[发明专利]一种利用超重力制备自驱动梯度复合水凝胶的方法及应用

说明书

本发明公开了一种利用超重力制备自驱动梯度复合水凝胶的方法及应用，本发明方法将微纳米颗粒与可凝胶化功能性单体水溶液混合，均匀分散后得到混合水凝胶体系，再将得到的水凝胶体系进行离心处理，设置离心转速为1000～4000rpm、离心时间为1～10min，通过准确控制离心机转速和离心时间，使微纳米颗粒被分离出来并呈梯度分散，再经过进一步凝胶化即可得到自驱动梯度复合水凝胶；所述的制备方法简单、成本低廉、效率高、普适性广、绿色环保。本发明还公开了将得到的自驱动梯度复合水凝胶在组织工程和智能驱动器中的应用。

技术领域

本发明属于高分子水凝胶技术领域，具体涉及一种利用超重力制备自驱动梯度复合水凝胶的方法及应用。

背景技术

水凝胶可储存大量的水，且具有稳定的三维网状结构，水凝胶良好的物化性能和生物相容性使得其在生物医学和工业应用等领域具有重要的应用前景。

相对于传统的单层水凝胶，双层水凝胶因其不对称结构而表现出特有的各向异性性质。而在构建双层结构水凝胶的众多策略中，向水凝胶体系中添加微纳米颗粒，通过自然沉降、相分离或外力诱导等手段致使水凝胶一侧富集微纳米颗粒是重要手段之一。

Lee等人(Eddie Wang,Seung-Wuk Lee,et al.Nano Lett.2013,13,2826-2830.)将还原石墨烯纳米颗粒和多肽溶解于DMSO/DMF二元混合溶剂中，将其注入模具中，保持模具上表面暴露于水蒸气中，在反应过程中，反应体系因吸收水蒸气而引起表面温度发生变化，从而诱导产生相分离，导致产物水凝胶一侧富集还原石墨烯，该双层水凝胶具有温度和近红外双重诱导发生形变的特性。

Stefan等人(Yunhua Chen,Stefan A.F.Bon,et al.Langmuir 2013,29,12657-12662.)利用微流体法将Fe₃O₄纳米颗粒、PNIPAm支化聚合物和PMMA微粒混合液以一定速度注入连续的油相中，从而形成单个的乳状液滴，然后将这些乳状液滴置于60℃的烘箱中烘干，烘干过程中，在液滴外部施加外磁场，诱导Fe₃O₄纳米颗粒迁移至液滴上层，最后形成双层结构的微珠。

Xu等人(Yang Yang,Yun Tan,et al.ACS Appl.Mater.Interfaces2018,10,7688-7692.)将石墨烯分散于NIPAm溶液中，然后采用直流电诱导法，使石墨烯在PNIPAm水凝胶中梯度分散。在近红外光照射下，该PNIPAm/GO水凝胶能够实现弯曲形变功能。

上述公开的文献报道对微纳米颗粒具有一定的选择性，同时制备工艺比较复杂，目前尚未发现一种对微纳米颗粒具有普适性的方法构建具有自驱动梯度结构复合水凝胶。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的、具有普适性的制备自驱动梯度复合水凝胶的方法。

一种利用超重力制备自驱动梯度复合水凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)将微纳米颗粒经超声分散于水中，再将得到的分散液加入到可成物理凝胶的单体水溶液中，或可成化学凝胶的单体、引发剂和交联剂的混合水溶液中，或可成物理凝胶的单体、可成化学凝胶的单体、引发剂和交联剂的混合水溶液中，均匀分散得到反应混合液；

(2)在氮气保护条件下，对步骤(1)中得到的反应混合液进行离心处理，设置离心转速为1000～4000rpm、离心时间为1～10min，使微纳米颗粒呈梯度分散于反应混合液一侧；

(3)离心结束后，经过凝胶化反应得到所述自驱动梯度复合水凝胶。

上述“可成物理凝胶的单体”为经过凝胶化反应可以发生物理交联的单体，“可成化学凝胶的单体”为在引发剂和交联剂的作用下，通过凝胶化反应可以发生化学交联的单体。