水凝膠可定義為在水中能夠溶脹并保持大量水分且不能溶解的交聯(lián)聚合物。它除了具有生物粘附、可生物降解和良好的生物相容性外，還具有較高的水滲透性，有一定的強度表面類似于生物體的軟組織，這些特征使水凝膠可作為生物材料。

智能水凝膠能感知外界環(huán)境的細(xì)微的物理化學(xué)變化，如pH、溫度、壓力、電場磁場、離子強度、紫外光、可見光以及特異化學(xué)物質(zhì)等的變化，并通過體積的溶脹和收縮來響應(yīng)這些來自外界的刺激。因此也稱為環(huán)境敏感性水凝膠。

智能水凝膠的制備

智能水凝膠材料一般是天然或合成的高聚物。其材料須具備：高分子主鏈或側(cè)鏈上帶有大量的親水基團(tuán)和有適當(dāng)?shù)慕宦?lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

制備智能水凝膠材料的起始原料可是單體(水溶或油溶單體)、聚合物(天然或合成聚合物)或者是單體和聚合物的混合物。

智能水凝膠分類集錦：

1、溫度響應(yīng)性水凝膠

指能隨環(huán)境溫度變化發(fā)生體積突變現(xiàn)象的凝膠。這種凝膠具有一定比例的疏水和親水基團(tuán)，溫度的變化可影響這些基團(tuán)的疏水作用以及大分子鏈間的氫鍵作用，從而使凝膠結(jié)構(gòu)改變，發(fā)生體積變化。

2、pH響應(yīng)性水凝膠

這類凝膠中含有大量易水解或質(zhì)子化的酸、堿基團(tuán)，如羧基和氨基。這些基團(tuán)的解離受外界pH的影響：當(dāng)外界pH變化時，這些基團(tuán)的解離程度相應(yīng)改變，造成內(nèi)外離子濃度改變；同時，這些基團(tuán)的解離還會破壞凝膠內(nèi)相應(yīng)的氫鍵，使凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)點減少，造成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起凝膠溶脹。

3、光響應(yīng)性凝膠

是由熱敏性材料中引入對光敏感的基團(tuán)制成的。光敏材料的響應(yīng)性機理有三種：

（1） 熱敏性材料中的特殊感光分子，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使材料局部溫度升高，當(dāng)凝膠內(nèi)部溫度達(dá)到熱敏性材料的相轉(zhuǎn)變溫度時，則凝膠產(chǎn)生響應(yīng)。

（2） 利用光敏分子遇光分解產(chǎn)生的離子化作用來實現(xiàn)響應(yīng)性。這種凝膠見光后，凝膠內(nèi)部產(chǎn)生大量離子，使凝膠內(nèi)外離子濃度差改變，造成凝膠滲透壓突變，促使凝膠發(fā)生溶脹作出光響應(yīng)

（3） 是水凝膠材料中引入了發(fā)色基團(tuán)，由于光照，這些發(fā)色團(tuán)的理化性質(zhì)發(fā)生變化，因而導(dǎo)致具有發(fā)色團(tuán)的聚合物鏈的構(gòu)型的變化，從而導(dǎo)致水凝膠的溶脹性能也發(fā)生改變。

4、生化響應(yīng)性水凝膠

此類水凝膠主要用于研究開發(fā)自動調(diào)控胰島素釋放系統(tǒng)，研究較多的是葡萄糖敏感水凝膠。這種凝膠實質(zhì)為pH或溫度響應(yīng)性材料，但可以通過感知由生化反應(yīng)造成溶液組分的變化，而產(chǎn)生如體積相變這樣的響應(yīng)。

5、鹽敏水凝膠

鹽敏指在外加鹽的作用下，凝膠的膨脹比或吸水性發(fā)生突躍性變化。鹽對凝膠膨脹的影響與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。這類水凝膠的正負(fù)帶電基團(tuán)位于分子鏈的同一側(cè)基上，并以共價鍵結(jié)合在一起，二者可發(fā)生分子內(nèi)和分子間的締合作用。小分子鹽的加入可屏蔽、破壞大分子鏈中正負(fù)基團(tuán)的締合作用，導(dǎo)致分子鏈?zhǔn)嬲梗蚨?，凝膠的膨脹行為得到改善。

6、電場響應(yīng)性水凝膠

該水凝膠由聚電解質(zhì)高分子構(gòu)成，在直流電場作用下可發(fā)生形變，其響應(yīng)性與溶液中自由離子在直流電場作用下的定向移動有關(guān)。原因是自由離子定向移動會造成凝膠內(nèi)外離子濃度不均，產(chǎn)生滲透壓變化引起凝膠變形。也是自由離子定向移動會造成凝膠中不同部位pH不同從而影響凝膠中聚電解質(zhì)電離狀態(tài)，使凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成凝膠形變。

7、磁性響應(yīng)型水凝膠

磁性響應(yīng)即凝膠的溶脹行為能對外加磁場做出響應(yīng)。此類凝膠由于它在外加磁場的作用下能簡單快速易行的分離特性，在細(xì)胞分離、固定化酶、靶向藥物等領(lǐng)域可望有寬廣的應(yīng)用前景。

改性傳統(tǒng)水凝膠后的新型水凝膠：

1、 快速響應(yīng)性水凝膠

2、 大孔/超孔水凝膠

3、 具有搖擺鏈的水凝膠

  梳型結(jié)構(gòu)水凝膠、物理交聯(lián)水凝膠、具有規(guī)則構(gòu)造水凝膠

4、 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠（IPN水凝膠）

智能水凝膠在分析和醫(yī)學(xué)診斷方面的應(yīng)用：

根據(jù)水凝膠的環(huán)境敏感性，可將它與生物傳感器物理元件相連 ，然后將生物分子固定在水凝膠表面或內(nèi)部，便可得到生物傳感器用于診斷疾病及做日常監(jiān)測。例如利用水凝膠固定抗原，可用于免疫檢測。

質(zhì)子敏感型智能水凝膠

聚乙二醇基多重響應(yīng)的高強度智能水凝膠定制

甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的溫致變色智能水凝膠

光致響應(yīng)主客體復(fù)合智能水凝膠

聚肽基主客體復(fù)合智能水凝膠產(chǎn)品

苯乙烯/馬來酸酐共聚物智能水凝膠

載干細(xì)胞智能水凝膠

丙烯酸/α-甲基丙烯酸/丙烯酰胺共聚物智能水凝膠

苯乙烯—馬來酸酐共聚物智能水凝膠

P(NIPAAm-co-IA)pH敏感智能水凝膠

快速響應(yīng)性智能型水凝膠