一种超分子共晶凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及材料科学和生物医药领域，尤其涉及一种超分子共晶凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着绿色化学不断发展，开发环境友好型材料的合成体系也日益重要起来。例如，利用绿色溶剂对纤维素基材料加以改性，运用酶作为绿色催化剂进行材料合成，或者采用可重复使用的光催化剂合成无机材料等。在这些技术当中，天然深度共晶溶剂(des)在绿色化学领域的研究进展颇为显著。天然深度共晶溶剂(des)源于氨基酸、糖类、有机酸等天然生物分子。相较于传统有机溶剂，它具备生物可降解、低毒性等优点，被视作一种绿色溶剂。目前，des在绿色化学领域的研究主要包括：合成与制备方法呈现出多样性且不断得到优化；在化学反应方面，可应用于催化反应、电化学过程等；在分离与提纯领域也有创新之处，如液-液萃取和气体吸收等方面。因此，将深度共晶溶剂体系应用于材料合成和化学过程有着广阔的前景。

2、超分子共晶凝胶是一种以des为溶剂而制备的凝胶体系，即保留了des的主要特性(流动性除外)，又能体现出固体的优异机械性能。根据目前的研究进展超分子共晶凝胶大致可分为三种类型：(1)des仅作为溶剂的超分子共晶凝胶；(2)以des和聚合物单体胶粘的聚合物超分子共晶凝胶；(3)以des为溶剂的超分子共晶凝胶。仅以des作为溶剂的超分子共晶凝胶特点：这种类型的超分子共晶凝胶由des作为唯一的溶剂组分。

3、甜菜碱和柠檬酸以及dmaa在各自的衍生应用方面展现出诸多优势，并且在不同的独立领域发挥着重要作用：

4、甜菜碱是一种生物碱，广泛存在于动植物体内。目前，基于甜菜碱衍生的des已成功用于天然化合物的提取领域，且其在其他领域的适用性也在不断探索，这突显了甜菜碱衍生的des作为一种新型的替代溶剂的潜力。例如：pedro等人通过将负载姜黄素的甜菜碱基深共晶溶剂(des)掺入普鲁兰膜中来制备可切换的粘合膜，用于光动力治疗耐药性皮肤感染。

5、柠檬酸是一种天然有机酸，广泛存在于植物果实(如柠檬、柑橘等)中。目前，基于柠檬酸衍生的材料或配方已成功用于多个领域，包括食品保鲜(制成保鲜剂抑制微生物生长、延长保质期)、医药(制备药物辅料用于稳定和缓释)、超分子溶剂的开发(des或离子液体)等多领域成功应用且在其他领域的适用性不断被挖掘。例如：lai等人以棉秆为原料，以氯化胆碱-柠檬酸des为溶剂通过热碳化法成功制备了具有高铀(vi)吸附性能的溶剂热炭(stc)。

6、n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)是一种重要的有机化合物。它可通过化学合成得到，在化工原料领域占据重要地位。目前，基于dmaa衍生的聚合物已成功用于多个领域，包括在高分子材料领域用于合成具有特殊性能的聚合物(如增强涂料附着力和耐水性)，在生物医学领域用于组织工程(提供细胞生长微环境)和药物递送(靶向运输药物)，并不断探索其他领域应用，突显其多功能潜力。

7、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超分子共晶凝胶及其制备方法和应用。本发明所述超分子共晶凝胶具有良好的导电性，优异的力学稳定性和超强的水下黏附性能及极端条件下黏附性能，具有长期适应组织黏附和生物传感的潜力。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种超分子共晶凝胶，所述超分子共晶凝胶由n,n-二甲基丙烯酰胺和柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂聚合形成。

4、优选地，所述n,n-二甲基丙烯酰胺和柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂的质量比为(1～9):(9～1)，优选为(1～3):(9～7)，进一步优选为3:7。

5、优选地，所述柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂的结构式如下式ⅰ所示：

6、

7、其中，代表-o和-oh以氢键连接。

8、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的超分子共晶凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

9、将柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂和n,n-二甲基丙烯酰胺混合，得到超分子共晶凝胶前驱体溶液，经紫外光照射，进行聚合反应，得到所述超分子共晶凝胶。

10、优选地，所述超分子共晶凝胶前驱体溶液中还包括光引发剂。

11、优选地，所述光引发剂选自1-羟基环己基苯酮。

12、优选地，所述光引发剂的添加量占所述超分子共晶凝胶前驱体溶液的总质量的0.5～5％。

13、优选地，所述混合的温度为70～80℃。

14、优选地，所述紫外光的功率为35～45w，所述紫外光的波长为360～370nm。

15、优选地，所述紫外光照射的时间为5～60s。

16、优选地，所述柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂由以下步骤制备得到：

17、将甜菜碱、柠檬酸和水混合，得到混合液；将所述混合液进行减压浓缩，再经干燥，得到所述柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂。

18、优选地，所述甜菜碱和柠檬酸的摩尔比为1:(0.6～2.3)。

19、优选地，所述水的添加量占所述混合液的总质量的60～90％。

20、优选地，所述减压浓缩的温度为50～70℃。

21、优选地，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的温度为45～55℃，所述真空干燥的时间为36～60h。

22、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的超分子共晶凝胶在制备可密封生物组织粘合剂中的应用。

23、对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

24、(1)本发明所述超分子共晶凝胶利用柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂与n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)进行超分子共晶凝胶的合成，不仅具有良好的导电性，优异的力学稳定性和超强水下黏附性能及极端条件下黏附性能，还具有长期适应组织黏附和生物传感的潜力。

25、(2)本发明所述超分子共晶凝胶可作为密封生物组织粘合剂，并发现其黏附性能受超分子共晶凝胶与界面之间的相互作用能及超分子共晶凝胶本身的热力学性质调控。

技术特征：

1.一种超分子共晶凝胶，其特征在于，所述超分子共晶凝胶由n,n-二甲基丙烯酰胺和柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂聚合形成。

2.根据权利要求1所述的超分子共晶凝胶，其特征在于，所述n,n-二甲基丙烯酰胺和柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂的质量比为(1～9):(9～1)，优选为(1～3):(9～7)，进一步优选为3:7。

3.根据权利要求1或2所述的超分子共晶凝胶，其特征在于，所述柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂的结构式如下式ⅰ所示：

4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的超分子共晶凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的超分子共晶凝胶的制备方法，其特征在于，所述超分子共晶凝胶前驱体溶液中还包括光引发剂；

6.根据权利要求4所述的超分子共晶凝胶的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为70～80℃。

7.根据权利要求4所述的超分子共晶凝胶的制备方法，其特征在于，所述紫外光的功率为35～45w，所述紫外光的波长为360～370nm；

8.根据权利要求4所述的超分子共晶凝胶的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸-甜菜碱深度共晶溶剂由以下步骤制备得到：

9.根据权利要求8所述的超分子共晶凝胶的制备方法，其特征在于，所述甜菜碱和柠檬酸的摩尔比为1:(0.6～2.3)；

10.一种根据权利要求1～3中任一项所述的超分子共晶凝胶在制备可密封生物组织粘合剂中的应用。

技术总结
本发明提供了一种超分子共晶凝胶及其制备方法和应用，涉及材料科学和生物医药技术领域。所述超分子共晶凝胶由N,N‑二甲基丙烯酰胺和柠檬酸‑甜菜碱深度共晶溶剂聚合形成。所述超分子共晶凝胶的制备方法包括以下步骤：将柠檬酸‑甜菜碱深度共晶溶剂和N,N‑二甲基丙烯酰胺混合，得到超分子共晶凝胶前驱体溶液，经紫外光照射，进行聚合反应，得到所述超分子共晶凝胶。本发明所述超分子共晶凝胶具有良好的导电性，优异力学稳定性和超强水下黏附性能及极端条件下黏附性能，具有长期适应组织黏附和生物传感的潜力。

技术研发人员：侯鸿浩,胡义
受保护的技术使用者：南方医科大学第五附属医院
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6