水凝膠的制備方法分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u29821水凝膠的制備方法分析概述 1171851.1物理交聯(lián) 1126711.2化學交聯(lián) 4192581.3輻射交聯(lián) 61.1物理交聯(lián)（1）加熱/冷卻聚合物溶液當冷卻明膠或角叉菜膠的熱溶液時，會形成物理交聯(lián)的凝膠。凝膠的形成是由于螺旋的形成，螺旋的締合以及形成連接區(qū)[4]。在高于熔融轉(zhuǎn)變溫度的熱溶液中，角叉菜膠以無規(guī)卷曲構(gòu)象存在，冷卻后轉(zhuǎn)變剛性螺旋桿。在存在鹽（K+，Na+等）的情況下，由于篩選了磺酸基團（SO3-）的排斥力，雙螺旋進一步聚集形成了穩(wěn)定的凝膠（圖1-1）。在某些情況下，也可以通過簡單地加熱引起嵌段共聚的聚合物溶液來獲得水凝膠。一些實例是聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷[5]，聚乙二醇-聚乳酸水凝膠[6]。圖1-1通過簡單地加熱引起嵌段共聚的聚合物溶液來獲得水凝膠（2）復雜凝聚復雜的凝聚層凝膠可以通過將聚陰離子與聚陽離子混合而形成。該方法的基本原理是，帶有相反電荷的聚合物會粘在一起，并根據(jù)各自溶液的濃度和pH值形成可溶和不可溶的復合物（圖1-2）。一個這樣的例子是聚陰離子黃原膠與聚陽離子殼聚糖的凝聚[7]。等電點以下的蛋白質(zhì)帶正電荷，可能與陰離子水膠體締合，形成聚離子復合水凝膠（復合凝聚層）。圖1-2帶有相反電荷的聚合物會粘在一起，并根據(jù)各自溶液的濃度和pH值形成可溶和不可溶的復合物。（3）氫鍵可以通過降低帶有羧基的聚合物的水溶液的pH值來獲得氫鍵水凝膠。這種水凝膠的例子是通過將CMC分散在0.1MHCl中而形成的氫鍵CMC（羧甲基纖維素）網(wǎng)絡[8]。該機理涉及用酸性溶液中的氫代替CMC中的鈉以促進氫鍵合（圖1-3）。氫鍵導致CMC在水中的溶解度降低，并導致形成彈性水凝膠。羧甲基化殼聚糖（CM-殼聚糖）水凝膠也可以通過在酸或多官能單體存在下進行交聯(lián)來制備。另一個例子是基于聚丙烯酸和聚環(huán)氧乙烷（PEO-PAAc）的水凝膠，其通過降低pH值以在其水溶液中形成H鍵合的凝膠而制得[9]。在黃原-藻酸鹽混合系統(tǒng)的情況下，由于它們之間的分子間氫鍵作用，黃原膠和藻酸鹽的分子相互作用引起基質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，從而導致形成不溶性水凝膠網(wǎng)絡。圖1-3酸性溶液中的氫代替CMC中的鈉以促進氫鍵合（4）成熟（熱誘導聚集）阿拉伯樹膠（阿拉伯膠）主要為碳水化合物，但其結(jié)構(gòu)中不可或缺的成分為2-3％的蛋白質(zhì)[10]。在通過具有不同分子量和蛋白質(zhì)含量的疏水相互作用色譜分離之后，已經(jīng)鑒定出具有不同分子量和蛋白質(zhì)含量的三個主要餾分。這些是阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGP），阿拉伯半乳聚糖（AG）和糖蛋白（GP）。熱處理引起的蛋白質(zhì)組分的聚集會增加分子量，并隨后產(chǎn)生具有增強的機械性能和水結(jié)合能力的水凝膠形式。伴隨成熟過程的分子變化表明，可以以精確結(jié)構(gòu)化的分子尺寸生產(chǎn)水凝膠。控制特征是存在于天然膠中的分子分散系統(tǒng)中蛋白質(zhì)成分的聚集。膠的成熟導致與較低分子量組分相關的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而得到較高濃度的高分子量級分（AGP）（圖1-4）。該方法也已應用于其他口香糖，如加地膠和阿拉伯膠，用于義齒護理[11]。圖1-4膠的成熟導致與較低分子量組分相關的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而得到較高濃度的高分子量級分（5）凍融聚合物的物理交聯(lián)以形成其水凝膠也可以通過使用凍融循環(huán)來實現(xiàn)。機理涉及由于凍融而在結(jié)構(gòu)中形成微晶。這類凝膠化的例子是聚乙烯醇和黃原膠的凍融凝膠[12]。1.2化學交聯(lián)（1）化學交聯(lián)劑戊二醛，環(huán)氧氯丙烷等交聯(lián)劑已被廣泛用于獲得各種合成和天然聚合物的交聯(lián)水凝膠網(wǎng)絡。該技術(shù)主要涉及在聚合物鏈之間引入新分子以產(chǎn)生交聯(lián)鏈（圖1-5）。一個這樣的例子是通過使用戊二醛作為交聯(lián)劑使玉米淀粉和聚乙烯醇交聯(lián)而制備的水凝膠。制備的水凝膠膜可以用作人造皮膚，同時可以將各種營養(yǎng)/治療因子和藥物輸送到作用部位。CMC鏈也可以通過摻入1，3-二氨基丙烷來交聯(lián)以生產(chǎn)CMC-適用于通過毛孔輸送藥物的水凝膠。在另一個實例中，基于黃原膠和聚乙烯醇的水凝膠復合材料與表氯醇交聯(lián)。κ-角叉菜膠和丙烯酸可以使用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸進行交聯(lián)，從而開發(fā)出可生物降解的水凝膠，并建議用于新型藥物遞送系統(tǒng)[13]。角叉菜膠水凝膠也有望用于酶的工業(yè)固定化。水凝膠也可以通過使用表氯醇作為交聯(lián)劑，并通過加熱和冷凍方法由NaOH/脲水溶液中的纖維素合成。圖1-5聚合物鏈之間引入新分子以產(chǎn)生交聯(lián)鏈（2）嫁接接枝涉及單體在預先形成的聚合物的主鏈上的聚合，然后聚合物鏈再通過高能輻射或化學試劑來處理激活。進而官能單體在活化的大自由基上的生長導致分支并進一步導致交聯(lián)（圖1-6）。圖1-6官能單體在活化的大自由基上的生長導致分支并進一步導致交聯(lián)（3）化學接枝在這種類型的接枝中，大分子骨架通過化學試劑的作用而被激活。使用N-乙烯基-2-吡咯烷酮接枝丙烯酸的淀粉就是這種方法的一個例子[14]。這種水凝膠顯示出優(yōu)異的pH依賴性溶脹行為，并具有理想的特性，可用作小腸中的藥物和維生素輸送裝置。（4）輻射接枝嫁接也可以通過使用高能輻射（例如伽馬射線和電子束）來啟動。在水溶液中通過電子束輻照存在下的丙烯酸接枝CMC制備CMC水凝膠。電子束用于引發(fā)CMC主鏈上丙烯酸的自由基聚合。水輻射解產(chǎn)物也將有助于將質(zhì)子從大分子骨架中提取出來。兩者（CMC和單體）的輻射都會產(chǎn)生自由基，這些自由基可以結(jié)合在一起產(chǎn)生水凝膠。他們提出了將這種丙烯酸基水凝膠用于回收金屬離子（如銅，鎳，鈷和鉛）的應用。1.3輻射交聯(lián)輻射交聯(lián)是一種廣泛使用的技術(shù)，因為它不涉及使用化學添加劑，因此保留了生物聚合物的生物相容性。而且，修飾