本技术涉及一种丝素蛋白基抗冻导电双网络水凝胶的制备技术及其应用领域。该技术通过将脱胶蚕丝溶解于溴化锂溶液,并加入导电材料均匀混合,利用交联剂实现网络结构的形成。
背景技术
导电水凝胶作为功能水凝胶的一种,具有良好的机械性能和导电性能,可以准确地将外界机械刺激转化为可记录的电化学信号,在柔性电子器件的制造中具有很高的应用前景。然而,在面对恶劣环境特别是超低温条件时,导电水凝胶材料中的水分子会被冻结,凝胶的脆性会导致凝胶机械柔韧性和传感性能的大幅度下降甚至完全丧失,因此,开发在超低温环境下具有优异抗冻性能的导电水凝胶具有十分重要的意义。
近年来,在水凝胶基质中掺入无机盐或离子液体已被证明是一种能整合优异导电性和防冻性能的有效手段。这些离子可以与水分子强烈相互作用形成水合离子,降低水的冰点,从而提高水凝胶的抗冻性能。
丝素蛋白(Silk)是一种富含β-折叠结晶结构的天然高分子纤维蛋白,再生后的丝素蛋白因其优异的生物相容性、机械韧性和可降解性而被广泛应用于制备导电水凝胶。此外,凝胶的力学特性和降解性能还可以通过二级结构来进行有效调节以满足不同的实际需要。现有的由SF衍生的抗冻导电水凝胶主要通过引入离子和有机溶剂来实现。
公开号为CN115093711 A的专利公开了一种抗冻丝素蛋白导电水凝胶的制备方法。利用丝素蛋白、丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、氯化锂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵制备丝素蛋白基水凝胶,该水凝胶具有抗冻性能,还具备粘附性和导电性,可应用于生物医学和电子器件等领域。公开号为CN114854052的专利以聚乙烯醇、硼砂、丝素蛋白、单宁酸为组分,选择与以上组分相容性好,且同时具有抗冻机制的多元醇/水二元溶剂引入水凝胶系统,制备丝素蛋白抗冻导电水凝胶,但是整个制备过程比较耗时,不利于工业化生产应用。
公开号为CN 115232478 A的专利制备了一种丝素/溴化锂导电水凝胶压力传感器,由Silk I结构为主的交联丝素蛋白网络结构和Li+构成,具有良好的柔软性和电响应性能,然而,离子水凝胶电导率的提高往往会牺牲凝胶的机械性能[D.Ji,J.M.Park,M.S.Oh,T.L.Nguyen,H.Shin,J.S.Kim,D.Kim,H.S.Park,J.Kim,Nature Communications 2022,13,3019.]。此外,在外力作用下,如压力、剪切力等,以及使用环境的改变,会导致凝胶中离子的移位和泄漏,这对水凝胶的导电稳定性和使用寿命都有显著的影响。因此,在水凝胶中建立坚固的交联导电网络至关重要。
有鉴于此,有必要设计一种改进的基于丝素蛋白的抗冻导电双网络水凝胶及其制备方法与应用,以解决上述问题。
实现思路