CN114874388B - 具有粘附性的防冻导电水凝胶及其制备与应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有粘附性的防冻导电水凝胶及其制备与应用方法，所述防冻导电水凝胶包括以下原料组分：丙烯酰胺水溶液，三羟甲基氨基甲烷，金属氯化物，丙烯酰胺交联剂及引发剂，其具有良好的机械性能，对不同基底具有普适的粘附性能，同时还具有良好的防冻性能及生物相容性。

Description

具有粘附性的防冻导电水凝胶及其制备与应用方法
技术领域
本发明涉及水凝胶材料的技术领域，具体涉及导电水凝胶材料的技术领域。
背景技术
当受到内部或外部刺激时，导电水凝胶中的应变或压力变化可以通过电信号反映出来，使其能够准确收集各种信息，在软机器人、可穿戴设备、健康监测传感器、电子皮肤等柔性电子设备和生物材料中显示出巨大的应用潜力。
当用作健康监测传感器时，导电水凝胶应具有足够的组织粘附性、良好的生物相容性、强健的弹性和抗疲劳性，以便于操作并保持稳定性和耐久性。在合成类水凝胶或者天然类水凝胶几乎都没有组织粘附性或者普适粘附性性能的情况下，为了赋予水凝胶具有一定的粘性，现有技术大多会对水凝胶的原料进行粘附基团的修饰，如加入邻苯二酚基团，邻苯三酚基团，羧基基团等。但这样的方法会使水凝胶的制备过程复杂，耗时长，而且成本高，不利于大规模化生产。
另一方面，由于水凝胶中含有大量的水，其在干燥环境中的使用寿命会随体系中水的挥发而逐渐降低，因此为了赋予导电粘附水凝胶的长效性和耐久性，现有技术还通过将有机溶剂(如：乙二醇、甘油等)或者无机盐(如：氯化钠、氯化钙、氯化锌、氯化铁等)以及防冻蛋白等引入水凝胶体系，制备出一类具有粘附性且防冻的导电水凝胶。但其中常用的有机溶剂如乙二醇、甘油等具有一定的生理毒性，而防冻蛋白的应用成本较高，二者均不适用于粘附防冻导电柔性传感器或电子皮肤的使用和大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低成本的、具有良好的粘附性能、防冻性能以及导电性能的水凝胶及其制备与应用方法，该水凝胶还具有良好的机械性能。
本发明首先提供了如下的技术方案：
具有粘附性的防冻导电水凝胶，其包括以下原料组分：丙烯酰胺水溶液，三羟甲基氨基甲烷，金属氯化物，丙烯酰胺交联剂及引发剂。
根据本发明的一些优选实施方式，所述金属氯化物选自氯化钠、氯化钙、氯化锌、氯化铁中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
根据本发明的一些优选实施方式，所述引发剂选自过硫酸铵(APS)。
根据本发明的一些优选实施方式，所述丙烯酰胺水溶液的浓度为1～50wt％。
根据本发明的一些优选实施方式，所述三羟甲基氨基甲烷的质量为丙烯酰胺固体质量的10％～200％。
根据本发明的一些优选实施方式，所述金属氯化物的质量为丙烯酰胺固体质量的10％～200％。
本发明进一步提供了具有粘附性的防冻导电水凝胶的一种制备方法，其包括：
(1)获得丙烯酰胺水溶液；
(2)将三羟甲基氨基甲烷加入所述丙烯酰胺水溶液中，于常温下混合，得到第一混合溶液；
(3)将金属氯化物加入所述第一混合溶液中，于常温下混合，得到第二混合溶液；
(4)向所述第二混合溶液中加入丙烯酰胺交联剂和引发剂，并于60～70℃下反应10～20min，得到所述具有粘附性的防冻导电水凝胶。
本发明进一步提供了上述防冻导电水凝胶的一些应用方法，为将其应用于导电传感器和/或电子皮肤上。
本发明的制备方法通过一步加热聚合以及共价键和氢键的相互作用，将丙烯酰胺溶液与小分子结合，再向其混合溶液中加入金属氯化物，其混合后的溶液加入交联剂和引发剂加热聚合，自然冷却至室温后，形成具有良好的机械性能、透明性、对不同基底的普适性粘结性、同时还能防冻的导电水凝胶。
本发明的制备方法可将水凝胶的前期溶液与提供粘附性能和抗冻性能的小分子直接共混，利用简便的“一锅法”直接制备出具有优异粘附性能，拉伸性能以及抗冻性能和导电性能的水凝胶，可以直接进行应用，无需外界任何刺激。
本发明提供的防冻导电水凝胶制备简单，反应时间短，其组分中，聚丙酰胺水凝胶本身机械性能和生物相容性较好；Tris不仅能提供粘附性基团，同时还是强氢键的供体，可使制备的聚丙烯酰胺水凝胶柔韧性增强，并可实现干燥环境下对不同的基底具有的良好粘附性能和循环使用性能；加入的金属氯化物不仅为整个水凝胶体系提供了防冻的性能，还赋予了水凝胶良好的导电性能，使得所制备的导电水凝胶在极端的低温环境下依旧具有良好的有效性，使该防冻导电水凝胶特别适合作为一种新颖的生物材料或者电子材料用于电子皮肤和生物传感器中。
本发明的防冻导电水凝胶在干燥环境下对皮肤、塑料、聚四氟乙烯、钢铁、木材等基底均具有良好稳定的粘结性能。
本发明的防冻导电水凝胶作为生物材料或者电子材料，可对环境的改变进行有效的监控，具有广泛应用于电子皮肤和生物传感器的潜力。
附图说明
图1为实施例1和实施例2所得水凝胶的SEM微观形貌测试结果。
图2为实施例1，实施例2和实施例3所得水凝胶的傅里叶红外测试谱图。
图3为实施例1和实施例2所得水凝胶的溶胀性能测试结果。
图4为实施例1和实施例2所得水凝胶的水接触角测试结果。
图5为实施例1，实施例2和实施例3所得水凝胶初始状态的粘附力测试结果。
图6为实施例3所得水凝胶对不同基底的粘结效果展示图。
图7为实施例3所得水凝胶对不同基底的粘结强度测试结果。
图8为实施例1，实施例2和实施例3所得水凝胶在-20℃下24h后的粘附力测试结果。
图9为实施例1，实施例2和实施例3所得水凝胶初始状态的拉伸性能测试结果。
图10为实施例3所得PTC水凝胶初始状态和在-20℃下24h后的拉伸性能测试结果。
图11为实施例3所得PTC水凝胶不同手指弯曲角度的导电应变性能测试结果。
图12为实施例3所得PTC水凝胶手指弯曲循环导电应变性能测试结果。
图13为实施例1，实施例2和实施例3所得水凝胶细胞毒性的测试结果。
图14为实施例5所得水凝胶抑菌圈实验的测试结果。
图15为实施例3～6所得水凝胶的力学性能测试曲线对比图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
实施例1
通过以下步骤制备水凝胶：
(1)将3g的丙烯酰胺加入50mL烧杯中，加入7g的去离子水，搅拌溶解形成均匀透明的溶液；
(2)将交联剂(MBA)和引发剂(APS)加入到步骤(1)中的均匀透明的混合溶液，搅拌溶解得到最终的前期溶胶混合液；
(3)将步骤(2)的前期溶胶混合液倒入模具后，放入65℃环境下使前期溶胶混合液聚合15min；
(4)将步骤(3)得到的聚合后水凝胶自然冷却到室温后，用去离子水冲洗，将未反应完的原料去除，最终得到透明的丙烯酰胺水凝胶P。
实施例2
通过以下步骤制备水凝胶：
(1)将3g的丙烯酰胺加入50mL烧杯中，加入7g的去离子水，搅拌溶解形成均匀透明的溶液；
(2)磁力搅拌下，将4g Tris加入步骤(1)所得的丙烯酰胺溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(3)将交联剂(MBA)和引发剂(APS)加入到步骤(3)中的均匀透明的混合溶液，搅拌溶解得到最终的前期溶胶混合液；
(4)将步骤(3)的前期溶胶混合液倒入模具后，放入65℃环境下使前期溶胶混合液聚合15min；
(4)将步骤(5)得到的聚合后水凝胶自然冷却到室温后，用去离子水冲洗，将未反应完的原料去除，最终得到具有粘附性的透明水凝胶PT。
实施例3
通过以下步骤制备水凝胶：
(1)将3g的丙烯酰胺加入50mL烧杯中，加入7g的去离子水，搅拌溶解形成均匀透明的溶液；
(2)磁力搅拌下，将4g Tris加入步骤(1)所得的丙烯酰胺溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(3)将2.4g氯化钙(CaCl2)加入步骤(2)所得的混合溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(4)将交联剂(MBA)和引发剂(APS)加入到步骤(3)中的均匀透明的混合溶液，搅拌溶解得到最终的前期溶胶混合液；
(5)将步骤(4)的前期溶胶混合液倒入模具后，放入65℃环境下使前期溶胶混合液聚合15min；
(6)将步骤(5)得到的聚合后水凝胶自然冷却到室温后，用去离子水冲洗，将未反应完的原料去除，最终得到具有粘附性的防冻导电水凝胶PTC。
实施例4
通过以下步骤制备水凝胶：
(1)将3g的丙烯酰胺加入50mL烧杯中，加入7g的去离子水，搅拌溶解形成均匀透明的溶液；
(2)磁力搅拌下，将4g Tris加入步骤(1)所得的丙烯酰胺溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(3)将1.2g氯化钠(NaCl)加入步骤(2)所得的混合溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(4)将交联剂(MBA)和引发剂(APS)加入到步骤(3)中的均匀透明的混合溶液，搅拌溶解得到最终的前期溶胶混合液；
(5)将步骤(4)的前期溶胶混合液倒入模具后，放入65℃环境下使前期溶胶混合液聚合15min；
(6)将步骤(5)得到的聚合后水凝胶自然冷却到室温后，用去离子水冲洗，将未反应完的原料去除，最终得到具有粘附性的防冻导电水凝胶PTN。
实施例5
通过以下步骤制备水凝胶：
(1)将3g的丙烯酰胺加入50mL烧杯中，加入7g的去离子水，搅拌溶解形成均匀透明的溶液；
(2)磁力搅拌下，将4g Tris加入步骤(1)所得的丙烯酰胺溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(3)将2.4g氯化锌(ZnCl2)加入步骤(2)所得的混合溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(4)将2.4g氯化钙(CaCl2)加入步骤(3)的混合溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(5)将交联剂(MBA)和引发剂(APS)加入到步骤(4)中的均匀透明的混合溶液，搅拌溶解得到最终的前期溶胶混合液；
(6)将步骤(5)的前期溶胶混合液倒入模具后，放入65℃环境下使前期溶胶混合液聚合15min；
(7)将步骤(6)得到的聚合后水凝胶自然冷却到室温后，用去离子水冲洗，将未反应完的原料去除，最终得到具有粘附性的防冻导电水凝胶PTZC。
实施例6
通过以下步骤制备水凝胶：
(1)将3g的丙烯酰胺加入50mL烧杯中，加入7g的去离子水，搅拌溶解形成均匀透明的溶液；
(2)磁力搅拌下，将4g Tris加入步骤(1)所得的丙烯酰胺溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(3)将0.6g氯化铁(FeCl3)加入步骤(2)所得的混合溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(4)将2.4g氯化钙(CaCl2)加入步骤(3)的混合溶液中，搅拌溶解形成均匀透明的混合溶液；
(5)将交联剂(MBA)和引发剂(APS)加入到步骤(4)中的均匀透明的混合溶液，搅拌溶解得到最终的前期溶胶混合液；
(6)将步骤(5)的前期溶胶混合液倒入模具后，放入65℃环境下使前期溶胶混合液聚合15min；
(7)将步骤(6)得到的聚合后水凝胶自然冷却到室温后，用去离子水冲洗，将未反应完的原料去除，最终得到具有粘附性的防冻导电水凝胶PTFC。
对实施例1和实施例2所制备的P和PT水凝胶做SEM微观形貌测试结果如附图1所示。可以看出，在相同的放大倍数下，P和PT水凝胶都呈现典型的三维网络结构，但PT水凝胶的孔径明显大于P水凝胶的孔径。以上结果表明，小分子Tris加入后，形成了强氢键作用使得PT水凝胶内部的化学交联网络密度降低，孔径变大。
进一步对实施例1，实施例2和实施例3所制备的P，PT和PTC水凝胶做红外表征分析测试，利用全反射法对冻干后P，PT和PTC水凝胶做红外表征分析测试。结果如附图2所示。可以看出，相比于P水凝胶的红外谱图，PT和PTC水凝胶的红外谱图在1646cm-1处羰基吸收峰出现了蓝移，表明Tris的加入使得PT和PTC水凝胶中存在氢键。
进一步对实施例1和实施例2所制备的P和PT水凝胶做溶胀实验测试，分别称量一定质量的新鲜P和PT水凝胶放入水中，在不同时间点取出水凝胶，除去表面水后再次称重，计算吸水后的水凝胶质量比。结果如附图3所示。可以看出，PT水凝胶的溶胀率明显比P水凝胶的溶胀率高。以上结果表明，小分子Tris加入后，形成了强氢键作用使得PT水凝胶内部的化学交联网络密度降低，孔径变大，在进行溶胀测试时，孔径越大吸收了更多的水，溶胀率也随之增大，此结果以SEM结果相一致。
进一步对实施例1和实施例2所制备的P和PT水凝胶做水接触角测试实验。结果如附图4所示。可以看出，P水凝胶的水接触角为48.89±0.73°而PT的水接触角为22.24±1.11°，PT的水接触明显比P水凝胶的低。以上结果表明，小分子Tris加入后，在水凝胶表面暴露出更多的亲水性羟基官能团，使得所制备的PT水凝胶水接触角更小，而暴露出来的羟基使得所制备的PT水凝胶具有良好的粘附性能。
进一步利用质构仪分别对实施例1，实施例2和实施例3所制备的P，PT和PTC水凝胶进行粘附力测试。将直径为5cm，厚5mm的水凝胶利用质构仪进行粘附力测试，测试速率为1mm min-1。测试结果如附图5所示，PT水凝胶和PTC水凝胶的粘附力明显大于P水凝胶。以上结果表明，小分子Tris加入后，在水凝胶表面暴露出更多的羟基，使得所制备的PT和PTC水凝胶具有良好的粘附性能。
进一步验证所得PTC水凝胶对不同基底的粘附性能。将直径为8mm厚度为5mm的水凝胶直接粘在聚四氟乙烯(PTFE)、木材、玻璃、钢铁、橡胶和猪皮组织等不同基底上，拍照判定其定性的粘附性能，结果如附图6所示，可以看出：所制备的PTC水凝胶对不同基底都有较好的粘附性。
进一步定量验证所得PTC水凝胶对不同基底的粘附性能。根据改进的ASTM F2255-05方法，将聚乙烯塑料(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、木材、玻璃和钢铁等基底切割为6cm×2cm×2mm大小，然后将直径为12mm，厚1.5mm的PTC水凝胶薄片贴合在两块基底上，用100g的砝码静置压5min后测试搭接剪切强度，结果如附图7所示。可以看出：所制备的PTC水凝胶对不同基底都有较好的粘结性。
进一步利用质构仪分别对实施例1，实施例2和实施例3所制备的P，PT和PTC水凝胶进行-20℃下冷冻24h后的粘附力测试。将直径为5cm，厚5mm的水凝胶分别在-20℃下冷冻24h后，利用质构仪进行粘附力测试，测试速率为1mm min-1。测试结果如附图8所示，PTC水凝胶的粘附力明显大于P和PT水凝胶的粘附力。以上结果表明，CaCl2的加入后，赋予了PTC水凝胶良好的抗冻性能，在-20℃下冷冻24h后，PTC水凝胶的粘附性能没有显著的变化。
进一步利用万能力学测试仪器对实施例1，实施例2和实施例3所制备的P，PT和PTC哑铃形水凝胶进行拉伸性能测试，拉伸速率设置为100mm min-1。结果如附图9所示，PT和PTC水凝胶的断裂应变均大于P水凝胶的断裂应变，而PT水凝胶的断裂应变大于PTC水凝胶的断裂应变。以上结果表明，Tris小分子加入后，提供了强氢键作用，赋予了PT和PTC水凝胶良好的拉伸性能，而CaCl2的加入后，也增加了PTC水凝胶一定的机械性能。
进一步利用万能力学测试仪器对实施例3所制备的PTC哑铃形水凝胶进行初始状态和放入-20℃下冷冻24h后的拉伸性能测试，拉伸速率设置为100mmmin-1。结果如附图10所示，初始状态的PTC水凝胶的拉伸性能与-20℃下冷冻24h后的PTC水凝胶的拉伸性能没有明显的差异。以上结果表明，CaCl2的加入后，赋予了PTC水凝胶良好的抗冻性能并且依旧保持良好的拉伸性能。
进一步利用导电铜线和电子源表(Keithley245)对所制备的PTC水凝胶进行导电应变传感器的性能测试，利用模具制备出长3cm，宽3cm，厚2mm的矩形水凝胶。设置电压为1V，电流为0.1A，将水凝胶贴在手指上，测试手指在不同弯曲角度下水凝胶的电阻变化，结果如附图11所示。此结果说明，制备的水凝胶具有良好的导电性和灵敏性。
进一步利用导电铜线和电子源表(Keithley245)对PTC水凝胶进行手指弯曲循环测试，结果如附图12所示，经过多次循环测试后，PTC水凝胶的电阻变化率没有显著差异。此结果也进一步说明制备的PTC水凝胶具有良好的导电稳定性和耐疲劳性，具有应用于应变传感器电子设备的潜力。
进一步对所制备的PTC水凝胶进行细胞安全性测试，在24孔板中分别放入直径为5mm厚1mm的水凝胶，利用10％的三抗(青霉素-链霉素-庆大霉素)浸泡加紫外照射24h灭菌处理。然后用PBS置换出三抗。之后在24孔板里每孔接种密度为104的L929细胞，在37℃，含5％CO2的孵育箱中孵育24h后，利用CCK-8方法检测细胞的存活率，评价材料的细胞相容性。其结果如附图13所示，可以看出：所制备的水凝胶对L929细胞表现出良好的细胞安全性。
进一步选用大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)对实施例5所制备的水凝胶进行抗菌性能测试。取100μL的浓度为108CFU的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬浮液分别均匀的涂布在固体琼脂板上，然后将直径为8mm厚度为1.5mm的水凝胶贴在涂有细菌悬浮液的固体琼脂板上，放入37℃孵育24h后取出拍照。其结果如附图14所示，实施例5所制备的水凝胶由于Zn2+的存在，对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)具有一定大小的抑菌圈。此结果表明：加入Tris、CaCl2和ZnCl2后，所制备的水凝胶不仅具有良好的抗冻性能还赋予了水凝胶良好的抗菌性能。
进一步利用万能力学测试仪器对实施例3～6所制备的水凝胶进行力学压缩性能测试。制备直径为10mm,高度为12mm的圆柱形水凝胶，压缩速率设置为10mm min-1。结果如附图15所示，可以看出，实施例3～6所制备的水凝胶均具有良好的力学性能，但实施例6的力学性能有所降低，这是因为所加的氯化物含量低，同时水凝胶体系中形成了金属配位键，影响丙烯酰胺的化学交联，使得力学性能有所下降。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，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的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.具有粘附性的防冻导电水凝胶的制备方法，其特征在于，其包括：
（1）获得丙烯酰胺水溶液；
（2）将三羟甲基氨基甲烷加入所述丙烯酰胺水溶液中，于常温下混合，得到第一混合溶液；
（3）将金属氯化物加入所述第一混合溶液中，于常温下混合，得到第二混合溶液；
（4）向所述第二混合溶液中加入交联剂和引发剂，并于60~70℃下反应10~20min，得到所述具有粘附性的防冻导电水凝胶；
其中，所述金属氯化物选自氯化钠、氯化钙、氯化锌、氯化铁中的一种或多种，所述交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂选自过硫酸铵，且所述丙烯酰胺水溶液的浓度为1 ~ 50wt%，所述三羟甲基氨基甲烷的质量为所述丙烯酰胺水溶液的溶质丙烯酰胺的质量的10% ~ 200%，所述金属氯化物的质量为所述溶质丙烯酰胺的质量的10% ~ 200%。
2.根据权利要求1所述的制备方法制备得到的具有粘附性的防冻导电水凝胶。
3.权利要求2所述的具有粘附性的防冻导电水凝胶在导电传感器和/或电子皮肤上的应用。
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WO1995029256A1 (en) * 1994-04-22 1995-11-02 American Cyanamid Company Chondroitinases i and ii, methods of preparation, and use thereof
US5800685A (en) * 1996-10-28 1998-09-01 Cardiotronics Systems, Inc. Electrically conductive adhesive hydrogels
US20060257560A1 (en) * 2004-12-30 2006-11-16 Affymetrix, Inc. Polymer surfaces for insitu synthesis of polymer arrays
WO2016081539A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-26 University Of Utah Research Foundation Polyphosphate hydrogels and methods of making and using thereof
CN110128596A (zh) * 2019-07-12 2019-08-16 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 一种高透明可拉伸自愈合离子导电纳米复合水凝胶及其制备方法
CN114149599B (zh) * 2021-12-22 2023-08-01 华南师范大学 一种具有粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用

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