智能水凝胶综述

功能水凝胶综述
功能水凝胶是一类具有特定功能的聚合物材料，其应用广泛，包括但不限于柔性化学传感器、药物输送、润滑、皮肤传感器等。

功能水凝胶可以按多种方式进行分类，例如聚合物来源、交联类型和制备方法。

其中，天然水凝胶和合成水凝胶是最常见的分类方式。

天然水凝胶通常从可再生资源中提取，如纤维素、藻酸盐、壳聚糖及其衍生物等，而合成水凝胶则主要依赖于化学合成方法。

功能水凝胶的特性使其在许多领域中都表现出优异的性能。

例如，由于其独特的3D结构、高渗透性、离子导电性和类组织机械性能，功能水凝胶在柔性化学传感器领域引起了广泛关注。

通过调整水凝胶的化学成分和交联密度，可以控制其物理和化学性质，例如电导率、润湿性和反应性等。

在过去的几十年中，功能水凝胶经历了广泛的发展。

例如，基于功能性水凝胶的柔性化学传感器经历了多次升级和改进，从最初的简单的化学反应装置发展为复杂的微流体系统。

同时，通过将功能性水凝胶与其他材料相结合，开发出了许多具有新功能的水凝胶复合材料，如具有高强度和耐磨性的水凝胶复合材料。

此外，功能性水凝胶在医疗领域也有广泛应用，如药物输送和伤口敷料等。

通过将药物封装在水凝胶中，可以控制药物的释放速度和释放方式，从而提高药物的疗效并降低副作用。

同时，由于水凝胶的生物相容性，其在组织工程和再生医学中也得到了广泛应用。

总的来说，功能水凝胶作为一种具有特定功能的聚合物材料，在
许多领域中都表现出优异的性能和应用潜力。

随着科学技术的不断发展和进步，相信未来还会出现更多具有新功能的水凝胶材料，为人类的生产和生活带来更多的便利和发展。

分子印迹智能水凝胶的研究进展李祖彬,霍东霞*,王红英(郑州大学材料科学与工程学院,郑州450052摘要:智能水凝胶可以响应外界环境(如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等的变化,发生可逆体积相变,从而具有控制释放的能力。

将分子印迹技术引入智能水凝胶,制备分子印迹智能水凝胶,不仅可以保持其环境响应性,更赋予其对特异分子的识别性能,从而可以根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关,实现自动识别并结合或释放特定分子。

它有望应用于药物控释、生物传感和免疫分析等领域。

本文综述了分子印迹智能水凝胶的研究现状,讨论了其目前所面临的挑战,并展望了其发展前景。

关键词:智能水凝胶;分子印迹;感应2响应;分子识别;控制释放引言智能水凝胶(Intelligent Hydrogels是一类能够响应外界刺激信号(如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等的变化而产生可逆体积相变的水凝胶。

由于它同时具备了感应和响应功能,兼有水凝胶的柔韧性和渗透性,因而倍受关注。

近几十年来,其研究已取得了较大的进展,并广泛应用于固定化酶、物质分离、细胞培养、温敏开关、化学传感和药物控制释放等领域。

分子印迹技术(M olecular imprinting technique,MI T是制备对某一特定目标分子具有特异选择性的聚合物的过程。

将分子印迹技术应用于环境敏感水凝胶,制备分子印迹智能水凝胶(M olecularly Imprinted Intelligent Hydrogels,M I Hs,不仅可以提高水凝胶分子网络对特定分子的结合力,而且能够根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关,实现自动识别并结合或释放特定分子;同时,外界特定分子浓度的变化也能刺激水凝胶发生溶胀或收缩,从而控制其中包埋物质的释放。

这些特定分子主要是蛋白质、聚肽、核酸、葡萄糖等生物大分子,因而在药物控释体系、生物传感器和免疫分析等领域有着巨大的应用前景。

水凝胶细胞支架材料最新综述近期，上海交通大学材料科学与工程学院冯传良教授和博士生窦晓秋在著名材料类期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Amino acids and peptides based supramolecular hydrogels for three-dimensional cell culture”的综述文章。

这篇综述重点介绍了与传统高分子凝胶相比，自组装氨基酸和多肽类水凝胶作为新型细胞培养支架材料的优势，对其制备方法做了一个详细的分类和讲解。

体外细胞培养是现代生物医学研究中不可缺少的重要部分。

研究发现，在体外进行三维细胞培养既能保留天然细胞微环境的物质结构基础，又能更好模拟细胞体内微环境，为细胞水平的研究提供更可靠的方法。

三维细胞培养一般需要借助与三维支架材料，如何选择、制备细胞支架材料已经吸引了广大科研工作者的兴趣。

文章总结了目前利用氨基酸和多肽类超分子凝胶进行细胞三维培养的方法和优势。

外场响应性凝胶及细胞三维培养主要包含离子响应型凝胶、pH响应型凝胶、溶剂响应型凝胶、光响应型凝胶、酶响应型凝胶、触变型可修复凝胶及其它。

氨基酸和多肽类凝胶因子在各种外界环境的刺激下可以自组装为水凝胶，可作为为细胞体外三维环境在离子刺激下氨基酸类凝胶因子自组装，形成网络支架结构多肽类凝胶因子在特定pH值下，不同氨基酸官能团所带电荷情况不同，凝胶自组装可以通过凝胶因子间静电相互作用完成将含有凝胶因子的DMSO溶液与细胞悬液混合，可以诱导形成水凝胶和细胞的三维复合体系通过外界光刺激诱导凝胶组装或解体，该性质可用来控制不同的细胞行为酶的加入将凝胶因子前驱体上多余官能团解离，获得凝胶因子凝胶通过振荡器破坏后与细胞混合，一定时间后凝胶修复从而将细胞嵌入水凝胶中通过凝胶溶胀和细胞迁移构建细胞三维生长环境总之，氨基酸和多肽类超分子水凝胶因其结构的特殊性，在非共价键物理相互作用下，可自组装为具有生物活性纳米纤维水凝胶。

水凝胶磁性纳米粒子复合研究综述前言水凝胶作为目前新材料中性质独特的一种聚合物材料，以其独特的物理化学性质著称，对于水凝胶材料的改性工作也是目前领域研究中比较热门的工作，本文针对水凝胶的改性方法以及水凝胶与磁性纳米粒子复合作了较为详细的介绍并有望采用与日后的实验工作中。

一水凝胶水凝胶是具有相同网状结构的软材料，但是对于水却具有不同的亲密性。

含有大量水分的水凝胶类似与生物软组织，其在生物医药领域具有巨大的潜在应用价值；水凝胶的性质倾向于脆弱，相似与脆弱的水母。

不同性质的水凝胶在不同领域都具有巨大的应用前景。

目前磁性水凝胶作为水凝胶改性的方法其在重金属离子吸附、药物运输、癌症治疗、柔性机械材料等方向都具有一定的应用前景1。

二水凝胶与磁性纳米粒子复合材料一种含硫基的功能化水凝胶与Fe3O4复合制备具有磁性的水凝胶2：Fe3O4-poly(L-cysteine/2-hydroxyethyl acrylate) (Fe3O4-P(Cys/HEA))即Fe3O4-聚(L-半胱氨酸/2-羟乙基丙烯酸)。

这种水凝胶可以被应用于去除水溶液中的Pb2+, Cd2+, Ni2+ 和 Cu2+，并且通过一系列手段表征该复合水凝胶，包括电子扫描显微镜、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射，振动式磁力计，X射线电子能谱，FTIR图谱分析证明了其官能团含有-NH2和-SH，证明了磁性纳米粒子确实一种2-羟基乙基丙烯酸和L-半胱氨酸的共聚物。

这种磁性水凝的磁饱和强度和超顺磁性也同样得到了佐证，这种性质使得磁性复合水凝胶在吸附饱完成后可以与环境溶液分离。

这种含硫基官能团修饰的磁性水凝胶用于重金属移除的性能表现通过改变一下四个变量测试：PH、温度、原始的重金属浓度、吸收剂与重金属溶液的接触时间。

结果显示磁性水凝胶对于温度敏感但是几乎不受温度影响，而且吸收过程遵循一个伪二阶速率方程并较好地吻合朗格缪尔单分子层吸收理论。

磁性水凝胶的X射线电子能谱分析进一步表明基于Fe3O4-P(Cys/HEA)对于Pb2+, Cd2+, Cu2+ 和Cr3+的吸收机理可以联系到官能团与重金属之间的螯合物和离子交换。

PVA水凝胶的制备与研究关键词：PVA水凝胶制备研究表征应用摘要：简要评述了聚乙烯醇水凝胶的制备方法,评述了PV A水凝胶的研究现状与前景展望，详细介绍了本课题传统PV A水凝胶及温敏性凝胶的制备测试方法，总结了凝胶的应用，并展望了未来PV A水凝胶的发展趋势。

高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。

凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系。

近几年，高分子水性凝胶（又被称为水凝胶）的研究获得了极大的重视。

水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。

常见的水凝胶有聚酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚N-异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶等。

本课题主要针对于PV A水凝胶。

1 PV A水凝胶的制备PV A水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。

化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。

辐射交联主要利用电子束、γ射线、紫外线等直接辐射PV A溶液，使得PV A分子问通过产生自由基而交联在一起。

化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PV A分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸、环氧氯丙烷以及可以与PV A通过配位络台形成凝胶的重金属盐等等。

物理交联主要是反复冷冻解冻法。

1.1 物理交联法通过物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶，报道中最多的是使用“冷冻-熔融法”和“冻结-部分脱水法”两种方法。

反复冻融法是将一定浓度的PV A水溶液在-10~-40℃冷冻1d左右，再在25℃条件下解冻1~3h，即形成物理交联的PV A水凝胶。

将其反复冷冻、解冻几次后，就可以使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。

冷冻使水溶液中的PV A的分子链在某一时刻的运动状态“冻结”下来，接触着的分子链可以发生相互作用及链缠结，通过范德华力和氢键等的物理作用紧密结合，在某一微区不在分开，成为“缠结点”。

高分子水凝胶综述摘要在这篇综述中，笔者以高分子水凝胶为探究的领域，围绕其产生、发展、应用等诸方面，浅层次地加以论述。

论文大体的探讨方式是这样：首先以高分子水凝胶的出现为基点，考察其定义的由来以及与吸水树脂之间的关系；然后以高分子水凝胶潜在应用价值的属性为导向线，对其进行分类，讨论相应的制备方法和水凝胶性能各类表征方法；接着突出强调环境敏感性水凝胶的制备及响应原理；而水凝胶实际应用及缺陷则作为最后系统概括。

关键词：高分子水凝胶应用性能制备产生、定义与比较高分子水凝胶的合成可以追溯到20世纪50年代后期，Wichterle和Lim合成了第一个医用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）水凝胶[1]。

对于高分子水凝胶的定义，各个文献报道的都很接近，即由带有化学或物理交联的亲水性高分子链形成的三维固体网络[2]，在水环境下高分子水凝胶能够发生吸水溶胀，甚至有的吸水能超过其自重好多倍（图1）图1凝胶吸水溶胀前与溶胀后的比较（左侧为吸水溶胀后，右侧为吸水溶胀前）同时，笔者发现，高分子水凝胶与吸水树脂之间的关联需要被加以认知。

吸水树脂本身就是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团，能吸收大量水分而又能保持水分不外流。

当水分子通过扩散作用及毛细作用进入到树脂中时，形成的树脂即称为高分子水凝胶。

也就是说，吸水树脂是高分子水凝胶的前身，且当树脂经吸水后才成为水凝胶。

此外，对于高分子水凝胶的吸水并且保水的机理也需要加以阐述。

从化学结构上来分析，凝胶是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子。

在凝胶的交联网格里，必然存在很多疏水性基团朝外，亲水性基团朝里的结构，在这样的结构下，亲水性基团与水分子以氢键等方式进行结合，疏水性基团在外头形成的屏障可以有效地间隔不同的内亲水网格，起到容纳水分子容器的作用（图2）。

OOH R O H R OO H R O OH RO OH R O OHR OOH OHH图2 凝胶保持水分子示意图图2中，右下侧的疏水性基团是朝内的，这表明凝胶亲水性网格结构内部也是含有非亲水性基团的；而水分子与亲水链上的氧之间形成了氢键。

水凝胶研究进展综述
以下是关于水凝胶研究的一些综述性的进展：
水凝胶是一类高度吸水性的材料，其网络结构能够保持大量的水分，并且可以在不失去结构稳定性的情况下释放水分。

这使得水凝胶在许多领域，包括生物医学、药物传递、生物传感、柔性电子学、农业等方面都有着广泛的应用。

以下是一些水凝胶研究领域的进展：
1.合成方法：
•不断有新的合成方法被提出，以实现对水凝胶结构和性质的精确控制。

这包括自组装方法、模板法、交联聚合法等。

2.生物医学应用：
•水凝胶在生物医学领域的应用备受关注。

例如，水凝胶可以用于药物传递、组织工程、创伤敷料、生物传感器等方
面。

其生物相容性和可调节的物理化学性质使得其在医学
领域有着广泛的潜力。

3.柔性电子学：
•水凝胶因其柔软、透明、高吸水性等特性，在柔性电子学领域也得到了广泛关注。

例如，可在水凝胶基底上制备柔
性传感器、可穿戴电子设备等。

4.环境应用：
•在环境保护和农业领域，水凝胶也发挥着作用。

其可以用于水资源的调控、土壤保湿、植物生长的改良等。

5.智能响应性：
•研究者们通过引入响应性物质，使得水凝胶可以对外界刺激（如温度、pH、光照等）做出智能响应。

这为一些可控
释放和刺激响应性的应用提供了新的可能性。

这些领域的研究取得了显著的进展，不断有新的水凝胶材料、结构设计和应用方法涌现。

在不同学科领域的交叉合作下，水凝胶将有望在更多领域发挥其优越性能。

需要注意的是，研究进展可能会随着时间的推移而有所更新，因此建议查阅最新的文献和综述以获取最新信息。

水凝胶驱动综述
水凝胶驱动是一种利用水凝胶变形产生动力的技术。

水凝胶是一种具有高度亲水性的高分子材料，能够在吸收水分后发生膨胀，产生一定的形变。

利用这种特性，水凝胶驱动器可以在不同的环境刺激下实现各种形式的运动，如弯曲、扭曲、旋转等。

水凝胶驱动的原理主要是基于水凝胶的溶胀行为和内部水分的变化。

当水凝胶吸收水分后，由于高分子链的交联作用，水凝胶的体积会发生变化，同时产生一定的弹性能量。

当外部刺激作用于水凝胶时，这些能量会被释放出来，驱动水凝胶产生运动。

水凝胶驱动器的应用非常广泛，可以用于微型机器人、医疗器械、传感器等领域。

例如，可以利用水凝胶驱动器来制造能够进入人体内部的微型机器人，执行药物递送、病情监测等任务；也可以将水凝胶驱动器用于制作软体机器人，以适应不同的环境和工作需求。

总的来说，水凝胶驱动的研究和开发还处于起步阶段，还有很大的发展潜力和前景。

未来的研究和发展应该重点关注以下几个方面：深入探索水凝胶驱动的原理和机制；开发更加智能、高效的水凝胶材料；探索水凝胶驱动在各领域的应用场景和可能性。

同时，随着科技的不断进步，我们有望在未来看到更多由水凝胶驱动技术所带来的创新和变革。