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■每周科普 “万能创可贴”改变未来生活 2021年01月05日

自然界中存在着很多种天然水凝胶,受它们的性能启发,科学家们研发出了各类智能水凝胶,称之为“万能创可贴”。

水凝胶材料到底是什么?其实在我们身边有很多水凝胶家族成员,比如果冻、隐形眼镜、退热贴等。智能水凝胶则是一种具有三维网络结构的高分子聚合物材料,能快速感知环境的变化,并做出反应,是溶液态与凝胶态之间的转变,包括温敏水凝胶、pH响应性水凝胶、光响应水凝胶等。

智能水凝胶的敏感响应特性,使其广泛应用在医学生物工程、环境、油田化学等多个领域。

在医学生物领域,智能水凝胶发挥着重要作用。智能创伤敷药具有良好的生物相容性及离子传送能力,常被用来作为药物输送载体、医用敷料,因其良好的亲水性、稳定的多孔结构和良好的流动性,便于输送药物,用它治疗特定部位的疾病,比普通药物更具有针对性。

在环境建筑领域,智能水凝胶的研究备受瞩目。因为水凝胶的特性,可以实现对金属离子的吸附,常用来处理工业废水、染料废水等,吸收自身体积数百上千倍的水,具有良好的保水能力,可用于农业灌溉、土壤保湿、农药缓释剂。

在油田化学领域,智能水凝胶的开发应用尤为关键。油气田资源的长期水驱开发,现有的聚合物等常规调剖剂很难满足高温高压地层的施工要求,在油气藏中无法真正发挥深度调剖的作用,而智能水凝胶则具有响应性、高稳定性和可控性等特征,以及成本低廉、环境友好、强度高及良好的运移特性等优点。比如,温度敏感水凝胶可实现在油藏开发作业中的智能可控,主要表现在达到特殊油藏温度后,聚合物凝胶会发生相互作用从而发生体积膨胀或者相态转变,满足油气田开发的要求。

传统水凝胶在各领域有了很大的发展,然而还是存在一些缺点,比如成本较高、生物相容性欠佳,尤其性能单一,因此应用领域受限。相信不久的未来,这类智能材料将会得到飞速的发展,并改变我们的生活。

□据《科普时报》