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  聚合物水凝膠因其優(yōu)異的吸水性和快速的水分傳輸性能而廣泛應(yīng)用于重金屬離子吸附，藥物釋放和細(xì)胞組織支架材料等。水凝膠的含水量和吸水/失水過程可以通過聚合物親疏水性以及微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來調(diào)節(jié)。如改變水凝膠交聯(lián)密度或者采用刺激響應(yīng)性親疏水轉(zhuǎn)變型聚合物能夠一定程度調(diào)控水分的滲透和傳輸行為，但是一方面過度交聯(lián)會造成相分離削弱水凝膠保水能力，另一方面刺激響應(yīng)性聚合物的親/疏水性轉(zhuǎn)變會造成不可控的水分流失。因此，這些方法仍然很難實(shí)現(xiàn)水凝膠水分吸收和釋放的連續(xù)調(diào)控。

  為了解決上述問題，近日，德國哥廷根大學(xué)Kai Zhang 教授課題組設(shè)計(jì)并制備了一種基于聚丙烯酸（帶負(fù)電荷）和層狀雙氫氧化物(水滑石)納米片（帶正電荷）以及(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化銨（帶正電荷）的雙重靜電作用交聯(lián)的溫敏性納米復(fù)合水凝膠 (圖1)。

圖1，聚電解質(zhì)和雙氫氧化物納米片復(fù)合水凝膠的制備以及復(fù)合水凝膠的形態(tài)。

  進(jìn)一步研究表明，層狀雙氫氧化物納米片的存在促進(jìn)了密實(shí)的聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成，同時實(shí)現(xiàn)了良好的保水性能（圖2）。此外令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，溫度變化可實(shí)現(xiàn)對水凝膠吸水、失水以及水分傳輸速度的連續(xù)控制。改變水凝膠周圍溫度（60°C 到4°C），水凝膠溶脹時間可以在2到45天范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。而在50%相對濕度的空氣中，失水的干燥過程可以在7到27天內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，通過迅速降低水凝膠的溫度，如從60°C降到25°C，水凝膠中一部分水被快速收縮的聚合物網(wǎng)絡(luò)擠出，而造成水凝膠內(nèi)部相分離，水凝膠的顏色由無色變?yōu)榘咨Ｔ陔S后的溶脹過程中，均勻的白色不透明區(qū)域由外至內(nèi)由于水凝膠內(nèi)部高分子網(wǎng)絡(luò)的重組又緩慢變回?zé)o色。這個緩慢的消散過程使得水凝膠內(nèi)部水分傳遞過程可視化。同時水凝膠內(nèi)溶解的水溶性分子亦可在這個過程得到可控的緩釋。因此，通過雙重靜電交聯(lián)的設(shè)計(jì)，本論文工作實(shí)現(xiàn)了水凝膠內(nèi)部水分的可調(diào)控傳輸，為開發(fā)保水性水凝膠和連續(xù)性溫控藥物傳輸系統(tǒng)開辟了新的思路。

圖2，溫度變化連續(xù)調(diào)控水凝膠的吸水/失水行為及其溫敏性質(zhì)的體現(xiàn)。

  相關(guān)成果以“Thermoresponsive Water Transportation in Dually Electrostatically Crosslinked Nanocomposite Hydrogels”為題于2019年8月21日在線發(fā)表于Macromolecule Rapid Communications， DOI: 10.1002/marc.201900317。論文第一作者為Heqin Huang博士，通訊作者為Kai Zhang教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.201900317