[发明专利]一种液态金属微凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及微纳米材料领域，具体涉及一种液态金属微凝胶及其制备方法与应用。本发明所述的液态金属微凝胶包括内核与壳层；所述内核为微纳米级的液态金属颗粒，所述壳层为凝胶层；其中所述凝胶层是由高分子材料在液态金属颗粒表面原位形成的。本发明所得液态金属微凝胶既具有微凝胶原有优势，同时又具有液态金属的特点，展现了微凝胶和液态金属的互补优势，具有更加丰富的功能，可在生物医学应用的各个领域(包括药物载体，分子成像，癌症治疗和生物医学设备)及物理化学或涂料领域方面显示出广阔的发展潜力。

技术领域

本发明属于微纳米材料领域，具体涉及一种液态金属微凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

微凝胶是一种尺寸在1～1000nm之间，具有分子内交联结构的新型功能性聚合物。由于一系列的性能优势，如高比表面积、可修饰性、机械强度、渗透性、电泳迁移能力、体积相转变行为等，微凝胶得到了越来越广泛的应用。

合成微凝胶需要采用一定的技术手段、工艺过程，使其形成有序并具有特定功能的结构，其中关键在于尽量避免高分子链之间的交联而将交联控制在高分子链内部。

传统的制备方法包括乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合、沉淀聚合、微乳液聚合等。其中，最常用和最有效的方法是乳液聚合以及溶液聚合。

乳液聚合依靠乳化剂将单体、交联剂、引发剂等被隔离在一个个微乳液滴内部，相当于限制了反应体系的空间尺寸，如此可通过单体交联即形成微凝胶。然而，乳化剂的加入为后续纯化增加了难度，同时对微凝胶的性能也有一定影响。

溶液聚合通过稀释溶液中单体浓度，使得分子间交联的几率远低于分子内交联的几率，从而形成微凝胶。这种制备方法虽然简单，但是通常需要大量溶剂，效率相对较低。

此外，这些方法制备得到的微凝胶功能单一，难以匹配复杂的应用需求。为此，迫切需要一种以简易方法制备具有丰富功能的微凝胶。

发明内容

本发明的第一方面提供一种液态金属微凝胶。该微凝胶具有丰富的功能，且制备方法简单。

本发明所述的液态金属微凝胶包括内核与壳层；所述内核为微纳米级的液态金属颗粒，所述壳层为凝胶层；其中所述凝胶层是由高分子材料在液态金属颗粒表面原位形成的。

本发明所得液态金属微凝胶既具有微凝胶原有优势，如高比表面积、可修饰性、机械强度、渗透性、电泳迁移能力、体积相转变行为等，同时又具有液态金属的特点，如极佳的流动性、出色的柔韧性、形状可变形性和低粘度等，展现了微凝胶和液态金属的互补优势，具有更加丰富的功能，可在生物医学应用的各个领域(包括药物载体，分子成像，癌症治疗和生物医学设备)显示出广阔的发展潜力。

本发明所述的液态金属微凝胶的尺寸大小可根据实际需求而定。例如，所述的液态金属颗粒的直径范围为10～1000nm；所述凝胶层的厚度范围为1～500nm。研究表明，所述内核的直径与所述壳层的厚度的尺寸关系与液态金属释放金属离子速率和金属离子在凝胶材料内扩散速率相关，可通过调节液态金属破碎方式、高分子材料浓度、pH值、施加电场等方式对尺寸关系进行调控。

然而，在实际使用时，液态金属颗粒的直径与凝胶层的厚度之间存在一定匹配，所得液态金属微凝胶更具有实际使用意义。优选地，所述内核的直径与所述壳层的厚度的尺寸比例应为1:10至10：1之间。研究表明，比例过大，意味着液态金属颗粒尺寸相对过大，凝胶层包裹效果不好；比例过小，意味着凝胶层相对过厚，液态金属作用难以得到充分发挥。而控制二者比例在上述范围内，更有利于使液态金属微凝胶发挥互补优势。

作为具体实施方式之一，所述液态金属微凝胶用于药物载体时，其比例越小意味着凝胶层越厚，对于药物的加载越有利，例如所述内核的直径与所述壳层的厚度的尺寸比例应为1:10至1：1之间。