封装结构及封装方法

摘要

本发明涉及封装领域，公开了一种封装结构及封装方法。其中所述封装结构由高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成。采用高分子层和无机薄膜层交互组成封装结构，增强了封装结构的防水性，使得封装后的设备能够很好地适应潮湿甚至恶劣环境。

权利要求

1.一种封装结构，其特征在于，所述封装结构用于封装摩擦纳米发电机，该封装结构包括由高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成，所述封装结构的最内层的内部形成有空腔，所述空腔用于支持所述摩擦纳米发电机的器件的变形工作，并且，所述封装结构的所述最内层为其它封装层提供支撑作用；

所述高分子层和无机薄膜层间隔堆叠的结构由内向外包括：最内第一层为高分子薄膜层、第二层为高分子层、第三层为无机薄膜层、第四层为高分子层、第五层为高分子层，其中，第一层高分子层采用薄膜并在四周边合为一体形成融合边，第二层高分子层在所述第一层高分子层上旋涂而形成；所述无机物薄膜层沉积在所述第二层高分子层上，第四层高分子层在所述无机薄膜层上旋涂形成。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述高分子层由具有生物相容性的材料构成。

3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述高分子层的材料为下列材料中的一种或多种：聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚对二甲苯、硅橡胶、聚乳酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、壳聚糖、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、纤维素、甲壳素以及壳聚糖。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述无机薄膜层的材料为金属、合金或者金属氧化物。

5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述无机薄膜层的材料为以下中的一种或多种：金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、锡、上述任意一种金属的合金或上述任意一种金属的氧化物。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构的厚度范围是0.5mm至3mm。

7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构的厚度为1.5mm。

8.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的封装结构，其特征在于，所述高分子层中的每一层高分子层的厚度范围是10μm至500μm。

9.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的封装结构，其特征在于，每一层所述无机薄膜层的厚度范围是20nm至1μm。

10.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构的最外层由具有生物相容性和疏水性的材料构成。

11.一种封装方法，其特征在于，所述方法包括使用高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成用于封装摩擦纳米发电机的封装结构，所述封装结构的最内层的内部形成有空腔，所述空腔用于支持所述摩擦纳米发电机的器件的变形工作，并且，所述封装结构的所述最内层为其它封装层提供支撑作用，其中所述最内层采用高分子薄膜；

所述高分子层和无机薄膜层间隔堆叠的结构由内向外包括：最内第一层为高分子薄膜层、第二层为高分子层、第三层为无机薄膜层、第四层为高分子层、第五层高分子层，其中，第一层高分子层采用薄膜并在四周边合为一体形成融合边，在所述第一层高分子层上旋涂而形成第二层高分子层；所述第二层高分子层上沉积所述无机物薄膜层，在所述无机薄膜层上旋涂形成第四层高分子层。

说明书

封装结构及封装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及柔性封装领域，具体地，涉及一种柔性的封装结构及封装方法。

背景技术

[0002] 摩擦纳米发电机具有高效率、低成本、质量轻及易加工的特点，是一种很有前景的用来收集机械能转化为电能的器件。

[0003] 摩擦电纳米发电机还可以植入到体内收集心跳、呼吸等产生机械能，并将该机械能转化为电能以作为永久电源来驱动有源植入式医疗器械，例如心脏起搏器、脑起搏器等。然而，植入体内的摩擦纳米发电机的输出性能很大程度上受体内湿度等因素的影响，体内的潮湿环境会严重影响植入体内的摩擦纳米发电机的稳定工作。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种封装结构及封装方法，其使得由该封装结构或该封装方法所封装的设备能够不受潮湿环境甚至恶劣环境的影响而依然稳定工作。

[0005] 为了实现上述目的，本发明实施例提供一种封装结构，该封装结构由高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成。

[0006] 可选地，所述高分子层由具有生物相容性的材料构成。

[0007] 可选地，所述高分子层的材料为下列材料中的一种：聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚对二甲苯、硅橡胶、聚乳酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、壳聚糖、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、纤维素、甲壳素以及壳聚糖。

[0008] 可选地，所述无机薄膜层材料为以下中的一种：金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、硒、上述任意一种金属的合金或上述任意一种金属的氧化物。

[0009] 可选地，所述封装结构的厚度范围是0.5mm至3mm，优选为1.5mm。

[0010] 可选地，所述高分子层中的每一层高分子层的厚度范围是10μm至500μm。

[0011] 可选地，所述无机薄膜层中的每一层无机薄膜层的厚度范围是20nm至1μm。

[0012] 可选地，所述封装结构的层数范围是3层至10层，优选为5层。

[0013] 可选地，所述封装结构的最内层的内部形成有空腔。

[0014] 可选地，所述封装结构的最外层由具有生物相容性和疏水性的材料构成。

[0015] 可选地，所述封装结构的层数为5层，其中，该5层从内至外依次为高分子层、高分子层、无机薄膜层、高分子层、高分子层。

[0016] 相应地，本发明还提供一种封装方法，所述方法包括使用高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成封装结构。

[0017] 可选地，所述封装结构的最内层的内部形成有空腔。

[0018] 可选地，所述封装结构的层数为5层，所述方法包括：采用高分子薄膜构成所述5层中的第一层，该第一层为所述封装结构的最内层；使用第一高分子材料在所述第一层上旋涂以形成第二层；将金属材料沉积在所述第二层上以形成第三层；使用第二高分子材料在所述第三层上旋涂以形成第四层；以及将第三高分子材料封装在所述第四层上以形成第五层。

[0019] 通过上述技术方案，采用高分子层和无机薄膜层交互组成封装结构增强了封装结构的防水性，使得封装后的设备能够很好地适应潮湿环境甚至恶劣环境。

[0020] 本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

[0021] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0022] 图1示出了一实施例中的封装结构的侧视图；

[0023] 图2至图7示出了将本发明实施例所提供的封装结构用于摩擦纳米发电机的不同验证结果。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0025] 根据本发明的一实施例提供一种封装结构，该封装结构可以由高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成。其中，高分子层可以是一层或多层高分子层，无机薄膜层可以是一层或多层无机薄膜层，也就是说，本发明实施例所提供的封装结构可以由一层或多层高分子层和一层或多层无机薄膜层交互形成。

[0026] 本发明实施例提供的封装结构可以用于多种设备，尤其可用于在潮湿环境工作的设备，例如，可用于植入体内的一些设备。

[0027] 优选地，本发明实施例提供的封装结构可用于摩擦纳米发电机，尤其是植入式摩擦纳米发电机。其中，所述摩擦纳米发电机可以公知的任意一种摩擦纳米发电机，例如，可以是接触分离式摩擦纳米发电机、单电极摩擦纳米发电机、滑动式摩擦纳米发电机、或自由摩擦层摩擦纳米发电机中的任意一种，优选地，本发明的实施例更适用于接触分离式摩擦纳米发电机。

[0028] 例如，以层数为4的封装结构为例，由高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成封装结构是指，在该四层封装结构中可以具有两层高分子层及两层无机薄膜层，或者可以具有一层无机薄膜层及三层高分子层，这里，层数为4仅用于举例而并非用于限制本发明实施例。在本发明实施例中通过采用无机薄膜层和高分子层交互而组成封装结构，使得封装结构的防水性能被有效提高。

[0029] 可选地，高分子层可以由具有生物相容性的材料构成，优选可以由生物相容性非常好的人工合成的或者是天然的高分子材料构成，以使得封装结构能够与体内的生物环境相容。

[0030] 所述高分子层的材料可选地可以为下列材料的一种：聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚对二甲苯、硅橡胶、聚乳酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、壳聚糖、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、纤维素、甲壳素、壳聚糖等。

[0031] 可选地，构成所述无机薄膜层的材料可以为金属、合金或者金属氧化物，例如可以以下材料中的任意一种或者多种：金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、锡等材料，以及上述任意一种金属的合金或金属氧化物，其中金属氧化物例如可以是氧化铝，由该氧化铝形成薄膜以构成所述无机薄膜层。

[0032] 可选地，以摩擦纳米发电机为例，对摩擦纳米发电机完成封装后，从性能角度出发，该封装后的整体结构的长度范围可选地可以是2cm至10cm，优选可以为6cm。封装结构的宽度范围可选地可以是0.5cm至5cm，优选可以为4cm，同样该封装后的整体结构的长度和宽度范围同样满足人体工程学，进而可以使得封装后的摩擦纳米发电机在被植入到人体后能够更好地适应人体环境。

[0033] 所述封装结构的层数范围可以是3层至10层，优选可以为5层。该封装结构的厚度范围可以是0.5mm至3mm，优选可以为1.5mm。

[0034] 可选地，所述封装结构中最内一层封装层的内部可以形成有空腔，封装结构整体为柔性，可以根据需要发生形变，以使得封装在封装结构内的设备(例如，摩擦纳米发电机)能够正常工作，并且该可以支持摩擦纳米发电机的器件的变形工作，这里，最内一层是指封装结构中最靠近所封装的设备的一层，以摩擦纳米发电机为例，该最内一层就是指封装结构中最靠近摩擦纳米发电机的一层。

[0035] 此外，封装结构中的每一层都可以在四周边合为一体形成融合边以完全封装所述摩擦纳米发电机。

[0036] 进一步地，所述封装结构中每一层高分子层的厚度范围可选地可以是10μm至500μm，但是本发明实施例并不限制于此，高分子层的厚度可以根据具体封装过程中的实际情况而定。

[0037] 进一步地，所述封装结构中每一层无机薄膜层中的厚度范围可选地可以是20nm至1μm，但是本发明实施例并不限制于此，无机薄膜层的厚度可以根据具体封装过程中的实际情况而定。

[0038] 以下以封装结构数为5层为例来具体阐述本发明。

[0039] 图1示出了一实施例中的封装结构的侧视图。图1所示的封装结构优选可用于摩擦纳米发电机，尤其是接触分离式摩擦纳米发电机。如图1所示，摩擦纳米发电机6的两根导线71和72可以穿出封装结构以输出摩擦纳米发电机6所产生的电能。封装结构的每一层都在四周边合为一体以形成融合边，进而保证完全封装所述摩擦纳米发电机。

[0040] 进一步地，通过参考图1来详细描述对摩擦纳米发电机6执行封装的过程。

[0041] 封装的第一层5可以是高分子层。可选地，可以采用高分子薄膜来封装第一层5，在该第一层5内优选可以形成有空腔，该第一层5在四周边合为一体形成融合边。优选地，可以采用聚四氟乙烯来形成所述高分子薄膜。第一层5可以为后续封装层提供支撑作用。

[0042] 封装的第二层4可以是高分子层。可选地，该封装的第二层4可以通过采用高分子材料对第一层5进行旋涂而形成，以使第二层4紧贴封装的第一层5。封装第二层4所采用的高分子材料优选地可以是聚二甲基硅氧烷，在进行旋涂后，将温度控制在40至80摄氏度，则在1至2小时内该旋涂的第二层4可以干燥。该封装的第二层4还可以提高使用金属或者金属氧化物封装的第三层的表面粘附性。

[0043] 封装的第三层3可以是无机薄膜层。该封装的第三层3可以通过将金属、合金或者金属氧化物沉积在第二层4上而形成。优选地，可以选用氧化铝来进行沉积，并且优选地，可以采用原子层沉积方法来沉积氧化铝。采用无机薄膜层作为第三层可以填补聚二甲基硅氧烷等高分子材料的链段之间的间隙，将大大增强封装后的摩擦纳米发电机的防水性和抗腐蚀性能。

[0044] 封装的第四层2可以是高分子层。可选地，该封装的第四层2可以继续通过采用高分子材料对第三层3进行旋涂而形成，以使其紧贴该第四层2下面的通过金属、合金或者金属氧化物沉积而形成的第三层3，进而可以进一步牢固整体的封装结构。

[0045] 封装的第五层1可以是高分子层。在将封装的摩擦纳米发电机用于人体时，该第五层作为最外面一层将直接与体内组织进行接触，因而封装该第五层1时可以采用生物相容性较好并且具有疏水性能的高分子材料。优选地，可以采用聚对二甲苯。

[0046] 以上通过举例的方式对摩擦纳米发电机6执行封装的过程进行了详细描述，但是应当理解，本发明实施例并不限制于此，封装结构还可以包括更多层的无机薄膜层和高分子层，例如，在图1所述的第五层1和第四层2之间可以再增加有类似于第四层2和第三层3的层。

[0047] 本发明实施例提供的封装结构来对摩擦纳米发电机进行封装，可以使得摩擦纳米发电机能够在潮湿环境下稳定工作，尤其有益于用于植入体内的摩擦纳米发电机。

[0048] 图2至图7示出了将本发明实施例所提供的封装结构用于摩擦纳米发电机的不同验证结果。

[0049] 图2示出了封装后的摩擦纳米发电机在工作数百万次后的输出性能，从图2中可以看出，封装后的摩擦纳米发电机在循环工作500万次后依然能够保持很好的输出稳定性。该表面封装结构不仅具有很好的柔性，而且可以耐久使用。

[0050] 图3示出了将封装后的摩擦纳米发电机浸泡在不同pH浓度下时的输出性能，从图3中可以看出，在不同pH浓度下持续浸泡30天后，封装后的摩擦纳米发电机仍旧具有很好的输出稳定性，这表明，使用本发明实施例所提供的封装结构对摩擦纳米发电机进行封装后可以使得摩擦纳米发电机能够在恶劣的工作环境(包括强酸和强碱的环境)下稳定输出。

[0051] 图4示出了将封装后的摩擦纳米发电机浸泡在不同离子浓度下时的输出性能，这里采用磷酸盐缓冲液(PBS)来进行验证，其中1倍的PBS(1×PBS)可以看作是与人体体内的离子浓度等效，0.1×PBS表示低离子浓度，10×PBS表示高离子浓度。从图4中可以看出，在不同离子浓度下持续浸泡30天后，封装后的摩擦纳米发电机仍旧具有很好的输出稳定性，这表明，使用本发明实施例所提供的封装结构对摩擦纳米发电机进行封装后可以适应具有不同离子强度的溶液环境。因此，将封装后的摩擦纳米发电机植入到人体内是完全没有任何问题。

[0052] 图5示出了封装后的摩擦纳米发电机在不同温度的条件下的输出性能。图5示出在从20℃到50℃的不同温度下放置1至4天后，封装后的摩擦纳米发电机具有几乎不变的很好的输出稳定性。这表明，使用本发明实施例所提供的封装结构对摩擦纳米发电机能够耐受一定的高温，在温度达到50℃时依然可以保持稳定的输出，50℃远大于人体内温度，这进一步说明将封装后的摩擦纳米发电机植入到人体内是完全没有任何问题。

[0053] 图6示出了封装后的摩擦纳米发电机的生物相容性。验证封装材料生物相容性使用的细胞为小鼠成纤维细胞。其中，图6(b)示出了细胞在培养皿上的培养情况，其中图6(b)的第一列是指采用DAPI对培养皿上的细胞的细胞核进行染色后的图片，图片中被染为蓝色的点是染色后的细胞核，图6(b)的第二列是指采用鬼笔环肽染对培养皿上的细胞的细胞骨架进行染色后的图片，图片中红色的斑块为染色后的细胞骨架，图6(b)的第三列是指将图6(b)的第一列和第二列组合在一起而形成的完整的细胞荧光图片。图6(c)示出了细胞在本发明实施例所提供的封装结构上的培养情况，其中图6(c)的第一列是指采用DAPI对封装结构上的细胞的细胞核进行染色后的图片，图片中被染为蓝色的点是染色后的细胞核，图6(c)的第二列是指采用鬼笔环肽染对封装结构上的细胞的细胞骨架进行染色后的图片，图片中红色的斑块为染色后的细胞骨架，图6(c)的第三列是指将图6(c)的第一列和第二列组合在一起而形成的完整的细胞荧光图片。此外，图6(b)和图6(c)中各个图片的右下角的白色的横线是针对图片的100微米的标尺。图6(a)示出了细胞分别培养在培养皿和封装材料上的MTT相对值。从图6(a)中可以看出，本发明实施例所提供的封装结构上培养出的细胞与正常培养皿上培养出的细胞的MTT相对值基本相当。通过对细胞核与细胞骨架进行染色，可以得知封装结构上培养的细胞形态与正长培养皿上培养的细胞形态基本相当，生长状态良好。这表明，封装后的摩擦纳米发电机具有良好的生物相容性。

[0054] 图7对封装机构的最外一层的疏水性进行了验证。通过使用接触角测量设备，将一滴水珠滴最外一层材料上，测量该水珠与该最外一层的接触角，接触角越大说明该最外一层的疏水性能越好。图7示出了所测量的接触较为111.47°，说明所测量的封装结构的最外一层的疏水性能很好。

[0055] 此外，相应地，本发明实施例还提供一种封装方法，所述方法可以包括使用高分子层和无机薄膜层间隔堆叠而形成封装结构。可选地，所述封装结构的层数范围可以是3层至10层，优选可以为5层。可选地，封装结构中最内层的内部可以形成有空腔以便于封装在封装结构内的设备(例如，摩擦纳米发电机)能够正常工作。

[0056] 无机薄膜层(无机薄膜层)在高分子层上的堆叠，具体为，无机薄膜层采用沉积的方法制备在由旋涂形成的所述高分子层上。这样可以提高无机薄膜层与高分子层之间的粘附性。

[0057] 可选地，所述封装结构的层数为5层，封装方法可以包括：采用高分子薄膜构成所述5层中的第一层，该第一层为所述封装结构的最内层；使用第一高分子材料在所述第一层上旋涂以形成第二层；将金属材料沉积在所述第二层上以形成第三层；使用第二高分子材料在所述第三层上旋涂以形成第四层；以及将第三高分子材料封装在所述第四层上以形成第五层。

[0058] 本发明实施例提供的封装方法的具体封装原理及益处与上述封装结构的封装原理及益处相似，这里将不再赘述。

[0059] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

[0060] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

[0061] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。