[发明专利]一种透明离子导电水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明属于医用材料技术领域，公开了一种透明离子导电水凝胶及其制备方法与应用。该离子导电水凝胶，由海鞘纳米纤维素、聚乙烯醇、无机盐、交联剂制得。该离子导电水凝胶具有良好的导电性、粘附性、自恢复性能以及生物相容性：导电率达到0.035S/m；能够紧密地贴合皮肤，用于可穿戴人体传感器时可以提高传感器的灵敏度；不会对细胞产生毒性；同时，离子导电水凝胶是透明的，用于可穿戴人体传感器时可以直观地观察到所监测运动的变化；离子导电水凝胶是离子导电，用于可穿戴人体传感器时无需金属导电。

技术领域

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种透明离子导电水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

目前，可穿戴传感器已经应用于我们的日常生活中。智能手环、智能手表、健康穿戴、智能眼镜等都成为了一种主流发展趋势。但是大多数可穿戴设备难以适应复杂的环境，例如弯曲，折叠和扭曲等。为了更好的贴合人体的肢体，精确地监测人体运动、人体健康等信号，可穿戴柔性传感器逐渐呈现出广阔的应用前景。随着不断发展，人们对可穿戴柔性传感器提出了一些新的要求：具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲、折叠、便于携带等特点。

水凝胶是由三维交联网络和大量水组成的具有高分子网络的聚合物，具有良好的生物相容性和可塑性，非常适用于可穿戴传感。导电水凝胶以其优异的导电性、柔韧性以及检测灵敏度，被认为是理想的柔性传感器材料之一，它能够有效地对外部刺激做出响应，并转化为电信号。然而，现有的导电水凝胶传感器存在着机械强度差、延展性差、不透明、组织黏附性差等缺点，这些缺点的存在严重影响了导电水凝胶传感器的进一步发展。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的第一方面的目的，在于提供一种离子导电水凝胶。

本发明的第二方面的目的，在于提供上述离子导电水凝胶的制备方法。

本发明的第三方面的目的，在于提供上述离子导电水凝胶在可穿戴人体传感器中的应用。

本发明的第四方面的目的，在于提供一种可穿戴人体传感器。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供一种离子导电水凝胶，由海鞘纳米纤维素、聚乙烯醇、无机盐、交联剂制得。

所述海鞘纳米纤维素与无机盐的质量比优选为1：(40～70)；更优选为1：(50～60)。

所述海鞘纳米纤维素与聚乙烯醇的质量比优选为1：(2～50)；更优选为1：(2～10)；最优选为1：(4～6)。

所述无机盐由ZnCl₂和CaCl₂组成，无机盐离子能够使海鞘纳米纤维素交联成导电网络(离子导电网络)，均匀地分布在聚乙烯醇水凝胶中。

所述ZnCl₂与CaCl₂的质量比优选为(30～100)：1；更优选为(40～60)：1。

所述无机盐优选为无机盐溶液。

所述聚乙烯醇与交联剂的质量比优选为(3～6)：1；更优选为(4～6)：1。

所述交联剂优选为四硼酸钠、环氧氯丙烷和戊二醛中的至少一种；更优选为四硼酸钠。

所述离子导电水凝胶的导电率优选为0.03～0.05S/m。

本发明的第二个方面，提供本发明第一方面的离子导电水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将无机盐与海鞘纳米纤维素混合，然后加入聚乙烯醇、交联剂，反应，得到离子导电水凝胶。

所述反应的条件优选为60℃～90℃下反应15～45min。

所述海鞘纳米纤维素与聚乙烯醇的质量比优选为1：(2～50)；更优选为1：(2～10)；最优选为1：(4～6)。