本發(fā)明涉及一種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布其加工方法，用于彈性肌內(nèi)效貼布拉伸程度的可視化判斷。

背景技術：

肌內(nèi)效貼布是由日本博士Kenzo Kase發(fā)明，至今已有25年。與運動員常用的只起固定和保護作用的運動貼布不同，肌內(nèi)效貼布是一種彈性的透氣棉膠帶，可以根據(jù)不同醫(yī)療需要切成多種形狀和拉伸不同的程度，貼在皮膚、肌肉和關節(jié)上，起到強化特定位點的肌肉或放松治療的效果。因為肌內(nèi)效貼布具有黏性與彈性，同時內(nèi)層粘膠又呈現(xiàn)水波紋形狀，故可以通過粘貼時的膠布的密度差牽動皮膚的走向，增加皮膚與肌肉之間的間隙，進而影響到皮下筋膜組織的流向，讓筋膜系統(tǒng)能夠有足夠的通透性與流通，促進淋巴及血液循環(huán)，從而達到治療肌肉腫脹、淤青和水腫等問題；此外，肌內(nèi)效貼布對粘貼部位也能施予結構上限制，避免過度關節(jié)活動造成進一步傷害，并通過調(diào)節(jié)疼痛促進肌肉活動正常化，通過疼痛門閥機制和神經(jīng)可塑性機制逆向改變慢性疼痛癥狀。

時至今日，肌內(nèi)效貼布盛行于體育界，著名的足球明星巴神、貝克漢姆，我國著名網(wǎng)球運動員李娜都曾在其背部或膝關節(jié)處使用肌內(nèi)效貼布。此外，肌內(nèi)效貼布也已廣泛應用于康復和運動醫(yī)療中。

盡管肌內(nèi)效貼布越來越廣泛地被應用于多個領域，但它的使用仍需要較為專業(yè)和規(guī)范的操作流程。該規(guī)范性包括肌內(nèi)效貼布的剪切形狀和拉伸程度。剪切形狀包括I型、Y型、X型、散狀型、O型、燈籠型等，其適用范圍在各個肌內(nèi)效貼布的說明書中都會涉及。為適應皮膚、肌肉、關節(jié)等不同位置的伸縮程度，彈性肌內(nèi)效貼布在使用時的預先拉伸百分比對促進血液循環(huán)和新陳代謝，促進肌肉合理收縮伸張有非常重要的意義。而目前在肌內(nèi)效貼布的使用時對其拉伸程度的掌控僅限于專業(yè)醫(yī)療人士的經(jīng)驗預估，這在很大程度上阻礙了非專業(yè)人士對肌內(nèi)效貼布的有效使用。

本發(fā)明旨在肌內(nèi)效貼布的外層復合一層具有拉伸變色特性的響應性膠體納米晶簇薄膜，根據(jù)其在不同拉力下光子晶體薄膜顏色的變化來指示肌內(nèi)效貼布的拉伸百分比，從而有效指導非專業(yè)人士對肌內(nèi)效貼布的使用，簡單直觀，可降低人力成本，提高肌內(nèi)效貼布的使用覆蓋面和效用成熟度。同時，本發(fā)明還提供了一種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布加工方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布及其加工方法。當與聚合物膜背部貼合的肌內(nèi)效貼布發(fā)生不同程度的拉伸時，聚合物也相繼發(fā)生拉伸，則構成膠體納米晶簇陣列的微球間隙距離發(fā)生變化，從而導致光子晶體反射和散射光的波長發(fā)生變化，使得指示膜的顏色發(fā)生特征性的改變，通過肉眼即可明確觀察。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布，其特征在于，包括柔性基底和粘結于柔性基底上的響應性膠體納米晶簇薄膜，所述響應性膠體納米晶簇薄膜由具有透光性的彈性聚合物膜和鑲嵌其中的納米膠體粒子組成，所述納米膠體粒子在彈性聚合物膜中形成多個無序分布的膠體納米晶簇，每個膠體納米晶簇均由50～5000個納米膠體粒子有序排列而成。

進一步地，所述柔性基底選自柔性塑料、柔性橡膠、紡織物等中的一種或幾種。

進一步地，納米膠體粒子選自聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、氧化硅、二氧化鈦或四氧化三鐵等膠體粒子的一種或幾種。

進一步地，納米膠體粒子的直徑為50納米～1000納米。

一種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布加工方法，包括如下步驟：

(1)將聚合物單體真空除氣泡后，加入納米膠體粒子；

(2)將步驟(1)所得膠體粒子分散液超聲分散后，旋涂或印刷在柔性基底表面，形成一層復合液膜；

(3)在復合液膜兩側施加外場,使納米膠體粒子在彈性聚合物膜中形成多個無序分布的膠體納米晶簇，每個膠體納米晶簇均由50～5000個納米膠體粒子有序排列而成；

(4)復合液膜固化后得到基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布。

一種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布加工方法，包括如下步驟：

(1)在柔性基底上均勻涂敷納米膠體粒子；

(2)在步驟1處理后的基底兩側施加外場,使得納米膠體粒子形成多個無序分布的膠體納米晶簇，每個膠體納米晶簇均由50～5000個納米膠體粒子有序排列而成；

(3)將聚合物單體真空除氣泡后滴加在步驟2處理后的基底表面，固化后得到基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布。

進一步地，所述聚合物單體選自丙烯酸乙酯(EA)、二甲基硅氧烷(DMS)、乙二醇(EG)、丙烯酰胺(AM)及其衍生物等一種或幾種。

進一步地，所述固化方式選自熱聚合、光聚合、超聲聚合等等。

進一步地，所述膠體納米晶簇薄膜的膜厚為1μm～1mm。

進一步地，所述外場選自電場、磁場、溫度場、引力場中的一種或幾種。

本發(fā)明所述的肌內(nèi)效貼布的顏色的變化指示了皮膚、肌肉、關節(jié)等不同位置的伸縮程度。在現(xiàn)有技術中，無論具有響應性還是非響應性光子晶體薄膜，顏色的顯示都具有角度依賴性，僅可用于平面上標示拉伸程度。而與現(xiàn)有的光子晶體薄膜相比，本發(fā)明提供的基于膠體納米晶簇的拉伸變色肌內(nèi)效貼布不具有角度依賴性，其變色僅與拉伸程度有關，而與觀察角度無關。因此，本發(fā)明的拉伸變色肌內(nèi)效貼布可用于皮膚、肌肉、關節(jié)等不同位置，而不受該部位表面彎曲程度的影響。有益效果如下：

1.基于膠體納米晶簇的拉伸變色指示膜無毒無害，對肌內(nèi)效貼布的效用無影響；

2.可以應用在不同彎曲部位，實現(xiàn)根據(jù)響應性膠體納米晶簇薄膜的顏色的變化來判斷拉伸百分比；

3.拉/壓力響應性膠體納米晶簇薄膜復合在肌內(nèi)效貼布外側，可提高貼布美觀性；

4.成本低廉，簡單直觀，適合非專業(yè)人士合理使用肌內(nèi)效貼布。

附圖說明

圖1為可見光響應性膠體納米晶簇薄膜結構示意圖；

圖2為貼布拉伸前(A)和拉伸后(B)指示膜中納米晶簇所含微球間距變化的示意圖；；

圖3為響應性膠體納米晶簇薄膜在不同拉力下的反射峰；

圖4為兩種基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布制備過程示意圖；

圖5為膠體納米晶簇薄膜表面及其局部放大SEM圖；

圖中，基底101、聚合物膜102、膠體納米晶簇103。

具體實施方式：

本發(fā)明基于響應性膠體納米晶簇的肌內(nèi)效貼布如圖1所示。該肌內(nèi)效貼布包括柔性基底101和粘結于柔性基底上的響應性膠體納米晶簇薄膜，所述響應性膠體納米晶簇薄膜由具有透光性的彈性聚合物膜102和鑲嵌其中的納米膠體粒子組成，所述納米膠體粒子在彈性聚合物膜中形成多個無序分布的膠體納米晶簇103，每個膠體納米晶簇103均由50～5000個納米膠體粒子有序排列而成。與半導體晶格對電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，該膠體納米晶簇能夠調(diào)制具有相應波長的可見光，即當可見光照射到膠體納米晶簇并在膠體粒子間傳播時，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，形成光子帶隙。所有能量處在光子帶隙內(nèi)的光不能在膠體納米晶簇中傳播，使得膠體納米晶簇可以有選擇地使某個波段的光通過而阻止其它波長的光通過其中。因此，含有該膠體納米晶簇的透明薄膜在可見光的照射下就顯示出特定的顏色。該顏色與膠體納米晶簇中的膠體粒子間距有關。通過拉伸柔性肌內(nèi)效貼布，由于透明薄膜受拉伸導致膠體納米晶簇中的膠體粒子間距發(fā)生變化，從而在肌內(nèi)效貼布表面顯示出不同的顏色。當與聚合物膜102背部貼合的肌內(nèi)效貼布基底101發(fā)生不同程度的拉伸時，聚合物膜102也相繼發(fā)生拉伸，則嵌合在柔性聚合物膜中并構成膠體納米晶簇103中的微球間隙距離發(fā)生變化(如圖2所示)，從而導致光子晶體反射和散射光的波長發(fā)生變化(圖3)，使得拉伸程度指示膜的顏色發(fā)生特征性的改變，通過肉眼即可明確觀察。該肌內(nèi)效貼布表面拉伸指示膜的顏色變化代表了使用者相應貼合部位的拉伸程度或拉伸百分比，從而有效指導非專業(yè)人士對肌內(nèi)效貼布的使用。

本發(fā)明還提供了響應性膠體納米晶簇薄膜制備方法，具體制備過程如圖4所示。當納米膠體粒子被涂敷并分散到聚合物單體溶液中時，在旋涂得作用下會形成納米膠體粒子均勻分散的復合液膜。該復合液膜中的納米膠體粒子在均勻或非均勻外場，如電場、磁場、溫度場和引力場中的一種或幾種的作用下會發(fā)生自組裝或團聚作用，在復合液膜中形成大量不同尺寸的膠體粒子聚集體，稱為膠體納米晶簇。液膜固化后形成的膠體納米晶簇薄膜在可見光下會呈現(xiàn)明亮的顏色，該顏色會隨著拉伸程度的不同發(fā)生變化。這種變化可標示肌內(nèi)效貼布的拉伸百分比。因此，本發(fā)明肌內(nèi)效貼布的制備方法可以闡述為如下三個步驟：

(1)首先將膠體粒子分散液超通過旋涂或印刷法鋪在在肌內(nèi)效貼布柔性基底(圖4a)表面，旋涂后在基底表面形成一層包含膠體粒子和高分子前體的復合液膜(圖4b)；

(2)在復合液膜兩側施加特定的外場,如電場、磁場、溫度場和引力場中的一種或幾種，液膜中的納米膠體粒子在外場的作用下會發(fā)生團聚，從而液膜中形成膠體納米晶簇(圖4c)；

(3)復合液膜固化后形成具有拉伸變色功能的肌內(nèi)效貼布(圖4d)。

其中，為了使膠體納米晶簇薄膜在可見光下顯色，需要控制納米膠體粒子的直徑在50納米～1000納米之間。

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護范圍：

實施例1

本發(fā)明中的響應性復合肌內(nèi)效貼布可以采用旋涂法結合紫外光固化得到。其具體實施過程為：

(1)納米膠體粒子分散液制備

將分散于水中尺寸為250nm的的聚苯乙烯(2.5wt％)在15000r/min轉速下離心2min,棄去上清液后，重懸在丙烯酰胺(AM)/過硫酸銨/水(體積比為1：005:10)混合液中，使其終濃度為35wt％，并超聲15min使其分散。

(2)響應性膠體納米晶簇薄膜的制備

取柔性肌內(nèi)效貼布基體(圖4方法一步驟a)，將上述分散液通過旋涂法均勻旋涂在肌內(nèi)效貼布基體表面(圖4方法一步驟b)。然后置于15～30V均勻電場中，靜置2min后聚苯乙烯膠體在電場作用下發(fā)生團聚，于貼布表面形成無序分布的膠體納米晶簇，如圖4方法一步驟c所示。將其放置于紫外燈下照射30min可以得到圖4方法一步驟d所示肌內(nèi)效貼布。圖5為制備得到的二維膠體納米晶簇的SEM圖，從圖中可以看出，膠體納米晶簇呈無序分布，而膠體納米晶簇中，PS微球有序排布。

(3)膠體納米晶簇薄膜復合肌內(nèi)效貼布的拉伸性能

如附圖3所示，將該復合肌內(nèi)效貼布一端固定在水平方向上的夾子上，另一端緩慢向反方向拉伸，通過下方的量尺確定拉伸百分比。再在垂直于膠體納米晶簇顏色指示膜放置的方向固定反射干涉光譜儀的光纖探頭，測定一定拉伸百分比下的反射干涉峰，結果如圖3所示。通過對不同拉伸百分比下的膠體納米晶簇的反射干涉峰的位置和垂直方向上的顏色觀察記錄，確定材料不同拉伸百分比下的顏色變化規(guī)律，從而給定在實際操作過程中的對于肌內(nèi)效貼布的使用方式。

實施例2

本發(fā)明中的響應性復合肌內(nèi)效貼布還可以采用先制備拉伸指示膜，然后將該指示膜黏附到肌內(nèi)效貼布表面的方法制備。其具體實施過程為：

(1)膠體粒子納米晶簇的制備

本發(fā)明中的玻片基底統(tǒng)一切割成1×1cm²，為保持其表面潔凈，依次用丙酮、乙醇、超純水超聲處理15min，再用氧等離子體處理10min，使其表面由疏水轉化為親水狀態(tài)。本發(fā)明中的單層納米膠體微球可以采用控制蒸發(fā)法得到。其具體實施過程為：尺寸為400nm的分散于水中的Fe₃O₄(2.5％)微球，用去離子水稀釋到1％，并超聲15min使其分散均勻。在經(jīng)過陽等離子體處理的玻片基底(圖4方法二步驟a)表面滴加40μl的Fe₃O₄懸浮液，使其均勻分散于基底表面(圖4方法二步驟b)，將該基底置于溫度300K，濕度40～60％的環(huán)境下的帶蓋培養(yǎng)皿中，自然蒸發(fā)干燥。由于蒸發(fā)過程中在納米尺度上形成微小溫度梯度，其中的Fe₃O₄微球在溫度場的作用下聚集形成大量納米晶簇，如圖4方法二步驟c所示。

(2)響應性膠體納米晶簇薄膜的制備

在硬性基底上形成膠體納米晶簇陣列后，需要在微球間隙中填入柔性聚合物。該聚合物由聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚丙烯酸乙酯(PMA)混合而成。PDMS產(chǎn)品含A液和B液，將A液與丙烯酸乙酯按體積比1:1混合，混合液與B液按照體積比10:1混合攪拌均勻，真空除氣泡后滴加在已鋪好膠體納米晶簇陣列的玻璃/硅片表面，置于加熱板上75℃固化聚合2h，如圖4方法二步驟d。冷卻后即可小心從玻璃/硅片表面撕下，得到嵌有二維微球陣列的響應性膠體納米晶簇薄膜。

(3)響應性膠體納米晶簇薄膜復合的肌內(nèi)效貼布的拉伸性能和光學性能的檢測

如附圖2所示，將該膠體納米晶簇顏色指示膜一端固定在水平方向上的夾子上，另一端緩慢向反方向拉伸，通過下方的量尺確定拉伸百分比。再在垂直于膠體納米晶簇顏色指示膜放置的方向固定反射干涉光譜儀的光纖探頭，測定一定拉伸百分比下的反射干涉峰，并對指示膜的顏色進行肉眼觀察。通過對不同拉伸百分比下的膠體納米晶簇的反射干涉峰的位置和垂直方向上的顏色觀察記錄，確定材料不同拉伸百分比下的顏色變化規(guī)律，從而給定在實際操作過程中的對于肌內(nèi)效貼布的使用方式。

(4)響應性膠體納米晶簇薄膜復合肌內(nèi)效貼布

將響應性膠體納米晶簇薄膜剪切成0.5cm×0.5cm的小片，按照一定間隔粘貼在普通肌內(nèi)效貼布上，膠體納米晶簇膜和肌內(nèi)效貼布間通過聚氨酯膠黏劑起粘貼作用。

實施例3

本發(fā)明中的響應性復合肌內(nèi)效貼布可以采用膠輥印刷法結合熱固化得到。其具體實施過程為：

(1)納米膠體粒子分散液制備

將尺寸為200nm、體積分數(shù)40％的分散于乙醇中的二氧化硅微球超聲15min使其分散均勻。取20ml該分散液，加入7.7ml乙二醇和4.3ml聚馬來酸乙二醇酯，形成納米二氧化硅膠體粒子分散液。

(2)響應性膠體納米晶簇薄膜的制備

將二氧化硅膠體粒子分散液放入膠輥印刷機中，印刷在普通肌內(nèi)效貼布基底上，在其上形成含膠體粒子的液膜；在液膜上下表面之間施加0.1T到0.35T磁場5分鐘，二氧化硅膠體粒子在磁場的作用下聚集形成大量納米晶簇；隨后通過烘烤機75℃固化聚合2h，在貼布基底表面形成膠體納米晶簇薄膜。

(3)復合的肌內(nèi)效貼布拉伸性能和光學性能的檢測

如附圖3所示，將該膠體納米晶簇復合的肌內(nèi)效貼布一端固定在水平方向上的夾子上，另一端緩慢向反方向拉伸，通過下方的量尺確定拉伸百分比。再在垂直于膠體納米晶簇顏色指示膜放置的方向固定反射干涉光譜儀的光纖探頭，測定一定拉伸百分比下的反射干涉峰，并對指示膜的顏色進行肉眼觀察。通過對不同拉伸百分比下的膠體納米晶簇的反射干涉峰的位置和垂直方向上的顏色觀察記錄，確定材料不同拉伸百分比下的顏色變化規(guī)律，從而給定在實際操作過程中的對于肌內(nèi)效貼布的使用方式。