1.2水凝胶的合成方法


水凝胶的亲水聚合物链通过化学或物理交联法构成三维网络结构，可充分吸水并维持3D层次结构。物理交联法主要是通过非共价键作用形成聚合物，具有一定的可逆性，主要包括自组装法、冷冻-解冻法等。化学交联法是通过共价键作用交联形成聚合物，具有不可逆性，主要包括化学引发自由基聚合法、光引发自由基聚合法和高能辐射法等。表1为水凝胶的主要合成方法。

表1水凝胶的合成方法


1.2.1自组装法


自组装法是分子间通过非共价键自发连接而形成聚合物的一种方法。通过自组装法得到的水凝胶具有优异的机械性能和良好的生物相容性，在植入体内后，不易引起人体组织的免疫排斥反应。Wang等采用自组装法制备了应变-硬化的超分子水凝胶，通过凝胶剂和磷脂的自组装，构建了应变-硬化水凝胶网络，其结构和力学性能近似于生物组织，该工作推进了仿生材料的发展。


1.2.2冷冻-解冻法


冷冻-解冻法是通过高分子链在冷冻和解冻的过程中形成物理交联点，以此形成三维网络结构，从而形成水凝胶的一种方法。庹超[18]采用聚乙烯醇和聚丙烯酸通过循环冷冻-解冻的方法制备了复合水凝胶，其力学性能和吸水倍率明显提高，并且水凝胶的抗压缩性能要比未经冷冻-解冻处理的水凝胶好。Liu等采用两步自由基聚合法，先在-20℃下进行冷冻聚合形成三维冰晶骨架，再在4℃下进行解冻聚合形成互连的多孔微结构，合成具有优良性能的聚异丙基丙烯酰胺（Poly(N-isopropylacrylamide，PNIPAM）水凝胶（如图1）。该水凝胶具有良好的热响应性能和溶胀性能，制作成本低、合成时间短。


1.2.3化学引发自由基聚合法


化学引发自由基聚合法是通过引发剂分解产生自由基，引发单体聚合形成聚合物链，并在交联剂作用下使聚合物链交联形成三维网络结构，从而合成水凝胶的一种方法。其中交联剂的用量可以调节水凝胶的溶胀性能。陆升等用戊二醛做交联剂，将纳纤化纤维素与聚乙烯醇通过化学交联，制备了一种复合水凝胶，该复合水凝胶吸附性良好，且具有优异的机械强度。因制备过程中需要加入交联剂或引发剂，可能会产生生物毒性。因此，选用无毒或低毒的交联剂，也是该方法未来的发展趋势。

图1冷冻-解冻法合成水凝胶工艺示意图


1.2.4光引发自由基聚合法


光引发自由基聚合法是指在紫外光或可见光的照射下，光引发剂吸收光源能量形成自由基后攻击预聚物上的活性基团，使受攻击的活性基团之间发生化学反应进行聚合交联而形成三维网络结构水凝胶的过程。与其他方法相比，该方法具有制备条件温和、生物相容性好、交联可控和副产物少等优点。Karabulut等用2,2-二羟甲基丙酸（2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone，DMPA）为引发剂，采用自由基光聚合技术将丙烯酰化的胆汁酸和甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯（Methoxy poly(ethylene glycol)monomethacrylate，MPEGMA）进行交联反应，制备了胆汁酸基水凝胶（如图2）。研究表明，该水凝胶具有良好的稳定性、溶胀性能和生物相容性，可用于药物传递。

图2光引发自由基聚合法合成胆汁酸水凝胶的路线


1.2.5高能辐射聚合法


高能辐射聚合法是指通过γ射线或电子束辐射引发聚合物电离与激发，促使链状高分子聚合物交联形成三维网络结构水凝胶的方法。高能辐射聚合法制备过程可在温和的条件下进行，不使用交联剂，制备的产品安全纯净。Bustamante-Torres等用丙烯酸和琼脂在γ射线辐射聚合下制备出了高度交联的水凝胶。该水凝胶表现出优异的机械性能和良好的吸水性，用于局部抗菌药物释放。Dohi等通过电子束辐射聚丙烯酸钠水溶液，制备出了具有梯度交联结构的水凝胶，并研究了电子束辐射剂量和引发剂浓度对水凝胶形成的影响。研究结果发现，水凝胶的形成与所用引发剂的类型和浓度无关，在高剂量辐射条件下，即使没有引发剂，也可合成水凝胶，且水凝胶的交联密度随电子束辐射剂量的增加而降低。