一种水凝胶及其制备方法和水凝胶制备传感芯片的应用技术

本发明专利技术提供一种水凝胶及其制备方法和水凝胶制备传感芯片的应用，将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入金属离子溶液，并充分混合均匀，静置后即成聚乙烯醇植酸酯水凝胶；本发明专利技术凝胶具有较好的机械性能和可自修复性。

Hydrogel and its preparation method and application of hydrogel preparation sensor chip

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶及其制备方法和水凝胶制备传感芯片的应用
本专利技术涉及一种水凝胶及其制备方法和水凝胶制备传感芯片的应用，属于水凝胶与环境传感器交叉领域。
技术介绍
水凝胶是一种内部含有大量水的三维网络结构高分子聚合物体系。根据水凝胶的交联方式的不同，可以将其分为化学交联水凝胶和物理交联水凝胶。化学交联水凝胶是指通过凝胶原料间的化学反应或者引入化学交联剂而形成的凝胶体系，常见的交联方式有自由基聚合，缩酮反应，缩醛反应等，基于化学交联的水凝胶往往具有较高强度，但是当水凝胶受到外力破坏时，其网络结构往往无法恢复。物理交联水凝胶是指通过氢键，配位键，主客体作用，静电作用，疏水作用等非共价键交联形成的水凝胶，由于非共价键动态可逆的特点，物理交联水凝胶受到外力破坏时，其网络结构在一定程度上可以恢复至初始状态，也就是说物理交联水凝胶具有更好的可注射性，可塑形性和可修复性。导电水凝胶作为功能水凝胶的重要分支而被广受关注，传统的导电水凝胶是通过在水凝胶体系中引入金属纳米材料，碳纳米材料，导电聚合物等来提高水凝胶的导电性，但是这种额外引入的纳米材料会导致水凝胶形成初期呈现不均匀的相分离状态，形成的水凝胶也往往因结构松散，应力集中现象明显而导致机械强度不高。因此在水凝胶体系中原位聚合导电聚合物则是在赋予水凝胶导电性的同时避免破坏水凝胶机械性能的方法之一。在导电聚合物中，聚吡咯由于其制备简单，条件温和，较高的导电性和优异的光热转换特性而被广泛应用。但是导电聚吡咯的制备往往需要氧化剂，掺杂剂等的加入，这使得水凝胶的成分变得复杂，极大限制了导电聚吡咯水凝胶的应用，因此很有必要开发出一种原料节约，制备简单，具有一定机械性能和光热效应的导电水凝胶。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了利用植酸的配位作用并解决现有吡咯原位聚合需要多种添加剂的缺点而提供一种水凝胶及其制备方法和水凝胶制备传感芯片的应用。本专利技术的目的是这样实现的：一种水凝胶，由以下步骤制备而成：步骤一：将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，并搭建冷凝装置和分液装置，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，反应一段时间后，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；步骤二：反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；步骤三：将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；步骤四：取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入金属离子溶液，并充分混合均匀，静置后即成聚乙烯醇植酸酯水凝胶。所述步骤三中聚乙烯醇植酸酯溶液的质量分数为5～25％，聚乙烯醇植酸酯加热溶解温度为50～90℃，pH值调节为5～11，所述步骤四中金属离子溶液浓度为0.01-4mol/L，金属离子的添加量为添加量为0.1～1mL，所述静置的温度为-5～25℃，静置时间为24-48h；所述步骤四中还加入吡咯单体，所述吡咯单体的添加量为1～50μL，所述金属离子为铁离子。一种水凝胶的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，并搭建冷凝装置和分液装置，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，反应一段时间后，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；步骤二：反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；步骤三：将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；步骤四：取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入金属离子溶液，并充分混合均匀，静置后即成聚乙烯醇植酸酯水凝胶。所述步骤三中聚乙烯醇植酸酯溶液的质量分数为5～25％，聚乙烯醇植酸酯加热溶解温度为50～90℃，pH值调节为5～11，所述步骤四中金属离子溶液浓度为0.01-4mol/L，金属离子的添加量为添加量为0.1～1mL，所述静置的温度为-5～25℃，静置时间为24-48h；所述步骤四中还加入吡咯单体，所述吡咯单体的添加量为1～50μL，所述金属离子为铁离子。一种水凝胶制备传感芯片的应用，包括如下步骤：步骤一：将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，并搭建冷凝装置和分液装置，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，反应一段时间后，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；步骤二：反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；步骤三：将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；步骤四：取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入吡咯单体和铁离子溶液，并充分混合均匀，静置后得到聚乙烯醇植酸酯与聚吡咯水凝胶；步骤五：制备芯片模具：将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂按质量比10:1倒入烧杯中并充分搅拌，抽真空除尽气泡后倒入聚四氟乙烯模具中，80℃加热固化4h后取出；步骤六：制备光热传感芯片：用注射器将步骤四得到的聚乙烯醇植酸酯与聚吡咯水凝胶注射填充到步骤五所制备的芯片模具中，并在两端连接铜导线；静置24h后在芯片表面涂覆一层聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂混合物，室温固化36h后即得封装的光热传感芯片。所述步骤三中聚乙烯醇植酸酯溶液的质量分数为5～25％，聚乙烯醇植酸酯加热溶解温度为50～90℃，pH值调节为5～11；所述步骤四中吡咯单体的添加量为1～50μL，铁离子的添加量为添加量为0.1～1mL，所述静置的温度为-5～25℃，静置时间为24-48h；所述步骤五中聚四氟乙烯模具图案为圆形图案、条形图案、蛇形图案、字母图案、五角星图案、心形图案，聚四氟乙烯模具图案凸起高度为0.1-5mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的聚乙烯醇植酸酯凝胶具有大量的动态可逆配位键，凝胶具有较好的机械性能和可自修复性；本专利技术所制备的聚乙烯醇植酸酯凝胶，金属离子不仅是配位中心离子，也是凝胶导电性的来源；本专利技术所利用的聚乙烯醇植酸酯分子链上的植酸基团是一种具有较强螯合能力的多齿配体，能与大多数二价，三价金属离子形成配位键。相比于其他聚丙烯酸类水凝胶，聚乙烯醇植酸酯与金属离子的配位能力更强；本专利技术制备的聚乙烯醇植酸酯与聚吡咯水凝胶减少了额外的添加剂，水凝胶中配位作用的中心离子铁离子可作为吡咯聚合的氧化剂，同时聚乙烯醇植酸酯可对本征态的聚吡咯进行酸掺杂形成导电聚吡咯；本专利技术制备的聚乙烯醇植酸酯与聚吡咯水凝胶具有较好剪切变稀特性和可塑形性；可以被注射到不同形状的模具中，制备出可设计的水凝胶芯片；本专利技术制备的聚乙烯醇植酸酯与聚吡咯水凝胶具有光热转换效应，可将近红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水凝胶，其特征是，由以下步骤制备而成：/n步骤一：将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，并搭建冷凝装置和分液装置，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，反应一段时间后，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；/n步骤二：反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；/n步骤三：将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；/n步骤四：取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入金属离子溶液，并充分混合均匀，静置后即成聚乙烯醇植酸酯水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶，其特征是，由以下步骤制备而成：
步骤一：将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，并搭建冷凝装置和分液装置，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，反应一段时间后，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；
步骤二：反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；
步骤三：将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；
步骤四：取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入金属离子溶液，并充分混合均匀，静置后即成聚乙烯醇植酸酯水凝胶。


2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征是，所述步骤三中聚乙烯醇植酸酯溶液的质量分数为5～25％，聚乙烯醇植酸酯加热溶解温度为50～90℃，pH值调节为5～11，所述步骤四中金属离子溶液浓度为0.01-4mol/L，金属离子的添加量为添加量为0.1～1mL，所述静置的温度为-5～25℃，静置时间为24-48h。


3.根据权利要求1或2所述的水凝胶，其特征是，所述步骤四中还加入吡咯单体，所述吡咯单体的添加量为1～50μL，所述金属离子为铁离子。


4.一种水凝胶的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：将聚乙烯醇固体颗粒、尿素、双氰胺和二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，并搭建冷凝装置和分液装置，加热搅拌至完全溶解后逐滴加入植酸溶液和甲苯，反应一段时间后，甲苯和水的混合物从分液装置中流出；
步骤二：反应结束后，将三口烧瓶中的上清液部分逐滴滴入无水乙醇中，收集沉淀，并用无水乙醇和丙酮洗涤直至滤液pH呈中性，将沉淀真空干燥得到聚乙烯醇植酸酯；
步骤三：将步骤二制备的聚乙烯醇植酸酯加热溶解在水中配制成聚乙烯醇植酸酯溶液，加入氢氧化钠固体，调节溶液pH；
步骤四：取步骤三得到的溶液1ml于样品瓶中，加入金属离子溶液，并充分混合均匀，静置后即成聚乙烯醇植酸酯水凝胶。


5.根据权利要求4所述的水凝胶的制备方法，其特征是，所述步骤三中聚乙烯醇植酸酯溶液的质量分数为5～25％，聚乙烯醇植酸酯加热溶解温度为50～90℃，pH值调节为5～11，所述步骤四中金属离子溶液浓度为0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员：张馨月，张帅，魏浩，马宁，王国军，张智嘉，欧阳肖，王强，高闪，李瑞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23