一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶及其制备方法，具体制备方法为：将蚕丝蛋白水溶液置于低温环境中快速冷冻，然后在经真空冷冻干燥处理，得到的蚕丝蛋白多孔材料；将蚕丝蛋白多孔材料加入HFIP溶液中，搅拌混合至蚕丝完全溶解，得到蚕丝蛋白再溶解溶液；将蚕丝蛋白再溶解溶液一边搅拌一边滴加石墨烯的超纯水溶液，置于恒温恒湿环境中静置培养至凝胶化，水洗去除溶剂，得到基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶。本发明专利技术通过二元溶剂的扩散和诱导作用，促使蚕丝蛋白中的无规卷曲结构向β折叠形式转变，且将石墨烯均匀渗透到蚕丝蛋白水凝胶的内部，使制备的蚕丝蛋白水凝胶的导电性能、力学性能和亲肤性能优异。

A high strength and high conductivity silk fibroin intelligent hydrogel based on graphene and its preparation method

The invention provides a high strength and high conductivity silk protein intelligent hydrogel based on graphene and a preparation method thereof. The preparation method is as follows: the aqueous solution of silk protein is quickly frozen in a low temperature environment, and then the porous material of silk protein is obtained by vacuum freeze-drying treatment; and the porous material of silk protein is added into HFIP solution. In the solution, the silk protein solution was obtained by stirring and mixing until the silk was dissolved completely, and then the silk protein solution was stirred and dripped with graphene. The silk protein solution was cultured in a constant temperature and humidity environment until gelation, and the solvent was removed by washing. Gel: Set & Match. By diffusing and inducing binary solvents, the invention promotes the random coiling structure in silk protein to be transformed into a beta folding form, and permeates graphene evenly into the inside of the silk protein hydrogel, so that the prepared silk protein hydrogel has excellent electrical, mechanical and skin-affinity properties.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶及其制备方法
本专利技术属于纺织材料
，具体涉及一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是指一种主链或支链含有大量亲水性基团并被水溶胀，具有三维网状结构的交联聚合物。它在水中溶胀而不溶解，既含有大量水分，又能保持一定的形状，其中某些聚合物水凝胶的相、体积、形状、光学、力学、电场、表面积、反应速率以及识别性能等对外界环境变化具有刺激响应性的水凝胶称为智能水凝胶。导电水凝胶为智能水凝胶的一种，既具有水凝胶的吸水性能和力学性能，又具有导电高分子材料的电学性能和光学性能，但是单一的聚电解质导电水凝胶的机械强度和稳定性难以满足需求，目前多是无机物添加或者导电高分子材料复合的导电水凝胶提高导电水凝胶的机械强度。中国专利CN100406484C公开的石墨/聚丙烯酸钾导电水凝胶及其制备方法，将丙烯酸单体中加入氢氧化钾溶液，再加入超细石墨粉体、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾，搅拌聚合得到含水量较高的半成品，再经干燥、粉碎、真空干燥得到石墨/聚丙烯酸钾导电水凝胶，该方法将吸水性聚丙烯酸钾聚合物中加入石墨，吸水后制备导电水凝胶，保留了原吸水树脂的力学性能，并使吸水树脂由绝缘体变为导体或者良导体。中国专利CN105543924B公开的一种钛基导电水凝胶复合涂层材料的制备方法，将钛或其合金表面经巯基话处理后，在紫外光的照射下，在1-[4-(2-羟乙氧基)-苯基]-2-羟基-2甲基丙酮光引发剂的作用下，由烯醇式点击反应制备明胶丙烯酸甲酯/聚乙二醇二丙烯酸酯/壳聚糖/海藻酸钠水凝胶涂层，再在水凝胶涂层冷冻干燥后，在水凝胶涂层的表面进行电化学沉积吡咯单体，得到钛基导电水凝胶复合涂层材料。该方法制备的水凝胶复合涂层不仅可以保持导电水凝胶涂层生物活性不变，而且可以提高钛或其合金基导电水凝胶涂层的结合力和导电性能，但是，导电水凝胶亲肤性能方面的研究目前并不多见。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶及其制备方法，本专利技术将真空冷冻干燥处理后的蚕丝多孔材料再溶解月HFIP溶液中形成混合溶液，在混合溶液中滴加石墨烯超纯水溶液，静置凝胶化处理，再水洗去除溶剂，得到高强高导的蚕丝蛋白智能水凝胶。本专利技术的制备方法简单，制备的再生蚕丝蛋白水凝胶的力学性能显著增强，且具有良好的亲肤性能和导电性能。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶，所述基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶中包括改性蚕丝蛋白的水凝胶和石墨烯，所述改性蚕丝蛋白为蚕丝蛋白冷冻干燥后再溶解得到，所述再溶解的溶剂为HFIP溶液，所述改性蚕丝蛋白的水凝胶为蚕丝蛋白冷冻干燥后再溶解于HFIP溶液中滴加超纯水静置培养得到。本专利技术还提供一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将蚕丝蛋白水溶液置于低温环境中快速冷冻，然后在经真空冷冻干燥处理，得到的蚕丝蛋白多孔材料；(2)将步骤(1)制备的蚕丝蛋白多孔材料加入HFIP溶液中，搅拌混合至蚕丝完全溶解，得到蚕丝蛋白再溶解溶液；(3)将步骤(2)制备的蚕丝蛋白再溶解溶液一边搅拌一边滴加石墨烯的超纯水溶液，置于恒温恒湿环境中静置培养至凝胶化，水洗去除溶剂，得到基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，蚕丝蛋白水溶液的质量分数为6-8wt％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，快速冷冻的处理工艺为在液氮中处理10-30s。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，真空冷冻干燥处理的温度为-20℃，真空度为0.1-0.5Pa，时间为24-48h。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，蚕丝蛋白再溶解溶液中蚕丝蛋白的含量为13-18wt％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，石墨烯的超纯水溶液中石墨烯的含量为0.5-1mg/mL。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，滴加的速率为5-20滴/min。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，蚕丝蛋白再溶解溶液与石墨烯的超纯水溶液中蚕丝蛋白与超纯水的质量比为1:0.3-0.7。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，静置培养的温度为25-30℃，湿度为50-60％，时间为12-24h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术制备的基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶主要原料为改性的蚕丝蛋白水凝胶，将蚕丝蛋白水溶液冷冻干燥处理后得到的蚕丝蛋白多孔材料作为主要原料，先溶解于HFIP溶液中，再滴加超纯水，通过二元溶剂的扩散和诱导作用，促使蚕丝蛋白中的无规卷曲结构向β折叠形式转变，使形成的蚕丝蛋白凝胶中含有连续交联的三维水凝胶网络，且在超纯水的渗透过程中，将超纯水溶液中含有的石墨烯功能材料，充分均匀渗透到蚕丝蛋白水凝胶的内部，进一步促使蚕丝蛋白大分子在石墨烯周围的规律性排列，进一步提高蚕丝蛋白水凝胶的机械性能，而且使制备的蚕丝蛋白水凝胶的导电性能显著增强，稳定性好，而且不影响蚕丝蛋白水凝胶的亲肤性能。(2)本专利技术的制备方法简单，可操控性强，避免了复杂的化学和物理处理，制备的蚕丝蛋白水凝胶与常规的水凝胶相比力学性能显著提高，且具有良好的导电性能和亲肤性能，可用于智能纺织制品、电子器件和生物医疗等领域。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1：(1)将6wt％的蚕丝蛋白水溶液置于液氮低温环境中快速冷冻10s，然后在-20℃的温度和0.1Pa的真空度下真空冷冻干燥处理24h，得到的蚕丝蛋白多孔材料。(2)将蚕丝蛋白多孔材料加入HFIP溶液中，搅拌混合至蚕丝完全溶解，得到蚕丝蛋白再溶解溶液，其中，蚕丝蛋白再溶解溶液中蚕丝蛋白的含量为13wt％。(3)按照蚕丝蛋白再溶解溶液与石墨烯的超纯水溶液中蚕丝蛋白与超纯水的质量比为1:0.3，将蚕丝蛋白再溶解溶液一边搅拌一边以5滴/min的速率滴加0.5mg/mL的石墨烯的超纯水溶液，置于25℃和湿度为50％的恒温恒湿环境中静置培养12h至凝胶化，水洗去除溶剂，得到基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶。实施例2：(1)将8wt％的蚕丝蛋白水溶液置于液氮低温环境中快速冷冻30s，然后在-20℃的温度和0.5Pa的真空度下真空冷冻干燥处理48h，得到的蚕丝蛋白多孔材料。(2)将蚕丝蛋白多孔材料加入HFIP溶液中，搅拌混合至蚕丝完全溶解，得到蚕丝蛋白再溶解溶液，其中，蚕丝蛋白再溶解溶液中蚕丝蛋白的含量为18wt％。(3)按照蚕丝蛋白再溶解溶液与石墨烯的超纯水溶液中蚕丝蛋白与超纯水的质量比为1:0.7，将蚕丝蛋白再溶解溶液一边搅拌一边以20滴/min的速率滴加1mg/mL的石墨烯的超纯水溶液，置于30℃和湿度为60％的恒温恒湿环境中静置培养24h至凝胶化，水洗去除溶剂，得到基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶。实施例3：(1)将7wt％的蚕丝蛋白水溶液置于液氮低温环境中快速冷冻20s，然后在-20℃的温度和0.2Pa的真空度下真空冷冻干燥处理36h，得到的蚕丝蛋白多孔材料。(2)将蚕丝蛋白多孔材料加入HFIP溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶，其特征在于，所述基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶中包括改性蚕丝蛋白的水凝胶和石墨烯，所述改性蚕丝蛋白为蚕丝蛋白冷冻干燥后再溶解得到，所述再溶解的溶剂为HFIP溶液，所述改性蚕丝蛋白的水凝胶为蚕丝蛋白冷冻干燥后再溶解于HFIP溶液中滴加超纯水静置培养得到。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶，其特征在于，所述基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶中包括改性蚕丝蛋白的水凝胶和石墨烯，所述改性蚕丝蛋白为蚕丝蛋白冷冻干燥后再溶解得到，所述再溶解的溶剂为HFIP溶液，所述改性蚕丝蛋白的水凝胶为蚕丝蛋白冷冻干燥后再溶解于HFIP溶液中滴加超纯水静置培养得到。2.一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将蚕丝蛋白水溶液置于低温环境中快速冷冻，然后在经真空冷冻干燥处理，得到的蚕丝蛋白多孔材料；(2)将步骤(1)制备的蚕丝蛋白多孔材料加入HFIP溶液中，搅拌混合至蚕丝完全溶解，得到蚕丝蛋白再溶解溶液；(3)将步骤(2)制备的蚕丝蛋白再溶解溶液一边搅拌一边滴加石墨烯的超纯水溶液，置于恒温恒湿环境中静置培养至凝胶化，水洗去除溶剂，得到基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶。3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，蚕丝蛋白水溶液的质量分数为6-8wt％。4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的高强高导蚕丝蛋白智能水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，快速冷冻的处理工艺为在液氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东进，
申请(专利权)人：东莞市联洲知识产权运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44