CN108543113A

CN108543113A - 一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法

Info

Publication number: CN108543113A
Application number: CN201810236946.6A
Authority: CN
Inventors: 万军民; 汪坚; 胡智文; 王秉; 彭志勤
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2018-09-18

Abstract

本发明公开的是一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，涉及人工皮肤领域，取银纳米线配置乙醇溶液，将银纳米线乙醇溶液在硅片基底上旋涂成导电膜，退火处理；取阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS搅拌混匀，将阳离子偶氮苯和PDMS的混合溶液在导电膜上旋涂获得PDMS‑银纳米线膜；将PDMS‑银纳米线膜放在液氮、取出；取废蚕丝，脱胶，溶解丝素，透析，加热浓缩，将丝素蛋白在银纳米线导电层上旋涂成膜，最终得到透明光敏人工皮肤传感器，本发明方法得到的人工皮肤具有良好的生物相容性功能，在一定外力和光照的作用下会发生电阻的改变，且具有良好的物理机械性能和光响应性能。

Description

一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种传感器的制备方法，更具体一点说，涉及一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法。

背景技术

人工皮肤是一种用于治疗皮肤创伤的敷料，主要使用生物材料或者生物相容性好的合成材料制备而成。人工皮肤在医疗领域对烫伤、烧伤和皮肤破损缺失有良好的作用，在一些情况下甚至可以作为天然皮肤的替代物。目前研制成功并应用的人工皮肤主要起到了一定保护皮下组织的覆盖作用，提供了促进创面表皮细胞生长的复合材料支架，或者具有一些能够促进皮肤生长的缓释药物因子，这类人工皮肤具有良好的生物相容性、物理机械性能和医用性能，但是其生产复杂、成本高而且不具有天然皮肤的触感感受和信号传递功能。

人工皮肤传感器是在原有人工皮肤的基础上增加了外界刺激感知功能和电信号传递功能的膜状复合材料，这类传感器具有对外界环境的变化和刺激有一定的感知功能，如温度传感器可以感知皮肤温度的变化、触觉传感器可以感知外力作用下皮肤的形变，但目前人工皮肤传感器存在的普遍问题是物理机械性能未达到使用要求。

发明内容

为了解决上述现有技术问题，本发明提供了具有绿色环保、方法简单，导电性和透光性优异等技术特点的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，包括如下制备步骤：

步骤1)：将表征参数直径为50-100nm，长度为100-200μm的银纳米线分散在乙醇中，超声分散20-40min，制备获得浓度为0.3-1wt％的银纳米线乙醇溶液；

步骤2)：对透明光敏人工皮肤所用的衬底硅基进行防粘处理，将单晶硅片放置于蒸发皿中，加入1ml以上的三甲基氯硅烷液体，在蒸发皿底部均匀涂满，封闭蒸发皿，蒸发10min形成不粘层；

步骤3)：将步骤1)获得的银纳米线乙醇溶液超声分散，利用旋涂法在硅片基底上制成交联网状导电膜，并置于在40-60℃条件下，干燥10-60min，再经退火处理3min-10min，退火温度为260℃-300℃；

步骤4)：将阳离子偶氮苯表面活性剂缓慢滴入PDMS中，室温超声分散，获得混合物A，再加入硬化剂，搅拌混匀,获得混合溶液B，所述混合物A与硬化剂的质量比为10:1；

步骤5)：将混合溶液B超声分散,并利用旋涂法在步骤3)获得的导电膜上制成PDMS-偶氮苯膜，干燥，获得PDMS-银纳米线膜；

步骤6)：将步骤5)获得的PDMS-银纳米线膜放在液氮中放置3-5min，取出并将膜揭下；

步骤7)：将废蚕丝用质量分数为0.5％的Na₂CO₃溶液加热脱除丝胶，将脱胶丝加入到浓度为0.5g/ml的CaCl₂溶液中，置于70-80℃条件下溶解得丝素，经截留分子量为7000-10000的透析袋透析制得丝素水溶液，在40-45℃磁力搅拌下加热浓缩到10wt％，获得丝素蛋白；

步骤8)：在步骤6)处理后的膜基础上，利用旋涂法将丝素蛋白在PDMS-银纳米线膜上成膜以形成生物相容性层，干燥，得到透明光敏人工皮肤传感器。

作为一种改进，步骤4)中所述阳离子偶氮苯表面活性剂为阳离子的偶氮苯类化合物，所述偶氮苯类化合物包括AzoC₇NO、AzoC₁₀N₂O₂。

作为一种改进，步骤4)中所述阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS的质量比为1：5-20

作为一种改进，所述偶氮苯类化合物和PDMS通过静电作用结合。

作为一种改进，步骤7)中所述废蚕丝与Na₂CO₃溶液的体积比为1:50-150，所述脱胶丝与CaCl₂溶液的浴比为1:20-50。

作为一种改进，步骤8)中所述旋涂法中旋涂的生物相容性层材料可以为丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白的任一种。

作为一种改进，步骤3)、5)和8)中，所述旋涂法的转速为300-800rmp，时间为30-90s，干燥温度为40-80℃。

作为一种改进，获得的透明光敏人工皮肤传感器以交联网状导电膜作为导电层，所述PDMS-偶氮苯膜作为光敏柔性层，所述丝素蛋白成膜作为生物相容性层。

与现有技术对比本发明的有益效果：

1)本发明采用废蚕丝作为原料，实现了废料的回收利用，降低了实验成本；

2)本发明采用阳离子型偶氮苯和PDMS通过静电作用结合，方法简单；

3)本发明利用银纳米线交联网络优异的导电性和透光性，产品电阻小且透光；

4)本发明使用化学药品少，实验过程绿色环保；

5)发明以交联的银纳米线网络复合材料作为导电材料，使用PDMS-偶氮苯作为光敏柔性层，使用丝素作为生物相容性层，其中交联的银纳米线网络具有良好的电学性能和透光性，丝素具有优异的生物相容性，偶氮苯具有光敏性，而PDMS作为柔性层在一定范围内具有优异的强度和拉伸性能，克服了传统人工皮肤传感器存在的普遍问题；

6)使用长径比较高的银纳米线可以提高产品的导电性能，银纳米线乙醇溶液的浓度不宜过大，会造成透光性下降，产品成灰色；浓度也不宜过小，产品导电性下降；

7)阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS的质量比为1：5-20，阳离子偶氮苯表面活性剂加入量不宜过大，会造成透光性和机械性能下降下降；也不宜过小，产品光敏性下降。

具体实施方式

以下通过具体的实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式并不受以下实施例的限制。

实施例1

步骤1)：将表征参数直径为50nm，长度为100μm的银纳米线分散在乙醇中，超声分散20min，制备获得浓度为0.3wt％的银纳米线乙醇溶液；

加入1ml的三甲基氯硅烷液体，在蒸发皿底部均匀涂满，封闭蒸发皿，蒸发10min形成不粘层；

步骤3)：将步骤1)获得的银纳米线乙醇溶液超声分散，利用旋涂法在硅片基底上制成交联网状导电膜，并置于在40℃条件下，干燥10min，再经退火处理3min，退火温度为260℃；

步骤4)：将阳离子偶氮苯表面活性剂缓慢滴入PDMS中，室温超声分散，获得混合物A，再加入硬化剂，搅拌混匀,获得混合溶液B，所述混合物A与硬化剂的质量比为10:1,所述偶氮苯类化合物包括AzoC₇NO、AzoC₁₀N₂O₂，偶氮苯类化合物和PDMS通过静电作用结合,所述阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS的质量比为1：5；

步骤5)：将混合溶液B超声分散,并利用旋涂法在步骤3)获得的导电膜上制成PDMS-偶氮苯膜，干燥，获得PDMS-银纳米线膜，所述旋涂法的转速为300rmp，时间为30s，干燥温度为40℃；

步骤6)：将步骤5)获得的PDMS-银纳米线膜放在液氮中放置3min，取出并将膜揭下；

步骤7)：将废蚕丝用质量分数为0.5％的Na₂CO₃溶液加热脱除丝胶，将脱胶丝加入到浓度为0.5g/ml的CaCl₂溶液中，置于70℃条件下溶解得丝素，经截留分子量为7000的透析袋透析制得丝素水溶液，在40℃磁力搅拌下加热浓缩到10wt％，获得丝素蛋白，所述废蚕丝与Na₂CO₃溶液的体积比为1:50，所述脱胶丝与CaCl₂溶液的浴比为1:20；

步骤8)：在步骤6)处理后的膜基础上，利用旋涂法将丝素蛋白在PDMS-银纳米线膜上成膜以形成生物相容性层，干燥，得到透明光敏人工皮肤传感器，所述生物相容性层材料可以为丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白的任一种，所述旋涂法的转速为300rmp，时间为30s，干燥温度为40℃。

获得的透明光敏人工皮肤传感器以交联网状导电膜作为导电层，所述PDMS-偶氮苯膜作为光敏柔性层，所述丝素蛋白成膜作为生物相容性层，其中交联的银纳米线网络具有良好的电学性能和透光性，丝素具有优异的生物相容性，偶氮苯具有光敏性，而PDMS作为柔性层改善了传统丝素膜机械性能差的缺陷。

实施例2

步骤1)：将表征参数直径为75nm，长度为150μm的银纳米线分散在乙醇中，超声分散30min，制备获得浓度为0.65wt％的银纳米线乙醇溶液；

加入2ml的三甲基氯硅烷液体，在蒸发皿底部均匀涂满，封闭蒸发皿，蒸发10min形成不粘层；

步骤3)：将步骤1)获得的银纳米线乙醇溶液超声分散，利用旋涂法在硅片基底上制成交联网状导电膜，并置于在50℃条件下，干燥35min，再经退火处理6min，退火温度为280℃；

步骤4)：将阳离子偶氮苯表面活性剂缓慢滴入PDMS中，室温超声分散，获得混合物A，再加入硬化剂，搅拌混匀,获得混合溶液B，所述混合物A与硬化剂的质量比为10:1,所述偶氮苯类化合物包括AzoC₇NO、AzoC₁₀N₂O₂，偶氮苯类化合物和PDMS通过静电作用结合，所述阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS的质量比为1：17；

步骤5)：将混合溶液B超声分散,并利用旋涂法在步骤3)获得的导电膜上制成PDMS-偶氮苯膜，干燥，获得PDMS-银纳米线膜，所述旋涂法的转速为550rmp，时间为60s，干燥温度为60℃；

步骤6)：将步骤5)获得的PDMS-银纳米线膜放在液氮中放置4min，取出并将膜揭下；

步骤7)：将废蚕丝用质量分数为0.5％的Na₂CO₃溶液加热脱除丝胶，将脱胶丝加入到浓度为0.5g/ml的CaCl₂溶液中，置于75℃条件下溶解得丝素，经截留分子量为8500的透析袋透析制得丝素水溶液，在42℃磁力搅拌下加热浓缩到10wt％，获得丝素蛋白，所述废蚕丝与Na₂CO₃溶液的体积比为1:100，所述脱胶丝与CaCl₂溶液的浴比为1:35；

步骤8)：在步骤6)处理后的膜基础上，利用旋涂法将丝素蛋白在PDMS-银纳米线膜上成膜以形成生物相容性层，干燥，得到透明光敏人工皮肤传感器，所述生物相容性层材料可以为丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白的任一种，所述旋涂法的转速为550rmp，时间为60s，干燥温度为60℃。

实施例3

步骤1)：将表征参数直径为100nm，长度为200μm的银纳米线分散在乙醇中，超声分散40min，制备获得浓度为1wt％的银纳米线乙醇溶液；

加入3ml的三甲基氯硅烷液体，在蒸发皿底部均匀涂满，封闭蒸发皿，蒸发10min形成不粘层；

步骤3)：将步骤1)获得的银纳米线乙醇溶液超声分散，利用旋涂法在硅片基底上制成交联网状导电膜，并置于在60℃条件下，干燥60min，再经退火处理10min，退火温度为300℃；

步骤4)：将阳离子偶氮苯表面活性剂缓慢滴入PDMS中，室温超声分散，获得混合物A，再加入硬化剂，搅拌混匀,获得混合溶液B，所述混合物A与硬化剂的质量比为10:1,所述偶氮苯类化合物包括AzoC₇NO、AzoC₁₀N₂O₂，偶氮苯类化合物和PDMS通过静电作用结合，所述阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS的质量比为1：20；

步骤5)：将混合溶液B超声分散,并利用旋涂法在步骤3)获得的导电膜上制成PDMS-偶氮苯膜，干燥，获得PDMS-银纳米线膜，所述旋涂法的转速为800rmp，时间为90s，干燥温度为80℃；

步骤6)：将步骤5)获得的PDMS-银纳米线膜放在液氮中放置5min，取出并将膜揭下；

步骤7)：将废蚕丝用质量分数为0.5％的Na₂CO₃溶液加热脱除丝胶，将脱胶丝加入到浓度为0.5g/ml的CaCl₂溶液中，置于80℃条件下溶解得丝素，经截留分子量为10000的透析袋透析制得丝素水溶液，在45℃磁力搅拌下加热浓缩到10wt％，获得丝素蛋白，所述废蚕丝与Na₂CO₃溶液的体积比为1:150，所述脱胶丝与CaCl₂溶液的浴比为1:50；

步骤8)：在步骤6)处理后的膜基础上，利用旋涂法将丝素蛋白在PDMS-银纳米线膜上成膜以形成生物相容性层，干燥，得到透明光敏人工皮肤传感器，所述生物相容性层材料可以为丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白的任一种，所述旋涂法的转速为800rmp，时间为90s，干燥温度为80℃。

最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：

步骤3)：将步骤1)获得的银纳米线乙醇溶液超声分散，利用旋涂法在硅片基底上制成交联网状导电膜，并置于在40-60℃条件下，干燥10-60min，再经退火处理3-10min，退火温度为260-300℃；

2.根据权利要求1所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述阳离子偶氮苯表面活性剂为阳离子的偶氮苯类化合物，所述偶氮苯类化合物包括AzoC₇NO、AzoC₁₀N₂O₂。

3.根据权利要求1所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述阳离子偶氮苯表面活性剂与PDMS的质量比为1：5-20。

4.根据权利要求2所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，所述偶氮苯类化合物和PDMS通过静电作用结合。

5.根据权利要求1所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，步骤7)中所述废蚕丝与Na₂CO₃溶液的体积比为1:50-150，所述脱胶丝与CaCl₂溶液的浴比为1:20-50。

6.根据权利要求1所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，步骤8)中所述旋涂法中旋涂的生物相容性层材料可以为丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，步骤3)、5)和8)中，所述旋涂法的转速为300-800rmp，时间为30-90s，干燥温度为40-80℃。

8.根据权利要求1所述的一种透明光敏人工皮肤传感器的制备方法，其特征在于，获得的透明光敏人工皮肤传感器以交联网状导电膜作为导电层，所述PDMS-偶氮苯膜作为光敏柔性层，所述丝素蛋白成膜作为生物相容性层。