[发明专利]基于螺吡喃复合微球的水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了基于螺吡喃复合微球的水凝胶的制备方法，首先采用活化技术将螺吡喃共价锚定于表面含伯胺基团的介孔纳米颗粒表面，制备成螺吡喃复合微球，然后同海藻酸钠/聚丙稀酰胺/金属离子复合，进一步合成螺吡喃复合微球水凝胶。该复合水凝胶在紫外光照射下对金属离子有更强的配位作用，从而形成稳定的交联网络结构，大幅度提高水凝胶的机械强度；在可见光照射下，体系中螺吡喃将自动重排，屏蔽活性酚氧负离子，部分配位键消失，该水凝胶体系机械强度明显下降。本发明得到的螺吡喃复合微球水凝胶机械强度光敏可控，可广泛应用于柔性器件、可穿戴电子等领域。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种基于螺吡喃复合微球的水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是物理或化学交联而成的具有三维网络结构的高分子材料，其高分子网络中含有大量的水并能保持一定的形状，是一种特殊的半固体材料。水凝胶作为一种柔性材料，在柔性器件、生物医学、组织工程和仿生工程等领域得到广泛应用。然而，传统水凝胶因其内在结构的不可逆性导致凝胶成品的机械强度具有不可调控性，限制了其作为结构材料在柔性器件、可穿戴电子等领域的应用。因此，从分子水平上改进水凝胶内部结构以调控凝胶机械强度成为该材料发展的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于螺吡喃复合微球的水凝胶的制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明在海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶体系中引入螺吡喃复合微球以及金属离子，利用螺吡喃的光敏性能以及与金属离子的配位作用，通过改变光源控制螺吡喃复合微球与海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的结合，从而实现对水凝胶机械强度的光敏调控。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于螺吡喃复合微球的水凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、螺吡喃复合微球的制备

步骤101、表面含伯胺基团的纳米复合微球的制备：按质量份数计将2-5份介孔纳米颗粒分散于100-150份溶剂中，在20℃-25℃的条件下超声振荡10min-15min，然后滴加0.5-2份硅烷偶联剂并升温至90℃-110℃反应10h-20h，将反应体系进行离心分离，得到的沉淀采用无水乙醇反复洗涤后烘干，得到表面含伯胺基团的纳米复合微球；

步骤102、带羧基端的螺吡喃的合成：按质量份数计将1-2份的2,3,3-三甲基-2,3-二氢吲哚、1-2份一元溴代有机酸与50-100份溶剂混合均匀后在80℃-155℃、持续搅拌和氮气保护的条件下回流反应15h-20h，然后经减压蒸馏除去溶剂得到反应产物，采用乙醚对反应产物进行研磨后置于二氯甲烷中进行重结晶，得到溴代有机酸吲哚，按质量份数计将1-2份溴代有机酸吲哚、1-2份5-硝基水杨醛、2-3份三乙基胺与8-20份无水乙醇混合均匀后在80℃-100℃、持续搅拌和氮气保护的条件下回流反应6h-9h，然后进行过滤得到沉淀物，采用无水乙醇对沉淀物反复洗涤后烘干，得到带羧基端的螺吡喃；

步骤103、螺吡喃复合微球的制备：按质量份数计将1-2份步骤101中得到的表面含伯胺基团的纳米复合微球分散于50-200份溶剂中，在持续搅拌和氮气保护的条件下加入1-2份二环己基碳二亚胺、0.5-1份N-羟基琥珀酰亚胺、0.5-1份步骤102中得到的带羧基端的螺吡喃，然后在-20℃-45℃的条件下酰胺活化反应8h～15h，将反应体系进行离心分离，得到的沉淀物采用无水乙醇反复洗涤后烘干，得到螺吡喃复合微球；

步骤2、螺吡喃复合微球水凝胶的制备

步骤201、螺吡喃复合微球水凝胶前驱体的制备：按质量份数计将2-3份海藻酸钠、15-25份丙烯酰胺、0.08-0.12份亚甲基双丙烯酰胺、0.15-0.25份过硫酸铵、0.12-0.18份四甲基乙二胺、2-5份步骤103中得到的螺吡喃复合微球加入到120-200份去离子水中，在20-30℃的条件下搅拌1-2h，然后倒入玻璃模具中并在40℃-50℃的条件下固化3h-5h，得到螺吡喃复合微球水凝胶前驱体；