文章主要内容

       两性离子聚合物水凝胶因其独特的水化能力与离子传输性能而备受关注。近日，浙江工业大学材料学院郑司雨、杨晋涛教授团队系统综述了高韧性两性离子聚合物水凝胶的研究进展。文章针对该类水凝胶在力学性能方面的不足，分析了两性离子单元结构与其分子间作用的关系，从杂化体系与纯两性离子聚合物体系两个角度，系统地探讨了高韧性两性离子聚合物水凝胶单体结构和聚合物网络结构的设计思路，并对该领域未来的发展方向进行展望。

文章背景

       两性离子聚合物水凝胶是一类在重复单元中同时含有等量正、负电荷基团的功能材料，其独特的分子结构赋予该材料优异的生物相容性、抗蛋白吸附性和离子传导能力，在生物与柔性电子领域应用前景广阔。尽管传统水凝胶增韧方法已较为成熟，但这些策略在两性离子体系中效果有限。究其原因，增韧大多依赖于构建牺牲键或缠结结构，需以一定强度的分子间作用为基础；但两性离子聚合物的强静电水合会使聚合物链被水“包裹”，不仅阻隔链间作用，也削弱其与其它组分间的作用，限制了韧性提升。因此，发展针对两性离子聚合物水凝胶的增韧策略十分关键。

文章概述

       本篇综述首先介绍了常见的两性离子单体的结构及其特征(图1)，系统地阐述了两性离子基团单元结构与其分子间作用的关系。具体来说，本文从两性离子-水分子、两性离子-两性离子和两性离子-盐离子三种分子间作用力展开，剖析了两性离子基团中阴/阳离子基团化学结构、阴-阳离子基团间距、基团内其它单元结构以及温度等因素对上述三组分子间作用力的影响规律。

图1 常见的商品化烯烃类两性离子单体

随后，综述从杂化体系与纯两性离子聚合物体系两个角度，系统归纳总结了近年来在高韧性两性离子聚合物水凝胶方面的研究进展：

1）高韧性两性离子聚合物杂化水凝胶：从聚合物网络复合策略、与氢键型单体共聚策略、与小分子化合物复合策略、纳米/微米填料复合策略等方面探讨了两性离子聚合物杂化体系水凝胶的增韧策略(图2)。通过结合纳米黏土、CNCs、金属离子、氢键单体等具有强相互作用能力的物质，可以在两性离子聚合物凝胶体系中形成额外的物理作用，提升水凝胶的韧性。但这些物质通常是非两性离子型，其添加量上升会不可避免地降低体系中两性离子基团的含量，从而削弱两性离子聚合物水凝胶的优良特性。

图2 (a) 基于PCDME和PAMPS构建两性离子杂化水凝胶，基于PCDME/PAMPS比例连续调控聚合物网络形态; (b) 基于PVA、PSBMA和H₂SO₄构建高韧性两性离子杂化水凝胶，相关水凝胶的拉伸曲线及力学参数。

2）高韧性纯两性离子聚合物水凝胶：从互穿网络结构策略、单体分子结构设计策略、缠结结构策略等角度探讨了纯两性离子聚合物体系水凝胶的增韧策略。在单体结构层面，在两性离子单元中引入三氮唑、咪唑鎓、甘氨酰胺、氨基甲酸酯键、酰胺基脲基团等结构能促使聚合物网络形成额外的氢键或π-π作用，提升水凝胶的能量耗散(图3)。在网络结构层面，可通过构建互穿网络或高度缠结的网络结构来实现两性离子聚合物水凝胶的增韧。基于不同网络结构构建的高韧性两性离子聚合物水凝胶力学行为往往不同。具有互穿网络结构的两性离子水凝胶通常显示出高韧性、高滞后的特征，而具有高度缠结网络结构的水凝胶通常显示出高韧性、低模量、低滞后的特征。

图3 (a) 基于含“苯环-亚甲基-咪唑鎓盐”结构的新型两性离子单体VBIPS所构建的水凝胶，相关的凝胶网络机构、相分离结构、拉伸曲线及断裂韧性。(b) 基于氨基甲酸酯键结构的新型两性离子单体CBUTA所构建的两性离子聚合物水凝胶及其网络结构示意图。(c) 基于含酰基氨基脲结构的新型两性离子单体ACBMA所构建的两性离子聚合物水凝胶及其网络结构示意图。

尽管两性离子聚合物水凝胶的增韧研究已取得一定进展，但该领域仍有若干关键问题亟待解决。首先，现有体系的力学行为多样性仍然不足，尤其在兼具高模量、高强度与高韧性的玻璃态两性离子水凝胶方面尚属空白，限制了其在人工关节等特殊领域的应用潜力。其次，目前大多数高韧性两性离子水凝胶仍依赖共价交联结构，使其后续的加工与成型面临挑战。展望未来，有必要着力开发具有优异韧性的纯物理交联型两性离子聚合物水凝胶，或针对现有体系发展配套的3D打印技术，以实现高韧性两性离子水凝胶的高精度、可控制备与定制化成型。

本文为“高分子水凝胶”专题特约综述，发表在《高分子通报》2026年第1期，欢迎关注阅读~

引用本文

刘冰洁 , 许晨 , 唐悦蔓 , 郑司雨 , 杨晋涛. 高韧性两性离子聚合物水凝胶研究进展 . 高分子通报 , doi: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.249Citation: Liu, B. J.; Xu, C.; Tang, Y. M.; Zheng, S. Y.; Yang, J. T. Recent progress in the design of toughpolyzwitterionic hydrogels. Polym. Bull. (in Chinese), doi: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.249