CN106632861B - 一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料及其制备方法和应用，所述温敏水凝胶材料以细菌纳米纤维素为基体，温敏材料通过单体聚合在细菌纳米纤维素的网络结构中。制备方法包括：首先将聚合体系在细菌纳米纤维素中充分扩散，然后进行聚合反应，得到温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。本发明的方法工艺简单，得到的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料具有低温透明高温不透明的光学差异性能，可以应用在电极、涂层、光智能窗口等领域以及生物医学工程领域。

Description

一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于细菌纳米纤维素增强聚合物材料及其制备领域，特别涉及一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

温敏性聚合物是指具有从溶解变得不溶解的这一最低临界溶解温度(LCST)的聚合物。该聚合物在低临界溶解温度(LCST)附近，随着温度的改变会发生相应的溶胀或去溶胀，从而使材料表现出不同的性质。近年来，由于在药物的控制释放体系、催化、组织工程支架、生物分离和传感器等方面具有巨大的应用价值，温敏性聚合物逐渐成为智能高分子材料研究中的热点。最近，有报道利用温敏材料在不同温度下的透光性能改变的研究(参考文献Zhou,Y.；Cai,Y.；Hu,X.；Long,Y.Temperature-responsive hydrogel with ultra-large solar modulation and high luminous transmission for“smart window”applications.Journal of Materials Chemistry A 2014,2(33),13550)。然而其中还存在诸多问题没有得到解决，比如机械性能较差，无法得到特定的凝胶形状，透明度有待提高，以及生物相容性等一系列问题均限制了其在诸多领域的应用。

细菌纳米纤维素是由微生物经过发酵得到的一种天然的生物高聚物，具有超精细纳米纤维网络结构，具有较高的含水率、良好的生物相容性，因此具有广泛的应用。由于细菌纳米纤维素具有独特的纳米纤维网络结构，具有一定的力学性能，用细菌纳米纤维素作为基体，得到的复合水凝胶温敏材料相比较聚合物而言，将具有特定的形状，一定程度上增加了该温敏材料的力学性能。同时由于细菌纳米纤维的直径可以达到30至100纳米，该纳米纤维小于可见光波长的十分之一。由于细菌纳米纤维素的纳米尺寸效应，有光散射引起的光的吸收可以忽略不计，因此细菌纳米纤维素自身具有良好的透明性(参考文献Nogi,M.；Yano,H.,Transparent nanocomposites based on cellulose produced by bacteriaoffer potential innovation in the electronics device industry.AdvancedMaterials 2008,20(10),1849-1852)。

以上说明细菌纳米纤维素具有良好的优良特征，且具有良好的生物相容性，因此选择使用细菌纳米纤维素作为复合温敏聚合材料的基体，赋予材料更优良的性能。极大地拓展了温敏材料的应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料及其制备方法和应用，该温敏水凝胶复合材料，具有低温透明，而高温不透明的光学差异性能，可以应用在电极、涂层、光智能窗口等领域；另外细菌纳米纤维素具有良好的生物相容性，此温敏复合材料有望应用在生物医学工程领域。

本发明中以细菌纳米纤维素作为基体，使用不同种类的温敏凝胶或者树脂材料，通过不同的聚合方法，得到具有增强性的复合软性水凝胶材料。由于细菌纳米纤维素均一的纳米网络结构，纳米尺度效应使其具有极好的光学性能，因此用细菌纳米纤维素为基体，增加了复合水凝胶的透明性。

本发明使用实验室自制、通过发酵得到的细菌纳米纤维素材料，其制备过程主要如下：在无菌操作条件下，将含有木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)ATCC23770的种子液接入液体培养基中，在温度为30℃的培养箱中进行有氧静态培养，10天左右在培养基和空气的气液界面处收获细菌纳米纤维素。通过高温碱煮纯化以除去细菌纳米纤维素膜中的菌体及残留培养基，至其呈现半透明或透明状态。

用上述材料增强温敏聚合物得到不同单体浓度聚合的温敏复合水凝胶材料，其可能存在的应用领域最主要的是，利用其随温度的变化对不同波长光的透过率的不同，从而实现该温敏材料作为智能材料在不同波长光下的应用。

本发明的一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料，所述温敏水凝胶材料以细菌纳米纤维素为基体，温敏材料通过单体聚合在细菌纳米纤维素的网络结构中。

所述温敏材料为凝胶类或树脂类温敏聚合物。

所述温敏材料包括同种单体的聚合，也包括不同单体的共聚得到的温敏材料；即单体聚合为同种单体的聚合或者不同单体共聚。

所述凝胶类温敏聚合物为聚(N-异丙基丙烯酰胺)PNIPAM，聚(N-乙基丙烯酰胺)PEAM，聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)PDEA，聚(N-异丙基甲基丙烯酰胺)PNIPMAM。

所述单体聚合的方式为自由基聚合。

所述复合水凝胶材料能够成形为膜状、管、棒、星、球、三角、矩形、规则和异型的水凝胶材料，因此具有比一般水凝胶机械强度更大的特点，且可以进行灵活弯曲的水凝胶。

本发明的一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料的制备方法，包括：

首先将聚合体系在细菌纳米纤维素中充分扩散，然后进行聚合反应，得到温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

所述聚合体系包括：聚合单体、引发剂、交联剂以及溶剂。

所述聚合单体包括：N-异丙基丙烯酰胺NIPAM，N-乙基丙烯酰胺EAM，N,N-二乙基丙烯酰胺DEA，N-异丙基甲基丙烯酰胺NIPMAM等。

所述交联剂为甲叉双丙烯酰胺(MBA)；引发剂为过硫酸铵(APS)。

所述聚合体系中聚合单体的浓度为0.1～0.4mol/L。

所述制备方法包括：

将聚合单体、引发剂、交联剂混合于溶剂中，得到混合溶液，然后加入细菌纳米纤维素，在20～35℃，150～200r/min(优选25～35℃，150～170r/min)的转速下振荡2.5～3.5h，保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。取出已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素样品，将样品放入玻璃平板中，在温度为75～90℃(优选75～85℃)的水浴锅中，使单体引发聚合，充分反应2.5～3.5h得到复合水凝胶材料。收集反应后的细菌纳米纤维素复合水凝胶，去离子水反复冲洗，即得温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

本发明制备得到的不同单体浓度聚合的复合水凝胶材料，透光率随着温度的变化具有明显的差异性；对紫外光均具有良好的屏蔽作用，且透光率在可见光范围内随着温度的变化而变化的敏感性较好，此功能可以应用在室温材料的涂层、光智能窗口、电极等领域。

本发明的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料对小鼠成纤维细胞生长无毒性，与细菌纳米纤维素类似，都具有良好的生物相容性。

所述的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料，可应用于室温材料的涂层、光智能窗口、电极以及生物医学工程领域。

本发明的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料由于引入透明性良好的细菌纳米纤维素材料，该材料在最低临界溶解温度(LCST)以下具有良好的透明性。然而当温度大于LCST，该材料开始出现透光率减小的情况。

本发明选取合适单体、交联剂、引发剂，在特定的条件下制备得到细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料，通过实验筛选出不同单体浓度聚合的复合水凝胶材料，并发现不同浓度单体制备得到的复合水凝胶材料随着温度的变化对光的透过率具有较大的差异性。

有益效果

本发明制备得到的温敏水凝胶材料，有效地增加了原温敏类材料的机械强度，使其形成具有特定形状的水凝胶，该产品制备工艺简单，具有良好的应用前景。细菌纳米纤维素具有良好的光学性能和生物相容性，制备得到的复合水凝胶温敏材料在保留了原材料温敏特性的基础上，给予其更多的功能，作为新颖温敏材料，可用于涂层，电极、光智能窗，以及作为生物传感器在生物医学工程领域中应用。

附图说明

图1本发明复合水凝胶材料温敏性的原理示意图；

图2不同浓度单体聚合的复合水凝胶材料中单体的含量；

图3 N-2的复合水凝胶材料的DSC分析图；

图4实施例中得到的复合水凝胶材料在低温和高温下具有明显差异的透明度，其中a表示低温下的不同复合水凝胶材料，b表示高温下的不同复合水凝胶材料；N-1、N-2、N-4分别表示单体NIPAM浓度为0.1、0.2、0.4mol/L聚合得到的产品；

图5不同单体浓度聚合的复合水凝胶材料的透光率随着温度的变化而变化；其中a,b,c,d分别为BC，N-1，N-2，N-4在不同温度梯度下的透光率；

图6为实施例2中复合水凝胶材料低温透明，高温不透明的可重复性实验；

图7不同单体浓度聚合的复合水凝胶在两种不同温度下速冻后的扫描电镜图(×2000倍)，(a)：BC,(b)：20℃的N-1，(c)：60℃的N-1，(d)：20℃的N-2，(e)：60℃的N-1，(f)：20℃的N-4，(g)：60℃的N-4。其中，N-1,N-2,N-4分别表示单体NIPAM浓度为0.1,0.2,0.4mol/L聚合的产品；

图8细胞毒性CCK实验，N-1，N-2，N-4分别表示单体NIPAM浓度为0.1，0.2，0.4mol/L聚合的产品。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本实施例中以浓度为0.1mol/L的单体NIPAM制备细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料(N-1)及评估了其温敏特性。

按照以下步骤制备细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料：

N-1中交联剂甲叉双丙烯酰胺(MBA)(国药集团化学试剂有限公司)的浓度为单体(1.1318g)的0.1％，引发剂过硫酸铵(APS)(国药集团化学试剂有限公司)的浓度为0.01mol/L，具体指标过程如下：

取交联剂MBA的质量为0.0154g，用去离子水配成1L的溶液。取100mL该溶液，加入0.2282g引发剂APS，和1.1318g单体NIPAM(梯希爱化成工业发展有限公司)，即得到单体浓度为0.1mol/L的含单体、交联剂和引发剂的混合溶液。

(1)向上述盛有100mL混合溶液的蓝盖瓶中，加入10片长为5cm、宽2cm的纯化后的细菌纳米纤维素湿态膜片。将上述蓝盖瓶放在温度为30℃，转速为160r/min的条件下，震荡3h；保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。

(2)3小时以后，取出蓝盖瓶中的已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素膜，将膜放入玻璃平板中，在温度为80℃的水浴锅中，使单体引发聚合反应，充分反应3小时得到复合材料膜。

(3)收集反应后的细菌纳米纤维素膜片，去离子水反复冲洗，即得单体NIPAM初始浓度0.1mol/L制备的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

对上述改性制得的复合细菌纳米纤维素进行表征测试和性能实验，主要包括对其温敏性能的研究及不同温度下光学性能的差异性研究：

①首先在冻干状态下测PNIPAM的含量，在冻干的复合膜中，N-1中PNIPAM含量达到59.23wt％(图2)。

②在低温(20℃)下观察N-1，发现与BC的透明度相似，N-1在低温下有着较好的透明性，然而在高温下(60℃)N-1出现一定程度的不透明。此时细菌纳米纤维素膜仍然具有与低温下相同的透明度(图4)。

③在不同温度下对该细菌纳米纤维素进行200nm到1400nm的波长扫描，发现N-1(图5b)对紫外光具有很好的屏蔽作用，随着温度的上升其透光率缓慢减小，当温度高于LCST，仍然具有一定的透明性。

④对该浓度下的复合膜分别在低温(20℃)和高温(60℃)进行冷冻干燥处理。使用扫描隧道电子显微镜对比显微结构，结果见低温状态图7b和高温状态图7c，不同温度下复合膜呈现出不同的微观结构。在20℃下观察到的是温敏聚合物均与的分散在细菌纳米纤维素纳米网络结构中，然而在高温60℃下，随着聚N-异丙基丙烯酰胺的亲水基被破坏，水凝胶脱水以后，互相聚集形成PNIPAM聚集体分散在细菌纳米纤维素网格上面，形成集聚的PNIPAM小球。

⑤以细菌纳米纤维素作为对照组，以L929小鼠成纤维细胞为实验细胞，每孔7000个细胞的接种量开展CCK-8实验。结果显示：接种在天然细菌纳米纤维素上的细胞量随培养时间增加逐步增长，接种N-1纤维素材料上的细胞量同样随时间增长而增长，且增长趋势与天然细菌纳米纤维素基本保持一致，该细菌纳米纤维素复合软性温敏材料无明显的细胞毒性(图8)。

实施例2

按照以下步骤，以0.2mol/L单体NIPAM制备的细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料(N-2)：

N-2中交联剂MBA的浓度为单体(2.2636g)的0.1％，引发剂APS的浓度为0.01mol/L，具体指标过程如下：

取交联剂MBA的质量为0.0308g，配成1L的溶液，取100mL，加入0.2282g引发剂APS和2.2636g单体NIPAM；即得到单体浓度为0.2mol/L的单体、交联剂和引发剂的混合溶液。

(1)向上述盛有100mL混合溶液的蓝盖瓶中，加入10片长为5cm、宽2cm的纯化后的细菌纳米纤维素湿态膜片。将上述蓝盖瓶放在温度为30℃，转速为160r/min的条件下，震荡3h。保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。

(2)3小时以后，取出蓝盖瓶中的已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素膜，将膜放入玻璃平板中，在温度为80℃的水浴锅中，使单体引发聚合，充分反应3小时得到复合材料膜。

(3)收集反应后的细菌纳米纤维素膜片，去离子水反复冲洗，即得0.2mol/L初始浓度单体NIPAM制备的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

对上述改性制得的复合细菌纳米纤维素进行表征测试和性能实验，主要包括对其温敏性能的研究及不同温度下光学性能的差异性的研究：

①首先在冻干状态下测PNIPAM的含量，在冻干的复合膜中，N-2中的PNIPAM含量达到67.36wt％(图2)。

②使用示差量热扫描仪观察，N-2的相变温度仍然与PNIPAM接近为32℃附近(图3)。

③在低温(20℃)下观察N-2，发现与BC和N-1的透明度相似，N-2在低温下也有着较好的透明性，然而在高温下(60℃)N-2出现一定程度的不透明。此时细菌纳米纤维素膜仍然具有与低温下相同的透明度(图4)。

④在不同温度下，对该细菌纳米纤维素进行从200nm到1400nm的波长扫描，发现与BC、N-1类似，N-2对紫外光同样具有很好的屏蔽作用。随着温度的上升其透光率逐渐减小，当温度高于LCST，虽然也仍然具有一定的透明性，但相比较N-1，其透光率明显减小(图5c)。

⑤对复合膜低温透明高温不透明的这种特性的重复性能进行评估，结果发现在经历50次热循环以后，该性能仍然较好(图6)。

⑥同样对该浓度下的复合膜分别在低温(20℃)和高温(60℃)进行冷冻干燥处理。使用扫描隧道电子显微镜对比显微结构，结果见图7d和7e。不同温度下复合膜呈现出不同的微观结构。在20℃下观察到的是温敏聚合物均与的分散在细菌纳米纤维素纳米网络结构中，不同于N-1的是，对于N-2由于单体浓度的增加，更多的聚合物附着在细菌纳米纤维素纤维网络上面，纤维变得更粗，同样地在高温60℃下，随着聚N-异丙基丙烯酰胺的亲水基被破坏，水凝胶脱水以后，互相聚集形成PNIPAM聚集体分散在细菌纳米纤维素网格上面，形成聚集的聚NIPAM小球。与N-1相比聚合物小球更大。

⑦以细菌纳米纤维素作为对照组，以L929小鼠成纤维细胞为实验细胞，对N-2进行细胞毒性试验。每孔7000个细胞的接种量开展CCK-8实验。结果显示：与BC、N-1、纤维素膜上的细胞量随培养时间增长逐步增长类似，接种在N-2纤维素材料上的细胞量同样随时间增长而增长，且增长趋势与BC、N-1、几乎保持一致，该细菌纳米纤维素复合软性温敏材料无明显的细胞毒性(图8)。

实施例3

按照以下步骤，以0.4mol/L单体NIPAM制备的细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料(N-4)：

N-2中，交联剂MBA的浓度为单体的0.1％，引发剂APS的浓度为0.01mol/L，具体指标过程如下：

交联剂MBA的质量为0.0617g，配成1L的溶液，然后取100mL该溶液，加入0.2282g引发剂APS和4.52723g单体NIPAM。即得到单体浓度为0.4mol/L的单体、交联剂和引发剂的混合溶液。

(1)向上述盛有100mL混合溶液的蓝盖瓶中，加入10片长为5cm、宽2cm的纯化后的细菌纳米纤维素湿态膜片。将上述蓝盖瓶放在温度为30℃，转速为160r/min的条件下，震荡3h。保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。

(2)3小时以后，取出蓝盖瓶中的已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素膜，将膜放入玻璃平板中，在温度为80℃的水浴锅中，引发剂使单体引发，充分反应3小时得到复合材料膜。

(3)收集反应后的细菌纳米纤维素膜片，去离子水反复冲洗，即得初始单体NIPAM浓度为0.4mol/L制备的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

对上述改性制得的复合细菌纳米纤维素进行表征测试和性能实验，主要包括对其温敏性能的研究及不同温度下光学性能的差异性的研究：

①首先在冻干状态下测PNIPAM的含量，在冻干的复合膜中，N-4的PNIPAM含量达到81.69wt％(图2)。

②在低温(20℃)下观察N-4，发现与BC,N-1,N-2相似，N-4在低温下也有着较好的透明性，然而在高温下(60℃)N-4几乎出现完全不透明的状态。此时细菌纳米纤维素膜仍然具有与低温下相同的透明度(图4)。

③对该细菌纳米纤维素进行不同温度从200nm到1400nm的波长扫描发现，N-4对紫外光具有很好的屏蔽作用，随着温度的上升其透光率缓慢减小，当温度大于LCST时，N-4几乎完全不透明(图5d)。

④对N-4复合膜分别在低温(20℃)和高温(60℃)进行冷冻干燥处理。分别观察低温下N-4(图7f)和高温下N-4(图7g)两种微观结构使用扫描隧道电子显微镜对比显微结构。与N-1，N-2相似之处在于，在高温低温两种不同温度下，N-4的微观结构也存在很大不同，不同的是由于单体浓度的不断增加，无论是在高温还是低温下，细菌纳米纤维素网络几乎就要被聚合物填满了。聚合物含量非常高，这也与N-4有更灵敏的温度响应相契合。

⑤以细菌纳米纤维素作为对照组，以L929小鼠成纤维细胞为实验细胞，对N-4进行细胞毒性试验。每孔7000个细胞的接种量进行CCK-8实验。结果发现：与BC、N-1、N-2纤维素膜上的细胞量随培养时间增长逐步增长类似，接种在N-4纤维素材料上的细胞量同样随时间增长而增长，且增长趋势与BC、N-1、N-2几乎保持一致，该细菌纳米纤维素复合软性温敏材料无明显的细胞毒性(图8)。

上述实施例1～3选择被广泛研究的温敏材料N-异丙基丙烯酰(NIPAM)胺为单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，过硫酸铵(APS)为引发剂。通过自由基聚合反应，首先使单体充分在细菌纤维膜中充分扩散，然后在高温下进行聚合反应得到的复合水凝胶温敏材料。

首先通过实验选取3个具有代表性的浓度梯度的单体，分别是0.1,0.2,0.4mol/LNIPAM单体，通过外观可以观察到在低温状态下，三种不同浓度的复合膜与BC相似具有良好的透明度。

通过该种方法制备得到的三种浓度的复合膜，进行冷冻干燥除去水分以后，测得单体NIPAM的含量分别为59.23％、67.36％、81.69％。针对三种不同单体浓度的复合水凝胶材料分别在20℃(＜LCST)和60℃(＞LCST)两个不同温度下进行冷冻干燥以后，对其微观形态使用扫描电子显微镜进行观察。

得到如下结果

a三种不同单体浓度的复合水凝胶材料在高温和低温两种不同温度下所表现出来的微观形貌具有较大差异。即20℃下，温敏聚合物均匀的分散在细菌纳米纤维素纳米网络结构中，电镜图片显示的是均匀的纳米网络结构上附着温敏聚合物。然而在高温60℃下，随着聚N-异丙基丙烯酰胺的亲水基被破坏，水凝胶脱水以后，互相聚集形成PNIPAM聚集体分散在细菌纳米纤维素网格上面。

b随着单体浓度的增加，可以明显看到聚合得到的细菌纳米纤维素变粗，网孔变得更加小，当单体浓度为0.4mol/L时，在冻干之后的0.4mol/L PNIAPM/BC中，聚合后的单体几乎充满了整个细菌纳米纤维素的网络中。

在6个不同温度梯度下分别对三种不同浓度单体的复合温敏水凝胶膜进行不同波长光下的透光率测定

a不同浓度的复合水凝胶材料在不同温度下对紫外光均具有较强的屏蔽作用。

b 0.1mol/L浓度的NIPAM单体随着温度的升高，透光率具有缓慢的下降趋势；对于0.2mol/L浓度的NIPAM单体，当温度大于LCST时，透光率虽然有明显的减小但是仍然具有一定的透明度；然而对于0.4mol/L浓度的NIPAM单体，当温高于LCST时，复合变得完全不透光。

实施例4

按照以下步骤，以0.2mol/L N-乙基丙烯酰胺EAM单体制备的细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料：

交联剂MBA的浓度为单体(2.3g)的0.1％，引发剂APS的浓度为0.01mol/L，具体指标过程如下：

取交联剂MBA的质量为0.0308g，配成1L的溶液，取100mL，加入0.2282g引发剂APS和2.3g单体EAM；即得到单体浓度为0.2mol/L的单体、交联剂和引发剂的混合溶液。

(1)向上述盛有100mL混合溶液的蓝盖瓶中，加入10片长为5cm、宽2cm的纯化后的细菌纳米纤维素湿态膜片。将上述蓝盖瓶放在温度为20℃，转速为200r/min的条件下，震荡3h。保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。

(2)3小时以后，取出蓝盖瓶中的已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素膜，将膜放入玻璃平板中，在温度为80℃的水浴锅中，使单体引发聚合，充分反应3小时得到复合材料膜。

(3)收集反应后的细菌纳米纤维素膜片，去离子水反复冲洗，即得0.2mol/L初始浓度单体EAM制备的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

获得的细菌纳米纤维素膜仍然具有低温下透明而高温下不透明的特性，效果类似于图4。

实施例5

按照以下步骤，以0.2mol/L N,N-二乙基丙烯酰胺DEA单体制备的细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料：

交联剂MBA的浓度为单体(2.4g)的0.1％，引发剂APS的浓度为0.01mol/L，具体指标过程如下：

取交联剂MBA的质量为0.0308g，配成1L的溶液，取100mL，加入0.2282g引发剂APS和2.4g单体DEA；即得到单体浓度为0.2mol/L的单体、交联剂和引发剂的混合溶液。

(1)向上述盛有100mL混合溶液的蓝盖瓶中，加入10片长为5cm、宽2cm的纯化后的细菌纳米纤维素湿态膜片。将上述蓝盖瓶放在温度为20℃，转速为200r/min的条件下，震荡3h。保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。

(2)3小时以后，取出蓝盖瓶中的已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素膜，将膜放入玻璃平板中，在温度为85℃的水浴锅中，使单体引发聚合，充分反应3小时得到复合材料膜。

(3)收集反应后的细菌纳米纤维素膜片，去离子水反复冲洗，即得0.2mol/L初始浓度单体DEA制备的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

获得的细菌纳米纤维素膜仍然具有低温下透明而高温下不透明的特性，效果类似于图4。

实施例6

按照以下步骤，以0.3mol/L N-异丙基甲基丙烯酰胺NIPMAM单体制备的细菌纳米纤维素复合水凝胶温敏材料：

交联剂MBA的浓度为单体的0.1％，引发剂APS的浓度为0.01mol/L，具体指标过程如下：

取交联剂MBA的质量为0.0308g，配成1L的溶液，取100mL，加入0.2282g引发剂APS和2.5g单体NIPMAM；即得到单体浓度为0.2mol/L的单体、交联剂和引发剂的混合溶液。

(1)向上述盛有100mL混合溶液的蓝盖瓶中，加入10片长为5cm、宽2cm的纯化后的细菌纳米纤维素湿态膜片。将上述蓝盖瓶放在温度为20℃，转速为200r/min的条件下，震荡3h。保证单体交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中。

(2)3小时以后，取出蓝盖瓶中的已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素膜，将膜放入玻璃平板中，在温度为90℃的水浴锅中，使单体引发聚合，充分反应3小时得到复合材料膜。

(3)收集反应后的细菌纳米纤维素膜片，去离子水反复冲洗，即得0.3mol/L初始浓度单体NIPMAM制备的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料。

获得的细菌纳米纤维素膜仍然具有低温下透明而高温下不透明的特性，效果类似于图4。

Claims (3)

1.一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料的制备方法，包括：

将聚合单体、引发剂、交联剂混合于溶剂中，得到混合溶液，然后加入细菌纳米纤维素，在20～30℃，160～200r/min的转速下振荡2.5～3h，保证单体、交联剂、引发剂的混合溶液充分扩散进入细菌纳米纤维素的网络中；取出已经被混合溶液浸渍的细菌纳米纤维素样品，将样品放入玻璃平板中，在温度为80～90℃的水浴锅中，使单体引发聚合，充分反应2.5～3.5h得到复合水凝胶材料；收集反应后的细菌纳米纤维素复合水凝胶，去离子水反复冲洗，即得温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料；其中，聚合单体为N-异丙基丙烯酰胺NIPAM，N-乙基丙烯酰胺EAM，N,N-二乙基丙烯酰胺DEA或N-异丙基甲基丙烯酰胺NIPMAM。

2.根据权利要求1所述的一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述聚合单体的浓度为0.1～1.4mol/L。

3.一种如权利要求1所述制备方法得到的温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料的应用，其特征在于，所述温敏水凝胶材料应用于室温材料的涂层、光智能窗口、电极以及生物医学工程领域。

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