本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种多层复合人工皮肤传感器的制备方法。
背景技术：
人工皮肤是一种用于治疗皮肤创伤的敷料，主要使用生物材料或者生物相容性好的合成材料制备而成。人工皮肤在医疗领域对烫伤、烧伤和皮肤破损缺失有良好的作用，在一些情况下甚至可以作为天然皮肤的替代物。目前研制成功并应用的人工皮肤主要起到了一定保护皮下组织的覆盖作用，提供了促进创面表皮细胞生长的复合材料支架，或者具有一些能够促进皮肤生长的缓释药物因子。这类人工皮肤具有良好的生物相容性、物理机械性能和医用性能，但是其生产复杂、成本高而且不具有天然皮肤的触感感受和信号传递功能。
人工皮肤传感器是在原有人工皮肤的基础上增加了外界刺激感知功能和电信号传递功能的膜状复合材料。这类传感器具有对外界环境的变化和刺激有一定的感知功能，如温度传感器可以感知皮肤温度的变化、触觉传感器可以感知外力作用下皮肤的形变。但目前人工皮肤传感器存在的普遍问题是物理机械性能未达到使用要求。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多层复合人工皮肤传感器的制备方法。本发明利用生物相容性好的蚕丝丝素蛋白和pdms分别制成底层膜和表层膜，以石墨烯-银纳米复合材料制成中间膜。丝素膜作为骨架促进创面表皮细胞生长，加入的药物和磺酸化的丝素具有良好的止血杀菌促进皮肤生长的作用。中间层由微米级片状石墨烯-银纳米复合材料构成，具有优异的导电性能和电化学敏感性，在外力的下可以改变电阻的大小，其中ag粒子具有良好的抑菌效果。且由于是微米级片状叠加而成，在一定范围内具有优异的强度和拉伸性能，克服了传统人工皮肤传感器存在的普遍问题。
本发明的具体技术方案为：一种多层复合人工皮肤传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)取石墨烯经研磨粉碎后，加入hi/hac溶液中进行冷冻干燥。
(2)将冷冻干燥后的样品放入甲苯中超声破碎，得到破碎的石墨烯海绵，并用去离子水离心洗涤。
(3)将石墨烯海绵在去离子水中分散，在超声的条件下逐滴滴加agno3溶液，反应后，通过加入naoh溶液来调节溶液的ph值至11-12，然后将混合液在油浴下反应。
(4)反应结束后，将混合液离心取沉淀物，接着用无水乙醇、去离子水分别离心洗涤，得到石墨烯-银纳米复合材料。
(5)对多层复合人工皮肤所用的衬底硅基进行防粘处理，将单晶硅片放置于蒸发皿中，加入三甲基氯硅烷液体，封闭蒸发皿，在其中蒸发8-12min后用作不粘层。
(6)丝素蛋白的制备。
(7)将丝素蛋白与抗菌止血促进伤口愈合药物、乙醇溶液混合配成丝素凝胶液，并超声震荡处理，利用旋涂法在硅片基底上形成丝素膜，干燥。
(8)将石墨烯-银纳米复合材料制成水分散液并超声分散，在丝素膜的基础上利用旋涂法成膜，作为导电的中间层，放入烘箱在40℃-80℃干燥。
(9)在上述膜的基础上利用旋涂法将pdms成膜，干燥后作为绝缘层，得到多层复合人工皮肤传感器。
本发明通过将石墨烯和ag离子制成微米级片状复合材料作为人工皮肤的中间层，将丝素蛋白和药物复合作为人工皮肤的基底膜，将pdms成膜干燥后作为人工皮肤的绝缘外层。与现有技术相比，该方法对环境污染小，制备方法简单。制成的人工皮肤传感器具有促进创伤愈合，外力响应和良好的物理机械性能。
作为优选，步骤(1)中，将石墨烯添加到hi/hac溶液进行分散后，石墨烯的浓度为0.1g/ml-0.5g/ml，hi/hac溶液中hi和hac的浓度均为0.1-1mol/l。
作为优选，步骤(2)中，超声的时间为1h-4h，离心洗涤的条件为3000-8000rpm下离心2-5次，每次离心2-5min。
作为优选，步骤(3)中，石墨烯海绵在去离子水中的浓度为0.1-1mol/l，agno3溶液的浓度为0.1-1mol/l，石墨烯海绵溶液与agno3溶液的体积用量比为0.5-2:1；naoh溶液的浓度为0.1mol/l，油浴温度为40℃-80℃，反应时间为20-50min。
ag纳米粒子的加入可以提高材料的抗菌性能和电化学敏感性，一举两得。
作为优选，步骤(4)中，离心洗涤的条件为3000-8000rpm下离心2-5次，每次离心2-5min。
作为优选，步骤(6)中，所述丝素蛋白经过脱胶、离子液体中酶解、透析、冷冻干燥制得。具体优选为：
a）称取4g桑蚕丝作为样品，用去离子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）将烘干的样品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，进行脱胶处理，共脱胶两次。
c）脱胶之后，将样品用去离子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的丝素纤维。
d）称取2g干燥的丝素纤维，以1:40的浴比浸入离子液体中，同时加入peg-碱性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中搅拌6h，得到丝素/离子液体溶液后，在80℃以上的油浴中保温至少30min，进行灭酶。
e）待丝素/离子液体溶液冷却至室温，加入无水乙醇，反复浸泡，会有丝素蛋白析出。将混合物进行真空抽滤，向滤出的丝素蛋白中加入去离子水，反复浸泡后过滤，再将溶液装入截留分子量7000-10000的透析袋中透析24h，得到纯净丝素蛋白溶液。
f）将得到的丝素蛋白溶液进行冷冻干燥，即可得到丝素蛋白粉末。
其中，peg-碱性蛋白酶的制备：称取碱性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氢二钾)0.16g，溶解在10ml去离子水中，40℃保温2h，然后在-20℃条件下冷冻4h，经冷冻干燥96h后，得到peg-碱性蛋白酶粉末，待用。
离子液体的制备：在250ml三口烧瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中搅拌回流3h，反应完毕后，采用旋转蒸发除去过量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黄色透明液体，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体，冷冻干燥24h后，解冻待用。
在丝素蛋白制备过程中，本发明利用peg1000对碱性蛋白酶进行修饰，利用peg对离子液体的亲和作用，不仅提高了酶的稳定性和反应活性，同时增加了酶在离子液体中的分散均匀性，有利于其对丝素蛋白的水解。本发明在脱胶过程中，加入c17h35coona作为缓冲剂，维持碱性环境，提高脱胶效率，同时减少对丝素纤维的伤害。本发明利用生物酶和离子液体的双重溶解作用，同时对丝素蛋白进行处理，提高了丝素蛋白的溶解度。本发明中，生物酶无毒无害、与环境友好，同时用量少，节约资源；特异性高，作用条件温和，对丝素蛋白的破坏小。而离子液体是“绿色溶剂”，环保无害，基团可设计，并且易于回收，可循环使用。
作为优选，步骤(7)中，超声震荡处理时间为15-25min，并利用冷冻干燥法成膜。
超声震荡可以促进丝素的分散，配合冷冻干燥压缩处理可以使成型的丝素膜成孔性良好，提高了丝素膜的透气性能。
作为优选，步骤(7)中，所述丝素膜需经过后处理，将丝素膜在so2的工作气体对表面进行磺酸化处理，处理压力为15-25pa，放电功率为25-35w，处理时间为3-8min。
磺酸基团具有优异的止血效果，对丝素膜磺酸化处理可以提到人工皮肤的医用性能。
作为优选，步骤(7)、(8)和(9)中，旋涂法的转速为300-800rpm，时间为30-90s，干燥温度为40℃-80℃。
作为优选，步骤(8)中，石墨烯-银纳米复合材料为微米级片状材料。
微米级片状材料在外力的拉伸剪切作用下，起到了模拟甲壳类生物外壳的缓冲作用，可以在较宽拉伸范围内具有回弹性和导电性。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
本发明利用生物相容性好的蚕丝丝素蛋白和pdms分别制成底层膜和表层膜，以石墨烯-银纳米复合材料制成中间膜。丝素膜作为骨架促进创面表皮细胞生长，加入的药物和磺酸化的丝素具有良好的止血杀菌促进皮肤生长的作用。中间层由微米级片状石墨烯-银纳米复合材料构成，具有优异的导电性能和电化学敏感性，在外力的下可以改变电阻的大小，其中ag粒子具有良好的抑菌效果。且由于是微米级片状叠加而成，在一定范围内具有优异的强度和拉伸性能，克服了传统人工皮肤传感器存在的普遍问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种多层复合人工皮肤传感器的制备方法，采用如下步骤：
(1)取5g石墨烯经过研磨粉碎后，加入100ml1mol/l的hi/hac（1:1）溶液中搅拌混匀后进行冷冻干燥。
(2)将冷冻干燥后的样品放入300ml甲苯中超声3h，得到破碎的石墨烯海绵，并用去离子水离心洗涤。其中，超声的时间为2.5h，离心洗涤的条件为5000rpm下离心4次，每次离心3min。
(3)把石墨烯海绵在去离子水中分散，配制成0.5mol/l的溶液，并取50ml分散液在超声的条件下逐滴滴加50ml的0.5mol/lagno3溶液，反应一段时间后，通过加入0.1mol/l的naoh溶液来调节溶液的ph值至10，然后将混合液在油浴温度为60℃的条件下反应30min。
(4)反应结束后，将混合液离心取沉淀物，接着用无水乙醇、去离子水分别离心洗涤，得到微米级片状的石墨烯-银纳米复合材料。其中，超声的时间为2.5h，离心洗涤的条件为5000rpm下离心4次，每次离心3min。
(5)对柔复合膜所用的衬底硅基进行防粘处理，将单晶硅片放置于蒸发皿中，加入少量的三甲基氯硅烷液体，封闭蒸发皿，在其中蒸发10min用来做不粘层。
(6)所述丝素蛋白的制备方法为：
a）称取4g桑蚕丝作为样品，用去离子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）将烘干的样品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，进行脱胶处理，共脱胶两次。
c）脱胶之后，将样品用去离子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的丝素纤维。
d）称取2g干燥的丝素纤维，以1:40的浴比浸入离子液体中，同时加入peg-碱性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中搅拌6h，得到丝素/离子液体溶液后，在80℃以上的油浴中保温至少30min，进行灭酶。
e）待丝素/离子液体溶液冷却至室温，加入无水乙醇，反复浸泡，会有丝素蛋白析出。将混合物进行真空抽滤，向滤出的丝素蛋白中加入去离子水，反复浸泡后过滤，再将溶液装入截留分子量8000的透析袋中透析24h，得到纯净丝素蛋白溶液。
f）将得到的丝素蛋白溶液进行冷冻干燥，即可得到丝素蛋白粉末。
其中，peg-碱性蛋白酶的制备：称取碱性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氢二钾)0.16g，溶解在10ml去离子水中，40℃保温2h，然后在-20℃条件下冷冻4h，经冷冻干燥96h后，得到peg-碱性蛋白酶粉末，待用。
离子液体的制备：在250ml三口烧瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中搅拌回流3h，反应完毕后，采用旋转蒸发除去过量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黄色透明液体，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体，冷冻干燥24h后，解冻待用。
(7)将丝素蛋白与抗菌止血促进伤口愈合药物配制成乙醇溶液并超声震荡处理20min，利用旋涂法在硅片基底上成膜，冷冻干燥后在1mpa气压下处理10min，之后将丝素膜在so2的工作气体对表面进行磺酸化处理，处理压力为20pa，放电功率为30w，处理时间为5min。
(8)将石墨烯-银纳米复合材料制成水分散液并超声分散，在丝素膜的基础上利用旋涂法成膜，作为导电的中间层，放入烘箱在80℃干燥。
(9)在之前膜的基础上利用旋涂法将pdms成膜，干燥后作为绝缘层，得到多层复合人工皮肤传感器。在步骤（7）-（9）中，旋涂法的转速为500rpm，时间为60s，干燥温度为60℃。
实施例2
(1)取5g石墨烯经过研磨粉碎后，加入50ml1mol/l的hi/hac（1:1）溶液中搅拌混匀后进行冷冻干燥。
(2)将冷冻干燥后的样品放入500ml甲苯中超声5h，将沉淀产物加入到去离子水洗涤3次。其中，超声的时间为1h，离心洗涤的条件为8000rpm下离心5次，每次离心2min。
(3)把石墨烯海绵配制成0.5mol/l水溶液，并取50ml分散液在超声的条件下逐滴滴加100ml的0.5mol/lagno3溶液，反应一段时间后，通过加入0.1mol/l的碱性溶液来调节溶液的ph值至10，然后将混合液在油浴温度为80℃的条件下反应20min。
(4)反应结束后，将混合液离心取沉淀物，接着用无水乙醇、去离子水分别离心洗涤3次，得到微米级片状的石墨烯-银纳米复合材料。其中，超声的时间为1h，离心洗涤的条件为8000rpm下离心5次，每次离心2min。
(5)对柔复合膜所用的衬底硅基进行防粘处理，将单晶硅片放置于蒸发皿中，加入少量的三甲基氯硅烷液体，封闭蒸发皿，在其中蒸发10min用来做不粘层。
(6)所述丝素蛋白的制备方法为：
a）称取4g桑蚕丝作为样品，用去离子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）将烘干的样品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，进行脱胶处理，共脱胶两次。
c）脱胶之后，将样品用去离子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的丝素纤维。
d）称取2g干燥的丝素纤维，以1:40的浴比浸入离子液体中，同时加入peg-碱性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中搅拌6h，得到丝素/离子液体溶液后，在80℃以上的油浴中保温至少30min，进行灭酶。
e）待丝素/离子液体溶液冷却至室温，加入无水乙醇，反复浸泡，会有丝素蛋白析出。将混合物进行真空抽滤，向滤出的丝素蛋白中加入去离子水，反复浸泡后过滤，再将溶液装入截留分子量7000的透析袋中透析24h，得到纯净丝素蛋白溶液。
f）将得到的丝素蛋白溶液进行冷冻干燥，即可得到丝素蛋白粉末。
其中，peg-碱性蛋白酶的制备：称取碱性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氢二钾)0.16g，溶解在10ml去离子水中，40℃保温2h，然后在-20℃条件下冷冻4h，经冷冻干燥96h后，得到peg-碱性蛋白酶粉末，待用。
离子液体的制备：在250ml三口烧瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中搅拌回流3h，反应完毕后，采用旋转蒸发除去过量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黄色透明液体，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体，冷冻干燥24h后，解冻待用。
(7)将丝素蛋白与抗菌止血促进伤口愈合药物配制成乙醇溶液并超声震荡处理15min，利用旋涂法在硅片基底上成膜，冷冻干燥后在1mpa气压下处理30min。将丝素膜在so2的工作气体对表面进行磺酸化处理，处理压力为20pa，放电功率为25w，处理时间为6min。
(8)将石墨烯-银纳米复合材料制成水分散液并超声分散，在丝素膜的基础上利用旋涂法成膜，作为导电的中间层，放入烘箱在60℃干燥。
(9)在之前膜的基础上利用旋涂法将pdms成膜，干燥后作为绝缘层，得到多层复合人工皮肤传感器。在步骤（7）-（9）中，旋涂法的转速为300rpm，时间为90s，干燥温度为40℃。
实施例3
(1)取5g石墨烯经过研磨粉碎后，加入75ml1mol/l的hi/hac（1:1）溶液中搅拌混匀后进行冷冻干燥。
(2)将冷冻干燥后的样品放入300ml甲苯中超声5h，离心后取沉淀用去离子水离心洗涤。其中，超声的时间为4h，离心洗涤的条件为3000rpm下离心2次，每次离心5min。
(3)把石墨烯海绵在去离子水中分散，配制成0.5mol/l的溶液，并取100ml分散液在超声的条件下逐滴滴加50ml的0.5mol/lagno3溶液，反应一段时间后，通过加入0.1mol/l的naoh溶液来调节溶液的ph值至10.7，然后将混合液在油浴温度为60℃的条件下反应30min。
(4)反应结束后，将混合液离心取沉淀物，接着用无水乙醇、去离子水分别离心洗涤，得到微米级片状的石墨烯-银纳米复合材料。其中，超声的时间为4h，离心洗涤的条件为3000rpm下离心2次，每次离心5min。
(5)对柔复合膜所用的衬底硅基进行防粘处理，将单晶硅片放置于蒸发皿中，加入少量的三甲基氯硅烷液体，封闭蒸发皿，在其中蒸发10min用来做不粘层。
(6)所述丝素蛋白的制备方法为：
a）称取4g桑蚕丝作为样品，用去离子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）将烘干的样品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，进行脱胶处理，共脱胶两次。
c）脱胶之后，将样品用去离子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的丝素纤维。
d）称取2g干燥的丝素纤维，以1:40的浴比浸入离子液体中，同时加入peg-碱性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中搅拌6h，得到丝素/离子液体溶液后，在80℃以上的油浴中保温至少30min，进行灭酶。
e）待丝素/离子液体溶液冷却至室温，加入无水乙醇，反复浸泡，会有丝素蛋白析出。将混合物进行真空抽滤，向滤出的丝素蛋白中加入去离子水，反复浸泡后过滤，再将溶液装入截留分子量10000的透析袋中透析24h，得到纯净丝素蛋白溶液。
f）将得到的丝素蛋白溶液进行冷冻干燥，即可得到丝素蛋白粉末。
其中，peg-碱性蛋白酶的制备：称取碱性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氢二钾)0.16g，溶解在10ml去离子水中，40℃保温2h，然后在-20℃条件下冷冻4h，经冷冻干燥96h后，得到peg-碱性蛋白酶粉末，待用。
离子液体的制备：在250ml三口烧瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中搅拌回流3h，反应完毕后，采用旋转蒸发除去过量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黄色透明液体，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体，冷冻干燥24h后，解冻待用。
(7)将丝素蛋白与抗菌止血促进伤口愈合药物配制成乙醇溶液并超声震荡处理25min，利用旋涂法在硅片基底上成膜，冷冻干燥后在1mpa气压下处理20min，接着将丝素膜在so2的工作气体对表面进行磺酸化处理，处理压力为20pa，放电功率为35w，处理时间为5min。
(8)将石墨烯-银纳米复合材料制成水分散液并超声分散，在丝素膜的基础上利用旋涂法成膜，作为导电的中间层，放入烘箱在70℃干燥。
(9)在之前膜的基础上利用旋涂法将pdms成膜，干燥后作为绝缘层，得到多层复合人工皮肤传感器。在步骤（7）-（9）中，旋涂法的转速为800rpm，时间为30s，干燥温度为80℃。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。