[发明专利]一种生物相容的光热响应自愈合导电水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电水凝胶的制备领域，特别涉及一种生物相容的光热响应自愈合导电水凝胶的制备方法。

背景技术

自愈合是体系修复自身损伤的一种性能。在自然界中，自愈合现象可以表现于小到DNA分子链的修复，大至有机生命体伤口的治愈。人类早已尝试研制具有自愈合能力的材料用于多项科技领域，甚至将人造仿生自愈合材料用于替代有机生命体。目前主要的人造自愈合材料包括：聚合物、陶瓷、水泥、金属等。其中，聚合物水凝胶是被广泛应用于生物医学领域的材料，近期研究者已报道了多种自愈合聚合物水凝胶材料体系。然而目前报道的自愈合水凝胶大多不具有电化学活性，因此其无法起到连接神经系统的作用；此外，大部分自愈合水凝胶需要在长时间或高温条件下发生自愈合现象，并且材料本身并不具有生物相容性，这些都是其作为人造组织或器官材料所面临的巨大挑战。

最近，石墨烯材料被证明具有良好的生物相容性，并且已有报道研究了其在生物体内的应用。此外，石墨烯具有优异的电化学性能及光热转换性能，有望应用于自愈合水凝胶体系以突破其在生物医学领域中的应用瓶颈。Shi等人在ACS Nano 4(2010)4324-4330上报道了使用溶剂热的方法制备出机械强度高、电导率高的石墨烯水凝胶。在此基础上，发明人李耀刚等在Carbon 50(2012)1959-1965上报道了使用溶剂热的方法制备出石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶并提出将石墨烯-聚合物水凝胶应用于人体组织工程材料。由此可见生物相容的石墨烯-聚合物自愈合水凝胶在生命体的修复和替代中具有应用前景。

目前未见制备生物相容的石墨烯-聚合物自愈合水凝胶的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生物相容的光热响应自愈合导电水凝胶的制备方法，该方法工艺简单，反应条件温和，得到的水凝胶在体温范围内及近红外光照射下表现出良好的自愈合性能。

本发明的一种生物相容的光热响应自愈合导电水凝胶的制备方法，包括：

将N，N-二甲基丙烯酰胺单体、引发剂过硫酸钾和加速剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的配制成单体溶液，然后将石墨烯水凝胶浸泡于上述单体溶液中进行溶液置换，静置，最后在室温下引发聚合反应，即得石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝胶。

所述的石墨烯水凝胶由1～2mg/ml的氧化石墨水溶液于100～200℃下水热反应8～12h制得。

所述的石墨烯水凝胶与单体溶液的质量比为0.04～0.12∶1。

所述的溶液置换的温度为2～5℃，时间为12～24h。

所述的单体溶液中N，N-二甲基丙烯酰胺与水的质量比为0.08～0.12∶1，过硫酸钾与水的质量比为0.0008～0.0012∶1，N，N，N′，N′-四甲基乙二胺与水的质量比为0.002～0.003∶1。

所述的聚合反应的时间为48～72h。

有益效果

(1)本发明的方法工艺简单，反应条件温和，反应时间短，适合于工业化生产；

(2)本发明的石墨烯-聚合物水凝胶以石墨烯作为三维网络骨架，石墨烯还原程度高，化学稳定性好，电导率高，机械强度高，光热转换效果好；

(3)本发明的石墨烯-聚合物水凝胶在体温范围内及近红外光照射下表现出良好的自愈合性能。

附图说明

图1为实施例1制备的水凝胶的傅里叶红外图谱；

图2为实施例1制备的水凝胶的扫描电子显微镜照片；

图3为实施例1制备的水凝胶的温度响应自愈合演示照片；

图4为实施例1制备的水凝胶的近红外光响应自愈合演示照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将3.2gN，N-二甲基丙烯酰胺单体、0.032g引发剂过硫酸钾和0.08g加速剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺溶入30g水中，配制成单体溶液；将1mg/ml的氧化石墨水溶液于200℃下水热反应8～12h制得石墨烯水凝胶；在2℃下将水热法制备的3.6g石墨烯水凝胶浸泡于单体溶液中24h进行溶液置换；将含有单体溶液的石墨烯水凝胶静置，在室温下引发聚合反应48h后得到石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝胶。