高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展

摘 要：作为一种新型的高分子材料，在工业生产中高分子水凝胶逐渐取得了广泛的应用。高分子水凝胶的结构和性能与生物组织较为类似，它具有较高的安全性和生物相容性，因此被广泛的应用在医药工程、组织工程、创伤修复的领域，发展前景十分乐观。因此，人们要对于高分子水凝胶进行进一步的改进，研发具有高强韧性能和响应功能的水凝胶。本文查阅的各种资料，总结了在高分子水凝胶方面的一些重要研究结论，并根据它的合成方法与原理，介绍了几种典型的高分子水凝胶增强强韧性和响应性的方法，对于解决关键的科学问题有一定的帮助作用。

关键词：高强韧性；高响应型；高分子水凝胶；组织工程

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

0 引言

高分子水凝胶是现阶段被广泛应用的一种高分子材料，具有强韧性和高响应性。从结构上来看，高分子水凝胶是含有大量水的三维聚合物网络，与生物组织类似，也是一种科学家现阶段重要研究的生物材料。它的响应原理是基于阴阳离子和两性离子单体的智能响应。高分子水凝胶的含水量以及其独特的生物相容特征使得其得到了很大程度的发展以及大范围的应用。与传统的水凝胶相比高分子水凝胶改善了结构不稳定的缺点，同时，避免了化学交联剂分散不均导致的易破碎情况出现。目前高分子水凝胶是水凝胶中应用最广泛的。

1 高分子水凝胶的设计思路

在当前对于高分子水凝胶的设计过程中，主要有以下几种思路：（1）通过有效改善交联点就可以有效降低由此导致的结构网的破损程度。（2）在水凝胶的结构中引入牺牲键，通过这个价键的锻炼来吸收能量，从而提高凝胶的强韧性。（3）纳米颗粒通过物理和化学变化承担巨型交联点的责任作用就可以使得聚合物呈现出三维网络状态。（4）价键和超分子的非价键作用和自我组装可以形成高分子网络，也就是能够形成高分子水凝胶。这些年来，科学家将这些想法汇合，进行不断的研究，来研发新型的高分子水凝胶材料，取得了一定的进展。

2 高分子水凝胶研究中存在的问题

（1）不論是人工合成的高分子水凝胶还是利用天然材料得到的高分子水凝胶，都很难达到生物组织原本的精巧的结构，在本质上与其有较大的差别，因此水凝胶的物理性能与生物功能很难达到生物组织的要求，因此在一定程度上限制了凝胶材料的应用。

（2）虽然高分子水凝胶已经在一定程度上改善了传统水凝胶的缺点更将安全性能和生物相容性集于一身，但是仍需要通过对高分子水凝胶进行与时俱进的探索和改进才能不断的满足使用的要求。但是其中有一个重要的问题，高分子水凝胶由于是人工合成所以其中含有的化学物质较多，导致一部分高分子水凝胶存在毒性，因此如何改善人工合成高分子水凝胶的技术，使其具有高生物安全性是目前科学家们研究的重点。

（3）大部分的高性能高分子水凝胶融水性十分强，导致高分子水凝胶不容易与其他组织亲和，所以如何有效改善高分子水凝胶的这一特性使之可以调节自身的含水量，选择性地来进行诱导细胞的贴附、生长、分化等过程，也是研究中的一个重点。

3 高强韧性与响应型高分子水凝胶的制作

（1）纳米颗粒对于高分子的强韧性有很强的促进作用。其中，纳米颗粒在高分子机体中的分散与它的相互作用有很重要的联系。对于不同的领域，高分子水凝胶对纳米的要求不同，所以，运用纳米时应进行物理吸附，从而散发能量从而提高高分子凝胶的强韧性。

（2）进行双网络水凝胶结构的构建，半互穿或者互穿网络构成的高分子水凝胶的强韧度要明显的优于单网络结构的水凝胶，在双网水凝胶结构中一个高度舒展而另一个处于疏松状态就使得高分子水凝胶具有柔韧性。这样的结构组织更具有稳定性，不仅能够回避单网络结构存在的问题同时也更加适应现阶段的发展需求。

4 结论

综上所述，我们可以看出当前高分子水凝胶对科研领域研究具有重要的意义。通过调整各种价键的相互作用，从分子水平或更加微观的水平来构建具有多级结构的亲水网络。特别是利用非共价作用，来消耗能源，从而提高高分子水凝胶的强韧性。同时，高分子水凝胶也应该能及时应对突发问题，可以及时有效的进行自我修复。应该不断地对高分子水凝胶结构进行调整，逐渐改善存在的各种问题让结构和性能达到最佳状态。与此同时也要注重生物安全性，高分子水凝胶的不断发展会推动该研究领域的积极健康发展。

参考文献：

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作者简介：康欢欢（1989-），女，河南郑州人，硕士，助理讲师，主要从事化工方面课程教授。endprint