[发明专利]一种双重刺激响应性导电复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种双重刺激响应性导电复合水凝胶及其制备方法和应用，涉及导电高分子材料技术领域。本发明提供的复合水凝胶包括凝胶基质和包埋在所述凝胶基质中的第一纳米粒子和第二纳米粒子；所述凝胶基质为聚N‑异丙基丙烯酰胺，所述第一纳米粒子为聚吡咯包覆纤维素纳米晶，第二纳米粒子为聚多巴胺包覆纤维素纳米晶。本发明提供的复合水凝胶具有优异的导电性能，既保留了聚N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶的温度敏感性和凝胶的较好柔韧性，同时赋予了水凝胶良好的近红外光响应性，是一种双重刺激响应性(温度响应性和近红外光响应性)导电复合水凝胶，可以作为柔性开关器件在生物传感器、智能执行器或生物电子器件中应用。

技术领域

本发明涉及导电高分子材料技术领域，特别涉及一种双重刺激响应性导电复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

导电材料是一类具有一定导电性能的材料，目前市面上常用的导电材料一般是金属材料以及含导电聚合物(聚吡咯、聚苯胺)或纳米颗粒(碳纳米管、石墨烯)的材料等。传统导电材料其柔韧性和相容性较差，且难以同时具备高导电性、稳定性和易加工的特性，这限制了它们在生物医学领域中的实际应用。更重要的是，在应用探索的过程中，材料用途不断丰富和深化，单一功能的导电物质已经难以满足多种应用环境的需要。

水凝胶是一类以共价或非共价键交联的凝聚态物质，含有大量水作为分散介质，具有三维网络结构。导电水凝胶结合了导电材料的电子导电性和水凝胶的优异相容性，并且与软组织结构具有相似性，为生物电子学提供了一种新的选择，是生物医学工程领域很有前途的候选材料。聚吡咯是一种典型的导电聚合物，由于其可控的纳米结构，良好的生物相容性和高导电性，引起了人们的广泛关注。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)具有良好的温度敏感性，当外界温度条件发生变化时，凝胶内部网络也相应受到影响，其疏水性和亲水性会发生相应变化，最终导致其体积发生相应变化。利用聚吡咯的导电性，将其与温度敏感的PNIPAM凝胶复合，可以得到温度响应性和导电性的复合水凝胶。但现有技术中聚吡咯颗粒容易团聚，影响了其在PNIPAM凝胶中的分散性，阻止了导电路径的形成，从而降低了导电水凝胶的导电性。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种双重刺激响应性导电复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的双重刺激响应性导电复合水凝胶具有优异的导电性，同时还具有较好的温度敏感性和近红外光敏感性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种双重刺激响应性导电复合水凝胶，包括凝胶基质和包埋在所述凝胶基质中的第一纳米粒子和第二纳米粒子；所述凝胶基质为聚N-异丙基丙烯酰胺，所述第一纳米粒子为聚吡咯包覆纤维素纳米晶，所述第二纳米粒子为聚多巴胺包覆纤维素纳米晶；所述双重刺激响应性导电复合水凝胶为具有温度响应性和近红外光响应性的导电复合水凝胶。

优选地，所述第一纳米粒子和第二纳米粒子的质量分别为凝胶基质质量的0.0125～0.125％和0.0625～0.1875％。

本发明提供了以上技术方案所述双重刺激响应性导电复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纤维素纳米晶、水和表面活性剂混合，得到第一分散液；在所述第一分散液中加入吡咯和氯化铁在0～5℃且无氧条件下进行第一次聚合反应，得到聚吡咯包覆纤维素纳米晶；

(2)将纤维素纳米晶和水混合后调节pH值至8～9，得到第二分散液；在所述第二分散液中加入多巴胺进行第二次聚合反应，得到聚多巴胺包覆纤维素纳米晶；

(3)将所述聚吡咯包覆纤维素纳米晶、聚多巴胺包覆纤维素纳米晶、N-异丙基丙烯酰胺单体、交联剂、水、引发剂和加速剂混合，在20～30℃条件下进行自由基聚合反应，得到双重刺激响应性导电复合水凝胶；

所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。