CN114112084A - 一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法。将浸泡过NaHCO3溶液的桑蚕茧加入到含有氯化钙的甲酸溶液中，再在溶液中添加MXene粉末，搅拌后形成均匀的MXene墨水，将均匀的MXene墨水通过丝网印刷或墨水直写方式制备成柔性表皮电子器件，本发明方法制备的柔性表皮电子器件提供了基于与人体皮肤弱酸性相容性的抑菌机理。同时，快速电恢复的自治愈特性可以使得我们提出的薄膜柔性表皮电子器件可以长期稳定的检测人体温度，应变以及压力信息。
Description
技术领域
本发明涉及柔性电子皮肤领域，具体涉及一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法。
背景技术
共形性，多功能表皮电子器件，具备与人体皮肤相似的机械属性，可以提供长期的温度和应变和压力感知，是下一代可穿戴电子的有力竞争者。但是，长期的可穿戴可能会引入细菌感染，尤其对于病人，病菌，尤其是厌氧菌的引入可能会使得部分抵抗力弱的人患病。
而目前的抑菌特性通常是通过引入Ag+等金属阳离子实现的，Ag+离子可以改变细胞膜的呼吸或通透性，进而穿透细菌，并通过与细胞蛋白巯基的相互作用而破坏细菌。而这种杀菌特性对皮肤组织和细胞同样具备杀死作用。因此基于此种方式的抑菌方式是不安全的。除此之外，人体皮肤通过弱酸性来实现皮肤局部菌落的保护，以抑制外来致病细菌的侵入。因此，需要制备具备类似特性的表皮电子器以已实现皮肤友好的，抑菌特性表皮电子器件。
同时，表皮电子经常受到机械损伤，因此具备高鲁棒性的，损伤后电学特性可快速恢复的电子皮肤也需要进一步研究，以提供长期可靠的人体活动检测。为此，本发明旨在提供一种弱酸性抑菌的柔性表皮电子器件，且具备机械损伤后快速电恢复能力，能提供温度，应变和压力感知。
发明内容
发明目的:本发明旨在提供一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法，本发明方法制备的柔性表皮电子器件同时其具备机械损伤后快速的导电恢复能力与温度，压力，应变等多重感知功能。
技术方案：本发明的一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，配置质量分数为0.5-0.8％NaHCO3溶液，加热至沸腾；
步骤2，将桑蚕茧放在沸腾的NaHCO3溶液中，再取出，使用去离子水清洗桑蚕茧至pH为7；
步骤3，重复步骤2多次后，将桑蚕茧放在加热台上干燥，获得干燥的脱胶丝纤维。
步骤4，将3-5g的脱胶丝纤维缓慢添加到配好的135g含有氯化钙的甲酸溶液中，其中氯化钙和甲酸的质量比在1/20-1/25之间。
步骤5，在溶液中再添加0.15-0.3g的MXene粉末，超声振荡后，然后在60℃下磁搅拌，获得均匀的MXene墨水；
步骤6，将均匀的MXene墨水通过丝网印刷或墨水直写方式制备成表皮电子器件。
有益效果：本发明提供的一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件，不同于以往借助于金属阳离子实现杀菌特性，本发明方法制备的柔性表皮电子器件提供了一种全新的抑菌机理：与人体皮肤弱酸性相容的抑菌机理。同时，快速电恢复的自治愈特性可以使得我们提出的柔性表皮电子器件可以长期稳定的检测人体温度，应变以及压力信息。
附图说明
图1是本发明方法制备的表皮器件示意图。
图2是本发明方法制备的表皮器件抑菌性实验结果图。
图3是本发明方法制备的表皮器件与硅胶抑菌实验对比图。
图4是本发明方法制备的表皮器件的损伤后电学自治愈恢复特性图。
图5是本发明方法制备的表皮器件的电学自治愈恢复特性恢复时间图。
图6是本发明方法制备的表皮器件的温度感知特性图。
图7是本发明方法制备的表皮器件的压力感知特性图。
图8是本发明方法制备的表皮器件的应变感知特性图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的解释：
本发明的一种弱酸性抑菌的柔性表皮电子器件的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，配置质量分数为0.5-0.8％NaHCO3溶液，加热至沸腾；
步骤2，将3g桑蚕茧放在沸腾的NaHCO3溶液中，约45min，取出，使用去离子水清洗桑蚕茧至pH为7；
步骤3，重复步骤2三次后，将桑蚕茧放在加热台上干燥，获得干燥的脱胶丝纤维。
步骤4，将3-5g的脱胶丝纤维缓慢添加到配好的15.75g含有氯化钙的甲酸溶液中，其中氯化钙和甲酸的质量比在1/20-1/25之间。上述添加过程中氯化钙\甲酸溶液在60℃下磁搅拌，整个添加过程持续约45分钟。
步骤5，在溶液中再添加0.15-0.3g的MXene粉末，超声振荡6min，然后60℃磁搅拌45min，获得均匀的MXene墨水；
步骤6、采用丝网印刷或墨水直写方式制备表皮电子器件。
将2mm厚的聚氨酯掩膜版固定在硅胶上，将获得的MXene墨水添加在聚氨酯掩膜版上，室温下放置24h，待多余的甲酸挥发掉，获得MXene薄膜，即为柔性表皮电子器件，具备温度，压力以及应变感知功能。
本发明方法制备的一种弱酸性抑菌的柔性表皮电子器件对细菌比如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌具备较强的抑制作用，同时由于薄膜内存在大量的共价键和氢键，当受到机械损伤后，可以实现快速的导电特性恢复，约在370ms内实现100％的电治愈特性。
如图1所示，是采用本发明方法制备的一种弱酸性抑菌的柔性表皮电子器件，为黑色薄膜形态，包括MXene、丝素纤维、甲酸和氯化钙，其中，残留的甲酸使得柔性表皮电子器件具备与皮肤相似的弱酸性，pH约为4.8。此外，薄膜电子内丰富的共价键和氢键，使其具备快速的电学自治愈特性。
如图2所示，将本发明方法制备的柔性表皮电子器件、硅胶和商用克林霉素片分别放在培养有大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌的培养皿中，培养12个小时，可以看出，本发明方法制备的柔性表皮电子器件对三种致病细菌具备明显的抑制特性。
进一步的，对本发明方法制备的柔性表皮电子器件做抑菌性实验；将硅胶和本发明方法制备的柔性表皮电子器件附着在手上，如图3所示，并把附着有硅胶和本发明方法制备的柔性表皮电子器件的手放在无菌环境中3h，完成杀菌作用。之后把手放在培养基中接种，培养12h后观察细菌的生长情况。如图3的右侧所示，附着薄膜电子器件的手指没有细菌残留，而附着硅胶的手指可以观察到细菌。因此进一步验证了我们的器件具备较好的一致抑菌特性。
进一步的，对本发明方法制备的柔性表皮电子器件的治愈特性和快速电学恢复能力进行验证。使用小刀将本发明方法制备的柔性表皮电子器件割开，之后在柔性表皮电子器件的裂口处滴一滴水，并使用镊子将割开的两边接触，观察器件的自治愈特性和电学恢复能力。如图4所示，损伤后可恢复约100％的电学特性，并且，如图5所示，电学特性恢复时间仅有0.37s。
进一步的，对本发明方法制备的柔性表皮电子器件的多功能检测能力进行验证。如图6所示，验证了器件对温度的感知能力，该器件具备负温度特性，在人体温度范围内(36.5-39)具有约为-0.26％℃-1的线性感知灵敏度。如图7所示，验证了本发明方法制备的柔性表皮电子器件的压力感知特性，将器件贴合在手臂上，周期性按压器件，器件电阻随着按压体现出周期性的增加或降低。最后，使用拉伸机对本发明方法制备的柔性表皮电子器件的拉伸特性做进一步验证，如图8所示，本发明方法制备的柔性表皮电子器件体现出较低的迟滞特性，并且具备约3.0的正向和反向应变系数。
Claims (4)
1.一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，配置质量分数为0.5-0.8％NaHCO3溶液，加热至沸腾；
步骤2，将桑蚕茧放在沸腾的NaHCO3溶液中，再取出，使用去离子水清洗桑蚕茧至pH为7；
步骤3，重复步骤2多次后，将桑蚕茧放在加热台上干燥，获得干燥的脱胶丝纤维。
步骤4，将3-5g的脱胶丝纤维缓慢添加到配好的135g含有氯化钙的甲酸溶液中，其中氯化钙和甲酸的质量比在1/20-1/25之间。
步骤5，在溶液中再添加0.15-0.3g的MXene粉末，超声振荡后，然后在60℃下磁搅拌，获得均匀的MXene墨水；
步骤6，将均匀的MXene墨水通过丝网印刷或墨水直写方式制备成柔性表皮电子器件。
2.根据权利要求1所述一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法，其特征在于，步骤2中将桑蚕茧放在沸腾的NaHCO3溶液中的时长为45min。
3.根据权利要求1所述一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法，其特征在于，步骤3中是重复步骤2多次具体为重复步骤2三次。
4.根据权利要求1所述一种弱酸性抑菌柔性表皮电子器件的制备方法，其特征在于，步骤4中添加脱胶丝纤维的过程持续约45分钟，且同时在添加的过程中对含有氯化钙的甲酸溶液在60℃下进行磁搅拌。
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