[发明专利]一种金属配位的导电水凝胶的制备方法及其应用

说明书

本申请公开了一种金属配位的导电水凝胶的制备方法及其应用。金属配位的导电水凝胶的制备方法，将含有甲基丙烯酸钠、乙烯基咪唑、交联剂、光引发剂的混合物，反应，得到水凝胶前体；将所述水凝胶前体浸泡于金属离子溶液中，得到所述金属配位的导电水凝胶。利用的光引发剂作为诱导剂，可以缩短交联的时间以及交联的不均匀问题，同时避免热引发中水溶液的温度控制引发的问题，和水浴过程中污染。该制备方法得到的金属配位的导电水凝胶具有很好的机械性能和电信号敏感度，广泛应用于生物医用传感领域。

技术领域

本申请涉及一种金属配位的导电水凝胶的制备方法及其应用，属于水凝胶技术领域。

背景技术

水凝胶是一种有较高含水量的柔性材料，有着良好的延展型和导电性，同时由于内部环境与人体细胞液环境相似，有着良好的组织相容性和刺激应答，在生物组织工程、医学电信号检测、药物载体等前沿科学领域，有着广泛的发展前景。但在水凝胶材料的应用通常收到以下几个因素的限制；一方面是由于交联结构的不稳定性，一些水凝胶在一段时间的方式后会发生脆变老化，出现易断裂，无法自愈等现象；其次，还有一些水凝胶由于自身结构的差异，无法呈现出较好的力学性能以及长期工作下的负载能力。另一方面，由于水凝胶常用于生物传感领域，还需要较好的电信号的刺激应答。因此，在生物医用导电水凝胶领域这些问题成为了需要解决的核心问题之一。

目前，对于金属配位有关的水凝胶的改善温敏性能研究如下：现有技术公开了一种金属配位作用增强的温敏性导电水凝胶及其制备方法利用乙烯基咪唑和N-异丙基丙烯酰胺加入热引发剂，加速剂水浴制的水凝胶后，干燥处理。再将其放入不同二价硫酸盐金属离子的溶液中浸泡，使其金属离子与水凝胶网络发生配位效应得到温敏性的导电水凝胶。其主要包括引入凝胶的刺激响应机制，使凝胶具有快速响应温敏性的可控有效途径。

研究表明，通过溶剂诱导双键缔合可以构建亲水性三维网络结构，由于传统水凝胶是通过简单双键作用形成，其稳定性较差，电化学敏感度较低，很难满足实际应用。然而，将金属离子引入凝胶体系中，金属离子会与水凝胶中特定的基产生配位作用，配位键的相互作用是大于常见的非共价键(氢键、静电、疏水缔合)，且不同金属的配位键作用强度不同，可以有效的提高改善力学性能。金属离子的存在还可以赋予水凝胶材料一定的导电性，低浓度的金属离子具有良好的生物相容性，因此金属水凝胶的制备将克服机械强度对水凝胶应用的限制，广泛应用于生物医用传感领域。

发明内容

为了克服上述材料中存在的相关技术问题，本发明旨在提供出了一种金属离子配位作用下改变机械性能和电信号敏感度的导电水凝胶的制备方法，具体来说，首先通过利用双键作用下形成较长的分子链，在此基础上通过咪唑集团上的配位键与金属离子上的配位键相互作用在此交联，从而实现了改变单一水凝胶网络体系下的不稳定状态。

根据本申请的第一方面，提供一种金属配位的导电水凝胶的制备方法。

一种金属配位的导电水凝胶的制备方法，将含有甲基丙烯酸钠、乙烯基咪唑、交联剂、光引发剂的混合物反应，得到水凝胶前体；将所述水凝胶前体浸泡于金属离子溶液中，得到所述金属配位的导电水凝胶。

可选地，所述乙烯基咪唑和甲基丙烯酸钠的摩尔比为：0.85:0.5～1.10:0.5。

可选地，所述乙烯基咪唑和甲基丙烯酸钠的摩尔比独立地选自0.85:0.5、0.90:0.5、0.95:0.5、1.00:0.5、1.05:0.5、1.10:0.5中的任意值或任意两者之间的范围值。

乙烯基咪唑比例过高，导致胶体质地过软，无法成行；乙烯基咪唑比例过低，导致胶体网络结构不均匀，缺乏弹性，易发生断裂。

可选地，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的至少一种。

可选地，所述光引发剂的用量为单体摩尔总量0.2％～0.4％；所述单体包括乙烯基咪唑和甲基丙烯酸钠。