一、选题意义
水凝胶是一种由聚合物三维网络与水共同形成的高分子材料，可在水中充分溶胀而不溶解。水凝胶的网络结构中大量亲水基团的存在能够使其贮存大量水分，这部分水具有一定的扩散能力，使凝胶具有部分液体的性质。三维网状结构的凝胶集体则使其能够保持一定的形状，具有良好的机械性能和力学性能，故凝胶也具有部分固体的性质。从结构和性质上来看，水凝胶同时具有固体与液体的性质[1]。
水凝胶在温和条件下具有交联能力、优异的生物相容性和刺激响应性。由于水凝胶的结构和性质类似于许多人体组织的微环境，因此它们已被广泛用于各种生物医学领域，如药物输送、形状记忆、制动器、传感器、人造肌肉、机器人和组织工程等方面。
水凝胶作为一种新兴材料，其较差的力学性能限制了水凝胶的广泛应用。通过分子链间的共价或者非共价作用交联得到的传统水凝胶[2]，由于凝胶网络中的交联点分布不均匀，受力后较短网链先行断裂，因此力学性能差。基于可逆共价键构建的水凝胶既因其共价键的稳定性而具有适当的力学性能，又因其可逆性而具有自愈性和刺激响应性[3,4]，可以应用于各种领域。多重交联结构水凝胶由于具有不同作用力形成的水凝胶网络，可以简单有效地提高水凝胶的机械性能。本课题即为制备基于可逆共价键构成的多重交联水凝胶纤维，以提高其力学及其他性能。
二、国内外研究现状概述
水凝胶分为天然高分子水凝胶和人工合成水凝胶。从交联结构来看，水凝胶可分为由共价键形成的化学交联凝胶和由物理相互作用形成的物理交联凝胶。化学交联结构的形成主要有两种方式，亲水性单体的交联聚合和高分子前体的交联。物理交联结构主要由氢键作用、疏水作用、电荷作用和“主-客体”作用等方式形成。受水凝胶的种类与结构的影响，不同水凝胶的性质与应用均有很大的差别。
基于化学交联水凝胶的合成主要有两种方法，第一种是通过对亲水性单体的聚合得到水凝胶，第二种是通过对已有的聚合物进行适当的改性和功能化，通过高分子反应使之交联，从而得到水凝胶。基于物理交联水凝胶的合成主要有三种方法，第一种是通过凝胶因子过饱和溶液冷却发生凝胶化得到水凝胶，第二种是通过主体分子与客体分子在水中聚集形成物理交联的水凝胶，第三种是通过诱导热力学不相容的不同嵌段形成的具有微相分离结构的嵌段聚合物自组装得到水凝胶。
基于可逆共价键构建的水凝胶受到了诸多学者的研究。Deng等[5]将聚环氧乙烷(PEO) (A两端的酰肼基与三[(4-甲酰苯氧基)-甲基]乙烷中的醛基缩合，生成以酰基腙键为交联的网络结构，利用酰基腙键的动态可变性，制备了pH响应型凝胶。Yesilyurt等[6]将苯硼酸衍生物与顺式聚乙二醇在一定条件下反应得到以硼酸酯键交联的自修复水凝胶。Amamoto等[7]以偶氮二异丁腈为引发剂，用三硫酯和丙烯酸丁酯为原料合成了含有三硫酯基团的聚合物，当含有三硫酯单元的聚丙烯酸丁酯在紫外光的照射下，受损伤部位可以实现材料的自修复。Deng等[8]将末端为醛基的三臂星状聚乙二醇和3-3-二硫代二丙酰肼进行共价交联，制得具有pH和氧化还原双重响应的高分子聚合物水凝胶。Gao等[9]利用硫酸软骨素多醛的醛基与Ｎ-琥珀酰-壳聚糖的氨基间的动态席夫碱反应合成了一种自愈合水凝胶。Wei等[10]以聚(N,N-二甲基丙烯酰胺-甲基丙烯酸呋喃基酯)和N-[4-(甲酰基聚乙二醇酯)双马来酰亚胺为原料，通过水相Diels-Alder反应合成了新型热敏性水凝胶。
近年来，由于具有可控性和多响应性的可逆共价键水凝胶被更多地使用在复杂环境中，大量的研究致力于制备含有多种可逆共价键的水凝胶。与单一动态共价键交联形成的水凝胶相比，将多个可逆共价键集成在一个体系中，可以有效克服单一可逆共价键交联材料的局限性，提高水凝胶的性能[11]。在这种情况下，两种或两种以上的可逆化学反应可以独立地响应刺激，从而通过交替控制不同的可逆化学键相互作用来改善材料的功能。基于正交反应合成双动态交联剂[12]是实现这一目标的有效策略之一。Zhang等[13]合成了一种新型交联剂双（苯基硼酸氨基甲酰基）胱胺(BPBAC)，并用于制备多功能水凝胶，通过硼酸酯基团和二硫键的交替反应，该多功能水凝胶获得了pH、葡萄糖和氧化还原三响应性和自愈能力。另一种策略是合成或修饰具有不同活性组分的聚合物，以形成多种动态共价键。Chen等[14]通过N-羧乙基壳聚糖和己二酸二酰肼修饰的海藻酸钠间的动态反应，合成了一种新型生物相容的多糖基自愈合水凝胶。己二酸二酰肼与海藻酸钠之间以酰腙键相连，N-羧乙基壳聚糖与海藻酸钠之间以亚胺键相连，共同构成了水凝胶的三维网络结构。酰腙键只能在酸性环境中进行可逆反应（pH 4.0～6.0），在中性环境中动态反应显著减慢，而亚胺键比酰腙键更加活跃，能够在中性环境中进行可逆反应，酰腙键和亚胺键的共存使此水凝胶表现出优异的自修复行为。
