你了解水凝胶的交联方法吗？科普水凝胶的交联

水凝胶是什么？

水凝胶是由亲水性聚合物链通过化学或物理交联而形成的三维网络。它可以充分吸水而不溶于水，自身显著溶胀的同时仍可以保持其原有的三维结构。水凝胶含有大量的水，质地柔软，性状可塑，物理性质和生物组织类似，具有抗抗的生物相容性，可以搭载不同的材料，比如药物、细胞、外泌体等，同时硬度可调节，是一类优秀的生物材料。

水凝胶的交联方式是什么？有哪些类型？水凝胶的交联原理？

纤维素衍生物如甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)和羟丙基纤维素(HPC)等都是以纤维素为初始原料,通过物理交联或者化学交联的方法制备纤维素水凝胶,其形成机理如图所示,表1列举了水凝胶的几种交联方法。

✦ 1、物理交联！

水凝胶的制备与其交联网络结构的形成密切相关。一般说来，水凝胶的交联网络结构可以通过两种方式形成：以分子间形成共价键方式形成的化学交联;通过范德华力、氢键、离子键和疏水相互作用等超分子结构形成物理交联。

✦ 2、化学交联！

主要指分子通过离子间作用、氢键、结晶化等形成水凝胶。离子间作用形成的凝胶结构可以在较为温和的条件下进行，加入金属离子通常会增强凝胶结构的强度。物理交联形成的凝胶，一般是可逆的。

图1｜图1物理凝胶和化学凝胶的形成机制

主要指高分子链段间以共价键交联起来。一般需要加入交联剂，利用化合物发生加成、缩合之类的化学反应，彼此之间形成化学交联，即得到凝固的水凝胶结构。化学交联形成的凝胶结构，除非破坏化学键，一般是不可逆的。

水凝胶粘接，水凝胶粘性原理是什么?

首先，水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分的高分子网络体系。这种网络体系由亲水性的高分子链通过物理或化学交联形成，使得水凝胶在水中能够吸收并保持大量的水分，同时保持一定的形状和机械强度。

水凝胶的粘性原理主要与其特殊的结构和组成有关。

此外，水凝胶的粘性还与其交联程度和分子链的柔韧性有关。交联程度越高，水凝胶的网络结构越稳定，粘性也越强。而分子链的柔韧性则决定了水凝胶在受力时能够发生形变并适应不同形状的表面，从而增强其粘附能力。

其次，水凝胶的粘性来自于其分子链上的亲水基团与水分子之间的相互作用。当水凝胶与水接触时，其分子链上的亲水基团会与水分子形成氢键或其他相互作用力，使得水凝胶能够紧密地粘附在湿润的表面上。

需要注意的是，不同类型的水凝胶可能具有不同的粘性原理和粘附机制。例如，一些水凝胶可能通过静电相互作用、范德华力或疏水相互作用等机制来实现粘附。总之，水凝胶的粘性原理涉及其分子结构、亲水基团与水分子的相互作用以及交联程度和分子链的柔韧性等因素。这些因素共同作用使得水凝胶能够在湿润环境中实现有效的粘附。

图2触发水凝胶形成凝胶结构的示意图（A，内在触发包括利用温度变化、组分混合pH变化、添加酶等来形成凝胶结构；B，间接触发包括使用一些热或光引发剂的激活来刺激形成凝胶结构）

水凝胶粘合剂，水凝胶交联剂有哪些？

✦ 化学交联剂：化学交联剂是将两个或两个以上的高分子合成链段化学结合在一起，形成一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损的交联结构，从而增加材料的强度和硬度。常见的化学交联剂有聚合物交联剂、环氧交联剂以及明胶交联剂等。其中，聚合物交联剂的应用范围较广，可用于医用材料、电子材料、建材等多个领域。

✦ 物理交联剂：物理交联剂是通过物理机制使高分子链段相互交错、缠绕、聚集的方式形成交联结构的材料。该种交联剂不需加热、添加催化剂，具有简单、快速、环保等优点。常见的物理交联剂有电子束辐照交联、热湿交联等。其中，电子束辐照交联适用于汽车、电缆、建材等行业，热湿交联适用于绝缘材料、医用材料等领域。

✦ 生物交联剂：生物交联剂是利用生物分子如蛋白质、多肽、核酸等物质，在适宜条件下与高分子发生非共价键结合，形成强大的三维网络结构。常见的生物交联剂有凝血酶、胶原蛋白、海藻酸等。其中，胶原蛋白的应用范围较广，可用于生物医用材料、美容等领域。

水凝胶交联剂是指用于交联水凝胶的高分子化合物。常用的水凝胶交联剂包括以下几种：

总之，水凝胶交联剂的种类繁多，不同的交联剂具有不同的特点和应用范围。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的交联剂，以达到抗抗的水凝胶性能和效果。

除了以上三种常见的交联剂外，还有一些其他类型的交联剂，如多羟基化合物、进行交联的氢氧化钾和胶体硅酸等。这些化合物能够与水中的硬化剂发生反应，形成三维的交联结构，从而使水凝胶固化。其中常用的多羟基化合物是聚甲醛醇（POM）、聚乙烯醇（PVA）等，它们可以通过控制交联剂的加量和反应条件等方式调整水凝胶的加工性能和保水性能。

水凝胶的化学方法制备：

化学方法包括单体交联聚合、接枝共聚和水溶性聚合物交联。单体交联聚合是指在交联剂的存在下，单体通过自由基均聚/共聚制备聚合物水凝胶。

与物理水凝胶不同，化学水凝胶不可逆，是通过共价键连接的三维网络结构。化学方法制备高分子水凝胶的起始原料可以是单体(水溶性或者油溶性单体)、聚合物，或者单体聚合物的混合物。化学交联是非自发的，聚合物与小分子交联剂(如醛类)反应，或者通过辐射(如电子束、γ射线，或者紫外线)引发反应。

水凝胶的结构和性交联剂、链转移剂等方法，可以控制水凝胶的结构和性质。此外，聚合方法(水溶液聚合法或反相悬浮聚合法)、单体类型和组成、交联剂的结构和类型(水溶性或油溶性)也决定了水凝胶的综合性能。

化学交联制备水凝胶：

丝素蛋白/共聚物水凝胶

NVP-MMA共聚物水凝胶

温敏性五嵌段共聚物水凝胶

DMAEMA/NVP/HEMA共聚物水凝胶

细菌视紫红质/嵌段共聚物水凝胶复合材料

丙烯酸羟乙酯交联共聚物水凝胶

温敏性聚(丙交酯-乙交酯-对二氧六环酮)-聚乙二醇嵌段共聚物水凝胶

马来酰化壳聚糖结构共聚物水凝胶

金刚烷改性共聚物水凝胶

HEMANVP二元共聚物水凝胶

温敏性聚碳酸酯-聚乙二醇嵌段共聚物水凝胶

P(NIPAM—co—MAA)共聚物水凝胶

聚甲基丙烯酸N,N—二甲氨基乙酯及其共聚物水凝胶

L‑丙氨酸、L‑谷氨酸‑5‑苄酯多肽共聚物水凝胶

丝素蛋白/PLA-PEG-PLA共聚物水凝胶

温敏性聚(丙交酯-乙交酯-对二氧六环酮)-聚乙二醇嵌段共聚物水凝胶

HEMA化学改性共聚物水凝胶

氨基酸酯改性NVP-MMA共聚物水凝胶

聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶

聚乙二醇聚L缬氨酸嵌段共聚物水凝胶

温敏性超分子聚合物水凝胶

热塑性超分子聚合物水凝胶

温敏性三嵌段共聚物水凝胶

超分子聚合物水凝胶

环境敏感型两性共聚物水凝胶

NVP三元共聚物水凝胶

AM-HEMA-NVP三元共聚物水凝胶

AM-HEMA-NVP共聚物水凝胶

NIPAM共聚物多孔水凝胶

AMPS/NIPAAm/DMAEMA三元共聚物水凝胶

丙烯酸/α-甲基丙烯酸/丙烯酰胺共聚物智能水凝胶

共聚物Poly(NIPAm-co-IA)水凝胶

包埋嵌段共聚物的水凝胶

苯乙烯—马来酸酐共聚物智能水凝胶

聚乙二醇共聚物环境敏感水凝胶

聚乙二醇/聚己内酯嵌段共聚物温敏水凝胶

温敏性非离子型共聚物纳米水凝胶

pH响应型共聚物纳米水凝胶

聚乙二醇/可降解聚酯嵌段共聚物热致水凝胶

N-异丙基丙烯酰胺的共聚物温敏水凝胶

Sur-Release公司

两亲性嵌段共聚物的水凝胶

✦ 产品名称 ｜ 规格

✦ 水飞蓟宾-BIOTIN｜1mg

✦ 水溶cy5.5 N3｜1mg

✦ 羧基-PEG（2K）-氨基-水溶性量子点（CdSe/ZnS,605nm) ｜1ml

✦ 水溶性量子点（CdSe/ZnS,605nm） ｜1ml

✦ PEI上转换980激发 蓝紫光2mg/ml分散在水中 ｜1ml

✦ 水溶性上转换纳米颗粒（980激发，绿光）2mg/ml｜1ml

✦ 水溶性上转换纳米颗粒（980激发，绿光） ｜1mg

✦ 水溶三氧化二铁20nm 2mg/ml｜1ml

✦ 水溶三氧化二铁50nm 5mg/ml｜1ml

✦ 水溶三氧化二铁100nm 5mg/ml｜1ml

✦ 纳米金棒（吸收700nm，浓度0.5mg/ml，水分散） ｜1ml

✦ 氨基化介孔二氧化硅纳米粒子(100nm)（水分散） ｜1ml

✦ 水溶性硫化铜纳米粒子10nm｜1ml

✦ 水溶性纳米二氧化钛（5nm）（5mg/ml） ｜1ml

✦ 水溶性羧基修饰四氧化三铁10nm20ml（2mg/ml） ｜1ml

✦ 水溶性氨基修饰二氧化硅80nm（5mg/ml） ｜1ml

✦ 水溶性氨基修饰二氧化硅50nm（5mg/ml） ｜1ml

✦ 水杨酸-FITC｜1mg

✦ 水溶性金纳米颗粒30nm｜1ML

✦ 水溶性金纳米颗粒30nm｜1ml