CN106618860A - 一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布其加工方法 - Google Patents

一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布，包括柔性基底和响应性胶体纳米晶簇薄膜，而响应性胶体纳米晶簇薄膜是由具有透光性的弹性聚合物膜和镶嵌其中的纳米胶体粒子组成。所述纳米胶体粒子在弹性聚合物膜中形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成。同时,本发明还提供了一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布的加工方法。本发明可作为肌内效贴布拉伸程度的可视化判断标准，实现根据响应性胶体纳米晶簇薄膜的颜色的变化来判断拉伸百分比，从而有效指导非专业人士对肌内效贴布的使用，简单直观，有利于降低人力成本，提高肌内效贴布的使用覆盖面和效用成熟度。

Description

一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布其加工方法
技术领域
本发明涉及一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布其加工方法，用于弹性肌内效贴布拉伸程度的可视化判断。
背景技术
肌内效贴布是由日本博士Kenzo Kase发明，至今已有25年。与运动员常用的只起固定和保护作用的运动贴布不同，肌内效贴布是一种弹性的透气棉胶带，可以根据不同医疗需要切成多种形状和拉伸不同的程度，贴在皮肤、肌肉和关节上，起到强化特定位点的肌肉或放松治疗的效果。因为肌内效贴布具有黏性与弹性，同时内层粘胶又呈现水波纹形状，故可以通过粘贴时的胶布的密度差牵动皮肤的走向，增加皮肤与肌肉之间的间隙，进而影响到皮下筋膜组织的流向，让筋膜系统能够有足够的通透性与流通，促进淋巴及血液循环，从而达到治疗肌肉肿胀、淤青和水肿等问题；此外，肌内效贴布对粘贴部位也能施予结构上限制，避免过度关节活动造成进一步伤害，并通过调节疼痛促进肌肉活动正常化，通过疼痛门阀机制和神经可塑性机制逆向改变慢性疼痛症状。
时至今日，肌内效贴布盛行于体育界，著名的足球明星巴神、贝克汉姆，我国著名网球运动员李娜都曾在其背部或膝关节处使用肌内效贴布。此外，肌内效贴布也已广泛应用于康复和运动医疗中。
尽管肌内效贴布越来越广泛地被应用于多个领域，但它的使用仍需要较为专业和规范的操作流程。该规范性包括肌内效贴布的剪切形状和拉伸程度。剪切形状包括I型、Y型、X型、散状型、O型、灯笼型等，其适用范围在各个肌内效贴布的说明书中都会涉及。为适应皮肤、肌肉、关节等不同位置的伸缩程度，弹性肌内效贴布在使用时的预先拉伸百分比对促进血液循环和新陈代谢，促进肌肉合理收缩伸张有非常重要的意义。而目前在肌内效贴布的使用时对其拉伸程度的掌控仅限于专业医疗人士的经验预估，这在很大程度上阻碍了非专业人士对肌内效贴布的有效使用。
本发明旨在肌内效贴布的外层复合一层具有拉伸变色特性的响应性胶体纳米晶簇薄膜，根据其在不同拉力下光子晶体薄膜颜色的变化来指示肌内效贴布的拉伸百分比，从而有效指导非专业人士对肌内效贴布的使用，简单直观，可降低人力成本，提高肌内效贴布的使用覆盖面和效用成熟度。同时，本发明还提供了一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布加工方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布及其加工方法。当与聚合物膜背部贴合的肌内效贴布发生不同程度的拉伸时，聚合物也相继发生拉伸，则构成胶体纳米晶簇阵列的微球间隙距离发生变化，从而导致光子晶体反射和散射光的波长发生变化，使得指示膜的颜色发生特征性的改变，通过肉眼即可明确观察。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布，其特征在于，包括柔性基底和粘结于柔性基底上的响应性胶体纳米晶簇薄膜，所述响应性胶体纳米晶簇薄膜由具有透光性的弹性聚合物膜和镶嵌其中的纳米胶体粒子组成，所述纳米胶体粒子在弹性聚合物膜中形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成。
进一步地，所述柔性基底选自柔性塑料、柔性橡胶、纺织物等中的一种或几种。
进一步地，纳米胶体粒子选自聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、氧化硅、二氧化钛或四氧化三铁等胶体粒子的一种或几种。
进一步地，纳米胶体粒子的直径为50纳米～1000纳米。
一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布加工方法，包括如下步骤：
(1)将聚合物单体真空除气泡后，加入纳米胶体粒子；
(2)将步骤(1)所得胶体粒子分散液超声分散后，旋涂或印刷在柔性基底表面，形成一层复合液膜；
(3)在复合液膜两侧施加外场,使纳米胶体粒子在弹性聚合物膜中形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成；
(4)复合液膜固化后得到基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布。
一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布加工方法，包括如下步骤：
(1)在柔性基底上均匀涂敷纳米胶体粒子；
(2)在步骤1处理后的基底两侧施加外场,使得纳米胶体粒子形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成；
(3)将聚合物单体真空除气泡后滴加在步骤2处理后的基底表面，固化后得到基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布。
进一步地，所述聚合物单体选自丙烯酸乙酯(EA)、二甲基硅氧烷(DMS)、乙二醇(EG)、丙烯酰胺(AM)及其衍生物等一种或几种。
进一步地，所述固化方式选自热聚合、光聚合、超声聚合等等。
进一步地，所述胶体纳米晶簇薄膜的膜厚为1μm～1mm。
进一步地，所述外场选自电场、磁场、温度场、引力场中的一种或几种。
本发明所述的肌内效贴布的颜色的变化指示了皮肤、肌肉、关节等不同位置的伸缩程度。在现有技术中，无论具有响应性还是非响应性光子晶体薄膜，颜色的显示都具有角度依赖性，仅可用于平面上标示拉伸程度。而与现有的光子晶体薄膜相比，本发明提供的基于胶体纳米晶簇的拉伸变色肌内效贴布不具有角度依赖性，其变色仅与拉伸程度有关，而与观察角度无关。因此，本发明的拉伸变色肌内效贴布可用于皮肤、肌肉、关节等不同位置，而不受该部位表面弯曲程度的影响。有益效果如下：
1.基于胶体纳米晶簇的拉伸变色指示膜无毒无害，对肌内效贴布的效用无影响；
2.可以应用在不同弯曲部位，实现根据响应性胶体纳米晶簇薄膜的颜色的变化来判断拉伸百分比；
3.拉/压力响应性胶体纳米晶簇薄膜复合在肌内效贴布外侧，可提高贴布美观性；
4.成本低廉，简单直观，适合非专业人士合理使用肌内效贴布。
附图说明
图1为可见光响应性胶体纳米晶簇薄膜结构示意图；
图2为贴布拉伸前(A)和拉伸后(B)指示膜中纳米晶簇所含微球间距变化的示意图；；
图3为响应性胶体纳米晶簇薄膜在不同拉力下的反射峰；
图4为两种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布制备过程示意图；
图5为胶体纳米晶簇薄膜表面及其局部放大SEM图；
图中，基底101、聚合物膜102、胶体纳米晶簇103。
具体实施方式：
本发明基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布如图1所示。该肌内效贴布包括柔性基底101和粘结于柔性基底上的响应性胶体纳米晶簇薄膜，所述响应性胶体纳米晶簇薄膜由具有透光性的弹性聚合物膜102和镶嵌其中的纳米胶体粒子组成，所述纳米胶体粒子在弹性聚合物膜中形成多个无序分布的胶体纳米晶簇103，每个胶体纳米晶簇103均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，该胶体纳米晶簇能够调制具有相应波长的可见光，即当可见光照射到胶体纳米晶簇并在胶体粒子间传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，形成光子带隙。所有能量处在光子带隙内的光不能在胶体纳米晶簇中传播，使得胶体纳米晶簇可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。因此，含有该胶体纳米晶簇的透明薄膜在可见光的照射下就显示出特定的颜色。该颜色与胶体纳米晶簇中的胶体粒子间距有关。通过拉伸柔性肌内效贴布，由于透明薄膜受拉伸导致胶体纳米晶簇中的胶体粒子间距发生变化，从而在肌内效贴布表面显示出不同的颜色。当与聚合物膜102背部贴合的肌内效贴布基底101发生不同程度的拉伸时，聚合物膜102也相继发生拉伸，则嵌合在柔性聚合物膜中并构成胶体纳米晶簇103中的微球间隙距离发生变化(如图2所示)，从而导致光子晶体反射和散射光的波长发生变化(图3)，使得拉伸程度指示膜的颜色发生特征性的改变，通过肉眼即可明确观察。该肌内效贴布表面拉伸指示膜的颜色变化代表了使用者相应贴合部位的拉伸程度或拉伸百分比，从而有效指导非专业人士对肌内效贴布的使用。
本发明还提供了响应性胶体纳米晶簇薄膜制备方法，具体制备过程如图4所示。当纳米胶体粒子被涂敷并分散到聚合物单体溶液中时，在旋涂得作用下会形成纳米胶体粒子均匀分散的复合液膜。该复合液膜中的纳米胶体粒子在均匀或非均匀外场，如电场、磁场、温度场和引力场中的一种或几种的作用下会发生自组装或团聚作用，在复合液膜中形成大量不同尺寸的胶体粒子聚集体，称为胶体纳米晶簇。液膜固化后形成的胶体纳米晶簇薄膜在可见光下会呈现明亮的颜色，该颜色会随着拉伸程度的不同发生变化。这种变化可标示肌内效贴布的拉伸百分比。因此，本发明肌内效贴布的制备方法可以阐述为如下三个步骤：
(1)首先将胶体粒子分散液超通过旋涂或印刷法铺在在肌内效贴布柔性基底(图4a)表面，旋涂后在基底表面形成一层包含胶体粒子和高分子前体的复合液膜(图4b)；
(2)在复合液膜两侧施加特定的外场,如电场、磁场、温度场和引力场中的一种或几种，液膜中的纳米胶体粒子在外场的作用下会发生团聚，从而液膜中形成胶体纳米晶簇(图4c)；
(3)复合液膜固化后形成具有拉伸变色功能的肌内效贴布(图4d)。
其中，为了使胶体纳米晶簇薄膜在可见光下显色，需要控制纳米胶体粒子的直径在50纳米～1000纳米之间。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，所举之例并不限制本发明的保护范围：
实施例1
本发明中的响应性复合肌内效贴布可以采用旋涂法结合紫外光固化得到。其具体实施过程为：
(1)纳米胶体粒子分散液制备
将分散于水中尺寸为250nm的的聚苯乙烯(2.5wt％)在15000r/min转速下离心2min,弃去上清液后，重悬在丙烯酰胺(AM)/过硫酸铵/水(体积比为1：005:10)混合液中，使其终浓度为35wt％，并超声15min使其分散。
(2)响应性胶体纳米晶簇薄膜的制备
取柔性肌内效贴布基体(图4方法一步骤a)，将上述分散液通过旋涂法均匀旋涂在肌内效贴布基体表面(图4方法一步骤b)。然后置于15～30V均匀电场中，静置2min后聚苯乙烯胶体在电场作用下发生团聚，于贴布表面形成无序分布的胶体纳米晶簇，如图4方法一步骤c所示。将其放置于紫外灯下照射30min可以得到图4方法一步骤d所示肌内效贴布。图5为制备得到的二维胶体纳米晶簇的SEM图，从图中可以看出，胶体纳米晶簇呈无序分布，而胶体纳米晶簇中，PS微球有序排布。
(3)胶体纳米晶簇薄膜复合肌内效贴布的拉伸性能
如附图3所示，将该复合肌内效贴布一端固定在水平方向上的夹子上，另一端缓慢向反方向拉伸，通过下方的量尺确定拉伸百分比。再在垂直于胶体纳米晶簇颜色指示膜放置的方向固定反射干涉光谱仪的光纤探头，测定一定拉伸百分比下的反射干涉峰，结果如图3所示。通过对不同拉伸百分比下的胶体纳米晶簇的反射干涉峰的位置和垂直方向上的颜色观察记录，确定材料不同拉伸百分比下的颜色变化规律，从而给定在实际操作过程中的对于肌内效贴布的使用方式。
实施例2
本发明中的响应性复合肌内效贴布还可以采用先制备拉伸指示膜，然后将该指示膜黏附到肌内效贴布表面的方法制备。其具体实施过程为：
(1)胶体粒子纳米晶簇的制备
本发明中的玻片基底统一切割成1×1cm2，为保持其表面洁净，依次用丙酮、乙醇、超纯水超声处理15min，再用氧等离子体处理10min，使其表面由疏水转化为亲水状态。本发明中的单层纳米胶体微球可以采用控制蒸发法得到。其具体实施过程为：尺寸为400nm的分散于水中的Fe3O4(2.5％)微球，用去离子水稀释到1％，并超声15min使其分散均匀。在经过阳等离子体处理的玻片基底(图4方法二步骤a)表面滴加40μl的Fe3O4悬浮液，使其均匀分散于基底表面(图4方法二步骤b)，将该基底置于温度300K，湿度40～60％的环境下的带盖培养皿中，自然蒸发干燥。由于蒸发过程中在纳米尺度上形成微小温度梯度，其中的Fe3O4微球在温度场的作用下聚集形成大量纳米晶簇，如图4方法二步骤c所示。
(2)响应性胶体纳米晶簇薄膜的制备
在硬性基底上形成胶体纳米晶簇阵列后，需要在微球间隙中填入柔性聚合物。该聚合物由聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚丙烯酸乙酯(PMA)混合而成。PDMS产品含A液和B液，将A液与丙烯酸乙酯按体积比1:1混合，混合液与B液按照体积比10:1混合搅拌均匀，真空除气泡后滴加在已铺好胶体纳米晶簇阵列的玻璃/硅片表面，置于加热板上75℃固化聚合2h，如图4方法二步骤d。冷却后即可小心从玻璃/硅片表面撕下，得到嵌有二维微球阵列的响应性胶体纳米晶簇薄膜。
(3)响应性胶体纳米晶簇薄膜复合的肌内效贴布的拉伸性能和光学性能的检测
如附图2所示，将该胶体纳米晶簇颜色指示膜一端固定在水平方向上的夹子上，另一端缓慢向反方向拉伸，通过下方的量尺确定拉伸百分比。再在垂直于胶体纳米晶簇颜色指示膜放置的方向固定反射干涉光谱仪的光纤探头，测定一定拉伸百分比下的反射干涉峰，并对指示膜的颜色进行肉眼观察。通过对不同拉伸百分比下的胶体纳米晶簇的反射干涉峰的位置和垂直方向上的颜色观察记录，确定材料不同拉伸百分比下的颜色变化规律，从而给定在实际操作过程中的对于肌内效贴布的使用方式。
(4)响应性胶体纳米晶簇薄膜复合肌内效贴布
将响应性胶体纳米晶簇薄膜剪切成0.5cm×0.5cm的小片，按照一定间隔粘贴在普通肌内效贴布上，胶体纳米晶簇膜和肌内效贴布间通过聚氨酯胶黏剂起粘贴作用。
实施例3
本发明中的响应性复合肌内效贴布可以采用胶辊印刷法结合热固化得到。其具体实施过程为：
(1)纳米胶体粒子分散液制备
将尺寸为200nm、体积分数40％的分散于乙醇中的二氧化硅微球超声15min使其分散均匀。取20ml该分散液，加入7.7ml乙二醇和4.3ml聚马来酸乙二醇酯，形成纳米二氧化硅胶体粒子分散液。
(2)响应性胶体纳米晶簇薄膜的制备
将二氧化硅胶体粒子分散液放入胶辊印刷机中，印刷在普通肌内效贴布基底上，在其上形成含胶体粒子的液膜；在液膜上下表面之间施加0.1T到0.35T磁场5分钟，二氧化硅胶体粒子在磁场的作用下聚集形成大量纳米晶簇；随后通过烘烤机75℃固化聚合2h，在贴布基底表面形成胶体纳米晶簇薄膜。
(3)复合的肌内效贴布拉伸性能和光学性能的检测
如附图3所示，将该胶体纳米晶簇复合的肌内效贴布一端固定在水平方向上的夹子上，另一端缓慢向反方向拉伸，通过下方的量尺确定拉伸百分比。再在垂直于胶体纳米晶簇颜色指示膜放置的方向固定反射干涉光谱仪的光纤探头，测定一定拉伸百分比下的反射干涉峰，并对指示膜的颜色进行肉眼观察。通过对不同拉伸百分比下的胶体纳米晶簇的反射干涉峰的位置和垂直方向上的颜色观察记录，确定材料不同拉伸百分比下的颜色变化规律，从而给定在实际操作过程中的对于肌内效贴布的使用方式。

Claims (10)

1.一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布，其特征在于，包括柔性基底和粘结于柔性基底上的响应性胶体纳米晶簇薄膜，所述响应性胶体纳米晶簇薄膜由具有透光性的弹性聚合物膜和镶嵌其中的纳米胶体粒子组成，所述纳米胶体粒子在弹性聚合物膜中形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成。
2.根据权利要求1所述的肌内效贴布，其特征在于，所述柔性基底选自柔性塑料、柔性橡胶、纺织物等中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的肌内效贴布，其特征在于，纳米胶体粒子选自聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、氧化硅、二氧化钛或四氧化三铁等胶体粒子的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的纳米胶体粒子，其特征在于，纳米胶体粒子的直径为50纳米～1000纳米。
5.一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚合物单体真空除气泡后，加入纳米胶体粒子；
(2)将步骤(1)所得胶体粒子分散液超声分散后，旋涂或印刷在柔性基底表面，形成一层复合液膜；
(3)在复合液膜两侧施加外场,使纳米胶体粒子在弹性聚合物膜中形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成；
(4)复合液膜固化后得到基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布。
6.一种基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在柔性基底上均匀涂敷纳米胶体粒子；
(2)在步骤1处理后的基底两侧施加外场,使得纳米胶体粒子形成多个无序分布的胶体纳米晶簇，每个胶体纳米晶簇均由50～5000个纳米胶体粒子有序排列而成；
(3)将聚合物单体真空除气泡后滴加在步骤2处理后的基底表面，固化后得到基于响应性胶体纳米晶簇的肌内效贴布。
7.根据权利要求5或6所述的肌内效贴布加工方法，其特征在于，所述聚合物单体选自丙烯酸乙酯(EA)、二甲基硅氧烷(DMS)、乙二醇(EG)、丙烯酰胺(AM)及其衍生物等一种或几种。
8.根据权利要求5或6所述的肌内效贴布加工方法，其特征在于，所述固化方式选自热聚合、光聚合、超声聚合等等。
9.根据权利要求5或6所述的肌内效贴布加工方法，其特征在于，所述胶体纳米晶簇薄膜的膜厚为1μm～1mm。
10.根据权利要求5或6所述的肌内效贴布加工方法，其特征在于，所述外场选自电场、磁场、温度场、引力场中的一种或几种。
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