CN105853049A - 一种透明热疗片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于银纳米线的透明热疗片的制备方法，本发明所用的银纳米线(AgNW)因其优异的导电性和柔韧性被认为是柔性透明导电薄膜原材料。由于焦耳效应，透明导电薄膜在通电时会产生热效应。利用本发明的技术可得到一种柔韧性高、热稳定性好、热响应快、热效率高、耐温度急变性能好、热惯性小、发热均匀、无明火的PDMS/AgNW/PVA热疗片。此热疗片可根据不同加热温度的需求，通过调整电阻以及通电电压进行温度调控，透明性有利于直接观察热疗部位情况变化，并且可以重复利用。

Description

一种透明热疗片及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料及医疗领域，具体涉及一种热疗片的制备及使用。
背景技术
目前，热疗片(又名暖贴，暖宝宝)大多是由铁粉和活性炭组成，靠化学反应发热，温度不可控，发热速率快时感觉过烫，无法直接观察热疗部分皮肤情况，体验不好。此外，热疗片多为一次性用品，无法重复利用，造成资源浪费。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种新型透明热疗片。本发明所用的银纳米线(AgNW)因其优异的导电性和柔韧性被认为是柔性透明导电薄膜原材料。由焦耳效应可知，透明导电薄膜在通电时会产生热效应。利用本发明的技术可得到一种柔韧性高、热稳定性好、热响应快、热效率高、耐温度急变性能好、热惯性小、发热均匀、无明火的PDMS/AgNW/PVA热疗片。此热疗片可根据不同加热温度的需求，通过调整电阻以及通电电压进行温度调控，透明性有利于直接观察热疗部位情况变化，并且可以重复利用。
为达到上述效果，本发明采用以下技术方案：
一种透明热疗片，包括热疗部，固定部及控制部；其中，固定部位于热疗片两端；控制部设有电极，电源，开关；热疗部分是由PDMS/AgNW/PVA结构组成，其中外层为PDMS，与皮肤直接接触，中间一层为AgNW，另一层为PVA材料。
进一步的，透明热疗片的制备方法为：
a.将银纳米线异丙醇分散液稀释，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗，之后吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液沉积到PET衬底上，60-100℃下干燥5-30min；
d.将PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在60-100℃下干燥1-5h；
e.将干燥后的样品从PET衬底上剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极，得到AgNW/PVA柔性透明加热片。
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层PDMS，在50-100℃下干燥1-5h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
进一步的，银纳米线分散液稀释至原浓度30％，PVA水溶液使用质量分数为5％。进一步的，固定部使用魔术贴或纽扣。
进一步的，电极为铜胶带。
进一步的，电源使用外接变压电源，电压为3-5V。
进一步的，将银纳米线分散液沉积到PET衬底上，方法包括旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、线棒涂抹法。
进一步的，干燥温度为80℃。
本发明所用材料经过研究，聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)：作为一种高分子有机硅化合物。具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃。(PDMS)是最广泛使用的硅为基础的有机聚合物材料，其运用包括在生物微机电中的微流道系统、填缝剂、润滑剂、隐形眼镜，具有生物相容性。聚乙烯醇(PVA)：对人体无毒、无味、无害，与自然环境具有良好的亲和性，不累积，无污染。属于一种生物可降解高分子材料,可由非石油路线大规模生产，价格低廉，其耐油、耐溶剂及气体阻隔性能出众，在食品、药品包装方面具有独特优势。
银纳米线(AgNW)：具有高比表面积，良好导电性和导热性。且纳米银本身具有杀菌特性。
燃点：PDMS：被认为是惰性，无毒，不易燃。PVA：熔点230-240℃，燃点：454℃；银纳米线：熔点260℃。
粘附力：热疗片在加热和不加热条件下，贴在皮肤上都能明显感觉到有粘性，加热后粘附性增强。
附图说明
图1 PDMS/AgNW/PVA透明热疗片的平面和截面结构示意图
其中1电极；2聚二甲基硅氧烷(PDMS)(外层)；3银纳米线(AgNW)；4聚乙烯醇(PVA)(内层)。
图2(a-d)实施例1、2、3、4所制的PDMS/AgNW/PVA透明热疗片的SEM图
图3(1-4)实施例1、2、3、4所制备的PDMS/AgNW/PVA透明热疗片的可见光透光光谱和方块电阻，0对应于PDMS/PVA的可见光透光光谱。
图4不同内阻PDMS/AgNW/PVA透明热疗片在3V电压下的加热效果
图5 PDMS/AgNW/PVA透明加热薄膜在不同电压下的加热效果
具体实施方式
下面结合具体实施事例对本发明进行详细的说明：
实施例1：
a.将浓度10mg/mL的银纳米线异丙醇分散液稀释到3mg/mL，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的PET基底(3cmx 3cm)分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗10min，之后用气枪吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液用3000rpm的转速旋涂沉积到PET衬底上，60℃下干燥30min；
d.将质量分数为5％的PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在60℃下干燥5h；
e.将干燥后的样品从PET衬底上剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极(如铜胶带)，得到AgNW/PVA柔性透明加热片。
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层0.1mm的PDMS，在60℃下干燥4h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
将热疗片绑紧于患者需治疗部位，将热疗片电极两端接入外接电源，接通电源，打开开关，进行热疗。
实施例2：
a.将浓度10mg/mL的银纳米线异丙醇分散液稀释到4mg/mL，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的PET基底(5cmx 5cm)分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗10min，之后用气枪吹干；
c.将稀释好的银纳米线溶液用4000rpm的转速旋涂沉积到PET衬底上，80℃下 干燥10min，之后再重复旋涂沉积及干燥过程一次；
d.将质量分数为11％的PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在90℃下干燥3h；
e.将干燥之后的样品从PET衬底剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极(如铜胶带)，得到AgNW/PVA柔性透明热疗片；
g,最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层0.3mm的PDMS，在90℃下干燥0.5h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
实施例3：
a.将浓度10mg/mL的银纳米线异丙醇分散液稀释到5mg/mL，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的PET基底(10cmx 15cm)分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗15min，之后用气枪吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液用3000rpm的转速旋涂沉积到PET衬底上，100℃下干燥5min，之后再重复旋涂沉积及干燥过程一次；
d.将质量分数为15％的PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在80℃下干燥4h；
e.将干燥之后的样品从PET衬底剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极(如铜胶带)，得到AgNW/PVA柔性透明热疗片内层；
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层0.5mm的PDMS，在70℃下干燥3h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
实施例4：
a.将浓度10mg/mL的银纳米线异丙醇分散液稀释到4mg/mL，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的PET基底(4cmx 4cm)分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗10min，之后用气枪吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液利用浸渍提拉法沉积到PET衬底上，把洗干净的PET基底浸入银纳米线分散液中，浸泡片刻后拉出，提拉速率为1cm/min。然后80℃下干燥10min；
d.将质量分数为8％的PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在100℃下干燥1h；
e.将干燥之后的样品从PET衬底剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极(如铜胶带)，得到AgNW/PVA柔性透明热疗片；
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层0.2mm的PDMS，在80℃下干燥1h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
实施例5：
a.将浓度10mg/mL的银纳米线异丙醇分散液稀释到0.1mg/mL，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的PET基底(10cmx 15cm)分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗15min，之后用气枪吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液利用喷涂法沉积到PET衬底上，喷枪与基底之间距离为10cm，喷涂时间为60s，之后将样品100℃下干燥5min；
d.将质量分数为15％的PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在80℃下干燥4h；
e.将干燥之后的样品从PET衬底剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极(如铜胶带)，得到AgNW/PVA柔性透明热疗片内层；
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层0.5mm的PDMS，在70℃下干燥3h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
实施例6：
a.将浓度10mg/mL的银纳米线异丙醇分散液稀释到2mg/mL，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的PET基底(10cmx15cm)分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗15min，之后用气枪吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液利用线棒涂抹法沉积到PET衬底上(RDS Meyerrod#4)，之后将样品100℃下干燥5min；
d.将质量分数为15％的PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在80℃下干燥4h；
e.将干燥之后的样品从PET衬底剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极(如铜胶带)，得到AgNW/PVA柔性透明热疗片内层；
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层0.5mm的PDMS，在70℃下干燥3h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
具体使用方式：
使用时，将热疗片直接贴在皮肤上，使用固定端魔术贴相互贴合固定，打开开关，由图4可知，使用阻值为8-10Ω的电极时，热疗片温度会快速上升至45℃左右从而稳定，同时在加热情况下PDMS会产生一定粘性，使热疗片与身体更加吻合。热疗结束后，将开关关闭，解开魔术贴即可。热疗片可根据患者需热敷部位不同而设立不同尺寸，热疗温度可由电阻控制，使用简单方便，不影响患者行动。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种透明热疗片，包括热疗部，固定部及控制部；其特征在于，固定部位于热疗片两端；控制部设有电极，电源，开关；热疗部分是由PDMS/AgNW/PVA结构组成，其中外层为PDMS，与皮肤直接接触，中间一层为AgNW，另一层为PVA材料。
2.根据权利要求1所述的一种透明热疗片的制备方法，其步骤为：
a.将银纳米线分散液稀释，摇晃或搅拌至均匀；
b.将切割好的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底分别用去离子水、乙醇和异丙醇超声清洗，之后吹干；
c.将稀释好的银纳米线分散液沉积到PET基底上，60-100℃下干燥；
d.将PVA水溶液均匀滴涂到上述制备的样品上，随后在60-100℃下干燥；
e.将干燥后的样品从PET基底上剥离，得到自支撑的AgNW/PVA柔性透明导电薄膜；
f.在AgNW/PVA柔性透明导电薄膜的两侧引出金属电极，得到AgNW/PVA柔性透明加热片。
g.最后在热疗片表面包括金属电极(除两端连接电源部分)均匀滴涂一层PDMS，在50-100℃下干燥1-5h得到PDMS/AgNW/PVA热疗片。
3.根据权利要求1所述的一种透明热疗片，其特征在于，固定部使用魔术贴或纽扣。
4.根据权利要求1所述的一种透明热疗片，其特征在于，电极为铜胶带。
5.根据权利要求1所述的一种透明热疗片，其特征在于，电源使用外接变压电源，电压为3-5V。
6.根据权利要求2所述的一种透明热疗片的制备方法，其特征在于，稀释后银纳米线分散液浓度在0.1-5mg/mL，PVA溶液的质量分数为5-15％。
7.根据权利要求2所述的一种透明热疗片的制备方法，其特征在于，银纳米线分散液上PET基底上沉积方法包括：旋涂法、浸渍提拉、喷涂法、线棒涂抹法。
8.根据权利要求2所述的一种透明热疗片的制备方法，其特征在于，干燥温度为80℃。
9.根据权利要求2所述的一种透明热疗片的制备方法，其特征在于，步骤c干燥时间为5-30min，步骤d干燥1-5h。
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