水凝胶的研究进展讲解课件.ppt

1、报告人报告人 ：指导人：指导人：农用保水剂抗旱保水剂西北干旱地区使用保水剂对土地保湿隐形眼镜人造肌肉口服控释药物剂型尿片卫生巾丰胸充填物面膜水凝胶降热贴水凝胶，整形材料离子强度、磁场、离子强度、磁场、生物分子、溶剂、生物分子、溶剂、应力、压力等。应力、压力等。温时为溶液态，而注入体内后原位固化，即所谓原位热敏凝胶子型水凝胶随pH水溶胀性，交联聚合物亲水性，可吸水达自身重量的数千倍三维网状结构，在水中不溶解能够感知外界微小刺激（智能水凝胶）水凝胶在医学方面的应用进展水凝胶在医学方面的应用进展1.医药控制释放材料天然高强度水凝胶丰胸充填物目前，一些成年女性为了提升个人女性魅力而选择手术丰胸。手术丰

2、胸，是对胸部填充硅胶等制品达到丰胸目的。人工玻璃体人 造 软 骨关节内注射透明质酸钠凝胶治疗中早期骨性关节炎 温泉全效保湿水凝胶小黄瓜眼部细致水凝胶水凝胶用途虽多，但水凝胶中高聚物含量通常低于 10 wt%，90 wt%以上是水，无法承受较大的应力；此外，由于交联点间的网链受到交联点的限制，链的活动性降低。化学交联水凝胶的结构特点导致其力学性能较差，因此在许多方面的应用受到限制。近几年，对于高力学性能水凝胶的研究取得较大进展，出现了几种高力学性能的水凝胶，如滑动环水凝胶；双网络水凝胶；大分子微球复合水凝胶和纳米复合水凝胶Okumura 等报道的滑动环水凝胶能拉伸 20 倍而不断裂，这种凝胶中的

3、交联点是“8”字结构，交联点能沿着分子链滑动，由于这种特殊的交联结构，使得凝胶在受到拉伸时，网链能相对滑移，使应力平均分布在所有网链上，所以滑动环水凝胶能经受高拉伸而不断裂。双网络凝胶由两种聚合物网络互传而成，通常由两步法合成，第一步首先合成较高交联密度的刚性网络，然后在先形成的凝胶内合成交联密度较低的第二网络。疏松交联或不交联的第二网络起到分散应力、中止裂纹的作用。这种新型双网络凝胶在人造软骨和人造韧带中有潜在应用价值。大分子微球复合水凝胶大分子微球复合水凝胶采用大分子微球作为交联剂，大分子微球将大分子链连接形成如图的交联网络结构。MMC 水凝胶可以有效地分散承受应力，因此具有很高的力学强度

4、。纳米复合水凝胶1锂藻土复合水凝胶采用合成锂藻土 Laponite 作为多官能度交联剂，将单体在Laponite 水分散液中原位聚合而成的聚合物/锂藻土纳米复合水凝胶。这种凝胶拉伸强度约为化学交联的常规水凝胶的 10 倍，而且断裂伸长率也高1300%，约为常规水凝胶的 50 倍。另外，常规水凝胶交联密度过高会使凝胶不透明，而纳米复合水凝胶在高Laponite 含量时都能保持良好的透明性，并且可以拉伸、打结。2碳纳米管复合水凝胶近年来，碳纳米管等纳米材料的研究如火如茶，在水凝胶中引入碳纳米管以提高其机械性能也有研究。Bayazit等先用吡啶改性单层碳纳米管然后将其作为交联剂与聚丙烯酸形成具有一定

5、强度的水凝胶。温度敏感型水凝胶的响应性依赖于温度的变化是原位凝胶 的一种，能感应温度的变化而改变自身状态或溶胀和收缩，在临界相转变温度T。时体积产变。根据水凝胶溶胀 比受温度的影响情况，可将其两种类型：高温收缩型凝胶和低温收缩型凝胶。高缩 型凝胶 的 溶胀 比在 低 临界 溶液 温 度(1ower csolution temperature，LCST)附近随温度升高而迅速降反之则升高。低温收缩型凝胶正好相反根据生物医药材料对水凝胶性质的需要，许多研究转向双重敏感型水凝胶，其 中最常见的是pH与温度敏感 型水凝胶的结合应用。壳聚糖接枝聚丙烯酰胺半互穿网 络水凝胶同时具有pH敏感性和温度敏感性，交

6、联只是改 变 了凝胶的溶胀度生物分子响应型水凝胶能对特定的生物分子(如葡萄 糖、酶和DNA分子等)产生响应。当这类水凝 胶遇到胰凝乳蛋 白酶时，水凝胶上连接 的缩氨酸序列发 生分离，引起水凝胶从不溶的三维交联 网络结构 向可溶 的结构转变目前利用电场敏感性水凝胶控制药物释放的研究尚处于起步阶段。电场敏感性水凝胶的优点在于药物释放速度可以通过调整电场强度来控制，简单方便；缺点在于对电场变化的响应慢、需要可控制的电场提供装置，而且大多数电场敏感性水凝胶需要在没有电解质的条件下发挥作用，而在生理条件下，不容易达到要求。光敏感性水凝胶分为紫外光敏感性水凝胶和可见光敏感性水凝胶两种，其中可见光廉价、安全

7、、易于操纵。紫外光敏感性水凝胶可以通过含有二(4-二甲氨基)苯基甲烷氰化物的聚合物网状结构制得。三苯基甲烷无色氰化物在紫外线的照射下电离，在恒定的温度下，凝胶产生不连续性膨胀；撤去紫外光，凝胶收缩。含有光敏发色团的PNIAAm水凝胶具有可见光敏感性。在光照下，发色团吸光而使局部温度上升，从而引起热敏性水凝胶PNIAAm体积收缩的相转变，温度的升高与光的强度和发色团的浓度有关。以含少量无色三苯基甲烷氢氧化物或无色氰化物与无色二(N,N-二甲基酰替苯胺)-4-乙烯基苯基甲烷衍生物,丙烯酰胺和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺共聚可得光热刺激响应聚合物凝胶磁性高分子微球由于其在外加磁场作用下简单、快速易行的

8、磁分离特性,其在细胞分离,固定化酶,靶向药物等领域的应用研究日益活跃,并显示出较好的应用前景。丁小斌等 23 采用分散聚合法,在醇/水体系中,在Fe3O4 磁流体存在下,通过苯乙烯(st)与N-异丙基丙烯酰胺(N IPAM)共聚,合成出Fe3O4/P(st-NIPAM)微球,该微球除具有一般磁性微球快速,简便的磁分离特性外,同时,还具有热敏特性,使该热敏性磁性微球可望用于蛋白质和酶的纯化、回收以及酶的固定化等领域天然高分子甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖(CS)以及聚丙烯酸(PAA)为原料,制成了一种新型的以壳聚糖和聚丙烯酸之间所形成的聚电解质配合物为基础的Sem-i IPN 水凝胶膜,Sem-i

9、IPN 电交联组分为CS,它不仅对pH 的变化非常敏感,对离子也显示出特殊的刺激响应性。CS#PAA Sem-i IPN 水凝胶膜在强酸条件(pH 2)下强烈溶胀,随着pH 值的上升,溶胀度迅速下降,在一个很宽的pH 值区域(3 pH 8 时,溶胀度又重新开始上升,在pH U11 附近,溶胀度达到最大值,继续增加pH 值,由于渗透压的关系,溶胀度又开始下降,Sem-i IPN 之所以在酸碱条件下都发生溶胀是由于酸碱可以破坏其中的静电作用。考察sem-i IPN 在各种盐溶液中的溶胀度(SW),发现在相同金属离子价态和离子强度条件下,SW 基本处于同一水平,在一定离子强度条件(I=115mol/

10、L)下,SW 在一价、二价和三价盐溶液中的SW 呈跳跃式增加,CS#PAA sem-i IPN 配合物的这种特殊离子响应性相反于一般的离子交换树脂和单链聚电解质凝胶,它对pH 和离子的敏感性及受环境刺激发生可逆溶胀和收缩的功能为其在DDS、分离等方面的应用提供了可能。美国斯坦福大学的科学家研制出一种具有卓越导电性能的水凝胶。其制作工艺简单、快捷，且能够通过喷墨打印机打印在其它物体 物系统与硬件之间的“桥梁”生物燃料电池等。科学家将苯胺与植物组织中天然存在的肌醇六磷酸结合在一起，制造出了这种水凝胶。肌醇六磷酸是一种“小分子掺杂物”，1次能抓住6条聚合物链，形成广泛交联 的网络。当肌醇六磷酸与聚合

11、物链连接在一起时，可将电荷传递给聚合物链。此外，这种水凝胶拥有很多小孔，增大了凝胶的表面积，可捕获更多电荷，并对施加于其上的 电荷快速作出反应，从而使这种水凝胶获得了极高的导电性。这种水凝胶的手感和生物学行为与生物组织差不多，且表面积大、导电能力的表面，可用于制造生物传感器和 强，非常适用作生 水凝胶是一种迅速发展的新型功能高分子材料。对其环境敏感性行为的研究发展和应用具有不可估量的前途。尤其是智能型高分子水凝胶这种对外界环境变化能自动感知并能作出响应变化的特点，使其具有一系列传统材料所没有的突出性能，这类材料在分子器件、调光材料、生物医学等高新技术领域将会获得广泛应用，尤其是在药物控制释放领域。然而，大多数凝胶材料响应时间太长，力学性能有待改善等限制了其实际应用，因此围绕凝胶材料性能的改善还有大量工作要做。此外，目前有关智能型高分子凝胶的理论还很不完善，凝胶溶胀的理论模型的研究尚处于发展阶段，如能在理论方面取得突破，将对这一领域的发展带来重大指导意义。总之，高分子水凝胶材料的合成与应用研究还有许多技术难题尚待解决，相信随着对其研究的进一步深入，技术难题会很快得到突破。