[发明专利]一种结构色颗粒凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种结构色颗粒凝胶及其制备方法，该结构色颗粒凝胶包括如下原料组分制成：聚合单体、支化高分子、单分散磁性胶体粒子、互补大分子和溶剂，聚合单体用量占溶剂质量的0.5％‑50％，支化高分子用量为聚合单体质量的0.5％‑50％，单分散磁性胶体粒子用量占溶剂质量的0.01％‑10％，互补大分子包括聚乙烯醇、葡聚糖，以及使用巯基、苯丙氨酸或金刚烷接枝改性的水溶性大分子中的一种或几种，所述互补大分子的用量占溶剂质量的0.1％‑5％，本发明的结构色颗粒凝胶具有剪切变稀行为、磁场响应特性、自愈合和良好的生物相容性，在结构色材料、生物医学、组织工程等领域具有应用价值。

技术领域

本发明涉及一种颗粒凝胶及其制备方法，尤其涉及一种结构色颗粒凝胶及其制备方法。

背景技术

结构色是指由于材料的特征微纳结构与可见光发生物理相互作用而产生的色彩。相较于传统染料、色素等，结构色具有色彩丰富可调、永不褪色、生物相容性好等优势，因而被广泛应用于光学、传感、显示等领域。其中，胶体光子晶体是一种常见的结构色材料，它主要是以单分散的胶体颗粒为构筑单元，采用“自下而上”的自组装方法制备得到的。相较于液晶高分子、嵌段共聚物等自组装单元，胶体粒子具有合成简便、粒径范围可调、易于规模化生产等优势；特别地，当使用磁性粒子作为构筑单元时，其色彩还可以直接通过外界磁场强度进行调控，实现多彩显示。

在实际使用时，一般会将磁性光子晶体与水凝胶材料进行复合，使其兼具结构色和水凝胶软物质特性，能够对电、磁、化学、热以及力等刺激做出响应，实现传感、分离、柔性显示等应用。这类磁性光子晶体-水凝胶复合材料在形态上一般以微米颗粒或块体凝胶材料为主。磁性光子晶体-水凝胶微米颗粒的制备，一般是首先采用微流控、悬浮聚合等技术构筑含有聚合单体和磁性胶体颗粒的微液滴，然后在外磁场条件下进行聚合得到的。这些微米颗粒的色彩可以通过外界磁场强度进行独立调控，但是，由于这些微米颗粒之间缺乏相互作用，因而只能以独立的颗粒形态进行使用，如可以作为像素点进行显示面板的构筑，或者将其与特异性分子结合，实现生物编码、稀有细胞分离等功能。磁性光子晶体-水凝胶块体凝胶材料则是通过在外界磁场条件下将含有磁性胶体颗粒的聚合物单体溶液直接聚合得到的，这类材料具有丰富的外观形态(取决于使用模板)，但是结构色单一，无法实现多彩和高维度复杂图案的设计。因此，如何结合微米颗粒和块体光学凝胶材料的各自优势，设计制备一种具有多彩特征的三维宏观光学凝胶材料，对于拓宽胶体光子晶体材料在工艺品展示、组织工程以及高密度光学编码等领域的应用具有重要价值。基于此，本专利拟提出一种结构色颗粒凝胶的制备方法，即以结构色水凝胶微球为基本构筑单元，通过加入互补大分子，以实现微球之间共价或物理相互作用，实现多彩并且形貌可控的光学凝胶材料的制备；该体系有望作为新型结构色墨水应用于增材制造领域。

Kanai等(Kanai,T.,et al.,Fabrication of tunable spherical colloidalcrystals immobilized in soft hydrogels.Small,2010.6(7):p.807-10.)，公开了通过微流控和紫外光固化相结合的方式来制备胶体光子晶体凝胶微球，但微球与微球之间无法形成有效的相互作用，同时结构色不可调节。

Hu等(Hu,Y.,et al.,Magnetically responsive photonic films with hightunability and stability.Nano Research,2015.8(2):p.611-620.)采用琼脂糖水凝胶来提高磁组装结构的稳定性，通过琼脂糖网络的空间位阻和氢键的作用来抑制磁颗粒团聚，实现结构色的动态可调，但该方法制备块体结构色凝胶形貌单一，同时制备过程复杂，需要使用模板。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的为提供一种具有良好稳定性、剪切变稀行为、磁场响应特性、自愈合和良好的生物相容性的结构色颗粒凝胶，本发明的第二目的为提供该结构色颗粒凝胶的制备方法。