生物基水凝膠制備技術(shù)發(fā)展文獻(xiàn)綜述隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及當(dāng)今生活水平的提高，高分子材料在電子、化工、汽車(chē)等領(lǐng)域的使用也在日益增加，水凝膠是一種由天然或合成材料形成的生物基材料，由于聚合物上的親水基團(tuán)及其交聯(lián)結(jié)構(gòu)，生物基水凝膠可以溶脹和保有大量的水?；瘜W(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)(例如氫鍵、疏水相互作用、離子絡(luò)合)都有助于水凝膠的形成[1,3]。水凝膠由于其優(yōu)異的生物相容性、粘彈性和獨(dú)特的力學(xué)性能，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的研究，包括細(xì)胞或組織培養(yǎng)[4]、組織工程[5,6]、和傷口敷料[7,10]。此外，水凝膠將液體和固體的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，使得它們除了具有上述生物應(yīng)用之外，還具有其他良好的應(yīng)用前景。水凝膠在傳感器、致動(dòng)器ADDINNE.Ref.{7AA35877-FF77-404D-9A05-52925F938BB3}和光學(xué)器件[11,13]等方面顯示出巨大的潛力。其中，基于水凝膠的應(yīng)變和壓力傳感器的化學(xué)性質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能可以很容易地調(diào)整，與生物基材相匹配，以及水凝膠的彈性模量與真實(shí)的人類(lèi)皮膚非常相似[14,15]。因此，基于水凝膠的應(yīng)變和壓力傳感器與生物組織更兼容，為智能電子皮膚和植入式裝置的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)導(dǎo)電機(jī)理，導(dǎo)電水凝膠可分為兩類(lèi)：電子導(dǎo)電水凝膠和離子導(dǎo)電水凝膠。在親水性水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，這些電化學(xué)活性材料建立了傳導(dǎo)路徑來(lái)傳遞電子或離子以產(chǎn)生導(dǎo)電水凝膠。水凝膠中的水有兩種狀態(tài)：束縛水（水分子固定在聚合物鏈上）和自由水（水分子占據(jù)聚合物鏈之間的空間）[16]。對(duì)于電子導(dǎo)電水凝膠，其導(dǎo)電性主要來(lái)源于通過(guò)隧道效應(yīng)和接觸效應(yīng)移動(dòng)的電子。因此，截留的水分子不會(huì)顯著影響電導(dǎo)率。然而，大量的水分子損失可以提高導(dǎo)電性，因?yàn)楦嗟膶?dǎo)電填料通過(guò)水凝膠的收縮相互接觸。離子導(dǎo)電水凝膠的電導(dǎo)率取決于離子在自由水中的運(yùn)動(dòng)。因此，隨著水分的流失，離子導(dǎo)電水凝膠的電導(dǎo)率不可避免地受到影響。到目前為止，研究人員已經(jīng)構(gòu)建了多種方法（例如：納米復(fù)合[17,18]、導(dǎo)電聚合物[19,21]、添加鹽[22,24]和聚電解質(zhì)[22,26]）來(lái)賦予水凝膠導(dǎo)電性。聚合物導(dǎo)電水凝膠是指在水凝膠中引入導(dǎo)電聚合物（例如：聚苯胺（PANI），聚吡咯（PPy）和（聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT：PSS）而獲得的導(dǎo)電水凝膠。Wang等[27]以聚苯胺（PANI）為導(dǎo)電互穿網(wǎng)絡(luò)與聚丙烯酰胺-丙烯酸羥乙酯（P-(AAm-co-HEMA)）網(wǎng)絡(luò)組成的新型堅(jiān)韌導(dǎo)電水凝膠。導(dǎo)電聚苯胺網(wǎng)絡(luò)與柔性P(AAm-co-HEMA)之間的內(nèi)在相互作用賦予水凝膠優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性。導(dǎo)電水凝膠表現(xiàn)出很高的靈敏度（GF為11）和較好的線性應(yīng)變依賴性，但是該方法制備的聚苯胺（PANI）導(dǎo)電水凝膠的拉伸率不高，難以廣泛應(yīng)用。Zhang等[28]以導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS和兩性離子poly(HEAA-co-SBAA)聚合物制備了具有互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(IPN)的全聚合導(dǎo)電水凝膠。氫鍵、靜電相互作用和IPN結(jié)構(gòu)的存在賦予了水凝膠4000–2000%的超高拉伸性，拉伸強(qiáng)度為~0.2MPa，2分鐘內(nèi)快速恢復(fù)能力（70–80%），3分鐘內(nèi)快速自愈和表面附著力強(qiáng)（~1700J·m-2）等性能。Ren等[29]以聚吡咯（PPy）為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和具有生物相容性的海藻酸鈉/明膠網(wǎng)絡(luò)，采用低溫法制備了一種自修復(fù)導(dǎo)電水凝膠。海藻酸鈉/明膠網(wǎng)絡(luò)由大量可逆的席夫堿基團(tuán)組成，席夫堿基團(tuán)的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)賦予水凝膠良好的自修復(fù)性能。聚吡咯作為一種導(dǎo)電聚合物，帶來(lái)了水凝膠的導(dǎo)電性和良好的力學(xué)性能。該文提出了一種簡(jiǎn)單易行的方法來(lái)制備一種新型的自修復(fù)導(dǎo)電水凝膠，并在電路修復(fù)材料、生物相容性、醫(yī)療器械和柔性傳感器等方面具有潛在的應(yīng)用前景。納米復(fù)合導(dǎo)電水凝膠是指將納米尺寸的導(dǎo)電粒子，分散在水凝膠中得到的導(dǎo)電水凝膠，具有高機(jī)械強(qiáng)度、高靈敏度和熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)。目前，鹽誘導(dǎo)和聚電解質(zhì)誘導(dǎo)的導(dǎo)電水凝膠通常具有相對(duì)較低的靈敏度，聚合物導(dǎo)電水凝膠制備工藝較為復(fù)雜；相反，納米復(fù)合導(dǎo)電水凝膠由于接觸電阻效應(yīng)和隧穿效應(yīng)具有更高的靈敏度，并且由于納米增強(qiáng)效應(yīng)，它們有著更好的力學(xué)性能。此外，一些導(dǎo)電填料（例如碳納米管、石墨烯和金納米粒子）具有獨(dú)特的熱電效應(yīng)、抗菌性能、抗紫外性能和光熱效應(yīng)等性質(zhì)，這些性質(zhì)賦予水凝膠多重功能特性。因此，研究納米復(fù)合導(dǎo)電水凝膠具有十分重要的意義。目前，大量導(dǎo)電納米復(fù)合水凝膠將納米填料和水凝膠的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，制備了具有優(yōu)異性能和獨(dú)特功能的應(yīng)變傳感和壓力傳感材料。碳納米管基的納米復(fù)合水凝膠，通常是將碳納米管與水凝膠前驅(qū)體混合，然后進(jìn)行原位聚合/交聯(lián)制備納米復(fù)合水凝膠。在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的碳納米管將提供高效的電子傳輸通道，使水凝膠具有較高的電導(dǎo)率和應(yīng)變/壓力敏感性。迄今為止，碳納米管基的納米復(fù)合水凝膠由于其柔軟導(dǎo)電的特性，在生物醫(yī)學(xué)工程、可穿戴設(shè)備、人工智能和儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。但是，碳納米管高度疏水且不溶于水，因此制備的碳納米管在聚合物中容易團(tuán)聚，并且難以直接在親水性聚合物網(wǎng)絡(luò)中分散。此外，碳納米管與聚合物網(wǎng)絡(luò)之間的弱界面相互作用，也限制了碳納米管在水凝膠中的有效負(fù)載轉(zhuǎn)移。Sun等[30]以氧化型多壁碳納米管（oxCNTs）和聚丙烯酰胺（PAAm）為原料，制備了碳納米管基導(dǎo)電納米復(fù)合水凝膠。在PAAm-oxCNTs水凝膠中，oxCNTs通過(guò)氫鍵在明膠存在下均勻分散。oxCNTs、明膠和PAAm鏈之間的物理相互作用以及PAAm共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)使得水凝膠具有良好的拉伸性能（傳感范圍>700%）、高拉伸強(qiáng)度（0.71MPa）、良好的恢復(fù)率（90%）和優(yōu)異的傳感性能。由于oxCNTs形成的導(dǎo)電路徑，PAAm-oxCNTs水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)變敏感性（應(yīng)變?yōu)?50-700%時(shí)的靈敏度為3.39）、快速響應(yīng)（300ms）和極好的耐久性（超過(guò)300次循環(huán)）。所制備的應(yīng)變傳感器可以通過(guò)穩(wěn)定且可重復(fù)的電信號(hào)檢測(cè)人體的大型和細(xì)微的運(yùn)動(dòng)（例如：肘部旋轉(zhuǎn)、手腕彎曲、膝蓋彎曲、吞咽和發(fā)聲），表明其在人機(jī)交互和個(gè)人健康監(jiān)測(cè)中的潛在應(yīng)用。Han等[31]以貽貝化學(xué)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了一種在水和甘油組成的二元溶劑體系中形成的具有持久鎖水能力和極端耐溫性的粘性導(dǎo)電水凝膠。聚多巴胺（PDA）修飾的碳納米管（CNTs）作為導(dǎo)電材料和納米增強(qiáng)體賦予水凝膠高電導(dǎo)率（8.2Sm?1）、高拉伸率（700%）、韌性（2300Jm?2）和良好的自恢復(fù)性能。而PDA上的鄰苯二酚基團(tuán)和粘稠的甘油賦予水凝膠組織粘附性（60kPa）。并且，該水凝膠具有耐溫性，可在極寬的溫度范圍內(nèi)（?20~60℃）保持所有性能，并且能長(zhǎng)期儲(chǔ)存。這種受貽貝啟發(fā)的導(dǎo)電水凝膠是一種很有潛力的材料，可用于自粘生物電子學(xué)，以監(jiān)測(cè)寒冷或炎熱環(huán)境中的生物信號(hào)，也可作為一種敷料，保護(hù)皮膚免受凍傷或燒傷的傷害。綜上所述，目前關(guān)于生物基水凝膠方面的研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，尤其是生物質(zhì)導(dǎo)電水凝膠的研究，是適應(yīng)國(guó)民醫(yī)藥發(fā)展需求，提高可再生資源利用率的重要途徑。因此，結(jié)合上述研究，開(kāi)發(fā)一種高效，環(huán)保、無(wú)菌的生物質(zhì)無(wú)菌材料，是適應(yīng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展道路的重要策略。三、參考文獻(xiàn):[1]曹美文,王棟.納米復(fù)合抗菌水凝膠的制備與性能[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2021,38(12):4.[2]張浩然,王士凡,朱文友,等.抗菌水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].化學(xué)試劑,2021,43(5):10.[3]肖曉琳.生物醫(yī)用抗菌水凝膠敷料與管狀水凝膠的制備及性能[D].華南理工大學(xué),2019.[4]孫蒙崖,劉娜,傅英娟.木質(zhì)素在材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工,2019(2):5.[5]周倩、蘇雅娟、李鵬.仿生表面粘附引發(fā)劑引發(fā)抗菌和防污水凝膠涂層[C]//2020(第4屆)抗菌科學(xué)與技術(shù)論壇.2020.[6]宮宇寧.高強(qiáng)度抗菌敷料水凝膠的制備及性能[D].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2020.[7]董建成,葛孝棟,王清清,等.陽(yáng)離子光敏抗菌型水凝膠的制備及性能表征[J].材料工程,2019,47(2):6.[8]王黎安.水凝膠型生物粘合劑的制備和性能研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2020.[9]舒萌萌.生物醫(yī)用高強(qiáng)度抗菌性水凝膠的設(shè)計(jì)與制備[D].湖北工業(yè)大學(xué),2020.[10]胡婧婧,全艷春,戴天驕,等.按需可調(diào)節(jié)釋放的氨基糖苷抗菌水凝膠[C]//2017.[11]周雯婷,郭吟竹,李興茂,等.鍵合型抗菌水凝膠敷料的制備及性能研究[J].化工新型材料,2016.[12]鄭月圓,梁育晴,李娟,等.基于天然高分子的自修復(fù)抗菌水凝膠研究[C]//2017.[13]宋雅娜.輻射交聯(lián)生物基復(fù)合水凝膠促進(jìn)傷口清創(chuàng)愈合的研究[D].北京化工大學(xué),2015.[14]王利.讓大健康走進(jìn)生活,生物基抗菌纖維大有可為[J].紡織服裝周刊,2021(26):1.[15]宋雅娜.輻射交聯(lián)生物基復(fù)合水凝膠促進(jìn)傷口清創(chuàng)愈合的研究[D].北京化工大學(xué),2015.[16]耿立宏.生物基納米纖維素水凝膠結(jié)構(gòu)、流動(dòng)行為及應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué).[17]曾金鳳,楊雯迪,施冬健,等.可注射的殼聚糖/納米金溫敏性水凝膠的構(gòu)筑及其光熱性能研究[J].高分子學(xué)報(bào),2018(10):10.[18]石志軍;王蠡;李思祥;胡三明;楊光;.低溫尿素/堿體系制備功能化細(xì)菌纖維素水凝膠及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用[C]//中國(guó)化學(xué)會(huì)2017全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題P:生物基高分子.2017.[19]HUANGHe,LIYayu,GUOZiyan,等.雙重響應(yīng)性生物基自修復(fù)凝膠的制備及其性能[J].應(yīng)用化學(xué),2019,36(2):9.[20]王紅菊,趙吉祥,劉娜,等.生物基磁性整體式碳球的制備及其對(duì)Cr(Ⅵ)吸附性能的研究[J].化工新型材料,2017,45(11):4.[21]GuoL.基于形貌設(shè)計(jì)及生物基修飾制備電磁波吸收材料.2019.[22]宋濤,奚悅靜,杜建忠.基于聚谷氨酸囊泡的抗菌水凝膠[J].高分子學(xué)報(bào),2018,000(001):119-128.[23]黃秋麗,余輝龍,杜春貴,等.納米抗菌水凝膠的研究進(jìn)展及其在竹質(zhì)材料防霉中的應(yīng)用前景[J].2022(6).[24]曹美文,王棟.納米復(fù)合抗菌水凝膠的制備與性能[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2021,38(12):4.[25]任麗霞,牛艷麗,郭田田,等.納米銀雜化超分子水凝膠的抗菌性能研究[C]//2018(第3屆)抗菌科學(xué)與技術(shù)論壇論文摘要集.2018.[26]WangLY,DaoudWA.Hybridconductivehydrogelsforwashablehumanmotionenergyharvesterandself-poweredtemperature-stressdualsensor[J].Nanoenergy,2019,66:104080.[27]WangZW,ChenJ,CongY,etal.UltrastretchableStrainSensorsandArrayswithHighSensitivityandLinearityBasedonSuperToughConductiveHydrogels[J].Chemistryofmaterials,2018,30(21):8062-8069.[28]ZhangD,TangYJ,ZhangYX,etal.HighlyStretchable,Self-Adhesive,Biocompatible,ConductiveHydrogelsasFullyPolymericStrainSensors[J].Journalofmaterialschemistry.A,2020,20474.[29]RenK,ChengY,HuangC,etal.Self-healingconductivehydrogelsbasedonalginate,gelatinandpolypyrroleserveasarepairablecircuitanda