TW201637869A - 體外膜片用之親水膜 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種體外膜片用之親水膜,其包含:一基材;及位於該基材之至少一表面上由親水組合物所形成之親水塗層;其中該親水組合物係包含:(a)反應性黏結劑;(b)具有反應性之界面活性劑;及(c)可選多元醇。
Description
本發明係關於一種用於體外膜片之親水膜及該體外膜片。
目前各國已積極研發各種用於體外的檢測試片,其以尿液、糞便、血液、唾液或其他體液為樣本,用以檢測人體各項健康指標或生理狀態。如何提昇檢測試片之穩定性與準確度為生產製造商一直努力的目標,尤其以血糖試片最受各界重視。由於糖尿病人口逐年增加,在廣大的市場及各國政府的積極推動下,血糖試片的研發與改良已成為產業界發展的重要方向。
一般而言,體外檢測試片之結構可如圖1所示,其中親水膜11與中隔層12組合產生流道13,該流道13可提供待測液流通以進入檢測層14。而該親水膜11係由基材111(一般為透明塑膠基材)及親水層112所構成。
該體外檢測試片之結構進一步描述於圖2。如圖2所示,該親水膜11的功能為促進待測液之輸送,使其經由流道13進入檢測層14中的檢測區15,同時保護該檢測區15不受污染並隔離外界干擾,且提供量測穩定性之功能。為了避免所述體外檢測試片因接觸環境中的水、氧氣或UV光發生劣化而失效,親水膜11必須具有良好的耐溼熱性及親水性等。另,流道13需要體積恆定以確保量測的穩定性,
因此,親水膜中的親水層112需要與基材111黏著穩固。
技術領域中常用之親水層材料以親水性樹脂或界面活性劑為主。界面活性劑(如磺酸根化合物)具有親水性佳且相對用量低之優勢,然而,界面活性劑易受環境影響發生降解,所以亦有將具備良好的親水擴散性及抗溼熱特性之親水性樹脂與界面活性劑組合使用以作為親水層之材料。
目前市售用於醫療診斷之親水膜之實例為3M Inc.之產品9962。該親水膜之親水層包括聚偏氯乙烯之塗層,其包含磺酸烷基苄酯為主之界面活性劑。雖然由此種親水膜製得的診斷試片可傳輸生物流體,然而經測試後顯示這些產品呈現均勻性、傳輸速率及抗老化安定性不足之顯著缺陷。
其他之市售親水膜包括Adhesives Research Inc.之ARflow 90128及ARflow 90469。這些產品包括塗有含熱塑性共聚酯及界面活性劑之組合物之聚酯薄膜,其作用模式類似上述3M Inc.之產品。為了避免不均勻,其加入相當大量之界面活性劑(約5%至8%),然而造成親水性塗層之表面為蠟狀之結果。因為此塗層與壓敏性膠帶結合無法獲得足夠之黏結強度,在檢測試片之製作過程中,經常導致組件脫層。
除上述缺陷外,由於將習知親水膜製作成體外膜片之過程中需在親水膜上作圖案化施工,常因塗佈油墨或手汗等施工因素,污染親水塗層表面而造成該親水塗層失效的情況,因此,必須使用遮罩或額外的保護層覆蓋,而有製程繁瑣且成本較高之問題。
有鑑於此,本案發明人提供一種新穎之用於體外膜片之親水膜,可有效解決前述問題。本發明之親水膜具有特殊之親水塗層,該塗層與基材具有穩定的接著強度,可避免在加工過程中親水層產生剝離,故有利於後續的加工及製程,可簡化製程步驟及降低成本。
再者,本發明同時具有優異的親水性及耐溼熱性,可避免因暴露於不利環境造成親水膜劣化失效,從而導致體外膜片無法使用。因此,本發明之親水膜可有效延長體外膜片之使用期限。
本發明之主要目的為提供一種用於體外膜片之親水膜,該親水膜可直接與後續各功能層進行加工形成體外膜片並具有優異的親水性與親水維持性。
為達上述之目的,本發明提供一種體外膜片用親水膜,其包含:一基材;及位於該基材之至少一表面上由親水組合物所形成之親水塗層;其中該親水組合物係包含:(a)反應性黏結劑;(b)具有反應性之界面活性劑;及(c)可選多元醇。
11‧‧‧親水膜
111‧‧‧基材
112‧‧‧親水塗層
12‧‧‧中隔層
13‧‧‧流道
14‧‧‧檢測層
圖1為體外檢測試片之結構示意圖。
圖2為體外檢測試片之另一結構示意圖。
本發明之體外膜片之應用領域廣泛,包含體外檢測試片、傷口敷料或ok蹦等。根據不同的應用領域,所製得的親水塗層厚度各不相同。以體外檢測試片為例,其親水塗層之厚度為10奈米至100微米,親水塗層之厚度小於10奈米時,無法提供有效之親水性能;而親水塗層之厚度大於100微米時,基材與親水塗層之密著性不佳,不利後續加工製程。
本發明所用之基材較佳為塑膠基材,該塑膠基材並無特殊限制,係為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者,其例如但不限於:聚酯樹脂(polyester resin),如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)或聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN);聚丙烯酸酯樹脂(polyacrylate resin),如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA);聚烯烴樹脂(polyolefin resin),如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP);聚環烯烴樹脂(polycycloolefin resin);聚醯胺樹脂,如尼龍6、尼龍66或MXD尼龍(間二甲苯二胺/己二酸共聚物);聚醯亞胺樹脂(polyimide resin);聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resin);聚胺基甲酸酯樹脂(polyurethane resin);聚氯乙烯(PVC);三醋酸纖維素(triacetyl cellulose,TAC);聚乳酸(polylactic acid);有取代基的烯烴類聚合物,如聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇;共聚物型樹脂,如EVA、乙烯/乙烯醇共聚物或乙烯/四氟乙烯共聚物;或上述之組合。較佳為聚酯樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚醯亞胺樹脂或其組合;更佳為聚對苯二甲酸乙二酯。該基材之厚度並無特殊限制,通常取決於所欲製得之產品的需求,一般為約15微米(μm)至約500微米(μm),較佳約20微米(μm)至約300微米(μm)。
本發明所述之親水組合物,其中該反應性黏結劑以組合物總固含量計為10重量%至60重量%,該界面活性劑以組合物總固含量計為5重量%至90重量%,該多元醇以組合物總固含量計為0重量%至85重量%。上述固含量定義為非揮發性(Non Volatile,NV)之成份。
本發明所述之親水組合物所選用之溶劑,係以能夠避免該組合物團聚者為佳,如此可有利於親水塗層的施工便利性而不易產生塗佈不均。該溶劑可選自酯、醇、醚類溶劑或水或其混合,較佳
為酯、醇、醚類溶劑或其混合(即,不含水),更佳為酯或醚類溶劑。根據本發明之部分具體實施例,溶劑為例如乙酸乙酯、甲醚或乙醚。
本發明之溶劑含量以親水組合物總重量計為90-99.9%為佳。溶劑含量小於90%時,易產生塗佈不均。
本發明所述之親水組合物之反應性黏結劑可選自由異氰酸酯基化合物、三聚氰胺基化合物及其混合物所組成之群。該異氰酸酯基化合物可具有烷基、苯基、磷酸官能基、磺酸官能基或丙烯酸酯官能基,且可為單異氰酸酯、二異氰酸酯或多異氰酸酯(指含三或三個以上之異氰酸酯基)化合物。上述烷基或苯基視其取代位置而定,亦可為伸烷基或伸苯基。
較佳係二異氰酸酯化合物或多異氰酸酯化合物。所述含有烷基之異氰酸酯,例如但不限於:可選自由二異氰酸伸己酯、1,4-二異氰酸基環己烷、1-異氰酸基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸基甲基環己烷、4,4’-二異氰酸基二環己基甲烷、4,4’-二異氰酸基二環己基丙烷及其混合物所組成之群。市售品例如Desmodur N3300或Desmodur N3390。
所述含有苯基之異氰酸酯,例如但不限於:可選自由1,4-二異氰酸基苯、2,4-二異氰酸基甲苯、2,6-二異氰酸基甲苯、4,4’-二異氰酸基二苯基甲烷、2,2’-及2,4’-二異氰酸基二苯基甲烷、二異氰酸四甲基苯二甲酯、二異氰酸對苯二甲酯及其混合物所組成之群。市售品例如Desmodur L-75。
所述含有磷酸官能基之異氰酸酯,例如但不限於:硫
代磷酸三苯基異氰酸酯()。
所述含有磺酸官能基之異氰酸酯可例如為市售品Bayhydur XP 2655。
所述含有丙烯酸酯官能基之異氰酸酯可為市售品Karenz AOI。
本發明之反應性黏結劑較佳為選自由含烷基之異氰酸酯、含苯基之異氰酸酯及其混合物所組成之群,更佳為選自由含烷基之三異氰酸酯、含苯基之三異氰酸酯及其混合物所組成之群。
所述三聚氰胺基化合物(melamine)可為市售品例如氰特公司製造的Cymel 202、Cymel 203、Cymel 254、Cymel 323、Cymel 325、Cymel 327、Cymel 328、Cymel 370、Cymel 380、Cymel 385、Cymel 1116、Cymel 1130、Cymel 1133、Cymel 1141、Cymel 1161、Cymel 1168或Cymel 3020;長興材料公司製造的ETERMINO 9212、ETERMINO 9216、ETERMINO 9223、ETERMINO 9226、ETERMINO 9228、ETERMINO 9229、ETERMINO 9603,或其組合。
該反應性黏結劑可與具有反應性之界面活性劑形成聚合物,相較於習知僅單純含界面活性劑之親水組合物,可提供較佳的物性與化性(耐濕熱性),以利親水塗層親水性的維持。
本發明之反應性黏結劑用量以組合物總固含量計為10重量%至60重量%,較佳為13重量%至55重量%,更佳為15重量%至45重量%。當用量小於10重量%時,因塗層交聯性不足,塗層親水性成份(界面活性劑)無法有效固定而產生游離狀,進而造成塗層透明度及親水維持性不佳;當用量大於60重量%時,因親水性成份(界面活性劑)
之相對比例不足,易導致塗層整體親水性不佳。
本發明所述之具有反應性之界面活性劑可選自由離子型乳化劑、非離子型乳化劑及其混合物所組成之群。該界面活性劑可包含選自由胺基、羥基及其混合所組成之群之反應性官能基,較佳為羥基。
上述離子型乳化劑具有陽離子基團與/或陰離子基團,其中陽離子基團可包含銨基或鋶基,該陰離子基團可選自由磺酸基、磷酸基、羧酸基及其混合所組成之群。
離子型乳化劑之反應性基團可存在於所述陽離子基團或陰離子基團之一,較佳為存在於陽離子基團。因此,該離子型乳化劑之陽離子基團可包含胺基、羥基或其混合。
該離子型乳化劑可具有如下式之陽離子基團:<(R1)mX+(G-R2)n-m>
其中X+為N+或S+;G為二價有機基團,較佳為C1-6伸烷基,更佳為C1-4伸烷基;R1為惰性或非反應性基團,例如但不限於,烷基、芳基或環烷基;R2為-OH或-NH2;當X+為N+時,n為4及m為0-3之整數;當X+為S+時,n為3及m為0-2之整數。
因此該離子型乳化劑可具下式之陽離子基團:(R1)mS+(G-R2)3-m (R1)mN+(G-R2)4-m
其中G、R1、R2及m如前所述。
該離子型乳化劑可含有具下式之陽離子基團:
,及其上述之組合。
該離子型乳化劑可含有具下式之陰離子基團:F-、Cl-、Br-、I-或OH-,該離子型乳化劑亦可具有陰離子基團,該陰離子基團含有選自由磺酸基、磷酸基、羧酸基及其混合所組成之群之基團,或上述之衍生物。上述陰離子基團可進一步含有為氫或一價有機基團之取代基,該一價有機基團可視情況為具有烷基、烷氧基、胺基、羥基、芳基或其混合之有機基團。本發明之陰離子基團例如可為:
、、二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸根、甲酸根、乙酸根、苯甲酸根或上述之組合。
本發明所用之非離子型乳化劑可為具有矽氧烷基團或聚矽氧烷基團之化合物,較佳為不具烷氧基之矽氧烷基團或聚矽氧烷基團。
在本發明之一實施態樣中,該非離子型乳化劑之分子量(MW)小於2000,較佳小於1500,更佳為小於1000。
所述非離子型乳化劑可選自下式:
其中a+b+c=4,且a、b及c為整數,且c=1至3之整數,t為1-20之整數,各個R獨立地選自烷基、芳基及環烷基之惰性/非反應性基團,及Q選自烷基、醚基、芳基、環烷基或上述基團之組合之連接基團。
非離子型乳化劑可選自下式:
其中n為0-2整數,t為1-20之整數,R選自烷基、芳基或環烷基等惰性/非反應性基團,Q選自烷基、醚基、芳基、環烷基或上述基團之組合之連接基團。非離子型乳化劑可選自市售品如Momentive所提供之7608。
本發明所述之具有反應性之界面活性劑之含量以組合物總固含量計為5重量%至90重量%。在該親水組合物存在多元醇的條件下,該界面活性劑較佳為5重量%至50重量%,更佳為10重量%至40重量%。在該親水組合物未添加多元醇的條件下,較佳為50重量%至90重量%,更佳為60重量%至85重量%。
本發明所述之親水組合物包含視需要之多元醇,適用於本發明之多元醇並無特殊限制,可選自由下組成之群:聚醚類多元醇、聚酯類多元醇、聚碳酸酯類多元醇、聚內酯類多元醇、聚醯胺類多元醇及其組合,較佳為聚醚類多元醇,如聚乙二醇(polyethylene glycol)。
本發明所述之多元醇之用量以親水組合物總固含量計為0重量%至85重量%,較佳為15重量%至65重量%。
本發明所述之親水組合物可進一步包含硬化劑、硬化促進劑、抗氧化劑、流平劑、無機化合物或其組合。
上述無機化合物較佳為粒子態之化合物,即無機粒子,無機粒子之種類例如可為但不限於:氧化鎂、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鋁、硫酸鈣、硫酸鋇或其混合,較佳為二氧化矽。上述無機化合物較佳具有奈米級粒徑。添加無機化合物可進一步增加親水組合物之親水性。
本發明所述由親水組合物所形成之親水塗層之厚度為10奈米至100微米,較佳為10奈米至5微米。
本發明之親水膜可與其他功能層結合以製備各種體外膜片。以流體檢測試片為例,習知結構包括一絕緣基板;基板上之電極(包含工作電極及參考電極);一絕緣墊高片;酵素反應區;以及一上蓋片(即親水膜)。
習知流體檢測試片在進行批次製造時是採用層疊的方式。首先,在一片大型基板上印刷導電的電極層,電極層上的複數個電極是形成重複排列的式樣。而單一式樣所包含的電極數目可依照實際的需求變更(例如:二電極式或多電極式)。接著,將開設有複數個長形開口(亦即流體檢測試片成品的流道結構)的絕緣層與印刷有電極
層的基板黏貼,同時各個長形開口與電極式樣的末端對齊,並且在各長形開口中形成通道並提供檢測試劑。接著,將開設有複數個排氣孔的上蓋層黏貼於絕緣層上,其可產生毛細管作用,藉以將待測液經通道吸入檢測區內進行反應。
本發明親水膜可直接與各功能層進行加工以形成體外膜片。功能層之種類可視需求作調整,例如可為中隔層、測試層、外觀圖案層等等。上述中隔層主要係提供該親水膜適當的阻隔性,一般不具有活性試劑或量測功能。上述測試層之種類可根據測試需求而定,例如,可為供量測電位變化用之電極層。上述外觀圖案層係根據製作體外膜片的外觀需求作對應調整,主要提供美觀上的功能。
本發明亦提供一種製造上述親水膜之方法,其步驟包含:將該親水組合物施加於一基材上;及將該親水組合物固化,其中該固化方法可為熱固化。該組合物的施加方法係選自由凹版塗佈、模頭塗佈(die coat)、浸塗(dipping coat)、刮刀塗佈(comb coat)、噴霧塗佈(spraying)、噴墨列印(inkjet)、打印、柔版印刷、製版印刷、網版印刷及其組合所組成之群。
本發明亦關於一種包含上述親水膜之體外檢測試片,該體外檢測試片例如但不限於血糖試片、肝功能檢測試片、尿酸檢測試片等等。
本發明之親水膜以ASTM D 7334-08標準方法所測得之水接觸角為小於15°,較佳為小於10°。
本發明之親水膜具有良好的親水維持性。本發明之親水膜經高溫高濕測試(在65℃/RH95%之恆溫恆濕機內,經120hr之試驗時間)後,其水擴散面積不小於測試前之75%,即,其與測試前之擴散面積差為0%至25%。本發明之親水膜可同時具有低水接觸角(<15°)以及良好的親水維持性(在120hr之高溫高濕測試後仍具有擴散面積不小
於75%)。本發明之親水膜較佳在120hr之高溫高濕測試後仍具有不小於85%之水擴散面積。
本發明之親水膜以JIS K7136標準方法所測得高溫高濕測試前後之光穿透度皆大於70%,以JIS K7136標準方法所測得高溫高濕測試前後之膜片光穿透度差介於0%至10%,可符合業界對於光穿透度之需求。
以下實施例係用於對本發明作進一步說明,唯非用以限制本發明之範圍。任何熟悉此項技藝之人士可輕易達成之修飾及改變均包括於本案說明書揭示內容及所附申請專利範圍之範圍內。
(一)膜片的製作:
(實施例1)
取25.2公克之Desmodur N3390(Bayer)加入玻璃反應釜中,取33公克之7608(Momentive)溶解於33公克之乙酸乙酯中,在高速攪拌下慢慢滴入該溶液於玻璃反應釜中;滴完後加熱至35℃反應1小時。加入90公克之PEG1000(中日),加熱至65℃持溫反應5小時。
取上述反應完成之組合物,以乙酸乙酯配製成固含量為0.75%(NV=0.75%)之塗料,以RDS塗佈棒#8將塗料塗在PET膜上(南亞公司提供的CH885,膜厚100μm,聚對苯二甲酸乙二酯),經85℃乾燥固化5分鐘,可得本發明具有厚度約0.1μm之親水塗層之薄板(親水膜)。取該薄板進行水接觸角測試,測得水接觸角平均值為8.6°。將該薄板進行水擴散性測試(Wetting test),並經高溫高濕後再次進行水擴散性測試,其測試結果如表1所示。
(實施例2-4)
類似實施例1之製作步驟,以表1所示之組份及用量反應與塗佈得到對應之親水膜,測試結果亦如表1所示。
(比較例1)
選用市售品3M 9962進行水擴散性測試,並經高溫高濕後再次進行水擴散性測試,其測試結果如表1所示。
(比較例2-5)
類似實施例1之製作步驟,以表1所示之組份及用量反應與塗佈得到對應之親水膜,其測試結果如表1所示。
試劑說明
(二)膜片性能的評估方法
1.膜片的親水性
<測試方法>:
水擴散性測試(Wetting test):以微量吸量管吸取3μl純水滴於親水膜表面,量測並記錄其擴散開之圈形直徑大小,測量至少重複五次數。取上述量測之平均值,其判斷基準如下,結果如表1所示:
O:擴散開之圈形直徑平均值大於等於6mm。
X:擴散開之圈形直徑平均值小於6mm。
水接觸角量測:以接觸角量測儀進行量測,量測時片材平放在接觸角測試平台上,於樣品上點上純水約3μl,紀錄接觸角之度數,測量至少重複五次數取平均值。
2.膜片的親水維持性
<測試方法>:
高溫高濕測試後水擴散性測試(wetting test after RA):裁取親水膜片材,經標註後暴露於65℃/RH95%之恆溫恆濕機內,經120hr之試驗時間後,取出並回溫約30分鐘,接著對親水膜進行水擴散性測試,其判斷基準如下,結果如表1所示:
O:擴散面積大於等於原擴散面積(高溫高濕測試前)75%。
X:擴散面積小於原擴散面積(高溫高濕測試前)75%。
(三)測試結果說明
由表1的數據可知,實施例1至4之親水組合物選用反應性黏結劑與反應型界面活性劑的搭配,無論有無添加多元醇,相較於比較例1(市售3M 9962親水膜片)皆具有較高的親水性與親水維持性。
比較例2之親水組合物使用非反應型之界面活性劑,比較例3之親水組合物則使用非反應性黏結劑,因兩者在固化後未產生交聯,導致比較例2及3所提供之親水膜在高溫高濕測試後水擴散性測試未達標準,即,親水維持性不足。
由實施例2及3與比較例4可知,比較例4之親水組合物雖包含反應性黏結劑、具有反應性之界面活性劑及多元醇,然而該反應性黏結劑之含量太低(不足10%),造成固化後所製得之塗層的交聯性不足,表面呈現不透明狀,其親水性(水接觸角為21°)不足,且經高溫高濕測試前及測試後之水擴散性測試亦皆未符合標準。
比較例5之親水組合物包含具有反應性之界面活性劑及多元醇,但未包含任何黏結劑,其固化後未產生交聯,其經高溫高濕測試前及測試後之水擴散性測試未符合標準。
上述實施例僅為例示性說明本發明之功效,並闡述本發明之技術特徵,而非用於限制本發明之保護範疇。任何熟悉本技術者在不違背本發明之技術原理及精神下,可輕易完成之改變或安排,均屬本發明所主張之範圍。因此,本發明之權利保護範圍係如後附申請專利範圍所列。
11‧‧‧親水膜
111‧‧‧基材
112‧‧‧親水塗層
12‧‧‧中隔層
13‧‧‧流道
14‧‧‧檢測層
Claims (17)
- 一種體外膜片用親水膜,其包含:一基材;及位於該基材之至少一表面上由親水組合物所形成之親水塗層;其中該親水組合物係包含:(a)反應性黏結劑;(b)具有反應性之界面活性劑;及(c)可選多元醇。
- 如請求項1之親水膜,其中該反應性黏結劑選自由異氰酸酯基化合物、三聚氰胺基化合物及其混合物所組成之群。
- 如請求項2之親水膜,其中該異氰酸酯基化合物為單異氰酸酯、二異氰酸酯或多異氰酸酯化合物,且具有選自烷基、苯基、磷酸官能基、磺酸官能基、丙烯酸酯官能基或其組合之基團。
- 如請求項1之親水膜,其中該反應性黏結劑以親水組合物總固含量計為10重量%至60重量%,該界面活性劑以親水組合物總固含量計為5重量%至90重量%,且該多元醇以親水組合物總固含量計為0重量%至85重量%。
- 如請求項1之親水膜,其中該界面活性劑係選自由離子型乳化劑、非離子型乳化劑及其混合物所組成之群。
- 如請求項1之親水膜,其中該界面活性劑包含選自由胺基、羥基及其混合所組成之群之反應性官能基。
- 如請求項5之親水膜,其中該離子型乳化劑之陽離子基團含有胺基、羥基或其混合。
- 如請求項5之親水膜,其中該離子型乳化劑之陰離子基團含有磺酸基、磷酸基、羧酸基或其混合。
- 如請求項5之親水膜,其中該非離子型乳化劑為具有矽氧烷基團或聚矽氧烷基團之化合物。
- 如請求項7之親水膜,其中該陽離子基團含有銨基或鋶基。
- 如請求項1之親水膜,其中該親水塗層進一步包含硬化劑、硬化促進劑、抗氧化劑、流平劑、無機化合物或其組合。
- 如請求項1之親水膜,其中該親水膜以ASTM D 7334-08標準方法所測得之水接觸角為小於15°。
- 如請求項1之親水膜,其中該親水塗層之厚度為10奈米至100微米,且其中該基材之厚度為15微米至500微米。
- 一種製備如請求項1之親水膜之方法,其包含下列步驟:將該親水組合物施加於該基材上;及將該組合物固化。
- 如請求項14之製造方法,其中該組合物的施加方法係選自由凹版塗佈、模頭塗佈、浸塗、刮刀塗佈、噴霧塗佈、噴墨列印、打印、柔版印刷、製版印刷、網版印刷及其組合所組成之群。
- 一種體外檢測試片,其包含如請求項1項之親水膜。
- 一種血糖試片,其包含如請求項1項之親水膜。
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