高強(qiáng)韌與響應(yīng)型高分子水凝膠研究進(jìn)展

摘 要：作為一種新型的高分子材料，在工業(yè)生產(chǎn)中高分子水凝膠逐漸取得了廣泛的應(yīng)用。高分子水凝膠的結(jié)構(gòu)和性能與生物組織較為類似，它具有較高的安全性和生物相容性，因此被廣泛的應(yīng)用在醫(yī)藥工程、組織工程、創(chuàng)傷修復(fù)的領(lǐng)域，發(fā)展前景十分樂觀。因此，人們要對(duì)于高分子水凝膠進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，研發(fā)具有高強(qiáng)韌性能和響應(yīng)功能的水凝膠。本文查閱的各種資料，總結(jié)了在高分子水凝膠方面的一些重要研究結(jié)論，并根據(jù)它的合成方法與原理，介紹了幾種典型的高分子水凝膠增強(qiáng)強(qiáng)韌性和響應(yīng)性的方法，對(duì)于解決關(guān)鍵的科學(xué)問題有一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)韌性；高響應(yīng)型；高分子水凝膠；組織工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.225

0 引言

高分子水凝膠是現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用的一種高分子材料，具有強(qiáng)韌性和高響應(yīng)性。從結(jié)構(gòu)上來看，高分子水凝膠是含有大量水的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，與生物組織類似，也是一種科學(xué)家現(xiàn)階段重要研究的生物材料。它的響應(yīng)原理是基于陰陽離子和兩性離子單體的智能響應(yīng)。高分子水凝膠的含水量以及其獨(dú)特的生物相容特征使得其得到了很大程度的發(fā)展以及大范圍的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的水凝膠相比高分子水凝膠改善了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，同時(shí)，避免了化學(xué)交聯(lián)劑分散不均導(dǎo)致的易破碎情況出現(xiàn)。目前高分子水凝膠是水凝膠中應(yīng)用最廣泛的。

1 高分子水凝膠的設(shè)計(jì)思路

在當(dāng)前對(duì)于高分子水凝膠的設(shè)計(jì)過程中，主要有以下幾種思路：（1）通過有效改善交聯(lián)點(diǎn)就可以有效降低由此導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)網(wǎng)的破損程度。（2）在水凝膠的結(jié)構(gòu)中引入犧牲鍵，通過這個(gè)價(jià)鍵的鍛煉來吸收能量，從而提高凝膠的強(qiáng)韌性。（3）納米顆粒通過物理和化學(xué)變化承擔(dān)巨型交聯(lián)點(diǎn)的責(zé)任作用就可以使得聚合物呈現(xiàn)出三維網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。（4）價(jià)鍵和超分子的非價(jià)鍵作用和自我組裝可以形成高分子網(wǎng)絡(luò)，也就是能夠形成高分子水凝膠。這些年來，科學(xué)家將這些想法匯合，進(jìn)行不斷的研究，來研發(fā)新型的高分子水凝膠材料，取得了一定的進(jìn)展。

2 高分子水凝膠研究中存在的問題

（1）不論是人工合成的高分子水凝膠還是利用天然材料得到的高分子水凝膠，都很難達(dá)到生物組織原本的精巧的結(jié)構(gòu)，在本質(zhì)上與其有較大的差別，因此水凝膠的物理性能與生物功能很難達(dá)到生物組織的要求，因此在一定程度上限制了凝膠材料的應(yīng)用。

（2）雖然高分子水凝膠已經(jīng)在一定程度上改善了傳統(tǒng)水凝膠的缺點(diǎn)更將安全性能和生物相容性集于一身，但是仍需要通過對(duì)高分子水凝膠進(jìn)行與時(shí)俱進(jìn)的探索和改進(jìn)才能不斷的滿足使用的要求。但是其中有一個(gè)重要的問題，高分子水凝膠由于是人工合成所以其中含有的化學(xué)物質(zhì)較多，導(dǎo)致一部分高分子水凝膠存在毒性，因此如何改善人工合成高分子水凝膠的技術(shù)，使其具有高生物安全性是目前科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。

（3）大部分的高性能高分子水凝膠融水性十分強(qiáng)，導(dǎo)致高分子水凝膠不容易與其他組織親和，所以如何有效改善高分子水凝膠的這一特性使之可以調(diào)節(jié)自身的含水量，選擇性地來進(jìn)行誘導(dǎo)細(xì)胞的貼附、生長(zhǎng)、分化等過程，也是研究中的一個(gè)重點(diǎn)。

3 高強(qiáng)韌性與響應(yīng)型高分子水凝膠的制作

（1）納米顆粒對(duì)于高分子的強(qiáng)韌性有很強(qiáng)的促進(jìn)作用。其中，納米顆粒在高分子機(jī)體中的分散與它的相互作用有很重要的聯(lián)系。對(duì)于不同的領(lǐng)域，高分子水凝膠對(duì)納米的要求不同，所以，運(yùn)用納米時(shí)應(yīng)進(jìn)行物理吸附，從而散發(fā)能量從而提高高分子凝膠的強(qiáng)韌性。

（2）進(jìn)行雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，半互穿或者互穿網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的高分子水凝膠的強(qiáng)韌度要明顯的優(yōu)于單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠，在雙網(wǎng)水凝膠結(jié)構(gòu)中一個(gè)高度舒展而另一個(gè)處于疏松狀態(tài)就使得高分子水凝膠具有柔韌性。這樣的結(jié)構(gòu)組織更具有穩(wěn)定性，不僅能夠回避單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在的問題同時(shí)也更加適應(yīng)現(xiàn)階段的發(fā)展需求。

4 結(jié)論

綜上所述，我們可以看出當(dāng)前高分子水凝膠對(duì)科研領(lǐng)域研究具有重要的意義。通過調(diào)整各種價(jià)鍵的相互作用，從分子水平或更加微觀的水平來構(gòu)建具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的親水網(wǎng)絡(luò)。特別是利用非共價(jià)作用，來消耗能源，從而提高高分子水凝膠的強(qiáng)韌性。同時(shí)，高分子水凝膠也應(yīng)該能及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)問題，可以及時(shí)有效的進(jìn)行自我修復(fù)。應(yīng)該不斷地對(duì)高分子水凝膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，逐漸改善存在的各種問題讓結(jié)構(gòu)和性能達(dá)到最佳狀態(tài)。與此同時(shí)也要注重生物安全性，高分子水凝膠的不斷發(fā)展會(huì)推動(dòng)該研究領(lǐng)域的積極健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：康歡歡（1989-），女，河南鄭州人，碩士，助理講師，主要從事化工方面課程教授。endprint