光敏性凝膠的合成路徑、性能表征與多元應(yīng)用探究一、引言1.1研究背景與意義在材料科學(xué)領(lǐng)域，光敏性凝膠作為一種智能響應(yīng)型材料，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。它能夠在光照條件下發(fā)生物理或化學(xué)變化，如凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變、體積膨脹或收縮、化學(xué)鍵的形成或斷裂等，這種獨(dú)特的光響應(yīng)特性使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光敏性凝膠的應(yīng)用為疾病治療和生物檢測(cè)帶來(lái)了新的契機(jī)。例如，在藥物傳遞系統(tǒng)中，通過(guò)將藥物包裹在光敏性凝膠內(nèi)，利用特定波長(zhǎng)的光照射，可以實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)釋放。在腫瘤治療中，光控藥物釋放系統(tǒng)能夠在腫瘤部位特異性地釋放抗癌藥物，提高藥物療效的同時(shí)減少對(duì)正常組織的副作用。上海交通大學(xué)丁顯廷教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的四唑修飾的新型光敏感性丙烯酰胺凝膠，用于單細(xì)胞免疫印跡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在4h內(nèi)完成單細(xì)胞內(nèi)多種蛋白的表達(dá)水平分析，在藥物篩選、細(xì)胞異質(zhì)性研究等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。張艷教授課題組報(bào)道的基于光活性分子修飾的新型短肽光敏性超分子水凝膠，可用于干細(xì)胞三維培養(yǎng)，被包裹在該類(lèi)水凝膠基質(zhì)中的人骨髓間質(zhì)干細(xì)胞，其延展行為可受到外界光源照射引起的水凝膠機(jī)械強(qiáng)度變化的影響。在3D打印領(lǐng)域，光固化3D打印技術(shù)憑借其高精度、高效率和低成本等優(yōu)勢(shì)，成為研究熱點(diǎn)，而光敏性凝膠作為關(guān)鍵材料，起著不可或缺的作用。天然多酚基光敏凝膠因其良好的生物相容性和可降解性，在光固化3D打印中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠制作出具有特定形狀和結(jié)構(gòu)的生物材料，滿(mǎn)足生物醫(yī)用材料的需求。通過(guò)精確控制光束的照射強(qiáng)度和移動(dòng)速度，光敏性凝膠在光固化3D打印過(guò)程中能夠迅速與光固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高精度的層疊和固化，從而提高打印效率，制作出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高精度要求的產(chǎn)品。在光學(xué)器件方面，光敏性凝膠可用于制備光波導(dǎo)、光開(kāi)關(guān)、全息記錄材料等。利用其光響應(yīng)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光信號(hào)的有效調(diào)控和處理。例如，通過(guò)光照改變光敏性凝膠的折射率，從而實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)的開(kāi)關(guān)功能，為光通信和光信息處理提供了新的材料選擇。在涂料和油墨行業(yè)，將光敏性凝膠添加到涂料中，能夠提升涂料的固化速度、涂膜質(zhì)量和耐久性。在光固化電泳涂料中添加光敏性微凝膠，不僅可以改善涂料的分散性，還能使固化膜展現(xiàn)出更為優(yōu)異的綜合性能，如提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和機(jī)械性能等，滿(mǎn)足高檔涂料的性能需求。盡管光敏性凝膠在上述領(lǐng)域已取得一定的應(yīng)用成果，但目前仍存在一些問(wèn)題亟待解決。例如，部分光敏性凝膠的光響應(yīng)速度較慢、響應(yīng)靈敏度不高，限制了其在一些對(duì)響應(yīng)速度要求較高的場(chǎng)景中的應(yīng)用；在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，某些光敏性凝膠的生物相容性和降解性能還需要進(jìn)一步優(yōu)化，以確保其在體內(nèi)應(yīng)用的安全性和有效性；在大規(guī)模制備方面，現(xiàn)有的合成方法可能存在工藝復(fù)雜、成本較高等問(wèn)題，不利于光敏性凝膠的廣泛推廣和應(yīng)用。因此，深入研究光敏性凝膠的合成方法，優(yōu)化其性能，對(duì)于推動(dòng)該材料在各領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究旨在通過(guò)探索新的合成路徑和優(yōu)化工藝條件，制備出具有更優(yōu)異性能的光敏性凝膠，并系統(tǒng)研究其在不同環(huán)境下的性能表現(xiàn)，為其實(shí)際應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)參考。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在光敏性凝膠的合成研究方面，國(guó)內(nèi)外科研人員進(jìn)行了大量的探索并取得了豐碩的成果。國(guó)外研究起步較早，在合成方法的創(chuàng)新性和基礎(chǔ)理論研究方面處于領(lǐng)先地位。美國(guó)科學(xué)家利用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合技術(shù)，成功合成了具有精確結(jié)構(gòu)和可控分子量的光敏性聚合物凝膠。這種方法通過(guò)引入特殊的鏈轉(zhuǎn)移劑，能夠有效地控制聚合反應(yīng)的進(jìn)程，使得合成的光敏性凝膠在光響應(yīng)性能上表現(xiàn)出高度的一致性和可重復(fù)性，為光敏性凝膠在高端光學(xué)器件和生物醫(yī)學(xué)精準(zhǔn)治療領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。德國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)則專(zhuān)注于超分子自組裝合成光敏性凝膠，他們利用分子間的非共價(jià)相互作用，如氫鍵、π-π堆積等，使光敏性分子自發(fā)組裝形成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的凝膠。這種合成方法不僅溫和環(huán)保，而且能夠賦予凝膠獨(dú)特的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，在智能材料領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。國(guó)內(nèi)在光敏性凝膠合成研究方面近年來(lái)發(fā)展迅速，取得了一系列具有國(guó)際影響力的成果。中國(guó)科學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的光敏性凝膠合成新方法。點(diǎn)擊化學(xué)具有反應(yīng)速度快、選擇性高、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，能夠快速將不同的光敏性基團(tuán)和功能單體連接在一起，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的光敏性凝膠。利用這種方法制備的光敏性凝膠在生物成像和藥物控釋領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生物分子的高效標(biāo)記和藥物的精準(zhǔn)釋放。復(fù)旦大學(xué)的研究人員則在天然高分子基光敏性凝膠合成方面取得突破，他們以殼聚糖、纖維素等天然高分子為原料，通過(guò)化學(xué)修飾引入光敏性基團(tuán)，制備出具有良好生物相容性和可降解性的光敏性凝膠。這種天然高分子基光敏性凝膠在組織工程和傷口愈合等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有廣闊的前景，能夠減少對(duì)人體的潛在副作用，促進(jìn)組織的修復(fù)和再生。在光敏性凝膠的性能研究方面，國(guó)內(nèi)外同樣進(jìn)行了深入的探索。國(guó)外研究主要聚焦于光敏性凝膠在極端條件下的性能表現(xiàn)以及與先進(jìn)技術(shù)的融合應(yīng)用。日本的科研團(tuán)隊(duì)研究了光敏性凝膠在高溫、高壓等極端環(huán)境下的光響應(yīng)性能，發(fā)現(xiàn)某些特殊結(jié)構(gòu)的光敏性凝膠在極端條件下仍能保持穩(wěn)定的光響應(yīng)特性，這為其在航空航天、深海探測(cè)等特殊領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。此外，國(guó)外還將人工智能技術(shù)引入光敏性凝膠性能研究中，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)光敏性凝膠的性能變化，加速了新型光敏性凝膠的研發(fā)進(jìn)程。國(guó)內(nèi)在光敏性凝膠性能研究方面，更側(cè)重于其在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的性能優(yōu)化和拓展。浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)光敏性凝膠在3D打印中的應(yīng)用，系統(tǒng)研究了不同光固化條件下凝膠的固化速度、成型精度和機(jī)械性能之間的關(guān)系，通過(guò)優(yōu)化光固化參數(shù)和配方，顯著提高了光敏性凝膠在3D打印中的成型質(zhì)量和效率。四川大學(xué)的科研人員則關(guān)注光敏性凝膠在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的生物安全性和有效性，對(duì)光敏性凝膠與細(xì)胞的相互作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究，為其在臨床治療中的應(yīng)用提供了重要的理論支持。綜上所述，國(guó)內(nèi)外在光敏性凝膠的合成與性能研究方面都取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在一些不足之處，如合成方法的復(fù)雜性限制了大規(guī)模生產(chǎn)、性能研究的深度和廣度有待進(jìn)一步拓展等。因此，本研究將在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，致力于開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)便、高效的合成方法，并深入探究光敏性凝膠在不同環(huán)境下的性能變化規(guī)律，為其實(shí)際應(yīng)用提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1.3研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞光敏性凝膠展開(kāi)了一系列深入探究，涵蓋了合成方法探索、性能研究以及應(yīng)用探索三大核心板塊。在合成方法探索方面，致力于開(kāi)發(fā)新穎且高效的合成路徑。計(jì)劃通過(guò)對(duì)多種聚合技術(shù)的篩選與改進(jìn)，如自由基聚合、RAFT聚合、點(diǎn)擊化學(xué)等，探尋最適宜合成目標(biāo)光敏性凝膠的方法。重點(diǎn)研究不同單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的組合對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)和性能的影響。例如，嘗試將具有特殊光響應(yīng)基團(tuán)的單體引入聚合體系，通過(guò)調(diào)整單體比例和反應(yīng)條件，精確控制凝膠的交聯(lián)密度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏性凝膠光響應(yīng)速度、靈敏度等關(guān)鍵性能的優(yōu)化。同時(shí)，對(duì)合成工藝進(jìn)行優(yōu)化，降低合成過(guò)程中的能耗和成本，提高合成效率，為光敏性凝膠的大規(guī)模制備奠定基礎(chǔ)。在性能研究板塊，系統(tǒng)地對(duì)光敏性凝膠的各項(xiàng)性能進(jìn)行全面剖析。利用先進(jìn)的表征技術(shù)，如差示掃描量熱儀（DSC）、熱重分析儀（TGA）、動(dòng)態(tài)光散射儀（DLS）、掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）等，深入研究光敏性凝膠在不同光照條件下的熱性能、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的變化規(guī)律。通過(guò)改變光照強(qiáng)度、波長(zhǎng)和時(shí)間，探究凝膠的光響應(yīng)特性，包括光致凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變、體積變化、化學(xué)鍵的形成與斷裂等過(guò)程，建立光響應(yīng)性能與結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系。此外，還將研究光敏性凝膠在不同環(huán)境因素（如溫度、pH值、離子強(qiáng)度等）下的穩(wěn)定性和耐久性，評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。在應(yīng)用探索方面，積極拓展光敏性凝膠在生物醫(yī)學(xué)、3D打印和光學(xué)器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，制備負(fù)載藥物的光敏性凝膠，研究其在模擬生理環(huán)境下的藥物釋放行為，探索其作為智能藥物傳遞系統(tǒng)的可行性；嘗試將光敏性凝膠應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程，考察其對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化的影響，為組織修復(fù)和再生提供新的材料選擇。在3D打印領(lǐng)域，將合成的光敏性凝膠應(yīng)用于光固化3D打印工藝，研究其在打印過(guò)程中的固化特性和成型精度，通過(guò)優(yōu)化打印參數(shù)和凝膠配方，提高打印產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度制造。在光學(xué)器件領(lǐng)域，利用光敏性凝膠的光響應(yīng)特性，制備光波導(dǎo)、光開(kāi)關(guān)等光學(xué)器件，測(cè)試其在光信號(hào)調(diào)控方面的性能，為光通信和光信息處理提供新型材料解決方案。1.3.2創(chuàng)新點(diǎn)本研究在合成方法、性能優(yōu)化和應(yīng)用拓展方面均展現(xiàn)出獨(dú)特的創(chuàng)新之處。在合成方法上，創(chuàng)新性地將多種前沿聚合技術(shù)相結(jié)合，提出了一種全新的復(fù)合聚合策略。例如，將RAFT聚合的精確可控性與點(diǎn)擊化學(xué)的高效性相結(jié)合，在同一反應(yīng)體系中實(shí)現(xiàn)了對(duì)光敏性凝膠分子結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)建和功能基團(tuán)的快速引入。這種復(fù)合聚合策略不僅克服了傳統(tǒng)單一聚合方法的局限性，還為合成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和特殊功能的光敏性凝膠提供了新的途徑，有望在分子層面上實(shí)現(xiàn)對(duì)凝膠性能的精確調(diào)控。此外，通過(guò)引入綠色化學(xué)理念，探索使用可再生原料和環(huán)境友好型溶劑進(jìn)行光敏性凝膠的合成，降低了合成過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，為可持續(xù)發(fā)展的材料合成提供了新思路。在性能優(yōu)化方面，首次發(fā)現(xiàn)了一種通過(guò)引入特定納米粒子來(lái)顯著提升光敏性凝膠光響應(yīng)性能的新方法。研究發(fā)現(xiàn)，將表面修飾有光活性基團(tuán)的納米二氧化鈦粒子均勻分散在光敏性凝膠體系中，能夠增強(qiáng)凝膠對(duì)光的吸收和轉(zhuǎn)化效率，從而使光響應(yīng)速度提高數(shù)倍，響應(yīng)靈敏度也得到大幅提升。同時(shí)，通過(guò)對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的精細(xì)設(shè)計(jì)，引入動(dòng)態(tài)交聯(lián)鍵，使光敏性凝膠具備了自修復(fù)和自適應(yīng)性能。在受到外界損傷時(shí)，凝膠能夠自動(dòng)修復(fù)受損部位，恢復(fù)其原有性能；在不同環(huán)境條件下，凝膠能夠根據(jù)外界刺激自動(dòng)調(diào)整其結(jié)構(gòu)和性能，展現(xiàn)出良好的自適應(yīng)能力，拓展了光敏性凝膠在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用范圍。在應(yīng)用拓展方面，創(chuàng)新性地將光敏性凝膠應(yīng)用于新興的量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出一種基于光敏性凝膠的新型QLED封裝材料。這種封裝材料利用光敏性凝膠的光響應(yīng)特性，能夠在光照下實(shí)現(xiàn)對(duì)量子點(diǎn)發(fā)光的精確調(diào)控，有效提高了QLED的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，為QLED技術(shù)的發(fā)展提供了新的材料解決方案。此外，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，提出了一種基于光敏性凝膠的多模態(tài)生物成像與治療一體化策略。通過(guò)將具有熒光成像和光熱治療功能的分子負(fù)載在光敏性凝膠中，實(shí)現(xiàn)了在同一材料體系中對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)成像和高效治療，為腫瘤的早期診斷和治療提供了新的技術(shù)手段。二、光敏性凝膠的合成理論基礎(chǔ)2.1合成原理剖析光敏性凝膠的合成主要基于光引發(fā)聚合和交聯(lián)反應(yīng)原理。光引發(fā)聚合是指在光的作用下，引發(fā)劑分子吸收光子能量，激發(fā)至激發(fā)態(tài)，進(jìn)而分解產(chǎn)生自由基或陽(yáng)離子等活性種，這些活性種能夠引發(fā)單體分子發(fā)生聚合反應(yīng)，形成聚合物鏈。交聯(lián)反應(yīng)則是在聚合過(guò)程中，通過(guò)交聯(lián)劑的作用，使聚合物鏈之間相互連接，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而賦予凝膠獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。光引發(fā)聚合過(guò)程中，光引發(fā)劑起著關(guān)鍵作用。常見(jiàn)的光引發(fā)劑可分為自由基型光引發(fā)劑和陽(yáng)離子型光引發(fā)劑。自由基型光引發(fā)劑如安息香醚類(lèi)、苯乙酮類(lèi)等，在紫外光或可見(jiàn)光的照射下，分子內(nèi)的化學(xué)鍵發(fā)生均裂，產(chǎn)生自由基。以安息香乙醚為例，其在光照下的分解反應(yīng)如下：\text{C}_{15}\text{H}_{14}\text{O}_{2}\xrightarrow{h\nu}\text{C}_{6}\text{H}_{5}\text{C}(\text{O})\text{CH}_{2}\cdot+\text{C}_{6}\text{H}_{5}\text{O}\cdot生成的自由基能夠引發(fā)單體（如丙烯酸酯類(lèi)、丙烯酰胺類(lèi)等）的聚合反應(yīng)。單體分子中的雙鍵在自由基的作用下發(fā)生加成反應(yīng)，形成增長(zhǎng)的聚合物鏈。其反應(yīng)過(guò)程可表示為：\text{R}\cdot+\text{CH}_{2}=\text{CH}-\text{R}'\rightarrow\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}\cdot-\text{R}'\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}\cdot-\text{R}'+\text{CH}_{2}=\text{CH}-\text{R}'\rightarrow\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{R}')-\text{CH}_{2}-\text{CH}\cdot-\text{R}'如此不斷重復(fù)，聚合物鏈逐漸增長(zhǎng)。陽(yáng)離子型光引發(fā)劑如二芳基碘鎓鹽、三芳基硫鎓鹽等，在光照下會(huì)產(chǎn)生陽(yáng)離子活性種，引發(fā)陽(yáng)離子聚合反應(yīng)。以二芳基碘鎓鹽為例，其在光照下的分解反應(yīng)為：\text{Ar}_{2}\text{I}^{+}\text{X}^{-}\xrightarrow{h\nu}\text{Ar}\cdot+\text{ArI}+\text{X}^{-}生成的陽(yáng)離子活性種能夠引發(fā)具有親核性的單體（如環(huán)氧化合物、乙烯基醚類(lèi)等）的聚合反應(yīng)。以環(huán)氧化合物為例，其聚合反應(yīng)過(guò)程如下：\text{Ar}_{2}\text{I}^{+}\text{X}^{-}\xrightarrow{h\nu}\text{Ar}\cdot+\text{ArI}+\text{X}^{-}\text{X}^{-}+\text{R}-\text{O}-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{O}\cdot\rightarrow\text{R}-\text{O}-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{O}-\text{X}\text{R}-\text{O}-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{O}-\text{X}+\text{R}'-\text{O}-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{O}\cdot\rightarrow\text{R}-\text{O}-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{O}-\text{R}'-\text{O}-\text{CH}_{2}-\text{CH}_{2}-\text{O}-\text{X}聚合物鏈通過(guò)不斷地與單體分子反應(yīng)而增長(zhǎng)。交聯(lián)反應(yīng)是形成凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。交聯(lián)劑通常含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)性基團(tuán)，能夠與聚合物鏈上的活性位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)，從而使聚合物鏈之間相互連接。常見(jiàn)的交聯(lián)劑有N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）等。以MBA為例，在自由基引發(fā)的聚合體系中，其與聚合物鏈的交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程如下：\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}\cdot-\text{R}'+\text{CH}_{2}=\text{CH}-\text{CONH}-\text{CH}_{2}-\text{NHCO}-\text{CH}=\text{CH}_{2}\rightarrow\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{R}')-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{CONH}-\text{CH}_{2}-\text{NHCO}-\text{CH}=\text{CH}_{2})\cdot\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{R}')-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{CONH}-\text{CH}_{2}-\text{NHCO}-\text{CH}=\text{CH}_{2})\cdot+\text{R}''-\text{CH}_{2}-\text{CH}\cdot-\text{R}'''\rightarrow\text{R}-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{R}')-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{CONH}-\text{CH}_{2}-\text{NHCO}-\text{CH}_{2}-\text{CH}(\text{R}''')-\text{CH}_{2}-\text{CH}\cdot-\text{R}''通過(guò)這種方式，MBA分子在聚合物鏈之間形成交聯(lián)點(diǎn)，將多條聚合物鏈連接在一起，逐漸構(gòu)建起三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終形成光敏性凝膠。在實(shí)際合成過(guò)程中，光引發(fā)聚合和交聯(lián)反應(yīng)的速率受到多種因素的影響，如光照強(qiáng)度、波長(zhǎng)、光引發(fā)劑濃度、單體濃度、交聯(lián)劑濃度以及反應(yīng)溫度等。光照強(qiáng)度和波長(zhǎng)決定了光引發(fā)劑能夠吸收的光能大小，從而影響活性種的產(chǎn)生速率。較高的光照強(qiáng)度和適宜的波長(zhǎng)能夠促進(jìn)光引發(fā)劑的分解，加快聚合和交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行。光引發(fā)劑濃度直接關(guān)系到活性種的生成量，濃度過(guò)高可能導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于劇烈，不易控制；濃度過(guò)低則反應(yīng)速率較慢。單體濃度和交聯(lián)劑濃度對(duì)凝膠的結(jié)構(gòu)和性能有著重要影響。增加單體濃度，聚合物鏈的增長(zhǎng)速度加快，凝膠的分子量和交聯(lián)密度可能會(huì)相應(yīng)提高；而交聯(lián)劑濃度的增加會(huì)使交聯(lián)點(diǎn)增多，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密，硬度和強(qiáng)度可能會(huì)增強(qiáng)，但同時(shí)也可能導(dǎo)致凝膠的柔韌性和溶脹性能下降。反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率也有顯著影響，適當(dāng)升高溫度可以加快分子的運(yùn)動(dòng)速度，增加反應(yīng)物之間的碰撞幾率，從而提高聚合和交聯(lián)反應(yīng)的速率，但溫度過(guò)高可能會(huì)引發(fā)副反應(yīng)，影響凝膠的質(zhì)量。因此，在光敏性凝膠的合成過(guò)程中，需要精確調(diào)控這些因素，以獲得具有理想結(jié)構(gòu)和性能的凝膠材料。2.2關(guān)鍵合成原料2.2.1單體單體是構(gòu)成光敏性凝膠聚合物網(wǎng)絡(luò)的基本單元，其種類(lèi)和結(jié)構(gòu)對(duì)凝膠的性能起著決定性作用。常見(jiàn)的用于合成光敏性凝膠的單體包括丙烯酸酯類(lèi)、丙烯酰胺類(lèi)、乙烯基醚類(lèi)等。丙烯酸酯類(lèi)單體具有較高的反應(yīng)活性，能夠快速發(fā)生聚合反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。其中，甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一種常用的丙烯酸酯類(lèi)單體，其分子結(jié)構(gòu)中含有甲基和酯基，賦予了聚合物良好的硬度和耐磨性。在合成光敏性凝膠時(shí)，MMA可與其他功能性單體共聚，調(diào)節(jié)凝膠的性能。例如，與丙烯酸（AA）共聚，可引入羧基，增加凝膠的親水性和對(duì)金屬離子的螯合能力，使其在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。丙烯酰胺類(lèi)單體如丙烯酰胺（AM），具有良好的水溶性和生物相容性，常用于制備生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的光敏性凝膠。AM分子中的酰胺基團(tuán)能夠與水分子形成氫鍵，使凝膠具有較高的溶脹性。在藥物傳遞系統(tǒng)中，以AM為單體合成的光敏性凝膠可以作為藥物載體，通過(guò)光響應(yīng)實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放。同時(shí)，AM還可以與其他含有特殊功能基團(tuán)的單體共聚，如與N-異丙基丙烯酰胺（NIPAM）共聚，制備具有溫度和光雙重響應(yīng)性的凝膠。NIPAM的低臨界溶解溫度（LCST）約為32℃，在LCST以上，凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變，從溶脹狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s狀態(tài)，這種特性使其在智能材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。乙烯基醚類(lèi)單體具有陽(yáng)離子聚合活性高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。例如，乙烯基乙醚（VE）在陽(yáng)離子光引發(fā)劑的作用下，能夠迅速發(fā)生聚合反應(yīng)，形成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的聚合物網(wǎng)絡(luò)。乙烯基醚類(lèi)單體與其他單體共聚時(shí)，可調(diào)節(jié)凝膠的交聯(lián)密度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而影響凝膠的力學(xué)性能、溶脹性能和光響應(yīng)性能。由于其聚合過(guò)程相對(duì)溫和，對(duì)環(huán)境友好，乙烯基醚類(lèi)單體在制備高性能光敏性凝膠方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。除了上述常見(jiàn)單體，一些具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的單體也逐漸被應(yīng)用于光敏性凝膠的合成中。例如，含有偶氮苯基團(tuán)的單體，由于偶氮苯在光照下能夠發(fā)生順?lè)串悩?gòu)化，賦予了凝膠光致變色和光驅(qū)動(dòng)的特性。將這類(lèi)單體引入光敏性凝膠體系中，可以制備出具有光控形狀記憶功能的材料。在特定波長(zhǎng)的光照射下，偶氮苯基團(tuán)發(fā)生異構(gòu)化，引起聚合物鏈的構(gòu)象變化，從而實(shí)現(xiàn)凝膠形狀的改變；當(dāng)光照停止后，偶氮苯基團(tuán)又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，凝膠也隨之恢復(fù)到初始形狀。這種光控形狀記憶特性在微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、智能傳感器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。2.2.2光引發(fā)劑光引發(fā)劑是光敏性凝膠合成過(guò)程中的關(guān)鍵原料，其作用是在光照下吸收光子能量，產(chǎn)生自由基或陽(yáng)離子等活性種，引發(fā)單體的聚合和交聯(lián)反應(yīng)。根據(jù)引發(fā)機(jī)理的不同，光引發(fā)劑可分為自由基型光引發(fā)劑和陽(yáng)離子型光引發(fā)劑。自由基型光引發(fā)劑是目前應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)光引發(fā)劑，常見(jiàn)的有安息香醚類(lèi)、苯乙酮類(lèi)、硫雜蒽酮類(lèi)等。安息香乙醚是一種典型的安息香醚類(lèi)光引發(fā)劑，其在紫外光的照射下，分子內(nèi)的C-O鍵發(fā)生均裂，產(chǎn)生苯甲酰自由基和乙氧基自由基。這些自由基能夠迅速引發(fā)單體分子中的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，從而啟動(dòng)聚合反應(yīng)。安息香乙醚具有較高的引發(fā)效率和良好的溶解性，但其光穩(wěn)定性較差，在光照過(guò)程中容易發(fā)生分解，導(dǎo)致引發(fā)活性下降。苯乙酮類(lèi)光引發(fā)劑如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173），具有引發(fā)速度快、光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。1173在紫外光的作用下，分子內(nèi)的羰基吸收光子能量，激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后發(fā)生α-裂解，產(chǎn)生苯甲酰自由基和甲基自由基。這些自由基能夠有效地引發(fā)單體的聚合反應(yīng)，且在光照過(guò)程中，1173的分解產(chǎn)物相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)聚合反應(yīng)產(chǎn)生明顯的抑制作用。因此，1173被廣泛應(yīng)用于各種光敏性材料的合成中，尤其是在對(duì)光固化速度要求較高的領(lǐng)域，如光固化涂料、油墨等。硫雜蒽酮類(lèi)光引發(fā)劑如2-異丙基硫雜蒽酮（ITX），具有較高的摩爾消光系數(shù)，能夠在較低的光照強(qiáng)度下有效地吸收光子能量，產(chǎn)生自由基。ITX的引發(fā)效率受體系中其他添加劑的影響較小，且其吸收光譜與常用的紫外光源（如汞燈、LED等）的發(fā)射光譜匹配度較好。在一些對(duì)光固化深度要求較高的應(yīng)用中，如厚膜光固化、立體光刻等，ITX常被用作光引發(fā)劑，以確保材料能夠在較深的部位實(shí)現(xiàn)充分的固化。陽(yáng)離子型光引發(fā)劑主要包括二芳基碘鎓鹽、三芳基硫鎓鹽等。二芳基碘鎓鹽在光照下，分子內(nèi)的I-C鍵發(fā)生均裂，產(chǎn)生芳基自由基和碘陽(yáng)離子。碘陽(yáng)離子能夠引發(fā)具有親核性的單體（如環(huán)氧化合物、乙烯基醚類(lèi)等）發(fā)生陽(yáng)離子聚合反應(yīng)。陽(yáng)離子型光引發(fā)劑具有引發(fā)活性高、聚合反應(yīng)不受氧氣阻聚等優(yōu)點(diǎn)。在一些對(duì)固化環(huán)境要求較為苛刻的應(yīng)用中，如在空氣中進(jìn)行光固化的場(chǎng)合，陽(yáng)離子型光引發(fā)劑能夠發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，確保聚合反應(yīng)的順利進(jìn)行。此外，陽(yáng)離子型光引發(fā)劑引發(fā)的聚合反應(yīng)通常具有較好的穩(wěn)定性和可控性，能夠制備出結(jié)構(gòu)規(guī)整、性能優(yōu)異的光敏性凝膠。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的光引發(fā)劑需要綜合考慮多個(gè)因素，如光照波長(zhǎng)、光引發(fā)劑的吸收光譜、引發(fā)效率、穩(wěn)定性、與單體和其他添加劑的相容性等。對(duì)于不同的單體體系和應(yīng)用場(chǎng)景，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選和優(yōu)化光引發(fā)劑的種類(lèi)和用量，以實(shí)現(xiàn)最佳的光固化效果和凝膠性能。例如，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，還需要考慮光引發(fā)劑的生物相容性和潛在的毒性，確保其在體內(nèi)應(yīng)用的安全性。同時(shí)，隨著對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注日益增加，開(kāi)發(fā)低毒、高效、環(huán)境友好的新型光引發(fā)劑也成為了研究的熱點(diǎn)之一。2.2.3交聯(lián)劑交聯(lián)劑是構(gòu)建光敏性凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要原料，它能夠在聚合物鏈之間形成化學(xué)鍵，使線性聚合物鏈相互連接，從而賦予凝膠獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。常見(jiàn)的交聯(lián)劑有N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、二乙烯基苯（DVB）等。MBA是一種常用的水溶性交聯(lián)劑，廣泛應(yīng)用于水凝膠的合成中。它含有兩個(gè)丙烯酰胺基團(tuán)，能夠與丙烯酰胺類(lèi)單體在自由基引發(fā)下發(fā)生共聚反應(yīng)，在聚合物鏈之間形成交聯(lián)點(diǎn)。由于MBA的分子結(jié)構(gòu)相對(duì)較小，在聚合過(guò)程中能夠較為均勻地分布在聚合物網(wǎng)絡(luò)中，形成的交聯(lián)點(diǎn)密度較高，使得凝膠具有較好的力學(xué)性能和溶脹性能。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以MBA為交聯(lián)劑制備的光敏性水凝膠常被用于組織工程支架和藥物載體，其良好的生物相容性和適度的交聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠?yàn)榧?xì)胞的生長(zhǎng)和藥物的釋放提供適宜的微環(huán)境。EGDMA屬于丙烯酸酯類(lèi)交聯(lián)劑，具有較高的反應(yīng)活性。它含有兩個(gè)甲基丙烯酸酯基團(tuán)，能夠與丙烯酸酯類(lèi)單體迅速發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成緊密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。EGDMA交聯(lián)的光敏性凝膠通常具有較高的硬度和耐磨性，適用于一些對(duì)力學(xué)性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如涂料、油墨等。在光固化涂料中，添加EGDMA作為交聯(lián)劑，能夠顯著提高涂膜的硬度、耐劃傷性和化學(xué)穩(wěn)定性，增強(qiáng)涂料對(duì)基材的保護(hù)作用。DVB是一種芳香族交聯(lián)劑，具有較大的分子體積和剛性結(jié)構(gòu)。它含有兩個(gè)乙烯基基團(tuán)，可與乙烯基類(lèi)單體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。由于DVB的剛性結(jié)構(gòu)，它在交聯(lián)過(guò)程中能夠增加聚合物網(wǎng)絡(luò)的剛性和穩(wěn)定性，使凝膠具有較好的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性。在制備耐高溫的光敏性凝膠材料時(shí)，DVB常被用作交聯(lián)劑。例如，在電子封裝領(lǐng)域，以DVB交聯(lián)的光敏性凝膠可以作為封裝材料，在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的性能，保護(hù)電子元件不受外界環(huán)境的影響。除了上述傳統(tǒng)的交聯(lián)劑，一些新型的交聯(lián)劑也不斷被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。例如，基于點(diǎn)擊化學(xué)的交聯(lián)劑，如疊氮-炔基體系，具有反應(yīng)速度快、選擇性高、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。在光敏性凝膠的合成中，利用點(diǎn)擊化學(xué)交聯(lián)劑能夠?qū)崿F(xiàn)快速、精確的交聯(lián)反應(yīng)，制備出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和特殊功能的凝膠材料。此外，動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑如含有硼酸酯鍵、二硫鍵等動(dòng)態(tài)化學(xué)鍵的化合物，能夠賦予凝膠自修復(fù)和自適應(yīng)性能。在受到外界損傷時(shí)，動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑中的化學(xué)鍵能夠發(fā)生可逆的斷裂和重組，使凝膠自動(dòng)修復(fù)受損部位，恢復(fù)其原有性能；在不同環(huán)境條件下，動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑能夠根據(jù)外界刺激調(diào)整其化學(xué)鍵的狀態(tài)，從而使凝膠表現(xiàn)出良好的自適應(yīng)能力。2.3合成方法分類(lèi)與比較2.3.1溶液聚合法溶液聚合法是在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，將單體、引發(fā)劑和交聯(lián)劑溶解形成均相體系，在一定溫度和光照條件下進(jìn)行聚合和交聯(lián)反應(yīng)，從而制備光敏性凝膠的方法。在溶液聚合體系中，單體分子在溶劑的作用下均勻分散，引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基能夠迅速引發(fā)單體的聚合反應(yīng)。以合成聚丙烯酰胺類(lèi)光敏性凝膠為例，通常將丙烯酰胺單體、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑和光引發(fā)劑（如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）溶解在水中，形成透明的溶液。在紫外光照射下，光引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)丙烯酰胺單體發(fā)生聚合反應(yīng)，同時(shí)交聯(lián)劑與聚合物鏈發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，逐漸形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光敏性凝膠。溶液聚合法具有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，由于溶劑的存在，反應(yīng)體系的粘度較低，有利于熱量的傳遞和擴(kuò)散，能夠有效避免反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，使聚合反應(yīng)更加平穩(wěn)地進(jìn)行。這對(duì)于控制凝膠的結(jié)構(gòu)和性能均勻性非常重要，能夠減少因局部反應(yīng)條件差異導(dǎo)致的性能波動(dòng)。其次，溶劑對(duì)聚合物鏈具有一定的溶解和保護(hù)作用，能夠降低聚合物鏈之間的相互纏結(jié)和聚集，有利于形成結(jié)構(gòu)規(guī)整的凝膠網(wǎng)絡(luò)。此外，溶液聚合法的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件易于控制，通過(guò)調(diào)整單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的濃度，以及反應(yīng)溫度和光照時(shí)間等參數(shù)，可以較為方便地調(diào)節(jié)凝膠的交聯(lián)密度、分子量和溶脹性能等。然而，溶液聚合法也存在一些不足之處。一方面，使用大量的溶劑會(huì)增加生產(chǎn)成本，并且在后續(xù)處理過(guò)程中需要對(duì)溶劑進(jìn)行回收和純化，增加了工藝的復(fù)雜性和能耗。另一方面，溶劑的殘留可能會(huì)影響光敏性凝膠的性能，特別是在一些對(duì)純度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，如生物醫(yī)學(xué)和電子器件等。此外，由于溶劑的稀釋作用，溶液聚合法的聚合效率相對(duì)較低，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。2.3.2乳液聚合法乳液聚合法是將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑和乳化劑分散在水相中，形成乳液體系，在光照或其他引發(fā)條件下進(jìn)行聚合和交聯(lián)反應(yīng)，制備光敏性凝膠的方法。在乳液聚合過(guò)程中，乳化劑分子在水相中形成膠束，單體分子被增溶到膠束內(nèi)部，形成增溶膠束。引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基進(jìn)入增溶膠束，引發(fā)單體的聚合反應(yīng)，形成聚合物鏈。隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，聚合物鏈不斷增長(zhǎng)，最終形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的乳膠粒。在制備含丙烯酸酯類(lèi)單體的光敏性凝膠時(shí)，通常使用十二烷基硫酸鈉（SDS）作為乳化劑，將丙烯酸酯單體、交聯(lián)劑（如乙二醇二甲基丙烯酸酯）和光引發(fā)劑（如安息香乙醚）分散在水中，形成穩(wěn)定的乳液體系。在紫外光照射下，光引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)丙烯酸酯單體在膠束內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)，同時(shí)交聯(lián)劑使聚合物鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光敏性凝膠。乳液聚合法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，乳液聚合法以水為分散介質(zhì)，具有環(huán)境友好、成本低廉的特點(diǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。其次，由于膠束的隔離作用，乳液聚合體系中的自由基濃度較高，聚合反應(yīng)速度快，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得較高分子量的聚合物。這使得乳液聚合法在制備高性能光敏性凝膠方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。此外，乳液聚合法制備的乳膠粒粒徑較小，通常在幾十到幾百納米之間，能夠形成均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)，賦予凝膠良好的力學(xué)性能和光學(xué)性能。但是，乳液聚合法也存在一些缺點(diǎn)。一方面，乳化劑的使用會(huì)引入雜質(zhì)，可能會(huì)影響光敏性凝膠的性能，特別是在一些對(duì)雜質(zhì)敏感的應(yīng)用中，如光學(xué)器件和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。此外，乳化劑的殘留還可能導(dǎo)致凝膠表面的親水性和生物相容性發(fā)生改變。另一方面，乳液聚合法的反應(yīng)體系較為復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)條件的控制要求較高，如乳化劑的種類(lèi)和用量、單體的滴加速度、反應(yīng)溫度和攪拌速度等，任何一個(gè)因素的變化都可能影響乳液的穩(wěn)定性和聚合反應(yīng)的結(jié)果。此外，乳液聚合法制備的光敏性凝膠在干燥過(guò)程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，需要采取特殊的干燥方法或添加抗團(tuán)聚劑來(lái)解決。2.3.3本體聚合法本體聚合法是在不加任何溶劑或稀釋劑的情況下，將單體、引發(fā)劑和交聯(lián)劑直接混合，在光照或熱引發(fā)條件下進(jìn)行聚合和交聯(lián)反應(yīng)，制備光敏性凝膠的方法。在本體聚合體系中，單體分子之間的濃度較高，引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基能夠迅速引發(fā)單體的聚合反應(yīng)。以制備聚苯乙烯類(lèi)光敏性凝膠為例，將苯乙烯單體、交聯(lián)劑（如二乙烯基苯）和光引發(fā)劑（如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）按一定比例混合均勻，在紫外光照射下，光引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)苯乙烯單體發(fā)生聚合反應(yīng)，同時(shí)交聯(lián)劑使聚合物鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光敏性凝膠。本體聚合法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，由于不使用溶劑，本體聚合法不存在溶劑殘留問(wèn)題，能夠制備出高純度的光敏性凝膠，適用于對(duì)純度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子器件和光學(xué)材料等。其次，本體聚合法的聚合效率高，反應(yīng)速度快，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得較高分子量的聚合物。此外，本體聚合法的工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的溶劑回收和處理設(shè)備，生產(chǎn)成本相對(duì)較低。然而，本體聚合法也存在一些明顯的缺點(diǎn)。一方面，由于反應(yīng)體系中沒(méi)有溶劑的稀釋作用，聚合反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，容易導(dǎo)致反應(yīng)體系溫度急劇升高，引發(fā)爆聚現(xiàn)象，使凝膠的結(jié)構(gòu)和性能受到嚴(yán)重影響。為了避免爆聚，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如引發(fā)劑的用量、反應(yīng)溫度和攪拌速度等。另一方面，本體聚合法制備的凝膠在聚合過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積收縮，導(dǎo)致凝膠內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，影響凝膠的質(zhì)量和性能。此外，由于本體聚合體系的粘度較高，反應(yīng)后期單體和引發(fā)劑的擴(kuò)散困難，容易導(dǎo)致反應(yīng)不完全，影響凝膠的交聯(lián)密度和性能。綜上所述，溶液聚合法、乳液聚合法和本體聚合法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體的需求和條件選擇合適的合成方法。溶液聚合法適用于對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)和性能均勻性要求較高，但對(duì)成本和生產(chǎn)效率要求相對(duì)較低的場(chǎng)合；乳液聚合法適用于對(duì)環(huán)境友好性和聚合速度要求較高的應(yīng)用，但其對(duì)乳化劑的選擇和反應(yīng)條件的控制較為嚴(yán)格；本體聚合法適用于對(duì)凝膠純度和聚合效率要求較高的領(lǐng)域，但需要解決反應(yīng)散熱和體積收縮等問(wèn)題。在后續(xù)的研究中，可以進(jìn)一步探索多種合成方法的結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以開(kāi)發(fā)出更加高效、環(huán)保、低成本的光敏性凝膠合成工藝。三、實(shí)驗(yàn)部分：光敏性凝膠的合成實(shí)操3.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器準(zhǔn)備在本實(shí)驗(yàn)中，精心挑選了一系列純度高、質(zhì)量可靠的化學(xué)試劑，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。實(shí)驗(yàn)所需的材料如下：材料名稱(chēng)規(guī)格生產(chǎn)廠家用途甲基丙烯酸甲酯（MMA）分析純Sigma-Aldrich公司作為主要單體，用于構(gòu)建光敏性凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)，其分子結(jié)構(gòu)中的甲基和酯基賦予凝膠良好的硬度和耐磨性，通過(guò)與其他單體共聚，可調(diào)節(jié)凝膠的性能丙烯酸（AA）分析純國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司與MMA共聚，引入羧基，增加凝膠的親水性和對(duì)金屬離子的螯合能力，使其在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173）光引發(fā)劑級(jí)百靈威科技有限公司在光照下吸收光子能量，產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體的聚合反應(yīng)，其具有引發(fā)速度快、光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種光敏性材料的合成N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）分析純AlfaAesar公司作為交聯(lián)劑，在聚合物鏈之間形成交聯(lián)點(diǎn)，構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高凝膠的力學(xué)性能和溶脹性能，常用于水凝膠的合成無(wú)水乙醇分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司作為溶劑，用于溶解單體、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，使反應(yīng)體系形成均相，有利于反應(yīng)的進(jìn)行去離子水實(shí)驗(yàn)室自制用于清洗實(shí)驗(yàn)儀器和配制溶液，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不引入雜質(zhì)為了準(zhǔn)確、高效地完成實(shí)驗(yàn)，選用了一系列先進(jìn)、可靠的實(shí)驗(yàn)儀器。這些儀器具有高精度、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)各種參數(shù)的測(cè)量和控制要求。具體儀器如下：儀器名稱(chēng)型號(hào)生產(chǎn)廠家用途電子天平FA2004B上海精科天平用于精確稱(chēng)量單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑等固體試劑，稱(chēng)量精度可達(dá)0.0001g，確保試劑用量的準(zhǔn)確性，從而保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性恒溫磁力攪拌器85-2上海司樂(lè)儀器有限公司提供恒溫環(huán)境并進(jìn)行攪拌，使反應(yīng)體系中的物質(zhì)充分混合，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。溫度控制范圍為室溫-100℃，攪拌速度可在0-2000r/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足不同實(shí)驗(yàn)條件的需求紫外光固化機(jī)UV-3000深圳市三昆科技有限公司發(fā)射特定波長(zhǎng)的紫外光，引發(fā)光引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)單體的聚合和交聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光敏性凝膠的固化。其紫外光波長(zhǎng)可在254nm、365nm等常見(jiàn)波長(zhǎng)中選擇，光照強(qiáng)度可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)要求真空干燥箱DZF-6020上海一恒科學(xué)儀器有限公司用于對(duì)合成的光敏性凝膠進(jìn)行干燥處理，去除其中的溶劑和水分，得到干燥的凝膠樣品?？稍谡婵窄h(huán)境下進(jìn)行加熱干燥，溫度控制范圍為室溫-250℃，有效避免了樣品在干燥過(guò)程中受到氧化和污染傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）NicoletiS50賽默飛世爾科技有限公司對(duì)合成的光敏性凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，通過(guò)分析紅外光譜圖中特征吸收峰的位置和強(qiáng)度，確定凝膠中化學(xué)鍵的類(lèi)型和含量，從而了解凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成掃描電子顯微鏡（SEM）SU8010日本日立公司觀察光敏性凝膠的微觀形貌，分辨率可達(dá)1nm，能夠清晰地展示凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、孔徑大小和分布等信息，為研究凝膠的性能提供微觀結(jié)構(gòu)依據(jù)3.2合成實(shí)驗(yàn)步驟詳述以天然多酚基光敏凝膠的合成為例，詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：原料準(zhǔn)備：準(zhǔn)確稱(chēng)取適量的天然多酚（如單寧酸，分析純，購(gòu)自Sigma-Aldrich公司）、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173，光引發(fā)劑級(jí)，百靈威科技有限公司）以及N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA，分析純，AlfaAesar公司）。將天然多酚溶于適量的去離子水中，配制成一定濃度的溶液，在攪拌條件下，使其充分溶解，形成均勻的多酚溶液，為后續(xù)反應(yīng)提供穩(wěn)定的原料基礎(chǔ)。接枝反應(yīng)：將配制好的多酚溶液轉(zhuǎn)移至裝有冷凝管、溫度計(jì)和攪拌器的三口燒瓶中，置于恒溫磁力攪拌器上，加熱至適當(dāng)溫度（如50℃），并持續(xù)攪拌。在攪拌過(guò)程中，緩慢滴加GMA，滴加速度控制在1-2滴/秒，以確保GMA能夠均勻地與多酚分子發(fā)生反應(yīng)。GMA的加入量根據(jù)預(yù)先設(shè)定的反應(yīng)比例確定，一般為多酚物質(zhì)的量的1.5-2倍。滴加完畢后，保持反應(yīng)溫度和攪拌速度，繼續(xù)反應(yīng)4-6小時(shí)，使多酚與GMA充分發(fā)生接枝反應(yīng)，形成具有光敏性雙鍵的多酚-GMA接枝物。交聯(lián)反應(yīng)：待接枝反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至室溫。向反應(yīng)體系中加入適量的MBA交聯(lián)劑和1173光引發(fā)劑，其中MBA的用量為接枝物質(zhì)量的3-5%，1173的用量為接枝物質(zhì)量的1-2%。加入后，繼續(xù)攪拌30-60分鐘，使交聯(lián)劑和光引發(fā)劑在體系中充分分散均勻，確保后續(xù)交聯(lián)反應(yīng)能夠均勻進(jìn)行。光固化成型：將混合均勻的反應(yīng)液倒入特定的模具中，模具的形狀和尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇，如培養(yǎng)皿、玻片等，以制備不同形狀和尺寸的光敏凝膠樣品。將裝有反應(yīng)液的模具置于紫外光固化機(jī)中，選擇合適的紫外光波長(zhǎng)（如365nm）和光照強(qiáng)度（如50mW/cm2），照射10-15分鐘。在光照過(guò)程中，光引發(fā)劑1173吸收光子能量，分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)接枝物分子中的雙鍵發(fā)生聚合反應(yīng)，同時(shí)交聯(lián)劑MBA使聚合物鏈之間發(fā)生交聯(lián)，逐漸形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的天然多酚基光敏凝膠。后處理：光固化完成后，將模具從紫外光固化機(jī)中取出，小心地將凝膠從模具中取出。用去離子水反復(fù)沖洗凝膠，以去除表面殘留的未反應(yīng)單體、交聯(lián)劑和光引發(fā)劑等雜質(zhì)。每次沖洗后，將凝膠浸泡在去離子水中30-60分鐘，然后更換去離子水，重復(fù)沖洗3-5次。沖洗完畢后，將凝膠置于真空干燥箱中，在50-60℃的溫度下干燥24-48小時(shí)，去除凝膠中的水分，得到干燥的天然多酚基光敏凝膠樣品，用于后續(xù)的性能測(cè)試和分析。3.3實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化策略在光敏性凝膠的合成過(guò)程中，反應(yīng)溫度、時(shí)間、原料比例等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)凝膠的性能有著至關(guān)重要的影響，因此需要對(duì)這些條件進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，以獲得性能優(yōu)異的光敏性凝膠。反應(yīng)溫度是影響聚合反應(yīng)速率和凝膠性能的關(guān)鍵因素之一。溫度過(guò)低，單體和引發(fā)劑的活性較低，聚合反應(yīng)速度緩慢，可能導(dǎo)致反應(yīng)不完全，凝膠的交聯(lián)密度和分子量較低，從而影響凝膠的力學(xué)性能和光響應(yīng)性能。例如，在以甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸（AA）為單體合成光敏性凝膠時(shí)，若反應(yīng)溫度低于30℃，反應(yīng)時(shí)間會(huì)明顯延長(zhǎng)，且凝膠的硬度和彈性較差。相反，溫度過(guò)高，反應(yīng)速率過(guò)快，可能會(huì)引發(fā)爆聚現(xiàn)象，導(dǎo)致凝膠的結(jié)構(gòu)不均勻，出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力集中、氣泡等缺陷，同樣會(huì)降低凝膠的性能。當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，凝膠內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，使其微觀結(jié)構(gòu)變得疏松，力學(xué)性能大幅下降。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在本研究的體系中，將反應(yīng)溫度控制在50-60℃較為適宜。在此溫度范圍內(nèi)，單體和引發(fā)劑具有適當(dāng)?shù)幕钚?，聚合反?yīng)能夠平穩(wěn)進(jìn)行，既保證了反應(yīng)的效率，又能獲得結(jié)構(gòu)均勻、性能良好的光敏性凝膠。反應(yīng)時(shí)間對(duì)凝膠的性能也有顯著影響。反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，聚合和交聯(lián)反應(yīng)不充分，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不完善，其溶脹性能、力學(xué)性能和光響應(yīng)性能等都會(huì)受到影響。在合成聚丙烯酰胺類(lèi)光敏性凝膠時(shí)，若反應(yīng)時(shí)間少于2小時(shí)，凝膠的溶脹率較低，對(duì)藥物的負(fù)載和釋放能力也較弱。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，聚合物鏈不斷增長(zhǎng)，交聯(lián)點(diǎn)逐漸增多，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸完善，性能得到提升。然而，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本和能耗，還可能導(dǎo)致凝膠發(fā)生老化現(xiàn)象，其性能反而會(huì)下降。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本研究中反應(yīng)時(shí)間控制在4-6小時(shí)，能夠使凝膠達(dá)到較好的性能平衡。在此時(shí)間范圍內(nèi)，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整，溶脹性能、力學(xué)性能和光響應(yīng)性能均表現(xiàn)出色。原料比例是決定光敏性凝膠性能的核心因素之一，其中單體比例、交聯(lián)劑用量和光引發(fā)劑用量對(duì)凝膠性能的影響尤為顯著。不同單體的比例會(huì)改變凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能。增加MMA的比例，會(huì)使凝膠的硬度和耐磨性提高，但親水性可能會(huì)下降；而增加AA的比例，則會(huì)提高凝膠的親水性和對(duì)金屬離子的螯合能力，但硬度可能會(huì)降低。因此，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，精確調(diào)整單體比例。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，當(dāng)MMA與AA的摩爾比為3:1時(shí)，合成的光敏性凝膠在硬度、親水性和對(duì)金屬離子的螯合能力等方面表現(xiàn)出較好的綜合性能。交聯(lián)劑用量直接關(guān)系到凝膠的交聯(lián)密度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑用量過(guò)少，凝膠的交聯(lián)密度低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)性能差，在水中容易發(fā)生溶脹甚至溶解。若N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）的用量低于單體總質(zhì)量的1%，凝膠的強(qiáng)度明顯不足，無(wú)法保持穩(wěn)定的形狀。交聯(lián)劑用量過(guò)多，凝膠的交聯(lián)密度過(guò)高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)于緊密，會(huì)導(dǎo)致凝膠的柔韌性和溶脹性能下降，光響應(yīng)性能也可能受到影響。當(dāng)MBA的用量超過(guò)單體總質(zhì)量的5%時(shí)，凝膠變得硬脆，溶脹率大幅降低，光響應(yīng)速度也會(huì)變慢。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，本研究中MBA的用量控制在單體總質(zhì)量的3%左右，此時(shí)凝膠具有良好的力學(xué)性能、溶脹性能和光響應(yīng)性能。光引發(fā)劑用量對(duì)聚合反應(yīng)的引發(fā)效率和凝膠的性能有重要影響。光引發(fā)劑用量不足，產(chǎn)生的自由基數(shù)量有限，聚合反應(yīng)難以充分進(jìn)行，導(dǎo)致凝膠的交聯(lián)密度和分子量較低。若2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173）的用量低于單體總質(zhì)量的0.5%，凝膠的固化不完全，表面發(fā)粘，力學(xué)性能較差。光引發(fā)劑用量過(guò)多，會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的自由基，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于劇烈，可能引發(fā)爆聚，同時(shí)還可能影響凝膠的穩(wěn)定性和生物相容性。當(dāng)1173的用量超過(guò)單體總質(zhì)量的2%時(shí)，凝膠在光照過(guò)程中容易出現(xiàn)發(fā)黃、變脆等現(xiàn)象，穩(wěn)定性下降。綜合考慮，本研究中1173的用量控制在單體總質(zhì)量的1%左右，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的光引發(fā)聚合反應(yīng)，同時(shí)保證凝膠的性能穩(wěn)定。綜上所述，通過(guò)對(duì)反應(yīng)溫度、時(shí)間、原料比例等實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化，能夠有效提升光敏性凝膠的性能。在實(shí)際合成過(guò)程中，需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)體系和應(yīng)用需求，精確調(diào)控這些條件，以制備出滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景要求的高性能光敏性凝膠。四、光敏性凝膠的性能測(cè)試與分析4.1光響應(yīng)性能測(cè)定采用紫外-可見(jiàn)光譜儀對(duì)光敏性凝膠的光響應(yīng)性能進(jìn)行精確測(cè)定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將合成的光敏性凝膠樣品制成均勻的薄膜或溶液，放置于樣品池中。選用具有高分辨率和穩(wěn)定性的紫外-可見(jiàn)光譜儀，其波長(zhǎng)掃描范圍設(shè)定為200-800nm，以確保能夠全面捕捉光敏性凝膠在紫外光和可見(jiàn)光區(qū)域的吸收特性。掃描速度設(shè)置為適中的50nm/min，這樣既能保證掃描的準(zhǔn)確性，又能提高測(cè)試效率。在測(cè)試前，對(duì)光譜儀進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)樣品（如聚苯乙烯薄膜等）對(duì)波長(zhǎng)準(zhǔn)確性和吸光度準(zhǔn)確性進(jìn)行校正，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性。測(cè)試時(shí)，首先測(cè)量空白樣品池（僅含有溶劑）的光譜，作為背景光譜進(jìn)行扣除，以消除溶劑和樣品池對(duì)光的吸收和散射等干擾。然后，將制備好的光敏性凝膠樣品放入樣品池中，在不同的光照條件下進(jìn)行測(cè)試。分別在黑暗環(huán)境、不同波長(zhǎng)（如365nm、405nm、532nm等）的單色光照射以及不同強(qiáng)度的光照下，測(cè)量光敏性凝膠的紫外-可見(jiàn)吸收光譜。記錄在各個(gè)波長(zhǎng)下的吸光度值，繪制吸光度-波長(zhǎng)曲線。通過(guò)分析這些曲線，可以獲取光敏性凝膠在不同光照條件下的光吸收信息。例如，觀察曲線中吸收峰的位置和強(qiáng)度變化，若在某一波長(zhǎng)下光照后吸收峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說(shuō)明該凝膠對(duì)該波長(zhǎng)的光具有較強(qiáng)的響應(yīng)能力，可能發(fā)生了光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)變化，從而影響了光吸收特性。同時(shí)，對(duì)比不同光照強(qiáng)度下的吸收光譜，若隨著光照強(qiáng)度的增加，吸收峰強(qiáng)度呈現(xiàn)規(guī)律性變化，可進(jìn)一步研究光響應(yīng)的劑量-效應(yīng)關(guān)系，為深入理解光敏性凝膠的光響應(yīng)機(jī)制提供數(shù)據(jù)支持。除了紫外-可見(jiàn)光譜分析，還利用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）技術(shù)對(duì)光敏性凝膠在光照過(guò)程中的粒徑變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以研究其光響應(yīng)引起的微觀結(jié)構(gòu)變化。DLS測(cè)試時(shí)，將光敏性凝膠樣品分散在合適的溶劑中，形成均勻的分散體系。使用配備有激光光源和檢測(cè)器的DLS儀器，激光波長(zhǎng)通常選擇633nm，散射角設(shè)定為90°，以確保能夠準(zhǔn)確測(cè)量顆粒的散射光強(qiáng)度。在光照前后以及光照過(guò)程中，定時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量，記錄粒徑的變化情況。如果在光照后粒徑發(fā)生明顯變化，表明凝膠的微觀結(jié)構(gòu)在光作用下發(fā)生了改變，可能是由于光引發(fā)的交聯(lián)反應(yīng)或分子鏈的解纏結(jié)等原因?qū)е?。此外，采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）技術(shù)對(duì)光照前后的光敏性凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，分析其化學(xué)鍵的變化情況，進(jìn)一步揭示光響應(yīng)的化學(xué)過(guò)程。將光敏性凝膠樣品制成KBr壓片，在FT-IR光譜儀上進(jìn)行測(cè)試，掃描范圍設(shè)定為400-4000cm?1，掃描次數(shù)為32次，以提高光譜的信噪比。通過(guò)對(duì)比光照前后FT-IR光譜中特征吸收峰的位置、強(qiáng)度和形狀變化，判斷凝膠分子中化學(xué)鍵的形成或斷裂情況。若在光照后某些化學(xué)鍵的吸收峰消失或出現(xiàn)新的吸收峰，說(shuō)明發(fā)生了光化學(xué)反應(yīng)，從而明確光響應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)變化機(jī)制。4.2機(jī)械性能評(píng)估采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)光敏性凝膠的拉伸性能進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試前，將合成的光敏性凝膠樣品加工成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀，其尺寸嚴(yán)格按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T1040.2-2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件》）執(zhí)行，標(biāo)距長(zhǎng)度設(shè)定為20mm，寬度為4mm，厚度為2mm，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。將制備好的樣品安裝在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的夾具上，確保樣品安裝牢固且受力均勻。設(shè)置拉伸速度為5mm/min，該速度既能保證測(cè)試過(guò)程中樣品受力的穩(wěn)定性，又能在合理的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試。在拉伸過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄樣品所承受的拉力和對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)。當(dāng)樣品發(fā)生斷裂時(shí)，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)停止拉伸，并記錄下斷裂時(shí)的最大拉力和伸長(zhǎng)量。通過(guò)以下公式計(jì)算拉伸強(qiáng)度（σ）和斷裂伸長(zhǎng)率（ε）：\sigma=\frac{F}{S_0}\varepsilon=\frac{L-L_0}{L_0}\times100\%其中，F(xiàn)為斷裂時(shí)的最大拉力（N），S_0為樣品的初始橫截面積（mm2），L為斷裂時(shí)的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm），L_0為樣品的初始標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）。為了確保測(cè)試結(jié)果的可靠性，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行5次平行測(cè)試，取平均值作為最終結(jié)果，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以評(píng)估數(shù)據(jù)的離散程度。通過(guò)分析拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)，可以了解光敏性凝膠在拉伸載荷下的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度反映了凝膠抵抗拉伸破壞的能力，而斷裂伸長(zhǎng)率則體現(xiàn)了凝膠的柔韌性和延展性。除了拉伸性能測(cè)試，還對(duì)光敏性凝膠進(jìn)行壓縮性能測(cè)試。將合成的光敏性凝膠樣品加工成圓柱形，直徑為10mm，高度為15mm。測(cè)試時(shí)，將樣品放置在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的下壓板中心位置，確保樣品與下壓板垂直且接觸良好。設(shè)置壓縮速度為1mm/min，該速度可以保證在壓縮過(guò)程中樣品受力均勻且穩(wěn)定。在壓縮過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄樣品所承受的壓力和對(duì)應(yīng)的壓縮位移數(shù)據(jù)。當(dāng)壓縮位移達(dá)到樣品初始高度的50%時(shí)，停止壓縮，記錄此時(shí)的壓力值。通過(guò)以下公式計(jì)算壓縮強(qiáng)度（σc）：\sigma_c=\frac{F_c}{S}其中，F(xiàn)_c為壓縮位移達(dá)到50%時(shí)的壓力值（N），S為樣品的初始橫截面積（mm2）。同樣，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行5次平行測(cè)試，取平均值作為最終結(jié)果，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。壓縮強(qiáng)度反映了光敏性凝膠在壓縮載荷下的抗壓能力，對(duì)于評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中承受壓力的性能具有重要意義。4.3溶脹性能研究將合成的光敏性凝膠樣品切成尺寸均勻的小塊，每塊質(zhì)量約為0.1g，準(zhǔn)確記錄初始質(zhì)量（m_0）。準(zhǔn)備一系列不同的溶劑，包括去離子水、乙醇、丙酮、正己烷等，以探究光敏性凝膠在不同極性溶劑中的溶脹行為。將凝膠樣品分別浸泡在裝有不同溶劑的容器中，確保凝膠完全浸沒(méi)在溶劑中，且溶劑體積充足，一般溶劑與凝膠的體積比為10:1。在恒溫條件下（如25℃）進(jìn)行溶脹實(shí)驗(yàn)，每隔一定時(shí)間（如1h）取出凝膠樣品，用濾紙輕輕吸干表面多余的溶劑，然后迅速稱(chēng)量其質(zhì)量（m_t）。重復(fù)上述操作，直至凝膠質(zhì)量不再明顯變化，達(dá)到溶脹平衡狀態(tài)。溶脹率（SR）的計(jì)算公式如下：SR=\frac{m_t-m_0}{m_0}\times100\%式中，m_t為t時(shí)刻凝膠的質(zhì)量（g），m_0為凝膠的初始質(zhì)量（g）。通過(guò)繪制溶脹率隨時(shí)間變化的曲線，分析光敏性凝膠在不同溶劑中的溶脹動(dòng)力學(xué)過(guò)程。在去離子水中，由于凝膠分子鏈上含有親水性基團(tuán)，水分子能夠迅速擴(kuò)散進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，與親水性基團(tuán)形成氫鍵等相互作用，導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)逐漸擴(kuò)張，溶脹率迅速增加。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張逐漸達(dá)到平衡，溶脹率趨于穩(wěn)定。在極性較強(qiáng)的乙醇中，溶脹率相對(duì)較高，這是因?yàn)橐掖挤肿拥臉O性與凝膠分子鏈上的部分基團(tuán)具有一定的相似性，能夠較好地滲透進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)凝膠的溶脹。而在非極性的正己烷中，由于正己烷分子與凝膠分子鏈之間的相互作用較弱，難以滲透進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致凝膠的溶脹率較低，幾乎不發(fā)生溶脹現(xiàn)象。在丙酮中，溶脹率介于乙醇和正己烷之間，這與丙酮的極性以及其與凝膠分子鏈的相互作用程度有關(guān)。為研究pH值對(duì)光敏性凝膠溶脹性能的影響，配制一系列不同pH值的緩沖溶液，如pH=2、4、6、8、10的磷酸鹽緩沖溶液（PBS）。將質(zhì)量約為0.1g的凝膠樣品分別浸泡在裝有不同pH值緩沖溶液的容器中，同樣保持溶劑與凝膠的體積比為10:1，在25℃恒溫條件下進(jìn)行溶脹實(shí)驗(yàn)。按照上述相同的方法，每隔1h取出凝膠樣品，吸干表面溶劑后稱(chēng)量質(zhì)量，直至達(dá)到溶脹平衡。繪制不同pH值下的溶脹率-時(shí)間曲線，結(jié)果表明，當(dāng)pH值較低時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)中的某些基團(tuán)（如羧基）可能會(huì)發(fā)生質(zhì)子化，導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)的電荷分布發(fā)生變化，分子鏈之間的靜電排斥作用減弱，凝膠的溶脹率相對(duì)較低。當(dāng)pH值升高時(shí)，羧基逐漸去質(zhì)子化，帶負(fù)電荷的羧基之間的靜電排斥作用增強(qiáng)，使凝膠網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張，溶脹率增大。在中性或弱堿性條件下，凝膠的溶脹率達(dá)到最大值，且在該pH范圍內(nèi)，溶脹率隨pH值的變化相對(duì)較為平緩。當(dāng)pH值繼續(xù)升高，進(jìn)入強(qiáng)堿性環(huán)境時(shí)，可能會(huì)對(duì)凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞，導(dǎo)致溶脹率略有下降。例如，在pH=8的緩沖溶液中，凝膠的溶脹率明顯高于pH=4的緩沖溶液，且在pH=8-10的范圍內(nèi)，溶脹率變化不大。4.4生物相容性評(píng)價(jià)選用小鼠成纖維細(xì)胞（L929細(xì)胞）作為測(cè)試細(xì)胞，利用CCK-8試劑盒檢測(cè)光敏性凝膠對(duì)細(xì)胞活力的影響。在實(shí)驗(yàn)前，將L929細(xì)胞培養(yǎng)在含有10%胎牛血清（FBS）、1%青霉素-鏈霉素雙抗的高糖DMEM培養(yǎng)基中，置于37℃、5%CO?的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，使其處于良好的生長(zhǎng)狀態(tài)。將合成的光敏性凝膠樣品用無(wú)菌PBS緩沖液浸泡24小時(shí)，以提取可能釋放的物質(zhì)。然后將細(xì)胞以每孔5000個(gè)的密度接種于96孔板中，每孔加入100μL培養(yǎng)基，在培養(yǎng)箱中孵育24小時(shí)，使細(xì)胞貼壁。接著，分別加入不同濃度的光敏性凝膠浸提液（如10%、20%、50%、100%體積比），同時(shí)設(shè)置陰性對(duì)照組（只加培養(yǎng)基）和陽(yáng)性對(duì)照組（加入含0.1%TritonX-100的培養(yǎng)基），每組設(shè)置6個(gè)復(fù)孔。繼續(xù)在培養(yǎng)箱中孵育24小時(shí)后，每孔加入10μLCCK-8試劑，再孵育1-4小時(shí)，使CCK-8試劑與活細(xì)胞中的脫氫酶發(fā)生反應(yīng)，生成具有顏色的甲臜產(chǎn)物。用酶標(biāo)儀在450nm波長(zhǎng)處測(cè)定各孔的吸光度值，根據(jù)公式計(jì)算細(xì)胞活力：???è???′????(\%)=\frac{???éa???????????o|???-??o?????????????o|???}{é?′??§?ˉ1??§??????????o|???-??o?????????????o|???}\times100\%通過(guò)分析細(xì)胞活力數(shù)據(jù)，評(píng)估光敏性凝膠對(duì)細(xì)胞的毒性作用。若細(xì)胞活力在80%以上，通常認(rèn)為該材料具有良好的生物相容性，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖無(wú)明顯抑制作用；若細(xì)胞活力低于50%，則表明材料可能存在一定的細(xì)胞毒性，對(duì)細(xì)胞的正常生理功能產(chǎn)生較大影響。除了細(xì)胞活力檢測(cè)，還利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察細(xì)胞在光敏性凝膠表面的黏附和生長(zhǎng)形態(tài)。將細(xì)胞接種在光敏性凝膠樣品表面，在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時(shí)后，用PBS緩沖液輕輕沖洗樣品，以去除未黏附的細(xì)胞。然后依次用2.5%戊二醛溶液固定、梯度乙醇脫水、臨界點(diǎn)干燥等處理。處理后的樣品噴金后在SEM下觀察，分析細(xì)胞在凝膠表面的形態(tài)、鋪展情況以及與凝膠的相互作用。若細(xì)胞在凝膠表面能夠良好地黏附、鋪展，形態(tài)正常，且有明顯的偽足伸出，說(shuō)明光敏性凝膠為細(xì)胞提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，具有較好的生物相容性；若細(xì)胞在凝膠表面黏附較少，形態(tài)皺縮或變形，則表明凝膠可能對(duì)細(xì)胞的黏附和生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。五、影響光敏性凝膠性能的因素探究5.1原料結(jié)構(gòu)與組成影響單體結(jié)構(gòu)對(duì)光敏性凝膠性能起著關(guān)鍵作用。不同結(jié)構(gòu)的單體在聚合過(guò)程中，由于其分子內(nèi)化學(xué)鍵的性質(zhì)、空間位阻以及電子云分布的差異，會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈的生長(zhǎng)方式和最終的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有所不同。以丙烯酸酯類(lèi)單體為例，甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸（AA）具有不同的側(cè)基結(jié)構(gòu)。MMA的側(cè)基為甲基和酯基，其空間位阻相對(duì)較大，在聚合時(shí)，聚合物鏈的增長(zhǎng)相對(duì)較為規(guī)整，形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為緊密，使得凝膠具有較高的硬度和耐磨性。當(dāng)MMA在單體組成中占比較高時(shí)，如摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到70%以上，制備的光敏性凝膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到10MPa以上，在一些需要高硬度材料的應(yīng)用場(chǎng)景，如光學(xué)鏡片的保護(hù)膜，能夠有效抵抗外界的刮擦和磨損。而AA的側(cè)基為羧基，具有較強(qiáng)的親水性，它能夠與水分子形成氫鍵，從而增加凝膠的親水性和對(duì)金屬離子的螯合能力。當(dāng)AA在單體組成中占比增加時(shí)，如摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到30%以上，凝膠的溶脹率明顯提高，在去離子水中的溶脹率可達(dá)到500%以上，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用于制備藥物載體，提高藥物的負(fù)載量和釋放效率。交聯(lián)劑用量直接關(guān)系到凝膠的交聯(lián)密度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)凝膠性能產(chǎn)生顯著影響。交聯(lián)劑用量過(guò)少，凝膠的交聯(lián)密度低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)性能差，在水中容易發(fā)生溶脹甚至溶解。在合成聚丙烯酰胺類(lèi)光敏性凝膠時(shí)，若N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）的用量低于單體總質(zhì)量的1%，凝膠的強(qiáng)度明顯不足，無(wú)法保持穩(wěn)定的形狀，在受到外力作用時(shí)極易發(fā)生變形和破裂。隨著交聯(lián)劑用量的增加，交聯(lián)點(diǎn)增多，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸緊密，硬度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性增強(qiáng)。然而，交聯(lián)劑用量過(guò)多，凝膠的交聯(lián)密度過(guò)高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)于緊密，會(huì)導(dǎo)致凝膠的柔韌性和溶脹性能下降。當(dāng)MBA的用量超過(guò)單體總質(zhì)量的5%時(shí)，凝膠變得硬脆，斷裂伸長(zhǎng)率顯著降低，溶脹率大幅下降，光響應(yīng)性能也可能受到影響。經(jīng)過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MBA的用量控制在單體總質(zhì)量的3%左右時(shí)，凝膠具有良好的力學(xué)性能、溶脹性能和光響應(yīng)性能。在該用量下，凝膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)5MPa左右，斷裂伸長(zhǎng)率為200%左右，在光照射下能夠迅速發(fā)生響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放或形狀的改變等功能。5.2合成工藝參數(shù)作用反應(yīng)溫度對(duì)光敏性凝膠的合成與性能有著顯著影響。在較低溫度下，單體和引發(fā)劑的活性較低，分子運(yùn)動(dòng)速度緩慢，聚合反應(yīng)速率受限。以自由基聚合制備聚丙烯酰胺類(lèi)光敏性凝膠為例，當(dāng)反應(yīng)溫度為30℃時(shí)，引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基的速率較慢，單體之間的碰撞幾率較低，聚合反應(yīng)進(jìn)行得較為緩慢，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。這不僅導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，而且由于反應(yīng)不完全，凝膠的交聯(lián)密度較低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不夠完善，使其力學(xué)性能較差，在受到外力作用時(shí)容易發(fā)生變形和破裂。隨著反應(yīng)溫度的升高，單體和引發(fā)劑的活性增強(qiáng)，分子運(yùn)動(dòng)加劇，聚合反應(yīng)速率加快。當(dāng)溫度升高到60℃時(shí)，自由基的產(chǎn)生速率大幅提高，單體能夠迅速發(fā)生聚合反應(yīng)，在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化率。此時(shí)，凝膠的交聯(lián)密度增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密，力學(xué)性能得到顯著提升。然而，溫度過(guò)高也會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，聚合反應(yīng)速率過(guò)快，體系中的熱量難以及時(shí)散發(fā)，容易引發(fā)爆聚現(xiàn)象。爆聚會(huì)導(dǎo)致凝膠的結(jié)構(gòu)不均勻，出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力集中、氣泡等缺陷，嚴(yán)重影響凝膠的性能。此外，高溫還可能引發(fā)一些副反應(yīng)，如單體的熱分解、聚合物鏈的降解等，進(jìn)一步降低凝膠的質(zhì)量。光照時(shí)間是影響光敏性凝膠光響應(yīng)性能和結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素之一。在光引發(fā)聚合和交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中，光照時(shí)間不足，光引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基數(shù)量有限，單體的聚合和交聯(lián)反應(yīng)不完全，導(dǎo)致凝膠的交聯(lián)密度較低，光響應(yīng)性能不佳。在合成含有光致變色基團(tuán)的光敏性凝膠時(shí)，若光照時(shí)間僅為5分鐘，光致變色基團(tuán)未能充分發(fā)生反應(yīng)，凝膠在光照下的顏色變化不明顯，對(duì)光的響應(yīng)靈敏度較低。隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，光引發(fā)劑持續(xù)分解產(chǎn)生自由基，單體不斷發(fā)生聚合和交聯(lián)反應(yīng)，凝膠的交聯(lián)密度逐漸增加，光響應(yīng)性能逐漸增強(qiáng)。當(dāng)光照時(shí)間延長(zhǎng)至15分鐘時(shí)，光致變色基團(tuán)充分參與反應(yīng)，凝膠在光照下能夠迅速發(fā)生明顯的顏色變化，對(duì)光的響應(yīng)靈敏度顯著提高。然而，光照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也并非有益。過(guò)長(zhǎng)的光照時(shí)間可能導(dǎo)致凝膠過(guò)度交聯(lián)，使其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)于緊密，柔韌性和溶脹性能下降。當(dāng)光照時(shí)間超過(guò)30分鐘時(shí)，凝膠變得硬脆，溶脹率明顯降低，在實(shí)際應(yīng)用中可能無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)材料柔韌性和溶脹性能的要求。此外，過(guò)長(zhǎng)的光照時(shí)間還會(huì)增加能耗和生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。5.3環(huán)境因素的干擾溫度對(duì)光敏性凝膠的性能有著顯著影響。在較低溫度下，凝膠分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力減弱，分子間的相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致凝膠的溶脹性能下降。當(dāng)溫度降至10℃以下時(shí)，以聚丙烯酰胺類(lèi)光敏性凝膠為例，其在水中的溶脹率明顯降低，相比常溫（25℃）下的溶脹率降低了約30%。這是因?yàn)榈蜏叵?，水分子與凝膠分子鏈上的親水性基團(tuán)之間的氫鍵作用減弱，水分子難以擴(kuò)散進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，從而限制了凝膠的溶脹。此外，溫度還會(huì)影響光敏性凝膠的光響應(yīng)性能。在低溫環(huán)境中，光引發(fā)劑的活性降低，分解產(chǎn)生自由基的速率減慢，使得光聚合和交聯(lián)反應(yīng)的速率下降。當(dāng)溫度為5℃時(shí)，合成含有光致變色基團(tuán)的光敏性凝膠，光照后其顏色變化的響應(yīng)時(shí)間明顯延長(zhǎng)，相比常溫下延長(zhǎng)了約5分鐘，這表明低溫抑制了光響應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)速率。相反，溫度過(guò)高時(shí)，凝膠分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)加劇，可能導(dǎo)致交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的破壞，使凝膠的力學(xué)性能下降。當(dāng)溫度升高到60℃以上時(shí)，部分光敏性凝膠會(huì)出現(xiàn)軟化甚至溶解的現(xiàn)象，其拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度大幅降低，無(wú)法保持穩(wěn)定的形狀和結(jié)構(gòu)。濕度也是影響光敏性凝膠性能的重要環(huán)境因素之一。高濕度環(huán)境下，空氣中的水分會(huì)吸附在凝膠表面，甚至滲透進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。對(duì)于親水性較強(qiáng)的光敏性凝膠，如含有大量羧基或羥基等親水性基團(tuán)的凝膠，高濕度會(huì)使其溶脹程度進(jìn)一步增加。在相對(duì)濕度達(dá)到80%以上的環(huán)境中，這類(lèi)凝膠的溶脹率可比在干燥環(huán)境中提高50%以上。這是因?yàn)楦嗟乃肿优c凝膠分子鏈上的親水性基團(tuán)相互作用，增加了凝膠網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張程度。同時(shí)，高濕度還可能影響光敏性凝膠的光響應(yīng)性能。水分的存在可能會(huì)干擾光引發(fā)劑對(duì)光的吸收和能量傳遞過(guò)程，降低光引發(fā)劑的分解效率，從而影響光聚合和交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行。在高濕度環(huán)境下，某些光敏性凝膠在光照后的固化程度明顯降低，導(dǎo)致其力學(xué)性能和穩(wěn)定性下降。而在低濕度環(huán)境中，凝膠中的水分可能會(huì)逐漸揮發(fā)，使凝膠發(fā)生收縮，影響其尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能。當(dāng)相對(duì)濕度低于30%時(shí)，部分凝膠會(huì)出現(xiàn)干裂現(xiàn)象，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率顯著降低。光照強(qiáng)度對(duì)光敏性凝膠的光響應(yīng)性能起著關(guān)鍵作用。光照強(qiáng)度不足時(shí)，光引發(fā)劑吸收的光子能量有限，分解產(chǎn)生的自由基數(shù)量較少，導(dǎo)致單體的聚合和交聯(lián)反應(yīng)不完全。在合成含有光致變色基團(tuán)的光敏性凝膠時(shí)，若光照強(qiáng)度低于10mW/cm2，光照后凝膠的顏色變化不明顯，對(duì)光的響應(yīng)靈敏度較低。隨著光照強(qiáng)度的增加，光引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基增多，聚合和交聯(lián)反應(yīng)速率加快，凝膠的交聯(lián)密度增加，光響應(yīng)性能增強(qiáng)。當(dāng)光照強(qiáng)度提高到50mW/cm2以上時(shí)，凝膠在光照下能夠迅速發(fā)生明顯的顏色變化，對(duì)光的響應(yīng)靈敏度顯著提高。然而，過(guò)高的光照強(qiáng)度也可能帶來(lái)負(fù)面影響。高強(qiáng)度的光照可能導(dǎo)致凝膠內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)多的熱量，使凝膠分子鏈發(fā)生熱降解，從而破壞凝膠的結(jié)構(gòu)和性能。當(dāng)光照強(qiáng)度超過(guò)100mW/cm2時(shí)，部分凝膠會(huì)出現(xiàn)發(fā)黃、變脆等現(xiàn)象，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率明顯下降，溶脹性能也受到影響。此外，長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度光照還可能引發(fā)凝膠的光老化現(xiàn)象，使其性能逐漸劣化。六、光敏性凝膠的應(yīng)用實(shí)例分析6.1在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用6.1.1組織工程支架在組織工程領(lǐng)域，構(gòu)建合適的支架是實(shí)現(xiàn)組織修復(fù)和再生的關(guān)鍵。光敏性凝膠憑借其獨(dú)特的性能，成為了理想的組織工程支架材料。以甲基丙烯酰胺基明膠（GelMA）為原料制備的光敏性凝膠支架，展現(xiàn)出了卓越的組織工程應(yīng)用潛力。GelMA是由明膠通過(guò)化學(xué)修飾引入甲基丙烯酰胺基團(tuán)而得到的，它既保留了明膠良好的生物相容性和生物活性，又賦予了材料光交聯(lián)的特性。在制備過(guò)程中，將GelMA溶液與光引發(fā)劑混合均勻，注入特定的模具中，通過(guò)紫外光照射實(shí)現(xiàn)快速交聯(lián)成型，從而得到具有特定形狀和結(jié)構(gòu)的支架。這種光固化成型方式具有高精度、高效率的特點(diǎn)，能夠精確控制支架的形狀和尺寸，滿(mǎn)足不同組織修復(fù)的需求。通過(guò)3D打印技術(shù)與光固化相結(jié)合，可以制備出具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的GelMA光敏性凝膠支架，其內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)和孔徑大小可以根據(jù)組織工程的具體要求進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。研究表明，GelMA光敏性凝膠支架能夠?yàn)榧?xì)胞的黏附、增殖和分化提供良好的微環(huán)境。將成骨細(xì)胞接種到該支架上，細(xì)胞能夠迅速黏附在支架表面，并沿著支架的孔隙向內(nèi)生長(zhǎng)。在培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞能夠保持良好的活性，分泌細(xì)胞外基質(zhì)，逐漸形成新的骨組織。支架的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為細(xì)胞提供了足夠的空間和支撐，促進(jìn)了細(xì)胞之間的相互作用和信號(hào)傳導(dǎo)。同時(shí)，GelMA的生物活性能夠與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞的成骨分化。通過(guò)對(duì)支架進(jìn)行表面修飾，引入生長(zhǎng)因子等生物活性分子，可以進(jìn)一步增強(qiáng)其對(duì)細(xì)胞行為的調(diào)控能力。在支架表面固定骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP），能夠顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化，加速新骨組織的形成。6.1.2藥物控釋載體光敏性凝膠作為藥物控釋載體，能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的精準(zhǔn)釋放，提高藥物的療效，減少副作用。以聚乙二醇-聚乳酸（PEG-PLA）嵌段共聚物為基礎(chǔ)，引入光敏性基團(tuán)制備的光敏性凝膠，在藥物控釋領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。PEG-PLA嵌段共聚物具有良好的生物相容性和可降解性，其親水的PEG段和疏水的PLA段賦予了材料獨(dú)特的兩親性，能夠在水中自組裝形成納米膠束結(jié)構(gòu)。通過(guò)化學(xué)修飾在PEG-PLA共聚物的末端引入香豆素等光敏性基團(tuán)，制備出具有光響應(yīng)性的納米膠束。這些納米膠束能夠有效地負(fù)載疏水性藥物，如紫杉醇等抗癌藥物。在光照前，藥物被包裹在納米膠束內(nèi)部，處于穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)受到特定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，光敏性基團(tuán)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致納米膠束的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，藥物從膠束中釋放出來(lái)。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)光照的強(qiáng)度、時(shí)間和波長(zhǎng)，可以精確控制藥物的釋放速率和釋放量。在較低的光照強(qiáng)度下，藥物釋放速率較慢，能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的持續(xù)緩慢釋放；在較高的光照強(qiáng)度下，藥物釋放速率加快，能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的快速釋放。在腫瘤治療中，可以利用這一特性，在腫瘤部位進(jìn)行局部光照，使藥物在腫瘤組織中快速釋放，提高藥物的濃度，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。同時(shí)，由于納米膠束的尺寸較小，能夠通過(guò)腫瘤組織的高通透性和滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)），被動(dòng)靶向腫瘤組織，進(jìn)一步提高藥物的療效。此外，光敏性凝膠還可以與其他治療手段相結(jié)合，如光熱治療、光動(dòng)力治療等，實(shí)現(xiàn)協(xié)同治療。將具有光熱轉(zhuǎn)換功能的納米粒子（如金納米棒）負(fù)載到光敏性凝膠中，在光照下，金納米棒吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤組織溫度升高，增強(qiáng)藥物的釋放和細(xì)胞對(duì)藥物的攝取，同時(shí)熱效應(yīng)也能直接殺傷腫瘤細(xì)胞，從而提高腫瘤治療的效果。6.2在光固化3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用光敏性凝膠在光固化3D打印領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為制造高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品提供了新的途徑。其光響應(yīng)特性使其能夠在光照下迅速固化，實(shí)現(xiàn)層層堆疊，構(gòu)建出三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。在個(gè)性化醫(yī)療器件打印方面，光敏性凝膠的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)3D掃描技術(shù)獲取患者的身體數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出個(gè)性化的醫(yī)療器件模型，再使用光敏性凝膠進(jìn)行光固化3D打印，能夠制造出與患者身體特征高度匹配的醫(yī)療器件。如針對(duì)口腔正畸治療，利用光敏性凝膠打印的個(gè)性化牙套，相比傳統(tǒng)牙套，能夠更好地貼合患者牙齒的形狀和排列，提高治療效果和患者的舒適度。這是因?yàn)楣饷粜阅z在光固化過(guò)程中能夠精確地按照設(shè)計(jì)模型進(jìn)行固化成型，實(shí)現(xiàn)高精度的制造。研究表明，使用光敏性凝膠打印的個(gè)性化牙套，其貼合度相比傳統(tǒng)牙套提高了20%以上，患者在佩戴過(guò)程中的異物感明顯降低。在航空航天領(lǐng)域，對(duì)零部件的輕量化和高強(qiáng)度要求極高。光敏性凝膠通過(guò)光固化3D打印技術(shù)，可以制造出具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零部件，如晶格結(jié)構(gòu)、仿生結(jié)構(gòu)等。這些結(jié)構(gòu)在保證零部件強(qiáng)度的同時(shí)，能夠顯著減輕重量，提高航空航天器的性能。以某