水凝膠的研究進(jìn)展

1、報告人報告人 ： 指導(dǎo)人：指導(dǎo)人：農(nóng)用保水劑抗旱保水劑西北干旱地區(qū)使用保水劑對土地保濕隱形眼鏡人造肌肉口服控釋藥物劑型尿片衛(wèi)生巾豐胸充填物面膜水凝膠降熱貼水凝膠，整形材料離子強(qiáng)度、磁場、離子強(qiáng)度、磁場、生物分子、溶劑、生物分子、溶劑、應(yīng)力、壓力等。應(yīng)力、壓力等。溫時為溶液態(tài)，而注入體內(nèi)后原位固化，即所謂原位熱敏凝膠子型水凝膠隨pH水溶脹性，交聯(lián)聚合物親水性，可吸水達(dá)自身重量的數(shù)千倍三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在水中不溶解能夠感知外界微小刺激（智能水凝膠）水凝膠在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)展水凝膠在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)展1.醫(yī)藥控制釋放材料天然高強(qiáng)度水凝膠豐胸充填物目前，一些成年女性為了提升個人女性魅力而選擇手術(shù)豐胸。手術(shù)

2、豐胸，是對胸部填充硅膠等制品達(dá)到豐胸目的。 人工玻璃體人 造 軟 骨關(guān)節(jié)內(nèi)注射透明質(zhì)酸鈉凝膠治療中早期骨性關(guān)節(jié)炎 溫泉全效保濕水凝膠小黃瓜眼部細(xì)致水凝膠水凝膠用途雖多，但水凝膠中高聚物含量通常低于 10 wt%，90 wt%以上是水，無法承受較大的應(yīng)力；此外，由于交聯(lián)點(diǎn)間的網(wǎng)鏈?zhǔn)艿浇宦?lián)點(diǎn)的限制，鏈的活動性降低?；瘜W(xué)交聯(lián)水凝膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其力學(xué)性能較差，因此在許多方面的應(yīng)用受到限制。近幾年，對于高力學(xué)性能水凝膠的研究取得較大進(jìn)展，出現(xiàn)了幾種高力學(xué)性能的水凝膠，如滑動環(huán)水凝膠；雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠；大分子微球復(fù)合水凝膠和納米復(fù)合水凝膠Okumura 等報道的滑動環(huán)水凝膠能拉伸 20 倍而不斷裂，這種凝膠

3、中的交聯(lián)點(diǎn)是“8”字結(jié)構(gòu)，交聯(lián)點(diǎn)能沿著分子鏈滑動，由于這種特殊的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得凝膠在受到拉伸時，網(wǎng)鏈能相對滑移，使應(yīng)力平均分布在所有網(wǎng)鏈上，所以滑動環(huán)水凝膠能經(jīng)受高拉伸而不斷裂。雙網(wǎng)絡(luò)凝膠由兩種聚合物網(wǎng)絡(luò)互傳而成，通常由兩步法合成，第一步首先合成較高交聯(lián)密度的剛性網(wǎng)絡(luò)，然后在先形成的凝膠內(nèi)合成交聯(lián)密度較低的第二網(wǎng)絡(luò)。疏松交聯(lián)或不交聯(lián)的第二網(wǎng)絡(luò)起到分散應(yīng)力、中止裂紋的作用。這種新型雙網(wǎng)絡(luò)凝膠在人造軟骨和人造韌帶中有潛在應(yīng)用價值。大分子微球復(fù)合水凝膠大分子微球復(fù)合水凝膠采用大分子微球作為交聯(lián)劑，大分子微球?qū)⒋蠓肿渔溸B接形成如圖的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。MMC 水凝膠可以有效地分散承受應(yīng)力，因此具有很高的力學(xué)

4、強(qiáng)度。納米復(fù)合水凝膠1鋰藻土復(fù)合水凝膠采用合成鋰藻土 Laponite 作為多官能度交聯(lián)劑，將單體在Laponite 水分散液中原位聚合而成的聚合物/鋰藻土納米復(fù)合水凝膠。這種凝膠拉伸強(qiáng)度約為化學(xué)交聯(lián)的常規(guī)水凝膠的 10 倍，而且斷裂伸長率也高1300%，約為常規(guī)水凝膠的 50 倍。另外，常規(guī)水凝膠交聯(lián)密度過高會使凝膠不透明，而納米復(fù)合水凝膠在高Laponite 含量時都能保持良好的透明性，并且可以拉伸、打結(jié)。2碳納米管復(fù)合水凝膠近年來，碳納米管等納米材料的研究如火如茶，在水凝膠中引入碳納米管以提高其機(jī)械性能也有研究。 Bayazit等先用吡啶改性單層碳納米管然后將其作為交聯(lián)劑與聚丙烯酸形成具

5、有一定強(qiáng)度的水凝膠。溫度敏感型水凝膠的響應(yīng)性依賴于溫度的變化是原位凝膠 的一種，能感應(yīng)溫度的變化而改變自身狀態(tài)或溶脹和收縮，在臨界相轉(zhuǎn)變溫度T。時體積產(chǎn)變。根據(jù)水凝膠溶脹 比受溫度的影響情況，可將其兩種類型：高溫收縮型凝膠和低溫收縮型凝膠。高縮 型凝膠 的 溶脹 比在 低 臨界 溶液 溫 度(1ower csolution temperature，LCST)附近隨溫度升高而迅速降反之則升高。低溫收縮型凝膠正好相反根據(jù)生物醫(yī)藥材料對水凝膠性質(zhì)的需要，許多研究轉(zhuǎn)向雙重敏感型水凝膠，其 中最常見的是pH與溫度敏感 型水凝膠的結(jié)合應(yīng)用。殼聚糖接枝聚丙烯酰胺半互穿網(wǎng) 絡(luò)水凝膠同時具有pH敏感性和溫度敏感

6、性，交聯(lián)只是改 變 了凝膠的溶脹度生物分子響應(yīng)型水凝膠能對特定的生物分子(如葡萄 糖、酶和DNA分子等)產(chǎn)生響應(yīng)。當(dāng)這類水凝 膠遇到胰凝乳蛋 白酶時，水凝膠上連接 的縮氨酸序列發(fā) 生分離，引起水凝膠從不溶的三維交聯(lián) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 向可溶 的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變目前利用電場敏感性水凝膠控制藥物釋放的研究尚處于起步階段。電場敏感性水凝膠的優(yōu)點(diǎn)在于藥物釋放速度可以通過調(diào)整電場強(qiáng)度來控制，簡單方便；缺點(diǎn)在于對電場變化的響應(yīng)慢、需要可控制的電場提供裝置，而且大多數(shù)電場敏感性水凝膠需要在沒有電解質(zhì)的條件下發(fā)揮作用，而在生理?xiàng)l件下，不容易達(dá)到要求。光敏感性水凝膠分為紫外光敏感性水凝膠和可見光敏感性水凝膠兩種，其中可見光廉價

7、、安全、易于操縱。紫外光敏感性水凝膠可以通過含有二(4-二甲氨基)苯基甲烷氰化物的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)制得。三苯基甲烷無色氰化物在紫外線的照射下電離，在恒定的溫度下，凝膠產(chǎn)生不連續(xù)性膨脹；撤去紫外光，凝膠收縮。含有光敏發(fā)色團(tuán)的PNIAAm水凝膠具有可見光敏感性。在光照下，發(fā)色團(tuán)吸光而使局部溫度上升，從而引起熱敏性水凝膠PNIAAm體積收縮的相轉(zhuǎn)變，溫度的升高與光的強(qiáng)度和發(fā)色團(tuán)的濃度有關(guān)。以含少量無色三苯基甲烷氫氧化物或無色氰化物與無色二( N , N-二甲基酰替苯胺)-4-乙烯基苯基甲烷衍生物, 丙烯酰胺和N , N-亞甲基-雙丙烯酰胺共聚可得光熱刺激響應(yīng)聚合物凝膠磁性高分子微球由于其在外加磁場作用

8、下簡單、快速易行的磁分離特性, 其在細(xì)胞分離, 固定化酶, 靶向藥物等領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益活躍, 并顯示出較好的應(yīng)用前景。丁小斌等 23 采用分散聚合法, 在醇/ 水體系中, 在Fe3O4 磁流體存在下, 通過苯乙烯( st ) 與N-異丙基丙烯酰胺( N IPAM ) 共聚, 合成出Fe3O4/ P( st - NIPAM) 微球, 該微球除具有一般磁性微球快速, 簡便的磁分離特性外, 同時, 還具有熱敏特性, 使該熱敏性磁性微球可望用于蛋白質(zhì)和酶的純化、回收以及酶的固定化等領(lǐng)域天然高分子甲殼素的脫乙酰基產(chǎn)物殼聚糖( CS) 以及聚丙烯酸( PAA) 為原料,制成了一種新型的以殼聚糖和聚丙烯酸

9、之間所形成的聚電解質(zhì)配合物為基礎(chǔ)的Sem-i IPN 水凝膠膜, Sem-i IPN 電交聯(lián)組分為CS, 它不僅對pH 的變化非常敏感, 對離子也顯示出特殊的刺激響應(yīng)性。CS#PAA Sem-i IPN 水凝膠膜在強(qiáng)酸條件( pH 2) 下強(qiáng)烈溶脹, 隨著pH 值的上升, 溶脹度迅速下降, 在一個很寬的pH 值區(qū)域( 3 pH 8 時, 溶脹度又重新開始上升, 在pH U11 附近, 溶脹度達(dá)到最大值, 繼續(xù)增加pH 值, 由于滲透壓的關(guān)系, 溶脹度又開始下降, Sem-i IPN 之所以在酸堿條件下都發(fā)生溶脹是由于酸堿可以破壞其中的靜電作用?？疾靤em-i IPN 在各種鹽溶液中的溶脹度(

10、SW) , 發(fā)現(xiàn)在相同金屬離子價態(tài)和離子強(qiáng)度條件下, SW 基本處于同一水平, 在一定離子強(qiáng)度條件( I= 115mol/L) 下, SW 在一價、二價和三價鹽溶液中的SW 呈跳躍式增加, CS#PAA sem-i IPN 配合物的這種特殊離子響應(yīng)性相反于一般的離子交換樹脂和單鏈聚電解質(zhì)凝膠, 它對pH 和離子的敏感性及受環(huán)境刺激發(fā)生可逆溶脹和收縮的功能為其在DDS、分離等方面的應(yīng)用提供了可能。美國斯坦福大學(xué)的科學(xué)家研制出一種具有卓越導(dǎo)電性能的水凝膠。其制作工藝簡單、快捷，且能夠通過噴墨打印機(jī)打印在其它物體 物系統(tǒng)與硬件之間的 “橋梁”生物燃料電池等。 科學(xué)家將苯胺與植物組織中天然存在的肌醇六

11、磷酸結(jié)合在一起，制造出了這種水凝膠。肌醇六磷酸是一種 “小分子摻雜物”，1次能抓住6條聚合物鏈 ，形成廣泛交聯(lián) 的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)肌醇六磷酸與聚合物鏈連接在一起時，可將電荷傳遞給聚合物鏈。此外，這種水凝膠擁有很多小孔，增大了凝膠的表面積，可捕獲更多電荷，并對施加于其上的 電荷快速作出反應(yīng)，從而使這種水凝膠獲得了極高的導(dǎo)電性。這種水凝膠的手感和生物學(xué)行為與生物組織差不多，且表面積大、導(dǎo)電能力的表面，可用于制造生物傳感器和 強(qiáng)，非常適用作生 水凝膠是一種迅速發(fā)展的新型功能高分子材料。對其環(huán)境敏感性行為的研究發(fā)展和應(yīng)用具有不可估量的前途。尤其是智能型高分子水凝膠這種對外界環(huán)境變化能自動感知并能作出響應(yīng)變化的特點(diǎn)，使其具有一系列傳統(tǒng)材料所沒有的突出性能，這類材料在分子器件、調(diào)光材料、生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)@得廣泛應(yīng)用，尤其是在藥物控制釋放領(lǐng)域。然而，大多數(shù)凝膠材料響應(yīng)