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  聚合物水凝膠因其優異的吸水性和快速的水分傳輸性能而廣泛應用于重金屬離子吸附，藥物釋放和細胞組織支架材料等。水凝膠的含水量和吸水/失水過程可以通過聚合物親疏水性以及微觀結構的設計來調節。如改變水凝膠交聯密度或者采用刺激響應性親疏水轉變型聚合物能夠一定程度調控水分的滲透和傳輸行為，但是一方面過度交聯會造成相分離削弱水凝膠保水能力，另一方面刺激響應性聚合物的親/疏水性轉變會造成不可控的水分流失。因此，這些方法仍然很難實現水凝膠水分吸收和釋放的連續調控。

  為了解決上述問題，近日，德國哥廷根大學Kai Zhang 教授課題組設計并制備了一種基于聚丙烯酸（帶負電荷）和層狀雙氫氧化物(水滑石)納米片（帶正電荷）以及(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化銨（帶正電荷）的雙重靜電作用交聯的溫敏性納米復合水凝膠 (圖1)。

圖1，聚電解質和雙氫氧化物納米片復合水凝膠的制備以及復合水凝膠的形態。

  進一步研究表明，層狀雙氫氧化物納米片的存在促進了密實的聚合物交聯網絡的形成，同時實現了良好的保水性能（圖2）。此外令人驚訝的發現是，溫度變化可實現對水凝膠吸水、失水以及水分傳輸速度的連續控制。改變水凝膠周圍溫度（60°C 到4°C），水凝膠溶脹時間可以在2到45天范圍內進行調節。而在50%相對濕度的空氣中，失水的干燥過程可以在7到27天內進行調節。此外，通過迅速降低水凝膠的溫度，如從60°C降到25°C，水凝膠中一部分水被快速收縮的聚合物網絡擠出，而造成水凝膠內部相分離，水凝膠的顏色由無色變為白色。在隨后的溶脹過程中，均勻的白色不透明區域由外至內由于水凝膠內部高分子網絡的重組又緩慢變回無色。這個緩慢的消散過程使得水凝膠內部水分傳遞過程可視化。同時水凝膠內溶解的水溶性分子亦可在這個過程得到可控的緩釋。因此，通過雙重靜電交聯的設計，本論文工作實現了水凝膠內部水分的可調控傳輸，為開發保水性水凝膠和連續性溫控藥物傳輸系統開辟了新的思路。

圖2，溫度變化連續調控水凝膠的吸水/失水行為及其溫敏性質的體現。

  相關成果以“Thermoresponsive Water Transportation in Dually Electrostatically Crosslinked Nanocomposite Hydrogels”為題于2019年8月21日在線發表于Macromolecule Rapid Communications， DOI: 10.1002/marc.201900317。論文第一作者為Heqin Huang博士，通訊作者為Kai Zhang教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.201900317