[发明专利]一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶及制备方法，将双键修饰的稀土掺杂NaREF4荧光纳米颗粒加入到琼脂、单体、引发剂组成的溶液体系中，经过光引发聚合，产生物理交联和化学交联，制得高强韧自修复荧光双网络水凝胶。本发明通过加入双键修饰的稀土掺杂NaREF4荧光纳米颗粒赋予水凝胶可调、隐蔽的荧光特性，其表面修饰的双键能与水凝胶单体交联充当纳米交联剂，增加水凝胶网络的交联度，提升其力学性能。本发明制备的水凝胶不仅具有高力学强度、高韧性、耐疲劳及自愈性能，而且具有可调、隐蔽的荧光性能，在生物检测、传感、智能包装等领域有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米复合水凝胶的制备领域，更具体地，涉及一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是由亲水性聚合物构成的高分子三维网络，它能够吸附大量的水，吸收水后具有十分柔软的特性和优异的生物相容性，这些特殊的结构特性使得水凝胶在组织工程、药物输送载体、传感器和致动器、酶的固定化、人造器官、药物和基因输送，伤口敷料等领域有着广泛的应用前景。然而，传统的水凝胶通常存在凝胶强度低、韧性差和吸水速度慢等缺点，无法满足具有特殊功能要求的应用。现有技术中针对提高水凝胶的力学性能进行了深入的研究和探索，开发了几类具有优异机械性能的新型水凝胶，（双网络水凝胶、拓扑型水凝胶、复合水凝胶、疏水缔合凝胶等）。与上述水凝胶相比，纳米复合水凝胶的制备工艺简单，而且纳米水凝胶的性能得到极大的改善，进而，具备功能性的纳米颗粒还能够为水凝胶带来新的特性，使得水凝胶的应用得到进一步的扩展。

由荧光纳米粒子和水凝胶基质结合制备而得的荧光纳米复合水凝胶是一类新型的纳米复合水凝胶材料，由于其具有良好的生物相容性，响应性以及不同的荧光物质会提供不同的荧光特性等特点，大大扩展了其在探针，形状记忆，开关和生物检测等方面的应用范围。但大多数荧光纳米复合水凝胶是通过物理交联作用将荧光纳米粒子嵌入到水凝胶基质中而形成的，但是，在外界苛刻的环境下，水凝胶基质的荧光物质容易产生浸出。此外，嵌入的荧光纳米粒子并没有有效解决自身结构的不均匀性和缺少能量耗散机制，力学性能和恢复性等问题。因此，寻求一种适合的方法复合荧光纳米粒子和水凝胶基质，提高复合水凝胶材料的力学性能和荧光性能在扩展水凝胶应用方面至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶的制备方法，利用琼脂形成物理交联的第一网络，利用稀土掺杂NaREF₄荧光纳米颗粒为纳米交联剂和荧光填料与单体共聚形成第二网络，制备高强韧自修复荧光双网络水凝胶。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的高强韧自修复荧光双网络水凝胶，具有高力学强度和韧性、耐疲劳、优良自愈性及可调、隐蔽的荧光性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶的制备方法，利用琼脂形成物理交联的第一网络，利用双键修饰的稀土掺杂NaREF4荧光纳米颗粒为纳米交联剂和荧光填料与单体共聚形成第二网络，制备高强韧自修复荧光双网络水凝胶，所述制备方法包括以下步骤：

S1.以稀土金属盐为原料，通过热分解法制备稀土掺杂NaREF₄荧光纳米颗粒;

S2.以步骤S1得到的稀土掺杂NaREF₄荧光纳米颗粒为原料，以含双键的硅源为改性剂，通过反相微乳法制备双键修饰的NaREF₄荧光纳米颗粒；

S3.以步骤S2得到的双键修饰的NaREF₄荧光纳米颗粒为纳米交联剂和荧光填料，与琼脂、单体、光引发剂和去离子水均匀混合后形成聚合物前驱体，加热后注入模具，冷却，光聚合后得到高强韧自修复荧光双网络水凝胶。