CN111053644B - 眼睑提拉装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种眼睑提拉装置及其制备方法。眼睑提拉装置用于贴合到患者的眼睑区域以辅助眼睑提拉动作，装置包括导线(A)、热致伸缩体(B)和柔性基底(C)，柔性基底(C)呈片状，导线(A)和热致伸缩体(B)设置于柔性基底(C)的表面，导线(A)与热致伸缩体(B)相连并用于给热致伸缩体(B)供电，热致伸缩体(B)在温度改变时能发生表面积和/或形状的变化、并进一步带动柔性基底(C)变形。根据本发明的眼睑提拉装置结构简单、治疗效果好。根据本发明的眼睑提拉装置的制备方法，能制备得到轻便的符合尺寸要求和变形设计要求的眼睑提拉装置。

Description

眼睑提拉装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及柔性电子技术研究领域，更具体地涉及一种眼睑提拉装置及其制备方法。
背景技术
先天性上眼睑下垂疾病的表现为上眼睑部分或完全不能抬起，致上眼睑下缘遮盖角膜上缘过多，从而使病眼的眼裂显得较正常眼裂小。先天性上眼睑下垂的致病机理是提上眼睑肌功能衰减或丧失，致使限制上眼睑开合，进而使患者的眼部出现畸形。
提上眼睑肌位于眼球后方，干预困难，难以直接修复该块肌肉来治愈疾病。医学上，多使用“宽大额肌瓣悬吊术”来手术治疗该疾病，其手术原理是人为地将额肌与眼睑组织发生联系，使额肌收缩的力量借悬吊材料的连结而传递并直接上提眼睑。然而，该手术方法具有以下缺点：(1)介入程度高，(2)具有手术风险，(3)对于儿童患者，随年龄增长，肌肉的生长会减弱提眼睑的程度。因此，对于不希望手术治疗的患者，或对于年龄较小不适于手术的患者，亟需一种无需手术、不损伤肌肉的治疗方法。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种眼睑提拉装置及其制备方法。
根据本发明的第一方面，提供一种眼睑提拉装置，其用于贴合到患者的眼睑区域以辅助眼睑提拉动作，所述装置包括导线、热致伸缩体和柔性基底，
所述柔性基底呈片状，所述导线和所述热致伸缩体设置于所述柔性基底的表面，
所述导线与所述热致伸缩体相连并用于给所述热致伸缩体供电，
所述热致伸缩体在温度改变时能发生表面积和/或形状的变化、并进一步带动所述柔性基底变形。
在至少一个实施方式中，所述热致伸缩体有多个，多个所述热致伸缩体在所述柔性基底上间隔开地设置，多个所述热致伸缩体由所述导线并联地连接。
在至少一个实施方式中，所述导线在所述柔性基底的表面形成蜿蜒的曲折的蛇形。
在至少一个实施方式中，所述导线和所述热致伸缩体均包括垫片层和保护层，所述导线还包括位于所述垫片层和所述保护层之间的导电层，所述热致伸缩体还包括位于所述垫片层和所述保护层之间的伸缩层，
所述垫片层与所述柔性基底相接触。
在至少一个实施方式中，所述伸缩层的制作材料为形状记忆合金、形状记忆聚合物、刺激驱动聚合物和碳复合材料中的一者或多者。
在至少一个实施方式中，所述伸缩层由多层材料构成，所述多层材料中的至少两层材料的热膨胀系数不同。
根据本发明的第二方面，提供一种眼睑提拉装置的制备方法，所述方法用于制备根据本发明的眼睑提拉装置，所述方法包括：
提供支撑板，在所述支撑板上形成垫片坯层；
在所述垫片坯层上形成导电层，所述导电层具有预留端口以便之后与伸缩层连接；
在所述垫片坯层上形成所述伸缩层，使所述伸缩层与所述导电层的所述预留端口连接；
在所述导电层和所述伸缩层的表面形成保护层；
将所述垫片坯层与所述支撑板分离，并将所述垫片坯层转移到所述柔性基底，所述垫片坯层的背向所述导电层和所述伸缩层的面与所述柔性基底接触；
去除所述垫片坯层在所述保护层所覆盖的区域外的部分，剩下的被所述伸缩层和所述导电层覆盖的所述垫片坯层的部分作为垫片层。
在至少一个实施方式中，所述“在所述支撑板上形成垫片坯层”包括：在所述支撑板上形成牺牲层，在所述牺牲层上形成所述垫片坯层；
所述“将所述垫片坯层与所述支撑板分离”包括：将所述垫片坯层与所述牺牲层分离。
在至少一个实施方式中，所述方法还包括：
形成所述保护层后，在所述保护层的表面形成防护膜；
在去除所述垫片坯层在所述保护层所覆盖的区域外的部分后，去除所述防护膜。
在至少一个实施方式中，所述“在所述保护层的表面形成防护膜”包括：
在所述垫片坯层的设有所述保护层的表面覆盖钛金属层，之后去除位于所述垫片坯层的未被所述保护层覆盖的区域的所述钛金属层。
根据本发明的眼睑提拉装置可以紧贴于患者眼睑及其上方部位，该装置中的热致伸缩体通电后，热致伸缩体会升温收缩并带动眼睑压缩进而实现对眼睑的提拉。该装置可以为患者提供提眼睑功能，相比于传统手术治疗方法，使用该装置无需手术，装置仅在病人体外介入，安全度高，无痛苦，适于不希望进行手术治疗的患者，也特别解决了不适于进行手术的儿童患者的治疗困难问题。
根据本发明的眼睑提拉装置结构简单、治疗效果好。根据本发明的眼睑提拉装置的制备方法，能制备得到轻便的符合尺寸要求和变形设计要求的眼睑提拉装置。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的眼睑提拉装置的主要部分的示意图。
图2至图8是根据本发明的一个实施方式的眼睑提拉装置在制备过程中的部分的剖视图。
附图标记说明：
A导线；B热致伸缩体；C柔性基底；A1第一接口；A2第二接口；
1支撑板；2牺牲层；3垫片层；30垫片坯层；4导电层；5伸缩层；6保护层；7防护膜。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
若非特殊说明，本发明以图2至图8所示的上下方位来说明各部件的位置关系。
(眼睑提拉装置)
首先参照图1和图8介绍根据本发明的一个实施方式的眼睑提拉装置的结构。
根据本发明的眼睑提拉装置包括导线A、热致伸缩体B和柔性基底C。
柔性基底C用于承载导线A和热致伸缩体B、并用于贴合于眼睑及眼睑上部(也简称为眼睑区域)，柔性基底C能够在热致伸缩体B变形时被带动变形，进而将提拉力传递给眼睑。
柔性基底C的制作材料例如为医用敷料(包括聚氨酯膜和丙烯酸粘结剂)、PI(聚酰亚胺)膜、PDMS(聚二甲基硅氧烷)或水凝胶等。柔性基底C的用于贴向眼睑区域的面通常具有粘性，以方便眼睑提拉装置与眼睑区域的粘贴。优选地，柔性基底C呈大致扇形，以适应眼睑区域的形状。
参照图8，导线A和热致伸缩体B均包括三层结构，导线A的三层结构分别为保护层6、导电层4和垫片层3，热致伸缩体B的三层结构分别为保护层6、伸缩层5和垫片层3，导线A和热致伸缩体B的保护层6由同样的材料制成，导线A和热致伸缩体B的垫片层3由同样的材料制成，这在下文介绍眼睑提拉装置的制备方法时将更容易被理解。需要说明的是，图8中的结构只是示意性地示出了图1中的一个热致伸缩体B(伸缩层5)及在其两端与其相连的两段导线A(导电层4)，图8并不直接对应为图1的剖视图。
热致伸缩体B的伸缩层5在温度改变时能发生形状和面积的改变(以下也简称变形)，由于伸缩层5和垫片层3以及保护层6结合在一起，当伸缩层5变形时会带动包括垫片层3和保护层6的热致伸缩体B整体变形。通过给伸缩层5通电可以控制其温度的变化。
由于在导线A和热致伸缩体B中，主要起到功能性作用的分别为导电层4和伸缩层5，而垫片层3和保护层6起到的是结构保护的辅助作用，以下为表述方便，在描述导线A和热致伸缩体B的功能性结构或作用时，并不十分区分伸缩层5与热致伸缩体B(即在提到热致伸缩体B时可能实际指的是伸缩层5)，也并不十分区分导电层4与导线A(即在提到导线A时可能实际指的是导电层4)；例如上文的表述“通过给伸缩层5通电可以控制其温度的变化”，也可能被简单表述为“通过给热致伸缩体B通电可以控制其温度的变化”。
为了使柔性基底C产生预期的变形，一个柔性基底C通常设有多个(本实施方式中为3个)热致伸缩体B。每个热致伸缩体B可以是直条形或蜿蜒的蛇形。优选地，多个热致伸缩体B在柔性基底C上间隔开、且通过导线A并联地连接。应当理解，多个热致伸缩体B也可以以串联的方式被接到电路中，然而由于热致伸缩体B的热缩量与发热量正相关，而并联的方式能够使热致伸缩体B在同样的电压下产生更大的热量。
优选地，导线A在柔性基底C的表面形成蜿蜒的曲折的蛇形，从而在柔性基底C随热致伸缩体B发生变形时，导线A能适应性地伸展。
优选地，导线A的走线以不在相邻的热致伸缩体B之间形成障碍为佳。
导线A包括第一接口A1和第二接口A2，这两个接口用于与附加的引线(图未示)连接而分别连接到电源的两个电极。优选地，第一接口A1和第二接口A2间隔较小的距离，以便于引线的走线。电源例如可以是纽扣电池，其可以被放置在适于佩戴者佩戴的位置，例如被放置在佩戴者的耳后。
伸缩层5的制作材料例如可以是形状记忆合金(shape memory alloys)、形状记忆聚合物(shape memory polymers)、刺激驱动聚合物(stimuli-responsive polymers)和碳复合材料(carbon composites)中的一者或多者。
伸缩层5可以是单层结构、双层结构或多层(大于或等于三层)结构。
单层结构的伸缩层5一般由一种复合材料制成，例如该复合材料可以是碳纳米管(CNT)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)的复合材料，当温度变化时，该材料会发生伸长或收缩。
双层结构的伸缩层5一般是由两种热膨胀系数具有差异的材料层叠而成。当材料受热时，热膨胀系数大的材料伸长程度大，热膨胀系数小的材料伸长程度小，因此双层结构的伸缩层5会发生弯曲并弯向热膨胀程度小的一侧。
多层结构的伸缩层5一般为多层材料拼接和/或叠加而成，多层材料中的至少两层的热膨胀系数不同，多层结构的伸缩层5可以实现更多的变形模式。
优选地，柔性基底C的厚度为50μm至300μm，垫片层3的厚度为3μm至50μm，导电层4的厚度为85nm至320nm，伸缩层5的厚度为50μm至500μm，保护层6的厚度为3μm至50μm，整个眼睑提拉装置的厚度为100μm至1000μm。
通过控制加载到本发明的眼睑提拉装置的热致伸缩体B的电流(包括电流的大小和电流的有无)，伸缩层5的温度会发生变化，伸缩层5会发生变形。变形包括其二维面积的变化和三维形状的变化，二维面积的变化有助于带动眼睑上提，三维形状的变化有助于带动眼睑产生褶皱、也形成了对眼睑的提拉。
(眼睑提拉装置的制备方法)
接下来，结合图2至图8介绍根据本发明的眼睑提拉装置的制备方法。
(1)形成垫片坯层
参照图2，提供支撑板1，在支撑板1上设置牺牲层2，在牺牲层2上设置垫片坯层30(垫片坯层30是垫片层3的初始形态，垫片坯层30的部分区域将最终形成垫片层3)。应当理解，此时的牺牲层2覆盖整个支撑板1、垫片坯层30覆盖整个牺牲层2。
支撑板1例如为硅片，牺牲层2的材料例如为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，垫片坯层30的材料例如为PI(聚酰亚胺)。
(1.1)先把硅片制的支撑板1用有机溶液清洗，优选地，先后使用丙酮溶液和乙醇溶液分别70摄氏度水浴10分钟后去离子水冲洗。
(1.2)在支撑板1上涂覆PMMA，并使用匀胶机将PMMA甩匀。优选地，匀胶机的工作模式为以400转/秒的速度旋转30秒，之后以4500转/秒的速度旋转30秒。
固化后得到PMMA制成的牺牲层2。优选地，固化工艺为：将涂覆有PMMA的支撑板1加热到110℃至115℃，并保温5至10分钟；之后继续加热到150℃至155℃，并保温5至8分钟；之后继续加热到180℃至190℃，并保温10至15分钟；之后自然冷却50至60分钟至室温，以降低PMMA层内的应力。
(1.3)在PMMA制成的牺牲层2上旋涂PI，并使用匀胶机将PI甩匀。优选地，匀胶机的工作模式为以400转/秒的速度旋转30秒，之后以4500转/秒的速度旋转30秒。
固化后得到PI制成的垫片坯层30。优选地，固化工艺为：加热到80℃至90℃，并保温10至15分钟；之后继续加热到120℃至130℃，并保温30至35分钟；之后继续加热到150℃至160℃，并保温30至35分钟；之后继续加热到200℃至210℃，并保温30至35分钟；之后继续加热到250℃至260℃，并保温30至40分钟；之后，自然冷却40至60分钟，以降低垫片坯层3内的应力。
(2)形成导电层4
在垫片坯层30上制作导电层4(参照图3)，导电层4包括预留端口以用于之后与伸缩层5相连。导电层4例如由铬和金制成。
(2.1)使用电子束蒸发设备在垫片坯层30的表面蒸镀铬/金层(铬位于下层，金位于上层)。铬层的目的是增加导电层4与PI基底的附着力。优选地，铬层的厚度为5nm至20nm，金层的厚度为80nm至300nm。
(2.2)设计导电层4的走线的图案的掩模版，使用光刻显影方法，将掩模版上的图形转移到光刻胶(正如本领域技术人员公知的，光刻胶被设置在铬/金层的上表面)上形成导电层4的掩模图形。
(2.3)使用湿法刻蚀方法刻蚀光刻胶掩膜图形区域外的铬/金层，去胶后，形成预期的由铬/金层构成的导电层4。
(3)形成伸缩层5
在垫片坯层30的上表面的指定位置形成伸缩层5(参照图3)，伸缩层5的对应每一个热致伸缩体B的区域与导电层4的预留端口相连。
(3.1)当伸缩层5为单层结构时，例如可以使用3D打印技术制作伸缩层5。将伸缩层5的制作材料作为打印原料，使用3D打印机在垫片坯层30的指定位置打印薄层结构，形成伸缩层5。
当伸缩层5为双层或N层(N大于或等于3)结构时，例如可以先通过加热或加压方法将两种或N种材料挤压固定在一起，形成薄层材料，然后将上述薄层材料转印至垫片坯层30上的指定位置，形成伸缩层5。
上述指定位置是前述导电层4的图案中预留端口之间的空隙位置。
(3.2)将伸缩层5与导电层4连接在一起，可使用银胶加固连接位置以增加导电性。
(4)形成保护层6
参照图4，保护层6的制作材料例如为光敏PI。
在伸缩层5和导电层4的上表面涂覆光敏PI。
设计伸缩层5和导电层4的掩模版，利用光刻显影方法将掩模版上的图形转移到光敏PI上，以在伸缩层5和导电层4上形成光敏PI掩膜图形。之后加热固化作为保护层6的PI层(固化条件例如为：加热至80℃保温10分钟，继续加热到120℃至130℃并保温30至40分钟，继续加热到150℃至160℃并保温30至40分钟，继续加热到200℃至220℃并保温30至40分钟，继续加热到250℃至260℃并保温30至40分钟)。保护层6只覆盖伸缩层5和导电层4所在的区域，对伸缩层5和导电层4起到封装保护作用。
以上已经形成了依附于支撑板1的导线A和热致伸缩体B。
(5)形成防护膜7
在保护层6的表面设置防护膜7。防护膜7用于在去除保护层6所覆盖的区域以外的垫片坯层30(以得到垫片层3)的过程中起到防护作用，在去除保护层6所覆盖的区域以外的垫片坯层30后，防护膜7将被去除(下文第(8)步骤将进一步介绍)。
(5.1)使用电子束蒸发设备在支撑板1的设有导线A和热致伸缩体B的表面蒸镀一层钛，此时钛层覆盖保护层6以及未被保护层6覆盖的垫片坯层30。优选地，钛层的厚度为50nm至150nm。
(5.2)利用伸缩层5和导电层4的掩模版，使用光刻显影方法，将掩模版图形转移到光刻胶上形成伸缩层5和导电层4的掩膜图形。
(5.3)使用氢氟酸(HF)缓冲液刻蚀防护膜7的位于光刻胶掩膜图形以外的区域，去胶后，作为防护膜7的钛层只覆盖在保护层6的表面，参照图5。
(6)将导线A和热致伸缩体B转移至柔性基底C
(6.1)将垫片坯层30连同其上设置的各层结构从支撑板1剥离，正如本领域技术人员所公知的，牺牲层2有助于垫片坯层30的剥离，剥离垫片坯层30时，牺牲层2一般会留在支撑板1上。
(6.2)参照图6，将垫片坯层30连同其上设置的各层结构转移至柔性基底C上，垫片坯层30的背向伸缩层5和导电层4的面与柔性基底C接触。
(7)处理垫片坯层30得到垫片层3
参照图7，去除垫片坯层30的未被伸缩层5和导电层4所覆盖的部分，即去除保护层6所覆盖的区域外的垫片坯层30，剩下的在伸缩层5和导电层4所覆盖的区域下的垫片坯层30形成垫片层3。
例如，使用反应离子刻蚀(RIE)方法，刻蚀未覆盖防护膜7的区域的垫片坯层30，优选地，刻蚀条件为：氧气15sccm(标准状态下每分钟每立方厘米的流量)至30sccm，射频100W至150W，气压10Pa至30Pa。从而只在伸缩层5和导电层4的下方形成垫片层3。
(8)去除防护膜7
使用氢氟酸(HF)缓冲液刻蚀防护膜7的钛掩膜图形，得到在柔性基底C上固定导线A和热致伸缩体B的结构，即根据本发明的眼睑提拉装置的主要部分，参照图8。
值得说明的是，上述步骤中的(1.2)制作牺牲层2并不是必须的，当不制作牺牲层2时，垫片坯层30将首先直接依附于支撑板1，之后在步骤(6)转移导线A和热致伸缩体B时，直接将垫片坯层30从支撑板1剥离。
上述步骤中的(5)形成防护膜7并不是必须的，当不制作防护膜7时，在步骤(7)处理垫片坯层30得到垫片层3时，不借助防护膜7，也不需要执行步骤(8)。
本发明至少具有以下优点中的一个优点：
(i)根据本发明的眼睑提拉装置依靠轻薄的柔性基底C而能很好地贴合皮肤，且依靠热致伸缩体B能使柔性基底C变形，实现对眼睑产生褶皱并提拉眼睑，使用该眼睑提拉装置不需要对患者采取手术治疗。
(ii)根据本发明的眼睑提拉装置的制备方法，能制备出符合尺寸规格的眼睑提拉装置，且垫片层3和保护层6只位于导电层4和伸缩层5所在的区域，既能保护导电层4和伸缩层5，又不至于在柔性基底C的其它区域增加厚度、影响柔性基底C的变形。
当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.一种眼睑提拉装置，其用于贴合到患者的眼睑区域以辅助眼睑提拉动作，所述装置包括导线(A)、热致伸缩体(B)和柔性基底(C)，
所述柔性基底(C)呈片状，所述导线(A)和所述热致伸缩体(B)设置于所述柔性基底(C)的表面，
所述导线(A)与所述热致伸缩体(B)相连并用于给所述热致伸缩体(B)供电，
通过控制加载到所述热致伸缩体(B)的电流的大小和电流的有无，能控制所述热致伸缩体(B)的温度，
所述热致伸缩体(B)在温度改变时能发生表面积和/或形状的变化、并进一步带动所述柔性基底(C)变形，
所述导线(A)和所述热致伸缩体(B)均包括垫片层(3)和保护层(6)，所述导线(A)还包括位于所述垫片层(3)和所述保护层(6)之间的导电层(4)，所述热致伸缩体(B)还包括位于所述垫片层(3)和所述保护层(6)之间的伸缩层(5)，
所述垫片层(3)与所述柔性基底(C)相接触。
2.根据权利要求1所述的眼睑提拉装置，其特征在于，所述热致伸缩体(B)有多个，多个所述热致伸缩体(B)在所述柔性基底(C)上间隔开地设置，多个所述热致伸缩体(B)由所述导线(A)并联地连接。
3.根据权利要求1所述的眼睑提拉装置，其特征在于，所述导线(A)在所述柔性基底(C)的表面形成蜿蜒的曲折的蛇形。
4.根据权利要求1所述的眼睑提拉装置，其特征在于，所述伸缩层(5)的制作材料为形状记忆合金、形状记忆聚合物、刺激驱动聚合物和碳复合材料中的一者或多者。
5.根据权利要求1所述的眼睑提拉装置，其特征在于，所述伸缩层(5)由多层材料构成，所述多层材料中的至少两层材料的热膨胀系数不同。
6.一种眼睑提拉装置的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备根据权利要求1至5中任一项所述的眼睑提拉装置，所述方法包括：
提供支撑板(1)，在所述支撑板(1)上形成垫片坯层(30)；
在所述垫片坯层(30)上形成导电层(4)，所述导电层(4)具有预留端口以便之后与伸缩层(5)连接；
在所述垫片坯层(30)上形成所述伸缩层(5)，使所述伸缩层(5)与所述导电层(4)的所述预留端口连接；
在所述导电层(4)和所述伸缩层(5)的表面形成保护层(6)；
将所述垫片坯层(30)与所述支撑板(1)分离，并将所述垫片坯层(30)转移到所述柔性基底(C)，所述垫片坯层(30)的背向所述导电层(4)和所述伸缩层(5)的面与所述柔性基底(C)接触；
去除所述垫片坯层(30)在所述保护层(6)所覆盖的区域外的部分，剩下的被所述伸缩层(5)和所述导电层(4)覆盖的所述垫片坯层(30)的部分作为垫片层(3)。
7.根据权利要求6所述的眼睑提拉装置的制备方法，其特征在于，所述“在所述支撑板(1)上形成垫片坯层(30)”包括：在所述支撑板(1)上形成牺牲层(2)，在所述牺牲层(2)上形成所述垫片坯层(30)；
所述“将所述垫片坯层(30)与所述支撑板(1)分离”包括：将所述垫片坯层(30)与所述牺牲层(2)分离。
8.根据权利要求6或7所述的眼睑提拉装置的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
形成所述保护层(6)后，在所述保护层(6)的表面形成防护膜(7)；
在去除所述垫片坯层(30)在所述保护层(6)所覆盖的区域外的部分后，去除所述防护膜(7)。
9.根据权利要求8所述的眼睑提拉装置的制备方法，其特征在于，所述“在所述保护层(6)的表面形成防护膜(7)”包括：
在所述垫片坯层(30)的设有所述保护层(6)的表面覆盖钛金属层，之后去除位于所述垫片坯层(30)的未被所述保护层(6)覆盖的区域的所述钛金属层。
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