CN113967450B - 一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶及其制备方法和应用，其中，所述生物活性水凝胶的原料包括上转换发光材料、除氧体系和生物凝胶因子；所述上转换发光材料包括三重态光敏剂和三重态能量受体；所述除氧体系包括生物活性酶及与所述生物活性酶相应的酶底物。本发明提供的生物活性水凝胶利用生物活性酶的酶促反应消耗氧气以实现更加高效地氧气去除，极大地阻碍了氧气对三重激发态的猝灭，使得三重态激子能量转移至受体分子，从而实现在空气氛围下较强的三重态‑三重态湮灭光子上转换发光。

Description

一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及有机发光材料领域。更具体地，涉及一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
三重态：处于基态的光敏剂分子，吸收特定波长的激发光，分子从基态吸收能量跃迁到单重激发态，之后由于分子本身的刚性或者分子和重金属配位，由于重金属效应的存在下，分子间的能量能够发生系间窜越，从单重激发态到三重激发态。如果分子直接从单重激发态以光的形式发射能量回到基态，这个过程为荧光发射，寿命一般是纳秒级别的，如果分子从单重激发态跃迁到三重态，从三重态以光的形式发射能量回到基态，这个过程为磷光发射。由于从单重激发态跃迁到三重激发态是违反自旋规则的，这个过程需要一定的时间，因此磷光的寿命相对于荧光的寿命来说，会大几个数量级，一般为微秒级别。
光子上转换指的是将低能量的光转换为高能量光的技术。在有机材料中的光子上转换可利用三重态的分子互相碰撞而引起的三重态-三重态湮灭(TTA)而产生，具体过程为：首先光敏剂吸收低能量的光子产生单重激发态1S*，再经过ISC到达三重激发态1T*，接着给体与受体发生三重态-三重态能量传递(TTET)，使受体分子从基态到达其三重激发态1T*，然后两个受体1T*碰撞发生三重态-三重态湮灭(TTA)，使其中一个受体分子到达单重激发态，另一个分子回到受体基态。单重激发态的分子衰减产生辐射发光，即上转换发光。上转换发光具有所需激发光的能量密度低、吸光能力强、上转换量子产率高、激发发射波长可调等优点，所以，光子上转换在太阳能利用领域、三维光存储、荧光分子生物标记和光动力学治癌等高科技领域表现出良好的应用前景和高附加价值。但是，在上转换发光过程中光敏剂的三重激发态很容易被氧气淬灭，从而导致上转换量子产率的降低，这极大的降低了光子上转换的应用价值。因此，保护光敏剂分子的激发三重态对于促进光子上转换体系的开发利用是至关重要的。
一般来说，大部分光子上转换的研究体系多为有机相体系，仅有少数研究为水相体系，这是因为大部分光敏剂和受体是不溶于水或水溶性极差的。但是，有机相体系必须进行惰性气体鼓泡除氧，或直接在手套箱中操作，否则在空气条件下根本无法观察到上转换发光现象。近年研究发现，凝胶体系内部有致密的网状结构，可以使上转换材料中的光敏剂和受体的空间距离拉近，并限制溶剂以及分子氧气的传递，从而实现三重态能量转移，所以，凝胶可以作为一个较好的新型介质来保护光敏剂的三重激发态。但是凝胶作为保护介质并不能完全除去凝胶中的残余氧气，且无法阻止氧气从空气中继续扩散进入凝胶中。因此，提供一种可以有效且快速的去除氧气的具有光子上转换功能的新型水凝胶，具有重要意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶。
本发明的第二个目的在于提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶的应用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，所述生物活性水凝胶的原料包括上转换发光材料、除氧体系和生物凝胶因子；
所述上转换发光材料包括三重态光敏剂和三重态能量受体；
所述除氧体系包括生物活性酶及与所述生物活性酶相应的酶底物。
其中，本发明的生物活性水凝胶首先利用水凝胶有丰富的氢键的网络结构，将三重态光敏剂容纳在凝胶网络结构中，这在一定程度上阻隔空气中氧气对三重激发态的猝灭。更重要的是，本发明首次将可以发生酶促反应的除氧体系分散于生物活性水凝胶中，利用除氧体系的酶促反应消耗氧气以实现更加高效地氧气去除，极大地阻碍了氧气对三重激发态的猝灭，进而使得三重态激子能量转移至受体分子，从而实现在空气氛围下较强的三重态-三重态湮灭光子上转换发光。
进一步，所述生物活性酶包括葡萄糖氧化酶、乙醇氧化酶、细胞色素CP450酶、漆酶、抗坏血酸氧化酶、酪氨酸酶、多酚氧化酶、单加氧酶中的一种。其中，一般来讲所述生物活性酶只要可以进行酶促耗氧反应就可以实现本发明的除氧目的，但是葡萄糖氧化酶、乙醇氧化酶、细胞色素C P450酶、漆酶、抗坏血酸氧化酶、酪氨酸酶、多酚氧化酶、单加氧酶中的一种，可以有更优的除氧效果。此外，周知以上生物活性酶的相应的酶底物分别为葡萄糖、乙醇、睾酮、多酚类、酮类等，本发明不再一一说明。
进一步，所述生物活性水凝胶中，所述生物活性酶的浓度为5.0～5.0×104U/L；与所述生物活性酶相应的酶底物的浓度为1.0×10-3～5.0×10-2mol/L。
进一步，所述生物活性水凝胶中，所述三重态光敏剂的浓度为1.0×10-6～1.0×10-5mol/L，所述三重态光敏剂、三重态能量受体的摩尔比为1:100～1:300。
进一步，所述生物活性水凝胶中，所述生物凝胶因子的质量分数为1％～10％。
优选地，所述生物活性水凝胶中，所述生物凝胶因子的质量分数为2％～5％。
需要说明的是，所述生物活性水凝胶中的各原料含量在本发明的范围内可以实现更加快速除氧且不影响水凝胶的基本机械性能的目的。
进一步，所述除氧体系还包括与所述生物活性酶相应的辅酶因子。其中，所述辅酶因子可以加快酶促反应的反应速率，即更加快速的除去生物活性水凝胶中的氧气。
进一步，所述生物活性水凝胶中，所述辅酶因子的浓度为1.0×10-6～1.0×10- 5mol/L。
进一步，所述生物凝胶因子包括明胶、琼脂糖或海藻酸钠。其中，所述生物凝胶因子也就是生物聚合物，即天然的、具有较佳的生物相容性聚合物。
进一步，所述三重态光敏剂为卟啉类光敏剂或金属络合多联吡啶类光敏剂。
优选地，所述光敏剂为四(4-羧基苯基)卟啉钯(PdTCPP)、三联吡啶钌或三[1,10-菲罗啉-4,7-二(苯磺酸)]钌酸盐。
其中，四(4-羧基苯基)卟啉钯的结构式如下：
三联吡啶钌的结构式如下；
三[1,10-菲罗啉-4,7-二(苯磺酸)]钌酸盐的结构式如下：
进一步，所述三重态能量受体为含有磺酸基或羧酸基的蒽及其衍生物。
优选地，所述三重态能量受体为2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐、9-蒽羧酸钠或1-芘羧酸钠。
其中，2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐的结构式如下：
9-蒽羧酸钠的结构式如下：
1-芘羧酸钠的结构式如下：
根据本方明的具体实施方式，所述2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐的制备方法为：
将9,10-二苯基蒽和醋酸于冰水浴中搅拌均匀，在冰浴中逐滴加入发烟硫酸，撤去冰浴，120℃油浴反应，通过磺化反应制得2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐。
第二方面，本发明提供一种上述的具有光子上转换功能的生物活性水凝胶制备方法，包括以下步骤：
将三重态光敏剂、三重态能量受体与生物凝胶因子溶于弱碱性缓冲液中，进行搅拌，然后在生物活性酶的最适温度下，加入除氧体系，混合均匀，静置成胶，即得。
优选地，所述搅拌是在90～100℃条件下，搅拌20～30min。
优选地，所述弱碱性缓冲液为pH为7～8的磷酸盐缓冲液。
优选地，所述生物活性酶的最适温度比如室温条件。
第三方面，本发明提供一种上述的生物活性水凝胶在制备三重态-三重态湮灭光子上转换或磷光发光材料领域中的应用。
其中，本发明的生物活性水凝胶以生物凝胶因子为原料，所以该生物活性水凝胶具有较佳生物相容性，因此，所述三重态-三重态湮灭光子上转换或磷光发光材料领域也包括生物催化、组织工程或生物/化学传感器等涉及三重态保护的领域。
另外，如无特殊说明，本发明中所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。所述百分比如无特殊说明均为质量百分比，所述溶液若无特殊说明均为水溶液。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供的具有光子上转换功能的生物活性水凝胶可以更加高效地去除凝胶中的所有氧气，极大地阻碍了氧气对三重激发态的猝灭，使得光子上转换体系无需进行惰性气体鼓泡除氧，也无需在手套箱中操作，而是直接在空气条件下，就能观察到磷光的增强过程，具有极大实用价值。
(2)本发明首次将生物活性酶的酶促反应应用在三重态-三重态湮灭光子上转换等领域进行除氧，避免了上转换组分与氧气接触，解决了现有技术光敏剂的三重态易被氧气猝灭的问题，从而实现有效的三重态-三重态湮灭光子上转换。
(3)本发明提供的具有光子上转换功能的生物活性水凝胶可得到多种上转换组分的发光，并且安全环保，具有较高生物相容性，可应用于生物催化、组织工程、生物/化学传感器等涉及三重态保护的多个生物/化学领域。
(4)本发明提供的具有光子上转换功能的生物活性水凝胶的制备方法原料价廉易得，操作简单，无需复杂工艺，普适性强。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出实施例1的生物活性水凝胶的实物图。
图2示出实施例1的生物活性水凝胶的上转换发射强度随激发光功率密度变化的双对数曲线图。
图3示出实施例1的生物活性水凝胶的上转换发射强度与激发功率密度的关系图。
图4示出试验例1的空白组三重态光敏剂水溶液的归一化吸收和发射图。
图5示出试验例1的试验组和对照组的生物活性水凝胶中的三重态光敏剂的磷光发射图。
图6示出试验例2的空白组三重态能量受体水溶液的归一化吸收和发射图。
图7示出实施例1和对比例1的生物活性水凝胶在激发光波长为532nm，激发功率为200mW·cm-2时的上转换发射光谱对比图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法包括以下步骤：
在空气氛围下，将三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯(PdTCPP)和三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐加入含有明胶的pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中，在温度为90～100℃下混合均匀，时间为20～30min，在温度降至室温时加入除氧体系(葡萄糖氧化酶、辅酶因子黄素腺嘌呤二核苷酸和底物D-葡萄糖)，静置20～30min形成凝胶状，即得(如图1所示)。其中，本例制得的生物活性水凝胶中含有质量分数为2％～5％的明胶，三重态光敏剂的浓度为5.0×10-6～1.0×10-5mol/L，三重态能量受体的浓度为1.0×10-3～3.0×10- 3mol/L，葡萄糖氧化酶的浓度为10～50U/L，辅酶因子黄素腺嘌呤二核苷酸的浓度为5.0×10-6～1.0×10-5mol/L，底物D-葡萄糖的浓度为1.0×10-3～2.0×10-3mol/L。
上转换发光性能测试：在空气、室温条件下，在激发光波长为532nm时，测试本例的生物活性水凝胶的上转换发射强度与激发功率密度的关系，结果见图2和图3。
由图2可知，本例的生物活性水凝胶的上转换发射阈值为192.6mW·cm-2，在较低激发光功率密度下，其拟合斜率为2.0，在更高的激发光功率密度下，其拟合斜率为1.1，说明该生物活性水凝胶存在基于三重态-三重态湮灭的上转换。
由图3可知，本例的生物活性水凝胶，随着激发功率的增加，发射强度也随着增加，表明该生物活性水凝胶的上转换发射强度与激发功率密度成正比例关系。
实施例2
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯替换成三联吡啶钌，三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐替换成9-蒽羧酸钠。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例3
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯替换成三联吡啶钌，三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐替换成1-苝羧酸钠。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例4
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯替换成三[1,10-菲罗啉-4,7-二(苯磺酸)]钌酸盐，三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐替换成9-蒽羧酸钠。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例5
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯替换成三[1,10-菲罗啉-4,7-二(苯磺酸)]钌酸盐，三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐替换成1-苝羧酸钠。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例6
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将除氧体系-葡萄糖氧化酶、辅酶因子黄素腺嘌呤二核苷酸和底物D-葡萄糖替换成除氧体系-乙醇氧化酶和底物乙醇。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例7
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将除氧体系-葡萄糖氧化酶、辅酶因子黄素腺嘌呤二核苷酸和底物D-葡萄糖替换成除氧体系-细胞色素C P450酶和底物睾酮。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例8
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将明胶替换成琼脂糖。
上转换发光性能：基本同实施例1。
实施例9
提供一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，将明胶替换成海藻酸钠，并在加入除氧体系后加入100μL浓度为0.45mol/L氯化钙使其成凝胶。
上转换发光性能：基本同实施例1。
对比例1
提供一种生物活性水凝胶，其制备方法同实施例1，区别仅在于，没有加入除氧体系。
试验例1
为研究除氧体系对光敏剂的三重激发态的保护性，本例提供试验组、对照组和空白组三组产品，并将其发光性进行分析、对比；
1)空白组为浓度为1.0×10-5mol/L的三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯(PdTCPP)水溶液；
2)试验组为一种生物活性水凝胶，其制备方法包括以下步骤：
在空气氛围下，将三重态光敏剂四(4-羧基苯基)卟啉钯(PdTCPP)加入含有明胶的pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中，在温度为90～100℃下混合均匀，时间为20～30min，在温度降至室温时加入除氧体系(葡萄糖氧化酶、辅酶因子黄素腺嘌呤二核苷酸和底物D-葡萄糖)，静置20～30min形成凝胶状，即得。其中，本例制得的生物活性水凝胶中含有2％～5％的明胶凝胶基质，三重态光敏剂的浓度为1.0×10-5mol/L，葡萄糖氧化酶的浓度为10～50U/L，辅酶因子黄素腺嘌呤二核苷酸的浓度为5.0×10-6～8×10-6mol/L，底物D-葡萄糖的浓度为1.0×10-3～2.0×10-3mol/L。
3)对照组提供一种生物活性水凝胶，其制备方法同试验组，区别仅在于不加除氧体系。
研究结果：由图4可知，空白组PdTCPP在水中分散后，在418nm处显示出典型的Soret带，在525nm显示出明显的Q带；在氩气鼓泡除氧后测得最大磷光峰位置约为712nm。
由图5可知，三重态光敏剂PdTCPP在试验组的生物活性水凝胶中的发光谱图其最大磷光峰位置为710nm，与三重态光敏剂在水溶液中的最大磷光峰位置相符，说明试验组的生物活性水凝胶具有磷光发射并表明该体系的氧气基本已被消耗，使得激光照射水凝胶时，光敏剂首先吸收低能量的光子产生单重激发态1S*，再经过ISC到达三重激发态1T*，产生的光敏剂三重激发态未受到破坏，能接着发生电子从三重激发态到基态的弛豫过程，即产生磷光。而三重态光敏剂PdTCPP在对照组的凝胶中的发光谱图基本无磷光发射，表明对照组由于没有加除氧体系其产生的三重态光敏剂的三重激发态基本被氧气猝灭。
试验例2
为研究本发明具有光子上转换功能的生物活性水凝胶对光敏剂的三重激发态的保护性，本例提供实验组、对照组和空白组三组产品，并将其发光性进行分析、对比；
1)空白组为三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐的水溶液，其浓度同试验组；
2)试验组为实施例1的具有光子上转换功能的生物活性水凝胶；
3)对照组为对比例1的生物活性水凝胶；
研究结果：由图6可知，空白组中三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐在水溶液的吸收峰分别为379nm和398nm，荧光峰为450nm。
由图7可知，试验组的生物活性凝胶中三重态能量受体2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐的最大上转换发光位置为454nm，与水溶液中的最大荧光峰位置相符，即该生物活性水凝胶具有强的荧光发射，表明该生物活性水凝胶体系的氧气基本已被消耗，使得激光照射水凝胶时，产生的光敏剂三重激发态未受到破坏，可以实现能量传递进而产生辐射发光，即图示的上转换发光。而对照组的凝胶也有一定程度的上转换发光，表明凝胶的网络结构一定程度上阻隔空气中氧气对三重激发态的猝灭，但是其上转换发光现象明显弱于试验组，表明对照组的凝胶的网络结构只能阻隔空气中的部分氧气，无法实现去除所有氧气的目的。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种具有光子上转换功能的生物活性水凝胶，其特征在于，所述生物活性水凝胶的原料包括上转换发光材料、除氧体系和生物凝胶因子；
所述上转换发光材料包括三重态光敏剂和三重态能量受体；
所述除氧体系包括生物活性酶及与所述生物活性酶相应的酶底物；
所述生物活性酶包括葡萄糖氧化酶、乙醇氧化酶、细胞色素C P450酶、漆酶、抗坏血酸氧化酶、酪氨酸酶、多酚氧化酶、单加氧酶中的一种；
所述生物活性水凝胶中，所述生物活性酶的浓度为5.0~ 5.0×104 U/L；与所述生物活性酶相应的酶底物的浓度为1.0×10-3 ~ 5.0×10-2 mol/L；
所述生物活性水凝胶中，所述三重态光敏剂的浓度为1.0×10-6 ~ 1.0×10-5 mol/L，所述三重态光敏剂、三重态能量受体的摩尔比为1:100 ~ 1:300；
所述生物凝胶因子的质量分数为1 % ~ 10 %；
所述除氧体系还包括与所述生物活性酶相应的辅酶因子；所述生物活性水凝胶中，所述辅酶因子的浓度为1.0×10-6 ~ 1.0×10-5 mol/L；
所述生物凝胶因子包括明胶、琼脂糖或海藻酸钠；
所述光敏剂为四(4-羧基苯基)卟啉钯、三联吡啶钌或三[1,10-菲罗啉-4,7-二(苯磺酸)]钌酸盐；
所述三重态能量受体为2,6-二磺酸-9,10-二苯基蒽钠盐、9-蒽羧酸钠或1-芘羧酸钠；
所述生物活性水凝胶按照如下步骤制备得到：
将三重态光敏剂、三重态能量受体与生物凝胶因子溶于弱碱性缓冲液中，进行搅拌，然后在生物活性酶的最适温度下，加入除氧体系，混合均匀，静置成胶，即得。
2.一种如权利要求1所述的生物活性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将三重态光敏剂、三重态能量受体与生物凝胶因子溶于弱碱性缓冲液中，进行搅拌，然后在生物活性酶的最适温度下，加入除氧体系，混合均匀，静置成胶，即得。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌是在90 ~ 100 ℃条件下，搅拌20 ~ 30 min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述弱碱性缓冲液为pH为7 ~ 8的磷酸盐缓冲液。
5.一种如权利要求1所述的生物活性水凝胶在制备三重态-三重态湮灭光子上转换或磷光发光材料领域中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115011328B (zh) * 2022-04-20 2024-01-23 中国科学院理化技术研究所 基于糖类隔氧基质的发光材料，制备及应用
CN117417568B (zh) * 2023-12-19 2024-09-20 济南大学 一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法
CN118064131B (zh) * 2024-04-24 2024-07-26 中国科学院理化技术研究所 上转换发光微晶、包含其的固态光化学上转换材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5356811A (en) * 1992-04-21 1994-10-18 Coats Billy C Method of processing stabilized aloe vera gel obtained from the whole aloe vera leaf
CN108264579A (zh) * 2018-01-05 2018-07-10 云南师范大学 一种含大环稀土配合物的水凝胶材料、制备方法及应用
CN112048076A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 广东工业大学 一种三元超分子自组装上转换凝胶及其制备方法和应用
CN113462380A (zh) * 2021-08-03 2021-10-01 广东工业大学 一种在空气状态下实现三重态湮灭光子上转换有机凝胶及其制备方法和应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180251649A1 (en) * 2015-11-30 2018-09-06 President And Fellows Of Harvard College Hydrogel composite ink formulation and method of 4d printing a hydrogel composite structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5356811A (en) * 1992-04-21 1994-10-18 Coats Billy C Method of processing stabilized aloe vera gel obtained from the whole aloe vera leaf
CN108264579A (zh) * 2018-01-05 2018-07-10 云南师范大学 一种含大环稀土配合物的水凝胶材料、制备方法及应用
CN112048076A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 广东工业大学 一种三元超分子自组装上转换凝胶及其制备方法和应用
CN113462380A (zh) * 2021-08-03 2021-10-01 广东工业大学 一种在空气状态下实现三重态湮灭光子上转换有机凝胶及其制备方法和应用

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