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  隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，智能材料因其獨(dú)特的性能而受到廣泛關(guān)注。一類智能材料是基于水凝膠，對(duì)諸如溫度、pH、光、磁等環(huán)境響應(yīng)，可用于生物醫(yī)藥、健康監(jiān)測(cè)和穿戴設(shè)備、柔性機(jī)器人、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等方面。溫敏性水凝膠作為一類重要的智能材料，尤其在生物醫(yī)學(xué)、藥物遞送系統(tǒng)、組織工程等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。

  纖維素是地球上最豐富的天然有機(jī)聚合物之一，廣泛用于造紙、紡織、食品、化工產(chǎn)品和建筑材料中。隨著對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重視度增加，探索纖維素的新用途成為科研熱點(diǎn)，特別是在醫(yī)藥領(lǐng)域：作為藥片和膠囊的賦形劑；用于藥物制劑以改善溶解性或控制釋放速率；在醫(yī)療敷藥中促進(jìn)傷口愈合。

圖1. 溫敏純纖維素水凝膠改性的三種策略

圖2. 三種溫敏纖維素水凝膠的相變機(jī)理示意圖

纖維素主鏈為溫敏部分

圖3. MC-PVA溫敏凝膠的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變機(jī)理

纖維素側(cè)鏈為溫敏部分

圖6. CNC-PNIPAM凝膠的制備

纖維素為增稠劑或穩(wěn)定劑

  纖維素僅僅作為熱響應(yīng)物質(zhì)的增稠劑或穩(wěn)定劑而存在，比如在殼聚糖/β-甘油磷酸二鈉/醋酸的凝膠體系下，可加入羥乙基纖維素作為增稠劑，可形成更加均勻和穩(wěn)定的凝膠。通過(guò)纖維素的疏水主鏈與周圍水分子的氫鍵相互作用，有效限制了系統(tǒng)內(nèi)粒子的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到增稠目的；通過(guò)防止熱響應(yīng)聚合物在溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過(guò)程中的聚集或沉淀，纖維素衍生物的存在可以在空間上阻礙聚合物鏈之間的相互作用，促進(jìn)更均勻和穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。纖維素衍生物特別是MC與HPMC可促進(jìn)體系黏度的增加，增強(qiáng)凝膠的可注射和處理性能，特別適用于需要微創(chuàng)輸送的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中。

多響應(yīng)纖維素水凝膠

圖7. HPC-PAA凝膠的相轉(zhuǎn)變過(guò)程

  盡管目前溫敏纖維素水凝膠發(fā)展出了多種體系和在生物醫(yī)療等方面具有一些應(yīng)用，但仍面臨一些挑戰(zhàn)，比如如何精確調(diào)控其溫度響應(yīng)行為和提高材料的性能以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中的需求。因此，進(jìn)一步的研究需要集中在開(kāi)發(fā)新型合成方法、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及深入理解其物理化學(xué)性質(zhì)等方面。

  原文鏈接 https://doi.org/10.1080/15583724.2025.2458305

通訊作者簡(jiǎn)介 

  曹郁：華中師范大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。2003年于北京理工大學(xué)獲材料學(xué)博士學(xué)位，2003年至2005年在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究，曾任日本學(xué)術(shù)振興會(huì)特別研究員，目前為華中師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授和學(xué)科帶頭人。主要研究領(lǐng)域包括功能高聚物、藥物傳遞系統(tǒng)及生物醫(yī)用材料、高性能纖維、納米自組裝等方面。通過(guò)分子設(shè)計(jì)合成具有生物活性或適用于不同領(lǐng)域的功能高分子，再通過(guò)材料設(shè)計(jì)、分子構(gòu)建加工/自組裝成材料，使其成為具有生物活性、生物相容性、靶向功能、緩釋/控釋功能或其它功能的新型材料或環(huán)境材料。