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透明热疗片:不被灼伤的“透明”之选

来源:科学网 作者:姜天海 2017-04-18 16:48:26

透明热疗片可贴在人体关节处,加载3V电压,在20秒时间可快速升到42℃,并且能自由调节热疗温度

  为了缓解周身疼痛,或是驱除寒气,不少老年人、女性或是运动员都会选择使用加热片、加热垫或加热膏。然而,稍加不注意,这种热疗法往往会引起加热部位的身体灼伤。

  如今,一支来自兰州大学的科研团队研发出了一种超柔性快速响应透明热疗片,让使用者可以“一眼看穿”热疗片,随时监测自己的皮肤颜色,避免灼伤。这让想要使用热疗片又怕被灼伤的患者,从此多了一种“透明”的选择。

  “传统的热疗片即便温度过高,人们也观察不到,必须揭下来才能看得到皮肤的状态。该研究的创新性在于它首次实现了廉价的可实时观察皮肤状态的透明热疗片,而且机械性能和柔性非常优异,展现了良好的应用前景。”南京大学电子科学与工程学院教授王欣然在接受《科学新闻》采访时评价道。

  该研究结果于2017年2月2日发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上。

  物理热疗 面向患者需求

  热疗片已经被广泛用于消肿、止痛、改善局部血液循环,是一种传统的外科治疗方法。临床上,热疗片可以用于治疗风湿关节炎、肩周炎、颈椎病,甚至肿瘤等疾病。

  但另一方面,传统的热疗片在使用中也存在着治疗温度不可控、不透明等方面的缺陷。不可控的温度有时会出现过热或无热疗效果的情况,也无法根据具体病情调节局部热疗温度。而对于一些老年患者或热敏感不强的特殊患者来说,或者是在治疗过程中不小心睡着的普通患者,传统热疗片很可能会灼伤患者皮肤。

  “造成这种情况的部分原因是由于如今市场上销售的加热片是不透明的,患者不能及时观察自己皮肤对热疗的反应。其他的研究团队也研发过透明的热疗片,但做出来的产品不是太硬,成本过高,就是容易被损坏。”美国化学会在美国科学促进会(AAAS)提供的全球科学新闻服务EurekAlert!中撰文指出,该文介绍了这项由兰州大学物理科学与技术学院副教授兰伟课题组完成的超柔性快速响应透明热疗片研究。

  据了解,目前,国内外相关研究小组主要从事透明导电膜的基础研究,此类研究主要针对平面显示器、太阳能电池、电磁屏蔽等领域。透明导电膜也可作为加热膜应用在汽车玻璃除霜等加热领域。作为透明加热膜,主要开展的研究包括薄膜的透明性、导电性和热响应时间等。

  “国外开展了一些围绕透明加热膜的热响应时间的研究,从开始的600秒已经降低到了50秒左右,取得了很大进步,但是仍然不能满足快速响应透明热疗片的要求,而且传统透明加热膜的柔性严重不足,限制了热疗片在人体关节部位使用的可能性。”兰伟告诉《科学新闻》记者。

  针对热疗片原型器件的技术问题,如制备工艺复杂、成品率低、成本高、加热部件容易断裂、不利于规模化生产等,兰伟带领着研究小组开发了一种新的技术工艺路线。

  中西合璧 开展创新研究

  此前,兰伟一直在从事透明导电膜的研究,他看到了柔性好、材质透明的聚乙烯醇薄膜在透明加热膜产品中的应用前景。由此,他突然联想到,“我是不是也可以把它应用到咱们传统中医治疗领域,制作一个用于物理热疗的透明加热片,给人们提供一种加热效果更好,用户体验更舒适的产品?”结果这次的“中西合璧”获得了不错的研究成果。

  透明热疗片的物理性能指标主要有热响应时间、工作电压和稳定性等,这些都依赖于透明加热膜的性能。兰伟研究小组基于稳定可控的焦耳热效应,将透明加热膜用作透明热疗片的加热部件,在实验室实现了透明热疗片的原型器件。结果发现,由热疗片产生的热量能够快速、有效地传输到肌肉和血管中。

  兰伟介绍,为了制备透明热疗片,他和同事将导电银纳米线嵌入到透明的聚乙烯醇薄膜当中,连接好铜电极,最后将它们封装在具有生物相容性、柔性好、触感舒适的聚二甲基硅氧烷硅胶中,以确保绝缘加热元件,并保护患者的皮肤,同时避免透明热疗片在与皮肤直接接触时产生过敏等问题。

  “这种透明的热疗片可以直接贴到患处,让人可以肉眼观察热疗部位皮肤组织的变化。此外,银在通电加热后会发出红外线,这让这款热疗片不仅有热疗作用,还有红外线的光疗作用。”参与此次研究的兰州大学物理科学与技术学院副院长谢二庆教授告诉《科学新闻》记者,“金属银自古以来就有较强的防毒杀菌效果,可以保护生物体组织尽快摆脱病菌病毒的侵扰。”

  测试结果表明,透明热疗片在3V的电压下,仅在20秒左右就可迅速升温到42℃,这个电压只是常见手表、遥控器和其它小家电所用纽扣电池的典型电压。而且连续循环工作7天,加热温度依然稳定。优异的快速加热特性使得该透明热疗片在医学热疗领域具有潜在的应用前景。

  而且,该透明热疗片在弯曲10000次之后还依然工作良好,且柔韧性没有任何损伤。并且具有优秀的环境适应能力,在80℃高温条件下连续放置半年,透过和导电性能不衰减,在80%湿度和45℃的典型高温高湿环境下连续放置2个月,性能也没有明显衰减。

  这项有趣而又实用的创新立即引起了科学界的兴趣。美国化学会在文章确定被接收后,立即联系兰伟课题组,制作了一段关于透明热疗片的小视频并上传到Youtube网站上;美国科学促进会的EurekAlert!,Tech Xplore、Medical News Today、Medical Design Technology等海外科技媒体以及科技和医学类网站也都对此进行了热点追踪报道。

  “以前,中国就有从皮肤等外部进行理疗的传统。现在,我们应用现代科学技术进行更深入的理论研究与探讨,是一种比较好的结合和创新。”谢二庆表示。

  据兰伟介绍,该透明热疗片获得了教育部留学归国人员科研启动基金、甘肃省自然科学基金等资金的资助,该透明热疗片及其制备技术已经申报国家发明专利。

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