為了緩解周身疼痛，或是驅(qū)除寒氣，不少老年人、女性或是運(yùn)動(dòng)員都會選擇使用加熱片、加熱墊或加熱膏。然而，稍加不注意，這種熱療法往往會引起加熱部位的身體灼傷。
如今，一支來自蘭州大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種超柔性快速響應(yīng)透明熱療片，讓使用者可以“一眼看穿”熱療片，隨時(shí)監(jiān)測自己的皮膚顏色，避免灼傷。這讓想要使用熱療片又怕被灼傷的患者，從此多了一種“透明”的選擇。
“傳統(tǒng)的熱療片即便溫度過高，人們也觀察不到，必須揭下來才能看得到皮膚的狀態(tài)。該研究的創(chuàng)新性在于它首次實(shí)現(xiàn)了廉價(jià)的可實(shí)時(shí)觀察皮膚狀態(tài)的透明熱療片，而且機(jī)械性能和柔性非常優(yōu)異，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。”南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授王欣然在接受《科學(xué)新聞》采訪時(shí)評價(jià)道。
該研究結(jié)果于2017年2月2日發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces雜志上。
物理熱療 面向患者需求
熱療片已經(jīng)被廣泛用于消腫、止痛、改善局部血液循環(huán)，是一種傳統(tǒng)的外科治療方法。臨床上，熱療片可以用于治療風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、肩周炎、頸椎病，甚至腫瘤等疾病。
但另一方面，傳統(tǒng)的熱療片在使用中也存在著治療溫度不可控、不透明等方面的缺陷。不可控的溫度有時(shí)會出現(xiàn)過熱或無熱療效果的情況，也無法根據(jù)具體病情調(diào)節(jié)局部熱療溫度。而對于一些老年患者或熱敏感不強(qiáng)的特殊患者來說，或者是在治療過程中不小心睡著的普通患者，傳統(tǒng)熱療片很可能會灼傷患者皮膚。
“造成這種情況的部分原因是由于如今市場上銷售的加熱片是不透明的，患者不能及時(shí)觀察自己皮膚對熱療的反應(yīng)。其他的研究團(tuán)隊(duì)也研發(fā)過透明的熱療片，但做出來的產(chǎn)品不是太硬，成本過高，就是容易被損壞。”美國化學(xué)會在美國科學(xué)促進(jìn)會（AAAS）提供的全球科學(xué)新聞服務(wù)EurekAlert!中撰文指出，該文介紹了這項(xiàng)由蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授蘭偉課題組完成的超柔性快速響應(yīng)透明熱療片研究。
據(jù)了解，目前，國內(nèi)外相關(guān)研究小組主要從事透明導(dǎo)電膜的基礎(chǔ)研究，此類研究主要針對平面顯示器、太陽能電池、電磁屏蔽等領(lǐng)域。透明導(dǎo)電膜也可作為加熱膜應(yīng)用在汽車玻璃除霜等加熱領(lǐng)域。作為透明加熱膜，主要開展的研究包括薄膜的透明性、導(dǎo)電性和熱響應(yīng)時(shí)間等。
“國外開展了一些圍繞透明加熱膜的熱響應(yīng)時(shí)間的研究，從開始的600秒已經(jīng)降低到了50秒左右，取得了很大進(jìn)步，但是仍然不能滿足快速響應(yīng)透明熱療片的要求，而且傳統(tǒng)透明加熱膜的柔性嚴(yán)重不足，限制了熱療片在人體關(guān)節(jié)部位使用的可能性。”蘭偉告訴《科學(xué)新聞》記者。
針對熱療片原型器件的技術(shù)問題，如制備工藝復(fù)雜、成品率低、成本高、加熱部件容易斷裂、不利于規(guī)�；a(chǎn)等，蘭偉帶領(lǐng)著研究小組開發(fā)了一種新的技術(shù)工藝路線。
中西合璧 開展創(chuàng)新研究
此前，蘭偉一直在從事透明導(dǎo)電膜的研究，他看到了柔性好、材質(zhì)透明的聚乙烯醇薄膜在透明加熱膜產(chǎn)品中的應(yīng)用前景。由此，他突然聯(lián)想到，“我是不是也可以把它應(yīng)用到咱們傳統(tǒng)中醫(yī)治療領(lǐng)域，制作一個(gè)用于物理熱療的透明加熱片，給人們提供一種加熱效果更好，用戶體驗(yàn)更舒適的產(chǎn)品？”結(jié)果這次的“中西合璧”獲得了不錯(cuò)的研究成果。
透明熱療片的物理性能指標(biāo)主要有熱響應(yīng)時(shí)間、工作電壓和穩(wěn)定性等，這些都依賴于透明加熱膜的性能。蘭偉研究小組基于穩(wěn)定可控的焦耳熱效應(yīng)，將透明加熱膜用作透明熱療片的加熱部件，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了透明熱療片的原型器件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由熱療片產(chǎn)生的熱量能夠快速、有效地傳輸?shù)郊∪夂脱苤小?/font>
蘭偉介紹，為了制備透明熱療片，他和同事將導(dǎo)電銀納米線嵌入到透明的聚乙烯醇薄膜當(dāng)中，連接好銅電極，最后將它們封裝在具有生物相容性、柔性好、觸感舒適的聚二甲基硅氧烷硅膠中，以確保絕緣加熱元件，并保護(hù)患者的皮膚，同時(shí)避免透明熱療片在與皮膚直接接觸時(shí)產(chǎn)生過敏等問題。
“這種透明的熱療片可以直接貼到患處，讓人可以肉眼觀察熱療部位皮膚組織的變化。此外，銀在通電加熱后會發(fā)出紅外線，這讓這款熱療片不僅有熱療作用，還有紅外線的光療作用。”參與此次研究的蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長謝二慶教授告訴《科學(xué)新聞》記者，“金屬銀自古以來就有較強(qiáng)的防毒殺菌效果，可以保護(hù)生物體組織盡快擺脫病菌病毒的侵?jǐn)_。”
測試結(jié)果表明，透明熱療片在3V的電壓下，僅在20秒左右就可迅速升溫到42℃，這個(gè)電壓只是常見手表、遙控器和其它小家電所用紐扣電池的典型電壓。而且連續(xù)循環(huán)工作7天，加熱溫度依然穩(wěn)定。優(yōu)異的快速加熱特性使得該透明熱療片在醫(yī)學(xué)熱療領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
而且，該透明熱療片在彎曲10000次之后還依然工作良好，且柔韌性沒有任何損傷。并且具有優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)能力，在80℃高溫條件下連續(xù)放置半年，透過和導(dǎo)電性能不衰減，在80%濕度和45℃的典型高溫高濕環(huán)境下連續(xù)放置2個(gè)月，性能也沒有明顯衰減。
這項(xiàng)有趣而又實(shí)用的創(chuàng)新立即引起了科學(xué)界的興趣。美國化學(xué)會在文章確定被接收后，立即聯(lián)系蘭偉課題組，制作了一段關(guān)于透明熱療片的小視頻并上傳到Y(jié)outube網(wǎng)站上；美國科學(xué)促進(jìn)會的EurekAlert!，Tech Xplore、Medical News Today、Medical Design Technology等海外科技媒體以及科技和醫(yī)學(xué)類網(wǎng)站也都對此進(jìn)行了熱點(diǎn)追蹤報(bào)道。
“以前，中國就有從皮膚等外部進(jìn)行理療的傳統(tǒng)�，F(xiàn)在，我們應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行更深入的理論研究與探討，是一種比較好的結(jié)合和創(chuàng)新。”謝二慶表示。
據(jù)蘭偉介紹，該透明熱療片獲得了教育部留學(xué)歸國人員科研啟動(dòng)基金、甘肅省自然科學(xué)基金等資金的資助，該透明熱療片及其制備技術(shù)已經(jīng)申報(bào)國家發(fā)明專利。 ■