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CN112704493B - 一种具有长效超亲水性能的医疗传感器及其制备方法 - Google Patents

一种具有长效超亲水性能的医疗传感器及其制备方法 Download PDF

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CN112704493B CN202110009617.XA CN202110009617A CN112704493B CN 112704493 B CN112704493 B CN 112704493B CN 202110009617 A CN202110009617 A CN 202110009617A CN 112704493 B CN112704493 B CN 112704493B
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Southern Hospital Southern Medical University
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Abstract

本发明公开了一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，包括传感器本体，传感器本体表面的中心位置设置有功能槽，功能槽的底部从上至下依次涂覆有超亲水层和疏水防腐层；功能槽的两侧对称设置有两个电极槽，电极槽内设置有电极及电极引线；电极的表面设置有导电层，导电层与超亲水层的边缘接触；所述导电层是由氧化石墨烯材料制备而成；所述超亲水层由改性丙烯酸树脂制备而成，其中，改性丙烯酸树脂由改性二氧化硅复合微球与丙烯酸树脂混合制备而成；所述疏水防腐层由改性环氧树脂制备而成。传统的医疗传感器的吸附水分子能力较差，本发明通过对传感器的结构和材料的重新设计，制备得到了一种具有长效超亲水性能的医疗传感器。

Description

一种具有长效超亲水性能的医疗传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗传感器领域，具体涉及一种具有长效超亲水性能的医疗传感器及其制备方法。
背景技术
随着技术的发展，无线医疗传感器节点逐渐向多参数、智能化、微型化、低功耗等方向发展，无线传感器网络也将逐渐被实际应用于医疗领域。汗液作为一种重要的体液，由绝大部分的水、各种电解质离子(钠、钾、钙和氯化物)和代谢物(葡萄糖、乳酸、尿酸、尿素等)组成。临床研究表明，个体生理功能紊乱会引起汗液组分含量的变化。例如，汗液中氯离子含量过高常常与某些遗传病相关(如囊性纤维病)，体内电解质失衡易导致汗液中钠、钾离子水平异常等等。相对于血液、组织液，汗液由汗腺直接排泄到皮肤表面，因而更易实现无创检测以评估个体健康水平。
近年来医疗传感器的设计和发明广受关注和追捧。但是现有的医疗传感器与汗液的接触效果不好，因此存在检测灵敏度低、误差大、稳定性不好等问题，为汗液的原位测量带来难度。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种具有长效超亲水性能的医疗传感器及其制备方法，极大的增强了医疗传感器与被检测基质中水分子的接触效果，显著提升了医疗传感器的对水的灵敏度和稳定性，从而有效的克服了现有的医疗传感器存在检测接触不良、灵敏度低、误差大、稳定性不好等问题。
为实现上述目的，第一方面，提出了一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，包括传感器本体，传感器本体表面的中心位置设置有功能槽，功能槽的底部从上至下依次涂覆有超亲水层和疏水防腐层；功能槽的两侧对称设置有两个电极槽，电极槽内设置有电极及电极引线；电极的表面设置有导电层，导电层与超亲水层的边缘接触。
优选地，所述导电层是由氧化石墨烯材料制备而成。
优选地，所述超亲水层的厚度不大于500μm；疏水防腐层的厚度不大于100μm。
优选地，所述传感器本体的材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种。
优选地，所述超亲水层由改性丙烯酸树脂制备而成，其中，改性丙烯酸树脂由改性二氧化硅复合微球与丙烯酸树脂混合制备而成。
优选地，所述疏水防腐层由改性环氧树脂制备而成，其中，改性环氧树脂由二氧化硅纳米球与环氧树脂混合制备而成。
优选地，所述二氧化硅纳米球的制备方法为：
称取正硅酸乙酯加入至质量分数为50～80％的乙醇水溶液中，再加入异丁基三乙氧基硅，室温下搅拌至均匀后，滴加氨水至液体的pH＝11.0～12.0，室温下搅拌处理3～6h，过滤并收集固体产物，将固体产物使用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性后，置于烘箱中干燥至恒重，得到粒径为20～40nm的二氧化硅纳米球；
其中，正硅酸乙酯与乙醇水溶液的质量比为1:3～6；异丁基三乙氧基硅与乙醇水溶液的质量比为1:5～10，搅拌的速度为500～1000rpm。
优选地，所述改性二氧化硅复合微球的制备方法为：
S1、分别称取二甲胺基丙胺和单宁胶黏剂加入至蓖麻油中，搅拌分散至均匀，得到油相；
其中，二甲胺基丙胺、单宁胶黏剂与蓖麻油的质量比为1:0.2～0.6:6～10；
S2、称取芒果苷加入至质量分数为30～50％的乙醇水溶液中，升温至40～50℃，搅拌至完全溶解后，再加入羧甲基纤维素，搅拌形成均匀的液体后，依次加入二氧化硅纳米球与二碲化钼纳米粉，搅拌分散至均匀后，得到水相；
其中，芒果苷、羧甲基纤维素与乙醇水溶液的质量比为1:0.1～0.2:8～12；二氧化硅纳米球、二碲化钼纳米粉与乙醇水溶液的质量比为1:1.2～1.5:12～20；
S3、室温条件下，将水相逐滴加入至油相中，且边滴加边搅拌，全部滴加后，升温至40～50℃，继续搅拌0.5～1h，自然冷却后，离心取固体产物，将固体产物使用丙酮洗涤3～5次，之后真空干燥处理，得到改性二氧化硅复合微球；
其中，水相与油相的体积比为1:0.8～1.4；滴加速度为20～40滴/分，搅拌速度为800～1000rpm。
优选地，所述丙烯酸树脂的原料按照重量份计算，包括以下成分：
100份聚合单体、0.01～0.05份交联剂和0.1～0.2份引发剂。
优选地，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
优选地，所述引发剂为过硫酸钠、硝酸铈铵或亚硫酸钠。
优选地，所述二碲化钼纳米粉为白色的四方晶体结构，二碲化钼纳米粉的粒径为200～1000nm。
优选地，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：
a1、称取所述改性二氧化硅复合微球加入至去离子水中，超声分散至均匀后，得到改性二氧化硅复合微球混液；
其中，改性二氧化硅复合微球与去离子水的质量比为1:5～10；
a2、称取所述聚合单体加入至去离子水中，置于水浴50～60℃的条件下，搅拌混合至均匀，依次加入按量称取的所述交联剂和所述引发剂，搅拌反应3～8h，得到丙烯酸树脂；
其中，聚合单体与去离子水的质量比为1:8～12；
a3、将改性二氧化硅复合微球混液加入至丙烯酸树脂中并搅拌至均匀，依次加入分散剂、消泡剂和成膜助剂，得到改性丙烯酸树脂；
其中，分散剂、消泡剂、成膜助剂与丙烯酸树脂的质量比为1:0.6～1.2:0.3～0.5:100～120。
优选地，所述分散剂为聚丙烯酸衍生物或聚甲基丙烯酸衍生物。
优选地，所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或多种。
优选地，所述成膜助剂为醇酯十二。
优选地，所述改性环氧树脂的制备方法为：
b1、称取所述二氧化硅纳米球加入至丙酮中，超声分散至均匀后，得到二氧化硅纳米球混液；
其中，二氧化硅纳米球与丙酮的质量比为1:6～12；
b2、称取所述环氧树脂加入至容器中，在40～60℃的条件下，加入二氧化硅纳米球混液，充分搅拌后，再加入固化剂，继续搅拌至充分，然后在温度为40～50℃、真空度小于0.1MPa的条件下脱泡0.2～0.5h，得到改性环氧树脂；
其中，环氧树脂、二氧化硅纳米球混液与固化剂的质量比为1:0.3～0.6:0.2～0.5。
优选地，所述固化剂为脂肪胺类固化剂或芳香族多元胺固化剂。
第二方面，本发明提供一种具有长效超亲水性能的医疗传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备传感器本体：选用陶瓷作为所述传感器本体的材料，经过打磨形成合适的形状，在传感器本体表面的中心位置开设所述功能槽，在功能槽的两侧对称开设所述电极槽；
(2)制备疏水防腐层：通过旋涂法将所述改性环氧树脂涂覆在功能槽的底部，干燥后，得到所述疏水防腐层；
(3)制备超亲水层：将所述改性丙烯酸树脂涂覆于疏水防腐层的表面，干燥后，得到超亲水层；
(4)填充电极和电极引线：将电极填充于功能槽两侧的电极槽内，并将电极引线固定于电极中；
(5)制备导电层：通过旋涂法分别在两侧电极的表面涂覆一层氧化石墨烯材料，且在涂覆过程中，将氧化石墨烯层与超亲水层的边缘部分形成接触面，即得到导电层；
(6)通过步骤(1)～(5)，即制备得到具有长效超亲水性能的医疗传感器。
本发明的有益效果为：
1.汗液中氯离子含量过高常常与某些遗传病相关(如囊性纤维病)，体内电解质失衡易导致汗液中钠、钾离子水平异常等等。相对于血液、组织液，汗液由汗腺直接排泄到皮肤表面，因而更易实现无创检测以评估个体健康水平，因此需要一种方便携带和方便装备的医疗传感器用于对汗液的检测。传统的医疗传感器的吸附水分子能力较差，本发明通过对传感器的结构和材料的重新设计，制备得到了一种具有长效超亲水性能的医疗传感器。传统的传感器的亲水层主要采用亲水性的无机材料或吸水性树脂制备而成，然而亲水性的无机材料的亲水性能比较有限，吸水性树脂虽然吸水能力较强，但是耐盐能力较差，而人体的汗液中含盐量较高，长期使用不仅容易损坏还会导致检测结果不够准确，因此使得最终的检测结果不够准确且也不能起到长效超亲水的效果。
2.本发明通过使用具有吸水性的丙烯酸树脂作为基础制备了超亲水层，使用改性二氧化硅复合微球对高丙烯酸树脂进行改性，制备得到的改性丙烯酸树脂不仅具有较强的亲水性能，还具有较强的耐盐性。此外，由于改性二氧化硅复合微球的添加，使吸水性丙烯酸树脂的保水性能有所下降，也使得到的改性丙烯酸树脂遇水的形变量降低，这反而能够对传感器的检测准确度以及长期使用起到更好的保障。
3.本发明的改性二氧化硅复合微球的具体制备过程是：先通过硅源正硅酸乙酯制备二氧化硅纳米球，之后使用含羟基-OH量极为丰富的无毒物质芒果苷对二氧化硅纳米球改性接枝，并吸附于多层状的二碲化钼纳米粉中，通过油包水的制备方法制备形成微球，最终得到改性二氧化硅复合微球。该微球因二碲化钼的结构具有较大的比表面积，因接枝有芒果苷的二氧化硅纳米球而具有较强的亲水性，因此能够对丙烯酸树脂的吸水性得到进一步地改进，使其亲水性能能够达到跟接水滴触角＜5°的超亲水等级，使医疗传感器能够快速吸附水分子，减少响应时间，提高准确度。
4.本发明还在传感器的表面设置了疏水防腐层，疏水防腐层均是采用改性后的环氧树脂制备而成，环氧树脂具有粘结力强、机械强度高、耐腐蚀性强、耐水性强、耐霉菌性强以及电绝缘性强的优点，然而其脆性较大的缺陷一直属于其应用短板，而本发明在环氧树脂的制备过程中加入了二氧化硅纳米球，不仅一定程度的改善了环氧树脂的韧性，也增加其硬度和耐磨性等性能。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1～3的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器的俯视结构示意图；
图2是图1中沿着A-A方向的截面示意图。
附图标记：传感器本体1、功能槽2、电极槽3、超亲水层21、疏水防腐层22、电极31、导电层32。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，如图1～2所示，包括传感器本体1，传感器本体1表面的中心位置设置有功能槽2，功能槽2的底部从上至下依次涂覆有超亲水层21和疏水防腐层22；功能槽2的两侧对称设置有两个电极槽3，电极槽3内设置有电极31及电极引线(图中未画出)；电极31的表面设置有导电层32，导电层32与超亲水层21的边缘接触。
所述导电层32是由氧化石墨烯材料制备而成。
所述超亲水层21的厚度不大于500μm；疏水防腐层22的厚度不大于100μm。
所述传感器本体1的材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种。
所述超亲水层21由改性丙烯酸树脂制备而成，其中，改性丙烯酸树脂由改性二氧化硅复合微球与丙烯酸树脂混合制备而成。
所述疏水防腐层22由改性环氧树脂制备而成，其中，改性环氧树脂由二氧化硅纳米球与环氧树脂混合制备而成。
所述二氧化硅纳米球的制备方法为：
称取正硅酸乙酯加入至质量分数为50～80％的乙醇水溶液中，再加入异丁基三乙氧基硅，室温下搅拌至均匀后，滴加氨水至液体的pH＝11.0～12.0，室温下搅拌处理3～6h，过滤并收集固体产物，将固体产物使用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性后，置于烘箱中干燥至恒重，得到粒径为20～40nm的二氧化硅纳米球；
其中，正硅酸乙酯与乙醇水溶液的质量比为1:5；异丁基三乙氧基硅与乙醇水溶液的质量比为1:8，搅拌的速度为800rpm。
所述改性二氧化硅复合微球的制备方法为：
S1、分别称取二甲胺基丙胺和单宁胶黏剂加入至蓖麻油中，搅拌分散至均匀，得到油相；
其中，二甲胺基丙胺、单宁胶黏剂与蓖麻油的质量比为1:0.4:8；
S2、称取芒果苷加入至质量分数为30～50％的乙醇水溶液中，升温至40～50℃，搅拌至完全溶解后，再加入羧甲基纤维素，搅拌形成均匀的液体后，依次加入二氧化硅纳米球与二碲化钼纳米粉，搅拌分散至均匀后，得到水相；
其中，芒果苷、羧甲基纤维素与乙醇水溶液的质量比为1:0.15:10；二氧化硅纳米球、二碲化钼纳米粉与乙醇水溶液的质量比为1:1.3:15；
S3、室温条件下，将水相逐滴加入至油相中，且边滴加边搅拌，全部滴加后，升温至40～50℃，继续搅拌0.5～1h，自然冷却后，离心取固体产物，将固体产物使用丙酮洗涤3～5次，之后真空干燥处理，得到改性二氧化硅复合微球；
其中，水相与油相的体积比为1:1.1；滴加速度为30滴/分，搅拌速度为900rpm。
所述丙烯酸树脂的原料按照重量份计算，包括以下成分：
100份聚合单体、0.03份交联剂和0.15份引发剂。
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
所述引发剂为过硫酸钠、硝酸铈铵或亚硫酸钠。
所述二碲化钼纳米粉为白色的四方晶体结构，二碲化钼纳米粉的粒径为400～800nm。
所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：
a1、称取所述改性二氧化硅复合微球加入至去离子水中，超声分散至均匀后，得到改性二氧化硅复合微球混液；
其中，改性二氧化硅复合微球与去离子水的质量比为1:7；
a2、称取所述聚合单体加入至去离子水中，置于水浴50～60℃的条件下，搅拌混合至均匀，依次加入按量称取的所述交联剂和所述引发剂，搅拌反应3～8h，得到丙烯酸树脂；
其中，聚合单体与去离子水的质量比为1:10；
a3、将改性二氧化硅复合微球混液加入至丙烯酸树脂中并搅拌至均匀，依次加入分散剂、消泡剂和成膜助剂，得到改性丙烯酸树脂；
其中，分散剂、消泡剂、成膜助剂与丙烯酸树脂的质量比为1:0.8:0.4:110。
所述分散剂为聚丙烯酸衍生物或聚甲基丙烯酸衍生物。
所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或多种。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述改性环氧树脂的制备方法为：
b1、称取所述二氧化硅纳米球加入至丙酮中，超声分散至均匀后，得到二氧化硅纳米球混液；
其中，二氧化硅纳米球与丙酮的质量比为1:10；
b2、称取所述环氧树脂加入至容器中，在40～60℃的条件下，加入二氧化硅纳米球混液，充分搅拌后，再加入固化剂，继续搅拌至充分，然后在温度为40～50℃、真空度小于0.1MPa的条件下脱泡0.2～0.5h，得到改性环氧树脂；
其中，环氧树脂、二氧化硅纳米球混液与固化剂的质量比为1:0.4:0.3。
所述固化剂为脂肪胺类固化剂或芳香族多元胺固化剂。
上述具有长效超亲水性能的医疗传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备传感器本体：选用陶瓷作为所述传感器本体的材料，经过打磨形成合适的形状，在传感器本体表面的中心位置开设所述功能槽，在功能槽的两侧对称开设所述电极槽；
(2)制备疏水防腐层：通过旋涂法将所述改性环氧树脂涂覆在功能槽的底部，干燥后，得到所述疏水防腐层；
(3)制备超亲水层：将所述改性丙烯酸树脂涂覆于疏水防腐层的表面，干燥后，得到超亲水层；
(4)填充电极和电极引线：将电极填充于功能槽两侧的电极槽内，并将电极引线固定于电极中；
(5)制备导电层：通过旋涂法分别在两侧电极的表面涂覆一层氧化石墨烯层，且在涂覆过程中，将氧化石墨烯层与超亲水层的边缘部分形成接触面，即得到导电层；
(6)通过步骤(1)～(5)，即制备得到具有长效超亲水性能的医疗传感器。
实施例2
一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，如图1～2所示，包括传感器本体1，传感器本体1表面的中心位置设置有功能槽2，功能槽2的底部从上至下依次涂覆有超亲水层21和疏水防腐层22；功能槽2的两侧对称设置有两个电极槽3，电极槽3内设置有电极31及电极引线(图中未画出)；电极31的表面设置有导电层32，导电层32与超亲水层21的边缘接触。
所述导电层32是由氧化石墨烯材料制备而成。
所述超亲水层21的厚度不大于500μm；疏水防腐层22的厚度不大于100μm。
所述传感器本体1的材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种。
所述超亲水层21由改性丙烯酸树脂制备而成，其中，改性丙烯酸树脂由改性二氧化硅复合微球与丙烯酸树脂混合制备而成。
所述疏水防腐层22由改性环氧树脂制备而成，其中，改性环氧树脂由二氧化硅纳米球与环氧树脂混合制备而成。
所述二氧化硅纳米球的制备方法为：
称取正硅酸乙酯加入至质量分数为50～80％的乙醇水溶液中，再加入异丁基三乙氧基硅，室温下搅拌至均匀后，滴加氨水至液体的pH＝11.0～12.0，室温下搅拌处理3～6h，过滤并收集固体产物，将固体产物使用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性后，置于烘箱中干燥至恒重，得到粒径为20～40nm的二氧化硅纳米球；
其中，正硅酸乙酯与乙醇水溶液的质量比为1:3；异丁基三乙氧基硅与乙醇水溶液的质量比为1:5，搅拌的速度为500rpm。
所述改性二氧化硅复合微球的制备方法为：
S1、分别称取二甲胺基丙胺和单宁胶黏剂加入至蓖麻油中，搅拌分散至均匀，得到油相；
其中，二甲胺基丙胺、单宁胶黏剂与蓖麻油的质量比为1:0.2:6；
S2、称取芒果苷加入至质量分数为30～50％的乙醇水溶液中，升温至40～50℃，搅拌至完全溶解后，再加入羧甲基纤维素，搅拌形成均匀的液体后，依次加入二氧化硅纳米球与二碲化钼纳米粉，搅拌分散至均匀后，得到水相；
其中，芒果苷、羧甲基纤维素与乙醇水溶液的质量比为1:0.1:8；二氧化硅纳米球、二碲化钼纳米粉与乙醇水溶液的质量比为1:1.2:12；
S3、室温条件下，将水相逐滴加入至油相中，且边滴加边搅拌，全部滴加后，升温至40～50℃，继续搅拌0.5～1h，自然冷却后，离心取固体产物，将固体产物使用丙酮洗涤3～5次，之后真空干燥处理，得到改性二氧化硅复合微球；
其中，水相与油相的体积比为1:0.8；滴加速度为20滴/分，搅拌速度为800rpm。
所述丙烯酸树脂的原料按照重量份计算，包括以下成分：
100份聚合单体、0.01份交联剂和0.1份引发剂。
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
所述引发剂为过硫酸钠、硝酸铈铵或亚硫酸钠。
所述二碲化钼纳米粉为白色的四方晶体结构，二碲化钼纳米粉的粒径为200～1000nm。
所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：
a1、称取所述改性二氧化硅复合微球加入至去离子水中，超声分散至均匀后，得到改性二氧化硅复合微球混液；
其中，改性二氧化硅复合微球与去离子水的质量比为1:5；
a2、称取所述聚合单体加入至去离子水中，置于水浴50～60℃的条件下，搅拌混合至均匀，依次加入按量称取的所述交联剂和所述引发剂，搅拌反应3～8h，得到丙烯酸树脂；
其中，聚合单体与去离子水的质量比为1:8；
a3、将改性二氧化硅复合微球混液加入至丙烯酸树脂中并搅拌至均匀，依次加入分散剂、消泡剂和成膜助剂，得到改性丙烯酸树脂；
其中，分散剂、消泡剂、成膜助剂与丙烯酸树脂的质量比为1:0.6:0.3:100。
所述分散剂为聚丙烯酸衍生物或聚甲基丙烯酸衍生物。
所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或多种。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述改性环氧树脂的制备方法为：
b1、称取所述二氧化硅纳米球加入至丙酮中，超声分散至均匀后，得到二氧化硅纳米球混液；
其中，二氧化硅纳米球与丙酮的质量比为1:6；
b2、称取所述环氧树脂加入至容器中，在40～60℃的条件下，加入二氧化硅纳米球混液，充分搅拌后，再加入固化剂，继续搅拌至充分，然后在温度为40～50℃、真空度小于0.1MPa的条件下脱泡0.2～0.5h，得到改性环氧树脂；
其中，环氧树脂、二氧化硅纳米球混液与固化剂的质量比为1:0.3:0.2。
所述固化剂为脂肪胺类固化剂或芳香族多元胺固化剂。
上述具有长效超亲水性能的医疗传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备传感器本体：选用陶瓷作为所述传感器本体的材料，经过打磨形成合适的形状，在传感器本体表面的中心位置开设所述功能槽，在功能槽的两侧对称开设所述电极槽；
(2)制备疏水防腐层：通过旋涂法将所述改性环氧树脂涂覆在功能槽的底部，干燥后，得到所述疏水防腐层；
(3)制备超亲水层：将所述改性丙烯酸树脂涂覆于疏水防腐层的表面，干燥后，得到超亲水层；
(4)填充电极和电极引线：将电极填充于功能槽两侧的电极槽内，并将电极引线固定于电极中；
(5)制备导电层：通过旋涂法分别在两侧电极的表面涂覆一层氧化石墨烯层，且在涂覆过程中，将氧化石墨烯层与超亲水层的边缘部分形成接触面，即得到导电层；
(6)通过步骤(1)～(5)，即制备得到具有长效超亲水性能的医疗传感器。
实施例3
一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，如图1～2所示，包括传感器本体1，传感器本体1表面的中心位置设置有功能槽2，功能槽2的底部从上至下依次涂覆有超亲水层21和疏水防腐层22；功能槽2的两侧对称设置有两个电极槽3，电极槽3内设置有电极31及电极引线(图中未画出)；电极31的表面设置有导电层32，导电层32与超亲水层21的边缘接触。
所述导电层32是由氧化石墨烯材料制备而成。
所述超亲水层21的厚度不大于500μm；疏水防腐层22的厚度不大于100μm。
所述传感器本体1的材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种。
所述超亲水层21由改性丙烯酸树脂制备而成，其中，改性丙烯酸树脂由改性二氧化硅复合微球与丙烯酸树脂混合制备而成。
所述疏水防腐层22由改性环氧树脂制备而成，其中，改性环氧树脂由二氧化硅纳米球与环氧树脂混合制备而成。
所述二氧化硅纳米球的制备方法为：
称取正硅酸乙酯加入至质量分数为50～80％的乙醇水溶液中，再加入异丁基三乙氧基硅，室温下搅拌至均匀后，滴加氨水至液体的pH＝11.0～12.0，室温下搅拌处理3～6h，过滤并收集固体产物，将固体产物使用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性后，置于烘箱中干燥至恒重，得到粒径为20～40nm的二氧化硅纳米球；
其中，正硅酸乙酯与乙醇水溶液的质量比为1:6；异丁基三乙氧基硅与乙醇水溶液的质量比为1:10，搅拌的速度为1000rpm。
所述改性二氧化硅复合微球的制备方法为：
S1、分别称取二甲胺基丙胺和单宁胶黏剂加入至蓖麻油中，搅拌分散至均匀，得到油相；
其中，二甲胺基丙胺、单宁胶黏剂与蓖麻油的质量比为1:0.6:10；
S2、称取芒果苷加入至质量分数为30～50％的乙醇水溶液中，升温至40～50℃，搅拌至完全溶解后，再加入羧甲基纤维素，搅拌形成均匀的液体后，依次加入二氧化硅纳米球与二碲化钼纳米粉，搅拌分散至均匀后，得到水相；
其中，芒果苷、羧甲基纤维素与乙醇水溶液的质量比为1:0.2:12；二氧化硅纳米球、二碲化钼纳米粉与乙醇水溶液的质量比为1:1.5:20；
S3、室温条件下，将水相逐滴加入至油相中，且边滴加边搅拌，全部滴加后，升温至40～50℃，继续搅拌0.5～1h，自然冷却后，离心取固体产物，将固体产物使用丙酮洗涤3～5次，之后真空干燥处理，得到改性二氧化硅复合微球；
其中，水相与油相的体积比为1:1.4；滴加速度为40滴/分，搅拌速度为1000rpm。
所述丙烯酸树脂的原料按照重量份计算，包括以下成分：
100份聚合单体、0.05份交联剂和0.2份引发剂。
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
所述引发剂为过硫酸钠、硝酸铈铵或亚硫酸钠。
所述二碲化钼纳米粉为白色的四方晶体结构，二碲化钼纳米粉的粒径为200～1000nm。
所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：
a1、称取所述改性二氧化硅复合微球加入至去离子水中，超声分散至均匀后，得到改性二氧化硅复合微球混液；
其中，改性二氧化硅复合微球与去离子水的质量比为1:10；
a2、称取所述聚合单体加入至去离子水中，置于水浴50～60℃的条件下，搅拌混合至均匀，依次加入按量称取的所述交联剂和所述引发剂，搅拌反应3～8h，得到丙烯酸树脂；
其中，聚合单体与去离子水的质量比为1:12；
a3、将改性二氧化硅复合微球混液加入至丙烯酸树脂中并搅拌至均匀，依次加入分散剂、消泡剂和成膜助剂，得到改性丙烯酸树脂；
其中，分散剂、消泡剂、成膜助剂与丙烯酸树脂的质量比为1:1.2:0.5:120。
所述分散剂为聚丙烯酸衍生物或聚甲基丙烯酸衍生物。
所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或多种。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述改性环氧树脂的制备方法为：
b1、称取所述二氧化硅纳米球加入至丙酮中，超声分散至均匀后，得到二氧化硅纳米球混液；
其中，二氧化硅纳米球与丙酮的质量比为1:12；
b2、称取所述环氧树脂加入至容器中，在40～60℃的条件下，加入二氧化硅纳米球混液，充分搅拌后，再加入固化剂，继续搅拌至充分，然后在温度为40～50℃、真空度小于0.1MPa的条件下脱泡0.2～0.5h，得到改性环氧树脂；
其中，环氧树脂、二氧化硅纳米球混液与固化剂的质量比为1:0.6:0.5。
所述固化剂为脂肪胺类固化剂或芳香族多元胺固化剂。
上述具有长效超亲水性能的医疗传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备传感器本体：选用陶瓷作为所述传感器本体的材料，经过打磨形成合适的形状，在传感器本体表面的中心位置开设所述功能槽，在功能槽的两侧对称开设所述电极槽；
(2)制备疏水防腐层：通过旋涂法将所述改性环氧树脂涂覆在功能槽的底部，干燥后，得到所述疏水防腐层；
(3)制备超亲水层：将所述改性丙烯酸树脂涂覆于疏水防腐层的表面，干燥后，得到超亲水层；
(4)填充电极和电极引线：将电极填充于功能槽两侧的电极槽内，并将电极引线固定于电极中；
(5)制备导电层：通过旋涂法分别在两侧电极的表面涂覆一层氧化石墨烯层，且在涂覆过程中，将氧化石墨烯层与超亲水层的边缘部分形成接触面，即得到导电层；
(6)通过步骤(1)～(5)，即制备得到具有长效超亲水性能的医疗传感器。
对比例
一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，包括传感器本体，传感器本体表面的中心位置设置有功能槽，功能槽的底部从上至下依次涂覆有超亲水层和疏水防腐层。
所述超亲水层的厚度不大于500μm；疏水防腐层的厚度不大于100μm。
所述传感器本体的材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种。
所述超亲水层由丙烯酸树脂制备而成。
所述疏水防腐层由环氧树脂制备而成。
为了更清楚的说明本法，对本发明制备的超亲水层和疏水防腐层进行性能检测：
1.将本发明实施例1～3以及对比例中所制备的厚度为300μm的超亲水层进行性能上的检测以及对比，其中，与水接触角采用德国KRUSS公司的DSA100接触角测试仪进行测试；耐水性是将涂覆有超亲水层的传感器本体置于纯化水中浸泡处理72h；耐盐水性是将涂覆有超亲水层的传感器本体置于质量浓度为5％的食盐水中浸泡处理72h。
结果如表1所示。
表1不同超亲水层的性能对比
Figure BDA0002884563120000131
2.将本发明实施例1～3以及对比例中所制备的厚度为50μm的疏水防腐层进行性能上的检测以及对比，其中，与水接触角采用德国KRUSS公司的DSA100接触角测试仪进行测试；防腐性分为耐酸性和耐碱性检测，耐酸性是将涂覆有超亲水层的传感器本体在质量分数为5％的氢氧化钠溶液中浸泡处理72h，耐碱性是将涂覆有超亲水层的传感器本体在质量分数为5％的硫酸溶液中浸泡处理72h；柔韧性是使用1kg重锤对疏水防腐层进行垂直敲击，观察其表面是否有破损，并记录表面出现破损的高度。
表2不同超亲水层的性能对比
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
与水接触角/° ＞120 ＞120 ＞120 ＜120
耐酸性 无异常 无异常 无异常 起泡率10～15％
耐碱性 无异常 无异常 无异常 起泡率10～15％
冲击(1kg重锤高度) ＞80cm ＞80cm ＞80cm ＜60cm
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，包括传感器本体，传感器本体表面的中心位置设置有功能槽，功能槽的底部从上至下依次涂覆有超亲水层和疏水防腐层；功能槽的两侧对称设置有两个电极槽，电极槽内设置有电极及电极引线；电极的表面设置有导电层，导电层与超亲水层的边缘接触；
所述导电层是由氧化石墨烯材料制备而成；
所述超亲水层由改性丙烯酸树脂制备而成，其中，改性丙烯酸树脂由改性二氧化硅复合微球与丙烯酸树脂混合制备而成；
所述疏水防腐层由改性环氧树脂制备而成，其中，改性环氧树脂由二氧化硅纳米球与环氧树脂混合制备而成；
所述改性二氧化硅复合微球的制备方法为：
S1、分别称取二甲胺基丙胺和单宁胶黏剂加入至蓖麻油中，搅拌分散至均匀，得到油相；
其中，二甲胺基丙胺、单宁胶黏剂与蓖麻油的质量比为1:0.2~0.6:6~10；
S2、称取芒果苷加入至质量分数为30~50%的乙醇水溶液中，升温至40~50℃，搅拌至完全溶解后，再加入羧甲基纤维素，搅拌形成均匀的液体后，依次加入二氧化硅纳米球与二碲化钼纳米粉，搅拌分散至均匀后，得到水相；
其中，芒果苷、羧甲基纤维素与乙醇水溶液的质量比为1:0.1~0.2:8~12；二氧化硅纳米球、二碲化钼纳米粉与乙醇水溶液的质量比为1:1.2~1.5:12~20；
S3、室温条件下，将水相逐滴加入至油相中，且边滴加边搅拌，全部滴加后，升温至40~50℃，继续搅拌0.5~1h，自然冷却后，离心取固体产物，将固体产物使用丙酮洗涤3~5次，之后真空干燥处理，得到改性二氧化硅复合微球；
其中，水相与油相的体积比为1:0.8~1.4；滴加速度为20~40滴/分，搅拌速度为800~1000rpm。
2.根据权利要求1所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述超亲水层的厚度不大于500μm；疏水防腐层的厚度不大于100μm。
3.根据权利要求1所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述传感器本体的材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述二氧化硅纳米球的制备方法为：
称取正硅酸乙酯加入至质量分数为50~80%的乙醇水溶液中，再加入异丁基三乙氧基硅，室温下搅拌至均匀后，滴加氨水至液体的pH=11.0~12.0，室温下搅拌处理3~6h，过滤并收集固体产物，将固体产物使用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性后，置于烘箱中干燥至恒重，得到粒径为20~40nm的二氧化硅纳米球；
其中，正硅酸乙酯与乙醇水溶液的质量比为1:3~6；异丁基三乙氧基硅与乙醇水溶液的质量比为1:5~10，搅拌的速度为500~1000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述丙烯酸树脂的原料按照重量份计算，包括以下成分：
100份聚合单体、0.01~0.05份交联剂和0.1~0.2份引发剂；
所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸钠、硝酸铈铵或亚硫酸钠。
6.根据权利要求5所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：
a1、称取所述改性二氧化硅复合微球加入至去离子水中，超声分散至均匀后，得到改性二氧化硅复合微球混液；
其中，改性二氧化硅复合微球与去离子水的质量比为1:5~10；
a2、称取所述聚合单体加入至去离子水中，置于水浴50~60℃的条件下，搅拌混合至均匀，依次加入按量称取的所述交联剂和所述引发剂，搅拌反应3~8h，得到丙烯酸树脂；
其中，聚合单体与去离子水的质量比为1:8~12；
a3、将改性二氧化硅复合微球混液加入至丙烯酸树脂中并搅拌至均匀，依次加入分散剂、消泡剂和成膜助剂，得到改性丙烯酸树脂；
其中，分散剂、消泡剂、成膜助剂与丙烯酸树脂的质量比为1:0.6~1.2:0.3~0.5:100~120。
7.根据权利要求6所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸衍生物或聚甲基丙烯酸衍生物；所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或多种；所述成膜助剂为醇酯十二。
8.根据权利要求1所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，其特征在于，所述改性环氧树脂的制备方法为：
b1、称取所述二氧化硅纳米球加入至丙酮中，超声分散至均匀后，得到二氧化硅纳米球混液；
其中，二氧化硅纳米球与丙酮的质量比为1:6~12；
b2、称取所述环氧树脂加入至容器中，在40~60℃的条件下，加入二氧化硅纳米球混液，充分搅拌后，再加入固化剂，继续搅拌至充分，然后在温度为40~50℃、真空度小于0.1MPa的条件下脱泡0.2~0.5h，得到改性环氧树脂；
其中，环氧树脂、二氧化硅纳米球混液与固化剂的质量比为1:0.3~0.6:0.2~0.5；所述固化剂为脂肪胺类固化剂或芳香族多元胺固化剂。
9.一种具有长效超亲水性能的医疗传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1~8任一所述的一种具有长效超亲水性能的医疗传感器，包括以下步骤：
（1）制备传感器本体：选用陶瓷作为所述传感器本体的材料，经过打磨形成合适的形状，在传感器本体表面的中心位置开设所述功能槽，在功能槽的两侧对称开设所述电极槽；
（2）制备疏水防腐层：通过旋涂法将所述改性环氧树脂涂覆在功能槽的底部，干燥后，得到所述疏水防腐层；
（3）制备超亲水层：将所述改性丙烯酸树脂涂覆于疏水防腐层的表面，干燥后，得到超亲水层；
（4）填充电极和电极引线：将所述电极填充于功能槽两侧的电极槽内，并将所述电极引线固定于电极中；
（5）制备导电层：通过旋涂法分别在两侧电极的表面涂覆一层所述氧化石墨烯材料，且在涂覆过程中，将氧化石墨烯材料与超亲水层的边缘部分形成接触面，即得到导电层；
（6）完成步骤（1）~（5），即制备得到具有长效超亲水性能的医疗传感器。
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