[发明专利]一种壳聚糖/两性离子与丙烯酸共聚物双网络自愈合水凝胶及其制备方法

说明书

一种壳聚糖/两性离子与丙烯酸共聚物双网络自愈合水凝胶及其制备方法，涉及水凝胶技术领域，所述水凝胶为双网络结构，其由第一网络和第二网络相互贯穿形成，第一网络为由壳聚糖和多价态负离子形成的物理交联网络，第二网络为两性离子单体与丙烯酸单体共聚形成的共聚物网络，第一网络穿插在第二网络内，本发明选用壳聚糖和多价态负离子形成第一网络，选用两性离子单体与丙烯酸单体的共聚物形成第二网络，并通过纯物理作用交联得到的第一网络和第二网络相互穿插的双网络自愈合水凝胶，使得水凝胶具备优异的机械性能和自愈合能力，在发生形变时，具有较高的相对电阻变化率，在软电子领域，尤其是作为生物医用传感器具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种壳聚糖/两性离子与丙烯酸共聚物双网络自愈合水凝胶及其制备方法。

背景技术

可拉伸，可穿戴，灵活且人性化的应变传感器可将机械变形转化为电信号，在人工智能，软机器人和健康监测等领域引起了广泛关注。目前已有一些将导电材料(导电聚合物，碳基纳米颗粒，金属纳米线等)分散在柔性弹性体基材(PDMS，天然橡胶等)中制备得到电子应变传感器(Hou W,Sheng N,Zhang X,et al.Design of injectable agar/NaCl/polyacrylamide ionic hydrogels for high performance strain sensors[J].Carbohydrate polymers,2019,211:322-328.)。这些导体满足应变传感器的弹性，灵敏度和拉伸性的基本要求，但较差的生物相容性使得其在生物医用领域的应用受到极大限制，例如检测人的各种生物信号。而水凝胶由于柔软且亲水的特性，使其具有良好的生物相容性，而这也恰好能弥补上述基材的不足。

并且，如今自愈合材料越来越受到关注，尤其是在软电子领域。自愈合材料可以通过不同的方式，自发地修复内部间隙或者外部损伤，从分子水平对材料进行修复，从而延长材料的使用寿命，拓宽应用领域。自愈合聚合物按照有无外加修复试剂可以分为外源型自愈合和本征型自愈合两类。外源型自愈合聚合物的发展比较早也比较广泛，一般不需要外界刺激，主要用于自愈合轮胎等易局部受到磨损的情况。目前应用较多的是埋入修复试剂法，如微囊型自愈合材料以及微脉管型自愈合材料等。这种自愈合聚合物在受到损伤后会刺激修复试剂从微囊或微脉管中流出，填充受损位置，使得聚合物保持原有的外观和机械性能。但是这种自愈合类型有一定的缺陷，比如在易受损部位的微囊含量有限，无法实现永久性或多次修复，而且修复效果不太理想。

自愈合水凝胶是指当旧键被破坏时新键能自发形成的水凝胶。水凝胶的自愈合性能主要属于本征型自愈合，不需要外加修复试剂，而根据水凝胶本身的氢键作用力、疏水相互作用力或者离子偶合作用力等重建物理交联点，实现自愈合。从其自愈合的机理可知，这种自愈合能力是多次甚至永久存在的。本征型自愈合水凝胶可以分为共价型和非共价型两大类，其中像Diels-Alder反应体系、二硫键体系和烷氧胺体系等共价型的强度更高，但像氢键相互作用、离子键相互作用、疏水相互作用、金属配位作用、主客体作用等非共价型可以使水凝胶具有更好的自愈合能力，一般来说，缺口接触的时间越长，自愈合的效果越好。同时，非共价键型自愈合材料的性质也往往受到外界因素的影响，如温度、pH、离子浓度等，能形成可逆的相互作用，具有刺激相应性。非共价型水凝胶的这一特征使其在生物医学领域能够得到广泛的关注。

目前，水凝胶的机械性能往往无法与常规的柔性弹性基材相比。而这也一直限制了它的应用。