一种生物电子水凝胶的制备方法、产品及其应用技术

本发明专利技术公开了一种生物电子水凝胶的制备方法、产品及其应用，通过将一定配比的羧酸单体、钙离子溶液、聚乙烯醇、金纳米棒、蒸馏水、光引发剂，在紫外光照下，聚合得到水凝胶，离子与高分子中的离子螯合构筑第一交联位点，金纳米棒和聚乙烯醇结晶相构筑第二交联位点，可有效提高水凝胶的力学性能、自修复性和导电性，同时可实现高效破坏细菌生物膜，使其可作为优异的力学软材料、自修复离子型电子皮肤和生物多功能传感体。

【技术实现步骤摘要】
一种生物电子水凝胶的制备方法、产品及其应用
本专利技术属于合成水凝胶
，具体涉及一种生物电子水凝胶的制备方法、产品及其应用。
技术介绍
自然界中，生物组织和器官有许多惊人的能力，如，通过离子通道传递信号来感知环境变化，自身细胞分裂和分化来修复受损的成分，自身免疫来清除外来细菌。天然有机器官通常是富含水分的柔软体，拥有许多功能单元来维持机体活动。它们在生物学上有许多正常的行为能力，如手指关节可以灵活的弯曲，手指皮肤刮伤后，会自然修复好。但是传统的仿生设计这些具有类似功能的材料，在实验室中有很大的挑战。水凝胶是一类通过高分子材料与离子或者纳米材料复合体现出与生物组织类似功能特性的材料，其结构与天然软组织和细胞外基质相似，在电子设备传感器应用中有着天然的优势。柔性水凝胶通常具有与生物组织接近的力学、自修复、信号传输等特性。近年来，如何设计各种策略和方案来优化水凝胶的机械性，自修复性，导电性能等一直是这个领域亟需解决的关键问题。此外，水凝胶作为可植入器件或者电子皮肤，常常会因为生物兼容性不好带来一些副作用，如免疫炎症带来的细菌生物被膜性能，这些都是水凝胶用于生物组织材料需要解决的技术难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种生物电子水凝胶的制备方法、产品及其应用，通过将一定配比的羧酸单体、钙离子溶液，聚乙烯醇，金纳米棒，蒸馏水、光引发剂，在紫外光照下，聚合得到水凝胶，可有效提高水凝胶的力学性能、自修复性和导电性，同时可实现高效破坏细菌生物膜，使其可作为优异的力学软材料、自修复离子型电子皮肤和生物多功能传感体。本专利技术的技术方案之一：一种生物电子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤一：纯化羧酸单体：将羧酸单体减压蒸馏；步骤二：合成生物电子水凝胶：向步骤一所得羧酸单体中加入光引发剂，钙离子溶液，聚乙烯醇，金纳米棒，蒸馏水，在紫外光照下，聚合得到水凝胶。进一步地，所述金纳米棒的制备方法包括以下步骤：步骤1.种子溶液的制备：将1～50mM的氯金酸溶液和50～150mM的十二烷基三甲基溴化铵溶液混合，加入与氯金酸溶液等体积的1～50mM的硼氢化钠，搅拌2-3分钟，溶液变为淡褐黄色，得种子溶液；步骤2.生长过程：将5～20mM的氯金酸溶液、50～150M的十二烷基三甲基溴化铵溶液和20～300M的硝酸银溶液混合在一起，向其中加入对苯二酚，搅拌至溶液变为无色，加入步骤1所得种子溶液，反应6-12h,离心洗涤浓缩得到金纳米棒溶液。进一步地，所述钙离子溶液为硝酸钙或氯化钙溶液。进一步地，所述羧酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或者两种，包含两种时，丙烯酸与甲基丙烯酸的摩尔比100:5～100:15。进一步地，所述羧酸单体和聚乙烯醇质量比50:1～2:1；所述羧酸单体和金纳米棒中所含金元素的摩尔比为5000:1～1000:1；所述羧酸单体与蒸馏水质量比1:1～1:5；所述羧酸单体和钙离子的摩尔比为100:5～100:15；所述光引发剂和羧酸单体的质量比5:1000～5:100；；聚合时间为5～15分钟。进一步地，所述光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。生物电子水凝胶制备：所用原料的配比及聚合时间进行调整、限定，使得其聚合度及聚合产物的结构得到有效控制，从而使制备得到的生物电子水凝胶具有优异的力学性能和导电性。本专利技术的技术方案之二：根据上述生物电子水凝胶的制备方法制备得到的生物电子水凝胶。所述生物电子水凝胶为双交联网络结构，羧酸单体聚合物为阴离子聚合物，钙离子和阴离子聚合物构筑第一交联位点，聚乙烯醇和金纳米棒构筑第二交联位点。本专利技术的技术方案之三：上述生物电子水凝胶作为力学软材料、自修复离子型电子皮肤和生物多功能传感体的应用。进一步地，上述生物电子水凝胶可用作抗细菌生物被膜的生物多功能传感体。本专利技术的有益效果：1)本专利技术制备生物电子水凝胶时，加入聚乙烯醇，并通过调节各物质的配比，使得其羧基化/羟基化程度提高，交联密度增大，由此使得聚合得到的水凝胶具有优异的抗张强度、韧性及抗疲劳回复性等力学性能。2)将甲基丙烯酸或丙烯酸与亲水性的聚合物聚乙烯醇共聚反应，在亲水性聚合物网络中引入疏水性侧链，长的疏水性侧链在水溶液中聚集，充当可逆交联点，且凝胶中存在多重弱键，可实现动态断裂和重建，使水凝胶具有优异的自修复性能。3)由于金纳米棒具有近红外光敏特性，其在近红外波长770nm附近具有很强的吸收峰，可以吸收该峰值相近波长的激光并进行光热转换，将热量传递给凝胶层，实现高效破坏细菌生物被膜性质。4)因为本专利技术制备水凝胶时加入了钙离子溶液，且金属离子和阴离子聚合物构筑第一交联位点，使得其具有良好的导电性，并可作为生物多功能传感体。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中制备得到的金纳米棒的扫描电镜图a)和紫外-可见吸收光谱图b)。图2为生物电子水凝胶制备工艺图。图3为效果验证例1中水凝胶力学性能测试图，图3a)为实施例1-7制备得到的水凝胶的应变-应力图；图3b)为对实施例6制备得到的水凝胶的应变-应力图；图3c)为实施例6制备得到的水凝胶的韧性测试图。图4为效果验证例2中水凝胶自修复性能测试图，图4a)为实施例6制备得到的水凝胶的近红外光照射下自修复性能测试图；图4b)为实施例6制备得到的水凝胶自修复后的具有良好拉伸性能的光学照片图；图4c)为实施例6制备得到的水凝胶自修复后的拉伸性能测试图；图4d)为实施例6制备得到的水凝胶的应变-应力图；图4e)为实施例6制备得到的水凝胶自修复后的应变-应力图。图5为效果验证例3中细菌生物被膜破坏实验结果图。图6为效果验证例4中水凝胶导电性和传感性实验图，图6a)为实施例6制备得到的水凝胶的导电性测试图；图6b)为实施例6制备得到的水凝胶的传感性测试图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物电子水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：纯化羧酸单体：将羧酸单体减压蒸馏；/n步骤二：合成生物电子水凝胶：向步骤一所得羧酸单体中加入光引发剂，钙离子溶液，聚乙烯醇，金纳米棒，蒸馏水，在紫外光照下，聚合得到水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物电子水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：纯化羧酸单体：将羧酸单体减压蒸馏；
步骤二：合成生物电子水凝胶：向步骤一所得羧酸单体中加入光引发剂，钙离子溶液，聚乙烯醇，金纳米棒，蒸馏水，在紫外光照下，聚合得到水凝胶。


2.根据权利要求1所述生物电子水凝胶的制备方法，其特征在于，所述金纳米棒的制备方法包括以下步骤：
步骤1.种子溶液的制备：将1～50mM的氯金酸溶液和50～150mM的十二烷基三甲基溴化铵溶液混合，加入与氯金酸溶液等体积的1～50mM的硼氢化钠，搅拌2-3分钟，溶液变为淡褐黄色，得种子溶液；
步骤2.生长过程：将5～20mM的氯金酸溶液、50～150mM的十二烷基三甲基溴化铵溶液和20～300mM的硝酸银溶液混合在一起，向其中加入对苯二酚，搅拌至溶液变为无色，加入步骤1所得种子溶液，反应6-12h,离心洗涤浓缩得到金纳米棒溶液。


3.根据权利要求1所述生物电子水凝胶的制备方法，其特征在于，所述钙离子溶液为硝酸钙或氯化钙溶液。


4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱秋萍，周云龙，孙雪丽，袁林林，
申请(专利权)人：中国科学院大学温州研究院温州生物材料与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33