导电水凝胶、凝胶球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种导电水凝胶、凝胶球及其制备方法和应用。使吡咯和天然高分子聚合物经交联形成具有组织可接受的载体的所述导电水凝胶，所述导电水凝胶中不含有强氧化剂。本发明专利技术无需添加强氧化剂，通过在制备导电水凝胶网络的同时，形成聚吡咯网络，一方面使导电网络分布更加均匀，导电水凝胶的结构更加紧密，提高了导电水凝胶的灵敏度、稳定性和力学性能；另一方面，避免了强氧化剂带来的基质水凝胶材料变性、氧化剂残留毒性等问题。氧化剂残留毒性等问题。

【技术实现步骤摘要】
导电水凝胶、凝胶球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种导电水凝胶、凝胶球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]导电水凝胶是高度水合的三维网络，通过将导电聚合物、纳米颗粒和其他导电材料掺入聚合物水凝胶中而生成。结合导电材料的优异性质以及水凝胶基质材料的高度可调物理和生物化学性质能够形成新型导电水凝胶。已经报道的导电水凝胶，包括将导电材料(如金和银纳米颗粒、石墨烯和碳纳米管等)以及各种导电聚合物(如聚苯胺、聚吡咯和聚(3,4
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亚乙基二氧噻吩)等)加入水凝胶基质网络中。这些导电复合水凝胶具有高溶胀性、可调机械性能及支持体外和体内细胞生长能力。近来，生物相容性导电水凝胶已被研究用于各种生物医学领域，如组织工程、药物递送、生物传感器、柔性电子器件和其他可植入医疗设备等。
[0003]聚吡咯(PPy)是一种导电聚合物，由于其易于合成，具有可调机械性能，环境稳定性、和生物相容性好，已被广泛用于各种传感器的导电材料，除此之外，还可用于药物输送系统和生物电极，以及心脏组织结构和人工肌肉的工程。Yang等人通过将N
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(3
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氨基丙基)吡咯偶联到HA聚合物链上，实现PPy与透明质酸(HA)的结合，结果表明随着PPy浓度的增加导电水凝胶的弹性模量和电导率都随之增加。PPy已成为制造具有优异刺激响应性能和高热稳定性的生物相容性导电水凝胶的非常流行的导电聚合物。PPy也可用于电响应组织如神经和心脏的组织再生。
[0004]然而，PPy在极性溶剂中的较差溶解度以及含有PPy的导电水凝胶的脆性等问题亟待解决。此外，导电聚合物具有很少的活性基团，例如与组织或细胞相互作用的
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NH2和
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OH，因此生物相容性与良好的机械和电气性能相结合的PPy导电水凝胶的制备仍然具有挑战性。
[0005]为了改善导电聚合物基水凝胶的机械性能，导电聚合物已与高分子聚合物如透明质酸、纤维素和壳聚糖共混。然而，导电水凝胶网络的导电性随着绝缘聚合物(高分子聚合物)嵌段的加入而降低，常用的合成聚吡咯方法加入的强氧化剂(例如三氯化铁、过硫酸铵等)，控制不当易造成基底聚合物变性，更加不利于具有优良机械性能的导电水凝胶形成。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种性能优异的导电水凝胶、凝胶球及其制备方法和应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种导电水凝胶，使吡咯和天然高分子聚合物经交联形成具有组织可接受的载体的导电水凝胶，所述导电水凝胶中不含有强氧化剂。
[0009]通常在制备聚吡咯时，为了促进聚合，往往会使用强氧化剂作为引发剂。本专利技术不添加强氧化剂，利用吡咯在溶剂中具有更高的溶解性以及与天然高分子聚合物之间存在的氢键作用，在制备导电水凝胶网络的同时，即可形成聚吡咯网络，一方面使得导电水凝胶的
结构更加紧密，力学性能优异；另一方面，避免了强氧化剂带来的基质水凝胶材料变性、氧化剂残留毒性问题。相较于纯聚吡咯涂层导电水凝胶(例如聚吡咯在丝素蛋白材料表面的涂层)，力学性能更优；相较于单纯掺杂聚吡咯颗粒的导电水凝胶而言，导电网络分布更加均匀，导电水凝胶检测信号的灵敏度和稳定性更好。
[0010]优选地，所述导电水凝胶含有0至500ppm溴化锂和0至500ppm碳酸钠。
[0011]优选地，所述强氧化剂包括三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种。
[0012]优选地，所述天然高分子聚合物为蚕丝、纤维素、玻尿酸和壳聚糖中的一种或几种。其中，所述蚕丝优选为脱胶蚕丝，更进一步为脱胶5min～24h的蚕丝，再进一步为脱胶30～120min的蚕丝。蚕丝的脱胶体系包括但不限于碳酸钠体系。
[0013]优选地，所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(40～200000)μL。
[0014]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为蚕丝时，所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(100～2500)μL。
[0015]进一步优选地，所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(200～500)μL，例如1g：200μL、1g：250μL、1g：300μL、1g：350μL、1g：400μL、1g：450μL、1g：500μL等。
[0016]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为玻尿酸时，所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(40～2000)μL，例如1g:40μL、1g:200μL、1g:500μL、1g:700μL、1g:1000μL、1g:1200μL、1g:1500μL、1g:1700μL、1g:2000μL。
[0017]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为纤维素时，所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(400～200000)μL，例如1g:400μL、1g:1000μL、1g:5000μL、1g:10000μL、1g:30000μL、1g:50000μL、1g:80000μL、1g:100000μL、1g:150000μL、1g:200000μL等。
[0018]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为壳聚糖时，所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(40～2000)μL，例如1g:40μL、1g:200μL、1g:500μL、1g:700μL、1g:1000μL、1g:1200μL、1g:1500μL、1g:1700μL、1g:2000μL。
[0019]优选地，在交联剂的存在下进行所述交联。
[0020]优选地，所述交联剂选自二缩水甘油醚类中的一种或多种。
[0021]进一步优选地，所述二缩水甘油醚类包括二环氧甘油醚、1,4丁二醇二缩水甘油醚、1,3二环氧甘油醚甘油、双酚A二缩水甘油醚及其衍生物、间苯二酚二缩水甘油醚、三(4羟基苯基)甲烷三缩水甘油基醚及新戊二醇二缩水甘油醚。
[0022]优选地，所述天然高分子聚合物与所述交联剂质量体积比为1g:(0.5～400000)μL。
[0023]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为蚕丝时，所述天然高分子聚合物与所述交联剂的质量体积比为1g:(0.5～1000)μL。
[0024]进一步优选地，所述天然高分子聚合物与所述交联剂质量体积比为1g:(150～300)μL，例如1g:150μL、1g:175μL、1g:200μL、1g:225μL、1g:250μL、1g:300μL。
[0025]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为玻尿酸时，所述天然高分子聚合物与所述交联剂的质量体积比为1g:(80～4000)μL，例如1g:80μL、1g:500μL、1g:1000μL、1g:1500μL、1g:2000μL、1g:2500μL、1g:3000μL、1g:3500μL、1g:4000μL。
[0026]一些实施方式中，当天然高分子聚合物为纤维素时，所述天然高分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电水凝胶，其特征在于：使吡咯和天然高分子聚合物经交联形成具有组织可接受的载体的导电水凝胶，所述导电水凝胶不含有强氧化剂。2.根据权利要求1所述的导电水凝胶，其特征在于：所述强氧化剂包括三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的导电水凝胶，其特征在于：所述天然高分子聚合物为蚕丝、纤维素、玻尿酸和壳聚糖中的一种或几种。4.根据权利要求1或3所述的导电水凝胶，其特征在于：所述天然高分子聚合物与所述吡咯的质量体积比为1g:(40～200000)μL。5.根据权利要求1所述的导电水凝胶，其特征在于：在交联剂的存在下进行所述交联，所述交联剂选自二缩水甘油醚类中的一种或多种，所述二缩水甘油醚类包括二环氧甘油醚、1,4丁二醇二缩水甘油醚、1,3二环氧甘油醚甘油、双酚A二缩水甘油醚及其衍生物、间苯二酚二缩水甘油醚、三(4羟基苯基)甲烷三缩水甘油基醚及新戊二醇二缩水甘油醚，所述天然高分子聚合物与所述交联剂质量体积比为1g:(0.5～400000)μL。6.一种如权利要求1至5中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑兆柱，王文君，李翔宇，李刚，吕强，王晓沁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：