“热凝胶高分子”。

　　这是一个非常重要且应用广泛的智能高分子类别。

　　核心概念：什么是热凝胶高分子？

　　热凝胶高分子，也称为温敏性水凝胶，是一类能够对温度变化产生显著、可逆的物理性质变化的高分子材料。

　　最典型的特征是：它们的水溶液或凝胶会随着温度的变化而发生“溶胶-凝胶”相转变。

　　在低温下：高分子链与水分子之间形成氢键，高分子链伸展溶解在水中，形成自由流动的溶液（溶胶状态）。

　　在高温下：高分子链之间的疏水作用增强，氢键被破坏，高分子链脱水并聚集在一起，形成物理交联的网络结构，从而形成不流动的凝胶（凝胶状态）。

　　这个发生相变的温度被称为“最低临界溶解温度”。

　　代表性与机理：以PNIPAM为例

　　最经典和研究最广泛的热凝胶高分子是聚（N-异丙基丙烯酰胺）。

　　LCST：约为 32°C。

　　机理：

　　在低温（<32°C）： PNIPAM分子链上的酰胺基（-CONH-）与水分子形成强烈的氢键，分子链亲水而伸展，体系为溶液。

　　在高温（>32°C）：分子链上的异丙基（-CH(CH₃)₂）疏水作用占主导，同时氢键被破坏，水分子被排出。分子链塌缩、聚集，并通过疏水作用形成物理交联点，使整个体系变成凝胶。

　　这个过程是完全可逆的：当温度再次降低到LCST以下时，凝胶又会重新溶解成溶液。

　　主要类型的热凝胶高分子

　　除了PNIPAM，还有其他类型的热凝胶体系：

　　嵌段共聚物：

　　Pluronics (泊洛沙姆)：由PEO-PPO-PEO（聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯）三嵌段构成。这是最早实现商业化的热凝胶之一，广泛应用于生物医药领域。其凝胶化机理是PPO嵌段在升温时脱水聚集，形成疏水微区作为物理交联点。

　　聚肽类：

　　如弹性蛋白样多肽，具有非常好的生物相容性和可降解性。

　　壳聚糖/甘油磷酸盐体系：

　　一种天然多糖基的热凝胶，生物相容性极佳，常用于组织工程。

　　核心应用领域

　　热凝胶独特的“溶液-凝胶”转变特性，使其在以下领域大放异彩：

　　1.药物递送系统

　　这是最经典和重要的应用之一。

　　原位凝胶化注射剂：将药物与热凝胶高分子溶液混合，在室温（低于LCST）下以液体形式注射到体内（如皮下或关节腔）。在体温（高于LCST）下，溶液迅速转变为凝胶，在注射部位形成一个药物储库，实现药物的局部、长效、可控释放。这可以大大提高药效，减少全身副作用。

　　2.组织工程

　　细胞载体：将细胞与热凝胶高分子溶液混合，在低温下注入组织缺损部位。在体温下形成凝胶，将细胞固定在目标位置，为细胞生长和组织再生提供三维支架。这种方法微创且能很好地适应不规则形状的缺损。

　　3.三维细胞培养

　　利用其温敏特性，可以在37°C下培养细胞形成三维细胞团（如类器官），然后通过降温使凝胶溶解，从而温和地回收培养的细胞或组织构建体，而无需使用破坏性的酶（如胰蛋白酶）。

　　4.智能 actuator与软体机器人

　　将热凝胶材料制成特定结构，通过外部局部加热/冷却，可以驱动材料发生可逆的溶胀/收缩，从而产生形变和运动，用于制造微阀、微夹爪等。

　　5.分离膜与纯化

　　将热凝胶高分子修饰在膜表面或孔道内，通过改变温度可以可逆地调节膜的孔径和亲疏水性，从而实现智能分离，比如用于蛋白质的提纯。

　　优势与挑战

　　优势：

　　智能响应：对温度变化响应快速、可逆。

　　生物相容性：许多热凝胶高分子（如Pluronics，壳聚糖基）具有良好的生物相容性。

　　操作简便：特别是对于注射应用，非常方便。

　　可设计性：可以通过化学改性来调节其LCST、机械强度和降解速率。

　　挑战：

　　机械强度：物理交联的水凝胶机械强度通常较弱。

　　生物降解性：一些合成的高分子（如PNIPAM）本身不可生物降解，需要通过共聚引入可降解链段。

　　长期稳定性：在体内环境中，凝胶的稳定性和药物释放曲线的精确控制仍需优化。

　　总结

　　热凝胶高分子是一类典型的“智能材料”，它巧妙地将高分子的物理化学性质与生命体的温度环境结合起来，尤其在生物医学领域实现了从“被动”到“主动”和“智能”的跨越。从可控给药的“液体创可贴”到组织再生的“细胞房屋”，其应用前景非常广阔，是连接材料科学与生命科学的一座重要桥梁。

　　热凝胶高分子这一具体领域，其研发和应用在全球范围内的顶尖学术机构和商业公司中都十分活跃。以下是在该领域中具有代表性的研究机构、领军教授以及相关的企业与产业化机构。

　　一、知名研究机构与领军教授

　　这些团队是热凝胶新材料和新应用创新的源头。

　　1.美国麻省理工学院

　　领军人物：Robert Langer教授

　　贡献与方向： Langer教授是药物递送和组织工程领域的泰斗。他的实验室在智能水凝胶，特别是热凝胶的药物控释系统和组织工程支架方面做出了大量开创性工作。许多基于热凝胶的递送技术都源于他的团队。

　　2.日本东京大学

　　领军人物：Yoshihito Osada教授（已退休，但其影响深远）&田中学者

　　贡献与方向：日本在凝胶科学领域研究历史悠久，实力雄厚。东京大学的团队在智能凝胶的机理、设计和应用，包括热响应凝胶的化学物理基础和仿生执行器研究方面享有盛誉。

　　3.比利时根特大学

　　领军人物：Richard Hoogenboom教授

　　贡献与方向： Hoogenboom教授是聚（2-恶唑啉）领域的国际领军人物。POx是一类极具前景的生物医用高分子，其许多成员表现出优异的热凝胶行为，且生物相容性可能优于传统的PNIPAM。他的团队专注于设计和合成新型的热响应高分子。

　　4.中国顶尖研究机构（清华大学、浙江大学、上海交通大学等）

　　领军人物：

　　马宏伟教授（清华大学）：在智能水凝胶，特别是用于软体机器人和生物传感的力学性能可调凝胶方面有突出贡献。

　　申有青教授（浙江大学）：在生物医用高分子材料，包括用于药物递送的智能纳米凝胶和宏观凝胶方面研究深入。

　　刘润辉教授（华东理工大学/上海交通大学）：在类肽高分子合成及其生物医学应用（包括热响应材料）方面成果丰硕。

　　研究方向：国内团队在热凝胶的可控合成、生物医学应用（如抗肿瘤药物递送、组织修复）和前沿交叉（如柔性电子）等领域发展非常迅速。

　　二、相关企业与产业化机构

　　热凝胶高分子，尤其是泊洛沙姆，早已实现商业化。更多创新应用正从实验室走向市场。

　　1.大型化工与医药材料公司

　　这些公司生产并提供基础的热凝胶原材料。

　　巴斯夫：是泊洛沙姆全球最主要的供应商之一（商品名：Pluronic或 Kolliphor）。这些材料已广泛用于制药工业（增溶剂、乳化剂、凝胶基质）、个人护理品和工业领域。

　　科莱恩：同样生产各类功能性聚合物，包括泊洛沙姆等表面活性剂。

　　药辅料供应商：如Colorcon， DOW Chemical，都提供用于药物制剂的合规级泊洛沙姆。

　　2.专注于药物递送技术的公司

　　这些公司将热凝胶技术转化为具体的产品。

　　MedinCell：一家法国公司，其核心技术平台正是基于长效注射剂。他们利用生物可降解的聚合物（包括热凝胶技术）将药物制成在注射部位形成储库的制剂，实现数周甚至数月的持续释放。

　　宝洁/强生等消费品与药企：在其高端护肤品或局部用药中，会使用热凝胶技术来实现“肤感”优化或控释活性成分。

　　3.组织工程与再生医学公司

　　Aptissen，等生物技术初创公司：许多公司正在开发基于热凝胶的细胞支架和伤口敷料。例如，将热凝胶溶液涂在伤口上，利用体温形成凝胶屏障，同时负载生长因子或抗菌药物，促进愈合。

　　总结与展望

　　类别

　　代表

　　主要方向与角色

　　学术研究

　　Robert Langer（MIT）， Richard Hoogenboom（根特大学），马宏伟（清华）

　　技术源头，专注于新材料设计、新机理探索和新应用开拓（如智能药物递送、软体机器人）。

　　原材料供应商

　　巴斯夫，科莱恩

　　基础材料提供者，大规模生产如泊洛沙姆等成熟的热凝胶产品。

　　技术转化与产品开发

　　MedinCell，各大药企和医疗器械公司

　　价值实现者，将热凝胶的智能响应特性转化为具体的药品、医械或消费品。

　　产业化现状与挑战：

　　成熟应用：泊洛沙姆作为药用辅料和日化原料已是非常成熟的市场。

　　前沿应用：基于PNIPAM、POx等新型热凝胶的原位注射制剂和组织工程产品大多处于临床前或临床研究阶段。

　　挑战：

　　生物降解性与安全性：确保新型合成高分子在体内的安全降解和代谢。

　　规模化与质控：从实验室克级到工业公斤级的稳定、合规生产。

　　法规审批：作为新型药用辅料或医疗器械，需要通过严格的监管审批。

　　总而言之，热凝胶高分子是一个从基础研究到工业应用链条非常清晰的领域。学术界在不断追求性能更优、功能更智能的新材料，而产业界则致力于将这些材料的独特性质转化为解决实际问题的产品，尤其是在长效注射、再生医学等高端市场，未来潜力巨大。