环境刺激响应型高强度智能水凝胶研究进展

环境刺激响应型智能水凝胶能够对外界环境因素的变化产生显著的体积或其他特性的变化,且其性质和结构与生物组织类似,有望应用于人工软骨、人造肌肉、组织工程等领域,引起了广泛的关注。提高环境刺激响应型智能水凝胶的力学性能是智能水凝胶应用研究的重要方向之一。本文综述了近年来环境刺激响应型高强度智能水凝胶的研究进展,简述了高强度智能水凝胶的网络结构的构建策略与方法,分析了其具备高力学性能的机理,重点介绍了4类不同结构的高强度智能水凝胶,即超低交联结构水凝胶、纳米颗粒复合水凝胶、拓扑结构水凝胶以及双网络结构水凝胶,最后讨论了环境刺激响应型高强度智能水凝胶在面向应用的研究过程中仍然需要解决的关键科学问题,如智能水凝胶的环境刺激与力学性能的博弈效应以及响应环境刺激前后的力学性能差异等。     

智能水凝胶研究进展

作为一种智能高分子材料,智能水凝胶具有良好的应用前景,本文重点介绍了刺激响应型智能水凝胶、高强智能水凝胶及自愈合智能水凝胶的结构特征、性能特点及研究现状,并对智能水凝胶的未来发展进行了展望。     

高分子水凝胶在伤口愈合中的应用进展

运动员在体育运动过程中容易受伤,伤口止血不及时和伤口愈合速度过慢均严重影响了运动员的职业发展。高分子水凝胶具有材质柔软、不粘连创面等特点,在伤口止血及愈合方面得到广泛的应用。在介绍了高分子水凝胶发展现状的基础上,对不同类型高分子水凝胶在伤口愈合方面的应用进行了综述,主要包括天然高分子水凝胶、成型高分子水凝胶以及其他类型水凝胶等,展望了其研究的发展方向。已有的大量研究表明,高分子水凝胶在伤口愈合领域具有特殊的优势,未来可通过引入功能性组分赋予水凝胶更好的抗菌、自修复功能。     

自愈水凝胶的设计原理及应用

自愈水凝胶是一种在遭到外界破坏损伤后可自行修复其结构和功能的智能水凝胶。在保留传统水凝胶吸水保水性质的基础上,自愈水凝胶仍具有可自修复、安全性高、耐疲劳、使用寿命长等优势。本文综述了近年来基于物理、化学交联和多重作用机理结合型自愈水凝胶及其在可穿戴电子产品、3D打印、生物医药、石油化工领域的部分应用。物理交联包含氢键、疏水相互作用、主客体相互作用等非共价键交联,化学交联包含酰腙键、亚胺键、二硫键等共价键交联,多重作用机理交联是将两种以及两种以上的物理、化学交联同时引入。在上述研究基础上,指出了目前自愈水凝胶存在制备方法烦琐、功能单一、无法响应多重刺激以及缺乏多方位解析自愈合机制等问题。因此,未来自愈水凝胶的研发重点应侧重在多机制、多功能型自愈水凝胶的研发,从多角度、多学科交融探索水凝胶自愈合机制,促进其在多个新兴领域的应用。     

基于天然材料的自愈水凝胶伤口敷料研究进展

目前使用的伤口敷料中，水凝胶因其可改变的、优异的化学、物理和生物特性以及具有能够吸收和保留大量水分的三维交联聚合物网络而被广泛研究应用于伤口治疗。天然材料拥有良好的生物相容性和生物降解性，利用各种天然材料合成的水凝胶一直是研究的一大重点，但相对于使用合成材料制备的水凝胶，存在力学性能更差，形态难以保持的缺点，为其储存和使用增加了困难。目前，由天然材料或天然材料和合成材料联合制备的新型自愈水凝胶创面敷料由于具有抗破损的自愈能力，有望改良传统水凝胶的力学性能不足的缺陷。基于天然材料研发的伤口自愈水凝胶的研究现状做一综述，讨论了适合制备水凝胶的天然聚合物材料以及系统地阐述了自愈合的机理，然后介绍了自愈合水凝胶敷料的种类及讨论了自愈合水凝胶作为伤口敷料的应用。最后，讨论了天然材料制备的自愈水凝胶作为创面敷料的目前及未来的发展方向和使用途径，并对其的创新应用提出了建议。     

刺激响应性水凝胶的研究现状及发展趋势

刺激响应性水凝胶在药物缓释、物质分离提纯等领域得到了广泛的应用,文章介绍了能响应温度、pH、光、电场和磁场等外界环境因素变化智能凝胶的结构特点和近期研究进展,并展望了智能凝胶的应用前景。     

自修复水凝胶创面敷料的研究现状

近年来,创面护理产品的市场需求日益增加。敷料可使伤口免受外部感染,同时能够加快伤口愈合速度,因此在创面护理过程中扮演了至关重要的角色。在各种可用作敷料的材料中,水凝胶由于具有可调节的化学、物理和生物性能,基于三维网络结构的强吸水性,已经引起了广泛的关注,虽然水凝胶已成为软敷料的代表,但常规水凝胶材料的设计仍需改进。新型自修复水凝胶具有抗损伤的自主修复潜力,有望解决传统水凝胶在机械性能上的缺陷,从而延长其使用寿命。     

天花粉粗多糖壳聚糖复合水凝胶促进小鼠皮肤伤口愈合

以天花粉粗多糖(TRP)和壳聚糖(CS)为基质、柠檬酸(CA)为交联剂制备复合水凝胶作为伤口敷料促进小鼠皮肤伤口快速愈合。采用水提醇沉法提取天花粉粗多糖、三氯乙酸法除蛋白进行纯化；通过一步冻融法制备TRP水凝胶；通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和质构分析揭示了TRP水凝胶的结构、形貌和机械性能；测定了TRP抗氧化能力以及TRP水凝胶的溶胀性能、溶血率；采用小鼠全皮层损伤模型研究了TRP水凝胶促进伤口愈合的能力。结果表明TRP水凝胶最大抗压强度为13.79 kPa,溶胀度为12.41;TRP和TRP水凝胶均具有较低的溶血率，TRP溶血率最高为1.29%,TRP6水凝胶(TRP含量为6 mg/mL)的溶血率为2.36%;TRP表现出良好的抗氧化活性，能有效清除多种自由基；在小鼠全皮层损伤修复实验中，TRP水凝胶组小鼠的愈合速度最快，H&E染色结果表明TRP水凝胶能更好的促进小鼠皮肤伤口处的毛囊再生和皮肤组织重建。研究表明TRP水凝胶在伤口敷料应用方面具有巨大潜力。     

快速响应智能水凝胶的研究进展

能响应外界刺激的智能水凝胶由于其特有的响应性,具有广泛的应用前景。做为药物控制释放载体的智能水凝胶,通常由于差的机械性能和慢的响应速度限制了它的实际应用。近年来,许多研究工作者围绕提高智能水凝胶的响应速度作出了大量的工作。综述了近年来提高智能水凝胶响应速度的研究进展。     

产品开发

正环境刺激响应型高强智能水凝胶研发引人瞩目环境刺激响应型智能水凝胶能够对外界环境因素的变化产生显著的体积或其他特性的变化,且其性质和结构与生物组织类似,有望应用于传感器、人工肌肉、软体机器人、组织工程、化学反应开关或微阀、物质分离、药物控释等许多领域,具有很重要的意义和经济价值,其研发引人注目。近年来研发的主要有四类不同结构的环境刺激响应型高强智能水凝胶:超低交联结构水凝胶、纳米颗粒复合水凝胶、双网     

智能水凝胶的研究进展

智能水凝胶是指在外界环境(如温度、pH值、电场等)发生变化时,性质随之发生相应改变的水凝胶,即具有环境响应性。水凝胶尤其是智能水凝胶由于其迷人的性质及潜在的应用引起广大科技工作者的研究兴趣。根据智能水凝胶对环境的响应情况,作者详细介绍了pH敏感性水凝胶、温度敏感性水凝胶、光敏感性水凝胶、电场敏感性水凝胶、磁敏感性水凝胶、盐敏感性水凝胶、化学物质敏感性水凝胶以及多重敏感性水凝胶的研究情况,同时对智能水凝胶的研究方向和应用前景进行了展望。     

智能凝胶在纺织服装领域的应用

凝胶是吸收了液体介质的三维高分子网络聚合物,能够与外界进行物质和能量的交换,具有吸收性和缓释性。智能凝胶是一类能对外界刺激(如温度、pH值、光、压力、化学物质等)产生敏感响应的材料。人工构造的规则凝胶是赋予凝胶智能响应性的必要手段,这种凝胶在外界环境刺激下可以发生可逆的有序-无序构造变化相变过程。受环境控制能够进行物质、能量交换的智能凝胶材料可以用于智能纺织品或服装领域。主要介绍智能凝胶材料在调节温湿度、防紫外线、保温蓄冷、消毒抗菌等智能纺织品方面的应用现状和前景。     

智能型高分子水凝胶在药物控释中的应用研究进展

智能型高分子水凝胶因为能感应到外界环境因素的变化,并且发出响应—凝胶的体积或其他性质发生显著变化,从而导致药物可在定点位置,定时、定量的释放,所以近年来受到普遍重视。本文综述了近年来智能型高分子水凝胶中温度敏感型、pH敏感型以及葡萄糖、电场、磁场、光、微波等敏感型水凝胶及其在药物控释中的应用,介绍了其控释作用机理及应用实例,并从如何提高水凝胶的力学强度和快速响应性能角度,总结了高强度及快速响应水凝胶的一些研究成果。最后文章还指出了目前环境刺激响应型水凝胶的不足之处及今后发展研究的方向。     

生物医用自愈合水凝胶研究进展

自愈合水凝胶具有受到损伤后自行恢复材料结构与功能的能力，是一种在生物医学领域中倍受关注的材料。由于其与生物细胞外基质相仿的特点，近年来被广泛应用于药物递送、创面愈合、组织工程以及细胞培养等生物医用领域。基于近年来自愈合水凝胶的研究成果，综述了自愈合水凝胶的结构设计、材料选择与主要应用。重点介绍了可逆非共价键、可逆共价键以及多重网络自愈合水凝胶的愈合特性，总结了与不同应用场景适配的水凝胶设计方法，并对其向功能化与智能化方向发展进行了展望。     

智能分子印迹水凝胶的研究进展

分子印迹技术具有预定性、识别性和实用性的特点,而智能水凝胶在外界环境刺激下能产生体积或相的转变。主要介绍了将2者结合起来的一类智能分子印迹水凝胶。它是一种能够实现环境调变响应的目标分子吸收与释放功能的高分子聚合物,其中环境变化主要包括温度、pH值、电刺激等。     

智能水凝胶的应用

智能水凝胶对于外界微小的物理化学刺激,如温度、电场、磁场、光、pH、离子强度或压力等能够感知并在响应过程中有显著的溶胀行为或响应性。本文重点介绍了智能水凝胶及与之密切相关的智能型大分子在药物控释、组织工程、活性酶的固定、调光材料等方面的应用。     

利用响应面分析法优化聚乙烯醇壳聚糖水凝胶配方

制备聚乙烯醇壳聚糖水凝胶,运用单因素实验考察聚乙烯醇与壳聚糖的质量比(g/g)、交联剂戊二醛终浓度、冰醋酸浓度以及反应温度对水凝胶溶胀性能的影响;应用响应面分析法对聚乙烯醇壳聚糖水凝胶的制备方法进行优化;通过糖尿病大鼠足溃疡模型验证水凝胶对糖尿病溃疡创面愈合的影响。结果单因素实验和响应面法证实在PVA︰CS(g/g)=3︰1、戊二醛终浓度为0.30 mol/L、反应温度在80℃的制备条件下水凝胶的溶胀性能达到最佳;通过糖尿病大鼠足溃疡面愈合的验证实验表明按最佳制备方法制得的聚乙烯醇壳聚糖水凝胶可用于糖尿病大鼠足溃疡创面的治疗。     

电场敏感智能水凝胶的研究进展

水凝胶对于环境微小的物理化学刺激,如温度、pH值,离子强度、电场、磁场,光、压力等能够通过感知和自身作功来响应外界环境变化,因此水凝胶具有"智能凝胶"、"软性机械"之称.在众多外界响应条件中,电场由于易操作易调控等优点使得电场响应水凝胶具有更广阔的应用前景.本文对近年来已见报道的几类典型的电场敏感水凝胶进行了较为详细的综述.同时介绍了静电场、渗透压等电场敏感水凝胶的响应机理及其在人工爬虫、化学阀和仿生驱动器等方面的应用.     

智能水凝胶在生物载药领域的研究进展

智能水凝胶是一类具有三维网络结构、膨胀性好、吸水性强、易保水、超仿生等特点的新型功能高分子材料。由于其合成过程中加入了具有特殊结构、基团的单体或者大分子原料,如聚丙烯酰胺(PNIPA)类大分子、酸/碱基团(如羧基和氨基)、丙烯酸、聚氨类、偶氮苯(As)、聚电解质(高分子链上有可以离子化的基团)等,因此智能水凝胶是能够根据环境的温度、酸度、电场、磁场等变化做出有规律的结构和体积调整,或者导致凝胶组成发生变化的新型智能生物化学水凝胶材料,具有较高的智能性和响应性。本文根据水凝胶对外界环境的刺激不同表现出不同的响应情况,将凝胶分为:温度敏感性水凝胶、pH敏感性水凝胶、光敏感性水凝胶、压力敏感性水凝胶、电场敏感性水凝胶等。近年来,随着人们对医用水凝胶和药物缓释研究的深入,具有环境敏感性和较好生物相容性的智能水凝胶成为临床上药物控释材料的首选。     

抗菌水凝胶在生物医学领域的研究进展

细菌感染是阻碍伤口愈合的重要因素之一,同时也是生物医学领域面临的一个重要问题。目前的抗菌水凝胶有着高抗菌活性、生物相容性以及可注射性等性能,并且其物理化学性质与生物组织相似,使得越来越多新型的抗菌水凝胶材料被用于治疗细菌感染。综述了近几年抗菌水凝胶的研究进展,归纳总结了几种不同类型的抗菌水凝胶的制备方法,抗菌活性和生物相容性等。重点阐述了抗菌水凝胶在伤口敷料、药物负载和传递以及组织工程等生物医学领域中的应用前景。