[發(fā)明專利]一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器及其制備方法與驅(qū)動(dòng)方式

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710376981.3
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107163185B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王濤;廖杰新;黃家和;張?jiān)?/a>;孫尉翔;童真
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/54
• 分類號(hào): C08F220/54;C08F222/38;C08F220/60;C08F2/48;C08K3/16;C08L33/24
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器及其制備方法與驅(qū)動(dòng)方式，該多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器由多巴胺甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺類單體共聚得到的凝膠再經(jīng)過Fe³⁺溶液浸泡處理后在堿性溶液中獲得固定的臨時(shí)形狀制備得到；該多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器可通過改變?nèi)芤簆H值的方法使水凝膠在溶液中實(shí)現(xiàn)自發(fā)形狀改變的驅(qū)動(dòng)功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能性多巴胺聚合物的智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器及其制備方法與驅(qū)動(dòng)方式。

背景技術(shù)

凝膠由于含有大量的溶劑，并且具有完善的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予其軟物質(zhì)的特性，具有弱刺激-強(qiáng)響應(yīng)、少添加-大效果、驅(qū)動(dòng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)；而軟物質(zhì)驅(qū)動(dòng)器特別是凝膠驅(qū)動(dòng)器在智能器件領(lǐng)域的發(fā)展日益受到關(guān)注。

在凝膠驅(qū)動(dòng)器的研究中，形狀記憶凝膠驅(qū)動(dòng)器可以從臨時(shí)形狀回復(fù)到原始形狀，為目前研究頗為廣泛的一種凝膠驅(qū)動(dòng)器。但目前報(bào)道的形狀記憶凝膠驅(qū)動(dòng)器的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期都需要先用外力將凝膠固定為一個(gè)臨時(shí)形狀（ACS Appl. Mater. Interfaces 2016,8, 12384?12392；Macromol. Mater. Eng. 2017, 302, 1600359），而無法實(shí)現(xiàn)凝膠自發(fā)的在臨時(shí)形狀與原始形狀之間轉(zhuǎn)換，因此凝膠驅(qū)動(dòng)器的操作方式比較復(fù)雜。同時(shí)，目前報(bào)道的多巴胺凝膠力學(xué)強(qiáng)度較低，無法承受較大的拉伸、壓縮或反復(fù)形變等，大大制約了多巴胺凝膠在驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域的應(yīng)用。

從多巴胺與Fe³⁺的絡(luò)合作用受到啟發(fā)，以形狀記憶凝膠驅(qū)動(dòng)器為基礎(chǔ)，我們創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器，即將多巴胺甲基丙烯酰胺和親水性單體共聚得到凝膠，然后將凝膠在Fe³⁺溶液中浸泡處理，再使用外力使該凝膠獲得臨時(shí)形狀，將其放入堿性溶液中固定此臨時(shí)形狀；再將具有臨時(shí)形狀的凝膠放入酸性溶液中，臨時(shí)形狀可恢復(fù)為原始形狀，即得到多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器可通過控制溶液pH，使其在臨時(shí)形狀與原始形狀之間自發(fā)變化以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，且此過程可重復(fù)進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器及其制備方法與驅(qū)動(dòng)方式。

本發(fā)明的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器由多巴胺甲基丙烯酰胺和親水性丙烯酰胺類單體共聚得到的凝膠，在Fe³⁺溶液中浸泡處理后在堿性溶液中使通過外力變成的臨時(shí)形狀得以固定，得到多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器，該多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器可通過控制溶液pH值，在不施加外力作用的情況下，使其在臨時(shí)形狀與原始形狀之間自發(fā)變化以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，且此過程可重復(fù)進(jìn)行。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器的制備方法，包括如下步驟：

（1）制備多巴胺凝膠：將丙烯酰胺類單體和交聯(lián)劑溶于水中，得混合液a；將多巴胺甲基丙烯酰胺和引發(fā)劑溶于有機(jī)溶劑中，得混合液b；再將混合液a和混合液b混合并除去所得混合液中的氧氣，然后注入模具中，在紫外光照下聚合，得多巴胺凝膠；

（2）制備多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器：將步驟（1）制備的多巴胺凝膠使用Fe³⁺溶液浸泡處理，得到含有Fe³⁺的凝膠；使用外力使含有Fe³⁺的凝膠獲得臨時(shí)形狀，將具有臨時(shí)形狀的凝膠放入堿性溶液中固定此臨時(shí)形狀，即得到多巴胺凝膠驅(qū)動(dòng)器。

進(jìn)一步地，步驟（1）所述丙烯酰胺類單體為N, N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的一種以上，所述丙烯酰胺類單體在混合液中的濃度為2 ~ 6 mol/L；所述交聯(lián)劑為N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺，所述交聯(lián)劑在混合液中的濃度為0.2 ~ 1 mmol/L。