中国粉体网讯 北京2022年冬奥会已经开幕，冰雪运动的热度也在持续升温。当年我国提出的“三亿人上冰雪”的愿景，已走向现实。
近日，在中国科技馆，北京理工大学宇航学院教授张凯团队制备的凝胶冰雪冰板在“科技冬奥”主题展上亮相。凝胶冰雪，这种新型材料，最大的特点，就是“永不融化”。
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其实，常温状态下的凝胶冰雪，是一种水凝胶材料。不融化的奥秘藏在一种亲水的高聚物网络中。这种网络的设计、制备都大有讲究。在没有高聚物网络时，升温后，冰晶会融化成水；但加入高聚物网络后，融化后的水，也被牢牢锁在网格之中，无法逃脱。这样一来，即使升温，水凝胶依然能保持形状的完整——它介于液体和固体之间。“水凝胶是一种很有潜力的材料，未来在很多领域都能大显身手。”张凯说。不过，将水凝胶和冰雪结合，在世界范围内，还是首创。
一、什么是水凝胶？
水凝胶是由凝胶单体通过化学或物理交联的方式形成的具有亲水性网状结构的聚合物，是一种高吸水、高保水、质地柔软、类似于生物体组织的材料。
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二、水凝胶分类
水凝胶的分类方法很多。
依据水凝胶材料的来源不同，可将水凝胶分为天然高分子水凝胶和合成高分子水凝胶两类。
依据水凝胶的组分构成，可将水凝胶分为，单组份高分子水凝胶，双组份高分子水凝胶和多组分高分子水凝胶。
按照水凝胶的结构和化学组成可将水凝胶分为无定形态（非结晶）的水凝胶，半结晶的水凝胶和结晶水凝胶。
依据水凝胶的交联类型可将水凝胶分为两类，即物理交联和化学交联。
依据凝胶网络所带电荷不同，可将水凝胶分为非离子水凝胶，离子水凝胶（包括阴离子和阳离子），含有酸性基团和碱性基团的两性电解质水凝胶，以及在每个结构单元中同时含有羧基和氨基的两性离子水凝胶。
根据水凝胶的尺寸，可将水凝胶分为：体型水凝胶、多孔水凝胶、微凝胶、纳米凝胶等。
三、水凝胶制备
采用合成方法制备的水凝胶一般是凝胶单体通过物理或化学交联方式而形成的三维网络结构聚合物。根据形成机制的不同分为物理交联和化学交联。
物理交联是通过非共价键形成凝胶，具有一定的可逆性。物理交 联的水凝胶易对外界刺激做出响应，具有良好的可降解性和可逆 性。目前，水凝胶的物理交联方法主要有自组装法、加热法、冷冻-解冻法等。
化学交联是凝胶单体之间在力、光、热、高能辐射、超声波等刺激作用下形成共价键进而形成凝胶，采用交联法制备的凝胶具有结构稳定、反应不可逆等特点。化学交联法主要包括化学引发自
由基聚合、光引发自由基聚合、辐射交联法、原子转移自由基聚合及自由基引发接枝共聚。
四、水凝胶应用
（1）在生物医学领域的应用
水凝胶在医学领域的首要应用就是伤口敷料，在医用伤口敷料的制备过程中，通常采用抗菌性天然高分子作为凝胶单体，通过交联剂合成抗菌性水凝胶并将消炎除菌的药物埋入水凝胶，透过水凝胶缓慢地传输到受伤的部位加快伤口的愈合。
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此外，水凝胶也可用于药物负载及药物缓释。由于水凝胶具有疏松多孔的结构、对低分子溶质具有较好的透过性、良好的生物相容性等优点，并且经过一定的改性修饰后可以适应人体内不同的环境，还可通过溶胀及智能环境应答等性能来调控药物的释放，因此水凝胶可作为药物传输系统将药物的浓度长时间维持在一 个相对固定的范围。另外，水凝胶因良好的生物相容性和生物可降解性常被作为生物支架的材料用于组织工程中。
（2）在农业生产中的应用
由于水凝胶具有高吸水和高保水的特性，所以可以吸收大量的水分并将水缓慢地释放出去，因为这个特性水凝胶被做成水土保湿剂和化肥、农药的缓释剂而在农业生产中得到广泛应用。
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（3）在传感检测方面的应用
传感器是一种可以感受到被测量的信息并按照一定的规律将感受到的信息转换为可用信号的检测装置。荧光传感器是利用被测物与传感器分子相互作用引发荧光强度的变化或所发射光的波长的变化对被测物进行检测的一种工具。水凝胶是具有亲水性网状结构的聚合物，可以显著促进与周围水环境的物质交换，因此水凝胶在荧光传感检测方面具有广阔的应用前景。
结语
作为一种新兴的功能高分子材料，水凝胶因良好的生物相容性、刺激响应、吸水、保水、缓释等优异的性能被广泛应用于生物医学、农业生产、传感检测等领域。随着科学技术的发展，开发出许多性能优异的水凝胶材料，扩宽了水凝胶在药物控释和传感检测领域的应用空间。相信随着研究的不断深入，水凝胶的性能将得到进一步的提升。
参考来源：
科技日报：北京理工大学宇航学院研制“凝胶冰雪”新型材料，首创“永不融化的冰雪”
李艳丽. 生物高分子水凝胶的制备与表征
崔航，王思琪等. 水凝胶的制备及应用进展
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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