【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物醫電，具體涉及一種仿海星管足陣列水凝膠電極及其制備方法
技術介紹
1、表皮肌電信號已被廣泛應用于運動監測、健康管理、人機交互等多個領域，為疾病診斷和健康評估提供了一種方便、無創的方法。近年來，隨著皮膚電子技術的研究和進步，表皮肌電電極在材料、結構和工藝方面均有創新，但主要集中用于干燥環境。開發水下高質量肌電信號采集技術，為更好地評估游泳運動員、潛水人員活動狀態，預警水下安全等具有重要意義。現有表皮肌電電極的防水性和濕粘附性較差，界面阻抗往往較高，難以在水中實現連續長時高信噪比生物電信號監測。
2、水凝膠由于具有高含水量、與皮膚組織模量高匹配度和生物相容性等獨特優勢，已成為新一代綜合性能優異的表皮電極的重要候選材料之一。然而，傳統水凝膠電極在水下應用受限，主要有以下三方面原因：首先，由于具有大量親水基團，傳統水凝膠在水中溶脹現象明顯，導致電極的機械性能與導電性能下降；其次，導電水凝膠中小分子的擴散也降低了其在水中的穩定性；最后，導電水凝膠表面形成的水合層也會降低其濕粘附性。突破以上三方面難題，對于開發具有穩定性能的水凝膠電極并應用于水下肌電采集至關重要。
3、經過對現有技術的檢索發現，韓國延世大學jungmok?seo等人在advancedscience,2023,10,2207237撰文“intrinsically?nonswellable?multifunctionalhydrogel?with?dynamic?nanoconfinement?networks?for?robust?t
4、jp2020092967a專利公開了一種水下生物電極，可以在水下對移動的測量對象進行信號監測，并且能夠抑制電磁噪聲的影響。ag/agcl碟形電極位于電磁屏蔽材料內側，電極屏蔽材料向皮膚壓緊后在測量點上方形成液密腔室，使其在含有電解質的水中進行非接觸式肌電、心電信號采集。電極能夠輕松、穩定地在水下采集生物電信號，但其在較高電導率(大于10.0s/m)的水環境中易失效，需要持續施加壓力使得電極點貼合皮膚表面，適用范圍較窄，并且沒有考慮脫吸附時對皮膚的影響。
5、us20230108715專利公開了一種防水電生理數據記錄系統，用于非侵入性記錄海洋哺乳動物野外睡眠，將金杯電極嵌入兩層氯丁橡膠之間，并采用多層防水材料處理電極導線焊接點，以實現水下記錄動物腦電、心電、肌電、眼電等。但實際使用時該系統需要在動物皮膚上使用氯丁橡膠粘合劑，電極不具有自粘特性，使用不便。
6、cn116602686a專利公開了一種用于尿動力監測的仿生疏水濕粘附柔性電極及制備方法，具有仿生超疏水外層、可拉伸導電層和水凝膠黏性層。仿生超疏水外層包含荷葉微結構與疏水基團，能夠防止水漬與尿液導致的水凝膠吸水溶脹、界面脫附等問題，但是凝膠自身不具備抗溶脹能力，且層間存在不穩定界面，變形作用下的層間滑移可能造成漏水，導致水凝膠大量吸水、對皮膚粘附性下降，破壞電極的長期耐久性。
7、cn116376104a專利公開了一種基于飛秒激光的水凝膠基janus多孔薄膜加工方法，利用飛秒激光原位刻蝕技術一步成型制備錐形通孔，通過調控激光掃描速度、掃描間距和掃描次數等參數控制錐形孔尺寸，但是該通孔結構較為簡單，加工難度較小。
8、綜上所述，目前一體化水下電極技術較為有限，為了在水下采集到更加穩定的肌電信號，亟需開發具有防水、自主濕粘附、低阻抗特性的新型表皮電極。首先，通過設計導電水凝膠分子結構，提升電極的化學濕吸附能力與水下抗溶脹能力，降低皮膚接觸阻抗；其次，采用激光加工構筑凝膠表面仿生吸盤結構，進一步提高電極的水下肌電信號采集能力。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種仿海星管足陣列水凝膠電極及其制備方法，該導電水凝膠電極底部具有仿海星管足陣列，單個仿海星管足包含莖與末端的仿生吸盤，吸盤外側為圓臺結構，內側為半球構成的空腔。該電極的一體化管足微結構通過激光切割水凝膠得到，首先切割出內側空腔結構，其次切割外側仿生管足形狀，最后將單個仿生管足插入塊狀水凝膠中構成陣列。電極所用導電水凝膠的制備方法為先合成預聚體，然后將預聚體、陽離子單體和陰離子單體聚合，得到抗溶脹、具有穩定優異導電性能的水凝膠。該導電水凝膠電極在水下工作時具有自主濕粘附與抗溶脹能力，能夠與人體皮膚緊密貼合，降低電極-皮膚阻抗，提升水下肌電信號采集質量。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案包括如下步驟：
3、一種仿海星管足陣列水凝膠電極，包括塊狀水凝膠與仿海星管足陣列；
4、所述塊狀水凝膠與仿海星管足陣列由同種水凝膠制成；
5、所述仿海星管足陣列包括多個管足，每一管足包括莖與吸盤，莖為實心圓柱，吸盤為杯型結構；莖的一端為吸盤；
6、所述塊狀水凝膠底面布置圓形盲孔陣列，圓形盲孔的數量與仿海星管足數量一致，圓形盲孔的半徑與仿海星管足莖半徑相同；
7、每個管足的莖的另一端插入圓形盲孔中，與塊狀水凝膠通過水凝膠自身的粘性粘接，構成仿海星管足陣列。
8、進一步地，所述吸盤內側含一外突半球，余下區域為吸盤空腔。
9、進一步地，所述吸盤的頂部圓環具有微褶皺結構。
10、一種仿海星管足陣列水凝膠電極的制備方法，包括以下步驟：
11、步驟1：制備預聚體；
12、步驟2：向預聚體中加入陽離子單體、陰離子單體、過硫酸鉀，在80℃下加熱3-4小時；
13、步驟3：激光切割凝膠得到管足，包括莖和吸盤；
14、步驟4：激光切割塊狀凝膠底部，得到圓形盲孔陣列；
15、步驟5：將所有管足的莖插入圓形盲孔中，與塊狀水凝膠通過水凝膠自身的粘性粘接，構成仿海星管足陣列。
16、進一步地，所述步驟1具體為：
17、步驟1-1：將n，n′-亞甲基雙丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉、過硫酸鉀分別溶解在去離子水中，配置三種原料溶液；
18、步驟1-2：將步驟1-1配置的三種原料溶液與陽離子單體或陰離子單體、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯混合，在70度下反應30分鐘，轉速為300rpm，得到預聚體；
19、進一步地，所述步驟1-2中，陽離子單體、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、n，n′-亞甲基雙丙烯酰胺十二烷基硫酸、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉的質量比為1430:1200:77:25:270，質量單位為mg。
20、進一步地，所述步驟2中，陽離子單體、陰離子單體、預聚體、過硫酸鉀的體積比為227:104:500:60本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種仿海星管足陣列水凝膠電極，其特征在于，包括塊狀水凝膠與仿海星管足陣列；
2.根據權利要求1所述的一種仿海星管足陣列水凝膠電極，其特征在于，所述吸盤內側含一外突半球，余下區域為吸盤空腔。
3.根據權利要求1所述的一種仿海星管足陣列水凝膠電極，其特征在于，所述吸盤的頂部圓環具有微褶皺結構。
4.一種如權利要求1所述的水凝膠電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述步驟1具體為：
6.根據權利要求5所述的一種制備方法，其特征在于，所述步驟1-2中，陽離子單體、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺十二烷基硫酸、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉的質量比為1430:1200:77:25:270，質量單位為mg。
7.根據權利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述步驟2中，陽離子單體、陰離子單體、預聚體、過硫酸鉀的體積比為227:104:500:60，體積單位為μL。
8.根據權利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述塊狀水凝膠長4～
9.根據權利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述吸盤外側為圓臺結構，內側為空心半球，吸盤外徑為0.7～1mm，內徑為0.5～0.8mm，高為0.5～0.8mm；莖直徑為0.2～0.5mm，高為1～1.5mm。
10.根據權利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述吸盤外側為圓臺結構，內側為空心半球，吸盤外徑為0.7mm，內徑為0.5mm，高為0.5mm；莖直徑為0.2mm，高為1.5mm。
...【技術特征摘要】
1.一種仿海星管足陣列水凝膠電極，其特征在于，包括塊狀水凝膠與仿海星管足陣列；
2.根據權利要求1所述的一種仿海星管足陣列水凝膠電極，其特征在于，所述吸盤內側含一外突半球，余下區域為吸盤空腔。
3.根據權利要求1所述的一種仿海星管足陣列水凝膠電極，其特征在于，所述吸盤的頂部圓環具有微褶皺結構。
4.一種如權利要求1所述的水凝膠電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述步驟1具體為：
6.根據權利要求5所述的一種制備方法，其特征在于，所述步驟1-2中，陽離子單體、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、n，n′-亞甲基雙丙烯酰胺十二烷基硫酸、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉的質量比為1430:1200:77:25:270，質量單位為mg...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吉博文，葉元茗，王炫棋，郭珺，梁澤凱，常洪龍，王騰蛟，武韜，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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