[发明专利]一种导电抗菌水凝胶及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及高分子水凝胶技术领域，为解决传统水凝胶机械性能较差、功能单一的问题，提供了一种导电抗菌水凝胶及其制备方法、应用，所述导电抗菌水凝胶由牛血清蛋白改性氧化石墨烯、两性离子单体、第二单体、交联剂和引发剂混合均匀后，发生聚合反应制得。本发明的导电抗菌水凝胶可拉伸、高弹性，具有优异的抗细菌黏附性能，形变时具有灵敏、稳定的相对电阻变化率，最大拉伸强度为30kPa，最大导电率为0.51S/m，可以承受连续一百次加载‑卸载循环不发生破裂，压缩强度几乎没有下降，具有良好的抗疲劳性和形状恢复性；制备方法，步骤简单，操作方便，高效且环保，对环境友好。

技术领域

本发明涉及高分子水凝胶技术领域，尤其涉及一种导电抗菌水凝胶及其制备方法、应用。

背景技术

水凝胶是一种具有3D网络结构包含大量水的软质材料，由于其出色的生物相容性和高亲水性，已在伤口敷料、软骨替代和组织工程支架等领域得到了广泛探索和应用。然而，要制备具有优异韧性和可行工艺的生物传感器仍然是一项挑战。

传统水凝胶机械性能较差，在实际使用中容易被拉伸、弯曲或压缩等外力损坏，导致结构与性能被破坏，缩短其使用寿命。近年来，由两个相互穿插的高分子网络组成的双网络(DN)水凝胶因为具有高强高韧的性质引起了广泛关注。而另一种相对直接的途径是将纳米填料如碳纳米管、基于石墨烯的纳米片层掺杂到水凝胶中，这些纳米填料还能赋予水凝胶优异的电导率。例如，Wen Zhong等人通过物理交联的方式将氧化石墨烯(GO)引入化学交联的聚丙烯酸(PAA)网络中，开发出一种具有优异机械性能和自修复效率的水凝胶，可用作生物传感器。

由于大多数水凝胶介质都是水性介质，制备稳定且具有可加工性的氧化石墨烯分散体在生物医学领域至关重要。由于范德华力的存在，氧化石墨烯在水性介质中通常无法分散稳定。为了获得稳定的氧化石墨烯分散体，需要加入一些额外的试剂如有机溶剂、离子液体、表面活性剂。Dai等人研究了GO在水和有机溶剂混合物中的分散性，发现GO在水与有机溶剂(如乙醇、丙酮、二甲基亚砜)混合物中的分散稳定性优于在纯水中。然而，这些有机溶液的毒性限制了材料在实际中的应用。

从医用植入材料到船体，在许多应用中，防止材料表面的生物分子和微生物黏附已经成为一个巨大的挑战。例如，细菌感染是生物材料面临的重大问题之一，传统水凝胶缺乏抗菌性能，因此需要额外的抗菌剂，这会导致全身毒性、不良免疫反应和耐药菌的出现。在海洋水下设施领域，生物污垢可能会增加船体质量，从而降低航行速度，增加能源消耗，甚至导致外来物种的入侵。商业化的伤口敷料则由于缺乏对成纤维细胞和蛋白质的抗黏附性，容易粘附到新生组织上，在伤口护理过程中不能达到安全无痛的效果。两性离子聚电解质水凝胶是指聚合物网络中同时带有阴离子和阳离子的水凝胶，其中两性离子分子链可以通过静电诱导作用结合水分子，有效的抵抗蛋白质、细菌、细胞等的黏附。Yu Nie等人开发了一种基于铜离子和聚(羧基甜菜碱-多巴胺-甲基丙烯酰胺)共聚物(PCBDA)的两性离子抗菌水凝胶涂层，应用于隐形眼镜表面可以降低蛋白质的黏附和生物膜的形成。

发明内容

本发明为了克服传统水凝胶机械性能较差、功能单一的问题，提供了一种可拉伸、高弹性，具有优异的抗细菌黏附性能，形变时具有灵敏、稳定的相对电阻变化率的导电抗菌水凝胶。

本发明还提供了一种导电抗菌水凝胶的制备方法，步骤简单，操作方便，高效且环保，对环境友好。

本发明还提供了一种导电抗菌水凝胶在生物传感器中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种导电抗菌水凝胶，其特征在于，所述导电抗菌水凝胶由牛血清蛋白改性氧化石墨烯(BSA@GO)、两性离子单体、第二单体、交联剂和引发剂混合均匀后，发生聚合反应制得。