水凝膠（Hydrogel）是一類極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。

水凝膠分類

由于存在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，水凝膠可以溶脹和保有大量的水，水的吸收量與交聯(lián)度密切相關(guān)。交聯(lián)度越高，吸水量越低。這一特性很像一種軟組織。水凝膠中的水含量可以低到百分之幾，也可以高達(dá)99%。凝膠的聚集態(tài)既非固體也非液體。固體的行為是一定條件下可維持一定的形狀與體積，液體行為是溶質(zhì)可以從水凝膠中擴(kuò)散或滲透。

凡是水溶性或親水性的高分子，通過一定的化學(xué)交聯(lián)或物理交聯(lián)，都可以形成水凝膠。這些高分子按其來(lái)源可分為天然和合成兩大類。天然的親水性高分子包括多糖類（淀粉、纖維素、海藻酸、透明質(zhì)酸，殼聚糖等）和多肽類（膠原、聚L-賴氨酸、聚L-谷胺酸等）。合成的親水高分子包括醇、 丙烯酸及其衍生物類（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。

01物理凝膠和化學(xué)凝膠

水凝膠有各種分類方法，根據(jù)水凝膠網(wǎng)絡(luò)鍵合的不同，可分為物理凝膠和化學(xué)凝膠。物理凝膠是通過物理作用力如靜電作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成的，這種凝膠是非永1久性的，通過加熱凝膠可轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤海砸脖环Q為假凝膠或熱可逆凝膠。許多天然高分子在常溫下呈穩(wěn)定的凝膠態(tài)，如k2型角叉菜膠、瓊脂等；在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA）是一典型的例子，經(jīng)過冰凍融化處理，可得到在60℃以下穩(wěn)定的水凝膠?；瘜W(xué)凝膠是由化學(xué)鍵交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，是永1久性的，又稱為真凝膠。

02宏觀凝膠與微觀凝膠

根據(jù)水凝膠大小形狀的不同，有宏觀凝膠與微觀凝膠（微球）之分，根據(jù)形狀的不同宏觀凝膠又可分為柱狀、多孔海綿狀、纖維狀、膜狀、球狀等，制備的微球有微米級(jí)及納米級(jí)之分。

03傳統(tǒng)和環(huán)境敏感的水凝膠

根據(jù)水凝膠對(duì)外界刺激的響應(yīng)情況可分為傳統(tǒng)的水凝膠和環(huán)境敏感的水凝膠兩大類。傳統(tǒng)的水凝膠對(duì)環(huán)境的變化如溫度或pH等的變化不敏感，而環(huán)境敏感的水凝膠是指自身能感知外界環(huán)境（如溫度、pH、光、電、壓力等）微小的變化或刺激，并能產(chǎn)生相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的一類高分子凝膠。此類凝膠的突出特點(diǎn)是在對(duì)環(huán)境的響應(yīng)過程中其溶脹行為有顯著的變化，利用這種刺激響應(yīng)特性可將其用做傳感器、控釋開關(guān)等，這是1985年以來(lái)研究者最感興趣的課題之一。

04合成高分子和天然高分子水凝膠

根據(jù)合成材料的不同，水凝膠又分為合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠。天然高分子由于具有更好的生物相容性、對(duì)環(huán)境的敏感性以及豐富的來(lái)源、低廉的價(jià)格，因而正在引起越來(lái)越多學(xué)者的重視。但是天然高分子材料穩(wěn)定性較差，易降解。

水凝膠的應(yīng)用

作為一種高吸水高保水材料，水凝膠被廣泛用于多種領(lǐng)域，如：干旱地區(qū)的抗旱，在化妝品中的面膜、退熱貼、鎮(zhèn)痛貼、 農(nóng)用薄膜、建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑、石油化工中的堵水調(diào)劑，原油或成品油的脫水，在礦業(yè)中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫(yī)療中的藥物載體等等。值得注意的是，不同的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)該選用不同的高分子原料，以滿足不同的需求。

水凝膠生物相容性、生物可降解性、高吸水、保水的特性使其廣泛適用于環(huán)境工程、柔性傳感、電化學(xué)等許多領(lǐng)域，尤其是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括組織工程、藥物輸送系統(tǒng)、傷口敷料、生物傳感器、隱形眼鏡、人工細(xì)胞等，有著廣泛的應(yīng)用。

例如，水凝膠的三維結(jié)構(gòu)與許多組織的細(xì)胞外基質(zhì)類似，而在組織工程中，特定的細(xì)胞需要在合適的支架上培養(yǎng)為相應(yīng)的器官，此時(shí)的水凝膠就是一種理想的支架材料。

而在給藥體系中，可用于藥物緩釋和定點(diǎn)釋放，水凝膠可控的多孔結(jié)構(gòu)使其能夠輕松搭載多種藥物，遷移運(yùn)動(dòng)至特定部位。同時(shí)，智能水凝膠受到pH、酶等環(huán)境刺激后產(chǎn)生不同的溶脹響應(yīng)，從而以不同的速率釋放藥物。

水凝膠作為新型功能材料，具有高吸水保水性、生物相容性好、柔韌等特點(diǎn)，通過不同材料的選擇以及改性、復(fù)合等手段賦予其特定性能如自愈合性、環(huán)境響應(yīng)特性等。因此，關(guān)于水凝膠的研究數(shù)不勝數(shù)。同時(shí)水凝膠及其衍生物在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其研究?jī)r(jià)值絕不僅限于此，這也是其大火的原因。

富睿捷凍干實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)樣本：水凝膠

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簝龈伤兴?，呈海綿狀

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：Mercury系列

實(shí)驗(yàn)過程：

1.水凝膠-80℃預(yù)凍4h或液氮速凍。

2.打開凍干機(jī)預(yù)冷，將預(yù)凍好的水凝膠放置與隔板上，打開真空。

3.凍干程序?yàn)椋荷A程序-40℃~25℃，真空度2Pa，時(shí)間30h。

4.程序結(jié)束后，釋壓取出凍干好的樣品，儲(chǔ)存或者進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

預(yù)凍前：

凍干中：

凍干后：

水凝膠SEM

凍干后呈海綿狀，達(dá)到理想效果。