水凝胶介绍

水凝胶是亲水性聚合物链的网络，有时也叫做胶体凝胶，其中水是分散介质。三维软体是由于亲水性聚合物链通过交联而保持在一起。由于固有的交联，水凝胶网络的结构完整性不会因高浓度的水而溶解。水凝胶也具有高吸收性（它们可以包含90％以上的水）天然或合成聚合物网络。“水凝胶”一词在文献中首次出现是在1894年。最初，对水凝胶的研究主要集中在这种相对简单的化学交联聚合物网络上，以研究其基本特征，例如溶胀/溶胀动力学和平衡，溶质扩散，体积相变和滑动摩擦，以及研究此类应用。如眼科和药物输送。随着水凝胶研究的不断发展，其重点已从简单的网络转移到“响应”网络。在这一阶段，已经开发出各种能够响应诸如pH，温度以及电场和磁场的环境条件变化的水凝胶。提出了响应电场和磁场的水凝胶致动器。然而，当时的水凝胶通常在机械上太软或太脆，这极大地限制了它们的潜在应用。随着新千年的到来，水凝胶也进入了一个新时代，其机械性能得到了突破性的改进。这一成功导致了水凝胶的许多跨学科研究。如今，可以通过具有耗能结构的各种化学方法来制造比肌肉和软骨更强韧的水凝胶。此外，还实现了其他功能，例如自愈，多重刺激反应，粘附，超湿润性等。强韧水凝胶的创新发展极大地扩展了该材料在各种领域的潜在应用，包括软体机器人，人造器官，再生医学等。

水凝胶应用

水凝胶生物相容性、生物可降解性、高吸水、保水的特性使其广泛适用于环境工程、柔性传感、电化学等许多领域，尤其是生物医学领域，包括组织工程、药物输送系统、伤口敷料、生物传感器、隐形眼镜、人工细胞等，有着广泛的应用。 。

1、智能穿戴设备：️ 刺激响应水凝胶可根据外部环境如温度、近红外光、pH值、湿度和电或磁场灵活变形，研究人员采用光刻、三维打印等先进技术，制造出了具有复杂且异质结构的响应性水凝胶，赋予它们弯曲、缠绕、旋转、折叠和行走等多种运动特性，基于水凝胶的软机器人和执行器为智能穿戴设备赋予新的功能和交互模式。。

2、药物传递系统： 水凝胶具有储存药、控制药物释放速度和驱动释放的功能，它既能调节制剂的硬度和强度，又具有促进分解的作用，还能遮蔽医药品的气味。因此，水凝胶在药物释放载体领域具有较大的应用潜力。例如,在抗肿瘤治疗中,水凝胶能够携带抗癌药物到达病灶区域,并在需要时缓慢释放药物，提高疗效并减少副作用。。

3、伤口敷料： 水凝胶被认为是伤口敷料中最有前途的材料之一，其可有效屏蔽外界感染，维持伤口处相对湿润的环境，吸收渗出物，促进细胞、细胞因子等的增殖、分化，允许气体交换,分离外部细菌，已经应用于治疗皮肤缺损、细菌感染、烧伤、糖尿病足等伤口。。

4、细胞培养与分化： 多功能水凝胶具有良好的细胞亲和性和可操控性,可模拟体内微环境,促进细胞生长、增殖和分化。这种特性使得水凝胶成为干细胞疗法、组织再生和疾病模型建立等领域的重要工具。。

5、水处理与净化： 水凝胶中的羧基(一COOH)、氨基(一NH2)、羟基(- OH)、磺酸基(- SO3H)等功能基团可以与重金属发生吸附、离子交换和螯合作用，水凝胶独特的三维网络结构也可以吸附重金属，因此水凝胶可用于废水处理中的重金属离子吸附、有机污染物捕获等，有效去除有害物质，实现水资源的循环利用。。