[发明专利]“一锅法”制备多功能明胶基水凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种“一锅法”制备多功能明胶基水凝胶的方法。本发明具体技术方案为：首先，将生物质明胶材料、无机盐、硫酸铵、两性离子化合物、离子液体加入到去离子水中，溶解得到明胶基混合液；然后，对制得的明胶基混合液进行氮气鼓泡处理，向其中加入一定量的离子液体后密封处理，水浴反应后制备得到明胶基水凝胶；最后，将制备的明胶基水凝胶在去离子水中浸泡处理后得到多功能明胶基水凝胶。本发明采用生物质明胶材料，具有资源丰富、廉价易得、可再生和可生物降解等优点，制备的多功能明胶基水凝胶兼具导电性、保湿性、自愈合性、抗冻性、抗菌性和传感性能，在生物医用材料、食品、多功能柔性可穿戴设备等方面具有一定的应用前景。

技术领域

本发明属于功能型生物质高分子材料基水凝胶的制备领域，具体涉及“一锅法”制备多功能明胶基水凝胶的方法。

背景技术

大部分柔性导电材料能够将外部应变刺激转化为自身电性能（如电阻、电容和电流）的变化，在柔性可穿戴设备的发展中引起了广泛关注。与传统的刚性导电材料相比，具有三维网络结构的水凝胶具有良好的吸水性、柔韧性和拉伸性等，在制备生物医用材料、食品、柔性可穿戴设备方面具有很大的潜力（DOI：10.1039/D0TA07883B）。导电水凝胶是将导电材料引入水凝胶中制备得到，常见的导电材料包括：金属材料（银纳米线/纳米微球、金涂层、二氧化钛纳米线等），碳材料（碳纳米颗粒/纳米线/纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等），导电聚合物（聚苯胺、聚吡咯、PEDOT:PSS等）、无机盐（氯化锂、氯化钠、氯化钾等）、离子液体（1-乙基-3-甲基氯化咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐等）。

导电水凝胶在外力作用下会产生相应的变形，进而改变其电学性质，从而有效地将动作信号转化为易于检测的电信号，因此导电水凝胶在人体运动监测中发挥着重要作用（DOI：10.1021/acsami.0c16719）。

目前，人们迫切需要在多种环境、多种条件以及多种应变下仍具有较好应用性能的柔性水凝胶传感器，因此对水凝胶的物理结构、力学参数、应用性能提出了新的更高要求。

为了实现应用目标，许多研究者采用了多种方法来提升导电水凝胶的应用性能，如注重分子设计、控制尺度结构和建立调控机制等；同时，还进一步建立了制备功能型导电水凝胶的新方法、新工艺、新理论。然而，基于绿色可循环的生物质高分子材料并具有导电性、保湿性、自愈合性、抗冻性和抗菌性等的功能型水凝胶在多功能柔性可穿戴设备方面仍具有宽广的发展潜力和应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种“一锅法”制备多功能明胶基水凝胶的方法。该发明基于分子设计和聚合物合成，以生物质明胶材料、两性离子化合物、离子液体等为原料，采用一锅聚合法制备得到多功能明胶基水凝胶。该发明制备出的明胶基水凝胶兼具良好的导电性、保湿性、自愈合性、抗冻性和抗菌性等，将其应用于人体运动监测时显示出良好的灵敏度和传感性。

本发明所采用的技术方案为：

一种“一锅法”制备多功能明胶基水凝胶的方法，首先，将生物质明胶材料、无机盐、硫酸铵、两性离子化合物、离子液体加入到去离子水中，溶解得到明胶基混合液；然后，对制得的明胶基混合液进行氮气鼓泡处理，向其中加入一定量的离子液体后密封处理，水浴反应后制备得到明胶基水凝胶；最后，将制备的明胶基水凝胶在去离子水中浸泡处理后得到多功能明胶基水凝胶。

所述制备方法具体包括以下步骤：

步骤一、明胶基混合液的制备：

称取0.1-50.0质量份的生物质明胶材料、0.1-10.0质量份的无机盐、0.01-10.0质量份的硫酸铵、0.1-40.0质量份的离子液体、0.1-20.0质量份的两性离子化合物，并将上述材料加入至100.0质量份的去离子水中，然后在25-80℃水浴条件下搅拌0.1-24.0 h以达到完全溶解，得到明胶基混合液；

步骤二、多功能明胶基水凝胶的制备：