[发明专利]一种导电自愈合水凝胶及导电自愈合电路的制备方法

说明书

本发明提供的一种可用于生物体表面或内部的自愈合导电水凝胶及其制备方法，所述方法包括制备胺化明胶和氧化海藻酸钠的步骤，以及由胺化明胶合氧化海藻酸钠制备无吡咯自愈合水凝胶，并进一步加入吡咯制备导电自愈合水凝胶的步骤。其中选用的材料都具有生物亲和性，通过大分子间的可逆席夫碱结构，在不需外界刺激的条件下实现了较高的自愈性能，可以抵消柔性电路在使用过程中产生的微小损伤，可通过不同方式制备图案，可用于生物电极，传感器，电路等方面。

技术领域：

本发明属于功能高分子材料技术领域，基于一种具有生物亲和性的自愈合水凝胶。该电路通过导电高分子以及水凝胶中离子进行导电并可实现自愈，通过在低温下进行交联聚合反应可以有效改善水凝胶力学性能，并且可以通过丝网印刷，3D打印等方式进行加工。此种电路在生物传感器，生物医疗，电子纹身等方面具有很广泛的应用。

背景技术：

水凝胶是一种可以在水中显著溶胀而不溶解的交联高分子体系。由于其内部高分子含有亲水性基团，可以与水分子形成氢键，因而可以实现保水性。水凝胶内部含水，具有导电性但电导率较低，导电水凝胶即在水凝胶体系中加入导电体系，进一步降低水凝胶电阻，使其更具导电性，具体方式可以是设计制备有导电性能的高分子水凝胶，添加无机材料，酸碱掺杂等。导电水凝胶结合了导电材料与水凝胶两方面特点，在化学模仿神经网络、生物识别膜、电刺激药物释放、神经修复及电子元器件等方面显示出很好的应用前景。

自修复材料在近年来受到了广泛关注，自愈水凝胶即具有自愈性能的水凝胶，在实现材料自修复目的的同时又保证了材料的保水性，水凝胶具有优秀的生物性能，因此自愈水凝胶可广泛应用于神经修复，伤口愈合，模拟生物器官等方面。如专利CN 106146729A，所述方法为：将含有羟基的烯类单体以及含有亲水基团的单体混合放入容器中，通过自由基引发剂进行聚合，同时通过动态硼酸酯键实现交联，制备出了柔性基板。材料本身不具备导电性，作为基板自愈后对电路导电性恢复帮助较小。

专利CN 106833129 A公开了一种自愈合导电墨水的制备方法。首先将聚酯或聚醚加热脱水后加入多异氰酸酯，之后再加入具有双硫键和超支化结构的聚合物从而得到自愈合体系，最后加入有机银盐溶液制备了自愈合导电自修复墨水。这种墨水具有较高的导电率且具有一定的自愈合性能，但由于其自愈合需要光照或加热条件，无法适应特定环境需求。

专利CN 105869888 A公开了一种具有自修复作用的固态薄膜集成电路电容器，其特点主要在于该电容器还包括活性钛酸锶薄膜，活性钛酸锶薄膜位于上部电极和下部电极之间，所述的上部电极为Al薄膜，活性钛酸锶薄膜与上部电极之间设有一层具有自修复作用的阳极氧化膜，通过此自修复膜可实现自愈；专利CN102632026 A公开了一种自愈合导电涂层，该涂层通过layer-by-layer技术制备了阴阳离子多层结构，之后在此结构表面涂上导电高分子实现导电性，但其自愈性能同样需要溶剂的激发，无法及时修复材料中微小的损伤。

专利CN 107050510 A利用氧化海藻酸钠与明胶制备了一种可注射水凝胶，该专利首先制备了酯化氧化海藻酸钠与氨化明胶水凝胶，混合后首先形成席夫碱结构，再经光照交联后形成第二种交联网络提高交联度，从而达到注射成型的功能。海藻酸钠与明胶为生物亲和性材料，因而此专利可应用于生物体。由于在水凝胶体系中引入了第二种交联方式，力学性能上升了，但影响了其自愈合性能。

专利CN 103137765 A利用聚吡咯制备了一种生物导电水凝胶，该专利首先利用壳聚糖制备水凝胶，再把通过电化学法制备的聚吡咯利用球磨粉碎后掺入水凝胶中得到了聚吡咯水凝胶，此种水凝胶具有较好的导电性与生物亲和性，但其制作工艺较为复杂，成型困难。

发明内容：

本发明旨在提供一种具有自愈合性能和生物亲和性的导电水凝胶制备方法及加工方法，该水凝胶具有制备简单，环保，易于加工等特点，利用其制备特性，可通过3d打印，挤出打印，丝网印刷，填充模具等方式制作复杂2D或3D图案，可以应用于电子纹身，生物电极，生物传感器等方面。