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(huì)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(huì)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(cè)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(píng)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(huì)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(duì)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(huì)灼傷患者皮膚。
“造成這種情況的部分原因是由于如今市場(chǎng)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(duì)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(guó)化學(xué)會(huì)在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（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(guó)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(duì)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(guó)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(duì)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(huì)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(zhǎng)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(cè)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(guó)化學(xué)會(huì)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(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)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(duì)此進(jìn)行了熱點(diǎn)追蹤報(bào)道。
“以前，中國(guó)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(guó)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(guó)家發(fā)明專利。 ■