光响应高分子水凝胶

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 R 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。

高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展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。

标签：高强韧性；高响应型；高分子水凝胶；组织工程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）不论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。

敏感性高分子及水凝胶摘要：本文介绍了几类敏感性高分子及其水凝胶。

主要包括pH敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、温度及pH双重响应水凝胶、光响应水凝胶、磁场响应水凝胶等的性质及其研究进展。

简要介绍了敏感性高分子及其水凝胶的性质、制备方法、应用及其发展前景。

1引言近年来，随着信息，生命，环境，航空航天等领域科学技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高。

因此，一批性能特异的新功能材料相继问世，敏感性材料就是其中的一类。

对环境具有可感知，可响应，并具有功能发现能力的高分子和水凝胶被称之为环境敏感性高分子（environment sensitive polymers）和环境敏感性水凝胶（environment sensitive hydro gels）[1]。

与传统的高分子和水凝胶不同，这类高分子和水凝胶的某些物理或化学性质可因环境条件的变化而发生突变。

因此，这类高分子也被称为“刺激响应性高分子（stimuli-responsive polymers）”、“灵巧性高分子(smart polymers)”或“智能性高分子（intelligent polymers）”,相应的水凝胶被称为“刺激响应性水凝胶（stimuli-responsive hydro gels）”、“灵巧性水凝胶（smart hydro gels）”和“智能性水凝胶（intelligent hydro gels）”[2]。

与高分子不同，凝胶是一类可保持一定几何外形，同时具有固体和液体某些性质的胶体分散体系。

它是软物质（soft materials）存在的一种重要形式，是介于固体和液体之间的一种物质形态。

凝胶体系由胶凝剂（gelators）所形成的三维网络结构和固定于其中的大量溶剂组成。

敏感性水凝胶[3]是一种亲水性高分子交联网络,它能够感知外界环境的微小变化(例如温度、pH、离子强度、光、电场和磁场等),并通过自身体积的膨胀和收缩来响应外界的刺激.敏感性水凝胶的上述特点使其在药物控制释放、物质分离提纯、活性酶包埋和生物材料培养等方面有广泛应用前景。

高分子水凝胶凝胶是指溶胀的三维网状结构高分子。

即聚合物分子间相互连结，形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质。

药用的凝胶大部分是水凝胶（hydrogel），它们通过制剂的形式进入体内后吸收体液自发形成。

水凝胶是指一种在水中能显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶，为三维网络结构，多数水凝胶网络中可容纳高分子本身重量的数倍至数百倍的水，它不同于疏水性的高分子网络如聚乳酸和聚乙醇酸（只有有限的吸水能力，吸水量不到10%）。

水凝胶中的水有两种存在状态。

靠近网络的水与网络有很强的作用力，这种水在极低温度下又有冻结的和不冻结之分，而离网络比较远的水与普通水性质相似称为自由水。

影响水凝胶形成的主要因素有浓度、温度和电解质。

每种高分子溶液都有一个形成凝胶的最小浓度，小于这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速凝胶。

对温度来说，温度低，有利于凝胶，分子形状愈不对称，可胶凝的浓度越小，但也有些高分子材料加热后胶凝，低温变成溶液。

电解质对胶凝的影响有促进作用也有阻止作用，其中阴离子起主要作用。

水凝胶从来源分类，可分为天然水凝胶和合成水凝胶；从性质来分类，可分为电中性水凝胶和离子型水凝胶，离子型水凝胶又可分为阴离子型、阳离子型和两性电解质型水凝胶。

根据水凝胶对外界刺激应答情况不同，水凝胶又可分为两类：①传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度变化不敏感；②环境敏感水凝胶，这类水凝胶对温度或PH 等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确和显著的应答。

不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如溶胀性、触变性、环境敏感性和黏附性等：（一）溶胀性：水凝胶在水中可显著溶胀。

溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）；第二阶段是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。

光响应水凝胶
随着科技的不断发展，各种高新技术在不断涌现。

光响应水凝胶就是其中之一，它是一种能够在光照射下产生水凝胶化学反应的材料。

光响应水凝胶是一种新型的智能材料，具有很多优点。

首先，它可以根据外界光强度的变化自动调节自身的状态。

其次，光响应水凝胶具有良好的生物相容性，可以广泛应用于生物医学领域，比如用于药物释放、组织修复等方面。

此外，它还可以用于照明领域，既实用又美观。

目前，光响应水凝胶在很多领域都已有了应用。

比如，有些科学家正在探索将其用于人工智能的制造，以便在机器人和人类之间形成更加智能化的互动。

当然，光响应水凝胶还有很多其他的应用领域，随着科技的不断发展，它的应用前景会越来越广阔。

然而，光响应水凝胶在制备过程中存在一些困难。

首先，制备过程需要花费很长的时间。

其次，成本较高，制备出较大规模的水凝胶材料需要更高的成本投入。

此外，其使用范围也需要在研究中得以证明。

为了解决这些问题，有些科学家正在寻找更加高效、更加节省成本的制备方法，并通过研究促进其应用领域的扩大。

总体来说，光响应水凝胶具有很好的应用前景，并且在科技不断进步、需求不断增长的背景下，其未来的发展前景也十分广阔。

我们相信，
在各方的不断努力下，光响应水凝胶的研究和应用会不断取得新的突
破和进展。

水凝胶的研究进展俊机哥哥0913010407(广西师范学院化学与生命科学学院09高分班)摘要:本文对水凝胶的制备方法、性质及其应用进行了简单的介绍。

关于水凝胶的制备，我们在文章的介绍了三种方法：单体聚合并交联、聚合物交联、载体的接枝共聚。

关键字: 水凝胶制备性质应用生物医学前言水凝胶这个词最早出现于1960年，当时是由捷克的Wicherle和Lim研制的聚强乙基丙烯酸甲酯。

它本身是硬的高聚物，但它汲取水分后就变成具有弹性的凝胶，故称水凝胶。

水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，在水中能够汲取大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶化。

水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚合而成。

由于其具有三维网络结构，故相对分子质量很高，其交联网络结构主要由化学键、氢键或范德华力等组成。

溶胀时溶液可以扩散进入交联键之间的空间内，交联密度越大，三维网络间的空问就越小，水凝胶在溶胀时汲取的水分也就越少。

由于水凝胶外表不易粘附蛋白质和细胞，故在与血液、体液及人体组织相接触时会表现出良好的生物相容性；其它，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，并且类似于生物体组织，故作为人体植入物可以减少不良反响。

因此，水凝胶被作为优良的生物医学材料得到广泛应用2。

例如，PVP水凝胶可作为眼科手术中黏弹物质及人工玻璃体材料。

PVA水凝胶可用于关节重建、人工软骨、人工喉及人工玻璃体。

PVA 是第一个被广泛使用在移植方面的水凝胶。

水凝胶已被用做鼻子、面部、缺唇修补、替代耳鼓膜等方面。

水凝胶用做人工软骨、腱以及主动脉接枝不久将被商业化。

其它，水凝胶在日用品，工业用品，农业、土建等领域也有广泛应用。

1 水凝胶的制备1. 1 单体聚合并交联合成水凝胶的单体很多,大致分为中性、酸性、碱性3 种,表1 列出了局部单体及交联剂。

表1水凝胶制备中常用的单体和交联剂水凝胶可以由一种或多种单体采纳电离辐射、紫外照耀或化学引发聚合并交联而得。

一般来说,在形成水凝胶过程中需要参加少量的交联剂。

外国科学家开发出新型光导水凝胶可用作细胞传感器导语：水凝胶以聚乙烯乙二醇为基质，能与细胞结合为一体，可在活有机体中感光并用于治疗目的。

美国哈佛医学院和几家韩国研究所的科研人员合作，开发出一种感光水凝胶，可作为细胞支架植入活动物体内，使细胞感光，或让光与基因作用产生特殊蛋白质，用于细胞传感器或作为一种光控治疗的新方法。

光可以使感光细胞产生变化，也可以作为观察活体生物生理功能的手段。

在生物医学领域，用高分子聚合水凝胶制作细胞支架的方法已广泛采用。

虽然人们对水凝胶的生物化学与生物物理性质已相当了解，但对其潜在的光学功能还知之甚少。

本研究开发的水凝胶以聚乙烯乙二醇为基质，能与细胞结合为一体，可在活有机体中感光并用于治疗目的。

研究人员通过实验小鼠的皮肤插入了一根光纤，光纤通到植入水凝胶的部位，光就能经光纤直接到达水凝胶，由水凝胶支持的细胞就会按事先编好的程序发生反应。

在其中一项实验中，研究人员在水凝胶里填满了一种细胞，这种细胞如果暴露在某种毒素中就会发光。

他们将这种水凝胶植入小鼠体内，然后给它注射了该毒素。

通过反向使用光纤，就能看到水凝胶中的细胞与注入的毒素发生反应后发光。

所以这项传感器综合技术可作为一种毒素监测手段。

在另一项实验中，他们改变了希拉细胞的基因，让它们在受到光照时能产生一种蛋白，这种蛋白能让胰腺产生更多胰岛素。

这一实验证明，该水凝胶支架还可作为一种控制糖尿病的方法。

细胞被封在水凝胶里植入活体内。

光经由水凝胶照射细胞，使其感光或通过光基因合成作用生产治疗用蛋白质。

研究人员希望将来有一天利用传感器技术，医生能把这种水凝胶植入病人体内，用来控制疾病，探测身体内部残留的毒素及其他化学药品。

光响应高分子水凝胶
光响应高分子水凝胶是一种具有特殊光响应性质的材料，它可以通过光照来改变其结构和性能。

这种材料通常由水分子和聚合物网络构成，聚合物网络中含有光敏基团。

当光照射到水凝胶上时，光敏基团会发生光化学反应或光热转变，从而导致水凝胶的形状、体积、弹性等物理性质发生变化。

光响应高分子水凝胶具有许多独特的特性，使其在各个领域都有广泛的应用。

例如，它们可以用于制作软性驱动器，通过改变光照来控制其形状和运动；还可以用于药物输送和释放，通过光照来控制药物的释放；此外，它们还可以用于制作光敏材料，如光敏树脂和光敏胶等。

智能高分子及水凝胶的响应性及其应用一、本文概述随着科技的飞速发展，智能高分子及水凝胶的响应性及其应用已经引起了全球科研人员的广泛关注。

智能高分子，作为一类具有特殊响应性能的高分子材料，能够在外部刺激下发生可逆或不可逆的物理或化学变化，从而展现出独特的性质和功能。

水凝胶，作为一种特殊的智能高分子，能够在水溶液中吸收并保持大量水分，同时保持其三维网络结构。

智能高分子及水凝胶的响应性使得它们在许多领域，如药物传递、生物传感器、组织工程、环境治理等，具有广泛的应用前景。

本文旨在全面介绍智能高分子及水凝胶的响应性及其应用。

我们将对智能高分子及水凝胶的基本概念、分类和性质进行阐述，以便读者对它们有一个清晰的认识。

接着，我们将深入探讨智能高分子及水凝胶的响应机制，包括温度响应、pH响应、光响应、电响应等，以及这些响应机制在实际应用中的优势与挑战。

我们将详细介绍智能高分子及水凝胶在药物传递、生物传感器、组织工程、环境治理等领域的应用案例，展望其未来的发展趋势。

通过本文的阅读，我们期望读者能够对智能高分子及水凝胶的响应性及其应用有一个全面而深入的了解，同时也为相关领域的科研人员提供有益的参考和启示。

二、智能高分子的响应性智能高分子，作为一种新型的功能高分子材料，其最显著的特征在于其独特的响应性。

这种响应性源自高分子链上的特定官能团或结构，使其能在外界环境刺激下发生物理或化学性质的变化。

这些刺激源广泛而多样，包括温度、pH值、光照、电场、磁场以及化学物质等。

温度响应性高分子是最常见的智能高分子之一。

这类高分子通常含有温敏性基团，如聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM），其在低于最低临界溶解温度（LCST）时呈现亲水性，而在高于LCST时则转变为疏水性。

这种温敏性质使得这类高分子在药物控释、生物传感器和智能纺织品等领域具有广泛的应用。

pH响应性高分子则能在不同pH值环境下发生性质变化。

这些高分子通常含有可电离的基团，如羧基、氨基等，其电离状态随pH值的变化而变化，从而改变高分子的溶解性、电荷状态和亲疏水性。