一种皮肤接触热疗电极的制备方法

1.本发明属于生物电技术技术领域，具体涉及一种无触感皮肤接触热疗电极的制备方法。


背景技术：

2.柔性电子可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管oled、印刷rfid、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴(skin patches)等。与传统ic技术一样，制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力，柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小，其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件，柔性电子涵盖有机电子、塑料电子、生物电子、纳米电子、印刷电子等，包括rfid、柔性显示、有机电致发光(oled)显示与照明、化学与生物传感器、柔性光伏、柔性逻辑与存储、柔性电池、可穿戴设备等多种应用。随着其快速的发展，涉及到的领域也进一步扩展，目前已经成为交叉学科中的研究热点之一。
3.柔性电子器件因其在可穿戴电子学、软机器人、电子皮肤和可植入生物电子学等各个领域的广泛应用而引起了极大的关注。柔性导体，是指可以弯曲的导电元件类型，是这些设备和系统不可或缺的构建单元。迄今为止，柔性电子产品的研究重点一直是开发具有增强的柔性、可拉伸性、导电性和性能可靠性的高性能导体。用于可穿戴和皮肤电子设备的导体大多由不透水的弹性薄膜制成，这些导体和设备的材料和结构特性引起的长期佩戴舒适性在很大程度上被忽视了。从生理舒适度的角度来看，健康的皮肤需要一个热微环境，能够为显汗或隐汗提供足够的渗透性。用不透水材料覆盖皮肤可能会导致不舒服的感觉，增加皮肤过敏和炎症的风险。在骨科中，医用热疗垫通常用于减轻疼痛，改善血液循环和减少炎症。它们还用于治疗关节炎，关节僵硬，颈椎病和身体伤害。现有热疗设备存在几个关键缺陷，使得热疗设备在临床实践中的广泛应用受到阻碍。一方面，传统的热疗热敷装置体积较大或非柔性，使得难以与人体皮肤紧密贴合，热能传递效率有限，疼痛部位局部温度难以控制，治疗效果大打折扣。从生理舒适度的角度来看，健康的皮肤需要一个热微环境，能够为显汗或隐汗提供足够的渗透性。用不透水材料覆盖皮肤可能会导致不舒服的感觉，增加皮肤过敏和炎症的风险。因此，具有良好透气性、水分和液体渗透性的柔性和可拉伸设备非常适合可穿戴应用。


技术实现要素：

4.本发明目的在于一种无触感皮肤接触电极的制备方法。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种无触感皮肤接触热疗电极的制备方法，其特征在于，它是以聚对苯二甲酰对苯二胺、氢氧化钾、二甲基亚砜、去离子水为原材料，分别经过暗红色芳纶纳米纤维分散液
的制备，芳纶纳米纤维水分散液的制备、芳纶纳米纤维金复合电极的制备而得；其中暗红色芳纶纳米纤维分散液的制备过程中，聚对苯二甲酰对苯二胺与氢氧化钾的质量比为1:1.5，氢氧化钾与去离子水的质量体积比为1.5:20，g/ml，所述二甲基亚砜与去离子水的体积比为450～550:20。
7.进一步，所述暗红色芳纶纳米纤维分散液的制备，是取聚对苯二甲酰对苯二胺，氢氧化钾、二甲基亚砜、去离子水置于密闭容器中，匀速搅拌4～5h，搅拌转速为400～1000转/min，搅拌结束，即得暗红色芳纶纳米纤维分散液，浓度1.9mg/ml～2.1mg/ml。
8.进一步，所述芳纶纳米纤维水分散液的制备，是取暗红色芳纶纳米纤维分散液与去离子水，按体积比为1:2～3混合，先在转速为400～1000转/min搅拌5～8分钟，取出，再在超声频率为20～40hz条件下超声分散5～10分钟，然后用混合纤维素微孔滤膜，孔径为0.22μm进行真空抽滤，收集滤饼，用去离子水、无水乙醇依次洗涤，重复3次，得到浅黄色的芳纶纳米纤维，将浅黄色的芳纶纳米纤维重新分散于去离子水中，在超声频率为20～40hz条件下超声30～35分钟，即得芳纶纳米纤维水分散液；所述滤饼、去离子水、无水乙醇的质量比为1:30～50:30～50，所述芳纶纳米纤维水分散液浓度为0.9mg/ml～1.1mg/ml。
9.进一步，所述芳纶纳米纤维金复合电极的制备，是取适宜大小的玻璃板作为底板，在底板上滴加芳纶纳米纤维水分散液，保证每1厘米玻璃板上，滴加0.09ml～1.1ml，滴加完毕，置于75～85℃恒温干燥箱中，干燥4～6小时，干燥结束，在表面镀金，材料为金靶材，磁控溅射是抽真空度为10-3
～10-2
pa，通入ar调节气压为3pa，电流为10～25ma，电压为250～300v，溅射功率为20～40w，溅射时间为110～160s，镀金结束，从玻璃片上分离，即得轻薄，透气芳纶纳米纤维-金复合电极。
10.本发明芳纶纳米纤维膜是纤维铺展而成的无纺织物状薄膜，纤维之间留有空隙，保证具有一定的透气性，在芳纶纳米纤维金复合电极的制备过程中，金沉积在纤维的表面，因而可以调整镀金厚度，使得本发明电极既具有透气性，又具有良好的导电率。
11.有益效果：
12.一种无触感皮肤接触电极，该电极厚度低至3μm，且多点厚度均匀性好，rsd为2.07％，此电极可以剪裁成任意形状。此电极表面形貌如扫描电镜结果显示，表面有一定数量的孔洞，其透气率为1.7l/h，电极面电阻低至0.5ωsq-1
，电极两边施加电压，可以生热起到热疗作用。
附图说明
13.图1：本发明实施例1电极表面电镜扫描图。
14.图2：本发明实施例1电极不同加热电压下温度时间关系图。
15.图3：本发明实施例1电极(2cm*1cm)在0.6v加热电压下的红外成像图。
具体实施方式
16.下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步具体说明。
17.实施例1
18.一种无触感皮肤接触热疗电极，按如下步骤制得：
19.1.暗红色芳纶纳米纤维分散液的制备：
20.取聚对苯二甲酰对苯二胺，氢氧化钾、二甲基亚砜、去离子水置于密闭容器中，匀速搅拌4.5h，搅拌转速为800转/min，搅拌结束，即得暗红色芳纶纳米纤维分散液，浓度2.0mg/ml，所述聚对苯二甲酰对苯二胺与氢氧化钾的质量比为1:1.5，氢氧化钾与去离子水的质量体积比为1.5:20，g/ml，所述二甲基亚砜与去离子水的体积比为500:20；
21.2.芳纶纳米纤维水分散液的制备：
22.取暗红色芳纶纳米纤维分散液与去离子水，按体积比为1:2.5混合，先在转速为800转/min搅拌7分钟，取出，再在超声频率为30hz条件下超声分散8分钟，然后用混合纤维素微孔滤膜，孔径为0.22μm进行真空抽滤，收集滤饼，用去离子水、无水乙醇依次洗涤，重复3次，得到浅黄色的芳纶纳米纤维，将浅黄色的芳纶纳米纤维重新分散于去离子水中，在超声频率为30hz条件下超声32分钟，即得芳纶纳米纤维水分散液；所述滤饼、去离子水、无水乙醇的质量比为1:40:40，所述芳纶纳米纤维水分散液浓度为1.0mg/ml；
23.3.芳纶纳米纤维金复合电极的制备
24.取适宜大小的玻璃板作为底板，在底板上滴加芳纶纳米纤维水分散液，保证每1厘米玻璃板上，滴加1.0ml，滴加完毕，置于80℃恒温干燥箱中，干燥5小时，干燥结束，在表面镀金，材料为金靶材，磁控溅射是抽真空度为10-3
pa，通入ar调节气压为3pa，电流为20ma，电压为280v，溅射功率为30w，溅射时间为150s，镀金结束，从玻璃片上分离，即得轻薄，透气芳纶纳米纤维-金复合电极。将制得的电极，置于电镜下观察，该电极孔径均匀，表明透气性好，详见图1；将制得的电极，分别以不同加热电压考察温度时间关系，电压、温度、时间图见图2；将制得的电极(2cm*1cm)在0.6v加热电压下，在不同手指部位红外成像，详见图3。
25.实验一：将实施例1制得的电极进行厚度测定
26.方法：以kla-tencor探针式台阶仪如kla-tencor alphastep d-600 stylus profiler厚度仪，对实施例1中电极不同位置的6个点进行厚度测定，实验结果见下表：
27.样品1#2#3#4#5#6#rsd实施例1(μm)2.912.872.832.952.862.992.07％
28.结果：由上表可知，本发明电极厚度均匀，且低于3μm以下。
29.实验二：将实施例1制得的电极进行透气率测定
30.方法：用济南兰光机电技术有限公司生产的tqd-g1透气度测试仪对样品的透气性能进行测试。将该电极随机裁取直径为50mm的试样10片。取其中一片试样装夹在透气度测试仪中，使试样平整，不发生变形，且试样两侧密封性良好。本试验设置的压差值为100pa。调节压力控制阀，调整试样两侧的压差，当压差值达到设定值时，试验停止。设备自动显示此时透过试样的气体流量。重复装样、调节压力控制阀操作，直至10片试样测试完成。
31.结果：10片试验测定，读取透气率平均值为1.7l/h，表明本发明电极透气性能优异。
32.实验三：将实施例1制得的电极进行表面电阻测定
33.方法：表面电阻通过四探针法测量得到，测试仪器深圳卓越仪器仪表有限公司sdy-4，具体测试步骤：
34.(1)接上电源，开启主机，此时“r”和“i”指示灯亮。预热约5分钟。
35.(2)检查工作条件：工作温度23
±
2℃，相对湿度为65％，满足以上条件方可进行下面操作。
36.(3)根据硅片的直径厚度以及探针的修正系数，计算出所测硅片和标准样片的电流值。
37.(4)取下测头保护罩，用酒精棉球擦拭测头及工作平台。
38.(5)根据每个合同所要求电阻率值的范围，按说明书选择电流量程。
39.(6)用标准样片对测试仪进行校正，在硅片中心处至少检测3点，其平均值和标准样片电阻值进行比较，差值在1.5％之内，即可进行检测。
40.(7)将待测超薄电极放入探针架测试台面中心位置进行测试。
41.(8)探针压在超薄电极的中心点，测量值稳定此时读取显示屏显示的电阻率值。
42.9.若测量过程中，显示屏出现测量值波动不稳定，超出偏差范围，停止工作，检查室温、硅棒测量面、及显示器是否出现异常。
43.10.整批测量完成，探针加上护罩，升降架下降到测量台面上方5cm-8cm处。关闭电源开关。
44.结果：电极面电阻0.5ωsq-1
。
45.实施例2
46.一种无触感皮肤接触热疗电极，按如下步骤制得：
47.1.暗红色芳纶纳米纤维分散液的制备：
48.取聚对苯二甲酰对苯二胺，氢氧化钾、二甲基亚砜、去离子水置于密闭容器中，匀速搅拌4h，搅拌转速为1000转/min，搅拌结束，即得暗红色芳纶纳米纤维分散液，浓度2.0mg/ml，所述聚对苯二甲酰对苯二胺与氢氧化钾的质量比为1:1.5，氢氧化钾与去离子水的质量体积比为1.5:20，g/ml，所述二甲基亚砜与去离子水的体积比为500:20；
49.2.芳纶纳米纤维水分散液的制备：
50.取暗红色芳纶纳米纤维分散液与去离子水，按体积比为1:3混合，先在转速为1000转/min搅拌5分钟，取出，再在超声频率为20hz条件下超声分散10分钟，然后用混合纤维素微孔滤膜，孔径为0.22μm进行真空抽滤，收集滤饼，用去离子水、无水乙醇依次洗涤，重复3次，得到浅黄色的芳纶纳米纤维，将浅黄色的芳纶纳米纤维重新分散于去离子水中，在超声频率为20hz条件下超声35分钟，即得芳纶纳米纤维水分散液；所述滤饼、去离子水、无水乙醇的质量比为1:50:30，所述芳纶纳米纤维水分散液浓度为0.9mg/ml；
51.3.芳纶纳米纤维金复合电极的制备
52.取适宜大小的玻璃板作为底板，在底板上滴加芳纶纳米纤维水分散液，保证每1厘米玻璃板上，滴加1.1ml，滴加完毕，置于85℃恒温干燥箱中，干燥4小时，干燥结束，在表面镀金，材料为金靶材，磁控溅射是抽真空度为10-2
pa，通入ar调节气压为3pa，电流为10ma，电压为300v，溅射功率为20w，溅射时间为160s，镀金结束，从玻璃片上分离，即得轻薄，透气芳纶纳米纤维-金复合电极。
53.将实施例2制得的电极，按实施例1的实验方法，分别进行厚度测定，透气率测定和表面电阻测定，实验结果表明，厚度均低于3μm，且6个点rsd为1.93％，透气率为1.6l/h，表面电阻为0.5sq-1
。
54.实施例3
55.一种无触感皮肤接触热疗电极，按如下步骤制得：
56.1.暗红色芳纶纳米纤维分散液的制备：
57.取聚对苯二甲酰对苯二胺，氢氧化钾、二甲基亚砜、去离子水置于密闭容器中，匀速搅拌5h，搅拌转速为400转/min，搅拌结束，即得暗红色芳纶纳米纤维分散液，浓度2.0mg/ml，所述聚对苯二甲酰对苯二胺与氢氧化钾的质量比为1:1.5，氢氧化钾与去离子水的质量体积比为1.5:20，g/ml，所述二甲基亚砜与去离子水的体积比为500:20；
58.2.芳纶纳米纤维水分散液的制备：
59.取暗红色芳纶纳米纤维分散液与去离子水，按体积比为1:2混合，先在转速为400转/min搅拌8分钟，取出，再在超声频率为20hz条件下超声分散10分钟，然后用混合纤维素微孔滤膜，孔径为0.22μm进行真空抽滤，收集滤饼，用去离子水、无水乙醇依次洗涤，重复3次，得到浅黄色的芳纶纳米纤维，将浅黄色的芳纶纳米纤维重新分散于去离子水中，在超声频率为20hz条件下超声30分钟，即得芳纶纳米纤维水分散液；所述滤饼、去离子水、无水乙醇的质量比为1:50:30，所述芳纶纳米纤维水分散液浓度为0.9mg/ml；
60.3.芳纶纳米纤维金复合电极的制备
61.取适宜大小的玻璃板作为底板，在底板上滴加芳纶纳米纤维水分散液，保证每1厘米玻璃板上，滴加1.1ml，滴加完毕，置于75℃恒温干燥箱中，干燥6小时，干燥结束，在表面镀金，材料为金靶材，磁控溅射是抽真空度为10-2
pa，通入ar调节气压为3pa，电流为25ma，电压为250v，溅射功率为20w，溅射时间为110s，镀金结束，从玻璃片上分离，即得轻薄，透气芳纶纳米纤维-金复合电极。
62.将实施例3制得的电极，按实施例1的实验方法，分别进行厚度测定，透气率测定和表面电阻测定，实验结果表明，厚度均低于3μm，且6个点rsd为1.83％，透气率为1.7l/h，表面电阻为0.4sq-1
。