本发明涉及生物医疗领域，具体地涉及一种瞬态薄膜、瞬态薄膜的制备方法及瞬态薄膜器件。
背景技术
目前，全球每年消耗的生物医疗高分子材料多达一千万吨，我国的生物医疗高分子材料的使用量大概在两百万吨，占全球消耗量的五分之一。这些高分子材料主要被用于制备一次性的生物医疗设备，而这些材料主要是不可降解的高分子材料，使用完后主要以掩埋和焚烧的手段来处理，这就造成了巨大的环境污染和资源浪费；同时，在康复医疗方面，需要可植入式电子监测设备、贴附伤口处的辅助治疗设备、康复效果监测的电子设备等，但现今绝大多数植入式医疗设备在体内都是不可降解的，从体内清除的方法只能通过手术取出。这样就会使医疗费用增加同时更重要的是它会使患者经历二次手术，再一次体验手术的痛苦。如果将植入式设备设计成能够通过新陈代谢自然降解或溶解后自然清除，将极大改善植入式设备使用者的生活质量，减少患者痛苦和手术花费。
技术实现要素：
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种瞬态薄膜、瞬态薄膜的制备方法及瞬态薄膜器件，使得瞬态薄膜易降解且降解速率可控。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
在一个总体方面，提供一种瞬态薄膜，所述瞬态薄膜包括基底，制备所述基底的材料包括改性纤维素和小分子化合物，其中所述改性纤维素为羟基取代度为0.6～1.8的纤维素，所述改性纤维素粘度值为200mpa.s～5000mpa.s。
优选地，所述小分子化合物为丙三醇或聚乙二醇。
优选地，所述瞬态薄膜的弹性模量为0.05～100mpa，拉伸倍率为50％～300％。
在另一个总体方面，一种上述的瞬态薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将改性纤维素溶于去离子水中，获得质量浓度为0.1％～10％的改性纤维素溶液；
步骤2、向所述改性纤维素溶液中加入小分子化合物，所述小分子化合物与所述改性纤维素溶液的质量浓度比为0.1％～50％，获得混合溶液；
步骤3、将获得的混合溶液倒于表面皿中，并将所述表面皿放置于干燥箱中，得到瞬态薄膜。
优选地，所述小分子化合物为丙三醇或聚乙二醇。
优选地，所述改性纤维素为羟基取代度为0.6～1.8的纤维素，所述改性纤维素粘度值为200mpa.s～5000mpa.s。
优选地，在步骤1中，将改性纤维素溶于去离子水中后，还对溶有改性纤维素的溶液进行水浴搅拌，其中，水浴温度为0～100℃，搅拌速度为500～1000rmp/min，搅拌时长为2～4h；和/或，
在步骤2中，向所述改性纤维素溶液中加入小分子化合物后，还对加入小分子化合物的溶液进行水浴搅拌，其中，水浴温度为0～100℃，搅拌速度为500～1000rmp/min，搅拌时长为2～4h；和/或，
步骤3中，在将所述表面皿放置于干燥箱中后，控制干燥箱温度为10～200℃，干燥1～72h。
优选地，在步骤3中，将获得的混合溶液倒于表面皿之前还需对所述混合溶液进行去除气泡的处理，所述去除气泡的处理过程包括步骤：
步骤a、利用超声去除所述混合溶液中的气泡，其中，超声功率为20～100w，超声时长为0.5～1h，获得初次去除气泡的混合溶液；
步骤b、将所述初次去除气泡的混合溶液置于温度为10～40℃的环境中24～72h，获得去除气泡的混合溶液。
优选地，在步骤3中，将获得的混合溶液倒于表面皿之前还需对所述混合溶液进行去除气泡的处理，所述去除气泡的处理过程包括步骤：
步骤a’、利用超声去除所述混合溶液中的气泡，其中，超声功率为20～100w，超声时长为0.5～1h，获得初次去除气泡的混合溶液；
步骤b’、向获得初次去除气泡的混合溶液中加入消炎药物和/或抗生素，并进行机械搅拌，获得添加药物的混合溶液；
步骤c’、将获得的添加药物的混合溶液置于温度为10～40℃的环境中24～72h，获得去除气泡的混合溶液。
在另一个总体方面，提供一种瞬态薄膜器件，包括上述的瞬态薄膜及设于所述瞬态薄膜表面的金属电极。
与现有技术相比，本发明的瞬态薄膜、瞬态薄膜的制备方法及瞬态薄膜器件，通过改性纤维素与小分子化合物混合，以获得一种易降解且降解速率可控的瞬态薄膜，且该瞬态薄膜在生物体表或体内降解后产物为二氧化碳和水，不对生物体产生毒害作用，可作为制备植入式医疗设备的基底；另外制备的瞬态薄膜弹性模量可控，柔顺性好，易贴附在皮肤上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的瞬态薄膜器件的结构示意图；
图2是本发明实施例的瞬态薄膜的制备方法的流程示意图；
图3是本发明实施例3中小分子化合物与改性纤维素溶液不同质量浓度比下制备的瞬态膜的力学测试图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
作为本发明的一种瞬态薄膜，其中所述瞬态薄膜包括可降解的基底，制备所述基底的材料包括改性纤维素和小分子化合物。
其中，本发明实施例选用的所述改性纤维素为羟基取代度为0.6～1.8的纤维素，且所述改性纤维素粘度值为200mpa.s～5000mpa.s，通过调节纤维素羟基取代度，改变纤维素中羟基的数量，获得不同改性的纤维素，以进一步获得可溶解/降解的、且溶解速率/降解速率可控的瞬态薄膜。但是在实际改性过程中，羟基数量过高，纤维素分子间作用力太强，链将紧紧缠绕在一起，不溶于许多有机溶剂和水，很难降解；羟基数量过少，纤维素分子间作用力小，不易成膜，成膜后强度不高，限制应用。基于此，本发明选用的所述改性纤维素为羟基取代度为0.6～1.8的纤维素，改性纤维素粘度值为200mpa.s～5000mpa.s，通过调节取代度与粘度值以对瞬态薄膜的降解时间进行控制，实现可控降解。需要说明的是，由于纤维素及改性的纤维素均是聚合物，没有确定的分子量，因此我们以纤维素或改性纤维素的粘度为说明对象，但是粘度和分子量具有一定的线性关系，粘度越大对应的分子量越大。另外，纤维素材料是一种天然的可降解、可再生的高分子材料，主要从植物体中提炼出来，对纤维素进行改性后制备的瞬态薄膜，在生物体表或体内降解后产物为二氧化碳和水，不对生物体产生毒害作用。
优选地，改性纤维素为取代度为0.6～1.8的羟乙基纤维素(hec)，由于低取代度的hec其取代度在0.2～0.3时可溶于碱性溶液中，微溶于水，不利于降解；中等取代度的hec取代度在0.6～1.8，可溶于水，溶液在冷冻、融化、加热至沸腾都无凝胶和沉淀产生，十分稳定，同时水溶液粘度在ph2～12范围稳定，无凝胶和沉淀产生；较高取代度的hec取代度1.8～2.8，合成条件苛刻，成本高，保水性差。
进一步，由于本发明制备的所述瞬态薄膜主要应用于医疗中，其必然会与人体皮肤接触，而人体皮肤具有一定的柔韧性和延展性，皮肤的弹性模量和延展性与人类的年龄和身体的不同部位有关，随着人类年龄增长，皮肤弹性模量逐渐增大，拉伸倍率逐渐减小，弹性模量主要范围在0.02～200mpa之间，拉伸倍率在10％～100％之间，年龄段10～60岁之间的人类皮肤的弹性模量主要在1～150mpa，拉伸倍率20％～100％。羟基取代度为0.6～1.8、粘度值为200mpa.s～5000mpa.s的改性纤维素获得的瞬态薄膜弹性模量范围为0.05～100mpa，拉伸倍率范围为50％～300％，其具有良好的柔顺性和触感，基本上涵盖所有的应用需求，与人类皮肤的弹性模量与拉伸倍率匹配度更高。
优选的，小分子化合物为丙三醇或聚乙二醇，更优的，小分子化合物为丙三醇，在丙三醇与聚乙二醇与改性纤维素的混合比例一样时，结果表明，当选择为丙三醇时制备出的瞬态薄膜，成膜性更好、薄膜更均匀、透光度也更好，同时具备延展性，力学性能强，可进一步获得柔顺性和触感更好的瞬态薄膜。
实施例1
本发明提供了一种制备上述瞬态薄膜的方法，如图2所示，其包括：
步骤s1、将改性纤维素溶于去离子水中，获得质量浓度为0.1％～10％的改性纤维素溶液；其中，所述改性纤维素为羟基取代度为0.6～1.8的纤维素，所述改性纤维素粘度值为200mpa.s～5000mpa.s；在步骤s1中，为了进一步加快溶解，促进分子扩散，将改性纤维素溶于去离子水中后，对溶有改性纤维素的溶液进行水浴搅拌，其中，水浴温度为0～100℃，搅拌速度为500～1000rmp/min，搅拌时长为2～4h；
步骤s2、向所述改性纤维素溶液中加入小分子化合物，所述小分子化合物与所述改性纤维素溶液的质量浓度比为0.1％～50％，获得混合溶液；在步骤s1中，为了进一步加快溶解，促进分子扩散，向所述改性纤维素溶液中加入小分子化合物后，对加入小分子化合物的溶液进行水浴搅拌，其中，水浴温度为0～100℃，搅拌速度为500～1000rmp/min，搅拌时长为2～4h；其中，所述小分子化合物为丙三醇或聚乙二醇。
步骤s3、将获得的所述混合溶液倒于表面皿中，并将所述表面皿放置于干燥箱中，得到瞬态薄膜。其中，在将所述表面皿放置于干燥箱中后，控制干燥箱温度为10～200℃，干燥1～72h。
优选的，在步骤s3中，将获得的混合溶液倒于表面皿之前还需对所述混合溶液进行去除气泡的处理，所述去除气泡的处理过程包括步骤：
步骤sa、利用超声去除所述混合溶液中的气泡，其中，超声功率为20～100w，超声时长为0.5～1h，获得初次去除气泡的混合溶液；
步骤sb、将所述初次去除气泡的混合溶液置于温度为10～40℃的环境中24～72h，获得去除气泡的混合溶液。
最后，将获得的去除气泡的混合溶液倒于表面皿中，并将所述表面皿放置于干燥箱中，得到瞬态薄膜。
通过上述制备方法制备的所述瞬态薄膜的弹性模量为0.05～100mpa，拉伸倍率为50％～300％。
其中，优选的，改性纤维素为取代度为0.6～1.8的羟乙基纤维素(hec)，由于低取代度的hec其取代度在0.2～0.3时可溶于碱性溶液中，微溶于水，不利于降解；中等取代度的hec取代度在0.6～1.8，可溶于水，溶液在冷冻、融化、加热至沸腾都无凝胶和沉淀产生，十分稳定，同时水溶液粘度在ph2～12范围稳定，无凝胶和沉淀产生；较高取代度的hec取代度1.8～2.8，合成条件苛刻，成本高，保水性差。
优选的，小分子化合物为丙三醇或聚乙二醇，更优的，小分子化合物为丙三醇，在丙三醇与聚乙二醇与改性纤维素的混合比例一样时，结果表明，当选择为丙三醇时制备出的瞬态薄膜，成膜性更好、薄膜更均匀、透光度也更好，同时具备延展性，力学性能强，可进一步获得柔顺性和触感更好的瞬态薄膜。
实施例2
本实施例也提供了一种瞬态薄膜的制备方法，本实施例的制备方法与实施例1的区别仅在于，在步骤s3中，将获得的混合溶液倒于表面皿之前还需对所述混合溶液进行去除气泡的处理，所述去除气泡的处理过程包括步骤：
步骤sa’、利用超声去除所述混合溶液中的气泡，其中，超声功率为20～100w，超声时长为0.5～1h，获得初次去除气泡的混合溶液；
步骤sb’、向获得初次去除气泡的混合溶液中加入消炎药物和/或抗生素，并进行机械搅拌，获得添加药物的混合溶液；
步骤sc’、将获得的添加药物的混合溶液置于温度为10～40℃的环境中24～72h，获得去除气泡的混合溶液。
最后，将获得的去除气泡的混合溶液倒于表面皿中，并将所述表面皿放置于干燥箱中，得到瞬态薄膜，干燥条件按照实施例1。
其中，步骤sb’中的消炎药可以为阿司匹林，其抗生素可以为青霉素或头孢，由于消炎药或者抗生素的加入，当瞬态薄膜在生物体内降解后，消炎药或者抗生素溶解并对瞬态薄膜降解的局部进行消炎，以防止感染，加速伤口愈合。
实施例3
为了探究小分子化合物与改性纤维素溶液质量浓度比对瞬态薄膜的弹性模量和拉伸倍率的影响，其中参见图3，本实施例基于实施例1的制备方法，选择粘度值为2000mpa.s、取代度为1的羟乙基纤维素、选择小分子化合物为丙三醇进行多组实验对比，具体包括：
步骤s1、选用粘度值为2000mpa.s、取代度为1的羟乙基纤维素，将羟乙基纤维素溶于去离子水中，并进行水浴搅拌，水浴温度为80℃，搅拌速度1000rmp/min，搅拌4h，获得质量浓度为2％的羟乙基纤维素溶液；
步骤s2、将步骤s1获得的质量浓度为2％的羟乙基纤维素溶液等分5组，并向5组溶液中分别加入丙三醇，丙三醇与羟乙基纤维素溶液质量浓度比分别为：0.1:100、1:100、2:100、5:100、10:100、20:100，对5组溶液分别进行水浴搅拌，水浴温度为80℃，搅拌速度1000rmp/min，搅拌4h，获得的5组混合溶液；
步骤s3具体包括：
步骤sa、利用超声去除5组混合溶液中的气泡，其中，超声功率为80w，超声时长为1h，获得5组初次去除气泡的混合溶液；
步骤sb、将5组所述初次去除气泡的混合溶液置于温度为20℃的环境中48h，获得去除气泡的混合溶液。
最后，将获得的5组去除气泡的混合溶液分别倒于5个表面皿中，并将5个表面皿放置于干燥箱中，制干燥箱温度为80℃，干燥24h，以得到5组瞬态薄膜。参见图3，5组瞬态薄膜的弹性模量与拉伸倍率参见表1(其弹性模量值与拉伸倍率根据图3中的数据进行罗列，因此会存在正负1到3的误差，但该误差在合理误差范围内，下同)：
表1
由表1可知，丙三醇含量占比越高，则制备的瞬态薄膜的弹性模量越低，拉伸倍率越高，但是拉伸倍率当达到峰值后，会随着丙三醇含量的继续增加而下降。因此，在实际的医疗应用中，可通过调节小分子化合物与改性纤维素溶液质量浓度比，以制备不同弹性模量和拉伸倍率的瞬态薄膜，以适应不同应用需求，再根据不同应用下的瞬态薄膜进行可控降解。
实施例4
为了进一步探究改性纤维素粘度值的不同对瞬态薄膜的弹性模量和拉伸倍率的影响，从而对瞬态薄膜进行可控，本实施例与实施例3的区别仅在于选用的改性纤维素的粘度值不同，本实施例采用粘度值分别为200mpa.s、5000mpa.s的改性纤维素进行实验，参照实施例3中的制备方法，粘度值分别为200mpa.s、5000mpa.s的改性纤维素制得的瞬态薄膜的弹性模量与拉伸倍率参见表2和表3：
表2
表3
对比2和表3、并进一步结合实施例3中表1，相同的丙三醇与改性纤维素溶液质量浓度比下，改性纤维素的粘度值越大，则对应的分子量越大，则制备出的瞬态薄膜的弹性模量更大。同时，表2和表3进一步证明了实施例3丙三醇含量越高，则制备的瞬态薄膜的弹性模量越低，拉伸倍率越高，当拉伸倍率达到峰值后，会随着丙三醇含量的继续增加而下降的结论。因此在实际的医疗应用中，也可通过调节改性纤维素的粘度值以制备不同弹性模量和拉伸倍率的瞬态薄膜，以适应不同应用需求。
实施例5
为了进一步对瞬态薄膜的降解时间进行控制，本实施例继续探究小分子化合物与改性纤维素溶液质量浓度比及粘度值对瞬态薄膜的降解速率的影响，以便制备更具有针对性医疗应用的瞬态薄膜，本实施例将上述实施例3、实施例4制备的瞬态薄膜分别取10*10mm、厚度为0.5mm的方块，在室温20℃下放置于去离子水中，观测瞬态薄膜的溶解速率，具体的，参见表4、表5及表6；
表4
表5
表6
由表4、表5及表6可知，丙三醇含量越高，溶解速率越快。粘度值越大，则纤维素分子量越大，溶解速率越慢。因此为了获得具有针对性医疗应用的瞬态薄膜，可通过调控丙三醇及改性纤维素的粘度值，从而控制制备的瞬态薄膜的降解时间，以提供易降解且降解速率可控的植入式医疗设备。
实施例6
参照图1所示，本实施例还提供了一种瞬态薄膜器件，所述的瞬态薄膜器件包括上述的瞬态薄膜1及设于所述瞬态薄膜表面的金属电极2。
其中，本实施例的薄膜器件在上述制备瞬态薄膜1的基础上进一步制备金属电极2，其包括步骤：
1、将瞬态薄膜干燥后取出，切割成所需大小；
2、将切割好的瞬态薄膜，用无水乙醇清洗表面吸附的杂质和灰尘，然后用氮气吹干，放置在洁净的表面皿中；
3、在去尘的瞬态薄膜上通过化学或物理法绘制电路图案；其中方法为蒸镀，电子束蒸发，等离子体溅射，化学气象沉积，物理气象沉积，电子印刷，喷涂，化学刻蚀和物理刻蚀等方法种的一种或几种绘制方法。
进一步，本实施例基于瞬态薄膜器件的制备方法，取实施例3中制备的弹性模量为0.8mpa(弹性模量小，皮肤感受到的舒适度好)，拉伸倍率为300％的瞬态薄膜进行进一步试验，并通过下述方法在选取的瞬态薄膜上制备可测温湿度和压力与应变的传感器敏感层，具体制备方法如下：
步骤a、将银纳米线分散在无水乙醇中，质量浓度0.01％，超声分散2小时，超声功率80w；
步骤b、取一块4*10mm的弹性模量为0.8mpa、拉伸倍率为300％的瞬态薄膜，用喷枪将上述银纳米线溶液喷涂在薄膜上，喷涂10分钟，测试薄膜电阻在1000欧姆左右；
步骤c、在步骤b的基础上，喷涂碳纳米管，获得瞬态薄膜器件，具体如下：
将单壁碳纳米管分散在无水乙醇中，质量浓度0.05％，用细胞破壁机震荡2小时，功率300w，在喷涂了银纳米线的一面喷涂第二层碳纳米管，喷涂30分钟，测试表面电阻500欧姆左右；
步骤d、室温20℃静置2小时后，在有敏感层的一面用旋涂机旋涂一层与瞬态薄膜同样比例的改性纤维素溶液，旋涂速率1000rmp/min，旋涂时间30秒，该步骤目的是在于进一步保护传感器敏感层。
将上述制备的瞬态薄膜器件，贴附在实验用小白鼠背部和小腿上，通过示波器电压的幅值变化可以实时监测老鼠的活动行为和体表温湿度变化。试验结束后，将瞬态薄膜器件放置于水槽中可自然降解。
另外，申请人也制备上述同样的瞬态薄膜器件，并用一跟直径为0.01mm的银线制备在薄膜器件上做导线。将实验用小老鼠的脊椎切开，切断脊椎神经，把4*10mm厚度200μm的瞬态薄膜器件插在老鼠的脊椎里，然后缝合伤，接通电源，给予间歇性电刺激观测老鼠的运动行为，器件电极在20min后丧失功能，一小时后拆除缝线，可以观察到薄膜器件已经降解完全，切组织周围没有发现炎症和过敏症状。
本发明的用改性纤维素和小分子化合物制备的瞬态薄膜中较于用蚕丝蛋白制备的可降解瞬态薄膜，由于蚕丝蛋白要从蚕茧中提取，提取过程繁琐，制备工艺复杂，制备薄膜成本很高，而且蚕丝蛋白亲水性差，弹性模量高，不易贴附在皮肤上，同时降解时间不易调控，要通过调节蚕丝蛋白的结晶度，调节难度大。相较于用聚乳酸制备的可降解瞬态薄膜，聚乳酸也广泛存在于植物体中，加工工艺成熟，但是技术被国外垄断，同时聚乳酸弹性模量大，亲水性差，不利于与生物体的接触，因分解产物有酸性，不易用于制备植入式医疗设备的基底。
本发明的瞬态薄膜、瞬态薄膜的制备方法及瞬态薄膜器件，通过改性纤维素与小分子化合物，以获得一种易降解且降解速率可控的瞬态薄膜，且该瞬态薄膜在生物体表或体内降解后产物为二氧化碳和水，不对生物体产生毒害作用，可作为制备植入式医疗设备的基底；另外制备的瞬态薄膜弹性模量可控，柔顺性好，易贴附在皮肤上。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。