[发明专利]一种抗冻保水水凝胶仿生智能电子皮肤的制备方法

说明书

本发明涉及一种抗冻保水水凝胶仿生智能电子皮肤的制备方法，它包括以下步骤：（a）将羧甲基纤维钠溶解在乙二醇与水的混合溶液中。（b）将聚乙二醇溶解在混合溶液中。（c）最后在上述溶液中加入氯化锂得到水凝胶预聚物溶液。（d）将预聚物放入冰箱中冷冻，以构筑仿生智能电子皮肤。具有抗冻，保水，传感灵敏，检测范围宽等性能，且制备过程简单，仅需一步反应，制备条件宽松，具有大批量生产，商业化应用前景。

技术领域

本发明涉及智能材料的技术领域，涉及一种抗冻保水水凝胶仿生智能电子皮肤的制备方法。

技术背景

能够将机械信号转换为人体产生的可记录电信号的柔性可穿戴传感器正吸引着大量的关注，因为它们具有独特的特性，包括重量轻、高柔性和可伸缩性，能够满足生物电子学、电子皮肤，健康监测和其他现代电子设备。可拉伸导电材料对于耐磨传感器的设计和制备至关重要。作为一种与生物组织相似的典型软材料，导电水凝胶因其在可穿戴传感器应用中的巨大潜力而成为一种极具吸引力的材料平台。具有交联亲水网络的导电水凝胶的柔软性和灵活性允许无缝和保形界面的机械匹配，水凝胶网络中渗透的高含量水有助于提供潮湿和离子丰富的环境。由于这些特殊的优点，导电水凝胶被认为是下一代柔性和可穿戴传感器的理想候选材料。

尽管近年来在基于导电水凝胶的柔性可穿戴传感器的制造方面取得了显著进展，传统的导电水凝胶由于不可避免的低温冻结和室温下的水分蒸发，仍然存在力学性能差和内在不稳定性，严重限制了其实际应用。在此，我们开发了一种在乙二醇和水组成的二元溶剂体系中制备的具有低温耐受性和持久水分的坚固导电聚乙烯醇/羧甲基纤维素双网络有机凝胶。

羧甲基纤维素钠由于其自身具有丰富的官能团，大的比表面积，无毒性和良好的生物相容性使其成为制备水凝胶的良好的选择。羧甲基纤维素钠分子链上蕴含的丰富羧基和羟基可以与水分子间形成氢键，有效的吸附大量水分，提高水凝胶的含水率。同时羧甲基纤维素钠是一种可生物降解，自然界中储存丰富，价格便宜，易于获得的可再生生物高分子，具有良好的商业价值。但是单一的羧甲基纤维素钠水凝胶的机械强度较差，并不能满足制备智能电子皮肤的要求。

聚乙烯醇链上含有丰富的羟基可以与乙二醇以氢键的方式结合，形成一种多孔的柔韧水凝胶。乙二醇在水凝胶中起到支撑水凝胶骨架和降低凝固点和保水的“一石三鸟”的作用。聚乙烯醇与羧甲基纤维素钠混合形成的双网络水凝胶，可以有效进一步提高水凝胶的保水能力和改善机械性能。

此外传统的水凝胶制备成智能电子皮肤不可避免的会遇到失水的考验。因此为了保持良好的稳定性和寿命，必须添加保水材料。氯化锂是一种无毒无害的化合物，并且具有良好的吸附水的能力，因此成为抗失水水凝胶的首选添加物。氯化锂也为水凝胶提供了稳定的导电介质，且这种离子导电水凝胶透光性良好，可以有效融入周围环境。本发明体系有望成功应用在智能可穿戴电子皮肤领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出了一种新型抗冻保水水凝胶的制备方法，及其在智能电子皮肤上的应用。制备的水凝胶智能电子皮肤具有宽检测范围，快响应速度，高灵敏度的特点，可以应用于各种人类生理信号的检测。制备过程简单，安全可靠，材料环保可降解，与生物相容性良好，适于贴合在不同的人体皮肤表面进行健康监测。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种抗冻保水水凝胶仿生智能电子皮肤的制备方法，该方法利用羧甲基纤维素钠，聚乙烯醇和乙二醇分子上具有的丰富羟基和羧基物理交联形成高性能的水凝胶，与氯化锂复合，采用冷冻交联法，制备宽检测范围，快响应速度，高灵敏度，高透明度的离子导电水凝胶，其具体步骤如下：

（1）将乙二醇与水充分混合，制备乙二醇与水的混合溶液，乙二醇与水的质量比为0.2:1 ~ 5:1；

（2）将羧甲基纤维素钠溶解于乙二醇与水的混合溶液中，羧甲基纤维素钠在乙二醇与水的混合溶液中的浓度为：0.1% ~ 2%。在水浴加热条件下助溶，加热温度为40 ~ 90℃之间。加热时间为20 ~ 120 min；