Page 20 - 《精细化工》2020年第2期
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·222· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
凝胶为在可修复电路、软传感器和生物兼容设备中 可穿戴设备等）领域中的潜在应用。吴天一等 [77] 通
的潜在应用奠定了基础。ZHU 等 [76] 通过引入 PVA 过明胶-聚苯胺接枝共聚物来制备具有良好生物相
和矿化纳米羟基磷灰石(nHAP)制备了一种具有良 容性和降解性的导电水凝胶，这一研究作为支架材
好生物相容性、抗疲劳性和导电性的矿物质 PVA- 料在组织工程修复中具有很大的应用前景。然而，
明胶-nHAP 双网络水凝胶（PGHAP），并基于这些 导电水凝胶还需要进一步的发展以克服目前的局限
独特的性能设计了一种具有高压力灵敏度和稳定性 性和缺陷(如在效率和灵敏度方面的性能较低)。因
的水凝胶电容式压力传感器，这一工作极大地促进 此，设计高导电性、耐高温和力学性能稳定的导电
了水凝胶材料在生物医学设备（如人体运动检测和 水凝胶仍然是目前的一大挑战。
图 3 基于希夫碱反应的聚吡咯/海藻酸钠-明胶水凝胶交联过程示意图 [28]
Fig. 3 Schematic illustration of polypyrrole/sodium alginate-gelatin hydrogel and its cross-linking process based on Schiff base
reaction [28]
2.5 抗冻型明胶基水凝胶 凝胶在低温下结冰 [80] 。
传统水凝胶在零度以下由于溶剂被冻结而不可 甘油作为一种无毒、高黏度的有机溶剂，可以
避免地失去原有的自修复性、透明度、导电性和可 与水以任意比例互溶，可以将混合溶剂的凝固点降
拉伸性，从而阻碍了其在低温下的实际应用 [78] 。大 至–46.5 ℃。甘油作为众所周知的无毒抗冻剂，将其
多数传统的水凝胶都不能抵抗过热或过冷的环境， 引入水凝胶中是一个可防止水损失的可行方法，它
高温会使水凝胶变得干燥，而低温会使水凝胶冻结， 与水分子形成强大的氢键，与水分子中的氢键竞争，
大大降低了导电水凝胶的离子运输能力和导电率， 并在低温下破坏冰晶的形成，阻止高温下水的蒸发。
[2]
使水凝胶变得刚性易碎。即使在自然环境条件下， QIN 等 通过将明胶初始形成的水凝胶浸泡在柠檬
水凝胶也会因为水分蒸发而变干变硬，这严重削弱 酸(Cit)的水/甘油混合溶液中（如图 4 所示），制备
了水凝胶的柔韧性和可拉伸性，大大降低了水凝胶 了一种具有多种用途的抗冻高强度超分子有机水凝
的稳定性和长期使用性。因此，有 3 种主要策略通 胶。甘油的加入能降低水的蒸汽压，并通过与水分
过减少水分子内的氢键来解决该问题 [79] 。第一种方 子形成强氢键，有效地阻止水分子从水/甘油二元溶
法是引入聚电解质或两性离子聚合物以构建防冻水 剂中蒸发，增强了超分子有机水凝胶的长期稳定性。
凝胶。另外两种是将多元醇（乙二醇、甘油、山梨 图 5 为水凝胶的抗干燥性能图，从图 5a 可以看出，
糖醇或它们的混合物）或将离子/两性离子掺入水凝 水凝胶在 20 ℃、50%的湿度下储存一周或在真空中
胶的分散介质中。其中，水-有机溶剂体系作为多元 冷冻干燥（–55 ℃，真空度＜10 Pa)1 d，水凝胶会变
醇掺入水凝胶中，被证明是最简单有效的。这一体 干变硬，发生了严重的机械变形；而有机水凝胶〔m
系是将二甲基亚砜(DMSO)、乙二醇、甘油等混合溶 （水）∶m（甘油）=1∶2〕在上述条件下仍能保持
剂与水或油水混合物混合通过降低凝固点来避免水 良好的柔韧性和透明性。图 5b 为不同质量比〔m
