一种温敏性生物凝胶电极及其制备方法和应用

本发明涉及导电水凝胶，尤其涉及一种温敏性生物凝胶电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、长期高保真脑电图(eeg)是一种非侵入性记录脑电活动的神经成像电生理监测技术，将电极沿着头皮放置，然后通过放置在头皮上的多个电极，记录大脑在一段时间内自发进行的电活动信号，可测量出大脑的神经电活动状态。eeg记录对于临床和脑科学应用至关重要，它一方面可用于临床上用于诊断癫痫病、睡眠障碍、麻醉深度、昏迷、脑病和脑死亡的不同脑状态的情景下，另一方面可用于科学研究领域中提供监测大脑活动的一种技术手段，还应用在计算神经科学中、脑-计接口技术等。

2、当我们在获取这些数据时，不可避免的需要进行数据的采集过程。为了获得高质量的eeg信号，需要将导电膏应用于头皮与电极帽间，以降低阻抗并提高采集时的信号质量。导电膏增强了电极和头皮之间的电活动连接，并防止环境噪声污染eeg信号。一般情况下，用作脑电图记录界面的导电液体或固体材料通常只具备单一相态，这导致电极在适应头发和头皮动态的过程中遇到困难，难以保持与头皮的稳定和有效接触，从而给长期脑电图记录带来了挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有优良温敏性、生物相容性、耐拉伸性能、高电导率以及可以实现可逆的流体-凝胶转变特性的温敏性生物凝胶电极及其制备方法，制备过程更加简单易操作，且可重复性高，能够应用于脑电信号采集设备中，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1)将a型明胶、液态金属、甘油和水混合，得到水凝胶溶液；

5、步骤2)将氯化钠、柠檬酸钠和水凝胶溶液混合，得到水凝胶盐溶液；

6、步骤3)将水凝胶盐溶液冷却固化后，在nacl溶液中浸泡，得到温敏性生物凝胶电极。

7、优选的，所述步骤1)中a型明胶、液态金属、甘油和水的用量比为2～5g:0.5g:2～3g:10ml。

8、优选的，所述步骤1)中混合的温度为50～100℃，时间为1～5h。

9、优选的，其特征在于，所述步骤1)中液态金属为镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金、铋锡合金和铋锡铅铟合金中的一种或几种。

10、优选的，所述步骤2)中氯化钠、柠檬酸钠和a型明胶的质量比为2～5:0.1～1:0.1～1。

11、优选的，所述步骤2)中混合的温度为50～100℃，时间为1～5h。

12、优选的，所述步骤3)中冷却固化是将制备的水凝胶盐溶液倒入电极模具中，冷却至室温，静置1～4h。

13、优选的，所述步骤3)中nacl溶液的浓度为1～5mol/l，浸泡时间为24～48h。

14、本发明还提供了上述的温敏性生物凝胶电极。

15、本发明还提供了上述的温敏性生物凝胶电极在脑电信号采集设备中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、1、本发明以明胶作为温敏性生物凝胶电极的主要原料，利用温度控制实现可逆的流体-凝胶转变。这种相变赋予生物凝胶独特的皮肤可涂性和原位凝胶化的特性，使得电极能够与毛发头皮保持良好的接触，具有良好的拉伸强度和粘弹性。因此不需要采用泡棉、无纺布和压敏胶等常用电极辅助材料，从而避免了采用压敏胶时会产生的皮肤发炎，大面积皮肤占用的负面效果，且剥离后不会对皮肤造成损伤，提升了使用舒适感和生物相容性。

18、2、本发明通过以氯化钠、柠檬酸钠与液态金属作为温敏性生物凝胶电极的导电填料，增加了水凝胶体系内部的带电离子与导电组分的含量，导电离子、电子更容易在水凝胶内移动，显著提高了水凝胶的导电性。

19、3、本发明中温敏性生物凝胶电极胶的制备方法，以导电填料氯化钠、柠檬酸钠提高了水凝胶内部的离子，水凝胶内部溶液的凝固点降低，并阻碍水分子形成有序的晶体结构，使得导电水凝胶可以在低温下储存而不会导致结构破坏。

20、4、本发明中温敏性生物凝胶电极的制备方法以及其在电极方面的应用，操作简单，从模具中取出即可使用，可进行多次使用以及长时间测试，并且在电极报废后只需将其收集起来，通过高温溶解在模具中，即可重新制备和利用，大大提高了电极的使用寿命和性价比，并且此方法易于实现、效果显著。

21、5、本发明中温敏性生物凝胶电极的制备方法中利用了液态金属与明胶之间存在着大量的氢键结合力，提高了电极材料的抗拉伸、抗压能力，保证了电极的强度和力学性能。

22、6、应用本发明制备方法制得的温敏性生物凝胶电极，所用材料均是无危化药品，保证了优异的生物相容性。并且本发明中温敏性生物凝胶电极的制备方法，所需原料中的聚合物材料明胶价格低廉，容易获得，且材料绿色环保，有利于工业化推广。

技术特征：

1.一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中a型明胶、液态金属、甘油和水的用量比为2～5g:0.5g:2～3g:10ml。

3.根据权利要求2所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中混合的温度为50～100℃，时间为1～5h。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中液态金属为镓、汞、镓铟合金、镓铟锡合金、铋锡合金和铋锡铅铟合金中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中氯化钠、柠檬酸钠和a型明胶的质量比为2～5:0.1～1:0.1～1。

6.根据权利要求5所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中混合的温度为50～100℃，时间为1～5h。

7.根据权利要求1所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中冷却固化是将制备的水凝胶盐溶液倒入电极模具中，冷却至室温，静置1～4h。

8.根据权利要求7所述的一种温敏性生物凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中nacl溶液的浓度为1～5mol/l，浸泡时间为24～48h。

9.一种权利要求1～8任一项所述的温敏性生物凝胶电极。

10.一种权利要求9所述的温敏性生物凝胶电极在脑电信号采集设备中的应用。

技术总结
本发明涉及导电水凝胶技术领域，尤其涉及一种温敏性生物凝胶电极及其制备方法和应用。本发明将A型明胶、液态金属、甘油和水混合，得到水凝胶溶液；再将氯化钠、柠檬酸钠和水凝胶溶液混合，得到水凝胶盐溶液；最后将水凝胶盐溶液冷却固化后，在NaCl溶液中浸泡，得到温敏性生物凝胶电极。该温敏性生物凝胶电极具有优良温敏性、生物相容性、耐拉伸性能、高电导率以及可以实现可逆的流体‑凝胶转变特性，其制备过程更加简单易操作，且可重复性高，能够应用于脑电信号采集设备中，能够提供长时间高质量的脑电图记录，为脑电信号采集系统提供了长期稳定的保证。

技术研发人员：胡斌,蔡然,郑凯,田福泽,朱立贤,宋子恺
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6