CN105111388A - 一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂及其制备方法 - Google Patents

一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂及其制备方法，该水凝胶仿生手臂由三段不同功能的水凝胶通过原位自由基聚合反应连接而成，三段水凝胶分别为：I-伸长段、II-收缩段与III-抓取段，该水凝胶仿生手臂可以通过粘性或磁性捕获目标物体；该智能水凝胶仿生手臂可在近红外光照射下实现伸长、捕获物体、取回的仿生动作；该近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法如下：分别将上述三段水凝胶的组分分散在水中，并加入引发剂，按照I-II-III或III-II-I的顺序依次加入到模具中并密封，置于10~25oC环境中反应12-48小时，得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。

Description

一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性聚合物-无机锂藻土纳米杂化材料的仿生智能材料领域，具体涉及一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂及其制备方法。
背景技术
水凝胶由于含有大量的水，并且具有完善的三维网络结构赋予其软物质的特性，此结构与生物体组织相似，在生物医用材料领域有重要应用前景，而软物质驱动器特别是水凝胶驱动器在智能材料领域的发展日益收到关注。生物体独特的结构和对外界刺激的智能响应性，对新型驱动器材料的开发和设计具有重要的启发和指导，将生物体的结构和特点应用于新材料的设计和开发，即以仿生的方式来设计新的水凝胶驱动器，是今后水凝胶材料智能化的发展方向。但由于传统水凝胶中含有大量水分，因此传统水凝胶的力学强度很低，无法承受较大的拉伸、压缩或反复形变等，大大制约了水凝胶在驱动器领域的应用。
近年来，出现了几种高力学强度水凝胶的报道，如纳米复合水凝胶、双网络水凝胶、拓扑结构水凝胶、聚两性电解质水凝胶等，将水凝胶的力学强度提升至kPa数量级，甚至可达MPa。这些高力学强度水凝胶的出现克服了传统水凝胶力学强度低的缺陷，拓宽了水凝胶的应用领域。其中，纳米复合水凝胶是由无机纳米粒子锂藻土代替传统化学交联剂，与丙烯酰胺单体类单体通过自由基聚合得到的一种高强度水凝胶。但目前报道的高力学强度水凝胶大多局限于力学性能的表征，对水凝胶的应用尤其是在水凝胶智能驱动器中的应用研究仍很少见。
为开发具有仿生功能的高强度智能水凝胶驱动器，我们从人体手臂的动作过程受到启发，创造性地设计和制备了一种近红外光响应的三段式智能水凝胶仿生手臂，该仿生手臂可以在近红外光照射下实现伸长-捕获物体-取回的模拟人体手臂的仿生动作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂，该水凝胶仿生手臂由三段不同功能的水凝胶通过原位自由基聚合反应连接而成；三段水凝胶分别为：I-伸长段：由丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与氧化石墨烯组成或由N,N-二甲基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与氧化石墨烯组成；II-收缩段：由N-异丙基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与氧化石墨烯组成；III-抓取段：由丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与环糊精组成或由N,N-二甲基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与环糊精组成或由N,N-二甲基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与Fe3O4磁性纳米粒子组成或由丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土与Fe3O4磁性纳米粒子组成，该水凝胶仿生手臂能通过粘性或磁性捕获目标物体；该水凝胶仿生手臂能在近红外光照射下实现伸长、捕获物体、取回的仿生动作。
进一步地，所述无机纳米交联剂锂藻土采用LaponiteXLS溶胶型产品、LaponiteRDS溶胶型产品、LaponiteXLG凝胶型产品或LaponiteRD凝胶型产品。
一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制三段式水凝胶之中I-伸长段所需的反应液：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入无机纳米交联剂锂藻土，搅拌均匀；再加入丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌均匀，除去反应液中的氧气，加入引发剂，得反应液I；
（2）配制三段式水凝胶之中II-收缩段所需的反应液：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入无机纳米交联剂锂藻土，搅拌均匀；再加入N-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌均匀，除去反应液中的氧气，加入引发剂，得反应液II；
（3）配制三段式水凝胶之中III-抓取段所需的反应液：首先将环糊精或Fe3O4磁性纳米粒子分散在水中，然后加入无机纳米交联剂锂藻土，搅拌均匀；再加入丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌均匀，除去反应液中的氧气，加入引发剂，得反应液III；
（4）将反应液按照I-II-III或III-II-I的顺序依次加入到模具中并密封，置于10~25oC环境中反应12-48小时，得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
进一步地，步骤（1）、（2）所述氧化石墨烯为利用改良Hummers方法制备的氧化石墨烯；各步骤所述氧化石墨烯的质量为所在步骤中所加水的质量的0.05%~0.5%。
进一步地，步骤（1）、（2）、（3）所述无机纳米交联剂锂藻土采用LaponiteXLS溶胶型产品、LaponiteRDS溶胶型产品、LaponiteXLG凝胶型产品或LaponiteRD凝胶型产品；各步骤所述无机纳米交联剂锂藻土的质量为所在步骤中所加水的质量的1%~10%。
进一步地，步骤（1）所述丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体质量为步骤（1）中所加水的质量的5%~20%；步骤（2）所述N-异丙基丙烯酰胺单体质量为步骤（2）中所加水的质量的5%~20%；步骤（3）所述丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体质量为步骤（3）中所加水的质量的5%~20%。
进一步地，步骤（3）所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精；所述环糊精的质量为步骤（3）中所加水的质量的3%~15%。
进一步地，步骤（3）所述Fe3O4磁性纳米粒子的质量为步骤（3）中所加水的质量的0.1%~1%。
进一步地，步骤（1）、（2）、（3）中所述引发剂为氧化还原引发体系，其中氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，还原剂为四甲基乙二胺或四羟乙基乙二胺；各步骤所述引发剂的用量为所在步骤中单体质量的0.1%~4%。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点与技术效果：
1.本发明制备的智能水凝胶仿生手臂具有优异的力学强度，克服了传统水凝胶力学强度低的缺点，同时还克服了传统水凝胶驱动器驱动精度低的弱点。
2.本发明采用“一锅法”原位自由基聚合得到三段紧密结合的水凝胶驱动器，三段水凝胶既相互独立从而具备各自的功能性，又在凝胶的连接处产生共聚反应，使三段凝胶之间紧密结合，所使用的制备方法简单，聚合条件温和，使用该方法，可将三段水凝胶仿生手臂推广至多段水凝胶仿生手臂。
3.本发明可通过控制单体、纳米粒子等组分的含量来调节产物的力学强度，可根据使用环境不同来提供不同强度的水凝胶仿生手臂。
4.本发明所提供的制备三段结合的智能水凝胶仿生手臂中的第III段可以替换为其它功能性水凝胶，用于不同使用环境下的功能性抓取段。
5.本发明制备的纳米杂化水凝胶仿生手臂具有良好的生物相容性，可在医疗器械、人体控制释放等方面获得应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.1g锂藻土LaponiteXLG凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入0.5g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.015g和四甲基乙二胺0.004g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.1g锂藻土LaponiteXLG凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入0.5gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.015g和四甲基乙二胺0.004g，得反应液II；在室温下将0.3gα-环糊精分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.1g锂藻土LaponiteXLG凝胶型产品分散在上述α-环糊精水分散液中；然后加入0.5g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.015g和四甲基乙二胺0.004g，得反应液III；将反应液按照I-II-III的顺序依次装入模具中并密封，置于20oC环境中反应12h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例2
在室温下将20mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.2g锂藻土LaponiteRD凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入0.9g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.001g和四甲基乙二胺0.001g，得反应液I；在室温下将20mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.2g锂藻土LaponiteRD凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入0.7gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.001g和四甲基乙二胺0.001g，得反应液II；在室温下将0.6gα-环糊精分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.2g锂藻土LaponiteRD凝胶型产品分散在上述α-环糊精水分散液中；然后加入0.9g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.001g和四甲基乙二胺0.001g，得反应液III；将反应液按照III-II-I的顺序依次装入模具中并密封，置于10oC环境中反应24h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例3
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.3g锂藻土LaponiteRD凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.3g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.007g和四甲基乙二胺0.003g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.3g锂藻土LaponiteRD凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.0gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.007g和四甲基乙二胺0.003g，得反应液II；在室温下将0.9gα-环糊精分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.3g锂藻土LaponiteRD凝胶型产品分散在上述α-环糊精水分散液中；然后加入1.3g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.007g和四甲基乙二胺0.003g，得反应液III；将反应液按照I-II-III的顺序依次装入模具中并密封，置于25oC环境中反应48h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例4
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.4g锂藻土LaponiteXLG凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.7g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.035g和四羟乙基乙二胺0.002g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.4g锂藻土LaponiteXLG凝胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.1gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.035g和四羟乙基乙二胺0.002g，得反应液II；在室温下将1.2gα-环糊精分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.4g锂藻土LaponiteXLG凝胶型产品分散在上述α-环糊精水分散液中；然后加入1.7g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.035g和四羟乙基乙二胺0.002g，得反应液III；将反应液按照III-II-I的顺序依次装入模具中并密封，置于20oC环境中反应48h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例5
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.5g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入2.0g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.02g和四甲基乙二胺0.01g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.5g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.3gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.02g和四甲基乙二胺0.01g，得反应液II；在室温下将1.5gα-环糊精分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.5g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述α-环糊精水分散液中；然后加入2.0g丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.02g和四甲基乙二胺0.01g，得反应液III；将反应液按照I-II-III的顺序依次装入模具中并密封，置于15oC环境中反应24h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例6
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.6g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入0.5gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.015g和四甲基乙二胺0.003g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.6g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.5gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.03g和四甲基乙二胺0.005g，得反应液II；在室温下将10mgFe3O4磁性纳米粒子分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.6g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述Fe3O4磁性纳米粒子水分散液中；然后加入0.5gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.015g和四甲基乙二胺0.003g，得反应液III；将反应液按照III-II-I的顺序依次装入模具中并密封，置于25oC环境中反应24h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例7
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.7g锂藻土LaponiteRDS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入0.9gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.02g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.7g锂藻土LaponiteRDS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.7gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.02g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液II；在室温下将30mgFe3O4磁性纳米粒子分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.7g锂藻土LaponiteRDS溶胶型产品分散在上述Fe3O4磁性纳米粒子水分散液中；然后加入0.9gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.02g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液III；将反应液按照I-II-III的顺序依次装入模具中并密封，置于20oC环境中反应36h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例8
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.8g锂藻土LaponiteRDS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.3gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.03g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.8g锂藻土LaponiteRDS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.2gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.03g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液II；在室温下将50mgFe3O4磁性纳米粒子分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.8g锂藻土LaponiteRDS溶胶型产品分散在上述Fe3O4磁性纳米粒子水分散液；然后加入1.3gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.03g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液III；将反应液按照III-II-I的顺序依次装入模具中并密封，置于20oC环境中反应40h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例9
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.9g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.7gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.03g和四甲基乙二胺0.01g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将0.9g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入1.8gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.03g和四甲基乙二胺0.01g，得反应液II；在室温下将80mgFe3O4磁性纳米粒子分散在10mL除氧去离子水中，然后将0.9g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述Fe3O4磁性纳米粒子水分散液中；然后加入1.7gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸钾0.03g和四甲基乙二胺0.01g，得反应液III；将反应液按照I-II-III的顺序依次装入模具中并密封，置于20oC环境中反应30h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
实施例10
在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将1.0g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入2.0gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.025g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液I；在室温下将5mg氧化石墨烯利用超声分散在10mL除氧去离子水中，得氧化石墨烯水分散液，然后将1.0g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h；然后加入2.0gN-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.025g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液II；在室温下将100mgFe3O4磁性纳米粒子分散在10mL除氧去离子水中，然后将1.0g锂藻土LaponiteXLS溶胶型产品分散在上述Fe3O4磁性纳米粒子水分散液中；然后加入2.0gN,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌2h得到均匀的分散液；向分散液中通入氩气10min除去其中的氧气，加入引发剂过硫酸铵0.025g和四羟乙基乙二胺0.01g，得反应液III；将反应液按照I-II-III的顺序依次装入模具中并密封，置于20oC环境中反应24h；得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂，其特征在于，该水凝胶仿生手臂由三段不同功能的水凝胶通过原位自由基聚合反应连接而成；三段水凝胶分别为：I-伸长段：由丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、氧化石墨烯组成或由N,N-二甲基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、氧化石墨烯组成；II-收缩段：由N-异丙基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、氧化石墨烯组成；III-抓取段：由丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、环糊精组成或由N,N-二甲基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、环糊精组成或由N,N-二甲基丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、Fe3O4磁性纳米粒子组成或由丙烯酰胺单体、无机纳米交联剂锂藻土、Fe3O4磁性纳米粒子组成，该水凝胶仿生手臂能通过粘性或磁性捕获目标物体；该水凝胶仿生手臂能在近红外光照射下实现伸长、捕获物体、取回的仿生动作。
2.根据权利要求1所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂，其特征在于，所述无机纳米交联剂锂藻土采用LaponiteXLS溶胶型产品、LaponiteRDS溶胶型产品、LaponiteXLG凝胶型产品或LaponiteRD凝胶型产品。
3.制备权利要求1所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配制三段式水凝胶之中I-伸长段所需的反应液：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入无机纳米交联剂锂藻土，搅拌均匀；再加入丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌均匀，除去反应液中的氧气，加入引发剂，得反应液I；
（2）配制三段式水凝胶之中II-收缩段所需的反应液：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入无机纳米交联剂锂藻土，搅拌均匀；再加入N-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌均匀，除去反应液中的氧气，加入引发剂，得反应液II；
（3）配制三段式水凝胶之中III-抓取段所需的反应液：首先将环糊精或Fe3O4磁性纳米粒子分散在水中，然后加入无机纳米交联剂锂藻土，搅拌均匀；再加入丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体，搅拌均匀，除去反应液中的氧气，加入引发剂，得反应液III；
（4）将反应液按照I-II-III或III-II-I的顺序依次加入到模具中并密封，置于10~25oC环境中反应12-48小时，得到近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂。
4.根据权利要求3所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）所述氧化石墨烯为利用改良Hummers方法制备的氧化石墨烯；各步骤所述氧化石墨烯的质量为所在步骤中所加水质量的0.05%~0.5%。
5.根据权利要求3所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）、（3）所述无机纳米交联剂锂藻土采用LaponiteXLS溶胶型产品、LaponiteRDS溶胶型产品、LaponiteXLG凝胶型产品或LaponiteRD凝胶型产品；各步骤所述无机纳米交联剂锂藻土的质量为所在步骤中所加水质量的1%~10%。
6.根据权利要求3所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体质量为步骤（1）中所加水的质量的5%~20%；步骤（2）所述N-异丙基丙烯酰胺单体质量为步骤（2）中所加水的质量的5%~20%；步骤（3）所述丙烯酰胺单体或N,N-二甲基丙烯酰胺单体质量为步骤（3）中所加水的质量的5%~20%。
7.根据权利要求3所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精；所述环糊精的质量为步骤（3）中所加水的质量的3%~15%。
8.根据权利要求3所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述Fe3O4磁性纳米粒子的质量为步骤（3）中所加水的质量的0.1%~1%。
9.根据权利要求3所述的一种近红外光响应型智能水凝胶仿生手臂的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）、（3）中所述引发剂为氧化还原引发体系，其中氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，还原剂为四甲基乙二胺或四羟乙基乙二胺；各步骤所述引发剂的用量为所在步骤中单体质量的0.1%~4%。
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