[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度熒光水凝膠及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610060548.4
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105504364B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢紅;陳靜
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: C08L5/04
• 分類號: C08L5/04;C08L33/26;C08K3/04;C08K3/16;C08F220/56;C08F222/38;C08J3/24;C08J3/075;C09K11/65
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙)34115
• 代理人: 孫永剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度熒光水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

水凝膠是一類能在水中顯著溶脹但是不能溶解的具有三維結(jié)構(gòu)的親水高分子網(wǎng)絡(luò)。由于分子結(jié)構(gòu)中有高度親水功能的基團(tuán)，可以吸收自身重量的幾百倍甚至幾千倍的水，而且保水能力也非常好，即使在加壓的情況下也不易脫水。由于其具有良好的生物相容性，已成為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而傳統(tǒng)的水凝膠因?yàn)閺V泛分布的長鏈通過共價交聯(lián)形成無規(guī)則的交聯(lián)點(diǎn)，缺乏有效的能量耗散機(jī)制，因此它呈現(xiàn)脆性、低延展性、低力學(xué)強(qiáng)度、實(shí)際應(yīng)用很有限，故需采取相關(guān)工藝改進(jìn)以提高凝膠材料的機(jī)械性能。

近些年來，如何提高水凝膠的力學(xué)性能并研發(fā)出具有其他功能的水凝膠已成為重點(diǎn)研究領(lǐng)域。Gong J P (Gong J P, Katsuyama Y, Kurokawa T, Osada Y, 2003, 15:1155-1158)提出一種雙層網(wǎng)絡(luò)水凝膠：以剛性的高度交聯(lián)的高分子聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）作為第一層網(wǎng)絡(luò)，柔性的低交聯(lián)度的高分子聚丙烯酰胺（PAM）穿插于第一層網(wǎng)絡(luò)的孔洞之中構(gòu)成第二層網(wǎng)絡(luò)。這種雙層網(wǎng)絡(luò)水凝膠與傳統(tǒng)的單層網(wǎng)絡(luò)水凝膠相比，在力學(xué)性能上有明顯提高。Suo Z G (Sun J Y, Zhao X H, Illeperuma W. R. K, Chaudhuri O, Oh K H, Mooney D J, Vlassak J J, Suo Z G, 2012, 489:133-136)采用物理交聯(lián)聚合物作為第一層網(wǎng)絡(luò)，化學(xué)交聯(lián)聚合物作為第二層網(wǎng)絡(luò)，這種水凝膠在受到較大外力導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)遭到破壞后，可通過物理交聯(lián)鍵的再次形成實(shí)現(xiàn)力學(xué)強(qiáng)度的恢復(fù)。但上述兩種技術(shù)都存在一定的缺陷，Gong J P等人制備的高強(qiáng)度雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的韌性較低，Suo Z G等人合成的高拉伸性能水凝膠的拉伸強(qiáng)度比較低。

此外，水凝膠作為組織工程中常用的軟骨、肌肉等的替代材料，當(dāng)它們被移植到人體內(nèi)后，想實(shí)時跟蹤研究這些材料隨著生命代謝及機(jī)體生理活動，其轉(zhuǎn)移、變形和老化情況并不容易。一種最簡便的辦法就是通過在水凝膠材料中負(fù)載熒光物質(zhì)，通過觀察熒光物質(zhì)的空間分布，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時跟蹤水凝膠材料在機(jī)體內(nèi)的遷移及變化情況。熒光碳量子點(diǎn)是一種粒徑小于10納米的零維碳納米粒子，因其具有量子尺寸效應(yīng)從而具有與半導(dǎo)體量子點(diǎn)相似的優(yōu)異的光致發(fā)光性能，但是不僅如此，碳量子點(diǎn)還彌補(bǔ)了傳統(tǒng)金屬或者半導(dǎo)體量子點(diǎn)毒性大等缺陷，碳量子點(diǎn)由于發(fā)光性能穩(wěn)定、毒性小、生物相容性好，易于實(shí)現(xiàn)表面功能化等優(yōu)點(diǎn)，迄今已在細(xì)胞顯影、生物醫(yī)學(xué)成像、金屬離子檢測、和生物傳感等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。

中國專利CN104177541A公開了一種碳量子點(diǎn)/聚丙烯酰胺熒光水凝膠，但該方法制備的水凝膠是單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能較差，強(qiáng)度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度熒光水凝膠及其制備方法，采用碳量子點(diǎn)作為熒光物質(zhì)，利用其表面具有大量的羥基（-OH）和氨基（-NH2）等官能團(tuán)，將其摻雜于聚丙烯酰胺/海藻酸鈉復(fù)合水凝膠材料中，碳量子點(diǎn)表面大量的羥基和氨基能夠與聚丙烯酰胺/海藻酸鈉復(fù)合水凝膠之間形成氫鍵，增加了物理交聯(lián)，從而得到了一種由共價/離子鍵交聯(lián)的雙互穿網(wǎng)絡(luò)型高強(qiáng)度熒光水凝膠材料，該水凝膠不僅具有高強(qiáng)度，能同時抗拉伸和壓縮，而且具有優(yōu)異熒光示蹤功能，可以用于實(shí)時跟蹤研究植入水凝膠在體內(nèi)的遷移變化，因此大大拓展了傳統(tǒng)水凝膠的在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度熒光水凝膠，其是共價/離子鍵交聯(lián)的聚丙烯酰胺/海藻酸鈉/碳量子點(diǎn)雙互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠。本發(fā)明還提供了該高強(qiáng)度熒光水凝膠的制備方法，其包括以下步驟：

步驟（1）、將丙烯酰胺、交聯(lián)劑、引發(fā)劑溶于水后，加入碳量子點(diǎn)水溶液，使得丙烯酰胺濃度保持在30wt%，交聯(lián)劑為8wt%，引發(fā)劑為6wt%，溶液在冰水浴中攪拌均勻，攪拌均勻，脫除氣泡，即得溶液A；

步驟（2）、將海藻酸鈉加入去離子水中，微熱至完全溶解，脫除氣泡，即得溶液B；

步驟（3）、將步驟（1）的溶液A和步驟（2）的溶液B，按質(zhì)量比1~6:4~9均勻混合后緩慢注入模具中，于50-52℃聚合2-6小時，從而形成聚丙烯酰胺/海藻酸鈉/碳量子點(diǎn)半互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠；

步驟（4）、將步驟（3）中獲得的聚丙烯酰胺/海藻酸鈉/碳量子點(diǎn)半互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠于氯化鈣水溶液中浸泡1-6小時，從而得到共價/離子鍵交聯(lián)的聚丙烯酰胺/海藻酸鈉/碳量子點(diǎn)雙互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠，即為高強(qiáng)度熒光水凝膠。