一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法

本发明涉及水凝胶材料的制备领域，具体为一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法。

背景技术：

1、近年来，在快速发展的生物医学工程领域，水凝胶作为一种以水为分散介质的具有三维网状结构的聚合物材料，逐渐成为人体健康检测技术的理想候选材料。随着人们对健康生活质量的追求不断提高，实时、无创、精准的健康监测需求日益迫切。水凝胶在人体健康检测方面的应用，以其优异的生物相容性、柔韧性和抗疲劳性，为传统医疗检测手段带来了巨大变革。

2、水凝胶能够在模拟生物组织环境的同时，实现对生理参数的精确监测。从柔性传感器到可穿戴设备，从药物输送系统到电子皮肤，水凝胶的应用正逐步渗透到人体健康检测的各个领域。通过对水凝胶材料持续开发利用，我们不仅能够提高疾病诊断的准确性，还能为患者提供更为舒适、便捷的监测条件。

3、但是，现有的水凝胶弹性模量基本是单一且固定的，常常因为结构弱点在承受较大物理负荷时容易发生破裂，并且许多水凝胶在极端的温度条件下(尤其是冷环境)会变得脆硬，失去弹性，或在高温下软化、变形，在长期存储或重复使用过程中，水凝胶会因环境因素以及生理条件变化而导致出现性能下降的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，本发明水凝胶通过引入改性碳纳米管和蚕丝蛋白，显著提升其机械强度和生物相容性，且长期稳定性良好。同时，通过浸泡1,2-丙二醇，确保在极端温度下保持弹性不脆化，抵抗软化变形，可按需调节模量，能够适应复杂的环境与生理条件。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶，包括：

3、聚乙烯醇：4％～8％；

4、丙烯酸：5％～10％；

5、蚕丝蛋白：8％～15％；

6、改性碳纳米管：0.01％～0.05％；

7、去离子水：30％～40％；

8、1,2-丙二醇：35％～45％。

9、优选的，水凝胶还包括光引发剂2959：0.05％～0.2％。

10、本发明提供一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

11、s1、将聚乙烯醇溶于去离子水中搅拌，确保聚乙烯醇完全溶解；

12、s2、向上述溶液中加入丙烯酸和光引发剂2959；

13、s3、缓慢加入蚕丝蛋白；

14、s4、将改性碳纳米管粉末加入去离子水中；

15、s5、将步骤s4得到的改性碳纳米管溶液加入步骤s3的混合溶液中；

16、s6、将混合溶液置于紫外灯下照射，以进行光固化反应；

17、s7、将光固化后的水凝胶置于1,2-丙二醇中浸泡，调节和控制最终水凝胶的力学模量。

18、优选的，所述s1步骤包括：

19、搅拌温度为：95℃～100℃；

20、搅拌时间为：1.5～2.5小时。

21、优选的，所述s2步骤包括：

22、在温室下使用磁力搅拌对加入丙烯酸和光引发剂2959充分混合；

23、磁力搅拌时间为：25～35分钟。

24、优选的，所述s3步骤包括：

25、在高速搅拌下继续将缓慢加入蚕丝蛋白搅拌，确保蚕丝蛋白在溶液中均匀分散；

26、高速搅拌时间为：25～35分钟。

27、优选的，所述s4步骤包括：

28、使用超声波设备处理加入的改性碳纳米管粉末，得到均匀分散的改性碳纳米管溶液；

29、超声波设备处理时间为：2～5分钟。

30、优选的，所述s5步骤包括：

31、在室温下磁力搅拌，使改性碳纳米管溶液和混合溶液彻底混合；

32、磁力搅拌时间为：25～35分钟。

33、优选的，所述s6步骤包括：

34、紫外灯下照射功率为：120w～140w；

35、照射时间为：0.75～1.5小时。

36、优选的，所述s7步骤包括：

37、浸泡时间为：1.5～18小时，以达到预期的抗冻和耐汗效果。

38、本发明提供了一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法。具备以下有益效果：

39、1、本发明通过在配方中加入改性碳纳米管和蚕丝蛋白，显著提高了水凝胶的强度和弹性。改性碳纳米管增强了水凝胶的电导率，使其能够提高传感器的响应速度和传输信号的强度，而蚕丝蛋白的加入则提供了额外的弹性和韧性，使水凝胶更适合于需要高伸长率和恢复能力的应用。

40、2、本发明通过添加1,2-丙二醇作为抗冻剂，使水凝胶展现出卓越的抗冻性能，能在低至-19℃的环境中保持物理稳定性和功能性，使得本发明的水凝胶适合低温环境的应用，同时，显示出良好的耐热性能，可在高达40℃的温度下保持性能稳定，适用于热带或高温工作环境。

41、3、本发明水凝胶在引入蚕丝蛋白的基础上，提供了较好的生物相容性，适用于直接与人体皮肤或其他生物组织接触的应用，不仅确保了水凝胶对皮肤的友好性，还能支持细胞生长和愈合过程，使该水凝胶成为理想的选择用于医疗敷料、药物递送系统和生物传感设备。

技术特征：

1.一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶，其特征在于，水凝胶还包括光引发剂2959：0.05％～0.2％。

3.一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，使用权利要求1～2任一项所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s1步骤包括：

5.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s2步骤包括：

6.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s3步骤包括：

7.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s4步骤包括：

8.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s5步骤包括：

9.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s6步骤包括：

10.根据权利要求3所述的一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，其特征在于，所述s7步骤包括：

技术总结
本发明涉及水凝胶材料的制备领域，公开了一种力学模量可调控的抗冻耐汗水凝胶的制备方法，水凝胶包括：聚乙烯醇：4％～8％；丙烯酸：5％～10％；蚕丝蛋白：8％～15％；改性碳纳米管：0.01％～0.05％；去离子水：30％～40％；1,2‑丙二醇：35％～45％，水凝胶还包括光引发剂2959：0.05％～0.2％，制备方法包括以下步骤：S1、将聚乙烯醇溶于去离子水中搅拌，确保聚乙烯醇完全溶解；S2、向上述溶液中加入丙烯酸和光引发剂2959。本发明水凝胶通过引入改性碳纳米管和蚕丝蛋白，显著提升其机械强度和生物相容性，且长期稳定性良好。同时，通过浸泡1,2‑丙二醇，确保在极端温度下保持弹性不脆化，抵抗软化变形，可按需调节模量，能够适应复杂的环境与生理条件。

技术研发人员：顾相伶,赵相磊,宋娜,赵艳艳,杨雪婷,葛亚清,倪爱云
受保护的技术使用者：德州学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23