[发明专利]一种可编码的单分散自愈合水凝胶微球及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可编码的单分散自愈合水凝胶微球及其制备方法，通过在水凝胶前驱液中加入不同种类的单体，制备的水凝胶微球通过不同方式可逆连接，具有自愈合性；通过在水凝胶前驱液中加入编码元素，使水凝胶微球染色或者负载量子点、使用荧光染料显示荧光或者负载光子晶体显示结构色，破坏分子链的交联即可重新获得相互独立的微球，具备循环使用的优点；通过在水凝胶前驱液中加入场响应编码元素，可以通过电场或磁场控制编码，或收集微球以及诱导组装信息化图案；通过微流控技术制备得到的水凝胶微球具有高度的单分散性且粒径可控，可根据所需进行灵活的调整适配，有利于大规模稳定制造粒径均一的水凝胶微球，也有利于根据需求控制生产速度。

技术领域

本发明涉及信息显示、微流控技术、自愈合高分子和显色材料领域，特别涉及一种可编码的单分散自愈合水凝胶微球及其制备方法，可应用于灵活构筑不同尺寸的信息模块并重复回收利用。

背景技术

自组装生成了自然界中的各种秩序，这也在材料合成领域引起了巨大的兴趣和关注。其中，较小的材料通过使用从纳米尺度到宏观尺度的构筑模块，自组织成更大的整体，并跨尺度地使结合体多样化、复杂化。

在大多数情况下，自组装的驱动力来自磁力、毛细管力、静电相互作用、表面张力、亲疏水作用或分子识别。分子和细胞的自组装有许多方法可供选择，而宏观自组装由于其优越性，如各种精确构筑单元的设计和容易实时观测的组装过程，显示出越来越重要的意义，然而目前能够获得的尺寸、形状和有序结构仍然不能任意设计和控制，组件的应用和回收也是当前存在的问题，特别是球形水凝胶模块的宏观自组装很少受到关注。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明技术方案考虑，如果水凝胶微球能够借助驱动力在宏观上自组装成有序的整体，基于其形貌的高度一致和稳定的球型结构，可以成功获得多种稳定的软材料和结构，这种方法将为组装材料提供新的机遇。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种可编码的单分散自愈合水凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：

S1：建立微流控微通道网络，该微通道网络有一个分散相入口、一个连续相入口和一个出口；

S2：选择与连续相不相溶的材料制备水凝胶前驱液，称取单体、交联剂、引发剂、编码元素和溶剂混合，通过混匀仪或超声分散机形成均匀液体，得到水凝胶前驱液，即分散相；

S3：将分散相液体和连续相液体分别通过注射器和聚合物软管与各自的入口连接，用注射泵控制分散相和连续相的流速，连续相流速远高于分散相流速，将分散相剪切成小液滴，在出口处得到粒径高度统一的液滴模板；

S4：将制得的液滴模板交联固化，洗涤后得到水凝胶微球。

进一步地，S2中，所述单体为一对聚合后能够形成超分子作用或者可逆共价键的化合物，所述超分子作用包括弱相互作用的氢键、配位键和亲疏水作用，所述可逆共价键包括温和条件下可逆的亚胺键、硼酯键和酰腙键。

进一步地，所述单体聚合后能够形成弱相互作用氢键的化合物包括，丙烯酰胺与N-乙烯基吡咯烷酮；所述单体聚合后能够形成弱相互作用配位键的化合物包括，羟基磷灰石与海藻酸钠；所述单体聚合后能够形成弱相互作用亲疏水作用的化合物包括，甲基丙烯酸十二烷基酯与丙烯酰胺；所述单体聚合后能够形成温和条件下可逆的亚胺键的化合物包括，壳聚糖与苯甲醛基修饰的聚乙二醇；所述单体聚合后能够形成温和条件下可逆的硼酯键的化合物包括，聚乙烯醇与丙烯酰胺基苯硼酸；所述单体聚合后能够形成温和条件下可逆的酰腙键的化合物包括，醛基化海藻酸钠与己二酸二酰肼。

进一步地，S2中，制备水凝胶前驱液的过程中，还加入了改性剂，所说改性剂包括，羧甲基壳聚糖和十二烷基苯磺酸钠。

进一步地，S2中，所述交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述引发剂包括光引发剂2959、光引发剂1173和光引发剂184。