CN111154037B - 多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶及其制备方法 - Google Patents

多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于生物传感器的多功能海藻酸钠‑P(SBMA‑co‑AAm)离子导电水凝胶及其制备方法。该凝胶材料使用一锅原位自由基共聚法制得：首先配制一定浓度的海藻酸钠溶液，再依次加入一定量的丙烯酰胺(AAm)、[2‑(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基‑(3‑磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和引发剂，搅拌均匀，离心脱泡后浇筑成膜，最后在60℃环境下反应一定时间，即得海藻酸钠‑P(SBMA‑co‑AAm)水凝胶材料。该水凝胶集可拉伸性、粘附性、透明性、力敏性、形状记忆性、生物相容性和抗蛋白粘附性于一体，有望应用于生物传感器等领域。

Description

多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶及其制备 方法
技术领域
本发明属于多功能水凝胶制备领域，具体涉及一种可用于生物传感器的多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶及其制备方法。
背景技术
导电水凝胶，由于其在人体动作监测、个人健康诊断等领域具有巨大的应用潜力，从而吸引了研究者的大量关注。但是现有导电水凝胶大多使用导电聚合物作为导电组分，机械性能存在重大缺陷。并且很多现有导电水凝胶都需要使用胶带进行辅助固定，使得生物传感器器件的制备过程变得复杂化，且易引起过敏反应。因此，制备一种具有高机械性能和生物相容性的可粘附导电水凝胶，对于生物传感器具有非常重要的意义。
[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，作为一种两性离子单体，常常被用于制备抗蛋白粘附材料。近年来，凭借其粘附能力，逐渐在粘附性水凝胶领域开辟了一条新的应用道路，可用于直接与人体粘附的生物传感器的制备。但是，其聚合物的机械性能较弱，难以满足生物传感器对于拉伸性能方面的要求。
本发明中，通过使用丙烯酰胺单体与[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵进行原位自由基共聚，同时引入海藻酸钠作为半互穿聚合物网络网络的另一组份，在提升两性离子导电水凝胶机械性能的同时，赋予其优异的粘附性、透明性、力敏性、形状记忆型、生物相容性和抗蛋白粘附性。该方法拓宽了两性离子的应用范围，提高了其作为生物传感器基体材料的实用性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可用于生物传感器的多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶及其制备方法。
本发明采用以下技术方案实现：
该凝胶材料使用一锅原位自由基共聚法制得。首先配制一定浓度的海藻酸钠溶液，再依次加入一定量的丙烯酰胺(AAm)、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和引发剂，搅拌均匀，离心脱泡后浇筑成膜，最后在60℃烘箱内反应一定时间，即得多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶材料。
上述技术方案中，进一步的，所述的海藻酸钠溶液的浓度为0.5wt％-10wt％。更进一步的，所述的AAm、SBMA、MBAA的加入量分别为：5wt％-20wt％、0.5wt％-5wt％、0.005wt％-0.1wt％。
进一步的，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。更进一步的，其加入量为0.05wt％-0.5wt％。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1)该海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶使用一锅原位自由基共聚法制备：将丙烯酰胺、两性离子[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵作为原料进行共聚，同时与海藻酸钠形成半互穿聚合物网络；
2)该海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶材料具有多功能性，其中[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵组分赋予凝胶可粘附性、导电性、抗蛋白粘附性；与丙烯酰胺组分共聚赋予凝胶柔性和高倍拉伸性；海藻酸钠，作为半互穿聚合物网络的一部分，提高了凝胶的机械性能，并为凝胶提供了生物相容性和形状记忆性；
3)该海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶具有循环粘附性能，并且在0-250％拉伸形变和0-30％压缩形变的范围内存在线性力敏性，有望应用于生物传感器等领域。
附图说明
图1为海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶在乳胶表面的循环粘附强度；
图2为海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶在0-300％拉伸形变范围内的力敏性折线图；
图3为海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶在0-80％压缩形变范围内的力敏性折线图；
图4为海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶抗细菌粘附数据图。
具体实施方式
下面结合具体实例进一步说明本发明。
实例1：
1)首先配在水中加入5wt％的AAm，0.5wt％的SBMA，0.005wt％的MBAA，充分搅拌混合均匀；
2)再向步骤(1)溶液中加入0.05wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需P(SBMA-co-AAm)水凝胶；
3)该P(SBMA-co-AAm)水凝胶的拉伸强度为28.9kPa，断裂伸长率为1596％，在乳胶表面的粘附强度为8.01kPa，电导率为0.26S/m。
实例2：
1)首先配制0.5wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入5wt％的AAm，0.5wt％的SBMA，0.005wt％的MBAA，充分搅拌混合均匀；
2)再向步骤(1)溶液中加入0.05wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶；
3)该P(SBMA-co-AAm)水凝胶的拉伸强度为43.7kPa，断裂伸长率为1386％，在乳胶表面的粘附强度为6.88kPa，电导率为0.21S/m；相比于实例1，海藻酸钠的加入后对断裂伸长率、粘附强度和电导率稍有影响，但是可大幅提高凝胶的拉伸强度；
4)形状记忆性能：在0.1M的Ca2+溶液中浸泡30s固定成“V”形状(角度为118°)，冲洗掉表面残留的Ca2+溶液后转移到0.1M CO3 2-溶液中，角度回复到24°，形状回复速率为0.85°/s。
实例3：
1)首先配制4wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入5wt％的AAm，0.5wt％的SBMA，0.005wt％的MBAA，充分搅拌混合均匀；
2)再向步骤(1)溶液中加入0.05wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶；
3)该P(SBMA-co-AAm)水凝胶的拉伸强度为127.1kPa，断裂伸长率为958％，在乳胶表面的粘附强度为5.54kPa，电导率为0.058S/m；相比于实例2，随着海藻酸钠添加量的增加，可进一步提高凝胶的拉伸强度，断裂伸长率、粘附强度和电导率进一步减小；
4)形状记忆性能：在0.1M的Ca2+溶液中浸泡30s固定成“V”形状(角度为141°)，冲洗掉表面残留的Ca2+溶液后转移到0.1M CO3 2-溶液中，角度回复到30°，形状回复速率为1.85°/s。
实例4：
1)首先配制4wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入10wt％的AAm，0.5wt％的SBMA，0.005wt％的MBAA，充分搅拌混合均匀；
2)再向步骤(1)溶液中加入0.15wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶；
3)该P(SBMA-co-AAm)水凝胶的拉伸强度为111.6kPa，断裂伸长率为1138％，在乳胶表面的粘附强度为5.27kPa，电导率为0.046S/m；相比于实例3，AAm和交联剂用量的增加，凝胶断裂伸长率提高，拉伸强度、粘附强度和电导率稍有减小；
4)形状记忆性能：在0.1M的Ca2+溶液中浸泡30s固定成“V”形状(角度为140°)，冲洗掉表面残留的Ca2+溶液后转移到0.1M CO3 2-溶液中，角度回复到28°，形状回复速率为1.54°/s。
实例5：
1)首先配制4wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入10wt％的AAm，5wt％的SBMA，0.005wt％的MBAA，充分搅拌混合均匀；
2)再向步骤(1)溶液中加入0.25wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶；
3)该P(SBMA-co-AAm)水凝胶的拉伸强度为88.3kPa，断裂伸长率为828％，在乳胶表面的粘附强度为8.82kPa，电导率为0.18S/m；相比于实例4，SBMA用量的增加，凝胶的拉伸性能有所减小，但粘附性能和电导率有所提高；
4)形状记忆性能：在0.1M的Ca2+溶液中浸泡30s固定成“V”形状(角度为131°)，冲洗掉表面残留的Ca2+溶液后转移到0.1M CO3 2-溶液中，角度回复到33°，形状回复速率为1.16°/s。

Claims (5)

1.一种多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶的制备方法，其特征在于：该水凝胶是通过一锅原位自由基共聚法制得的半互穿聚合物网络，其具体制备步骤如下：
1）首先配制海藻酸钠溶液，再依次加入AAm、SBMA、MBAA，充分搅拌混合均匀；所述的海藻酸钠溶液的浓度为0.5wt%-10wt%，所述的AAm、SBMA、MBAA的加入量分别为：5wt%-20wt%、0.5wt%-5wt%、0.005wt%-0.1wt%；
2）再向步骤1）溶液中加入引发剂，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应，即得多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)水凝胶。
2.根据权利要求1所述的多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述引发剂的加入量为0.05wt%-0.5wt%。
4.一种多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的方法制得。
5.如权利要求4所述的多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶的应用，其特征在于，该水凝胶作为力敏材料用于生物传感器中，其在0-250%拉伸形变范围和0-30%压缩形变范围内均呈现线性力敏性。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114605712B (zh) * 2020-12-09 2024-01-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所慈溪生物医学工程研究所 预聚液、生物相容性导电水凝胶及其制备方法
CN112641994A (zh) * 2020-12-16 2021-04-13 北京化工大学常州先进材料研究院 一种基于甜菜碱衍生物及海藻酸盐的运动胶体敷料
CN113683788B (zh) * 2021-08-18 2022-07-05 齐鲁工业大学 可拉伸、可压缩、抗冻有机水凝胶电解质、制备方法及应用
CN113736101B (zh) * 2021-09-06 2022-12-23 福州大学 一种利用酵母菌发酵制备多功能水凝胶的方法
CN113851739B (zh) * 2021-10-25 2023-09-29 长春工业大学 一种抗冻锌基电池用凝胶电解质的制备及应用
CN114478923B (zh) * 2022-03-22 2023-09-15 青岛科技大学 一种高韧性、防冻导电水凝胶及制备方法
CN114805675B (zh) * 2022-05-05 2023-04-25 齐鲁工业大学 基于离子跃迁和Grotthuss传输机制的抗冻两性离子水凝胶电解质
CN114805673A (zh) * 2022-05-26 2022-07-29 成都芯跳医疗科技有限责任公司 一种天然高分子导电水凝胶及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105295073A (zh) * 2015-10-29 2016-02-03 温州医科大学 一种高柔韧性两性离子水凝胶制备方法
CN105367712A (zh) * 2015-10-29 2016-03-02 温州医科大学 一种复合水凝胶及其制备方法
CN105504166A (zh) * 2016-01-20 2016-04-20 武汉理工大学 一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3261626A4 (en) * 2015-02-27 2018-10-03 Wayne State University Methods and compositions relating to biocompatible implants

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105295073A (zh) * 2015-10-29 2016-02-03 温州医科大学 一种高柔韧性两性离子水凝胶制备方法
CN105367712A (zh) * 2015-10-29 2016-03-02 温州医科大学 一种复合水凝胶及其制备方法
CN105504166A (zh) * 2016-01-20 2016-04-20 武汉理工大学 一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
两性离子水凝胶敷料用于压疮创面的实验研究;江仕爽等;《Journal of Nursing Science》;20180131;第33卷(第2期);第48-51页 *
海藻酸盐基水凝胶的制备及其性能研究;秦承玲;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170531;第12页 *

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