CN103937419A

CN103937419A - 一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带

Info

Publication number: CN103937419A
Application number: CN201310023241.3A
Authority: CN
Inventors: 郭霞; 屈树新; 麦汜华
Original assignee: Hong Kong Research Institute of Textiles and Apparel Ltd
Current assignee: Hong Kong Research Institute of Textiles and Apparel Ltd
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明公开了一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，包括粘弹胶带本体和设置在所述粘弹胶带本体内表面的微纳图案表面结构，所述微纳图案表面结构由阵列设置的柱状体构成，所述粘弹胶带由弹性高分子材料制成。本发明的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带易剥离、易清洗、可以重复使用。

Description

一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带

技术领域

本发明涉及一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带。

背景技术

目前大多数常用的医用粘接布通过一层薄膜覆盖在伤口上，这些商业化的胶带难以在皮肤和胶带间提供足够的粘附力，而另一些医用胶带由于粘性层的粘附力太强而难以剥离，将导致疼痛甚至皮肤损伤。因此，理想的医用胶带应当是可重复使用，甚至可长达数月，可天天清洗，即可用水清洗胶带并重复使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种易剥离、易清洗、可以重复使用的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，包括粘弹胶带本体和设置在所述粘弹胶带本体内表面的微纳图案表面结构，所述微纳图案表面结构由阵列设置的柱状体构成，所述粘弹胶带由弹性高分子材料制成。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述柱状体设置有粘性末端。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述柱状体的直径范围为200nm-300μm，相邻的所述柱状体间的间距为300nm-300μm，所述柱状体的高度为300nm-300μm。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述弹性高分子材料的弹性模量为0.3-1000MPa。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述弹性高分子材料为硅胶、聚丙烯、聚癸二酸甘油酯、聚乙烯基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述微纳图案表面结构的有效弹性模量为：

其中E_eff为所述微纳图案表面结构的有效弹性模量，E是柱状体材料的弹性模量；I=πR⁴/4，是惯量的面积矩，R是柱状体的半径；D是单位面积柱状体的密度；φ是未形变的柱状体与基底表面间的夹角，表示柱状体的倾斜，一般小于90°；L是柱状体的高度；μ为摩擦系数。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述微纳图案表面结构的有效弹性模量小于100KPa。

在本发明所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带中，所述微纳图案表面结构与液体的接触角滞后值小于10°。

本发明的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带具有以下有益效果：微纳图案表面结构胶带能够提供其与身体表面足够的粘附力，而且易剥离、易清洁，而且其粘附力不依懒于沾黏剂，故可以重复使用。这种仿生微纳图案表面结构可重复剥离粘弹胶带能提供足够的与皮肤的粘附力，从而建立一个压力环境，具有易剥离、易清洁和可重复使用的特点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A是本发明的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带的结构示意图；图1B是粘弹胶带的柱状体设置粘性末端时的结构示意图。

图2A、图2B分别是普通胶带与本发明的粘弹胶带与液体接触时的结构示意图。

图3是根据悬臂模型计算柱状体密度相同时不同弹性模量、几何尺寸和倾斜角的有效弹性模量的示意图；

图4是利用探头检测方法测试的几种高分子材料制作的仿生微纳图案表面结构可重复剥离粘弹胶带的粘附力的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，包括粘弹胶带本体和设置在所述粘弹胶带本体内表面的微纳图案表面结构，如图1A所示，微纳图案表面结构由阵列设置的柱状体构成，粘弹胶带由弹性高分子材料制成。由于每个柱状体与皮肤之间都存在一定的分子引力，这种分子引力也叫范德瓦尔斯力，是中性分子彼此距离非常近时产生的一种微弱电磁引力。虽然这种分子引力非常小，但是当许多柱状体阵列设置在一起时将会产生相对较大的粘附力，类似与壁虎刚毛的粘附。

这种微纳图案表面结构胶带能够提供其与身体表面足够的粘附力，而且易剥离、易清洁，而且其粘附力不依懒于沾黏剂，故可以重复使用。这种仿生微纳图案表面结构可重复剥离粘弹胶带能提供足够的与皮肤的粘附力，从而建立一个压力环境，具有易剥离、易清洁和可重复使用的特点。

这种仿生微纳图案表面结构可重复剥离粘弹胶带可以被用于粘接皮肤，对肌肉组织或关节提供支持和固定作用，同时不限制身体的活动，还能够调整伤口位置并提供一个压力环境以避免形成肥厚性瘢痕。

为了增强柱状体的吸附力，柱状体还可以设置粘性末端，这些粘性末端可以为增大柱状体的接触面积而设置成不同的形状，如蘑菇状（图1B）、各向异性的茎或圆柱体等。

优选的是，柱状体的直径范围为200nm-300μm，相邻的柱状体间的间距为300nm-300μm，柱状体的高度为300nm-300μm。

进一步的，用于制作胶带的的弹性高分子材料优选其弹性模量为0.3-1000MPa的，如

硅胶、聚丙烯、聚癸二酸甘油酯、聚乙烯基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。

聚丙烯，可用于泌尿外科矫正压力性和盆骨受损性尿失禁的膀胱内聚丙烯网修复材料。非吸收的聚丙烯网还可用于外科修复直肠下垂的腹部直肠固定。

聚癸二酸甘油酯，一种多孔可光固化弹性材料可用于细胞胶囊化和培养。通过体外细胞培养，发现人的原代细胞可在光固化的聚癸二酸甘油酯网上粘附和增殖，并融合成细胞层，证实其具有良好的生物相容性，因此这种光固化可降解的弹性材料具有可用于组织工程包裹温度敏感的生长因子和细胞的潜能。

聚乙烯基硅氧烷，作为一种可用于正畸夹板和牙印模备选的材料。

聚二甲基硅氧烷是硅胶的一种，如上所述已被应用于生物医学领域。

聚氨酯，有报道使用聚氨酯支架成功处理疼痛型不可修补半月板损伤。通过在泌尿导管表面构建可释放水杨酸的聚氨酯丙烯酸盐聚合物涂层，抑制泌尿导管生物被膜形成。

以上这些材料均具有较好的生物相容性，能减少对皮肤的刺激。

进一步的，微纳图案表面结构的有效弹性模量为：

其中E_eff为微纳图案表面结构的有效弹性模量，E是柱状体材料的弹性模量；I=πR⁴/4，是惯量的面积矩，R是柱状体的半径；D是单位面积柱状体的密度；Φ是未形变的柱状体与基底表面间的夹角，表示柱状体的倾斜，一般小于90°；L是柱状体的高度；μ为摩擦系数，对高分子材料而言，摩擦系数μ选取0.25即可。

奥特姆（英文名Autumn）是一位著名的研究壁虎超强吸附能力的学者，他首先测试了壁虎足的单根刚毛的粘接力，揭示壁虎超强吸附力主要是范德华力，提出了悬臂模型（即上述有效弹性模量的公式），解释了壁虎刚毛在受压情况下的形变导致其有效弹性模（E_eff）远低于壁虎脚趾的主要成分β-角蛋白的弹性模量，计算结果显示刚毛的有效弹性模量低于100KPa，因此根据达尔奎斯特准则Dahlquist Criterion应具有较强的粘性。

达尔奎斯特（英文名Dahlquist）是一位著名科学家，他于上世纪60年代提出了著名的达尔奎斯特准则常用来判断一个材料的粘接性能，如压敏胶等粘接性能的判断。达尔奎斯特准则Dahlquist Criterion：当一种材料的拉伸弹性模量低于100KPa时，就能产生较强的粘性。

优选的，微纳图案表面结构的有效弹性模量小于100KPa。在本发明中选择悬臂模型计算E_eff（如图3所示），并优化所选择材料的弹性模量、几何尺寸、柱状体密度和倾斜角Φ，然后根据Dahlquist准则，即：与表面形成良好的粘附需要抗张弹性模量小于100KPa，判断上述所选参数是否匹配和优化。因此，可得到决定E_eff小于100KPa的最佳弹性模量、几何尺寸、柱状体密度和倾斜角φ，并实现与基底间的强吸附。这种强吸附力的吸附机制遵循所谓的接触分支点模型，总吸附力随接触点个数的平方根线性增加，多接触点的范德华作用力累积将导致一个强吸附。另外，该胶带还能通过剥落与基底分离提供可逆的反复粘附。

图3是根据悬臂模型计算柱状体密度相同时不同弹性模量、几何尺寸和倾斜角的有效弹性模量的示意图；其中菱形图标表示的是半径为40μm，高度为160μm，倾斜角为60°时不同弹性模量下的有效弹性模量，其他形状的图标可依次类推。

优选的，微纳图案表面结构与液体的接触角滞后值小于10°。如图2A、图2B所示，具有微纳图案表面在与液体接触时，液体不能完全填满粗糙表面的凹槽，液滴位于柱状图案的上端，液滴下方将有截留的空气存在，即在液滴下面凹槽底部形成空气囊，因此增加了表面的接触角θ和降低了接触角滞后值（CAH）。当接触角滞后值小于10°时，通常这种表面被称为自清洁表面。因此，通过优化设计微纳图案可实现小于10°的接触角滞后值，这种设计的表面如荷叶一样可具有自清洁的功能。

这种仿生微纳图案表面结构可重复剥离粘弹胶带的结构可增加其与基底间的粘附力。此外由于微纳图案表面结构还可像荷叶般具有自清洁和重复使用的特点。所选择制作这种可重复剥离粘弹胶带的高分子材料具有生物相容性，能减少对皮肤的刺激。本发明的优点是可为临床提供粘附力足够强、易剥离、易清洁、可重复使用和具有生物相容性的粘胶带。

如图4是采取探头测试方法，测试了几种由不同弹性模量的高分子（分别使用A-D作为试样名称）制备的微纳表面图案材料的粘接力，粘接力从大到小的顺序：A材料>透明材料涂覆粘胶剂>D材料>B材料>C材料。具有微纳表面图案的D材料即使涂覆了一层粘接剂，其粘接力也小于具有微纳表面图案的A材料的粘接力。

综上所述，相比目前现有技术，本发明所具备的新特征包括：

（1）粘弹胶带可提供足够的粘附力满足与皮肤紧密接触的要求

（2）粘弹胶带具有生物相容性，如：对皮肤无刺激。

（3）粘弹胶带易剥离、易清洗和可重复使用。

(4)粘弹胶带的粘附力与预加载(preload)呈正相关

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，包括粘弹胶带本体和设置在所述粘弹胶带本体内表面的微纳图案表面结构，所述微纳图案表面结构由阵列设置的柱状体构成，所述粘弹胶带由弹性高分子材料制成。

2.根据权利要求1所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述柱状体设置有粘性末端。

3.根据权利要求1所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述柱状体的直径范围为200nm–300μm，相邻的所述柱状体间的间距为300nm–300μm，所述柱状体的高度为300nm–300μm。

4.根据权利要求1所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述弹性高分子材料的弹性模量为0.3-1000MPa。

5.根据权利要求1所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述弹性高分子材料为硅胶、聚丙烯、聚癸二酸甘油酯、聚乙烯基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。

6.根据权利要求1所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述微纳图案表面结构的有效弹性模量为：

7.根据权利要求6所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述微纳图案表面结构的有效弹性模量小于100KPa。

8.根据权利要求1所述的具有微纳图案表面结构的粘弹胶带，其特征在于，所述微纳图案表面结构与液体的接触角滞后值小于10°。