[发明专利]一种海藻酸钠-羧甲基纤维素凝胶致动膜的制备方法

说明书

本发明提供一种海藻酸钠‑羧甲基纤维素凝胶致动膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一、海藻酸钠溶液的制备；步骤二：海藻酸钠‑羧甲基纤维素溶液的制备；步骤三：海藻酸钠‑羧甲基纤维素溶液的脱泡预处理；步骤四：冷冻干燥处理；步骤五：裁件及贮存：将获得的海藻酸钠‑羧甲基纤维素凝胶致动膜裁成40×40mm的样件，使用保鲜膜密封后在恒温箱内贮存。本发明制备过程简单，且成膜率较高，可以大批量制备，可以替代传统的海藻酸钠型驱动膜，在生物凝胶型人工肌肉的实践运用方面具有应用价值。

技术领域

本发明涉及一种仿生人工肌肉致动膜的制备方法，尤其涉及一种海藻酸钠-羧甲基纤维素凝胶致动膜的制备方法。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，以及智能材料的诞生，人工肌肉作为驱动系统的关键部位，是近年来仿生机器人领域研究的重点。如何使电-机械装置的驱动方式变的更加简单，能量转化效率更高，工作寿命提高是仿生类机器人从实验室走向工程实践的主要问题。其中仿生人工肌肉是集新型驱动方式，智能材料，仿生学为一体的研究领域，通过对人工肌肉施加电场，磁场，光，热场等驱动方式，使其产生类似人类肌肉的运动，变形，从而达到系统的控制要求。随着社会的不断发展和人工智能领域的蓬勃兴起，人工合成的肌肉被应用于各种领域，由多种材料复合而成的人工肌肉性能稳定，但是其生物降解性和生物相容性较差。而天然高分子聚合物具有良好的生物降解性和生物相容性，是一种环境友好型材料，在仿生人工肌肉方面具有很大的潜力和利用价值。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种有柔韧性的致动结构，简单易操作，可以提高人工肌肉的耐用度和工作寿命的海藻酸钠-羧甲基纤维素凝胶致动膜的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一：海藻酸钠溶液的制备

启动磁力搅拌器加热功能，将温度设定为50℃，用量筒量取100ml蒸馏水倒于200ml的烧杯中，并将此烧杯置于水温为50℃的500ml大烧杯中，大烧杯中装入100ml纯净水，为烧杯提供水浴环境。使用分析天平称取2g海藻酸钠待用，打开磁力搅拌器的搅拌功能，搅拌速度不易过快或过慢，当水面产生微小的漩涡时将海藻酸钠粉末缓缓倒入烧杯中。设置搅拌时间1小时。

步骤二：海藻酸钠-羧甲基纤维素溶液的制备

称取0.2g羧甲基纤维素待用，将步骤一所制得的盛有海藻酸钠溶液的烧杯置于磁力搅拌器上，为烧杯提供水浴环境，待温度达到55℃后打开磁力搅拌器，调整好转速后缓慢将羧甲基纤维素倒入烧杯中即可，搅拌2小时直至完全溶解。用注射器抽取3ml甘油加入上述溶液中，继续搅拌30分钟。

步骤三：海藻酸钠-羧甲基纤维素溶液的脱泡预处理

将步骤二所的溶液冷却后移至超声清洗机中，脱泡预处理。由于海藻酸钠纤维素凝胶溶液比较粘稠，搅拌过后的溶液中含有一定量的气泡，这些气泡不会随着搅拌的停止而自动上浮破裂，而是会均匀的分散在溶液中。随着超声震荡的持续，溶液中均匀分散的气泡会逐渐上浮并消失。

步骤四：冷冻干燥处理

使用移液管将经过脱泡预处理的溶液均匀的倒入六个玻璃模具，玻璃模具的容积为70×70×5mm。将模具置于冷冻干燥机中，冷冻温度设定为-50℃，预冻6小时，然后继续真空冷冻18小时，真空度为0MPa。真空冷冻处理可以去除在预脱泡处理步骤中残余的少量气泡，使得到的致动膜内部更均匀，表面更平整。

步骤五：裁件及贮存：将获得的海藻酸钠-羧甲基纤维素凝胶致动膜裁成40×40mm的样件，使用保鲜膜密封后在恒温箱内贮存。

本发明还包含这样一些特征：

步骤一加入海藻酸钠时，尽量缓慢，为了避免海藻酸钠团聚现象出现，倒入海藻酸钠时应尽量远离水面漩涡中心，且倒入时应尽量缓慢。