CN105287107B - 一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带 - Google Patents

Abstract

一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，包括液态金属、含有液态金属的细管道网络，以及与细管道网络进行复合的医用纤维材料；这种柔性复合材料可以根据需要制成不同形状，作为一种新型绷带，可以对人体的四肢、躯干、头部等进行包扎与固定，且相比于传统的石膏、夹板等固定方法，有着操作简单，使用轻便舒适，透气性好，降低感染，适用范围广，可重复利用等优点；该柔性复合材料性能稳定，可靠性高，一定程度上弥补了传统医用材料的不足与缺陷。

Description

一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带

技术领域

本发明涉及绷带技术领域，特别涉及一种含有可在常温下相变的液态金属的可变形复合柔性材料；该复合材料可在常温下通过相变产生柔性与刚性之间的转换，这种可转换材料可以用于设计医疗上固定用的绷带。

背景技术

医学实践中，创伤部位的包扎与固定是一项非常重要的工作，在很多外科创伤中，需要使用绷带对受损的部位进行固定，同时还可以起到压迫止血，涂敷药物的作用。当患者发生骨折，骨裂等状况时，除了绷带还需要使用夹板或者石膏与患者的受损肢体固连在一起，避免意外的活动造成骨头的错位或断裂，或者产生额外的创伤引起失血。

传统医用绷带通常使用棉质纤维，在清理创口之后，将包含药物的敷料放置在伤口处，然后用绷带缠绕创伤部位。目前也有对纤维进行橡胶喷涂后得到的弹性绷带，能够在相对较少的用料下，起到更好的压迫作用，同时其还有着适应性更高，透气性良好的特点。

传统包扎中，如果创伤部位有骨骼损伤，往往还需要进行石膏包扎。石膏包扎的种类较多，按形状可分为石膏托、管型石膏、石膏围领等几种，按有无衬垫又可分为有垫石膏与无垫石膏两种，按固定部位可分上臂石膏、前臂石膏、上肢肩人字形石膏、小腿石膏、大腿石膏、下肢髋人字形石膏等等。

石膏包扎往往需要使用衬垫或绷带，衬垫石膏主要用于创伤后和手术后可能发生肿胀的固定，对于肢体肿胀有缓冲余地，无衬垫石膏多用于损伤较轻或手术较小，一般肢体不会发生严重肿胀的肢体固定。对新鲜骨折、软组织损伤或感染有肿胀趋势者及术后有预期的反应性肿胀等均不能用无衬垫石膏。而且对技术要求相对要高。

石膏包扎所用的原料是生石膏(CaSO4·2H2O)，将其加热到107～130℃，失去3/4的结晶水即为熟石膏，熟石膏接触水分后可较快地重新结晶而硬化，石膏干固定型后，如接触水分，可以软化，由于石膏有吸水后再硬固及再柔软的可塑性，在骨科领域中，常用作维持骨骼或手术修复后的固定，封闭伤口，以及患部的牵引或伸展，治疗矫正关节畸形等。

对于传统的石膏包扎，仍然存在着很多不足，首先是石膏的机械强度有限，所以对于包扎位置常常需要多层石膏，导致包扎点臃肿，患者活动不便。另外由于石膏的透气性能较差，很容易导致受伤部位发生感染，瘙痒等问题。另外由于石膏在固定后就无法调整，拆除石膏需要将其敲碎，过程复杂，操作困难。

液态金属是熔点不超过铝熔融温度(660.37℃)的十七种金属的总称。这十七种金属分别是汞、铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、铋、铊、镉、铅、锌、锑、镁、铝。另外，还有许多合金以及上述金属的合金在室温甚至在更低的温度时也为液态。液态金属中，熔点相对较低的有汞、镓、钠、钾等，其中除汞具有毒性且导热率较低外，其他如镓、钠、钾及其合金等，一般都具有较高的热导系数、较低的粘度以及良好的比热和稳定性，可用作热传导剂和热处理剂。2014年清华大学微纳医学实验室的一项工作表明，液态金属的相变特性有可能用于骨骼的修复，并进而替代目前骨骼修复中常用的骨水泥。对于骨骼受损缺失的患者，首先将熔点高于体温(约50℃至60℃)的液态金属熔化，通过注射器等将液态的液态金属注射至骨骼缺损的部位，待液态金属凝固后就可以起到修复或加固骨骼的作用。由于液态金属的生物相容性好，机械强度高等特点，其在骨科手术中的应用前景非常广泛。

另外，来自Washington大学的科学家还发现，通过干扰细菌的营养物质，镓能杀死小鼠体内的细菌。研究者表示：铁对于细菌的生长很重要，而且也使它们具备了形成生物膜的能力。当利用这种和铁非常类似的金属——镓时，能够阻止细菌生物膜的形成，从而有效的达到杀菌效果。而且在铁浓度较低的环境下，其作用更加明显。镓还对于某些抗药性很强的细菌引起的慢性感染有效。由此，在针对细菌抗药性越来越强，而且现有的抗生素对于慢性感染效果不佳的现状，依靠人体自身的内在防御机制，利用镓进行杀菌的方法是一种崭新的治疗细菌感染的有效方法。

考虑到现有石膏包扎固定方法的缺陷以及低熔点液态金属的独特性质，本发明从全新的角度提出了一种基于液态金属的柔性复合材料，其可用于医疗上的包扎与固定。这种复合结构材料绷带有着轻便，可复用，使用方便，增强透气性减少感染等优点，一定程度上可以替代现有的石膏包扎固定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，具有可重复利用，轻便，操作简单而且透气性好的特点，这种绷带可以根据需要制成不同的形状与结构，可以用于手臂、腿部，躯干等部位的伤口包扎或者肢体固定；对于一些特殊场合如战场或灾后救援等，可以有效地提高救援效率，降低人体所受伤害。相比于传统石膏、夹板等固定方法，本发明有着使用便捷，透气性好，携带轻便，易于导热等优点；另外相比于一些含刚性部件的肢体固定方案，本发明不仅可以用于手臂或腿部，还可以用于腹腔、头部等位置，灵活性更高，弹性更好；不使用的时候还可以卷起来，方便运输与存储。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，当柔性复合材料只用于一般固定时，不需要药物涂敷或者压迫止血时，所述绷带1包括液态金属2以及填充液态金属2的细管道网络3；当复合柔性材料在一般固定的同时还需要具有一定的透气性能时，所述绷带1包括液态金属2以及填充液态金属2的细管道网络3，还包括与细管道网络3通过混合纺织的方法混合在一起的医用纤维材料层4，也即医用纤维材料层4与细管道网络3交织穿插，组成第一复合结构4-1；当复合柔性材料在一般固定的同时还需要具有药物涂敷或者压迫止血的功能时，所述绷带1包括液态金属2以及填充液态金属2的细管道网络3，还包括与细管道网络3通过分层复合的方法融合在一起的医用纤维材料层4，共同组成第二复合结构4-2，使用时医用纤维材料层4与人体表面接触，填充液态金属2的细管道网络3在医用纤维材料层4之外起到固定与强化的作用。

所述液态金属2包括金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金以及含有铟的伍德合金，所述含有铟的伍德合金的组分及质量分数为：铋50％、铅25％、锡12.5％和镉12.5％。

所述细管道网络3为内部相互连通的网络状结构3-1或单根或多跟细管道进行编织交叉形成的纺织型结构3-2。

所述医用纤维材料4能够根据应用场合多次使用或者进行更换。

液态金属作为金属材料的一种，其导热传热性能远高于传统石膏材料，用于肢体固定时能够及时将人体内的热量散出，避免局部升温导致出汗进而影响伤口愈合。

综上所述，本发明所实现的基于液态金属的柔性复合材料，将其用作医疗固定绷带，可以完成以下功能：一、与医用纤维材料复合，可以实现对伤口的包扎，止血，止痛，消毒等作用。二、将绷带升温至相变温度以上，缠绕到骨折或骨裂位置，确定所需的形状后待其冷却固化，即可起到固定肢体的作用。相比于传统的绷带及石膏包扎，本发明有着可靠性高，透气性好，操作简便、适用于急救场合，可重复使用，固定结构的机械强度高等优点。其结合了传统弹性绷带与石膏固定的优点，有望在未来的医疗领域获得广泛的应用。

附图说明

图1是本发明提供的一种含有液态金属的柔性复合材料的固定用绷带结构示意图。

图2是本发明提供的液态金属细管道网络与医用纤维材料的两种复合方式，其中：图2-1是医用纤维材料层与液态金属细管道网络交织穿插形成的单层复合结构，图2-2是医用纤维材料层与液态金属细管道网络通过纺织或粘合形成的多层复合结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明。

图1为本发明提供的一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带组成结构示意图，也是本发明的一个实施例。

当复合柔性材料只用于一般固定，不需要药物涂敷或者压迫止血时，可以只使用填充液态金属2的细管道网络3。通过加热，将填充了液态金属的细管道网络3升温至相变温度以上，此时由于细管道网络中填充的液态金属2处于液态，所以整个细管道网络是柔性可任意弯曲的，将其包裹在需要固定的人体部位上，待其冷却后所填充的液态金属变为固态，硬化后使得整个细管道网络的形状固化，起到固定肢体的作用。

含有液态金属的细管道网络可包含有两种结构，分别为相互连通的网络状结构3-1与单根或多根细管道进行编织交叉形成的纺织型结构3-2；具体到本实施例中，网络状结构3-1可以在橡胶或乳胶等材料基底上加工出相互交叉的网格槽道，将液态金属2填充到槽道之中，再进行密封与封装避免液态金属漏出。纺织型结构3-2可以在细柔性管道中先填充液态金属，然后将该柔性管道作为线，以类似于服装纺织的方法将细柔性管道编织成平面网络结构。

当复合柔性材料在一般固定的同时还需要具有一定的透气性能，可以将医用纤维材料与细管道网络通过混合纺织的方法混合到一起，也即医用纤维材料与细管道交织穿插，组成第一复合结构4-1，如图2的图2-1所示。此时医用纤维材料可以起到杀菌及止血等功能，而及填充液态金属2的细管道网络3则起到固定柔性复合材料的形状，进而固定受损部位的作用。

当复合柔性材料在一般固定的同时还需要具有药物涂敷或者压迫止血的功能时，可以使用分层复合的方法来融合填充了液态金属的细管道网络3和医用纤维材料层4，也即复合柔性材料分为医用纤维材料层和液态金属管道网络层，共同组成第二复合结构4-2，如图2的图2-2所示。其中医用纤维材料层4可以使用弹性纤维以及添加药物。使用时医用纤维材料层4与人体表面接触，液态金属管道网络层在医用纤维材料层之外起到固定与强化的作用。

以上三种复合结构还可以组合使用，例如在第一复合结构4-1之外再次包裹细管道网络3，可以增强绷带的机械强度。还可以根据需要对不同的构型进行替换。

本发明上述实施例中，所述细管道网络3可根据生产制造的便利性或者应用场合使用不同的管道网络结构。当需要更薄的厚度，更稳固的结构时，可使用橡胶、乳胶或硅胶等柔性材料，在其内部加工出相互连通的网络状结构3-1。当需要更高的柔性与弹性或者加工便利性时，可使用柔性细管道通过编织的方法来形成相互交叉的纺织型结构3-2。细管道网络3内部是中空的，用于填充液态金属。

本发明上述实施例中，所述液态金属2可选取不同的液态金属，如金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金以及含有铟的伍德合金(铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％)等。具体到本实施例中可以根据对相变温度需要的不同来进行选取。

本发明所实现的含有液态金属的柔性复合材料，将其制成绷带，可分别或同时实现以下功能：一、伤口的止血与包扎；二、创伤处药物的涂敷与固定；三、对于骨骼受损或者需要避免神经损伤的患者，可以实现对肢体的固定，避免二次伤害。相比与传统的纤维绷带与石膏固定方法，本发明有着包扎处体积小，轻便舒适，透气性好、降低感染风险，金属网络固定的机械强度高，使用便捷、升温后直接包裹在患处，适用范围广、不论是四肢还是躯干都可以使用以及导热性高等优点。尤其适用于战场救护，灾后救援，家庭急救等场合。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，其特征在于：当柔性复合材料只用于一般固定时，不需要药物涂敷或者压迫止血时，所述绷带(1)包括液态金属(2)以及填充液态金属(2)的细管道网络(3)；当复合柔性材料在一般固定的同时还需要具有一定的透气性能时，所述绷带(1)包括液态金属(2)以及填充液态金属(2)的细管道网络(3)，还包括与细管道网络(3)通过混合纺织的方法混合在一起的医用纤维材料层(4)，也即医用纤维材料层(4)与细管道网络(3)交织穿插，组成第一复合结构(4-1)；当复合柔性材料在一般固定的同时还需要具有药物涂敷或者压迫止血的功能时，所述绷带(1)包括液态金属(2)以及填充液态金属(2)的细管道网络(3)，还包括与细管道网络(3)通过分层复合的方法融合在一起的医用纤维材料层(4)，共同组成第二复合结构(4-2)，使用时医用纤维材料层(4)与人体表面接触，填充液态金属(2)的细管道网络(3)在医用纤维材料层(4)之外起到固定与强化的作用。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，其特征在于：所述液态金属(2)包括金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金以及含有铟的伍德合金，所述含有铟的伍德合金的组分及质量分数为：铋50％、铅25％、锡12.5％和镉12.5％。

3.根据权利要求1所述的基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，其特征在于：所述细管道网络(3)为内部相互连通的网络状结构(3-1)或单根或多跟细管道进行编织交叉形成的纺织型结构(3-2)。

4.根据权利要求1所述的基于液态金属柔性复合材料的固定用绷带，其特征在于：所述医用纤维材料(4)能够根据应用场合多次使用或者进行更换。