本发明专利技术公开了一种具有抑菌活性的荧光水凝胶、致动器及制备方法，具有抑菌活性的荧光水凝胶，其结构式为：上式中，Cellulose为天然纤维素。本发明专利技术具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，不仅对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等具有较好的抑菌活性，还具有荧光，可以根据酸/碱(NaOH、HCl)或者镧系金属离子的变化，使水凝胶致动器的荧光发射分别在红蓝绿或者红绿黄之间转变，并且双层软致动器响应在酸/碱的刺激下，变色和形变可以协同调控，可用于仿生变色软机器人。可用于仿生变色软机器人。可用于仿生变色软机器人。
【技术实现步骤摘要】
一种具有抑菌活性的荧光水凝胶、致动器及制备方法
[0001]本专利技术涉及一种具有抑菌活性的荧光水凝胶、致动器及制备方法，属于水凝胶复合材 料的智能致动器材料领域。
技术介绍
[0002]高分子水凝胶是一种具有三维交联网状结构的交联聚合物，是聚合物和水的集合体， 由于聚合骨架中的亲水基团如
‑
OH、
‑
NH2、
‑
COOH等，决定了水凝胶网络具有一定的吸 水性、保水性，性质柔软，可作为功能软材料的载体或骨架。许多生物在不同环境的刺激 下，可以控制自身颜色和形态的变化，用于伪装、交流等。因此，将变色功能与软执行器 相结合达到多功能的协同作用，可以用于制备软机器人等，如伪装机器人。然而目前出现 的多功能致动器主要还是基于聚合物薄膜或者弹性体，在单一水凝胶系统中实现变色和三 维形变协同作用仍然具有巨大挑战。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供一种具有抑菌活性的荧光水凝胶、致动器及制备方法，所制得的水凝胶致 动器的发射颜色可以根据酸/碱或者金属离子的变化来调整；在酸/碱的刺激下，变色和形 变可以协同调控，并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等具有优异的抑菌效果。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种具有抑菌活性的荧光水凝胶，其结构式为：
[0006][0007]上式中，Cellulose为天然纤维素。
[0008]一种具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，由上述具有抑菌活性的荧光水凝胶制备而成， 其结构如图14所示，图14中左侧为水凝胶，右侧为水凝胶的组成，上层为纸层。
[0009][0010][0011]专利技术人在研发过程中发现，该荧光水凝胶致动器，在UVA
‑
254或UVA
‑
365的照射下 都能观察到荧光发射；酸碱和镧系金属浓度会直接影响到荧光颜色。
[0012]当为Eu
3+
时，荧光水凝胶致动器的荧光颜色为红色；当为Tb
3+
时，荧光水凝胶 致动器的荧光颜色为绿色；在酸、碱、Tb
3+
(铽)或Eu
3+
(铕)的调节下，荧光水凝胶致 动器的荧光颜色在红色、黄色、蓝色和绿色之间的变化。
[0013]上述酸浓度由0.1～0.3mol/L的HCl调节，碱浓度由0.1～0.3mol/L的NaOH调节， Tb
3+
由0.025～0.2mol/L的含Tb 3+
溶液调节，Eu
3+
由0.025～0.2mol/L的含Eu 3+
溶液调节。
[0014]上述荧光水凝胶致动器置于含Tb
3+
溶液中，荧光颜变为黄色，置于含Eu
3+
溶液中， 荧光颜色变为红色，循环置于Tb
3+
溶液和Eu
3+
溶液中，颜色循环变化；荧光水凝胶致动 器置于NaOH溶液中，荧光颜色变为蓝色，弯曲角θ逐渐变大，置于HCl溶液中，荧光 颜变为绿色，弯曲角θ逐渐变小，循环置于NaOH溶液和HCl溶液中，颜色和弯曲角θ 循环变化，实现了变色和三维形状变化(开放和闭合)的协同调控。
[0015]上述具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：
[0016]A、将纤维素加入混有左氧氟沙星的纤维素溶解体系中反应，得到透明的纤维素溶液， 左氧氟沙星与纤维素的质量比为1：(9～11)；
[0017]B、将纤维素溶液与环氧氯丙烷反应，得到水凝胶反应液，最后将水凝胶反应液加入 到具有纸片的模具中凝固，纸片与模具(底部)尺寸一致；
[0018]C、脱模后的致动器浸泡于Eu(NO3)3·
6H2O或Tb(NO3)3·
6H2O溶液，得到具有抑菌活 性的荧光水凝胶致动器。
[0019]上述纤维素是自然界中最丰富的自然资源之一，属于绿色可再生的生物质材料，并且 具有生物相容性和生物降解性等特性；上述通过纤维素基的引入，优化了水凝胶的机械强 度等性能，同时通过在特定的条件和步骤下与左氧氟沙星、纸片、环氧氯丙烷、 Eu(NO3)3·
6H2O或Tb(NO3)3·
6H2O等反应，制得了在酸/碱的刺激下，变色和形变可以协 同调控的荧光水凝胶致动器，同时发射颜色也可通过金属离子的变化来调整，且对大肠杆 菌和金黄色葡萄球菌具有抑菌效果，可用于仿生变色软机器人或防伪。
[0020]按照上述特定的反应步骤，纸片侧和水凝胶侧都是多孔交联聚合物网络，纸片纤维和 水凝胶组成了互穿网络，两者紧密结合，机械性能好，使用寿命长。
[0021]上述步骤A中，纤维素的制备为：由原生木浆经粉碎机打碎形成的纤维素，并在70
ꢀ±
5℃真空干燥4
±
1h，制得；纤维素溶解体系的组成是：氢氧化锂：尿素：水的质量比 为：(4～4.5):(12～15):(80～83.8)，纤维素相对于纤维素溶解体系的质量用量为3～ 5wt％；反应温度为
‑
10～
‑
20℃，反应时间为5～30min。
[0022]原生木浆包括棉花精制浆、针叶木浆和阔叶木浆等，其中针叶木浆包括马尾松木浆和 云杉木浆等，阔叶木浆包括桉木浆和桦木浆等。
[0023]为了提高水凝胶致动器的机械性能和使用寿命，上述步骤B中，纤维素溶液中的纤 维素与环氧氯丙烷的质量比为1：(0.6～1.5)，反应温度为
‑
10～
‑
15℃，反应时间为5～30min； 纸片为称量纸、复印纸、无尘纸或滤纸；凝固温度为10～50℃，凝固时间为5～24h。
[0024]为了兼顾水凝胶致动器的抑菌效果及变色与形变的协同调控性，步骤C中， Eu(NO3)3·
6H2O或Tb(NO3)3·
6H2O与步骤A中的左氧氟沙星的质量比为(2.5～10)：1， 浸泡温度为10～40℃，浸泡时间为3
–
24h。
[0025]本专利技术具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，水凝胶体系引入了左氧氟沙星，对大肠杆 菌和金黄色葡萄球菌等有较好的抑菌活性，并且由于与镧系金属的配体配位作用，使
其产 生荧光；同时与纸的结合形成了双层软致动器，响应酸/碱的刺激，变色和形变可以协同 调控，可用于仿生变色软机器人。
[0026]本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0027]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0028]1)本专利技术采用直接共混聚合得到水凝胶，合成方法简单，条件可控，水凝胶的性质 优异。
[0029]2)本专利技术制备的水凝胶致动器，引入了左氧氟沙星，抑菌效果得到了明显的促进提 升，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均等具有优异的抑菌效果。
[0030]3)本专利技术制备的水凝胶致动器在酸/碱的控制下，可以达到荧光颜色和形变的协同调 控。
[0031]4)本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有抑菌活性的荧光水凝胶，其特征在于：其结构式为：上式中，Cellulose为天然纤维素。2.一种具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，由权利要求1所述的具有抑菌活性的荧光水凝胶制备而成，其特征在于：其结构如图14所示，图14中左侧为水凝胶，右侧为水凝胶的组成，上层为纸层。3.如权利要求2所述的具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，其特征在于：当为Eu
3+
时，荧光水凝胶致动器的荧光颜色为红色；当为Tb
3+
时，荧光水凝胶致动器的荧光颜色为绿色；在酸、碱、Tb
3+
或Eu
3+
的调节下，荧光水凝胶致动器的荧光颜色在红色、黄色、蓝色和绿色之间的变化。4.如权利要求3所述的具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，其特征在于：酸浓度由0.1～0.3mol/L的HCl调节，碱浓度由0.1～0.3mol/L的NaOH调节，Tb
3+
由0.025～0.2mol/L的含Tb
3+
溶液调节，Eu
3+
由0.025～0.2mol/L的含Eu
3+
溶液调节。5.如权利要求4所述的具有抑菌活性的荧光水凝胶致动器，其特征在于：荧光水凝胶致动器置于含Tb
3+
溶液中，荧光颜色变为黄色，置于含Eu
3+
溶液中，荧光颜色变为红色，循环置于Tb
3+
溶液和Eu
3+
溶液中，颜色循环变化；荧光水凝胶致动器置于NaOH溶液中，荧光颜变为蓝色，弯曲角θ逐渐变大，置于HCl溶液中，荧光颜变为绿色，弯曲角θ逐渐变小，循环置于NaOH溶液和HCl溶液中，颜色和弯曲角θ循环变化。6.权利要求2
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，冯雪贞，商士斌，王超，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：
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