[發明專利]一種基于天然纖維素納米纖維的電子皮膚及其制備方法

在審

• 申請號: 201711128891.9
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107913067A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 李大偉;魏取福;黃婕妤;呂鵬飛;田曉娟
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/00;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于生物醫用材料制備領域，尤其涉及一種基于天然纖維素納米纖維的電子皮膚及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著科技的飛速發展，電子科學與技術與醫學領域交叉融合誕生了一種有望替換人類皮膚的新型傳感器——電子皮膚。從科學的角度來講，電子皮膚就是一種新型可穿戴柔性仿生觸覺傳感器，它能夠實現仿人類觸覺感知功能的人造柔性電子器件。

從國內外對柔性傳感器的最新研究來看主要為柔性壓力傳感器的研究，常用的柔性襯底材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂 PET( Poly Ethylene Tereph-alate)、聚二甲基硅氧烷PDMS（Polydimethylsiloxane）、聚偏氟乙烯 PVDF( Polyvinylidene Fluoride)薄膜、聚乙烯二氧噻吩PEDOT ( Poly ethylenedioxy thiophene) 導電聚合物等。

盡管上述柔性基底已被廣泛應用于電子皮膚的制備，但該類電子皮膚僅限于可穿戴傳感器范疇，迫切需要研究人員找到合適的可取代合成高聚物的天然高聚物柔性基底材料，實現電子皮膚與人體的真正貼合。

細菌纖維素（BC）作為一種化學性質與植物纖維素類似的超細納米纖維，擁有很多優異的物理化學性能，如大的比表面積、高的結晶度、良好的機械性能和持水率等。且由細菌纖維素所形成的天然纖維素膜具有很好的柔韌性和很好的生物相容性，已經被廣泛應用于生物醫療方面，例如人造皮膚、人造血管和傷口敷料等。將細菌纖維素與電導性材料（如碳納米管、石墨烯、導電高聚物）結合可以賦予其優良的導電性，從而作為柔性電極應用在鋰離子電池、超級電容器和傳感器等方面。

發明內容

本發明的目的在于使用生物相容性極好的細菌纖維素納米纖維膜替代合成高聚物膜作為柔性基底材料制備新型電子皮膚。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種基于天然纖維素納米纖維的電子皮膚，其特征在于：所述電子皮膚為導電細菌纖維素膜作為兩極，聚乙烯膜作為介電層并外接導線組成的三明治結構電容器。

其進一步特征在于：所述導電細菌纖維素膜為添加導電添加物的細菌纖維素膜。

進一步的：所述導電添加物為碳納米管、石墨烯、銀納米線至少一種。

一種上述基于天然纖維素納米纖維的電子皮膚的制備方法，其特征在于包括下述步驟：

（1）導電細菌纖維素膜的制備：

選取細菌纖維素膜經洗去殘留細菌、蛋白質得到純凈半透明細菌纖維素膜，再通過抽濾或靜電吸附方法結合導電納米材料制備導電細菌纖維素膜；

（2）電子皮膚的組裝：

剪取一定尺寸規格的導電細菌纖維素膜和相同尺寸的聚乙烯介電隔膜，組裝成三明治結構的電容式電子皮膚，從細導電菌纖維素膜表面引出導線，完成電子皮膚的組裝。

優選的：所述步驟（1）中細菌纖維素膜采用4wt% NaOH溶液在60℃溫度條件下清洗。

所述步驟（1）中抽濾制備導電細菌纖維素膜的方法為，將碳納米管、石墨烯或銀納米線配制成濃度為5wt%分散液，經抽濾負載在細菌纖維素膜表面。

所述步驟（1）中靜電吸附制備導電細菌纖維素膜的方法為，首先將細菌纖維素膜浸泡在10wt%牛血清白蛋白或8wt%聚乙烯亞胺溶液中利用氫鍵作用力將上述物質結合在細菌纖維素膜表面，通過調節反應溶液pH使細菌纖維素膜和導電納米材料帶上不同電荷并發生靜電吸附自組裝作用，從而制備導電細菌纖維素膜。

所述細菌纖維素膜厚度為0.5mm。

本發明具有制備方法簡單、響應靈敏度高、重復性高、耐疲勞、環境友好、資源可回收利用等特點，且所使用細菌纖維素基材為生物相容性極好的材料，適合人體環境使用。本發明為研究開發新型天然高聚物電子皮膚提供了技術支持，具有很好的醫學應用前景。

附圖說明

圖1 為本發明所制備的電子皮膚的結構示意圖。

圖2 為實施例1中所制備電子皮膚監測手指關節運動圖。

圖3為實施例1中所制備電子皮膚在11%拉伸變形條件下的耐久性測試圖。

具體實施方式

為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。

實施例1