一种用于药物释放的温控型柔性电容传感器及制备方法与流程

本发明涉及温控型药物释放技术领域，具体涉及一种用于药物释放的温控型柔性电容传感器及其制备方法。

背景技术：

在定量给药系统，最理想的给药方式是药物定点、定时、定量释放，从而维持正常的血药浓度，不引起药物积累中毒，同时减小药物毒副作用。基于mems技术的生物传感器和微流控系统受到大量关注，为生命科学的研究和探索提供了有力的工具，现已在生物医学工程等领域得到广泛应用。目前，用于药物释放的传感器多数采用mems技术集成于单一芯片，但mems集成器件技术较为复杂、成本高、对环境污染严重。在过去10多年中对溶液化有机与无机材料，尤其是水凝胶的研究开发，催生了各种柔性智能器件的应用研究。溶液化有机与无机材料制作器件不同于硅基微电子学，最大特点是以增材制造方式沉积到任何材料上，制备大面积、柔性化、低成本的柔性器件。柔性传感器结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对特殊环境与信号进行精确快捷测量，这些新型柔性传感器在生物医药、电子皮肤、可穿戴电子产品和智能包装领域有重要作用。采用温控型药物释放水凝胶薄膜作为传感器的敏感膜，通过温度来制约药物释放量，释放随温度震荡呈现“快/慢”响应特性。当温度＜32℃时，聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜处于溶胀的状态，药物分子溶解在溶剂中扩散速率很小。当温度＞32℃时，聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜突然收缩，水凝胶内部的水分和药物向外释放。利用温敏型水凝胶薄膜随温度发生膨胀和收缩进而引起体积变化的原理来制作变间距型电容传感器成为世界范围的研究热点。也是生物医学微电子研究领域实现药物有效控制和释放的重要途径和研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有基于mems技术的生物传感器和微流控药物释放系统中存在的部分问题，提供一种用于药物释放的温控型柔性电容传感器及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于药物释放的温控型柔性电容传感器，包括第一极板、第二极板及位于二者之间的温控型药物释放水凝胶薄膜；所述的第一极板和第二极板包括：柔性基底、所述柔性基底上的丝素蛋白薄膜层和所述丝素蛋白薄膜层上的石墨烯电极层；所述的温控型药物释放水凝胶薄膜为聚n-异丙基丙烯酰胺温敏薄膜。

优选地，所述的柔性基底的材料为pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pi(聚酰亚胺)、pva(聚乙烯醇)和pen(聚萘二甲酸乙二醇酯)中的一种；所述的柔性基底表面的丝素蛋白薄膜层作为绝缘层。

优选地，所述的柔性基底表面涂布一层30nm-100nm厚的丝素蛋白膜层，然后将其浸入浓度3％-8％(质量)的丝素溶液中，取出以70℃-200℃烘干后即可在柔性基底表面制得丝素蛋白薄膜层。

优选地，所述的位于柔性基底上的丝素蛋白薄膜层厚度为200nm-600nm，所述的石墨烯电极层的厚度为50nm-150nm。

优选地，所述的石墨烯电极层为先将cvd石墨烯转移到丝素蛋白薄膜层表面，然后利用反应离子刻蚀石墨烯图案化而成。

优选地，所述的第一极板有10μm-100μm的小孔。

优选地，所述的温控型药物释放水凝胶薄膜为厚度为5μm-200μm的聚n-异丙基丙烯酰胺温敏薄膜。

优选地，所述的聚n-异丙基丙烯酰胺温敏薄膜，当温度＜32℃时，聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜处于溶胀状态，药物分子扩散速率很小仍然处于溶剂中。当温度＞32℃时，聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜剧烈收缩，水凝胶内部的水分和药物向外释放。

优选地，所述的温控型药物释放水凝胶薄膜形成于第二极板的石墨烯电极层表面。

优选地，所述的第一极板、温控型药物释放水凝胶薄膜与第二极板形成的层叠结构的侧面采用pdms封装。

本发明的另一方面为用于药物释放的温控型柔性电容传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备第一极板和第二极板：在柔性基底表面制备丝素蛋白薄膜层作为绝缘层，将cvd(化学气相沉积)石墨烯转移到丝素蛋白薄膜层表面，然后利用反应离子刻蚀石墨烯图案化得到石墨烯电极层；采用激光钻孔技术在所述的第一极板上钻10μm-100μm的小孔用于药物释放；

(2)采用涂布的方法在第二极板的石墨烯电极层表面涂布聚n-异丙基丙烯酰胺铸膜液形成温控型药物释放水凝胶薄膜；

(3)将第一极板层叠设于所述温控型药物释放水凝胶薄膜上。

所述步骤(1)位于柔性基底上的丝素蛋白薄膜层厚度为200nm-600nm；所述石墨烯电极层的厚度为50nm-250nm。

优选地，所述步骤(2)的温控型药物释放水凝胶薄膜厚度为5μm-200μm。

优选地，采用pdms(聚二甲基硅氧烷)对所述的第一极板、温控型药物释放水凝胶薄膜与第二极板形成的层叠结构的侧面进行封装。

本发明的有益效果：本发明提供了一种用于药物释放的温控型柔性电容传感器及其制备方法，能够扩充药物释放系统及体外药物释放行为构建方案。丝素蛋白作为一种天然高分子材料，具有优良的机械性能、优异的透光性、可降解、生物相容性好等优点，符合国家可持续发展战略。同时，本发明将石墨烯、丝素蛋白在生物领域以及传感领域的应用相结合，对于开发新的无公害、定点、定时、定量给药系统具有重要现实意义。该用于药物释放的温控型柔性电容传感器原理简单、柔性好、生物安全性好、低成本、制备所用材料储量丰富以及环境友好，而且制作采用简单的仪器设备和常规的工艺流程来实现，有利用本发明的推广和应用。

附图说明

图1为实施例1所得用于药物释放的温控型柔性电容传感器的结构示意图。

其中，1为柔性基底；2为丝素蛋白薄膜层；3为石墨烯电极层；4为温控型药物释放水凝胶薄膜。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，下面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进一步的详细介绍。

实施例1

该实施例所得用于药物释放的温控型柔性电容传感器的结构如图1所示，包括第一极板(例如图中温控型药物释放水凝胶薄膜4上方)、第二极板(例如图中温控型药物释放水凝胶薄膜4下方)和位于两者之间的温控型药物释放水凝胶薄膜4；第一极板和第二极板可以具有相同的层结构，具体可以包括：柔性基底1、丝素蛋白薄膜层2和石墨烯电极层3；

其中，丝素蛋白薄膜层2位于柔性基底1上；柔性基底1表面旋涂一层50nm厚的丝素蛋白膜层，然后将其浸入浓度5％(质量)的丝素溶液中，取出以75℃烘干后即可在柔性基底1表面制备得到一层厚度约为450nm的丝素蛋白薄膜层2，丝素蛋白薄膜层2作为绝缘层；

采用cvd法制备石墨烯，采用热释放胶带把cvd法制备的石墨烯转移到上述丝素蛋白薄膜层2表面，采用反应离子刻蚀技术将丝素蛋白薄膜层2表面的石墨烯进行图案化得到石墨烯电极层3，从而得到极板，其中，采用激光钻孔技术在第一极板上钻10μm-100μm的小孔用于药物释放；

将n-异丙基丙烯酰胺单体、碱处理pvdf粉末、偶氮二异丁腈反应制备出pvdf-g-pnipaam截枝共聚物在80℃反应1小时。取15g的pvdf-g-pnipaam截枝共聚物溶于32mldmf溶剂中60℃反应3小时，充分搅拌脱泡后制备出聚n-异丙基丙烯酰胺铸膜液。同时加入0.5g的二丙烯酸-1，6-己二醇酯用于在干燥过程中使残留偶氮二异丁腈进行热交联，提高膜的强度同时避免温控型药物释放水凝胶薄膜在反复溶胀过程中与石墨烯丝素蛋白薄膜电极层不紧密结合。

再将其涂布于干燥洁净的第二极板的石墨烯电极层3表面，涂布出厚度约为80μm的薄膜，立刻放入25℃纯净水中凝固成型得到温控型药物释放水凝胶薄膜4。

具有微孔结构的第一极板、温控型药物释放水凝胶薄膜与第二极板形成的层叠结构的侧面(垂直于第一极板和第二极板的各面)采用pdms封装。

位于柔性基底1上的丝素蛋白薄膜层2的厚度为200nm-600nm，石墨烯电极层3的厚度为50nm-150nm。

其中的聚n-异丙基丙烯酰胺温敏薄膜，当温度＜32℃时，聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜处于溶胀的状态，药物分子扩散速率很小仍然处于溶剂中。当温度＞32℃时，聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶薄膜突然收缩，水凝胶内部的水分和药物向外释放。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。