[发明专利]基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法

说明书

本发明属于凝胶自修复领域，具体涉及一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法。本发明采用碱性化合物来调控含有酰腙键和亚胺键凝胶材料的动力学稳定性，该类凝胶材料在碱性条件下能够获得动力学稳定的状态，受到损伤后，在受损断面处涂抹酸性化学燃料可实现可逆共价键的快速形成从而进行结构修复，后续复分解反应生成的CO₂会以能量耗散的方式缓慢释放出去，促使体系的pH值升高，使材料回到动力学稳定状态，以实现材料的功能修复，以此构建了一种纯化学反应调控动力学稳定防冻凝胶材料临时修复性的方法。

技术领域

本发明属于凝胶自修复领域，具体涉及一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

生命体作为自然界最完美的物质，是一个集多种功能于一体的复杂系统。以人类最大的器官——皮肤为例，它的功能包括保护、体温调节、呼吸和自愈合等。合成材料中多种功能的有效整合也是科学家们努力追求的目标。对于广泛应用于化工、医疗、电子等领域的合成凝胶材料，最理想的模式是集多种功能于一身，如适当的机械强度、良好的抗冻性、高的动力学稳定性、自愈合能力等。其中，动力学稳定性和自愈合能力是一对难以调和的关键因素。利用微胶囊和微血管包覆愈合剂的外植型可修复材料的出现，满足了固体聚合物和复合材料对动力学稳定性和自愈合能力同时兼容的要求。然而，填充材料与体相材料之间可怕的机械性能失配极大地限制了外植型可修复策略在软凝胶中的应用。相比之下，基于可逆共价键或超分子相互作用的本征型可修复材料由于其制备简单且可实现同一位置多次修复的优势更加适合于受损凝胶的修复。但是，本征型自修复策略也具有致命的弱点，分别是(1)动力学稳定性差，可能会导致材料发生形状改变、蠕变和不期待的自融合现象；(2)修复能力会随着受损滞留时间的延长而降低。外部刺激(例如光、热)介导的策略可以帮助固体薄膜和涂层实现修复，从而避免上述问题的产生。然而，这种介导策略不仅容易加速材料内部溶剂的挥发，还会由于穿透深度的问题对大体积的凝胶产生低的修复能力。总的来说，目前仍然缺乏一种有效的策略来调控动力学稳定凝胶的修复，以进一步实现凝胶的多功能集成。

受生物系统中通过时间分级调控过程来进行伤口愈合的启发，最近提出通过生物活性物质调控动力学控制的竞争反应和能量耗散过程去调和了动力学稳定性和修复之间的矛盾。这些生物活性成分(例如：脲酶、葡萄糖氧化酶和酵母等)在含有动态共价键或金属超分子相互作用的聚合物水凝胶受损部位通过建立临时非平衡状态去获得临时修复性的过程中扮演了一个至关重要的角色。发明人发现，尽管生物活性成分是生物系统伤口修复的重要物质，但是它们的脆性阻碍了多功能合成材料的进一步发展，而且体系内有机溶剂的引入可能会影响生物物质的活性，进而降低凝胶的修复能力。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法。本发明采用碱性化合物来调控含有酰腙键和亚胺键凝胶材料的动力学稳定性，该类凝胶材料在碱性条件下能够获得动力学稳定的状态，受到损伤后，在受损断面处涂抹酸性化学燃料可实现可逆共价键的快速形成从而进行结构修复，后续复分解反应生成的CO₂会以能量耗散的方式缓慢释放出去，促使体系的pH值升高，使材料回到动力学稳定状态，以实现材料的功能修复，以此构建了一种纯化学反应调控动力学稳定防冻凝胶材料临时修复性的方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种动力学稳定凝胶材料，包括含有酰腙键或亚胺键的凝胶和碱性化合物。

进一步的，所述的动力学稳定凝胶材料内还包括防冻剂，防冻剂的质量分数为0～90％。

本发明第二方面提供一种动力学稳定凝胶材料的制备方法，包括步骤如下：

将含有酰腙键或亚胺键的凝胶浸泡到碱性化合物水溶液和防冻剂混合形成的溶液中，得到所述的凝胶材料。