水凝胶给人普遍是软软弹弹的感受
，不过
，科学家们希望开发兼具优异机械强度的温敏水凝胶
，由此大大扩展这种质料在致动器、软体机械人、生物传感器、载药、组织工程等领域的应用
。温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）水凝胶保存低临界消融温度（LCST, ≈ 32 ℃）
，能够在温度刺激下实现可逆的体积缩短/恢复
，是生物医学领域的“明星”质料
，有着普遍的应用
。可是
，PNIPAAm水凝胶的机械性能较差
，这限制了其应用领域的拓展
。

现在
，该领域的诸多研究集中在改变水凝胶的网络结构来改善其机械性能
。其中
，修建相互穿插双网络结构（double network
，DN）能够显著改善水凝胶系统的机械性能
。可是
，同时实现水凝胶系统机械强度和模量的提升仍是一项挑战性事情
。同时
，修建具有优异机械性能的温敏性DN水凝胶系统的研究还尚未见相关报道
。克日
，美国德克萨斯A&M大学的Melissa A. Grunlan教授研究团队基于带负电荷聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）修建高交联密度的1级交联网络
，团结引入含两性离子的温敏性聚合物P(NIPAAm-co-MEDSAH)修建较为松散的2级交联网络
，修建了同时具有高机械强度（≈ 23 MPa）和模量（≈ 1.5 MPa）的温敏性DN水凝胶系统（体积相转变温度VPTT ≈ 35 ℃）
。

温敏性PAMPS/P(NIPAAm-co-MEDSAH) DN水凝胶系统结构示意图
。图片泉源：Macromol. Rapid Commun.

这种PAMPS/P(NIPAAm-co-MEDSAH)双穿插网络系统中各组分的含量关于最终凝胶系统的拉伸强度和模量有着主要影响
。研究团队首先通过制备不含两性离子组分的PAMPS/PNIPAAm DN水凝胶系统
，对凝胶系统性能随AMPS含量的转变关系举行了系统的探讨
。当AMPS含量从0.5 M增添到2.0 M时
，其压缩模量由小于0.5 MPa提高到约2.0 MPa
；可是当AMPS含量大于1.5 M时
，由于凝胶系统中的静电斥力导致系统交联密度过大
，系统的应力耗散能力下降
，引发凝胶系统的抗压强度略有降低
。该PAMPS/PNIPAAm系统的最佳AMPS含量为1.5 M
，具有1级网络的温敏性凝胶系统的压缩强度约为14 MPa
，压缩模量约为1.2 MPa
。

PAMPS/PNIPAAm DN水凝胶系统机械性能随AMPS含量的转变
。图片泉源：Macromol. Rapid Commun.

研究团队确定最优1级交联网络结构后
，进一步系统地研究了两性离子组分MEDSAH含量（2级网络结构）对最终PAMPS/P(NIPAAm-co-MEDSAH)凝胶系统机械强度和模量的影响
。研究发明
，随着MEDSAH组分的加入
，系统的模量略有提高（从1.2 MPa至1.53 MPa）、系统的压缩强度逐步提升（从14 MPa至23 MPa）
。最优MEDSAH含量为15%（相比于NIPAAm的质量）
。

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PAMPS/P(NIPAAm-co-MEDSAH) DN水凝胶系统机械性能随MEDSAH含量的转变
。图片泉源：Macromol. Rapid Commun.

同时
，研究团队通过比照实验批注
，在PAMPS/P(NIPAAm-co-MEDSAH) DN水凝胶系统中2级交联网络结构中引入两性离子组分
，爆发分子链间和分子链内的离子作用是付与该凝胶系统优异机械性能的要害
。

——总结——

该研究通过引入带负电的1级高交联密度网络与含两性离子组分2级低密度交联网络相团结
，修建了具有高压缩强度和压缩模量的PAMPS/P(NIPAAm-co-MEDSAH)双网络水凝胶系统
，能够耐受85%的拉伸形变
。同时
，该水凝胶系统仍具有与聚异丙基丙烯酰胺相似的温敏特征
，这付与该质料在生物医学领域和智能器件领域具有极大的应用潜力
。