一、聚合物水凝膠的研究意義與制備關(guān)鍵

聚合物水凝膠是由聚合物大分子鏈通過物理或化學(xué)交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，能吸收大量水分而保持形態(tài)穩(wěn)定。在組織工程支架、藥物緩釋載體、柔性傳感器等領(lǐng)域，水凝膠的性能（如溶脹率、力學(xué)強(qiáng)度、生物相容性）高度依賴制備過程中的反應(yīng)條件控制。

聚合物水凝膠制備的核心環(huán)節(jié)包括三步：一是聚合物原料的充分溶解，避免因溶解不勻?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺陷；二是交聯(lián)改性反應(yīng)的溫度調(diào)控，多數(shù)化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)（如縮合、氧化還原引發(fā)）對溫度敏感，溫度波動會直接影響交聯(lián)度與反應(yīng)速率；三是凝膠成型階段的恒溫環(huán)境，確保網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻生長。其中，精準(zhǔn)、穩(wěn)定的溫度控制是貫穿全流程的核心需求。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1、實(shí)驗(yàn)材料

聚合物原料：聚乙烯醇（PVA，聚合度1750±50，分析純）、海藻酸鈉（SA，低黏度，分析純）；

交聯(lián)劑：戊二醛（25%水溶液，分析純）、氯化鈣（CaCl?，分析純）；

其他試劑：鹽酸（HCl，分析純）、去離子水（實(shí)驗(yàn)室自制）。

2、核心儀器

博清生物電熱恒溫水浴鍋；電子天平；磁力攪拌器；流變儀；掃描電子顯微鏡。

（二）實(shí)驗(yàn)方法

1、基于博清水浴鍋的聚合物溶解工藝

以PVA溶解為例，采用博清生物電熱恒溫水浴鍋實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溫控溶解，具體步驟如下：

稱取5g PVA粉末，加入95mL去離子水，置于三口燒瓶中，插入溫度計(jì)；

將三口燒瓶固定于博清生物水浴鍋的支架上，使液面與水浴介質(zhì)液面平齊，避免局部受熱不均；

設(shè)定水浴鍋溫度為95℃，啟動加熱，同時(shí)開啟磁力攪拌（轉(zhuǎn)速300r/min）；

待水浴溫度穩(wěn)定在95℃后，持續(xù)保溫?cái)嚢?h，直至PVA完全溶解，形成透明均一的PVA水溶液。

2、聚合物化學(xué)改性的溫度控制（以PVA交聯(lián)改性為例）

利用博清生物水浴鍋調(diào)控戊二醛交聯(lián)改性反應(yīng)溫度，步驟如下：

向上述PVA水溶液中滴加1mL 25%戊二醛溶液，用1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至2.0~3.0；

調(diào)整博清生物水浴鍋溫度至60℃，保持水浴穩(wěn)定，使交聯(lián)反應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行；

持續(xù)反應(yīng)1.5h，期間通過水浴鍋的數(shù)顯面板實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度，確保波動不超過±0.1℃。

3、水凝膠的恒溫成型制備

分別制備化學(xué)交聯(lián)PVA水凝膠與物理交聯(lián)SA水凝膠，均以博清生物水浴鍋為核心溫控設(shè)備：

PVA水凝膠：將交聯(lián)后的PVA溶液倒入模具，置于博清生物水浴鍋（溫度60℃）中繼續(xù)保溫3h，完成凝膠固化，隨后冷卻至室溫，得到PVA水凝膠樣品；

SA水凝膠：稱取2g SA溶于100mL去離子水，常溫?cái)嚢枞芙夂螅谷牒?% CaCl?溶液的模具中，將模具放入博清生物水浴鍋，設(shè)定溫度37℃（模擬人體環(huán)境），恒溫靜置2h，形成Ca2?交聯(lián)的SA水凝膠。

三、結(jié)果與討論

（一）博清生物水浴鍋對聚合物溶解效率的影響

聚合物溶解的充分性直接決定后續(xù)凝膠網(wǎng)絡(luò)的均一性。實(shí)驗(yàn)對比了不同溫控設(shè)備（博清生物水浴鍋、普通水浴鍋、油浴鍋）對PVA溶解過程的影響。

博清生物水浴鍋的溫度波動最小（±0.1℃），可使PVA在最短時(shí)間內(nèi)（2.0h）達(dá)到完全溶解，且溶液透明度最高（98.5%）。這得益于其高精度的溫控系統(tǒng)與均勻的水浴熱傳導(dǎo)，避免了局部溫度過高導(dǎo)致的PVA降解，同時(shí)減少了溫度過低造成的溶解不完全問題。

（二）溫控精度對聚合物改性效果的影響

以PVA與戊二醛的交聯(lián)反應(yīng)為例，反應(yīng)速率與交聯(lián)度對溫度高度敏感。實(shí)驗(yàn)中，博清生物水浴鍋將反應(yīng)溫度穩(wěn)定控制在60℃±0.1℃，通過流變儀測試改性后PVA溶液的黏度變化，結(jié)果顯示：反應(yīng)1.5h后，溶液黏度達(dá)到5800mPa?s，交聯(lián)度均勻穩(wěn)定。

對比普通水浴鍋（溫度波動±1.5℃）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其溶液黏度僅為4200mPa?s，且不同批次樣品黏度差異超過15%。這表明，博清生物水浴鍋的精準(zhǔn)溫控可確保交聯(lián)反應(yīng)條件一致性，顯著提升實(shí)驗(yàn)重復(fù)性與改性效果穩(wěn)定性。

（三）恒溫成型對水凝膠性能的影響

1、力學(xué)性能

通過流變儀測試水凝膠的儲能模量（G'）與損耗模量（G''），結(jié)果顯示：

博清水浴鍋制備的PVA水凝膠G'值為1250Pa，G''值為110Pa，力學(xué)強(qiáng)度顯著高于普通水浴鍋制備樣品（G'=850Pa，G''=95Pa）；

SA水凝膠在37℃恒溫成型條件下，G'值達(dá)到980Pa，凝膠彈性優(yōu)異，且質(zhì)地均勻，無局部脆裂現(xiàn)象。

2、微觀結(jié)構(gòu)

SEM觀察結(jié)果顯示，博清生物水浴鍋制備的水凝膠呈現(xiàn)均勻的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑分布集中在50~100μm；而普通水浴鍋制備的樣品孔徑分布不均（20~150μm），且存在局部孔洞塌陷現(xiàn)象。這是因?yàn)楹銣丨h(huán)境確保了凝膠網(wǎng)絡(luò)的均勻生長，避免了溫度波動導(dǎo)致的局部交聯(lián)過快或過慢問題。

3、溶脹性能

在去離子水中測試水凝膠的溶脹率，結(jié)果表明：博清生物水浴鍋制備的PVA水凝膠平衡溶脹率為380%，SA水凝膠為850%，且溶脹過程穩(wěn)定；普通水浴鍋制備樣品的平衡溶脹率分別為320%（PVA）和720%（SA），且溶脹速率波動較大。這進(jìn)一步證明，精準(zhǔn)溫控下形成的均勻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可提升水凝膠的溶脹穩(wěn)定性。

四、結(jié)論

博清生物電熱恒溫水浴鍋在聚合物溶解、化學(xué)改性及水凝膠制備中的應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

（一）提升溶解效率與均勻性：該儀器±0.1℃的控溫精度與優(yōu)異的溫度均勻性，可使聚合物（如PVA、SA）快速充分溶解，縮短溶解時(shí)間約 28%，并提高溶液透明度，為后續(xù)反應(yīng)奠定良好基礎(chǔ)。

（二）保障改性反應(yīng)可控性：在聚合物交聯(lián)改性過程中，穩(wěn)定的溫度環(huán)境可精確調(diào)控反應(yīng)速率與交聯(lián)度，降低批次間差異，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性提升至95%以上。

（三）優(yōu)化水凝膠綜合性能：恒溫成型條件下制備的水凝膠，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻，力學(xué)強(qiáng)度、溶脹穩(wěn)定性均顯著優(yōu)于普通溫控設(shè)備制備的樣品，可滿足生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芩z的需求。

博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的電熱恒溫水浴鍋憑借其精準(zhǔn)、穩(wěn)定的溫控能力，可作為聚合物溶解改性及水凝膠制備的核心支撐設(shè)備，為相關(guān)領(lǐng)域的科研實(shí)驗(yàn)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供可靠的溫控解決方案。