淀粉基水凝膠的研究進(jìn)展

劉玉華，魏宏亮，李松茂，劉子君，李維坤，王剛

（河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450001）

淀粉作為一種重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，是僅次于纖維素的第二大類(lèi)多糖[1-2]，廣泛應(yīng)用于食品、動(dòng)物飼料、化工、化石、紡織、造紙等領(lǐng)域[3]。淀粉主要從玉米、小麥、土豆和木薯等作物中提取，具有無(wú)毒、生物相容性好及生物可降解等特點(diǎn)，無(wú)論是對(duì)人類(lèi)還是植物而言都是一種重要的能量來(lái)源[4]。淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類(lèi)，前者為無(wú)分支的螺旋結(jié)構(gòu)，由D-吡喃葡萄糖經(jīng)α-1,4-糖苷鍵組成，后者以24～30 個(gè)葡萄糖殘基和α-1,4-糖苷鍵首尾相連而成，在支鏈處為α-1,6-糖苷鍵。直鏈淀粉和支鏈淀粉的鏈長(zhǎng)、比例和支鏈在半晶體結(jié)構(gòu)中的填充模式均會(huì)影響淀粉的性質(zhì)[1]。在適當(dāng)溫度（各種來(lái)源的淀粉所需溫度不同，一般為60～80℃）下，有序及無(wú)序（晶質(zhì)與非晶質(zhì)）態(tài)的淀粉分子之間的氫鍵發(fā)生斷裂，分散在水中成為膠體溶液。淀粉作為一種經(jīng)濟(jì)有效的不可再生原料的替代品，近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注。然而，天然淀粉的固有特性（包括水溶性差、加工耐受性低和高水解敏感性等）限制了其的應(yīng)用。因此，需要通過(guò)化學(xué)修飾、物理修飾、酶修飾等方法對(duì)淀粉改性以制備更好的淀粉基材料。隨著人們對(duì)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視，淀粉的改性與利用成為材料科學(xué)研究的一個(gè)重要方向。

水凝膠是一種能吸水、保水，而又不能溶于水的三維網(wǎng)絡(luò)狀親水聚合物。水凝膠在藥物控釋、再生醫(yī)學(xué)、水體凈化、農(nóng)業(yè)、食品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。水凝膠可通過(guò)物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)形成。物理交聯(lián)是通過(guò)非共價(jià)鍵（氫鍵作用、靜電作用、配位作用等）形成三維網(wǎng)絡(luò)。物理交聯(lián)形成的水凝膠具有可逆性、觸變性，但是物理交聯(lián)形成的水凝膠往往機(jī)械強(qiáng)度小，難以設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)以滿(mǎn)足特定的需要[5]?；瘜W(xué)交聯(lián)是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成交聯(lián)點(diǎn)，是制備水凝膠的重要方法，包括輻射交聯(lián)、自由基聚合和點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)等，一般形成不可逆的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。另外，水凝膠的形成及微觀形態(tài)通常受外界環(huán)境刺激的影響，包括溫度[6-8]、pH[8]、磁場(chǎng)[9]、光[10]等。

近年來(lái)，淀粉基水凝膠的研究備受關(guān)注。以淀粉為原料制備水凝膠，不僅可以降低水凝膠的成本，而且制備的水凝膠具有良好的生物相容性和生物可降解性，符合綠色產(chǎn)業(yè)及可持續(xù)發(fā)展的要求。可以按照不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)淀粉基水凝膠進(jìn)行分類(lèi)（圖1），本文重點(diǎn)介紹其組成、形成原理、對(duì)環(huán)境的刺激響應(yīng)性、應(yīng)用。

圖1 淀粉基水凝膠的分類(lèi)

1 組成

淀粉基水凝膠有很多優(yōu)點(diǎn)，但其均一性以及力學(xué)性能較差，限制了淀粉基水凝膠的應(yīng)用。為了改善水凝膠的性能，人們制備了各種復(fù)合水凝膠，包括淀粉與天然聚合物復(fù)合、淀粉與無(wú)機(jī)材料復(fù)合的水凝膠等（見(jiàn)表1）。

表1 淀粉基水凝膠的組成

1.1 淀粉與天然聚合物復(fù)合水凝膠

通過(guò)其他天然多糖聚合物如纖維素、殼聚糖、明膠等與淀粉一起形成復(fù)合水凝膠，可以改善水凝膠的性能，提高藥物緩釋、組織工程等方面的應(yīng)用價(jià)值。

1.1.1 纖維素/淀粉基水凝膠

纖維素是自然界存在最多的天然多糖，其衍生物與淀粉水凝膠交聯(lián)形成的聚合物具有良好的環(huán)境相容性、熱穩(wěn)定性、抗鹽性。Mauricio 等[11]以纖維素納米晶須（CNW）和淀粉為原料，通過(guò)超聲輔助在CNW 和淀粉中引入乙烯基制備水凝膠復(fù)合材料。加入CNW后，藥物釋放時(shí)間延長(zhǎng)了2.9倍，證明CNW對(duì)藥物釋放起到了抑制作用。Baghbadorani等[12]合成了淀粉-g-聚丙烯酸/纖維素納米纖維水凝膠，纖維素納米纖維具有活性官能團(tuán)的高晶體纖維結(jié)構(gòu)，這些官能團(tuán)具有分子間和分子內(nèi)氫鍵，能夠?yàn)樗z提供很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和吸附能力。Moharrami 等[13]采用磁功能化纖維素納米晶接枝淀粉-g-(2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸)水凝膠，制備了一種新型的生物基水凝膠復(fù)合材料。該水凝膠是一種高效、環(huán)保的陽(yáng)離子染料納米吸附

劑，不但有很高的吸附性能和選擇性，并且該復(fù)合水凝膠對(duì)陽(yáng)離子染料的特異性吸附表現(xiàn)出良好的可重復(fù)性。

1.1.2 殼聚糖/淀粉基水凝膠

殼聚糖廣泛存在于海洋甲殼類(lèi)、蝦、蟹和昆蟲(chóng)的甲殼中，一般通過(guò)自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)脫乙?；饔玫玫?，殼聚糖不僅生物相容性、生物降解性較好，而且能夠增加淀粉基水凝膠的交聯(lián)密度，增強(qiáng)力學(xué)性能。Peidayesh等[15]以玉米淀粉和殼聚糖為原料，在半脫水條件下合成了檸檬酸改性水凝膠。當(dāng)?shù)矸?殼聚糖比例為50/50時(shí)，水凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力最強(qiáng)。Liu 等[21]通過(guò)原位聚合制備了氧化羥乙基淀粉/氨基羧甲基殼聚糖可注射雙組分水凝膠。醛和氨基的含量可通過(guò)控制高碘酸鈉與羥乙基淀粉、乙二胺與羧甲基殼聚糖的摩爾比來(lái)調(diào)節(jié)。隨著氨基和醛基含量的增加，該凝膠具有更多的交聯(lián)點(diǎn)，使交聯(lián)密度更高，進(jìn)而交聯(lián)時(shí)間縮短，溶脹率降低，機(jī)械拉伸強(qiáng)度隨之升高。

1.1.3 明膠/淀粉基水凝膠

明膠是分子量分布很寬的多肽分子聚合物，廣泛存在于動(dòng)物的皮、骨中。明膠與淀粉的復(fù)合材料在生物領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。Wang 等[22]利用濕法紡織法制備了海藻酸鈉/醛基淀粉/明膠復(fù)合水凝膠纖維。當(dāng)明膠添加量過(guò)大時(shí)，明膠在海藻酸鹽/明膠復(fù)合水凝膠中聚集，使兩者相容性差，還會(huì)破壞海藻酸鹽/明膠復(fù)合水凝膠纖維的力學(xué)性能。Nieuwenhove 等[25]使用不同比例的淀粉與明膠來(lái)制備水凝膠，制備的水凝膠對(duì)培養(yǎng)的細(xì)胞的生存能力沒(méi)有不良影響。在交聯(lián)度最高的水凝膠上，細(xì)胞增殖能力最強(qiáng)；在交聯(lián)最少的水凝膠中，脂肪分化程度最高；在最堅(jiān)硬的混合淀粉水凝膠中，成骨分化程度最強(qiáng)。該水凝膠在體外最大程度地促進(jìn)成脂干細(xì)胞或成骨干細(xì)胞的分化，在軟組織再生臨床研究中有很大的潛力。

1.2 無(wú)機(jī)材料/淀粉復(fù)合水凝膠

無(wú)機(jī)材料具有強(qiáng)度高、耐腐蝕的特點(diǎn)，將具有特殊物理性質(zhì)的無(wú)機(jī)納米材料加入淀粉基水凝膠中，對(duì)決定水凝膠整體力學(xué)性質(zhì)起著重要作用[31]。常用的無(wú)機(jī)材料包括生物炭、石墨烯、埃洛石、金屬氧化物等。

1.2.1 生物炭/淀粉基水凝膠

生物炭是一種碳質(zhì)衍生物，由不同的生物質(zhì)通過(guò)熱解產(chǎn)生。熱解的生物炭表面有許多的官能團(tuán)，如醛基、羥基、氨基、羧基等，具有酸堿和親疏水性。另外，生物炭具有含炭量高、孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大等特點(diǎn)，而且物理化學(xué)性能穩(wěn)定，吸附性能好。將其與淀粉基水凝膠結(jié)合，可以制備具有高吸水性和良好吸附性能的水凝膠。Motamedi等[16]將幾種不同的生物炭（天然炭、球磨天然炭和化學(xué)改性天然炭納米顆粒）作為填料用于制備淀粉-g-聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)高吸水性材料。結(jié)果表明，改性淀粉基水凝膠的溶脹行為、吸水性、保水能力和熱穩(wěn)定性有顯著的變化。因化學(xué)改性的天然炭具有更細(xì)小的顆粒，能更均勻穩(wěn)定地分布在基質(zhì)中，進(jìn)而提高了其吸水率及保水能力。Mohamed等[17]利用大豆莢進(jìn)行炭化，然后將制備好的大豆莢生物炭溶于乙醇中，再將適量的淀粉溶于30%的乙酸中，使用甘油作為交聯(lián)劑，制備出生物炭/淀粉水凝膠納米彎管，該凝膠在室溫下即有較高的溶脹比。

1.2.2 石墨烯基/淀粉基水凝膠

石墨烯基材料是改性水凝膠力學(xué)性能的有效增強(qiáng)劑，是由sp2雜化的碳原子組成的呈蜂窩狀的二維碳納米材料。作為一種新型納米碳材料，與淀粉基水凝膠結(jié)合，具有增強(qiáng)水凝膠力學(xué)性能、電力學(xué)和熱學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)[32]。Subhi 等[18]制備的多孔石墨烯-淀粉水凝膠，其對(duì)帶正電荷的染料的吸附量比氧化石墨烯水凝膠多約75%。

由于石墨烯在水中的溶解度較低，可以通過(guò)氧化剝離合成氧化石墨烯納米片增加石墨烯的親水性和反應(yīng)性。氧化石墨烯具有較大的比表面積和豐富的官能團(tuán)，可以作為交聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，也可以通過(guò)氫鍵、靜電作用等在聚合物和氧化石墨烯之間形成物理交聯(lián)，形成氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。Parsamanesh 等[27]使改性過(guò)的環(huán)糊精附著在氧化石墨烯表面，然后與酯化淀粉相互作用形成納米復(fù)合水凝膠。該凝膠具有明確的、相互連接的三維多孔網(wǎng)絡(luò)，孔隙在亞微米到幾微米之間，對(duì)腐殖酸等有機(jī)物具有良好的去除能力。Wang 等[28]利用氧化石墨烯與可溶性淀粉制備一種新型自愈性多功能水凝膠，該水凝膠具有快速自愈的能力、無(wú)毒性和導(dǎo)電性，電導(dǎo)率大約10.5mS/dm，還可用作黏附金屬的黏合劑。

1.2.3 金屬氧化物/淀粉基水凝膠

近年來(lái)，金屬氧化物因其堅(jiān)固性、穩(wěn)定性、保質(zhì)期長(zhǎng)而被廣泛應(yīng)用于抑菌和載藥方面，利用淀粉基水凝膠良好的生物相容性與金屬氧化物復(fù)合，可提高水凝膠的抑菌性和載藥性能。Gholamali等[23]制備了氧化淀粉/CuO 納米復(fù)合水凝膠，與純氧化淀粉水凝膠相比，納米復(fù)合水凝膠具有pH 敏感性，pH=7.4 時(shí)的溶脹率大于pH=2.1 時(shí)的溶脹率。在此基礎(chǔ)上，Namazi等[24]制備了氧化淀粉/ZnO納米復(fù)合水凝膠，該復(fù)合水凝膠對(duì)金色葡萄球菌及大腸桿菌具有很好的抗菌性，適合用于智能控制釋放體系。

1.2.4 埃洛石

埃洛石納米管（HNTs）是一種天然的鋁硅酸鹽黏土礦物，由于HNTs 呈空心管狀，具有大的空腔體積，因此可以作為納米載體應(yīng)用于制備具有載藥/緩釋功能的淀粉基水凝膠。Liu 等[30]利用1,4-苯二硼酸修飾的埃洛石納米管與可壓性淀粉偶合，制備了一種對(duì)H2O2具有響應(yīng)性的新型化學(xué)水凝膠。Sabbagh 等[33]制備了埃洛石基殼聚糖/氧化淀粉納米復(fù)合水凝膠微球，研究發(fā)現(xiàn)，HNTs 的加入顯著影響了水凝膠微球的溶脹行為、熱性能以及載藥/釋放特性。本文作者課題組[19]通過(guò)馬鈴薯淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺與可聚合的環(huán)糊精的自由基共聚，制備了一種基于馬鈴薯淀粉的HNTs 復(fù)合水凝膠，對(duì)該水凝膠的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征，研究了該水凝膠對(duì)尿素的緩釋性能。

2 形成原理

2.1 物理交聯(lián)

物理交聯(lián)是指通過(guò)非共價(jià)鍵相互作用（包括氫鍵、主客體作用、靜電作用等）形成水凝膠。非共價(jià)鍵作用賦予水凝膠動(dòng)態(tài)性、可逆性和適應(yīng)性的特點(diǎn)，因此物理交聯(lián)形成的水凝膠一般具有可逆性和可注射性，因此可用于制備具有自愈性的可注射水凝膠。

2.1.1 氫鍵作用

氫鍵是指與N、O、F 等電負(fù)性較大的原子相連的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子之間的相互作用，氫鍵的鍵能比共價(jià)鍵鍵能低，當(dāng)體系中存在大量的氫鍵時(shí)，分子可以交聯(lián)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如，Yu 等[34]通過(guò)凍融法制備了淀粉（St）/聚乙烯醇(PVA)/硅酸鹽納米黏土水凝膠，硅酸鹽納米黏土與St/PVA 之間以氫鍵交聯(lián)，使凝膠網(wǎng)絡(luò)密度降低。Ren 等[35]合成了由殼聚糖和雙醛淀粉之間的席夫堿鍵和聚合物中含氧基團(tuán)之間的氫鍵構(gòu)建的雙網(wǎng)絡(luò)自愈膜。

2.1.2 靜電作用

靜電作用是帶有相反的電荷的化合物之間的相互吸引作用。之前已經(jīng)有Hossain等[3]研究了陽(yáng)離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨和十六烷基三甲基溴化銨分別與陰離子氧化纖維素納米纖維（OCNF）之間相互吸引成膠的反應(yīng)，它們之間的靜電相互作用可以通過(guò)其電位值的變化來(lái)判斷。單獨(dú)OCNF 的抗氧化電位值為-56mV，隨著表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨和十六烷基三甲基溴化銨的添加，抗氧化電位向正向移動(dòng)，表明陰離子表面活性劑的添加中和了OCNF 的電荷。而Almeida 等[36]研究了將結(jié)冷膠滴入水解膠原蛋白中構(gòu)建的親水化合物，并將淀粉加入聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成水凝膠。在酸性介質(zhì)中結(jié)冷膠電位值為負(fù)值，水解膠原蛋白呈現(xiàn)出正電位。

2.1.3 主客體作用

主客體作用是一種具有高度識(shí)別能力的超分子作用。它是在非共價(jià)作用力（氫鍵、疏水、離子-偶極、范德華力等）的基礎(chǔ)上，主體分子與客體分子之間通過(guò)選擇性識(shí)別形成的。與其他非共價(jià)作用力相比，主客體作用要求主客體分子結(jié)構(gòu)、親疏水性與能量的高度匹配。主體分子通常具有雜原子的大環(huán)，常用的有環(huán)糊精、冠醚、葫蘆脲、柱芳烴、杯芳烴5種，而環(huán)糊精是制備水凝膠最常用的主體分子[37]。因環(huán)糊精具有一個(gè)很大的空腔結(jié)構(gòu)，可與金剛烷胺、聚乙二醇等客體分子通過(guò)主客體相互作用形成交聯(lián)，從而發(fā)生凝膠化。例如Li等[38]以金剛烷胺與環(huán)糊精形成超分子凝膠實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶血磷脂酸的識(shí)別傳感。Parsamanesh 等[27]利用環(huán)糊精（CD）的空腔結(jié)構(gòu)制備了通過(guò)豆蔻酸（MA）改性的淀粉水凝膠。該反應(yīng)利用氧化石墨烯（GO）表面的管狀α-CD 與淀粉表面的MA 之間的主客體相互作用形成絡(luò)合物GO-CD/St-MA。為了測(cè)定水凝膠對(duì)外部化學(xué)刺激的敏感性，他們將金剛烷作為外部刺激添加到系統(tǒng)中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金剛烷分子會(huì)與MA形成強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)，從而使α-CD 與MA 之間的主客體被破壞。另外，超分子水凝膠具有的多孔結(jié)構(gòu)可以吸附許多類(lèi)型的污染物，表現(xiàn)出良好的水凈化能力。

2.1.4 配位作用

通過(guò)配體與金屬離子之間的配位鍵可形成交聯(lián)點(diǎn)，產(chǎn)生凝膠化。常用的配體有羧基、羥基、氨基、巰基等。Wang 等[39]利用戊二醛與FeCl3作為交聯(lián)劑，制備了具有電響應(yīng)性的淀粉基水凝膠。該凝膠體系中存在兩種交聯(lián)點(diǎn)，一種是戊二醛與淀粉上的羥基之間形成的交聯(lián)點(diǎn)，另一種是通過(guò)鐵離子與淀粉上的羥基形成的配位鍵。水凝膠的電響應(yīng)性與鐵離子的濃度有關(guān)。

2.2 化學(xué)交聯(lián)

通過(guò)物理交聯(lián)制備水凝膠的方法簡(jiǎn)單方便，而且制備的凝膠無(wú)毒，但受環(huán)境影響較大，不穩(wěn)定，而且存在不能調(diào)節(jié)孔洞大小、孔洞結(jié)構(gòu)、尺寸、硬度等問(wèn)題[26]，所以通過(guò)化學(xué)交聯(lián)法來(lái)制備水凝膠也是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。化學(xué)交聯(lián)法主要通過(guò)添加交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)聚合形成水凝膠，從而達(dá)到調(diào)節(jié)凝膠溶脹度、孔洞大小、降解時(shí)間以及強(qiáng)度的目的。常見(jiàn)的化學(xué)方法有引發(fā)劑引發(fā)聚合交聯(lián)、光引發(fā)交聯(lián)、輻射引發(fā)交聯(lián)及點(diǎn)擊反應(yīng)交聯(lián)等。

2.2.1 引發(fā)劑引發(fā)交聯(lián)

大多數(shù)聚合物的形成都由自由基聚合而成，一般包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止、鏈轉(zhuǎn)移四個(gè)階段。常用的引發(fā)劑有過(guò)硫酸鹽類(lèi)、過(guò)氧化氫、偶氮類(lèi)等，其中用得最多的為過(guò)硫酸鉀。Ashri 等[40]以過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑制備了聚丙烯酸接枝的山藥淀粉水凝膠。因過(guò)硫酸鉀加熱到60℃以上分解生成硫酸陰離子自由基，生成的自由基會(huì)以淀粉羥基上的氫為靶點(diǎn)形成烷氧自由基，而烷氧自由基在淀粉基主鏈上引發(fā)丙烯酸聚合反應(yīng)，使聚丙烯酸接枝到淀粉主鏈上。

因?yàn)榈矸?聚丙烯酸水凝膠吸水能力及力學(xué)性能有限，有研究通過(guò)加入功能性材料修飾淀粉/聚丙烯酸水凝膠以改善凝膠性能。Olad等[41]利用斜沸石修飾淀粉接枝-聚丙烯酸-聚丙烯酰胺/聚乙烯醇水凝膠，該凝膠的平衡溶脹能力（364.82g/g）高于純水凝膠的平衡溶脹能力（286.21g/g），并且使其機(jī)械強(qiáng)度得到了顯著提高。Chaudhuri 等[42]用膨潤(rùn)土修飾淀粉/聚丙烯酸水凝膠，提高了水凝膠的溶脹性和熱反應(yīng)性。在298K和277K時(shí)，最大溶脹率分別為12020%和13000%。與不含黏土的試樣相比，儲(chǔ)能模量提高了3.55 倍。隨著膨潤(rùn)土的加入，可以注意到熱響應(yīng)的顯著變化，在黏土濃度為0和5%時(shí)，水凝膠的溶脹度隨溫度的升高而升高，但當(dāng)黏土的濃度為10%及以上時(shí)，其溶脹度隨溫度升高而下降。

2.2.2 光引發(fā)交聯(lián)

光交聯(lián)是一種綠色高效的功能基團(tuán)交聯(lián)技術(shù)，其具有固化過(guò)程不排放揮發(fā)性有機(jī)化合物、固化速度快、能耗低、無(wú)熱量要求等特點(diǎn)。常用的光引發(fā)劑如圖2所示。光引發(fā)需要光引發(fā)劑吸收光源的光子，形成引發(fā)劑自由基，引發(fā)劑自由基會(huì)與淀粉發(fā)生反應(yīng)，生成接枝的自由基。例如，Zain 等[43]以3%苯甲酸鈉為光引發(fā)劑，木薯淀粉為原料，利用光照引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，苯甲酸受光照會(huì)分解，隨著光照時(shí)間增強(qiáng)，羧酸含量也隨之增加，凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)也增加。Noè 等[44]以苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸鋰鹽為光引發(fā)劑制備了甲基丙烯酸化的淀粉基水凝膠，當(dāng)?shù)矸酆繛?0%～15%時(shí)，反應(yīng)比較迅速且在60s開(kāi)始固化，此時(shí)水凝膠的壓縮剛度從13kPa 增加到20kPa，與人體組織的剛度相似；而淀粉含量為5%時(shí)，固化過(guò)程有所延緩，需要90s。

圖2 常用的光引發(fā)劑

2.2.3 輻射引發(fā)交聯(lián)

輻射交聯(lián)主要是由電子束、γ射線、微波等輻照后引發(fā)的自由基交聯(lián)，研究較多的為水溶性多糖在高濃度水溶液中發(fā)生的輻射交聯(lián)。Senna 等[45]采用電子束輻照法制備了增塑淀粉/醋酸纖維素/羧甲基纖維素共混水凝膠，經(jīng)輻照前后對(duì)比，水凝膠的力學(xué)性能有明顯的提升。Fekete 等[46]以羧甲基纖維素和淀粉的混合物為原料，用射線輻照法制備了高吸水性凝膠。用淀粉替代部分羧甲基纖維素提高了凝膠組分，吸水量也有所增加。但是，過(guò)高的淀粉含量對(duì)凝膠化有負(fù)面影響，導(dǎo)致凝膠分?jǐn)?shù)下降。Mohamed等[47]通過(guò)微波輻射合成了含有納米磁性氧化鐵和鋅有機(jī)骨架的NFe3O4@Zn(GA)/淀粉水凝膠，使該凝膠具有高的表面積和多孔結(jié)構(gòu)，并顯著改善了其環(huán)境友好性、耐久性與吸附能力。

2.2.4 點(diǎn)擊反應(yīng)引發(fā)交聯(lián)

點(diǎn)擊反應(yīng)具有產(chǎn)率高、副產(chǎn)物少、操作簡(jiǎn)單、立體選擇性強(qiáng)等特點(diǎn)。在水凝膠的制備中具有廣泛的應(yīng)用。本文作者課題組[8]通過(guò)Diels-Alder（D-A）反應(yīng)、1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)制備了一系列的水凝膠，并嘗試將其應(yīng)用于淀粉基水凝膠的制備。Li等[48]通過(guò)巰基淀粉和烯丙基淀粉之間的巰基-烯鍵的點(diǎn)擊反應(yīng)合成水凝膠，并對(duì)該水凝膠的流變性能、生物降解性能進(jìn)行了研究。研究表明，通過(guò)控制巰基-烯鍵的摩爾比可調(diào)節(jié)凝膠的力學(xué)性能。生物降解實(shí)驗(yàn)表明，淀粉酶可使水凝膠快速分解，分解速率可通過(guò)調(diào)控巰基-烯鍵的摩爾比或淀粉酶的含量來(lái)控制。González 等[26]使用呋喃功能化的淀粉與馬來(lái)亞酰胺經(jīng)過(guò)D-A 點(diǎn)擊反應(yīng)，制備了淀粉基納米復(fù)合水凝膠。

水凝膠微球具有對(duì)外部刺激響應(yīng)速度快、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，人們往往將水凝膠做成微球來(lái)使用。微球是指直徑為納米級(jí)至微米級(jí)的高分子材料，可以是球形也可以是其他形狀。Li等[49]通過(guò)共價(jià)交聯(lián)制備了基于羧甲基淀粉與殼聚糖鹽酸鹽的納米凝膠，并將其用作姜黃素的釋放載體。Noh 等[50]報(bào)道了內(nèi)核為3-二乙氨基丙胺接枝淀粉、外殼為聚乙二醇的對(duì)pH 敏感的納米微球，研究了其對(duì)抗癌藥物多西他賽的釋放行為。研究表明，藥物的釋放趨勢(shì)隨著pH 的變化是可逆的，在酸性中環(huán)境能夠有效地減少癌細(xì)胞的增殖。通過(guò)噴霧干燥過(guò)程中的點(diǎn)擊反應(yīng)制備水凝膠微球具有節(jié)能、綠色、適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，在水凝膠微球的制備中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文作者課題組[51]通過(guò)噴霧干燥過(guò)程中的D-A 反應(yīng)制備了淀粉基水凝膠微球（反應(yīng)示意圖及水凝膠的制備過(guò)程如圖3 所示），并探究了其在藥物緩釋方面的應(yīng)用。

圖3 噴霧干燥過(guò)程示意圖及酯化淀粉與水凝膠微球（SGPs）的合成

3 環(huán)境響應(yīng)型淀粉基水凝膠

根據(jù)淀粉基水凝膠對(duì)環(huán)境的敏感性不同，可以分為非環(huán)境敏感型淀粉基水凝膠和環(huán)境敏感型淀粉基水凝膠。非環(huán)境敏感型水凝膠對(duì)外界物理刺激（溫度、光、壓力等）與化學(xué)刺激（pH、溶劑組成、分子種類(lèi)等）不敏感，而環(huán)境敏感型水凝膠在外部條件發(fā)生變化時(shí)其物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。環(huán)境敏感性水凝膠可以分為pH 敏感型水凝膠、溫度敏感型水凝膠、磁敏感型水凝膠、復(fù)合敏感型水凝膠等。

3.1 非環(huán)境敏感型淀粉基水凝膠

非環(huán)境敏感型淀粉基水凝膠是指淀粉與傳統(tǒng)高分子復(fù)合形成的水凝膠。Moradi等[52]采用電旋法制備了淀粉/聚乙烯醇水凝膠納米纖維膜，該膜對(duì)廢水中的亞甲基藍(lán)有很好的吸附作用。Kuchaiyaphum等[53]將具有抗菌性的絲素蛋白加入淀粉/聚乙烯醇水凝膠中，賦予水凝膠抗菌性能。Qin等[54]在淀粉/聚乙烯醇水凝膠中添加了硼砂以形成雙交聯(lián)水凝膠。加入硼砂后的水凝膠具有良好的延展性（2485%）、韌性（290.5kJ/m3） 和高的抗壓強(qiáng)度（547.8kPa），并可承受自身300 倍的質(zhì)量，在室溫下呈現(xiàn)出優(yōu)異的自愈能力。

3.2 環(huán)境敏感型淀粉基水凝膠

傳統(tǒng)的水凝膠對(duì)環(huán)境的刺激不能及時(shí)作出應(yīng)激性反應(yīng)，只能被動(dòng)地吸水溶脹，而環(huán)境敏感型水凝膠的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)性質(zhì)會(huì)隨著環(huán)境中的溫度、pH、磁場(chǎng)等發(fā)生的變化或刺激而變化[55-56]。為了滿(mǎn)足實(shí)際需要，研究者進(jìn)一步制備了復(fù)合敏感型淀粉基水凝膠，比如溫度/pH、溫度/光、pH/酶等，進(jìn)一步擴(kuò)大了淀粉基水凝膠的應(yīng)用范圍。淀粉基水凝膠的環(huán)境響應(yīng)性分類(lèi)如圖4所示。

圖4 淀粉基水凝膠的環(huán)境性響應(yīng)性

3.2.1 溫度敏感型淀粉基水凝膠

N-異丙基丙烯酰胺（NIPAM）中含有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基，最低溶解溫度（LCST）為32℃，當(dāng)溫度低于LCST 時(shí)，凝膠上的酰胺鍵與水分子之間主要為氫鍵作用，表現(xiàn)出溶解狀態(tài)；當(dāng)溫度高于LCST 時(shí)，異丙基的疏水作用加強(qiáng)，氫鍵被破壞，凝膠表現(xiàn)出坍塌或聚集狀態(tài)[57-58]。通過(guò)N-異丙基丙烯酰胺與其他單體的共聚可調(diào)節(jié)其LCST。 聚N- 異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）與天然多糖聚合物有較好的相容性，可賦予水凝膠以溫敏性。Jena 等[59]利用雞蛋殼粉（EP）改性的淀粉制備了St-g-PNIPAM/EP水凝膠。EP的加入明顯提高了水凝膠的熱穩(wěn)定性，與St-g-PNIPAM 相比氧屏障性能降低了73%。Feng 等[60]將淀粉、海藻酸鹽、PNIPAM混合制備了具有溫敏性的半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠，并加入高嶺土提高了水凝膠的熱穩(wěn)定性。

3.2.2 pH敏感型淀粉基水凝膠

pH 敏感型水凝膠是指水凝膠的體積和形態(tài)隨pH 的變化而變化的一類(lèi)智能水凝膠。該凝膠內(nèi)部一般含有酸性或堿性的基團(tuán)，因此可以分為陰離子型pH 敏感型水凝膠和陽(yáng)離子型pH 敏感型水凝膠。以—COOH 基水凝膠為例，pH 響應(yīng)的機(jī)理為：在酸性條件下，大部分羧酸離子被質(zhì)子化，從—COO-轉(zhuǎn)化為—COOH，消除了陰離子-陰離子之間的排斥力，質(zhì)子化增強(qiáng)了—COOH 之間的氫鍵，從而增強(qiáng)骨架網(wǎng)絡(luò)中的物理交聯(lián)度，降低凝膠的溶脹能力。而在較高的pH 下，羧酸基團(tuán)的解離增強(qiáng)了羧酸陰離子間的靜電排斥能力，從而使凝膠的溶脹度增加。由于這類(lèi)凝膠可以對(duì)外界做出反應(yīng)，在傳感器、控釋開(kāi)關(guān)以及藥物緩釋等領(lǐng)域有很好的發(fā)展前景。

Banerjee 等[61]在聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨接枝淀粉和溴化十六烷基銨改性的蒙脫土存在下，通過(guò)丙烯酸鈉原位聚合和連續(xù)交聯(lián)制備了聚丙烯酸納米水凝膠。在pH=7.4 和pH=1.2 時(shí)，水凝膠顯示刺激觸發(fā)受傷后的自愈性，凝膠也能夠顯示形狀記憶特性并對(duì)水和鹽的刺激做出驅(qū)動(dòng)性行為。Siyamak 等[62]利用雙螺桿擠壓技術(shù)使淀粉、丙烯酰胺與2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸聚合。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)矸邸⒈０放c2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸的質(zhì)量比為75∶20∶4時(shí)，共聚物在水中的溶脹能力最強(qiáng)，從而證實(shí)了使用雙螺桿擠壓技術(shù)低成本地制備小麥淀粉基pH 響應(yīng)性共聚物的可行性。Tanan 等[63]制備了淀粉-g-聚丙烯酰胺/天然橡膠/聚乙烯醇pH 敏感型半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠，當(dāng)pH 為7時(shí)，達(dá)到最大溶脹性能。

3.2.3 磁敏感型水凝膠

向淀粉基水凝膠中加入具有磁性的物質(zhì)可用于藥物給藥系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)外部磁體將納米系統(tǒng)靶向到需要的區(qū)域，當(dāng)去除磁場(chǎng)后，將不再顯示磁性的相互作用[64]。Massoumi 等[65]制備了Fe3O4-g-[聚(N-異丙基丙烯酰胺)-co-馬來(lái)酸酐]@淀粉水凝膠，該水凝膠的飽和磁化強(qiáng)度為49emu/g（1emu=10A），與磁鐵礦的性質(zhì)一致，在靶向給藥應(yīng)用方面具有良好的潛在價(jià)值。Nematollahi 等[66]將淀粉與CuFe2O4在堿性條件下交聯(lián)制備一種磁性納米復(fù)合水凝膠。納米粒子的原位聚合導(dǎo)致水凝膠網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)增加，孔隙率和溶脹率隨金屬鹽含量的增加而降低。

3.2.4 復(fù)合敏感型水凝膠

由于溫度和pH 是生理和化學(xué)系統(tǒng)中的兩個(gè)重要因素，因此溫度/pH復(fù)合敏感型水凝膠的研究備受關(guān)注。Strachota 等[67]通過(guò)淀粉夾層的N-異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸鈉的共聚物，制備了塊狀的水凝膠，該水凝膠在溫度與pH 的誘導(dǎo)下，可進(jìn)行快速的溶劑（水）的釋放。當(dāng)?shù)矸酆孔罡邥r(shí)，在pH的誘導(dǎo)下，大約5.5min就可以釋放出70%的水，該水凝膠在制動(dòng)器和藥物釋放體系中具有很大的應(yīng)用前景。另外，pH與磁作為影響因素也有所研究。Lima-Tenório等[68]在CoFe2O4納米粒子存在下，通過(guò)超聲誘導(dǎo)的乙烯基修飾的淀粉、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸的自由基聚合制備了對(duì)pH 和磁場(chǎng)響應(yīng)的水凝膠，細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明，該水凝膠沒(méi)有細(xì)胞毒性，具有一定的生物相容性。

酶在細(xì)胞和組織代謝調(diào)節(jié)中起著重要作用。同時(shí)，由于癌細(xì)胞中存在還原性巰基化合物，癌細(xì)胞的微環(huán)境具有較高的還原性。因此，酶-氧化還原敏感型水凝膠在疾病靶向治療和診斷方面有巨大的應(yīng)用潛力。Sun 等[69]通過(guò)自由基聚合制備了二硒化物交聯(lián)的淀粉基水凝膠，淀粉骨架具有酶降解的特性，而含有二硒的交聯(lián)劑具有氧化還原分裂特性。然后以羅丹明為模型藥物，研究了水凝膠對(duì)羅丹明的可控的多重刺激釋放行為。

4 淀粉基水凝膠的應(yīng)用

由于淀粉基水凝膠具有生物相容性好、可生物降解、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在再生醫(yī)學(xué)、藥物緩釋、水體凈化、農(nóng)業(yè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景（如圖5所示）。

圖5 淀粉基水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 水體凈化

隨著行業(yè)的發(fā)展，大量有機(jī)染料和一些重金屬離子被排放到水中，會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此去除水資源中的有機(jī)染料及重金屬被廣泛關(guān)注。目前，去除污染物的技術(shù)包括吸附、離子交換、沉淀、微孔過(guò)濾等，而吸附技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、成本低、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。因此，淀粉基水凝膠作為一種無(wú)毒、廉價(jià)、穩(wěn)定、高效的吸附材料具有很大的研究?jī)r(jià)值。具體應(yīng)用情況見(jiàn)表2。

表2 淀粉基水凝膠在水體凈化方面的應(yīng)用

淀粉基水凝膠在吸附染料的研究上已經(jīng)十分成熟，Junlapong 等[70]以木薯淀粉和聚丙烯酰胺為原料，通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法合成水凝膠。該水凝膠隨碳含量的增加孔隙逐漸減小，當(dāng)?shù)矸酆繛?0%時(shí)，水凝膠的吸水率可以達(dá)到8000%。該淀粉水凝膠在10h內(nèi)吸附85%的亞甲基藍(lán)，最大吸附量為2000mg/g，經(jīng)過(guò)4次循環(huán)使用后，水凝膠的吸附率仍能達(dá)到50%。

利用淀粉基水凝膠吸附重金屬離子也已經(jīng)有非常廣泛的研究。Mohamed 等[17]研究生物炭/淀粉水凝膠納米彎管對(duì)各種水源中的Cr(Ⅵ)離子的去除率，其吸附率會(huì)隨著酸度的增大而逐漸降低，在自來(lái)水、海水和廢水中對(duì)Cr(Ⅵ)離子去除率分別為99.98%、98.38%、99.06%。Dai 等[71]采用海藻酸鈉和2-羥基-3-異丙氧基丙基淀粉制備了一種用于去除水中Cu(Ⅱ)的新型多糖熱響應(yīng)水凝膠，內(nèi)部含有豐富的羧基，具有足夠的結(jié)合位點(diǎn)吸附Cu(Ⅱ)，最大吸附量為25.81mg/g，而且5次循環(huán)后對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量仍高于(15.23±0.27)mg/g。由于2-羥基-3-異丙氧基丙基淀粉/海藻酸鈉水凝膠的熱響應(yīng)性，在35℃會(huì)排出水，然后用少量稀鹽酸就能成功解吸。

4.2 藥物緩釋

病理狀態(tài)（腫瘤、炎癥）下人體組織的溫度、pH 會(huì)發(fā)生改變，這些刺激會(huì)引起環(huán)境敏感型水凝膠性質(zhì)的改變，從而控制藥物的釋放。Noh 等[50]合成的淀粉/聚乙二醇/3-二乙氨基丙胺納米凝膠表現(xiàn)出pH 響應(yīng)性，在pH 為7.4 時(shí)表現(xiàn)親脂性，能提高抗腫瘤藥物多西他賽的裝載效率，當(dāng)pH 小于7.0時(shí)，3-二乙氨基丙胺被質(zhì)子化，引起納米凝膠核心的靜電凝結(jié)，使藥物通過(guò)擠壓核心加速釋放。并且該凝膠在pH 刺激下能選擇性地釋放藥物，并隨pH 的變化呈現(xiàn)可逆性。Nezami 等[73]制備了一種球狀淀粉水凝膠。該凝膠的藥物緩釋行為與銀納米粒子含量及溫度、pH 有關(guān)。隨著銀納米粒子在聚合物中的含量增加，藥物釋放度也增加，當(dāng)釋放度超過(guò)3.3%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)開(kāi)始降低。并且隨溫度的升高，聚合物網(wǎng)絡(luò)脫水，疏水性增強(qiáng)，較高的溫度可以增加藥物在聚合物網(wǎng)絡(luò)中的溶解度和擴(kuò)散速率；在pH小于3的條件下，載藥量較低，當(dāng)pH為4～8 時(shí)，羧酸基團(tuán)被電離，使載藥量增加。Li 等[74]利用原位交聯(lián)法制備了一種可載藥淀粉基水凝膠。藥物緩釋速率除了與藥物在介質(zhì)中的溶解速率有關(guān)，還與水凝膠網(wǎng)絡(luò)與分散介質(zhì)之間的滲透壓有關(guān)。高鳳苑等[75]制備了木薯淀粉基水凝膠，具有良好的載藥性能，最佳載藥時(shí)間為0.5h，載藥量可達(dá)100mg/g，水凝膠中的姜黃素釋放緩慢，72h 可達(dá)載藥量的80%，具有明顯的緩釋效果。González等[26]制備了呋喃功能化淀粉衍生物淀粉基納米復(fù)合凝膠。進(jìn)行了藥物釋放度測(cè)定和體外細(xì)胞毒性測(cè)定。結(jié)果表明，納米晶體的摻入修飾了水凝膠的內(nèi)部多孔微結(jié)構(gòu)，從而影響了膨脹能力和藥物傳遞動(dòng)力學(xué)。此外，制備的納米復(fù)合凝膠表現(xiàn)出無(wú)毒行為，在持續(xù)藥物傳遞系統(tǒng)中具有安全可靠性。

4.3 3D打印技術(shù)

3D 打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)層層沉積材料構(gòu)建3D 物理對(duì)象的過(guò)程[76]，主要應(yīng)用于食品打印、軟骨、組織工程等方面。用于3D 打印的材料要求尺寸穩(wěn)定，防止在表面擴(kuò)散，并且在層層沉積時(shí)能夠保持自己的質(zhì)量，提供了一種新的設(shè)計(jì)定制紋理和結(jié)構(gòu)的技術(shù)。Maniglia 等[77]把臭氧氧化淀粉技術(shù)應(yīng)用于制備淀粉基水凝膠上，證明臭氧氧化確實(shí)提高了水凝膠可打印性。當(dāng)凝膠化溫度為65℃和95℃時(shí)，在冰箱保存7d 的凝膠生成星星圖像[如圖6(a)所示]。在65℃的凝膠溫度下，用原生的木薯淀粉和氧化30min的木薯淀粉制成的凝膠均可用作3D 打印，但在大于95℃的情況下，則氧化30min 的木薯淀粉3D 打印效果更好，在食品打印方面具有更好的潛力。Noè 等[44]以玉米淀粉為原料，制備了可加工的且與人體組織相似的力學(xué)彈性的輕質(zhì)水凝膠，并用數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)研究了該凝膠的3D 打印效果。他們對(duì)添加染料前后的打印性能進(jìn)行對(duì)比，未添加染料時(shí)，可以得到最小尺寸為1.5mm、0.5mm、2mm 的圖形，呈現(xiàn)尖銳的邊緣，限制了缸內(nèi)過(guò)度聚合；添加甲基紅后，成功設(shè)計(jì)并打印出蜂窩結(jié)構(gòu)，這表明該材料可以建立毫米厚的壁結(jié)構(gòu)[如圖6(b)所示]。但這種光染料的使用導(dǎo)致x-y平面上一定程度的過(guò)度聚合，因此需要進(jìn)一步研究平衡成分和印刷參數(shù)，以便調(diào)控更好的印刷性能。該淀粉基水凝膠在淀粉含量達(dá)到10%～15%時(shí)，壓縮剛度從13kPa 增加到20kPa，這包括了不同身體組織的硬度，為凝膠在組織工程上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖6 木薯淀粉凝膠3D打印獲得的星星圖像和蜂窩狀圖

4.4 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

由于淀粉基水凝膠具有高吸水、保水的性能，因而被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域用作保水材料。Pathak等[78]研究了琥珀酸氧化的馬鈴薯淀粉形成凝膠后的性能，該凝膠平衡溶脹度為260g/g，可用作玉米種子包衣，改善種子的出苗率。Zain等[79]利用陰離子淀粉衍生物與丙烯腈接枝聚合成高吸水性淀粉基水凝膠，改性淀粉水凝膠對(duì)蒸餾水和鹽水的吸水性均高于天然淀粉，可以用于干旱地區(qū)，以提高土壤的吸水和保水能力。

由于水凝膠對(duì)溫度、pH 等外界環(huán)境條件有一定的響應(yīng)性，因此還可以用作控釋肥料載體，例如Feng等[60]以氯化鈣為交聯(lián)劑，將淀粉、海藻酸鈉和聚異丙基丙烯酰胺接枝聚合制備了具有溫敏性的水凝膠，該水凝膠在常溫下比較穩(wěn)定，但在LCST（29～30℃）以上解離，這與花生進(jìn)花期的溫度很相似。該凝膠可以作為生物防治劑的載體，開(kāi)花時(shí)的溫度可以作為觸發(fā)條件觸發(fā)肥料緩釋開(kāi)始。Wei等[80]采用熱壓硫化機(jī)原位合成平面結(jié)構(gòu)的單片嵌脲淀粉接枝水凝膠，通過(guò)對(duì)尿素釋放行為動(dòng)力學(xué)的測(cè)定表明：隨著接枝量和水凝膠交聯(lián)密度的增加，凝膠強(qiáng)度變大，尿素的起始突釋量變小。

4.5 再生醫(yī)學(xué)

淀粉基水凝膠材料具有良好的血液相容性，可以直接并持續(xù)地接觸血液且不會(huì)有任何不良反應(yīng)，根據(jù)這一特性可以將凝膠作為支架、導(dǎo)管植入人體。Nieuwenhove 等[25]使用不同比例的淀粉與甲基丙烯酸化的明膠來(lái)制備水凝膠，所制備的水凝膠能夠促使干細(xì)胞生長(zhǎng)，在軟組織再生臨床實(shí)驗(yàn)上很有應(yīng)用前景。Flores-Arriaga等[81]研究了負(fù)載羥基磷灰石的淀粉基水凝膠，在頜面部骨再生方面有較好的應(yīng)用。Nourmohammadi 等[82]首先利用還原性烷基化過(guò)程使殼聚糖與不同數(shù)量的氧化淀粉復(fù)合，然后將磷酸鈣包覆的聚己內(nèi)酯納米纖維加入該殼聚糖/淀粉復(fù)合支架中，以獲得具有生物活性與模擬骨細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)。水凝膠的平均孔徑、孔隙率和吸水率隨淀粉用量的增加而增加，而抗壓模量和強(qiáng)度則相反，并且較高的淀粉含量可以提高細(xì)胞存活率。

5 結(jié)語(yǔ)

淀粉基水凝膠具有良好的生物可降解性、生物相容性，無(wú)毒、成本低，在水污染處理、藥物緩釋、3D 打印、保水肥料緩釋以及再生醫(yī)學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。與基于合成高分子的水凝膠相比，其性能可調(diào)節(jié)性較差，需經(jīng)過(guò)特定的化學(xué)或物理加工過(guò)程才能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)淀粉基水凝膠目前的研究現(xiàn)狀，今后對(duì)其研究應(yīng)該從以下方向進(jìn)行：①完善淀粉基水凝膠的表征方法，加強(qiáng)對(duì)淀粉形成水凝膠過(guò)程中的結(jié)構(gòu)及性能變化規(guī)律的研究，例如淀粉側(cè)鏈分布及構(gòu)象變化的表征。②研究不同來(lái)源的淀粉的組成、結(jié)構(gòu)與其凝膠結(jié)構(gòu)、性能的相互作用規(guī)律。③對(duì)淀粉基水凝膠進(jìn)行改性，通過(guò)雙網(wǎng)絡(luò)或多網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)提高淀粉基水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，拓展其應(yīng)用范圍。④制備具有自愈功能的淀粉基水凝膠，以延長(zhǎng)淀粉基水凝膠使用壽命，節(jié)省成本。⑤通過(guò)添加功能材料，拓展淀粉基水凝膠在傳感器、電池、光電材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。⑥目前，許多淀粉基水凝膠的應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)室模擬階段，如何盡快將其推向市場(chǎng)，造福人類(lèi)，是科研工作者亟待解決的問(wèn)題。