文献综述
前言
水凝胶是一种通过物理或化学交联制得的亲水高分子聚合物网络和大量的水组合而成的一类高分子材料【1】，由于聚合物链上含有大量的亲水结构例如-OH，-COOH或-SO3H 等，使得水凝胶具有亲水性，且它在水中能够吸收大量的水分产生显著溶胀现象，并且在显著溶胀之后能够继续保持其本身原有的结构而不被溶解【2】，兼具着固体与液体的性质，是一类处于固体和液体之间的一种特殊的材料。水凝胶的柔软性和湿润度类似于生物组织，具有良好的固体力学性能和液体热力学性能，其本身的柔软性好、可塑性强、生物相容性好，除此之外，还具有良好的可降解性和灵敏的刺激性响应特征【3】。
近年来，水凝胶在医疗、健康、环保、工业、农业等领域的应用快速发展，如将水凝胶用于人造器官、干细胞培养支架、药物载体、生物电极与传感器、农林保水剂等之中。此外，水凝胶材料还可以大量应用于环保领域，如作为重金属吸收剂、废液吸收剂、土壤改良剂等，对比于原来所用的树脂材料而言，水凝胶材料对环境影响更小，而且具有可降解性，其产品使用后可以进行降解，能够更容易的进行污染物的回收利用等后续处理工作。
然而，传统的水凝胶通常由高分子链间形成化学交联或物理交联得到的，其由于交联点分布不均匀，受力后容易出现应力集中的现象，且大多都是各向同性的，硬度和强度较低。为了模拟生物软组织各向异性的性质，越来越多的科研工作者将目光投向各向异性水凝胶的制备和研究上。人工合成各向异性水凝胶的一种方法就是将某些纤维状的材料按照一定的排列顺序嵌入各向同性水凝胶中，从而赋予该材料各向异性的性质，也会相应地提高材料的强度和韧性。所以，提高水凝胶的机械强度是水凝胶研究领域的一个热点和重要课题。
例如，水凝胶在医学领域的应用，水凝胶与生物体中的许多组织(如肌肉、软骨、角膜和皮肤等)具有相似的结构，同时具有良好的生物相容性，比其他任何人工材料都更接近于活体组织，是人造替代器官的理想材料。然而，相比于生物软组织，大部分合成水凝胶的力学性能较差，在微观结构和宏观性能方面均呈各向同性，缺少有序结构，进而限制了其在医学的应用【4-5】。因此，制备具有各向异性结构的水凝胶即可解决此类问题，预测在未来会成为人造替代的理想材料。
2 各向异性水凝胶的发展概况
2.1 发展历史
各向异性水凝胶是近些年才发展起来的一个种类，是由于一般的水凝胶的机械性能不能满足于需求标准，且生物组织在微观和宏观水平下表现出各向异性，因此便有了各向异性水凝胶的产生。目前，对各向异性水凝胶性质的研究主要有磁性各向异性凝胶、力学各向异性凝胶、光学各向异性凝胶以及溶胀各向异性凝胶等。各向异性水凝胶的制备方法有定向冷冻、拉力或压缩诱导重整、强磁场诱导、自组装等，在这些方式中，自组装与预拉伸是最常用的制备各向异性水凝胶的方法，相对于自组装而言，预拉伸制备出来的水凝胶具有各向异性结构并且表现出力学各向异性。
国内外相关研究
目前，对于各向异性水凝胶的研究主要是以不同的单体为原料通过何种制备方法制备而成的各向异性水凝胶，如定向冷冻、拉力或压缩诱导重整、自组装等制备方法，由于不同的制备方法而影响各向异性水凝胶的强度、韧性、硬度等机械性能。
经过漫长时间的研究，目前水凝胶的种类已经非常丰富了。总的来说，形成水凝胶的聚合物材料必须包含以下两个条件：分子主链或侧链上含有亲水性基团和能形成交联网络。水凝胶的制备原料可以是单体、聚合物和共混聚合物，总之对水凝胶的分类可以有以下几种方式，根据制备原料的不同可以将水凝胶分为如下三类：单体聚合交联法、聚合物交联法和接枝共混法。
单体交联制备水凝胶的方法是指由一种或多种单体通过化学引发、光引发或氧化还原交联聚合的方式制备而成，对于聚合反应的单体有亲水性的酸性、碱性或中性三种类型。常用的酸性单体包含丙烯酸类、甲基丙磺酸类单体等；碱性单体包含甲基丙烯酸氨、氨基硅氧烷等；中性单体包含丙烯酰胺的衍生物、乙二醇、丙烯酸的衍生物等。俞洁等【6】人以聚乙二醇、丙烯酸、丙烯酰胺为主要单体通过加入少量交联剂制备了聚乙二醇/丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶。研究表明所形成的水凝胶有 pH敏感性，有望成为燃料废水的吸附脱色研究。
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