本發(fā)明涉及一種柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極，特別涉及一種柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片及其制備方法和應(yīng)用，屬于肌電信號(hào)采集技術(shù)與絲網(wǎng)印刷技術(shù)的交叉領(lǐng)域。具體地講，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在靜電紡絲上印刷油墨電極，使人在使用舒適的同時(shí)，保證了電極的高導(dǎo)電率，可以更好的檢測(cè)電生理信號(hào)。

背景技術(shù)：

1、最近，肌電監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用在患者診斷、康復(fù)治療、人機(jī)界面以及假肢控制等方面得到了顯著拓展。盡管如此，傳統(tǒng)的濕電極在肌電記錄的應(yīng)用中仍存在一定局限性。這些局限性主要源于其基于剛性金屬和導(dǎo)電凝膠的構(gòu)造，這不僅會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量的衰減和運(yùn)動(dòng)偽影，還可能引發(fā)皮膚過(guò)敏等問(wèn)題。

2、在當(dāng)前市場(chǎng)上，柔性肌電圖電極貼片在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域遭遇諸多挑戰(zhàn)。例如，部分柔性電極材料的生物兼容性尚未達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)時(shí)間的佩戴可能導(dǎo)致過(guò)敏反應(yīng)。同時(shí)，電極與皮膚之間的接觸電導(dǎo)率亟待優(yōu)化，以減少信號(hào)衰減和噪聲干擾。除此之外，電極貼片的生物兼容性也需進(jìn)一步增強(qiáng)，以防止使用過(guò)程中發(fā)生脫落、位移或刺激皮膚引發(fā)炎癥等問(wèn)題。鑒于此，柔性肌電圖電極貼片的研究與開(kāi)發(fā)仍然是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)但同時(shí)擁有巨大發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片及其制備方法和應(yīng)用，該電極貼片展現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率、長(zhǎng)工作壽命特性，該方法簡(jiǎn)便、高效且可重復(fù)性強(qiáng)，有效克服了傳統(tǒng)電極在生物相容性上的不足的問(wèn)題。該新型的柔性干電極，用于肌電監(jiān)測(cè)。該電極是通過(guò)在導(dǎo)電油墨中絲網(wǎng)印刷于靜電紡絲材料上制成的。這種新型電極不僅確保了佩戴的舒適性，同時(shí)保持了高導(dǎo)電率，從而能夠在日?；顒?dòng)和運(yùn)動(dòng)中更精確地測(cè)量肌電信號(hào)。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

3、一種柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片，該柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片由柔性基底和導(dǎo)電油墨組成；

4、柔性基底的原料包括聚丙烯腈和n,n-二甲基甲酰胺；

5、導(dǎo)電油墨的原料包括明膠、液態(tài)金屬、水和納米銀線；

6、以柔性基底的原料的總質(zhì)量為100％計(jì)算，各組分的質(zhì)量百分含量為：

7、聚丙烯腈??????????27％-33％

8、n,n-二甲基甲酰胺??67％-73％

9、以導(dǎo)電油墨的原料的總質(zhì)量為100％計(jì)算，各組分的質(zhì)量百分含量為：

10、明膠??????????????6％-7％

11、液態(tài)金屬鎵銦合金??72％-76％

12、水????????????????17％-21％；

13、納米銀線??????????0.5％-1％。

14、所述液態(tài)金屬為鎵、汞、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍錫合金、鉍錫鉛銦合金中的至少一種。

15、所述液態(tài)金屬為鎵銦合金，鎵銦合金中鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.5％，銦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.5％。

16、一種柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片的制備方法，包括以下步驟：

17、步驟1，將聚丙烯腈和n,n-二甲基甲酰胺進(jìn)行混合，得到聚丙烯腈溶液；

18、步驟2，使用步驟1得到的聚丙烯腈溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到聚丙烯腈纖維；

19、步驟3，將明膠和水進(jìn)行混合，進(jìn)行磁力攪拌，充分溶解后，加入液態(tài)金屬和納米銀線并進(jìn)行超聲分散，得到導(dǎo)電油墨；

20、步驟4，將步驟2得到的聚丙烯腈纖維平鋪在絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版的下表面；

21、步驟5，將步驟3得到的導(dǎo)電油墨滴于步驟4得到的絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版的上表面，通過(guò)刮板刮涂將導(dǎo)電油墨印刷至位于絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版下表面的聚丙烯腈纖維上，得到柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片。

22、所述步驟1中，將聚丙烯腈和n,n-二甲基甲酰胺進(jìn)行混合時(shí)的溫度為85-95℃，進(jìn)行混合時(shí)進(jìn)行磁力攪拌，磁力攪拌速度為400-600r/min，混合時(shí)間為12-24h。

23、所述步驟2中，靜電紡絲參數(shù)為針頭型號(hào)21g、出料速度0.1-0.2ml/h、紡絲電壓17-20kv、接收距離10-12cm。

24、所述步驟3中，混合時(shí)間為10-15min，溫度為40-50℃，磁力攪拌速度為400-600r/min；超聲分散時(shí)的功率為200-400w，超聲分散時(shí)間1-2min。

25、所述步驟4中，絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版是采用手工刻漆膜或光化學(xué)制版的方法制作的，絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版網(wǎng)孔目數(shù)為100-200目，絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版圖案線寬范圍為0.5-1mm，線間距范圍為1-2mm。

26、一種柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片的應(yīng)用，將柔性可穿戴基于液態(tài)金屬的靜電紡絲柔性電極貼片貼附到胳膊作為傳感器，測(cè)量日常生活和運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌電信號(hào)。

27、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的有益效果是：

28、(1)本發(fā)明使用了具有溫敏特性的明膠高分子材料，通過(guò)在高溫環(huán)境下呈現(xiàn)低粘度的溶液狀態(tài)，使得更好的與液態(tài)金屬鎵銦合金液滴和銀納米線在溶液中分散，形成液態(tài)金屬/銀納米線明膠納米粒子。這種獨(dú)特的材料組合不僅提高了電極貼片的柔韌性和貼合度，而且在冷卻至室溫后，明膠高分子材料會(huì)固化，從而將液態(tài)金屬和銀納米線穩(wěn)定地固定在貼片中。此外，基于可擦除激活的導(dǎo)電特性，使得該柔性貼片電極可以長(zhǎng)期貯存而不用擔(dān)心液態(tài)金屬的氧化，也可以選擇性的激活電路，提供個(gè)性化的選擇。

29、(2)本發(fā)明通過(guò)引入液態(tài)金屬鎵銦合金和納米銀線作為導(dǎo)電增強(qiáng)復(fù)合填料，液態(tài)金屬可以很好的填充到一維線性材料銀納米線的孔隙中，實(shí)現(xiàn)島橋互聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種復(fù)合材料不僅提高了電極貼片的導(dǎo)電性能，而且在彎曲和拉伸等機(jī)械應(yīng)力下仍能保持穩(wěn)定的電學(xué)特性。

30、(3)本發(fā)明通過(guò)引用靜電紡絲作為基底，不僅提高了電極貼片的柔韌性和穿戴舒適性，而且增強(qiáng)了其對(duì)皮膚的貼合度，從而確保了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電極與皮膚之間的穩(wěn)定接觸。具有良好的耐用性、機(jī)械強(qiáng)度、生物相容性，生物降解性。并且靜電紡絲的比表面積大，質(zhì)地輕，可使佩戴者更加舒適，滿足了長(zhǎng)時(shí)間使用的需求。

31、(4)本發(fā)明進(jìn)一步提出了一種在柔性器件上印刷導(dǎo)電電極的采集單元，將其作為肌電信號(hào)的采集載體，實(shí)現(xiàn)了柔性的、低成本的、多功能的靜電紡絲柔性電極技術(shù)。這種技術(shù)不僅可以用于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中和日常生活中生理信號(hào)的同步監(jiān)測(cè)，而且在信號(hào)采集方面表現(xiàn)出了高的信噪比、信號(hào)精度，以及更低的阻抗和皮膚界面阻抗。

32、此外，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。

33、本發(fā)明創(chuàng)新性地將絲網(wǎng)印刷工藝與靜電紡絲技術(shù)有機(jī)結(jié)合，研制出一款兼具低成本優(yōu)勢(shì)與卓越導(dǎo)電性能的柔性可穿戴靜電紡絲電極貼片。其材料包括明膠、液態(tài)金屬鎵銦合金、水、聚丙烯腈、n,n-二甲基甲酰胺及納米銀線等。

34、在具體實(shí)施過(guò)程中，首先將聚丙烯腈溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶液中，利用靜電紡絲技術(shù)制備出具有柔性的基底，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建電極貼片架構(gòu)。與此同時(shí)，液態(tài)金屬鎵銦合金與納米銀線作為關(guān)鍵導(dǎo)電成分，經(jīng)過(guò)超聲分散處理后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電性能優(yōu)異的油墨，并均勻涂覆于靜電紡絲基底之上，最終成功制備出導(dǎo)電性能卓越且皮膚接觸阻抗極低的柔性電極貼片。

35、值得一提的是，本發(fā)明突破性地將導(dǎo)電電極的采集單元直接印刷于柔性器件表面，使其成為采集肌電信號(hào)的理想選擇。該技術(shù)不僅具備柔性優(yōu)良、成本低廉、功能全面的優(yōu)勢(shì)，完美契合日常生活及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下生理信號(hào)的實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)需求，而且制備流程簡(jiǎn)便流暢，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，展現(xiàn)出廣闊的推廣應(yīng)用前景。