一种水凝胶显示器及其制备方法和信息加密显示方法技术

本发明专利技术属于功能化水凝胶技术领域，具体涉及一种水凝胶显示器及其制备方法和信息加密显示方法。水凝胶显示器的制备方法包括以下制备方法中的一种或多种：制备方法一：将生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质溶解于水中，获得溶液一；将琼脂糖溶于水中后加热搅拌至形成透明溶液，透明溶液冷却后与溶液一混合，倒入模具中冷却至室温，获得所述水凝胶显示器；制备方法二：将单体、交联剂、促进剂、生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质溶解于水中，加入引发剂后搅拌溶解，倒入模具中静置，获得所述水凝胶显示器。本发明专利技术设计的水凝胶显示器可通过pH响应型水凝胶与酶促反应结合，可以使水凝胶变色材料实现自发的临时信息显示。以使水凝胶变色材料实现自发的临时信息显示。以使水凝胶变色材料实现自发的临时信息显示。

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶显示器及其制备方法和信息加密显示方法


[0001]本专利技术属于功能化水凝胶
，具体涉及一种水凝胶显示器及其制备方法和信息加密显示方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着世界经济发展和现代科技进步，各行业对智能材料的需求也日渐提升。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，能够感应、判断外部刺激而进行响应，是目前材料研究发展的重要方向，而由智能材料所制成的智能变色材料则是目前各领域的研究热点。
[0004]多数报道的智能变色材料只能对来自外部环境的单一刺激做出单一反应，为了产生多重或循环响应，通常需要给予多个刺激，这仍然是其应用的一大障碍。因此，能够在单次刺激下产生多重响应或循环响应的智能变色材料备受期待，有望增强智能材料在复杂场景中的应用。例如，为了提高信息的安全性而设计的先进的信息显示设备，可在读取信息后销毁信息。
[0005]水凝胶是一种新型热点材料，它的三维网络结构具有强亲水性，使其可以在水环境里迅速吸水膨胀，在其结构内保持大量的水而不溶解。水凝胶材料具有含水量高，便于修饰的特点，经过设计的水凝胶在某些刺激条件(如光、热、pH等)下可以实现响应行为的特性，因此在污染吸附、药物递送、生物监测等领域有广泛应用前景。
[0006]刺激响应型水凝胶可对特定刺激做出独特的响应行为，是极具前景的信息显示候选材料之一，且在特定情况下隐藏的信息可以被解密。现有的水凝胶材料信息显示材料多为在水凝胶制备过程中将信息印染在水凝胶上，印染后的水凝胶只能显示单一信息，导致水凝胶无法进行重复使用。并且水凝胶上的信息无法进行多级临时显示，应用场景受限。此外，水凝胶对刺激条件响应多为单向性响应，无法自发性调节刺激条件。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种水凝胶显示器及其制备方法和信息加密显示方法。本专利技术设计的水凝胶显示器可通过pH响应型水凝胶与酶促反应结合，可以使水凝胶变色材料实现自发的临时信息显示。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种水凝胶显示器的制备方法，包括以下制备方法中的一种或多种：
[0010]制备方法一：将生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质溶解于水中，获得溶液一；将琼脂糖溶于水中后加热搅拌至形成透明溶液，透明溶液冷却后与溶液一混合，倒入
模具中冷却至室温，获得所述水凝胶显示器；
[0011]制备方法二：将单体、交联剂、促进剂、生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质溶解于水中，加入引发剂后搅拌溶解，倒入模具中静置，获得所述水凝胶显示器。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种水凝胶显示器，通过如第一方面所述的制备方法获得。
[0013]第三方面，本专利技术提供了一种基于如第一方面所述的水凝胶显示器的信息加密显示方法，包括以下步骤：
[0014]如第一方面所述的水凝胶显示器上涂抹含有生物酶对应底物的特定pH值的溶液，则复合凝胶受pH变化刺激产生响应而改变颜色；随着生物酶与反应底物发生反应，底物被分解为与初始溶液酸碱性相对的物质，水凝胶内部的pH值发生变化；随着反应的进行，当pH达到一定值时，复合凝胶受pH变化的刺激而恢复其颜色，从而实现水凝胶显示器信息加密显示；通过调整底物的浓度，即可调控颜色显示的时间长度；通过反复添加含底物的特定pH值的溶液作为化学燃料，可以使得体系再次重复此循环过程。
[0015]第四方面，本专利技术提供了如第一方面所述的水凝胶显示器和/或如第三方面所述的信息加密显示方法在信息加密、防伪领域中的应用。
[0016]本专利技术中设计并研究了一种受酶促反应调控的可逆自循环变色水凝胶显示器。具pH响应性的水凝胶显示器在对应pH值条件下，内含的pH响应性染料的颜色发生变化。通过在水凝胶显示器中引入生物酶，可通过酶促反应实现pH值的自发循环，从而实现水凝胶的自发循环颜色变化。并且采用本专利技术中的方法，在体系中使用不同酶促反应底物浓度的化学燃料(即特定pH值的底物溶液)编码信息时，可以实现水凝胶的信息加密显示过程。
[0017]上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
[0018]1.本专利技术通过一种简单、安全的方法实现了智能水凝胶自发的循环响应，这种体系不仅可以在一定程度上解决水凝胶响应的单向性等局限，并且在设计新的智能显示器件方面具有巨大的应用潜力。
[0019]2.本专利技术中通过调节化学燃料中反应底物的添加量，可以方便地调控响应型水凝胶的响应时间和响应程度，在控制的便利性上具有优势。
[0020]3.本专利技术通过调控化学燃料中底物的浓度来调控信息的显示时间，构建了具有动态颜色变化的加密字母/图案显示系统，通过图案和化学燃料的设计，实现了图案信息的多级临时显示，为信息加密、高级防伪等领域提供了全新的研究思路。
[0021]4.本专利技术中实现自发的循环响应的方法是基于酶促反应的原理，在其中使用了生物酶。这样的酶促反应是一种绿色环保且高效节能的策略。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0023]图1为含脲酶的弱碱性NR溶液与酸性尿素溶液混合后溶液pH值随时间的变化图；
[0024]图2为实施例1的AG水凝胶1(a)和实施例3的PAAm水凝胶(b)上实现信息暂时显示的示意图和照片；
[0025]图3为实施例1中尿素浓度和AG水凝胶中脲酶添加量对信息显示时间的影响；
[0026]图4为实施例1中在AG水凝胶上的信息重复书写过程的示意图和照片；
[0027]图5为实施例1中在AG水凝胶上的信息多级加密显示示意图和照片，其中a为“XL”图案，b为“4”图案，c为“树形”图案。
具体实施方式
[0028]术语解释：
[0029]AG：琼脂糖，作为单体使用；
[0030]EG：乙二醇，作为保水剂使用；
[0031]NR：中性红，作为pH响应性染料使用，在pH低于6.4时为玫瑰红色，在pH高于8.0时为橙黄色。；
[0032]AAm：丙烯酰胺，作为单体使用；
[0033]MBAAm：亚甲基双丙烯酰胺，作为交联剂使用；
[0034]APS：过硫酸铵，作为引发剂使用；
[0035]TEMED：四甲基乙二胺，作为促进剂使用；
[0036]PAAm：聚丙烯酰胺，由AAm聚合成的高分子链；
[0037]磷酸缓冲液：市售的磷酸盐缓冲溶液；
[0038]室温：具有本
公知的含义，一般是指2522℃。
[0039]本专利技术的第一种典型实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶显示器的制备方法，其特征在于，包括以下制备方法中的一种或多种：制备方法一：将生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质溶解于水中，获得溶液一；将琼脂糖溶于水中后加热搅拌至形成透明溶液，透明溶液冷却后与溶液一混合，倒入模具中冷却至室温，获得所述水凝胶显示器；制备方法二：将单体、交联剂、促进剂、生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质溶解于水中，加入引发剂后搅拌溶解，倒入模具中静置，获得所述水凝胶显示器。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物酶为脲酶或葡萄糖氧化酶；所述生物酶为脲酶时，所述酸碱性物质为碱性物质，包括碳酸钠；所述生物酶为葡萄糖氧化酶时，所述酸碱性物质为酸性物质，包括柠檬酸；所述保水剂包括乙二醇，所述pH响应性染料包括中性红。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备方法一中：琼脂糖、生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质的比例为300mg:5
‑
15mg:3mL:0.002mmol:0.05
‑
0.06mmol；0.015
‑
0.02mmol；加热搅拌的温度为85
‑
95℃，搅拌速率为200
‑
250r/min；透明溶液冷却至65
‑
75℃后与溶液一混合。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备方法二中，所述单体为丙烯酰胺，所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺，所述促进剂为四甲基乙二胺，所述引发剂为过硫酸铵。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备方法二中，丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺、过硫酸铵、生物酶、保水剂、pH响应性染料和酸碱性物质的比例为230<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，张元郅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：