[发明专利]一种具有微电场响应功能的纳米水凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米水凝胶的制备领域，尤其涉及一种具有微电场响应功能的纳米水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是指一种主链或支链含有大量亲水性基团并吸附有大量水分的具有三维网状结构的交联聚合物。它在水中溶胀而不溶解，既含有大量水分又能保持一定的形状，是迄今为止已知化合物中形态与生物最为相似的体系。它能对外界的变化作出柔和的反应，并且表现出更为典型的软物质特性以及仿生智能特性。

根据对外界刺激的响应特性，可以将水凝胶分为普通水凝胶和环境敏感性水凝胶，后者又称为智能型水凝胶或刺激响应性水凝胶。智能型水凝胶在外界物理、化学因素如光、电、磁、声、温度、pH值、力和化学物质等的刺激下，可以发生体积和形状的可逆变化。根据刺激信号的不同，又可将环境敏感性水凝胶分为温度敏感性水凝胶、pH敏感性水凝胶、电场敏感性水凝胶、磁场敏感性水凝胶等。根据智能型水凝胶的这些特性，其在药物的控制释放、活性酶的包埋、物质的富集与分离、传感器、人造肌肉等方面具有广阔的应用前景。

在众多的外界刺激中，电场易于施加、易于调控，因此电场敏感性水凝胶相比于其它类型智能水凝胶具有更广阔的应用前景。电场敏感水凝胶是一种新型智能高分子聚合物，由聚电解质高分子构成，其在电场刺激下，自由离子的定向移动导致凝胶内外离子浓度不均、渗透压变化引起凝胶变形，可将电能转化为机械能。作为能量转换器，电场敏感水凝胶已广泛应用于生物力学、人工肌肉驱动、传感器、能量转换、声波抑制、化学分离和药物的控制释放等领域的研究。

纳米水凝胶由于同时具有纳米粒子特性和凝胶特性，近年来成为高分子材料和药物载体领域研究的热点。目前对于电场性水凝胶的报道主要集中于大尺寸的凝胶，纳米级水凝胶的电场敏感性报道较少。

申请号为200710044241.6的中国专利申请公开了一种天然两性聚电解质电场敏感性水凝胶及其制备方法，该水凝胶膜在不同pH值的电解质溶液中都有电场响应性，并且在酸性条件和碱性条件下弯曲方向不同，这些特性拓展了其作为电场敏感性水凝胶所适用的pH值范围，使其在人工肌肉、传感器、可控药物释放、自动开关元件和分离技术等领域的应用具有广阔的前景。

申请号为200710038925.5的中国专利申请公开了一种在电场中定向移动的智能水凝胶制备方法，该凝胶为聚丙烯酸和聚丙烯酰胺形成的双层水凝胶，具有电场响应性，且对电场的响应速率快。但均没有涉及到纳米水凝胶的电场响应性能评价，尤其是对微弱电场的响应性。

发明内容

本发明提供一种原料易得、分散稳定性好、具有微电场响应功能的纳米水凝胶。

一种具有微电场响应功能的纳米水凝胶，按重量百分比计，原料组成为：

甲基丙烯酸二甲氨基乙酯    85.0～95.0％；

苯乙烯                    0～10.0％；

对苯乙烯磺酸钠            0～10.0％；

交联剂                    0.5～10.0％。

其中，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的用量越大，纳米水凝胶的亲水性越强，稳定性越好，因此，作为优选，所述的原料组成为：

甲基丙烯酸二甲氨基乙酯    90.0～95.0％；

苯乙烯                    0～10.0％；

对苯乙烯磺酸钠            0～10.0％；

交联剂                    0.5～10.0％。

原料中交联剂的存在，不但会增大单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、苯乙烯及对苯乙烯磺酸钠的转化率，同时也会提高目标产物纳米水凝胶的稳定性。

作为优选，所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，具有质量可靠、交联效率高的优点，加入少量便可获得稳定的交联结构。

本发明还提供一种所述的具有微电场响应功能的纳米水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、苯乙烯、对苯乙烯磺酸钠置于烧瓶中，加水溶解；

(2)称取交联剂，水浴超声溶解；

(3)将步骤(2)所得溶液加入(1)的烧瓶中，室温搅拌，同时通入氮气，反应1～2h；

(4)向(3)中加入引发剂的水溶液，并持续通入氮气反应20～30h；

(5)将步骤(4)反应后所得的溶液用分子量为8～14K道尔顿的透析袋透析40～50h，所得透析液冷冻干燥20～30h，得到所述的具有微电场响应功能的纳米水凝胶。