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Laponite/聚合物纳米复合水凝胶
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水凝胶是交联的具有三维网络结构的高分子[1]，由于其交联网络能吸收大量溶剂，高分子水凝胶一般有两个致命的弱点：强度与韧性低和响应速率慢[2]。近几年来，人们为了提高强度而研究合成下列新型水凝胶：纳米复合水凝胶[3]、双重网络水凝胶[4]、拓扑水凝胶[5]等，其中纳米复合水凝胶由于具有制备方法简单等特点引起了广泛的关注。
纳米复合水凝胶是采用Laponite纳米粒子和丙烯酰胺类单体在水中分散均匀，加入引发剂和促进剂通过原位自由基聚合而成。相对于传统化学交联水凝胶，其拉伸强度提高了10倍；断裂伸长率提高了50倍，达到1300%；韧性好，打结后拉伸也不断裂；同时具有良好透明性[3]。
Laponite 是一种人工合成锂藻土，结构与天然蒙脱石类似，为2:1层状硅酸盐结构，在镁氧八面体的两边各有一个共用氧原子的硅氧四面体，其中部分二价的镁原子被一价锂原子置换，使粒子表面带有永久负电荷[6]。纳米复合水凝胶合成过程中，单体先被吸附在Laponite表面上，并聚合形成高分子链，最终通过Laponite物理交联的作用而形成了独特三维网络结构[7]。
智能水凝胶是指在外界环境如温度、pH值、电场强度等发生变化时，水凝胶的形状、力学、光学、识别性能随着发生改变。通过改变纳米复合水凝胶中参加反应的单体，可以合成具有不同响应的智能水凝胶。比如具有温度响应性的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）纳米复合水凝胶[3]；具有pH响应性的丙烯酸钠（SA）水凝胶 [8]；而有研究则引入甲基丙烯酸钠（SMA）单体与NIPAm单体共聚，合成了具有温度和pH双重响应性水凝胶[9]。人们也把互穿网络（IPN）机理应用到纳米复合水凝胶中，比如在PNIPAm纳米复合水凝胶引入海藻酸钠大分子链，在保持了其温敏性同时由于海藻酸钠的亲水性提高了水凝胶溶胀度以及加快溶胀速率[10]。同时，除了采用传统引发剂引发聚合外，纳米复合水凝胶也可以通过紫外光照射引发聚合[11-12]。
进一步深入的研究，人们发现了纳米复合水凝胶更多功能，比如细胞培养以及脱附[13]、对阳离子染料的吸收[14]、对胎牛血清（BSA）的控制释放[15]等等，这也在一定程度上说明了其具有广阔的发展前景。
纳米复合水凝胶未来发展，笔者认为主要通过各种分析测试技术，进一步研究水凝胶的机理并更好揭示其网络结构；在此基础上改进反应条件以及物质，使水凝胶具有更好的响应性能；并使其以合适形式投入实际应用特别是在生物医药方面。
参考文献：
1．顾雪蓉，凝胶化学[M]. 化学工业出版社. 2005:1
2．Xiong, L.J., et al. Progress in Chemistry, 2008. 20(4): 464-468.
3．Haraguchi, K. and T. Takehisa, Advanced Materials, 2002. 14(16): 1120-1124.
4．Gong, J. P. and Y. Katsuyama. Advanced Materials, 2003. 15(14): 1155.
5．Okumura, Y. and K. Ito, Advanced Materials,2003. 13(7): 485.
6．Herrera, N.N., et al. Langmuir, 2004. 20(5): 1564-1571.
7．Haraguchi, K., et al.Macromolecules, 2005. 38(8): 3482-3490.
8．Xiong, L.J., et al. Macromolecules, 2009. 42(11): 3811-3817.
9．Hu, X.B., et al. Polymer, 2009. 50(8): 1933-1938.
10.代旭明, 刘鑫, 马敬红 化工进展, 2009.28（4）：661-664.
11.Haraguchi, K. and T. Takada. Macromolecules, 2010. 43(9): 4294-4299.
12.Zhu, M. N., Xiong, L. J. et al. Reactive & Functional Polymers, 2010. 70(5): 267-271.
13.Haraguchi, K., T. Takehisa, and M. Ebato. Biomacromolecules, 2006. 7(11): 3267-3275.
14.Li, P., Siddaramaiah, et al. Journal of Applied Polymer Science, 2009. 111(4): 1786-1798.
15.Li, B. A., Y. M. Jiang, et al. Journal of Polymer Science Part B-Polymer Physics, 2009. 47(1): 96-106.
https://blog.sciencenet.cn/blog-396210-404236.html
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纳米复合水凝胶是采用Laponite纳米粒子和丙烯酰胺类单体在水中分散均匀，加入引发剂和促进剂通过原位自由基聚合而成。相对于传统化学交联水凝胶，其拉伸强度提高了10倍；断裂伸长率提高了50倍，达到1300%；韧性好，打结后拉伸也不断裂；同时具有良好透明性[3]。
Laponite 是一种人工合成锂藻土，结构与天然蒙脱石类似，为2:1层状硅酸盐结构，在镁氧八面体的两边各有一个共用氧原子的硅氧四面体，其中部分二价的镁原子被一价锂原子置换，使粒子表面带有永久负电荷[6]。纳米复合水凝胶合成过程中，单体先被吸附在Laponite表面上，并聚合形成高分子链，最终通过Laponite物理交联的作用而形成了独特三维网络结构[7]。
智能水凝胶是指在外界环境如温度、pH值、电场强度等发生变化时，水凝胶的形状、力学、光学、识别性能随着发生改变。通过改变纳米复合水凝胶中参加反应的单体，可以合成具有不同响应的智能水凝胶。比如具有温度响应性的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）纳米复合水凝胶[3]；具有pH响应性的丙烯酸钠（SA）水凝胶 [8]；而有研究则引入甲基丙烯酸钠（SMA）单体与NIPAm单体共聚，合成了具有温度和pH双重响应性水凝胶[9]。人们也把互穿网络（IPN）机理应用到纳米复合水凝胶中，比如在PNIPAm纳米复合水凝胶引入海藻酸钠大分子链，在保持了其温敏性同时由于海藻酸钠的亲水性提高了水凝胶溶胀度以及加快溶胀速率[10]。同时，除了采用传统引发剂引发聚合外，纳米复合水凝胶也可以通过紫外光照射引发聚合[11-12]。
进一步深入的研究，人们发现了纳米复合水凝胶更多功能，比如细胞培养以及脱附[13]、对阳离子染料的吸收[14]、对胎牛血清（BSA）的控制释放[15]等等，这也在一定程度上说明了其具有广阔的发展前景。
纳米复合水凝胶未来发展，笔者认为主要通过各种分析测试技术，进一步研究水凝胶的机理并更好揭示其网络结构；在此基础上改进反应条件以及物质，使水凝胶具有更好的响应性能；并使其以合适形式投入实际应用特别是在生物医药方面。
参考文献：
1．顾雪蓉，凝胶化学[M]. 化学工业出版社. 2005:1
2．Xiong, L.J., et al. Progress in Chemistry, 2008. 20(4): 464-468.
3．Haraguchi, K. and T. Takehisa, Advanced Materials, 2002. 14(16): 1120-1124.
4．Gong, J. P. and Y. Katsuyama. Advanced Materials, 2003. 15(14): 1155.
5．Okumura, Y. and K. Ito, Advanced Materials,2003. 13(7): 485.
6．Herrera, N.N., et al. Langmuir, 2004. 20(5): 1564-1571.
7．Haraguchi, K., et al.Macromolecules, 2005. 38(8): 3482-3490.
8．Xiong, L.J., et al. Macromolecules, 2009. 42(11): 3811-3817.
9．Hu, X.B., et al. Polymer, 2009. 50(8): 1933-1938.
10.代旭明, 刘鑫, 马敬红 化工进展, 2009.28（4）：661-664.
11.Haraguchi, K. and T. Takada. Macromolecules, 2010. 43(9): 4294-4299.
12.Zhu, M. N., Xiong, L. J. et al. Reactive & Functional Polymers, 2010. 70(5): 267-271.
13.Haraguchi, K., T. Takehisa, and M. Ebato. Biomacromolecules, 2006. 7(11): 3267-3275.
14.Li, P., Siddaramaiah, et al. Journal of Applied Polymer Science, 2009. 111(4): 1786-1798.
15.Li, B. A., Y. M. Jiang, et al. Journal of Polymer Science Part B-Polymer Physics, 2009. 47(1): 96-106.
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