作者：2017级 李西尧 化工系
指导老师：谢续明 化工系
关键词：水凝胶、梯度复合、温敏驱动
摘要
由于具有靶向性与缓释性，药物包埋与缓释材料在医学领域中的应用日趋广泛。然而，目前的多数药物包埋与缓释材料存在强度低、韧性差、外界刺激响应性不高等缺点。本项目通过制备温度响应性水凝胶材料，旨在通过共聚与梯度复合的方法，实现良好的力学性能、良好的自愈合性能与良好的温度响应性能，解决目前药物缓释材料中的不足。
研究背景
仿生梯度层状复合凝胶研究主要制备高强高韧复合多级键交联网络（MBN）水凝胶，通过梯度层状复合的方式、利用凝胶和凝胶层之间的自愈合特性，获得具有粘接、导热、导电、生物相容等表面性能的梯度复合凝胶材料。使材料既具有良好的表面功能性、同时具有高强高韧特性。
研究方法与效果
目前本项目主要在探索制备高温收缩型（可相变的）高强度水凝胶的合适条件，高温收缩型水凝胶可以实现药物包埋与缓释的功能。PNIPAM的相变是可逆的，具有高温下氢键断裂、疏水性增强、可收缩的特性；低温时水溶性好的特性，因此可用在溶胶-凝胶相转变的可控药物运载体系。实验中制备反应主要利用NIPAM（N-异丙基丙烯酰胺）和AA（丙烯酸）的共聚，同时加入一定含量的Fe3+，使得AA之间更好交联。使得这二者发生共聚反应是建立在聚丙烯酸（PAA）在一定条件下具有很强的强度与韧性但是无法相变、PNIPAM可以在30摄氏度左右（人体体温附近）发生相变但是强度不高的基础上的。水凝胶的强度主要依靠测定应力应变曲线表征，相变情况主要通过缓慢升高温度时在显微镜下观测。
目前本实验使用了在促进剂TEMED作用下的常温引发与在紫外灯照射下的光引发，可以在塑料管和薄板间制备水凝胶，均取得了不错的效果。在制备出多种不同AA和NIPAM配比的水凝胶之后，利用水凝胶自愈合特性实现梯度层状复合。在将不同配比的凝胶层状复合之后，一段时间后，待相界面消失之后可以检测其力学性能与相变能力。
由于不同温度时各层具有不同的韧性与强度、具有不同的低临界溶解温度，因此层状梯度复合凝胶可以一定程度上综合各层优良性质，并实现温敏型智能驱动。
学术价值
梯度材料在一定程度上综合了各层的优良性质。比如，由于PNIPAM的LCST（低临界溶解温度）在人体体温附近，可以作为药物包埋与缓释的良好载体，但是其粘度高、强度低、韧性差，在药物缓释方面未能得到良好应用，因此研究具备高强度的、可温控的智能水凝胶具有重要意义。
同时，梯度材料的某些性质可以在层间均匀变化。比如，每一层因相变导致的体积收缩速率是有差异的，因此在高温下可以借助这种热学性能，再结合其他方面的性能实现很多功能，诸如可以作为微型机械爪，在高温下抓取物体，在低温下释放物体。
