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第42卷第7期 赵 婵，刘 昊，陈洁莹，等. 温度/超声双重响应型相变液滴对水凝胶结构性能的调控［J］.
2022年7月 南京医科大学学报（自然科学版），2022，42（7）：948-956 ·955 ·

影响。65 ℃加热后，在压缩应变为 60%时，压缩应 的超声造影能力进行评估，同时，当其与水凝胶复
力从 21.06 kPa 上升到 28.99 kPa，而最大压缩应变 合后，研究了温度/超声激励下，相变液滴对水凝胶
由71.22%降低到65.44%，这是因为相变液滴在此过 的结构与性能的调控。
程成为微气泡，原本的液态内核成为气态，使凝胶 在温度和超声调控下，脂质相变液滴能够发生
抗压能力增强；而微气泡进一步撑大了水凝胶的网 液⁃气相转变，由纳米级液滴蒸发形成微米级气泡。
络结构，增加了其结构的不规则度，使其增强硬度 和温度产生的单纯热效应相比，超声能够通过空化
的同时降低了韧性。 作用、机械作用等综合效应刺激液滴发生相变 ［19］ 。
水凝胶的溶胀率是评价水凝胶性能的重要指 相变液滴相转变后能够增强超声造影效果，主要是
标，也在一定程度上影响水凝胶在各方面的应用。 由于与纳米液滴相比，微米级气泡有更大的散射面
图8B中溶胀率随时间的变化曲线表明，未复合相变 积，内核气体也比液体有更大的声阻抗，从而可以
液滴的水凝胶 Hy 升温后的溶胀速率和平衡溶胀率 有效反射声波。外部激励对相变液滴超声造影能
大于37 ℃升温前，说明升温使得水凝胶网络结构变 力的调控，一定程度上解决了传统微气泡的应用弊
得疏松，对溶胀产生较大影响。而复合了相变液滴 端。外界激励前，PFC核心保持液态，相变液滴粒径
的水凝胶 LPCD@Hy，与 Hy 相比，在 37 ℃和 65 ℃都 处于纳米量级，在血管内有较好的循环稳定性 ［20］ ，
表现出较低的溶胀率，这是因为 LPCD 在水凝胶网 且可以通过血管壁扩张进入病变组织，克服了传统
络结构中起一定的支撑和空间占据的作用，导致 微气泡由于微米尺度的限制易被网状内皮系统清
37 ℃时水凝胶不容易发生溶胀；另一方面，65 ℃时 除 ［21］ ，无法透过血管进入肿瘤组织内部，从而仅适
LPCD 粒径变为微米级，在水凝胶网络结构中占据 用于血管造影的不足；外界能量激励之后，纳米液
一定的空间，使得外环境的 PBS 溶液无法进入水凝 滴转化为微气泡，又克服了纳米尺度造影剂对超声
胶内部。这也说明LPCD的加入使得水凝胶的网络 信号的增强作用不足的弊端。
更加稳定，溶胀性能相对减小。通过 4 条曲线的对 和水凝胶结合后，在温度和超声的调控下，相
比，可以发现水凝胶的溶胀率在温度较高时表现出 变液滴同样能够发生液⁃气相转变，在水凝胶内部形
一定的退溶胀性质，随后在不同的条件下均随时间 成大量孔洞，从而改变水凝胶内部的结构；同时，能
逐渐增大至平台期。 够通过调节相变液滴的相变程度控制水凝胶浮力
的变化。除此之外，液⁃气相转变会影响水凝胶的机
3 讨 论
械性能，相变液滴的引入会降低水凝胶的压缩强
相变液滴与智能响应水凝胶均是近年来研究 度，升温后，使水凝胶的硬度增加，韧性下降。本文
的热点，而将两者结合，设计能够响应外部多种激 研究了温度和超声场对相变液滴⁃水凝胶复合材料
励的复合水凝胶的研究还鲜有报道。本研究制备 的调控，但在超声对水凝胶结构性能变化的更精准
了一种温度/超声双重响应型脂质相变液滴，并对其 调控方面，还有待进一步深入。
在温度/超声激励下的相转变能力，液⁃气相变前后 综上所述，本研究制备了一种温度/超声双重

A B
60
120 Hy 25 ℃ 15 Hy 37 ℃
Hy 65 ℃ Hy 65 ℃
100 LPCD@Hy 25 ℃ ▲ ▲ LPCD@Hy 37 ℃
LPCD@Hy 65 ℃
（ kPa ） 80 （ % ） 14 ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
LPCD@Hy 65 ℃
13
12
60
应力 40 溶胀率 11 ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
10 ▲
20
9
0 ▲
8
0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 200 250
压缩应变（%） 时间（min）
A：相变液滴⁃水凝胶复合材料的压缩应力⁃应变曲线；B：相变液滴⁃水凝胶复合材料的溶胀率⁃时间曲线。
图8 相变液滴⁃水凝胶复合材料的压缩和溶胀性能
Figure 8 Compression and swelling properties of phase⁃change droplets⁃hydrogel composites