輻射改性水凝膠的應用

摘 要：輻射改性水凝膠廣泛應用于工業、農業、醫療等領域，其原材料纖維素和殼聚糖是最豐富的天然有機物。改性后的水凝膠親水而不溶于水，具有三維網狀結構，有獨特的吸水性和良好的生物相容性。

關鍵詞：輻射交聯；水凝膠；輻照劑量；藥物緩釋

一、輻照改性的基本原理

輻照改性[1]技術是通過電子加速器或放射源產生的射線輻照物質產生自由基，自由基在不同的鏈之間結合，形成高分子網狀結構，或輻照接枝相應基團改變殼聚糖的分子結構及物理性能，從而改變水凝膠的交聯度、溶脹度和斷裂伸長率以及良好機械強等。比如，對高分子材料分別實現接枝、聚合、裂變或交聯。

輻射技術可用來聚合不飽和化合物，這意味著帶有乙烯基的水溶性高分子可以利用高能輻射轉換為水溶膠。水凝膠也可通過單官能的交聯劑經由輻射誘導交聯聚合而得，而且輻射還能交聯不含有乙烯基的水溶性高分子。這是因為在輻射通過水溶性高分子的溶液時，誘使高分子鏈上的C-H鍵均裂形成自由基。另外，水在高能輻射下產生的羥基自由基會進攻大分子鏈產生大分子自由基。大分子自由基在不同的鏈間結合最終導致鏈間形成共價鍵交聯的網絡。由于大分子自由基能易被氧化，所以高能輻射交聯一般在惰性氣體（如氮氣，氬氣）環境下反應。

二、輻射交聯與化學交聯的比較

聚合物的交聯改性是開發新材料、新工藝獲取新功能的重要途徑，通常高分子聚合物的交聯改性，除輻射交聯方法外，還可以借助于交聯劑引發聚合物接枝或交聯反應，但與輻射交聯比較，輻射法取代化學法對加工改性、產品質量的保證更為有利。其原因是：（1）化學交聯需要添加交聯劑，雜質對產品產生污染，輻照交聯產品純凈，且有輻照滅菌效果；（2）輻照交聯常溫即可發生，不需要加熱，輻照劑量決定交聯度，交聯主要發生在非晶區，具有良好的穩定性；（3）輻照交聯加工與生產加工可分開進行，不影響效果。

三、輻照實驗過程中存在的問題

（1）氣泡問題——實驗制備過程中，通過真空抽濾等方法去掉氣泡。但經過輻照后，凝膠樣品表面又產生許多氣泡，這些氣泡大大降低了凝膠的抗張程度、彈性。（2）交聯與降解問

題——輻照過程中，交聯與降解同時存在，達到一定輻照劑量時交聯占主導地位。（3）輻照環境——輻照室內的氧氣對交聯的影響很大，一般應在充氮氣的條件下進行輻照。

交聯度很低的聚合物主要是線性分子，還沒有形成一定的三維網絡結構。要使交聯度足夠大，形成具有足夠機械強度水凝膠，必須把劑量提高。如果加入少量的交聯劑，則較小的輻照劑量即可達到同樣機械強度的效果，但交聯劑含量不宜過高，否則制成的水凝膠因太脆而不適用。

四、展望

水凝膠作為一種高吸水高保水材料，可用于干旱地區的抗旱，農用薄膜、建筑中的結露防止劑、調濕劑、石油化工中的堵水調劑，原油或成品油的脫水，在礦業中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，尤其是醫療中作為藥物載體、人工軟骨修復材料等等。關節軟骨損傷是導致關節疼痛的一種普遍的損傷形式，是臨床骨科常見的疾病，長期以來人們一直在尋找和研制理想的軟骨修復材料。聚乙烯醇（PVA）水凝膠除了具備一般水凝膠的性能外，特別具有毒性低、機械性能優良、含水量高和生物相容性好等優點，是一種非常有前途的人工軟骨修復材料。

此外，智能型水凝膠是一類對外界刺激能產生敏感響應的水凝膠。根據外界刺激的響應情況可分為：溫度響應性、PH響應性、光響應性、磁場響應性、壓力響應性、生物分子響應性、電場響應性水凝膠等。這類材料廣泛應用于分子器件，調光材料，生物醫學等高新技術領域。

傳統水凝膠機械性能很差，極大地限制了其在各個領域中的應用。因此近年來，人們在如何提高水凝膠機械強度等方面做了大量的工作。而化學交聯水凝膠雖然能達到一定的溶脹度、機械強度，但因為其添加了交聯劑等化學物質產生了雜質，甚至微毒性，而限制了其在醫學等領域的應用。

采用輻射交聯技術，可以制備具有適度交聯度、溶脹度和斷裂伸長率以及良好機械強度的水凝膠，可用于面膜、多功能新型敷料、外用藥物給藥系統等，為病患者減輕疼痛甚至挽回生命，創造巨大的社會效益和經濟效益。輻照改性后的水凝膠具有新穎獨特的理化性能，有望在環境保護、催化、分析、藥物緩釋等領域中發揮廣泛的用途。

參考文獻：

[1] 石凌飛，楊旭，朱晨瑜等.輻照改性對超高分子量聚乙烯防彈性能影響的研究[J].中國個體防護裝備，2015，（2）：8-14.DOI：10.16102/j.cnki.cppe.2015.02.002.