[发明专利]基于聚乙二醇二丙烯酸酯交联的高强度导电水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域中水凝胶方向，更具体地说，涉及一种以2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)所制备的高强度导电水凝胶及其制备方法。

背景技术

导电水凝胶是将导电聚合物和水凝胶两者结合形成的一种功能型材料，其不仅具有水凝胶的软湿特性，而且具有导电功能。因此，导电水凝胶在超级电容器、锂电池和生物传感器等领域具有广泛的应用。但是，导电水凝胶往往呈现弱而脆的特性，因此力学性能较差。除此之外，导电水凝胶涉及水凝胶与导电聚合物相互结合的问题，所以其制备过程往往较为复杂。因此，上述问题极大地限制了导电水凝胶在生物医学和电化学等领域中的应用。目前，高强度导电水凝胶主要有复合导电水凝胶和双网络导电水凝胶两种类型。复合导电水凝胶是指将导电纳米材料例如导电纳米纤维，碳纳米管和石墨烯等添加到水凝胶的网络结构中来增强导电水凝胶的力学性能。双网络导电水凝胶是指将水凝胶浸泡在含有导电单体的溶液中，达到溶胀平衡后，引发导电单体进行氧化聚合，从而和凝胶基体构成双网络导电水凝胶。虽然复合导电水凝胶和双网络导电水凝胶都能在一定程度上增强导电水凝胶的力学性能，但是这两种导电水凝胶的制备方式均较为繁琐(Qu B,Li J,Xiao H,et al.Facile preparation and characterization of sodium alginate/graphite conductive composite hydrogel[J].Polymer Composites,2015.)。此外，对于双网络导电水凝胶而言，由于大部分导电聚合物是难溶于溶剂中，所以造成加工处理困难，同时也会引起导电组分在凝胶基体中分布不均一的问题(Kishi R,Kubota K,Miura T,et al.Mechanically tough double-network hydrogels with high electronic conductivity[J].Journal of Materials Chemistry C,2014,2(4):736-743.)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种以2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)为原料所制备的水凝胶，该水凝胶具有高强度、较好的导电性和良好的生物相容性的性能。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

基于聚乙二醇二丙烯酸酯交联的高强度导电水凝胶及其制备方法，将单体2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯在油相条件下溶解，并与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)均匀混合，加入引发剂，在绝氧条件下由引发剂引发单体和交联剂的碳碳双键进行自由基聚合，使聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)掺杂在凝胶网络结构中。

其中，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(1—5)：1，优选2：1。

油相选择二甲基亚砜。

单体和交联剂的质量之和与油相质量的比例为(1—1.5)：5，优选1：5。

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的加入量是油相体积的1％—10％，优选5—8％。

所述引发剂的用量为两种单体质量之和的1％—3％。在实际使用中，可根据引发效果选择双组份引发剂，双组份引发剂为过氧化二苯甲酰和N，N-二甲基苯胺，并且每一组分引发剂的质量都均为单体总质量的1％—3％。如果选择热引发剂，则需要首先利用惰性气体(如氮气、氩气或者氦气)排除反应体系中的氧，以避免其的阻聚作用，然后根据引发剂的活性和用量，将反应体系加热到所用引发剂的引发温度之上并保持相当长的时间，如1小时以上或者更长(如1—48小时，优选20—40小时)，以促使引发剂能够长时间产生足够多的自由基，引发反应体系持续发生自由基聚合反应。

而且，引发聚合的温度为室温20—25℃，聚合反应时间为24—30小时。

在制备方案中，在反应结束后，取出制备的导电水凝浸泡在去离子水中，去除未参加反应的单体、引发剂、交联剂和溶剂，并使得凝胶达到溶胀平衡(如浸泡7天，每隔12h更换一次水，达到溶胀平衡)。