高分子水凝膠研究

王市偉，張焱焜，龐文博

（鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，鄭州 450001）

高分子水凝膠研究

王市偉，張焱焜，龐文博

（鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，鄭州 450001）

水凝膠是一類具有廣泛應(yīng)用前景的高分子網(wǎng)絡(luò)體系。高分子水凝膠的分類以及典型代表為出發(fā)點(diǎn)對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，探討了高分子水凝膠的發(fā)展趨勢(shì)。

水凝膠；高分子；結(jié)構(gòu)與性能

高分子水凝膠是高分子鏈之間以化學(xué)鍵或物理作用力形成的一種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能吸收一定量的溶劑而使高分子網(wǎng)絡(luò)溶脹而不被溶解。對(duì)于外界環(huán)境（如pH值、溫度、電場(chǎng)、介質(zhì)、光、磁場(chǎng)等）的微小刺激，高分子水凝膠的形狀、力學(xué)、光學(xué)、滲透速率以及識(shí)別性等性能都會(huì)發(fā)生明顯的改變。

根據(jù)高分子水凝膠形成材料的差異，可分為合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠兩類。通過合成的方法可以更加有效的調(diào)控水凝膠內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與性能，從而使得合成高分子水凝膠比天然高分子水凝膠具有更大的應(yīng)用空間。然而其應(yīng)用受制于合成高分子水凝膠的單體基本上來源于化石資源。天然高分子水凝膠在生物降解性，生物相容性以及應(yīng)用安全等方面具有較大的潛在的優(yōu)勢(shì)，但因其來源不同，在制備的過程中控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能等方面存在較大的困難。綜合兩種凝膠的性能特點(diǎn)，近些年來，不少學(xué)者已經(jīng)開始了天然高分子水凝膠與合成高分子水凝膠的共混共聚的相關(guān)研究，并取得了相應(yīng)的進(jìn)展。如Ahmed等[1]以交聯(lián)殼聚糖為基底，戊二醛為交聯(lián)劑，并將羧甲基纖維素（AAm-g-HEC）互穿到基底中制備得到了具有pH值響應(yīng)特性的共混復(fù)合水凝膠。Wu[2]等利用絲膠蛋白（SS）與聚N-異丙基丙烯酸銨（PNIPAAm）和甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共混，同樣得到了具有快速pH值響應(yīng)特性的復(fù)合凝膠。

根據(jù)高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)形成作用的差異，分為化學(xué)水凝膠和物理水凝膠。化學(xué)水凝膠是高分子鏈段之間以共價(jià)鍵的形式交聯(lián)而形成三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，化學(xué)水凝膠的結(jié)構(gòu)具有不可逆性。如劉志玲[3]等在高濃度的葡萄糖環(huán)境下制備了一種具有化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)的聚膦氰水凝膠，這種凝膠使得負(fù)載胰島素的釋放速度加快。物理水凝膠通常是由線型分子間通過次價(jià)力作用而形成。這些次價(jià)力作用主要包括氫鍵、庫倫力、范德華力等。在外部環(huán)境的刺激下，物理水凝膠將發(fā)生凝膠至溶膠的轉(zhuǎn)變或者是溶膠至凝膠的轉(zhuǎn)變。羅驍?shù)萚4]制備得到了一種具有光、熱雙控性質(zhì)的液晶物理凝膠。

根據(jù)其對(duì)于外界環(huán)境的刺激所引起的響應(yīng)情況的不同，高分子水凝膠可以分為普通水凝膠和刺激敏感性水凝膠。普通水凝膠對(duì)于外界刺激響應(yīng)速率不敏感。刺激敏感性水凝膠可以根據(jù)pH，溫度，電場(chǎng)，光，磁場(chǎng)等的變化及時(shí)發(fā)生結(jié)構(gòu)和性能的相應(yīng)，因而又被稱為智能水凝膠。這種刺激敏感特性使其在化學(xué)傳感器、藥物控釋載體、物質(zhì)分離等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Yoshida等將雙烯丙基碳酸二甘醇酯與丙烯酰脯氨酸甲酯共聚并通過離子束蝕刻得到一種多孔水凝膠。顯微觀察發(fā)現(xiàn)該凝膠具有溫度刺激的不同響應(yīng)，利用該特性可將其運(yùn)用到溫控化學(xué)閥控制領(lǐng)域。楊晨[5]等將低分子量殼聚糖以及透明質(zhì)酸加入到海藻酸鈣凝膠體系中制備得到了復(fù)合水凝膠，這種水凝膠被應(yīng)用于苦參堿的藥物釋放性能中并提高了其累積釋藥率。

作為一種迅速發(fā)展的新型功能型高分子材料，高分子水凝膠在學(xué)術(shù)研究和工業(yè)應(yīng)用方面都具有廣闊的發(fā)展前景。然而其力學(xué)性能，機(jī)械強(qiáng)度，響應(yīng)速率，精確控制以及生物相容性等方面的因素制約了其應(yīng)用。對(duì)其進(jìn)一步開展深入研究，將對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

[1]Ahmed A A K，Naik H S B，Sherigara B S.Synthesis and characterization of chitosan-based p H-sensitive semi-interpenetrating network microspheres for controlled release of diclofenac sodium[J]. Carbohyd Res，2009，344（5）：699-706.

[2]Wu W，Wang D S.A fast pH-responsive IPN hydrogel：Synthesis and controlled drug delivery[J].React Funct Polym，2010，70（9）：684-691.

[3]劉志玲，張力，洪挺，等.化學(xué)交聯(lián)葡萄糖基取代聚膦腈水凝膠制備和胰島素釋放研究[J].高分子學(xué)報(bào)，2010，（3）：340-346.

[4]羅驍，陳思，施燕琴，等.基于POSS核凝膠因子的光、熱雙控液晶物理凝膠[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，5：685-691.

[5]楊晨，覃宗玲，董曉瑩，等.基于天然多糖復(fù)合凝膠珠的制備及其釋藥性能[J].功能高分子學(xué)報(bào)，2015，4：403-409.

Hydrogel Study

Wang Shi-wei，Zhang Yan-kun，Pang Wen-bo

The hydrogel polymer network is a type of system has broad application prospects.Hydrogel classification and typical as a starting point for research status were introduced，discussed the development trend of polymer hydrogels.

hydrogel；polymer；structure and properties

TB324

B

1003–6490（2016）04–0152–01

2016–04–01

本研究得到河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目（152300410033）。

王市偉（1984—），男，河南濮陽人，講師，主要從事聚合物加工新方法及高性能化研究工作。