CN113292758B - 一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料及其制备方法和在固定化细胞中的应用 - Google Patents

一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料及其制备方法和在固定化细胞中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将热塑性聚氨酯与二维石墨烯混合后，固化，得到具有电响应的形状记忆复合材料；(2)以光刻蚀后的硅片为模板，对步骤(1)所得形状记忆复合材料进行热压印，得到具有微图案的形状记忆复合材料；(3)将步骤(2)所得具有微图案的形状记忆复合材料接枝温度响应性单体，即得同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料。本发明所提供的同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料借助二维石墨烯优异的导电导热性能和电传输特性，在不影响细胞正常生长代谢的条件下，能通过外加电流改变温度调控材料表面浸润性，无需借助外力作用即可实现复合材料表面润湿性的切换。

Description

一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料及其制备方 法和在固定化细胞中的应用
技术领域
本发明涉及高分子材料固定化细胞领域，特别涉及一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料及其制备方法和在固定化细胞中的应用。
背景技术
在固定化细胞过程中，微生物在固体表面吸附聚集会合成大量的多糖、蛋白等胞外聚合基质(EPS)，从而将自身细胞包埋其中，形成一个有特定立体结构的菌落形态―生物膜(biofilm)，实现细胞群落在固体介质表面的长期定植。同时EPS为细胞隔离外界毒性物质提供了一道天然屏障，因而提高了EPS中微生物细胞的抗逆能力。
疏水作用是影响细胞黏附于载体表面的关键因素之一。《食品发酵与工业》，2020，46(14)：12-18指出植物乳杆菌能降低小鼠体内空肠弯曲杆菌毒力基因的表达很可能归结于其表面高疏水性所带来的高黏附性及菌株自身较强的生物膜形成能力。CN 106212205 A公开了一种防生物膜黏附的灌水器及其制备方法，通过静电诱导的水合作用更强地束缚水分子形成的亲水界面，利用表面紧密吸附的水分子赋予材料抗生物粘附的特性。同时，Konishi等人(Macromolecular Rapid Communication.2019,40:1900464)经研究发现，纤维表面润湿性切换通过改变粘附性和纤维膨胀引起的细胞拉力来实现细胞黏附和分离。进一步，Su等人(Biochemical Engineering Journal.2020,163:107744)的实验结果表明，表面疏水的嗜热嗜酸古菌Acidianus manzaensis YN-25更容易黏附于疏水性的矿物表面，相比于静电作用力，疏水性是影响细胞黏附的主要原因。
有关致病性生物膜的研究早在上个世纪就已经开始，主要集中在抑制生物膜的形成和黏附等方面。然而，作为生物膜的另一种存在形式―固定化发酵过程中形成的生物膜及其可逆的黏附与脱附却鲜有研究。CN 107540866 B报道了利用PDPAEMA修饰形状记忆聚合物进行表面浸润性调控的方法，将表面微观结构调控和表面pH响应分子相结合，实现了表面浸润性从超亲水性到超疏水性的动态转换。同样地，CN 107501589 B利用光刺激响应物质修饰形状记忆聚合物，在紫外光照射前后，环氧树脂微阵列表面能够呈现超亲水到亲水，超疏水到疏水之间的任意调控。CN 107236261 B制备了一种能够根据室内温度高低自发调节透光性的形状记忆聚合物膜，该聚合物膜能够响应室内温度的改变，有效地智能地调节室内光线强弱。目前，关于介质浸润性调控的研究已取得较为突出的进展，但未能较好地应用于固定化细胞及生物膜的黏附研究，并且刺激响应方式相对单一，在一定程度上限制了其在生物领域的应用。因此，本发明提出制备一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料用于调节固定化细胞发酵过程中生物膜的可逆黏附与脱附。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料及其制备方法。
本发明还要解决的技术问题是提供上述复合材料的应用。
为了解决上述第一个技术问题，本发明公开了一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将热塑性聚氨酯与二维石墨烯混合后，固化，得到具有电响应的形状记忆复合材料；
(2)以光刻蚀后的硅片为模板，对步骤(1)所得形状记忆复合材料进行热压印，得到具有微图案的形状记忆复合材料；
(3)将步骤(2)所得具有微图案的形状记忆复合材料接枝温度响应性单体，即得同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料。
步骤(1)中，所述热塑性聚氨酯的数均分子量为1200-2800；优选地，所述热塑性聚氨酯的数均分子量为1600-2400；进一步优选地，所述热塑性聚氨酯的数均分子量为1800。
步骤(1)中，所述热塑性聚氨酯与二维石墨烯的质量比为20-80：1；优选地，所述热塑性聚氨酯与二维石墨烯的质量比为30-70：1；进一步优选地，所述热塑性聚氨酯与二维石墨烯的质量比为50：1。
步骤(1)中，所述混合为将热塑性聚氨酯溶液与二维石墨烯溶液混合。
其中，所述热塑性聚氨酯溶液的溶剂包括但不限于N，N-二甲基甲酰胺。
其中，所述热塑性聚氨酯溶液的浓度为20-80mg/mL；优选地，所述热塑性聚氨酯溶液的浓度为50mg/mL。
其中，所述二维石墨烯溶液的溶剂包括但不限于N，N-二甲基甲酰胺。
其中，所述二维石墨烯溶液的浓度为0.5-1.5mg/mL；优选地，所述二维石墨烯溶液的浓度为1mg/mL。
其中，所述混合为室温下搅拌后超声；优选地，所述混合为室温下搅拌10-14h后超声20-60min。
步骤(1)中，所述固化的温度为60-100℃；所述固化的时间为18-30h。
步骤(2)中，所述光刻蚀后的硅片为利用光刻法对硅片表面进行刻蚀处理以获得具备不同阵列结构的微图案表面。
其中，所述光刻法为将硅片经浓硫酸和双氧水浸泡处理后，用皮秒脉冲激光对其表面进行逐点烧蚀，设置皮秒脉冲激光波长为1064nm，频率为0.4MHz，扫描速度为100-480μm/s，脉宽为12ps；优选地，所述扫描速度为190μm/s。
其中，所述浓硫酸和双氧水的体积比为7：2-6；优选地，所述浓硫酸和双氧水的体积比为7：4。
其中，所述浓硫酸的质量分数为98％；所述双氧水的质量分数为30％。
步骤(2)中，所述光刻蚀后的硅片中，阵列的长宽高比为0.2：1：1-1：1.8：3.5；优选地，所述阵列的长宽高分别为10μm、12μm和30μm。
步骤(2)中，所述光刻蚀后的硅片中，阵列的间距为500-800nm；优选地，所述阵列的间距为650nm。
步骤(2)中，所述热压印为在70℃，压力为8MPa下压印40min，-4℃冷却后剥离。
步骤(3)中，所述温度响应性单体为N-异丙基丙烯酰胺、二甘醇甲基丙烯酸酯、二乙醇二甲基丙烯酸甲酯、N-乙烯基己内酰胺、乙烯吡咯烷酮、N，N'-甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯中的任意一种或几种组合。
步骤(3)中，所述接枝温度响应性单体包括如下步骤：
(i)将具有微图案的形状记忆复合材料浸没于第一混合溶液中，于氮气氛围下反应，得到表面修饰氨基的形状记忆复合材料；
(ii)将步骤(i)所得表面修饰氨基的形状记忆复合材料浸没于第二混合溶液中，加入引发剂，反应，得到表面修饰溴的形状记忆复合材料；
(iii)将步骤(ii)所得表面修饰溴的形状记忆复合材料浸没于第三混合溶液，加入温度响应性单体、催化剂、配位剂，反应，即得同时具备电和温度响应的形状记忆复合材料。
步骤(i)中，所述第一混合溶液为氨丙基三甲氧基硅烷与无水甲苯的混合溶液；优选地，所述第一混合溶液中氨丙基三甲氧基硅烷的含量为3wt％-11wt％；进一步优选地，所述第一混合溶液中氨丙基三甲氧基硅烷的含量为5wt％-9wt％；更进一步优选地，所述第一混合溶液中氨丙基三甲氧基硅烷的含量为7wt％。
步骤(i)中，所述反应的温度为回流温度；优选地，所述反应的温度为105-110℃。
步骤(i)中，所述反应的时间为10-24h。
步骤(ii)中，所述第二混合液为无水吡啶与干燥二氯甲烷的混合液；优选地，所述第二混合液中无水吡啶的含量为1％-4％(v/v)；进一步优选地，所述第二混合液中无水吡啶的含量为2％(v/v)。
步骤(ii)中，所述引发剂包括但不限于2-溴异丁酰溴。
步骤(ii)中，所述引发剂的用量为30-800μL/g复合材料。
步骤(ii)中，所述反应为先于冰浴中反应，再于室温下反应。
其中，所述冰浴中反应的时间为0.5-1.5h；优选地，所述冰浴中反应的时间为1h。
其中，所述室温下反应的时间为8-16h；优选地，所述室温下反应的时间为10-14h；进一步优选地，所述室温下反应的时间为12h。
步骤(iii)中，所述第三混合溶液为甲醇与水的混合溶液；优选地，所述第三混合溶液中甲醇与水的体积比为1：0.5-1.5；进一步优选地，所述第三混合溶液中甲醇与水的体积比为1：1。
步骤(iii)中，所述催化剂包括但不限于溴化亚铜。
步骤(iii)中，所述配位剂包括但不限于五甲基二亚乙基三胺。
步骤(iii)中，所述温度响应性单体、催化剂、配位剂的用量比为10-15g：1g：4-6mL；优选地，所述温度响应性单体、催化剂、配位剂的用量比为12.5g：1g：5mL。
步骤(iii)中，所述温度响应性单体的用量为0.2-1.6g/g复合材料。
步骤(iii)中，所述反应是在无氧环境下进行的。
步骤(iii)中，所述反应的温度为60℃。
步骤(iii)中，所述反应的时间为4-18h。
上述方法制备得到的同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料也在本发明的保护范围之内。
其中，所述复合材料可以通过电流的变化来调控温度，在电流为10-100mA内，温度可从25℃转化至42℃。
为了解决上述第二个技术问题，本发明公开了上述复合材料在细胞固定化载体中的应用。
优选地，所述应用为将复合材料作为细胞固定化载体应用于发酵产L-赖氨酸。
其中，所述发酵产L-赖氨酸为将谷氨酸棒杆菌种子培养液接种到含有复合材料的发酵培养基中培养，得到含有L-赖氨酸的发酵液。
其中，将谷氨酸棒杆菌种子培养液以接种量为2％-20％体积比接种到含有复合材料的发酵培养基中培养。
其中，所述复合材料的用量为1-100g/L发酵培养基。
其中，所述发酵培养基的配方为：100g/L葡萄糖，20g/玉米浆，30g/L(NH4)2SO4，1.2g/L KH2PO4，2g/L尿素，0.4g/L MgSO4·7H2O，pH 7.2；所述发酵培养基的溶剂为水。
其中，所述发酵的电流为10-100mA；优选地，所述发酵的电流为60-100mA；进一步优选地，所述发酵的电流为80mA。
优选地，所述发酵为批次发酵。
其中，所述批次发酵包括如下步骤：
(a)将谷氨酸棒杆菌种子培养液接种到含有复合材料的发酵培养基中培养，得到含有L-赖氨酸的发酵液；
(b)在步骤(a)结束后，降低发酵体系的电流；
(c)移出发酵液，加入新鲜发酵培养基，再升高发酵体系的电流，进行第二次发酵。
步骤(a)中，将谷氨酸棒杆菌种子培养液以接种量为2％-20％体积比接种到含有复合材料的发酵培养基中培养。
步骤(a)中，所述复合材料的用量为1-100g/L发酵培养基。
步骤(a)中，所述发酵培养基的配方为：100g/L葡萄糖，20g/玉米浆，30g/L(NH4)2SO4，1.2g/L KH2PO4，2g/L尿素，0.4g/L MgSO4·7H2O，pH 7.2；所述发酵培养基的溶剂为水。
步骤(a)中，所述发酵的电流为10-100mA；优选地，所述发酵的电流为60-100mA；进一步优选地，所述发酵的电流为80mA。
步骤(a)中，所述发酵的周期为50-70h；优选地，所述发酵的周期为60h。
步骤(b)中，所述降低发酵体系的电流的目的是为了使得生物膜从复合材料表面脱落。
步骤(b)中，所述降低发酵体系的电流为降低发酵体系电流至2-18mA；优选地，降低发酵体系电流至5-15mA；进一步优选地，降低发酵体系电流至10mA。
步骤(c)中，所述移出发酵液为在降低发酵体系的电流15-45min后移出发酵液；优选地，在生物膜从复合材料表面脱落后移出发酵液。
步骤(c)中，所述移出发酵液为移出发酵液总体积的85％-95％；优选地，移出发酵液总体积的90％。
步骤(c)中，所述新鲜发酵培养基与移出发酵液的体积比为1：1。
步骤(c)中，所述升高发酵体系的电流为升高至60-90mA；优选地，升高至80mA。
优选地，所述批次发酵还包括步骤(d)，即重复步骤(b)和步骤(c)，直至发酵至第20批次时L-赖氨酸转化效率稳定结束。
本发明中，所述“％”若无特殊说明，均指质量百分比。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：
(1)本发明所提供制备同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料的方法，其制备过程相对简便，且耗时较短。
(2)本发明所提供的同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料借助二维石墨烯优异的导电导热性能和电传输特性，在不影响细胞正常生长代谢的条件下，能通过外加电流改变温度调控材料表面浸润性，无需借助外力作用即可实现复合材料表面润湿性的切换。
(3)本发明所提供同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料在固定化细胞及生长生物膜中，一方面，直流电刺激能改变细胞的增长，提高细胞增长速度，在一定程度上可提高细胞的代谢能力，减少能量的消耗，另一方面，梯度润湿性切换过程能有效缩短生物膜脱落时间，避免细胞长时间暴露于低温环境中，降低代谢活性。相比于单一的温度、pH和光照响应，形状记忆聚合物与温度响应型聚合物的协同作用使得复合材料对生物膜的可逆黏附与脱附转变效率更高，响应速率更快；同时，二维石墨烯的复合实现了介质表面生物膜黏附与脱附的远程调控。
(4)相比于单一的超亲水或超疏水表面材料对生物膜黏附及形成过程带来的影响，形状记忆聚合物与温度响应型聚合物的协同作用使得复合材料对生物膜的可逆黏附与脱附转变效率更高，响应速率更快。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料表现润湿性切换示意图。
图2为二维石墨烯新型形状记忆复合材料微阵列表面接枝PNIPAM后表面C1s拟合分析图。
具体实施方式
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
以下实施例中，所述聚氨酯的数均分子量为1800。
以下实施例中，所述发酵的发酵罐中插入导电棒，以在发酵过程中直接改变电流的大小。
实施例1：硅片的光刻蚀及形状记忆复合材料按照如下方法制备：
(1)洁净的硅片经98％浓硫酸与30％双氧水混合溶液(7：4，v/v)浸泡处理后利用皮秒脉冲激光对其表面进行逐点烧蚀，设置皮秒脉冲激光波长为1064nm，频率为0.4MHz，扫描速度为190μm/s，脉宽为12ps，获得具有长度为10μm，宽度为12μm，高度为30μm，阵列间距为650nm的表面微图案，得到光刻蚀后的硅片。
(2)取一定量N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，加入二维石墨烯，制成1mg/mL悬浮液，超声1h分散均匀；同样地，以DMF为溶剂，将热塑性聚氨酯制成50mg/mL溶液，磁力搅拌至溶解完全；随后将二维石墨烯分散液和热塑性聚氨酯溶液按照1：1(v/v)混合，室温下磁力搅拌12h后超声40min，倒入聚四氟乙烯模具中，在常压下80℃固化20h得到形状记忆复合材料。
(3)随后以步骤(1)所得光刻蚀后的硅片为模板，对步骤(2)中所得的形状记忆复合材料采用热压印技术，在70℃，压力为8MPa下压印40min，-4℃冷却后将聚合物膜从硅片表面剥离，获得具有微图案的可逆形状记忆复合材料。
实施例2：形状记忆复合材料表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺按照如下方法制备：
将实施例1所得的具有微图案的可逆形状记忆复合材料经氨丙基三甲氧基硅烷处理修饰氨基。具体地，包括如下步骤：
(1)调节氨丙基三甲氧基硅烷与无水甲苯混合溶液的质量分数为7wt％，将实施例1中所得的具有微图案的可逆形状记忆复合材料浸没于该混合溶液中，在110℃，氮气气氛保护下甲苯回流反应18h，反应结束后用氮气吹干即可得到表面修饰氨基的形状记忆复合材料；
(2)随后，以含有2％(v/v)吡啶的干燥二氯甲烷溶液为溶剂，将表面修饰氨基的形状记忆复合材料浸没于该混合溶液中，并逐滴滴加600μL 2-溴异丁酰溴作为引发剂，在无水无氧条件下，冰浴中反应1h，25℃反应12h，经丙酮和甲苯清洗后，氮气吹干进一步获得表面修饰溴的形状记忆复合材料；
(3)将步骤(2)所得表面修饰溴的形状记忆复合材料浸没于甲醇水溶液中(甲醇与水的体积比为1：1，共40mL)，同时以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体，溴化亚铜为催化剂，五甲基二亚乙基三胺为配位剂，相应的加入量为1.6g，0.128g和640μL进行表面引发原子转移自由基聚合，在无氧环境下60℃持续反应10h接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)，将得到的样品洗净，用氮气吹干后即得同时具有电和温度响应的二维石墨烯复合新型形状记忆材料，C1s拟合分析图如图2所示。
实施例3：同时具有电和温度响应的热塑性聚氨酯复合材料表面浸润性切换分析：
检测方法：参照文献Chemical Engineering Journal,382(2020)122989.
如图1所示，当复合材料表面柱状阵列保持直立状态时，在电流为80mA(温度T≈37℃)条件下，复合材料表面接触角为165±2°，呈现超疏水性，在电流为10mA(T≈25℃)条件下，复合材料表面接触角将近0°，呈现超亲水性。
当柱状阵列结构由于外力作用发生塌陷时，在电流为80mA(T≈37℃)条件下，复合材料表面接触角为115±2°，呈现疏水性，在电流为10mA(T≈25℃)条件下，复合材料表面接触角为40±1°，呈现亲水性。
当柱状阵列结构由于外力作用发生塌陷时，增大电流至100mA使温度达到约42℃，复合材料微阵列恢复到原来的直立状态。
可见，对于电流的大小所对应的温度高低不同，复合材料微阵列恢复的不同程度可实现复合材料表面在超疏水性、疏水性、亲水性和超亲水性的梯度切换。
实施例4：复合材料在固定化细胞发酵及生物膜生长中的应用：
(1)游离发酵：将活化3次后的谷氨酸棒杆菌ATCC 13032种子培养液以5vt％的接种量转接于发酵培养基中进行游离细胞发酵，于37℃下培养60h生长生物膜并发酵合成L-赖氨酸。
(2)固定化发酵：将活化3次后的谷氨酸棒杆菌ATCC 13032种子培养液以5vt％的接种量转接于含有复合材料(实施例(2)中制备所得的同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料)的发酵培养基中进行细胞固定化，复合材料添加量为15g/L，调节电流至80mA(体系温度约为37℃)培养60h生长生物膜并发酵合成L-赖氨酸。
在固定化发酵中，谷氨酸棒杆菌黏附于复合材料表面并生长形成生物膜，在固定化连续发酵过程中L-赖氨酸产量最高为22g/L，发酵周期为50h；相比于游离发酵，固定化发酵周期缩短10h，产率提高84％。
(3)固定化连续发酵：固定化发酵过程中，随着发酵过程中外力的作用，材料表面的柱状阵列结构发生塌陷；第一批发酵(步骤(2)发酵50h)结束后，降低电流至10mA(发酵体系温度约25℃)，生物膜在25min内从复合材料表面脱落，待生物膜脱落后，移除90vt％第一批次发酵液，补加相同体积的无菌新鲜发酵液；再将电流调节至100mA(温度约为42℃)并保持10min，以实现复合材料表面微观结构的恢复，即可进行第二批次的发酵实验，随后调节电流至80mA(体系温度为37℃)继续培养。
第二批次发酵的实验结果如下：L-赖氨酸的产量为20g/L；相比于游离发酵，第二批次发酵周期缩短8h，产率提升81％。
按照上述方法，重复使用20次后生物膜脱附时间为25min，L-赖氨酸产量为21g/L，发酵周期为50h。
其中，所述发酵培养基的成分为：100g/L葡萄糖，20g/玉米浆，30g/L(NH4)2SO4，1.2g/L KH2PO4，2g/L尿素，0.4g/L MgSO4·7H2O，pH 7.2；所述发酵液培养基的溶剂为水。
对比例1：
同实施例1，在制备具有形状记忆性能的热塑性聚氨酯材料时，将二维石墨烯添加量设置为0，即为未复合二维石墨烯的形状记忆热塑性聚氨酯；同样采用实施例2中的方法在表面接枝PNIPAM，得到仅具有温度响应的形状记忆复合材料(不对电响应)。
按照实施例4中的步骤(2)：固定化谷氨酸棒杆菌发酵合成L-赖氨酸，将调控电流更改为调控温度，即直接调控温度为37℃，在37℃培养60h生长生物膜，并发酵合成L-赖氨酸，L-赖氨酸产量为17g/L，发酵周期为55h。
按照实施例4的方法步骤(3)：继续发酵，材料表面的柱状阵列结构发生塌陷，第一批次发酵结束(55h)后，将温度由37℃调节至25℃，对应的材料表面接触角从158±1°降低为3±2°，生物膜脱附时间为30min。
生物膜脱落后，移除90vt％第一批次发酵液，并补加相同体积的无菌新鲜发酵液；再将体系温度升高至42℃保持10min，以实现复合材料表面微观结构的恢复，即可进行第二批次的发酵实验(于37℃培养)。
在重复使用20次后，生物膜脱附时间延长至45min，材料表面的超亲水性与超疏水性分别减弱至亲水性与疏水性。
相应地，与游离细胞发酵相比，在重复使用20次后，L-赖氨酸产量随着发酵产量为12g/L，发酵周期缩短4h，产率降低42％。
对比例2：
同实施例1，将热塑性聚氨酯添加量设置为0，即为未复合形状记忆热塑性聚氨酯的二维石墨烯；同样采用实施例2中的方法在表面接枝PNIPAM，获得不具备形状记忆及可逆功能的电-温度响应二维石墨烯。
按照实施例4中的步骤(2)：固定化谷氨酸棒杆菌发酵合成L-赖氨酸，即在电流为80mA(体系温度为37℃)培养60h生长生物膜，并发酵合成L-赖氨酸，L-赖氨酸产量为20g/L，发酵周期为53h。
按照实施例4的步骤(3)，批次发酵结束(53h)后，将电流由80mA调节至10mA，材料表面接触角从135±3°降低至53±2°，生物膜脱附时间为32min。生物膜脱落后，移除90vt％第一批次发酵液，并补加相同体积的无菌新鲜发酵液；再将电流由10mA调节至80mA后投入下一批次的发酵实验。
在重复使用20次后，生物膜脱附时间延长至40min，材料表面润湿性仅能在亲水性与疏水性之间切换。
相应地，与游离细胞发酵相比，L-赖氨酸产量随着发酵批次的进行由20g/L降低至18g/L，发酵周期缩短6h，产率降低11％。
本发明提供了一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料及其制备方法与应用的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料作为细胞固定化载体在发酵生产L-赖氨酸中的应用，其特征在于，所述复合材料的制备方法包括如下步骤：
（1）将热塑性聚氨酯与二维石墨烯混合后，固化，得到具有电响应的形状记忆复合材料；
（2）以光刻蚀后的硅片为模板，对步骤（1）所得形状记忆复合材料进行热压印，得到具有微图案的形状记忆复合材料；
（3）将步骤（2）所得具有微图案的形状记忆复合材料接枝温度响应性单体，即得同时具有电和温度响应的形状记忆复合材料；
步骤（2）中，所述光刻蚀后的硅片中，阵列的长宽高比为0.2：1：1-1：1.8：3.5，阵列的间距为500-800 nm；
其中，所述发酵的电流为10-100 mA。
2.根据权利要求1所述应用，其特征在于，步骤（1）中，所述热塑性聚氨酯与二维石墨烯的质量比为20-80：1。
3.根据权利要求1所述应用，其特征在于，步骤（1）中，所述固化的温度为60-100℃。
4.根据权利要求1所述应用，其特征在于，步骤（1）中，所述固化的时间为18-30 h。
5.根据权利要求1所述应用，其特征在于，步骤（3）中，所述温度响应性单体为N-异丙基丙烯酰胺、二甘醇甲基丙烯酸酯、二乙醇二甲基丙烯酸甲酯、N-乙烯基己内酰胺、乙烯吡咯烷酮、N，N'-甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯中的任意一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述应用，其特征在于，所述复合材料的用量为1-100 g/L发酵培养基。
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