1.本發(fā)明屬于水凝膠制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.隨著人工智能的快速發(fā)展，可穿戴柔性電子設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)信息及生理信息（如肌電、心電、腦電）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在健康檢測(cè)、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。水凝膠由3d微結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)高分子構(gòu)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(dǎo)電水凝膠成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。為了獲得準(zhǔn)確的生理信號(hào)，并減少人體運(yùn)動(dòng)對(duì)信號(hào)的干擾，應(yīng)用于可穿戴設(shè)備的導(dǎo)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(dǎo)電性和黏附性，而忽略了材料和皮膚的剝離問(wèn)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(guò)大而對(duì)皮膚造成損害。通過(guò)仿生學(xué)研究（例如章魚吸盤，壁虎腳，牛蒡種子等），雖然實(shí)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(cè)的具有可控黏附/剝離的導(dǎo)電水凝膠材料貼片，無(wú)疑在柔性電子可穿戴、醫(yī)療監(jiān)控，生物電子器械等領(lǐng)域具有重要意義。
3.

技術(shù)實(shí)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(cè)的新型水凝膠電極貼片及其制備方法。
5.本發(fā)明通過(guò)如下過(guò)程實(shí)現(xiàn)：一種可用于健康監(jiān)測(cè)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(zhì)量比相當(dāng)于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5~50wt %甘油水溶液與明膠、聚乙烯醇和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30~80wt %植酸水溶液的質(zhì)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(cè)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(cè)的新型水凝膠電極貼片。
8.上述的甘油水溶液中甘油的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5~50wt %；植酸水溶液中植酸的質(zhì)量百分?jǐn)?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(zhì)量比為（5~25）:（0.1~2）:（1~10）:（10~50）。
9.上述溶液混合過(guò)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(zhuǎn)速為400~1500 r/min。
11.上述交聯(lián)反應(yīng)的溫度為4 ~
??
50℃，保持時(shí)間為15~72小時(shí)。
12.上述方法所獲得的新型水凝膠電極貼片無(wú)色透明，具有良好的空間穩(wěn)定性、鎖水性、導(dǎo)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(cè)的新型水凝膠電極貼片的形成機(jī)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(tuán)的膠原蛋白水解后的高分子產(chǎn)物，植酸又名肌醇六磷酸，每分子植酸含有六個(gè)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(guān)功能基團(tuán)鍵連了起來(lái)，形成了一個(gè)分子間立體網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)。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(duì)水分子的強(qiáng)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(cuò)，側(cè)鏈基團(tuán)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(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇、明膠和植酸復(fù)合物放置于低溫環(huán)境時(shí)，在甘油的促進(jìn)作用下，立體網(wǎng)絡(luò)中的各官能團(tuán)間便可形成很強(qiáng)的氫鍵，最終獲得具有良好的空間穩(wěn)定性、鎖水性、導(dǎo)電性、抗菌性、黏附性和易完整剝離性的可用于健康監(jiān)測(cè)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(cè)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(luò)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(qiáng)弱可逆性，實(shí)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(fù)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(cè)的新型水凝膠電極貼片在不引入化學(xué)交聯(lián)劑的基礎(chǔ)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(wú)毒的基礎(chǔ)上，極大程度上節(jié)約時(shí)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(yīng)用。（3）本發(fā)明涉及的用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片具有很好的抗菌性，且對(duì)皮膚有良好的粘附性及自適應(yīng)性，即使在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下也能有效貼合皮膚，利用其導(dǎo)電性及拉伸彎曲產(chǎn)生的電流電阻變化，可有效采集身體電信號(hào)變化，在人機(jī)交互醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備方面具有良好應(yīng)用前景。
15.說(shuō)明書附圖圖1新型水凝膠電極貼片的實(shí)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(zhì)圖；圖4新型水凝膠電極貼片對(duì)不同基材的黏性照片；圖5新型水凝膠電極貼片對(duì)皮膚的自適應(yīng)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(dǎo)電性測(cè)試照片；圖8新型水凝膠電極貼片抗菌性能照片。
具體實(shí)施方式
16.下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的和技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明所用材料均可通過(guò)商業(yè)途徑得到。
17.實(shí)施例1，用于健康監(jiān)測(cè)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(shí)，即得到一種可用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片。
18.對(duì)本實(shí)施例中制備的新型水凝膠電極貼片理化性質(zhì)進(jìn)行表征，圖1為實(shí)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(wú)色透明，透過(guò)電極貼片能清晰看到被其覆蓋的文字內(nèi)容，說(shuō)明所屬水凝膠有良好透光性；圖2為實(shí)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(duì)應(yīng)p
?
o鍵和c
?
n鍵，說(shuō)明實(shí)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(shuō)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(shí)施例1所制備水凝膠電極貼片的流變性能，說(shuō)明隨溫度升高儲(chǔ)能模量快速下降電極貼片黏度增大，反之黏度減小。
19.實(shí)施例2，用于健康監(jiān)測(cè)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(shí)，即得到一種可用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片，其理化性質(zhì)與實(shí)施例1相似。
20.實(shí)施例3，用于健康監(jiān)測(cè)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(shí)，即得到一種可用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片，其理化性質(zhì)與實(shí)施例1相似。
21.實(shí)施例4，用于健康監(jiān)測(cè)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(shí)，即得到一種可用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片，其理化性質(zhì)與實(shí)施例1相似。
22.實(shí)施例5，用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片性能測(cè)試本實(shí)施例所采用的用于健康監(jiān)測(cè)的新型水凝膠電極貼片由實(shí)施例1所得。具體測(cè)試如下：（1）新型水凝膠電極貼片粘附性及自適應(yīng)性測(cè)試將新型水凝膠電極貼片放在50℃預(yù)處理3分鐘后，將其與不同材質(zhì)物體進(jìn)行黏貼，結(jié)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(duì)動(dòng)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(yù)處理3分鐘后貼在手腕處，伸長(zhǎng)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(wú)脫落跡象，如圖5所示。說(shuō)明本發(fā)明所述新型水凝膠電極貼片對(duì)人體皮膚有良好的粘附性，對(duì)動(dòng)態(tài)皮膚有很好的自適應(yīng)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(shí)驗(yàn)無(wú)痛無(wú)殘留的將電極貼片從皮膚剝離下來(lái)，對(duì)于使用者而言至關(guān)重要。將實(shí)施例1所述的水凝膠電極貼片一側(cè)覆蓋塑料紙，經(jīng)50℃預(yù)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(wú)殘留且對(duì)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(dǎo)電性測(cè)試圖7展示了將實(shí)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(dǎo)電性。
26.（4）新型水凝膠電極貼片抗菌性測(cè)試水凝膠的濕潤(rùn)環(huán)境很容易滋生細(xì)菌，作為與皮膚長(zhǎng)時(shí)間接觸的凝膠貼片，具有抗菌能力可以有效防止細(xì)菌對(duì)皮膚造成的感染。我們選用革蘭氏陽(yáng)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(duì)實(shí)施例1所述新型水凝膠電極貼片的抗菌能力進(jìn)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(duì)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(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，盡管結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了以上描述，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例及應(yīng)用領(lǐng)域，上述方案僅僅做示意及指導(dǎo)用途，而不是限制性的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本說(shuō)明書的啟發(fā)下和在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)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(hù)之列。

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