水凝胶简介

水凝胶简介

水凝胶就是一种具有亲水性的三维网状交联结构的高分子网络体系。水凝胶性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水,具有良好的生物相容性与生物降解性。自从20世纪50年代由Wichterle等首次报道后,就被广泛地应用于组织工程、药物输送、3D细胞培养等医药学领域。[1]

水凝胶根据交联方式不同,分为物理交联水凝胶与化学交联水凝胶。物理凝胶就是指通过静电力、氢键、疏水相互作用等分子间作用力交联形成的水凝胶。这种水凝胶力学强度低,温度升高会转变成溶胶。化学交联水凝胶就是指通过共价键将聚合物交联成网络的凝胶。其中,共价键通过“点击”反应生成,比如硫醇-烯/炔加成、硫醇-环氧反应、叠氮-炔环加成、席夫碱反应、环氧-胺反应、硫醇-二硫化物交换反应等。Gao Lilong等在生理条件下将N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚低聚乙二醇巯基丁二酸通过巯基-环氧“点击”反应制备得到可注射水凝胶。[2]与物理凝胶相比,化学交联水凝胶稳定性较好,力学性能优异。根据来源不同,水凝胶又可分为天然水凝胶与合成水凝胶。天然水凝胶包括琼脂、壳聚糖、胶原、明胶等,它们大都通过氢键交联形成。合成水凝胶包括聚乙二醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸,聚甲基丙烯酸,聚丙烯酰胺,聚N-聚代丙烯酰胺等)。与合成水凝胶相比,天然水凝胶生物相容性较好,环境敏感性好,价格低廉,但稳定性较差。目前,有学者将天然高分子与合成高分子交联制备杂化水凝胶。比如,Lei Wang等将壳聚糖与聚异丙基丙烯酰胺交联得到热敏性杂化水凝胶用于体内药物输送,并利用近红外光引发药物释放。[3]

水凝胶凭借良好的生物相容性广泛地应用于药物输送、组织再生等医药学领域。药物可以通过化学接枝与包埋等方式实现负载。负载药物的水凝胶通过移植或注射进入生物体内,然后在体内逐渐降解实现药物的缓慢释放。为了更好地实现药物的输送与释放,智能水凝胶应运而生,所谓智能水凝胶,就是指能够对外界环境的变化,比如pH、温度等做出反应的水凝胶,从而实现药物的可控释放。其中,温度响应水凝胶有聚(N-异丙基丙烯酰胺)基水凝胶、泊洛沙姆等,pH响应水凝胶有聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)基水凝胶、聚(乙酸烯丙酯)基水凝胶、腙键交联型水凝胶等。M、Ghorbanloo等制备得到pH响应的水凝胶,在酸性条件下,由于氢键的存在药物被紧紧包裹在水凝胶中,而在碱性条件下,氢离子电离,羧酸根之间的静电排斥使得水凝胶扩张,体积变大,药物得以释放。[4]Yi Chen等合成2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯与羧甲基壳聚糖水凝胶,实验发现,在酸性条件下,可以更好地实现药物的持续缓慢的释放。

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传统的水凝胶由于自身结构的不均匀性与缺少能量耗散机制,力学性能,恢复性与自愈与性较差,不能满足其在医学与药学领域的应用的要求。目前,改善水凝胶力学性能的方法主要有双网络水凝胶、滑环水凝胶、纳米复合水凝胶等。双网络水凝胶的合成方法就是首先合成一个具有紧密交联的刚性网络的凝胶,然后将该网络放入另一单体溶液中溶胀,最后在刚性网络的基础上生成一个具有疏松交联的柔性网络的凝胶。双网络水凝胶的力学增强性能主要取决于刚性网络,当双网络水凝胶受力时,刚性网络发生断裂,而柔性网络由于受刚性网络的保护不会断裂。双网络水凝胶根据交联类型不同可分为完全化学交联水凝胶、物理-化学混合交联水凝胶与完全物理交联水凝胶。为了使断裂的刚性网络可回复,刚性网络往往就是通过物理交联形成的。Md、Anamul Haque等合成了聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)/聚丙烯酰胺双网络水凝胶,实验发现,双网络的撕裂能为4400 J/m2,在相同的聚合物浓度下,比两个单网络水凝胶都要高出100-1000倍。[6]近年来,Yixi Wang等学者[7]合成了三网络水凝胶,其力学性能又进一步增强。Takuya Murakami等[8]将巯基化β-环糊精与2-羟丙基-β-环糊精串到聚烯丙基缩水甘油醚-聚乙二醇-聚烯丙基缩水甘油醚三嵌段共聚物上,嵌段共聚物两端的碳碳三键可以与巯基化β-环糊精上的巯基反应实现交联,从而成功合成了滑环水凝胶。实验发现,该滑环水凝胶具有较高的储存模量与较好的韧性及拉伸性。纳米复合水凝胶就是指将纳米尺寸的无机物颗粒分散在水凝胶中形成的复合材料。Pang Zhu等[9]合成了氧化石墨烯/P(AM-co- PEGMA)/α-环糊精双交联纳米复合水凝胶,该水凝胶不仅具有较强的断裂强度与断裂伸长率,而且具有优异的可恢复性。首先将丙烯酰胺与PEGMA共聚,得到的共聚物聚丙烯酰胺链段的侧链上的氨基与氧化石墨烯表面的含氧官能团以氢键交联,形成第一个交联体系,随后α-环糊精由于内腔疏水,会串到PEGMA链段的侧链上,形成轮烷结构,轮烷间又通过氢键交联,形成第二个交联体系。这种双交联结构赋予纳米复合水凝胶以优异的力学性能。实验发现,该水凝胶的断裂伸长率与断裂强度分别高达1800% 、660 kPa。此外,在高温下,将直型水凝胶弯曲为U型并迅速冷却定型后,放入热水中,水凝胶由于氢键的断裂逐渐恢复伸直。

水凝胶凭借其多种优异的性能广泛地应用于不同的领域,比如干旱地区的抗旱,在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂,原油或成品油的脱水,在矿业中的抑尘剂,食品中的保鲜剂、增稠剂,医疗中的药物载体等等。水凝胶具有多孔结构,具有良好的吸附性,此外,水凝胶上能电离的官能团可以通过静电作用吸附一些带电物质。Zhicheng Yuan等[10]合成了负载八羧基铁酞菁的聚乙二醇基水凝胶用于对罗丹明B的光催化降解,取得了良好的效果。Yongjiang Zheng等[11]合成了PAA/Alg/DBM 双网络水凝胶作为细胞载体用于骨再生,发现成骨性能优异。

参考文献

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thiol/disulfide exchange of thiol functionalized F127 and dithiolane modified PEG、J Mater Chem B, 2017, 5(22): 4121-4127、

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水凝胶

敏感性高分子及水凝胶 摘要：本文介绍了几类敏感性高分子及其水凝胶。主要包括pH敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、温度及pH双重响应水凝胶、光响应水凝胶、磁场响应水凝胶等的性质及其研究进展。简要介绍了敏感性高分子及其水凝胶的性质、制备方法、应用及其发展前景。 1引言 近年来，随着信息，生命，环境，航空航天等领域科学技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高。因此，一批性能特异的新功能材料相继问世，敏感性材料就是其中的一类。对环境具有可感知，可响应，并具有功能发现能力的高分子和水凝胶被称之为环境敏感性高分子（environment sensitive polymers）和环境敏感性水凝胶（environment sensitive hydro gels）[1]。与传统的高分子和水凝胶不同，这类高分子和水凝胶的某些物理或化学性质可因环境条件的变化而发生突变。因此，这类高分子也被称为“刺激响应性高分子（stimuli-responsive polymers）”、“灵巧性高分子(smart polymers)”或“智能性高分子（intelligent polymers）”,相应的水凝胶被称为“刺激响应性水凝胶（stimuli-responsive hydro gels）”、“灵巧性水凝胶（smart hydro gels）”和“智能性水凝胶（intelligent hydro gels）”[2]。 与高分子不同，凝胶是一类可保持一定几何外形，同时具有固体和液体某些性质的胶体分散体系。它是软物质（soft materials）存在的一种重要形式，是介于固体和液体之间的一种物质形态。凝胶体系由胶凝剂（gelators）所形成的三维网络结构和固定于其中的大量溶剂组成。敏感性水凝胶[3]是一种亲水性高分子交联网络,它能够感知外界环境的微小变化(例如温度、pH、离子强度、光、电场和磁场等),并通过自身体积的膨胀和收缩来响应外界的刺激.敏感性水凝胶的上述特点使其在药物控制释放、物质分离提纯、活性酶包埋和生物材料培养等方面有广泛应用前景。 2敏感性高分子及其水凝胶的种类和性质 1989年，高木俊宜[4]最先提出了智能材料（intelligent materials）概念。随后，美国的Newnham教授提出了与之类似的灵巧材料（smart materials）概

水凝胶

水凝胶（Hydrogel）,以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。 一，水凝胶的分类： 1，来源： 1),天然水凝胶 2），合成水凝胶 2，性质： 1），电中性水凝胶 2），离子型水凝胶 3，对外界刺激的反应情况： 1），传统的水凝胶 2），环境敏感水凝胶 传统的水凝胶：这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度的变化不敏感。 环境敏感水凝胶：这类水凝胶对温度或PH等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确或显著地应答。 目前研究得最多的是温敏型和pH敏水凝胶。所谓温敏是指在水或水溶液中这种凝胶的溶胀与收缩强烈的依赖于温度，凝胶体积在某一温区有突变，该温度称为临界溶液温度（lower critical solution temperature, LCST）。pH敏感水凝胶是指聚合物溶胀与收缩随着环境的pH、离子强度的变化而变化。 二，水凝胶的性质： 不同结构，不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如融变性、溶胀性、环境敏感性和粘附性。 一），溶胀性（swelling）是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段： 第一阶段：是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小） 第二阶段：是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。 二），环境敏感性环境敏感水凝胶又称智能水凝胶（smart hydrogels）,根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型： 1，温（热）敏水凝胶 2，pH敏感水凝胶 3，电解质敏感水凝胶 三），粘附性（adhesiveness）粘附或称粘着或粘结等。一般指的是同种或两种不同的物质表面相粘结的现象。 生物粘附（bioadhension）指的是生物体表面之间形成任何结合，或一个生物体的表面与另外一个天然或合成材料的表面粘结的总称。在药剂学中生物粘附一般是用来描述聚合物（包括合成的以及天然的）与软组织（如胃肠道的膜、口腔、皮肤）之间的粘附作用。 三，药物经水凝胶的通透性 水凝胶具有液体和固体两方面的性质，溶胀的水凝胶可以作为扩散介质。在低浓度凝胶中水

水凝胶性质实验与表征

水凝胶性质实验与表征 红外光谱(IR) 将完全干燥样品与漠化钾充分碾磨，压片后用红外光谱仪测定其红外光谱图。 相转变温度(LCST)的测定 采用调制DSC分析法(M-DSC)，将达到吸收平衡的水凝胶从纯水中取出，称取10-15mg 的重量，用滤纸拭去表面的水后放入样品池中，密封样品池。N2保护下从室温升至150°C，升温速率5°C/min。所得DSC可焓变与温度关系曲线的峰值温度定义为该样品的LCST。分别测定不同样品的相转变温度。（或采用恒温水浴观察不同温度的温敏现象。） 凝胶溶胀率(SR) 干燥凝胶的质量为W d，凝胶达到溶胀平衡时的状态为W s，凝胶在一定温度下达到溶胀平衡状态时凝胶中水的质量(W s-W d)与干燥凝胶的质量W d之比，定义为水凝胶的饱和溶胀率或平衡溶胀率(Swelling Ratio，SR)：SR=(W s-W d)/W d 用测重法测定水凝胶在10°C-50°C之间的平衡溶胀率(SR)。水凝胶在每个温度下保持12h以上，测定时用润湿的滤纸(润湿不易损伤凝胶)迅速拭去水凝胶表面水分，立即称重，一记录该温度点下水凝胶的质量。滤纸拭水前需浸入泡有凝胶的烧杯，取出滤纸立即用手挤压至不出水后即可用于擦拭凝胶。 分别测定不同样品的凝胶溶胀率。 溶胀/退胀性能 水凝胶的溶胀和去溶胀动力学定义为水凝胶重量随时间的变化。 (l)溶胀动力学 将完全烘干的凝胶在一定温度下，用蒸馏水浸泡使其溶胀。每隔一段时间称重一次，某时刻称得的重量为W t，直到水凝胶的质量几乎不随时间变化为止(W T)。 凝胶含水率定义为：WR=(W t-W d)/(W T-W d) (2)退胀动力学 一定温度下完全溶胀的凝胶重为W T，然后置于50°C恒温水浴锅中使其退胀。每隔一定时间将水凝胶取出称重W t，某一时间的凝胶水保留率为凝胶的吸水量与t时刻平衡时吸水量之比：WR’=(W t-W d)/(W T-W d) 分别测定不同样品的溶胀/退胀性能 凝胶透射比的测定 将合成后的凝胶浸泡至溶胀平衡, 切成长×宽×高为20mm×10mm×5mm的小块, 置于长×宽×高为40mm×10mm×5mm的比色皿中, 再将蒸馏水注入比色皿。用721B型可见分光光度计, 在500nm处测定凝胶的透射比（6）。 [ 6]KatonoH, SanuiK, Ogata N, et a.l Drug release off behavior and deswelling kinetics o f thermoresponsive IPNs composed of poly(acrylamide-co-butyl methacrylate ) and poly(acrylicacid) [ J]. Polym er Journa l, 1991, 23 ( 10): 1179 1189. 凝胶强度和有效交联密度的测定 将溶胀平衡的凝胶切成长×宽×高为10mm×10mm×5mm的小块, 在自制的凝胶强度测定器上测定凝胶强度[7]。将凝胶薄片放在测定器平台上,加上已知质量的盖板, 依次加载一定质量的砝码使其被压缩, 测定凝胶压缩前高度L0以及凝胶被压缩后的高度L。根据下式可以计算凝胶的剪切模量[7]：τ=F/A0= G (α-α-2)。τ：g/cm2 式中: τ为压缩应力；F为压力负载；A0 为溶胀凝胶压缩前面积；α为压缩应变(L/L0)。 用τ对-(α-α-2)作图, 得到1条直线, 直线的斜率为剪切模量G。 根据下式可以计算凝胶有效交联点密度ρ[8]：ρ= GS1/3e / (RT )。

高分子水凝胶综述

高分子水凝胶综述 摘要 在这篇综述中，笔者以高分子水凝胶为探究的领域，围绕其产生、发展、应用等诸方面，浅层次地加以论述。论文大体的探讨方式是这样：首先以高分子水凝胶的出现为基点，考察其定义的由来以及与吸水树脂之间的关系；然后以高分子水凝胶潜在应用价值的属性为导向线，对其进行分类，讨论相应的制备方法和水凝胶性能各类表征方法；接着突出强调环境敏感性水凝胶的制备及响应原理；而水凝胶实际应用及缺陷则作为最后系统概括。 关键词：高分子水凝胶应用性能制备 产生、定义与比较 高分子水凝胶的合成可以追溯到20世纪50年代后期，Wichterle和Lim合成了第一个医用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）水凝胶[1]。对于高分子水凝胶的定义，各个文献报道的都很接近，即由带有化学或物理交联的亲水性高分子链形成的三维固体网络[2]，在水环境下高分子水凝胶能够发生吸水溶胀，甚至有的吸水能超过其自重好多倍（图1） 图1凝胶吸水溶胀前与溶胀后的比较（左侧为吸水溶胀后，右侧为吸水溶胀前）

同时，笔者发现，高分子水凝胶与吸水树脂之间的关联需要被加以认知。吸水树脂本身就是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团，能吸收大量水分而又能保持水分不外流。当水分子通过扩散作用及毛细作用进入到树脂中时，形成的树脂即称为高分子水凝胶。也就是说，吸水树脂是高分子水凝胶的前身，且当树脂经吸水后才成为水凝胶。 此外，对于高分子水凝胶的吸水并且保水的机理也需要加以阐述。从化学结构上来分析，凝胶是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子。在凝胶的交联网格里，必然存在很多疏水性基团朝外，亲水性基团朝里的结构，在这样的结构下，亲水性基团与水分子以氢键等方式进行结合，疏水性基团在外头形成的屏障可以有效地间隔不同的内亲水网格，起到容纳水分子容器的作用（图 2）。 O OH R O O H R O O H R O O H R O OH R O OH R O OH R O H H 图2 凝胶保持水分子示意图 图2中，右下侧的疏水性基团是朝内的，这表明凝胶亲水性网格结构内部也是含有非亲水性基团的；而水分子与亲水链上的氧之间形成了氢键。 此外，还能说明一个问题：理论上能够和亲水性基团之间发生水合而吸附在高分子聚合物周围的水分子，其厚度最多不过2~3层，第一层水分子是由亲水性基团与水分子形成的配位键或氢键的水合水，第二层或第三层则是水分子和水合水形成的氢键结合层，作用力随层数的增加而不断减弱。而凝胶之所以能够吸收更多的水分，原因就在于其交联网格结构。这样的结构是包裹式的，以立体三维式取代了平面式，而且链上亲水性基团的复杂交错，给容纳水分提供了优良的环境。

高分子水凝胶

高分子水凝胶 凝胶是指溶胀的三维网状结构高分子。即聚合物分子间相互连结，形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质。 药用的凝胶大部分是水凝胶（hydrogel），它们通过制剂的形式进入体内后吸收体液自发形成。水凝胶是指一种在水中能显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶，为三维网络结构，多数水凝胶网络中可容纳高分子本身重量的数倍至数百倍的水，它不同于疏水性的高分子网络如聚乳酸和聚乙醇酸（只有有限的吸水能力，吸水量不到10%）。水凝胶中的水有两种存在状态。靠近网络的水与网络有很强的作用力，这种水在极低温度下又有冻结的和不冻结之分，而离网络比较远的水与普通水性质相似称为自由水。 影响水凝胶形成的主要因素有浓度、温度和电解质。每种高分子溶液都有一个形成凝胶的最小浓度，小于这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速凝胶。对温度来说，温度低，有利于凝胶，分子形状愈不对称，可胶凝的浓度越小，但也有些高分子材料加热后胶凝，低温变成溶液。电解质对胶凝的影响有促进作用也有阻止作用，其中阴离子起主要作用。 水凝胶从来源分类，可分为天然水凝胶和合成水凝胶；从性质来分类，可分为电中性水凝胶和离子型水凝胶，离子型水凝胶又可分为阴离子型、阳离子型和两性电解质型水凝胶。 根据水凝胶对外界刺激应答情况不同，水凝胶又可分为两类：①传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度变化不敏感；②环境敏感水凝胶，这类水凝胶对温度或PH 等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确和显著的应答。 不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如溶胀性、触变性、环境敏感性和黏附性等： （一）溶胀性：水凝胶在水中可显著溶胀。溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）；第二阶段是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。溶胀的大小可用溶胀度（swelling capacity）来衡量。 （二）环境敏感性：又称智能水凝胶，根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型：温敏水凝胶、PH敏水凝胶、盐敏水凝胶、光敏水凝胶、电场响应水凝胶、形状记忆水凝胶。非离子型水凝胶溶胀性只取决于聚合物的化学组成，而与外界环境无关。（三）黏附性：或称黏着或黏接等。一般指的是同种或两种不同的物体表面相黏接的现象。除非其中之一为具有黏附性的材料，或者两个表面能通过物理、化学作用而产生黏附性，否则就要用到胶黏剂。在现代新型的药物制剂中为了通过黏附作用达到长效、缓释和靶向给药的目的，往往使用聚合物水凝胶，以达到在生物体上黏附的目的。 由于水凝胶具有良好的生物相容性,对药物的释放具有缓释、控释作用及可吸水膨润等优点,引起了众多研究者的浓厚兴趣,在中药领域也逐渐得以研究应用.如把一些传统的中药散

水凝胶简介

水凝胶简介 水凝胶是一种具有亲水性的三维网状交联结构的高分子网络体系。水凝胶性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，具有良好的生物相容性和生物降解性。自从20世纪50年代由Wichterle等首次报道后，就被广泛地应用于组织工程、药物输送、3D细胞培养等医药学领域。[1] 水凝胶根据交联方式不同，分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。物理凝胶是指通过静电力、氢键、疏水相互作用等分子间作用力交联形成的水凝胶。这种水凝胶力学强度低，温度升高会转变成溶胶。化学交联水凝胶是指通过共价键将聚合物交联成网络的凝胶。其中，共价键通过“点击”反应生成，比如硫醇-烯/炔加成、硫醇-环氧反应、叠氮-炔环加成、席夫碱反应、环氧-胺反应、硫醇-二硫化物交换反应等。Gao Lilong等在生理条件下将N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚低聚乙二醇巯基丁二酸通过巯基-环氧“点击”反应制备得到可注射水凝胶。[2]和物理凝胶相比，化学交联水凝胶稳定性较好，力学性能优异。根据来源不同，水凝胶又可分为天然水凝胶和合成水凝胶。天然水凝胶包括琼脂、壳聚糖、胶原、明胶等，它们大都通过氢键交联形成。合成水凝胶包括聚乙二醇、丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。和合成水凝胶相比，天然水凝胶生物相容性较好，环境敏感性好，价格低廉，但稳定性较差。目前，有学者将天然高分子和合成高分子交联制备杂化水凝胶。比如，Lei Wang等将壳聚糖和聚异丙基丙烯酰胺交联得到热敏性杂化水凝胶用于体内药物输送，并利用近红外光引发药物释放。[3]水凝胶凭借良好的生物相容性广泛地应用于药物输送、组织再生等医药学领域。药物可以通过化学接枝和包埋等方式实现负载。负载药物的水凝胶通过移植或注射进入生物体内，然后在体内逐渐降解实现药物的缓慢释放。为了更好地实现药物的输送和释放，智能水凝胶应运而生，所谓智能水凝胶，是指能够对外界环境的变化，比如pH、温度等做出反应的水凝胶，从而实现药物的可控释放。其中，温度响应水凝胶有聚（N-异丙基丙烯酰胺）基水凝胶、泊洛沙姆等，pH响应水凝胶有聚（甲基丙烯酸二甲氨基乙酯）基水凝胶、聚（乙酸烯丙酯）基水凝胶、腙键交联型水凝胶等。M. Ghorbanloo等制备得到pH响应的水凝胶，在酸性条件下，由于氢键的存在药物被紧紧包裹在水凝胶中，而在碱性条件下，氢离子电离，

水凝胶简介

水凝胶简介 水凝胶就是一种具有亲水性的三维网状交联结构的高分子网络体系。水凝胶性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水,具有良好的生物相容性与生物降解性。自从20世纪50年代由Wichterle等首次报道后,就被广泛地应用于组织工程、药物输送、3D细胞培养等医药学领域。[1] 水凝胶根据交联方式不同,分为物理交联水凝胶与化学交联水凝胶。物理凝胶就是指通过静电力、氢键、疏水相互作用等分子间作用力交联形成的水凝胶。这种水凝胶力学强度低,温度升高会转变成溶胶。化学交联水凝胶就是指通过共价键将聚合物交联成网络的凝胶。其中,共价键通过“点击”反应生成,比如硫醇-烯/炔加成、硫醇-环氧反应、叠氮-炔环加成、席夫碱反应、环氧-胺反应、硫醇-二硫化物交换反应等。Gao Lilong等在生理条件下将N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚低聚乙二醇巯基丁二酸通过巯基-环氧“点击”反应制备得到可注射水凝胶。[2]与物理凝胶相比,化学交联水凝胶稳定性较好,力学性能优异。根据来源不同,水凝胶又可分为天然水凝胶与合成水凝胶。天然水凝胶包括琼脂、壳聚糖、胶原、明胶等,它们大都通过氢键交联形成。合成水凝胶包括聚乙二醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸,聚甲基丙烯酸,聚丙烯酰胺,聚N-聚代丙烯酰胺等)。与合成水凝胶相比,天然水凝胶生物相容性较好,环境敏感性好,价格低廉,但稳定性较差。目前,有学者将天然高分子与合成高分子交联制备杂化水凝胶。比如,Lei Wang等将壳聚糖与聚异丙基丙烯酰胺交联得到热敏性杂化水凝胶用于体内药物输送,并利用近红外光引发药物释放。[3] 水凝胶凭借良好的生物相容性广泛地应用于药物输送、组织再生等医药学领域。药物可以通过化学接枝与包埋等方式实现负载。负载药物的水凝胶通过移植或注射进入生物体内,然后在体内逐渐降解实现药物的缓慢释放。为了更好地实现药物的输送与释放,智能水凝胶应运而生,所谓智能水凝胶,就是指能够对外界环境的变化,比如pH、温度等做出反应的水凝胶,从而实现药物的可控释放。其中,温度响应水凝胶有聚(N-异丙基丙烯酰胺)基水凝胶、泊洛沙姆等,pH响应水凝胶有聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)基水凝胶、聚(乙酸烯丙酯)基水凝胶、腙键交联型水凝胶等。M、Ghorbanloo等制备得到pH响应的水凝胶,在酸性条件下,由于氢键的存在药物被紧紧包裹在水凝胶中,而在碱性条件下,氢离子电离,羧酸根之间的静电排斥使得水凝胶扩张,体积变大,药物得以释放。[4]Yi Chen等合成2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯与羧甲基壳聚糖水凝胶,实验发现,在酸性条件下,可以更好地实现药物的持续缓慢的释放。 [5]

水凝胶溶胀度

水凝胶溶胀度 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

水凝胶的溶胀性与抗张强度 高分子凝胶是由具有网状结构的聚合物和溶剂组成的。水凝胶在水中可显着溶胀。溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）第二阶段是液体分子的继续渗透，；这时凝胶体积大大增加。溶胀的大小可用溶胀度（swelling capacity）来衡量。交联高聚物的溶胀过程实际上是两种相反趋势的平衡过程,溶剂试图渗透到网络内部,使体积溶胀导致三维分子网络的伸展,交联点之间的分子链的伸展降低了它的构象熵值,分子网络的弹性收缩力,力图使网络收缩。当两种相反的倾向互相抵消时,达到溶胀平衡。 高分子凝胶的溶胀特性与溶质和溶剂的性质、温度及网络交联结构有关。温度敏性水凝胶是指能随环境温度变化发生体积突变现象的一类水凝胶。这种凝胶具有一定比例的疏水和亲水基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用，从而使凝胶结构改变，发生体积变化。 由于温度敏感性水凝胶的独特响应性，在药物可控释放、生物传感器、生物机械以及膜分离系统等方面有着极其重要的应用价值。自20世纪80年代Tanaka等报道了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝胶的温度敏感性后，水凝胶的温度敏感性受到了广泛的关注。 聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶属于低温溶解型温度敏感性水凝胶，它在较小的温度范围内可表现出明显的亲水和疏水变化，从而表现出低温溶胀高温收缩的性能，其临界溶解温度下限在32℃左右。Inomata，Seker以及Kim等分别合成了N取代基不同的聚N取代丙烯酰胺类水凝胶，较深入地探讨了这类水凝胶的温度敏感性机理。 Takei 等研究发现，当NIPAm与亲水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度会升高; 与疏水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度则下降。国内对聚N取代丙烯酰胺类水凝胶的温度敏感性也进行了一些研究。张先正等以AAm与NIPAAm共聚合成了具有快速温度敏感的水凝胶，研究发现AAm 的用量对凝胶临界溶解温度有着较大的影响。王昌华等利用丙烯酸(3-磺酸钾)丙酯(SPAP)与NIPAAm共聚，制备了P(NIPAAm-co-SPAP)水凝胶，发现该凝胶的临界溶解温度在人体温度(37 ℃)附近。 另外，一些研究还发现，有些水凝胶的溶胀比随温度的升高而增加，反之则降低，表现为热胀性，这类水凝胶称为高温溶解型温度敏感性水凝胶。 Hiroki 等合成的聚 (N，N-二甲基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸丁酯)与聚丙烯酸的互穿网络水凝胶就具有这种温度响应特性。当前合成出的温度敏感性水凝胶普遍存在强度较低的弱点。这主要是由于温度敏感性水凝胶一般含有一定比例的疏水和亲水基团，凝胶内部容易出现相分离，使得凝胶在溶胀后内部出现裂纹而容易破碎。温度敏感性水凝胶的这一弱点，在很大程度上限制了它在生物机械以及膜分离系统等领域的应用。因此，如何在保证凝胶温度敏感性的前提下，制备出强度较高的水凝胶，是一个急需解决的问题。 在凝胶的众多增强方法中，互穿网络(IPN)技术是一个很好的选择。利用互穿网络技术合成出的水凝胶，既能保持原有各组分的特性，又能通过聚合物网络间的相互缠结而起到对凝胶的增强作用。

功能性水凝胶的活性聚合与应用研究进展

第 46 卷 第 11 期 2017 年 11 月 Vol.46 No.11Nov .2017 化工技术与开发 Technology & Development of Chemical Industry 功能性水凝胶的活性聚合与应用研究进展 梁　良1，张亚平2，周　瑜2，任　锦2 （1.九江学院分析测试中心，江西 九江 332005；2.九江学院药学与生命科学学院，江西 九江 332005）摘　要：功能性水凝胶能够针对不同环境的变化而做出响应，在生物医药、组织工程、环境保护等领域被广泛研究。活性聚合则拥有结构设计性强、反应控制灵活、产物均一性好的优势。本文主要介绍了目前功能性水凝胶活性聚合的研究进展和应用情况。 关键词：功能性水凝胶；活性聚合；应用 中图分类号：TQ 317 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2017)11-0030-03 基金项目：九江学院科研基金项目（No.8500353）和启动基金项目（No.8879415） 作者简介：梁良（1986-），男，硕士，实验师，研究方向：复合药物载体材料的合成通信联系人：任锦（1986-），女，博士，讲师，研究方向：载药体系的研究收稿日期：2017-08-07 水凝胶是一种含有大量亲水基团的三维网状高分子材料，能够吸收大量的水进行溶胀。水凝胶功能化后，面对外界环境敏感点的变化，如温度、pH 值、压力、磁力、溶剂极性等，能够实现凝胶-溶胶或者溶胀的形态变换，并在这一过程中完成设定的功能化目的。基于水凝胶良好的生物相容性与环境友好性，以及超强的分子可设计性，其在药物传输[1]、组织工程[2]、水环境保护[3]和催化剂载体[4]等领域拥有巨大的开发潜力和发展前景。 活性聚合因不存在链转移和链终止过程，使得反应过程能够被精确控制，同时链引发速率又大于链增长速率，使产物分子量分布集中，均一性非常好，因此，使用活性聚合可以让包含各种功能基团的水凝胶被精确制造出来，产物的高一致性也提升了其运用到工业生产的可能性。 1　活性聚合 1.1　原子转移自由基聚合 原子转移自由基聚合（Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP）又称金属催化自由基聚合，是利用了金属催化剂具备发生可逆氧化还原反应的能力，使特定基团可以在活性种与休眠种之间自由转移，氧化-还原的往复循环实现链的增长。该法的特点在于聚合产物结构的可设计性很强，不仅能 够通过选用不同的聚合单体，还可以通过改变引发剂-卤代烷中烷烃部分的结构来设计所需要的水凝胶结构。盛维娟课题组[5]用2-溴代丙酸乙酯为引发剂，氯化亚铜为催化剂，通过ATRP 法将具有温度响应特性的甲基丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，以及N -羟甲基丙烯酰胺按比例共聚，再分别对共聚物进行叠氮化与炔基化处理，最后将二者交联得到温敏性水凝胶。周应学等[6]用2-溴异丁酰溴改性的α-环糊精与溴丙酰溴封端的F127水凝胶自组装形成聚准轮烷，并以此作为大分子引发剂，通过ATRP 法将聚乙二醇二丙烯酸酯和2-甲基丙烯酸羟乙酯进行共聚，由于引发剂中烷烃部分含有引入的改性α-环糊精与凝胶大分子结构，使得产物水凝胶不仅具有交联网络的超分子结构，还获得了良好的热敏性与力学强度。1.2　可逆加成-断裂链转移聚合 可逆加成-断裂链转移聚合（Reversible Addition-Fragmentation Transfer Polymerization, RAFT）实际上是在传统的自由基聚合反应中，加入了高链转移常数的链转移剂，使链转移成为一个快速而且可逆的过程，从而实现活性种与休眠种的可逆平衡，期间链转移相对链增长的反应时间可以忽略不计。这种活性聚合方法的优势是继承了传统自由基聚合的所有工艺和条件，拥有实现大规模工业

水凝胶

《高分子物理》课程论文 2013.4班级材控111学号10112186 姓名李阳开课学院机械与动力工程学院任课教师韩晶杰 成绩__________ 论文题目：水凝胶在生物医学领域的应用 论文要求： 1、字数至少5000字 2、关键词为：水凝胶 3、至少参考5篇文献 教师评语：

《高分子物理》课程论文 2013.4 开课学院机械与动力工程任课教师韩晶杰 打分（给分）依据 1、全文是否符合综述文章的结构要求？题目、摘要、关键词、正文、 结论、参考文献是否齐全？ 2、文章的主要内容是否按照关键词的内容展开？是否有跑题或主题杂 乱的问题？ 3、文章的主要内容是否是对近年来科研工作的总结？内容是否过于浅 显、科普？ 4、参考文献是否按照格式要求进行安排？ 5、文章的字体、行间距等格式是否按照要求？是否前后统一？ 6、文章内容是否有明显的错误？ 7、是否存在明显的抄袭现象？

水凝胶在生物医学领域的应用 内容摘要：水凝胶是一种具有亲水基的聚合物，由于其对低分子有较好的的透过性，具有良好的生物相容性等特点，广泛应用于生物医学领域。本文论述了水凝胶在烧伤敷料，组织工程支架材料，接触眼镜等方面的应用。 关键词：水凝胶敷料组织工程生物相容性注射水凝胶

水凝胶在生物医学领域的应用 (5) 1.水凝胶的分类 (5) 1.1天然水凝胶 (5) 1.2合成水凝胶 (5) 2.水凝胶用作烧伤敷料 (6) 2.1理想敷料的要求 (6) 2.2传统敷料与生物敷料 (6) 2.3水凝胶敷料 (6) 2.2.1水凝胶敷料的特点 (7) 3.水凝胶在组织工程中的应用 (7) 3.1组织工程 (7) 3.2水凝胶在组织工程中的应用实例 (8) 3.2.1组织用海藻酸盐水凝胶 (8) 3.2.2透明酸制水凝胶 (8) 3.2.3壳聚糖水凝胶 (9) 4.水凝胶用于制造角膜接触透镜 (9) 4.1聚乙烯吡咯烷酮(pvp)类水凝胶 (10) 4.2壳聚糖类水凝胶 (10) 4.3有机氟类高透氧性水凝胶 (10) 4.4 仿生材料水凝胶 (10) 5. 结束语 (11) 6.参考文献 (11)

水凝胶的制备及其研究进展

水凝胶的制备及其应用进展 摘要水凝胶是一类具有广泛应用的聚合物材料，它在水中能够吸收大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。由于其特殊的结构和性能，水凝胶自人们发现以来，一直被人们广为研究。本文综述了近些年国内外在水凝胶制备和在生物医药、环境保护等方面的一些研究进展，并对水凝胶的应用前景做了一些展望。 关键词水凝胶药物释放壳聚糖染料吸附 凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydro-gel)、醇凝胶(alcogel)和气凝胶(aerogel)等。水凝胶的分散相介质是水,它是由水溶性分子经过交联后形成的,能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。[1]正因为水凝胶的这种特性，水凝胶能够对外界环境，如温度、pH、电场、磁场等条件变化做出响应。近年来，对水凝胶的研究逐渐深入。水凝胶的应用也越来越广泛，不仅在载药缓释、环境保护方面有很大用途，而且在喷墨打印等方面也有越来越大的作用。 一、水凝胶的制备 （一）PVA水凝胶的制备 上世纪50年代,日本科学家曾根康夫最早注意到聚乙烯醇(PVA)水溶液的凝胶化现象。由于PVA水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,具有毒性低、机械性能优良(高弹性模量和高机械强度)、高吸水量和生物相容性好等优点,因而倍受青睐。PVA水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛[2]。 龚桂胜，钟玉鹏[3]等人利用冷冻-解冻法制备了不同类型高浓度聚乙烯醇（PVA）水凝胶，研究了PVA水凝胶的溶胀率、拉伸强度和流变特性。他们发现不同类型的高浓度 PVA 水凝胶的力学性能相差较大，高分子量的 PVA 水凝胶的拉伸强度较低；这与低浓度的水凝胶相反。徐冰函[4]首先制备PVA水凝胶，再以PVA 水凝胶作为载体利用反复冷冻的方法成功制备含有二甲基砜的PVA水凝胶。实验制备的MSM/PVA水凝胶具有优良的理化性能，并且可以用于人工敷料的制备。同时研究发现，二甲基矾在PVA水凝胶内缓慢释放,24h后释放量可达55%以上。体外细胞实验证明MSM/PVA水凝胶对细胞无毒副作用,对细胞增殖具有促进作用,其中以1%MSM用VA对细胞的增殖能力最强。

具有规整结构和高强度的水凝胶研究进展_王雪珍

综　述 具有规整结构和高强度的水凝胶研究进展 王雪珍,汪辉亮3 (北京师范大学化学学院,北京　100875) 摘要:人造水凝胶普遍存在结构不规整的问题,即交联点无序性分布和链节长短不一。这就导致人造水凝 胶存在机械性能差、响应速度慢、溶胀之后回复性不好等缺点,大大限制了其在生物医学和工业等领域的应用 范围。然而,生物凝胶却普遍具有规整的微结构和优异的性能。制备具有规整结构的水凝胶已经成为一个具 有挑战性的重要课题。本文综述了制备具有规整结构的高强度水凝胶的研究进展。 关键词:水凝胶;规整结构;高强度;制备 水凝胶在最近二三十年中一直是一个研究热点。各种不同组成、结构和性能的水凝胶已经被制备出来,并应用于生产和生活。但绝大部分利用天然的或合成的材料制备得到的水凝胶的机械性能都很差。普通结构的水凝胶往往在较低含水量时具有一定的机械性能,而在较高含水量时(如>90%)机械强度显著下降,甚至在极低的压强下就发生碎裂。文献报道典型水凝胶的断裂能在10-1-100JΠm2范围[1],远小于普通橡胶的断裂能。普通人造水凝胶通常都是无定形的,在分子水平上不存在特别的有序结构。它们之所以在高含水量时碎裂,主要是因为交联点在体系内的无序性分布造成其链节长短不一,使得每条链所能承受的应力不同,较短的链节首先断裂,继而引起整个水凝胶体系的破裂,因此水凝胶整体的机械性能很差。人造水凝胶还存在响应速度慢及溶胀后回复性能不好等缺点。因此,普通人造水凝胶的应用受到很大限制。 一些海洋生物如水母、海葵等,体内的含水量高达90%以上,但它们的身体依然具有较高的机械强度,并且能够对环境刺激做出迅速的响应。构成这些海洋生物的主要物质就是水凝胶。人体中一些软组织(如肌腱、韧带、半月板软骨等)也是由凝胶物质构成的,这些组织具有柔软、坚韧、抗冲击、低摩擦、通透性好等特点。而目前的人工生物组织(如人造心脏、人造关节等)都是由固体材料(如金属、陶瓷)制作的。它们虽具有高的机械强度,但不具有人体组织的那些优点,且与人体的相容性差。如果能制备出与人体软组织性能接近并与人体相容性好的水凝胶来代替受损的软组织,那将是一种更好的选择。 生物进化经过了亿万年的历史,生物体内的各种组织都经过漫长的进化过程,形成了最有利其生存成长的结构和性能。生物体内的水凝胶主要是以规整的聚集态结构(有的甚至含有晶态结构)存在的,分子之间存在较强的相互作用力,使得体系的机械强度大幅度提高[2]。如人类的软骨,在含水量超过70%时,抗压强度仍然达到几十兆帕。生物水凝胶结构的规整性基于细胞的规则排列,而人工合成还难以做到这一点。虽然要达到生物水凝胶的有序结构还有很长的一段路要走,但人们依然可以利用物理的或化学的方法制备一些结构比较规整的水凝胶。近年来,合成具有规整微结构的高强度水凝胶的研究工作吸引了许多研究者的兴趣,并且已经取得了一些进展。下面介绍其中几种重要的制备方法。 基金项目:国家自然科学基金(50673013); 3作者简介:汪辉亮(1970-),男,博士后,教授,主要研究方向为智能水凝胶和高分子材料功能化改性。T el:010*********, Email:wanghl@https://www.docsj.com/doc/7013445304.html,

水凝胶的合成、性质及应用.

大学化学第16卷第5期2001年10月知识介绍 水凝胶的合成、性质及应用 翟茂林哈鸿飞 (北京大学技术物理系北京100871 摘要本文介绍了水凝胶的制备方法、性质、影响其性质的主要因素及其在日用、工农业和医 用领域的应用。 水凝胶可定义为在水中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联聚合物。亲水的小图1 水凝胶网络示意图a 、b 表示内部4功能和3功能链联结点分子能够在水凝胶中扩散。水凝胶的网络结构如 图1所示。水凝胶具有良好的生物相容性,自20

世纪40年代以来,有关水凝胶的合成、理化性质 以及在生物化学、医学等领域中的应用研究十分活跃[1]。 水凝胶有各种分类方法,根据水凝胶网络键 合的不同,可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝 胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的,这种凝胶是非永久性的,通过加热凝胶 可转变为溶液,所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。许多天然高分子在常温下呈稳定的凝胶态,

如k 型角叉菜胶、琼脂等[2];在合成聚合物中,聚 乙烯醇(PVA是一典型的例子,经过冰冻融化处理,可得到在60 以下稳定的水凝胶[3]。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物,是永久性的,又称为真凝胶。 根据水凝胶大小形状的不同,有宏观凝胶与微观凝胶(微球之分,根据形状的不同宏观凝胶又可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等,目前制备的微球有微米级及纳米级之分。根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH 等的变化不敏感,而环境敏感的水凝胶[4,5] 是指自身能感知外界环境(如温度、pH 、光、电、压力等微小的变化或刺激,并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化,利用这种刺激响应特性可将其用做传感器、控释开关等,这是1985年以来研究者最感兴趣的课题之一。 根据合成材料的不同,水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。天然高分子由于具有更好的生物相容性、对环境的敏感性以及丰富的来源、低廉的价格,因而正在引起 越来越多学者的重视。但是天然高分子材料稳定性较差,易降解,近几年不少学者开始了天然高分子与合成高分子共混合成水凝胶的研究工作[6,7],这将是今后的一大重要课题。 此外,人们对具有以下性质的水凝胶特别感兴趣:(1能够在体内环境被分解的水凝胶,如在体内的弱碱性条件下可被融蚀的水凝胶[8],能够被酶分解的水凝胶[9];(2能以离子交换形式释放蛋白质的水凝胶[10];(3具有记忆的水凝胶[11]等。 1 水凝胶的制备 1.1 单体聚合并交联

HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素研究

HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素研究 【摘要】近年来，随着科学技术水平的快速提升，水凝胶这以概念受到了社会各界的广泛关注与重视，其在药物缓释材料以及人造肌肉等等相关方面获得了较为广泛的普及使用。一般来说，实际上，在应用水凝胶的过程当中，由于其高分子是长期处于溶胀状态的，由此可见，对水凝胶的溶胀性能进行影响因素的研究具有必要性意义。因此，本文将针对HPMC水凝胶的溶胀性能进行简要分析，探讨其相应的影响因素。 【关键词】HPMC；水凝胶；溶胀性能；影响因素 一般来说，水凝胶主要指的是可以在水中明显溶胀但是却有没有溶解在水中的亲水聚合物凝胶，其可谓是凌驾于固体以及液体间的互穿网络，又或者是凌驾于液体以及固体之间的三维网络。HPMC水凝胶全称为羟丙基甲基纤维素水凝胶，在对其溶胀性能进行研究的时候通常选用的称重法，来针对具体影响因素展开研究。 1.材料制备与研究方法介绍 首先，需在天平上设备上进行一定质量HPMC样品的准确称量，然后，将其放置在微热的数量一定的去离子水中，并实施搅拌措施，动作要轻微一下，等到其温度冷却到室温程度的时候，便得到了浓度值为0.1g/ml的均相溶液。再者，需将所得溶液温度加热到大约为六十摄氏度，从渐渐混浊的溶液中获取到了一定量的凝胶块，接下来需要做的是把凝胶块材料取出来，将其切割成形状以及大小都相同的凝胶颗粒，然后，把这些凝胶颗粒放置在真空烘箱中，在三十摄氏度左右使其烘干成为干凝胶。 表HPMC样品的重均分子质量和取代基含量 根据上表，进行同样质量各种干凝胶样品的准确称量，运用传统的称重法来针对纤维素醚的实际溶胀动力学进行有效研究。通过对凝胶的溶胀温度合理改变，温度取值点为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃，最终获取在温度各不相同的情况下凝胶溶胀动力学曲线。 HPMC水凝胶的平衡溶胀度与温度的关系图 将具体的溶胀温度设定在三十摄氏度，在二甲基亚砜以及纯乙醇溶剂，还有去离子水中分别将等量的干凝胶样品进行溶胀，将不同时间的凝胶质量值记录下来，并针对其具体的溶胀度SR进行有效计算。 将具体的溶胀温度设置在三十摄氏度，在pH值（取1以及13）各不相同的溶液中将等质量的干凝胶进行溶胀，并将各个时间段下的凝胶质量情况分别记录下来，针对在不同pH值溶液中的凝胶溶胀度实施合理计算。 2.HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素 2.1温度 对于凝胶材料来说，ESR即平衡溶胀度是其的一项重要参数，具体的溶胀温度对该参数有着比较重要的影响作用。根据实验不难发现，伴随着温度的不断升高，HPMC水凝胶的溶胀性能整体趋于下降，这主要是因为纤维素醚凝胶跟其他一般的高分子凝胶有着不同的形成机理，其形成的时候需经过水分子的氢键作用才可将其将已经溶解在水中的大分子释放出来，然后在大分子相互之间的疏水作用之下则可结合产生大分子聚集体，这些所产生的聚集体则能够形成相应的三维凝胶网络。在低温情况下，易容易发生氢键作用，导致水分子可轻松地进到所形

高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展

第34卷第7－8期 2015年8月 中国材料进展 MATEＲIALS CHINA Vol.34No.7－8 Aug. 2015 收稿日期：2014－11－07 基金项目：中国科学院百人计划；浙江省杰出青年基金项目 （LＲ13B040001） 第一作者：高国荣，男，1983年生，博士研究生 通讯作者：付俊，男，1977年生，研究员，博士生导师， Email ：fujun@https://www.docsj.com/doc/7013445304.html, DOI ：10.7502/j.issn.1674－3962.2015.07.12 高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展 高国荣，杜高来，孙元娜，付 俊 （中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波315201） 摘要：高分子水凝胶与生物组织的结构和性能比较相似，生物相容性和生物安全性好，被广泛应用于组织工程、药物输 送、创伤敷料等领域，具有非常广阔的应用前景。发展具有高强韧性能和响应功能的高分子水凝胶，是近年来研究的热点和难点。综述了近10年来具有代表性的纳米复合水凝胶、双网络水凝胶、响应型水凝胶等新型高分子水凝胶方面的重要研究进展，总结了其设计与合成的基本原理和方法，介绍了几种典型的高强韧高分子水凝胶的增强增韧机理和能量耗散机制，阐述了基于阳离子、阴离子及两性离子单体的智能响应型高分子水凝胶的应激响应原理和特性。在此基础上，分析讨论了高强韧与响应型高分子水凝胶作为潜在生物材料仍需解决的关键科学问题，并对本领域的发展趋势进行了展望。 关键词：水凝胶；强度；韧性；响应性中图分类号：O631 文献标识码：A 文章编号：1674－3962（2015）07－0571－011 Progress in Tough and Ｒesponsive Hydrogels GAO Guorong ，DU Gaolai ，SUN Yuanna ，FU Jun （Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering ，Chinese Academy of Sciences ，Ningbo 315201，China ） Abstract ：Due to their similarities to bio-tissues ，and excellent biocompatibility and biosafety ，polymer hydrogels have been widely studied for potential applications in tissue engineering ，drug delivery ，and wound dressing ，etc．The develop-ment of tough and responsive hydrogels has recently been a very hot topic with great challenges．In this review ，progresses in the development of novel hydrogels including nanocomposite hydrogels ，double network hydrogels and responsive hydro-gels in last decade are reviewed．Several important design philosophy and synthesis method are accounted．The toughening mechanisms and energy dissipation mechanisms of a few representative strong and tough polymer hydrogels are introduced．Moreover ，some smart and stimuli-responsive hydrogels based on cationic ，anionic ，and zwitteronic monomers are reviewed and discussed in detail．Based on these progresses ，the major challenges of strong ，tough ，and responsive hydrogels as biomaterials are analyzed．Finally ，the perspectives of tough and responsive hydrogels are discussed． Key words ：hydrogels ；strength ；toughness ；responsiveness 1前言 高分子水凝胶是含有大量水的三维聚合物网络。大多数高分子水凝胶具有非常高的含水率和优异的生物相容性，得到了广泛地研究和应用（如隐形眼镜和超吸水树脂等）。传统的高分子水凝胶通常是化学交联形成的。化学交联剂分散不均一，导致凝胶网络不均匀，凝胶非 常脆弱易碎，大大地限制了其应用［1－2］ 。为了克服传统 凝胶机械性能的缺陷，人们设计并合成了多种多样的具 有新型网络结构的凝胶 ［3］ 。代表性的思路有4种：①以 “活动的交联点”代替共价交联点，减少因共价键不均匀分布而导致的应力集中和网络结构破坏，代表性的研究进展包括“滑链环”（Slide-Ｒing ）水凝胶［4］，以“8”字形聚轮烷作为交联点，聚合物链从交联剂上下两个空腔穿过。在外力作用下，分子链通过位置调整使得应力均 匀分布在凝胶网络上。②在水凝胶中引入“牺牲键”［5］ ， 通过 “牺牲键”的断裂或破坏吸收能量，从而提高凝胶的强度和韧性，双网络水凝胶（Double Network Hydro-gels ）是典型代表［5］。这类凝胶主要是由性质相差较大的、互穿或半互穿的两个网络构成。在应力下，第一网