一种超声响应型高分子荧光水凝胶材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种兼具可视化和形态稳定性的超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将成胶单体、荧光响应分子、交联剂、自由基热引发剂加入到有机溶剂中，完全溶解后得到凝胶预聚液A，将凝胶预聚液A聚合成胶得到荧光油凝胶B；(2)将荧光油凝胶B浸泡于水中，溶剂置换得到荧光水凝胶C；(3)将荧光水凝胶C浸泡于含有镧系金属离子的盐溶液中进行配位，取出干燥后得到所述超声响应型高分子荧光水凝胶材料。本发明专利技术方法制得的超声响应型高分子荧光水凝胶材料具有可视化、对比度高、稳定性好的优点，在诊疗成像、无损探伤等领域具有广泛的应用前景。域具有广泛的应用前景。域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种超声响应型高分子荧光水凝胶材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及超声响应型凝胶领域，具体涉及一种兼具可视化和形态稳定性的超声响应型高分子荧光水凝胶材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]超声感知材料在超声诊疗、成像以及工业无损探伤方面都有着重要的应用，基于压电材料(陶瓷、无机钛酸盐)、磁致材料(铁钻钒合金和含锌、镍的铁氧体)等的超声传感材料已经发展成熟并被广泛地应用，例如，公开号为CN110257142A的中国专利文献公开了一种超声响应型氮化硼纳米凝胶润滑材料，该材料是以脲基改性氮化硼二维纳米片为凝胶因子，在分散液中与基础油混合经超声处理而得。该凝胶润滑材料具有特殊的超声响应成胶特性，在超声波的作用下，可在60℃以下的温和条件下即可形成稳定的凝胶结构。
[0003]但是上述超声感知材料难以将超声信号转换为肉眼可见的可视化信号。值得一提的是，超声信号的可视化转换将有利于相关仪器设备(如B超、探伤仪)的小型化，提高信息处理的效率等。然而，如何将接收的超声信号转化为可视化的信号依然是当前技术焏待解决的问题。
[0004]超声响应型高分子凝胶材料能够将超声信号转化为肉眼可见的光物理信号，实现超声信号的可视化显示。Holten
‑
Andersen等人报道了荧光颜色可从白色转变为浅蓝色的超声响应性凝胶材料(White
‑
Light
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Emitting Lanthanide Metallogels with Tunable Luminescence and Reversible Stimuli
‑
Responsive Properties.J.Am.Chem.Soc.2015,137,11590)。何杰等人报道了在超声作用时可发生从红色到浅红色可逆变化的高分子荧光水凝胶材料(Dynamic Coordination of Eu
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Iminodiacetate to Control Fluorochromic Response of Polymer Hydrogels to Multistimuli.Adv.Mater.2018,30,1706526)。这些已报道的超声响应荧光凝胶材料预示着将超声信号转换为肉眼可见的荧光信号的可能性，同时具有良好的生物相容性、透明度高等优点。但是这些材料在超声响应时会发生溶胶转化，形态不稳定，难以满足进一步应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种兼具可视化和形态稳定性的超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，制得的超声响应型高分子荧光水凝胶材料具有可视化、对比度高、稳定性好的优点，在诊疗成像、无损探伤等领域具有广泛的应用前景。
[0006]具体采用的技术方案如下：
[0007]一种超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将成胶单体、荧光响应分子、交联剂、自由基热引发剂加入到有机溶剂中，完全溶解后得到凝胶预聚液A，将凝胶预聚液A聚合成胶得到荧光油凝胶B；
[0009](2)将荧光油凝胶B浸泡于水中，溶剂置换得到荧光水凝胶C；
[0010](3)将荧光水凝胶C浸泡于含有镧系金属离子的盐溶液中进行配位，取出干燥后得
到所述超声响应型高分子荧光水凝胶材料。
[0011]所述的成胶单体包括丙烯酰胺类单体与三联吡啶功能化单体，所述的三联吡啶功能化单体的结构式如式(I)所示：
[0012][0013]优选的，所述的丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺或N
‑
羟甲基丙烯酰胺。
[0014]优选的，所述的荧光响应分子的结构式如式(Ⅱ)所示：
[0015][0016]本专利技术以丙烯酰胺类单体与三联吡啶功能化单体作为成胶单体，丙烯酰胺类单体与三联吡啶功能化单体(三联吡啶功能化单体可以与镧系金属离子进行配位)可以共聚形成三维聚合物网络，并掺杂特定结构的荧光响应分子，通过调控镧系金属离子的种类及荧光响应分子的含量实现超声响应基元的引入，制备得到超声响应型高分子荧光水凝胶材料；在超声作用时，三联吡啶与镧系金属离子形成的弱配位键解离，荧光响应分子逐渐“捕获”解离下来的镧系金属离子形成更加稳定的配合物，从而使得水凝胶材料发射的荧光颜色发生改变。
[0017]优选的，所述的交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述的自由基热引发剂为偶氮二异丁腈；所述的有机溶剂包括二甲亚砜或二甲基甲酰胺。
[0018]优选的，丙烯酰胺类单体的添加量为有机溶剂总重量的18～25wt％；
[0019]丙烯酰胺类单体、三联吡啶功能化单体、交联剂、荧光响应分子、自由基热引发剂的添加重量配比为100：0.6
‑
0.8：0.4
‑
1.1：0.012
‑
0.07：0.07
‑
0.1。
[0020]优选的，步骤(1)的聚合成胶方式为：将凝胶预聚液A置于60
‑
70℃的烘箱中，成胶聚合时间为6
‑
10小时。
[0021]优选的，步骤(3)中，含有镧系金属离子的盐溶液为硝酸镧、硝酸铕、硝酸铽中的任
意一种，浓度为0.1
‑
0.5M。
[0022]本专利技术还提供了所述超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法制得的兼具可视化和形态稳定性的超声响应型高分子荧光水凝胶材料。
[0023]当前研究中，超声响应材料大多基于钛酸盐等压电材料，在成像显示时需要将超声信号转化为电流信号，进一步通过复杂数据处理系统模拟出相应的图像。与这些超声响应材料不同，本专利技术的超声响应型高分子荧光水凝胶材料可以将超声信号转化为肉眼可见的荧光信号。
[0024]本专利技术还提供了所述超声响应型高分子荧光水凝胶材料在超声诊疗、成像以及工业无损探伤领域中的应用。
[0025]所述超声响应型高分子荧光水凝胶材料具有可视化、对比度高、稳定性好等优点，在超声诊疗、成像以及工业无损探伤等领域具有广阔的应用前景。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)本专利技术超声响应型高分子荧光水凝胶材料可以将超声信号转化为肉眼可见的荧光信号，实现超声信号的原位可视化。
[0028](2)镧系金属的选择丰富，不同的镧系金属离子参与配位构筑的超声响应型高分子荧光水凝胶材料在成像时显示不同的荧光变化，本专利技术方法能够实现超声响应的多色变化。
[0029](3)本专利技术制得的超声响应型高分子荧光水凝胶材料具有可视化(肉眼可见)、对比度高(黄色到红色荧光变化)、稳定性好(能经受300W超声10h，不发生溶胶转化)等优点。
[0030](4)本专利技术制备方法简单、设备要求低，易于工业化生产。
附图说明
[0031]图1为实施例中应用的三联吡啶功能化单体和荧光响应分子的合成路线，其中，(a)为三联吡啶功能化单体的合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将成胶单体、荧光响应分子、交联剂、自由基热引发剂加入到有机溶剂中，完全溶解后得到凝胶预聚液A，将凝胶预聚液A聚合成胶得到荧光油凝胶B；(2)将荧光油凝胶B浸泡于水中，溶剂置换得到荧光水凝胶C；(3)将荧光水凝胶C浸泡于含有镧系金属离子的盐溶液中进行配位，取出干燥后得到所述超声响应型高分子荧光水凝胶材料。2.根据权利要求1所述的超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述的成胶单体包括丙烯酰胺类单体与三联吡啶功能化单体；所述的丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺或N
‑
羟甲基丙烯酰胺；所述的三联吡啶功能化单体的结构式如式(I)所示：3.根据权利要求1所述的超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述的荧光响应分子的结构式如式(Ⅱ)所示：4.根据权利要求1所述的超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述的自由基热引发剂为偶氮二异丁腈；所述的有机溶剂包括二甲亚砜或二甲基甲酰胺。5.根据权利要求2所述的超声响应型高分子荧光水凝胶材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，尹光强，谷金翠，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：