1.本發(fā)明屬于水凝膠制備技術領域，具體涉及一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的制備方法及應用。

背景技術：

2.隨著人工智能的快速發(fā)展，可穿戴柔性電子設備能夠實現(xiàn)人體運動信息及生理信息（如肌電、心電、腦電）的實時監(jiān)測，在健康檢測、人機交互等領域具有重要應用。水凝膠由3d微結構網(wǎng)絡高分子構建而成，其材料柔軟而富有彈性，具有良好的生物相容性和皮膚貼合性，因此開發(fā)具有傳感功能的導電水凝膠成為當下研究熱點。為了獲得準確的生理信號，并減少人體運動對信號的干擾，應用于可穿戴設備的導電水凝膠材料和皮膚間要有良好的黏附作用，因此大量研究聚焦于如何提高水凝膠的導電性和黏附性，而忽略了材料和皮膚的剝離問題，這使得器械使用完畢后，從皮膚不完全剝離造成的殘留易引起使用者心理不適，器械壽命短暫，甚至由于與皮膚粘性過大而對皮膚造成損害。通過仿生學研究（例如章魚吸盤，壁虎腳，牛蒡種子等），雖然實現(xiàn)了界面間的可逆黏附，但它們大多適用于粗糙的平坦基材，在自由形態(tài)和柔軟表面（例如皮膚）上的使用效果并不理想。因此，開發(fā)出一種可用于健康監(jiān)測的具有可控黏附/剝離的導電水凝膠材料貼片，無疑在柔性電子可穿戴、醫(yī)療監(jiān)控，生物電子器械等領域具有重要意義。
3.

技術實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的是提供一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片及其制備方法。
5.本發(fā)明通過如下過程實現(xiàn)：一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片，包括如下組分：甘油、明膠、聚乙烯醇、植酸和水，各組分之間的質量比相當于質量百分數(shù)為5~50wt %甘油水溶液與明膠、聚乙烯醇和質量百分數(shù)為30~80wt %植酸水溶液的質量比為（5~25）:（0.1~2）:（1~10）:（10~50）。
6.上述的聚乙烯醇分子量為16000
?
200000da，明膠的分子量為20000
?
150000da。
7.一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的制備方法，包括以下步驟：將甘油水溶液與明膠、聚乙烯醇和植酸水溶液混合均勻得透明溶液，再將該透明溶液倒入模具中，冷凍交聯(lián)即得到可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片。
8.上述的甘油水溶液中甘油的質量百分數(shù)為5~50wt %；植酸水溶液中植酸的質量百分數(shù)為30~80wt %；所述的聚乙烯醇分子量為16000
?
200000da，明膠的分子量為20000
?
150000da。甘油水溶液:明膠:聚乙烯醇:植酸水溶液的質量比為（5~25）:（0.1~2）:（1~10）:（10~50）。
9.上述溶液混合過程溫度為30~100℃，優(yōu)選為70~100℃。
10.上述溶液混合才用攪拌方式，攪拌轉速為400~1500 r/min。
11.上述交聯(lián)反應的溫度為4 ~
??
50℃，保持時間為15~72小時。
12.上述方法所獲得的新型水凝膠電極貼片無色透明，具有良好的空間穩(wěn)定性、鎖水性、導電性、抗菌性、黏附性和易完整剝離性。
13.本發(fā)明所涉及的可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的形成機理是：聚乙烯醇是一維多羥基高分子，明膠是一種含有豐富的氨基、羧基和羥基等功能基團的膠原蛋白水解后的高分子產物，植酸又名肌醇六磷酸，每分子植酸含有六個磷酸根離子，極易與氨基形成離子鍵，與羥基形成氫鍵，故植酸可與聚乙烯醇和明膠分子鏈上的相關功能基團鍵連了起來，形成了一個分子間立體網(wǎng)絡交聯(lián)結構。聚乙烯醇和明膠這兩種線性高分子在甘油水溶液中因甘油對水分子的強的錨定作用而使線性分子鏈外圍水化膜穩(wěn)定性大大降低，分子間舒展交錯，側鏈基團充分暴露相互間極易形成大量分子間氫鍵。氫鍵鍵能很低，高溫下氫鍵不能存在，但是已經(jīng)形成分子間立體網(wǎng)絡交聯(lián)結構的聚乙烯醇、明膠和植酸復合物放置于低溫環(huán)境時，在甘油的促進作用下，立體網(wǎng)絡中的各官能團間便可形成很強的氫鍵，最終獲得具有良好的空間穩(wěn)定性、鎖水性、導電性、抗菌性、黏附性和易完整剝離性的可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片。
14.本發(fā)明積極效果在于：（1）本發(fā)明用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片充分利用聚乙烯醇和明膠高分子網(wǎng)絡中植酸的離子鍵交聯(lián)和電離出氫離子作用，以及在高低溫區(qū)間氫鍵的強弱可逆性，實現(xiàn)電極貼片的穩(wěn)定性和黏度的溫度可控性。（2）區(qū)別于傳統(tǒng)反復凍融法制備聚乙烯醇水凝膠，本發(fā)明所述用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片在不引入化學交聯(lián)劑的基礎上，只需要一次冷凍即可獲得一種可逆黏附水凝膠電極貼片，在保證所得材料安全無毒的基礎上，極大程度上節(jié)約時間，減低成本，且所述電極貼片具有良好的透光性及柔韌性，在美觀度及舒適度上更容易被使用者接受，便于推廣應用。（3）本發(fā)明涉及的用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片具有很好的抗菌性，且對皮膚有良好的粘附性及自適應性，即使在運動狀態(tài)下也能有效貼合皮膚，利用其導電性及拉伸彎曲產生的電流電阻變化，可有效采集身體電信號變化，在人機交互醫(yī)療監(jiān)控設備方面具有良好應用前景。
15.說明書附圖圖1新型水凝膠電極貼片的實物照片；圖2新型水凝膠電極貼片的傅里葉紅外圖；圖3新型水凝膠電極貼片的流變性質圖；圖4新型水凝膠電極貼片對不同基材的黏性照片；圖5新型水凝膠電極貼片對皮膚的自適應性照片；圖6新型水凝膠電極貼片從皮膚剝離照片；圖7新型水凝膠電極貼片導電性測試照片；圖8新型水凝膠電極貼片抗菌性能照片。
具體實施方式
16.下面將結合本發(fā)明具體實施例，對本發(fā)明的目的和技術方案做進一步說明，本發(fā)明所用材料均可通過商業(yè)途徑得到。
17.實施例1，用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的制備在1.5克20wt %的甘油水溶液中加入0.06g明膠、0.54g聚乙烯醇和3克50wt %的植酸水溶液，將其放于85℃的水浴鍋中800 r/min磁力攪拌30分鐘得到澄清透明混合液后倒
入模具中，再放入
?
20℃冰箱中冷凍48小時，即得到一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片。
18.對本實施例中制備的新型水凝膠電極貼片理化性質進行表征，圖1為實施例1所制備的水凝膠電極貼片的外觀照片，可以看出其外觀上呈無色透明，透過電極貼片能清晰看到被其覆蓋的文字內容，說明所屬水凝膠有良好透光性；圖2為實施例1制備的水凝膠電極貼片的傅里葉紅外譜圖，在995 cm
?1和1044 cm
?1出現(xiàn)特征峰分別對應p
?
o鍵和c
?
n鍵，說明實施例1所制備的電極貼片中含有植酸和明膠，在3210~3370 cm
?1處的寬帶說明材料含有大量
?
oh，和聚乙烯醇相比，水凝膠電極貼片中存在大量氫鍵，因此
?
oh位置發(fā)生右移；圖3為實施例1所制備水凝膠電極貼片的流變性能，說明隨溫度升高儲能模量快速下降電極貼片黏度增大，反之黏度減小。
19.實施例2，用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的制備在1.5克20wt %的甘油水溶液中加入0.06g明膠、0.54g聚乙烯醇和3克50wt %的植酸水溶液，將其放于85℃的水浴鍋中800 r/min磁力攪拌30分鐘得到澄清透明混合液后倒入模具中，再放入
?
40℃冰箱中冷凍24小時，即得到一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片，其理化性質與實施例1相似。
20.實施例3，用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的制備在5克10wt %的甘油水溶液中加入1g明膠、5g聚乙烯醇和10克30wt %的植酸水溶液，將其放于85℃的水浴鍋中800 r/min磁力攪拌30分鐘得到澄清透明混合液，將其倒入模具中，再放入
?
20℃冰箱中冷凍48小時，即得到一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片，其理化性質與實施例1相似。
21.實施例4，用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片的制備在2克20wt %的甘油水溶液中加入0.06g明膠、0.54g聚乙烯醇和2.5克50wt %的植酸水溶液，將其放于85℃的水浴鍋中800 r/min磁力攪拌30分鐘得到澄清透明混合液，將其倒入模具中，再放入4℃冰箱中冷凍60小時，即得到一種可用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片，其理化性質與實施例1相似。
22.實施例5，用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片性能測試本實施例所采用的用于健康監(jiān)測的新型水凝膠電極貼片由實施例1所得。具體測試如下：（1）新型水凝膠電極貼片粘附性及自適應性測試將新型水凝膠電極貼片放在50℃預處理3分鐘后，將其與不同材質物體進行黏貼，結果如圖4所示。圖4照片顯示本發(fā)明所述新型水凝膠電極貼片對動物組織（腎，肝，皮膚，肺，脾）以及不同基材（不銹鋼，塑料，玻璃，橡膠，銅片）都表現(xiàn)出良好的黏附能力。
23.將新型水凝膠電極貼片放在50℃預處理3分鐘后貼在手腕處，伸長或彎曲手腕后水凝膠仍然能很好的黏附在手腕及縫隙中，無脫落跡象，如圖5所示。說明本發(fā)明所述新型水凝膠電極貼片對人體皮膚有良好的粘附性，對動態(tài)皮膚有很好的自適應性，能夠作為黏性貼片使用。
24.（2）新型水凝膠電極貼片剝離實驗無痛無殘留的將電極貼片從皮膚剝離下來，對于使用者而言至關重要。將實施例1所述的水凝膠電極貼片一側覆蓋塑料紙，經(jīng)50℃預處理后，該電極貼片能很好地黏附在手
背；再給與冰敷，所述電極貼片黏度下降。圖6展示了冰敷后所述新型水凝膠電極貼片可以無殘留且對皮膚不造成二次損傷的從皮膚上剝離。
25.（3）新型水凝膠電極貼片導電性測試圖7展示了將實施例1所述新型水凝膠電極貼片放入帶有l(wèi)ed燈泡的6v電路中，通電后電路中l(wèi)ed燈泡可以正常發(fā)光，表明所述新型水凝膠電極貼片具有良好導電性。
26.（4）新型水凝膠電極貼片抗菌性測試水凝膠的濕潤環(huán)境很容易滋生細菌，作為與皮膚長時間接觸的凝膠貼片，具有抗菌能力可以有效防止細菌對皮膚造成的感染。我們選用革蘭氏陽性菌（金黃葡萄球菌）和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）作為模型菌對實施例1所述新型水凝膠電極貼片的抗菌能力進行研究。在平板中央打直徑8毫米圓孔，分別放入上述水凝膠電極貼片，圖8展示了所述水凝膠電極貼片對大腸桿菌和金黃葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為4.5厘米和3.8厘米，表明該新型水凝膠電極貼片具有優(yōu)異的抑菌能力。
27.最后應當說明的是，盡管結合實施例對本發(fā)明做了以上描述，但本發(fā)明并不局限于上述實施例及應用領域，上述方案僅僅做示意及指導用途，而不是限制性的。本領域普通技術人員在本說明書的啟發(fā)下和在不脫離本發(fā)明權利要求所保護的范圍的情況下，還可以做出很多的形式，這些均在本發(fā)明保護之列。

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