CN112752419A - 植入式柔性电子器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种植入式柔性电子器件及其制备方法，所述制备方法包括：提供一本体，所述本体包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件；于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层；以及于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层，得到植入式柔性电子器件。本发明的植入式柔性电子器件的杨氏模量与人体组织更为接近，且具备优异的生物相容性和隔水效果，使用时效果更加优异。

Description

植入式柔性电子器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及柔性电子技术领域，特别是涉及植入式柔性电子器件及其制备方法。
背景技术
封装对于植入式柔性电子器件十分关键，但是，传统的植入式柔性电子器件的封装通常只在电路组件上设置封装层，当封装层使用亲水性高分子材料时，虽然生物相容性较好，但隔水能力相对较差，当封装层使用疏水性高分子材料时，虽然隔水能力相对较好，但生物相容性较差，导致植入式柔性电子器件的隔水性能、生物相容性和杨氏模量等性能难以综合调控。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种杨氏模量与人体组织更为接近且具备优异的生物相容性和隔水效果的植入式柔性电子器件及其制备方法。
一种植入式柔性电子器件的制备方法，包括：
提供一本体，所述本体包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件；
于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层；以及
于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层，得到植入式柔性电子器件。
在其中一个实施例中，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：
于所述本体的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一疏水性前驱体溶液固化成所述疏水壳层。
在其中一个实施例中，所述电路组件嵌入在所述柔性基体内部，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：
将所述本体浸渍于光敏剂溶液中，取出后置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二疏水性前驱体溶液于所述本体的表面固化得到所述疏水壳层。
在其中一个实施例中，所述电路组件裸露在所述柔性基体表面，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层之前，还包括：
于所述柔性基体带有所述电路组件的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一疏水性前驱体溶液固化成覆盖所述电路组件的疏水层；
于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：
将带有所述疏水层的所述本体浸渍于光敏剂溶液中，取出后置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二疏水性前驱体溶液于所述本体和所述疏水层的表面固化得到所述疏水壳层。
在其中一个实施例中，所述第一疏水性前驱体溶液包括光引发剂和疏水性分子，或者，所述第一疏水性前驱体溶液包括光引发剂和疏水性预聚体。
在其中一个实施例中，所述第二疏水性前驱体溶液包括疏水性分子或疏水性预聚体。
在其中一个实施例中，于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层的步骤包括：
于所述疏水壳层的表面涂覆第一亲水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一亲水性前驱体溶液固化成所述亲水壳层；
或者，将带有所述疏水壳层的所述本体浸渍于所述光敏剂溶液中，取出后置于第二亲水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二亲水性前驱体溶液于所述疏水壳层的表面固化得到所述亲水壳层。
在其中一个实施例中，所述第一亲水性前驱体溶液包括光引发剂、交联剂、亲水性预聚体和水，其中，所述亲水性预聚体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％；
或者，所述第一亲水性前驱体溶液包括光引发剂、交联剂、亲水性单体和水，其中，所述亲水性单体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％。
在其中一个实施例中，所述第二亲水性前驱体溶液包括交联剂、亲水性预聚体和水，其中，所述亲水性预聚体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％；
或者，所述第二亲水性前驱体溶液包括交联剂、亲水性单体和水，其中，所述亲水性单体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％。
在其中一个实施例中，在制备所述亲水壳层之前，还包括重复制作所述疏水壳层，以得到2层以上的所述疏水壳层。
一种植入式柔性电子器件，包括本体，所述本体包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件，所述植入式柔性电子器件还包括疏水壳层以及亲水壳层，所述疏水壳层包裹于所述本体上，所述亲水壳层包裹于所述疏水壳层上。
在其中一个实施例中，所述电路组件裸露在所述柔性基体表面，所述植入式柔性电子器件还包括有疏水层，所述疏水层设置于所述柔性基体并覆盖所述电路组件。
在其中一个实施例中，所述疏水层的厚度为5微米-500微米；
及/或，所述疏水壳层的厚度为5微米-500微米；
及/或，所述亲水壳层的厚度为5微米-500微米。
在其中一个实施例中，所述疏水壳层的数量大于等于2层。
本发明的植入式柔性电子器件中，包裹于本体上的疏水壳层具有优异的隔水效果，可以保护柔性电子器件的本体，隔绝或减缓体液进入并侵蚀本体，从而使其具有更好地维持正常工作的能力。同时，包裹于最外层的亲水壳层具有优异的生物相容性，能够使植入式柔性电子器件与人体组织更好地接触，有效保护人体免受植入式柔性电子器件中的一些生物相容性较差的成分的伤害，同时也能起到一定的物理阻隔作用。
因此，本发明将柔性电子器件的本体封装于疏水壳层和亲水壳层构成的封装结构后，能够使植入式柔性电子器件具备优异的生物相容性和隔水效果，同时杨氏模量与人体组织更为接近，使用效果优异。
附图说明
图1为本发明第一实施方式的植入式柔性电子器件的结构示意图；
图2为本发明第二实施方式的植入式柔性电子器件的结构示意图；
图3为本发明第三实施方式的植入式柔性电子器件的结构示意图。
图中：10、本体；20、疏水壳层；201、第一疏水壳层；202、第二疏水壳层；30、亲水壳层；40、疏水层。
具体实施方式
以下将对本发明提供的植入式柔性电子器件及其制备方法作进一步说明。
本发明提供的植入式柔性电子器件的制备方法，包括：
S1，提供一本体，所述本体包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件；
S2，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层；
S3，于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层，得到植入式柔性电子器件。
步骤S1中，所述电路组件可以裸露在所述柔性基体表面，也可以嵌入在所述柔性基体的内部。
其中，所述柔性基体的材料选自天然或合成的高分子材料，包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚己内酯、聚乳酸、聚辛二醇-柠檬酸共聚物、聚辛二醇-马来酸酐-柠檬酸共聚物、纤维素、丝素蛋白、壳聚糖中的至少一种。所述电路组件包括电子元器件以及用于给电子元器件输送电流的导线，其中，所述导线的材料为金属，包括金、银、镁、锌、钼中的至少一种，所述的电子元器件包括二极管、电感器、电容器、电阻、电源、发光二极管、化学传感器中的至少一种。
步骤S2中，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层之前，还包括将所述本体用异丙醇及去离子水清洗表面，并用氮气或惰性气体吹干。
于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：于所述本体的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一疏水性前驱体溶液固化成所述疏水壳层。
在一实施方式中，所述第一疏水性前驱体溶液包括光引发剂和疏水性分子，或者，所述第一疏水性前驱体溶液包括光引发剂和疏水性预聚体。
其中，所述第一疏水性前驱体溶液中所述光引发剂的质量百分含量为0.1％-10％，所述光引发剂包括安息香二乙醚、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮中的至少一种。光照时，所用到的光为紫外光，紫外光的波长优选为365nm，光照时间为1min-10h。
在一实施方式中，所述疏水性分子包括4-戊稀酸酐、三烯丙基异氰脲酸酯、1,4-丁二硫醇中的至少一种，进一步地，所述疏水性分子包括所述4-戊稀酸酐、所述三烯丙基异氰脲酸酯以及所述1,4-丁二硫醇，所述4-戊稀酸酐、所述三烯丙基异氰脲酸酯以及所述1,4-丁二硫醇的摩尔比为1:1-10:1-10，以聚合得到杨氏模量以及隔水效果优异的疏水层。
在一实施方式中，所述疏水性预聚体包括共聚物、修饰有甲基丙烯酸酯侧基的聚二甲基硅氧烷中的至少一种，所述共聚物为马来酸酐、柠檬酸、1,8-辛二醇的共聚物，且所述马来酸酐、所述柠檬酸、所述1,8-辛二醇的摩尔比为1:0.1-5:1-5，以聚合得到杨氏模量以及隔水效果优异的疏水层。
本步骤中，涂覆的方式优选为旋涂，可通过调控第一疏水性前驱体溶液中疏水性分子或疏水性预聚体的浓度，以及旋涂的速度和时间调控疏水壳层的厚度。
另外，当所述电路组件嵌入在所述柔性基体内部时，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤还可以包括：将所述本体浸渍于光敏剂溶液中，取出后置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二疏水性前驱体溶液于所述本体的表面固化得到所述疏水壳层。
在一实施方式中，将所述本体浸渍于光敏剂溶液的时间为1min-20min，所述光敏剂溶剂包括光敏剂和有机溶剂，所述光敏剂包括二苯甲酮、偶氮二异丁腈、安息香二乙醚、2-羟基-2-甲基苯丙酮、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐中的至少一种，所述有机溶剂包括1,4-二氧六环、异丙醇、甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、醋酸丁酯中的至少一种，所述光敏剂溶液中所述光敏剂的质量百分含量为5％-20％。
将所述本体从光敏剂溶液中取出后，还包括用氮气或惰性气体吹干，然后置于第二疏水性前驱体溶液中。所述第二疏水性前驱体溶液包括疏水性分子，所述疏水性分子选择可以参照第一疏水性前驱体溶液中的疏水性分子。或者，所述第二疏水性前驱体溶液包括疏水性预聚体，所述疏水性预聚体的选择可以参照第一疏水性前驱体溶液中疏水性预聚体。
由于将本体浸渍于光敏剂溶液中时，光敏剂能够扩散并吸附在柔性基体的表层聚合物网络中，所以，在光照时，第二疏水性前驱体溶液中的疏水性分子或疏水性预聚体能够于本体的表面聚合、固化得到疏水壳层。其中，光照时，所用到的光为紫外光，紫外光的波长优选为365nm，光照时间为1min-10h。
应予说明的是，由于仅仅在柔性基体的表层的聚合物网络中吸附有光敏剂，因此，疏水性分子或疏水性预聚体仅仅在柔性基体的表面聚合、固化得到疏水壳层，从而包裹本体，在远离本体表面的第二疏水性前驱体溶液中由于缺乏光敏剂，不会发生聚合反应。
另外，由于光敏剂会扩散至柔性基体的表层的聚合物网络中，所以，第二疏水性前驱体溶液中的疏水性分子或疏水性预聚体也会扩散至柔性基体的表层的聚合物网络中进行聚合，从而，使疏水壳层与柔性基体之间能够通过分子链的缠绕结合牢固。
本步骤中，可通过调控光敏剂溶液中光敏剂的浓度、本体于光敏剂溶液中的浸渍时间、第二疏水性前驱体溶液中疏水性分子或疏水性预聚体的浓度，以及光照的时间调控疏水壳层的厚度。
在一实施方式中，可以重复采用上述两种制备方法，于已经获得的疏水壳层上重复制作疏水壳层，以得到2层以上的所述疏水壳层，以进一步隔绝或减缓体液进入。
另外，由于电路组件中电子元器件以及导线等均为金属材料，分子密度较大，光敏剂很难扩散到其中，所以，当所述电路组件裸露在所述柔性基体表面时，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层之前，还可以先于所述本体上制作覆盖所述电路组件的疏水层。
具体地，于所述本体上制作覆盖所述电路组件的疏水层的步骤包括：于所述柔性基体带有所述电路组件的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一疏水性前驱体溶液固化成所述疏水层。
其中，涂覆的方法优选为旋涂，在所述的旋涂过程中，旋涂的速度为500rpm-2000rpm、旋涂的时间为10s-120s。
本步骤中，第一疏水性前驱体溶液参照制作疏水壳层时的第一疏水性前驱体溶液，涂覆的方式优选为旋涂，可通过调控第一疏水性前驱体溶液中疏水性分子或疏水性预聚体的浓度，以及旋涂的速度和时间调控疏水层的厚度。
然后，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：将带有所述疏水层的所述本体浸渍于光敏剂溶液中，取出后置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二疏水性前驱体溶液于所述本体和所述疏水层的表面固化得到所述疏水壳层。
步骤S3中，于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层之前，还包括将所述疏水壳层用异丙醇及去离子水清洗表面，并用氮气或惰性气体吹干。
具体地，于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层的步骤包括：于所述疏水壳层的表面涂覆第一亲水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一亲水性前驱体溶液固化成所述亲水壳层。
其中，所述第一亲水性前驱体溶液包括光引发剂、交联剂、亲水性预聚体和水，其中，所述亲水性预聚体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％；或者，所述第一亲水性前驱体溶液包括光引发剂、交联剂、亲水性单体和水，其中，所述亲水性单体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％。
在一实施方式中，所述亲水性预聚体包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸酐化明胶中的至少一种，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种；所述亲水性单体包括N-丙烯酰甘氨酸酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种。
或者，于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层的步骤包括：将带有所述疏水壳层的所述本体浸渍于所述光敏剂溶液中，取出后置于第二亲水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二亲水性前驱体溶液于所述疏水壳层的表面固化得到所述亲水壳层。
其中，所述第二亲水性前驱体溶液包括交联剂、亲水性预聚体和水，其中，所述亲水性预聚体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％；或者，所述第二亲水性前驱体溶液包括交联剂、亲水性单体和水，其中，所述亲水性单体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％。
所述光敏剂溶液的选择可以参照步骤S2中的光敏剂溶液，将带有所述疏水壳层的本体浸渍于光敏剂溶液的时间为1min-20min，将带有所述疏水壳层的芯本体从光敏剂溶液中取出后，还包括用氮气或惰性气体吹干，然后置于亲水性前驱体溶液中。
同样，由于将带有所述疏水壳层的本体浸渍于光敏剂溶液中时，光敏剂能够扩散并吸附在疏水壳层的表层聚合物网络中，所以，在光照时，亲水性前驱体溶液中的亲水性分子或亲水性预聚体能够于疏水壳层的表面聚合、固化得到亲水壳层。其中，光照时，所用到的光为紫外光，紫外光的波长为365nm，光照时间为1min-10h。
同样，由于仅仅在疏水壳层的表层的聚合物网络中吸附有光敏剂，因此，亲水性分子或亲水性预聚体仅仅在疏水壳层的表面聚合、固化得到亲水壳层，从而包裹疏水壳层，在远离疏水壳层表面的亲水性前驱体溶液中由于缺乏光敏剂，不会发生聚合反应。
另外，由于光敏剂会扩散至疏水壳层的表层的聚合物网络中，所以，亲水性前驱体溶液中的亲水性分子或亲水性预聚体也会扩散至疏水壳层的表层的聚合物网络中进行聚合，从而，使疏水壳层与亲水壳层之间能够通过分子链的缠绕结合牢固。
本步骤中，可通过调控光敏剂溶液中光敏剂的浓度、带有疏水壳层的本体于光敏剂溶液中的浸渍时间、亲水性前驱体溶液中亲水性分子或亲水性预聚体的浓度，以及光照的时间调控亲水壳层的厚度。
本发明植入式柔性电子器件的制备方法中，疏水壳层以及亲水壳层均通过光固化得到，避免了高温工序，不仅能够保证高分子材料不会发生热降解或者老化，还可以拓宽封装材料的选择范围，如响应性、荧光高分子材料等。
如图1所示，为本发明提供的第一实施方式的植入式柔性电子器件，包括本体10，所述本体10包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件，所述植入式柔性电子器件还包括疏水壳层20以及亲水壳层30，所述疏水壳层20包裹于所述本体10上，所述亲水壳层30包裹于所述疏水壳层20上。
由于疏水壳层20均由疏水性的高分子材料制成，具有优异的隔水效果，所以，可以有效本体10的柔性基体以及电路组件，隔绝或减缓体液进入植入式柔性电子器件中侵蚀本体10，从而使植入式柔性电子器件具有更好地维持正常工作的能力。
同时，由于亲水壳层30由亲水性的高分子材料制成，具有优异的生物相容性。所以，将亲水壳层30封装于植入式柔性电子器件的最外层时，能够使植入式柔性电子器件与人体组织更好地接触，有效保护人体免受植入式柔性电子器件中的一些生物相容性较差的成分的伤害，同时也能起到一定的物理阻隔作用。
该实施方式的植入式柔性电子器件中，疏水壳层20以及亲水壳层30构成完整的封装结构，该封装结构均由高分子材料制成，所以，植入式柔性电子器件的杨氏模量可以通过高分子材料的选择进行调控，以使其与人体组织的匹配性更好。
因此，该实施方式将柔性电子器件的本体封装于疏水壳层20和亲水壳层30构成的封装结构后，能够使植入式柔性电子器件具备优异的生物相容性和隔水效果，同时杨氏模量与人体组织更为接近。
在将该实施方式的植入式柔性电子器件植入体内后，可以更好地与人体组织接触，以更好地实现对组织、器官直接进行刺激及信号收集。例如，当柔性电子器件为无源传感单元的电极时，无源传感单元的电极封装于本发明的封装结构后，可以更好地包覆连接于神经上，以更好地对神经进行电刺激以实现神经的再生；当柔性电子器件为光电器件时，光电器件封装于本发明的封装结构后，可以更好地包覆于体内的病灶位置，以更好地辅助进行光动力治疗；当柔性电子器件为压力传感器时，压力传感器封装于本发明的封装结构后，可以更好地包覆于血管上，以更好地实现对血流量的实时监测。
考虑到植入式柔性电子器件在体内的工作环境，需要其具有优异的柔韧性，所以，所述疏水壳层20的厚度优选为5微米-500微米，所述亲水壳层30的厚度为5微米-500微米。
如图2所示，为本发明提供的第二实施方式的植入式柔性电子器件，所述电路组件裸露在所述柔性基体表面，所述植入式柔性电子器件还包括有疏水层40，所述疏水层40设置于所述柔性基体并覆盖所述电路组件。
该实施方式中，由于疏水层40和疏水壳层20均由疏水性的高分子材料制成，所以，疏水层40与疏水壳层20均具有优异的隔水效果。采用疏水层40覆盖电路组件以及采用疏水壳层20包裹本体10与疏水层40时，可以共同保护柔性电子器件的柔性基体以及电路组件，隔绝或减缓体液进入植入式柔性电子器件中侵蚀柔性基体和电路组件，从而使植入式柔性电子器件具有更好地维持正常工作的能力。
在该实施方式中，所述疏水层40的厚度优选为5微米-500微米，疏水层40和疏水壳层20的材料可以相同，也可以不同。
为了更好地保护柔性电子器件的柔性基体以及电路组件，隔绝或减缓体液进入植入式柔性电子器件中侵蚀柔性基体和电路组件，使植入式柔性电子器件具有更好地维持正常工作的能力，可以进一步增加疏水壳层20的数量，使疏水壳层20的数量大于等于2层。
如图3所示，为本发明提供的第三实施方式的植入式柔性电子器件，在该实施方式中，疏水壳层20包括包裹于本体10的第一疏水壳层201以及包裹于第一疏水壳层201的第二疏水壳层202，亲水壳层30包裹于第二疏水壳层202上。
在该实施例中，第一疏水壳层201和第二疏水壳层202的材料可以相同，也可以不同。
以下，将通过以下具体实施例对所述植入式柔性电子器件及其制备方法做进一步的说明。
实施例1
提供柔性电子器件的本体，该本体包括柔性基体以及设置于柔性基体上的电路组件，其中，柔性基体的为聚二甲基硅氧烷基体，电路组件包括电子元器件以及用于向电子元器件输送电流的导线，导线的材料为金，电子元器件包括电容器、电感器、二极管和发光二极管。
采用旋涂的方法于该柔性基体带有电路组件的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用波长为365nm的紫外光照射，使第一疏水性前驱体溶液固化成厚度为35μm的疏水层，得到芯体。其中，第一疏水性前驱物溶液包括4-戊稀酸酐、三烯丙基异氰脲酸酯和1,4-丁二硫醇三种疏水性分子的混合物以及安息香二乙醚，其中三种疏水性分子的摩尔比为1:2:4，第一疏水性前驱体溶液中安息香二乙醚的浓度为0.5wt％，旋涂的速度为1500rpm，旋涂的时间为1min，紫外光照射的时间为3min。
将芯体用异丙醇及去离子水清洗表面，并用氮气吹干。然后，将芯体浸渍于光敏剂溶液中，取出后用氮气吹干，再置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用紫外光照射10min，使第二疏水性前驱体溶液于芯体表面聚合固化得到厚度为5μm的疏水壳层。其中，光敏剂溶液中光敏剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，有机溶剂为1,4-二氧六环，光敏剂的浓度为5wt％，芯体在光敏剂溶液中的浸渍时间为10min。第二疏水性前驱体溶液为马来酸酐、柠檬酸、1,8-辛二醇的共聚物，其中三者的摩尔比为3:2:5。
将带有疏水壳层的芯体用异丙醇及去离子水清洗表面，并用氮气吹干。然后，将带有疏水壳层的芯体浸渍于光敏剂溶液中，取出后用氮气吹干，再置于亲水性前驱体溶液中，并采用紫外光照射10min，使亲水性前驱体溶液于疏水壳层的表面聚合固化得到厚度为5μm的亲水壳层，得到植入式柔性电子器件。其中，亲水性前驱体溶液包括甲基丙烯酸酐化明胶、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和水，甲基丙烯酸酐化明胶的含量为30wt％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为甲基丙烯酸酐化明胶的质量的0.5％。
该实施例获得的植入式柔性电子器件具备优异的生物相容性和隔水效果，同时杨氏模量小于1MPa，与人体组织更为接近。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于，第二疏水性前驱体溶液为4-戊稀酸酐、三烯丙基异氰脲酸酯、1,4-丁二硫醇三种疏水性分子的混合物，三种疏水性分子的摩尔比为1:2:4。
相较于实施例1，实施例2获得的植入式柔性电子器件具有更好的隔水效果。
实施例3
实施例3与实施例2的区别仅在于，将带有第一疏水壳层的芯体浸渍于光敏剂溶液中，取出干燥后置于第三疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第三疏水性前驱体溶液于疏水壳层的表面继续固化，再得到第二疏水壳层，然后于该第二疏水壳层上制备亲水壳层。其中，第三疏水性前驱体溶液为马来酸酐、柠檬酸、1,8-辛二醇的共聚物，其中三者的摩尔比为3:2:5。
相较于实施例2，实施例3增设了一层疏水壳层，但是增设的第二疏水壳层的材料的杨氏模量低于第一疏水壳层材料的杨氏模量，因此，实施例3获得的植入式柔性电子器件在不影响柔性的同时进一步提高了隔水效果。
实施例4
实施例4与实施例1的区别仅在于，亲水性前驱体溶液包括甲基丙烯酸酐化明胶、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和水，甲基丙烯酸酐化明胶的含量为5wt％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为甲基丙烯酸酐化明胶的质量的0.5％。
相较于实施例1，实施例4获得的植入式柔性电子器件的亲水壳层交联密度更低，能吸收更多水分子，因此，实施例4获得的植入式柔性电子器件的表面摩擦力更小，且杨氏模量更低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供一本体，所述本体包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件；
于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层；以及
于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层，得到植入式柔性电子器件。
2.根据权利要求1所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：
于所述本体的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一疏水性前驱体溶液固化成所述疏水壳层。
3.根据权利要求1所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，所述电路组件嵌入在所述柔性基体内部，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：
将所述本体浸渍于光敏剂溶液中，取出后置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二疏水性前驱体溶液于所述本体的表面固化得到所述疏水壳层。
4.根据权利要求1所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，所述电路组件裸露在所述柔性基体表面，于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层之前，还包括：
于所述柔性基体带有所述电路组件的表面涂覆第一疏水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一疏水性前驱体溶液固化成覆盖所述电路组件的疏水层；
于所述本体上制作包裹所述本体的疏水壳层的步骤包括：
将带有所述疏水层的所述本体浸渍于光敏剂溶液中，取出后置于第二疏水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二疏水性前驱体溶液于所述本体和所述疏水层的表面固化得到所述疏水壳层。
5.根据权利要求2或4所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，所述第一疏水性前驱体溶液包括光引发剂和疏水性分子，或者，所述第一疏水性前驱体溶液包括光引发剂和疏水性预聚体。
6.根据权利要求3或4所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，所述第二疏水性前驱体溶液包括疏水性分子或疏水性预聚体。
7.根据权利要求1所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，于所述疏水壳层上制作包裹所述疏水壳层的亲水壳层的步骤包括：
于所述疏水壳层的表面涂覆第一亲水性前驱体溶液，并采用光照使所述第一亲水性前驱体溶液固化成所述亲水壳层；
或者，将带有所述疏水壳层的所述本体浸渍于所述光敏剂溶液中，取出后置于第二亲水性前驱体溶液中，并采用光照使所述第二亲水性前驱体溶液于所述疏水壳层的表面固化得到所述亲水壳层。
8.根据权利要求7所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，所述第一亲水性前驱体溶液包括光引发剂、交联剂、亲水性预聚体和水，其中，所述亲水性预聚体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％；
或者，所述第一亲水性前驱体溶液包括光引发剂、交联剂、亲水性单体和水，其中，所述亲水性单体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％。
9.根据权利要求7所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，所述第二亲水性前驱体溶液包括交联剂、亲水性预聚体和水，其中，所述亲水性预聚体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％；
或者，所述第二亲水性前驱体溶液包括交联剂、亲水性单体和水，其中，所述亲水性单体的质量百分含量为5％-50％，所述交联剂的质量为所述亲水性预聚体的质量的0.1％-2％。
10.根据权利要求1所述的植入式柔性电子器件的制备方法，其特征在于，在制备所述亲水壳层之前，还包括重复制作所述疏水壳层，以得到2层以上的所述疏水壳层。
11.一种植入式柔性电子器件，包括本体，所述本体包括柔性基体以及设置于所述柔性基体上的电路组件，其特征在于，所述植入式柔性电子器件还包括疏水壳层以及亲水壳层，所述疏水壳层包裹于所述本体上，所述亲水壳层包裹于所述疏水壳层上。
12.根据权利要求11所述的植入式柔性电子器件，其特征在于，所述电路组件裸露在所述柔性基体表面，所述植入式柔性电子器件还包括有疏水层，所述疏水层设置于所述柔性基体并覆盖所述电路组件。
13.根据权利要求12所述的植入式柔性电子器件，其特征在于，所述疏水层的厚度为5微米-500微米；
及/或，所述疏水壳层的厚度为5微米-500微米；
及/或，所述亲水壳层的厚度为5微米-500微米。
14.根据权利要求11所述的植入式柔性电子器件，其特征在于，所述疏水壳层的数量大于等于2层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114395084A (zh) * 2021-12-14 2022-04-26 中国科学院化学研究所 聚酯材料组合物及其应用和光固化方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120051007A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-01 Felix Alvarez Electronic devices with moisture guiding structures
CN203407069U (zh) * 2013-07-31 2014-01-22 深圳市健坤新高通讯科技有限公司 具有疏水性防水防潮涂层的电路板
CN106773362A (zh) * 2017-03-09 2017-05-31 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其制造方法、显示装置
CN107759820A (zh) * 2017-11-21 2018-03-06 海昌隐形眼镜有限公司 一种硅橡胶表面亲水改性的方法及应用方法
CN108993847A (zh) * 2018-07-20 2018-12-14 中国科学院大学 一种复合涂层的应用和防腐蚀材料及其制备方法
CN111048428A (zh) * 2019-11-29 2020-04-21 深圳先进技术研究院 一种植入式医疗器件的制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120051007A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-01 Felix Alvarez Electronic devices with moisture guiding structures
CN203407069U (zh) * 2013-07-31 2014-01-22 深圳市健坤新高通讯科技有限公司 具有疏水性防水防潮涂层的电路板
CN106773362A (zh) * 2017-03-09 2017-05-31 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其制造方法、显示装置
CN107759820A (zh) * 2017-11-21 2018-03-06 海昌隐形眼镜有限公司 一种硅橡胶表面亲水改性的方法及应用方法
CN108993847A (zh) * 2018-07-20 2018-12-14 中国科学院大学 一种复合涂层的应用和防腐蚀材料及其制备方法
CN111048428A (zh) * 2019-11-29 2020-04-21 深圳先进技术研究院 一种植入式医疗器件的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114395084A (zh) * 2021-12-14 2022-04-26 中国科学院化学研究所 聚酯材料组合物及其应用和光固化方法
CN114395084B (zh) * 2021-12-14 2022-12-06 中国科学院化学研究所 聚酯材料组合物及其应用和光固化方法

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