光聚合水凝胶中三种交联剂的比较研究：水分含量对力学与热学性能的调控机制

研究人员针对水凝胶材料在生物医学应用中力学性能与亲水性难以平衡的问题，系统比较了HDODA、EGDMA和TEGDA三种交联剂对HEMA基水凝胶的影响。通过光聚合技术制备系列样品，发现TEGDA交联的凝胶具有最优弹性模量（低含水量下达31% EWC%），HDODA则展现最高吸水率（37%）。该研究为定制化医用材料开发提供了关键参数指导。

　　

在生物医学和材料科学领域，水凝胶因其独特的亲水性和生物相容性成为研究热点。然而传统水凝胶普遍面临机械强度不足、热稳定性差等瓶颈问题，尤其在需要精确控制药物释放或承受力学载荷的应用场景（如人工软骨、创伤敷料）中表现受限。现有研究虽已证实交联密度是调控性能的关键，但不同化学结构的交联剂对材料综合性能的影响机制尚不明确。

针对这一科学问题，研究人员设计了一项创新性研究，通过光聚合技术制备了以2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)为基质的系列水凝胶，系统比较了1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDODA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)和三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDA)三类交联剂的作用规律。该成果发表于《South African Journal of Chemical Engineering》，为智能医用材料的精准设计提供了重要理论依据。

研究采用紫外光引发聚合(UV波长365nm)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)结构验证、热重-差热同步分析(TGA-DSC)和万能材料试验机等关键技术。通过控制交联剂浓度梯度(0.1-0.8wt%)，制备了厚度统一的样品(0.3cm)，并采用氮气脱氧工艺避免自由基淬灭。

材料与方法
研究团队选用HEMA作为基质单体，分别与三种交联剂共聚。光聚合过程中采用PI184光引发剂，通过控制UV照射时间(1.5-40分钟)实现可控交联。所有样品经乙醇洗涤去除未反应单体后，在PBS缓冲液中保存以维持溶胀状态。

结果与讨论
水分含量调控：研究发现交联剂浓度与平衡水含量(EWC%)呈"钟形曲线"关系。HDODA在0.3wt%时达到峰值吸水率37%，而TEGDA同等条件下仅31%。这种差异源于交联剂分子链长度差异——HDODA的六碳骨架创造了更大网格空间，而TEGDA的醚键增强了疏水性。

力学性能突破：拉伸测试显示TEGDA交联凝胶具有最高应力(1.8MPa)和杨氏模量(45kPa)，这与其紧密的醚氧键网络有关。值得注意的是，EGDMA样品因聚合速度慢(需40分钟)形成了非均相结构，导致力学性能离散度较大。

热稳定性分析：TGA数据显示TEGDA和HDODA交联凝胶的起始分解温度分别达280°C和275°C，显著高于EGDMA的190°C。DSC曲线进一步揭示HDODA样品在322.26°C出现熔融峰，其8.8%的残炭率表明交联网络具有优异的热稳定性。

结构表征：FTIR谱图中，1758cm^-1
处的酯羰基特征峰证实了交联成功。HDODA样品在1445cm^-1
处的亚甲基振动峰强度最高，印证了其长脂肪链的结构特性。

这项研究通过多维度表征揭示了交联剂化学结构对水凝胶性能的调控规律：TEGDA赋予材料卓越的力学强度，HDODA优化了亲水性能，而EGDMA在加工效率方面存在劣势。特别重要的是，研究发现了0.3wt%的"黄金浓度"——在此比例下三种交联剂均能实现性能最优化，这为医用材料工业化生产提供了关键工艺参数。

在生物医学应用层面，该成果具有双重意义：其一，TEGDA交联凝胶的高模量特性适合承重组织修复；其二，HDODA体系的大孔结构为药物负载提供了理想载体。研究还指出，通过混合使用不同交联剂可能获得性能更均衡的复合材料，这为下一代智能水凝胶开发指明了方向。

从方法论角度看，该工作建立了标准化的光聚合工艺评价体系，其采用的氮气保护、厚度控制等关键技术对光固化材料研究具有普适性参考价值。未来研究可进一步探索这些材料在动态交联、生物降解等方面的表现，推动其向临床转化应用迈进。