一种基于丝素蛋白的导电双网络水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于丝素蛋白的导电双网络水凝胶及其制备方法和应用：(1)取PVA固体，加入超纯水中，加热、搅拌溶解形成PVA溶液；(2)取导电聚合物PEDOT:PSS加入PVA溶液，搅拌均匀；(3)取PAM固体加入步骤(2)得到的溶液中，加入引发剂APS，交联剂MBA，搅拌至完全溶解；(4)取浓度为7.5

【技术实现步骤摘要】
一种基于丝素蛋白的导电双网络水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物材料
，具体涉及一种基于丝素蛋白的导电双网络水凝胶及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]目前，传统的可穿戴式人体健康监测设备所使用的大多基于刚性材料制成，如压电陶瓷传感器
、
多普勒效应传感器等，但此传感器的皮肤贴合性较差，无法实现长期实时的监测
。
近年来，随着材料科学和制造工艺的不断研究和发展，柔性应变传感器成为可穿戴设备的重要组件，在人机交互
、
软体机器人
、
电子皮肤等各个领域都显示出了巨大的潜力，具有良好的应用前景，同时凭借着可靠的便携性和优异的传感性能，成为了人体健康医用传感器监测领域中的一大热点
。
而柔性传感器常用的弹性聚合物材料主要有热塑性聚氨酯
、
聚二甲基硅氧烷等，但较差的可拉伸性和有限的导电填料相容性，严重限制了它们在柔性可穿戴应用中的前景
。
[0003]水凝胶是一类具有亲水性的三维交联网络结构的凝胶，具有优异的力学性能
(
如拉伸性
、
柔韧性
)
，良好的生物相容性和离子运输性，可以从水或者水性溶液中吸水致使其体积发生膨胀但本身又不会溶解，通过填充导电材料
(
如离子材料
、
碳基材料
、
金属导电物质等
)
和调节材料配比，可制备出同时具有优异力学性能和高导电性能的柔性可穿戴式传感器，有效地捕获人体生理参数，进而将其转换为电信号，实现人体健康的长期实时监测
。
特别是近二十年有关水凝胶的研究不仅实现了突飞猛进的高速发展而且在各个领域都存在重大的突破，在生物医学工程领域有许多潜在的应用，如药物递送系统
、
医疗器械
、
传感设备
、
可再生能源和环境工程等
。
并在诸多领域中蕴含无限的应用前景
。
现如今，水凝胶已成为跨学科领域中研究最广泛的材料之一
。
[0004]在众多的蛋白质材料中，来源于家蚕蚕丝的丝素蛋白水凝胶因具有优良的性能以及多样化的成胶方式等优点受到了组织工程领域研究人员的青睐
。
丝素蛋白是家蚕蚕丝的重要组成部分，占其总质量的
70
％
‑
80
％，由
18
种氨基酸组成，是一种优良的天然蛋白类材料
。
基于丝素蛋白的水凝胶有效地结合了丝素蛋白和水凝胶材料的优势，成为当前组织工程领域中最具有前景的生物材料之一
。
[0005]导电水凝胶是一类具有导电特性的三维网状结构柔性材料
。
其物理性质与人体皮肤相近，且绝大部分具备良好的生物相容性以及易改性的特点，因此越来越多的研究者们对其产生了极大的兴趣
。
由导电水凝胶所设计的柔性传感器件，在日常使用中存在结构稳定性差
、
力学性能差
、
传感灵敏度低
、
易受损开裂
、
老化以及使用易失水等诸多问题，这些问题会严重影响传感器的正常使用和传感灵敏度
。
综上所述，如今国内外通过合成具有各种能力的水凝胶，如高导电性
、
抗冻性
、
优异的机械性能
、
良好的抗疲劳性
、
广泛的黏附性以及抗菌性
。
制备了一系列适合在各种场景下使用的可穿戴的柔性传感器，用于进行人体健康监测
。
但是，将具有高导电性
、
良好的机械性能
、
自愈合性和高应变灵敏度的协同特性集成到制造基于水凝胶的应变传感器仍然是一个挑战
。
而在实际应用中，柔性传感器不仅要保
证传感信号的灵敏度和可靠性，还要具有一定的抗疲劳载荷性能，以保证能够长期正常使用
。
这就需要导电水凝胶兼具优异的机械性能和电学性能，但是目前报道的导电水凝胶通常具有不同的缺点，难以兼顾优异的机械性能和电学性能
。

技术实现思路

[0006]本专利技术采用丝素蛋白
(SF)、
聚乙烯醇
(PVA)/
聚丙烯酰胺
(PAM)、
聚
(3,4
‑
乙二氧噻吩
):
聚苯乙烯磺酸盐
(PEDOT:PSS)
等材料，通过
SF
与
PVA/PAM
双网络水凝胶基质之间存在相互作用，构建出一种具有良好生物相容性和优异力学性能，以及较强粘附性和自愈合性的高导电双网络水凝胶，可用于人体健康的监测
(
如心电信号，人体肢体运动，呼吸等
)。
基于此，本专利技术保护提供了如下技术方案：
[0007]一种基于丝素蛋白的导电双网络水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)
取
PVA
固体，加入超纯水中，加热
、
搅拌溶解形成均匀的
PVA
溶液；
[0009](2)
取导电聚合物
PEDOT:PSS
加入
PVA
溶液，搅拌均匀；
[0010](3)
取
PAM
固体加入步骤
(2)
得到的溶液中，等其溶解后加入引发剂
APS
，交联剂
MBA
，搅拌至完全溶解；
[0011](4)
取浓度为
7.5
‑
8.5wt
％的
SF
溶液，加入步骤
(3)
的溶液中，搅拌均匀，得到成胶溶液；所述成胶溶液中，各物质的质量百分比为：5‑
10
％
PVA、5
‑
25
％
PEDOT:PSS、13
‑
17
％
PAM、11
‑
18
％
SF
溶液；
[0012](5)
将促进剂
TEMED
加入上述成胶溶液中，并将溶液迅速倒入模具中，使用循环冷冻法，形成导电双网络水凝胶
。
[0013]优选地，所述成胶溶液中，各物质的质量百分比为：5‑8％
PVA、5
‑
15
％
PEDOT:PSS、14
‑
16
％
PAM、11
‑
15
％
SF
溶液；其中所述
PEDOT:PSS
的规格为
1.0
‑
1.3
％固含量的
PEDOT:PSS...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于丝素蛋白的导电双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
取
PVA
固体，加入超纯水中，加热
、
搅拌溶解形成均匀的
PVA
溶液；
(2)
取导电聚合物
PEDOT:PSS
加入
PVA
溶液，搅拌均匀；
(3)
取
PAM
固体加入步骤
(2)
得到的溶液中，等其溶解后加入引发剂
APS
，交联剂
MBA
，搅拌至完全溶解；
(4)
取浓度为
7.5
‑
8.5wt
％的
SF
溶液，加入步骤
(3)
的溶液中，搅拌均匀，得到成胶溶液；所述成胶溶液中，各物质的质量百分比为：5‑
10
％
PVA、5
‑
25
％
PEDOT:PSS、13
‑
17
％
PAM、11
‑
18
％
SF
溶液；
(5)
将促进剂
TEMED
加入上述成胶溶液中，并将溶液迅速倒入模具中，使用循环冷冻法，形成导电双网络水凝胶
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述成胶溶液中，各物质的质量百分比为：5‑8％
PVA、5
‑
15
％
PEDOT:PSS、14
‑
16
％
PAM、11
‑
15
％
SF
溶液；其中所述
PEDOT:PSS
的规格为
1.0
‑
1.3
％固含量的
PEDOT:PSS
液体
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述成胶溶液中，各物质的质量百分比为：5‑7％
PVA、5
‑
10
％或5‑7％或5‑6％
PEDOT:PSS、14
‑
16
％
PAM、11
‑
14
％或
12
‑
14
％
SF
溶液
。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙聪，杨家琦，熊兴良，江奇锋，何松涛，
申请(专利权)人：重庆医科大学，
类型：发明
国别省市：