[发明专利]一种水合离子液凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水合离子液凝胶及其制备方法和应用，该水合离子液凝胶通过以下方法制备得到：酶促成胶制备凝胶时，以水合离子液作为溶剂，所述水合离子液含有阴、阳离子的有机物质，水合离子液遵循霍夫曼离子效应，能够作为保护剂稳定酶的水化层，具有良好的生物相容性。与现有技术相比，本发明制备过程温和高效，材料绿色环保，制备得到的生物电子学平台具有酶促电子转移和离子转移能力，可广泛应用于生物电子学器件，例如葡萄糖传感器，运动传感器和储能器件。

技术领域

本发明涉及一种凝胶材料，尤其是涉及一种水合离子液凝胶及其制备和应用。

背景技术

生物电子学是一门发展迅速的热门交叉学科，其研究目的主要是将生物信号识别、传输转变为人造机器能够识别的电子信号。现阶段生物电子学的研究难点是生物组织和人造设备界面不相容问题。众所周知，自然界中生物的电信号传输主要通过离子进行导电，而人造电子材料主要是通过电子导电。并且，生物组织大多数是柔软湿润的材料，而人造电子材料主要是坚硬的没有柔性的材料。因此，两者之间的本质不同致使界面问题难以解决，从而制约整个生物电子学的发展。

凝胶材料是一种具有软湿质地的生物材料，其组成成分为亲疏水性的大分子，化学性质稳定，尤其是掺杂生物材料的凝胶更具有良好的生物相容性。凝胶同时还具有类生物组织结构的三维网络结构，具有贯通的网络通道，能够为物质传输提供保障。此外，凝胶具有良好的拉伸、压缩和黏附性能，能够模拟类似生物组织结构的柔性。因此，凝胶可作为联通生物组织和人造电子器件的桥梁材料，是一种优良的生物电子学材料。

然而大多数的凝胶材料传输电信号只能通过添加高浓度酸、碱和无机盐来实现，这远远不能满足生物信号的识别和传输。因此，必须在体系中引入组分实现生物信号的识别和传输。酶是一种具有特异性的生物催化剂，在生物体内能够催化生物反应，在材料合成中能够温和高效引发自由基聚合实现凝胶化。采用酶促成胶的方法不仅能够实现温和的构筑三维网络结构并且能够在原位实现酶的固定化，以便用于生物信号的检测。但是，凝胶网络中用于离子传导的酸、碱、盐不可避免的会使酶蛋白变性。并且以水作为溶剂的凝胶材料容易在高温下迅速失水变干，在低温条件下冷冻结冰，不宜储存和长时间使用。上述这些问题为材料的合成又提出了新的挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了解决酶易在凝胶中变性而无法实现离子导电和酶促电子转移有效结合的问题以及凝胶存储稳定性差的问题，而提供一种水合离子液凝胶及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水合离子液凝胶的制备方法，在酶促成胶制备凝胶时，以水合离子液作为溶剂，所述水合离子液含有阴、阳离子的有机物质，水合离子液遵循霍夫曼离子效应，能够作为保护剂稳定酶的水化层，具有良好的生物相容性。

本发明通过采用水合离子液的方法解决酶在传统凝胶高浓度酸、碱、盐溶剂中变性的难点，实现离子导电和酶促电子转移的结合。水合离子液是具有阴阳离子的有机物质，其具有低的饱和蒸汽压、稳定的化学性质和离子导电性能。离子液进行水合以后其离子导电率有了较大程度的提升，并且离子液体遵循霍夫曼离子效应，能够稳定蛋白的水化层，可作为蛋白的保护剂，具有良好的生物相容性。采用上述水合离子液制备的凝胶生物电子学平台能够良好的保证酶的活性和稳定性，以便随后用于生物电子学应用。

进一步地，所述水合离子液为离子液体与水的混合液，所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，所述离子液体在混合液中的质量百分含量为20％-80％。离子液体的添加量会影响最终凝胶的离子导电率、酶的活性和凝胶的保水率，离子液浓度过低会导致凝胶的离子电导率低，而离子液的浓度过高会导致凝胶的力学性能较差。

本发明水合离子液的引入能够有效降低溶剂的蒸汽压，对比传统的水凝胶，水合离子液凝胶能够长时间保水分，在低温环境下不结晶，在高温情况下能够降低水分的挥发，因此酶的活性能够在低温、高温和长时间的储存过程中得到保持。