[发明专利]一种用于软骨修复/电子皮肤的导电水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于软骨修复/电子皮肤的导电水凝胶的制备方法；本发明采用多巴胺插层进入纤维素链之间，破坏纤维素间的氢键作用，然后在碱性环境下聚合生成聚多巴胺，从而增强纤维素水凝胶的韧性；另外采用多巴胺还原氧化石墨烯（PGO），同时对石墨烯进行表面修饰，使得还原氧化石墨烯能够很好的分散在纤维素基体中，同时还原氧化石墨烯上的基团能够与纤维素的羟基发生氢键作用，更一步促进还原氧化石墨烯的分散，从而给予纤维素水凝胶良好的导电性；PDA和PGO协同作用增加了水凝胶的力学性能，使其具有良好的机械性能和良好的可恢复性；本发明制备的一种用于软骨修复/电子皮肤的导电水凝胶在软骨修复、生物电子器件等领域有良好的应用潜力。

技术领域

本发明涉及导电水凝胶的制备方法，具体涉及一种用于软骨修复/电子皮肤的导电水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种具有亲水基团、能够在水中溶胀但又不溶于水的具有交联三维网状结构的聚合物，是一种重要的功能高分子材料, 是当前材料科学的研究热点之一；现在的水凝胶可以应用在电子、医用、化妆品等领域，具有导电，载药，修复等众多功能，其中具有导电性能的水凝胶由于其柔韧性，可用于人体的相关生物电子设备，如可穿戴式电子设备，人工智能触觉传感器，健康监测电极等；传统的导电水凝胶一般是基于导电高分子聚合物形成的，如聚苯胺、聚吡咯、聚3，4-乙撑二氧噻吩等，然而这类水凝胶的力学性能、柔韧性差，因而限制了其实际应用；为了克服力学性能差的特点，就会使用合成高分子做导电水凝胶，如合成高分子丙烯酰胺，丙烯酸等，但是有机化合物在体内是不可降解的，且长期植入具有潜在的隐患；然而，传统的可降解天然高分子水凝胶具有力学性能差，难以应用在电子皮肤和软骨修复等领域；所以具有生物相容性好，力学性能好和导电性好的水凝胶是目前的研究热点；最近，已有研究将导电聚合物、碳基纳米材料、和金属纳米颗粒等复合在聚合物网络中，成功制备导电水凝胶；其中，碳纳米复合水凝胶在生物医学工程中受到很大的关注；然而，如果碳纳米材料在水溶液中分散性差，因而会减弱复合水凝胶的导电性和力学性能；因此，在水凝胶制备中，需要保证碳纳米材料在水凝胶中的良好分散；因此，设计一个本身具有可生物降解的，力学性能好的导电高分子水凝胶是十分重要的。

发明内容

本发明提供一种电学性能稳定、力学性能强，具有良好的生物相容性、生物可降解性和低溶胀率的用于软骨修复/电子皮肤的导电水凝胶的制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种用于软骨修复/电子皮肤的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将导电材料和多巴胺置于水中，形成水溶液，在pH=8的条件下，反应后得到聚多巴胺修饰的导电材料；

步骤2：将步骤1中得到的聚多巴胺修饰的导电材料分散在水中，加入纤维素和多巴胺，充分搅拌混合均匀形成混合溶液A；一段时间后向其中加入氢氧化钠和尿素，搅拌均匀得混合溶液B；

步骤3：将步骤2得到的混合溶液B中冷冻一段时间后，搅拌溶解，多巴胺聚合后加入交联剂，充分反应后，得到所需要的水凝胶。

进一步的，所述步骤1中的导电材料为碳纳米管、聚吡咯纳米颗粒、碳黑纳米颗粒、石墨烯纳米片层、金纳米颗粒中的一种。

进一步的，所述步骤1中水溶液中导电材料浓度为5～100mg/ml，多巴胺的浓度为0.5～3.5mg/ml。

进一步的，所述步骤2中混合溶液A中纤维素的浓度为10～150mg/ml，多巴胺浓度为0.05～15mg/ml。

进一步的，所述步骤2中混合溶液B中氢氧化钠的浓度为20～300mg/ml，尿素的浓度为25～600mg/ml。

进一步的，所述步骤3中交联剂为环氧氯丙烷和戊二醛中的一种。

本发明的有益效果是：

（1）本发明对导电材料进行聚多巴胺修饰，使其表面功能化，从而在水凝胶网络中具有良好的分散性；所以水凝胶的电学稳定好；