[发明专利]一种可自发驱动的多巴胺凝胶驱动器及其制备方法与驱动方式

说明书

本发明公开了一种可自发驱动的多巴胺凝胶驱动器及其制备方法与驱动方式，该多巴胺凝胶驱动器由多巴胺甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺类单体共聚得到的凝胶再经过Fe³⁺溶液浸泡处理后在碱性溶液中获得固定的临时形状制备得到；该多巴胺凝胶驱动器可通过改变溶液pH值的方法使水凝胶在溶液中实现自发形状改变的驱动功能。

技术领域

本发明涉及功能性多巴胺聚合物的智能材料领域，具体涉及一种可自发驱动的多巴胺凝胶驱动器及其制备方法与驱动方式。

背景技术

凝胶由于含有大量的溶剂，并且具有完善的三维网络结构赋予其软物质的特性，具有弱刺激-强响应、少添加-大效果、驱动条件温和等优点；而软物质驱动器特别是凝胶驱动器在智能器件领域的发展日益受到关注。

在凝胶驱动器的研究中，形状记忆凝胶驱动器可以从临时形状回复到原始形状，为目前研究颇为广泛的一种凝胶驱动器。但目前报道的形状记忆凝胶驱动器的每一个驱动周期都需要先用外力将凝胶固定为一个临时形状（ACS Appl. Mater. Interfaces 2016,8, 12384−12392；Macromol. Mater. Eng. 2017, 302, 1600359），而无法实现凝胶自发的在临时形状与原始形状之间转换，因此凝胶驱动器的操作方式比较复杂。同时，目前报道的多巴胺凝胶力学强度较低，无法承受较大的拉伸、压缩或反复形变等，大大制约了多巴胺凝胶在驱动器领域的应用。

从多巴胺与Fe³⁺的络合作用受到启发，以形状记忆凝胶驱动器为基础，我们创造性地设计了一种可自发驱动的多巴胺凝胶驱动器，即将多巴胺甲基丙烯酰胺和亲水性单体共聚得到凝胶，然后将凝胶在Fe³⁺溶液中浸泡处理，再使用外力使该凝胶获得临时形状，将其放入碱性溶液中固定此临时形状；再将具有临时形状的凝胶放入酸性溶液中，临时形状可恢复为原始形状，即得到多巴胺凝胶驱动器。该驱动器可通过控制溶液pH，使其在临时形状与原始形状之间自发变化以产生驱动，且此过程可重复进行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可自发驱动的多巴胺凝胶驱动器及其制备方法与驱动方式。

本发明的多巴胺凝胶驱动器由多巴胺甲基丙烯酰胺和亲水性丙烯酰胺类单体共聚得到的凝胶，在Fe³⁺溶液中浸泡处理后在碱性溶液中使通过外力变成的临时形状得以固定，得到多巴胺凝胶驱动器，该多巴胺凝胶驱动器可通过控制溶液pH值，在不施加外力作用的情况下，使其在临时形状与原始形状之间自发变化以产生驱动，且此过程可重复进行。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种可自发驱动的多巴胺凝胶驱动器的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备多巴胺凝胶：将丙烯酰胺类单体和交联剂溶于水中，得混合液a；将多巴胺甲基丙烯酰胺和引发剂溶于有机溶剂中，得混合液b；再将混合液a和混合液b混合并除去所得混合液中的氧气，然后注入模具中，在紫外光照下聚合，得多巴胺凝胶；

（2）制备多巴胺凝胶驱动器：将步骤（1）制备的多巴胺凝胶使用Fe³⁺溶液浸泡处理，得到含有Fe³⁺的凝胶；使用外力使含有Fe³⁺的凝胶获得临时形状，将具有临时形状的凝胶放入碱性溶液中固定此临时形状，即得到多巴胺凝胶驱动器。

进一步地，步骤（1）所述丙烯酰胺类单体为N, N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的一种以上，所述丙烯酰胺类单体在混合液中的浓度为2 ~ 6 mol/L；所述交联剂为N, N'-亚甲基双丙烯酰胺，所述交联剂在混合液中的浓度为0.2 ~ 1 mmol/L。