[發(fā)明專利]一種水凝膠表面圖案化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910509477.5
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110183701B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 王曉龍;蔣盼;閆昌友;周峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08J7/02
• 分類號: C08J7/02;C09D11/101;C09D11/107;C09D11/30
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬云華

本發(fā)明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種水凝膠表面圖案化材料及其制備方法和應用。本發(fā)明提供的制備方法包括以下步驟：先提供包括聚乙二醇、甲基丙烯酸?β?羥乙酯、甲基丙烯酸?3?磺酸丙酯鉀鹽、脂肪族類聚氨酯、光引發(fā)劑和染料的水凝膠墨水；然后利用灰度識別光固化打印技術進行打印，得到水凝膠打印初品；再將水凝膠打印初品浸泡在水中，進行溶脹，得到水凝膠表面圖案化材料。實施例結果表明，本發(fā)明提供的方法能夠實現(xiàn)二維水凝膠薄膜和三維水凝膠結構表面任意圖案化設計與制備，圖案具有大規(guī)模制備、可定制、可逆轉換多種特征，所得水凝膠材料能夠廣泛應用在細胞行為研究、柔性電子、軟體機器人和致動器領域中。

技術領域

本發(fā)明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種水凝膠表面圖案化材料及其制備方法和應用。

背景技術

功能材料的表面能自然形成具有高度有序、可控梯度性能、復雜拓撲形狀的精細圖案，使其在生物細胞行為研究、智能仿生潤濕和表面粘附、柔性電子和器件、微流體、軟體機器人以及致動器等方面具有潛在的應用前景。水凝膠作為一類重要的軟材料，具有豐富的理化性質(zhì)和性能可調(diào)控性，在生物醫(yī)學、工程制造領域作用明顯，水凝膠表面圖案化構筑一直是國內(nèi)外研究者關心的熱點。

水凝膠表面圖案化最早是在雙層水凝膠系統(tǒng)中，通過溶脹誘導引起的橫向壓縮應力作用產(chǎn)生表面圖案(Nature,1987,325,796-798)，該方法雖然能夠成功的在水凝膠的表面構筑圖案，但是水凝膠溶脹性能和滲透壓難以控制，構筑的圖案隨機性大，在水凝膠表面實現(xiàn)圖案的可控構筑仍然是一項技術難題。

后來，研究者通過氧阻效應控制水凝膠的交聯(lián)度，再用溶劑(通常為去離子水)誘導(Adv.Funct.Mater.,2009,19,3038-3045，Adv.Mater.,2011,23, 3441-3445)實現(xiàn)表面圖案化的構筑，這一構筑方法一定程度上實現(xiàn)了圖案化的可控，但精準度仍是一大缺陷；隨后發(fā)展的物理掩膜方法雖然能夠更為直接和精準的進行圖案化(Science,2012,335,199-204，J.Am.Chem.Soc, 2013,135,4834-4839)，但該方法的個性化和靈活性不足，僅能實現(xiàn)簡單、規(guī)則圖案的構筑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種水凝膠表面圖案化材料及其制備方法和應用，本發(fā)明提供的制備方法靈活性高，可構筑復雜的圖案，豐富了水凝膠表面的圖案化種類，擴大了水凝膠功能材料的應用范圍。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

本發(fā)明提供了一種水凝膠表面圖案化材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)提供水凝膠墨水，所述水凝膠墨水包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸-β-羥乙酯、甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯鉀鹽、脂肪族類聚氨酯、光引發(fā)劑和染料；

(2)利用灰度識別光固化打印技術，將所述步驟(1)的水凝膠墨水進行打印，得到水凝膠打印初品；

(3)將所述步驟(2)得到的水凝膠打印初品浸泡在水中，進行溶脹，得到水凝膠表面圖案化材料。

優(yōu)選的，以質(zhì)量份計，所述水凝膠墨水包括聚乙二醇二丙烯酸酯70～80 份、甲基丙烯酸-β-羥乙酯10～20份、甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯鉀鹽2～5份、脂肪族類聚氨酯2～5份、光引發(fā)劑0.3～0.7份和染料0.03～0.07份。

優(yōu)選的，所述染料包括商業(yè)Orasol染料。

優(yōu)選的，所述水凝膠墨水的制備方法為：在加熱和攪拌條件下，將水凝膠墨水的各組分混合。

優(yōu)選的，所述加熱的溫度為50～60℃；所述攪拌的速度為200～500r/min。

優(yōu)選的，所述打印包括2D打印或3D打印。

優(yōu)選的，進行所述打印時，單層曝光時間為10～30s，曝光灰度≤60％。