[發(fā)明專利]一種具有儲(chǔ)能和生物降解性能的絲蛋白/銀納米線/聚吡咯薄膜、制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211382520.4
• 申請(qǐng)日: 2022-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN115832333A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛美螢;賈曉騰;李如楠;馬雪南
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種具有儲(chǔ)能和生物降解性能的絲蛋白/銀納米線/聚吡咯薄膜、制備方法及其應(yīng)用，屬于多功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，基于該薄膜可以制備柔性電極及由該柔性電極可以制備可降解鎂?空氣電池。本發(fā)明將AgNWs網(wǎng)絡(luò)嵌入蠶絲蛋白膜，再在蠶絲蛋白膜上化學(xué)沉積聚吡咯，制備部分可生物降解的空氣陰極材料，其對(duì)氧還原反應(yīng)具有電催化活性；聚吡咯在SF/AgNW上的覆蓋還可以提高生物相容性，而且毒性更低。本發(fā)明所制得的電極具有良好的降解性能，且儲(chǔ)能效果良好，對(duì)于開發(fā)可降解儲(chǔ)能設(shè)備具有良好的潛力和應(yīng)用可行性，為構(gòu)建具有高儲(chǔ)能能力的植入式電極提供了一條可行的途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有儲(chǔ)能和生物降解性能的絲蛋白/銀納米線/聚吡咯薄膜、制備方法、基于該薄膜制備的柔性電極及由該柔性電極制備的可降解鎂-空氣電池。本發(fā)明所制得的電極具有良好的降解性能，且儲(chǔ)能效果良好，對(duì)于開發(fā)可降解儲(chǔ)能設(shè)備具有良好的潛力和應(yīng)用可行性。

背景技術(shù)

生物可降解植入式醫(yī)療仿生學(xué)從生物醫(yī)學(xué)到微電子機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)獲得了更多的關(guān)注。這些設(shè)備在使用后可以按需逐漸消失，從而消除了二次手術(shù)的隱患與永久性植入物相關(guān)的慢性炎癥。這些生物可降解電子設(shè)備可以滿足各種醫(yī)療應(yīng)用：如傷口愈合監(jiān)測(cè)、疾病進(jìn)展跟蹤、藥物釋放和心血管刺激器等。

從生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)、生物燃料和鹽度梯度產(chǎn)生電力的能量收集裝置提供了新的可生物降解的能源，但由于能量輸出低且不穩(wěn)，仍然存在大量挑戰(zhàn)。因此，這些技術(shù)需要與儲(chǔ)能裝置整合，以補(bǔ)償其間歇性。一個(gè)生物相容性和可生物降解的電源是驅(qū)動(dòng)這些可生物降解電子設(shè)備的理想選擇。植入式鎂空氣生物電池提供了一個(gè)可行的解決方案，因?yàn)樗鼈兙哂辛夹缘纳锕δ芎透吣芰棵芏鹊目捎眯浴Ｋ鼈兛梢砸揽矿w液中含有的氧氣，在陽極和陰極之間產(chǎn)生電壓。陰極材料作為氧還原反應(yīng)(ORR)的催化劑，實(shí)現(xiàn)高性能的可生物降解的鎂-空氣生物電池的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是開發(fā)具有理想的電化學(xué)性能和可生物降解性能的空氣陰極材料。

銀(Ag)作為一種生物惰性貴金屬，被認(rèn)為是無毒的，并被用作生物電子裝置的電極。可植入的Ag電極作為生物傳感材料被廣泛應(yīng)用于連續(xù)葡萄糖監(jiān)測(cè)和細(xì)胞培養(yǎng)液中鋅離子的測(cè)定。銀納米材料還有一個(gè)好處，它是一種廣譜抗微生物劑，被廣泛用于傷口護(hù)理產(chǎn)品。銀納米線(AgNWs)網(wǎng)絡(luò)可以形成一個(gè)可靠的、可伸展的、透明的導(dǎo)電層，可以埋在各種聚合物中。將AgNWs誘導(dǎo)到生物相容性基質(zhì)中，大大降低了銀的體外和體內(nèi)毒性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有儲(chǔ)能和生物降解性能的絲蛋白/銀納米線/聚吡咯薄膜、制備方法、基于該薄膜的柔性電極及由該柔性電極制備的可降解鎂-空氣電池。

本發(fā)明中，通過將AgNWs網(wǎng)絡(luò)嵌入蠶絲蛋白膜(SF)中以構(gòu)建空氣陰極，制備了一種生物相容性導(dǎo)體。蠶絲是一種天然的可生物降解的蛋白質(zhì)纖維，蠶絲蛋白膜已被用作生物基質(zhì)，用于制造生物集成電子器件、植入式治療設(shè)備和瞬態(tài)電子器件。通過在蠶絲蛋白膜上化學(xué)沉積聚吡咯(PPy)，可以制備部分可生物降解的空氣陰極材料，對(duì)氧還原反應(yīng)(ORR)具有電催化活性。與化學(xué)氧化法相比，電化學(xué)聚合法的優(yōu)點(diǎn)是通過控制消耗的電荷量和/或使用的電化學(xué)技術(shù)，生產(chǎn)出具有可控厚度和表面粗糙度的清潔導(dǎo)電聚合物。為此，PPy被電化學(xué)沉積在嵌入蠶絲蛋白膜的AgNW網(wǎng)絡(luò)上。與以前報(bào)道的絲-AgNW復(fù)合材料相比，PPy在SF/AgNW上的覆蓋可以提高生物相容性，而且毒性更低。本發(fā)明所制得的電極具有良好的降解性能，且儲(chǔ)能效果良好，對(duì)于開發(fā)可降解儲(chǔ)能設(shè)備具有良好的潛力和應(yīng)用可行性，為構(gòu)建具有高儲(chǔ)能能力的植入式電極提供了一條可行的途徑。

本發(fā)明所述的一種具有儲(chǔ)能和生物降解性能的絲蛋白/銀納米線/聚吡咯薄膜的制備方法，其步驟如下：

(1)將玻璃載玻片分別用去離子水、丙酮和異丙醇超聲清洗3～8分鐘，然后用紫外線臭氧處理(PSD Pro系列)25～35分鐘；