一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器及其制备方法，属于高分子柔性材料技术领域。本发明专利技术以柔性高分子材料为基体，掺杂无机纳米导电材料形成导电应变传感器器件，经旋涂、滴涂或浸泡具有防细菌黏附功能的化合物，对柔性应变电子传感器进行防细菌黏附功能化处理，制备得到具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器材料。本发明专利技术制备的具有防细菌黏附的柔性应变电子传感器，相比其他传感器，它具有良好的防细菌黏附的效果。该传感器可用于日常电子设备、人体监测、环境监测、医学诊疗、人机互动及工业机器人等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器及其制备方法
本专利技术涉及高分子柔性材料
，具体涉及一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备方法。
技术介绍
现如今，智能可穿戴柔性设备已应用在人类生活各个方面，例如工业机器人、人体健康监测以及人体疾病的临床诊断等领域。随着科技的进步，人民提高了对柔性可穿戴电子设备的要求。例如，在人体监测和健康医疗领域要求电子穿戴器件具有高洁无菌性能。无菌不仅使得器件的精准性不会受到细菌腐蚀的影响，同时相比于非无菌状态，能够增加使用寿命，最重要的是无菌状态对人体健康造成危害会大大缩小。构造无菌的电子传感主要的一点是防止细菌的黏附，为此可以构造超疏水/低表面能的电子传感来实现防细菌黏附。因为细菌通过分泌黏液润湿器件表面从而进行吸附，具有表面张力小、优异的自润滑性能、低摩擦性能和憎水憎油性能的低表面能材料则会降低微生物与器件层之间的表面润湿性，从而增加附着的难度。超疏水的材料则会降低细菌黏合力，使附着于材料表面上的细菌易于脱除。然而，到目前为止，可防细菌黏附的电子传感器的报道寥寥无几，因此，有必要对柔性应变电子传感器进行防细菌黏附功能化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器及其制备方法，解决目前柔性应变电子传感器抗菌性能不足的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)将柔性高分子材料预拉伸固定，在退火状态下，喷涂KH550乙醇溶液，接着喷涂无机纳米导电材料的醇分散液，然后在70～130℃的烘箱中烘10～60min后，取出柔性高分子材料，放缩为原始状态，得到掺杂无机纳米导电材料的柔性高分子材料；(2)将二水醋酸锌加入到异丙醇中，于80～100℃反应10～30min，合成氧化锌种子溶液；(3)将步骤(1)中得到的掺杂无机纳米导电材料的柔性高分子材料固定，旋涂或喷涂氧化锌种子溶液，随后在100～200℃焙烧10～60min；(4)将二水醋酸锌溶于蒸馏水，调pH至8～11，制得氧化锌生长溶液，随后倒入聚四氟反应釜中，将步骤(3)得到的含有氧化锌种子的柔性高分子材料垂直放入反应釜中，于80～100℃反应9～14h，经洗涤、烘干得到定向生长氧化锌的掺杂无机纳米导电材料的柔性应变电子传感器元件；(5)在由步骤(4)得到的柔性应变电子传感器上喷涂或旋涂具有防黏附功能的化合物，或将由步骤(4)得到的柔性应变电子传感器浸泡于具有防黏附功能的化合物中，经80～150℃烘干，得到所述具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器。本专利技术以柔性高分子材料为基体，利用无机纳米导电材料通过喷涂或者旋涂的方法在预拉伸的柔性高分子材料上形成一层导电网络层，再经过水热法在导电网络层上生长定向的氧化锌，并经过旋涂、滴涂或浸泡具有防细菌黏附功能的化合物，对柔性应变电子传感器进行防细菌黏附功能化处理，达到防细菌黏附的效果。本专利技术基于某些有机分子特殊结构具有低表面能特性或者超疏水特性，利用其表面张力小、低摩擦性能、憎水憎油性使细菌分泌的黏液难以黏附，进一步使得细菌不能黏附上去的特性，达到防细菌黏附的效果。测定防细菌黏附效果可以从水滴或油滴接触角的大小以及防细菌黏附率决定。当接触角达到超疏水，水下疏油的效果，那么就达到了防细菌黏附的要求。优选地，所述具有防黏附功能的化合物为式(I)化合物、式(II)化合物、式(III)化合物中的至少一种，专利技术人经过多次试验筛选出式(I)化合物、式(II)化合物、式(III)化合物，这三种化合物具有超疏水特性，将其修饰到柔性应变电子传感器表面，使得细菌粘液不易润湿表面，具有优异的防细菌黏附效果。优选地，所述式(III)化合物为羟基硅油和KH560在催化剂氯化铁催化作用下进行亲电加成反应得到，所述羟基硅油的分子量为5000～12000。优选地，所述步骤(1)中，所述无机纳米导电材料的醇分散液的中无机纳米导电材料的浓度为1mg/mL，喷涂量为1～10mL。优选地，所述柔性高分子材料为硅橡胶或聚醚酰亚胺(PEI)；所述KH550乙醇溶液中KH550的浓度为2～5wt％。优选地，所述无机导电材料为石墨烯、碳纳米管、纳米银线、纳米银颗粒、氧化锌纳米棒、氧化锌纳米线中的至少一种。将石墨烯、碳纳米管、纳米银线、纳米银颗粒、氧化锌纳米棒、氧化锌纳米线等无机导电材料的醇分散液喷涂或旋涂到柔性高分子材料上，能够形成导电网络结构。优选地，所述石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯中的至少一种；所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种。优选地，所述纳米银线的线径为50nm，线长为20μm；所述纳米银颗粒的粒径100～300nm；所述碳纳米管的管径10～30nm，管长为20～100μm。优选地，所述氧化锌种子溶液与氧化锌生长溶液的质量比为4:1、2:1、1:1、1:2、1:4。为使在导电网络层上生长垂直定向的氧化锌纳米棒，需要严格控制采用所述氧化锌种子溶液与氧化锌生长溶液的质量比，专利技术人经过试验发现，二者比例为4:1、2:1、1:1、1:2、1:4效果最好。本专利技术还提供了一种根据上述方法制备得到的具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器。本专利技术制备的柔性应变电子传感器的水接触角为153.7°～160.5°，滚动角为4.0°，达到超疏水状态，水下疏油接触角为121.7°～135.2°，且防细菌黏附率达到97.89％～99.62％，具有优异的抗细菌黏附的效果，可用于日常电子设备、人体监测、环境监测、医学诊疗、人机互动及工业机器人等领域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术以柔性高分子材料为基体，掺杂无机纳米导电材料形成导电应变传感器器件，经过旋涂/滴涂/浸泡具有防细菌黏附功能的化合物，对柔性应变电子传感器进行防细菌黏附功能化处理，制备得到具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器材料。本专利技术制备的具有防细菌黏附的柔性应变电子传感器，相比其他不进行防细菌黏附功能化处理的传感器，本专利技术具有良好的防细菌黏附的效果。该传感器可用于日常电子设备、人体监测、环境监测、医学诊疗、人机互动及工业机器人等领域。附图说明图1为本专利技术具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备示意图。图2为实施例1制备的具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的SEM图。图3为实施例1～5中具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的水接触角和水下疏油接触角。图4为实施例1中具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的电流-时间曲线图。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。图1为本专利技术具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备流程示意图。以下实施例中所用的防细菌黏附率的测试方法为：将样品垂直放入107CFU/mL细菌液中，温度为37℃条件下培养2h，然后样品从细菌液中垂直拉取出来，悬挂3min让残余细菌液滴脱除。然后转移到装有25mL的MHB溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将柔性高分子材料预拉伸固定，在退火状态下，喷涂KH550乙醇溶液，接着喷涂无机纳米导电材料的醇分散液，然后在70～130℃的烘箱中烘10～60min后，取出柔性高分子材料，放缩为原始状态，得到掺杂无机纳米导电材料的柔性高分子材料；(2)将二水醋酸锌加入到异丙醇中，于80～100℃反应10～30min，合成氧化锌种子溶液；(3)将步骤(1)中得到的掺杂无机纳米导电材料的柔性高分子材料固定，旋涂或喷涂氧化锌种子溶液，随后在100～200℃焙烧10～60min；(4)将二水醋酸锌溶于蒸馏水，调pH至8～11，制得氧化锌生长溶液，随后倒入聚四氟反应釜中，将步骤(3)得到的含有氧化锌种子的柔性高分子材料垂直放入反应釜中，于80～100℃反应9～14h，经洗涤、烘干得到定向生长氧化锌的掺杂无机纳米导电材料的柔性应变电子传感器元件；(5)在由步骤(4)得到的柔性应变电子传感器上喷涂或旋涂具有防黏附功能的化合物，或将由步骤(4)得到的柔性应变电子传感器浸泡于具有防黏附功能的化合物中，经80～150℃烘干，得到所述具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将柔性高分子材料预拉伸固定，在退火状态下，喷涂KH550乙醇溶液，接着喷涂无机纳米导电材料的醇分散液，然后在70～130℃的烘箱中烘10～60min后，取出柔性高分子材料，放缩为原始状态，得到掺杂无机纳米导电材料的柔性高分子材料；(2)将二水醋酸锌加入到异丙醇中，于80～100℃反应10～30min，合成氧化锌种子溶液；(3)将步骤(1)中得到的掺杂无机纳米导电材料的柔性高分子材料固定，旋涂或喷涂氧化锌种子溶液，随后在100～200℃焙烧10～60min；(4)将二水醋酸锌溶于蒸馏水，调pH至8～11，制得氧化锌生长溶液，随后倒入聚四氟反应釜中，将步骤(3)得到的含有氧化锌种子的柔性高分子材料垂直放入反应釜中，于80～100℃反应9～14h，经洗涤、烘干得到定向生长氧化锌的掺杂无机纳米导电材料的柔性应变电子传感器元件；(5)在由步骤(4)得到的柔性应变电子传感器上喷涂或旋涂具有防黏附功能的化合物，或将由步骤(4)得到的柔性应变电子传感器浸泡于具有防黏附功能的化合物中，经80～150℃烘干，得到所述具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器。2.根据权利要求1所述的具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备方法，其特征在于，所述具有防黏附功能的化合物为式(I)化合物、式(II)化合物、式(III)化合物中的至少一种，3.根据权利要求1所述的具有防细菌黏附功能的柔性应变电子传感器的制备方法，其特征在于，所述式(III)化合物为羟基硅油和KH...

【专利技术属性】
技术研发人员：林璟，蔡娴芳，吴楚侨，刘自力，刘晓国，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44