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高强度水凝胶的研究现状_王兰兰

多孔材料的研究进展培训资料

多孔材料的研究进展

引言固体材料所包含的空间和表面的多少直接影响着该材料在实际应用中的性能。具有大量的空间和表面积的固体多孔材料已经成为了当代科学研究的热点，在各式各样物理化学过程中显示出极为突出的优势。根据孔径的大小，可以将多孔固体材料分为三类:孔径小于2nm的归为微孔材料;孔径在2-50nm之间的归为介孔材料;孔径大于50nm的归为大孔材料。多孔材料在化工石油催化、气体吸附、药物输送、组织工程支架制备、海洋深潜装备中都有很广泛的应用，是当今时代一种很重要的材料。 1. 纳米多孔材料相比于传统的纳米颗粒材料，具有可调结构和性能的纳米多孔材料有着非凡的特性。孔径大于50nm的大孔材料具有极快的传质过程和蛋白分子吸附固定速率，在蛋白质组学分析及酶反应研究中有巨大的潜力。在当今组学的前沿，蛋白质的酶解严重缺乏效率，影响后续的分析测试，而目前发展的快速酶解技术需要较为复杂的前处理过程和过量的蛋白消耗;另一方面酶解技术难于联合应用于后续的肤段富集之中[1]。因此，多孔纳米材料的功能化设计合成及其在蛋白质组学分析中的应用至关重要。这种纳米多孔材料的典型就是大孔二氧化硅泡沫材料，它可以作为催化剂极大的提高酶解反应速率。 2. 金属-有机骨架材料[2] 金属-有机骨架材料是一种新型的多孔材料，具有高孔性、比表面积大、合成方便、骨架规模大小可变以及可根据目标要求作化学修饰、结构丰富等优点，在气体吸附、催化、光电材料等领域有广泛的应用。MOFs又名配位聚合物或杂合化合物，是利用有机配体与金属离子间的金属配体络合作用自组装形成的具有超分子微孔网络结构的类沸石材料。MOFs由于能大量进行氢气的可逆吸

纳米复合水凝胶的研究进展

纳米复合水凝胶的功能化及其研究现状纳米复合水凝胶的研究现状水凝胶(hydrogels)是一种适度交联的亲水性高分子,可在水中溶胀,但不溶解[1]。自20世纪40年代以来,水凝胶的物理化学性质得到了广泛关注。水凝胶作为高吸水材料、外科软组织填充材料、软性角膜接触镜和皮肤移植材料、隔水混凝土填加剂、石油回收堵水剂等在卫生、生物医学、建筑、化工等诸多领域具有广泛的应用前景。一般的水凝胶是水溶性高分子通过化学交联构成网络，如聚丙烯酰胺水凝胶，但是由于化学交联凝胶的力学性能较差，所以其实际应用范围受到限制。通过提高交联点密度的方法也可以提高有机交联凝胶的强度，但是其它性能如：光学透明性、吸水(脱水)速率、强度、柔性会大大降低，因而在应用上受到限制。近年来，纳米技术的发展已进入了一个崭新的阶段，由于纳米材料(粒径1～100nm)独特的尺寸效应和界面效应,其在电子学、光学、机械学、催化等方面呈现出优异的性能[2]。纳米复合水凝胶是将纳米尺寸的无机物粒子分散在水凝胶中形成的复合材料。因为它不仅保持了纳米材料本身的功能特性,而且还将纳米材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与水凝胶的软湿性能相结合,从而明显改善水凝胶的物理机械性能、热稳定性。所以是一种极具发展前景的新材料。利用无机纳米粒子作为物理交联剂,如蒙脱土、无机黏土等,已发现合成的有机-无机纳米复合水凝胶在改善其力学性能方面具有显著的效果。在传统纳米复合材料的启发下，1997年Messersmith[3]等第一次研究了蒙脱土/PNIPAAm纳米复合水凝胶，随后Liang[4]等前人的经验的基础上，合成了改性蒙脱土/PNIPAAm纳米复合水凝胶。2002年，日本Haraguchi [5][6]等，首次报告将锂藻土(Laponite)纳米粒子分散在水中，使N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体在Laponite分散液中原位自由基聚合，不添加化学交联剂,得到了聚N-异丙基丙烯酰胺-Laponite纳米复合水凝胶(nanocomposite hydrogel)，这种复合水凝胶拉伸强度约为常见水凝胶的10倍，断裂伸长率高达1300%，约为常见水凝胶的50倍，韧性高，不易拉断;透明性好，如图1。近年来，智能水凝胶作为智能材料

智能复合水凝胶材料研究进展

智能复合水凝胶材料研究进展综述了近年来以无机增韧相（石墨烯、金、粘土和二氧化硅）和生物质增强相（纤维素和木质素）为基的智能水凝胶复合材料的研究进展；概括了其在增韧增强的同时带来的新功能，并对智能水凝胶复合材料的应用前景进行了展望。标签：智能复合水凝胶材料；无机物；生物质；应用智能水凝胶是能够对外界环境（如温度、pH、电场、光、磁场、特定生物分子等）微小的变化或刺激有显著响应的三维网络结构的亲水性聚合物。基于水凝胶的三维网络结构和环境敏感性，智能水凝胶广泛应用于记忆材料[1]、药物缓释[2～4]、敷料、组织工程[5]、智能纺丝、化学机械器件、物质分离、酶的固载等领域。由于水凝胶网络中缺少有效的能量耗散机制，积累的能量接近裂纹尖端不能在凝胶中消散，导致水凝胶存在易断裂、力学强度低、韧性差等缺点[6]，从而限制了其在实际生活中的应用。为此，可以通过加入类似于陶瓷基复合相的增韧相或者生物质基增强相来吸收裂纹扩展释放的能量，从而达到增强水凝胶机械强度的目的。本文综述了利用无机物增韧相，生物质基增强相等复合材料改进智能水凝胶性能，实现增韧、增强作用，同时引进新的基团赋予其新功能，展望了智能复合水凝胶材料的应用前景。 1 智能复合水凝胶种类 1.1 无机物复合相陶瓷基复合材料的增韧相是无机物复合相使用最为广泛的材料之一，如粘土、二氧化硅、石墨烯类、纳米金属等。无机增强相分散在连续相中，达到增强水凝胶的作用。 1.1.1 石墨烯类石墨烯是目前自然界最薄、最强韧的材料，断裂强度比钢材的还要高200倍，它具有非常好的导热性、电导性、透光性和超大比表面积等特性，同时具有较好的弹性[7]。其独特的结构及性能可显著提高复合材料的机械性能与热稳定性。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种重要衍生物，其表面有大量的羟基、环氧基及羧基，在水溶液和极性溶剂中有良好的分散性，可与亲水性聚合物形成纳米复合水凝胶材料。GO的亲水性基团增强了GO与基体材料间的界面相互作用，具有良好的相容性，能显著改善材料的力学性能。Shi等[8]将少量化学交联的小分子和物理交联的氧化石墨烯纳米粒子混合制备了新型近红外（NIR）光响应性的聚（N-异丙基丙烯酰胺）/氧化石墨烯（PNIPAM-GO）高拉伸性能的纳米复合水凝胶。 1.1.2 金

水凝胶的研究进展

水凝胶的研究进展俊机哥哥07 (广西师范学院化学与生命科学学院09高分班) 摘要:本文对水凝胶的制备方法、性质及其应用进行了简单的介绍。关于水凝胶的制备，我们在文章的介绍了三种方法：单体聚合并交联、聚合物交联、载体的接枝共聚。关键字: 水凝胶制备性质应用生物医学前言水凝胶这个词最早出现于1960年，当时是由捷克的Wicherle和Lim研制的聚强乙基丙烯酸甲酯。它本身是硬的高聚物，但它吸收水分后就变成具有弹性的凝胶，故称水凝胶。水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，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。水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚合而成。由于其具有三维网络结构，故相对分子质量很高，其交联网络结构主要由化学键、氢键或范德华力等组成。溶胀时溶液可以扩散进入交联键之间的空间内，交联密度越大，三维网络间的空问就越小，水凝胶在溶胀时吸收的水分也就越少。由于水凝胶表面不易粘附蛋白质和细胞，故在与血液、体液及人体组织相接触时会表现出良好的生物相容性；另外，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，并且类似于生物体组织，故作为人体植入物可以减少不良反应。因此，水凝胶被作为优良的生物医学材料得到广泛应用2。例如，PVP水凝胶可作为眼科手术中黏弹物质及人工玻璃体材料。PVA水凝胶可用于关节重建、人工软骨、人工喉及人工玻璃体。PVA 是第一个被广泛使用在移植方面的水凝胶。水凝胶已被用做鼻子、面部、缺唇修补、替

代耳鼓膜等方面。水凝胶用做人工软骨、腱以及主动脉接枝不久将被商业化。另外，水凝胶在日用品，工业用品，农业、土建等领域也有广泛应用。 1 水凝胶的制备 1. 1 单体聚合并交联合成水凝胶的单体很多,大致分为中性、酸性、碱性3 种,表1 列出了部分单体及交联剂。表1 水凝胶制备中常用的单体和交联剂水凝胶可以由一种或多种单体采用电离辐射、紫外照射或化学引发聚合并交联而得。一般来说,在形成水凝胶过程中需要加入少量的交联剂。Nogaoka[12 ]及本文作者[13 ]等在不使用交联剂的情况下通过辐射引发使单体在水溶液中交联合成聚N2异丙基丙烯酰胺(polyNI2PAAm) 水凝胶,这种方法操作简单,交联度可通过改变单体浓度及辐射条件来控制,无任何添加成分,不会污染产品,可以一步完成产品的制备及消毒。与传统方法

可注射水凝胶的研究进展

可注射水凝胶的研究进展一、水凝胶定义水凝胶是一类能够吸收并保有大量水分的具有交联网络结构的聚合物，在聚合物网络结构中含有亲水基团或亲水的链段，它们在水环境中能够与水结合，从而形成水凝胶结构，这种水凝胶结构使得亲水的小分子能够在其中进行扩散。原位可注射水凝胶是近年来出现的新型水凝胶体系。通过注射的方法将具有一定流动性的生物材料植入体内，因此很容易充满整个具有不规则形状的缺损部位，手术创伤非常微小。该体系可由酸碱度、温度的变化或者多价离子的存在而产生溶液-凝胶相转变，或通过共价键而形成水凝胶。二、水凝胶分类根据水凝胶对外界刺激的应答情况，可以分为两类化合物：一类是传统的水凝胶高分子材料，这类水凝胶对环境的变化相对不是很敏感；而另外一类则是对外界条件非常敏感的水凝胶高分子材料，这类水凝胶高分子材料由于对于不同的环境条件具有不同的应答表现，因此可以作为一种新型的智能材料来使用，具有良好的科研和市场应用前景。智能型水凝胶是一种可以进行传感、处理并且具有执行功能的高分子材料，作为一种新型的智能材料，在诸多领域有着重要的用途。根据对外界环境条件的刺激表现出不同的响应情况可以分为：温度敏感性的水凝胶高分子材料、对于pH敏感性的水凝胶高分子材料、对光敏感的水凝胶高分子材料、对压力敏感的水凝胶高分子材料、对于生物分子敏感的水凝胶高分子材料、对于电场敏感的水凝胶高分子材料等。 1、温度敏感性水凝胶这一类水凝胶高分子材料的溶胀与收缩性，对于温度的变化具有非常高的敏感度，具体表现为在较低温度下溶胀度较高，在相对较高温度下溶胀度比较低。该凝胶具有最低临界共溶温度（LCST），即溶胀度的变化和温度的变化并不是线性的，在某一温度下水凝胶的体积表现为突然的收缩和膨胀。 2、pH敏感性水凝胶水凝胶高分子材料对于pH的敏感性是指其溶胀或消溶胀作用是随着pH值的不同而进行变化。具有pH响应性的水凝胶都是通过交联而形成大分子网络，网络中含有酸性或碱性基团，随着介质pH值、离子强度改变，这些基团发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，引起不连续的溶胀体积变化。 3、光敏感性水凝胶水凝胶高分子材料的光敏感性是指水凝胶在受到光照的刺激下而发生的一种体积相互转变的现象。除此之外还有磁性水凝胶、压力敏感性凝胶以及聚合物水凝胶等。三、制备水凝胶的材料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。理想的材料都应具备以下条件：①良好的生物相容性。②适当的生物降解性。

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。

水凝胶的应用和研究进展

水凝胶的应用和研究进展摘要：水凝胶是一类具有广泛应用前景的高分子材料，本文主要叙述了水凝胶在生物医学、记忆元件开关、生物酶的固定、农业中的保水抗旱等领域的应用及研究进展，简要介绍了水凝胶在国内外研究状况，最后对其发展趋势作了展望。关键词：高分子材料；水凝胶；应用；进展前言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。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,它能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够对刺激发生敏感性的响应，常通过体积的溶胀或收缩来实现。水凝胶的这一特点使它在生物医学领域、记忆元件开关、生物酶的固定、农业中的保水抗旱等方面有广泛的应用前景[1]。图一，水凝胶的三维网络结构和扫描电镜图片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k2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,经过冰和融化处理,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。 1 聚合物交联从聚合物出发制备水凝胶有物理交联和化学交联两种。物理交联通过物理作用力如静电作用、离子相互作用、氢键、链的缠绕等形成。化学交联是在聚合物水溶液中添加交联剂,如在PVA水溶液中加入戊二醛可发生醇醛缩合反应从而使PVA交联成网络聚合物水凝胶。从聚合物出发合成水凝胶的最好方法是辐射交联法,所谓辐射交联是指辐照聚合物使主链线性分子之间通过化学键相连接。许多水溶性聚合物可通过辐射法制备水凝胶[9],如PVA、polyNI2PAAm、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAAc)、聚丙烯酰胺(PAAm)、聚氧乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)等。采用辐射法合成水凝胶无须添加引发剂,产物更纯净。 2 水凝胶的性质研究 2.1 溶胀-收缩行为吸水溶胀是水凝胶的一个重要特征。在溶胀过程中,一方面水溶剂力图渗入高聚物内使其体积膨胀,另一方面由于交联聚合物体积膨胀,导致网络分子链向三维空间伸展,分子网络受到应力产生弹性收缩能而使分子网络收缩。当这两种相反的倾向相互抗衡时,达到了溶胀平衡。 2.2 力学性能水凝胶不仅要求具有良好的溶胀性能,而且应具有理想的力学强度,以满足

多孔材料研究进展.

多孔材料研究进展 1前沿根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 1, 由孔径的大小, 把孔分为三类:微孔 (孔径小于 2nm 、介孔(2~50nm 、大孔(孔径大于 50nm ,如图 1所示。同时,孔具有各种各样的类型(pore type和形状(pore shape ,分别如图 2, 3所示。在一个真实的多孔材料中, 可能存在着一类, 两类甚至三类孔了。在这片概述中, 我们把多孔材料 (porous materials 分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料 (mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials ,将分别对其经典例子、合成方法,及其应用予以讨论。

Figure 1 pore size Figure 2 Pore type Figure 3 Pore shape 2 多孔材料 2.1 微孔材料 (microporous materials 典型的微孔材料是以沸石分子筛为代表的。在这里我们要举金属 -有机框架化合物 MOFs (metal-organic frameworks 的例子来给予介绍。 MOF-52是这类材料中的杰出代表, 是 Yaghi 小组在 1999年最先合成出来的。以 Zn (NO 3 2·6H 2O 和对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法合成了非常稳定(300℃,在空气中加热 24小时,晶体结构和外形保持不变、具有很高孔隙率(0.61-0.54 cm3 cm-3 、密度很小(0.59gcm 3的多孔材料 MOF-5。如图 4所示分别是 MOF-5的结构单元及其拓扑结构。在MOF-5中, Zn 4(O(BDC3构成了次级构筑单元 SBU(second building unit, SBU通过

可生物降解智能水凝胶的研究进展.

可生物降解智能水凝胶的研究进展* 孙姣霞1 ,罗彦凤2,屈晟2 (1.重庆大学化学化工学院,重庆400044;2.重庆大学生物工程学院,重庆400044 *基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2006BB5010;国家自然科学基金资助项目(30470474 收到稿件日期:2007-06-08通讯作者:罗彦凤作者简介:孙姣霞(1984-,女,湖南新化人,在读研究生,主要从事高分子材料研究。摘要:可生物降解智能水凝胶因其在生物医学领域有着广泛的应用前景,因而已成为科研工作者研究的热点。详细介绍了可生物降解智能水凝胶的研究现状及其在药物释放体系中的应用,并预测了智能水凝胶可能的发展方向。关键词:智能水凝胶;可生物降解;药物释放系统; 综述中图分类号:O648;R313.08 文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2007增刊-1895-04

1引言水凝胶是指可被水溶胀的半固态交联聚合物网络。智能型水凝胶(intelligent hydrogels or smart hydrogels是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶。典型的外界刺激有温度、pH 值、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等。目前研究最多的是pH 敏感型和温度敏感型水凝胶[1~3]。智能水凝胶按其降解性能可分为可降解性智能水凝胶和不可降解性智能水凝胶。聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸类、聚乙烯醇类等水凝胶主要是依赖双键的自由基反应形成以C —C 连接为主的交联网络,这种以C —C 连接的交联网络通常都是不可降解的。而可降解水凝胶能在机体生理环境下,通过水解、酶解,从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质,并且这些小分子降解产物通常是体内自身就存在的,如氨基酸、乳酸等,最后,通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄,对机体无毒副作用。这类材料可用于控制药物在体内的释放,实现药物靶向输送,使药物在体内能够保持有效的浓度,减小或消除副作用,此外还可以避免免疫排斥以及二次手术等缺陷[4~6] ,因而在生物医学领域有广泛的应用。水凝胶的主要应用之一是用作药物释放材料。由于其在人体内使用,因此其必须具有良好的血液相容性和组织相容性。设计和研制一种集良好生物相容性、生物可降解性和智能型于一身的水凝胶药物释放材料,是一项极具挑战性的课题,对于推动药物控释材料研究的进程具有重要的意义。本文主要综述了可生物降解性智能水凝胶材料的研究现状及其在药物释放体系中的应用,并预测了智能水凝胶可能的发展方向。目前研究最多的可生物降解智能水凝胶有壳聚糖类和PEG-PLGA 等嵌段共聚物类。 2壳聚糖类壳聚糖是一个带有阳电荷的天然多糖,是甲壳素脱

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

壳聚糖智能水凝胶研究进展

第24卷第9期中国塑料Vo l.24,N o.9 2010年9月C HINA PLASTIC S Sept.,2010 壳聚糖智能水凝胶研究进展舒静1,李小静1,赵大飙2 (1.东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;2.大庆油田储运销售分公司,黑龙江大庆163455) 摘要:概述了壳聚糖智能水凝胶的优点和发展状况,主要介绍了温度敏感型、pH敏感型、温度/pH双重敏感型壳聚糖水凝胶的研究进展及应用,详细介绍了壳聚糖水凝胶在医学领域如药物释放、组织工程方面的应用。指出了目前壳聚糖水凝胶存在的问题以及未来发展趋势。关键词:智能水凝胶;壳聚糖;温度敏感型;pH敏感型;药物释放;组织工程中图分类号:T Q321.4 文献标识码:A 文章编号:1001 9278(2010)09 0006 05 Research Progress in Chitosan based Intelligent Hydrogels SH U Jing1,LI Xiaojing1,ZH A O Dabiao2 (1.Co llege of Chemistr y and Chem ical Engineering,N o rtheast Petr oleum U niver sity,Daqing163318,China; 2.Branch o f T r ansport ation and Sales,Daqing Oilfield,Daqing163455,China) Abstract:Chitosan based intelligent hy dro gels including tem peratur e sensitiv e,pH sensitive,and temperature/pH sensitive types w ere summarized w ith their m er its and sho rtcom ings analyzed. The applications o f the chitosan based hydrog els in drug releasing and org anization engineering were r ev iew ed.Finally,the cur rent problems and future development of chitosan based hydrog els were presented. Key words:intelligent hydrog el;chitosan;tem perature sensitive;pH sensitive;drug releasing;tis sue engineering 0 前言水凝胶是能显著溶胀于水但不溶解于水的一类亲水性高分子网络。根据对外界刺激的响应情况,水凝胶可分为传统水凝胶和智能水凝胶。所谓智能水凝胶就是能对外界环境(如温度、pH值、电、光、磁场、特定生物分子等)微小的变化或刺激有显著应答的三维交联网络结构的聚合物。由于它能够对外界刺激产生应答,具有智能性,极大地扩大了其应用范围。近年来对它的研究和开发工作异常活跃,成为当今研究的热点,尤其在生物医学领域有了快速的发展,已广泛用于细胞分离与培养、组织工程、固定化酶、药物的控制释放和靶向药物等领域。但大部分的研究工作还是集中在收稿日期:2010 04 02 黑龙江省博士后落户基金(L BH Q09193) 联系人,shuj73@https://www.docsj.com/doc/ce3712412.html, 几种经典的智能水凝胶上,对于生物相容性好又可降解的天然高分子的研究甚少。与合成高分子相比,天然高分子水凝胶具有低毒性、良好的生物相容性、对环境敏感等优点。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物,属天然含氨基的均态直链多糖,含有游离氨基,反应活性和溶解性均比甲壳素强,具有对环境无污染、易降解、来源广泛、价格低廉等优点,且能够形成水凝胶,是一种可用于制备新型智能水凝胶很有潜力的原料。近年来,人们开始采用壳聚糖为原料来制备智能水凝胶并取得了一些令人关注的成果。以壳聚糖为原料制备的水凝胶将好于以传统原料如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等制备的水凝胶,会弥补传统水凝胶的不足,如不易降解、对环境有一定的污染性等,扩大智能水凝胶的应用范围。但壳聚糖水凝胶同时也存在一些不足,如力学强度差、性能不稳定、对环境敏感性不强,还有待于改善。本文主要介绍了温敏型、pH敏感型、温度/pH双

可注射水凝胶的研究进展.

可注射水凝胶的研究进展一、水凝胶定义水凝胶是一类能够吸收并保有大量水分的具有交联网络结构的聚合物, 在聚合物网络结构中含有亲水基团或亲水的链段, 它们在水环境中能够与水结合, 从而形成水凝胶结构,这种水凝胶结构使得亲水的小分子能够在其中进行扩散。原位可注射水凝胶是近年来出现的新型水凝胶体系。通过注射的方法将具有一定流动性的生物材料植入体内, 因此很容易充满整个具有不规则形状的缺损部位, 手术创伤非常微小。该体系可由酸碱度、温度的变化或者多价离子的存在而产生溶液 -凝胶相转变,或通过共价键而形成水凝胶。二、水凝胶分类根据水凝胶对外界刺激的应答情况, 可以分为两类化合物:一类是传统的水凝胶高分子材料, 这类水凝胶对环境的变化相对不是很敏感; 而另外一类则是对外界条件非常敏感的水凝胶高分子材料, 这类水凝胶高分子材料由于对于不同的环境条件具有不同的应答表现, 因此可以作为一种新型的智能材料来使用, 具有良好的科研和市场应用前景。智能型水凝胶是一种可以进行传感、处理并且具有执行功能的高分子材料, 作为一种新型的智能材料, 在诸多领域有着重要的用途。根据对外界环境条件的刺激表现出不同的响应情况可以分为:温度敏感性的水凝胶高分子材料、对于 pH 敏感性的水凝胶高分子材料、对光敏感的水凝胶高分子材料、对压力敏感的水凝胶高分子材料、对于生物分子敏感的水凝胶高分子材料、对于电场敏感的水凝胶高分子材料等。 1、温度敏感性水凝胶这一类水凝胶高分子材料的溶胀与收缩性, 对于温度的变化具有非常高的敏感度,具体表现为在较低温度下溶胀度较高,在相对较高温度下溶胀度比较低。该凝胶具有最低临界共溶温度 (LCST , 即溶胀度的变化和温度的变化并不是线性的,在某一温度下水凝胶的体积表现为突然的收缩和膨胀。

多孔材料的研究进展

水凝胶的研究进展

水凝胶的研究进展俊机哥哥0913010407 (广西师范学院化学与生命科学学院09高分班) 摘要:本文对水凝胶的制备方法、性质及其应用进行了简单的介绍。关于水凝胶的制备，我们在文章的介绍了三种方法：单体聚合并交联、聚合物交联、载体的接枝共聚。关键字: 水凝胶制备性质应用生物医学前言水凝胶这个词最早出现于1960年，当时是由捷克的Wicherle和Lim研制的聚强乙基丙烯酸甲酯。它本身是硬的高聚物，但它吸收水分后就变成具有弹性的凝胶，故称水凝胶。水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，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。水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚合而成。由于其具有三维网络结构，故相对分子质量很高，其交联网络结构主要由化学键、氢键或范德华力等组成。溶胀时溶液可以扩散进入交联键之间的空间内，交联密度越大，三维网络间的空问就越小，水凝胶在溶胀时吸收的水分也就越少。由于水凝胶表面不易粘附蛋白质和细胞，故在与血液、体液及人体组织相接触时会表现出良好的生物相容性；另外，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，并且类似于生物体组织，故作为人体植入物可以减少不良反应。因此，水凝胶被作为优良的生物医学材料得到广泛应用2。例如，PVP水凝胶可作为眼科手术中黏弹物质及人工玻璃体材料。PVA水凝胶可用于关节重建、人工软骨、人工喉及人工玻璃体。PVA 是第一个被广泛使用在移植方面的水凝胶。水凝胶已被用做鼻子、面部、缺唇修补、替代耳鼓膜等方面。水凝胶用做人工软骨、腱以及主动脉接枝不久将被商业化。另外，水凝胶在日用品，工业用品，农业、土建等领域也有广泛应用。 1 水凝胶的制备 1. 1 单体聚合并交联合成水凝胶的单体很多,大致分为中性、酸性、碱性3 种,表1 列出了部分单体及交联剂。表1水凝胶制备中常用的单体和交联剂

多孔SiO2材料的合成及研究进展

多孔SiO 材料的合成及研究进展* 2 瞿其曙何友昭**淦五二李敏林祥钦 (中国科学技术大学化学系合肥 230026) 多孔材料按照孔径的大小可分为：微孔(Microporous，孔径<2nm)，介孔(Mesoporous，孔径2～50nm)和大孔(Macroporous，孔径>50nm)材料。由于多孔材料内表面积很大，因而被广泛应用于催化剂和吸附载体中。典型的微孔材料是具有晶态网络状结构的固体材料，如沸石。它们一般都有较规则的孔道，但由于孔径太小，故而并不适合于对有机大分子的催化与吸附作用。介孔材料，如普通气凝胶、微晶玻璃等，它们的孔径范围较大，但却存在着孔道形状不规的SiO 2 则、孔径尺寸分布范围大等缺点。陶瓷、水泥是我们常见的大孔材料，但同样存在着以上缺点。早期合成多孔SiO 的方法，如气溶胶法、气凝胶法等都无一例外的存在 2 着制备过程难以控制的缺点，因而无法获得孔道形状规整、分布均匀的多孔SiO 2材料。但自从1992年，Kresge等[1]首次运用纳米结构自组装技术制备出具有均分子膜(MCM-41)以来，多孔材料存在的这些缺点匀孔道、孔径可调的介孔SiO 2 正逐步被克服。现今，采用多种纳米结构自组装技术合成形状便于剪裁的多孔材料的方法已经成为当今国际上的一个研究热点。 SiO 2 1 纳米结构自组装技术纳米自组装技术[2]是指通过比共价键弱的和方向性较小的键，如离子键、氢键及范德瓦耳斯(van der Waals)键的协同作用，自发的将分子组装成具有一定结构的、稳定的、非共价键结合的聚集体。自组装过程的完成一般需要以下3个步骤：首先，通过有序的共价键合成具有确定结构的中间体；然后通过氢键、范德瓦耳斯键和其他非共价键之间的相互作用形成大的、稳定的聚集体；最后，以一个或多个分子聚集体或聚合物为结构单元，重复组织排列制得所需的纳米结构。若要使制得的纳米结构能够稳定的存在，必须要满足以下两个条件：第一，要有足够的非共价键存在以保持体系的稳定；第二是分子之间这种以非共价键相结合的力要大于它们与溶剂之间的作用力，以保证聚集体不会解离成无序结构。 2 合成方法纳米自组装技术是当今引人瞩目的前沿合成技术，目前运用这一技术合材料的方法大致有以下几种。成多孔SiO 2 2.1 表面活性剂模板法以表面活性剂为模板合成无机微孔或介孔材料早已受到了人们的重视。它可广泛运用于膜基分离、选择性催化剂、微电子、电光学等领域。最初，Kresge 分子膜。Attard[3]等用非离子表面活性剂液晶为模板，合成了有序生长的介孔SiO 2 材料。Bagshaw等[4]则用非离子表面等也采用液晶为模板合成了六角形介孔SiO 2 活性剂聚乙烯氧化物(PEO)为模板制得了介孔的分子膜。Zhao等[5]用三嵌段共聚物：聚乙烯氧化物-聚丙烯氧化物-聚乙烯氧化物(PEO-PPO-PEO)为模板合成了具材料。接着人们将这一技术加以发展来制备有机无机复有有序结构的介孔SiO 2 合纳米材料。如Shea等[6]将双(三乙氧基甲硅烷基)芳香基单体或乙炔基单体这些天然的构件(building blocks)与正硅酸四乙酯(TEOS)反应，制得了网络状的

硅藻多孔材料的研究进展

海南大学生物医用材料学号：11085204210004 姓名：蒋文凯年级：2011级学院：材料与化工学院专业：材料工程课程名称：生物医用材料任课教师：曹阳刘钟馨课程评分：

硅藻多孔材料的研究进展摘要：硅藻是一类具有色素体的单细胞植物，常由几个或很多细胞个体连结成各式各样的群体。其最明显的特征是细胞壁除个别种类外，均高度硅质化，形成上、下两个透明的壳，以壳环带套合形成一个硅质细胞壁。硅藻死后，它们坚固多孔的外壳—细胞壁也不会分解，而会沉于水底，经过亿万年的积累和地质变迁成为硅藻土。硅藻研究由原来简单的形态描述和分类发展到当今的众多领域，如在环境监测、考古、生物能源、仿生合成等方面。关键词：硅藻；硅藻土；多孔；仿生合成硅藻是鱼、贝、虾类特别是其幼体的主要饵料，它与其他植物一起，构成海洋的初级生产力。全球范围内估计,硅藻每年至少贡献20%的初级生产力,相当于热带雨林[1]。海洋硅藻具有种类多、数量大、繁殖快等特点，硅藻存在于生长所需的化合物稀少以致必须要再循环利用的环境中，但硅藻却极大地影响着全球的气候、大气中二氧化碳的浓度和海洋生态系统的功能[2]。硅藻还是形成海底生物性沉积物的重要组成部分。经过漫长的年代，那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层，逐渐形成了经济价值极高的硅藻土[3]。硅藻是当前世界研究的热点之一, 美国、加拿大、英国、俄罗斯、丹麦、挪威等国的学者近年正加紧对硅藻的研究,美国和欧盟投入巨资开展多个单位联合的硅藻项目研究。而目前国内对硅藻的研究却相对较少, 偏重于对海洋硅藻的研究,对淡水硅藻的研究不多。硅藻的应用除硅藻土的直接利用外,主要有水质监测、恢复古环境和气候等方面的应用。硅藻的研究正全面展开, 现代生物科技特别是基因测序技术的发展,使人们能够从基因和分子水平上来探讨硅藻的各种生理机制, 极大地促进了硅藻研究的发展,同时将会拓展硅藻的应用范围[4]。 1.硅藻细胞壁的结构与组成硅藻是植物体单细胞，或由细胞彼此连接成链状、带状、丛状、放射状的群体，富有或着生，着生种类常具胶质柄或者包被在胶质团或胶质管中。它的细胞壁上有大量的气孔，使其兼具小质量和坚固的结构。细胞壁是由2个套合的半片组成，称半片为瓣。硅藻的半片称上壳（epitheca）（在外）、下壳(hypotheca)（在内），上下壳均有一凸起的面称壳面（valve）。侧面或壳边是两个瓣套合的地方，环绕1周称环带（girdle band）。上壳和下壳都是有果胶质和硅质组成的，没有纤维素[5]。载色体1至多数，小盘状、片状。经过测量发现, 硅藻壳能够承受压强的数量级在106Pa, 一般硅壳越小承受压强越高, 其高抗压强度是由于壳结构,特别是骨架或孔隙的存在,可以化解压力。通过数学模型推算出, 如果藻壳不是呈丝网结构,而变成相同外形的光滑外壳,其强度就会减少60%。

金属多孔材料的研究现状与发展前景

金属多孔材料的研究现状与发展前景摘要：介绍了金属多孔材料的制备方法、应用、发展方向以及前景。关键字：金属多孔材料；制备方法；应用 1 引言金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属材料(孔隙率可达98%)，由于孔隙的存在而呈现出一系列有别于金属致密材料的特殊功能，广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业实现技术突破的关键材料。近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。金属多孔(泡沫金属)材料是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的，是由刚性骨架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料。它具备的优异物理性能，如密度小、刚度大、比表面积大、吸能减振性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高，使其应用领域已扩展到航空、电子、医用材料及生物化学领域等。通孔的金属多孔材料还具有换热散热能力强、渗透性好、热导率高等优点；而闭孔金属多孔材料的物理特性则与通孔的相反。为了得到不同性能的多孔金属，各种制备方法被相继提出，如直接发泡法，精密铸造法，气泡法，烧结法和电沉积法等[1,2]。 2 金属多孔材料制备方法 2.1 从液态(熔融)金属开始制备 2.1.1熔体发泡法在一定的条件下金属熔体中可生成气泡，并且一般情况下多数气泡由于浮力作用会迅速上升到液体表面而溢出。为了使更多气泡留在熔体中，可在其中加入增粘剂来阻碍气泡的上浮。19世纪60至70年代，人们就已经尝试用这种方法制备铝、镁、锌及其合金的泡沫材料。过去的10年中，又涌现出了大量的新思路、新工艺，其中有两种熔体发泡工艺特别具有发展前景：其一是直接将气体通入金属熔体中，其二是将发泡剂加入熔体中，发泡剂分解释放大量气体[3]。