[發明專利]一種光驅動形狀可編程MXene復合水凝膠驅動器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011021468.0
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN113045716B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 王玲;雪盼;許鑫華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F220/54;C08F222/38;C08F2/48;C08F2/00
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

本發明公開一種光驅動形狀可編程MXene復合水凝膠驅動器及其制備方法，通過可聚合MXene納米單體與熱敏PNIPAM水凝膠原位自由基共聚而形成。由于利用低電場可以控制MXene的分布和水凝膠網絡的各向異性，所以通過對ITO電極圖案、直流電場方向和掩膜輔助紫外聚合的控制，開發了各種生物激發的可編程各向異性水凝膠驅動器。本發明提供了可編程和可重構智能驅動器的開發新見解，并且可以在各種領域具有應用前景。

技術領域

本發明涉智能軟體機器人的技術領域，具體涉及一種光驅動形狀可編程MXene復合水凝膠驅動器及其制備方法。

背景技術

生命有機體和生物系統中，能夠在外部刺激下產生力或運動的智能驅動無處不在。例如，人類行為動作通常是通過神經信號觸發具有縱向排列的圓柱形肌纖維骨骼肌，進而收縮產生機械力驅動形成。許多植物(例如松果)在潮濕環境開閉運動，主要是通過具有各向異性取向纖維素原纖維的細胞或組織吸水和脫水產生。所以，結構各向異性對生物系統中力的產生和大規模運輸起著重要的作用。從自然中汲取靈感，人們廣泛致力于開發基于各種智能感應軟材料(如液晶、液態金屬和聚合物水凝膠)的人工軟驅動器。其中，水凝膠驅動器因具有肌肉組織柔軟性和優越生物相容性，引起了人們極大關注，并在人工肌肉、軟機器人、藥物釋放和組織支架工程等多個領域顯示出良好的應用前景。一般來說，水凝膠驅動器在各種外部刺激(如濕度、溫度、光、pH值和磁場/電場等)下可逆變形與水吸收和釋放造成的體積變化有關。傳統的均質、各向同性微觀結構的水凝膠驅動器，在均勻外部刺激下只能產生簡單的各向同性收縮和膨脹。針對上述問題，各向異性納米材料的引入，特別是二維功能納米顆粒的引入，不僅可以提高聚合物水凝膠的力學性能，而且賦予了水凝膠驅動器新的功能。二維MXene納米材料由于良好的親水性、優異的熱導率/導電性和高的光熱轉換效率特性引起了人們越來越多的關注。最近報道了幾種刺激響應的MXene驅動器，包括以MXene作為柔性電極材料的電化學驅動器、MXene濕度驅動器、以及葉子激發MXene多重響應驅動器。預計各向異性MXene和各向同性水凝膠的“結合”將有可能使生物激發的MXene/水凝膠驅動器具有更多的功能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，解決水凝膠各向異性方法構筑技術的不足，提供一種光驅動形狀可編程MXene復合水凝膠驅動器及其制備方法。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現。

一種光驅動形狀可編程MXene復合水凝膠驅動器，包括單體、可聚合MXene納米單體聚合得到水凝膠，水凝膠的至少一個空間維度上產生孔隙變化和/或梯度交聯密度。

在上述技術方案中，單體為可聚合的單體，如N-異丙基丙烯酰胺、N、N'-甲基雙丙烯酰胺。

在上述技術方案中，通過引發劑引發聚合，引發劑為光引發劑，如2-羥基-2-甲基丙苯酮(Darocur 1173)。

在上述技術方案中，通過電場對含有單體、可聚合MXene納米單體的前體溶液的作用，以使可聚合MXene納米單體產生濃度梯度，經聚合后使水凝膠產生梯度交聯密度。

在上述技術方案中，由于MXene是帶負電的，在電場中就會向正極側聚集，正極側的MXene濃度高就會使水凝膠產生高的交聯密度，反之，負極側的交聯密度就會降低。

在上述技術方案中，可聚合MXene納米單體，包括經氫氟酸蝕刻，四丙基氫氧化物(TPAOH)插入來合成的超薄MXene，在MXene上與帶正電荷的十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)靜電作用并結合，在堿性條件下，以四乙基硅酸鹽(TEOS)為硅源，在MXene吸附了CTAC的表面原位生長介孔硅層，形成MXene@SiO₂；通過硅烷化將3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)接枝到MXene@SiO₂表面，得到可聚合MXene納米單體。