[发明专利]一种含氧化石墨烯胶原蛋白冠复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含氧化石墨烯胶原蛋白冠复合水凝胶及其制备方法和应用，属于功能高分子材料技术领域。以胶原蛋白冠为媒介，将氧化石墨烯加入聚乙烯醇/甘油溶液中，增强了氧化石墨烯分散的均匀性，提高了水凝胶的机械强度及对微小应变的响应性，适应于制备柔性应力应变传感器；通过一锅法制备出胶原蛋白冠/聚乙烯醇复合水凝胶。以水/甘油混合溶剂代替纯水体系，极大提高水凝胶的耐冻性，同时具备良好的拉伸性、粘弹性、透明性和灵敏性，能有效改善目前的水凝胶传感器在特殊环境中灵敏度低、适应性差等缺点，本发明胶原蛋白冠/聚乙烯醇复合水凝胶能作为灵敏传感器应用于监测人体运动。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一种含氧化石墨烯胶原蛋白冠复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的飞速发展，人民的生活质量普遍提高，健康成为人们关注的焦点。保持健康身体的要求之一就是要坚持体育锻炼。因此，近几年来，参加各类体育项目的人数越来越多，由于大部分人都缺乏专业训练和指导，很多人在锻炼的过程中，由于动作不规范，不仅起不到健身的作用，反而造成了不同程度上的身体损伤，所以设计可以检测人体运动的柔性可穿戴传感器备受关注。目前，虽然一些可穿戴传感器已经被设计用于人们运动中心率、脉搏等微小活动的监测，但随着大众运动的多样化，运动环境的复杂多变，传统方法设计的水凝胶传感器已无法满足人们的运动需求，出现了极端环境中检测灵敏度降低，适应性变差等一系列问题。

目前常用于柔性传感器的水凝胶制备基材包括天然高分子和合成高分子。以天然高分子如淀粉、壳聚糖为基材制备的水凝胶虽然具备良好的生物相容性，但机械性能差。以合成高分子如丙烯酸、聚丙烯酰胺等制备的水凝胶克服了机械强度低的问题，却不满足良好生物相容性的特点，且具有一定的毒性，大大限制了其应用范围。相比之下，聚乙烯醇具有低毒性、高生物相容性等特点，是柔性传感器基底材料的理想选择。

在传感器领域中，纯聚乙烯醇水凝胶传感器耐冻性差，传感性能无法达到理想的效果，通过官能团、无机添加剂进行修饰制备得到的聚乙烯醇水凝胶传感器，性能改善不明显，而且费时费力。用纳米填料如纳米点、纳米粒子、纳米线、纳米管和纳米片等进行修饰制备得到的纳米复合水凝胶，由于纳米填料的疏水性，当它们聚集在亲水性水凝胶网络体系中时，会出现互斥现象，不仅影响水凝胶的基础性能，同时还会弱化纳米填料本身的功能，而如果通过化学改性改善纳米填料的窘境，又出现了难以改性成功，工艺复杂化等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含有氧化石墨烯胶原蛋白冠复合水凝胶的制备方法及应用，以解决纳米粒子易聚集，难以引入水凝胶体系以及传统水凝胶传感器在复杂外界环境下灵敏度低、适应性差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种含氧化石墨烯胶原蛋白冠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将胶原蛋白加入到甘油溶液中搅拌均匀，得到胶原蛋白溶液；将氧化石墨烯加入甘油溶液中搅拌均匀，超声分散后，得到氧化石墨烯分散液；

2)将氧化石墨烯分散液加入到胶原蛋白溶液中，静置得到胶原蛋白冠溶液；

3)先将聚乙烯醇加入甘油溶液中，制得聚乙烯醇/甘油溶液，再将魔芋胶和步骤2)制备的胶原蛋白冠溶液加入到聚乙烯醇/甘油溶液中，在50～60℃搅拌1～3小时后，注入模具，经冷冻以及室温下解冻，并循环2～4次后，转移至氯化锂溶液中浸泡后，得到胶原蛋白冠/聚乙烯醇/魔芋胶复合水凝胶。

优化地，所述胶原蛋白：氧化石墨烯：魔芋胶：聚乙烯醇的质量份数比为(0.0025～0.025)：(0.005～0.015)：(0.5～1)：(2.4～4.8)。

优化地，所述甘油溶液是由水与质量分数为99.5％的甘油按照质量比为(0.8：1.2)～(1.2：0.8)混合制得。