一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法

摘要

本发明涉及一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，制备时首先将通过均匀混合得到含光引发剂的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N‑异丙基丙烯酰胺分散液，然后加入活化剂得到混合溶液，在室温和氮气保护条件下将混合溶液进行反应得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，最后经紫外光照射得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。最终制得的复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为80‑92％，最大抗压强度为0.6‑0.8MPa，断裂应变为75‑85％，同时具有生物相容性良好的优点，在药物释放、分子器件等领域具有潜在的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种由一类能吸收大量水又不溶于水的亲水性交联高聚物三维网络结构吸水溶胀制得的材料，由于其具有优异的仿生性及生物相容性等特点，在药物释放、组织工程、创伤敷料等生物医用领域具有较广的应用。根据水凝胶对外界刺激响应情况的不同，可以分为两类：传统水凝胶和智能水凝胶，其中，传统水凝胶对外界的响应不敏感，而智能水凝胶能感知外界环境的细微变化，如温度、pH值、光、电场、磁场以及离子浓度等的变化，并通过自身体积的溶胀和收缩来实现。

聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶具有温度敏感性，在32℃左右的水溶液中有一个低温临界温度(LCST)，升温时，高于此温度后以疏水作用为主，体积收缩；降温时，低于此温度后以亲水作用为主，体积膨胀。该水凝胶在药物释放、生化物质分离等生物医用领域有潜在的应用价值，通常作为温度敏感性的部分被应用于不同的生物医用凝胶材料中，然而聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶力学性能较差，断裂伸长率和拉伸强度较低，这在一定程度上限制了聚(N-异丙基丙烯酰胺) 水凝胶的应用，因此，如何提高聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的力学性能成为近年来的研究热点。

壳聚糖、氯乙酸在强碱性的条件下反应制得羧甲基壳聚糖，它是一种水溶性的壳聚糖衍生物，为两性聚电解质，且具有良好的生物相容性及可降解性。羧基的引入使羧甲基壳聚糖的水溶性较壳聚糖好，能在较宽pH范围的水溶液中溶解，这大大拓宽了其应用领域，如农业、工业、生物、医药、化妆品等领域。

氧化石墨烯是石墨烯的重要衍生物之一，通过天然鳞片石墨在强酸性条件下氧化并剥离得到的产物，因其表面含有大量的含氧基团(羧基、羟基、环氧、羰基等)，其水溶性较石墨烯有了较大的提高，能很好地溶解在水和有机溶剂中，氧化石墨烯主要用于增强填料，提高复合材料的力学性能。此外，氧化石墨烯也可通过其表面活性基团发生化学反应，进而起到交联的和增强的双重作用。

现有技术中引入氧化石墨烯改善聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的力学性能时，氧化石墨烯主要充当填料分散在聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶内部，氧化石墨烯无法发挥交联剂的作用，因而复合水凝胶的力学性能提升有限；现有技术中大都通过引入低分子量的羧甲基壳聚糖使所制得的聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶具有pH响应性的特点，且大多是利用化学交联剂交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺)网络和羧甲基壳聚糖组成半互穿网络水凝胶，由于化学交联剂的存在其生物相容性较差。

申请号为201610851701.5的专利申请公开了一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/ 聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，首先制备羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/丙烯酰胺分散液，然后在冰水浴的条件下加入引发剂过硫酸钾和加速剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺，最后在室温条件下反应8-12h，采用该制备方法制得的复合水凝胶生物相容性良好，且力学性能优良，然而由于加速剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺在室温下的分解速率过快，反应开始前加入引发剂和加速剂的阶段必须是在冰水浴中进行的，否则加速剂在分散均匀之前就已促使引发剂分解发生聚合反应，难以控制所制得的水凝胶的交联点的均一性，使其力学性能大大降低，冰水浴一方面操作复杂，另一方面难以控制，温度稍高就容易造成加速剂提前分解，影响最终产品的力学性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术制备复合水凝胶条件苛刻、工艺复杂的问题，提供一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的弱酸溶液中搅拌均匀，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂并搅拌均匀得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液；

(2)在室温和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N- 羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液；

(3)在室温和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应得到羧甲基壳聚糖/ 氧化石墨烯交联固化的水凝胶；

(4)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，所述室温为16-20℃。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(1)中，所述羧甲基壳聚糖的粘均分子量为 350000-500000，取代度为0.7-0.95；所述氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.2-1.5 um，厚度为0.8-1.1nm；所述光引发剂为2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(1)中，所述弱酸溶液的pH值为4-6，所述弱酸溶液为2-吗啉乙磺酸溶液或磷酸盐缓冲液，氧化石墨烯的弱酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0001-0.0006g/mL，羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比 0.133-0.667:1，氧化石墨烯与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.001-0.056:1，光引发剂与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.005-0.02:1。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(1)中，加入N-异丙基丙烯酰胺单体之前的搅拌时间为12-24h，搅拌速率为150-400rpm，加入N-异丙基丙烯酰胺单体之后的搅拌时间为2-5h，搅拌速率为150-400rpm。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(2)中，所述搅拌的速率为150-400rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为1-10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为0.115-16:1。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(3)中，所述氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的，所述反应的时间为1-4h。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(4)中，所述紫外光照射的时间为1-3h。

如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，所述羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为80-92％，最大抗压强度为 0.6-0.8MPa，断裂应变为75-85％。

发明机理：

本发明通过两步法制备了一种力学性能优良、生物相容性好且具有温度/pH 双重响应特性的复合水凝胶。第一步，将活化剂加入到在羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中引发氧化石墨烯与羧甲基壳聚糖间的羧基与氨基的反应，交联反应得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，其中，活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺，它能够起到活化羧基的作用，使得羧甲基壳聚糖或氧化石墨烯上的羧基能够在常温条件下与羧甲基壳聚糖上的氨基反应生成化学键，进而发生交联反应；与现有技术相比避免了有毒小分子交联剂的使用，使得产品的生物相容性较好；光引发剂开始是均匀分散在羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中的，随着凝胶的形成光引发剂逐渐被均匀地固定在凝胶内部，保证在后续聚合反应过程中光引发剂能够均匀分散。第二步，采用紫外光照射羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，光引发剂在紫外光的照射下能够吸能分解产生活性自由基，活性自由基引发水凝胶中的N-异丙基丙烯酰胺单体发生聚合反应，最终形成羧甲基壳聚糖网络/聚(N-异丙基丙烯酰)半互穿网络水凝胶。

本发明的整个反应都是在室温下进行的，现有技术往往需要在冰水浴中进行，因为现有技术中加快引发剂分解产生活性自由基的加速剂在室温下的分解速率较快，室温下当反应体系中同时出现加速剂和引发剂时，加速剂会迅速发生分解并作用于引发剂，整个体系中加速剂和引发剂尚未分散均匀就已经开始聚合反应，难以控制所制得的水凝胶的交联点的均一性，使其力学性能大大降低。而本发明中光引发剂是由紫外光引发的，紫外光相当于现有技术中的加速剂，紫外光照射是在光引发剂已经均匀分散固定在凝胶中后才进行的，因而不存在加速剂和光引发剂分散不均匀的问题，这也使得本发明能够在室温条件下进行，不需要冰水浴等苛刻的条件就能控制水凝胶内部高分子链的均一性，保证产品的力学性能。此外，本发明中的活化剂在室温下活化羧基的速率适中，保证了加入活化剂后，在羧甲基壳聚糖与氧化石墨烯交联固化形成水凝胶之前有足够的时间搅拌并使其分散均匀，同时也保证了有足够的时间进行下一步的抽真空和充氮气操作。

本发明制得的纳米复合水凝胶的力学性能优良，因为引入了羧甲基壳聚糖和氧化石墨烯，羧甲基壳聚糖主链含有较多的六元环刚性结构，同时氧化石墨烯片层也具有较好的强度，二者的共同作用使复合水凝胶的力学性能有了较大提高。有益效果：

1)本发明的制备方法简单，易于操作，有利于工业化生产；

2)本发明的克服了现有技术制备复合水凝胶反应条件苛刻的缺点，可在室温条件下进行反应；

3)本发明制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的力学性能显著提高，同时具有pH/温度双重响应的特性；

4)本发明避免了有毒小分子交联剂的使用，制得的纳米复合水凝胶具有较好的生物相容性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在16℃下，将粘均分子量为350000、取代度为0.7的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中以150rpm的速率搅拌12h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.2um，厚度为0.8nm，2-吗啉乙磺酸溶液的pH值为4，氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0001g/mL，然后加入 N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，并以 150rpm的速率搅拌2h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N-异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为 0.133:0.001:1:0.005；

(2)在16℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为150rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为1:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为0.115:1；

(3)在16℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应1h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在16℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射2h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为80％，最大抗压强度为0.6MPa，断裂应变为75％。

对比例1

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在16℃下，将粘均分子量为350000、取代度为0.7的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中以150rpm的速率搅拌12h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.2um，厚度为0.8nm，2-吗啉乙磺酸溶液的pH值为4，氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0001g/mL，然后加入单体N-异丙基丙烯酰胺，交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，并以150rpm的速率搅拌2h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N-异丙基丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为 0.133:0.001:1:0.005；

(2)在搅拌和冰水浴的条件下，将过硫酸钾溶液和N,N,N',N'-四甲基乙二胺加入到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为150rpm，过硫酸钾溶液的浓度为0.004g/mL，过硫酸钾与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.005:1，N,N,N',N'-四甲基乙二胺与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.77:1；

(3)在16℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2h得到纳米复合水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为80％，最大抗压强度为0.5MPa，断裂应变为72％。将对比例1与实施例1对比可以看出，在其他工艺条件相同条件下，采用常温、紫外光、光引发剂和活化剂相对于采用冰水浴、加速剂(N,N,N',N'- 四甲基乙二胺)和引发剂(过硫酸钾)更有利于制备力学性能优良的纳米复合水凝胶，且实施例1的操作更简便。

实施例2

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在20℃下，将粘均分子量为500000、取代度为0.95的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以400rpm的速率搅拌24h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1.5um，厚度为1.1nm，磷酸盐缓冲液的pH值为6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0006g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以400rpm的速率搅拌5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N- 异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.667:0.056:1:0.02；

(2)在20℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为400rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为16:1；

(3)在20℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应4h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在20℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为92％，最大抗压强度为0.68MPa，断裂应变为75％。

对比例2

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在20℃下，将粘均分子量为500000、取代度为0.95的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以400rpm的速率搅拌24h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1.5um，厚度为1.1nm，磷酸盐缓冲液的pH值为6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0006g/mL，然后加入单体N-异丙基丙烯酰胺和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺并以400rpm的速率搅拌5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N-异丙基丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为 0.667:0.056:1:0.005；

(2)在20℃和搅拌条件下，将过硫酸钾溶液和N,N,N',N'-四甲基乙二胺加入到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为400rpm，过硫酸钾溶液的浓度为0.004g/mL，过硫酸钾与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.02:1，N,N,N',N'-四甲基乙二胺与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为1:1；

(3)在20℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应4h得到纳米复合水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶含水量为92％，最大抗压强度为0.32MPa，断裂应变为72％。将对比例2与实施例2对比可以看出，在其他工艺条件相同条件下，采用紫外光、光引发剂和活化剂相对于采用加速剂(N,N,N',N'-四甲基乙二胺)和引发剂(过硫酸钾)更有利于制备力学性能优良的纳米复合水凝胶，因为加速剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺在室温下的分解速率过快，加速剂在分散均匀之前就已促使引发剂分解发生聚合反应，难以控制所制得的水凝胶的交联点的均一性，使其力学性能大大降低。

实施例3

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在18℃下，将粘均分子量为400000、取代度为0.825的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中以275rpm的速率搅拌18h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.86um，厚度为0.95nm，2-吗啉乙磺酸溶液的pH值为5，氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.00035g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，并以275rpm的速率搅拌3.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N-异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.4:0.0285:1:0.0125；

(2)在18℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为275rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为5.5:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为5.83:1；

(3)在18℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在18℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为86％，最大抗压强度为0.8MPa，断裂应变为78.5％。

实施例4

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在17℃下，将粘均分子量为350000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中以300rpm的速率搅拌13h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1um，厚度为1.0nm，2-吗啉乙磺酸溶液的pH值为 4.5，氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0002g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，并以300rpm的速率搅拌3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N-异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.6:0.003:1:0.01；

(2)在17℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为300rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为7:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为2.5:1；

(3)在17℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在17℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N- 异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为89％，最大抗压强度为0.7MPa，断裂应变为80％。

实施例5

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在19℃下，将粘均分子量为450000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以330rpm的速率搅拌20h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.5um，厚度为0.9nm，磷酸盐缓冲液的pH值为4.6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0002g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以400rpm的速率搅拌4h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、 N-异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.38:0.025:1:0.015；

(2)在19℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为330rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为7:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为7:1；

(3)在19℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在19℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N- 异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为81％，最大抗压强度为0.72MPa，断裂应变为78％。

实施例6

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在17℃下，将粘均分子量为355000、取代度为0.95的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以160rpm的速率搅拌13h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.5um，厚度为0.9nm，磷酸盐缓冲液的pH值为4，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0002g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以200rpm的速率搅拌3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N- 异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.234:0.011:1:0.01；

(2)在17℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为330rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为1.75:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为3.5:1；

(3)在18℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在16℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射1h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为82％，最大抗压强度为0.62MPa，断裂应变为77％。

实施例7

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在18℃下，将粘均分子量为420000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中以185rpm的速率搅拌15h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.7um，厚度为0.8nm，2-吗啉乙磺酸溶液的pH值为 5，氧化石墨烯的2-吗啉乙磺酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0003g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，并以225rpm的速率搅拌4h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N-异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.321:0.025:1:0.015；

(2)在17℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为300rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为3.85:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为5.2:1；

(3)在18℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应4h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在20℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为85％，最大抗压强度为0.66MPa，断裂应变为79％。

实施例8

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在19℃下，将粘均分子量为458000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以256rpm的速率搅拌20h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1.1um，厚度为0.9nm，磷酸盐缓冲液的pH值为6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0004g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以238rpm的速率搅拌5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N- 异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.42:0.03:1:0.01；

(2)在19℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为300rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为6.5:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为8.3:1；

(3)在18℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在18℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为87％，最大抗压强度为0.71MPa，断裂应变为80％。

实施例9

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在20℃下，将粘均分子量为458000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以256rpm的速率搅拌20h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1.1um，厚度为0.9nm，磷酸盐缓冲液的pH值为6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0004g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以238rpm的速率搅拌5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N- 异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.26:0.097:1:0.02；

(2)在20℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为300rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为5:3，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为7.3:1；

(3)在16℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在16℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为89％，最大抗压强度为0.79MPa，断裂应变为80％。

对比例3

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在20℃下，将粘均分子量为458000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以256rpm的速率搅拌20h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1.1um，厚度为0.9nm，磷酸盐缓冲液的pH值为6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0004g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以238rpm的速率搅拌5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N- 异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.26:0.001:1:0.02；

(2)在16℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为300rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为5:3，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为7.3:1；

(3)在16℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在16℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为89％，最大抗压强度为0.56MPa，断裂应变为85％。

对比例4

一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)在20℃下，将粘均分子量为458000、取代度为0.85的羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中以256rpm的速率搅拌20h，其中氧化石墨烯的片层横向尺寸为1.1um，厚度为0.9nm，磷酸盐缓冲液的pH值为6，氧化石墨烯的磷酸盐缓冲液中氧化石墨烯的浓度为0.0004g/mL，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1，并以238rpm的速率搅拌5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液，羧甲基壳聚糖、氧化石墨烯、N- 异丙基丙烯酰胺单体与光引发剂的质量比为0.42:0.03:1:0.01；

(2)在20℃和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 /N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液，搅拌的速率为300rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为5:3，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为7.3:1；

(3)在16℃和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应2.5h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的；

(4)在16℃条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射3h得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

最终制得的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为89％，最大抗压强度为0.47MPa，断裂应变为76％。

将实施例9、对比例3和对比例4对比可以看出，随着羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶中氧化石墨烯含量的增加，纳米复合水凝胶的力学性能先增大后减小，即只有将纳米复合水凝胶中氧化石墨烯含量控制在合适的范围内才能得到力学性能较好的纳米复合水凝胶。