一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用。所述琼脂糖水凝胶的制备原料包括：琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂，所述溶剂包括甘油。本发明专利技术解决了碳纳米管在水中分散不均匀、琼脂糖基水凝胶导电性不良、形变性能较差等问题，且所用材料均具有良好的生物兼容性，因此可用于构建柔性传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及水凝胶材料
，具体涉及一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用，尤其涉及一种具有导电性、粘附性和可拉伸性的琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
水凝胶材料是一类由兼具亲疏水性的高分子或聚合物通过摩擦力、疏水作用力、共价键、氢键、静电作用和范德华力等物理或化学相互作用力形成的具有三维网状结构的材料，其质地柔软，能保持一定的形状，同时还能保持大量的水分，由于这种独特的性质，水凝胶在研究和应用领域备受青睐。近年来，越来越多的天然或合成水凝胶被开发出来并引起广泛关注，目前已商品化的水凝胶产品多达几十种，例如以聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)为主要材料制备的隐形眼镜；由明胶(Gelatin)和壳聚糖(Chitosan)为主要材料制备的伤口敷料；由海藻酸盐多糖为主要材料制备的细胞培养支架等。多糖类水凝胶是由天然或合成多糖为基质形成的水凝胶，这类水凝胶的研究和应用日益增多，这得益于多糖具有来源丰富、价格低廉、制备方法简单等特点。其中，琼脂糖是应用最为广泛的一种，它具有非常好的生物兼容性，并且制备成凝胶的方式十分简单，凝胶性质也很稳定。常见的许多使用合成高分子制备的水凝胶具有一定的生物毒性，较难直接应用于人体或细胞，而使用琼脂糖水凝胶制备的生物传感器或细胞支架没有生物毒性和致敏性，是制备生物兼容性材料的不二之选，但是琼脂糖本身不具备导电性和组织粘附性，且力学强度也较弱，这限制了琼脂糖水凝胶的实际应用，通过引入各种功能性材料是解决琼脂糖水凝胶缺乏这些功能的较好方法。>CN111701074A公开了一种聚多巴胺杂交琼脂糖水凝胶及制备方法及应用，制备方法包括：通过将盐酸多巴胺溶于NaOH水溶液中，在空气条件下进行氧化反应来制备聚多巴胺溶液，然后，将琼脂糖添加到混合物中，使用微波加热溶解添加的琼脂糖，所得热稠均匀溶液在自然冷却下于10分钟内转化为凝胶，然而该琼脂糖水凝胶的力学强度有待提高，且不具有导电性。CN107602763A公开了一种具有抗冻/抗热性能的导电自粘附水凝胶的制备方法，其采用甘油/水的混合溶剂代替传统水凝胶中单一溶剂体系，通过聚多巴胺修饰与甘油/水分之间的协同效应提高了导电纳米材料在水凝胶中的分散，增强水凝胶力学性能、导电性。同时，甘油与聚多巴胺协同赋予水凝胶良好的自粘附性。然而该丙烯酰胺单体聚合得到的水凝胶具有一定的生物毒性和致敏性，难直接应用于人体或细胞。因此，开发一种具有导电性、粘附性和可拉伸性的水凝胶是本领域的研究重点。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用。所述琼脂糖水凝胶兼具导电性、粘附性和可拉伸性。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种琼脂糖水凝胶，所述琼脂糖水凝胶的制备原料包括：琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂，所述溶剂包括甘油。在本专利技术中，通过引入经聚多巴胺修饰后的碳纳米管(PDA-CNTs)增强水凝胶的导电性能，引入甘油增强水凝胶的粘附性能和可拉伸性能，并且聚多巴胺修饰碳纳米管后使得碳纳米管能更好地分散在整个水凝胶体系中，作为交联和支撑位点进一步增强了水凝胶的可拉伸性能。优选地，所述琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂的质量比为(5-50):(1-5):(250-1000)；其中，“5-50”例如可以是5、10、15、20、25、30、35、40、45、50等；其中，“1-5”例如可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等；其中，“250-1000”例如可以是250、300、350、400、450、500、650、700、750、800、850、900、950、1000等。优选地，所述溶剂为甘油和水的混合液。优选地，所述甘油和水的体积比为1:99-90:10，例如可以是1:99、2:98、5:95、10:90、15:85、20:80、25:75、30:70、35:65、40:60、45:60、50:50、55:45、60:40、65:35、70:30、75:25、80:20、85:15、89:11、90:10等，优选为25:75-75:25。优选地，所述聚多巴胺修饰后的碳纳米管由多巴胺盐酸盐和碳纳米管反应得到。优选地，所述聚多巴胺修饰后的碳纳米管由以下制备方法制备得到：将碳纳米管和缓冲液混合后，加入多巴胺盐酸盐，反应得到所述聚多巴胺修饰后的碳纳米管。优选地，所述碳纳米管在缓冲液中的质量浓度为0.5-2mg/mL，例如可以是0.5mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、1.2mg/mL、1.4mg/mL、1.6mg/mL、1.8mg/mL、2mg/mL等，优选为1mg/mL。优选地，所述多巴胺盐酸盐在反应液中的摩尔浓度为0.001-20mmol/L，例如可以是0.001mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、2mmol/L、4mmol/L、6mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、12mmol/L、14mmol/L、16mmol/L、18mmol/L、20mmol/L等，优选为1-10mmol/L。优选地，所述缓冲液为Tris-HCl缓冲液。优选地，所述缓冲液的浓度为40-60mmol/L，例如可以是40mmol/L、42mmol/L、44mmol/L、46mmol/L、48mmol/L、50mmol/L、52mmol/L、54mmol/L、56mmol/L、58mmol/L、60mmol/L等。优选地，所述反应的温度为10-30℃，例如可以是10℃、12℃、14℃、16℃、18℃、20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃等，所述反应的时间为6-24h，例如可以是6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h等。优选地，所述反应的条件为敞口放置在空气氛围中并进行搅拌。优选地，所述琼脂糖水凝胶的电导率值为0.01-0.4S/cm，例如可以是0.01S/cm、0.05S/cm、0.1S/cm、0.15S/cm、0.2S/cm、0.25S/cm、0.3S/cm、0.35S/cm、0.4S/cm等。优选地，所述琼脂糖水凝胶对生物皮的剪切粘附强度在50-120kPa，例如可以是50kPa、55kPa、60kPa、65kPa、70kPa、75kPa、80kPa、85kPa、90kPa、95kPa、100kPa、105kPa、110kPa、115kPa、120kPa等。优选地，所述琼脂糖水凝胶的拉伸强度为0.6-1.2kPa，例如可以是0.6kPa、0.7kPa、0.8kPa、0.9kPa、1.0kPa、1.1kPa、1.2kPa等。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的琼脂糖水凝胶的制备方法，所述的琼脂糖水凝胶的制备方法包括以下步骤：将琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂混合，制备得到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种琼脂糖水凝胶，其特征在于，所述琼脂糖水凝胶的制备原料包括：琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂，所述溶剂包括甘油。/n

【技术特征摘要】
1.一种琼脂糖水凝胶，其特征在于，所述琼脂糖水凝胶的制备原料包括：琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂，所述溶剂包括甘油。


2.根据权利要求1所述的琼脂糖水凝胶，其特征在于，所述琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂的质量比为(5-50):(1-5):(250-1000)。


3.根据权利要求1或2所述的琼脂糖水凝胶，其特征在于，所述溶剂为甘油和水的混合液；
优选地，所述甘油和水的体积比为1:99-90:10，优选为25:75-75:25。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的琼脂糖水凝胶，其特征在于，所述聚多巴胺修饰后的碳纳米管由多巴胺盐酸盐和碳纳米管反应得到；
优选地，所述聚多巴胺修饰后的碳纳米管由以下制备方法制备得到：将碳纳米管和缓冲液混合后，加入多巴胺盐酸盐，反应得到所述聚多巴胺修饰后的碳纳米管。


5.根据权利要求4所述的琼脂糖水凝胶，其特征在于，所述碳纳米管在缓冲液中的质量浓度为0.5-2mg/mL，优选为1mg/mL；
优选地，所述多巴胺盐酸盐在反应液中的摩尔浓度为0.001-20mmol/L，优选为1-10mmol/L；
优选地，所述缓冲液为Tris-HCl缓冲液；
优选地，所述缓冲液的浓度为40-60mmol/L。
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【专利技术属性】
技术研发人员：白硕，王安河，韩青权，
申请(专利权)人：中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32