[发明专利]一种高拉伸水凝胶导电光纤、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种高拉伸水凝胶导电光纤，包括聚丙烯酰胺内芯和聚丙烯酸酯包覆层；所述聚丙烯酰胺内芯为金属离子掺杂的阴离子聚丙烯酰胺水凝胶纤维；所述金属离子为Na⁺、K⁺、Li⁺、Ca⁺、Mg²⁺、Fe³⁺和Zn²⁺中的一种或几种。本发明将离子掺杂到聚丙烯酰胺纤维的聚合物链中以形成交联，从而增强机械性能，同时提供离子电导，利用离子的高水合度降低水凝胶的水分蒸发和凝固点。选择PMA作为光纤的包层，其不仅长期保持纤维的含水量而不受外部环境的影响，将光限制在芯内全反射以进行传导。本发明还提供了一种高拉伸水凝胶导电光纤的制备方法及应用。

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，尤其涉及一种高拉伸水凝胶导电光纤、其制备方法及应用。

背景技术

水凝胶是一种三维交联的多孔聚合物，具有良好的机械强度、柔韧性、生物相容性等独特性能。导电水凝胶具有额外的导电性，其结合高导电性和柔软性，成为实现人体和生物电子设备之间完美兼容的理想界面材料之一。

目前，导电聚合物水凝胶可分为两类，导电聚合物水凝胶和离子导电水凝胶。一种是基于电子传输，将导电聚合物或纳米材料等导电组分引入到水凝胶中，然而大多数导电材料成本较高，且导电组分非常容易聚集，影响水凝胶的导电性和机械性能；另一种是基于离子传输，使用可溶性盐溶液作为水凝胶分散介质来制备离子导电水凝胶，离子导电水凝胶具有高韧性、导电性、透明性和更加简单的制造工艺，在电子皮肤、生物传感器和健康记录电极应用中具有重要潜力。对电信号有刺激响应特性，以满足智能生物医学治疗的要求。

随着光学技术向医学应用的发展，人们开始将光子功能整合到水凝胶材料中用于新的生物医学应用，例如光遗传刺激、激光手术、深层组织光医学。其中水凝胶光纤作为一种可植入柔性光波导，可以克服穿透限制将光带到组织深处而不对组织造成损伤，传统的石英光纤的刚性和高模量可能会造成较大的组织损伤，在长期植入中会导致炎症和免疫反应，与生物组织的相容性较差。因此水凝胶光纤是可植入医疗纤维的首选材料。随着光遗传学的出现，光纤已经成为神经科学实验中光传递的主要工具，将微电极和光纤结合起来，可以同时进行电记录和光刺激，进行细胞类型特异性神经元电路研究。

利用单体或聚合物实现无定形交联聚合物结构是生产水凝胶基光纤的有效方法。近年来，一些具有可拉伸性和低耗散性的柔性水凝胶光纤已经被开发用于生物医学领域，大多数是基于海藻酸钙/丙烯酰胺(AAm)芯鞘结构的水凝胶纤维，利用管式模具成型的制备方法，这种繁杂的工艺对于连续制备大尺寸的光纤来说很难做到，并且成本过高。而且，现有的水凝胶基光纤仍难以结合光、电、机械性能和稳定性来满足应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高拉伸水凝胶导电光纤、其制备方法及应用，本发明中的水凝胶导电光纤同时具有导电和导光性能，且具有优异的拉伸性、低阻抗和优异的抗冻性。

本发明提供一种高拉伸水凝胶导电光纤，包括聚丙烯酰胺内芯和聚丙烯酸酯包覆层；

所述聚丙烯酰胺内芯为金属离子掺杂的阴离子聚丙烯酰胺水凝胶纤维；

所述金属离子为Na⁺、K⁺、Li⁺、Ca⁺、Mg²⁺、Fe³⁺和Zn²⁺中的一种或几种。

优选的，所述金属离子为Na⁺、Ca⁺和Li⁺。

优选的，所述高拉伸水凝胶导电光纤的直径为50～1000μm；

所述聚丙烯酸酯包覆层的厚度为2～10μm。

本发明提供一种如上文所述的高拉伸水凝胶导电光纤的制备方法，包括以下步骤：