[发明专利]一种纤维素/二维层状材料复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水凝胶制备领域，具体涉及一种纤维素/二维层状材料复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

二维过渡金属碳化物或碳氮化物(即MXenes)，是今年来发现的一种新型二维材料，它具有高比表面积、高电导率等特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势，在储能、电磁屏蔽、水处理、气体/生物传感以及光电化学催化等领域拥有巨大潜力。为强调其与石墨烯(graphene)类似的二维结构，这一类化合物统一命名为MXenes。

在生物医学领域中，MXenes表现出优异的近红外光(例如808nm)下的光热转换效率，在光热治疗中显示出极大的优势；然而，MXenes在生物体液中的分散性不足，易发生沉降，其光热效果存在明显的地域性差异。而且目前以MXenes为基础的材料的结构过于单一，且MXenes在其中的稳定性较差，容易游离出来，无法满足肿瘤治疗过程所需的靶向性和持久性。因此，有必要拓展MXenes在生物医学领域中的存在形式。

纤维素是地球上最丰富的可再生资源，具有完全生物相容性、完全生物降解性等优点，但受其高结晶性和分子内/分子间氢键的制约，纤维素难溶难熔，导致难以加工成型，这极大限制了纤维素在生物医用材料中的发展。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种纤维素/二维层状材料复合水凝胶，二维层状材料在该复合水凝胶中的稳定性较高，所述复合水凝胶在生物体液中的分散性较好，表现出高光热转换效率，具有完全生物相容性、生物安全性等优异特性，并具有较好的力学强度，有望应用在生物医学领域中。

第一方面，本发明提供了一种纤维素/二维层状材料复合水凝胶，所述复合水凝胶包括纤维素三维网络结构、以及负载在所述纤维素三维网络结构中的二维层状材料，所述二维层状材料为二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)。

其中，所述二维层状材料(MXenes)的化学式为M_n+1X_nT_x，其中，M为过渡金属元素，X为碳元素和/或氮元素，n为1-3的整数，T_x表示表面基团，T可选自O^2-、OH^-、F^-和NH₄⁺中的至少一种。

进一步地，所述二维层状材料为Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、(Ti_0.5，Nb_0.5)₂CT_x、(V_0.5，Cr_0.5)₃C₂T_x、Ta₄C₃T_x、V₂CT_x、Nb₂CT_x、Nb₄C₃T_x、(Nb_0.8，Ti_0.2)₄C₃T_x、(Nb_0.8，Zr_0.2)₄C₃T_x、Ti₃CNT_x、Mo₂TiC₂T_x、Mo₂Ti₂C₃T_x和Cr₂TiC₂T_x中的一种或多种。

本发明中，所述二维层状材料可以为剥离或未经剥离的MXenes材料。优选地，所述二维层状材料为经液相剥离后的二维层状材料，其厚度为纳米级。

优选地，所述二维层状材料的厚度为6-10nm。此时，可把所述二维层状材料称为“二维材料纳米片”。纳米级厚度的二维层状材料可以更牢固地负载进所述纤维素三维网络结构中。

其中，所述二维层状材料的层数为1-20层。进一步优选为2-10层

优选地，所述二维层状材料的横向尺寸为60-200nm。所述横向尺寸是指二维层状材料的长度或宽度。