[發明專利]一種導電抗菌水凝膠及其制備方法、應用

在審

• 申請號: 202010693861.8
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111925476A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 張靜;馮杰;陳凌東
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C08F220/38
• 分類號: C08F220/38;C08F220/20;C08F222/38;C08F2/44;C08K9/04;C08K3/04;G01N27/06
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;薄盈盈

本發明涉及高分子水凝膠技術領域，為解決傳統水凝膠機械性能較差、功能單一的問題，提供了一種導電抗菌水凝膠及其制備方法、應用，所述導電抗菌水凝膠由牛血清蛋白改性氧化石墨烯、兩性離子單體、第二單體、交聯劑和引發劑混合均勻后，發生聚合反應制得。本發明的導電抗菌水凝膠可拉伸、高彈性，具有優異的抗細菌黏附性能，形變時具有靈敏、穩定的相對電阻變化率，最大拉伸強度為30kPa，最大導電率為0.51S/m，可以承受連續一百次加載?卸載循環不發生破裂，壓縮強度幾乎沒有下降，具有良好的抗疲勞性和形狀恢復性；制備方法，步驟簡單，操作方便，高效且環保，對環境友好。

技術領域

本發明涉及高分子水凝膠技術領域，尤其涉及一種導電抗菌水凝膠及其制備方法、應用。

背景技術

水凝膠是一種具有3D網絡結構包含大量水的軟質材料，由于其出色的生物相容性和高親水性，已在傷口敷料、軟骨替代和組織工程支架等領域得到了廣泛探索和應用。然而，要制備具有優異韌性和可行工藝的生物傳感器仍然是一項挑戰。

傳統水凝膠機械性能較差，在實際使用中容易被拉伸、彎曲或壓縮等外力損壞，導致結構與性能被破壞，縮短其使用壽命。近年來，由兩個相互穿插的高分子網絡組成的雙網絡(DN)水凝膠因為具有高強高韌的性質引起了廣泛關注。而另一種相對直接的途徑是將納米填料如碳納米管、基于石墨烯的納米片層摻雜到水凝膠中，這些納米填料還能賦予水凝膠優異的電導率。例如，Wen Zhong等人通過物理交聯的方式將氧化石墨烯(GO)引入化學交聯的聚丙烯酸(PAA)網絡中，開發出一種具有優異機械性能和自修復效率的水凝膠，可用作生物傳感器。

由于大多數水凝膠介質都是水性介質，制備穩定且具有可加工性的氧化石墨烯分散體在生物醫學領域至關重要。由于范德華力的存在，氧化石墨烯在水性介質中通常無法分散穩定。為了獲得穩定的氧化石墨烯分散體，需要加入一些額外的試劑如有機溶劑、離子液體、表面活性劑。Dai等人研究了GO在水和有機溶劑混合物中的分散性，發現GO在水與有機溶劑(如乙醇、丙酮、二甲基亞砜)混合物中的分散穩定性優于在純水中。然而，這些有機溶液的毒性限制了材料在實際中的應用。

從醫用植入材料到船體，在許多應用中，防止材料表面的生物分子和微生物黏附已經成為一個巨大的挑戰。例如，細菌感染是生物材料面臨的重大問題之一，傳統水凝膠缺乏抗菌性能，因此需要額外的抗菌劑，這會導致全身毒性、不良免疫反應和耐藥菌的出現。在海洋水下設施領域，生物污垢可能會增加船體質量，從而降低航行速度，增加能源消耗，甚至導致外來物種的入侵。商業化的傷口敷料則由于缺乏對成纖維細胞和蛋白質的抗黏附性，容易粘附到新生組織上，在傷口護理過程中不能達到安全無痛的效果。兩性離子聚電解質水凝膠是指聚合物網絡中同時帶有陰離子和陽離子的水凝膠，其中兩性離子分子鏈可以通過靜電誘導作用結合水分子，有效的抵抗蛋白質、細菌、細胞等的黏附。Yu Nie等人開發了一種基于銅離子和聚(羧基甜菜堿-多巴胺-甲基丙烯酰胺)共聚物(PCBDA)的兩性離子抗菌水凝膠涂層，應用于隱形眼鏡表面可以降低蛋白質的黏附和生物膜的形成。

發明內容

本發明為了克服傳統水凝膠機械性能較差、功能單一的問題，提供了一種可拉伸、高彈性，具有優異的抗細菌黏附性能，形變時具有靈敏、穩定的相對電阻變化率的導電抗菌水凝膠。

本發明還提供了一種導電抗菌水凝膠的制備方法，步驟簡單，操作方便，高效且環保，對環境友好。

本發明還提供了一種導電抗菌水凝膠在生物傳感器中的應用。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種導電抗菌水凝膠，其特征在于，所述導電抗菌水凝膠由牛血清蛋白改性氧化石墨烯(BSA@GO)、兩性離子單體、第二單體、交聯劑和引發劑混合均勻后，發生聚合反應制得。