智能水凝胶在分离分析中的应用研究进展

苏日辉， 夏 凌， 李攻科， 肖小华

(中山大学化学学院，广东广州 510275)

图1 刺激响应下发生响应变化的智能水凝胶及其在分离分析中的主要应用Fig.1 Stimuli response swelling intelligent hydrogels and their applications in separation and analysis

水凝胶是一种在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解的交联高分子聚合物。根据对外界刺激的响应情况，水凝胶可分为普通水凝胶和智能水凝胶。普通水凝胶是传统意义上的保水材料，而智能水凝胶可感知外界环境的细微物理化学变化，如温度、pH、光、湿度、磁场、压力、特定化学物质以及离子强度等的变化，并通过体积的溶胀和收缩、形状弯曲、颜色变化和释放目标物等来响应这些来自外界的刺激，其中体积变化是智能水凝胶常见的响应信号。图1为各种类型智能水凝胶具有的主要响应变化，及其在分离分析中的应用。根据刺激源的不同，智能水凝胶又可分为温度响应性水凝胶、pH响应性水凝胶、光响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、磁场响应性水凝胶、电场响应性水凝胶和压力响应性水凝胶等[1]。

目前研究最为广泛的是温度响应性水凝胶，这一类水凝胶的单体通常带有亲水基团，并相连一个甲基、乙基或丙基，如N取代聚丙烯酰胺得到聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEAM)、聚N-乙基甲基丙烯酰胺(PNEMAM)、聚N-乙烯基异丁酰胺(PNVIBAM)和聚N-乙烯基己内酰胺(PNVCa)等[2]。其中PNIPAM水凝胶的低临界相转变温度(LCST)接近人的生理温度和可调的特点，因此引起了人们极大的兴趣[3 - 4]。pH响应性水凝胶的分子骨架中往往含有大量易水解的基团，如羧酸、磺酸、伯胺、仲胺和季胺等，当外界的pH发生变化时，这些基团能产生不同程度的解离，水凝胶的内外离子产生浓度差，引起网络内氢键的生成或断裂，显示出水凝胶的pH敏感性[5]。光响应性水凝胶在受到光照下可发生体积相变，常见的是在温敏性材料中掺入感光分子，感光分子能将光能转化为热能，使水凝胶内温度发生改变，当温度达到材料的相转变温度时，水凝胶发生物理化学变化从而实现光敏感性[6]。生物分子响应性水凝胶则是模拟生命活动过程中的特定分子识别，能对特定的生物分子产生刺激响应性[7]。磁场响应性水凝胶是将磁性材料预埋在水凝胶中，在施加磁场时将诱发水凝胶发生形状或体积的变化[8]。电场响应性水凝胶在受到电场后，自由离子发生定向移动使得水凝胶内外离子浓度或水凝胶pH的重新分布，引起渗透压变化，导致水凝胶的体积或形状的改变，此类水凝胶主要应用于传感器、药物释放和防生材料等领域[9]。压力响应性水凝胶能随着外界压力变化出现体积相变现象，这种相变现象在低压下出现坍塌，在高压下出现溶胀[10]。对于具有压力和温敏双重响应性的水凝胶而言，水凝胶的LCST将随着压力的增加而上升，因此在常压恒温下处于收缩状态的水凝胶将随着压力的增加出现溶胀[11]。表1列举了各种类型智能水凝胶的主要基团、合成方法及响应方式。智能水凝胶具有独特的生物兼容性和响应性，因此在传感器、化学转换器、分子的分离分析、形状记忆开关和药物递送等方面具有广阔的应用前景。本文综述了智能水凝胶的制备方法，着重综述智能水凝胶在分离分析中的应用。

表1 智能水凝胶的分类、主要官能团、合成方法及响应方式

1 智能水凝胶的制备

1.1 半互穿网络智能水凝胶的制备

半互穿网络智能水凝胶是由两种或多种相互贯穿的交联聚合物组成，其中至少有一种组分是紧邻在另一种组分存在下聚合或交联的，在三维空间中以不同的镶嵌方式构成的一种环连体。半互穿水凝胶既有化学交联也有物理交联，性能与组成通常呈非线性关系，即便一种组分含量很少，力学性能往往能超过其中的任一组分[16]。温敏性PNIPAM水凝胶能够在温度刺激下实现可逆的体积溶胀和收缩，但PNIPAM水凝胶的机械性能差，限制了该水凝胶的实际应用。Li等[17]将制备的聚N-异丙基丙烯酰胺-聚二烯丙基二甲基氯化铵(PNIPAM-PDADMAC)半互穿网络结构水凝胶涂在由金包裹的聚二甲硅氧烷的表面，该双层膜结构在温度和pH刺激下可产生可逆重复的双向弯曲响应。PNIPAM水凝胶具有温敏性，但材料存在柔软，当与聚二烯丙基二甲基氯化铵形成半互穿网络时，其机械强度得到提升，在温度或pH控制下可作为软触手用于水中微型物体的搬运。Means研究团队[18]将带负电荷的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)和温敏性聚合物P(NIPAM-co-MEDSAH)构筑成双网络水凝胶，其压缩模量为1.5 MPa，拉伸强度达到23 MPa，研究发现2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(MEDSAH)两种单体的用量影响水凝胶的抗压强度，得到的半互穿网络水凝胶仍具有与聚异丙基丙烯酰胺相似的温敏特性。

单体和交联剂类型对智能水凝胶响应性能和抗压强度有重要影响，但在实际应用中，对单体和交联剂的选择非常有限，因此需要对材料进行功能化修饰，通过改变功能单体的亲水性和疏水性，可有效调节水凝胶的溶胀-收缩性能、抗拉强度和透光性等。Ma等[19]采用物理和化学交联的方法将甲基丙烯酰基修饰的壳聚糖(MACS)引入PNIPAM温敏材料中，制备成具有双重网络结构的温度响应性水凝胶，随着MACS用量的增加，水凝胶的消溶胀速度明显加快。Huang等[20]将表面功能化氧化石墨烯(GO)、壳聚糖(CS)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体组成的预聚液制备出pH-温度双敏性PNIPAM复合纳米水凝胶。温敏测试表明，经3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯功能化修饰的GO复合水凝胶的交联度明显增大，有效地改善消溶胀率和力学性能，相比之下该水凝胶的pH响应性仅次于温敏性能。

1.2 多孔智能水凝胶的制备

水凝胶在吸水前呈紧束状态，初始阶段的吸水是一种毛细管吸附和扩散的物理过程，作用力弱，水分子的扩散速度慢，因此初始阶段的吸水速率较低。多孔水凝胶很好地解决了这些问题，在水凝胶中引入孔状结构，有效增加水凝胶内部的比表面积，水能迅速地进入水凝胶内部，使更多的水分子和亲水基团接触，有效地提高材料的吸水速率和刺激响应速度[21]。

多孔水凝胶的制备方法有发泡法、致孔法、冷冻干燥法、相分离法及模板法等。通过发泡法可制备孔径几十至几百微米的超孔凝胶，它是在聚合体系中加入发泡剂或低沸点的致孔剂来形成多孔的方法，生成的气体被蒸发放出，留下泡状多孔结构。常用的致孔剂有NaHCO3、烷类和醇类等。在水凝胶预聚液中加入一定量的发泡剂NaHCO3，使得在反应过程中不断产生气体，产生空腔区域，容易得到多孔水凝胶，该方法有效地增加水凝胶的吸水性和膨胀性[22]。Ovadia等[23]以环己烷为致孔剂，制备甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸(HEMA-MAA)水凝胶，得到的多孔性水凝胶具有更强的吸水性。冷冻干燥法是将预聚液冷冻至致孔剂的冰点温度形成冰晶，此时单体从冰晶中被挤压出来，分散在冰晶周围，待在低温下聚合反应完成，经解冻后冰晶融解留下空腔，得到多孔结构的水凝胶。Thomas等[24]在光引发聚合下采用冷冻干燥法制备聚乙二醇多孔水凝胶，得到的大孔水凝胶适合用于多肽的功能化修饰和负载细胞。

对多孔水凝胶功能化修饰可改变水凝胶的形态、刺激响应源和机械强度。Guo等[25]发现采用丙烯酰胺胞嘧啶对PNIPAM功能化后，在pH=7.5时，聚合物以溶液状态存在；在pH=5.2时形成水凝胶。若将水凝胶基质加热至45 ℃时，水凝胶转变成收缩的固体，将固体冷却至25 ℃时水凝胶溶胀恢复。Wei等[26]将2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基氧化竹纤维素纳米纤维(TO -CNF)通过原位聚合修饰在PNIPAM表面，可有效地改善材料的热响应性和机械性能，其透光性和未修饰之前的材料无明显差异。

1.3 智能微凝胶的制备

微凝胶是一种微米级的凝胶颗粒，具有分子内交联结构，相对于块状水凝胶，具有比表面积大和环境响应速度快的特点。常见的微凝胶有互贯网络型微凝胶和核-壳型微凝胶。互贯网络型微凝胶是指由两种或两种以上各自交联的聚合物形成相互贯穿或缠结网络结构的微凝胶，两种聚合物网络间没有化学键的存在，分别可以对不同的外部刺激保持各自的响应性。Ma等[27]以温度响应的PNIPAM为种子，交联聚(三丁基已基溴化膦-甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐)(P[P4,4,4,6][MC3S])离子液体，得到PNIPAM/P[P4,4,4,6][MC3S]半互穿网络型温度响应微凝胶，动态光散射表明在20 ℃水中微凝胶粒子的直径约为250 nm。在核-壳结构型的微凝胶中，其内部的核材料和壳材料都有响应行为，然而核和壳各自的溶胀-消溶胀行为并不是独立的，而是相互影响与制约，各自的相变特性产生的一些特殊现象可以通过散射和量热学等手段进行检测[28]。Kang等[29]通过单电子转移活性自由基聚合的方法制备了具有双亲性及温度响应性PNIPAM复合水凝胶球形胶束，该微球胶束材料以乙基纤维素(EC)为核，PNIPAM为壳，且接枝聚合反应活性可控，可用于合成结构明确且可控的EC-g PNIPAM温敏共聚物。Liang等[30]以甲基丙烯酸正丁酯-丙烯胺核-壳结构的微凝胶作为交联剂和引发剂，将其和丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶氢键交联后，再浸入FeCl3溶液离子交联形成复合水凝胶，由于复合材料中同时兼有微凝胶的共价键、Fe3+配位键和水凝胶本身的氢键协同作用，使得该复合水凝胶具有好的柔韧性和快速恢复形变性能。

2 智能水凝胶在分离分析中的应用

2.1 生物传感器

水凝胶表面含有羟基、羧基、氨基和酰胺基团等，同时具有生物兼容性，容易在表面修饰具有生物识别基团，并且三维水凝胶的多孔性有助于氧化还原的分子和生物识别基团在传感界面发生电子转移，利于信号放大和提高检测灵敏度[31]。表2为水凝胶电化学免疫传感器的检测性能对比。

王立世课题组[32]在玻碳电极表面合成温敏性水凝胶，制备具有温度响应的自清洁蛋白质分子印迹生物传感器，通过调节温度，水凝胶薄膜对牛血清白蛋白(BSA)具有吸附和解吸的作用，在最优条件下，对BSA的检出范围为0.02～10 μmol/L，检出限为0.012 μmol/L。Mac Kenna等[33]将脂肪族二胺和聚乙二醇缩水甘油醚快速交联聚合形成pH响应性水凝胶，并将葡萄糖氧化酶固定在阳离子网络结构的水凝胶中，滴在碳布电极表面制备葡萄糖响应生物传感器，利用电化学阻抗谱可测到1～100 μmol/L的线性范围，有望在可穿戴设备中用于汗水或组织液血糖浓度的测定。Hao等[34]在多孔性三维氮掺杂石墨烯水凝胶(3DNGH)表面引入Ag和TiO2金属纳米粒子，利用Ag纳米粒子的局部表面等离子体共振得到放大的光电化学性能。研究人员在水凝胶表面接联适配体用于凝血酶的无标记测定，其线性范围为0.01～10 pmol/L，检测限低至3 fmol/L，表明Ag/TiO2/3DNGH光敏水凝胶在生物传感器中具有应用前景。

表2 水凝胶电化学免疫传感器的检测性能对比

上述是将温敏性、pH和光响应水凝胶直接用于生物传感器，另外还可以在其它类水凝胶表面修饰生物识别基团用于生物传感。苯硼酸及衍生物材料对糖蛋白具有特异性吸附，在一定条件下能捕获和释放糖蛋白。Mesch等[35]在Au纳米线表面铺设苯硼酸修饰的水凝胶薄层，该薄层对低浓度的葡萄糖具有敏感性，相应地产生可逆性收缩-溶胀响应，成功测到眼泪中的葡萄糖。Tang等[13]采用静电和配位方法制备具有氧化还原和导电型的海藻酸钠-Pb2+-氧化石墨烯(SA-Pb2+-GO)水凝胶。GO具有比表面积大和导电性好的优点，水凝胶表面的壳聚糖可吸附Pb2+得到信号放大和提供活性位点固定化CA242抗体。Rong等[36]在玻碳电极表面通过氧化聚合方法合成水凝胶酶标记的电流型癌胚抗原免疫传感器，水凝胶具有的π-π共轭长链和三维连续结构，其比表面积大和吸附容量高的特点，因此能产生强的电流信号，其检测灵敏度达到0.16 g/mL。Choi等[37]提出聚合酶链式水凝胶微柱用于检测阿兹海默病(AD)中的miRNAs策略，该研究首次采用多次紫外照射将丙烯酸多缩乙二醇双酯(PEGDA)微柱固定在塑料微孔上，成功用于测定人血浆样品中的AD -miRNAs，检测到10 pg/μL的靶标分子。

2.2 荧光信号放大

智能水凝胶具有网络孔状结构，将荧光染料放置在水凝胶网孔中，在刺激响应下水凝胶发生收缩，染料分子密度增大使得荧光信号得到放大，该策略在温度响应水凝胶比较常见。Kim等[46]在PNIPAM和葡糖氧化酶水凝胶复合材料中包埋pH敏感性荧光染料，相比于其它糖类和金属离子，水凝胶复合材料对葡萄糖具有较高的选择性，在葡萄糖水溶液中的荧光显色线性范围为100 μmol/L～100 mmol/L。Xu等[47]提出一种反蛋白石PNIPAM水凝胶光子晶体条形码检测蛋白的策略，该条码在体温下保持溶胀状态，此时材料中的反蛋白石结构孔洞处于连通状态，目标蛋白扩散到条形码孔洞中参与反应，在检测阶段，条形码收缩体积，荧光分子密度相对增大，荧光信号增强。该检测策略对甲胎蛋白和癌胚抗原的检出限分别为0.623 ng/mL和0.492 ng/mL。Li等[48]在常温水相中通过原子自由基聚合合成“高亮发光”的PNIPAM水凝胶，该研究小组在水凝胶预聚液中掺入带双官能团螯合配合基的二元羧酸，其中一个官能团能螯合Tb3+和Eu3+，另一个官能团起到引发自由基聚合的作用，引入不同摩尔浓度的镧系元素能使水凝胶发出5种不同的冷光。

2.3 可视化检测

图2 智能光子晶体水凝胶在可视化检测中的应用Fig.2 The applications of smart photonic crystal hydrogel in visual detection

光子晶体存在周期性结构，特定波长的入射光在其表面产生布拉格衍射，由布拉格方程：nλ=2dsinθ(其中n为反射级数，λ为波长，d为晶面间距，θ为入射光与晶面之间的夹角)可知，改变其中的一个变量，都将使布拉格衍射峰偏移，使光子晶体的颜色发生变化[49]。如图2所示，智能水凝胶在刺激源作用下发生体积变化，故将此水凝胶与光子晶体结构相结合，容易制备出响应性光子晶体，结合复合水凝胶光子晶体的颜色类型及强度变化，可实现对目标物的定性和定量分析[50]。Tan等[51]利用斥力诱发沉淀自组装的方法将光子晶体凝胶材料包埋在温敏性水凝胶中，得到的薄膜材料具有色彩显著、半带宽窄和宽幅度变化的特点，可用于快速检测痕量离子、表面活性剂、乙醇和pH值，实现了痕量目标物的特异性识别和检测。Luo等[52]采用微注射和紫外光聚合技术构建磁性水凝胶光子晶体微球，通过改变磁场方向可轻易实现颜色的“开”和“关”的功能，同时具有温度和试剂响应性，并成功用于可视化检测甲醇和乙醇。Hu等[53]将水凝胶制备技术和分子印迹技术结合起来，制得茶碱分子印迹微凝胶光子晶体，发现印迹水凝胶随着茶碱浓度的升高产生规律性红移，对茶碱分子具有好的识别能力，对尿中茶碱成分的检出限为0.1 fmol/L。Xu等[54]将条形码技术用于捕获和测定复杂样品中的致病菌，该条形码为聚乙二醇(PEG)多孔水凝胶反蛋白石结构，多孔水凝胶的高比表面积有利于固定适配体探针分子，实验表明，该材料在2.5 h可有效捕获浓度为100 CFU/mL的细菌，明显优于标准方法。Martínez等[55]采用自由基聚合技术制备邻二氮菲复合水凝胶，成功用于高通量可视化检测牛奶中的游离Fe3+。

2.4 样品分离

智能水凝胶在特定条件下(如pH、温度和离子强度)呈疏水性，对疏水目标物具有吸附作用，当改变这些外界条件时则呈亲水性，对疏水目标物的亲和力明显减弱，如将PNIPAM水凝胶制备成吸附材料和智能分离膜，可用于蛋白质分离、油水分离和盐水淡化等。Liu等[56]将丙烯酸、聚氧乙烯醚和N-异丙基丙烯酰胺单体合成成一种高聚物复合水凝胶，水凝胶在37 ℃时具有吸附牛血清白蛋白的功能，当温度降至25 ℃时，水凝胶能完全解析牛血清白蛋白，表现出温度敏感性能。Li等[57]研究热敏磁性PNIPAM蛋白质分子印迹复合微球，该微球具有良好的蛋白质模板分子识别能力，高温时水凝胶易形成形状记忆，有利于捕获模板分子，低温环境下有利于模板分子从印迹腔中释放。姚克俭课题组[58]将PNIPAM温敏性水凝胶用于水杨酸的分子印迹，实现水凝胶的智能识别和可控释放。于谦等[59]在氨基化硅片表面通过引发原子转移自由基聚合(ATRP)接枝PNIPAM聚合物刷，改性后的材料对血浆中纤维蛋白原具有吸附作用，在不同温变下材料的吸附容量也不一样。Chen等研究小组[60]将二茂铁掺入PNIPAM制备成具有温度响应、离子强度响应和磁性响应的水凝胶，在响应源刺激下水凝胶发生变色、收缩或溶胀变化，成功用于染色油的可控释放。针对商用盐水淡化水凝胶粉末通量低的问题，Wei等[61]在商业聚氨酯泡沫结构中采用控制自由基单体(N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸钠)方法制备聚氨酯PNIPAM复合水凝胶，该水凝胶的盐水淡化通量明显高于商用水凝胶粉末。Teng等[62]采用原位自由基聚合方法制备PNIPAM粘土纳米复合水凝胶过滤膜，膜材料在水中具有超疏油性、抗粘附性和自清洁功能，适合用于油/水分离。Keplinger等[63]在100 μm云杉横截面表层制备PNIPAM水凝胶，云杉的各向异性分层微孔结构起到支架作用，能有效提高复合水凝胶的机械性能，有望应用于膜分离材料。

水凝胶具有高溶胀和高吸水性，机械强度弱，材料本身的非特异性吸附限制了其高效结合目标物的能力和灵敏检测。层状双氢氧化物和水凝胶之间具有强的作用力，将层状双氢氧化物和水凝胶制备成色谱整体柱，既能有效地改善水凝胶的机械强度，又可作为吸附剂用于样品分离。本课题组已做过凝胶色谱柱的研究，将凝胶色谱柱成功用于复杂样品中黄曲霉毒素、磺胺类药物和荧光剂的在线分离[66 - 67]。

2.5 表面增强拉曼(SERS)基底

图3 智能水凝胶在SERS基底材料中的应用Fig.3 The applications of intelligent hydrogels in SERS substrate

待测样品成分复杂，目标物浓度低，对目标物预富集可有效提高灵敏度。水凝胶具备柔性和环境友好性，已作为SERS基底用于无损识别古画中的有机染色剂[68]。此外，水凝胶的网络多孔结构使得其质量传递速率快，适合作为SERS基底用于目标物的快速捕获富集[69]。图3为智能水凝胶在SERS基底中的主要应用。Bao等[70]在海藻酸钠网络中合成金纳米颗粒用于多环芳烃(PAHs)的拉曼测定，发现目标物进入水凝胶三维网络结构与水凝胶中的Au纳米颗粒形成拉曼热点，得到强的SERS信号，该拉曼基底材料成功用于4种PAHs的测定，得到苯并(a)芘的检出限为0.365 nmol/L。水凝胶在干燥和水化两种条件可形成收缩和溶胀两种形态，将水凝胶用于负载具有SERS活性的纳米颗粒，经过刺激响应使水凝胶体积减小，致使SERS纳米颗粒相互靠近，使SERS信号增强，如图3A所示，该方法已成功用于滴滴涕和杀虫剂的拉曼测定[71 - 72]。纳米粒子均匀分散在水凝胶三维结构中所形成的热点，促使水凝胶的体积收缩形成更强的拉曼信号。Wu等[73]将Au纳米粒子沉积在PNIPAM温敏性水凝胶表面，当温度升高时水凝胶收缩致使Au纳米粒子相互靠近，呈现出强的SERS信号，成功用于福美双杀菌剂的测定。Liu等[74]在多孔水凝胶微球表面接枝抗体，再单独制备具有核壳结构外包二抗的金银染料拉曼探针微球，使用时水凝胶表层的抗体识别肿瘤标志物分子，再与拉曼探针微球表面的二抗组成双抗夹心结构，经拉曼检测双抗夹心结构中的金银染料拉曼探针信号，间接得到肿瘤标志物的浓度，比传统电化学发光免疫法具有更高的灵敏度和宽的线性范围。Jiang等[75]将聚(N-异丙基丙烯酰胺-N-乙烯基吡咯烷酮)(P(NIPAM-NVP))制备成水凝胶薄膜，再在水凝胶网络结构中合成具有金银核壳结构的纳米棒(GNRs)，在温度控制下水凝胶发生收缩，金银纳米棒之间的距离被拉近，SERS信号显著增强。研究小组将P(NIPAM-NVP)/GNRs作为SERS基底材料用于测定农药残留，发现这种水凝胶具有富集目标物的特性，实验表明对敌草快的富集因子达到4，检出限为2.7×10-13mol/L。Song等[76]发现一种在水中可再生的拉曼探针，他们在胶体晶体水凝胶表面包裹贵金属单分散纳米晶层，调节水温后纳米晶层发生可逆性折皱，间接调整贵金属纳米颗粒之间的距离，其表面等离激元相应地发生可逆性的“开”和“关”。

细菌在生物膜中是通过群体感应调节(QS)来交流的，QS与细菌的致病能力息息相关，为了研究QS的作用机理，Bodelón等[77]将Au纳米颗粒包裹在PNIPAM多孔水凝胶中，接着在水凝胶表面生长生物膜，大颗粒杂质被截留在水凝胶薄膜外层，生物膜的小分子分泌物则可以通过水凝胶孔洞到达Au纳米颗粒表面而发出强SERS信号，该研究实现了对绿浓杆菌分泌物绿脓菌素的检测，如图3B所示。

3 结论和展望

综述了半互穿网络智能水凝胶、多孔智能水凝胶和智能微凝胶的制备方法，通过功能化修饰改变水凝胶的亲水性和疏水性，得到响应速度、力学性能、消溶胀和透光性等各异的水凝胶。智能水凝胶在刺激源下具有不同的亲疏水性、收缩溶胀性和体积各异性，因此在生物传感器、荧光信号放大、可视化检测、样品分离和SERS基底等分离分析中有重要应用。智能水凝胶因其性能独特得到人们关注，但该类水凝胶固有的响应速度慢、力学性能差和难降解性等问题限制了其在众多领域的实际应用。因此，未来将围绕智能水凝胶的结构改性及性能研究开展深入研究，开发实用型产品，制备出快速响应、高力学性能、高柔韧性和降解性可调的智能柔性材料。