高強韌與響應型高分子水凝膠研究進展

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用。高分子水凝膠的結構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，因此被廣泛的應用在醫(yī)藥工程、組織工程、創(chuàng)傷修復的領域，發(fā)展前景十分樂觀。因此，人們要對于高分子水凝膠進行進一步的改進，研發(fā)具有高強韌性能和響應功能的水凝膠。本文查閱的各種資料，總結了在高分子水凝膠方面的一些重要研究結論，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強韌性和響應性的方法，對于解決關鍵的科學問題有一定的幫助作用。

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

1 高分子水凝膠的設計思路

在當前對于高分子水凝膠的設計過程中，主要有以下幾種思路：（1）通過有效改善交聯(lián)點就可以有效降低由此導致的結構網(wǎng)的破損程度。（2）在水凝膠的結構中引入犧牲鍵，通過這個價鍵的鍛煉來吸收能量，從而提高凝膠的強韌性。（3）納米顆粒通過物理和化學變化承擔巨型交聯(lián)點的責任作用就可以使得聚合物呈現(xiàn)出三維網(wǎng)絡狀態(tài)。（4）價鍵和超分子的非價鍵作用和自我組裝可以形成高分子網(wǎng)絡，也就是能夠形成高分子水凝膠。這些年來，科學家將這些想法匯合，進行不斷的研究，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，都很難達到生物組織原本的精巧的結構，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)水凝膠的缺點更將安全性能和生物相容性集于一身，但是仍需要通過對高分子水凝膠進行與時俱進的探索和改進才能不斷的滿足使用的要求。但是其中有一個重要的問題，高分子水凝膠由于是人工合成所以其中含有的化學物質(zhì)較多，導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，使其具有高生物安全性是目前科學家們研究的重點。

（3）大部分的高性能高分子水凝膠融水性十分強，導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，選擇性地來進行誘導細胞的貼附、生長、分化等過程，也是研究中的一個重點。

3 高強韌性與響應型高分子水凝膠的制作

（1）納米顆粒對于高分子的強韌性有很強的促進作用。其中，納米顆粒在高分子機體中的分散與它的相互作用有很重要的聯(lián)系。對于不同的領域，高分子水凝膠對納米的要求不同，所以，運用納米時應進行物理吸附，從而散發(fā)能量從而提高高分子凝膠的強韌性。

（2）進行雙網(wǎng)絡水凝膠結構的構建，半互穿或者互穿網(wǎng)絡構成的高分子水凝膠的強韌度要明顯的優(yōu)于單網(wǎng)絡結構的水凝膠，在雙網(wǎng)水凝膠結構中一個高度舒展而另一個處于疏松狀態(tài)就使得高分子水凝膠具有柔韌性。這樣的結構組織更具有穩(wěn)定性，不僅能夠回避單網(wǎng)絡結構存在的問題同時也更加適應現(xiàn)階段的發(fā)展需求。

4 結論

綜上所述，我們可以看出當前高分子水凝膠對科研領域研究具有重要的意義。通過調(diào)整各種價鍵的相互作用，從分子水平或更加微觀的水平來構建具有多級結構的親水網(wǎng)絡。特別是利用非共價作用，來消耗能源，從而提高高分子水凝膠的強韌性。同時，高分子水凝膠也應該能及時應對突發(fā)問題，可以及時有效的進行自我修復。應該不斷地對高分子水凝膠結構進行調(diào)整，逐漸改善存在的各種問題讓結構和性能達到最佳狀態(tài)。與此同時也要注重生物安全性，高分子水凝膠的不斷發(fā)展會推動該研究領域的積極健康發(fā)展。

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作者簡介：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