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1、第一部分第一部分 水凝胶简介水凝胶简介1课堂使用提纲提纲Crosslinked PolymerHydrogel SynthesisExpansion of a Hydrogel structureSwelling Forces in Hydrogels Swelling MechanismWater in HydrogelsHydrogels PropertiesHydrogels CharacterizationSummary2课堂使用Crosslinked PolymerCrosslinked Polymers举例接触镜Poly(methyl methacrylate) and poly(
2、hydroxyethyl methacrylate) are crosslinked with ethylene glycol dimethacrylate3课堂使用Hydrogel synthesisWhile hydrogels are generally prepared based on hydrophilic monomers, hydrophobic monomers are sometimes used in hydrogels preparation in order to regulate the properties for specific applications.In
3、 general, the three integral parts of the hydrogels synthesis are monomer, initiator, and crosslinker. Sometimes, diluent are needed.The hydrogels properties can be modulated by varying the synthetic factors, such as reaction vessel, reaction time, reaction temperature, monomer type, type of crossli
4、nker, crosslinker-to-monomer ratio, monomer concentration, and type and amount of initiator4课堂使用除单体制备水凝胶之外的其他合成方法除单体制备水凝胶之外的其他合成方法原理：水凝胶结构的扩张溶胶转变为凝胶的过程通过物理作用氢键(聚乙烯醇)、离子键等 Monomers, such as N-isopropylacrylamide, that contain hydrophobic groups, in aqueous solutions, aggregate at certain temperatures
5、, displaying a hydrosol/hydrogels transition.聚丙烯酰胺与聚丙烯酸共混可形成水凝胶，原因是两者之间的官能团相互作用。5课堂使用6课堂使用水溶胶高分子可能与金属离子相互作用形成凝胶天然水溶性高分子如海藻酸、壳聚糖可分别与钙离子、磷酸根形成水凝胶聚阳离子电解质与聚阴离子电解质相互作用也可形成水凝胶，如海藻酸COOH与壳聚糖NH2相互作用可形成水凝胶高分子链的聚合是另外一种水凝胶的制备方法例如：琼脂与明胶随着温度的改变存在溶胶-凝胶转变。7课堂使用Swelling Forces in Hydrogels两类力的平衡静电排斥+高分子与水的作用力+离子电荷的渗
6、透作用=弹性力8课堂使用水凝胶可以分为非离子型、离子型(阳离子型、阴离子型、两性离子型)与亲水性骨架上修饰疏水基团型非离子型水凝胶,如聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯(聚环氧乙烷)，仅仅存在高分子-水相互作用阳离子型水凝胶在低pH下更易溶胀阴离子型水凝胶在高pH下更易溶胀两性离子型水凝胶在等电点位置不易溶胀对于亲水性骨架上修饰疏水基团的高分子材料，其亲水作用与疏水作用在不同温度下作用不同，因此，在一定温度下这类高分子材料可以形成凝胶。9课堂使用不同种类水凝胶结构不同种类水凝胶结构10课堂使用有时仅仅一种类型的水凝胶是不能满足需要的，因此需多种水凝胶共混形成合金，例如溶胀性强的水凝胶力学性能差，可以添
7、加力学性能好，但溶胀性差的高分子改性。11课堂使用Swelling mechanism水凝胶的吸水性能与许多因素有关：network parameters, nature of the solution, hydrogel structures(porous or poreless) & drying techniques最重要的一个影响因素是交联密度，即交联剂的有效浓度。水进入高分子体系中的过程为两步，第一步:溶剂进入高分子体系中；第二步：高分子链段的运动对于交联密度高的高分子凝胶，溶剂的扩散是第一步的，也是最主要的。In other words, a highly crosslinked
8、hydrogels behaves like a metal mesh which allows a constant amount of water to continuously pass.12课堂使用water in hydrogels水凝胶体系中四种类型的水最外层自由水，在温和条件下最易被除去间隙水不能与凝胶的网状结构相结合，但是与分子链有物理作用束缚水通过水化作用直接结合在分子链表面，是直接构成凝胶的一部分，只有在高温下才能消除半结合水性能介于束缚水和自由水之间其他层级的水作为水凝胶自身的一部分，但由于他们远离官能团或电荷中心，结合力较弱13课堂使用水凝胶的表征手段水凝胶的表征手段物
9、理结构中不带有气孔的水凝胶为两相，即高分子固体与水；而带有气孔的水凝胶为三相：高分子固体，水，空气每种相结构都对水凝胶的物理性能有影响，如密度、折射率、机械性能。气体对力学强度有负面影响，然而，如果气孔之间彼此相连则水凝胶有利于水的吸收。可形成超吸水性水凝胶（气体含量有30%）。14课堂使用结构表征：FTIR-共聚程度NMR-接枝过程物理结构中不带有气孔的水凝胶为两相，即高分子固体与水；而带有气孔的水凝胶为三相：高分子固体，水，空气每种相结构都对水凝胶的物理性能有影响，如密度、折射率、机械性能。气体对力学强度有负面影响，然而，如果气孔之间彼此相连则水凝胶有利于水的吸收。可形成超吸水性水凝胶（气
10、体含量有30%）。孔隙率、气孔尺寸、尺寸分布对水凝胶的溶胀、力学性能有重要影响。SEM15课堂使用机械性能凝胶的力学稳定性是重要的指标交联密度升高，水凝胶机械性能良好，但是牺牲了吸水性能交联可以分为均相交联与表面交联两种类型均相交联：交联剂能够溶于单体中（bulk-crosslink）表面交联：常在水凝胶形成后或形成过程中，溶解于水溶液中的交联(surface-crosslink)一般的在溶胀状态下，高密度交联的水凝胶中bulk-crosslink显示出脆性，而表面交联则较为tough16课堂使用hydrogel applications17课堂使用卫生方面1.婴儿尿布2.崩解剂3.药物缓释要
11、求：适当的溶胀能力，溶胀速率快，药物适应性，安全，无毒，长久稳定，纯度高。在胃液中低pH条件下可以发挥功能。农业方面能够吸收含有化肥的液体，抗氧化剂，温度耐受，抗微生物，抗酸雨，土壤耐受性18课堂使用水凝胶材料在医药中的应用水凝胶材料在医药中的应用1.不产生血栓，可以在医药中应用2.对某种特殊的分子响应，作为生物传感器举几个例子1）聚天冬氨酸水凝胶可以代替聚丙烯酸水凝胶用于医药272）聚天冬氨酸与聚丙烯酸水凝胶合金具有pH相应，离子相应的特点，因此可以在生物领域中有相关应用283）羧甲基纤维素钠与羟乙基纤维素钠在二乙烯基砜作用下形成的合金可以用于水肿条件下的利尿剂294）高碘酸蔗糖交联的壳聚糖
12、可用作伤口敷料3019课堂使用参考文献参考文献 27. Chang CJ, Swift G (1999) Poly(aspartic acid) hydrogel. J Macromol Sci Pure Appl Chem A36(78):963970 28. Zhao Y, Kang J, Tan TW (2006) Salt-, pH- and temperature-responsive semi-interpenetrating polymer network hydrogel based on poly(aspartic acid) and poly(acrylic acid).
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14、itosansucrose as a novel full-polysaccharide superabsorbent hydrogel. J Appl Polym Sci 109(4):2648265520课堂使用在医药中的应用在医药中的应用超级崩解剂交联的CMC，PVP和starch glycolate31-33在药物缓释体系中具有连通气孔的水凝胶具有药物缓释的功效34例子在PVA体系中研究抗生素的缓释例如：京尼平交联的明胶具有好的药物缓释效果，药物分子量越高，缓释效果越差生物相容性好的水凝胶，如羟乙基纤维素，羧甲基纤维素钠，透明质酸通碳化二亚胺交联形成的生物相容性&绿色环保的水凝胶材料，
15、瓜尔胶-g-聚丙烯酸钠和硅镁石粘土组成的复合材料用于园艺和农业中。21课堂使用参考文献参考文献31. Omidian H, Park K (2008) Swelling agents and devices in oral drug delivery. J Drug Deliv Sci Technol 18(2):839332. Omidian H, Park K, Rocca JG (2007) Recent developments in superporous hydrogels. J Pharm Pharmacol 59(3): 317327 33. Omidian H, Rocca
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