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文献综述
凝胶是具有三维交联结构的聚合物网络,其交联结构既可由化学键(如共价键、离子键)提供,也可由物理键(如:氢键、范德华力、疏水作用等)提供,或者是多种作用力协同的结合体。
据凝胶高分子网络中所含液体的不同,有水凝胶和有机凝胶之分,在以水为介质的环境下能够吸收大量水分而溶胀,而且在溶胀平衡后依旧能够保持其原有结构而不被溶解的凝胶称之为水凝胶。
水凝胶由于其高含水量(通常含水量大于其总质量的50%),故在与血液、体液、人体组织相接触时表现出良好的生物相容性,类似于一些生物体的组织,小分子的物质能在其中渗透扩散,可以作为优良的生物医用材料得到广泛应用,尤其在组织工程、药物释放等相关领域。
人体中的一些软组织(如肌腱、半月板软骨、韧带等)也是由凝胶物质构成的,这种凝胶一方面具有较好的力学强度如柔韧、坚韧、抗冲击等优良特点,另一方面,凝胶能够允许新陈代谢,吸收营养物质和排泄废物。
生物体软组织作为一种宏观上的水凝胶,其结构上的复合性、有序性、多层次性、和自组合性,这些年来得到了研究者非常大的关注。
但是,人体内的生物软组织也存在着相关的问题:当软组织受到损伤,它们将很难进行自我的修复,因此,如果能制备出与人体软组织力学性能接近且具有良好生物相容性和特定生物功能的软组织类似材料,将会是一种非常好的替代物。
另外,因为聚合物水凝胶因为存在着特殊的分子链的结构,相应地,水凝胶能够对外界的相关的刺激(如光、温度、pH、特殊离子、电场等)产生相应的应答,使得水凝胶的化学性质或物理结构发生变化,赋予了水凝胶更多特定的功能性,但是,水凝胶作为生物组织材料存在一定的缺陷,因为水凝胶本身含有较高的含水量使得其机械性能一般较差,限制了水凝胶作为相关生物材料的应用,尤其是力学器件。
传统的水凝胶一般力学强度较低,比较一致的观点认为,高分子链的密度相对较低以及链间较小的摩擦作用,即交联点的分布是无序性且链节的长度也是不均一的,以及在制备水凝胶的过程中非均相等因素都是造成水凝胶机械性能不如人意的主要原因。
1 水凝胶的分类 1.1智能水凝胶智能型水凝胶是一种可以进行传感、处理并且具有执行功能的高分子材料,作为一种新型的智能材料,在诸多领域有着重要的用途。
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