一种电子纹身的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种电子纹身。


背景技术：

2.在如今的医疗器械领域中，专业的人员借助各种电子设备，可以对居民体内及体表的各种生理、生化指标进行精确的监测，从而对居民的健康状况做出准确的评估。然而，用于生理生化指标测定的电子设备笨重而昂贵，需要专业的操作人员进行操作和评估，检测昂贵、繁琐且周期较长，并且无法突破时间和空间的限制，无法实现对受试者进行实时监测。因此，未来的健康监测系统需要具有精确化、实时化、快速化和舒适化的特点，即实现在不住院的情况下也能对居民的健康进行实时、精确的监测。而电子纹身具有轻薄、贴身、穿戴舒适的特点，可以直接且稳定地贴在皮肤表面，用于健康以及运动的实时、快速、精确监测。电子纹身将会成为未来医疗保健系统中最重要、最不可或缺的一环。
3.cn110696540a公开了一种基于图案化石墨烯的电子纹身皮肤及其制备方法，其公开的电子纹身皮肤主要由三层组成：上层为pdms层，中间为石墨烯层，下层为胶基层。使用时通过胶基层(背胶)转移到人体皮肤，实现电子纹身皮肤直接贴在人体皮肤表面。除了具有美观装饰的作用，还可通过中间层石墨烯的电信号变化可以检测人体运动及脉搏、呼气频率等健康数据。和目前报道的电子纹身皮肤相比，其公开的基于图案化石墨烯的电子纹身皮肤具有制备简单、快速、低成本等特点，制备的电子纹身皮肤具有皮肤贴附性好、柔韧性、机械稳定性和导电性高，实现美观装饰的同时，实现对人体运动及健康状况的监测。但是其公开的电子纹身皮肤相对较厚，不能实现较为复杂的电子纹身皮肤的制备。
4.cn107432738a公开了一种检测生理信号的可穿戴设备，包括信号采集单元，以及与信号采集单元分离的节点通信传输单元，信号采集单元包括电子纹身或电子皮肤传感器、滤波模块、放大模块、第一nfc模块，节点通信传输单元包括第二nfc模块、电源模块、控制及无线通信模块信号采集单元设置成可贴附于人体胸部的贴纸状结构，电子纹身或电子皮肤传感器形成在薄片状结构上，用于从人体采集生理信号，由第一nfc模块以近场通信的方式传送到第二 nfc模块，再由控制及无线通信模块以远场无线通信的方式将信号发送给上位机，控制及无线通信模块还控制第二nfc模块通磁，在该磁场作用下，第一nfc 模块为信号采集单元供电。其公开的设备可以在实现穿戴舒适的情况下，实时便捷地检测生理信号。其公开的检测生理信号的可穿戴设备将电子纹身或电子皮肤传感器用作人体生理信号的采集，该可穿戴设备设置较为复杂，不能直接且稳定地贴在皮肤表面。
5.综上所述，开发一种兼具厚度可控和保形性优良的电子纹身至关重要。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种电子纹身，所述电子纹身具有厚度可控和保形性优良的特点，且所述电子纹身能够紧贴于皮肤上，在各种剧烈的运动中也不会脱落。
7.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.第一方面，本实用新型提供一种电子纹身，所述电子纹身包括离型层和压敏胶层，以及设置在所述离型层和压敏胶层之间的至少两层弹性覆盖层和至少一层可拉伸导体层；
9.所述可拉伸导体层夹在两层弹性覆盖层之间。
10.本实用新型所述电子纹身有以下优势：
11.(1)本实用新型所述电子纹身创造性地将离型层引入电子纹身中，所述离型层在电子纹身转移到皮肤前起到支撑和保护纹身的作用，当电子纹身转移到皮肤后，离型层可以轻松与电子纹身分离，且电子纹身不会粘在离型层上。尤其是在电子纹身十分薄的情况下，若没有合适的支撑保护层，电子纹身要么会由于静电或者其他的作用皱缩成一团，难以展开，要么会粘在支撑保护膜上，损坏电子纹身；
12.(2)本实用新型所述电子纹身中，压敏胶层可以直接通过压力就与皮肤粘结，瞬间起作用，相较于电子纹身领域中的常规方法，比如引入外部的支撑(加上腕带固定或贴上胶带固定)，更易操作，还能嵌入皮肤的各种纹理中，与皮肤接触紧密，具有优良的保形性，充分发挥电子纹身的作用。
13.本实用新型所述电子纹身可以紧贴皮肤，但不对皮肤造成损伤，且弹性覆盖层的层数比可拉伸导体的层数多一层。
14.优选地，所述离型层的厚度为5
‑
500微米，例如10微米、50微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、 500微米等。
15.本实用新型所述离型层的厚度为50
‑
500微米，该范围的厚度可以使得离型层有效支撑和保护电子纹身并同时具有弯曲的能力。
16.优选地，所述弹性覆盖层的厚度为15
‑
30微米，例如16微米、18微米、20 微米、22微米、24微米、26微米、28微米等。
17.本实用新型所述弹性覆盖层的厚度为15
‑
30微米，厚度在该范围内能保证电子纹身的保形能力，即足够薄，能够嵌入皮肤纹理中，但同时具有足够的厚度保证其绝缘能力。
18.优选地，所述可拉伸导体层的平均厚度为8
‑
15微米，例如9微米、10微米、 11微米、12微米、13微米、14微米等。
19.本实用新型所述可拉伸导体层的平均厚度为8
‑
15微米，该范围内的导体厚度能够保证可拉伸导体有良好的导电能力和拉伸能力。
20.优选地，所述压敏胶层的厚度为5
‑
100微米，例如10微米、20微米、30 微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米等。
21.优选地，所述弹性覆盖层的层数为三层，所述可拉伸导体层的层数为两层。
22.示例性地，所述可拉伸导体层的制备原料包括液态金属可拉伸导体、银纳米线可拉伸导体、碳纳米材料可拉伸导体或片层银可拉伸导体中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：液态金属可拉伸导体和银纳米线可拉伸导体的组合，银纳米线可拉伸导体和碳纳米材料可拉伸导体的组合，银纳米线可拉伸导体、碳纳米材料可拉伸导体和片层银可拉伸导体的组合等。
23.本实用新型所述可拉伸导体采用常温下为液态的材料，尤其是金属进行制备，例如液态金属可拉伸导体等，这类金属熔点低于常温，在常温下为液态。本实用新型的可拉伸导体兼具液体的优良的变形能力以及金属优异的导电能力，故在拉伸变形下也能够保持优
异的电学性能。
24.本实用新型所述可拉伸导体层可以选择液态金属可拉伸导体，液态金属可拉伸导体不仅可以作为电路中的导线，还可以作为应变传感器，液态金属导体在印刷过程中被印刷成蛇纹形状(宽度为400微米)作为应变传感器，液态金属导体被印刷成以及直线形状(宽度为1.5毫米)作为互联导线，将各个应变传感器连接起来接入控制电路中。液态金属可拉伸导体的双重作用不仅节约了制备工序与成本，还降低可拉伸导体层的厚度，使所得电子纹身更加轻薄。
25.示例性地，所述液态金属可拉伸导体包括镓铟合金、镓铟锡合金或镓锌合金中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：镓铟合金和镓铟锡合金的组合，镓铟锡合金和镓锌合金的组合，镓铟合金、镓铟锡合金和镓锌合金的组合等。
26.本实用新型所述液态金属可拉伸导体可以用市售的产品，也可以进行自制，所述液态金属可拉伸导体示例性的制备方法如下：
27.向19g己醇(纯度98％，购于中国麦克林)中添加1g聚乙烯吡咯烷酮(购于阿拉丁，数均分子量为1300000g/mol)，搅拌48h以获得质量分数为5％的聚乙烯吡咯烷酮溶液。将3g液态金属可拉伸导体(镓
‑
铟合金，ga:in＝4:1，购于 hawk，牌号为hk3284)加入到1ml的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，用超声波破碎仪，以20％的幅度(5s打开，5s关闭)进行超声处理20秒钟，以获得可以进行印刷的液态金属可拉伸导体。
28.示例性地，所述离型层包括硅胶膜和/或表面涂有硅油的塑料膜。
29.示例性地，所述弹性覆盖层的制备原料包括聚苯乙烯类弹性材料、聚烯烃类弹性材料或聚氨酯弹性材料中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制的组合包括：聚苯乙烯类弹性材料和聚烯烃类弹性材料的组合，聚烯烃类弹性材料和聚氨酯弹性材料的组合，聚苯乙烯类弹性材料、聚烯烃类弹性材料和聚氨酯弹性材料的组合等。
30.本实用新型所述弹性覆盖层的制备原料可以用市售的产品，也可以进行自制，所述弹性覆盖层的制备原料示例性的制备方法如下：
31.将30g苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯的嵌段共聚物(sbs，数均分子量140000 g/mol，购于sigma aldrich)添加到170g二(丙二醇)甲基醚乙酸酯或者丙二醇甲醚醋酸酯中(购于sigma aldrich)，并在90℃下磁力搅拌24小时以获得质量分数为15％的sbs溶液。
32.示例性地，所述压敏胶层的制备原料包括压敏胶水。
33.相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
34.(1)本实用新型所述电子纹身创造性地将离型层引入电子纹身中，所述离型层在电子纹身转移到皮肤前起到支撑和保护纹身的作用，当电子纹身转移到皮肤后，离型层可以轻松与电子纹身分离，且电子纹身不会粘在离型层上。尤其是在电子纹身十分薄的情况下，若没有合适的支撑保护层，电子纹身要么会由于静电或者其他的作用皱缩成一团，难以展开，要么会粘在支撑保护膜上，损坏电子纹身；
35.(2)本实用新型所述电子纹身中，压敏胶层可以直接通过压力就与皮肤粘结，瞬间起作用，相较于电子纹身领域中的常规方法，比如引入外部的支撑(加上腕带固定或贴上胶带固定)，更易操作，还能嵌入皮肤的各种纹理中，与皮肤接触紧密，具有优良的保形性，充分发挥电子纹身的作用；
36.(3)本实用新型所述电子转移纹身中应变传感器的电阻在0
‑
150％应变范围内电
阻的变化率在0
‑
2范围内稳定变化，具有良好的保形性和使用稳定性。
附图说明
37.图1是实施例1所述电子纹身结构示意图；
38.图2是实施例1所述电子纹身中作为应变传感器的可拉伸导体层的电阻在 0
‑
800％应变范围内的变化图；
39.图3是实施例1所述电子纹身中作为应变传感器的可拉伸导体层的电阻在 0
‑
150％应变范围内的变化图；
40.图4是实施例1所述电子纹身中作为应变传感器的可拉伸导体层的电阻在 120秒内循环拉伸1000次(50％的应变)过程中变化图；
41.其中1
‑
离型层；2
‑
第一弹性覆盖层；3
‑
可拉伸导体层；4
‑
第二弹性覆盖层； 5
‑
压敏胶层。
具体实施方式
42.为便于理解本实用新型，本实用新型列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
43.实施例1
44.本实施例提供一种电子纹身，如图1所示，所述电子纹身包括依次层叠设置的离型层1(厚度为100微米)、第一弹性覆盖层2(厚度为15微米)、可拉伸导体层3(平均厚度为10微米)、第二弹性覆盖层4(厚度为15微米)和压敏胶层5(厚度为10微米)。
45.上述各层的材料分别为：
46.离型层：透明离型膜，购于华宏不干胶商行，牌号a4；
47.可拉伸导体层：镓
‑
铟合金，80wt％的ga，20wt％的in，购于hawk，牌号为hk3284；
48.第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层：苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯的嵌段共聚物，苯乙烯质量分数30％，数均分子量为140000g/mol，购于sigma aldrich；
49.压敏胶层：压敏胶水，购于东莞文鼎粘宝，牌号wd
‑
2000。
50.实施例2
51.本实施例提供一种电子纹身，所述电子纹身包括依次层叠设置的离型层(厚度为50微米)、第一弹性覆盖层(厚度为10微米)、第一可拉伸导体层(平均厚度为8微米)、第三弹性覆盖层(厚度为10微米)、第二可拉伸导体层(平均厚度为15微米)、第二弹性覆盖层(厚度为15微米)和压敏胶层(厚度为50 微米)。
52.上述各层的材料分别为：
53.离型层：购于华宏不干胶商行，牌号a4；
54.可拉伸导体层：镓锌合金，95wt％的ga，5wt％的zn，购于hawk，牌号为 hk3124；
55.第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层：乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯质量分数40％，购于sigma aldrich；
56.压敏胶层：压敏胶水，购于东莞文鼎粘宝，牌号803。
57.实施例3
58.本实施例提供一种电子纹身，所述电子纹身包括依次层叠设置的离型层(厚度为
500微米)、第一弹性覆盖层(厚度为15微米)、第一可拉伸导体层(平均厚度为10微米)、第三弹性覆盖层(厚度为15微米)、第二可拉伸导体层(平均厚度为10微米)、第四弹性覆盖层(厚度为15微米)、第三可拉伸导体层(平均厚度为10微米)、第二弹性覆盖层(厚度为15微米)和压敏胶层(厚度为10 微米)。
59.上述各层的材料分别为：
60.离型层：购于华宏不干胶商行，牌号a4；
61.可拉伸导体层：镓铟锡共熔合金，62wt％的ga，22wt％的in，16wt％的sn，购于alfa；
62.第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层：聚氨酯，购于德国巴斯夫，牌号c60a；
63.压敏胶层：压敏胶水，购于东莞文鼎粘宝，牌号803。
64.实施例4
65.本实施例与实施例1的区别在于第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层的厚度均为8微米。
66.实施例5
67.本实施例与实施例1的区别在于第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层的厚度均为50微米。
68.实施例6
69.本实施例与实施例1的区别在于第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层的厚度均为15微米。
70.实施例7
71.本实施例与实施例1的区别在于第一弹性覆盖层和第二弹性覆盖层的厚度均为30微米。
72.实施例8
73.本实施例与实施例1的区别在于可拉伸导体层的平均厚度为4微米。
74.实施例9
75.本实施例与实施例1的区别在于可拉伸导体层的平均厚度为30微米。
76.实施例10
77.本实施例与实施例1的区别在于可拉伸导体层的平均厚度为8微米。
78.实施例11
79.本实施例与实施例1的区别在于可拉伸导体层的平均厚度为15微米。
80.对比例1
81.本对比例与实施例1的区别在于用支撑保护层(聚对苯二甲酸乙二醇酯， pet，购于上海飞霞橡塑五金，厚度为100微米)替代离型层。
82.对比例2
83.本对比例与实施例1的区别在于用腕带替代压敏胶层。
84.性能测试
85.将实施例1
‑
11和对比例1
‑
2进行如下测试：
86.(1)拉伸性能：检测所述电子转移纹身中应变传感器的电阻在0
‑
800％或 0
‑
150％应变范围内电阻的变化率。
87.(2)循环拉伸性能：将所述电子纹身中作为应变传感器的可拉伸导体层的电阻在120秒内循环拉伸1000次(50％的应变)，观察其变化。
88.(3)保形性：将电子纹身贴覆于手背上进行观察。
89.上述测试结果如下：
90.对比例1的拉伸性能不如实施例1，证明将离型层被替换为常规支撑保护层后所得电子纹身性能变差，这与在电子纹身贴在皮肤表面后支撑保护层无法与弹性覆盖层分离有关。
91.对比例2的保形性不如实施例1，证明采用常规手段，例如加上腕带代替压敏胶层，所得电子纹身效果不好，原因在于这类方法无法使电子纹身与皮肤紧密接触，而且这种方式不具有保形性，影响电子纹身的使用效果。除此之外，可以预测的是采用普通胶水代替压敏胶水形成的胶层在使用时还需要借助加热、溶剂或长时间固化等手段才能将电子纹身与皮肤粘接，不易操作。因此，压敏胶层在电子纹身的实际应用中具有十分重要的作用，尤其是较薄的电子纹身。
92.实施例4
‑
5效果不如实施例1和实施例6
‑
7，实施例4中，弹性覆盖层的厚度为8微米，在电子纹身的拉伸过程中，由于弹性覆盖层太薄，密封性能差，液态金属会穿过弹性覆盖层，造成液态金属渗漏；实施例5中，弹性覆盖层的厚度大，液态金属虽然不再渗漏，但是导致电子纹身整体厚度太厚，整体厚度超过100微米，在贴到皮肤上后，失去了保形性，即无法嵌入到指纹和褶皱中去；实施例6
‑
7中弹性覆盖层的厚度分别为15微米和30微米，所得电子纹身既没有液态金属渗漏，还可以嵌入皮肤纹理，证明弹性覆盖层的厚度在15
‑
30微米的范围内所得电子纹身效果更好。
93.实施例8
‑
9效果不如实施例1和实施例10
‑
11，实施例8中可拉伸导体层厚度太薄，导致纹身的拉伸性能变差，当纹身拉伸应变达到500％时，其中的可拉伸导体即失去导电能力；实施例9中可拉伸导体的厚度太厚，导体弹性覆盖层难以密封可拉伸导体层，在拉伸当中会有液态金属的渗漏；实施例10
‑
11的可拉伸导体层的平均厚度分别为8微米和15微米，所得电子纹身在拉伸应变达到 800％时也未失去导电能力，且拉伸过程中没有液态金属的渗漏，证明可拉伸导体的厚度在8
‑
15微米的范围内所得电子纹身效果更好。
94.由图2可知，实施例1所述电子转移纹身中应变传感器的电阻在0
‑
800％应变范围内电阻的变化率在0
‑
25范围内，电子纹身中的电路依然可以导通，不影响电子纹身的正常工作。
95.由图3可知，实施例1所述电子转移纹身中应变传感器的电阻在0
‑
150％应变范围内电阻的变化率在0
‑
2范围内稳定变化，该变化具有规律，可根据得到的电阻变化率导出实时的应变值。
96.由图4可知，实施例1所述的电子纹身在120s的时间内循环拉伸(50％的应变)1000次的过程中，电子转移纹身中应变传感器的电阻变化率在0
‑
0.4范围内，即所述电子纹身稳定性良好。
97.综上所述，本实用新型所述电子纹身具有良好的保形性和使用稳定性，且能够紧贴于皮肤上。
98.申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细方法，但本实用新型并不局限于上述详细方法，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细方法才能实
施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。