[发明专利]一种磁、光、热多重刺激响应的形状记忆水凝胶、其制备方法和形状记忆方式

说明书

本发明涉及形状记忆材料，公开了一种磁、光热多重刺激响应的形状记忆水凝胶、其制备方法和形状记忆方式，其制备方法是将明胶、Fe₃O₄纳米颗粒、单体、交联剂、引发剂聚合得到，其形状记忆方式为：在低于明胶转换温度下水凝胶处于原始形状；当水凝胶受到光照时明胶的三螺旋结构解旋成单链，通过磁场作用将凝胶变形成任意形状并降温得到固定临时形状；再次施加光照凝胶自发恢复至原始形状。且由于Fe₃O₄纳米颗粒的存在，其形状记忆过程可在非接触的情况下外加磁场即可实现。基于其能够实现非接触式形状记忆方式和定向运动，该水凝胶可应用于制备控释制剂中。

技术领域

本发明涉及形状记忆材料，具体涉及一种磁、光、热多重刺激响应的形状记忆水凝胶、其制备方法和形状记忆方式。

背景技术

形状记忆聚合物可以改变自身形状并将这种“临时形状”固定下来，当再次受到外界刺激时，能够可逆地恢复未变形之前的“原始形状”。由于其诸多良好的性质，形状记忆聚合物可以在生物医疗、电子器件、航天航空等高科技领域发挥巨大作用。作为一类形状记忆聚合物，形状记忆水凝胶材料具有高含水量，高渗透率，柔软以及生物兼容性高等特点。这些性质非常接近人体软组织构造。因此，形状记忆水凝胶材料在生物医疗领域尤其是药物控释方面具有独特优势。

如CN108186555A公开了一种具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶及其制备方法。以质量份数计，该形状记水凝胶由6～30份含巯基的多糖、12～30份亲水热塑性高分子、0.12～5份丙烯酸酯、0.01～0.08份引发剂溶于50～80份水中，通过引发剂引发丙烯酸酯上的不饱和键发生聚合反应，然后对聚合物在-18℃～60℃范围内进行变温处理得到。本发明水凝胶具有钙离子响应形状记忆性能，氧化还原响应形状记忆性能，以及二者的程序性双重响应形状记忆性能，具有良好的形状记忆性能，响应条件温和，生物相容性好，在生物工程等方面具有广阔的应用前景。

但目前报道的大部分形状记忆水凝胶仍然存在许多限制。例如，大部分形状记忆水凝胶的临时形状需要手动赋予，并且在形状记忆过程中，通常需要将材料从一种环境转移到另一种环境，这将大大限制形状记忆水凝胶的潜在应用。当前，仍然迫切需要可以远程操纵形状记忆材料的形状的新颖方法。

CN105885065A公开了一种电刺激-近红外双重响应高强度水凝胶的制备方法，先以温敏性聚合物单体为主要原料，掺入天然高分子，制备出具有半互穿网络结构的温敏可变性水凝胶；随后利用水凝胶的溶胀作用依次吸附氧化剂、吡咯单体，使吡咯单体充分渗入水凝胶网络中并被氧化剂氧化形成聚吡咯。当该水凝胶处于通电状态或在受到近红外光照时，其温度升高，致使水凝胶结构中的温敏性聚合物网络收缩，从而产生体积和形状变化，实现光、电双刺激响应，同时其刺激响应行为具有良好的灵敏度，可应用于药物控释系统、记忆原件开关等多领域。

但形状变形方式仍较为单一，目前没有关于磁、热、光多重响应远程操控形状记忆水凝胶形状及定向位移的专利报道。

发明内容

本发明针对于现存形状记忆水凝胶材料在变形方式简单、刺激响应单一和远程操控能力欠缺的问题，提供一种磁、光、热多重刺激响应的形状记忆水凝胶的制备方法，通过将Fe₃O₄纳米颗粒引入到水凝胶中，利用光照、加热和磁操纵功能使水凝胶在磁场中变形或行进，且能在此过程中固定临时形状并恢复原始形状，操控能力强。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种磁、光热多重刺激响应的形状记忆水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将明胶溶解于水中，向其中加入Fe₃O₄纳米颗粒分散得到混合液；

(2)向混合液中加入单体、交联剂、引发剂得到预聚液；

(3)将预聚液在模具中聚合得到所述形状记忆水凝胶。