專利名稱：一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)電水凝膠的制備領(lǐng)域，特別涉及一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
自愈合是體系修復(fù)自身?yè)p傷的一種性能。在自然界中，自愈合現(xiàn)象可以表現(xiàn)于小到DNA分子鏈的修復(fù)，大至有機(jī)生命體傷口的治愈。人類早已嘗試研制具有自愈合能力的材料用于多項(xiàng)科技領(lǐng)域，甚至將人造仿生自愈合材料用于替代有機(jī)生命體。目前主要的人造自愈合材料包括聚合物、陶瓷、水泥、金屬等。其中，聚合物水凝膠是被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的材料，近期研究者已報(bào)道了多種自愈合聚合物水凝膠材料體系。然而目前報(bào)道的自愈合水凝膠大多不具有電化學(xué)活性，因此其無(wú)法起到連接神經(jīng)系統(tǒng)的作用；此外，大部分自愈合水凝膠需要在長(zhǎng)時(shí)間或高溫條件下發(fā)生自愈合現(xiàn)象，并且材料本身并不具有生物 相容性，這些都是其作為人造組織或器官材料所面臨的巨大挑戰(zhàn)。最近，石墨烯材料被證明具有良好的生物相容性，并且已有報(bào)道研究了其在生物體內(nèi)的應(yīng)用。此外，石墨烯具有優(yōu)異的電化學(xué)性能及光熱轉(zhuǎn)換性能，有望應(yīng)用于自愈合水凝膠體系以突破其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用瓶頸。Shi等人在ACS Nano 4(2010)4324-4330上報(bào)道了使用溶劑熱的方法制備出機(jī)械強(qiáng)度高、電導(dǎo)率高的石墨烯水凝膠。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人李耀剛等在Carbon 50 (2012) 1959-1965上報(bào)道了使用溶劑熱的方法制備出石墨烯-聚異丙基丙烯酰胺水凝膠并提出將石墨烯-聚合物水凝膠應(yīng)用于人體組織工程材料。由此可見(jiàn)生物相容的石墨烯-聚合物自愈合水凝膠在生命體的修復(fù)和替代中具有應(yīng)用前
旦
ο目前未見(jiàn)制備生物相容的石墨烯-聚合物自愈合水凝膠的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，得到的水凝膠在體溫范圍內(nèi)及近紅外光照射下表現(xiàn)出良好的自愈合性能。本發(fā)明的一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括將N，N-二甲基丙烯酰胺單體、引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和加速劑N，N，N'，N'-四甲基乙二胺的配制成單體溶液，然后將石墨烯水凝膠浸泡于上述單體溶液中進(jìn)行溶液置換，靜置，最后在室溫下引發(fā)聚合反應(yīng)，即得石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠。所述的石墨烯水凝膠由I 2mg/ml的氧化石墨水溶液于100 200°C下水熱反應(yīng)8 12h制得。所述的石墨烯水凝膠與單體溶液的質(zhì)量比為O. 04 O. 12 I。所述的溶液置換的溫度為2 5°C，時(shí)間為12 24h。所述的單體溶液中N，N_ 二甲基丙烯酰胺與水的質(zhì)量比為O. 08 O. 12 1，過(guò)硫酸鉀與水的質(zhì)量比為O. 0008 O. 0012 I,N,N,Ni ,Ni -四甲基乙二胺與水的質(zhì)量比為O. 002 O. 003 I。所述的聚合反應(yīng)的時(shí)間為48 72h。有益效果(I)本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短，適合于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)本發(fā)明的石墨烯-聚合物水凝膠以石墨烯作為三維網(wǎng)絡(luò)骨架，石墨烯還原程度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，電導(dǎo)率高，機(jī)械強(qiáng)度高，光熱轉(zhuǎn)換效果好；(3)本發(fā)明的石墨烯-聚合物水凝膠在體溫范圍內(nèi)及近紅外光照射下表現(xiàn)出良好的自愈合性能。


圖I為實(shí)施例I制備的水凝膠的傅里葉紅外圖譜；圖2為實(shí)施例I制備的水凝膠的掃描電子顯微鏡照片；圖3為實(shí)施例I制備的水凝膠的溫度響應(yīng)自愈合演示照片；圖4為實(shí)施例I制備的水凝膠的近紅外光響應(yīng)自愈合演示照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例I將3. 2gN, N- 二甲基丙烯酰胺單體、O. 032g引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和O. 08g加速劑N，N，N'，N'-四甲基乙二胺溶入30g水中，配制成單體溶液；將lmg/ml的氧化石墨水溶液于200°C下水熱反應(yīng)8 12h制得石墨烯水凝膠；在2°C下將水熱法制備的3. 6g石墨烯水凝膠浸泡于單體溶液中24h進(jìn)行溶液置換；將含有單體溶液的石墨烯水凝膠靜置，在室溫下引發(fā)聚合反應(yīng)48h后得到石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠。圖I為產(chǎn)物的傅里葉紅外圖譜，圖譜表明石墨烯水凝膠中的N，N_ 二甲基丙烯酰胺單體成功聚合形成聚二甲基丙烯酰胺。圖2為產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡照片，可以看出石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠以石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)作為骨架結(jié)構(gòu)，聚合物填充在石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)中。產(chǎn)物的電導(dǎo)率為
O.67 X 10_4S/cm，抗壓強(qiáng)度為2. 62MPa，在生物神經(jīng)學(xué)重要頻率IkHz下的阻抗低至I. 3k Ω并且具有良好的神經(jīng)細(xì)胞相容性。圖3為產(chǎn)物的溫度響應(yīng)自愈合演示照片，切割開(kāi)的石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠置于38°C下，經(jīng)過(guò)12h發(fā)生自愈合現(xiàn)象。圖4為產(chǎn)物的近紅外光響應(yīng)自愈合演示照片，切割開(kāi)的石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠薄片置于近紅外光照射下(波長(zhǎng)1064nm,功率500mW，光斑直徑45mm)，經(jīng)過(guò)2h循環(huán)照射水凝膠薄片接觸面，水凝膠發(fā)生自愈合現(xiàn)象。實(shí)施例2
將5gN，N- 二甲基丙烯酰胺單體、O. 05g引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和O. 125g加速劑N，N，N'，N'-四甲基乙二胺溶入50g水中，配制成單體溶液；將2mg/ml的氧化石墨水溶液于100°C下水熱反應(yīng)8h制得石墨烯水凝膠；在4°C下將水熱法制備的4g石墨烯水凝膠浸泡于單體溶液中18h進(jìn)行溶液置換；將含有單體溶液的石墨烯水凝膠靜置，在室溫下引發(fā)聚合反應(yīng)60h后得到石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠。石墨烯水凝膠中的N，N- 二甲基丙烯酰胺單體成功聚合形成聚二甲基丙烯酰胺。石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠以石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)作為骨架結(jié)構(gòu)，聚合物填充在石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)中。產(chǎn)物的電導(dǎo)率、抗壓強(qiáng)度高，在生物神經(jīng)學(xué)重要頻率IkHz下的阻抗低且具有良好的神經(jīng)細(xì)胞相容性。產(chǎn)物表現(xiàn)出良好的溫度及近紅外光響應(yīng)自愈合現(xiàn)象。實(shí)施例3將7. 2gN, N- 二甲基丙烯酰胺單體、O. 072g引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和O. 18g加速劑N，N，N'，N'-四甲基乙二胺溶入90g水中，配制成單體溶液；將I. 5mg/ml的氧化石墨水溶液 于150°C下水熱反應(yīng)IOh制得石墨烯水凝膠；在5°C下將水熱法制備的3. 6g石墨烯水凝膠浸泡于單體溶液中12h進(jìn)行溶液置換；將含有單體溶液的石墨烯水凝膠靜置，在室溫下引發(fā)聚合反應(yīng)72h后得到石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠。石墨烯水凝膠中的N，N- 二甲基丙烯酰胺單體成功聚合形成聚二甲基丙烯酰胺。石墨烯-聚二甲基丙烯酰胺水凝膠以石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)作為骨架結(jié)構(gòu)，聚合物填充在石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)中。產(chǎn)物的電導(dǎo)率、抗壓強(qiáng)度高，在生物神經(jīng)學(xué)重要頻率IkHz下的阻抗低且具有良好的神經(jīng)細(xì)胞相容性。產(chǎn)物表現(xiàn)出良好的溫度及近紅外光響應(yīng)自愈合現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括 將N，N-二甲基丙烯酰胺單體、引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和加速劑N，N，N'，N'-四甲基乙二胺的配制成單體溶液，然后將石墨烯水凝膠浸泡于上述單體溶液中進(jìn)行溶液置換，靜置，最后在室溫下引發(fā)聚合反應(yīng)，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于所述的石墨烯水凝膠由I 2mg/mL的氧化石墨水溶液于100 200°C下水熱反應(yīng)8 12h制得。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于所述的石墨烯水凝膠與單體溶液的質(zhì)量比為O. 04 O. 12 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于所述的溶液置換的溫度為2 5°C，時(shí)間為12 24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于所述的單體溶液中N，N- 二甲基丙烯酰胺與水的質(zhì)量比為O. 08 O. 12 1，過(guò)硫酸鉀與水的質(zhì)量比為O. 0008 O. 0012 I,N,N,Ni ,Ni -四甲基乙二胺與水的質(zhì)量比為 O. 002 O. 003 I。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于所述的聚合反應(yīng)的時(shí)間為48 72h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物相容的光熱響應(yīng)自愈合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括將N，N-二甲基丙烯酰胺單體、引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和加速劑N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的配制成單體溶液，然后將石墨烯水凝膠浸泡于上述單體溶液中進(jìn)行溶液置換，靜置，最后在室溫下引發(fā)聚合反應(yīng)，即得。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短，適合于工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明的水凝膠以石墨烯作為三維網(wǎng)絡(luò)骨架，石墨烯還原程度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，電導(dǎo)率高，機(jī)械強(qiáng)度高，光熱轉(zhuǎn)換效果好，且在體溫范圍內(nèi)及近紅外光照射下表現(xiàn)出良好的自愈合性能。
文檔編號(hào)C08F120/54GK102643375SQ20121012499
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者侯成義, 張青紅, 李耀剛, 王宏志 申請(qǐng)人:東華大學(xué)