多功能海藻酸钠-P(SBMA-co-AAm)离子导电水凝胶及其制备方法与流程

本发明属于多功能水凝胶制备领域，具体涉及一种可用于生物传感器的多功能海藻酸钠-p(sbma-co-aam)离子导电水凝胶及其制备方法。

背景技术：

导电水凝胶，由于其在人体动作监测、个人健康诊断等领域具有巨大的应用潜力，从而吸引了研究者的大量关注。但是现有导电水凝胶大多使用导电聚合物作为导电组分，机械性能存在重大缺陷。并且很多现有导电水凝胶都需要使用胶带进行辅助固定，使得生物传感器器件的制备过程变得复杂化，且易引起过敏反应。因此，制备一种具有高机械性能和生物相容性的可粘附导电水凝胶，对于生物传感器具有非常重要的意义。

[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，作为一种两性离子单体，常常被用于制备抗蛋白粘附材料。近年来，凭借其粘附能力，逐渐在粘附性水凝胶领域开辟了一条新的应用道路，可用于直接与人体粘附的生物传感器的制备。但是，其聚合物的机械性能较弱，难以满足生物传感器对于拉伸性能方面的要求。

本发明中，通过使用丙烯酰胺单体与[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵进行原位自由基共聚，同时引入海藻酸钠作为半互穿聚合物网络网络的另一组份，在提升两性离子导电水凝胶机械性能的同时，赋予其优异的粘附性、透明性、力敏性、形状记忆型、生物相容性和抗蛋白粘附性。该方法拓宽了两性离子的应用范围，提高了其作为生物传感器基体材料的实用性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可用于生物传感器的多功能海藻酸钠-p(sbma-co-aam)离子导电水凝胶及其制备方法。

本发明采用以下技术方案实现：

该凝胶材料使用一锅原位自由基共聚法制得。首先配制一定浓度的海藻酸钠溶液，再依次加入一定量的丙烯酰胺(aam)、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(sbma)、n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mbaa)和引发剂，搅拌均匀，离心脱泡后浇筑成膜，最后在60℃烘箱内反应一定时间，即得多功能海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶材料。

上述技术方案中，进一步的，所述的海藻酸钠溶液的浓度为0.5wt％-10wt％。更进一步的，所述的aam、sbma、mbaa的加入量分别为：5wt％-20wt％、0.5wt％-5wt％、0.005wt％-0.1wt％。

进一步的，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种。更进一步的，其加入量为0.05wt％-0.5wt％。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1)该海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶使用一锅原位自由基共聚法制备：将丙烯酰胺、两性离子[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵作为原料进行共聚，同时与海藻酸钠形成半互穿聚合物网络；

2)该海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶材料具有多功能性，其中[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵组分赋予凝胶可粘附性、导电性、抗蛋白粘附性；与丙烯酰胺组分共聚赋予凝胶柔性和高倍拉伸性；海藻酸钠，作为半互穿聚合物网络的一部分，提高了凝胶的机械性能，并为凝胶提供了生物相容性和形状记忆性；

3)该海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶具有循环粘附性能，并且在0-250％拉伸形变和0-30％压缩形变的范围内存在线性力敏性，有望应用于生物传感器等领域。

附图说明

图1为海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶在乳胶表面的循环粘附强度；

图2为海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶在0-300％拉伸形变范围内的力敏性折线图；

图3为海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶在0-80％压缩形变范围内的力敏性折线图；

图4为海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶抗细菌粘附数据图。

具体实施方式

下面结合具体实例进一步说明本发明。

实例1：

1)首先配在水中加入5wt％的aam，0.5wt％的sbma，0.005wt％的mbaa，充分搅拌混合均匀；

2)再向步骤(1)溶液中加入0.05wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需p(sbma-co-aam)水凝胶；

3)该p(sbma-co-aam)水凝胶的拉伸强度为28.9kpa，断裂伸长率为1596％，在乳胶表面的粘附强度为8.01kpa，电导率为0.26s/m。

实例2：

1)首先配制0.5wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入5wt％的aam，0.5wt％的sbma，0.005wt％的mbaa，充分搅拌混合均匀；

2)再向步骤(1)溶液中加入0.05wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶；

3)该p(sbma-co-aam)水凝胶的拉伸强度为43.7kpa，断裂伸长率为1386％，在乳胶表面的粘附强度为6.88kpa，电导率为0.21s/m；相比于实例1，海藻酸钠的加入后对断裂伸长率、粘附强度和电导率稍有影响，但是可大幅提高凝胶的拉伸强度；

4)形状记忆性能：在0.1m的ca²⁺溶液中浸泡30s固定成“v”形状(角度为118°)，冲洗掉表面残留的ca²⁺溶液后转移到0.1mco3^2-溶液中，角度回复到24°，形状回复速率为0.85°/s。

实例3：

1)首先配制4wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入5wt％的aam，0.5wt％的sbma，0.005wt％的mbaa，充分搅拌混合均匀；

2)再向步骤(1)溶液中加入0.05wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶；

3)该p(sbma-co-aam)水凝胶的拉伸强度为127.1kpa，断裂伸长率为958％，在乳胶表面的粘附强度为5.54kpa，电导率为0.058s/m；相比于实例2，随着海藻酸钠添加量的增加，可进一步提高凝胶的拉伸强度，断裂伸长率、粘附强度和电导率进一步减小；

4)形状记忆性能：在0.1m的ca²⁺溶液中浸泡30s固定成“v”形状(角度为141°)，冲洗掉表面残留的ca²⁺溶液后转移到0.1mco3^2-溶液中，角度回复到30°，形状回复速率为1.85°/s。

实例4：

1)首先配制4wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入10wt％的aam，0.5wt％的sbma，0.005wt％的mbaa，充分搅拌混合均匀；

2)再向步骤(1)溶液中加入0.15wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶；

3)该p(sbma-co-aam)水凝胶的拉伸强度为111.6kpa，断裂伸长率为1138％，在乳胶表面的粘附强度为5.27kpa，电导率为0.046s/m；相比于实例3，aam和交联剂用量的增加，凝胶断裂伸长率提高，拉伸强度、粘附强度和电导率稍有减小；

4)形状记忆性能：在0.1m的ca²⁺溶液中浸泡30s固定成“v”形状(角度为140°)，冲洗掉表面残留的ca²⁺溶液后转移到0.1mco3^2-溶液中，角度回复到28°，形状回复速率为1.54°/s。

实例5：

1)首先配制4wt％的海藻酸钠溶液，再依次加入10wt％的aam，5wt％的sbma，0.005wt％的mbaa，充分搅拌混合均匀；

2)再向步骤(1)溶液中加入0.25wt％的过硫酸铵，搅拌均匀后离心脱泡，浇筑于模具中，转移至60℃环境下反应4h，即得所需海藻酸钠-p(sbma-co-aam)水凝胶；

3)该p(sbma-co-aam)水凝胶的拉伸强度为88.3kpa，断裂伸长率为828％，在乳胶表面的粘附强度为8.82kpa，电导率为0.18s/m；相比于实例4，sbma用量的增加，凝胶的拉伸性能有所减小，但粘附性能和电导率有所提高；

4)形状记忆性能：在0.1m的ca²⁺溶液中浸泡30s固定成“v”形状(角度为131°)，冲洗掉表面残留的ca²⁺溶液后转移到0.1mco3^2-溶液中，角度回复到33°，形状回复速率为1.16°/s。