[發明專利]一種基于正交光化學反應的韌性水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202010794329.5
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112079960B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 張萍;魏洪秋;于游
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C08F251/00
• 分類號: C08F251/00;C08F289/00;C08F220/56;C08F222/38;C08F222/20;C08F2/48;C08J3/075;C08L51/00;G03F7/004
• 代理公司: 西安利澤明知識產權代理有限公司 61222
• 代理人: 馬海蓉

本發明公開了一種基于正交光化學反應的韌性水凝膠及其制備方法，所述水凝膠按照質量份數，由以下組分組成：2?30份含酚基的大分子材料，2?30份可聚合單體，1?10份金屬離子螯合物，交聯劑：所述交聯劑的加入量是可聚合單體的0.02％?0.15％，引發劑：所述引發劑的加入量是所述水凝膠總質量的0.5％?5％，三聯吡啶氯化釕六水合物光催化劑：所述三聯吡啶氯化釕六水合物光催化劑的加入量是凝膠總質量的0.01％?0.1％，60?95份溶劑。本發明對于促進韌性凝膠材料在微創醫學、柔性電子、生物電子、軟機器人等領域的應用具有十分重要的意義。

技術領域

本發明屬于水凝膠技術領域，尤其涉及一種基于正交光化學反應的韌性水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一具有三維網絡結構的功能性聚合物材料，其可以吸收大量的水而不溶于水。其優異的吸水和保水性能、出色的生物相容性及對小分子的高滲透性等獨特性質使其成為了最具應用價值的軟材料之一。目前，水凝膠材料已經在農業保水、衛生用品、生物軟骨、醫療、載藥、傳感、多功能材料等眾多領域展現出了應用前景。但傳統水凝膠的內部分子結構主要為單化學交聯結構，這使得水凝膠存在機械性能差、易碎等關鍵問題，在很大程度上阻礙了其實用化進程。因此，制備具有優異機械性能的水凝膠材料，是當前水凝膠材料發展的一個重要的方向。

韌性水凝膠是水凝膠材料的一個重要分支。其分子結構中同時存在多種物理和化學交聯網絡結構。當有外力作用時，在多重網絡結構的協同作用下，機械能迅速耗散，進而有效防止凝膠內部裂紋的快速傳播，使得凝膠不易被破壞。由此可見，韌性水凝膠在具有傳統水凝膠獨特性能的同時，還可以展現出優異的且可調諧的機械性能。基于以上優點，韌性水凝膠近年來在可穿戴電子器件、生物電子器件、可植入電子器件、組織工程、蛋白質/細胞釋放等高新科技領域得到廣泛關注。

常用于韌性水凝膠的制備方法主要包括：(1)將第二種單體擴散至第一重剛性的網絡中通過加熱或紫外線照射的方法聚合形成雙網絡凝膠(2)預先配置好兩重韌性網絡聚合物的水溶液,然后通過冷凍結晶或浸泡在離子溶液中,形成剛性網絡(3)將微凝膠或纖維凝膠狀結構等能量耗散結構引入第二重凝膠網絡中。雖然這些方法在提高凝膠材料力學性能方面表現出了一定的有效性，但是通常涉及兩步甚至多步化學反應過程，制備過程較復雜，不利于韌性凝膠的實際應用。近年來，一鍋合成和原位聚合這種簡單有效的方法已被用來制備韌性水凝膠材料。然而，該類方法在實現韌性凝膠的簡單制備的同時仍有以下問題需要考慮：(1)反應時間較長，通常需要超過1小時的反應時間來完成整個凝膠的制備；(2)凝膠網絡的形成大多依賴于長時間的紫外線照射,γ射線輻照或高溫加熱；(3)制備過程通常采用非選擇性的熱引發和自發聚合方法，可控性較差。以上問題致使韌性凝膠材料難以用于高分辨率的復雜二維和三維微結構的制備，且生物相容性較差，大大限制了韌性凝膠在生物醫學及電子信息等領域的應用。

因此，研發新型生物相容性韌性水凝膠材料，同時發展其簡單高效且快速可控的合成制備方法對于實現韌性水凝膠的圖案化，拓展其應用范圍具有重要的理論與現實意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于正交光化學反應的韌性水凝膠及其制備方法，所述水凝膠按照質量份數，由以下組分組成：2-30份含酚基的大分子材料，2-30份可聚合單體，1-10份金屬離子螯合物，交聯劑：所述交聯劑的加入量是可聚合單體的0.02％-0.15％，引發劑：所述引發劑的加入量是所述水凝膠總質量的0.5％-5％，三聯吡啶氯化釕六水合物光催化劑：所述三聯吡啶氯化釕六水合物光催化劑的加入量是凝膠總質量的0.01％-0.1％，60-95份溶劑。

一種基于正交光化學反應的韌性水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將2-30份含酚基單體加入60-95份溶劑中持續攪拌；

步驟2：完全溶解后分別加入2-30份可聚合單體、1-10份金屬離子螯合物、可聚合單體質量的0.02％-0.15％的交聯劑，攪拌均勻直至完全溶解；