自然界中存在著很多種天然水凝膠，受它們的性能啟發(fā)，科學家們研發(fā)出了各類智能水凝膠，稱之為“萬能創(chuàng)可貼”。
水凝膠材料到底是什么？其實在我們身邊有很多水凝膠家族成員，比如果凍、隱形眼鏡、退熱貼等。智能水凝膠則是一種具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的高分子聚合物材料，能快速感知環(huán)境的變化，并做出反應，是溶液態(tài)與凝膠態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，包括溫敏水凝膠、pH響應性水凝膠、光響應水凝膠等。
智能水凝膠的敏感響應特性，使其廣泛應用在醫(yī)學生物工程、環(huán)境、油田化學等多個領域。
在醫(yī)學生物領域，智能水凝膠發(fā)揮著重要作用。智能創(chuàng)傷敷藥具有良好的生物相容性及離子傳送能力，常被用來作為藥物輸送載體、醫(yī)用敷料，因其良好的親水性、穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)和良好的流動性，便于輸送藥物，用它治療特定部位的疾病，比普通藥物更具有針對性。
在人體溫度37℃環(huán)境下，利用溫度敏感性的水凝膠包裹特效藥物，水凝膠將控制藥物在創(chuàng)口釋放，達到對癥下藥的目的；用做傷口敷料的溫敏水凝膠在37℃左右會發(fā)生凝膠化，促進細胞的增殖，促進愈合，保持傷口的濕潤性，防止留疤。pH響應性水凝膠常被用來作為向胃腸道釋放蛋白和多肽類藥物的載體，從而實現(xiàn)靶向給藥的目的。
在環(huán)境建筑領域，智能水凝膠的研究備受矚目。因為水凝膠的特性，可以實現(xiàn)對金屬離子的吸附，常用來處理工業(yè)廢水、染料廢水等，吸收自身體積數(shù)百上千倍的水，具有良好的保水能力，可用于農(nóng)業(yè)灌溉、土壤保濕、農(nóng)藥緩釋劑。溫敏水凝膠可改善混凝土的抗凍融性能、機械性能、抗開裂性能，使建筑材料更加堅固。碳鋼腐蝕防護通常是采用有機涂層，存在長期防護性差的問題，而智能水凝膠作為智能涂層材料，在碳鋼材料腐蝕后pH值、電場強度等發(fā)生變化后，可表現(xiàn)出良好的自修復防腐性能，避免腐蝕性離子滲透至基體表面或內(nèi)部。
在油田化學領域，智能水凝膠的開發(fā)應用尤為關鍵。油氣田資源的長期水驅(qū)開發(fā)，現(xiàn)有的聚合物等常規(guī)調(diào)剖劑很難滿足高溫高壓地層的施工要求，在油氣藏中無法真正發(fā)揮深度調(diào)剖的作用，而智能水凝膠則具有響應性、高穩(wěn)定性和可控性等特征，以及成本低廉、環(huán)境友好、強度高及良好的運移特性等優(yōu)點。比如，溫度敏感水凝膠可實現(xiàn)在油藏開發(fā)作業(yè)中的智能可控，主要表現(xiàn)在達到特殊油藏溫度后，聚合物凝膠會發(fā)生相互作用從而發(fā)生體積膨脹或者相態(tài)轉(zhuǎn)變，滿足油氣田開發(fā)的要求。
傳統(tǒng)水凝膠在各領域有了很大的發(fā)展，然而還是存在一些缺點，比如成本較高、生物相容性欠佳，尤其性能單一，因此應用領域受限。相信不久的未來，這類智能材料將會得到飛速的發(fā)展，并改變我們的生活。
（作者系中國科協(xié)培訓和人才服務中心工程師）
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