对得到的导电凝胶进行性能测试，测试了电阻率和断裂伸长率，结果表明，电阻率为950-1020Ω/cm,断裂伸长率为450-570％。
CN112587678B保护一种医用液体导电凝胶片及其制备方法和应用。所述医用液体导电凝胶片包括改性海绵和通过自吸的方式装载于改性海绵中的液体导电凝胶；所述改性海绵为经过氟表面活性剂改性的海绵；所述液体导电凝胶包括：0.01～0.05份结冷胶、1～2份明胶、0.1～1份羧甲基纤维素钠、2～5份氯化钾和/或氯化钠、0.5～1.5份卡松K15、30～40份丙三醇和10～60份水。通过氟表面活性剂对海绵表面进行改性，降低了海绵的表面张力，且所述液体导电凝胶与改性海绵的浸润性好，改性海绵通过自吸的方式装载所述液体导电凝胶，所得医用液体导电凝胶片导电的稳定性好，在采集心电信号时具有高信噪比，适用于制备医用电极。根据YY/T-0196-2005的标准进行电极测试。通过检测得到，所述医用液体导电凝胶片的交流阻抗值≤1.5kΩ，所得医用液体导电凝胶片的交流阻抗值较低，为50.9-130.5Ω，所述医用液体导电凝胶片在皮肤信号采集过程中的噪声波动电压≤60μV，在实际使用过程中，所述医用液体导电凝胶片在皮肤信号采集过程中的噪声波动电压较小，均≤60μV。液体导电凝胶的粘度为1000-5000cps。改性海绵与液体导电凝胶的接触角≤30°。
可见，液态导电胶与固态导电胶相比，各有优势。液态导电胶对于皮肤有较强的穿透力和湿润效果，阻抗降低，测量的结果更准确稳定。固态导电胶则力学强度较好，阻抗值较大，但也在标准要求的范围内。从提高信号收集的灵敏度而言，液态导电胶具有天然的优势。例如对于皮肤有较强的穿透力和湿润效果，浸润性极佳，进而降低了接触阻抗，减少了接触电容的变化，进而提高了其对信号收集的灵敏度。同时，可以肯定的是目前已有的液态导电胶或固态导电胶的生物相容性较好，与皮肤接触基本无过敏现象发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物相容性好，接触阻抗低，噪声小的医用导电凝胶及其制备方法。
一种心电检测用导电凝胶，由如下质量百分比的组分组成：盐类电解质1-2％，超支化共聚物0.5-2％，成胶剂5-20％，余量水。
本发明还提供了上述心电检测用导电凝胶的制备方法，步骤如下：
(1)将上述的水加入到反应釜内并升温至55-65℃，保温搅拌，将上述的盐类电解质加入反应釜内，保持恒温搅拌30min；
(2)将超支化共聚物加入到反应釜中，边加入边搅拌，添加完成后继续搅拌30-60min；
(3)将成胶剂加入到反应釜中，边加入边搅拌，添加完成后继续搅拌10-20min；
(4)将步骤(3)所得的溶液注模，室温冷却成型后得到导电凝胶。
超支化共聚物由0.4-1.0％wt超支化单体，10-20％wt丙烯酰胺，30-40％wt丙烯酸钠，甲基丙烯磺酸钠共聚而成。
超支化单体为
其中R1为2.0代聚酰胺-胺单体，超支化单体的CAS：2055867-82-6，结构式如下所示：
超支化单体
为2.0代聚酰胺-胺单体与顺丁烯二酸酐反应而得到。
将2.0代聚酰胺-胺与顺丁烯二酸酐按照1:8的摩尔比，溶于2-3倍质量比的N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，将体系置于冰水浴中，同时通氮气60min，搅拌至溶解完全；在常温避光条件下反应8-10h，将改性后的超支化单体溶液加入氯仿中，可析出乳白色、浅黄色的粉末状物质，即为较为纯净的超支化单体
其中R1为2.0代聚酰胺-胺单体。
其中2.0代聚酰胺-胺单体结构式如下所示，其CAS：142986-44-5。
超支化共聚物的制备方法。首先，将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的0.4-1.0％的超支化单体，10-20％的丙烯酰胺，30-40％丙烯酸钠，剩余量的甲基丙烯磺酸钠(超支化单体+丙烯酰胺+丙烯酸钠+甲基丙烯磺酸钠用量和为100％)，混合搅拌均匀，配置成单体质量浓度为20-25％的溶液。其次，调节溶液pH值为中性6.5左右，然后在40-50℃水浴中加热和搅拌下，通氮气30-60min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂溶液，继续搅拌30-60min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应1-5h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。
其中，氧化还原引发体系由氧化剂和还原剂组成，其中，氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种，还原剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾中的一种。
氧化剂的加入量为单体总重量的0.01-0.025％，还原剂的加入量为单体总重量的0.005-0.025％。
聚合反应温度为45-60℃，反应时间1-5h，优选为2-4h。
甲基丙烯磺酸钠的CAS为1561-92-8。
作为一种优选的技术方案，水溶性超支化共聚物的合成方案如下。
首先，将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的0.5％的超支化单体，20％的丙烯酰胺，39.5％丙烯酸钠，40％的甲基丙烯磺酸钠，混合搅拌均匀，配置成单体质量浓度为25％的溶液。其次，调节溶液pH值为6.5，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气35min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌30min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。氧化剂的加入量为单体总重量的0.01％，还原剂的加入量为单体总重量的0.008％。
在另一种优选情形下，水溶性超支化共聚物的合成方案如下。
首先，将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的1％的超支化单体，15％的丙烯酰胺，35％丙烯酸钠，49％的甲基丙烯磺酸钠，混合搅拌均匀，配制成单体质量浓度为25％的溶液。其次，调节溶液pH值为6.7，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气40min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌35min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3.5h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。氧化剂的加入量为单体总重量的0.015％，还原剂的加入量为单体总重量的0.01％。
优选的盐类电解质为NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3、AgNO3中的一种或两种以上的混合物。
成胶剂为果胶、明胶、卡拉胶、琼脂、结冷胶一种或两种以上的混合物。
水为去离子水。
与现有技术相比，本发明首次将超支化结构通过超支化共聚物的方式引入到医用导电凝胶体系中，既能发挥超支化单体的作用，又能有效提高导电凝胶体系整体的性能。虽然原理分析还不是很明朗，但是可以确定的是本发明的技术效果得到了较好的提高。
虽然本发明不保护直接将超支化单体加入到医用导电凝胶体系中的方案，但是在此通过实验发现，直接掺杂超支化单体并不能有效改善导电凝胶的各方面性能。只有将超支化单体通过与丙烯酰胺，丙烯酸盐和甲基丙烯磺酸钠共聚的形式，得到超支化共聚物进行引入才能有效提升凝胶体系的阻抗低、噪声小等技术效果。
通过使用少量超支化共聚物，可以不使用保水剂，即可达到较好的胶对胶阻抗，并且提高了对信号收集的灵敏度，且仍保持优异的生物相容性。共聚物中丙烯酸盐和甲基丙烯磺酸钠的使用，可以保持共聚物的离子含量，超支化单体则起到协同增强导电性和网络整体的对信号收集的灵敏度；关于超支化单体直接使用，在实施例部分也会进一步说明，单体直接使用并不能起到预期的效果。只有与丙烯酸盐和甲基丙烯磺酸钠共聚，同时丙烯酰胺作为共聚单体，由此得到的共聚物才会起到相应的提高导电性和信号收集的灵敏度等性能。
具体实施方式
超支化共聚物制备例中所使用的超支化单体为
其中R1为2.0代聚酰胺-胺单体，超支化单体的CAS：2055867-82-6。其可以通过现有技术的方法合成获得，或者商业途径购得。
丙烯酰胺，丙烯酸钠，甲基丙烯磺酸钠均为分析纯试剂，可以商业购得。
还原剂和氧化剂等引发剂溶液均为本领域常规的氧化还原引发体系所用物质，可以商业购得。
超支化共聚物的制备例1
(1)将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的0.5％的超支化单体，20％的丙烯酰胺，39.5％丙烯酸钠，40％的甲基丙烯磺酸钠，混合搅拌均匀，配置成单体质量浓度为25％的溶液。
(2)调节溶液pH值为6.5，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气35min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌30min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。氧化剂的加入量为单体总重量的0.01％，还原剂的加入量为单体总重量的0.008％。
得到超支化共聚物1。
超支化共聚物的制备例2
(1)将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的1％的超支化单体，15％的丙烯酰胺，35％丙烯酸钠，49％的甲基丙烯磺酸钠，混合搅拌均匀，配制成单体质量浓度为25％的溶液。
(2)调节溶液pH值为6.7，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气40min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌35min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3.5h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。氧化剂的加入量为单体总重量的0.015％，还原剂的加入量为单体总重量的0.01％。
得到超支化共聚物2。
超支化共聚物的制备例3
(1)将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的0.4％的超支化单体，10％的丙烯酰胺，30.6％丙烯酸钠，59％的甲基丙烯磺酸钠，混合搅拌均匀，配制成单体质量浓度为25％的溶液。
(2)调节溶液pH值为6.7，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气40min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌35min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3.5h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。氧化剂的加入量为单体总重量的0.025％，还原剂的加入量为单体总重量的0.02％。
得到超支化共聚物3。
超支化共聚物的对比制备例1
加入质量份计的0.5％的超支化单体，99.5％的甲基丙烯磺酸钠，其它同制备例1。
得到超支化共聚物1’。
超支化共聚物的对比制备例2
加入质量份计的0.5％的超支化单体，99.5％丙烯酸钠，其它同制备例1。
得到超支化共聚物2’。
超支化共聚物的对比制备例3
加入质量份计的0.5％的超支化单体，99.5％丙烯酰胺，其它同制备例1。
得到超支化共聚物3’。
超支化共聚物的对比制备例4
(1)将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的5％的超支化单体，20％的丙烯酰胺，39.5％丙烯酸钠，35.5％的甲基丙烯磺酸钠，混合搅拌均匀，配置成单体质量浓度为25％的溶液。
(2)调节溶液pH值为6.5，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气35min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌30min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。氧化剂的加入量为单体总重量的0.01％，还原剂的加入量为单体总重量的0.008％。
得到超支化共聚物4’。
超支化共聚物的制备例4
加入质量份计0.5％的超支化单体，20％的丙烯酰胺，79.5％的甲基丙烯磺酸钠，其它同制备例1。
得到超支化共聚物4。
制备例5
(1)将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入丙烯酸钠，混合搅拌均匀，配制成单体质量浓度为25％的溶液。
(2)调节溶液pH值为6.7，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气40min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌35min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3.5h，最后将反应生成的聚合物粉碎，干燥后，得到粉末状的产品。氧化剂的加入量为单体总重量的0.025％，还原剂的加入量为单体总重量的0.02％。
得到聚丙烯酸钠。
制备例6
(1)将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入丙烯酰胺，混合搅拌均匀，配制成单体质量浓度为25％的溶液。
(2)调节溶液pH值为6.8，然后在45℃水浴中加热和搅拌下，通氮气40min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂过硫酸钠溶液，继续搅拌35min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂亚硫酸氢钠溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应3.5h，最后将反应生成的聚合物粉碎，干燥后，得到粉末状的产品。氧化剂的加入量为单体总重量的0.025％，还原剂的加入量为单体总重量的0.02％。
得到聚丙烯酰胺。
实施例1
本实施例心电检测用导电凝胶的制备方法，步骤如下：
(1)将去离子水加入到反应釜内并升温至55℃，保温搅拌，将盐类电解质NaCl加入反应釜内，保持恒温搅拌30min；
(2)将超支化共聚物1加入到反应釜中，边加入边搅拌，添加完成后继续搅拌45min；
(3)将成胶剂明胶加入到反应釜中，边加入边搅拌，添加完成后继续搅拌15min；
(4)将步骤(3)所得的溶液注模，室温冷却成型后得到导电凝胶。
其中，盐类电解质NaCl用量为2％，超支化共聚物1用量为1％，成胶剂明胶用量为10％，余量为去离子水。应当能够明确的是，盐类电解质，超支化共聚物，成胶剂和去离子水的用量之和按质量百分比计为100％。
实施例2
采用超支化共聚物2，其它同实施例1。
应当理解的是，采用超支化共聚物2替代实施例1中的超支化共聚物1，其它组分、用量、方法等均与实施例1相同，以下实施例情况与实施例2类似理解。
实施例3
采用超支化共聚物3，其它同实施例1。
实施例4
采用超支化共聚物4，其它同实施例1。
对比实施例1
采用超支化共聚物1’，其它同实施例1。
对比实施例2
采用超支化共聚物2’，其它同实施例1。
对比实施例3
采用超支化共聚物3’，其它同实施例1。
对比实施例4
采用超支化共聚物4’，其它同实施例1。
对比实施例5
采用超支化单体
其中R1为2.0代聚酰胺-胺单体，超支化单体的CAS：2055867-82-6替代超支化共聚物1，其它同实施例1。
对比实施例6
采用盐类电解质NaCl用量为2％，制备例5得到的聚丙烯酸钠用量为10％，成胶剂明胶用量为10％，余量为去离子水，其它同实施例1。
对比实施例7
采用盐类电解质NaCl用量为2％，制备例5得到的聚丙烯酸钠用量为10％，制备例6得到的聚丙烯酰胺用量为5％，成胶剂明胶用量为10％，余量为去离子水，其它同实施例1。
相关性能测试
根据YY/T 0196-2005的标准进行电极测试。其中，对皮肤的润湿性结果均为优异。
细胞毒性依据GB/T 16886.5-2003第5部分：体外细胞毒性试验测得。经检测，所有实施例和对比例的生物相容性测试结果表明，细胞毒性均为0级，生物相容性优异。
0.1-250Hz扫描下的10Hz下测试所得到的胶对胶阻抗Ω，噪声(波动电压μV)测试结果如表1所示。
表1
综上所述，本发明提供的心电检测用导电凝胶具有低的皮肤接触阻抗，采集心电信号具有较低的噪声波动电压，按照行业标准来看，属于高质量的医用电极用导电凝胶。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所述技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围内和公开范围内。
Claims (9)
1.一种心电检测用导电凝胶，由如下质量百分比的组分组成：盐类电解质1-2％，超支化共聚物0.5-2％，成胶剂5-20％，余量水；
其中，超支化共聚物由0.4-1.0％wt超支化单体，10-20％wt丙烯酰胺，30-40％wt丙烯酸钠，甲基丙烯磺酸钠共聚而成，以各单体用量质量之和100％计；
其中，超支化单体为
其中R1为2.0代聚酰胺-胺单体，超支化单体的CAS：2055867-82-6，结构式如下所示：
2.如权利要求1所述的导电凝胶，其特征在于：盐类电解质为NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3、AgNO3中的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的导电凝胶，其特征在于：成胶剂为果胶、明胶、卡拉胶、琼脂、结冷胶一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求1所述的导电凝胶，其特征在于：超支化单体
为2.0代聚酰胺-胺单体与顺丁烯二酸酐反应而得到。
5.一种如权利要求1所述心电检测用导电凝胶的制备方法，步骤如下：
(1)将上述的水加入到反应釜内并升温至55-65℃，保温搅拌，将上述的盐类电解质加入反应釜内，保持恒温搅拌30min；
(2)将超支化共聚物加入到反应釜中，边加入边搅拌，添加完成后继续搅拌30-60min；
(3)将成胶剂加入到反应釜中，边加入边搅拌，添加完成后继续搅拌10-20min；
(4)将步骤(3)所得的溶液注模，室温冷却成型后得到导电凝胶。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：超支化共聚物的制备方法如下，
首先，将一定量的去离子水加入反应容器中，在室温搅拌下，加入质量份计的0.4-1.0％的超支化单体，10-20％的丙烯酰胺，30-40％丙烯酸钠，剩余量的甲基丙烯磺酸钠(超支化单体+丙烯酰胺+丙烯酸钠+甲基丙烯磺酸钠用量和为100％)，混合搅拌均匀，配置成单体质量浓度为20-25％的溶液；
其次，调节溶液pH值为中性6.5左右，然后在40-50℃水浴中加热和搅拌下，通氮气30-60min；然后缓慢滴加氧化还原引发体系的氧化剂溶液，继续搅拌30-60min，缓慢滴加氧化还原引发体系的还原剂溶液，停止通氮气，继续加热搅拌聚合反应1-5h，最后将反应生成的凝胶粉碎，干燥后，得到粉末状的超支化共聚物。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：其中，氧化还原引发体系由氧化剂和还原剂组成，其中，氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种，还原剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾中的一种。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：氧化剂的加入量为单体总重量的0.01-0.025％，还原剂的加入量为单体总重量的0.005-0.025％。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：聚合反应温度为45-60℃，反应时间1-5h，优选为2-4h。
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