CN114166368A - 一种医用生物测温液晶及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用生物测温液晶及其制作方法，包括液晶混合物、微囊封装材料和纳米储热材料。所述液晶混合物包括液晶组合材料和惰性添加材料，所述的液晶组合材料是透光率对温度敏感的胆甾型液晶材料的组合，所述的惰性添加材料是用于调节所述液晶组合材料清亮点的惰性组分。所述的微囊封装材料包括囊材和固化剂。所述的纳米储热材料包括相变材料、负载体材料和粘结剂。通过胆甾型液晶组合材料和微囊封装材料的核壳结构，可以使温度分辨率达到0.1℃温度且有效延长材料使用寿命。通过纳米储热材料的相变效应，可以使液晶脱离生物体环境后仍能保持一定的显色效果，方便医护人员读数。
Description
技术领域
本发明涉及医用测温技术领域，特别涉及一种医用生物测温液晶。
背景技术
体温是反映人体健康状况的重要指标之一，高分辨率的体温测量技术能为临床诊断提供有效的数据支撑。现有的体温测量技术分为非接触式测量和接触式测量。非接触测量一般是利用热红外技术对人体热辐射出的红外光进行探测，其具有测温范围广和响应速度快的优势，一般用于商场、车站等人流聚集场所的体温初步监测，然而其测温精度和准确性限制了其在临床检测上的运用。临床体温监测需要精准地反应人体的真实温度，通常体温分辨率需要达到0.1℃。在临床和家庭医疗中最普遍采用的体温检测手段为使用水银体温计进行体温的实时监测，然而水银体温计大多为导热能力强的玻璃管封装，且内部功能成分为重金属汞，在使用过程中存在严重的安全隐患。此外，由于水银体温计易碎且体积较大，用户在使用过程中无法自由行动，给用户尤其是婴幼儿的体温监测带来了极大的不便。
温致变色液晶是一类液晶螺旋结构的螺距随着温度变化而发生改变，从而导致散射颜色发生变化的特殊液晶材料。温致变色液晶材料可以分为近晶型液晶、向列型液晶和胆甾型液晶三大类，其中胆甾型液晶的热变色效应最为显著已受到广泛关注。中国专利201620086091.X申请的“一种液晶温度计标签及带有液晶温度计标签的酒瓶”和中国专利200620158027.4申请的“一种液晶显示温度的奶瓶”都是利用温致变色液晶的原理对物体温度进行实时监测。然而，以上专利中的液晶对于温度变化的分辨率不能达到0.1℃，无法用于医用生物测温领域。中国专利99810098.6申请的“液晶温度计”采用胆甾型液晶为原料，制备了较高温度分辨率的温致变色液晶，并用于人体体温测量。然而胆甾型液晶对于外界温度变化的响应速度极快，基于此种配方制备的液晶温度计，在脱离人体环境进行读数的过程中，其颜色会迅速恢复至初始状态，造成较大的读数误差，为临床诊断带来较大的不确定性；其次，胆甾型液晶在接触空气中的氧气和水后极易发生晶析现象，导致液晶温度计的有效期较短，为此类体温计的生产和仓储带来了极大的困难。
发明内容
针对背景技术中所存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种医用生物测温液晶，基于本配方的生物测温液晶能达到0.1℃的温度分辨率，满足医用生物测温的使用场景；且能有效地隔绝外界环境，防止液晶晶析的发生，延长其使用寿命；并且可以使液晶脱离生物体环境后仍能保持一定的显色效果，方便医护人员读数。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种医用生物测温液晶，包括液晶混合物、微囊封装材料和纳米储热材料。所述液晶混合物包括液晶组合材料和惰性添加材料，所述的液晶组合材料是透光率对温度敏感的胆甾型液晶材料的组合，所述的惰性添加材料是用于调节所述液晶组合材料清亮点的惰性组分。所述的微囊封装材料包括囊材和固化剂。所述的纳米储热材料包括相变材料、负载体材料和粘结剂。
进一步地，所述胆甾型液晶材料从胆甾烯基油烯基碳酸酯、胆甾烯基壬酸脂、胆甾烯基月桂酸脂和胆甾烯基氯、胆甾烯基溴、谷甾烯基辛酸脂和谷甾烯基醋酸脂组成的集合中选择。
进一步地，所述的惰性添加材料是用于调节所述液晶组合材料清亮点的惰性组分，从氯化石蜡、凡士林油、聚异丁烯、十二烷基醇、二顺丁烯二酸酯、邻苯二甲酸二乙酯组成的集合中选择。
进一步地，所述的囊材包括明胶和阿拉伯胶；所述的固化剂包括甲醛和戊二醛的一种或两种。
进一步地，所述相变材料包括不同相变点的聚乙二醇的组合，所述负载体材料为纳米空心二氧化硅，所述粘结剂为多巴胺溶液。
优选地，所述的液晶混合物和微囊封装材料的体积比处于1：1至1：5的范围内。
优选地，所述的纳米储热材料和微囊封装材料的体积比处于1：5至1：10的范围内。
本发明具有如下有益效果：
1、外界温度达到测温液晶对应的清亮点温度时，液晶由绿色变为透明色，通过惰性材料的配比进行灵活调节，温度分辨率达到0.1摄氏度；
2、通过使用微囊包裹材料对液晶混合物进行封装，防止液晶晶析的发生，延长其使用寿命；
3、通过混合不同相变点的纳米储热材料，使液晶脱离生物体环境后仍能保持良好的显色效果，方便医护人员读数。
附图说明
图1为本发明的一种医用生物测温液晶的微观结构图。
图2为本发明的一种医用生物测温液晶中的纳米储热材料的微观结构图。
图3为本发明的一种医用生物测温液晶在特定温度下的反射光光谱。
图4为本发明的一种医用生物测温液晶的制作方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1-3所示，一种医用生物测温液晶，包括液晶混合物、微囊封装材料和纳米储热材料。所述液晶混合物包括液晶组合材料和惰性添加材料，所述的液晶组合材料是透光率对温度敏感的胆甾型液晶材料的组合，所述的惰性添加材料是用于调节所述液晶组合材料清亮点的惰性组分。所述的微囊封装材料包括囊材和固化剂，如图1为包裹了囊材并固化成型后的液晶微观图。所述的纳米储热材料包括相变材料、负载体材料和粘结剂，如图2为相变材料成功粘连至负载体上的微观结构图。
根据本申请的一个实施例，用于生物测温液晶的胆甾型液晶是介于固相与各向同性液相之间的一种中间相的物质，它既具有液体的流动形变等特征，同时又具有晶体的各向异性，并且对力、光、热、电、磁、化学和辐射等作用十分敏感，具有显著的热变色效应。其显色示温的机理是，由于其层状螺旋结构的螺距随温度而改变，导致光散射颜色发生变化而显示出不同颜色。
用于本申请的胆甾型液晶材料从胆甾烯基油烯基碳酸酯、胆甾烯基壬酸脂、胆甾烯基月桂酸脂和胆甾烯基氯、胆甾烯基溴、谷甾烯基辛酸脂和谷甾烯基醋酸脂组成的集合中选择。
根据本申请的一个实施例，惰性添加材料能在不与液晶成分发生化学反应的前提下对液晶组合材料的清亮点温度进行调节。用于本申请的从氯化石蜡、凡士林油、聚异丁烯、十二烷基醇、二顺丁烯二酸酯、邻苯二甲酸二乙酯组成的集合中选择。
用于制备胆甾型液晶材料的组合的方法可以是这样的：精确称取一定量各种液晶组分粉末混合均匀，于高速恒温磁力搅拌器上，加热搅拌至液晶全部溶解，向混合液晶中加入一定量的惰性添加材料，观察并记录颜色随温度的变化情况。
根据本申请的一个实施例，微囊封装是用成膜材料将固体或液体包覆在内使其形成微小粒子的技术，其能够保护被包裹的物料使之与外界不良环境相隔离，最大限度地保持物质原有状态和性能。本申请使用明胶和阿拉伯胶作为囊材，甲醛和戊二醛的一种或两种作为固化剂，如图1所示将液晶混合物包裹在内，形成直径为10-30微米左右的微胶囊，对内部液晶形成保护，防止其产生晶析现象。
用于包裹液晶材料组合的微囊封装材料可以是这样的：分别取一定量的明胶和阿拉伯胶，加入适宜水量，放入超声机中溶解30分钟；将适量芯材液晶与阿拉伯胶混合，在高速磁力搅拌器中乳化一定时间，形成分散的均匀相。将上步中的阿拉伯胶与液晶的均匀混合相移入三口瓶中后，放入恒温水浴箱中。在一定温度下，边搅拌边滴加第一步中超声后得到的明胶溶液，使混合溶液至均匀相后加入10％的醋酸调节pH值至酸性条件下，并维持搅拌1小时，使凝聚反应完全；将三口瓶转入冰水浴中，在降温后，加入与明胶等量的固化剂溶液，再继续搅拌30分钟，使微胶囊囊壁固化变硬完成固化，最后进行抽滤，获得微胶囊乳化液。
根据本申请的一个实施例，在封装好的乳液中添加纳米储热材料，利用相变储热-放热原理能有效地延长液晶变色的时长。本申请使用的相变材料包括不同相变点的聚乙二醇的组合，所述负载体材料为纳米空心二氧化硅，所述粘结剂为多巴胺溶液。纳米储热材料的制备方法可以是这样的：称取一定量的直径约为50nm的空心二氧化硅粉末，将其与一定量的多巴胺溶液混合，通过真空抽滤的方式，让多巴胺溶液黏附在空心二氧化硅的内表面，然后加入一定量的不同分子量聚乙二醇的混合溶液，使其通过多巴胺的螯合作用自聚合至空心二氧化硅内部。
通过调节液晶混合物中惰性添加材料的配比，能够有效的精准调控混合液晶体系的清亮点，使其在不同温度下具有明显的变色性能。如图3所示，即为本申请的一种医用生物测温液晶调节清亮点温度为38.2℃时的反射光谱，当所述液晶在36.5℃的环境下时，其对于550nm波段的绿光具有80％以上的反光率，因此呈现绿色状态。当环境温度升温至38.2℃时，其对于550nm波段的绿光反光率将为30％以下，且其余波段反射率均较低，液晶呈现透明色，且经过多次重复测试后表现出很好的一致性。由图3数据可知，本发明申请的一种医用生物测温液晶在到达其清亮点后，颜色会由绿色变为透明色，发生明显的颜色转变，用于指示生物体温变化。
实施例一
本实施例所述的医用生物测温液晶的组分及配方见表一。
表一：实施例一的组分
实施例二
本实施例所述的医用生物测温液晶的组分及配方见表二。
表二：实施例二的组分
实施例三
医用生物测温液晶采用实施例一中的材料及配方，参见图4所示，具体制备过程包括以下步骤：
(1)按质量比称取75％胆甾烯基油烯基碳酸酯、15％胆甾烯基壬酸脂和10％胆甾烯基月桂酸脂粉末混合均匀，于高速恒温磁力搅拌器上，加热搅拌至液晶全部溶解，向混合液晶中加入1％的二顺丁烯二酸酯并混合均匀；
(2)分别取一定量的明胶和阿拉伯胶，加入适宜水量，放入超声机中溶解30分钟；
(3)将步骤(1)得到的液晶混合材料与步骤(2)所得的阿拉伯胶按1:2的体积比混合，再在高速磁力搅拌器中乳化一定时间，待形成均匀分散相后转移至三口瓶中进行恒温水浴，边搅拌边滴加步骤(2)所得的明胶溶液，使溶液混合均匀后加入10％的醋酸调节pH值至酸性条件下，并维持搅拌1小时，使凝聚反应完全；
(4)将三口瓶转入冰水浴中，在降温后，加入与明胶等量的戊二醛溶液，再继续搅拌30分钟，使微胶囊囊壁固化变硬完成固化，最后进行抽滤，获得微胶囊乳化液；
(5)按照1：5的体积比，向所述微胶囊乳化液中添加所述含有36-39℃不同相变点的纳米储热材料并混合均匀。
实施例四
医用生物测温液晶采用实施例二中的材料及配方，具体制备过程包括以下步骤：
(1)按质量比称取35％胆甾烯基油烯基碳酸酯、55％胆甾烯基氯和10％胆甾烯基月桂酸脂粉末混合均匀，于高速恒温磁力搅拌器上，加热搅拌至液晶全部溶解，向混合液晶中加入1％的二顺丁烯二酸酯并混合均匀；
(2)分别取一定量的明胶和阿拉伯胶，加入适宜水量，放入超声机中溶解30分钟；
(3)将步骤(1)得到的液晶混合材料与步骤(2)所得的阿拉伯胶按1:5的体积比混合，再在高速磁力搅拌器中乳化一定时间，待形成均匀分散相后转移至三口瓶中进行恒温水浴，边搅拌边滴加步骤(2)所得的明胶溶液，使溶液混合均匀后加入10％的醋酸调节pH值至酸性条件下，并维持搅拌1小时，使凝聚反应完全；
(4)将三口瓶转入冰水浴中，在降温后，加入与明胶等量的戊二醛溶液，再继续搅拌30分钟，使微胶囊囊壁固化变硬完成固化，最后进行抽滤，获得微胶囊乳化液；
(5)按照1：7的体积比，向所述微胶囊乳化液中添加所述含有36-39℃不同相变点的纳米储热材料并混合均匀。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种医用生物测温液晶，其特征在于，按重量份由以下成分组成：液晶混合物5～10份、微囊封装材料25～50份、纳米储热材料5～10份。
2.如权利要求1所述的医用生物测温液晶，所述液晶混合物包括液晶组合材料和惰性添加材料，按照原料质量配比，含有60％的液晶组合材料和40％惰性添加材料。
3.如权利要求2所述的医用生物测温液晶，所述液晶组合材料是透光率对温度敏感的胆甾型液晶材料的组合，所述胆甾型液晶材料从胆甾烯基油烯基碳酸酯、胆甾烯基壬酸脂、胆甾烯基月桂酸脂和胆甾烯基氯、胆甾烯基溴、谷甾烯基辛酸脂和谷甾烯基醋酸脂组成的集合中选择。
4.如权利要求2所述的医用生物测温液晶，所述惰性添加材料是用于调节所述液晶组合材料清亮点的惰性组分，从氯化石蜡、凡士林油、聚异丁烯、十二烷基醇、二顺丁烯二酸酯、邻苯二甲酸二乙酯组成的集合中选择。
5.如权利要求1所述的医用生物测温液晶，所述微囊封装材料包括囊材和固化剂，按照原料质量配比，含有70％囊材和30％固化剂；所述囊材包括明胶和阿拉伯胶。
6.如权利要求5所述的医用生物测温液晶，所述固化剂包括甲醛和戊二醛的一种或两种。
7.如权利要求1所述的医用生物测温液晶，所述纳米储热材料包括相变材料、负载体材料和粘结剂，所述相变材料包括不同相变点的聚乙二醇的组合，所述负载体材料为纳米空心二氧化硅，所述粘结剂为多巴胺溶液，所述纳米储热材料按重量份由以下成分组成：聚乙二醇20～30份、纳米空心二氧化硅30～40份、多巴胺溶液40～50份。
8.如权利要求1所述的医用生物测温液晶，所述液晶混合物和所述微囊封装材料的体积比处于1：1至1：5的范围内。
9.如权利要求1所述的医用生物测温液晶，所述纳米储热材料和所述微囊封装材料的体积比处于1：5至1：10的范围内。
10.一种制作上述医用生物测温液晶的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按一定的质量比称取并将胆甾烯基油烯基碳酸酯、胆甾烯基壬酸脂和胆甾烯基月桂酸脂粉末混合均匀，于高速恒温磁力搅拌器上，加热搅拌至液晶全部溶解，向混合液晶中加入一定质量的二顺丁烯二酸酯并混合均匀；
(2)分别取一定量的明胶和阿拉伯胶，加入适宜水量，放入超声机中溶解30分钟；
(3)将步骤(1)得到的液晶混合材料与步骤(2)所得的阿拉伯胶按一定的体积比混合，再在高速磁力搅拌器中乳化一定时间，待形成均匀分散相后转移至三口瓶中进行恒温水浴，边搅拌边滴加步骤(2)所得的明胶溶液，使溶液混合均匀后加入稀醋酸调节pH值至酸性条件下，并维持搅拌1小时，使凝聚反应完全；
(4)将三口瓶转入冰水浴中，在降温后，加入与明胶等量的戊二醛溶液，再继续搅拌30分钟，使微胶囊囊壁固化变硬完成固化，最后进行抽滤，获得微胶囊乳化液；
(5)按照1：5的体积比，向所述微胶囊乳化液中添加所述含有36-39℃不同相变点的纳米储热材料并混合均匀。
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