纳米聚合物水凝胶

纳米聚合物水凝胶 帕特里克schexnailder和古德施密特摘要技术需要新的和更软材料以及推动新知识基本的了解，导致了重大进展在该领域的纳米复合凝胶。各种复杂的凝胶结构具有独特的化学，物理，生物性能已设计或发现的纳米。可能形成自组装使有机聚合物和超分子形态无机纳米粒子的基石的设计水基凝胶。在这次审查中，我们强调的最新（20042008）成就和趋势在创造性的方法来产生结构，性能，和功能在大多数生物技术的应用。我们审查的影响，出版工作总结与大纲的未来发展方向和挑战与设计和工程的新材料凝胶。关键词水凝胶,纳米复合材料,纳米颗粒,聚合物,硅酸盐,金属纳米粒子景区简介最近的进展，化学，物理，生物域结合在生物医学和增长的需求医药行业带来了新的发展纳米复合水凝胶的许多不同的应用。新型聚合物化学和配方以及制造和加工技术支持改进仪器，可以测量和操纵物质在纳米水平 1。理论工作好指南和补充，但是，有时，与实验在跨学科的合作研究迫使科学家边界。纳米和生物技术提供发展机会的复杂和优化软材料与协同性能。可能性控制化学和物理性能的设计三维凝胶结构提供了一个强大的战略多功能工程纳入到凝胶的纳米尺度。本次审查的范围是划定的结构和性能的纳米复合水凝胶的主要合成材料。大多数合成水凝胶纳米复合材料的出版物集中系统聚（环氧乙烷），聚（丙烯酰胺），或聚（乙烯基酒精）作为聚合物。因此，水凝胶纳米复合材料含有这些聚合物将得到了广大我们的注意在本次审查。此外，我们还将讨论聚合物金属，聚合物磁性，和天然聚合物纳米复合水凝胶。专利文献是不包括在这个搜索。由于纳米复合聚合物水凝胶有时难以分类相比，纳米复合材料凝胶，在这里我们使用一个更简化定义根据魏斯和terech，“如果它看起来如“果冻”，它必须是一个凝胶！“ 2许多定义凝胶可用，和研究人员并不总是同意什么是一个水凝胶。因此，我们将回顾文献的基础上纳米复合水凝胶和凝胶制成的各种聚合物和无机纳米粒子的大小不同。我们没有任何区别的凝胶和水凝胶。我们将使用条款一样出现在出版物一般来说，纳米复合聚合物水凝胶可定义为交联聚合物网络肿水的存在，纳米粒子或纳米结构。聚合物交联形成网络通过化学或物理的相互作用（图1）。化学交联由于共价键是永久的。物理相互作用是非共价性质，常因氢键，疏水性，和离子相互作用。交联聚合物网络能够可逆体积变化的响应外界刺激，如组成由于（德）肿胀，温度，和pH值。纳米粒子的存在，可以用来要么交联凝胶，吸附或附着于聚合物链，或添加新特性的水凝胶的仅仅是包埋在水凝胶网络。纳米粒子的添加独特的物理特性的聚合物水凝胶等响应机械，光，热，屏障，声，磁，电刺激，等。这些独特的属性导致应用在电子，光学，传感器，执行器和微，以及催化，分离设备，药物输送，和许多其他生物技术领域。组合配方合成和天然聚合物与纳米粒子和生物分子图1聚链吸收脱附的表面锂皂石粒子。插图：循环火车是网站的物理之间的互动聚和锂皂石形成聚壳（阴影区）周围锂皂石核心（光盘）。人的尾巴桥之间的多锂皂石粒子，使锂皂石的功能作为一个物理交联剂 4，5 。高分子（聚丙烯酰胺和乙凝胶）是化学键在表面的锂皂石在自由基聚合过程 28，29 。三列入金属纳米粒子（即，银，金）分散在聚合物水凝胶可以提高电导和微生物性能 23，47 。除了被分散，纳米颗粒也可以作为交联（物理和化学）代理 4，5，28，29，74 。聚合物磁性纳米复合材料，用粒子在聚合物基体（在分散和/或交联聚合物链），可以用于远程释放药物 27，57 。电子负带电纳米二氧化硅在一个固定的潘矩阵。外加电场电渗流动的原因二氧化硅微粒，和粘性阻力在流体中的结果大众运输的中性溶质（药物，蛋白质，小等。）比凝胶孔径 42。女模板共聚物凝胶纳米粒子居住在间的空间关系邻近的胶束 18，19 协同可结合有利的化学，物理和生物特性，生产纳米复合材料水凝胶，支持修复和再生的人类组织机构职能。我们将审查最近的纳米复合水凝胶材料和例子组织工程和近期发展重点除了什么是所涵盖的其他评论 3。最后，我们的结论一个简要概述未来的观点和挑战，推动发展新的纳米复合材料聚合物水凝胶。聚合物/硅酸盐纳米复合材料的凝胶将硅酸盐纳米粒子添加机械强度水凝胶材料。然而，带电粒子，如硅酸盐，可能由于在水中脱落容易对胶体相互作用的稳定产生的凝胶。纳米粒子，既不带电不稳定的盐或聚合物通常骨料。这种总量强烈影响纳米复合材料的形态结构水凝胶及其力学性能。制备稳定的水凝胶，纳米粒子需要很好的分散和由此产生的大规模结构需要控制。有鉴于此，硅酸盐为主添加到聚（环氧乙烷）和聚（丙烯酰胺）矩阵函数作为交联剂和改善网络的力量。聚（环氧乙烷）硅酸盐纳米复合材料出版工作的凝胶制成的聚（环氧乙烷）（聚）和硅酸盐纳米粒子可以追溯到一个十年；因此，研究重点在本次审查的基础上探索性研究和材料的发展做了过去的。自那时起，从纳米复合水凝胶锂皂石（=硅酸盐薄片，30纳米的直径，1纳米厚度）和聚已被用来作为模型系统这些研究聚合物纳米粒子的相互作用和剪切定位在一个更根本的层面。硅酸盐纳米板（辉石）是合成和板状聚离子均匀地分散在水中，作为多功能交联聚。交联是可逆的由于聚合物容易吸附和解吸从纳米粒子的表面。而聚合物性能详细研究，具体之间的相互作用聚硅酸盐不明确。然而，大多数科学家同意，氢键，离子 ，偶极子，和其他相互作用，如聚合物纠纷必须发挥作用时，交联的硅酸盐发生。更多的定量研究和 4，5 的建议人民吸附锂皂石粒子，形成一个紧凑层主要是培养和环上的纳米颗粒和大环周围的边缘粒子（图1）。水凝胶的结构和粘弹性性能调谐通过改变参数，如组成，酸碱度，温度，离子强度。例如，通过改变该锂皂石和乙烯成分，会产生解决方案，流动的凝胶，凝胶或水凝胶握手，永可膨胀的水除了69。本剪切诱导凝胶凝胶是可逆的，掌握强烈依赖于环氧乙烷浓度，时间，温度，和分子量 6，7，10 。按照这一发表的研究，剪切变形大聚锂皂石总量和揭露新的表面积为形成新的聚合物，它迅速形成一个网络，跨越整个解决方案和形式凝胶。当震动停止，热波动足以脱附的聚合物纳米粒子，和水凝胶放松回流体经过一些时间。应用剪不高到足以克服随机效应所造成的聚合物和纳米粒子松弛的。动力学的凝胶形成的辉石聚分散不同的聚合物的分子量（兆瓦）是研究了用流变 8。该机制的凝胶形成被认为是时间依赖性。其他工作由同一组折返行为从软固体，液体回软固体聚分子体重增加 11。公布的文件数据和瓦格纳 12提出的粘弹性松弛锂皂石行为的聚（环氧乙烷）凝胶超过浓度范围。时间温度和时间浓度叠加应用到产生流变主曲线。除了对锂皂石聚合物浓溶液的弛豫时间增加但降低弹性模量，这是由于聚合物吸附架桥。在高聚合物浓度和锂皂石，loizou等铝。 9报道强凝胶与口香糖一样的一致性。本聚合物涂层硅薄片被发现动态地栓在一起松散的束形式分形结构与“毛孔”到千分尺政权。一个骨骼结构的纳米微米尺度将帐户缺乏流动在凝胶含有质量分数95%水。交联物理（非共价）由于氢结合，偶极子，离子，和其他的相互作用，将聚合物链的纳米粒子。交联水凝胶是可逆的，因为在变形，该聚合物链可能附加和分离从纳米粒子。水凝胶通常剪薄，财产使他们中的一些注射用注射器。后停止剪切，结构和刚度分析胶体聚合物科学（2009）287:1113水凝胶完全恢复在几秒钟内，这表明自愈性能 13。剪切诱导微米结构观察loizou等人。符合以往的研究类似的系统观察短暂微米尺度的非均质性 14的发展过程中的剪切和消失后，停止剪切。而在这种情况下剪切可引起的发展新的结构，它也有可能是已经存在的结构可能消失。例如，研究了Bry un这样等人。 15。显示存在的微米大小的聚辉石聚合水凝胶分手和消失的上方临界剪切速率。总结，审查工作的集体表明之间的相互作用聚硅（锂皂石）纳米粒子的强烈影响的剪有助于复杂的行为，这些水凝胶。软，橡胶的一致性和灵活性改变机械特性使这些水凝胶的潜力候选人的许多技术的应用，其中生物医学技术。然而，很少应用报道尽管极大的兴趣，基础研究。在这些应用程序之一，高桥等人。 16表明一个改性聚辉石系统开发为一个药物输送系统在生理条件。一个更广泛的各种应用提到胶体分散（有吸引力的凝胶制成的纳米颗粒）膨润土（天然层状硅酸盐）和乙烯聚合物。溶胶凝胶相图的水清楚地表明凝胶作为一个功能的成分，虽然尚不清楚这些凝胶的三维稳定结构所需的水凝胶。屈服应力的凝胶和溶胶凝胶过渡有用的性质，如石油技术应用钻井，减摩剂，添加剂的混凝土，砂浆剪切增稠和乳液，涂料，化妆品，和药品 17。更精确的空间和取向定位纳米粒子在一个水凝胶矩阵可以通过使用嵌段共聚物代替均聚物水凝胶。嵌段共聚物凝胶施加液体结晶秩序的纳米粒子，不selfassemble在他们自己的 18。例如，纳米复合材料水凝胶基于聚（聚苯醚）聚氧化乙烯嵌段共聚物和球形纳米硅酸（7纳米）已被调查的形成模板纳米阵列 19。各向同性液体结晶相过渡丙烯型聚多酚氧化酶聚乙二醇水凝胶可用于分散和二氧化硅纳米颗粒在纳米尺度（图1楼） 18。剪是用来调整对纳米复合水凝胶宏观晶体领域。圆柱形胶束模板所报告的波佐和 19 就可以用于形成线性阵列纳米可能允许未来制造线性波导。类似的方位在聚多酚氧化酶聚嵌段共聚物交联与锂皂石表明，多酚氧化酶部分优先吸附到锂皂石表面，离开聚部分悬挂从纳米粒子 20。总的来说，嵌段共聚物纳米复合水凝胶可设计有先进的新特性，通过自组装同行，均没有。聚（丙烯酰胺）和聚（乙烯醇）硅酸盐纳米复合材料本研究硅酸盐聚水的相似之处，聚（丙烯酰胺）（潘）-凝胶聚（nisopropyl等丙烯酰胺）（链）在许多方面。本之间的相似性和差异硅酸盐交联认证和PAM躺在高分子化学控制结构与性能。水凝胶的基础上系统可能显示灵敏度对外部刺激，如酸碱度，光，溶剂，温度，压力，机械，电力，和磁域2127。化学交联pam-based聚合物（例如，凝胶或聚丙烯酰胺）硅酸盐纳米粒子（锂皂石，蒙脱土，导致纳米复合水凝胶等）一系列的特性，吸引了许多研究人员（附图）。具体来说，热敏线圈到球过渡的低临界溶解温度潘聚合物的兴趣。合成水凝胶常需要聚合开始从硅酸盐，其次是形成表面刷状硅酸盐。而刷聚合物变长，他们互连几种硅酸盐纳米粒子形成交联聚合物网络 28，29 。haraguchi李 30，31 的结构相比，有机交联（或）凝胶与锂皂石交联凝胶纳米（数控）凝胶。这个小组发现一些交联单位空间是700倍以上的或凝胶相比在数控水凝胶。或凝胶具有广泛分布的高分子链的长度之间的许多交联点建设高局部应力下的变形容易骨折。然而，也有类似的聚合物凝胶数控链的长度和分布更均匀锂皂石的交联剂避免定位过程中的应力变形表现出非凡的力学性能。聚丙烯酰胺聚合物链更灵活比异丙基丙烯酰胺聚合物，从而导致不同的弹性恢复，滞后，抗拉强度和伸长率，28 。空间均匀性可以通过测量光学透明性或散射技术。聂等人。 32，33 的研究网络结构，一定程度的空间不均匀性，和链动力学。这是确定的热波动纳米粒子主要是抑制网络形成和链动力学是更多或更少4种胶体聚合物科学（2009）287:111独立的交联剂。总的来说，这些研究表明，有效功能的锂皂石交联剂大约是50，这一高功能以及大型相关长度产生的大尺度结构导致优秀的机械性能30,34。亩，郑 35 制备凝胶凝胶被交联疏水多面体低聚倍半硅氧烷（波斯）。这些水凝胶表现出明显的改进的温度膨胀/de-swelling动力学。此外，硅氧烷交联剂增加机械强度的水凝胶，从而允许为增加一些肿胀/de-swelling周期没有明显的降解水凝胶。膨胀/de-swelling硅氧烷水凝胶的凝胶快得多（分钟与小时）比锂皂石水凝胶的凝胶，但这种改善特别是在较高的交联剂浓度 31，35 。最近比较的溶胀行为水凝胶的交联不同硅酸盐（凹凸棒石，高岭土，云母，蛭石和蒙脱石，）。本作者报告说，用于交联型硅酸盐聚丙烯酰胺影响的膨胀性能和热稳定性水凝胶以及聚合反应机制。因此，交联剂的选择应基于应用的水凝胶。比如说呢蒙脱土交联剂应选择应用其中一个快速膨胀率是必要的，但云母交联剂的水凝胶时应选择需要膨胀/de-swell多次 36。另一个最近的文件，由ziesmer和 37 中，提到的制备pniapm沸石和聚（乙烯基）沸石纳米复合材料水凝胶。这些作者报告的合成核心壳结构使用微孔沸石材料的核心温度（pniapm沸石）和值聚（乙烯基）沸石反应，具有很强的潜在的控制释放和分离应用。除了系统，其他聚合物如聚（乙烯基醇）（聚乙烯醇）被用于制造纳米复合材料水凝胶。添加蒙脱土纳米聚乙烯醇可提高机械强度的水凝胶，该水凝胶可用在高剪切应用 38。添加表面活性剂对聚乙烯醇通常适用于改变聚合物的相互作用与硅酸盐，小大量的表面活性剂增加了网络的力量水凝胶的加强之间的相互作用和硅酸盐。然而，进一步增加表面活性剂浓度破坏聚乙烯醇硅酸盐结合，从而扰乱水凝胶网络为粘性解 39。帕拉尼奥斯等铝。 40报告的数额蒙脱石载在聚乙烯醇硅酸盐凝胶（5%）增加聚乙烯醇晶粒尺寸，减少孔隙大小的水凝胶，和减少流动性聚乙烯醇链。然而，除了另一种聚合物（磺化聚酯）具有相反的影响聚乙烯醇，使研究人员更好地控制结晶在聚乙烯醇水凝胶蒙脱石41 。前景的应用是多方面的，最近的是在传感器，执行器，和一般医学部门。例如，haraguchi等人。 24使用对外部刺激发展硅酸盐交联聚丙烯酰胺凝胶和智能药物送货车。在体外和体内的生物相容性，抗凝血，以及热这些材料作为生物材料应用的建议接触镜片或植入物。此外，机械韧性是有用的发展弹性材料如缝线和人工肌腱。另一个例子是，马托斯等人。 42使用pambased掺杂球形纳米硅酸凝胶（715纳米）提高性能的生物传感器electro-osmotically提高传质溶质通过凝胶。虽然电泳不开车中性分子，因此不能用于传质增强，内部泵浦方法开发的马托斯等人。 42产生的电渗流动电荷的硅酸盐纳米粒子表面，在返回使中性分子溶质传质/尽管水凝胶（图1）。定量理论的解释对实验数据的马托斯等人。是由山 43。山使用的数学模型的电渗增强示踪通量结合电动模型确定的电渗泵速度与流量的增加 43。考虑后有几个方法比较理论和实验，他得出结论认为，宏观性质有联系的微观结构的特点，它需要包括未来的理论方法。金属纳米粒子的水凝胶聚合物复合材料可以通过结合metalbased纳米金、银等聚合物水凝胶。很少有对力学性能的影响由此产生的纳米复合水凝胶的纳入金属纳米粒子只要相互作用之间的聚合物和纳米粒子的软弱。在这种情况下，相变，热，和粘弹性聚合物凝胶不变，和性能纳米粒子等提高电导率，响应光刺激，改善抗菌性能，添加到凝胶等。聚合物纳米粒子的相互作用，更强诱导，例如，附件的黄金反应硫醇组异丙基丙烯酰胺水凝胶，可能改变热和溶胀行为 44。这样，金纳米粒子形成共价键链（图集成电路）。本胶体聚合物科学（2009）287:1115由此产生的纳米复合凝胶，然后电气性能那是可以改变的数量级温度。这一变化的电导率是由于变化的平均粒间的距离是依赖于线圈球过渡的表征凝胶 23。另一个应用程序的金纳米粒子的水凝胶介绍了空间耦合的粒子依赖于刺激诱导肿胀/de-swelling的聚（2 -乙烯基吡啶）聚合物。此pH依赖过程变化的局部表面等离子体共振，使材料分析的测量值的变化紫外可见光谱水凝胶。作者报告显着改善的敏感性和加工条件相比其他技术 45。银纳米粒子（38纳米）添加电子抗菌性能的各种聚合物水凝胶 46，47 。通常，羧酸组可以被用来作为一临时锚固剂将银离子聚合物水凝胶，与银形成减少纳米粒子与硼氢化钠 48。该方法制备取决于一些功能组别目前的稳定银离子，但纳米粒子分散在凝胶基质。有人准备固定化银纳米粒子在聚丙烯酰胺水凝胶具有改进的电性能 49，但固定化银粒子不可能证明是抗菌。不过。默菲等人。 50能够稳定的银离子无离子官能团的存在在一个semiinterpenetrating网络组成的pam-poly（乙烯基吡咯烷）和准备分散银纳米粒子高收益。另一组能够编写银纳米银离子是稳定的羧酸和胺组内的脂肪酸胺水凝胶。有趣的是，银纳米粒子的主要嵌入在长纤维的自组装水凝胶矩阵，提供了一个方法以金属纳米区域内的水凝胶系统 51。当甲基丙烯酸羟乙酯（乙酯）聚（乙烯乙二醇）甲醚甲基丙烯酸甲酯（pegma）甲基丙烯酸酸（AA）用作聚合物，由此产生的水凝胶pH值切换电子性质。是的phresponsiveness相关的去质子化羧酸团体由于水凝胶溶胀 48。电子特性这些凝胶可以导致智能材料在生物传感器中的应用和药物传递的应用以及药物载体生物大分子如酶。鲁等人。 52报告多元的水凝胶聚合物制成颗粒装饰（nanotrees）和交联聚合物刷子在聚（乙烯醇）矩阵。额外的银纳米（35纳米）上所产生的表面的刷粒子或在聚乙烯醇矩阵。由此产生的水凝胶具有催化活性，是保留了一些个月。除了金和银，其他纳米粒子等铁，钴，镍，铜等金属合金，盐，和metal-derived量子点（2100纳米）可以混合或合成的水凝胶矩阵 53，54 。本应用这些水被发现在催化，传感器，执行器和微器件，以及分离技术。然而，只有无毒材料会发现使用的药品和医疗领域。磁性纳米粒子的水凝胶聚合物性能的磁性纳米复合水凝胶（褐铁矿）已受到相当重视，和良好的审查侧重于这一主题是 55。而褐铁矿可以使用其他溶剂比水（例如，油），在这里，我们重点审查的含水凝胶只有。本耦合magnetoresponsive和热敏特性允许发展的纳米复合水凝胶你可以打电话给聪明。类似于其他的合成纳米复合水凝胶，纳米粒子（10500纳米）可以是分散或化学附加到聚合物网络，但磁性纳米粒子的一般原位合成的聚合物基质预防集聚 56。分析的磁弛豫行为分散磁性纳米粒子可以区分物理包埋和移动纳米粒子。用来形成的聚合物水凝胶矩阵往往是pam-based等 27或凝胶生物聚合物，明胶和淀粉凝胶 56。凝胶含有磁性纳米粒子显示大小依赖的性质有很大的不同磁流变液含有微米大小的粒子。纳米粒子是由铁，钴，镍，铁氧化物。纳米粒子的旋转或路线针对高频磁场，使磁纳米粒子加热周围的水凝胶矩阵他们被困。这种远程可用于取暖无创性聚焦热疗诱导，控制药物释放，并触发热敏变化中的水凝胶体积或形状（图1） 27，57 。磁性水凝胶从而提供如何选择目标，检测，和潜在的治疗癌症组织通过磁磁共振成像和感应加热 58除了上面提到的生物医学应用，磁性水凝胶的潜在吸引力的发展其他技术包括纳米发动机，传感器，机器人柔性驱动器 59，以及各种分离装置 55，59 。最后，值得一提的是，宏观凝胶矩阵advantageousmaterials纳米粒子的合成因为他们防止聚集和扩散的纳米粒子在合成。因此，纳米复合水凝胶6种胶体聚合物科学（2009）287:111往往被认为只是生长无机模板纳米粒子，作者往往更感兴趣纳米比在纳米复合水凝胶 60。纳米复合水凝胶的天然聚合物除了审查合成凝胶，我们包括“人造凝胶”从天然聚合物和纳米粒子。虽然生物水凝胶似乎已经近乎无限结构复杂性（细胞外基质，细胞），凝胶天然聚合物没有三级结构往往有类似的化学和物理性质，其中大部分可与水凝胶的合成 61。天然聚合物（淀粉，壳聚糖，海藻酸钠，等等）是越来越多的报告，在聚合物纳米复合材料水凝胶。这主要是由于有利的性能的天然聚合物（例如，生物相容性，生物降解性，低成本）。一个共同的技术应用制备天然聚合物纳米复合材料是化学改性的聚合物改善聚合物纳米粒子的相互作用，形成一个机械稳定的水凝胶。然而，化学改性生物聚合物（接枝官能团或合成聚合物在聚合物）可以改变生物相容性对天然高分子由于不完全清除有毒化学品的合成改性，这是一个常见的原因为使用未经修改的天然聚合物。1方法诱导凝胶的天然聚合物，由shchipunov等人。 62，包括矿化的聚合物（壳聚糖，瓜尔胶，羧甲基纤维素，环糊精，等）与二氧化硅。在这项工作中，水溶性四（2 -羟基乙基）硅酸（神）被解散随着聚合物。神水解原位生产纳米二氧化硅的交联聚合物。报告指出，这一程序使凝胶一个不同群体的其他non-gelable多糖含有阳离子，阴离子，线性，或分支区域。一个最近的报告介绍了凝胶的羟丙基瓜尔胶西奥斯和释放动力学模型毒品装在水凝胶矩阵 63。刺激反应的纳米复合水凝胶含有天然聚合物，如合成聚合物同行，主要研究了其反应的变化值和温度。马等。 64发现，羧甲基壳聚糖凝胶互穿网络交联与锂皂石进行类似的相变在33为硅酸盐凝胶凝胶。然而，该羧甲基壳聚糖凝胶可以吸收更多的水比的纳米复合材料组成的链硅酸盐当PH值小于2.5或大于4。作者认为这增加肿胀的亲水性羧甲基壳聚糖。此外，该壳聚糖复合材料有较大的体积变化PH值由于两性官能团（氨基和ch2cooh）目前在壳聚糖衍生物。相同小组发现了相似的趋势与羧甲基纤维素半互穿网络交联凝胶与锂皂石。在这种情况下，唯一的纤维素包含一个离子化官能团和表现高峰膨胀率当羧酸团体质子（PH值4.6）由于静电斥力。低于此值，氢键形式和减少的膨胀的能力，而高于这个值，钠离子屏幕的静电排斥力 65。凝胶聚合物纳米水凝胶大量的文献和最近的一些评论6668覆盖合成，表征，应用聚合物微凝胶含有无机磁纳米粒子。微往往是由球形纳米或微米大小的微粒制成的水凝胶无机纳米粒子填充。术语凝胶和纳米往往被发现使用同一类型的材料，但这些术语的定义是不总是清楚相比，宏观凝胶含纳米颗粒。根据沥青和艾德勒 66，微被称为多孔交联聚合物粒子性质的变化的响应环境条件。审查的螺距和艾德勒 66，以及由季米特洛夫等人。 67，很好的复习和强调发展的磁性和nanoparticlebased凝胶在过去的20年。互补的回顾第达斯等。 68 描述微为“老材料与新的应用。”这种新的应用包括使用微作为微反应器模板合成无机纳米粒子。性能光学活性材料包括镜头和光子晶体进行了讨论和新的凝胶中的应用药物输送盖 68 。尽管有大量文献总结了这些评论，领域包括微/纳米和纳米快越来越多的和不能给予必要的关注在这审查。大量的研究发表在2008单独值得回顾和总结自己。在这里，我们迅速地比较宏观和微凝胶纳米复合水凝胶。而不是侧重于纳米复合材料，纳亚克和里昂 69很好描述差异凝胶和凝胶。他们的国家该水凝胶的macrogels必须大于毫米大小。凝胶胶体稳定的水凝胶一个大小不同，从纳米到微米。虽然微可以被描述为纳米和微胶体聚合物科学（2009）287:1117颗粒制成的凝胶，凝胶不一定表明宏观特性的水凝胶。微可能没有一个“宏观”屈服应力，可以很容易地测量与传统的流变。微不可通过“管反演试验”（凝胶支持自己的重量当反转管含有凝胶） 2因为从宏观上看，微可能是分散和低粘度的解决方案。然而，相对于宏观或凝胶，凝胶可以更快地响应变化在自己的环境，因为他们的大的界面面积允许更高的汇率。例如，gorelikov等人。 21能够编写凝胶微含有金纳米棒（6纳米的直径，12-36纳米的长度），迅速进行了一个体积变化时暴露于近红外辐射，使这一材料的潜在的药物分娩过程中的应用。当微交联形成宏观凝胶，可以产生新的特性。赵等人。 25表明，大会和交联异丙基丙烯酰胺凝胶颗粒允许的形成新的和高度敏感水凝胶支架这是比较优越的本体聚合物凝胶同行。各种粒子（例如，二氧化硅磁粒子）结构可以锁定在这些交联凝胶的工程stimuliresponsive功能材料。除了其加载能力，纳米和微凝胶为基础的水凝胶保持其热以及他们的快速反应动力学。快速反应的凝胶体积变化不受影响的散装凝胶，但总体积凝胶时间是增加列入凝胶颗粒 25，70，71 。其他纳米聚合物水凝胶的生物医学应用程序如上所述，有许多例子，纳米复合材料水被用来作为生物材料在药物缓释，组织工程，和一般的生物医学应用。为一个设计合理的生物相容性和纳米复合材料水凝胶，水凝胶的结构与性能因为必须考虑纳米形态该水凝胶表面和界面将影响细胞粘附，迁移，增殖，和基因的表达大量调查冻干纳米复合材料水凝胶和使用造成的矩阵在脚手架应用，特别是骨组织工程 72，73 由于这些调查使用脚手架衍生凝胶，而不是纯纳米复合水凝胶，报告对干支架将不包括在本次审查。相反，我们解决发展的主要可注射水凝胶支架材料与纳米结构。leeuwenburgh等人的研究。 74参与功能化聚合物水凝胶的细分散纳米磷酸钙骨修复。均匀的水凝胶的制备了合成钙磷酸盐纳米直接在聚（乙烯乙二醇）富马酸凝胶。由此产生的纳米复合材料水凝胶被发现有物理交联纳米晶体和羧酸endgroups的聚合物，反过来，减少肿胀行为。 应用纳米复合水凝胶的组织工程通常取决于功能的组合属性，设计成的纳米复合材料水凝胶，使这些材料更灵活的 75。为例如，侯等人。 26制备温敏水凝胶从链与聚硅氧烷纳米粒子（约100500纳米）调节细胞粘附。过渡这种纳米复合水凝胶的温度保持不变（在33丙）增加时，纳米粒子浓度，但机械强度和细胞粘附增加。类似的硅氧烷含有纯凝胶，纳米复合材料水凝胶允许细胞附着在37，但细胞脱离表面温度较低时，如20C这种效应来源于过渡的聚合物从倒塌球延长线圈形成，其中使温度依赖疏水相互作用。本水凝胶是容易，可以作为照片植入传感器膜或作为防污涂料生物材料用于体内。最重要的是，该水凝胶允许细胞表工程不需要蛋白水解酶和螯合剂去除单细胞凝胶表面。一个类似的细胞脱离的现象还报告所致锂皂石水凝胶 24。 创造性的方法，将生物分子磁性纳米（510纳米）凝胶化疗装载和肿瘤相关的生物分子结合。为例如，桑德兰等。 58报道的水凝胶，所谓的magnagels的（商标），保持良好的磁易感性和“可接受”的生物相容性测试时在体内。然而，这些凝胶转变为凝胶而不是非水凝胶。 最后，纳米复合聚合物水凝胶的膨润土表明有希望的潜在的药物输送应用程序。李、陈 76描述的可行性提供多种模型药物从丙烯酸聚（乙二醇）甲基醚丙烯酸水凝胶含有硅酸盐纳米粒子（膨润土）。这个小组发现，洗脱动力学强烈依赖于相互作用之间的表面电荷的纳米粒子和离子电荷的药物。离子之间的吸引力硅酸盐和药物导致慢释放率，而斥力之间的相互作用的增加率药物洗脱。高桥等人。 16进一步描述能力的聚乙二醇锂皂石纳米系统提供8种胶体聚合物科学（2009）287:111一种不带电荷的疏水性药物芘。虽然不是重点对纳米复合水凝胶，证券等。 77描述同时多模型药物洗脱能力独立可控释放动力学的药物加载“梅子布丁”微嵌入在一个体积凝胶。此外，作者指出，扩散的新型药物是由于大部分并不是由于水凝胶凝胶内的材料 78。其他人表现出的有用的聚乙烯醇蒙脱石水凝胶伤口敷料应用。这种机械强度水凝胶能够吸收液体渗出液从伤口网站除了防止外源性细菌渗透 38。 结论和展望未来纳米复合聚合物水凝胶的新一代材料有用的各种应用。从刺激作出反应的传感器和执行器的微，医药，和生物医学设备，潜在的影响纳米复合水凝胶的影响生活对一般公众持续增长。大量的最近的报告解释了一些物理和化学背后的这些独特性能的水凝胶作为对外界刺激的反应等肌肉往往是由自然系统。可取的性能如注射和精密药物输送无法控制的某些宏观凝胶是实现纳米微型和纳米。 今后的方向，当然包括合理设计生物医学纳米复合水凝胶，不仅需要控制的化学和物理性质，但也考虑生物变量。而水可用于模拟生物组织，显着挑战出现当谈到设计机械强凝胶与长期的生物相容性和控制生物降解性。审查的文献表明，发展合成路线和制造技术的基础了解纳米复合水凝胶将继续，但一个更大的重点放在设计复杂的多组分和复合材料，可定制支持系统的表征纳米复合凝胶其中，反过来，驱动器研究进展及影响合理设计的材料。 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