[发明专利]一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用。所述琼脂糖水凝胶的制备原料包括：琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂，所述溶剂包括甘油。本发明解决了碳纳米管在水中分散不均匀、琼脂糖基水凝胶导电性不良、形变性能较差等问题，且所用材料均具有良好的生物兼容性，因此可用于构建柔性传感器。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料技术领域，具体涉及一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用，尤其涉及一种具有导电性、粘附性和可拉伸性的琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶材料是一类由兼具亲疏水性的高分子或聚合物通过摩擦力、疏水作用力、共价键、氢键、静电作用和范德华力等物理或化学相互作用力形成的具有三维网状结构的材料，其质地柔软，能保持一定的形状，同时还能保持大量的水分，由于这种独特的性质，水凝胶在研究和应用领域备受青睐。近年来，越来越多的天然或合成水凝胶被开发出来并引起广泛关注，目前已商品化的水凝胶产品多达几十种，例如以聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)为主要材料制备的隐形眼镜；由明胶(Gelatin)和壳聚糖(Chitosan)为主要材料制备的伤口敷料；由海藻酸盐多糖为主要材料制备的细胞培养支架等。

多糖类水凝胶是由天然或合成多糖为基质形成的水凝胶，这类水凝胶的研究和应用日益增多，这得益于多糖具有来源丰富、价格低廉、制备方法简单等特点。其中，琼脂糖是应用最为广泛的一种，它具有非常好的生物兼容性，并且制备成凝胶的方式十分简单，凝胶性质也很稳定。常见的许多使用合成高分子制备的水凝胶具有一定的生物毒性，较难直接应用于人体或细胞，而使用琼脂糖水凝胶制备的生物传感器或细胞支架没有生物毒性和致敏性，是制备生物兼容性材料的不二之选，但是琼脂糖本身不具备导电性和组织粘附性，且力学强度也较弱，这限制了琼脂糖水凝胶的实际应用，通过引入各种功能性材料是解决琼脂糖水凝胶缺乏这些功能的较好方法。

CN111701074A公开了一种聚多巴胺杂交琼脂糖水凝胶及制备方法及应用，制备方法包括：通过将盐酸多巴胺溶于NaOH水溶液中，在空气条件下进行氧化反应来制备聚多巴胺溶液，然后，将琼脂糖添加到混合物中，使用微波加热溶解添加的琼脂糖，所得热稠均匀溶液在自然冷却下于10分钟内转化为凝胶，然而该琼脂糖水凝胶的力学强度有待提高，且不具有导电性。

CN107602763A公开了一种具有抗冻/抗热性能的导电自粘附水凝胶的制备方法，其采用甘油/水的混合溶剂代替传统水凝胶中单一溶剂体系，通过聚多巴胺修饰与甘油/水分之间的协同效应提高了导电纳米材料在水凝胶中的分散，增强水凝胶力学性能、导电性。同时，甘油与聚多巴胺协同赋予水凝胶良好的自粘附性。然而该丙烯酰胺单体聚合得到的水凝胶具有一定的生物毒性和致敏性，难直接应用于人体或细胞。

因此，开发一种具有导电性、粘附性和可拉伸性的水凝胶是本领域的研究重点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种琼脂糖水凝胶及其制备方法和应用。所述琼脂糖水凝胶兼具导电性、粘附性和可拉伸性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种琼脂糖水凝胶，所述琼脂糖水凝胶的制备原料包括：琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂，所述溶剂包括甘油。

在本发明中，通过引入经聚多巴胺修饰后的碳纳米管(PDA-CNTs)增强水凝胶的导电性能，引入甘油增强水凝胶的粘附性能和可拉伸性能，并且聚多巴胺修饰碳纳米管后使得碳纳米管能更好地分散在整个水凝胶体系中，作为交联和支撑位点进一步增强了水凝胶的可拉伸性能。

优选地，所述琼脂糖、聚多巴胺修饰后的碳纳米管和溶剂的质量比为(5-50):(1-5):(250-1000)；

其中，“5-50”例如可以是5、10、15、20、25、30、35、40、45、50等；

其中，“1-5”例如可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等；