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水凝胶材料的结构特性与多功能应用研究2025-07-14 08:36:18

水凝胶是由富含亲水基团的高分子链交联形成的独特三维网络结构凝胶,具有优异的亲水性、较大的比表面积以及出色的弹性、拉伸性、界面黏性、自愈合性和生物相容性,在传感器、生物医疗、复合材料等领域被广泛应用。然而,传统水凝胶存在力学性能不足和稳定性差等问题,在环境刺激下容易发生结构破坏,导致性能下降,限制了其应用范围。通过引入导电聚合物、碳材料或离子导电材料等导电成分制备的自愈合可注射水凝胶,被赋予导电特性,能够对外界刺激作出响应,具有自行修复损伤,并可通过注射方式便携应用。

水凝胶的自愈合性能依赖于材料内部的相互作用,主要包括动态化学键和非共价相互作用。其中,动态化学键,如Schiff碱反应形成的键,能够在受力时发生可逆断裂与重组;非共价相互作用,包括离子键、氢键、聚合物-纳米材料相互作用、主客体相互作用及疏水相互作用等,能够在材料受到外力破坏时驱动分子链重新排列,自发修复损伤,恢复材料的完整性和性能。
 
水凝胶的可注射性保证其在流体状态下精准注入指定位置,并在原位快速成型。为了实现这一特性,水凝胶在分子设计中引入了动态化学键,如腙键、席夫碱键、二硫键、Diels-Alder可逆共价键等,这些键能够在红外辐射、紫外照射、温度、pH或剪切力等特定条件下发生断裂和重构,从而实现溶胶-凝胶状态的转化,且动态化学键的能量为1~100kJ。综合上述独特性能的导电自愈合可注射水凝胶不仅能够为细胞生长提供适宜的微环境,还能促进组织再生与修复。
 
出自《导电自愈合可注射水凝胶对神经肌肉组织修复的研究进展》 作者:杨宽,李月,姚博星.