CN110591166A - 一种自驱动型人工智能材料、制备方法与在成像分析检测及药物控释中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自驱动型人工智能材料、制备方法与在成像分析检测及药物控释中的应用。本发明采用壳聚糖和羧甲基壳聚糖为基底，包裹表面活性剂并还原氯金酸，制备纳米金自驱动型人工智能材料。由于材料的自驱动性使其能顺利进入传统材料达不到的位置，加上纳米金易于化学修饰又具有良好的生物相容性、优异的生物惰性、表面等离子共振特性等，制备的这种自驱动型人工智能材料在成像、分析传感、检测和药物定点输送等领域有很好的应用前景。

Description

一种自驱动型人工智能材料、制备方法与在成像分析检测及 药物控释中的应用
技术领域
本发明属于智能高分子材料领域，具体涉及一种自驱动型人工智能材料、制备方法与在成像分析检测及药物控释中的应用。
背景技术
自驱动型人工智能材料由于其自主运动的特性，在药物输送、分析传感、环境治理等领域受到了广泛的关注。目前自驱动材料大多是Ti、Fe、Au、Ag、Pt等组成的多层金属结构的管状或球形Janus微马达，基于催化过氧化氢分解产生气泡来提供推进动力。这类微马达虽然体积小、运动速度快，但对外部环境要求较高，只能在过氧化氢溶液中运动，并且制备方法繁琐，大多采用溅射镀膜、光刻蚀、电化学沉积等方法制备，极大地限制了其在实际应用中的发展。因此，探索一种制备简单且具有良好自适性的自驱动材料十分必要。
水凝胶作为一种三维网络结构的软材料既具有固体的粘弹性，形变能力好、封装性强，又具有液体的扩散性，水溶性小分子能通过三维网络结构自由扩散，并且制备方法简单。由天然多糖壳聚糖制备成的水凝胶又具有良好的生物相容性、无毒、柔韧性好且封装性强的特点，是极具潜力的自驱动制备材料。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种自驱动型人工智能材料的制备方法。采用壳聚糖和羧甲基壳聚糖为基底，包裹表面活性剂并还原氯金酸，制备纳米金自驱动型人工智能材料。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种自驱动型人工智能材料。
本发明的再一目的在于提供上述一种自驱动型人工智能材料在成像、分析传感、检测和药物定点输送领域中的应用。
由于材料的自驱动性使其能顺利进入传统材料达不到的位置，加上纳米金易于化学修饰又具有良好的生物相容性、优异的生物惰性、表面等离子共振特性等，制备的这种自驱动型人工智能材料在成像、分析传感、检测和药物定点输送等领域有很好的应用前景。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-二钠)溶于水中，搅拌均匀后，加入FeCl3·6H2O，混合均匀，得到EDTA-Fe3+溶液；将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，搅拌均匀，得到壳聚糖乙酸水溶液；
(2)向壳聚糖乙酸水溶液中加入氯金酸，搅拌均匀，加入表面活性剂，升温至60～100℃，加入柠檬酸三钠，反应0.5～3h，结束反应，冷却至室温，加入EDTA-Fe3+溶液，混合均匀后，再加入羧甲基壳聚糖，混合均匀，得到纳米金水凝胶；
(3)将纳米金水凝胶导入模具中成型，冷冻干燥，得到气凝胶；
(4)将气凝胶导入模具中，加入纳米金水凝胶，成型后取出，得到由水凝胶和气凝胶两部分组成的自驱动型人工智能材料，其中水凝胶部分表面涂覆硅脂。
步骤(1)所述乙二胺四乙酸二钠盐与FeCl3·6H2O的质量比为(0.2～3)：(0.5～7)。所述EDTA-Fe3+溶液中乙二胺四乙酸二钠盐的质量浓度为0.2～3g/100ml水，所述EDTA-Fe3+溶液中FeCl3·6H2O的质量浓度为0.5～7g/100ml水。
步骤(1)所述乙二胺四乙酸二钠盐溶于水后搅拌均匀的条件为：室温下搅拌0.5～2h；所述混合均匀的条件为：室温下搅拌1～3h。
步骤(1)所述壳聚糖在乙酸水溶液中的质量浓度为1～3g/100ml水；所述乙酸水溶液中乙酸的体积浓度为0.8～1.5ml/100ml水；所述壳聚糖溶于乙酸水溶液后搅拌均匀的条件为：室温下搅拌6～24h。
步骤(1)所述壳聚糖乙酸水溶液需低温保存，优选为4℃下保存。
步骤(2)所述壳聚糖乙酸水溶液中的壳聚糖、氯金酸、表面活性剂、柠檬酸三钠、EDTA-Fe3+溶液中的EDTA-Fe3+和羧甲基壳聚糖的质量比为：(0.1～0.45)：(0.00004～0.0015)：(0.06～0.8)：(0.001～0.04)：(0.035～1)：(0.3～2.5)。
步骤(2)所述氯金酸优选以氯金酸水溶液的形式加入，其质量浓度为0.01～0.1g/100ml水。所述氯金酸水溶液通过将氯金酸溶于水中得到。
步骤(2)所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和吐温20中的至少一种。所述表面活性剂优选以表面活性剂水溶液的形式加入，其质量浓度为2～10g/100ml水。所述表面活性剂水溶液由表面活性剂加入水中后在室温下搅拌0.5～1h得到。
步骤(2)所述柠檬酸三钠优选以柠檬酸三钠水溶液的形式加入，其质量浓度为0.5～5g/100ml水。所述柠檬酸三钠水溶液通过将柠檬酸三钠溶于水中得到。
步骤(2)所述羧甲基壳聚糖优选以羧甲基壳聚糖水溶液的形式加入，其质量浓度为2～10g/100ml水。所述羧甲基壳聚糖水溶液由以下方法制得：将羧甲基壳聚糖加入水中，室温下搅拌4～12h。所述羧甲基壳聚糖水溶液需低温保存，优选4℃下保存。
步骤(2)所述加入氯金酸后搅拌均匀的条件为：室温下搅拌10～40min。所述加入EDTA-Fe3+溶液后混合均匀的条件为：室温下搅拌0.5～1.5h。所述加入羧甲基壳聚糖后混合均匀的条件为：室温下搅拌0.5～1.5h。
所述壳聚糖乙酸水溶液、氯金酸水溶液、表面活性剂水溶液、柠檬酸三钠水溶液、EDTA-Fe3+溶液和羧甲基壳聚糖水溶液的体积比为：(10～15)：(0.4～1.5)：(3～8)：(0.2～0.8)：(5～10)：(15～25)。
步骤(3)和(4)所述模具形状不限，均优选为圆盘，更优选为直径为10mm、厚度为5mm的圆盘；所述成型均指纳米金水凝胶在自然条件下经10～60min后自适应模具，形成模具所固定形状的水凝胶。
步骤(3)所述冷冻干燥的条件为：-80℃下冷冻干燥8～14h。
步骤(4)所述气凝胶和水凝胶的体积比为(2～3)：(1～2)。
步骤(4)所述硅脂均匀涂覆在水凝胶表面即可。
步骤(4)所述自驱动型人工智能材料，在使用前，将其浸泡于步骤(2)所述的表面活性剂水溶液中，其运动效果更佳。
上述方法制得的一种自驱动型人工智能材料。
上述一种自驱动型人工智能材料在成像、分析传感、检测和药物定点输送领域中的应用。
本申请所用原料中壳聚糖与柠檬酸三钠均能还原氯金酸为纳米金粒子，加上酸性条件下壳聚糖氨基质子化带正电能很好地包裹住纳米金颗粒，在还原氯金酸过程中加入的表面活性剂不仅能稳定纳米金粒子、调控粒径和形貌，而且还作为后续使用过程中的自驱动燃料。所用的壳聚糖包裹着纳米金，与羧甲基壳聚糖间存在物理缠绕和氢键作用，而羧甲基壳聚糖与EDTA-Fe3+间又存在配位螯合作用，所以能形成稳定的双网络结构。最终制备成的自驱动型人工智能材料自身形变能力好；对外部环境要求低，在水、葡萄糖溶液、酸性及碱性溶液中均能很好地运动。在接触水溶液时便会缓慢释放包裹在内的表面活性剂，气凝胶释放快而水凝胶涂覆硅脂后释放缓慢，使溶液局部表面张力降低而产生运动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)相比于无机金属材料制备的自驱动材料，本发明采用壳聚糖、羧甲基壳聚糖制备的自驱动材料具有更好的生物相容性和自适应性；且制备的自驱动材料具有双凝胶网络，结构稳定，可回收重复利用。
(2)相比于只能在过氧化氢溶液或葡萄糖溶液中运动的马达，本发明制备的自驱动材料在水、葡萄糖溶液、酸性及碱性溶液中均能很好地运动，接触水溶液时即能缓慢释放包裹的表面活性剂，降低溶液局部表面张力而运动。
(3)本发明首次采用水凝胶和气凝胶结合的方式，制备了一种自驱动型人工智能材料，为未来智能高分子材料在成像、分析传感、检测和药物定点输送等领域的发展打下了良好的基础。
附图说明
图1为实施例1制得的自驱动型人工智能材料中气凝胶的扫描电镜图，其放大倍数为200倍。
图2为实施例1制得的自驱动型人工智能材料的透射电镜图。
图3为实施例8制得的载药自驱动型人工智能材料的药物释放曲线图。
图4为实施例9中自驱动型人工智能材料在去离子水以及pH＝2和pH＝5的盐酸溶液中运动速度图。
图5为实施例9中自驱动型人工智能材料在含盐酸琼脂块的去离子水溶液中运动速度图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本申请实施例中所述模具均为直径为10mm、厚度为5mm的圆盘。所述氯金酸水溶液通过将氯金酸溶于水中得到。所述柠檬酸三钠水溶液通过将柠檬酸三钠溶于水中得到。
实施例1
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入0.8ml乙酸溶液，室温搅拌6h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取2g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌4h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取0.2g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌0.5h后加入0.5g FeCl3·6H2O，继续室温搅拌1h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取2g十二烷基硫酸钠(SDS)分散于100ml去离子水中，室温搅拌0.5h溶解，静置去泡，得到SDS溶液。
(4)取10ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入0.4ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌10min后加入3ml步骤(3)中SDS溶液，升温至60℃，滴加0.2ml浓度为0.5g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应3h后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液5ml，室温搅拌0.5h，再缓慢加入15ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌0.5h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型10min，倒入厚度为3.75mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中8h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型10min后取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，即得自驱动型人工智能材料。
图1为本实施例制备的自驱动型人工智能材料中气凝胶的扫描电镜图，冷冻干燥后得到的气凝胶保留了原凝胶圆形、椭圆形相互连通的孔洞结构，孔壁较厚、孔径较均一，所制备的凝胶材料结构稳定。
图2为本实施例制得的自驱动型人工智能材料的透射电镜图，纳米金为规则的球形结构，均匀分布在凝胶内，粒径在10～15nm。
实施例2
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取3g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入1.5ml乙酸溶液，室温搅拌24h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取10g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌12h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取3g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌2h后加入7gFeCl3·6H2O，继续室温搅拌3h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取10g十二烷基硫酸钠(SDS)分散于100ml去离子水中，室温搅拌1h溶解，静置去泡，得到SDS溶液。
(4)取15ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入1.5ml浓度为0.1g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌40min后加入8ml步骤(3)中SDS溶液，升温至100℃，滴加0.8ml浓度为5g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应3h后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液10ml，室温搅拌1.5h，再缓慢加入25ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌1.5h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型60min，倒入厚度为2.5mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中14h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型60min后取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，即得自驱动型人工智能材料。
实施例3
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入1ml乙酸溶液，室温搅拌12h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取5g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌8h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取1g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌1h后加入1.5gFeCl3·6H2O，继续室温搅拌2h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取5g十二烷基硫酸钠(SDS)分散于100ml去离子水中，室温搅拌0.8h溶解，静置去泡，得到SDS溶液。
(4)取12ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入1ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌20min后加入4ml步骤(3)中SDS溶液，升温至90℃，滴加0.5ml浓度为1g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应40分钟后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液8ml，室温搅拌1h，再缓慢加入20ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌1h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型30min，倒入厚度为3mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中12h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型30min后取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，即得自驱动型人工智能材料。
实施例4
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入1ml乙酸溶液，室温搅拌12h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取5g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌8h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取1g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌1h后加入1.5gFeCl3·6H2O，继续室温搅拌2h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取5g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分散于100ml去离子水中，室温搅拌0.8h溶解，静置去泡，得到CTAB溶液。
(4)取12ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入1ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌20min后加入4ml步骤(3)中CTAB溶液，升温至90℃，滴加0.5ml浓度为1g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应40分钟后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液8ml，室温搅拌1h，再缓慢加入20ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌1h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型30min，倒入厚度为3mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中12h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型30min后取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，即得自驱动型人工智能材料。
实施例5
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入1ml乙酸溶液，室温搅拌12h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取5g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌8h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取1g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌1h后加入1.5gFeCl3·6H2O，继续室温搅拌2h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)量取5g吐温20散于100ml去离子水中，室温搅拌0.8h，静置去泡，得到吐温20溶液。
(4)取12ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入1ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌20min后加入4ml步骤(3)中吐温20溶液，升温至90℃，滴加0.5ml浓度为1g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应40分钟后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液8ml，室温搅拌1h，再缓慢加入20ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌1h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型30min，倒入厚度为3mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中12h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型30min后取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，即得自驱动型人工智能材料。
实施例6
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入1ml乙酸溶液，室温搅拌12h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取5g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌8h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取1g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌1h后加入1.5gFeCl3·6H2O，继续室温搅拌2h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取2g十二烷基硫酸钠(SDS)、2g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分散于100ml去离子水中，再量取2g吐温20，室温搅拌0.8h溶解，静置去泡，得到表面活性剂混合溶液。
(4)取12ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入1ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌20min后加入4ml步骤(3)中表面活性剂混合溶液，升温至90℃，滴加0.5ml浓度为1g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应40分钟后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液8ml，室温搅拌1h，再缓慢加入20ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌1h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型30min，倒入厚度为3mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中12h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型后30min取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，即得自驱动型人工智能材料。
实施例7
一种可用于成像、分析传感与检测的自驱动型人工智能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入1ml乙酸溶液，室温搅拌12h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取5g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌8h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取1g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌1h后加入1.5gFeCl3·6H2O，继续室温搅拌2h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取5g十二烷基硫酸钠(SDS)分散于100ml去离子水中，室温搅拌0.8h溶解，静置去泡，得到SDS溶液。
(4)取12ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入1ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌20min后加入4ml步骤(3)中SDS溶液，升温至90℃，滴加0.5ml浓度为1g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应40分钟后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液8ml，室温搅拌1h，再缓慢加入20ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌1h，即得纳米金水凝胶。
(5)将步骤(4)制备好的水凝胶倒入模具中成型30min，倒入厚度为3mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中12h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，继续倒入步骤(4)制备的水凝胶至5mm厚，成型30min后取出，在上层的水凝胶表面均匀涂覆硅脂、下层冻干气凝胶部分不做处理，再将整个材料置于步骤(3)溶液中浸泡5min，即得自驱动型人工智能材料。
实施例8药物控释应用
载药自驱动型人工智能材料的制备及控释药物试验，选用阿霉素为药物模型，制备以实施例1为例，具体方法如下：
(1)称取1g壳聚糖溶液分散于100ml去离子水中，加入0.8ml乙酸溶液，室温搅拌6h后，得到壳聚糖乙酸水溶液，置于4℃冰箱中保存。称取2g羧甲基壳聚糖粉末分散于100ml去离子水中，室温搅拌4h后得到羧甲基壳聚糖溶液，同样置于4℃冰箱中保存。
(2)称取0.2g乙二胺四乙酸二钠盐溶于100ml去离子水中，室温搅拌0.5h后加入0.5g FeCl3·6H2O，继续室温搅拌1h后得到EDTA-Fe3+溶液，待用。
(3)称取2g十二烷基硫酸钠(SDS)分散于100ml去离子水中，室温搅拌0.5h溶解，静置去泡，得到SDS溶液。
(4)取10ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入0.4ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌10min后加入3ml步骤(3)中SDS溶液，升温至60℃，滴加0.2ml浓度为0.5g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应3h后冷却至室温静置，移至烧杯中，加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液5ml，室温搅拌0.5h，再缓慢加入15ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌0.5h，即得未载药纳米金水凝胶。
(5)取10ml步骤(1)所得壳聚糖溶液于三颈烧瓶中，加入0.4ml浓度为0.01g/100ml水的氯金酸水溶液，室温搅拌10min后加入3ml步骤(3)中SDS溶液，升温至60℃，滴加0.2ml浓度为0.5g/100ml水的柠檬酸三钠水溶液，反应3h后冷却至室温静置，移至烧杯中，称取0.5mg阿霉素加入，再加入步骤(2)的EDTA-Fe3+溶液5ml，室温搅拌0.5h，再缓慢加入15ml步骤(1)配置的羧甲基壳聚糖溶液，室温搅拌0.5h，即得载药纳米金水凝胶。
(6)将步骤(4)制备好的未载药纳米金水凝胶倒入模具中成型10min，倒入厚度为3.75mm，取出置于冷冻干燥机-80℃中8h除去水分得到气凝胶，再放回模具中，倒入步骤(5)制备的载药纳米金水凝胶至5mm厚，成型10min后取出，在上层的载药水凝胶表面均匀涂覆硅脂，下层冻干气凝胶部分不做处理，即得载药自驱动型人工智能材料。
对得到的载药自驱动型人工智能材料进行药物释放实验：将制得的材料装入透析袋(MD＝8K～14K)内，加入5ml PBS缓冲液(pH＝7.4)后两端密封，将其放入装有20ml PBS缓冲液的离心管中，再放入37℃、120rpm的恒温摇床。在指定时间点，每次取出1ml释放溶液(即透析袋外离心管内的溶液)，并补充等量PBS缓冲液(pH＝7.4)，混匀，然后将该混合溶液样品在紫外分光光度计下测定其吸光度，由标准曲线计算出不同时间点释放出阿霉素的药物含量，平行三次实验，实验结果如图3所示。
图3为本实施例制备的载药自驱动型人工智能材料在pH为7.4的PBS缓冲溶液中对阿霉素的释放曲线图。可以看出整个释放周期维持在50h左右，释放率为82％，前10h内由于材料自驱动性和吸水溶胀性，药物释放较快，10h药物累计释放率达到40％，之后释放速度逐渐变缓，阿霉素通过本实施例制备的材料包覆，释放时间得到了延长。
实施例9
自驱动型人工智能材料的检测分析实验，选用盐酸溶液为检测模型，制备以实施例1为例，具体方法如下：
将3个直径30cm、高12cm的圆筒状容器内分别装满2/3体积的pH为2的盐酸溶液、pH为5的盐酸溶液和去离子水，再将实施例1中制备的自驱动型人工智能材料分别放入pH为2的盐酸溶液、pH为5的盐酸溶液和去离子水中，用数码相机拍摄材料运动过程，用NISElements AR软件追踪、分析材料运动轨迹得到材料瞬时运动速度，平行三次实验，实验结果如图4所示。
将另一个直径30cm、高12cm的圆筒状容器内装满2/3体积的去离子水，同时在离筒中心10cm处放置一块浸泡过1mol/L盐酸溶液、边长为4cm的长方体琼脂凝胶块，以保持局部酸性环境，再将实施例1中制备的自驱动型人工智能材料放入该容器中，用数码相机拍摄材料运动过程，用NIS Elements AR软件追踪、分析材料运动轨迹得到材料瞬时运动速度，实验结果如图5所示。
图4为本实施例中自驱动型人工智能材料在去离子水以及pH＝2和pH＝5的盐酸溶液中运动速度图。可以看出制备的材料前12s内在去离子水中运动速度在3～7mm/s间波动，在pH＝5的盐酸溶液中运动速度在6.5～10mm/s间波动，在pH＝2的盐酸溶液中运动速度在8～12mm/s间波动，由于材料在酸性溶液中缓慢溶解，加速包裹在内的表面活性剂的释放，故而运动速度变快。
图5为本实施例中自驱动型人工智能材料在含盐酸琼脂块的去离子水溶液中运动速度图，可以分析出制备的材料在第4s和第9s靠近了琼脂块，导致运动速度变快。本发明制备的材料根据其运动速度数据可用作盐酸溶液位置粗略检测分析，由于遇酸速度增快，也可用作环境刺激响应控释型药物载体。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将乙二胺四乙酸二钠盐溶于水中，搅拌均匀后，加入FeCl3·6H2O，混合均匀，得到EDTA-Fe3+溶液；将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，搅拌均匀，得到壳聚糖乙酸水溶液；
(2)向壳聚糖乙酸水溶液中加入氯金酸，搅拌均匀，加入表面活性剂，升温至60～100℃，加入柠檬酸三钠，反应0.5～3h，结束反应，冷却至室温，加入EDTA-Fe3+溶液，混合均匀后，再加入羧甲基壳聚糖，混合均匀，得到纳米金水凝胶；
(3)将纳米金水凝胶导入模具中成型，冷冻干燥，得到气凝胶；
(4)将气凝胶导入模具中，加入纳米金水凝胶，成型后取出，得到由水凝胶和气凝胶两部分组成的自驱动型人工智能材料，其中水凝胶部分表面涂覆硅脂。
2.根据权利要求1所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述壳聚糖乙酸水溶液中的壳聚糖、氯金酸、表面活性剂、柠檬酸三钠、EDTA-Fe3+溶液中的EDTA-Fe3+和羧甲基壳聚糖的质量比为：(0.1～0.45)：(0.00004～0.0015)：(0.06～0.8)：(0.001～0.04)：(0.035～1)：(0.3～2.5)。
3.根据权利要求1或2所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述乙二胺四乙酸二钠盐与FeCl3·6H2O的质量比为(0.2～3)：(0.5～7)；步骤(4)所述气凝胶和水凝胶的体积比为(2～3)：(1～2)。
4.根据权利要求3所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述EDTA-Fe3+溶液中乙二胺四乙酸二钠盐的质量浓度为0.2～3g/100ml水，所述EDTA-Fe3+溶液中FeCl3·6H2O的质量浓度为0.5～7g/100ml水；所述壳聚糖在乙酸水溶液中的质量浓度为1～3g/100ml水；
步骤(2)所述氯金酸以氯金酸水溶液的形式加入，其质量浓度为0.01～0.1g/100ml水；所述表面活性剂以表面活性剂水溶液的形式加入，其质量浓度为2～10g/100ml水；所述柠檬酸三钠以柠檬酸三钠水溶液的形式加入，其质量浓度为0.5～5g/100ml水；所述羧甲基壳聚糖以羧甲基壳聚糖水溶液的形式加入，其质量浓度为2～10g/100ml水。
5.根据权利要求4所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖乙酸水溶液、氯金酸水溶液、表面活性剂水溶液、柠檬酸三钠水溶液、EDTA-Fe3+溶液和羧甲基壳聚糖水溶液的体积比为：(10～15)：(0.4～1.5)：(3～8)：(0.2～0.8)：(5～10)：(15～25)。
6.根据权利要求4所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述乙酸水溶液中乙酸的体积浓度为0.8～1.5ml/100ml水；步骤(2)所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和吐温20中的至少一种。
7.根据权利要求5所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂水溶液由表面活性剂加入水中后在室温下搅拌0.5～1h得到；
所述羧甲基壳聚糖水溶液由以下方法制得：将羧甲基壳聚糖加入水中，室温下搅拌4～12h；
步骤(3)和(4)所述成型均指纳米金水凝胶在自然条件下经10～60min后自适应模具，形成模具所固定形状的水凝胶。
8.根据权利要求4所述一种自驱动型人工智能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述乙二胺四乙酸二钠盐溶于水后搅拌均匀的条件为：室温下搅拌0.5～2h；所述混合均匀的条件为：室温下搅拌1～3h；所述壳聚糖溶于乙酸水溶液后搅拌均匀的条件为：室温下搅拌6～24h；
步骤(2)所述加入EDTA-Fe3+溶液后混合均匀的条件为：室温下搅拌0.5～1.5h；所述加入羧甲基壳聚糖后混合均匀的条件为：室温下0.5～1.5h；所述加入氯金酸后搅拌均匀的条件为室温下搅拌10～40min；
步骤(3)和(4)所述模具均为直径为10mm、厚度为5mm的圆盘；步骤(3)所述冷冻干燥的条件为：-80℃下冷冻干燥8～14h。
9.权利要求1～8任一项所述方法制得的一种自驱动型人工智能材料。
10.权利要求9所述一种自驱动型人工智能材料在成像、分析传感、检测和药物定点输送领域中的应用。
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