CN113842270A - 基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴及其制备方法 - Google Patents
基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供了一种基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴及其制备方法。收缩止血贴用于贴合到皮肤上的创口，收缩止血贴包括：主体部，其包括预拉伸的、包含液晶弹性体材料的网状点阵结构，液晶弹性体材料具有在达到热致变形温度时变形的能力，在收缩止血贴贴合在创口的状态下，网状点阵结构能够受热收缩创口；敷料，其设置于主体部，用于药理性愈合创口；以及传感部，其设置于主体部，用于监测创口的状态，传感部设置于网状点阵结构的一侧。收缩止血贴的制备方法包括：加工出包含液晶弹性体材料的网状点阵结构；紫外线照射网状点阵结构，使液晶弹性体材料二次交联；以及拉伸紫外线照射后的网状点阵结构，得到主体部。
Description
技术领域
本申请涉及医用止血贴技术领域，尤其涉及一种基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴及其制备方法。
背景技术
医用止血贴，也可以称为创可贴，包括底层胶布和表层中心涂覆有生物医学药物敷料的纱布，可以贴在创伤处进行止血，抵御细菌感染，保护并修复创口。这是目前最快捷、简易的创伤修复应急处理策略，其对于专业技能与环境的要求较低。
现有的医用止血贴基于药物敷料的药理性功能来治疗创伤，其治疗效果依赖于药物敷料的药效。那么相应的，其适用范围也会受到药物敷料的限制，这些敷料存在引起过敏、容易滋生病菌、产生不适感、成本较高、可靠性和寿命不高等问题。且现有的医用止血贴存在透气性、防水性、舒适性相对较差的问题。为防止污染创面，不能在创伤处使用较长时间。在复杂部位如关节处或者特殊形状的创面上，常见医用止血贴不能很好贴附创口，同时可能会限制关节活动，在日常生产生活中产生不便。现有的止血贴也不具备健康监测功能，需要拿掉止血贴后才能知悉伤口的愈合状况。
发明内容
为了改善或解决背景技术中提到的至少一个问题，本申请提供了一种基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴及其制备方法。
本申请提供的收缩止血贴用于贴合到皮肤上的创口，所述收缩止血贴包括：
主体部，其包括预拉伸的、包含液晶弹性体材料的网状点阵结构，所述液晶弹性体材料具有在达到热致变形温度时变形的能力，在所述收缩止血贴贴合在所述创口的状态下，所述网状点阵结构能够受热收缩所述创口；
敷料，其设置于所述主体部，用于药理性愈合所述创口；以及
传感部，其设置于所述主体部，用于监测所述创口的状态，所述传感部设置于所述网状点阵结构的一侧。
在至少一个实施方式中，所述预拉伸为沿单轴方向向外拉伸或沿多个方向向外拉伸。
在至少一个实施方式中，所述网状点阵结构中的成阵列的点之间的孔隙为三角形或六边形。
在至少一个实施方式中，所述传感部包括用于监测所述创口的状态的传感器，所述传感部还包括无线输出模块，其用于无线输出所述传感器监测到的信息。
在至少一个实施方式中，所述网状点阵结构中还混合有光热材料。
本申请提供的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法中的所述收缩止血贴为前述的收缩止血贴，所述制备方法包括：
加工出包含液晶弹性体材料的网状点阵结构；
紫外线照射所述网状点阵结构，使所述液晶弹性体材料二次交联；以及
拉伸紫外线照射后的所述网状点阵结构，得到所述主体部。
在至少一个实施方式中，所述制备方法还包括：
在所述主体部上设置所述敷料；
在所述主体部上设置所述传感部；
在所述主体部上设置连接部，所述连接部用于所述主体部与所述创口周围的皮肤的粘接。
在至少一个实施方式中，所述加工出包含液晶弹性体材料的网状点阵结构包括：
提供或制备包含所述液晶弹性体材料的薄膜，通过激光雕刻机将所述薄膜加工成所述网状点阵结构；或者
通过3D打印的方法，打印出所述网状点阵结构。
在至少一个实施方式中，所述拉伸紫外线照射后的所述网状点阵结构包括：
将紫外线照射后的所述网状点阵结构固定在柔性基底；
通过平面多轴拉伸机拉伸所述柔性基底。
在至少一个实施方式中，紫外线照射后的所述网状点阵结构通过粘接胶固定于所述柔性基底，所述粘接胶为硅胶胶水，所述柔性基底为硅胶基底。
基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴为创口提供了面内收缩力，结合敷料的药理作用，能够更好地愈合伤口。同时传感部能够持续地监测创口部位的状态，方便患者或医生知悉创口的愈合状态。
通过紫外灯二次交联液晶弹性体材料，提高其交联度；通过拉伸液晶弹性体材料，为其进行取向，使温度达到热致变形温度时，包含液晶弹性体材料的收缩止血贴能够为创口提供面内收缩力，实现收缩功能。
附图说明
图1示出了根据本申请实施方式的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的爆炸图。
图2示出了根据本申请实施方式的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴贴合于创口的示意图。
图3示出了图2中的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴贴合于创口的剖视图。
图4示出了根据本申请实施方式的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备流程框图。
图5A、图5B示出了根据本申请实施方式的网状点阵结构的加工示意图。
图6示出了根据本申请实施方式的网状点阵结构的二次交联工艺示意图。
图7A、图7B、图8A、图8B示出了根据本申请实施方式的网状点阵结构的拉伸示意图。
附图标记说明
1薄膜；2网状点阵结构；3激光头；4刚性衬底；5紫外灯；6粘接胶；7柔性基底；
10传感部；11主体部；12敷料；13连接部；14创口；15表皮。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。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申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
如图1所示，本申请提供的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴(后面简称“收缩止血贴”)包括的主体部11、敷料12、连接部13和传感部10。
主体部11包括液晶弹性体材料，液晶弹性体材料具有热致变形能力，可以预拉伸主体部11，使主体部11为创口(又称“伤口”)提供面内收缩力(皮肤表面向创口收缩的力)。
在临床上，针对皮肤开放性损伤的修复主要采用生物化学和物理缝合两种治疗方法。其中，物理缝合可以有效闭合创口，减少暴露的创面面积，降低感染风险，促进组织再生，加快创口愈合，临床上绷带包扎和手术缝合都属于这种治疗策略。但是，绷带包扎的方式具有对创口的表面压力，容易引发压疮。
相对于现有技术，本申请提供的主体部11能够为创口提供额外的面内收缩力，加快止血愈合速度，改善创口的愈合效果。并且，相对于通过绷带等包扎方法，面内收缩力为液晶弹性体材料带来的自发收缩力，不产生面外压力，能够避免压疮的形成，减小皮肤组织的损伤。
进一步地，可以调节主体部11的形状、大小及预拉伸的方向，以更好地适用不同类型的创口表面。例如，将主体部11的整体形状制备为方形、圆形等，更好地适配创口形状。
当创口为狭长的条形创口时，可以沿单轴方向向外拉伸主体部11，使之在受热时相向收缩。使主体部11的收缩方向与条形创口的长度方向垂直，以更好地收缩愈合狭长的条形创口。
如图1、图8B所示，当创口为块状时，可以沿多个方向(例如沿互相垂直的两个轴向)向外拉伸主体部11，使之在受热时向中心收缩，以更好地收缩愈合块状的创口。
进一步地，可以调整主体部11的孔隙率，例如，将主体部11设置成网状点阵结构，增加收缩止血贴的透气性和可变形性，提高收缩止血贴佩戴者的舒适性。即使贴附在关节处，其可变形特性也能减少佩戴者的不适感。参见图8B，成阵列的点之间的孔的形状可以为三角形或六边形(图中未示出)，这两种形状更利于主体部11的收缩变形。
主体部11的热致变形温度可以控制在37-70℃范围内。示例性地，采用45℃作为热致变形温度，该温度可以被皮肤表面短暂接受。可以采用光照(主体部11中加入光热材料，如碳纳米管、偶氮苯等，后面介绍)、短暂浸入适宜温度的生理盐水、利用加热板非接触式加热等方式加热，使主体部11收缩。加热完毕后，主体部11维持收缩状态，能够持续地为创口提供面内收缩力。面内收缩力(驱动应力)可以控制在0.01-1MPa之间。
液晶弹性体材料具备生物相容性，可以与各类生物敷料兼容。当然，除了液晶弹性体材料，主体部11中还可以有其他材料，本申请不做限制。
敷料12可以为市面上的各种类型的敷料。敷料12可以喷涂或直接粘接在主体部11上。敷料12可以单层或多层。
连接部13可以为低过敏性医用粘胶，便于收缩止血贴与创口周围皮肤的粘接。可以在主体部11的边缘设置连接部13。当然，在敷料12具有良好粘性，可以通过敷料12将收缩止血贴粘在创口时，就可以不设置连接部13。
传感部10为包括传感器、无线输出模块的集成电路，提供监测功能。传感器可以包括商用的压力传感器、应变传感器、温度传感器等微电子模块，用于监测创口处皮肤的基本运动情况与恢复情况。当然，还可以添加其他传感器，如pH传感器等。
传感部10可以设置在主体部11的远离创口的一侧面，传感部10测得创口处的压力、应变和温度等信号，再将数据无线传输给计算机或手机app中，配合信号处理程序，将传感器传输的电子信号转化为对应的皮肤压力、应变、温度等健康信息，可以根据这些信息判断创口的炎症和愈合情况，智能化地调整治疗策略，有效预防疤痕、瘢痕等产生。可以理解，电路的具体结构以及传感器的具体种类本申请不限制。
如图1、2、3所示，使用时，将收缩止血贴平整贴合于创口14(示例性地，创口14为表皮15上的一个圆形创口)，连接部13与健康无损伤的皮肤相贴附。采用适宜的加热方法，使主体部11收缩，敷料12发挥药理性愈合作用，例如释放止血和抑菌材料，加快创口愈合。通过传感部10持续监测创口情况。图2、3中的曲线表示温度，箭头表示收缩止血贴的收缩方向。
本申请提供的收缩止血贴的主体部11能够主动驱动创口收缩止血，敷料12能够辅助药理性愈合创口，传感部10能够监测创口状态，是一种集传感、驱动收缩、药理治疗为一体的新型收缩止血贴。
如图4所示，本申请还提供了基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法，其可以包括如下步骤。
(S1)提供或制备包含液晶弹性体材料的薄膜1。示例性地，通过两步交联工艺，常温固化合成包含低交联度无取向的液晶弹性体的薄膜1。薄膜1的刚度约为0.01-0.1MPa，其分子间交联不紧密，较软。无取向是指薄膜1内的液晶分子随机排布，不具备取向性。此处的两步交联工艺是制备液晶弹性体的常用工艺，可以直接使用包含液晶弹性体材料的成品薄膜1。
示例性地，两步交联工艺包括将液晶分子溶解在有机溶剂中，添加光引发剂、交联剂、空间介质和催化剂，在80℃下溶解混合搅拌一分钟；将搅拌后的混合溶液注入模具中，放在真空干燥箱中抽真空，然后取出常温静置十二小时；充分固化后取出固化好的薄膜，放置在加热箱中，设置温度为80℃，正反面烘烤各六小时，将溶剂和催化剂充分排出，薄膜1制备完成。
液晶分子有多种选择，示例性地，这里将1，4-双-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯(RM257)作为一种选择。
有机溶剂有多种选择，示例性地，这里将甲苯作为一种选择。
光引发剂有多种选择，示例性地，这里将2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(HHMP)作为一种选择。
交联剂有多种选择，示例性地，这里将四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯(PETMP)作为一种选择。
空间介质有多种选择，示例性地，这里将2，2’-(2-乙二基双氧代)双乙硫醇作为一种选择。
催化剂有多种选择，示例性地，这里将正二丙胺(DPA)作为一种选择。
材料的配比与制备流程可以根据驱动温度、驱动应变和驱动应力的需求进行调整。例如，如果需要稍低的驱动温度，可以适当降低液晶分子的质量分数，增加交联剂和空间介质的质量分数。如果需要较大的驱动应变，可以降低交联剂质量分数，同时增加预拉伸材料变形；如果需要较大的驱动应力，可以增加交联剂质量分数。
如果选择光照作为主体部11的加热方式，可以在液晶弹性体材料中掺入碳纳米管和/或偶氮苯。光热驱动的驱动力会比较大，其光热方式比较便捷。
(S2)加工网状点阵结构2。可以通过建模软件绘制网状点阵结构，利用超高精度激光雕刻机在薄膜1中加工网状点阵结构2。可以保留网状点阵结构2边缘的薄膜，方便后续的粘接工序。
示例性地，如图5A、5B所示，可以通过激光头3将薄膜1雕刻成网状点阵结构2。高精度激光雕刻机属于冷切割紫外激光雕刻技术，线宽精度可达100微米，误差10微米，切割深度可达1毫米。本收缩止血贴可以采用线宽200微米，切割深度500微米的高精度激光雕刻机。当然，可以调节切割功率、速度、精度和深度，得到最佳加工点阵图案。
当然，还可以通过3D打印技术直接利用液晶弹性体材料打印出网状点阵结构2，这样就无需先制造薄膜再切割了。
可以选取三角形点阵结构，即每个胞元(基本重复单位)都是三角形。此时的网状点阵结构2不具有显著的热致变形能力。
(S3)对网状点阵结构2中的液晶弹性体材料进行二次交联。如图6所示，可以将网状点阵结构2固定在刚性衬底4上，曝光在紫外线下，进行光固化二次交联(第二次交联)。本申请不限提供紫外线的设备，例如可以通过紫外灯5提供。
液晶弹性体材料在紫外曝光后，分子之间高度联结，具有高交联度无取向的特性。二次交联后的液晶弹性体的刚度比之前提高了一到两个量级，约为0.1-10MPa。此时的网状点阵结构2已经交联记住了无取向时的构型，作为主体部11的最终收缩构型。
本申请不限制刚性衬底4的种类，可以为硅片、亚克力板等。
(S4)拉伸网状点阵结构2。如图7A、7B、8A、8B所示，可以通过粘接胶6将包含高交联度无取向液晶弹性体的网状点阵结构2固定在柔性基底7上，拉伸柔性基底7，网状点阵结构2中的三角形胞元会沿着三角形边取向，最终沿着拉伸方向进行取向。取下网状点阵结构2，完成拉伸工作，得到主体部11。
本申请不限制粘接胶6的种类，例如可以为硅胶胶水。取下网状点阵结构2时，可以用除胶剂去除粘接胶6。
柔性基底7的各方向拉伸程度可以相同，使得预拉伸后的网状点阵结构2面内平整。此时的拉伸变形为不可恢复的塑性变形，拉伸力卸载后，包含高交联度无取向液晶弹性体的网状点阵结构2会维持伸长状态，不会回弹。但其在加热状态下不稳定，会发生相变，恢复成步骤S3示出的状态(拉伸之前的状态)，以体现收缩特性。
本申请不限制柔性基底7的种类，例如可以为使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、共聚酯(Ecoflex)或硅胶(例如，Dragon Skin系列硅胶)等材料制备的硅胶基底或其他柔性材料制成的基底。
本申请不限制网状点阵结构2的面内拉伸方法。例如，可以采用平面多轴拉伸机(图中未示出)对贴附有网状点阵结构2的柔性基底7进行双轴向均匀拉伸，实现网状点阵结构2的拉伸取向。可以调整不同方向的拉伸变形，以调整不同方向的收缩力，针对不同形状创口，定制相应收缩策略。
(S5)在主体部11的远离创口一面设置传感部10。传感部10可以设计成岛桥结构，岛上集成压力、应变和温度传感器等传感器模块和无线信号传输模块(例如蓝牙信号传输模块)。桥线可以采用蛇形导线设计，用光刻等微加工工艺制备微米级集成电路，导线可以为铜-聚酰亚胺双层导线。通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA/亚克力)水溶性牺牲层将传感部10转印至主体部11上。
示例性地，可以使用旋涂机旋涂100nm的聚甲基丙烯酸甲酯溶液并加热固化得到牺牲层。然后旋涂聚酰亚胺溶液，梯度加热得到约5μm厚的聚酰亚胺薄膜层。使用电子束蒸发系统在聚酰亚胺薄膜层表面蒸镀500nm的铜层，得到封装的导电层。利用绘图软件(例如autocad)绘制导线系统模板并加工光刻板，之后用高精度光刻机加工蛇形导线图案，将其转印至网状点阵结构2上，用水去除牺牲层即可转印成功。
(S6)在主体部11上设置敷料12。本申请不限制敷料12的种类，例如可以为水凝胶、聚壳糖、丙烯酸酯聚合物等材料。以水凝胶为例，将丙烯酸、明胶、N-羟基琥珀酰亚胺酯(AAc-NHS酯)、甲基丙烯酸酐化明胶(gelMA)、α-酮戊二酸和去离子水按照一定比例混合，冷冻干燥，抽真空固化即可得到。将敷料12可以通过喷涂或粘贴的方式设置在主体部11上。当然，如果主体部11的收缩驱动方式采取用生理盐水加热，则敷料12应选择不溶于生理盐水的材料。
(S7)在主体部11的边缘设置连接部13。连接部13的材料种类本申请不限制，可以为低过敏性医用凝胶。以高粘度生物相容粘胶为例，将支链淀粉、去离子水和催化剂四水合硝酸钙按照一定比例混合搅拌，抽真空固化即可得到。连接部13可以设置在主体部11的网状点阵结构的边缘。
可以理解，本申请不限制敷料12、连接部13和传感部10的设置顺序。
传统的皮肤创伤治疗策略一般集中在创伤敷料的选取上。目前的创伤敷料种类繁多，现有的优化策略只能不断地提高敷料的性能，但提升效果有限，处理大面积损伤的效果较差，需要采用医用包扎和手术缝合技术。这两种技术都需要专业的医学知识和手术能力，应急情况下无法作简单快速的初步处理。
此外，包扎是通过勒紧作用来实现收缩创口并止血的目的，表面压力过大，时间过长会引起创口的缺氧、压疮以及溃疡，存在较大风险；手术缝合的过程十分痛苦，对于技术、环境和工具有着极高的要求，可能会引发感染，缝合完成后的恢复过程也比较痛苦，会长时间存在炎症，愈合后可能会遗留疤痕与瘢痕等问题。
传统的创伤治疗策略中，大部分的止血贴未能很好地协同利用物理缝合与化学治疗两个机制，这就限制了进一步提高止血贴修复和治疗创伤的效果。同时传统敷料一般不具备健康监测的功能，对于创口的恢复情况缺乏准确的判断。
本申请解决了上述问题，在止血贴领域引入了物理收缩的治疗策略与技术，利用液晶弹性体材料在加热情况下变形的性质，创造出了促进创口表面发生收缩的止血贴。适宜的收缩力可以诱导细胞再生、分化和迁移，加快创伤愈合速度，提高创伤愈合效果。可以根据材料配比和制备方案调整液晶弹性体材料属性，可软可硬，根据不同人群与创口状况进行调整，可以适用于多种应用场景。
网状点阵的图案可以自由设计与加工，可以通过各种预拉伸加载形式实现不同的收缩创口效果，可以适用于各类复杂形状的创伤。本申请可以兼容大部分敷料，进一步提高创伤愈合速度与愈合效果。本申请可以兼容大部分微米与毫米级传感器，如压力、应变和温度传感器，有效监测创口的恢复状况，避免疤痕与瘢痕的产生。
收缩止血贴的加工过程简单，可大批量生产，可以满足工业生产的需求。同时使用简单，创伤修复效果优异，可以满足消费者的需求。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴，其特征在于，所述收缩止血贴用于贴合到皮肤上的创口，所述收缩止血贴包括：
主体部(11)，其包括预拉伸的、包含液晶弹性体材料的网状点阵结构(2)，所述液晶弹性体材料具有在达到热致变形温度时变形的能力，在所述收缩止血贴贴合在所述创口的状态下，所述网状点阵结构(2)能够受热收缩所述创口；
敷料(12)，其设置于所述主体部(11)，用于药理性愈合所述创口；以及
传感部(10)，其设置于所述主体部(11)，用于监测所述创口的状态，所述传感部(10)设置于所述网状点阵结构(2)的一侧。
2.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴，其特征在于，所述预拉伸为沿单轴方向向外拉伸或沿多个方向向外拉伸。
3.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴，其特征在于，所述网状点阵结构(2)中的成阵列的点之间的孔隙为三角形或六边形。
4.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴，其特征在于，所述传感部(10)包括用于监测所述创口的状态的传感器，所述传感部(10)还包括无线输出模块，其用于无线输出所述传感器监测到的信息。
5.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴，其特征在于，所述网状点阵结构(2)中还混合有光热材料。
6.一种基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法，其特征在于，所述收缩止血贴为权利要求1至5中任一项所述的收缩止血贴，所述制备方法包括：
加工出包含液晶弹性体材料的网状点阵结构(2)；
紫外线照射所述网状点阵结构(2)，使所述液晶弹性体材料二次交联；以及
拉伸紫外线照射后的所述网状点阵结构(2)，得到所述主体部(11)。
7.根据权利要求6所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述主体部(11)上设置所述敷料(12)；
在所述主体部(11)上设置所述传感部(10)；
在所述主体部(11)上设置连接部(13)，所述连接部(13)用于所述主体部(11)与所述创口周围的皮肤的粘接。
8.根据权利要求6所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法，其特征在于，所述加工出包含液晶弹性体材料的网状点阵结构(2)包括：
提供或制备包含所述液晶弹性体材料的薄膜(1)，通过激光雕刻机将所述薄膜(1)加工成所述网状点阵结构(2)；或者
通过3D打印的方法，打印出所述网状点阵结构(2)。
9.根据权利要求6所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法，其特征在于，所述拉伸紫外线照射后的所述网状点阵结构(2)包括：
将紫外线照射后的所述网状点阵结构(2)固定在柔性基底(7)；
通过平面多轴拉伸机拉伸所述柔性基底(7)。
10.根据权利要求9所述的基于液晶弹性体网状点阵结构的收缩止血贴的制备方法，其特征在于，紫外线照射后的所述网状点阵结构(2)通过粘接胶(6)固定于所述柔性基底(7)，所述粘接胶(6)为硅胶胶水，所述柔性基底(7)为硅胶基底。
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