多种改性水凝胶的制备方法解析

水凝胶可分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。化学合成水凝胶以丙烯酰胺(AAM)及其衍生物的均聚物和共聚物、丙烯酸(AA)及其衍生物的均聚物和共聚物居多。其次，还有聚乙烯醇(PPA)、聚磷腈(PPZ)等。天然高分子材料如壳聚糖(CS)、葡聚糖(dex)、瓜胶(GG)、胶原、蛋白质等。

由于传统水凝胶有响应速度和机械强度等性能问题。因此对其改性修饰，是水凝胶广泛应用。

水凝胶改性：是通过改变优化水凝胶原有的性能或复合具备新的优良性能。如良好的生物相容性、可降解性、易于调控的物理化学性质和结构等

水凝胶改性分类：有聚乙烯醇(PVA)和明胶复合水凝胶、蛋白质水凝胶、新型智能水凝胶以及纳米水凝胶。

同时，为提高水凝胶的响应速率，研究发展多种新型智能水凝胶，如：大孔或超孔水凝胶、互穿网络(IPN)水凝胶、纳米水凝胶等。

水凝胶的改性：

1.聚乙烯醇(PVA)类水凝胶改性方法：

1) 化学改性法：通过接枝等化学方法，或把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。

2) 物理共混法：利用高分子链间分子间作用力形成分子聚集体，制备性能优良的复合体系。

3) 与无机填料或有机小分子复合：其中无机填料如磷酸三钙，生物活性玻璃等。

4)与生物活性分子的复合：通过共混，制得成型凝胶或让生物活性分子扩散进去。如胶原，透明质酸盐、纤维素、壳聚糖，海藻酸盐等。

2.蛋白质水凝胶改性方法

蛋白溶液在一定浓度、pH值下通过合适的加热变性、冷却，形成网络结构凝胶。蛋白质具有多种有反应活性的侧基，包括氨基、羟基、巯基、酚基、胍基和羧基等。活性基可作为化学改性和交联位点，产生新的聚合物结构。

蛋白质水凝胶的吸胀改性主要有四种：一是简单将水溶性蛋白质交联；二是用丙烯类化合物进行接枝共聚；三是弱亲水基团转换为强亲水基团；四是用多元酸酐进行酰化改性。其中多元酸酐改性蛋白具有较高的吸水性。

3.新型智能水凝胶改性

1) 物理交联改性:物理交联水凝胶在一定条件下是高分子溶液，当条件(如温度、pH值等)改变时则形成凝胶。对于这种物理交联的水凝胶研究较多的是聚乙二醇(PEG)与聚乳酸(PLA)的嵌段、接枝共聚物，聚乙二醇与聚对苯二甲酸丁烯酯(PBT)的嵌段共聚物(PEG-BT)。这类水凝胶可以原位形成凝胶，具有低毒、易生物降解的优点，特别适用于生物医药、药学等领域。

2) 快速响应改性：缩小凝胶的体积尺寸。凝胶的响应时间与其线性尺寸的平方成正比。合成具有孔结构的凝胶。有效扩散距离由相邻孔间的距离平均值控制，所以含孔结构的凝胶可加快体积的变化。在凝胶基体中引人接枝链，增强凝胶收缩塌陷时网络与水分子之间的排斥作用。

3) 规则构造改性:合成具有规则构造的水凝胶是智能型水凝胶改性。改性方法是引入能通过分子问相互作用形成有序结构的分子，例如聚电解质凝胶同带相反电荷的表面活性剂之间复合物的形成列；二是通过化学键在水凝胶中引入能自组装的侧基，如含有晶体或液晶侧基的疏水性单体和亲水性单体的共聚。

水凝胶分类:

明胶水凝胶

温水凝胶

多糖水凝胶

透明质酸水凝胶

葡聚糖水凝胶

温度敏感的水凝胶

智能水凝胶

环境响应水凝胶

水凝胶载药

共聚物水凝胶

生物水凝胶

MOFs水凝胶

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