一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法

本发明涉及属于聚合物制备领域的一种水凝胶的制备方法，具体涉及一种抗失水离子导电明胶水凝胶制备方法。

背景技术：

1、水凝胶是一种具有三维网络结构且内部含有大量水分子的高分子聚合物，近年来由于其优良的柔韧性、弹性和生物相容性等优点使其在不同领域都得到广泛的应用。明胶是一种由动物结缔组织(如皮肤、骨头和软骨)中提取出的天然高分子。它主要由胶原蛋白组成，是一种结构复杂的大分子多肽，其主要成分是由三个螺旋状胶原蛋白链组成的三聚体。胶凝性是明胶的重要特性之一，热的明胶水溶液冷却后，由于明胶的分子链发生构象转变，明胶会发生凝胶化，形成明胶水凝胶。

2、明胶溶液的这种随温度而发生相态转变的凝胶特性使其有广泛的应用。在许多应用中，需要明胶水凝胶具有离子导电性能，而目前常有的方法为向明胶溶液中添加氯化钾或氯化钠等无机盐来增强其离子导电性能。

3、然而，当明胶水凝胶长时间暴露于空气中时，明胶水凝胶会不可避免地会失水，导致其机械硬化的同时也阻断了离子在其中的传递，使明胶水凝胶失去其原有的机械特性与离子导电性，无法满足长期稳定使用的需求。

4、因此，制备同时具有抗失水性能以及离子导电性能的生物相容性明胶水凝胶是目前存在的一大挑战。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种简单易实现的明胶/吡咯烷酮羧酸钠导电水凝胶的制备方法，方法操作简单，制备得到的水凝胶同时具有弹性、延展性、导电性、以及抗失水性，克服了传统水凝胶导电性差、易失水等特点。

2、本发明的技术方案如下：

3、步骤一、将一定量的明胶放于容器中，加入去离子水，即将明胶浸泡于去离子水中使得明胶溶胀一段时间，再将明胶溶胀置于一定温度的水浴中磁力搅拌一段时间，得到明胶溶液；

4、步骤二、在所述明胶溶液中加入吡咯烷酮羧酸钠处理得到明胶-吡咯烷酮羧酸钠混合溶液；

5、步骤三、将所述明胶-吡咯烷酮羧酸钠混合溶液倒入模具在一定温度冷却一段时间后，得到明胶-吡咯烷酮羧酸钠水凝胶。

6、所述步骤一中，加入去离子水后的明胶的浓度为15-20wt％，明胶的浸泡时间为30-60min，水浴温度为50-55℃，搅拌时间为60-120min。

7、所述步骤二中，在所述明胶溶液中加入吡咯烷酮羧酸钠溶液，再置于一定温度的水浴中磁力搅拌一段时间，得到明胶-吡咯烷酮羧酸钠混合溶液。

8、所述步骤二中，明胶-吡咯烷酮羧酸钠混合溶液中吡咯烷酮羧酸钠的浓度为0-40wt％，水浴温度为50-55℃，搅拌时间为60-120min。

9、所述步骤三中，冷却温度为10-20℃，冷却时间为60-120min。

10、本发明所述水凝胶以明胶为骨架，以水为溶剂，吡咯烷酮羧酸钠作为提高凝胶的抗失水性能以及提供离子导电性能的物质掺入体系中，同时也提高了水凝胶的力学性能。

11、吡咯烷酮羧酸钠(即pca-na)是皮肤角质层中天然存在的物质，是一种氨基酸衍生物，是天然保湿因子，其分子结构中含有吡咯烷酮环和羧酸官能团。

12、pca-na具有非常强的吸湿性，可以吸收自身重量的几百倍的水，因此具有优良的保湿功能。该凝胶通过添加pca-na作为一种生物相容性良好的液体，能与明胶水凝胶中的水分子之间形成大量的氢键，从而减缓水凝胶中水分子的挥发，起到对明胶水凝胶的保湿作用。此外，pca-na中的羧酸官能团能和明胶分子链上的氨基形成离子交联，两者之间的静电作用可以大大增强明胶水凝胶的机械强度。除此之外，pca-na分子中的钠离子可以在水凝胶网络中自由移动，赋予了该水凝胶优良的离子导电性。

13、因此，本发明提出的制备方法，改善了明胶水凝胶易失水、机械性能差以及离子导电性不佳等缺点，可制备得到抗失水、离子导电的明胶水凝胶。

14、本发明的有益效果在于：

15、(1)pca-na的引入既可与水分子形成较强的氢键，达到保湿效果，同时还可以提高明胶水凝胶的机械强度与离子导电性。

16、(2)本发明制备方法简单、价格低廉、实用性强，易于推广。

技术特征：

1.一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法，其特征在于：方法步骤和条件如下：

2.根据权利要求1所述的一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种抗失水离子导电明胶水凝胶的制备方法。将明胶加入去离子水浸泡溶胀，再置于水浴中磁力搅拌得到明胶溶液；在明胶溶液中加入吡咯烷酮羧酸钠处理得到明胶‑吡咯烷酮羧酸钠混合溶液；将明胶‑吡咯烷酮羧酸钠混合溶液在一定温度冷却得到明胶‑吡咯烷酮羧酸钠水凝胶。本发明水凝胶以明胶为骨架、以水为溶剂，吡咯烷酮羧酸钠作为提高凝胶的抗失水性能以及提供离子导电性能的物质掺入体系中，提高了水凝胶的力学性能；方法操作简单，产物同时具有弹性、延展性、导电性、以及抗失水性，克服了传统水凝胶导电性差、易失水等特点。

技术研发人员：应义斌,蓝玲怡,平建峰
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13