水凝胶

水凝胶（Hydrogel）是一种极具亲水性的三维网状凝胶，其在水溶液中能快速溶胀，且能在一定程度上维持较大的水份而不会被溶解。由于交联网络结构的存在，使水凝胶具有较强的溶胀性和持水性，而其对水分的吸收程度与交联程度有关。随着交联程度的提高，吸水性能逐渐降低。这种性质与柔软的组织非常相似。这种水凝胶的含水量从1%到99%不等。凝胶在其凝聚状态中，即不是完整的固态也不是完整的液态。在一定的条件下，固态的表现是能够保持一定的形态和体积，而在液态的表现是，溶质可以从水凝胶中扩散或者是渗透。

而关于水凝胶的研究，则有更长远的发展：据美国约翰·霍普金斯医学院报道，他们研发出一种新的水凝胶，可在做软骨修补时，注射到骨腔内，可促进患者骨髓中的干细胞生成，进而生长成新的软骨组织。在临床实验中，可使新生的软骨覆盖度达86%，并显著改善了手术后的疼痛。该研究成果于《科学·转化医学》于2013年1月9号刊载。埃里希同时表示，他们的团队正致力于研发新一代可移植的材料，将会包括水凝胶和胶粘剂，这两种材料将会成为一种新的材料。另外，他们也在开发一些新的方法来降低关节的炎症。加拿大的一项新的研究表明，该材料不但可以促进干细胞的移植，还可以促进眼、脑等组织的损伤修复。该小组注意到，这种类似于“果冻”的凝胶是一种很好的载体，用来移植干细胞，使其能在人体内生存，并能对受损的组织进行修复。中国科学院兰州化学所周峰团队通过分子工程手段，成功地构建了一种新型的双交联结构超强水凝胶，极大地改善了其力学性能。本论文在《先进材料》上刊登。据外媒消息，美国圣迭戈加州大学的纳米科技人员已经成功研制出一种包含“纳米海绵”的凝胶，它可以吸收病菌的毒素。这种凝胶可能被用来对抗耐药的金葡菌（MRSA）。该病菌对盘尼西林具有抗性，通常被称为“超级细菌”。无需使用任何抗生素，“奈米海绵体”可以将耐药金葡菌的感染减少到最低限度。该研究已在《先进材料》杂志上刊登。

水凝胶的种类较多，下面主要从四个方面进行说明：

1、网络键合：根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是由静电作用、氢键、链的缠绕等物理作用力构成的，它是一种非永久的，在加热的时候，它可以变成一种溶液，因此它又被叫做假凝胶或者热可逆凝胶。在室温下，很多天然大分子都是以胶体形式存在的，例如K2型角叉菜胶和琼脂；聚乙烯醇（PVA）是一种具有代表性的人工高分子材料，其通过冷冻-解聚可以获得低于60℃的稳定性。化学凝胶是一种以化学键相互交联而成的具有三维立体网络结构的高分子材料，具有较好的耐久性，也被称作真正的胶体。

2、大小形状：根据水凝胶大小形状的不同，有宏观凝胶与微观凝胶（微球）之分，根据形状的不同宏观凝胶又可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等，制备的微球有微米级及纳米级之分。

3、外界刺激：根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH等的变化不敏感，“环境响应型”水凝胶是一种能够感应到温度、 pH、光照、电流、压力等的细微改变，从而引起其物理化学特性的改变，进而导致其物理化学特性的改变。该类水凝胶的一个显著特征是其在外界刺激下的溶胀行为发生了明显的改变，可以作为传感器和药物释放开关，自1985年开始，水凝胶就成为了人们关注的热点。

4、合成材料：根据合成材料的不同，水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。天然高分子因其生物相容性好，对环境不敏感，来源丰富，价格低廉等优点，受到了众多研究者的关注。然而，天然高分子材料的稳定性很低，很容易被生物降解。

作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、 农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。

任何具有水溶性和亲水性质的大分子，在某种程度上，都能以某种方式进行化学和物理交联而得到水凝胶。根据它们的来源，可以将它们划分为两种类型，一种是天然的，另一种是人工的。多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷氨酸等）都是自然界中常见的亲水性高分子。所合成的亲水高分子包括醇、丙烯酸及其衍生物（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。