六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜及其制备方法和应用技术

技术编号:14976210 阅读:88 留言:0更新日期:2017-04-03 04:14
本发明专利技术公开了一种六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜及其制备方法和应用,其中,制备方法包括以下步骤:(一)、合成PAA-PBA;(二)、在石墨电极表面形成P4VP薄膜;(三)、在PG/P4VP电极上形成PNIPAm-(PAA-PBA)水凝胶薄膜。制备得到的六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜可以应用在电化学传感器上和生物传感器上。本发明专利技术的有益之处在于:将电化学聚合方法与自由基聚合方法相结合,制备方法简单便利,同时生物大分子酶可以被固定在水凝胶薄膜中,这种基于二元结构概念的多重刺激响应性智能模型界面能够被用于实现电化学生物电催化的六重开关,这项研究能够对构建基于生物分子如酶的电化学催化的多重可控的生物传感器提供方法和思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水凝胶薄膜及其制备方法和应用,具体涉及一种六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜及其制备方法和应用,属于化学

技术介绍
互穿聚合物网络水凝胶,简称互穿网络水凝胶(Interpenetratingpolymernetworks,IPN/IPNs),是一种由两种或两种以上的网状聚合物在物理上相互贯穿或缠结而形成的,是一类特殊形式的聚合物共混体系。当互穿网络水凝胶中的一种组分是线性而非网状结构时,就被称为半互穿网络水凝胶(semi-IPN)。由于互穿网络水凝胶中的各组成聚合物之间没有发生化学作用,它们之间不形成化学键,因此各聚合物组分具有相对的独立性,而同时网络之间又具有一定的依赖性和协同作用。因此,可以采用互穿网络水凝胶或者半互穿网络水凝胶的策略将两种单一刺激响应型的聚合物结合在一起,构筑多重刺激响应界面。这种特殊的物理化学性质使互穿或半互穿网络水凝胶可同时具备多种优异性能。但据我们所知,将电化学聚合薄膜与自由基聚合的半互穿网络水凝胶薄膜相结合的多元结构的多重刺激响应性的薄膜还未见报道。近年来,刺激响应性界面和智能界面引起了研究者们极大的关注,并在构建可控的生物传感器、药物输送、微流控装置、选择性渗透膜和生物分离等方面都表现出潜在的应用价值。在这方面,多重刺激响应性界面尤其引起人们的兴趣,因为它可以模拟和反映复杂的生理和生物体系。目前,发展多重刺激响应的可开关的生物电催化体系仍然是一个具有极大挑战性的任务。相对于单一刺激响应体系,多重刺激响应体系表现出明显的优势,它可以增加体系的维数和生物电催化的复杂性,因而更加接近真实的生物体系,可以应用于多重可开关或可调控生物传感器。文献报道了一些特殊的均聚物,例如聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm),由于其独特的结构和本身固有的性质,可以在两种或更多的外部刺激下改变其构型、体积或者其他性质。但是,具有这种性质的均聚物种类非常有限。更加普遍的构建多重敏感体系的策略是将两种或者多种不同的具有单一刺激响应性质的聚合物单元结合在一起。经常采用共聚反应来达到这个目的。另外,还可将两种不同类型的刺激响应性薄膜相结合,在同一固体基底表面构筑二元结构的多重敏感性薄膜。二元结构的想法或概念为采用简便易行的方法构建多重响应性界面开拓了一个新的和具有普遍性的思路。但据我们所知,将电化学聚合方法与自由基聚合方法相结合,在电极表面上构筑具有多元结构的多重刺激响应性半互穿网络水凝胶薄膜尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半互穿网络水凝胶薄膜的制备方法,该方法将电化学聚合方法与自由基聚合方法相结合,既新颖又简便,可成功制备出具有六重刺激响应性的半互穿网络水凝胶二元结构。为了实现上述目标,本专利技术采用如下的技术方案:一种六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(一)、合成PAA-PBA:PAA与APBA在交联剂NHS和EDC存在的条件下发生缩合反应,生成PAA-PBA;(二)、在石墨电极表面形成P4VP薄膜:以甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极,将石墨电极置于通氮除氧的混合溶液中,然后进行循环伏安扫描,经过5个循环后在石墨电极表面聚合形成P4VP薄膜,用水清洗薄膜并吹干,获得PG/P4VP电极,前述混合溶液以体积浓度为20%的甲醇为溶剂,每升溶液中含有:0.25mol4VP、0.02molNa2S2O8和0.1molNaClO4;(三)、在PG/P4VP电极上形成PNIPAm-(PAA-PBA)水凝胶薄膜:将PG/P4VP电极置于密封的玻璃瓶中,通入高纯氮至少10min,然后用注射器在PG/P4VP电极表面滴涂8μL预凝胶溶液,10min后PG/P4VP表面上形成PNIPAm-(PAA-PBA)水凝胶薄膜,前述预凝胶溶液中含有:2mg/mLPAA-PBA、0.5mol/LNIPAm单体、1.5mg/mLBIS交联剂、0.4mg/mLNa2S2O8引发剂和0.46mg/mLTEMED促进剂。前述的六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜的制备方法,其特征在于,在步骤(一)中,合成PAA-PBA的过程为:(1)、将含有2.77mmolPAA单体的水溶液用20mL、50mmol/L的HEPES缓冲溶液稀释,并将pH调至8.5;(2)、将含有1.22mmolAPBA的水溶液用20mL、50mmol/L的HEPES缓冲溶液稀释,并将pH调至8.5;(3)、将上述两种溶液混合均匀,逐滴加入含有0.124mmol/LNHS、浓度为50mmol/L的HEPES缓冲溶液4mL,搅拌10min;(4)、逐滴加入含有1.24mmol/LEDC、浓度为50mmol/L的HEPES缓冲溶液4mL,室温下搅拌12h;(5)、将上述溶液透析除杂,冷冻干燥后得到产物PAA-PBA。前述的六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜的制备方法,其特征在于,在步骤(二)中,循环伏安扫描的条件为:以0.10Vs–1的扫速在–0.7V~2.5V电位范围内扫描。本专利技术的有益之处在于:将电化学聚合方法与自由基聚合方法相结合,制备方法简单便利,同时生物大分子酶可以被固定在水凝胶薄膜中,这种基于二元结构概念的多重刺激响应性智能模型界面能够被用于实现电化学生物电催化的六重开关,这项研究能够对构建基于生物分子如酶的电化学催化的多重可控的生物传感器提供方法和思路。附图说明图1是P4VP电化学聚合物薄膜电极在不同pH的0.2mM双羧酸二茂铁Fc(COOH)2探针溶液中的循环伏安图;图2是在25℃和pH5.0的条件下,P4VP电化学聚合物薄膜电极在分别含有0M和0.2MNaClO4浓度的0.5mMFc(COOH)2探针溶液的循环伏安图;图3是P4VP/PNIPAm-(PAA-PBA)-GOD薄膜电极在不同pH的含有10.0mM葡萄糖、0.5mM双羧酸二茂铁Fc(COOH)2探针溶液中,对葡萄糖的多重电催化刺激响应开关循环伏安图;图4是P4VP/PNIPAm-(PAA-PBA)-GOD薄膜电极在不同环境温度的含有10.0mM葡萄糖、0.5mM双羧酸二茂铁Fc(COOH)2探针溶液中,对葡萄糖的多重电催化刺激响应开关循环伏安图;图5是P4VP/PNIPAm-(PAA-PBA)-GOD薄膜对本文档来自技高网
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【技术保护点】
六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(一)、合成PAA‑PBA:PAA与APBA在交联剂NHS和EDC存在的条件下发生缩合反应,生成PAA‑PBA;(二)、在石墨电极表面形成P4VP薄膜:以甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极,将石墨电极置于通氮除氧的混合溶液中,然后进行循环伏安扫描,经过5个循环后在石墨电极表面聚合形成P4VP薄膜,用水清洗薄膜并吹干,获得PG/P4VP电极,所述混合溶液以体积浓度为20%的甲醇为溶剂,每升溶液中含有:0.25mol 4VP、0.02mol Na2S2O8和0.1mol NaClO4;(三)、在PG/P4VP电极上形成PNIPAm‑(PAA‑PBA)水凝胶薄膜:将PG/P4VP电极置于密封的玻璃瓶中,通入高纯氮至少10min,然后用注射器在PG/P4VP电极表面滴涂8μL预凝胶溶液,10min后PG/P4VP表面上形成PNIPAm‑(PAA‑PBA)水凝胶薄膜,所述预凝胶溶液中含有:2mg/mL PAA‑PBA、0.5mol/L NIPAm单体、1.5mg/mL BIS交联剂、0.4mg/mL Na2S2O8引发剂和0.46mg/mL TEMED促进剂。...

【技术特征摘要】
1.六重环境敏感型半互穿网络水凝胶薄膜的制备方法,其特征在
于,包括以下步骤:
(一)、合成PAA-PBA:
PAA与APBA在交联剂NHS和EDC存在的条件下发生缩合反应,
生成PAA-PBA;
(二)、在石墨电极表面形成P4VP薄膜:
以甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极,将石墨电极置于通氮
除氧的混合溶液中,然后进行循环伏安扫描,经过5个循环后在石墨
电极表面聚合形成P4VP薄膜,用水清洗薄膜并吹干,获得PG/P4VP
电极,
所述混合溶液以体积浓度为20%的甲醇为溶剂,每升溶液中含有:
0.25mol4VP、0.02molNa2S2O8和0.1molNaClO4;
(三)、在PG/P4VP电极上形成PNIPAm-(PAA-PBA)水凝胶薄膜:
将PG/P4VP电极置于密封的玻璃瓶中,通入高纯氮至少10min,
然后用注射器在PG/P4VP电极表面滴涂8μL预凝胶溶液,10min后
PG/P4VP表面上形成PNIPAm-(PAA-PBA)水凝胶薄膜,
所述预凝胶溶液中含有:2mg/mLPAA-PBA、0.5mol/LNIPAm单
体、1.5mg/mLBIS交联剂、0.4mg/mLNa2S2O8引发剂和0.46
mg/mLTEMED促进剂。
2.根据权利要求1所述的六重环境敏感型半互穿网络水...

【专利技术属性】
技术研发人员:姚惠琴冯宁川朱美霖李玲姚遥甘倩倩
申请(专利权)人:宁夏医科大学
类型:发明
国别省市:宁夏;64

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