[发明专利]超压缩导电性和磁性响应凝胶机器人

说明书

本申请要求2016年6月3日递交的申请号为201610395996.X的中国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种超压缩导电性和磁性响应凝胶机器人、其制备方法及用途。

背景技术

水凝胶在组织工程学和生物电子学中具有广泛应用^[1]。目前，对它们的广泛关注集中于高性能和新功能，诸如用于控制药物释放的刺激-响应性能^[2]，用于生物电子学或生物传感器的传导性^[3]，用于心脏组织工程学的传导性和弹性^[4,5]，压力敏感传导性和用于电子皮肤的自愈^[6]，用于油/水分离的基质^[7]，用于生物制动器的磁响应^[8]。尽管具有优异传导性或磁响应性能的功能水凝胶被广泛应用，但在一些领域仍有一些由柔性、弹性和响应敏感性不足导致的限制，例如高柔性电子设备、有机压力敏感传感器和响应执行器。它们面临将高度传导性或磁响应性质与高柔性和弹性结合在一起的类似挑战。

最近，报道了一些注射器-可注射大孔柔性网状电子设备，反映了制造的生物电子设备的无手术移植前景^[9]，但迄今并未报道注射器-可注射预制3D庞大电子设备。尽管报道了诸如海藻酸盐、明胶、壳聚糖和透明质酸晶胶等一些大孔晶胶具有高柔性和注射器-可注射性，它们都不具有传导性^[10,11]，因为引入诸如碳纳米管(CNT)和聚吡咯(PPY)等具有传导性的刚性成分将增强水凝胶的硬度但同时降低它们的柔性^[12]。

在压力敏感传感器领域，已经开发几种方法，诸如中空-球体压缩电阻膜传感器^[13]、金纳米线压缩电阻膜传感器^[14]、聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳纳米管(CNT)纳米片传感器^[15]和纳米线基质膜传感器^[16]，但这些技术遇到相似问题：复杂的制造工艺、高成本和有限的传导性。此外，它们是用于电皮肤应用的2D膜而不是用于一些环境的3D庞大压力传感器。报道了一些传导性水凝胶，但这些水凝胶并未将良好的压缩弹性/抗性和压力响应传导性结合在一起^[17,18]。

此外，报道了可快速响应于外磁场的磁性水凝胶，其通过远程驱动递送药物/细胞， 其在约38A/m²的磁场梯度下可达到约70％的变形^[19]。还制造了将良好的传导性和磁响应结合在一起的3D石墨烯/氧化铁气凝胶用于软执行器或微开关的潜在应用，其在1.2T磁场强度下具有52.3％径向应变^[20]。然而，低至0.2T至3T的中等磁场强度更多可用于常见临床环境，并且的低场MR常应用于MRI^[21]，因此在实际应用中远程驱动需要更柔性和敏感的磁响应水凝胶。

因此，仍然需要一种能够将传导性或磁响应性与高柔性和弹性良好的结合在一起的新的复合材料。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种弹性蛋白复合晶胶(EGC)，其包括弹性蛋白、明胶和碳纳米管。其中，“晶胶”是指具有相互连通的大孔的连续凝胶基质。

在本发明的一个实施方案中，弹性蛋白复合晶胶包括30-60重量份的弹性蛋白、30-80重量份的明胶和10-80重量份的碳纳米管。在一个实施方案中，弹性蛋白与明胶的比为30/70至70/30，例如30/70至50/50。该弹性蛋白可选自弹性蛋白肽、原弹性蛋白或消化弹性蛋白。在一个实施方案中，弹性蛋白和明胶通过甲基丙烯酸化改性。在一个实施方案中，甲基丙烯酸化试剂为甲基丙烯酸酐。在一个实施方案中，该弹性蛋白为甲基丙烯酸酯接枝弹性蛋白。在一个实施方案中，该明胶为甲基丙烯酸酯接枝明胶。在一个实施方案中，所述EGC还包括稳定剂，例如30-80重量份的稳定剂。该稳定剂可以是两亲性共聚物，例如聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)三嵌段两亲性共聚物，如F-127-DA。在一个实施方案中，该稳定剂通过丙烯酸化改性。在一个实施方案中，丙烯酸化试剂为丙烯酰氯。在本发明的一个实施方案中，弹性蛋白复合晶胶包括15重量份的弹性蛋白、35重量份的明胶、17.5重量份的CNT和17.5重量份的稳定剂。