Page 19 - 《精细化工》2020年第2期
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第 2 期                        王学川，等:  功能性明胶基水凝胶的分类及研究进展                                   ·221·


                 温度敏感型水凝胶作为智能水凝胶的一种，对                          学强度的影响，拓宽了水凝胶的应用范围。陈垦等                      [51]
            于温度变化具有较高的响应性，影响着水凝胶的溶胀                            通过两步辐照法制备了一种具有温度和 pH 响应的
            和收缩，常用于药物缓释、酶的固定化和分离膜等                             明胶基形状记忆水凝胶。这些温敏型明胶基水凝胶
            领域  [46] 。热响应型水凝胶既可以响应低临界溶解温                       材料有望在药物传递、酶的固定与释放、生物医学
                                                       [47]
            度（LCST），也可以响应高临界溶解温度（UCST） 。                       工程等方面具有应用前景。
            根据溶胀机理的不同，可将温度敏感型水凝胶分为                             2.4   导电型明胶基水凝胶
            两类  [48] 。一种是在温度低于临界转变温度时呈收缩                           柔性导电材料作为一种新型的功能材料，因具
            状态（如聚丙烯酸），定义为热敏性为负；另一种是                            有良好的导电性、柔韧性等特点，使其在生物医学、
            在温度高于临界转变温度时呈收缩状态，定义为热敏                            软体机器人以及人工器官等领域得到广泛应用。目
            性为正。其中，聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）                        前，柔性电子器件主要以无机/有机化合物为基础材
            是一种典型的热缩温敏型聚合物材料，因其相变                              料，如金属纳米粒子/纳米线、金属氧化物、碳材料
            温度（≈33 ℃）与人体生理环境温度（36~38 ℃）                        或涂覆在电化学非活性弹性基底上的导电聚合物。
            相 近的特性使 其在生物医 学具有广泛 的应用       导电水凝胶具有良好的导电性、可调的机械柔韧性
            前景。                                                和易于加工等特点可作为柔性电子器件的理想候选
                 温度响应型水凝胶可以响应温度的变化进而影                          者。一般而言，导电水凝胶是将不同类型的聚合物
            响体积的变化。温度变化会影响水凝胶与溶液之间                             基质与导电填料〔如聚苯胺            [52-54] 、聚吡咯（Ppy） [55-56] 、
            的相互作用，从而削弱或增强网络内部的疏水相互                             聚 3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT/
            作用，进而影响凝胶体积的变化。ALDANA 等                   [49] 以   PSS） [57-58] 等〕结合在一起开发的具有韧性和导电
            明胶和 N-异丙基丙烯酰胺为原料，合成了具有互穿                           性的水凝胶。到目前为止，已经开发了各种策略来
            网络结构的凝胶材料。流变学实验表明，水凝胶在                             制备用于柔性电子器件的导电水凝胶，包括协同网
            37 ℃左右发生变化，当温度高于 LCST 时，半透明                        络、共混物和自组装         [59] 。这些策略为纳米复合导电
            无色水凝胶转变为不透明的白色水凝胶，并且伴随                             凝胶的设计和制备提供了广阔的前景。可将这些策
            着储能模量的增加。当温度达到 30 ℃左右时，水凝                          略进一步划分为以下几种方法：（1）导电单体在预
            胶的体积会随着温度的升高而发生收缩，且当 N-异                           制水凝胶中进行电聚合或化学聚合；（2）将导电材
            丙基丙烯酰胺含量较低时，响应性较弱。因此，通                             料/单体与亲水聚合物/单体混合，然后同时或逐步交
            过调整实验参数（交联剂用量）可控制制备具有不                             联生成导电水凝胶；（3）自组装改性导电材料。导
            同溶胀特性的凝胶材料，并应用于不同领域中。隋美                            电水凝胶兼具凝胶材料的三维网络和导电化合物的
            玉等  [50] 将马来酰化明胶引入 PNIPAM 水凝胶中，合成                  电化学性，这种具有良好导电性、柔性以及生物相
            了具有温敏性能的明胶基水凝胶，探讨了引发剂、                             容性等特点的水凝胶材料，常被应用于生物传感器、
            交联剂和明胶用量对水凝胶的温敏性、溶胀性和力                             电容器等各种领域，具体分类如表 2 所示。


                                         表 2   基于不同导电材料制备导电水凝胶的方法
               Table 2    Fabrication methods used to fabricate conductive hydrogels based on different electrical conductive materials

                导电水凝胶的分类                     电活性材料                               性质                  参考文献
             导电聚合物基导电水凝胶         聚 3,4- 乙 烯二氧 噻吩 / 聚 苯乙烯 磺酸盐 在加工过程中提供可调节的电导率，刚性较大                     [60-62]
                                 (PEDOT/PSS)
             碳基导电水凝胶             碳纳米管、石墨烯、活性炭、碳纤维、碳 高电导率，优异的环境稳定性和较低的生产成本                             [63-66]
                                 点和多孔碳
             金属基导电水凝胶            纳米线、纳米棒、纳米颗粒                    高电导率                                 [67-70]
             离子基导电水凝胶            聚酸性单体、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基 高电导率                                           [71-75]
                                          +
                                             +
                                                      
                                                 +
                                 丙磺酸、Li 、H 、Na 、OH 等


                 利用导电水凝胶优异的物理化学性质，各种导                          示）。聚吡咯作为一种导电聚合物，赋予水凝胶较高
            电水凝胶材料及其应用的研究取得了飞速发展。                              的抗压强度和导电性。当存在弯曲、压缩或其他机
            REN 等  [28] 以氧化海藻酸钠盐、氨基化明胶和聚吡咯                     械应力时，水凝胶中 Ppy 的重叠程度会发生变化，
            为原料，通过席夫碱反应在低温下制备出一种具有                             因此可以将这种水凝胶用作机械传感器，可以检测
            良好生物相容性的自修复导电水凝胶（如图 3 所                            手指的运动。这种具有良好柔韧性的自修复导电水
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