高强度水凝胶的研究现状_王兰兰(4)

王兰兰等 · 高强度水凝胶的研究现状

O—( CH2CH2O—) nX2

= X—( OCH2CH2—) ( CH2CH2O—)nXnO—CH2——CH2—O—

2

X=

—

(CH2)3

NH

2

· 39 ·

( CH2CH2O—) O—nX2

= X—( OH2CH2C—) ( CH2CH2O—)nXnO—CH2——CH2—O—

2

—( CH2CH2O—) nX

X=CO—( CH2—)3COO—图5 Tetra–PEG凝胶的形成Fig. 5 Formation of tetra-PEG gel

等[ 22]将黏土纳米复合水凝胶和tetra–PEG水凝胶结合起来，利用有4个反应性PEG链的2种大分子单体，在黏土存在下通过水溶液聚合得到以tetra–PEG为基础的纳米复合水凝胶，使水凝胶的拉伸性能为原始tetra–PEG水凝胶的2~4倍。

即得DN凝胶。

龚剑萍等

[25–26]

总结了形成高机械性能双网络

凝胶的优化条件：①刚而脆的聚电解质为第一网络，软而韧的中性聚合物为第二网络；②第二网络的浓度是第一网络的20~30倍；③第一网络紧密交联而第二网络松散交联，第二网络需要形成高相对分子质量的聚合物。在DN凝胶承受高压力时，松散的第二层网络结构通过改变网络形状来抵消机械压力，而物理缠结点在分子链上的滑动可以防止裂缝发展成巨大的缝隙。

根据DN凝胶的制备方法、原理和优化条件，出现了一系列新型结构的高机械性能DN凝胶，如微凝胶增强凝胶[27]，空穴DN凝胶[28]，反向DN凝胶[29]，Jellyfish凝胶[30]及层状双层膜DN凝胶[31]等。

6 双网络水凝胶

双网络水凝胶（DN凝胶）是由2种具有高度非对称结构的聚合物网络形成的一种特殊互穿网络水凝胶（IPN凝胶）。从结构组成上来看，DN凝胶对形成具有2个网络的聚合物的摩尔数、单体种类和交联密度都有特定的要求，而普通IPN凝胶的结构并无特殊要求。在含水质量分数达90%时，DN凝胶的弹性模量仍可达0.14~0.19MPa，压缩断裂强度高至几到几十MPa，接近天然关节软骨[23]。同嵌段共聚物相比，这些体系的相形态相对环境的变化比较稳定，因为DN凝胶是通过交联作用而固定的，其形成过程如图6所示。

7 结束语

水凝胶的研究涉及了诸多相关学科，如医学、生物工程学、高分子科学、生命科学，在学术界呈现出研究热点。为进一步扩大水凝胶的应用范围，人们采用了各种各样的方法提高合成水凝胶

第一网络

双网络凝胶

溶胀

的机械强度，但或合成材料受限，或提高强度有限，或制备过程复杂，从而影响水凝胶的进一步研发和应用。在以上几种高强度凝胶中，DN凝胶优异的机械性能使其在生物材料领域，特别是人

图6 双网络凝胶的形成过程

Fig. 6 Formation process of dual network gel

造软骨、人工肌肉、肌腱和韧带、人造眼角膜和隐性眼镜等方面有着广阔的应用前景。同时，双网络结构水凝胶制备过程相对简单，并能制备各种形状的产品而备受关注。近年来，得益于粒子增强技术的发展，一种以水凝胶粒子增强的新型DN凝胶正成为研究的热点，也将开拓高强度水凝胶更广阔的应用前景。

双网络水凝胶的制备通常采用两步聚合法

[24–25]

：首先，制备高交联度的强聚电解质水凝

胶；其次，将上述水凝胶浸泡在含有中性单体、少量交联剂和光引发剂的第二网络预反应溶液中充分溶胀，光引发聚合形成松散交联的第二网络