水凝胶（Hydrogel）是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。

水凝胶分类

由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。凝胶的聚集态既非固体也非液体。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积，液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透。

凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。合成的亲水高分子包括醇、 丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。

01物理凝胶和化学凝胶

水凝胶有各种分类方法，根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这种凝胶是非永1久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。许多天然高分子在常温下呈稳定的凝胶态，如k2型角叉菜胶、琼脂等；在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA）是一典型的例子，经过冰冻融化处理，可得到在60℃以下稳定的水凝胶。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物，是永1久性的，又称为真凝胶。

02宏观凝胶与微观凝胶

根据水凝胶大小形状的不同，有宏观凝胶与微观凝胶（微球）之分，根据形状的不同宏观凝胶又可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等，制备的微球有微米级及纳米级之分。

03传统和环境敏感的水凝胶

根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH等的变化不敏感，而环境敏感的水凝胶是指自身能感知外界环境（如温度、pH、光、电、压力等）微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化，利用这种刺激响应特性可将其用做传感器、控释开关等，这是1985年以来研究者最感兴趣的课题之一。

04合成高分子和天然高分子水凝胶

根据合成材料的不同，水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。天然高分子由于具有更好的生物相容性、对环境的敏感性以及丰富的来源、低廉的价格，因而正在引起越来越多学者的重视。但是天然高分子材料稳定性较差，易降解。

水凝胶的应用

作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、 农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。

水凝胶生物相容性、生物可降解性、高吸水、保水的特性使其广泛适用于环境工程、柔性传感、电化学等许多领域，尤其是生物医学领域，包括组织工程、药物输送系统、伤口敷料、生物传感器、隐形眼镜、人工细胞等，有着广泛的应用。

例如，水凝胶的三维结构与许多组织的细胞外基质类似，而在组织工程中，特定的细胞需要在合适的支架上培养为相应的器官，此时的水凝胶就是一种理想的支架材料。

而在给药体系中，可用于药物缓释和定点释放，水凝胶可控的多孔结构使其能够轻松搭载多种药物，迁移运动至特定部位。同时，智能水凝胶受到pH、酶等环境刺激后产生不同的溶胀响应，从而以不同的速率释放药物。

水凝胶作为新型功能材料，具有高吸水保水性、生物相容性好、柔韧等特点，通过不同材料的选择以及改性、复合等手段赋予其特定性能如自愈合性、环境响应特性等。因此，关于水凝胶的研究数不胜数。同时水凝胶及其衍生物在各个领域应用越来越广泛，其研究价值绝不仅限于此，这也是其大火的原因。

富睿捷冻干实验室

实验样本：水凝胶

实验目的：冻干所有水分，呈海绵状

实验设备：Mercury系列

实验过程：

1.水凝胶-80℃预冻4h或液氮速冻。

2.打开冻干机预冷，将预冻好的水凝胶放置与隔板上，打开真空。

3.冻干程序为：升华程序-40℃~25℃，真空度2Pa，时间30h。

4.程序结束后，释压取出冻干好的样品，储存或者进行后续实验。

预冻前：

冻干中：

冻干后：

水凝胶SEM

冻干后呈海绵状，达到理想效果。