光固化生物质基双网络导电水凝胶及其制备方法

本发明属于天然高分子材料应用，涉及光固化生物质基双网络导电水凝胶，本发明还涉及光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法。

背景技术：

1、水凝胶由于其高柔韧性和可拉伸性，在可穿戴设备制造技术中有望替代传统柔性基体。水凝胶是一种具有高含水量的三维网状结构交联聚合物，可在有水的情况下保持其结构的稳定性，三维网状结构赋予其优异的可设计性，可以在结构中引入其他功能单体(多酚、纳米粒子、聚合物网络单体等)来赋予水凝胶其他功能特性。由于可穿戴设备和柔性传感器对材料的导电性能的需求，水凝胶也需要拥有良好的导电性，然而普通水凝胶通常不导电，导电水凝胶的制备在近几年也收到相关领域学者的研究。导电水凝胶通常是由本征导电介质和水凝胶网络组成，水凝胶聚合物网络提供骨架，导电介质则提供导电性。

2、甲基丙烯酸化明胶(gelma)是一种由甲基丙烯酸酐修饰的明胶衍生材料。近年来，以甲基丙烯酰化明胶(gelma)为主要构建单元的水凝胶因其出色的生物相容性及其光固化特性，被广泛应用于生物医药领域和可穿戴设备领域。但是纯gelma水凝胶存在力学性能差、抗菌性差等缺陷。羧甲基壳聚糖(cmcs)是一种重要的水溶性壳聚糖衍生物，具有良好的生物相容性和生物降解性，在水凝胶和愈合创伤类生物材料中具有广泛应用。然而，现有生物质基水凝胶存在机械性能较差和导电性能较弱等缺陷与不足，极大地阻碍了其在柔性传感与生物医学中的实际应用。因此，通过简单的方法来开发力学性能佳、导电性能好的生物质基水凝胶势在必行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，解决了传统方法制备的生物质基水凝胶存在的机械性能较差和导电性能较弱的问题。

2、本发明的另一目的是提供光固化生物质基双网络导电水凝胶。

3、本发明所采用的第一种技术方案是，光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1，制备甲基丙烯酰化明胶gelma；

5、步骤2，制备mxene@ta溶液；

6、步骤3，根据步骤2所得产物制备mxene@ta@pedot:pss溶液；

7、步骤4，根据步骤1和步骤3所得产物制备光固化交联生物质基双网络导电水凝胶。

8、本发明的特点还在于：

9、步骤1的具体过程为：

10、将a型明胶加热搅拌条件下完全溶解于100ml 0.25mol na2co3/nahco3缓冲液中，之后在避光条件下滴加甲基丙烯酸酐反应完全，加入pbs缓冲液终止反应，将所得产物透析7～10天后，冷冻干燥24～36h，得到甲基丙烯酰化明胶gelma。

11、步骤1中，甲基丙烯酸酐用量为2ml～4ml，明胶用量为5g～15g。

12、步骤2的具体过程为：

13、将10mg～20mg mxene粉末超声分散在1ml去离子水中，接着加入4mg～10mg单宁酸ta搅拌0.5～1h，得到mxene@ta溶液。

14、步骤3的具体过程为：

15、向步骤2中得到的mxene@ta溶液中滴加1ml 10mg/ml的pedot:pss溶液，继续搅拌0.5h～1h，得到mxene@ta@pedot:pss溶液。

16、mxene@ta/pedot:ps溶液中mxene、单宁酸ta和pedot:pss的用量分别为5mg/ml～10mg/ml、2mg/ml～5mg/ml和5mg/ml。

17、步骤4的具体过程为：

18、将gelma完全溶解于去离子水中，依次加入羧甲基壳聚糖cmcs、mxene@ta/pedot:pss溶液和光引发剂，搅拌0.5h～1h后，得到水凝胶前驱液，之后在波长为365nm的紫外光照射下交联5min～10min，得到光固化交联生物质基双网络导电水凝胶。

19、步骤4中，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦或2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂中的一种。

20、步骤4中，gelma、cmcs与mxene@ta/pedot:pss的用量分别为100～200mg/ml、10～50mg/ml和5～20mg/ml。

21、本发明采用的第二种技术方案是，光固化生物质基双网络导电水凝胶，采用上述光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法制得。

22、本发明的有益效果如下：

23、(1)本发明的制备方法简单易行，原材料安全无毒、可降解；

24、(2)本发明利用光固化交联反应可实现gelma-cmcs双网络快速成胶；

25、(3)本发明中mxene@ta@pedot:pss作为结构与功能构筑基元可协同提升水凝胶的力学性能，并赋予其显著的导电传感性能。

技术特征：

1.光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：

3.根据权利要求2所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，甲基丙烯酸酐用量为2ml～4ml，明胶用量为5g～15g。

4.根据权利要求2所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：

5.根据权利要求4所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：

6.根据权利要求5所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，所述mxene@ta/pedot:ps溶液中mxene、单宁酸ta和pedot:pss的用量分别为5mg/ml～10mg/ml、2mg/ml～5mg/ml和5mg/ml。

7.根据权利要求5所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程为：

8.根据权利要求7所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦或2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂中的一种。

9.根据权利要求7所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，gelma、cmcs与mxene@ta/pedot:pss的用量分别为100～200mg/ml、10～50mg/ml和5～20mg/ml。

10.光固化生物质基双网络导电水凝胶，其特征在于：采用如权利要求1～9任一权利要求所述的光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了光固化生物质基双网络导电水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，制备甲基丙烯酰化明胶GelMA；步骤2，制备MXene@TA溶液；步骤3，根据步骤2所得产物制备MXene@TA@PEDOT:PSS溶液；步骤4，根据步骤1和步骤3所得产物制备光固化交联生物质基双网络导电水凝胶。本发明还公开了光固化生物质基双网络导电水凝胶，本发明解决了传统水凝胶存在的机械性能差及导电性能弱的问题。

技术研发人员：石佳博,曾逸轩,张宇轩,王李瑶,李桂妮
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23