一种苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，该薄膜是由苹果酸及PEDOT:PSS溶液的混合液旋涂而成，所述的混合液中苹果酸的含量为1‑10wt％。本发明专利技术通过采用苹果酸对PEDOT:PSS薄膜进行修饰改性，极大的提高了PEDOT:PSS薄膜的电导率，使其比本征PEDOT:PSS薄膜提高了2万倍，此外还保持了良好的生物相容性及透光度，且其制备方法成本低、健康环保，该薄膜不会对人体造成刺激，可以直接长时间接触人体，在医疗监控、可穿戴领域具有巨大潜力和优势。此外，将该薄膜作为导电层应用于压阻传感器中，可极大的提高压阻传感器的灵敏度，降低其探测极限。

Malic acid modified biocompatible PEDOT:PSS high conductive film and application thereof

The invention discloses a high compatibility of PEDOT:PSS conductive film a malic acid modified organisms, the film is a mixture of liquid malic acid and PEDOT:PSS solution coated and mixed liquid, the content of malic acid was 1 10wt%. The invention adopts malic acid modification of PEDOT:PSS thin film, which greatly improves the conductivity of PEDOT:PSS films, the extrinsic PEDOT:PSS films increased 20 thousand times, in addition to maintaining a good biocompatibility and light transmittance, and the preparation method has low cost, environmental health, the film will not cause irritation to the human body, can directly contact the human body in the long time, medical monitoring, has great potential and advantages of wearable field. In addition, the film is used as a conductive layer in piezoresistive sensors, which can greatly improve the sensitivity and reduce the detection limit of piezoresistive sensors.

【技术实现步骤摘要】
一种苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜及其应用
本专利技术属于导电高分子材料领域，具体涉及一种苹果酸修饰的高电导率的PEDOT:PSS薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，我国经济快速发展，然而伴随着人口平均寿命增加、老龄化结构扩大、心血管疾病频发等健康问题。因此，实现疾病的早期检测、实时监控健康状态，尽早对疾病进行预防显得尤其重要。随着物联网与柔性电子器件的迅猛发展，各种可穿戴设备和移动医疗设备应运而生。作为其核心组件的柔性压力传感器迅速崛起，在电子皮肤、智能假肢、健康指数监护等领域广泛应用。尤其是在人体临床监护及各项健康指标监测，如血压、血管老化程度、脉搏，关乎生命与健康。由于这些医疗监护设备长期与人体接触，有的甚至要植入人体内，因此必须具有极好的生物相容性，不会对人体造成刺激，并且要轻薄柔软、便于携带，才能实现长期进行随时随地的移动监控。目前的压阻传感器均基于设计有机硅(多为聚二甲基硅氧烷，PDMS)的表面微结构，然后表面旋涂导电层(多为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐，PEDOT:PSS)，利用受压后微突结构与电极接触面积的改变引起电阻的变化，从而实现对压力信号的响应。然而本征PEDOT:PSS电导率不够高(<1S/cm)，会导致压阻传感器的灵敏度不高，测得的健康数据不够实时准确。因此，近十几年来，研究者们尝试了多种办法来提高PEDOT：PSS薄膜的电导率，主要方法为掺入高沸点有机溶液，如二甲基亚砜(dimethylsulfoxide,DMSO)、二甲基甲酰胺(n-ndimethylformamide,DMF)、四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)，或者醇类物质，如二甘醇、丙三醇、山梨醇等。但这些方法存在改性后旋涂液润湿性差、处理后的薄膜弹性差易脆、腐蚀导电基底材料、再现性差、机理尚未明晰等问题，由此制备的压力传感器会对人体造成一定程度的刺激。而苹果酸广泛存在于一切果实中，极溶于水，无毒，对人体无刺激，在食品工业用作酸味剂、色泽保持剂、防腐剂和蛋黄等的乳化稳定剂等，也用于制药，制备压力传感器生物相容性好，完全可以应用于医疗领域。得到的PEDOT:PSS溶液电导率高、透光度好、成本低，健康环保、生物相容性好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种导电率高、透光度好的苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，本专利技术通过利用苹果酸改性，极大地提高了PEDOT:PSS薄膜的导电性，同时还兼具良好的生物相容性。(其中，PEDOT指代的是聚3，4-乙撑二氧噻吩poly(3,4-ethylenedioxythiophene)，PSS指代的是聚苯磺酸乙烯poly(styrenesulfonate)。)本专利技术的苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，是由苹果酸及PEDOT:PSS溶液的混合液旋涂而成，所述的混合液中苹果酸的含量为1-10wt％。上述技术方案中，所述的苹果酸通常为D-苹果酸、L-苹果酸、DL-苹果酸其中的一种或多种。作为优选，所述的混合液中苹果酸的含量为3wt％。采用本专利技术的苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜作为压阻传感器的导电层，可以显著地提高压阻传感器的灵敏度，降低其探测极限。本专利技术的苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：a.将衬底清洗后，在其表面沉积一层三氯(1H，1H，2H，2H全氟辛基)硅烷单分子层；b.将苹果酸加入PEDOT:PSS溶液中，其中苹果酸的含量为1-10wt％，并加入化学交联剂，室温下搅拌使混合均匀，获得混合液；所述的化学交联剂可以采用3-甘油丙基三甲氧基硅烷((3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane)。c.将上述混合液滴在步骤a中处理过的衬底上，旋涂，干燥后，固化脱模得到苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：本专利技术采用苹果酸提高PEDOT:PSS薄膜的电导率，所制备的薄膜具有导电率高、成膜性好、透光度好、成本低廉、健康环保、生物相容性好等优点，采用该薄膜制得的压阻传感器灵敏度高，探测极限低。本专利技术采用苹果酸提高PEDOT:PSS电导率的方法，不涉及任何有毒害的化学品，苹果酸更是存在于各种果实中，工业中用作酸味剂、防腐剂等，因此制备得到的薄膜健康环保，对人体无害无刺激，生物相容性很好，可以很好地贴附于人体，长时间也不会对人体造成不适或伤害，能够实现监控脉搏、微表情、动作识别等功能，可以用于医疗领域的移动式健康监控设备及可穿戴设备。附图说明图1是DL-苹果酸浓度0wt％、3wt％、5wt％时在金相显微镜下的图像；图2DL-苹果酸修饰PEDOT:PSS薄膜SEM断面图；图3是PEDOT:PSS电导率与DL-苹果酸浓度的关系图；图4是采用本专利技术薄膜作为导电层的压阻传感器的电流-压强响应图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动前提下多获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：DL-苹果酸浓度0wt％时的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜(即本征PEDOT:PSS薄膜)具体制备按如下步骤进行：1.将衬底在UV-Ozone清洗机中预处理3分钟，然后在真空中沉积一层三氯(1H，1H，2H，2H全氟辛基)硅烷(SAM)单分子层，进行表面蒸镀处理。2.在室温下，将本征PEDOT:PSS溶液在磁力搅拌机中搅拌24小时。3.通过0.45μm的聚四氟乙烯针筒过滤器将以上溶液滴在步骤a中处理过的衬底上，以700rpm的速度旋涂30s。4.室温条件下，将旋涂后的样品置于通风橱中干燥24小时，固化脱模。5.将四探针与数字源表Keithly2400相连，利用四探针法测量PEDOT:PSS薄膜的电阻率为0.03S/cm。实施例2：DL-苹果酸浓度1wt％时的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜具体制备按如下步骤进行：1.将衬底在UV-Ozone清洗机中预处理3分钟，然后在真空中沉积一层三氯(1H，1H，2H，2H全氟辛基)硅烷(SAM)单分子层，进行表面蒸镀处理。2.将质量分数1wt％的DL-苹果酸掺入PEDOT:PSS溶液中，并加入适量的化学交联剂(3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane。3.在室温下，将DL-苹果酸修饰的PEDOT:PSS混合溶液在磁力搅拌机中搅拌24小时，使其均匀混合。4.通过0.45μm的聚四氟乙烯针筒过滤器将以上混合溶液滴在步骤a中处理过的衬底上，以700rpm的速度旋涂30s。5.室温条件下，将旋涂后的样品置于通风橱中干燥24小时，固化脱模得到生物相容性高导电PEDOT:PSS薄膜。6.将四探针与数字源表Keithly2400相连，利用四探针法测量PEDOT:PSS薄膜的电阻率为40.52S/cm。实施例3：DL-苹果酸浓度2wt％时的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜具体制备按如下步骤进行：1.将衬底在UV-Ozone清洗机中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，其特征在于，该薄膜是由苹果酸及PEDOT:PSS溶液的混合液旋涂而成，所述的混合液中苹果酸的含量为1‑10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，其特征在于，该薄膜是由苹果酸及PEDOT:PSS溶液的混合液旋涂而成，所述的混合液中苹果酸的含量为1-10wt％。2.根据权利要求1所述的苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，其特征在于，所述的苹果酸为D-苹果酸、L-苹果酸、DL-苹果酸其中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的苹果酸修饰的生物相容性PEDOT:PSS高导电薄膜，其特征在于，所述的混合液中苹果酸的含量为3wt％。4.一种高灵敏度、低探测极限的压阻传感器，其特征在于，采用如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗荣，王珊，陈凯峰，于星雨，田薇，王敏，尹翀，杜丕一，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33