用于自適應熱療法的智能熱貼片的制作方法

本申請要求于2014年4月28日提交的序列號為61/984,918、名稱為“用于自適應療法的智能熱貼片(SMART THERMAL PATCH FOR ADAPTIVE THERMOTHERAPY)”的共同待審的美國臨時專利申請的優先權，所述申請的全部內容通過引用結合在本文中。

背景技術：

在美國，有5000萬人患有關節炎，這其中包括30萬兒童。他們一般采用熱療法進行治療。市售的化學止痛貼根據疼痛位置而具有不同的尺寸，其加熱范圍有限，不可重復使用，并且有效時間短，總使用壽命較短，易于產生副作用(皮膚刺激，過敏)，并且不適合兒童。還可以使用激光加熱；然而在世界上的貧困地區，這些方法不僅昂貴，而且大多難以實現。

技術實現要素：

用于熱療法的網絡集成的柔性可拉伸電子產品可提供負擔得起的先進醫療保健，例如，用于關節炎、扭傷拉傷引起的疼痛、癌細胞破壞等。為此，我們提供一種智能熱貼片。在一個實施例中，所述貼片可以是可拉伸的非聚合導電薄膜柔性并且無創的身體結合型貼片。所述貼片可包括用于熱加熱的導電材料。所述貼片可為與皮膚輪廓結合的空間可調的移動熱貼片。由于低成本互補金屬氧化物半導體(CMOS)的兼容性集成，所述貼片可包括無線可控性、自適應性(例如根據身體位置的溫度調節熱量)、可重復使用性和/或經濟可承受性。可包括光刻圖案化機械設計，以吸收導電薄膜的變形應變，同時保持高傳導性。所述貼片可拉伸并收縮回至其初始形狀，使得其作為在幾何形狀和空間上可調的熱貼片在各個疼痛位置上使用。可以包括網絡和電池集成，使得其成為一個完全自主移動的低成本(例如1至2美元)智能電子系統，其使用智能手機或移動小工具進行精確的溫度控制。

在一個實施例中，提供一種熱貼片，其包含：一個加熱墊陣列；和多個可拉伸導體，其將所述加熱墊陣列中的每一個與相鄰的加熱墊相互連接。在任何一個或多個方面，所述加熱墊陣列可相互連接在多個接觸墊之間。所述多個接觸墊可通過可拉伸導體連接至相鄰的加熱墊上。所述熱貼片可包括或連接至一個電池。所述熱貼片可包括或連接至一個柔性微控制器。所述熱貼片可包括或連接至一個無線收發器，所述無線收發器被配置為與移動計算設備進行通信。所述無線收發器可為藍牙收發器。所述移動計算設備可為智能手機。

在一個實施例中，提供一種方法，其包含：(a)在聚合物層上形成掩膜，所述掩膜限定熱貼片；(b)蝕刻所述聚合物層；(c)沉積導電材料以形成熱貼片的可拉伸導體；以及(d)氣相蝕刻以分離所述熱貼片。在任何一個或多個方面，所述掩膜可為鋁掩膜。所述聚合物層可為聚酰亞胺(PI)層。所述導電材料可為一種金屬，優選銅、鎳、鉻、錫、銀、鉑或一種金屬合金。所述方法可包括濕蝕刻以在沉積所述導電材料之前去除所述掩膜。所述方法可包括沉積用于沉積所述導電材料的籽層。所述氣相蝕刻可為XeF₂氣相蝕刻。在各個實施例的任何一個或多個中，所述一個或多個導體可具有側向彈簧設計。所述導體的設計可以使它們表現出超彈性，使得所述導體在所施加的應力下拉伸，并且當應力釋放時恢復至其通常未拉伸的形狀。

參照以下附圖和詳細說明,本公開的其它系統、方法、特征和優點對于本領域技術人員來說將是顯而易見的或變得顯而易見。所有這些其他的系統、方法、特征以及優點旨在包括于本說明書中，在本公開的范圍內，且受到所附的權利要求書的保護。

附圖說明

參照以下附圖，能更好地理解本公開的許多方面。附圖中的組件不必按照比例繪制，其重點在于清楚地解釋本公開的原理。而且，在附圖中，相同的參考數字在所有視圖中表示相同的部件。

圖1是根據本公開的各個實施例的熱貼片實例的圖示。

圖2是根據本公開的各個實施例的圖1熱貼片的制造實例的圖示。

圖3包括根據本公開的各個實施例的圖1熱貼片實例的圖像。

圖4A和5A是根據本公開的各個實施例的圖1熱貼片的彈簧伸長率與施加力的對比曲線圖實例。

圖4B和5B包括根據本公開的各個實施的圖4A和5A的彈簧伸長率圖像。

圖6A至6B和7A至7B是根據本公開的各個實施例的圖1熱貼片的溫度和功率與所施加電壓的對比曲線圖實例。

圖6C和7C是根據本公開的各個實施例的對應不同施加電壓的圖1熱貼片的溫度曲線圖實例。

圖8A至8C是根據本公開的各個實施例的各種施加電壓的熱貼片100的溫度的溫度變化曲線圖的實例。

圖9A和9B是使用根據本公開的各個實施例的智能電話無線控制熱貼片的圖像。

圖9C是根據本公開的各個實施例的圖1熱貼片隨溫度變化的電阻變化曲線圖實例。

圖9D是根據本公開的各個實施例的具有柔性控制器和電池的圖1熱貼片的實例圖像。

具體實施方式

本文公開了用于自適應熱療法的智能熱貼片相關的各種實例。現在將詳細參考附圖中示出的實施例的描述，其中相同的參考數字表示所有視圖中相同的部件。

作為化學止痛貼和激光加熱的有效替代方案，可以使用無線可控加熱器在皮膚上的特定點上或熱療法施加熱量。熱療法的使用已經證明其可用于治療各種嚴重疾病，如關節炎、癌癥等。由于其天然剛性和有限的拉伸性，基于薄膜的熱加熱器在人體上的使用受到限制。電子產品中使用的多數材料系統本身并非可拉伸的。特別地，銅線通常用于現有技術中電子產品的互連。由于銅具有20至25％的屈服應變，因此在可拉伸的電子產品中使用銅進行互連受到限制。與大形變的兼容性可以由網絡集成的柔性可拉伸電子器件提供，其在施加大應力(>100％)時保持其電氣特性和熱特性。

在一個實施例中，所述貼片可以是可拉伸的非聚合導電薄膜柔性并且無創的身體結合型移動熱加熱器，其具有無線控制能力并可以用于提供自適應熱療法。所述貼片在各個疼痛位置上可以是在幾何形狀和空間上可調的。自適應性使得熱量可根據治療部分的溫度進行調節。

在一個或多個方面，所述導電薄膜可為金屬薄膜。例如，集成了兼容的低成本互補金屬氧化物半導體(CMOS)有利于裝置的可重復使用性和經濟可承受性。與之前的關于可拉伸電子產品(其將多數包括1D納米線或2D石墨烯的聚合物或復合材料系統用作可拉伸互連、電極、集成電路、發光二極管、超級電容器、人造皮膚及其他)的說明相比，智能熱設計使得通過使用設計特征在不影響其低電阻的情況下吸收薄膜中的變形應力，薄膜可以繼續用作大小可調的熱加熱器。在一個方面，金屬薄膜可以是銅(Cu)基薄膜。

根據疼痛位置和空間要求，所述空間可調的移動熱加熱器可延伸以滿足用戶需求并收縮回其初始形狀。膜的金屬特性使得其具有更長的使用壽命并可以重復使用。此外，網絡技術(諸如先進的藍牙技術)和電池集成使其成為一個自主移動的智能電子系統，其通過使用智能手機或其他移動界面設備進行精確的溫度控制。光刻圖案化機械設計吸收銅(或其他類型的金屬)和導電薄膜中的變形應力，同時保持其高導電性，使得裝置被拉伸并收縮回其初始形狀。在幾何形狀和空間上可調的熱貼片可以與各個疼痛位置處的皮膚輪廓無創地貼合。具有拉伸性能的柔性智能熱電子系統的可用性使得全球人群(包括患有關節炎或其他更復雜的惡性腫瘤細胞破壞的患者，和忍受身體和/或肌肉疼痛、扭傷和拉傷的個人諸如運動員或士兵)可用其進行每日熱療。例如，所述裝置可以用于癌癥細胞破壞的熱療法(高熱療法)。而且，我們可以使用可溶解的導電材料(例如鎢、鋁、鉬等)。治療后，所述裝置可以完全溶解在體內，而無需進一步的手術來收回所述裝置。

在一個或多個方面，銅可以用作導電元件；由于其在現有CMOS技術中用作金屬互連，因此銅可與CMOS工藝兼容。由于銅本身不具有可拉伸性，可使用側向彈簧設計來引入可拉伸性。在一些實施方式中，還可以使用包括導電金屬(例如鎳、鉻、錫、銀、鉑或其他金屬或合金)的其他導電材料來形成金屬互連。

參照圖1，示出了熱貼片設計100的一個實例。所述設計可以根據縮放參數λ進行縮放以獲得不同尺寸的裝置。為了說明所述設計的可拉伸性，通過將設計參數λ縮放至100μm和200μm來制造兩個版本的設計。如圖1所示，制成熱貼片裝置100a和100b，且分別表征為λ＝100μm和λ＝200μm。熱貼片裝置100可包括加熱墊103的一個或多個陣列或矩陣，所述加熱墊103通過可拉伸導體109相互連接在多個接觸墊106之間。

導體109可以形成為具有彈簧設計，例如側向彈簧設計。它們可以以允許導體拉伸或彎曲的尺寸進行卷繞。圖1示出了非限制性的實例，其中所述導體109被卷繞，其具有大致形狀為“8”的結構以提供側向彈性設計。本領域的技術人員應認識到可以使用其他形狀來提供側向彈簧設計。例如，所述導體109可以如圖1中示出的上部分或下部分所示卷繞成圓形或橢圓形。卷繞設計可以使得一個或多個導體109表現為彈簧。所述彈簧或卷繞設計可以使所述一個或多個導體109具有超彈性，如以下詳細的描述。

所述加熱墊103可以是尺寸為20λ的正方形。放置所述加熱墊103上的銅線112(或其它類型的金屬線)，以使得所述導體的長度和電阻最大化。聚酰亞胺(PI)墊115具有直徑為100μm的孔，孔(中心至中心)間距為200μm。具有與PI相似特性的其他柔性聚合物也可以用于墊115。比例尺118為1mm。在兩種情況下，所述接觸墊106為2mm×20mm。可拉伸導體109的彎曲彈簧結構的總長度(L_t)為78.35λ，而彈簧的側向長度(L_l)僅為10λ。當彈簧被拉伸到其最大量時，彈簧的側向長度大約等于其總長度。因此，對于各個可拉伸導體109，可拉伸側向彈簧提供約為800％(L_t/L_l＝7.835)的最大單軸可拉伸性。如圖1所示，可拉伸導體109用于在兩個方向上提供加熱墊103之間的彈性。

為了說明可拉伸銅導體109的使用，可拉伸熱貼片100配置有連接相鄰加熱墊103的可拉伸導體109，以在兩個方向上提供彈性。所述加熱墊103并為對拉伸起作用，其具有恒定側向長度20λ，連同互連長度5λ。所示在彈簧兩側為5λ的長度在拉伸前后增加了側向長度，因此在裝置水平上的可拉伸性由下式給出：

因此，通過其包括的加熱墊，所述熱貼片系統的總可拉伸性為約270％。

接下來參照圖2，示出了使用在柔性(例如諸如聚酰亞胺的聚合物)表面上的金屬(例如銅)線112直接制造所述熱貼片100的CMOS兼容工藝實例，使其成為無轉移工藝。從硅(Si)晶片203開始，使用熱氧化反應形成二氧化硅(SiO₂)層206。然后使用等離子增強化學汽相沉積法(PECVD)形成非晶硅(α-硅)犧牲薄層209。然后將4μm厚的聚酰亞胺(PI)層212旋涂在具有1μm厚的非晶硅犧牲層209的熱氧化晶片上。在一些實施方式中，具有與PI相似特性的其他聚合物可用于形成層212。通過沉積和圖案化鋁硬掩模215以及O₂等離子體蝕刻，將PI 212圖案化成側向彈簧設計。濕蝕刻可用于去除所述鋁掩膜215。用于電鍍銅的籽層218沉積在PI 212上，然后電鍍4μm粗的銅線221。使用氬等離子體蝕刻掉籽層218，并且使用例如基于XeF₂的氣相蝕刻非晶硅犧牲層209來分離熱貼片裝置100。銅線221的粗細度和PI層212的厚度可被設計為相同，使得彎曲期間的中性軸在銅/PI界面處。PI墊115包括直徑為100μm的孔，其(中心到中心)間距為200μm，以減少XeF₂氣相分離所需的時間。因此，即使在彎曲期間，兩種材料的界面也沒有應力。

為了制造如圖3所示的工作熱貼片裝置100，起點是熱氧化(300nm)的4"硅(100)襯底203。使用PECVD(例如，SiH₄、Ar等離子體在250℃下進行25分鐘)在所述襯底203上沉積1μm厚的非晶硅層作為犧牲層209。然后以4000rpm的轉速旋轉晶片與聚酰亞胺(例如，HD MicroSystems PI2611)60秒以獲得4μm厚的涂層212。聚酰亞胺(PI)層212隨后在90℃固化90秒，在150℃固化90秒，在350℃固化30分鐘。在所述晶片上濺射(在10毫托下，25sccm Ar等離子體，500W直流功率)200nm鋁層作為用于PI蝕刻的硬掩模215。使用接觸光刻來圖案化所述鋁薄膜，并使用Gravure鋁濕蝕刻(Technique France)來蝕刻所述鋁薄膜。然后在60℃和800毫托下，使用O₂等離子體蝕刻PI層212達16分鐘。將Cr/Au(20/200nm)雙層沉積在所述晶片上以作為用于電鍍銅的籽層218。Cr/Cu雙層也可以用作籽層218以減少批量制造的成本。所述晶片用光刻膠旋涂，并且銅覆蓋的區域通過顯影光刻膠而暴露。使用CuSO₄溶液作為電解質和0.698安培電流對4μm厚的銅層221進行電鍍達200秒。使用丙酮洗掉光刻膠，并使用Ar(30sccm)等離子體對所述籽層218進行3分鐘蝕刻。在4托壓力下對所述晶片進行60個周期(每周期30秒)的XeF₂蝕刻(例如Xactix X3C)以分離所述熱貼片100。

圖3包括制造的熱貼片100的圖像(a)至(k)。所有比例尺303為2cm。分離后的熱貼片100的光學圖像如圖3的圖像(a)和(b)所示，分別λ＝100μm和λ＝200μm。圖像(a)所示的熱貼片100a包括三個接觸墊106之間的兩個加熱墊103陣列。在圖像(c)中示出了具有200％側向應變的圖像(a)的熱貼片100a在人體皮膚上的應用。圖3的圖像(d)至(h)示出了圖像(b)的熱貼片100b在各種位置的人體皮膚上的應用。在圖像(d)的情況下，所述熱貼片100b沒有應力，而在圖像(e)中，所述熱貼片100b的單軸應變為150％。圖3的圖像(f)顯示了雙軸應變下的熱貼片100b，其側向和橫向應變均為150％。

圖3的圖像(g)至(i)示出了當包裹在各種身體特征周圍時的制造的熱貼片100b的柔性，其彎曲半徑低至0.5mm。圖像(g)示出了圍繞肘關節以6.3cm的彎曲半徑適形彎曲的熱貼片100b。圖像(h)示出了以0.96cm的彎曲半徑包裹在兩個手指上的熱貼片100b。圖像(i)示出了以約0.5mm的彎曲半徑包裹硅晶片306的熱貼片100b。范德華力(van der Waals force)使得能夠在皮膚微觀不規則上適形放置。圖3的圖像(j)和(k)比較現成的醫療貼片309(WellPatch^TM辣椒素疼痛緩解貼片)和圖像(a)的熱貼片100a。在圖像(k)中，示出了具有200％應變的熱貼片100a。

對于λ＝200μm和λ＝100μm，可拉伸導體109在單軸拉伸應變下的機械性能分別概述于圖4A至4B以及圖5A至5B中。如之前所論述的一樣，個別彈簧可能具有大約800％的最大拉伸率。這轉化為所述裝置大約300％的整體最大拉伸率。然而，據觀察，此最大點不可逆。相反，所述彈簧的彈性限度被確定為約600％。圖4A和5A是可拉伸導體109的彈簧伸長率與橫向外加力對比的曲線圖實例(數據集403用于λ＝200μm，并且數據集503用于λ＝100μm)和在第一循環中隨伸長率變化的電阻的曲線圖實例(數據集406用于λ＝200μm，并且數據集506用于λ＝100μm)。為彈簧所獲得的力與伸長率對比曲線圖403和503很像超彈性的橡膠類材料。屈服點用x標記。插入的曲線圖是在彈性限度內的彈簧伸長率與外加力對比。在10次拉伸(高達600％)循環后，可拉伸導體109返回到其原始狀態。因此，橫向彈簧設計使銅薄膜表現出超彈性。

對可拉伸導體109而言，熱貼片100的電阻數據集406和506隨應變幾乎不變，在彈性限度內變化僅為0.6％。在外加應變下，彈簧的電阻一致可歸因于橫向彈簧系統的設計。外加應變在彈簧設計變形的過程中被吸收，因此銅互連在任何時間點都不處于應變下。因此，在整個實驗過程中金屬線(和整個熱貼片100)的電阻保持不變。進一步地，圖4A和5A中示出的電阻的輕微變化僅是對于第一次拉伸循環。在第一次伸長循環后，電阻變為恒定，并且在多次拉伸循環后保持恒定。特別地，在10次循環后，在應變下彈簧的電阻沒有變化。這可歸因于前幾次循環使彈簧經受了對其金屬晶粒的輕微重定向，以適應橫向彈簧中的扭轉。一旦金屬晶粒固定下來，相對于應變，彈簧和熱貼片100的電阻不變。

圖4B和5B示出了在伸長過程中，分別在λ＝200μm和λ＝100μm情況下的可拉伸導體109的圖像。頂部圖像409和509示出了在伸長循環開始前的彈簧。圖像412和512是松放的彈簧的掃描式電子顯微照片(SEM)。中間圖像415和515示出了被完全拉伸的彈簧，其中彈簧伸長率為約800％。圖像418和518是彈簧在拉力下(應變為200％)的部分的掃描式電子顯微照片。可以看出橫向彈簧在某些點扭轉以吸收應變能。底部圖像421和521示出了在10次伸長循環后(在彈簧的彈性限度內伸長率為600％)的彈簧。圖4B中，比例尺424a為2cm，并且比例尺424b為50μm。圖5B中，比例尺524a為4cm，并且比例尺524b為50μm。

能夠為可商購的熱療法限制加熱能力和有效操作時間。圖6A至6C和7A至7C分別闡明了λ＝100μm和λ＝200μm時熱貼片100設計的熱性能評價。如圖1所示，通過將可拉伸導體109的銅線焊接于所述2mm×20mm的接觸墊106而接觸所述熱貼片100的加熱墊103。由所述接觸墊106導入所述熱貼片裝置100的總寄生電阻經測為0.05Ohm(或約為裝置總電阻的0.6％)。在評價期間，用一個恒定電壓源(例如，安捷倫科技公司(Agilent)的E3631A電源)使所述熱貼片100通電，并且用一種Optotherm Mirco熱成像系統測量所述熱貼片裝置100的溫度。為了測量在一給定外加電壓下所述玻璃襯底的平均溫度，定義了正方形面積，其等于所述加熱墊103大小的四倍，為一個單位面積。此單位面積的平均溫度經標繪與電壓相對，以獲得所述加熱墊在熱負載(玻璃襯底)下的熱特性。

圖6A和7A示出了所述熱貼片100溫度與外加電壓(數據集603用于λ＝100μm，并且數據集703用于λ＝200μm)和為所述外加電壓消耗的功率(數據集606用于λ＝100μm，并且數據集706用于λ＝200μm)的對比實例。針對一個外加電壓標繪了所述熱貼片在空氣中和在一個玻璃襯底上(有負載)的最大溫度(分別為數據集603a/603b和703a/703b)。圖3的圖像(i)示出了包裹硅晶片306熱貼片100b(圖1)。所述平均溫度數據603c和703c對應于所述單位面積的溫度讀數的平均值，所述單位面積被定義為所述加熱墊103面積4倍的正方形。

在圖6A和7A中可看出，與所述玻璃襯底負載相比，對于相同的外加電壓，熱貼片100在環境空氣中獲得了較高的溫度。這是可以預期的，因為空氣只對所述加熱墊103(圖1)進行對流冷卻，而玻璃襯底通過空氣進行對流(頂部)，以及通過所述玻璃襯底進行傳導，并且具有較高的熱容量。在圖6A的情況下(λ＝100μm)，對于1.6V的外加電壓(功率消耗為1.5W)，測出了約80℃的最大溫度。用所述玻璃襯底作熱負載而獲得的溫度范圍為25至53℃。在圖7A的情況下(λ＝200μm)，對于3.8V的外加電壓(功率消耗為1.4W)記錄了102℃的最大溫度。在用玻璃襯底作熱負載的情況下獲得的溫度范圍為25至66℃。

參見圖6B和7B，示出了所述加熱器溫度對一個給定的外加電壓的瞬態響應的曲線圖。還看到所述玻璃襯底對一個特定的外加電壓逐步升到某個溫度。在所示“通電”時間后開啟電源。在圖6B中，對所述熱貼片100a(λ＝100μm)的外加電壓從約1V向約1.6V變化，步長為約0.1V(如箭頭所示)。在圖7B中，對所述熱貼片100b(為200μm)的外加電壓從約2.6V向約4V變化，步長為約0.2V(如箭頭所示)。圖6C和7C分別為λ＝100μm和λ＝200μm的熱貼片設計100的熱貼片100的溫度與各種外加電壓的曲線圖。在圖6C中施加了0.5V(頂部左邊)、1.0V(底部左邊)、1.5V(頂部右邊)和2.0V(底部右邊)的電壓，并且在圖7C中施加了1V(頂部左邊)、2V(底部左邊)、3V(頂部右邊)和4V(底部右邊)的電壓。比例尺603和703為2mm。

設計了所述熱貼片100，使得在所述加熱墊103上的銅線112的寬度(50μm)分別為λ＝100μm和λ＝200μm的所述可拉伸導體109上的銅線的一半和四分之一。而且，設計了在所述加熱墊103上的銅線112，使其長度最大化。因此跨過所述加熱墊103集中了所述熱貼片裝置100的大部分電阻。這使得在所述加熱墊103上耗散的功率值最大化，因此使得正在進行的加熱增到最大限度。由于這種設計，熱貼片100的總電阻經測為8.85Ohm，包括所述接觸金屬電阻。對λ＝100μm和λ＝200μm，所述加熱墊103和所述可拉伸導體109的電阻比經計算分別為3.35和15.5。電阻比的高度差異可主要歸因于銅線寬度較小(與λ＝100μm時為λ/2相比，λ＝200μm時為λ/4)，并且是因為所述加熱線長度較大(與λ＝100μm時為14.8cm相比，λ＝200μm時為6.84cm)。因此，對于λ＝200μm和λ＝100μm的設計，在給定的電流下，耗散在所述加熱墊上的功率與提供的總功率之比經計算分別為0.92和0.69。因此，根據在所述加熱墊上的散熱，發現λ＝200μm的設計更有效。

還在一名自愿的成人受試者身上測試了所述λ＝200μm的熱貼片(符合制度性的生物倫理學政策(Institutional Bioethics Policy))。使用雙面透明膠帶將所述熱貼片100b貼在所述受試者的手上。使用一個恒壓直流電源給所述熱貼片100b通電，測量了所述墊和皮膚的溫度。參見圖8A，示出了在施加電壓后60秒時獲得的最大溫度和平均溫度(分別為曲線803和806)與外加電壓的對比曲線圖。剛切斷所述電源就計算了所述熱貼片100b整個區域的平均溫度。據發現，所述熱貼片100b有效地將人體皮膚加熱到超過正常溫度數度。圖8B標繪了在給定的外加電壓1V、2V、2.5V和3.5V下所述皮膚溫度的瞬態響應。在所示“通電”時間后開啟電源。

進一步地，加熱效果不僅產生于所述加熱墊103下方，而且已經延伸到所述熱貼片100B的整個區域。這是通過剛對所述熱貼片100b斷電后就測量皮膚的平均溫度而觀察到的。圖8C示出了各種用熱情況下皮膚溫度的實例。頂部左邊示出了皮膚和熱裝置的初始溫度情況。底部左邊示出了施加1V 60秒后造成的溫度變化，并且頂部右邊示出了施加2.75V 60秒后造成的溫度變化。底部右邊示出了在已施加2.75V 60秒的情況下剛斷電后的溫度。比例尺809為2cm。因此，據觀察，在實際運用中，在150％的高應變下所述熱貼片100b能使人體皮膚溫度均勻升高。

所述可拉伸的、柔性的熱貼片100在生物醫藥行業中有多種用途。熱貼片100可被拉伸到其原始大小的3倍，并且能被貼于人體的任何部位，隨后可用于熱療。在用于實際生活時，有線恒壓電源無法使用，將其隨身攜帶以用于熱療可能是不切實際的。因此，實用的熱貼片系統可以是無線式的，從而便于攜帶并易于使用。而且，作為額外的功能，通過使用一種現成的設備，比如，例如，智能手機或平板電腦，所述熱貼片100應易于控制。為此目的，檢測了通過使用藍牙激活的、基于安卓的多種智能手機而無線可控的一種熱貼片100。通過使用一個開源硬件模塊(Arduino Uno)和Seeedstudio的一個藍牙遮蔽件而實現了無線連接。通過使用PWM輸出——其來自所述Arduino系統多個輸出中的一個——而控制了施加于所述熱貼片100的電壓。所述熱貼片100也能用于其它要求在限定區域加熱的情形。所述熱貼片100的彈性允許其被定位于多種不均勻表面的上面或周圍，并且被模制以適合所述區域。例如，一種熱貼片100可被放在一個管子周圍以通過加熱而調整或避免所述管子內液體的凍結情況。所述熱貼片100的加熱溫度可被控制以，例如，避免對所加熱組件的損害、控制超時的加熱變化或維持一個恒定溫度。

參見圖9A和9B，示出了通過使用一種安卓智能手機而被無線控制的一種熱貼片100的圖像。所述圖像表明了通過使用所述智能手機而控制所述熱貼片100的溫度。還通過多名受試者測試了所述基于安卓的溫度控制系統。在所述熱貼片系統中使用所述現成的Arduino板和其藍牙屏蔽件可能使所述熱貼片變得沉重而不能移動，這可能約束其作為通用的、自主的、便攜的熱療解決方案的全部潛力。然而，使用基于溝槽產生-保護-剝離-分離的多種轉換性硅電子產品來制造類似于所述Arduino板中微控制器的柔性微控制器能克服這種限制。因此，可以獲得一個完整的系統級解決方案。

所述熱貼片100的便攜性也可能受限于恒壓電源的供電。在前面的所述實例中，所述熱貼片吸引的最大功率為約1.5W。因此，在最大工作溫度下，所述熱貼片100能得到一種可商購鈕扣電池(例如，日本松下公司(Panasonic)的CR2477)的支持長達2小時的時間。所述電池也可以是柔性的、可拉伸的，并且能被再充電以使得所述熱貼片100可被重復使用。圖9A和9B示出的對所述熱貼片100的控制利用了一個開環控制系統，其中已預先校準了所述熱貼片100和控制軟件。在某些情況下，所述控制機構可能導致對所述熱貼片100的溫度控制不精確。為解決此問題，所述熱貼片100可用其本身作為溫度傳感器。

因為所述熱貼片100采用銅線進行加熱，并且銅的電阻隨溫度的增加而增加，所以所述熱加熱裝置100的電阻也隨上升的溫度而增加。在所述PWM運行方式中基于所述熱貼片100消耗的電流可檢測電阻。例如，在測試中使用一種熱夾頭探針臺機構(例如，Cascade Microsystems公司的M150)測試了所述熱貼片裝置100電阻的溫度響應。所述熱夾頭被設于一個特定的溫度(每一溫度持續5分鐘以獲得穩定狀態)，并且將一種小感應電流施加于所述熱貼片100以測量所述熱貼片裝置100的電阻，并不需要將所述熱貼片裝置100加熱到超過所述熱夾頭的溫度。

圖9C示出了所述熱貼片100隨溫度變化的電阻變化的曲線圖。誤差條表明了測得的電阻(曲線903)和夾頭溫度(曲線906)的最大值和最小值。如圖9C所示，所述熱貼片100可用作溫度傳感器，在所述電阻903的溫度響應中非線性度為1.49％。進一步地，所述溫度傳感器的靈敏度被報告為0.0308Ohm/℃。對銅電阻(α)的溫度系數確定為0.00397℃^-1。因此所述熱貼片100中的電流水平可用于檢測所述熱貼片100的溫度。這種溫度反饋可用于實施一種閉環控制系統，使得對所述熱貼片100的溫度控制精確，這讓整個系統具有自適應性。

圖9D是一種熱貼片設計100實例的圖像，所述熱貼片設計100具有用于無線溫度控制的柔性硅微控制器和作為電源的鈕扣電池。比例尺909為2cm。成本計算表明此類自主系統可在約1$至2$的范圍內，與許多其它對現狀的解決方案或產品相比，這是一種有成本效益的解決方案。可用小而柔性的硅晶片容納微處理器和其它通信設備，而一種鈕扣電池可為所述電子產品以及所述熱貼片100供電以運轉數小時。最后，整合邏輯處理器和存儲器可以增加功能以用于持續監控病人、本地存儲數據以及將經現場處理的數據傳到另一個計算設備或云計算平臺，這使大數據分析成為可能。

當前的公開描述了多種具有無線控制能力的熱貼片100的實例。為克服被廣泛使用的低成本金屬薄膜銅拉伸能力有限的缺點，使用了以平版印刷形成圖案的機械設計以解除變形應變的吸附，在維持其高傳導性的同時允許800％的拉伸率。使用所述柔性彈簧設計策劃了一種在幾何形狀和空間上可調的、隨時可用的、負擔得起的、用于熱療的熱貼片100。通過給發炎區域的不規則皮膚輪廓以及不規則尺寸和形狀提供適形貼附，產生的所述熱貼片100可用于人體的各個位置。通過基于所述發炎區域的測量溫度而調整療法，所述熱接觸區域——可用作一個溫度傳感器——允許所述貼片適應所述發炎區域的情況。無線接口和電池集成使所述系統形成一個自主的、便攜式的和自適應的單元，其通過使用智能手機或移動設備而具有精確的溫度控制。

應強調，本公開的上述這些實施例僅是為清楚了解本公開的原理而闡述的實施手段的合理實例。在實質不背離本公開的精神和原理的情況下可對上述的一個或多個實施例作出多種變更和修改。在此所有此類變更和修改應包括于本公開的范圍內并且受到以下權利要求書的保護。

應注意，本文中可用一種范圍格式表示比例、濃度、數據和其他數值數據。應了解，此類范圍格式是為了方便和簡潔而使用，因此應以靈活的方式將其理解為不僅包括被明確列為所述范圍極限的數值數據，而且包括處于該范圍內的所有數值數據或子范圍，就像明確列出每個數值數據和子范圍一樣。舉例如下，一種濃度范圍“約0.1％至約5％”應被理解為不僅包括明確列出的約0.1重量％至約5重量％的濃度，還包括在所示范圍內的單獨的濃度(例如，1％、2％、3％和4％)和子范圍(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。此外，短語“約‘x’至‘y’”包括“約‘x’至約‘y’”。

應強調，上述這些實施例僅是合理的實施手段的實例。在不背離本公開的原則的情況下可對上述這些實施例作出多種變更和修改。本文中所有此類變更和修改應包括于此公開的范圍內并且受到以下權利要求書的保護。