可编程复合水凝胶材料、制备方法及其应用

1.本发明涉及一种具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料、制备方法及其应用，属于柔性电传感材料技术领域。


背景技术：

2.水凝胶是一种新型的功能高分子材料，因其良好的生物相容性、力学柔韧性和环境友好等特点，在代替刚性材料方面显示出巨大的优势。
3.随着水凝胶软材料的兴起，柔性设备或可穿戴器件在生物医学领域以及能源材料领域有着日益广泛的应用。传统水凝胶材料通常具有力学性能差，室温条件下易失水等缺点。作为柔性传感器的优选材料，很难同时兼备高拉伸、高敏感度因子(gauge factor)和高弹性等特性。在电信号记录过程中具有很高的能量消耗，即在循环拉伸过程中有比较大的回滞率，造成水凝胶的疲劳现象从而影响传感器的使用寿命。
4.目前已经报道的水凝胶材料以制备低回滞为研究目的材料具有一定的局限性，例如低温或其他极端条件下，即高倍的拉伸倍率或低速的拉伸速率，水凝胶材料的应用受到限制。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提供一种具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料、制备方法及其应用，以使得水凝胶材料具有优良的电学传感性能、可编程功能、超低的回滞率和仿肌肉组织功能。
6.为达到上述目的，本发明提供了一种具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法，包括：
7.配置待反应预聚溶液，该预聚溶液包括均匀混合的海藻酸钠(c6h7nao6)x、丙烯酰胺am、丙烯酸十八酯c18、十二烷基硫酸钠sds和氯化钠nacl；
8.在预聚溶液中加入引发剂过硫酸铵aps得到含有高分子有机单体、交联剂以及引发剂的混合液，将该混合液放入恒温水浴锅中进行热处理，得到初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa；
9.对初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa进行洗涤，完全去除油性相水凝胶p-o-sds-sa中的十二烷基硫酸钠sds，得到透明完全溶胀的去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa；以及
10.将去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa浸泡在70％的植酸溶液中，得到棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa。
11.上述方案中，所述配置待反应预聚溶液的步骤包括：在去离子水中按顺序加入海藻酸钠(c6h7nao6)x和丙烯酰胺am，搅拌配置为海藻酸钠丙烯酰胺水溶液，其中海藻酸钠∶丙烯酰胺∶去离子水的质量比为0.15∶0.8～1∶5；在海藻酸钠丙烯酰胺水溶液中加入丙烯酸十八酯c18、十二烷基硫酸钠sds和氯化钠nacl，在40～60℃水浴锅中加热搅拌均匀形成预聚
溶液，其中丙烯酸十八酯c18：十二烷基硫酸钠sds：氯化钠nacl的质量比为0.12～0.16∶0.35∶0.25。
12.上述方案中，所述在40～60℃水浴锅中加热搅拌均匀形成预聚溶液的步骤包括：在45～50℃的水浴中加热搅拌2小时，形成均匀的预聚溶液。
13.上述方案中，所述在预聚溶液中加入引发剂过硫酸铵aps得到含有高分子有机单体、交联剂以及引发剂的混合液，将该混合液放入恒温水浴锅中进行热处理，得到初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa的步骤中，所述恒温水浴锅采用的温度为45～50℃。
14.上述方案中，所述对初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa进行洗涤，完全去除油性相水凝胶p-o-sds-sa中的十二烷基硫酸钠sds，得到透明完全溶胀的去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa，包括：采用二次去离子水对初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa进行洗涤，至洗涤的去离子水无泡沫产生，将油性相水凝胶浸泡在二次去离子水中至完全溶胀，再次洗涤至完全去除十二烷基硫酸钠sds，得到水凝胶p-o-sa。
15.上述方案中，所述将去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa浸泡在70％的植酸溶液中，得到棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa，包括：将去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa浸泡在70％的植酸溶液中进行酸析处理，静置20～30小时，取出样品擦干水凝胶表面残留的植酸溶液，得到最终的棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa。
16.上述方案中，该方法在得到棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa之后，还包括：对得到的棕色透明水凝胶材料进行循环拉伸测试，得到水凝胶材料的应力-应变曲线，进而验证水凝胶材料的迟滞变化规律。
17.上述方案中，所述对得到的棕色透明水凝胶材料进行循环拉伸测试，还包括：利用拉伸机结合电化学工作站对拉伸循环中的水凝胶材料进行电信号测试，在高速拉伸恢复的测试中具有负回滞的现象能够验证水凝胶材料具有在复杂测试条件可编程的特性，且其变化性能与肌肉组织相似。
18.为达到上述目的，本发明还提供了一种采用所述的方法制备的可编程复合水凝胶材料，该可编程复合水凝胶材料采用丙烯酰胺am交联丙烯酸十八酯c18作为主网络，以经过植酸溶液酸析作用的海藻酸(c6h7nao6)x纤维束作为副网络。
19.上述方案中，该可编程复合水凝胶材料在合成过程中，主网络由于c18油性环的参与，得到胶束球作为新的交联点，得到回滞率可控的油性水凝胶；采用sds辅助nacl作为分散c18的试剂，通过海藻酸钠作为副网络的参与，增强了水凝胶的力学性能，该材料没有采用任何化学交联剂(例如bis等)的实验操作改善了传统水凝胶力学性能较弱较脆的弱点。
20.为达到上述目的，本发明还提供了一种采用所述的方法制备的可编程复合水凝胶材料在电信号传感器件、柔性可穿戴设备、生物医学检测器件以及柔性水凝胶可编程机器人领域的应用。
21.从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
22.1、本发明提供的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法，是先采用水浴获取预聚液进行第一步水凝胶p-o-sa的制备，然后将水凝胶p-o-sa浸泡在70％的植酸溶液中，得到棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa，采用水浴获取预聚液进行预处理的方法，避免了传统的紫外光激发等的复杂步骤，然后通过恰当的各试剂的质量之比，获得了物理交联的油性相水凝胶。
23.2、本发明提供的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法，操作步骤简单，制备成本低廉，避免了以往的水凝胶需要紫外光激发或高温处理等复杂步骤，获得了在复杂环境下依然抗疲劳，具有超低回滞率的可编程水凝胶功能材料，为批量大规模生产抗疲劳仿生水凝胶软材料提供了新思路，适用于工业大规模生产使用。
24.3、本发明提供的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法，在可编程复合水凝胶材料的制备过程中，主网络由于c18油性环的参与，得到胶束球作为新的交联点，得到回滞率可控的油性水凝胶，采用sds辅助nacl作为分散c18的试剂，通过海藻酸钠作为副网络的参与，增强了水凝胶的力学性能，改善了传统水凝胶力学性能较弱较脆的弱点。
25.4、采用本发明提供的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法所制备的可编程复合水凝胶材料，结合了物理交联水凝胶优良的动态交联作用，并充分利用了丙烯酸十八酯油性链的优势，结合了植酸溶液比较高的导电性以及海藻酸纤维束的韧性等优良特性，使所制备的可编程复合水凝胶材料具有弹性和抗疲劳性，在进行电传感等实际应用方面非常有价值，且在电信号传感器件、柔性可穿戴设备、生物医学检测器件以及柔性水凝胶可编程机器人等领域具有非常可观的应用前景。
26.5、采用本发明提供的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法所制备的可编程复合水凝胶材料，采用丙烯酰胺am交联丙烯酸十八酯c18作为主网络，以经过植酸溶液(70％pa solution)酸析作用的海藻酸(c6h7nao6)x纤维束作为副网络，得到一种超低回滞率的物理交联网络的可编程复合水凝胶材料。在复杂测试环境下，具有可编程仿心肌细胞组织的功能性材料。该水凝胶材料在极端环境下如低温或长时间暴露在空气中具有抗疲劳耐用的优异性能。
27.6、采用本发明提供的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的制备方法所制备的可编程复合水凝胶材料，形态是棕色透明的水凝胶，利用了丙烯酸十八酯c18与丙烯酰胺共聚，在合适的sds：nacl：c18质量比例作用下形成油性水凝胶，经过植酸溶液浸泡工艺得到透明耐环境抗低温的低回滞水凝胶。不同于现有技术中所制备的低回滞水凝胶，该水凝胶具有超低回滞率并且在不同拉伸循环条件下具有可编程的变化趋势，性能优于其他文献中同类低回滞水凝胶材料的样品，具有优良的电学传感性能，该水凝胶具有可编程功能，超低的回滞率，仿肌肉组织功能。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.图1是依照本发明实施例的制备具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的方法流程图。
30.图2是依照本发明实施例的制备具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的工艺流程图。
31.图3是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的红外光谱图。
32.图4是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的dsc曲线。
33.图5是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的共聚焦图以及拉伸后的共聚焦图像。
34.图6是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料及对照组在空气中耐环境测试曲线。
35.图7是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料和对照组的拉伸曲线对照图。
36.图8a至图8f是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料以及对照组的循环拉伸训练的回滞率变化情况的拟合三维曲面图以及对应的相图。
37.图9a至图9g是依照本发明实施例制备的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的电信号曲线。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
39.针对目前已经报道的水凝胶材料以制备低回滞为研究目的材料具有一定的局限性，使得水凝胶材料的应用受到限制的问题，研究发现，人体肌肉是由上皮细胞、束状成分和肌纤维组成，具有整齐结构、高度各向异性机械性能，可通过机械传导系统来抵抗外部张力。人体肌肉组织既具有高拉伸性，又具有高灵敏性，借助人体肌肉组织的结构可能制备出高拉伸性和超灵敏性两者兼顾的性能灵活、低回滞抗疲劳的仿肌肉组织弹性水凝胶。
40.丙烯酸十八酯c18作为疏水单体，可以作为制备油性相水凝胶的主体材料，在十二烷基硫酸钠sds亲水单体作用下形成胶束球，与丙烯酰胺am共聚形成水凝胶，以海藻酸钠(c6h7nao6)x为副网络单体增强水凝胶的韧性。经过植酸溶液的酸析作用形成一种在空气环境下耐挥发，在低温环境下可正常使用的弹性水凝胶。该水凝胶具备可编程并且具备极低的回滞率的。在拉伸和恢复过程中，水凝胶材料的回滞率变化情况与肌肉组织在拉伸和恢复情况相似。
41.如图1和图2所示，图1是依照本发明实施例的制备具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的方法流程图，图2是依照本发明实施例的制备具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的工艺流程图。本发明实施例提供的这种制备具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材料的方法，包括以下步骤：
42.步骤s1：配置待反应预聚溶液，该预聚溶液包括均匀混合的海藻酸钠(c6h7nao6)x、丙烯酰胺am、丙烯酸十八酯c18、十二烷基硫酸钠sds和氯化钠nacl。
43.在本发明实施例中，所述配置待反应预聚溶液的步骤包括：在去离子水中按顺序加入海藻酸钠(c6h7nao6)x和丙烯酰胺am，搅拌配置为海藻酸钠丙烯酰胺水溶液，其中海藻酸钠∶丙烯酰胺∶去离子水的质量比为0.15∶0.8～1∶5；在海藻酸钠丙烯酰胺水溶液中加入丙烯酸十八酯c18、十二烷基硫酸钠sds和氯化钠nacl，在40～60℃水浴锅中加热搅拌均匀形成预聚溶液，其中丙烯酸十八酯c18：十二烷基硫酸钠sds：氯化钠nacl的质量比为0.12～0.16∶0.35∶0.25。
44.可选地，海藻酸钠∶丙烯酰胺∶去离子水的质量比为0.15∶0.9∶5。所述在40～60℃
水浴锅中加热搅拌均匀形成预聚溶液，是在45～50℃的水浴中加热搅拌2小时，形成均匀的预聚溶液；可选地，水浴的温度为50℃。丙烯酸十八酯c18∶十二烷基硫酸钠sds∶氯化钠nacl的质量比为0.14∶0.35∶0.25。
45.具体地，按溶剂质量∶去离子水的质量比为2∶5。在配置待反应溶液中加入海藻酸钠之后，搅拌至海藻酸钠分散均匀即可；其次加入丙烯酰胺，丙烯酰胺易溶解，待其完全溶解后，混合按质量比定量的丙烯酸十八酯水溶液与分散剂(sds与nacl)，加热水浴分散2小时，得到混合预聚有机溶液。
46.步骤s2：在预聚溶液中加入引发剂过硫酸铵aps得到含有高分子有机单体、交联剂以及引发剂的混合液，将该混合液放入恒温水浴锅中进行热处理，得到初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa。
47.在本发明实施例中，加入引发剂aps之后，将该混合液放入恒温水浴锅中进行热处理，恒温水浴锅采用的温度为45～50℃，可选地恒温水浴锅的温度为50℃。
48.步骤s3：对初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa进行洗涤，完全去除油性相水凝胶p-o-sds-sa中的十二烷基硫酸钠sds，得到透明完全溶胀的去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa。
49.在本发明实施例中，是采用二次去离子水对初步的油性相水凝胶p-o-sds-sa进行洗涤，至洗涤的去离子水无泡沫产生，将油性相水凝胶浸泡在二次去离子水中至完全溶胀，再次洗涤至完全去除十二烷基硫酸钠sds，得到水凝胶p-o-sa。
50.在本发明实施例中，将油性相水凝胶进行反复洗涤至洗涤后的水中无泡沫出现，以完全去除水凝胶中的十二烷基硫酸钠sds，得到透明完全溶胀的去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa。
51.所述的反复洗涤，可以经过去离子水充分浸泡至水凝胶完全溶胀，水洗至水凝胶呈无色透明且洗涤后的水中无泡沫产生，加热至40℃条件下继续洗涤直至彻底去除十二烷基硫酸钠sds。
52.所述的完全去除水凝胶中的十二烷基硫酸钠sds，目的是去除胶束中的亲水相单体，有利于接下来的酸析过程植酸分子可更好的将海藻酸纤维聚集成纤维束，进一步增强水凝胶的力学性能和进一步降低水凝胶的回滞率，仅剩下丙烯酸十八酯的胶束在拉伸和恢复过程中能更好的进行仿生物肌肉组织的行为，油性输水的酯类利用其滑环作用使水凝胶在拉伸恢复训练过程中具有可编程功能。
53.步骤s4：将去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa浸泡在70％的植酸溶液中，得到棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa。
54.在本发明实施例中，是将去除十二烷基硫酸钠sds的水凝胶p-o-sa浸泡在70％的植酸溶液中进行酸析处理，静置20～30小时，取出样品擦干水凝胶表面残留的植酸溶液，得到最终的棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa。可选地，植酸溶液为质量百分比浓度为70％的phytic acid solution植酸溶液，静置时间为24小时。
55.所述的浸泡在植酸溶液中，所选取的是70％浓度的植酸溶液，植酸分子将替代大部分水凝胶中的水分子，以便得到在空气中放置的耐环境的保持湿润以及柔性和延展性的水凝胶，且所得到的水凝胶具有抗低温的功能，这些特点都是由于植酸参与其中。
56.基于图1和图2所示的具有超低迟滞的心肌细胞灵感激发的可编程复合水凝胶材
料的制备方法，本发明还提供了一种采用所述的方法制备的可编程复合水凝胶材料，该可编程复合水凝胶材料采用丙烯酰胺am交联丙烯酸十八酯c18作为主网络，以经过植酸溶液酸析作用的海藻酸(c6h7nao6)x纤维束作为副网络。
57.在本发明实施例中，该可编程复合水凝胶材料在合成过程中，主网络由于c18油性环的参与，得到胶束球作为新的交联点，得到回滞率可控的油性水凝胶；采用sds辅助nacl作为分散c18的试剂，通过海藻酸钠作为副网络的参与，增强了水凝胶的力学性能，改善了传统水凝胶力学性能较弱较脆的弱点。
58.在本发明实施例中，在得到棕色透明水凝胶材料p-o-sa-pa之后，还包括：对得到的棕色透明水凝胶材料进行循环拉伸测试，得到水凝胶材料的应力-应变曲线，进而验证水凝胶材料的迟滞变化规律。
59.具体地，首先将p-o-sa-pa置于拉伸机的夹具上，以100mm/min的拉伸速度对水凝胶进行拉伸，得到应力-应变曲线。其次选择不同的拉伸环境对p-o-sa-pa进行循环拉伸测试，在这里需要采取一个重要的预拉伸阶段，即对水凝胶采取拉伸循环测试之前进行初次拉伸，在其后的应用过程中水凝胶都会预期出现超低的迟滞现象。分别对水凝胶以相同的拉伸倍率以高速到低速的拉伸速率进行测试，再保持相同的拉伸倍率按从低速到高速的拉伸循环速率进行测试。按照相似的方法保持相同拉伸速率从高倍率拉伸逐渐测试到低倍率，再以相同的拉伸倍从低速拉伸循环逐渐提高循环拉伸速率。在有规律变化的拉伸速率和拉伸倍率的测试环境下，预期得到规律的迟滞变化规律。
60.在本发明实施例中，所述对得到的棕色透明水凝胶材料进行循环拉伸测试，还包括：利用拉伸机结合电化学工作站对拉伸循环中的水凝胶材料进行电信号测试，在高速拉伸恢复的测试中具有负回滞的现象能够验证水凝胶材料具有在复杂测试条件可编程的特性，且其变化性能与肌肉组织相似。
61.具体地，利用志愿者的手腕、肘关节以及膝关节固定条形的p-o-sa-pa水凝胶，利用电化学工作站选取电流线性扫描(i-t)测试记录电信号随时间变化的情况，利用拉伸机进行高速大倍率循环拉伸的同时采用电化学工作站记录水凝胶的电信号随时间的变化。
62.在本发明实施例中，所述对得到的棕色透明水凝胶材料进行循环拉伸测试的过程中，所述的预拉伸是对于水凝胶循环拉伸测试的初次拉伸，其拉伸倍率和速率与接下来同组测试条件相同；所述的在相同拉伸倍率下进行从高速到低速的循环拉伸测试，这里面相同的拉伸倍率是按水凝胶原长的300％进行拉伸，高速指200mm/min，依次降低至100mm/min，50mm/min，20mm/min；所述的相同拉伸速率指在100mm/min条件下高倍率拉伸指从500％依次降至400％，300％，200％的拉伸倍率；所述的电信号记录高速大倍率的拉伸循环长时间测试是在100mm/min拉伸倍率400％条件下进行1000次循环所对应的电信号的变化。
63.在本发明实施例中，通过傅氏转换红外线光谱分析仪(fourier transform infrared spectroscopy，ftir)对得到的棕色透明水凝胶材料样品进行观测分析，可以在红外反射光谱得到水凝胶中所包含的物质的各个光谱段，并由于各物质之间的相互影响以及高分子链的互穿作用会产生光谱红移和蓝移的影响。
64.在本发明实施例中，水凝胶材料样品还通过差示扫描量热仪(dsc)测试得到了该水凝胶材料样品的冰点在-39℃，从而可知该制备方法得到的水凝胶可以在低温环境下可以正常应用。
65.在本发明实施例中，利用拉伸机结合电化学工作站对拉伸循环中的水凝胶进行电信号测试，在1个小时多的测试时间，能得到稳定的上千次循环的电信号。该水凝胶固定在志愿者的手腕，肘关节以及膝关节处，通过不同的弯曲程度也可以得到相对应的电信号。在低温条件下，这些性能依然存在。在高速拉伸恢复的测试中具有负回滞的现象说明水凝胶具有在复杂测试条件可编程的特点，其变化性能与肌肉组织相似。具有这些优秀特点相结合的水凝胶材料，使其在电信号传感器件、柔性可穿戴设备、生物医学检测器件以及柔性水凝胶可编程机器人等领域具有很大的应用前景。
66.以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
67.实施例1：丙烯酸十八酯海藻酸丙烯酰胺植酸水凝胶(p-o-sa-pa)的制备
68.本实施例采用的具体实验装置如下：10ml锥形瓶1支，电子天平，myp11-2型磁力加热搅拌器，hws-24型电热恒温水浴锅。
69.实验采用的试剂准备如下：海藻酸钠((c6h7nao6)x)，丙烯酰胺(am)，丙烯酸十八酯(c18)，十二烷基硫酸钠(sds)，氯化钠(nacl)，过硫酸铵(aps)，70％植酸(pa)溶液，二次去离子水。
70.实验步骤如下：首先分别配置待反应预聚溶液：取5ml二次去离子水加入锥形瓶中，称量0.15g海藻酸钠((c6h7nao6)x)加入锥形瓶中配置海藻酸钠溶液，搅拌1h，按占溶液18wt％再称取0.9g丙烯酰胺(am)海藻酸钠溶液中，搅拌20min，按质量比mc18∶msds∶mnacl＝0.14∶0.35∶0.25加入上述溶液中，将磁力搅拌器加热至50℃水浴搅拌以便于丙烯酸十八酯(c18)充分溶解在预聚液中，搅拌1h形成均匀的预聚液，加入引发剂aps的量控制在0.02～0.04g之间，将配置好的预聚液移入离心管内，封闭好，放入恒温水浴锅中，温度调至45℃，静置待其凝聚成水凝胶。
71.等待成为初步油性相水凝胶需要3～4h。取出水凝胶放入洗瓶中，使用二次去离子水反复清洗，至水中无泡沫产生，这仅仅清洗了水凝胶表面的sds，并浸泡在二次去离子水中待水凝胶完全溶胀后，内部的sds浸泡出来。将sds完全去除后，水凝胶呈溶胀的透明状态。
72.最后将水凝胶充分浸泡在70％植酸溶液中，静置24h，取出水凝胶，将表面残留的植酸溶液擦干，最后得到丙烯酸十八酯海藻酸丙烯酰胺植酸水凝胶p-o-sa-pa水凝胶材料。
73.制得的p-o-sa-pa水凝胶材料的ftir图谱见图3，从图3中可以看出样品红外反射峰中可以证明有聚丙烯酰胺峰，植酸分子以及海藻酸分子的存在，证明水凝胶中参与反应的各物质分子的存在，每种参与反应的物质均发挥自己的作用，物质间的协同作用得到发挥，得到很好的性能。图4给出p-o-sa-pa水凝胶的dsc图，从图4中可知所制备的水凝胶的冰点为-39.17℃，从而可以得出结论，水凝胶在-39.17℃以上的低温环境下可以正常应用。
74.图5利用共聚焦显微镜观察了did荧光剂才染色的水凝胶切片，可以看到水凝胶中的胶束球呈球形，并通过拉伸水凝胶切片观察到了胶束球的形变作用，从而证明可编程水凝胶主要功能来源于丙烯酸十八酯油性链的作用。
75.从图2水凝胶成胶过程示意图中可以看出由预聚液到水凝胶其内部各物质分子之间的相互作用，根据分析对比得出，丙烯酸十八酯油性相分子的存在确实有利于实现形成回滞率在复杂条件下多样性变化且超低回滞的功能性水凝胶。
76.图6对比纯化学交联的水凝胶(p-b)与p-o-sa-pa水凝胶同时放置在室温暴露在空
气环境中的耐环境测试，得到由植酸发挥作用保持水凝胶在一个月后依然具有柔韧性作用。
77.实施例2：丙烯酸十八酯海藻酸丙烯酰胺植酸水凝胶(p-o-sa-pa)性能的测试
78.将实施例1制得的p-o-sa-pa水凝胶材料制作成规则样条状进行力学性能以及电学性能的测试。采用sts10n型拉伸机对水凝胶及其对照组进行拉伸强度测试，利用拉伸机对水凝胶进行不同条件下对的拉伸循环测试。
79.利用人的手腕，肘部以及及关节等可以弯曲的部位对水凝胶进行电信号记录测试，进行电化学测试所采用工作站是chi-760型号。利用拉伸机与电化学工作站相结合使用进行长达一个小时的大拉伸倍率长循环电信号记录，电信号采用电流线性扫描(i-t)测试项目进行测试，测试结果由图7至图9g中给出。
80.图7是样品以及对照组在拉伸机作用下以100mm/min的拉伸速率进行拉伸曲线测试，从图7得到的拉伸曲线可以看出p-o-sa-pa具有最高的拉伸应力和拉伸倍率，材料间协同作用的优势在拉伸测试中已经体现出来。
81.图8a至图8f给出样品和对照组在不同拉伸条件下的循环拉伸曲线回滞率所对应的三维曲面图以及相图，其中图8a示出了p-o-sa-pa水凝胶在不同拉伸循环条件下循环曲线所对应的回滞率的三维曲面拟合图；图8b示出了p-o-sa-pa水凝胶的回滞率a对应的相图；图8c示出了p-b水凝胶在不同拉伸循环条件下产生的回滞率所组成的三维曲面拟合图；图8d示出了与图8c对应的相图；图8e示出了p-o-pa水凝胶在不同拉伸循环条件下的回滞率所构成的三维曲面拟合图；图8f示出了与图8e对应的相图。
82.根据图8a至图8f的对照图可以得出，丙烯酸十八酯在水凝胶内部发挥了可编程作用，在不同测试条件下具有规律的变化趋势，尤其是在高速低倍拉伸循环的条件下出现的负的回滞率说明在短时间的迅速拉伸条件下，水凝胶具有能量存储，相当于在人在短跑过程中，肌肉组织快速恢复的状态。p-o-sa-pa在不同的拉伸循环条件下都表现出极低的回滞率，并且在高速低倍的拉伸条件下依然具有负回滞现象，这说明在油性链c18的作用下，水凝胶出现了仿肌肉组织现象，并且在植酸作用下形成的海藻酸纤维束对于回滞率绝对值的变化起到了约束作用，使水凝胶的回滞率变化规律更加接近肌肉组织。
83.本发明采用线性电流扫描测试(i-t)对样品进行电信号采集，并发现样品在进行了长达1000次循环拉伸之后，电信号依然保持稳定输出。图9a至图9g分别给出样品作为电传感材料进行电信号测试所得到的r-t图，其中图9a示出了志愿者手腕关节处的水凝胶传感器从伸直状态到弯曲90
°
后再恢复到伸直状态所对应电信号的变化；图9b示出了志愿者手肘关节处水凝胶传感器在伸直状态弯曲90
°
再回复原状态所对应的电信号的变化；图9c示出了记录志愿者膝盖关节处水凝胶传感器从伸直到弯曲90
°
再回到原状态电信号的变化；图9d示出了记录了志愿者膝盖关节在分别弯曲90
°
，120
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时对应电信号的变化情况；图9e示出了记录了在-20℃的低温下志愿者膝盖关节在90
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时对应电信号的变化情况；图9f示出了拉伸机模拟大的拉伸倍率(400％)200mm/min的拉伸速率进行1000次循环拉伸所对应的电信号；图9g示出了在-20℃的低温下拉伸倍率为400％，200mm/min的拉伸速率进行1000次循环拉伸所对应的电信号。
84.根据图9a至图9g可以得出，在进行1000次的拉伸机循环拉伸之后，样品的信号几部没有衰减，进一步证明该发明所制备样品的低回滞性和抗疲劳性，说明该材料在电信号
传感等器件的应用方面具有很好的应用前景。采用志愿者的腕，肘以及膝关节等进行不同弯曲的电信号采集，可以得到相对应的不同变化的电信号，这说明该水凝胶在可穿戴器件方面具有大规模的市场应用前景。
85.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。