水凝胶的合成及应用
水凝胶综述
水凝胶综述水凝胶是一种能够吸收水分并形成凝胶状态的材料。
它具有优异的物理、化学性质和生物相容性，因此在医疗、生物制造、水处理、环境保护等领域有着广泛的应用。
本文将对水凝胶的种类、制备方法及其应用进行综述。
一、水凝胶种类1.聚丙烯酸钠凝胶：聚丙烯酸钠（sodium polyacrylate，SPA）是一种高分子聚合物，具有吸水性强的特点。
它能够在形成凝胶状态后固定并保持高水分量，具有吸收多达500倍重量的水分能力。
因此，SPA凝胶在卫生巾、纸尿裤等日用品中广泛应用。
2.壳聚糖凝胶：壳聚糖是一种具有天然多糖的生物高分子材料。
它具有天然亲水性、生物可降解性和低毒性等特点。
壳聚糖凝胶在生物制造、医学等领域有着广泛的应用前景，如软骨组织工程中的载体材料、生物医用凝胶等。
3.聚乙烯醇凝胶：聚乙烯醇（PVA）是一种合成聚合物，它具有高度的水溶性和可塑性。
PVA凝胶可以通过交联反应形成，具有优异的力学性质和生物相容性，因此在组织工程、医用敷料等领域有着广泛的应用。
4.明胶凝胶：明胶是一种蛋白胶体物质，由动物皮、骨、软组织等经加热水解、提取等工艺处理而成。
明胶凝胶具有良好的生物相容性、生物降解性和生物吸附性等特点，因此在医学、生物制造等领域有着广泛的应用。
二、水凝胶制备方法1.离子交联法：离子交联法是水凝胶制备的常用方法之一。
具体的制备过程是将水凝胶原料在水溶液中溶解，然后通过加入离子交联剂使其中交联反应发生，形成水凝胶。
三、水凝胶应用1.医疗领域：水凝胶在医疗领域广泛应用，如生物医用凝胶、组织工程载体材料、敷料等。
其中，聚丙烯酸钠凝胶广泛用于生产卫生巾、纸尿裤等日用品。
2.环境保护领域：水凝胶在环境保护领域也有着广泛应用，如污水处理、海藻收集、水土保持等。
其中，壳聚糖凝胶可作为海藻收集材料，聚乙烯醇凝胶可作为土壤水分保持材料。
3.其他领域：水凝胶在其他领域也有着一些应用，如食品工业中的增稠剂、涂料工业中的质感调节剂等。
聚氨酯水凝胶的制备与应用
聚氨酯水凝胶的制备与应用聚氨酯水凝胶是一种独特的高分子材料，具有极强的吸水性能和生物相容性，因此，在医药、环境保护等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍聚氨酯水凝胶的制备方法及其应用领域。
一、聚氨酯水凝胶的制备方法1. 原材料准备制备聚氨酯水凝胶所需的原材料包括聚乙二醇、聚醚多元醇、异氰酸酯等。
这些原材料的选择和质量对最终制品的物理化学性质和应用性能有很大影响。
2. 制备过程聚氨酯水凝胶的制备过程主要包括聚合反应和后续加工两个步骤。
具体步骤如下：（1）聚合反应将聚乙二醇和聚醚多元醇按照一定的比例混合，并加入异氰酸酯进行聚合反应。
在反应过程中，需要控制反应温度、pH值等反应条件，以确保产品的稳定性和所需性能。
（2）后续加工经过聚合反应后，所得到的聚氨酯水凝胶需要经过一些后续加工步骤，如干燥、加工成型等，以得到所需的产品形态和物理化学性质。
二、聚氨酯水凝胶的应用领域1. 医药领域聚氨酯水凝胶具有良好的生物相容性和吸水性能，可以作为医疗敷料、人工器官、口腔治疗材料等医疗用途的原材料。
此外，聚氨酯水凝胶还可用于药物控释系统、医疗胶囊等预防和治疗各种疾病。
2. 环境保护领域聚氨酯水凝胶在环保领域的应用主要体现在废水处理和土壤修复两个方面。
聚氨酯水凝胶可以被用作吸附剂，通过对有害物质的吸附和去除来达到净化水体的目的。
此外，聚氨酯水凝胶还可以被用于在纳米和微米级别上清除污染物，以及用于土壤污染的修复和重金属离子的去除。
3. 工业领域聚氨酯水凝胶在工业领域的应用主要涉及电解质、分离材料、银浆粘合剂等一系列工业领域的生产工艺。
其中，聚氨酯水凝胶可用于制造耐高温电解质，用于生产锂电池、太阳能电池、超级电容器等多种应用领域。
三、聚氨酯水凝胶的未来发展聚氨酯水凝胶正逐步成为高分子材料领域中的重要类别，并且有着广泛的应用领域和前景。
目前，随着技术的不断发展和相关领域的深入研究，聚氨酯水凝胶的应用也将越来越广泛，其研究和开发的前景十分广阔。
水凝胶成分
水凝胶成分水凝胶是一种以水为主要成分的凝胶材料。
它具有吸水性强、保湿性好、稳定性高等特点，被广泛应用于医疗、化妆品、农业等领域。
本文将从水凝胶的定义、成分、制备方法以及应用领域等方面进行介绍和分析。
一、水凝胶的定义和成分水凝胶是一种具有三维网状结构的材料，其主要成分是水和聚合物。
聚合物可以是天然高分子材料，如明胶、海藻酸钠等，也可以是合成高分子材料，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等。
这些聚合物通过交联反应形成网状结构，使水凝胶具有吸水性和保湿性。
二、水凝胶的制备方法水凝胶的制备方法多种多样，常见的方法包括物理交联法、化学交联法和生物交联法等。
物理交联法是通过温度、pH值等因素的改变，使聚合物在水中形成凝胶状态。
化学交联法是通过引入交联剂，使聚合物分子之间形成化学键而形成凝胶。
生物交联法是利用生物酶或微生物产生的酶等催化剂，使聚合物发生交联反应。
三、水凝胶的应用领域1.医疗领域：水凝胶在医疗领域中有广泛的应用，如创伤敷料、生物医学材料等。
水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，可以促进伤口愈合和组织再生。
2.化妆品领域：水凝胶在化妆品中常用作保湿剂、乳化剂等。
它可以吸附并保持肌肤的水分，提高皮肤的湿润度和光泽度。
3.农业领域：水凝胶在农业领域中主要用于土壤改良和植物栽培。
它可以增加土壤的保水性和肥力，提高植物的生长速度和产量。
4.环境领域：水凝胶在环境领域中用于水处理和废物处理等。
它可以吸附和固定污染物，净化水体和土壤环境。
5.能源领域：水凝胶在能源领域中有潜在的应用价值，如锂离子电池电解质、燃料电池电解质等。
水凝胶具有良好的离子传输性能和稳定性，可以提高电池的性能和循环寿命。
四、水凝胶的发展趋势随着科学技术的进步和应用需求的不断增加，水凝胶材料正不断发展和创新。
未来，水凝胶材料有望实现功能多样化和智能化。
例如，通过调控水凝胶的结构和成分，可以实现温度敏感、pH敏感等智能响应性能；通过引入纳米材料，可以实现光学、电学等特殊功能。
材料科学中的水凝胶材料合成与应用
材料科学中的水凝胶材料合成与应用水凝胶材料作为一种具有优异吸附性、保水性和稳定性的高分子材料，在材料科学领域中具有着广泛的应用前景。
它们可以用于生物医学、环境保护、化妆品和食品工业等领域，发挥着重要作用。
本文将介绍水凝胶材料的合成方法和其在不同领域的应用。
一、水凝胶材料合成方法1. 化学交联法化学交联法是制备水凝胶材料的常用方法之一。
该方法通过在高分子链上引入交联剂，使高分子链之间发生连接，形成三维网状结构。
常用的交联剂包括双醛类化合物、双酮类化合物等。
该方法的优点是反应速度快、成品质量稳定，但需要使用特殊的交联剂。
2. 物理交联法物理交联法是另一种制备水凝胶材料的方法。
该方法通过物理吸附或热凝聚等方式将高分子链结构重新组合，形成凝胶结构。
常用的物理交联方法包括凝胶冻干法、乳胶凝胶法等。
该方法的优点是操作简单、无需特殊交联剂，但制备的水凝胶材料较脆弱，稳定性较差。
二、水凝胶材料的生物医学应用1. 药物传递系统水凝胶材料具有优异的吸附性和保水性，可以将药物包裹在凝胶内部，实现缓慢释放。
这种缓释系统可以用于治疗肿瘤、炎症和感染等疾病，减少药物剂量，提高疗效。
同时，水凝胶材料还可以通过化学修饰表面，实现靶向输送，减少对健康组织的损伤。
2. 组织工程水凝胶材料具有与生物组织相似的结构和特性，可以作为组织工程的支架材料。
通过在凝胶中种植细胞，可以实现细胞的生长和分化，形成人工组织。
这种水凝胶组织工程在修复受损组织、替代器官等方面具有重要的应用潜力。
三、水凝胶材料的环境保护应用1. 水污染处理水凝胶材料具有优异的吸附性能，可以用于处理水中的污染物。
例如，通过将水凝胶材料置于污水中，其表面的微孔结构可以吸附污染物，净化水质。
同时，水凝胶材料还可以通过改变其表面官能团，实现对特定污染物的选择性吸附。
这种水凝胶材料在水处理领域有着广阔的应用前景。
2. 水土保持水凝胶材料具有良好的保水性能，适用于水土保持工程。
在农田中应用水凝胶材料可以改善土壤结构，提高土壤保水能力，减少干旱和水浸的影响。
功能水凝胶的制备及其应用
功能水凝胶的制备及其应用水凝胶是一种高分子材料，具有优异的吸水性能、柔软性、透明度以及良好的生物相容性等特性，因此被广泛应用于医疗、水处理、智能材料、食品加工等领域。
其中，功能水凝胶是水凝胶的一种，其具有特殊的特性，比如响应性、可控释放等，可以根据实际需要进行改良，增加新的特性。
本文将介绍功能水凝胶的制备及其应用。
一、水凝胶的制备方法水凝胶可以通过多种方法制备，常见的方法有溶剂交联法、自由基交联法、离子交联法、凝胶化法等。
这里我们主要介绍自由基交联法和离子交联法。
1.自由基交联法自由基交联法是通过链转移方法或者反应物之间的交联反应来形成水凝胶的一种方法。
其主要步骤包括单体和交联剂的加入，反应发生，过滤和干燥等。
具体可以参考以下步骤：（1）选取单体和交联剂，制备好反应液。
（2）将反应液加热至一定温度，加入引发剂。
（3）分批加入反应物，充分搅拌，控制反应温度。
（4）反应结束后，将透明凝胶过滤，并使用洗涤液去除残留物。
（5）将过滤后的凝胶进行干燥，制备成片状水凝胶。
2.离子交联法离子交联法是通过反应物之间的离子交联反应来形成水凝胶的一种方法。
其主要步骤包括选取单体、交联剂、电解质，制备好反应液，加入电解质，搅拌，进行离子交联反应，过滤，去除残留物，干燥等。
具体可以参考以下步骤：（1）选取单体、交联剂、电解质制备反应液。
（2）将反应液中的电解质加入，充分搅拌。
（3）通过离子交联反应形成水凝胶。
（4）将透明凝胶过滤并去除残留物。
（5）将过滤后的凝胶进行干燥，制备成片状水凝胶。
二、功能水凝胶的改良及应用功能水凝胶具有特殊的特性，例如响应性、可控释放性等，可以通过改良制备方法和添加特定的功能单体来获得。
以下将介绍两种功能水凝胶的应用。
1. 响应性水凝胶响应性水凝胶是一种具有对外部刺激响应性的水凝胶。
可以根据不同的刺激源，分化成热响应性水凝胶、光响应性水凝胶、 pH 响应性水凝胶等。
这些水凝胶可以配合传感器、生物组织重新构建、智能环境材料等领域开展应用。
水凝胶的制备与应用研究
水凝胶的制备与应用研究在我们的生活中，水凝胶是一种非常有用的物质。
它在医疗、农业、环保和化妆品等领域都有广泛的应用。
水凝胶的主要特点是可以充分吸收水分并形成一定稳定的凝胶状态。
这篇文章将深入探讨水凝胶的制备及其应用领域。
一、水凝胶的制备水凝胶的制备方法有很多种。
以下是其中几种典型的方法。
1. 离子凝胶法离子凝胶法是一种常见的水凝胶制备方法，主要是以共价键或离子间相互作用形成凝胶。
这种方法需要将适量的水和一定量的凝胶化合物混合，然后再引入离子交换剂，最后得到凝胶。
在这个过程中，离子交换剂和水分子之间的交互作用非常重要。
离子交换剂与水分子结合时会释放出一些离子，这些离子会与凝胶化合物产生化学反应，最终形成凝胶。
2. 丝素凝胶法丝素凝胶法是一种以天然蛋白质为基础材料的构建方法。
其制备方法为将蚕丝蛋白混合到酸性环境条件下形成胶粒，然后将这些胶粒放置在碱性环境下进行转化。
此时的蚕丝蛋白因为电荷变化而形成凝胶。
而且在这个过程中，凝胶的耐用程度也得到了提高，使得它们可以更好地抵御自然界的侵蚀和影响。
3. 化学交联法化学交联法是一种更复杂的制备方法，需要使用化学品来实现。
这种方法可以将多种化学物质混合在一起，从而实现相互作用进而形成凝胶。
化学交联法最大的优点是可以制备出具有不同形态和性能的水凝胶。
同时，其应用范围也非常广泛，包括医疗、农业和环保等领域。
二、水凝胶的应用水凝胶在医疗、农业和环保等领域中都有应用。
以下是其中几个典型的应用领域。
1. 医学应用水凝胶在医学中的应用一直非常广泛，特别是在医用敷料和水胶囊等方面。
在这方面，水凝胶具有良好的吸收水份和渗透性，可以保护人体受伤部位，从而加快治疗速度。
此外，水凝胶还可以用于制备水凝胶隐形眼镜、水凝胶人工晶状体等具有高透明性和抗炎性的医疗用品。
2. 农业应用水凝胶在农业中的应用是将它作为新技术新产品的一种途径。
在种植生产中，水凝胶作为一种新型的土壤保水材料，被广泛应用于农业温室、园艺等领域。
水凝胶的制备原理
水凝胶的制备原理水凝胶是一种具有三维网状结构的高分子材料，其制备原理主要通过聚合反应实现。
水凝胶具有较强的吸水性能和保水性能，被广泛应用于医药、农业、环境保护等领域。
本文将详细介绍水凝胶的制备原理及其应用。
一、水凝胶的制备原理水凝胶的制备原理主要涉及两个关键步骤：单体聚合和交联反应。
1. 单体聚合单体聚合是水凝胶制备的第一步。
单体是指能够进行聚合反应形成高分子聚合物的物质。
常见的单体有丙烯酸、丙烯酰胺等。
单体在适当的反应条件下，如温度、催化剂等的作用下，发生聚合反应，形成线性高分子链。
2. 交联反应交联反应是水凝胶制备的关键步骤。
交联是指将线性高分子链通过化学键或物理结构连接在一起，形成三维网状结构。
交联可以增强水凝胶的稳定性和力学性能。
交联反应可以通过多种方法实现，如化学交联、物理交联等。
化学交联是指在单体聚合的同时引入交联剂，交联剂与单体发生反应，形成化学键连接。
常见的交联剂有甲醛、甲基丙烯酸酯等。
化学交联反应需要适当的温度和时间来控制交联程度。
物理交联是指通过物理相互作用力将线性高分子链连接在一起，形成物理结构。
常见的物理交联方法有冷冻干燥、热凝胶等。
物理交联反应相对简单，但其稳定性和力学性能较差。
二、水凝胶的应用水凝胶具有良好的吸水性能和保水性能，被广泛应用于各个领域。
1. 医药领域水凝胶在医药领域有着重要的应用。
例如，水凝胶可以用作口腔粘膜贴剂，可以在口腔黏膜上形成保护性薄膜，具有缓解疼痛、促进伤口愈合等作用。
此外，水凝胶还可以用于制备人工角膜、人工关节等医疗器械。
2. 农业领域水凝胶在农业领域有着广泛的应用。
水凝胶可以增加土壤保水性能，提高土壤肥力，促进植物生长。
此外，水凝胶还可以用于植物保护剂的载体，提高植物保护剂的利用率和效果。
3. 环境保护领域水凝胶在环境保护领域有着重要的应用。
例如，水凝胶可以用于污水处理，吸附和分解有机污染物。
此外，水凝胶还可以用于土壤修复，吸附和稳定重金属离子，减少土壤污染。
ph敏感水凝胶的制备及其应用
ph敏感水凝胶的制备及其应用ph敏感水凝胶是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它具有pH响应性能，能够根据环境的酸碱性变化而发生体积变化，可广泛应用于药物输送、生物传感、智能涂层等领域。
本文将通过详细介绍ph敏感水凝胶的制备方法和应用领域，让读者了解该材料的特点与优势。
首先，我们先来了解一下ph敏感水凝胶的制备方法。
目前常用的制备方法主要包括溶液聚合法、原位聚合法和模板法。
溶液聚合法是最常见的制备方法之一。
具体步骤是将聚合物单体和交联剂按一定比例溶解在有机溶剂中，加入引发剂，并在惰性气氛下进行聚合反应。
通过控制单体浓度、交联度和引发剂的用量，可以调控水凝胶的pH响应性能。
原位聚合法是指在水相中进行聚合反应。
该方法的优点是操作简单、无有机溶剂的使用，对一些敏感的生物大分子有较好的适应性。
通常，将聚合物单体和交联剂加入水相中，搅拌均匀，并加入引发剂进行聚合反应。
模板法是通过模板的存在来调控水凝胶的结构和性能。
首先，将聚合物单体和交联剂混合，再加入模板物质，并进行聚合反应。
反应结束后，用适当的溶剂将模板物质洗去，得到具有特定空腔结构的水凝胶。
接下来，我们来了解ph敏感水凝胶的应用领域。
由于其独特的pH 响应性能，ph敏感水凝胶在药物输送领域具有重要意义。
通过改变环境的酸碱性，可以实现药物的控制释放，提高治疗效果。
此外，ph敏感水凝胶还可以应用于生物传感领域。
通过将生物分子与水凝胶结合，可以实现对特定生物分子的高灵敏检测。
另外，ph敏感水凝胶还可以应用于智能涂层领域，通过自身的pH响应性能，实现表面涂层的自动修复，提高材料的使用寿命。
总的来说，ph敏感水凝胶是一种具有广泛应用前景的新型材料。
通过合适的制备方法，可以制备出具有不同pH响应性能的水凝胶。
在药物输送、生物传感和智能涂层等领域，ph敏感水凝胶都有着重要的应用价值。
未来，随着相关技术的不断进步，相信ph敏感水凝胶将会有更广泛的应用。
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一、水凝胶的定义
水凝胶是具有亲水基团，在水中能够溶胀并保 持大量水分而又不会溶解的三维网络结构交联聚合 物
水凝胶实物图
水凝胶结构示意图 University of Science and Technology of
一、水凝胶的定义
AgNO3 Ag+
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制备流程图：
1.0gPVA
0.4g CS
38.6mLH2O
PVA/CS水凝胶薄膜
在90℃下，混合搅 拌2h
15ml 30mMAgNO3
冷却至 50℃
2.5mlAA
搅拌均匀
PVA/CS/AA 溶液
冷却至室温， 通N2，超声 30min
1. 纳米银抗菌水凝胶薄膜敷料
研
PVA
CS
AA
PAA crosslinking
究
思
UV
路
N2
Vacuum dry
Peel
Casted in Petri dish
Formation of hydrogel
Free standing thin film
AgNPs
C6H12O6
OHPVA/CS/Ag hydrogel film
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3. 合成方法实例（光固法/热固法）
单体
加 热
预聚物
热光 固固 法法
水凝胶
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3. 合成方法实例
University of Science and Technology of
University of Science and Technology of
2. 药物缓释水凝胶
靶向定位——千军万马夺上将首级 水凝胶包覆——事了拂衣去，深藏功与名
University of Science and Technology of
3. 水凝胶3D打印
美剧《西部世界》片头
University of Science and Technology of
3. 水凝胶3D打印
水凝胶3D打印示意
University of Science and Technology of
4. 水凝胶隐形眼镜
加拿大多伦多大学研究人员开发出 一种新型水凝胶生物材料，有助于保 持细胞活性，也能使它们更好地结合 成组织。试验显示，运用这一材料能 在一定程度上改善视力，甚至逆转失 明。
均匀溶液移到培养 皿
在N2中，紫 外光下交联
60℃下，
真空干燥24h
15ml 30mM C6H12O6和 50mM NaOH
黑暗中浸泡6小时 后，洗涤
Ag+@PVA/CS
室温下反应3小 时，洗涤，真
空干燥
PVA/CS/Ag薄膜
PVA/CS水凝胶薄膜
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四、水凝胶应用实例
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SUCCESS
THANK YOU
2020/3/3
1.水凝胶伤口涂敷材料
水凝胶伤口敷料 水凝胶伤口敷料的优点 1.防止体液损失 2.透氧 3.加速伤口愈合
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❖ 水凝胶的广泛应用
对人体： “面膜”“人工软骨”“药物缓释”“伤口涂敷”
❖ 根据对外界刺激的响应 （传统且智能）
传统水凝胶：无响应或响应不明显 环境敏感的水凝胶：pH，温度，光，电，压力等
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三、主要合成思路
31
物理交联
32
化学交联
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1. 水凝胶面膜
水凝胶面膜
肤若凝脂 温泉水滑洗凝脂
水凝胶面膜的优点 1.柔软，和面部契合度高 2.无刺激，生物相容性好 3.锁水，保持皮肤水嫩光滑
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2. 药物缓释水凝胶
水凝胶药物缓释的优点 1.无毒 2.生物相容性好 3.优异的药物负载能力，化学 结构稳定 4.快速的溶胀和去溶胀速率， 刺激响应性好 5.可在人体里溶解，从而被排 出
1. 物理交联
1
通过氢键发生交联
2
从两亲性接枝和嵌段聚合物
3
通过结晶发生交联
4
通过离子相互作用交联
5
通过蛋白质相互作用交联
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2. 化学交联
1 通过互补基团的化学反应交联
2
通过高能量辐射交联
3
通过自由基聚合交联
4
利用酶交联
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二、水凝胶的分类
❖ 根据合成材料的不同 （古老又新颖）
天然水凝胶：琼脂糖，胶原，海藻酸盐 合成水凝胶：聚氧化乙烯，聚乙二醇，聚乙烯醇
❖ 根据大小和形状的不同 （宏观兼微观）
宏观水凝胶：柱状，膜状，多孔海绵状，纤维状，球状 微观水凝胶：纳米级，微米级
Logo
水凝胶的合成及应用
主讲：池海波 组员：何泓川 李思齐 池海波 叶盛 徐畅
朱星群 叶仕凡 崔常松 杨益 孟婧 韩赫兴 王楚亚 王智 李展 张宇
University of Science and Technology of China
目录
1 2 3 4 5
水凝胶的定义 水凝胶的分类 主要合成思路 水凝胶的应用 总结与展望
University of Science a分类
❖ 根据键合作用的不同
物理凝胶：
物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成 的, 这种凝胶是非永久性的, 通过加热凝胶可转变为溶液, 所以也被 称为假凝胶或热可逆凝胶
化学凝胶：
是由化学键交联形成的三维网络聚合物, 是永久性的, 又称为真 凝胶
研究人员用干细胞培养了感光受体， 把它们装入水凝胶注射到失明小鼠的 眼睛里。随着越来越多的细胞存活、 生长在一起，小鼠在一定程度上恢复 了视力。
此外，当水凝胶把细胞送到指定地 点后，就会溶解并在几周内被身体吸 收。
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五、总结与展望