一种透明度可控的温敏性单层水凝胶、制备方法及组装得到的双层水凝胶

摘要

本发明涉及智能水凝胶技术领域，公开了一种透明度可控的温敏性单层水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将丙烯酰胺、丙烯酸、环糊精单体溶于水中，加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚‑9和交联剂充分混合；再加入引发剂和催化剂得到水凝胶预聚液；(2)将步骤(1)中的水凝胶预聚液注入模具中反应得到单层水凝胶。该单层水凝胶具有优异的力学性能和快速的透明度变化能力。本发明还通过环糊精与异丙基之间的主客体相互作用将单层水凝胶用于双层组装，制备得到双层粘结强度高、可实现快速可逆的各向异性形变的双层水凝胶。该单层水凝胶和双层水凝胶在智能驱动器、软机器人、生物医学设备或人造肌肉等领域具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于智能水凝胶技术领域，具体涉及一种透明度可控的温敏性单层水凝胶、制备方法及组装得到的双层水凝胶。

背景技术

智能水凝胶是一类具有三维网络结构的新型高分子材料，具有很强的吸水性和保水性。作为一种特殊的柔软物质，水凝胶具有特殊的变形、溶胀、刺激响应、减震等性质，广泛应用于各个领域。其中，刺激响应水凝胶暴露于外部环境(温度、光照、pH、电场、磁场等)中时会产生多种功能反应，发生形态体积的变化。这些刺激响应型水凝胶在智能驱动器、软机器人、生物医学设备、人造肌肉等领域具有广阔的应用前景。

具有温度响应性能的水凝胶会发生一定程度的体积相转变，实现水凝胶复杂形变(如弯曲、扭转、折叠等)，这些复杂形变一般是在不同方向发生不同量级的各向异性溶胀或收缩所致。双层水凝胶是实现水凝胶各向异性形变的重要方式，Ma等基于温度响应氧化石墨烯-聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶，制备了一种双层水凝胶(Ma等，Bioinspiredanisotropic hydrogel actuators with on-off switchable and colortunablefluorescence behaviors.Adv.Funct.Mater.2018,28(7):1704568)，但其弯曲速率较慢，且需要额外设计一种“高分子胶”增加双层连接强度，合成难度较大。

温度响应水凝胶主要包括低温溶胀型和高温溶胀型。低温溶胀型水凝胶具有低临界溶解温度，通常以聚N-异丙基丙烯酰胺为基础，其体积相转变温度在32-33℃左右。相应地，高温溶胀型水凝胶具有高临界溶解温度，目前许多工作都集中在丙烯酰胺和丙烯酸组成的水凝胶体系。Hua等人合成了一种基于聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的双层水凝胶致动器，包括一层聚(丙烯酰胺-丙烯酸)的互穿网络和另一层聚丙烯酰胺网络，实现各向异性形变(Hua等，Mimosa inspired bilayer hydrogel actuator functioning in multi-environments.J.Mater.Chem.C 2018,6(6):1320-1327)。但在这项工作中水凝胶的响应速度较慢，在应用上有一定的局限性，并且未对水凝胶透明度的变化进行详细探索。

丙烯酰胺和丙烯酸无规共聚制备的水凝胶表现出缓慢的溶胀/去溶胀行为，并且这种水凝胶在低温下不透明，随着温度升高，该水凝胶逐渐变为透明状态，且整个过程可逆，通过透射率的变化可以定量说明其宏观透明度的变化。目前基于聚(丙烯酰胺-丙烯酸)的双层水凝胶体系存在响应速率慢，透明度变化不明显等问题，因此在保证水凝胶透明度转换效率的同时，提高其响应速率是重要的研究方向。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种简单可行、易于控制的透明度可控的温敏性单层水凝胶的制备方法，并将该制得的单层水凝胶用于双层组装，制备得到双层粘结强度高、可实现快速可逆的各向异性形变的双层水凝胶，该单层水凝胶和双层水凝胶在智能驱动器、软机器人、生物医学设备或人造肌肉等领域具有广泛的应用前景。

具体采用的技术方案如下：

一种透明度可控的温敏性单层水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将丙烯酰胺、丙烯酸、环糊精单体溶于水中，加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚-9和交联剂充分混合；再加入引发剂和催化剂得到水凝胶预聚液；

(2)将步骤(1)中的水凝胶预聚液注入模具中反应得到单层水凝胶。

本发明通过简单的自由基聚合，加入化学交联剂使丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚得到单层水凝胶，该单层水凝胶内部通过物理-化学交联形成三维网络，物理交联作用包括氢键和静电相互作用。

丙烯酰胺的酰胺基和丙烯酸的羧基表现出很强的分子间氢键(聚合物-聚合物氢键)，水分子被排除在水凝胶之外，水凝胶表现出不透明状态。当温度升高到高临界溶解温度以上时，酰胺基和羧基之间的分子间氢键变得极不稳定，容易发生断裂，而聚合物分子与水之间会形成稳定氢键(聚合物-水氢键)，因此水凝胶吸水膨胀，透明度增加，整体从不透明状态变为透明状态。本发明进一步引入阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，其阳离子基团能够与丙烯酸的羧基形成阴阳离子静电相互作用，对水凝胶的温敏性产生积极效应。而将非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚-9引入水凝胶后，其疏水基团紧密结合在一起，最大限度地减少与水的接触面积，形成胶束，这些胶束通过与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸和丙烯酰胺之间形成氢键，固定在水凝胶网络中，胶束的形成降低了水分子进出水凝胶内部网络的阻力，能够在不影响25-50℃时水凝胶透明度变化的同时获得更大范围的溶胀率变化。

优选的，所述环糊精单体包括β-环糊精单体和α-环糊精单体。

优选的，步骤(1)中，丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的配比为1mg：1μL：0.3～0.4mg。丙烯酰胺与丙烯酸之间存在氢键相互作用；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与丙烯酸之间能够形成静电相互作用，进而增强高临界溶解温度特性；在上述优选的比例范围下，丙烯酰胺与丙烯酸之间的氢键相互作用最强，能够制备得到力学性能较好、随温度变化产生的体积相转变明显的单层温敏性水凝胶。

当丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵含量过高时，会导致水凝胶初始形成阶段的内外渗透压差值较大，水分子不断进入水凝胶，使水凝胶力学性能变差，甚至丧失其形状保持能力。

优选的，步骤(1)中，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入摩尔量为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵三种原料总摩尔质量的1-2％；交联剂能够提供水凝胶的化学交联网络，决定水凝胶的交联密度，进而影响其力学性能；该单层温敏性水凝胶中还存在氢键和静电相互作用作为物理交联，若交联剂加入量过多，交联密度过高，聚合物链之间会紧密缠结，导致水凝胶力学性能下降，容易破碎。

优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚-9的加入量为丙烯酰胺的60-80wt％。脂肪醇聚氧乙烯醚-9的加入有利于提高响应速率、增强透明度变化趋势，但含量过高时，没有足够的氢键作用将其结合在水凝胶网络中，脂肪醇聚氧乙烯醚-9会在浸泡时从水凝胶中析出。

步骤(1)中，所述引发剂包括过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂的加入量为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵三种原料总质量的1-3wt％，所述催化剂包括N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，以水凝胶预聚液总体积计，所述催化剂的用量为3-8μL/mL。

步骤(2)中，注入模具的过程需要在5min内完成，反应温度≥50℃，反应时间≥16h。

优选的，步骤(2)中，注入模具的过程要在1min内完成，加入引发剂和催化剂后，水凝胶自由基聚合过程十分迅速，几分钟内即可开始聚合，1min内的操作能保证在溶液状态时注入模具，防止堵塞注射器；丙烯酰胺和丙烯酸之间透明度骤变温度为40℃左右，脂肪醇聚氧乙烯醚-9的浊点为71-85℃，为防止透明度骤变以及脂肪醇聚氧乙烯醚-9析出、保证水凝胶单体充分聚合、减少反应物损失，反应温度优选为50-70℃，反应时间优选≥24h。

本发明还提供了所述透明度可控的温敏性单层水凝胶的制备方法制得的单层水凝胶。该单层水凝胶力学性能优异，能够实现快速可逆的透明度变化，响应速度快。

一种双层水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(Ⅰ)将丙烯酰胺、丙烯酸、环糊精单体溶于水中，加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚-9和交联剂充分混合；再加入引发剂和催化剂得到水凝胶预聚液；

(Ⅱ)将N-异丙基丙烯酰胺、交联剂溶于去离子水中混合均匀，加入引发剂和催化剂得到混合溶液，将混合溶液注入模具中反应得到组装层水凝胶；

(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)的水凝胶预聚液注入步骤(Ⅱ)的模具中，得到所述双层水凝胶。

本发明利用环糊精与N-异丙基丙烯酰胺异丙基之间的主客体相互作用，将所述水凝胶预聚液体系与聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶进行双层组装，制备得到双层水凝胶，水凝胶预聚液通过物理-化学交联形成三维网络单层水凝胶，单层水凝胶具有高临界溶解温度，其特性为低温失水收缩、高温吸水膨胀，而组装层水凝胶具有低临界溶解温度，其特性为高温疏水收缩、低温亲水溶胀，将两个趋势相反的温敏性体系通过主客体相互作用集成到同一双层水凝胶中，双层粘结强度高，同时利用不同水凝胶对温度的响应差异，可实现快速可逆的各向异性形变。

步骤(Ⅰ)中水凝胶预聚液与步骤(1)中水凝胶预聚液的制备方法相同。

优选的，所述环糊精单体包括β-环糊精单体和α-环糊精单体。

优选的，步骤(Ⅰ)中，丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的配比为1mg：1μL：0.3～0.4mg；所述脂肪醇聚氧乙烯醚-9的加入量为丙烯酰胺的60-80wt％。

优选的，步骤(Ⅰ)中，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入摩尔量为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵三种原料总摩尔质量的1-2％。

优选的，步骤(Ⅰ)中，所述引发剂包括过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂的加入量为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵三种原料总质量的1-3wt％，所述催化剂包括N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，以水凝胶预聚液总体积计，所述催化剂的用量为3-8μL/mL。

优选的，步骤(Ⅱ)中，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入摩尔量为N-异丙基丙烯酰胺摩尔质量的1-2％；所述引发剂包括过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂的加入量为N-异丙基丙烯酰胺质量的1-3wt％，所述催化剂包括N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，以混合溶液总体积计，所述催化剂的用量为3-8μL/mL。

优选的，N-异丙基丙烯酰胺与环糊精单体的质量比为1：10-14。若环糊精单体含量过低，则环糊精与N-异丙基丙烯酰胺之间的主客体相互较弱，双层水凝胶之间的连接强度不够；环糊精单体含量过高会影响水凝胶的内部结构及响应速率。

步骤(Ⅱ)的混合溶液中，所述N-异丙基丙烯酰胺的浓度为100-150mg/mL。

优选的，所述N-异丙基丙烯酰胺的浓度为100-130mg/mL，N-异丙基丙烯酰胺是水凝胶温敏性能的决定性单体，因此其含量对水凝胶的响应速度有较大的影响，该范围的浓度得到的水凝胶响应速度快。

步骤(Ⅱ)中，注入模具的过程需要在5min内完成，反应温度≤30℃，反应时间≥12h。

优选的，步骤(Ⅱ)中，注入模具的过程需要在1min内完成，反应温度为0-10℃，反应时间≥24h。N-异丙基丙烯酰胺低温时表现出更好的亲水性能，在水溶液中的溶解性和聚合能力都显著增强。

步骤(Ⅲ)中，注入模具的过程需要在5min内完成，反应温度为37-45℃，反应时间≥15h。

优选的，步骤(Ⅲ)中，注入模具的过程需要在1min内完成，反应温度为38-40℃，反应时间≥24h。聚合过程既要保证组装层水凝胶不会因为收缩而失水过多，又要保证所述水凝胶预聚液能够成功聚合，因此需要选择适度的温度。

本发明还提供了所述双层水凝胶的制备方法制得的双层水凝胶。水凝胶预聚液制得的单层水凝胶具有高临界溶解温度特性，在38℃以下时，水凝胶失水体积收缩，在38℃以上时，水凝胶吸水体积膨胀，而组装层水凝胶具有与之相反的低临界溶解温度特性，在33℃以时，水凝胶失水体积收缩，在33℃以下时，水凝胶吸水体积膨胀。这两种相反的温度响应能力产生强大的形变驱动力，提高水凝胶形变过程的响应速率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的单层水凝胶和双层水凝胶的制备方法操作简单、生产成本低、反应过程易于控制。

(2)本发明制得的单层水凝胶通过化学交联剂形成强化学交联网络，另外还有多种分子间氢键、阴阳离子静电作用等形成物理交联网络，提供应力耗散机制，具有极高的强度和韧性。该单层水凝胶透明度可控、具有温敏性，力学性能优异，能够实现快速可逆的透明度变化，响应速度快。

(3)本发明通过环糊精与N-异丙基丙烯酰胺异丙基之间可逆的主客体相互作用获得的双层超分子水凝胶间连接紧密，连接强度高，该双层水凝胶双层粘结强度高、可实现快速可逆的各向异性形变。

(4)本发明提供的双层水凝胶具有快速的温度响应形变能力，单层水凝胶具有高临界溶解温度特性，在38℃以下时，水凝胶失水体积收缩，在38℃以上时，水凝胶吸水体积膨胀，而组装层水凝胶具有与之相反的低临界溶解温度特性，在33℃以上时，水凝胶失水体积收缩，在33℃以下时，水凝胶吸水体积膨胀。这两种相反的温度响应能力产生了强大的形变驱动力，提高了该双层水凝胶形变过程的响应速率。

附图说明

图1为实施例1及对比例1-3中制得的水凝胶的压缩测试：其中a为应力-应变曲线；b为压缩后的形态变化。

图2为实施例1及对比例1中制得的水凝胶在不同温度下的透明度变化，a为实施例1，b为对比例1。

图3为实施例1中所述单层水凝胶不同压缩速率下的应力-应变曲线。

图4为实施例1中所述单层水凝胶的拉伸实验：其中a为手指拉伸过程；b为重复拉伸中的长度变化趋势。

图5为实施例1中所述单层水凝胶的溶胀性能实验：其中a为50℃下的溶胀图；b为50℃下的体积变化率。

图6为实施例1及对比例1-3中制得的水凝胶在25℃和50℃的含水量和平衡溶胀率：其中a为含水量；b为平衡溶胀率。

图7为实施例1中所述单层水凝胶的透明度随温度变化趋势：其中a为50℃下的溶胀图；b为25℃和50℃下的紫外-可见光谱；c为透明度重复测试过程中的透射率变化趋势；d为透明度变化后的图案清晰度测试。

图8为实施例7中所述双层水凝胶动态形变示意图：其中a为50℃下弯曲行；b为25℃下的弯曲后恢复过程；c为弯曲角度-弯曲时间动态曲线；d为重复弯曲过程最大弯曲角度变化。

具体实施方式

下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。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。

实施例1-3

称取丙烯酰胺(200mg，2.82mmol)、丙烯酸(200μL)和β-环糊精单体(30mg，0.025mmol)，加入到4mL水中，搅拌混合均匀，移至储存在50℃水浴条件下；分别加入不同含量的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚-9、N,N-亚甲基双丙烯酰胺；充分混合后，通入氩气30min排尽氧气，密封静置30min以防止产生气泡；称取一定量过硫酸钾，溶于200μL水，加入到混合溶液中，然后加入20μL N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，得到水凝胶预聚液；1min内迅速将水凝胶预聚液用注射器注入模具中(60mm×60mm×1mm)，在50℃下反应24h，制得所述单层水凝胶，各原料的配比如表1所示。

对比例1-3

对比例1-3中水凝胶的制备方法与实施例1相同，区别仅在于不加入原料丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和/或脂肪醇聚氧乙烯醚-9，采用不同用量的交联剂和引发剂，各原料的配比如表1所示。

表1实施例1-3及对比例1-3中各原料配比

实施例4-6

实施例4-6中水凝胶的制备方法与实施例1-3相同，区别仅在于原料环糊精单体选用α-环糊精单体。

实施例7-9及对比例4-6

(1)首先按照实施例1-3和对比例1-3中的原料配比和方法制备实施例7-9和对比例4-6中的水凝胶预聚液；

(2)同时称取N-异丙基丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到3mL水中，搅拌混合均匀，移至0-5℃冰水浴条件下，通入氩气30min排尽氧气，密封静置30min以防止产生气泡；称取一定量过硫酸钾，溶于200μL水，加入到混合溶液中，然后加入20μL N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，得到组装层水凝胶的混合溶液；1min内迅速用注射器注入模具中(60mm×60mm×1mm)，在0-5℃下反应24h，制得组装层水凝胶。

(3)将步骤(2)中的模具更换为60mm×60mm×2mm，1min内迅速注入步骤(1)中单层水凝胶预聚液，在40℃下反应24h，得到所述双层水凝胶。实施例7-9及对比例4-6中各原料配比如表2所示。

表2实施例7-9及对比例4-6中各原料配比

实施例10-12

实施例10-12中双层水凝胶的制备方法与实施例7-9相同，区别仅在于单层水凝胶的水凝胶预聚液中，原料环糊精单体选用α-环糊精单体。

性能测试

通过力学性能及透明度变化优选聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶体系。测试实施例1及对比例1-3制得的水凝胶的力学性能，结果如图1所示。为避免样品在实验台上滑动，压缩测试的水凝胶样品形状为圆柱体。从图1中的a中可以发现，同时含有丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和脂肪醇聚氧乙烯醚-9的实施例1力学性能最好，最大形变可以达到98.7％，最大应力达到740kPa，其他水凝胶力学性能差，如对比例3的水凝胶形变能力最弱，这是因为其交联密度最低，聚合物链的自由度高，高分子链之间的相互作用减弱，导致其压缩性能最差。另外，从图1中的b中可以看到，实施例1经历多次压缩循环后仍能保持初始状态，对比例1-3都发生了不同程度的损坏，出现了裂纹甚至破裂，无法达到理想的应用条件。

测试实施例1及对比例1制得的水凝胶透明度变化结果，如图2中的a所示，实施例1中水凝胶的透明度在高温和低温时有明显差别，25℃时为完全不透明状态，而50℃时变为完全透明状态；而对比例1-3中的水凝胶的透明度则无明显变化，代表性图片如图2中的b所示(对比例1)。

优选实施例1得到的水凝胶进一步测试其性能。

(1)力学性能测试

如图3所示，测试实施例1中水凝胶在不同压缩速率下的应力-应变曲线，当压缩速率分别设置为5、10、15、20mm/min时，水凝胶的最大应力没有区别，而最大形变量虽然略有减小，但都保持在90％以上，主要是因为用同一水凝胶进行这一系列测试的间隔时间短，水凝胶回弹后的状态受到微小限制。说明水凝胶的压缩性能表现优异，具有很大的应用优势。

如图4中的a所示，通过手动拉伸测试实施例1水凝胶的拉伸效率。该水凝胶从原始的1.5cm左右拉伸到9cm左右，不会断裂，松开后能够恢复到原始状态，其长度和宽度不会发生改变。计算可知伸长率能够达到至少500％，远大于传统的温敏性水凝胶。如图4中的b所示，该水凝胶的拉伸测试重复了10次以上，拉伸性能保持稳定。该测试过程在室温下进行，说明此时水凝胶中的物理交联作用较强，拉伸时聚合物链伸展而不发生断裂。

(2)温度响应性能测试

如图5中的a所示，将直径为9.5mm的实施例1的单层水凝胶浸泡在50℃水浴中，通过坐标纸观察并记录体积变化趋势。可以看到，经过5s后，水凝胶表现出明显的体积变化和透明度变化，10s后，水凝胶的体积即达到13mm左右，并且由不透明变为完全透明状态，说明该水凝胶体系具有快速的温度响应性能。图5中的b定量测定了实施例1水凝胶体积变化率随时间的变化，11s时，溶胀体积已经达到原始体积的256％左右，即体积增加率为156％。浸泡15s以后，水凝胶体积增加率达到162％以上，且不再发生明显变化。上述数据说明实施例1吸水后体积变化明显，且膨胀过程十分迅速。

图6比较了实施例1和对比例1-3的含水量和平衡溶胀率。从测试结果可以看到，实施例1水凝胶在50℃含水量为95.4％，在25℃时的含水量减小到67.7％，变化明显，而对比例1-3的含水量变化值只有1-2％(图6中的a)。同样，实施例1在25℃和50℃时的平衡溶胀率值有很大的差异，从2增加到21.1，而对比例1-3的平衡溶胀率变化趋势要小得多(图6中的b)。

(3)透明度变化测试

图7中的a将常温下溶胀平衡的实施例1水凝胶放置到表面皿中，用注射器注入50℃水，其透明度瞬间增加，开始向透明状态转变，10s后变为完全透明状态，降温至25℃ 5s后转变为不透明状态。

通过紫外-可见光谱测试25℃和50℃下实施例1的透射率(400nm-700nm)，结果如图7中的b所示，25℃时水凝胶的透射率保持在0-2％范围内，可以认为完全不透明，而50℃下水凝胶的透射率为97％以上，即保持在完全透明状态。另外对10次重复过程中的25℃和50℃下的透射率进行了测定，从图7中的c中看到，多次测试中，实施例1的透射率保持与第一次测试结果一致，说明其透明度的可逆变化未受到负面影响，能够实现无损应用。

图7中的d表明，将“求是鹰”图案放置在实施例1下，升高温度至50℃，图案轮廓逐渐清晰，并且这个过程是可逆的。

(4)可逆形变性能测试

实施例1中制得的单层水凝胶的特性为低温失水收缩、高温吸水膨胀，组装层水凝胶的特性为高温疏水收缩、低温亲水溶胀，将两个趋势相反的温度响应系统集成到同一个水凝胶中，通过组装双层结构来实现水凝胶的动态可逆形变行为，双层水凝胶通过环糊精(所述单层水凝胶)与N-异丙基丙烯酰胺异丙基(组装层水凝胶)之间的主客体相互作用实现牢固连接。两者相反的热响应能力产生了强大的形变驱动力，提高弯曲过程的响应速率。

如图8中的a和b所示，通过肉眼能够清楚地观察到双层水凝胶在50℃水浴中的弯曲变形和在25℃水浴中的恢复过程，该水凝胶从直线到半圆弧再到完整圆弧的过程仅需30s，恢复时间约为3min。

图8中的c显示了形变过程的角度变化和形变速率的定量分析曲线，以双层水凝胶所在圆的圆心角为弯曲角度，弯曲方向的确定可以参见图中的设置。从图中可以清楚地看到，弯曲过程中圆心角在30s内从180°迅速增加到316°，又在接下来的150s内恢复到原始的180°。弯曲-恢复过程重复了10次以上，如8中的d所示，弯曲角度在180°和316°之间转换，说明该形变过程具有良好的可重复性。并且经过重复试验后，双层水凝胶仍然牢固地粘合在一起，验证了所述单层水凝胶与组装层水凝胶之间的连接强度，反映了异丙基与环糊精之间主客体相互作用的稳定性。制备的双层水凝胶体系能够满足各向异性变形水凝胶致动器的强度要求，具有快速的响应速率与优良的力学性能。

以上所述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。