【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医电，具体涉及一种仿海星管足阵列水凝胶电极及其制备方法
技术介绍
1、表皮肌电信号已被广泛应用于运动监测、健康管理、人机交互等多个领域，为疾病诊断和健康评估提供了一种方便、无创的方法。近年来，随着皮肤电子技术的研究和进步，表皮肌电电极在材料、结构和工艺方面均有创新，但主要集中用于干燥环境。开发水下高质量肌电信号采集技术，为更好地评估游泳运动员、潜水人员活动状态，预警水下安全等具有重要意义。现有表皮肌电电极的防水性和湿粘附性较差，界面阻抗往往较高，难以在水中实现连续长时高信噪比生物电信号监测。
2、水凝胶由于具有高含水量、与皮肤组织模量高匹配度和生物相容性等独特优势，已成为新一代综合性能优异的表皮电极的重要候选材料之一。然而，传统水凝胶电极在水下应用受限，主要有以下三方面原因：首先，由于具有大量亲水基团，传统水凝胶在水中溶胀现象明显，导致电极的机械性能与导电性能下降；其次，导电水凝胶中小分子的扩散也降低了其在水中的稳定性；最后，导电水凝胶表面形成的水合层也会降低其湿粘附性。突破以上三方面难题，对于开发具有稳定性能的水凝胶电极并应用于水下肌电采集至关重要。
3、经过对现有技术的检索发现，韩国延世大学jungmok seo等人在advancedscience,2023,10,2207237撰文“intrinsically nonswellable multifunctionalhydrogel with dynamic nanoconfinement networks for robust t
4、jp2020092967a专利公开了一种水下生物电极，可以在水下对移动的测量对象进行信号监测，并且能够抑制电磁噪声的影响。ag/agcl碟形电极位于电磁屏蔽材料内侧，电极屏蔽材料向皮肤压紧后在测量点上方形成液密腔室，使其在含有电解质的水中进行非接触式肌电、心电信号采集。电极能够轻松、稳定地在水下采集生物电信号，但其在较高电导率(大于10.0s/m)的水环境中易失效，需要持续施加压力使得电极点贴合皮肤表面，适用范围较窄，并且没有考虑脱吸附时对皮肤的影响。
5、us20230108715专利公开了一种防水电生理数据记录系统，用于非侵入性记录海洋哺乳动物野外睡眠，将金杯电极嵌入两层氯丁橡胶之间，并采用多层防水材料处理电极导线焊接点，以实现水下记录动物脑电、心电、肌电、眼电等。但实际使用时该系统需要在动物皮肤上使用氯丁橡胶粘合剂，电极不具有自粘特性，使用不便。
6、cn116602686a专利公开了一种用于尿动力监测的仿生疏水湿粘附柔性电极及制备方法，具有仿生超疏水外层、可拉伸导电层和水凝胶黏性层。仿生超疏水外层包含荷叶微结构与疏水基团，能够防止水渍与尿液导致的水凝胶吸水溶胀、界面脱附等问题，但是凝胶自身不具备抗溶胀能力，且层间存在不稳定界面，变形作用下的层间滑移可能造成漏水，导致水凝胶大量吸水、对皮肤粘附性下降，破坏电极的长期耐久性。
7、cn116376104a专利公开了一种基于飞秒激光的水凝胶基janus多孔薄膜加工方法，利用飞秒激光原位刻蚀技术一步成型制备锥形通孔，通过调控激光扫描速度、扫描间距和扫描次数等参数控制锥形孔尺寸，但是该通孔结构较为简单，加工难度较小。
8、综上所述，目前一体化水下电极技术较为有限，为了在水下采集到更加稳定的肌电信号，亟需开发具有防水、自主湿粘附、低阻抗特性的新型表皮电极。首先，通过设计导电水凝胶分子结构，提升电极的化学湿吸附能力与水下抗溶胀能力，降低皮肤接触阻抗；其次，采用激光加工构筑凝胶表面仿生吸盘结构，进一步提高电极的水下肌电信号采集能力。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种仿海星管足阵列水凝胶电极及其制备方法，该导电水凝胶电极底部具有仿海星管足阵列，单个仿海星管足包含茎与末端的仿生吸盘，吸盘外侧为圆台结构，内侧为半球构成的空腔。该电极的一体化管足微结构通过激光切割水凝胶得到，首先切割出内侧空腔结构，其次切割外侧仿生管足形状，最后将单个仿生管足插入块状水凝胶中构成阵列。电极所用导电水凝胶的制备方法为先合成预聚体，然后将预聚体、阳离子单体和阴离子单体聚合，得到抗溶胀、具有稳定优异导电性能的水凝胶。该导电水凝胶电极在水下工作时具有自主湿粘附与抗溶胀能力，能够与人体皮肤紧密贴合，降低电极-皮肤阻抗，提升水下肌电信号采集质量。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
3、一种仿海星管足阵列水凝胶电极，包括块状水凝胶与仿海星管足阵列；
4、所述块状水凝胶与仿海星管足阵列由同种水凝胶制成；
5、所述仿海星管足阵列包括多个管足，每一管足包括茎与吸盘，茎为实心圆柱，吸盘为杯型结构；茎的一端为吸盘；
6、所述块状水凝胶底面布置圆形盲孔阵列，圆形盲孔的数量与仿海星管足数量一致，圆形盲孔的半径与仿海星管足茎半径相同；
7、每个管足的茎的另一端插入圆形盲孔中，与块状水凝胶通过水凝胶自身的粘性粘接，构成仿海星管足阵列。
8、进一步地，所述吸盘内侧含一外突半球，余下区域为吸盘空腔。
9、进一步地，所述吸盘的顶部圆环具有微褶皱结构。
10、一种仿海星管足阵列水凝胶电极的制备方法，包括以下步骤：
11、步骤1：制备预聚体；
12、步骤2：向预聚体中加入阳离子单体、阴离子单体、过硫酸钾，在80℃下加热3-4小时；
13、步骤3：激光切割凝胶得到管足，包括茎和吸盘；
14、步骤4：激光切割块状凝胶底部，得到圆形盲孔阵列；
15、步骤5：将所有管足的茎插入圆形盲孔中，与块状水凝胶通过水凝胶自身的粘性粘接，构成仿海星管足阵列。
16、进一步地，所述步骤1具体为：
17、步骤1-1：将n，n′-亚甲基双丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、过硫酸钾分别溶解在去离子水中，配置三种原料溶液；
18、步骤1-2：将步骤1-1配置的三种原料溶液与阳离子单体或阴离子单体、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯混合，在70度下反应30分钟，转速为300rpm，得到预聚体；
19、进一步地，所述步骤1-2中，阳离子单体、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺十二烷基硫酸、过硫酸钾、十二烷基硫酸钠的质量比为1430:1200:77:25:270，质量单位为mg。
20、进一步地，所述步骤2中，阳离子单体、阴离子单体、预聚体、过硫酸钾的体积比为227:104:500:60本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种仿海星管足阵列水凝胶电极，其特征在于，包括块状水凝胶与仿海星管足阵列；
2.根据权利要求1所述的一种仿海星管足阵列水凝胶电极，其特征在于，所述吸盘内侧含一外突半球，余下区域为吸盘空腔。
3.根据权利要求1所述的一种仿海星管足阵列水凝胶电极，其特征在于，所述吸盘的顶部圆环具有微褶皱结构。
4.一种如权利要求1所述的水凝胶电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
6.根据权利要求5所述的一种制备方法，其特征在于，所述步骤1-2中，阳离子单体、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺十二烷基硫酸、过硫酸钾、十二烷基硫酸钠的质量比为1430:1200:77:25:270，质量单位为mg。
7.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述步骤2中，阳离子单体、阴离子单体、预聚体、过硫酸钾的体积比为227:104:500:60，体积单位为μL。
8.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述块状水凝胶长4～
9.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述吸盘外侧为圆台结构，内侧为空心半球，吸盘外径为0.7～1mm，内径为0.5～0.8mm，高为0.5～0.8mm；茎直径为0.2～0.5mm，高为1～1.5mm。
10.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述吸盘外侧为圆台结构，内侧为空心半球，吸盘外径为0.7mm，内径为0.5mm，高为0.5mm；茎直径为0.2mm，高为1.5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种仿海星管足阵列水凝胶电极，其特征在于，包括块状水凝胶与仿海星管足阵列；
2.根据权利要求1所述的一种仿海星管足阵列水凝胶电极，其特征在于，所述吸盘内侧含一外突半球，余下区域为吸盘空腔。
3.根据权利要求1所述的一种仿海星管足阵列水凝胶电极，其特征在于，所述吸盘的顶部圆环具有微褶皱结构。
4.一种如权利要求1所述的水凝胶电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
6.根据权利要求5所述的一种制备方法，其特征在于，所述步骤1-2中，阳离子单体、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺十二烷基硫酸、过硫酸钾、十二烷基硫酸钠的质量比为1430:1200:77:25:270，质量单位为mg...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉博文，叶元茗，王炫棋，郭珺，梁泽凯，常洪龙，王腾蛟，武韬，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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