[發明專利]一種水合離子液凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011015233.0
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112210041A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 尚英輝;王啟剛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08F251/00
• 分類號: C08F251/00;C08F220/06;C08F220/56;C08F220/58;C08F222/38;C08F222/20;C08J3/075;C08L51/02;C08L33/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種水合離子液凝膠及其制備方法和應用，該水合離子液凝膠通過以下方法制備得到：酶促成膠制備凝膠時，以水合離子液作為溶劑，所述水合離子液含有陰、陽離子的有機物質，水合離子液遵循霍夫曼離子效應，能夠作為保護劑穩定酶的水化層，具有良好的生物相容性。與現有技術相比，本發明制備過程溫和高效，材料綠色環保，制備得到的生物電子學平臺具有酶促電子轉移和離子轉移能力，可廣泛應用于生物電子學器件，例如葡萄糖傳感器，運動傳感器和儲能器件。

技術領域

本發明涉及一種凝膠材料，尤其是涉及一種水合離子液凝膠及其制備和應用。

背景技術

生物電子學是一門發展迅速的熱門交叉學科，其研究目的主要是將生物信號識別、傳輸轉變為人造機器能夠識別的電子信號。現階段生物電子學的研究難點是生物組織和人造設備界面不相容問題。眾所周知，自然界中生物的電信號傳輸主要通過離子進行導電，而人造電子材料主要是通過電子導電。并且，生物組織大多數是柔軟濕潤的材料，而人造電子材料主要是堅硬的沒有柔性的材料。因此，兩者之間的本質不同致使界面問題難以解決，從而制約整個生物電子學的發展。

凝膠材料是一種具有軟濕質地的生物材料，其組成成分為親疏水性的大分子，化學性質穩定，尤其是摻雜生物材料的凝膠更具有良好的生物相容性。凝膠同時還具有類生物組織結構的三維網絡結構，具有貫通的網絡通道，能夠為物質傳輸提供保障。此外，凝膠具有良好的拉伸、壓縮和黏附性能，能夠模擬類似生物組織結構的柔性。因此，凝膠可作為聯通生物組織和人造電子器件的橋梁材料，是一種優良的生物電子學材料。

然而大多數的凝膠材料傳輸電信號只能通過添加高濃度酸、堿和無機鹽來實現，這遠遠不能滿足生物信號的識別和傳輸。因此，必須在體系中引入組分實現生物信號的識別和傳輸。酶是一種具有特異性的生物催化劑，在生物體內能夠催化生物反應，在材料合成中能夠溫和高效引發自由基聚合實現凝膠化。采用酶促成膠的方法不僅能夠實現溫和的構筑三維網絡結構并且能夠在原位實現酶的固定化，以便用于生物信號的檢測。但是，凝膠網絡中用于離子傳導的酸、堿、鹽不可避免的會使酶蛋白變性。并且以水作為溶劑的凝膠材料容易在高溫下迅速失水變干，在低溫條件下冷凍結冰，不宜儲存和長時間使用。上述這些問題為材料的合成又提出了新的挑戰。

發明內容

本發明的目的就是為了解決酶易在凝膠中變性而無法實現離子導電和酶促電子轉移有效結合的問題以及凝膠存儲穩定性差的問題，而提供一種水合離子液凝膠及其制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種水合離子液凝膠的制備方法，在酶促成膠制備凝膠時，以水合離子液作為溶劑，所述水合離子液含有陰、陽離子的有機物質，水合離子液遵循霍夫曼離子效應，能夠作為保護劑穩定酶的水化層，具有良好的生物相容性。

本發明通過采用水合離子液的方法解決酶在傳統凝膠高濃度酸、堿、鹽溶劑中變性的難點，實現離子導電和酶促電子轉移的結合。水合離子液是具有陰陽離子的有機物質，其具有低的飽和蒸汽壓、穩定的化學性質和離子導電性能。離子液進行水合以后其離子導電率有了較大程度的提升，并且離子液體遵循霍夫曼離子效應，能夠穩定蛋白的水化層，可作為蛋白的保護劑，具有良好的生物相容性。采用上述水合離子液制備的凝膠生物電子學平臺能夠良好的保證酶的活性和穩定性，以便隨后用于生物電子學應用。

進一步地，所述水合離子液為離子液體與水的混合液，所述離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，所述離子液體在混合液中的質量百分含量為20％-80％。離子液體的添加量會影響最終凝膠的離子導電率、酶的活性和凝膠的保水率，離子液濃度過低會導致凝膠的離子電導率低，而離子液的濃度過高會導致凝膠的力學性能較差。

本發明水合離子液的引入能夠有效降低溶劑的蒸汽壓，對比傳統的水凝膠，水合離子液凝膠能夠長時間保水分，在低溫環境下不結晶，在高溫情況下能夠降低水分的揮發，因此酶的活性能夠在低溫、高溫和長時間的儲存過程中得到保持。