用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及力致变色显示技术领域，特别是涉及一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料及其实现方法。
【背景技术】
[0002]康复医学是有关功能障碍的预防、诊断和评估、治疗、训练和处理的一门医学学科，主要涉及到利用物理因子和方法来诊断、治疗和预防残疾和疾病，使病、伤、残者在体格上、精神上、社会上和职业上得到康复，以消除或减轻功能障碍，帮助他们发挥残留功能，恢复其生活能力和工作能力以重新回归社会。现代医学体系已把预防、医疗、康复相互联系，组成一个统一体。
[0003]虽然康复医学发展迅速，但在损伤评估和康复训练中，往往必须借助许多仪器设备或者评估计量表，不能即时地给出反馈。这主要有以下几点原因，一是患者的反馈往往带有主观性，缺少客观量化；二是仪器设备并不能很好地实现个性化评估和治疗。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是提供一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料及其实现方法，能够使康复医疗可视化。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料，所述弹性光子晶体材料是由弹性基质和均匀分布在所述弹性基质中的胶体粒子形成的，所述弹性光子晶体材料具有光子晶体结构，能够反射特定波段的环境光，其在机械力的作用下发生颜色的改变，且颜色变化程度与机械力的强度相关。
[0006]在本发明一个较佳实施例中，所述机械力包括张力、压力和挠曲力。
[0007]在本发明一个较佳实施例中，所述胶体粒子选自二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛中的一种或两种以上的任意组合。
[0008]在本发明一个较佳实施例中，所述胶体粒子的直径为50~200nm，单分散度高于90%，折射率为1.5-2.5。
[0009]在本发明一个较佳实施例中，所述弹性基质选自聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨脂中的一种或两种以上的任意组合。
[0010]在本发明一个较佳实施例中，所述弹性基质的折射率为1.3~1.6，伸长率大于500% ο
[0011]在本发明一个较佳实施例中，所述颜色的改变为不可逆改变或者可逆改变。
[0012]在本发明一个较佳实施例中，所述光子晶体结构的结构色由弹性基质的折射率、胶体粒子的折射率和胶体粒子间的平均距离共同决定，其反射光的最大波长的计算公式为:
λ =2氺d氺naverage ，
其中，d为两层胶体粒子的层间距离，naverage为弹性光子晶体材料的平均折射率。
[0013]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料的实现方法，包括如下步骤:
(1)将单分散的胶体粒子分散到弹性基质的挥发性有机溶剂中，超声分散均匀，涂敷在人体器官形状的模具表面，挥发干燥得到厚度和颜色均匀的薄膜；
(2)调节胶体粒子与基质的配比和挥发性有机溶剂中的浓度，以控制薄膜的初始颜色和厚度；
(3)对制得的弹性光子晶体薄膜进行拉伸挠曲机械力学试验，得到机械力与颜色变化之间的标准曲线；
(4)将步骤(3)中的弹性光子晶体薄膜用于可视化康复医学中。
[0014]在本发明一个较佳实施例中，所述弹性光子晶体材料能够制备成贴膜、紧身衣、毡子或垫子。
[0015]本发明的有益效果是:本发明一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料，其制备方法简便，容易实现，其在各种机械作用(如拉伸、挤压、挠曲等)下可发生形变，同时产生颜色变化，具有直观可视的效果，可以作为一种敏感的可视化材料用于康复医学，可视化康复医疗，对于医生还是病人均具有非常重要的意义。
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料在机械力作用下发生形变的示意图；
图2是所示弹性光子晶体材料用于膝关节损伤评估和康复训练的示意；
图3是所示弹性光子晶体材料用于肘关节损伤评估和康复训练的示意图；
图4是所示弹性光子晶体材料用于手部损伤评估和康复训练的示意图；
图5是所示弹性光子晶体材料用于足弓塌陷评估及步态矫正训练的示意图；
图6为图5中的弹性光子晶体材料上的颜色变化图案示意图；
图7是所示弹性光子晶体材料用于肺部和心脏损伤评估和康复训练的示意图；
图8是所示弹性光子晶体材料用于牙齿畸形评估与矫正的示意图；
图9是所示弹性光子晶体材料用于轮椅使用者的腰背及腿部力量综合评估的示意图；附图中各部件的标记如下:1.弹性基质，2.胶体粒子，3.弹性光子晶体薄膜材料，4.颜色变化敏感区，5.弹性光子晶体薄膜手套，6.弹性光子晶体薄膜毡子，7.彩色脚印，8.颜色变化最大区域，9.弹性光子晶体薄膜背心，10.弹性光子晶体薄膜牙模，11.弹性光子晶体薄膜毯子，1.张力作用下弹性光子晶体材料倍拉伸，II.压力作用下弹性光子晶体材料被压缩，II1.挠曲力作用下弹性光子晶体材料部分被拉伸，部分被压缩。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0018]请参阅附图，本发明实施例包括:
一种用于可视化康复医学中的弹性光子晶体材料，由低折射率的弹性基质I和高折射率的胶体粒子2组成，胶体粒子2均匀分布在弹性基质I中，形成光子晶体结构，这种光子晶体结构能够反射特定波段的环境光，其在机械力(张力、压力和挠曲力)的作用下发生颜色的改变，且颜色变化程度与机械力的强度相关。
[0019]所述弹性基质I选自聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚二甲基硅氧烷、聚氨脂中的一种或两种以上的任意组合；其折射率为1.3-1.6，伸长率大于500%。
[0020]所述胶体粒子2选自二氧化硅、聚苯乙烯、四氧化三铁、碳、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化钛中的一种或两种以上的任意组合；胶体粒子2的直径为50~200nm，单分散度高于90%，折射率为1.5-2.5。
[0021]所述光子晶体结构的结构色由弹性基质的折射率、胶体粒子的折射率和胶体粒子间的平均距离共同决定，其反射光的最大波长的计算公式为:
λ =S^cH=Iiaverage ,
其中，d为两层胶体粒子的层间距离，naverage为弹性光子晶体材料的平均折射率。在弹性光子晶体材料上施加不同的机械力(如张力、压力、扭曲力等)，使得局部被拉伸或压缩，颜色发生红移或蓝移。这种颜色变化分为不可逆变化，即固定住的最大形变的颜色和可逆变化，即实时改变的颜色。
[0022]将这种弹性光子晶体材料制成自适应的贴膜、紧身衣、毡子或者垫子等，可以直接或间接地接触人体器官或关节(包括所有可以主动或被动活动的器官或关节，如颈、肩、肘、手、背、腰、臀