[發明專利]一種具有鹽-溫度雙重響應的雙層水凝膠的制備方法、產品及應用

有效

• 申請號: 201810142563.2
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108395548B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 楊晉濤;肖圣威;何曉敏;鐘明強;陳楓;范萍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/54;C08F212/14;C08F222/38;C08F2/48;C08L33/24;C08L25/18
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種具有鹽?溫度雙重響應的雙層水凝膠的制備方法，該方法包括以下步驟：將N?異丙基丙烯酰胺、兩性離子單體、交聯劑、光引發劑、自由基引發劑和催化劑加入水中，攪拌溶解得到反應液；將反應液在惰性氣體保護、紫外光照射下聚合反應、交聯1～5小時，得到聚N?異丙基丙烯酰胺和兩性離子聚合物雙層水凝膠。本發明利用兩種功能性單體在極性和聚合速率上的較大差異，“一步法”制備了具有鹽?溫度雙重響應的雙層水凝膠，該雙層水凝膠在水/鹽溶液、低溫/高溫環境中均可實現快速、大幅度可自發周期性形變。該水凝膠可用于制成鹽?溫度雙重響應的軟體機器人或傳感元件。

技術領域

本發明涉及水凝膠材料制備領域，尤其涉及一種具有鹽-溫度雙重響應的雙層水凝膠的制備方法以及根據該制備方法得到的具有鹽-溫度雙重響應的雙層水凝膠產品和該雙層水凝膠產品的應用。

背景技術

水凝膠是一種由親水聚合物通過交聯方式形成三維網狀結構的軟材料，其含水量可高達95％，具有較好的生物相容性。將刺激響應性聚合物通過物理或化學的方式交聯可制備得到智能水凝膠，通過改變外界環境條件(如：溫度、pH、光、電場、離子等)，誘導智能水凝膠體積、形狀或其他物理化學性質發生變化，可被應用于生物醫學和工業應用等領域(如：傳感器、組織工程、藥物緩釋、人工肌肉、表面涂層等)。其中，有一些智能水凝膠可以模擬軟體驅動器完成不同的機械運動，如可實時控制的捕捉/釋放、彎曲/纏繞/封裝等，我們把這類水凝膠稱為形狀自適應水凝膠。這種形狀自適應特性主要源于凝膠不對稱結構的形變。為了實現對這種不對稱結構形變的可控，通常的設計策略是將具有不同響應性的材料組裝到水凝膠網絡中去，在特定的環境刺激下引發結構的轉變。

目前，具有形狀自適應的智能水凝膠的制備方法包括氣相沉積法(CVD)、電泳、直接粘貼兩種不同性能的單一水凝膠、微流體，以及兩步凝膠-液體接觸模型等，通過物理或化學的方法加以組合得到雙層水凝膠，目前對其相關報道也比較多。

公開號為CN105079863 A的中國專利文獻公開了一種蘆薈/海藻酸鈉雙層水凝膠敷料的制備方法，首先利用塑化劑丙三醇和海藻酸鈉制備得到干燥的海藻酸鈉水凝膠薄膜，然后將蘆薈/海藻酸鈉混合液滴注于干燥的海藻酸鈉水凝膠薄膜表面，干燥后將其浸入到CaCl₂溶液中交聯得到雙層水凝膠。

公開號為CN107513165 A的中國專利文獻公開了一種高強度粘性雙層水凝膠及制備方法，利用兩步法將具有粘性的水凝膠澆筑于未完全反應的強韌水凝膠表面，經過進一步反應得到粘韌水凝膠。

公開號為CN101058619 A的中國專利文獻公開了一種在電場中定向移動的智能水凝膠制備方法，將丙烯酰胺、交聯劑和引發劑的反應液加入含有聚丙烯酸水凝的模具中聚合反應得到雙層水凝膠，該水凝膠在外部電場的作用下可實現快速雙向彎曲性能。

公開號為CN101337086 A的中國專利文獻公開了兩步法制備一種水凝膠敷料，首先采用循環冷凍融化法制備得到一層聚乙烯醇水凝膠，然后在其表面倒入水溶性聚合物溶液，經過高能射線輻照得到雙層水凝膠。Tong等人分別制備了聚丙烯酸-粘土水凝膠和FeCl₃-聚丙烯酸水凝膠，然后將兩種水凝膠粘貼在一起形成雙層水凝膠，通過調節環境pH值可實現雙向彎曲形變(Zhao L,Tong Z,et al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,11866-11873.)。然而，以上公開的專利和文獻均采用兩步法或三步法制備雙層水凝膠，制備工藝比較復雜，不利于具體應用。

利用“一步法”得到雙層水凝膠可有效簡化制備工藝，并且兩層凝膠界面處粘結牢固。然而，目前有關“一步法”制備雙層水凝膠的相關專利和文獻較少。