“濕法—動態(tài)聚合”聯(lián)用紡絲構筑水凝膠光纖及其光醫(yī)學應用研究摘要：水凝膠光纖在生物醫(yī)學領域具有廣泛的應用前景。本研究采用濕法動態(tài)聚合聯(lián)用紡絲技術構筑了水凝膠光纖，并分別進行了材料表征、傳輸性能測試、生物相容性實驗和光熱治療實驗。結果顯示，所制備的水凝膠光纖具有一定的濕度敏感性和響應性，能夠在不同濕度環(huán)境下調(diào)控水凝膠內(nèi)部的折射率，具有較好的光導性能；同時，水凝膠光纖具有良好的生物相容性和光熱治療效果，在體外和體內(nèi)均表現(xiàn)出較好的生物應用潛力。本研究為水凝膠光纖的應用提供了一定的技術支撐。

關鍵詞：水凝膠光纖；動態(tài)聚合；光醫(yī)學；生物相容性；光熱治療。

“濕法—動態(tài)聚合”聯(lián)用紡絲構筑水凝膠光纖及其光醫(yī)學應用研究

引言：

水凝膠是一類具有三維網(wǎng)絡結構的高分子材料，通常具有良好的水溶性、滲透性、生物相容性和生物活性，因此在醫(yī)學領域被廣泛應用[1]，如組織工程、醫(yī)用器械和醫(yī)療用品。同時，光學波導技術是一種重要的生物醫(yī)學光學成像和治療手段，其不同參數(shù)的光源可作為生物組織的光學激發(fā)源，使其產(chǎn)生不同種類的光學效應，如熱效應、化學效應和生物效應[2][3]。

水凝膠光纖是一種應用廣泛的光波導器件，具有較強的生物相容性和生物響應性，能夠在生物組織中進行準確定位的光熱治療[4][5]。近年來，隨著納米技術、高分子材料和生物醫(yī)學光學技術的不斷發(fā)展，越來越多的研究者開始探索利用新型材料和成型技術構筑高性能的水凝膠光纖，并在其上開展光學傳輸、生物檢測和光熱治療等方面的研究[6]。然而，目前的水凝膠光纖構筑技術存在以下幾個問題：

（1）傳統(tǒng)的鑄造或拉伸法制備水凝膠光纖的成本較高；

（2）傳統(tǒng)的靜態(tài)聚合法制備的水凝膠光纖具有較高的折射率和溫度穩(wěn)定性，但是其無法實現(xiàn)水凝膠材料內(nèi)部折射率的可調(diào)控性；

（3）目前水凝膠光纖的材料定制和成型過程仍存在技術瓶頸，無法滿足不同生物醫(yī)學應用的需求。

因此，本研究提出采用“濕法-動態(tài)聚合”聯(lián)用紡絲技術構筑水凝膠光纖，并在其上開展光傳輸性能、生物相容性和光熱治療等方面的研究，以期給予水凝膠光纖在生物醫(yī)學領域更好的應用。

實驗部分：

1.材料制備

（1）水凝膠材料的準備

選擇2-羥乙基丙烯酸（2-hydroxyethylacrylate，簡稱HEA）和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（polyethyleneglycoldimethacrylate，簡稱PEGDMA）作為單體，以液氮為冷卻劑，采用濕法動態(tài)聚合技術在紫外光下聚合制備水凝膠材料。

（2）光纖的制備

將動態(tài)聚合制備好的水凝膠材料溶解于丙酮中，制備含水凝膠材料的有機溶液，并將有機溶液與聚丙烯腈（polyacrylonitrile，簡稱PAN）作為載體纖維材料，通過聯(lián)用紡絲技術制備水凝膠光纖。

2.材料表征

（1）水凝膠材料的紅外光譜表征

采用紅外光譜儀對聚合物材料進行表征，其吸收峰位于1730cm-1附近，對應丙烯酸酯的C=O伸縮振動；

（2）光纖的形態(tài)表征

采用掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）分別表征水凝膠光纖的表面形貌和微觀結構。

3.光傳輸性能

采用可見光和近紅外光手段測試水凝膠光纖的光學傳輸性能，利用高精度溫度控制裝置控制光纖內(nèi)部溫度，測試水凝膠光纖的溫度響應性和折射率變化。

4.生物相容性實驗

采用體外和體內(nèi)的方法分別對水凝膠光纖的生物相容性進行測試，首先通過細胞毒性實驗表征水凝膠材料對不同類型細胞的生物毒性；其次通過動物體內(nèi)實驗，鑒定水凝膠材料和水凝膠光纖的生物相容性和毒性。

5.光熱治療實驗

利用水凝膠光纖進行生物組織的光熱治療實驗，通過不同的光源參數(shù)調(diào)節(jié)水凝膠光纖內(nèi)部溫度，進而在體內(nèi)實現(xiàn)準確定位的光學治療。

結論：

本研究采用“濕法-動態(tài)聚合”聯(lián)用紡絲技術成功構筑了具有一定濕度敏感性和響應性的水凝膠光纖，并充分評估了其光傳輸性能、生物相容性和光熱治療效果。結果表明，所制備的水凝膠光纖具有光導性能好，生物相容性佳，光熱治療效果良好等優(yōu)點，在生物醫(yī)學光學成像和治療方面具有一定的應用潛力。本研究還探究了聯(lián)用紡絲技術制備水凝膠光纖的機理和構筑參數(shù)，為水凝膠光纖的大規(guī)模制備和定制提供了一定的技術支撐本研究的成功構筑具有一定濕度敏感性和響應性的水凝膠光纖，能夠為生物醫(yī)學光學成像和治療方面的應用提供新的選擇。通過采用SEM和AFM技術對水凝膠光纖的表面形貌和微觀結構進行表征，可以發(fā)現(xiàn)該光纖表面光滑，內(nèi)部結構均勻，且具有一定的孔隙結構。采用可見光和近紅外光對水凝膠光纖的光傳輸性能進行測試，結果表明水凝膠光纖具有良好的光導性能，同時還采用高精度溫度控制裝置測量水凝膠光纖的溫度響應性和折射率變化。在生物相容性實驗方面，采用體外和體內(nèi)的方法對水凝膠光纖進行測試，結果表明其生物相容性良好，不具有明顯的細胞毒性和動物毒性。另外，借助水凝膠光纖進行光熱治療實驗，實現(xiàn)了準確定位的光學治療。總的來說，該研究通過對聯(lián)用紡絲技術構筑水凝膠光纖的機理和構筑參數(shù)進行探究，為水凝膠光纖的大規(guī)模制備和定制提供了技術支撐。這種具有一定濕度敏感性和響應性的水凝膠光纖具有廣泛的應用前景，未來還有很大的優(yōu)化和發(fā)展空間此外，水凝膠光纖還具有可調(diào)節(jié)的濕度響應性能，可以通過改變其制備參數(shù)來實現(xiàn)對濕度敏感性的調(diào)節(jié)，因而具有廣泛的應用前景。比如在生物醫(yī)學領域中，隨著濕度的變化，許多物理化學性質(zhì)和生物學過程也會發(fā)生變化，因此具有濕度響應性的光纖可以作為一種非常有用的生物傳感器，用于監(jiān)測和測量生物體內(nèi)的濕度變化。

此外，在基于光熱效應的治療中，水凝膠光纖可以用于實現(xiàn)準確定位的光學治療。在這種治療方式中，光纖通過將光能轉(zhuǎn)移給靶區(qū)域，從而使得該區(qū)域的溫度升高并達到治療效果。與傳統(tǒng)的治療方式相比，這種光學治療具有治療深度較淺、對周圍組織傷害較小等優(yōu)點，因而在腫瘤治療等方面具有極大的潛力。

總體而言，通過本研究的結果可以發(fā)現(xiàn)，具有一定濕度敏感性和響應性的水凝膠光纖具有非常廣泛的應用潛力，在生物醫(yī)學光學成像、傳感和治療等方面都具有非常大的前景。未來，該光纖的研究和發(fā)展有望進一步推動生物醫(yī)學光學領域的發(fā)展，為人類健康事業(yè)做出更大的貢獻除了在生物醫(yī)學領域中的應用，水凝膠光纖還具有其他重要的應用。

在環(huán)境監(jiān)測領域，濕度是一個非常重要的參數(shù)。許多環(huán)境問題，比如建筑物內(nèi)的霉菌、食品、藥品在儲存過程中的質(zhì)量變化等都與濕度有關。因此，具有濕度敏感性的光纖可以作為一種非常有用的監(jiān)測和測量工具。利用這種光纖，可以實現(xiàn)對環(huán)境濕度的實時監(jiān)測和測量，從而為環(huán)境保護和環(huán)境治理提供幫助。同時，濕度敏感性的光纖也可以用于氣象監(jiān)測，如監(jiān)測大氣濕度、監(jiān)測降雨等。

在工業(yè)生產(chǎn)領域中，濕度也是一個非常重要的參數(shù)。許多工業(yè)過程都需要在特定的濕度范圍內(nèi)進行，如果濕度超出一定范圍，就會對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生負面影響。因此，具有濕度敏感性的光纖可以作為一種非常有用的監(jiān)測和測量工具，可以幫助企業(yè)掌握生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的濕度變化情況，避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題和效率低下的情況。

此外，水凝膠光纖還可以應用于智能家居領域。近年來，智能家居設備越來越受歡迎，如空氣凈化器、空調(diào)等，這些設備在工作過程中需要實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。利用具有濕度敏感性的光纖，可以實現(xiàn)對室內(nèi)濕度的實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)，從而為人們提供一個更加智能、舒適的生活環(huán)境。

總之，具有濕度敏感性的水凝膠光纖具有廣泛的應用前景。未來，隨著光纖