一种温度反馈的光电响应热敏贴片的制作方法

1.本实用新型属于热理疗技术领域，具体涉及一种温度反馈的光电响应热敏贴片。


背景技术：

2.射频天线在便携式和可穿戴设备高速发展的当下具有极为广泛的应用。与传统的金属天线相比，柔性印刷天线更贴合便携式和可穿戴的发展需求。新兴二维材料过渡金属碳化物和氮化物纳米材料家族(mxenes)具有极为优越的电导率，mxene片高达5000-10000s/cm的电导率使得mxene天线能以更薄的厚度实现与传统金属天线相同的天线效率。表面高化学活性的mxene片具有良好的亲水特性，因此无任何添加剂的mxene水溶液即为均一性优良的胶体分散液，适合作为油墨利用喷涂、旋涂、滴涂以及丝网印刷等方法在柔性基底上进行天线加工。
3.mxene材料具有高载流子迁移率和高导热率，在外加电场的作用下能够产生大量的有效载流子热运动碰撞，因此在低电压驱动下即可获得较大的焦耳热。此外，具有一定表面化学官能团的mxene材料具有丰富可调的能带结构，常用的碳化钛mxene材料在可见-红外光谱区具有广泛的吸收，尤其是对红外光具有优异的光热转换效率，已被用于构建各种新型的光热治疗剂。此外，mxene材料优异的机械强度和热稳定性使其能与各种柔性加工技术结合，在构建柔性穿戴式的加热器件方面潜力巨大。
4.值得注意的是，现有的热敏材料和局域热理疗技术通常通过电流热效应或光热效应的一种原理进行加热，加热效率较低、加热方法缺乏灵活度，且缺乏一定的实时皮肤温度检测反馈能力，而长时间的过高加热温度会造成皮肤组织低温烫伤。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有的热理疗装置存在热响应速度慢且加热不可控的技术问题，目的在于提供一种温度反馈的光电响应热敏贴片。
6.一种温度反馈的光电响应热敏贴片，包括从下至上的：
7.一黏附层，背面具有离型层；
8.一细菌纤维素层；
9.一光电响应层；
10.一封装层；
11.所述光电响应层包括：
12.一mxene环形天线；
13.一近场通讯芯片，位于所述mxene环形天线的内圈内侧，与所述mxene环形天线的内圈端连接，与所述mxene环形天线的外圈端通过mxene天线外圈引入输出端连接，所述mxene天线外圈引入输出端与所述mxene环形天线之间通过一细菌纤维素绝缘条绝缘；
14.一微控制单元，位于所述mxene环形天线的内圈内侧，经一mxene导线连接所述近场通讯芯片。
15.作为优选方案，由医用双面胶带构成所述黏附层和离型层。
16.作为优选方案，所述mxene环形天线、所述mxene天线外圈引入输出端和所述mxene导线均由mxene油墨通过若干层丝网印刷得到，优选通过5层网印刷得到。
17.作为优选方案，所述mxene环形天线的谐振频率为13.56mhz。
18.作为优选方案，所述微控制单元为内置温度传感器的微处理器芯片。
19.作为优选方案，所述封装层为采用聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液制成的聚二甲基硅氧烷封装层。
20.作为优选方案，所述封装层的厚度为0.5毫米-1.5毫米，优选为1毫米。
21.本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型采用一种温度反馈的光电响应热敏贴片，具有如下优点：
22.1、黏附层可方便的粘贴到皮肤表面，能够根据使用者需求，与任意皮肤位置完美紧密贴合，舒适性极高。
23.2、细菌纤维素层作为亲水修饰通过氢键网络提高光电响应层的印刷稳定性和图形精确度，增强热敏贴片的层间连接强度。
24.3、光电响应层作为核心元件，具有优越的电导率及热导率，能够高效地将外部输入的红外光、直流电等激励转换成热能，通过合适距离的红外光照信号输入或人体安全范围内的直流电压就能使mxene环形天线快速升温，实现高效率且精准的皮肤加热，完成可控的局部热理疗，且温度的可调节范围较大，能够满足不同的加热需求。
25.4、mxene环形天线的谐振频率优选设计为13.56mhz，不仅符合近场通讯的协议要求，而且赋予了天线良好的焦耳热产生效率。
26.5、通过近场通讯芯片和微控制单元的设计，能实现热敏贴片与手机等移动终端设备的无线通信；尤其结合微控制单元芯片内置的温度传感器，将加热过程的重要参数温度可视化、可控化，操作简便，实现实时温度数据反馈，有效降低皮肤热刺激类理疗存在的低温烫伤风险，符合智能穿戴式设备的发展需求。
27.6、封装层可防止汗液污染，尤其是使用聚二甲基硅氧烷对光电响应层进行封装，不仅可以减缓mxene在空气中的降解，还能排除加热过程中汗液等的干扰，大大延长了热敏贴片的使用寿命。
28.7、本实用新型适用于日常健康的理疗管理。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例提供的热敏贴片的一种分级结构图；
30.图2为本实用新型实施例提供的热敏贴片的俯视图；
31.图3为本实用新型实施例提供的热敏贴片温度与红外照射距离关系图；
32.图4为本实用新型实施例提供的热敏贴片温度与直流电压大小关系图。
具体实施方式
33.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
34.参照图1和图2，本实用新型实施例提供一种温度反馈的光电响应热敏贴片，包括
从下至上的黏附层1、细菌纤维素层2、光电响应层3和封装层4。黏附层1的背面具有离型层，撕下离型层，可将黏附层1粘贴于人体皮肤表面，实现加热及温度反馈的理疗效果。
35.在本实施例中，采用医用双面胶带实现黏附层1和离型层，医用双面胶带作为皮肤黏附层，同时作为热敏贴片的基底。
36.在本实施例中，医用双面胶带优选为3m 1513透明聚酯双面医用胶带，将其裁剪为合适的尺寸大小，作为热敏贴片的黏附层1，撕去基材(离型层)后可牢固地贴附在皮肤上。
37.在本实施例中，细菌纤维素层2通过如下方法修饰得到：
38.将细菌纤维素水凝胶切割成所需的形状，并在烘箱内干燥；将干燥后的细菌纤维素水凝胶粘贴在黏附层1的粘性面；在完成光电响应层3的丝网印刷后，细菌纤维素水凝胶通过热压处理转换为细菌纤维素层2，此时的细菌纤维素层2分别与黏附层1、光电响应层3连接。
39.在本实施例中，细菌纤维素层2具体通过如下方法修饰得到：
40.将细菌纤维素水凝胶先浸入80摄氏度且质量浓度为2％的氢氧化钠溶液中，再利用去离子水洗涤，得到清洁的细菌纤维素水凝胶；将清洁的细菌纤维素水凝胶切割成所需的形状，并在烘箱内干燥至其水分含量达到30％；将干燥后的细菌纤维素水凝胶粘贴在医用双面胶带无基材的粘性面；在完成光电响应层3(mxene环形天线31、mxene天线外圈引入输出端33和mxene导线35)的丝网印刷后，细菌纤维素水凝胶通过15兆帕、90摄氏度以及30分钟的热压处理转换为细菌纤维素层2，与医用双面胶带、光电响应层3连接。
41.在本实施例中，参照图2，光电响应层3包括mxene环形天线31、细菌纤维素绝缘条32、mxene天线外圈引入输出端33、近场通讯芯片34、mxene导线35和微控制单元36。近场通讯芯片34和微控制单元36均位于mxene环形天线31的内圈内侧，mxene环形天线31的内圈端直接连接近场通讯芯片34，mxene环形天线31的外圈端通过mxene天线外圈引入输出端33连接近场通讯芯片34。mxene天线外圈引入输出端33与mxene环形天线31之间通过细菌纤维素绝缘条32隔开绝缘。微控制单元36经mxene导线35连接近场通讯芯片34。
42.mxene环形天线31的光响应能力优良，如图3所示，展示了热敏贴片温度与红外照射距离的关系，5.5cm的照射距离，可以得到50.1℃的加热温度，适用于进行人体皮肤热刺激。如图4所示，展示了热敏贴片温度与直流电压大小的关系，验证了mxene环形天线31突出的电响应加热能力，工作电压完全在对人体安全的范围内，且7v的直流电压输入就能达到49.2摄氏度。热敏贴片的升温过程中约40s即达到最高温度。移除输入电压后，降温过程也十分快速。可见，高效率的光电热响应及其适合用于理疗中的热刺激。
43.在本实施例中，mxene环形天线31、mxene天线外圈引入输出端33和mxene导线35均由mxene油墨通过若干层丝网印刷得到，优选通过5层网印刷得到。
44.mxene环形天线31的电阻大小可以通过丝网印刷次数来进行调节。当印刷次数为5次时，mxene环形天线31电阻显著降为84.1ω，不仅使得mxene环形天线31的谐振频率为13.56mhz，符合近场通讯协议要求，而且赋予了天线良好的焦耳热产生效率。
45.在本实施例中，mxene油墨是通过盐酸/氟化锂溶液刻蚀陶瓷相钛铝碳制备，制备过程为：
46.采用盐酸和氟化锂化学刻蚀陶瓷相钛铝碳粉末，将混合液离心并去上清，加去离子水浸泡所得沉淀并振荡分散沉淀；重复离心和去离子水涡旋振荡沉淀，直至无法将沉淀
重新分散；将底部沉淀敲碎，重新分散，并超声；经离心和去上清后收集粘稠黑色油墨状沉淀得到无添加的mxene墨水。
47.在本实施例中，mxene油墨具体制备过程为：
48.将2.25质量份的氟化锂溶解到45体积份的浓盐酸中，再加入2质量份的400目陶瓷相钛铝碳粉末，在45℃下刻蚀24小时；将混合液以5000转/分钟速度离心10分钟，去除上清，加去离子水浸泡所得沉淀并利用振荡功率为9瓦的涡旋发生器重新振荡分散沉淀10分钟，重复上述离心清洗步骤，直至无法利用涡旋振荡器将沉淀重新分散；将底部沉淀敲碎，重新分散，并超声30分钟；10000转/分钟离心10分钟，去上清后得到明显膨胀且分层的黑色油墨状沉淀，该部分即为单层mxene构成的无添加的mxene油墨，可用于丝网印刷。
49.在本实施例中，光电响应层3的丝网印刷过程为：
50.在粘有细菌纤维素水凝胶的黏附层1上进行mxene墨水的若干层印刷，制备得到mxene环形天线31；当印刷得到的mxene环形天线31在室温条件下干燥后，放置发挥绝缘作用的细菌纤维素水凝胶(后续热压处理后得到的是细菌纤维素绝缘条32)，再在此基础上完成mxene墨水的若干层印刷，得到mxene天线外圈引入输出端33和mxene导线35，同样使mxene油墨在室温下干燥；进行热压处理，使得细菌纤维素水凝胶能够分别与黏附层1、光电响应层3连接。
51.在本实施例中，光电响应层3的丝网印刷具体过程为：
52.采用丝网印刷机和300目钢网在粘有细菌纤维素水凝胶的医用双面胶带上进行mxene墨水的5层印刷，制备得到mxene环形天线31；当印刷得到的mxene环形天线31在室温条件下干燥后，放置发挥绝缘作用的小尺寸细菌纤维素水凝胶，再在此基础上采用丝网印刷机和300目钢网完成mxene墨水的5层印刷，得到mxene天线外圈引入输出端33和mxene导线35，同样使mxene油墨在室温下干燥；进行15兆帕、90摄氏度以及30分钟热压处理，使得细菌纤维素水凝胶能够转换为细菌纤维素层2，加强热敏贴片的整体结合强度。
53.在本实施例中，微控制单元36为内置温度传感器的微处理器芯片。以使得本实用新型利用微处理器芯片内置的温度传感器采集皮肤表面温度，并通过mxene环形天线31和近场通讯芯片34无线传输数据到移动终端设备，实现实时温度反馈。
54.在本实施例中，近场通讯芯片34优选为nt3h2111，采用低温焊锡焊接到光电响应层3中。
55.在本实施例中，微控制单元36优选为msp430fr2632，采用低温焊锡焊接到光电响应层3中。
56.在本实施例中，封装层4为采用聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液制成的聚二甲基硅氧烷封装层4。
57.在本实施例中，聚二甲基硅氧烷封装层4通过如下方法得到：
58.将组装好的黏附层1、细菌纤维素层2和光电响应层3放置在3d打印树脂模具中，浇筑聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液，通过体积控制聚二甲基硅氧烷成膜厚度，热处理固化后脱模。
59.在本实施例中，通过体积控制聚二甲基硅氧烷成膜厚度为0.5毫米-1.5毫米，优选为1毫米。
60.本实用新型实施例提供一种温度反馈的光电响应热敏贴片的制作方法，包括：
61.s1，将细菌纤维素水凝胶切割成所需的形状，并在烘箱内干燥；将干燥后的细菌纤维素水凝胶粘贴在黏附层1的粘性面。
62.具体的，将细菌纤维素水凝胶先浸入80摄氏度且质量浓度为2％的氢氧化钠溶液中，再利用去离子水洗涤，得到清洁的细菌纤维素水凝胶；将清洁的细菌纤维素水凝胶切割成所需的形状，并在烘箱内干燥至其水分含量达到30％；将干燥后的细菌纤维素水凝胶粘贴在医用双面胶带无基材的粘性面。
63.s2，在粘有细菌纤维素水凝胶的黏附层1上进行mxene墨水的若干层印刷，制备得到mxene环形天线31；当印刷得到的mxene环形天线31在室温条件下干燥后，放置发挥绝缘作用的细菌纤维素水凝胶(后续热压处理后得到的是细菌纤维素绝缘条32)，再在此基础上完成mxene墨水的若干层印刷，得到mxene天线外圈引入输出端33和mxene导线35，同样使mxene油墨在室温下干燥；进行热压处理，使得细菌纤维素水凝胶能够分别与黏附层1、光电响应层3连接。
64.具体的，采用丝网印刷机和300目钢网在粘有细菌纤维素水凝胶的医用双面胶带上进行mxene墨水的5层印刷，制备得到mxene环形天线31；当印刷得到的mxene环形天线31在室温条件下干燥后，放置发挥绝缘作用的小尺寸细菌纤维素水凝胶，再在此基础上采用丝网印刷机和300目钢网完成mxene墨水的5层印刷，得到mxene天线外圈引入输出端33和mxene导线35，同样使mxene油墨在室温下干燥；进行15兆帕、90摄氏度以及30分钟热压处理，使得细菌纤维素水凝胶能够转换为细菌纤维素层2，加强热敏贴片的整体结合强度。
65.mxene油墨是通过盐酸/氟化锂溶液刻蚀陶瓷相钛铝碳制备，制备过程为：
66.采用盐酸和氟化锂化学刻蚀陶瓷相钛铝碳粉末，将混合液离心并去上清，加去离子水浸泡所得沉淀并振荡分散沉淀；重复离心和去离子水涡旋振荡沉淀，直至无法将沉淀重新分散；将底部沉淀敲碎，重新分散，并超声；经离心和去上清后收集粘稠黑色油墨状沉淀得到无添加的mxene墨水。
67.s3，近场通讯芯片34和微控制单元36分别焊接于光电响应层3中，完成光电响应层3的组装。
68.具体的，近场通讯芯片34和微控制单元36分别采用低温焊锡焊接到光电响应层3中。
69.s4，将组装好的黏附层1、细菌纤维素层2和光电响应层3放置在3d打印树脂模具中，浇筑聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液，通过体积控制聚二甲基硅氧烷成膜厚度，热处理固化后脱模，得到本实用新型的热敏贴片。
70.本实用新型实施例提供一种温度反馈的光电响应热敏贴片理疗方法，包括：
71.将本实用新型的热敏贴片粘贴到皮肤表面，通过红外光照射或直流电激发光电响应层3，实现升温发热，通过调节红外光照射距离或电压大小，控制热敏贴片的发热温度。
72.在本实施例中，理疗方法，还包括：
73.利用光电响应层3中微控制单元36内置的温度传感器采集皮肤表面温度，并通过光电响应层3中近场通讯芯片34和mxene环形天线31将温度信息通过无线传输方式发送至移动终端设备，实现实时温度反馈。
74.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述
的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，包括从下至上的：一黏附层，背面具有离型层；一细菌纤维素层；一光电响应层；一封装层；所述光电响应层包括：一mxene环形天线；一近场通讯芯片，位于所述mxene环形天线的内圈内侧，与所述mxene环形天线的内圈端连接，与所述mxene环形天线的外圈端通过mxene天线外圈引入输出端连接，所述mxene天线外圈引入输出端与所述mxene环形天线之间通过一细菌纤维素绝缘条绝缘；一微控制单元，位于所述mxene环形天线的内圈内侧，经一mxene导线连接所述近场通讯芯片。2.如权利要求1所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，由医用双面胶带构成所述黏附层和离型层。3.如权利要求1所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述mxene环形天线、所述mxene天线外圈引入输出端和所述mxene导线均由mxene油墨通过若干层丝网印刷得到。4.如权利要求3所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述mxene环形天线、所述mxene天线外圈引入输出端和所述mxene导线均由mxene油墨通过5层网印刷得到。5.如权利要求1所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述mxene环形天线的谐振频率为13.56mhz。6.如权利要求1所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述微控制单元为内置温度传感器的微处理器芯片。7.如权利要求1所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述封装层为聚二甲基硅氧烷封装层。8.如权利要求7所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述封装层的厚度为0.5毫米-1.5毫米。9.如权利要求8所述的一种温度反馈的光电响应热敏贴片，其特征在于，所述封装层的厚度为1毫米。

技术总结
本实用新型属于热理疗技术领域，具体涉及一种温度反馈的光电响应热敏贴片。一种温度反馈的光电响应热敏贴片，包括从下至上的：一黏附层，背面具有离型层；一细菌纤维素层；一光电响应层；一封装层；光电响应层包括：一MXene环形天线；一近场通讯芯片，与MXene环形天线的内圈端连接，与MXene环形天线的外圈端通过MXene天线外圈引入输出端连接，MXene天线外圈引入输出端与MXene环形天线之间通过一细菌纤维素绝缘条绝缘；一微控制单元，经一MXene导线连接近场通讯芯片。本实用新型的光电响应层可以将红外辐射或电激励转化为局部热刺激，在理疗等健康管理应用方面极具可行性。健康管理应用方面极具可行性。健康管理应用方面极具可行性。


技术研发人员：罗森飚 潘静莹 李鑫 刘清君
受保护的技术使用者：上海金科汤姆猫生命科技有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/8/13