[发明专利]一种抗菌导电黏附水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种抗菌导电黏附水凝胶的制备方法。其特点是将壳聚糖季铵盐形成一定浓度的水溶液，在加入适量单宁酸经搅拌后形成单宁酸/壳聚糖季铵盐前体溶液，然后再加入丙烯酸类单体，搅拌均匀后加入交联剂和引发剂，通过一锅法制备成型。本发明得到的水凝胶具有良好的生物相容性、抗菌性、黏附性、抗氧化性，同时具备良好的导电性和应变敏感性，可用于创伤修复、电子皮肤、人机交互、健康监测、可穿戴电子设备等生物医用领域。

技术领域

本发明涉及一种抗菌导电黏附水凝胶的制备方法，属于材料领域。

背景技术

导电水凝胶作为各种生物医学应用的媒介，已经广泛应用于柔性传感器、可触摸屏、可穿戴设备、电刺激疗法等。传统的可穿戴医用生物电极通常是由电极片、背村、粘合剂、电解质水凝胶等组成。尽管生物医用电极已经商业化，但是由于电解质凝胶缺乏粘合性，因此通常需要借助粘合剂的辅助。此外，商业化电极的背衬严重影响了电极下组织的可视程度。更为致命的是，生物医用电极缺少良好的抗菌性和抗氧化性，导致其成为一次性产品，不能反复使用。因此，亟需设计一款集黏附性、抗菌性、抗氧化性、透明的导电水凝胶来替代目前使用的电极。

导电水凝胶的制备策略通常有以下几种：一是通过一步法直接将导电填料(如碳基材料、离子、导电纳米颗粒、导电聚合物单体等)与水凝胶基质单体或天然聚合物混合后交联聚合成胶；二是通过两步法制备。首先按普通水凝胶制备方法形成第一非导电水凝胶网络，并作为第二导电聚合物网络的原位聚合的支撑框架或导电填料的渗透框架，从而复合为导电水凝胶；三是通过掺杂分子交联导电聚合物形成导电水凝胶。

大多数可穿戴设备需要通过胶带或缝线等方式将其附着到人体或服装上，这通常会导致可穿戴设备具有较大尺寸，降低人们的体验感。因此强烈建议用生物相容性的粘合剂平台来紧密贴附人体来解决这个问题。近年来，受贻贝黏附蛋白启发的黏附水凝胶的研究层出不穷，为制备具有高韧性和黏附性的水凝胶提供了一种方法。其中，以聚多巴胺(PDA)为原料对水凝胶进行掺杂最为常见，在这些水凝胶中，PDA的邻苯二酚基团能够与不同材料表面形成共价键和非共价键，因此能对不同表面产生有效黏附。然而，想要获得最佳的粘合强度必须精确控制儿茶酚基团的氧化程度和pH值，在实际操作存在很大困难。此外，氧化剂(如NaIO₄、H₂O₂、FeCl₃)的使用通常会导致儿茶酚基团的快速氧化，造成黏附强度的降低。为了克服这些限制，富含邻苯二酚和邻苯三酚的植物来源的单宁酸(TA)已作为多巴胺的有效替代品，来制备粘合水凝胶。

由于导电聚合物单体及导电填料或多或少存在一定的细胞毒性及对人体皮肤的刺激性，不宜直接与人体皮肤进行接触。除导电填料和金属离子外，将带有阴离子基团的多糖(如海藻酸钠)作为电子在凝胶介质中传输的导体也有研究。然而，将多糖的阳离子衍生物作为电子传输导体的研究却鲜有报道。

作为与人体组织密切接触的材料，导电水凝胶在具备良好生物相容性的同时，还应具备良好的抗菌性来应对有细菌引起的感染问题和生物电极的使用寿命问题。据报道，在人体组织修复过程中，45％的医院感染与生物材料的使用有关。因此越来越需要研发具有抗菌性能的粘合剂。人们已经开发出了基于抗生素的抗菌粘合剂，但抗生素的过度使用已经引起了细菌耐药性。因此，使用现有的抗菌聚合物被认为是目前的最佳选择之一。壳聚糖季铵盐是天然阳离子多糖壳聚糖的季铵化衍生物，具有抗菌性能优良、毒性低等优点，将其作为抗菌聚合物已经被人们深入研究并得到了广泛认可。

综合以上考虑，我们设计了一种抗菌导电黏附水凝胶，通过在壳聚糖季铵盐溶液中加入单宁酸以形成前体溶液；随后在前体溶液中加入丙烯酸类单体，搅拌均匀后加入交联剂和引发剂，反应得到双网络体系的抗菌导电黏附水凝胶。该导电黏附水凝胶制备方法简单，制备条件温和，制得的水凝胶具有良好的孔隙结构、黏附性能、力学性能、导电性、生物相容性、抗菌性、抗氧化性、透明性及可重复使用性，可自发黏附在人体皮肤上且剥离后无残留。

发明内容

1.一种抗菌导电黏附水凝胶的制备方法，其特征是：