Page 16 - 《精细化工》2020年第2期
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·218· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
1 明胶基水凝胶的结构与性能 制备自修复水凝胶的两种主要方法 [23-24] 。本征型自
修复材料因可重复实现多次愈合而作为未来主要的
水凝胶按来源可分为天然高分子水凝胶和合成 发展方向，具体分类如图 1 所示。利用动态共价反
高分子水凝胶，相较于合成高分子材料，天然高分 应实现水凝胶的自愈通常需要重新使用聚合条件或
子材料以其丰富的资源和可再生性，被认为是最有 施加外部刺激，例如 pH、光、电或紫外线等。
[15]
希望取代传统不可降解高分子材料的原料之一 。天然
高分子水凝胶由于具有良好的生物相容性 [16-17] 、生物
可降解性 [18] 、生物安全性以及来源广泛、价格低廉
等多重优势，更受研究者的青睐。
天然高分子材料主要包括胶原、明胶、壳聚糖、
纤维素、木质素等多糖和纤维蛋白 [19] 。其中，明胶
作为一类在生物医学领域中极具吸引力和广泛应用
的天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物
降解性、非免疫原性、表现出两性行为，并对细胞
的生长和增殖具有良好的促进作用 [20-21] ，明胶的结 图 1 自愈水凝胶的交联机制
构如下所示。然而，由于明胶具有高温溶解低温成 Fig. 1 Cross-linking mechanism of self-healing hydrogels
胶的特性，其自身形成水凝胶的机械性能和热稳定
WANG 等 [24] 将明胶与单宁酸按照一定比例混
性较差，限制了其在生物材料领域的应用。因此，
合制备明胶基自修复水凝胶，明胶与单宁酸之间的
为了提高明胶基水凝胶的机械性能，研究者们将具
疏水相互作用和氢键使得该材料具有优异的拉伸应
有功能性的复合材料与明胶进行混合来制备功能化
变和快速的自我修复能力，具有快速的自愈能力
凝胶材料。
（0.65 s）和自愈效率（95%）。这种基于氢键的弱
相互作用可使分子内、分子间断裂的键得到重组，
达到自修复的目的，该水凝胶具有重复性好、灵敏
度高、响应速度快等优点。许多研究人员已通过包
括物理和化学相互作用在内的多种交联方法制备了
自愈合水凝胶，通过离子配位和多重氢键相互作用
的结合来制备可注射性自愈水凝胶是其主要的用途
形式之一。ZHANG 等 [25] 通过铁离子、明胶中的羧
基以及脲嘧啶酮二聚体的四重氢键相互作用来制备
2 明胶基水凝胶的功能性分类 自愈水凝胶。LEI 等 [26] 提出基于席夫碱反应来制备
具有自愈能力的明胶基水凝胶。如图 2 所示，明胶
2.1 自修复型明胶基水凝胶 首先与乙二胺反应增加氨基含量，然后用二醛羧甲
自修复是指材料能够自主修复损坏并恢复到正 基纤维素（DCMC）与氨基交联制备自愈水凝胶。
常状态，无需外部刺激来促进自愈情况的发生 [22] 。 该水凝胶仍能承受较大的变形，说明氨基与二醛羧
近年来，自修复材料作为一种在结构上具有自愈合 甲基纤维素之间形成了动态亚胺键，使制得的水凝
能力的智能材料而被广泛应用于各种领域。开发具 胶具有良好的自愈能力、抗疲劳性能和自恢复能力。
有自修复性能的材料不仅可以延长材料的使用寿 WANG 等 [27] 合成了明胶基导电自愈合水凝胶，铁离
命，降低维护成本，而且可大幅度提升使用安全性， 子与明胶和聚吡咯的可逆离子相互作用赋予水凝胶
保留并恢复材料的原有性能。能够对损伤作出应激 良好的自愈能力和可注射能力。REN 等 [28] 基于氧化
反应并及时进行自修复（和/或自恢复）水凝胶的开 海藻酸钠、氨基化明胶聚吡咯通过低温制备了自愈
发已成为一个可行的解决方案。目前，根据自愈合 合导电水凝胶，海藻酸钠盐和明胶网络中存在大量
机制的不同，自修复材料可分为外植型和本征型。 可逆的席夫碱单元，可作为动态交联剂修复水凝胶。
外植型是指向聚合物基体中植入修复剂进而实现自 这在可修复电路、柔性传感器以及生物医疗设备方
修复效果；而本征型是指不需要引入修复剂，利用 面具有潜在的应用。与传统水凝胶相比，自愈水凝
分子可逆的动态化学结构来实现自修复效果，基于 胶具有很多优势，由于不存在或减少了不可逆损伤，
动态共价键和非共价键是其主要的作用形式，也是 延长了材料的使用寿命和机械性能。尽管这一领域
