模块驱动球形结构时处于原始状态的状态示意图；
[0032]图3b为本实施例的驱动模块驱动球形结构时处于收缩状态的状态示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0034]本实施例的温度响应性水凝胶，包括交联的第一网络单体和第二网络单体，第一网络单体形成的网络结构为柔性网络，且具有温度响应特性，第二网络单体形成的网络结构为刚性网络。本实施例的水凝胶中水的质量百分比为80%。
[0035]本实施例中第一网络单体为N-异丙基丙烯酰胺，第二网络单体为海藻酸钠。
[0036]本实施例的温度响应性水凝胶通过如下方法制备得到:
[0037](I)将N-异丙基丙烯酰胺、海藻酸钠、N-异丙基丙烯酰胺的交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和光引发剂过硫酸铵一起溶解的到混合溶液，其中，N-异丙基丙烯酰胺与海藻酸钠的质量比为13:1，N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺为N-异丙基丙烯酰胺的质量的0.8%，光引发剂过硫酸铵的质量为N-异丙基丙烯酰胺的质量的0.8%。
[0038](2)向步骤(I)中制备得到的混合溶液中加入海藻酸钠的交联剂CaCO3摇匀后，加入葡萄糖酸内酯以及N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺进行摇匀溶解后迅速离心去气泡。
[0039]CaCO3的质量为海藻酸钠的质量的10%，葡萄糖酸内酯的质量与CaCOj^质量相等;
[0040]交联促进剂N，N, N’，N’ -甲基乙二胺的质量为N-异丙基丙烯酰胺的质量的0.1%。
[0041]本实施例中步骤⑵溶解得到的溶液中水的质量百分比为80%。
[0042](3)将离心后的溶液注入模具进行铸模，然后置于低温箱中，并予强光照进行交联反应。本实施例中进行交联反应的条件如下:
[0043]反应温度为5°C，光照强度为大于500流明(本实施例中采用50W的白光LED灯作为光源，且进行交联反应时光源到反应物的距离为Im)，反应时长为lh。
[0044]如图1为基于上述方法制备的具有优良性能的温度响应性智能水凝胶(即温度响应性水凝胶)的肌肉驱动模块的结构示意图，包括基于温度响应性智能水凝胶夹层I (即基于温度响应性水凝胶的驱动层)，附着于温度响应性智能水凝胶夹层上的可延展的电热层2，以及上下两层将温度响应性智能水凝胶包裹于其中的柔性保护层3。
[0045]可延展电热层中的电路主要为电阻丝，使用时对电阻丝通电使电热曾产生热量来加热温度响应性智能水凝胶夹层，使其温度升高失水收缩。
[0046]电路需要能够随着水凝胶夹层的变形而变形，因此需要通过特定的排布方式来使得电路具有一定的可延展性。如图2所示，本实施例中电阻丝为s形排布。
[0047]柔性保护层需要具有薄、软、韧性好的特点，这样才能起到保护驱动层水凝胶，但又不限制水凝胶驱动的效果，本实施例中性保护层采用VHB9473(3M公司)制备。
[0048]本实施例的肌肉驱动模块可通过如下方法制备得到:
[0049]首先以一层VHB9473膜为制备智能水凝胶驱动层的驱动模块的底层，制备出一层温度响应性智能水凝胶，将排布好的可延展电路层置于制备好的凝胶层上，再将另一层VHB9473膜覆盖其上，将上下两层VHB9473边缘多出的部分紧密地粘合在一起，合成出驱动辅助模块的原型结构。
[0050]为保证柔性保护层能够完全包裹住驱动层，制备时，选择两片尺寸略大于驱动层的VHB9473膜，分别置于驱动层的上、下两侧，然后将周边多出的部分紧密的粘合在一起，即将中间的水凝胶驱动层完全的包裹起来，可以有效的防止水凝胶材料中的水分流失。
[0051]温度响应性智能水凝胶夹层是整个模块的主体，其工作原理如下:当水凝胶温度升高达到特定温度点以上时，水凝胶发生失水，产生收缩的力；温度回复，经过相反的过程，水凝胶吸水产生膨胀的力。
[0052]本实施例中的驱动辅助模块为多层薄片结构，可将其包裹于需驱动的各种可形变的三维结构外部，通过加电的方式，电热层加热驱动模块中的温度响应性智能水凝胶，使其收缩，可达到驱动整个三维结构收缩的效果，图3a和图3b为本实施例的驱动模块的驱动球形结构收缩的使用状态示意图。作为优选实施方式，本实施例的球形结构可用动物膀胱，驱动模块可达到辅助膀胱收缩肌将尿液挤出的效果。
[0053]本实施例的该驱动模块还设有控制电路，该控制电路通过控制电热层的通断电装置控制电热层的加热方式(温度、温度变化速度等)，从而产生不同的加热效果以刺激温度响应性水凝胶(即驱动层)产生不同的收缩效果，达到调控驱动模块的驱动效果的目的。
[0054]以上所述的【具体实施方式】对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种温度响应性水凝胶，包括交联的第一网络单体和第二网络单体，其特征在于，所述第一网络单体形成的网络结构为柔性网络，且具有温度响应特性，所述第二网络单体形成的网络结构为刚性网络。2.如权利要求1所述的温度响应性水凝胶，其特征在于，所述第一网络单体为N-异丙基丙烯酰胺。3.如权利要求2所述的温度响应性水凝胶，其特征在于，所述第二网络单体为海藻酸钠。4.如权利要求1?3中任意一项所述的温度响应性水凝胶，其特征在于，水凝胶中水的质量百分比为80%?90%。5.一种用于制备权利要求1?4中任意一项所述的温度响应性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将第一网络单体、第二网络单体、光引发剂以及第一网络单体的交联剂溶解在水中得到混合溶液； (2)使混合溶液与第二网络单体的交联剂和交联促进剂均匀混合后进行离心； (3)对离心后的溶液铸模，并置于设定条件下进行交联反应得到水凝胶。6.如权利要求5所述的温度响应性水凝胶的制备方法，其特征在于，进行交联反应的反应条件如下: 温度为O?10°C，光照强度大于500流明，交联反应时间为lh。7.如权利要求6所述的温度响应性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中第一网络单体为N-异丙基丙烯酰胺，第二网络单体为海藻酸钠，其第一网络单体和第二网络单体的质量比为6?15:1。
【专利摘要】本发明公开了一种温度响应性水凝胶及其制备方法，该温度响应性水凝胶包括交联的第一网络单体和第二网络单体，所述第一网络单体形成的网络结构为柔性网络，且具有温度响应特性，所述第二网络单体形成的网络结构为刚性网络。本发明的温度响应性水凝胶具有较好的温度响应特性，能够通过改变外界环境获得较大的体积形变，且具有较好的力学性能，可承受较大的外力而不破坏具体外力体现在能承受4～5倍变形，模量约30KPa。
【IPC分类】C08F220/54, C08F251/00, C08F2/48
【公开号】CN104961862
【申请号】CN201510290420
【发明人】李铁风, 杨栩旭, 李驰, 谢雨涵, 梁艺鸣
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月29日