CN113292674A - 一种新型粘附和高导电性水凝胶制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型粘附和高导电性水凝胶制备方法及应用。本发明通过聚合方法制备了一种具有导电、粘附性能的水凝胶材料，该水凝胶具有良好的粘附性能和力学性能，针对金属和皮肤组织等不同材料表面均具有较强的粘附性能和力学强度；水凝胶具备高的电导率和优良的导电性能，可以作为新型除颤仪电极板隔膜材料，应用于人体皮肤和除颤仪电极板之间，起到粘附以及快速降低电极和皮肤间的接触阻抗等作用。

Description

一种新型粘附和高导电性水凝胶制备方法及应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具备粘附、高导电性多功能水凝胶的制备及其在除颤仪电极板隔膜材料方面的应用。
背景技术
除颤仪是一种快速恢复心率的医疗器械，是手术室必备的急救设备，其主要通过释放一个电压极高、时间极短、流量极小的电流通过纤维颤动的心脏，使心肌纤维除极，并同时复极，从而使心脏恢复有组织地、有协调地收缩，但高强度的电压会造成患者心肌损伤和皮肤烧伤等病症，同时又会使除颤仪电极板的使用寿命大大缩短。现阶段，在使用除颤仪时要在患者身上涂抹医用导电膏，医用导电膏不仅可以增大电极板的导电接触面积，快速降低电极和皮肤间的接触阻抗，还可以降低温度，减轻电击引起的皮肤灼伤，有效延长电极板的使用寿命。然而，医用导电膏属于不良导体，导电性能差，并在使用过程中会发生涂抹不均、耗费抢救时间等问题，不利于患者得到及时的救治。近年来，开发一种替代传统医用导电膏的除颤仪电极板隔膜材料展现出极大的潜力，并引起了人们广泛的研究兴趣。水凝胶是一类具有三维网状结构的高分子材料，具有高含水量、良好的生物相容性等优点。为了满足更高的需求，水凝胶被赋予了导电、粘附等多种功能，为除颤仪电极板隔膜材料的发展提供了新思路。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备粘附、高导电性多功能水凝胶的制备及其在除颤仪电极板隔膜材料方面的应用。
本发明通过聚合方法制备了一种具有粘附、高导电性多功能的水凝胶材料，通过加入十二烷基硫酸钠、阿拉伯胶、水解角蛋白、碳化钛，并以去离子水为溶剂，丙烯酰胺等作为亲水性单体，甲基丙烯酸月桂酯等作为疏水性单体，单体经过硫酸铵和引发剂助剂四甲基乙二胺的氧化还原引发聚会，形成三维网状结构的疏水缔合水凝胶材料。水解角蛋白的引入，使水凝胶表面具有丰富的官能团，赋予了其优异的粘附性；碳化钛的加入，不仅赋予了水凝胶优良的导电性能，还与其它组份建立超分子作用，起到对水凝胶增韧的作用。综合以上特点，这种具有粘附和高导电性水凝胶极有潜力作为新型的除颤仪电极板隔膜材料。
本发明所述的新型粘附、高导电性水凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将1g氟化锂(LiF)溶于9M的盐酸溶液中充分搅拌，将1g碳钛铝(Ti3AlC2)粉末缓慢加入上述溶液中，在30-40℃的水浴下反应24-26h。反应后的溶液反复水洗离心，直至溶液的pH>6，收集沉淀物并加入100mL去离子水，在氩气环境下冰水浴超声0.5-1h。再将上述溶液离心后收集上清液，将上清液冷冻干燥，得到刻蚀后的碳化钛(MXene)。刻蚀后的碳化钛经冰水浴超声0.5-1h，配置成5-20mg/mL的水溶液。
(2)将0.15g十二烷基硫酸钠、0.15g阿拉伯胶溶于去离子水中，待完全溶解后，加入100μL疏水单体到上述溶液中，加热搅拌6h。待冷却至室温后，依此加入1g亲水单体、0.25-1g水解角蛋白(HK)、5-20mg/mL的碳化钛(MXene)水分散液、20mg过硫酸铵和20μL四甲基乙二胺(TMEDA)，搅拌均匀，，置于细胞粉碎仪中0.5h达到均匀分散和组份间反应。然后快速将得到的混合溶液倒入聚四氟乙烯模具中，在40-60℃下反应3-5h，最终制得具备粘附和高导电性性能的水凝胶材料。
上述方法中，疏水单体可以是甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸十六酯，甲基丙烯酸十八酯等。亲水单体可以是丙烯酰胺(AM)，N-异丙基丙烯酰胺，丙烯酸等。
本发明优点如下：1.本发明水凝胶具有良好的粘附性能和力学性能，针对金属和皮肤组织等不同材料表面均具有较强的粘附性能和力学强度；2.水凝胶具备高的电导率，相比于传统的医用导电膏具有更优异的导电性能，可以作为新型除颤仪电极板隔膜材料用于粘附人体皮肤和除颤仪电极板；并快速降低电极和皮肤间的接触阻抗；3.水凝胶作为除颤仪电极板隔膜材料不仅可以增大与除颤仪电极板的接触面积，还可以起到降低温度，减轻电击引起的皮肤灼伤，延长除颤仪电极板使用寿命等作用；4.水凝胶作为除颤仪电极板隔膜材料具有操作简单等优点，解决了医用导电膏在使用过程中涂抹不均、延长抢救时间等问题，有利于患者得到更及时的救治；5.本发明水凝胶原料来源广泛，有利于产品的商品化；6.本发明制备操作过程简便，便于操作。
附图说明
图1：为实施例1所制备的多功能水凝胶冻干后的扫描电镜图。从图中我们可以清楚的看到水凝胶内部疏松多孔的结构，表明水凝胶具有三维网状多孔结构。
图2：为实施例1所制备的多功能水凝胶与不同材料的粘附图。我们可以看到所制备的水凝胶可以粘附到不同物质表面，具有较强的粘附性。
图3：为实施例1所制备多功能水凝胶的电导率结果图。从图中我们可以看到所制备的水凝胶电导率达到35mS/cm，表明本发明的水凝胶具有较高导电性能。
具体实施方式
实施例1：
(1)将1g氟化锂(LiF)溶于稀盐酸(HCl)溶液中充分搅拌，将1g碳钛铝(Ti3AlC2)粉末缓慢加入上述溶液中，在35℃的水浴下反应26h。反应后的溶液反复水洗离心，直至溶液的pH>6，收集沉淀物并加入100mL去离子水，在氩气环境下冰水浴超声1h。再将上述溶液离心后收集上清液，将上清液冷冻干燥，得到刻蚀后的碳化钛(MXene)。刻蚀后的碳化钛经冰水浴超声1h，配置成10mg/mL的水溶液；
(2)将0.15g十二烷基硫酸钠、0.15g阿拉伯胶溶于去离子水中，待完全溶解后，加入100μL甲基丙烯酸月桂酯到上述溶液中，加热搅拌6h。待冷却至室温后，依此加入1g丙烯酰胺(AM)、1.0g水解角蛋白(HK)、1mL的碳化钛(MXene)水分散液、20mg过硫酸铵和20μL四甲基乙二胺(TMEDA)，搅拌均匀，置于细胞粉碎仪中0.5h达到均匀分散和组份间反应。然后快速将得到的混合溶液导入聚四氟乙烯模具中，在60℃下反应3h，最终制得具备导电、粘附性能的水凝胶材料。
实施例2：
(1)将1g氟化锂(LiF)溶于稀盐酸(HCl)溶液中充分搅拌，将1g碳钛铝(Ti3AlC2)粉末缓慢加入上述溶液中，在35℃的水浴下反应26h。反应后的溶液反复水洗离心，直至溶液的pH>6，收集沉淀物并加入100ml去离子水，在氩气环境下冰水浴超声1h。再将上述溶液离心后收集上清液，将上清液冷冻干燥，得到刻蚀后的碳化钛(MXene)。刻蚀后的碳化钛经冰水浴超声1h，配置成10mg/mL的水溶液；
(2)将0.15g十二烷基硫酸钠、0.15g阿拉伯胶溶于去离子水中，待完全溶解后，加入100μL甲基丙烯酸十六酯到上述溶液中，加热搅拌6h。待冷却至室温后，依此加入1g丙烯酸、0.25g水解角蛋白(HK)、1mL的碳化钛(MXene)水分散液、20mg过硫酸铵和20μL四甲基乙二胺(TMEDA)，搅拌均匀，置于细胞粉碎仪中0.5h达到均匀分散和组份间反应。然后快速将得到的混合溶液导入聚四氟乙烯模具中，在60℃下反应3h，最终制得具备导电、粘附性能的水凝胶材料。
实施例3：
(1)将1g氟化锂(LiF)溶于稀盐酸(HCl)溶液中充分搅拌，将1g碳钛铝(Ti3AlC2)粉末缓慢加入上述溶液中，在35℃的水浴下反应26h。反应后的溶液反复水洗离心，直至溶液的pH>6，收集沉淀物并加入100mL去离子水，在氩气环境下冰水浴超声1h。再将上述溶液离心后收集上清液，将上清液冷冻干燥，得到刻蚀后的碳化钛(MXene)。刻蚀后的碳化钛经冰水浴超声1h，配置成10mg/mL的水溶液；
(2)将0.15g十二烷基硫酸钠、0.15g阿拉伯胶溶于去离子水中，待完全溶解后，加入100μl甲基丙烯酸十八酯到上述溶液中，加热搅拌6h。待冷却至室温后，依此加入1gN-异丙基丙烯酰胺、1g水解角蛋白(HK)、1mL的碳化钛(MXene)水分散液、20mg过硫酸铵和20μL四甲基乙二胺(TMEDA)，搅拌均匀，置于细胞粉碎仪中0.5h达到均匀分散和组份间反应。然后快速将得到的混合溶液导入聚四氟乙烯模具中，在60℃下反应3h，最终制得具备导电、粘附性能的水凝胶材料。

Claims (6)

1.一种新型粘附高导电性水凝胶制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)将1g氟化锂(LiF)溶于9M的盐酸溶液中充分搅拌，将1g碳钛铝(Ti3AlC2)粉末缓慢加入上述溶液中，在30-40℃的水浴下反应24-26h；反应后的溶液反复水洗离心，直至溶液的pH>6，收集沉淀物并加入100mL去离子水，在氩气环境下冰水浴超声0.5-1h；再将上述溶液离心后收集上清液，将上清液冷冻干燥，得到刻蚀后的碳化钛(MXene)；刻蚀后的碳化钛经冰水浴超声0.5-1h，配置成5-20mg/mL的水溶液；
(2)将0.15g十二烷基硫酸钠、0.15g阿拉伯胶溶于去离子水中，待完全溶解后，加入100μL疏水单体到上述溶液中，加热搅拌6h；待冷却至室温后，依此加入1g亲水单体、0.25-1g水解角蛋白(HK)、5-20mg/mL的碳化钛(MXene)水分散液、20mg过硫酸铵和20μL四甲基乙二胺(TMEDA)，搅拌均匀，置于细胞粉碎仪中0.5h达到均匀分散和组份间反应；然后快速将得到的混合溶液倒入聚四氟乙烯模具中，在40-60℃下反应3-5h，最终制得具备粘附和高导电性性能的水凝胶材料。
2.如权利要求1所述的一种新型粘附高导电性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的疏水单体是甲基丙烯酸月桂酯或甲基丙烯酸十六酯或甲基丙烯酸十八酯。
3.如权利要求1所述的一种新型粘附高导电性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的亲水单体是丙烯酰胺(AM)或N-异丙基丙烯酰胺或丙烯酸。
4.权利要求1-3所述的任意一种新型粘附高导电性水凝胶的制备方法制备的水凝胶，其特征在于：水凝胶具有优良的粘附性和力学性能，可以对金属和皮肤组织等不同材料表面均具有较强的粘附性能和力学强度等各种性能。
5.权利要求1-3所述的任意一种新型粘附高导电性水凝胶的制备方法制备的水凝胶，其特征在于：水凝胶具有优良的导电性能，可以快速降低电极和皮肤间的接触阻抗。
6.权利要求1-3所述的任意一种新型粘附高导电性水凝胶的制备方法制备的水凝胶，其特征在于：水凝胶可以作为新型除颤仪电极板隔膜材料应用；不仅可以增大与除颤仪电极板与皮肤的接触面积，还可以起到降低表皮温度，减轻电击引起的皮肤灼伤等作用。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210824

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