天然高分子基刺激响应性智能水凝胶研究进展

作者：范治平^*; 程萍; 张德蒙; 王文丽; 韩军^*

来源：材料导报, 2020, 34(21): 21012-21025.

• 天然高分子
• 水凝胶
• 刺激响应性
• 刺激敏感性
• 生物材料
• 智能凝胶

天然高分子基水凝胶具有优异的生物相容性、可降解性及生物学特性,因此在生物医药领域得到深入研究,而柔性器件、仿生材料等尖端产业的迅猛发展则进一步拓展了它的应用领域。刺激响应性水凝胶是指在周围环境刺激下凝胶网络发生形变、相变,进而产生溶胀-收缩或凝胶-溶胶转变的一类智能高分子材料。具有特异响应性的官能团、材料与天然高分子的结合,通常是赋予凝胶刺激响应性的主要方法。传统水凝胶材料虽已有产品面世,但部分产品仍存在以下问题:(1)含有大量合成高分子材料,且高分子材料合成工艺复杂、能耗大、成本高;(2)凝胶生物相容性和可降解性不理想,不适用于体内植入物等高端医用领域;(3)凝胶成型后性能单一且不可变,无法做到"智能"响应外界刺激,使用领域严重受限。与传统水凝胶相比,刺激响应性水凝胶因拥有空间、时间上的敏感性而引起人们的广泛关注。相关产品具有多重、可变、可控的性能,大大拓宽了其应用领域。近年来,天然高分子材料的蓬勃发展,则为刺激响应性水凝胶增添了新的机遇。目前,国内外学者对天然高分子基刺激响应性水凝胶的研究主要集中于:(1)开发具有优异基础性能并兼具良好生物相容性、生物可降解性的高端生物医用材料;(2)注重天然高分子结构改性,赋予材料多重刺激响应特性,制备具有多功能、可多领域应用的水凝胶;(3)新的非接触型刺激源的开发与利用;(4)已知具有确切疗效产品的临床转化。本文根据不同刺激源(物理刺激、化学刺激及生物化学刺激)重点介绍了以天然高分子为基底材料,具有温度响应、光响应、压力响应、电响应、磁响应、pH响应、氧化还原响应、离子响应、糖响应及酶响应水凝胶的设计方法、行为机理及其最新应用研究进展,并对该类水凝胶未来的研究方向进行了展望。

• 单位
  聊城大学; 青岛明月海藻集团有限公司