Page 46 - 《精细化工》2023年第11期

·2358· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

水凝胶具有性质柔软、能保持一定的形状、能吸收 成。蛋白质类水凝胶一般具有性质稳定、力学性能
大量的水、对环境敏感、来源丰富、价格低廉等优 较好、生物相容性等特点，但也存在微观结构稳定
异特点 [4-6] 。生物质基水凝胶是基于蛋白质、纤维素、 性差等不足。蛋白质类水凝胶已被应用于吸附剂 [11] 、
海藻酸盐、淀粉、壳聚糖等生物质材料制得的水凝胶， 组织支架 [12] 、药物控释载体 [13] 、生物器官模型、
具有良好的生物相容性和生物可降解性等 [7-9] 。目前， 促进土壤肥力和保水性、延长生物降解 [14] 、压阻传
已经开发出大量多功能型生物质基水凝胶，主要性 感器 [15] 、压力传感器 [16] 等领域。
能包括自愈合性、抗菌性、黏附性、导电性、紫外 1.2 纤维素类水凝胶
屏蔽效能、光学透明性能和刺激响应性能等。 纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，是通过
生物质基水凝胶因其结构和性能上的优点而被 β-D-葡萄糖残基彼此以 1,4-苷键连接而成。纤维素
广泛用于制备功能型传感器并应用于生物、应变、 普遍具有天然的亲水性、较高的韧性和强度等特点。
气体、湿度和温度等多种传感。如图 1 所示，本文 纤维素类水凝胶通常是用水溶性纤维素衍生物
简要介绍了生物质基水凝胶的不同种类和特点，并 通过化学和物理交联制得。纤维素类水凝胶一般无
详细介绍了其在传感领域的最新应用研究，旨在为 色，具有良好的光学透明度、机械强度、生物相容
相关领域的研究提供一定参考和指导。 性和环境友好性等特点，但也存在力学性能差等不
足。纤维素类水凝胶已被开发应用于组织工程 [17] 、
伤口敷料 [18] 、污染物吸附剂 [19] 、复杂伤口治疗 [20] 、
刺激肝脏再生 [21] 、柔性电子皮肤 [22] 、应变传感器 [23]
等领域。
1.3 海藻酸盐类水凝胶
海藻酸盐是由海藻酸与金属离子组成的盐类，
海藻酸盐分子是由（1→4）-β 交联的 D-甘露糖醛酸
和（1→4）-α 交联的古洛糖醛酸组成的长链聚合物。
海藻酸盐普遍具有增稠性、凝胶性和成膜性等特点。
海藻酸盐类水凝胶通常是由 G 单元上含有的羧
基、羟基与二价阳离子键合形成。海藻酸盐类水凝
胶一般具有良好的生物相容性、可降解性、吸湿保
湿性、生物再生性、生物活性等特点，但也存在过

强的吸水性、缺少细胞识别位点等不足。海藻酸盐
图 1 不同种类生物质基水凝胶及其应用 [24]
Fig. 1 Different types and applications of biomass-based 类水凝胶已被开发应用于吸附染料、皮肤再生 、
hydrogels 软组织工程 [25] 、电池电极 [26] 、有机污染物吸附剂 [27] 、
[28] [29]
湿度传感 、电化学传感 等领域。
1 生物质基水凝胶的种类 1.4 淀粉类水凝胶
淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的多糖，淀粉分
生物质基水凝胶结构性质稳定，具有良好的力 子直链部分由 α-1,4 糖苷键连接，分支处由 α-1,6 糖
学性能、生物相容性、可降解性、吸湿保湿性、生 苷键连接，且分子链上含有大量的羟基。淀粉普遍
物再生性、生物活性、形状记忆性能以及形状自适 具有流变性、凝胶性、热黏性等特点。
应性等诸多优异性能 [10] 。目前，常用的生物质基水 淀粉类水凝胶通常是由共价交联和氢键的相互
凝胶包括蛋白质类、纤维素类、海藻酸盐类、淀粉 作用而被快速制备。淀粉类水凝胶一般具有良好的
类和壳聚糖类等。 生物可降解性、生物相容性、无毒等特点，但也存
1.1 蛋白质类水凝胶 在耐水性差等不足。淀粉类水凝胶已被开发应用于
蛋白质是由氨基酸组成的高分子化合物，氨基 伤口敷料 [30] 、运动检测 [31] 、施胶剂 [32] 、药物递送装置、
酸先通过脱水缩合形成多肽，形成的多肽再通过盘曲、 太阳能驱动水蒸发器 [33] 、可穿戴电子设备 [22] 等领域。
折叠、修饰最终形成蛋白质。蛋白质普遍具有良好的 1.5 壳聚糖类水凝胶
分散性、湿润性、持水能力和凝胶作用等特点。 壳聚糖是由氨基葡萄糖分子组成的糖类。壳聚糖
蛋白质类水凝胶是蛋白质分子聚集的现象，是 分子具有规整的分子链，其结构单元中存在—NH 2 基
变性的蛋白质分子间排斥和吸引相互作用力平衡的 团。壳聚糖普遍具有生物降解性、细胞亲和性、生物
结果，网络结构是由随机的或螺旋结构的多肽链组 效应、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等特点。