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摘要

木质素是自然界中含量第二丰富的天然高分子聚合物，也是芳香族化合物中少有的可再生资源之一，作为制浆造纸行业的主要副产物，工业木质素价廉易得。鉴于木质素自身的三维网状结构及丰富的醇羟基、酚羟基、双键等活性官能团，其具备了抗菌、抗炎、吸附等诸多优势，是制备水凝胶的理想选材。但遗憾的是由于木质素结构复杂、空间阻力大、反应活性不足，其提纯处理较为困难、高值化和产业化利用水平较低。利用木质素及其衍生物制备水凝胶既拓宽了其应用范围，又能较好解决现阶段合成高分子水凝胶存在的生物相容性差等问题。基于此，本文从木质素的结构和性质出发、归纳了木质素基水凝胶材料的主要制备方法及优缺点，总结了其在生物医学、污水处理、农业、电子器件等方面的应用现状，并进一步提出了木质素基水凝胶材料现阶段研究中存在的局限性和今后可能的研究前景。

关键词

木质素; 水凝胶; 制备方法; 应用现状; 局限性

水凝胶是一种亲水性的三维网络结构聚合物，具有良好的溶胀性、黏性和机械强度，因此在农业节水、环境保护、生物医学等诸多领域具有广泛的应用前景^［

1-3］。传统水凝胶的制备原料主要来自石油工业，属于不可再生资源，该类水凝胶大多不易生物降解。此外鉴于化石燃料的稀缺以及环境污染等问题的严重化，对其替代品的研究越来越受到研究者们关注。近年来利用天然高分子材料制备水凝胶逐渐成为研究的热点^{［参考文献 4

百度学术}4］。

在天然高分子材料中，木质素是自然界储存量最多的可再生多酚类化合物。由于木质素结构复杂、空间阻力大、反应活性不足，长期以来被认为是制浆造纸工业中的废弃物，每年仅有约2%的木质素被用作优质化能源，其产业化和高值化利用处于较低水平^［

5］。近年来，随着木质素化学、预处理和加工技术的突破性进展，木质素良好的生物相容性及抗氧化、抗菌等生物活性逐渐被发现，促使了木质素基材料的快速发展。结合木质素自身结构和性能特点，制备木质素基水凝胶材料不仅可以拓宽其应用范围，同时有利于降低成本、保护环境、改善水凝胶机械性能^{［参考文献 6-9}6-9］。本文从木质素结构和性质出发，对近年来木质素基水凝胶材料主要的制备方法和应用现状进行了总结和分析，以期为木质素基水凝胶材料后续研究和应用提供参考。

1 木质素的结构和性质

木质素是仅次于纤维素的第二大天然聚合物，占植物细胞壁的20%~30%，其主要由3种苯丙烷单元构成，即愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷、对-羟基苯基丙烷。各个结构单元之间主要连接方式有碳碳键、α-芳基醚键、α-烷基醚键、β-芳基醚键、二芳基醚键^［

10］。木质素的反应活性与连接方式有关，其中碳碳键和二芳醚键在化学反应中具有较高的稳定性^{［参考文献 11

百度学术}11］。由于木质素自身的三维网络状结构以及丰富的官能团含量（包括醇羟基、酚羟基、双键等），具备了抗菌、抗炎、吸附等诸多优势^{［参考文献 12

百度学术}12］。此外，鉴于其丰富的官能团，木质素可进行羟甲基化、磺化、氧化、枝接共聚等反应。通过这些反应可对木质素进行改性修饰，提高其活性及水溶性，从而为将木质素及其衍生物作为原料制备水凝胶材料，进一步扩大木质素应用范围提供可能^{［参考文献 13-14}13-14］。

2 木质素基水凝胶材料的制备方法

根据不同的交联方式，木质素基水凝胶材料的制备方法可分为物理交联法、化学交联法和结合多种方式的互穿网络结构法^［

15］。

2.1　物理交联法

常见的用于合成木质素基水凝胶的物理交联法主要有两种。①氢键作用。Song等^［

15］利用海藻酸钠的羟基和木质素磺酸盐的醚氧原子之间的氢键作用制备了木质素基水凝胶。该水凝胶具有较好的保水性、热稳定性、生物降解性和机械性能，可作为农业土壤改良剂。②静电相互作用。它是指电荷离子通过力的作用而相互交联。Kartik等^{［参考文献 17

百度学术}17］通过碱木质素中的苯氧基与壳聚糖主链上的胺基之间的静电相互作用制备了木质素基水凝胶材料。该水凝胶具有良好的生物相容性和机械强度，非常适合作为组织工程和伤口愈合的支架。具体见表1。

表1 基于物理交联法制备木质素基水凝胶

Table 1 Synthesis methods of lignin-based hydrogel by physical crosslinking

原料	交联方式	参考文献
木质素磺酸钠，海藻酸钠，魔芋粉	氢键作用	[16]
碱木质素，聚乙烯醇	氢键作用	[17]
羟乙基纤维素、聚乙烯醇、木质素	氢键作用	[18]
碱木质素、壳聚糖	静电相互作用	[19]
木质素、壳聚糖、聚乙烯醇	氢键作用，静电相互作用	[20]

与化学交联法相比，物理交联法制备木质素基水凝胶可以不使用交联剂，具有绿色环保经济的特点，有望广泛应用于生物医学领域。但物理交联法成胶时间普遍较长，且由于力的作用较弱，该类木质素基水凝胶结构稳定性较差、机械强度较低且热可逆，在强酸或强碱的条件下，结构易被破坏。在实际使用过程中往往需要引入其他成分，用以保证水凝胶的力学稳定性。

2.2　化学交联法

常用的化学交联法包括以下3种：①木质素直接交联法。主要的合成过程是木质素结构上的酚羟基和醇羟基分别与环氧氯丙烷（ECH）、聚乙二醇缩水甘油醚等交联剂发生环氧化反应和醚化反应，从而在木质素自身分子结构中形成交联。Li等^［

21］在碱性条件下，通过磺甲基化作用将磺酸基引入硫酸盐木质素结构中，得到磺甲基化木质素（SL），然后将SL与环氧氯丙烷交联制备了磺化木质素水凝胶，它是去除芳香型阳离子染料的理想材料之一。Lv等^{［参考文献 22

百度学术}22］采用氢氧化钾溶液作为反应体系，既能溶解木质素，又能促进环氧树脂环的开环反应，得到pH响应性水凝胶。②木质素与水溶性高分子直接交联法。常用的水溶性高分子包括丙烯酰胺、黄原胶、聚乙烯醇、聚乙二醇、壳聚糖等，此类水凝胶同时整合了多种高分子组分自身的物化特性（见图1）^{［参考文献 7

百度学术}7， 23-29］。③接枝共聚法。合成过程主要是将亲水性单体通过接枝、酯化等反应引入木质素结构中形成支链共聚物，该聚合物再与其他聚合物通过自由基聚合制备木质素基水凝胶^{［参考文献 30

百度学术}30］。Kalavathy等^{［参考文献 31

百度学术}31］通过酯化反应将2-羟乙基甲基丙烯酸酯（HEMA）接枝到木质素上，再与过量的HEMA进行自由基聚合，得到木质素含量高达40%的水凝胶。木质素的加入提高了水凝胶的保水性、机械强度和热稳定性。

图1 木质素基水凝胶的交联反应^[

7, 24-25, 29]

Fig. 1 Crosslinking reaction of lignin-based hydrogel^[

7, 24-25, 29]

与物理交联法相比，化学交联合成的木质素基水凝胶交联度普遍较高、机械强度普遍较高、结构稳定性较好，且成胶时间可大幅缩短。但该类水凝胶生物降解性较差，成胶方法较为复杂，部分交联剂具有毒性，制备完成后需去除残余交联剂。

2.3　互穿网络结构法

近年来，有学者综合以上两种方法研究出新的制备方法：将木质素以互穿或半互穿的形式引入水凝胶中，于水性介质中制备由主网络和次网络交互穿插形成的木质素基水凝胶^［

32］。主要反应过程是木质素的酚羟基在引发剂的作用下形成自由基，通过自由基反应或氢键作用穿插在交联聚合物的网络之中，形成互穿网络结构。卢传巍等^{［参考文献 33

百度学术}33］以丙烯酰胺（AM）、聚乙二醇6000为原料，甲基丙烯酸化木质素磺酸钙（MLS）为交联剂，制备了具有半互穿网络结构的MLS/PAM复合水凝胶。Xue等^{［参考文献 34

百度学术}34］以丙烯酰胺和乙醇木质素为原料，正丁烯二丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，在碱性条件下通过自由基反应和氢键作用合成了具有互穿网络结构的木质素基水凝胶。Chen等^{［参考文献 35

百度学术}35］以甲基丙烯酸磺基甜菜碱、部分酯化的木质素和少量纤维素纳米纤维为水凝胶骨架，通过自由基聚合形成的共价键作用、氢键作用及静电相互作用三重作用，构建了一种具有防污和抗菌特性的无毒性功能化水凝胶。

与物理交联法和化学交联法相比，互穿或半互穿网络结构的木质素基水凝胶同时结合了物理和化学作用，且水凝胶中两种聚合物之间既相互独立又相互依赖，因此可维持稳定的结构，具有优异的机械性能。

3 木质素基水凝胶材料的应用方向

木质素自身丰富的官能团结构赋予其抗菌、抗炎及吸附等特点；其良好的生物相容性、可修饰性益于其被进一步开发利用，以期为构建木质素基水凝胶材料的功能化和高值化应用提供途径和思路。结合木质素和其他材料的优点，木质素基水凝胶在污水处理、生物医学、农业、人工智能诸多领域具有潜在应用前景（见图2）。

图2 木质素基水凝胶的主要应用领域

Fig. 2 Main application fields of lignin-based hydrogels

3.1　污水处理

水污染已经成为当今世界最严重的环境问题之一，全世界对于清洁水的需求与日俱增。在众多水污染问题中，重金属离子和有机染料污染问题最为突出^［

36］。考虑到木质素含有丰富的羟基和甲氧基，可以与污染物发生螯合或络合等作用，具有一定的吸附性，且水凝胶自身呈现三维网络结构，具有吸附速率快、吸附容量高等优势，利用木质素及其衍生物为基材制备水凝胶用于污染物吸附，不但能提高水凝胶的吸附能力，而且有利于改善水凝胶自身的强度和生物降解性。

3.1.1　重金属离子吸附

有研究表明木质素基水凝胶材料对于溶液中的重金属离子吸附，主要依靠水凝胶自身的多孔结构及功能性基团（含氧、氮或含硫基团）与重金属离子之间的螯合、配位作用和静电相互作用^［

37-38］。基于此，刘武等^{［参考文献 39

百度学术}39］探究了木质素基水凝胶对镉离子的吸附效果。通过添加致孔剂碳酸钙可有效提高水凝胶的溶胀性和相应性，孔径大小直接决定水凝胶吸附性能的优劣。与不加木质素的水凝胶相比，木质素基水凝胶对镉离子的吸附效果更好。Ma等^{［参考文献 40

百度学术}40］以稻壳中提取的木质素为原料制备了双网络结构的木质素基水凝胶。由于该水凝胶具有大孔结构和大量的官能团（羰基、羟基、酰胺键等），对Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺理论最大吸附量可分别达到374.32、196.68和268.98 mg/g，表现出优异的吸附性能。

此外，溶液的pH值直接影响材料的反应活性位点、表面电荷、吸附物的电离度等，是影响木质素基水凝胶吸附重金属离子性能的重要因素。对于大部分重金属离子，木质素基水凝胶的吸附效果随着pH值的增大而增加，但在pH值接近中性或过高时，金属离子易生成氢氧化物沉淀，从而降低吸附能力^［

41］。孙亚杰等^{［参考文献 42

百度学术}42］通过接枝共聚法制备了具有高效吸附性的糠醛渣木质素-g-聚丙烯酸水凝胶。该水凝胶主要通过结构中的羟基和羧基与Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺之间的络合作用完成吸附。在pH值较低时，该水凝胶的羧基质子化会阻碍吸附。随着pH值的增大，羧基去质子化，水凝胶对金属离子的吸附量增大。但pH值过大会造成金属离子在溶液中形成沉淀，从而使吸附量减少或不再增加。Wei等^{［参考文献 43

百度学术}43］将丙烯酰胺和丙烯氧乙基三甲基氯化铵通过自由基共聚的方法接枝到木质素磺酸钠上，合成了阳离子木质素磺酸盐水凝胶，并通过静态吸附法综合考察了溶液pH值、接触时间、初始浓度和温度如何影响水凝胶对Cr（VI）的吸附行为。当溶液pH值为2~10时，水凝胶对Cr⁶⁺的吸附效果先升高后降低。在pH值<5.4（水凝胶的等电点）时，水凝胶结构表面带正电，结构中的—N⁺（CH₃）₃具有较强的正电性质，能吸附Cr⁶⁺（以Cr₂O

_{7}^{2 -}

和Cr

_{4}^{2 -}

的形式）。随着pH值逐渐降低，它会通过静电吸引转化为HCrO

_{4}^{-}

，吸附效果进一步增强。而当pH值<3.0时，因为强酸性条件下，Cr⁶⁺以H₂CrO₄的形式存在，水凝胶结构中含氧基团（如—OH、—OCH₃）和含氮基团（如—NH₂、—N⁺（CH₃）₃）的质子化为水凝胶提供了强正电荷，水凝胶与H₂CrO₄之间不存在静电吸引，只有官能团的吸附导致吸附量下降。整个吸附过程在pH值=3时达到最大值。

3.1.2　有机染料吸附

与重金属吸附类似，溶液的pH值及木质素自身所带官能团也会影响木质素基水凝胶对有机染料的吸附效果^［

44-46］。基于木质素基水凝胶在不同pH值溶液中的带电情况不同，随着pH值的变化，水凝胶对阴、阳离子染料的吸附效果呈现相反趋势。Meng等^{［参考文献 47

百度学术}47］利用具有磁性的胺化木质素制备了水凝胶，并探究其对有机染料（亚甲基蓝、甲基橙、孔雀绿）的吸附。在溶液pH值低于该水凝胶零电荷点时水凝胶带正电荷，则主要吸附阴离子染料甲基橙，且随pH值的增大吸附量减小。相反条件下水凝胶带负电荷，因此以吸附阳离子染料亚甲基蓝和孔雀绿为主，其吸附量随pH值增大而增大。同时基于该水凝胶具有的磁性，吸附剂回收率高达90%，表现出良好的稳定性和可重复利用性（见图3）。

图3 木质素基水凝胶对有机染料的吸附过程^[

47]

Fig. 3 Adsorption of organic dyes by lignin-based hydrogel^[

47]

基于功能性基团与有机染料之间的氢键、静电相互作用以及π-π堆积，在吸附剂中引入活性官能团氨基、磺酸基等可大幅提高木质素基水凝胶吸附有机染料的能力^［

21， 48］。徐继红等^{［参考文献 49

百度学术}49］以木质素磺酸钠（LS-Na）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）为原料，通过接枝共聚法合成了LS-g-PAMPS/AA水凝胶吸附剂。该吸附剂结构上丰富的羧基、磺酸基等基团使凝胶表面带负电荷，因此该木质素基水凝胶对阳离子染料亚甲基蓝具有显著的吸附效果，可以用作处理废水中阳离子染料的吸附剂。Shi等^{［参考文献 50

百度学术}50］将丙烯酰胺和丙烯酸接枝到木质素磺酸钙上，并利用超声波技术将有机蒙脱土均匀分布在其中，制备了一种环保型木质素基杂化水凝胶材料。基于静电吸引和氢键相互作用，该水凝胶材料在温度313.15 K和pH值7.0条件下，对水溶液中的亚甲基蓝的吸附量可达492.7 mg/g。

3.2　生物医学

木质素作为自然界中含量第二丰富的天然高分子材料，具有良好的生物相容性，其毒副作用小、生物利用度高、性质稳定，并具有一定的抗菌、抗炎性能，作为生物医用材料具有良好的应用前景。然而，由于木质素自身结构的复杂性、提取工艺的不完善，限制了木质素在生物医学领域的应用。随着提取、纯化、分析技术的不断完善，以木质素及其衍生物为原料制备水凝胶有望广泛应用于药物载体、创伤敷料、组织工程支架等领域^［

51-56］。

3.2.1　药物载体

鉴于水凝胶的高含水量以及自身三维网络结构，可应用于药物载体的构建。以木质素及其衍生物为基材制备水凝胶药物载体不仅可以满足生物安全性的要求，而且可以利用木质素自身丰富的官能团提供载药位点，并基于木质素的刚性结构提高水凝胶的力学性能^［

57-58］。Irina等^{［参考文献 22

百度学术}22］以黄原胶和环氧改性木质素为原料制备出高吸水性的木质素基水凝胶。该水凝胶对富马酸比索洛尔载药量在14.4%~19.2%之间，且载药量随木质素含量的升高而增大。Wang等^{［参考文献 59

百度学术}59］采用简单有效的超声合成方法制备了木质素磺酸钠接枝聚丙烯酸-聚乙烯吡咯烷酮水凝胶，并以阿莫西林为模型药物，研究了该水凝胶在无酶模拟胃肠液中的释放特性。该水凝胶具有较高的水溶胀性、良好的pH响应性和肠内缓释性能以及机械稳定性。可以通过改变pH值控制水凝胶对药物的释放。但该水凝胶在胃液中的药物释放率较低，需进一步研究。

3.2.2　创面敷料

人体皮肤受创后，受损组织会产生大量的代谢物，如组织液、蛋白质和死亡细胞，理想的皮肤伤口敷料应具有一定的抗菌性、抗氧化性以及清除自由基的能力，从而加快伤口的愈合。木质素的酚类结构以及丰富的官能团赋予了木质素优异的抗菌性和抗氧化性，同时，具有三维网络结构的水凝胶材料能有效清除创面代谢产物，因此木质素基水凝胶材料是作为创面敷料的理想选择。Zhang等^［

20］制备了木质素-壳聚糖-聚乙烯醇复合水凝胶，基于木质素和壳聚糖自身的生物活性，该水凝胶具有优异的杀菌、抗氧化特性。此外，亲水基团和多孔结构在增强水凝胶溶胀能力方面发挥重要作用。与不添加木质素的壳聚糖-聚乙烯醇复合水凝胶相比，加入木质素的水凝胶表面亲水性明显增强，能保持湿润的愈合环境，且愈合速度更快、机械强度显著上升。随着木质素含量的增加，水凝胶对代谢物的吸附能力逐步提高，但由于壳聚糖阳离子与木质素阴离子的中和反应，该水凝胶对金黄色葡萄球菌的抑制程度呈现下降趋势。Spasojevic等^{［参考文献 53

百度学术}53］将木质素模型脱氢聚合物（DHP）与海藻酸钠（Alg）混合制备了具有优异抗菌性的DHP-Alg水凝胶。该水凝胶对人体上皮细胞无毒性作用，可用作伤口愈合剂或伤口治疗的辅助材料。Xie等^{［参考文献 60

百度学术}60］以木质素磺酸盐作为稳定剂和分散剂制备硫化铜纳米粒子，并基于氢键作用与聚乙烯醇复合得到水凝胶材料，结合了近红外光热、光动力及类过氧化物酶活性，水凝胶展现出高效的抗菌和抗菌膜活性（见图4）。

图4 LS-CuS@PVA复合水凝胶的制备工艺示意图^[

60]

Fig. 4 Schematic diagram of the preparation process of the LS-CuS@PVA composite hydrogel^[

60]

3.2.3　组织工程支架

由于水凝胶质地柔软、含水量高，与活体组织质感相似，是组织工程支架的理想选择。然而由于大部分水凝胶缺乏足够的机械强度和韧性，实际应用受到限制。近年来，人们致力于探索提高水凝胶力学性能的创新策略。考虑到木质素优异的机械性能，有学者研究了木质素基水凝胶作为组织工程支架的可行性。Chen等^［

61］以木质素纳米颗粒（LNP）作为交联剂，制备了高力学性能的聚丙烯酰胺/木质素纳米颗粒（PAM/LNP）复合水凝胶。其能承受的应力、应变是普通聚丙烯酰胺水凝胶的几十到几百倍。由于均匀网络结构的协同改善作用、LNP与PAM间具有强氢键作用以及高交联度，PAM/LNP水凝胶具有优异的压缩强度、拉伸强度和可回收性。此外，该水凝胶的多孔结构有助于细胞的存活和增殖，在组织工程方面具有良好的应用前景。Menima-Medzogo等^{［参考文献 62

百度学术}62］将高分子质量和低分子质量的木质素进行对比，研究表明低分子质量木质素与其他高分子材料相比具有更好的相容性，在一定浓度范围内对细胞无毒副作用。将低分子质量木质素添加到琼脂糖水凝胶中可增加其硬度及软骨细胞在水凝胶表面的黏附性能，同时结合木质素自身的活性，增加水凝胶的抗氧化作用、调节炎症的能力、防止微生物定植，促进其应用于组织工程领域的生物医学应用。

3.3　农业领域

木质素比表面积大、质轻且自身存在大量活性官能团，可以提供载药位点用于农药缓释。同时，将氮、磷、钾肥料与木质素混合，利用物理吸附作用和范德华力固定营养元素并使其随木质素的降解缓慢释放，形成长效缓释肥料。此外，木质素可被土壤中的微生物降解变成腐殖质，而腐殖质对重金属离子具有吸附作用，因此木质素是良好的土壤改良剂^［

63］。以木质素及其衍生物为原料制备水凝胶材料可以进一步赋予其优异的吸附性、保水性、抗紫外能力以及生物降解性，有望广泛应用于农业领域。

3.3.1　农药载体

目前农药利用率低以及大量农药残留于环境等问题逐渐引起人们的关注。利用木质素基水凝胶缓释农药不仅可提高农药的利用率，而且可以减少环境污染，有良好的应用前景^［

64］。Sun等^{［参考文献 65

百度学术}65］以木质素和聚丙烯酸为原料制备了一种新型的复合多孔水凝胶，通过开展与农药累积释放量相关的实验，重点研究了水凝胶对农药的控释特性，并建立了释放模型。与单纯的聚丙烯酸水凝胶相比，复合多孔水凝胶具有更大的比表面积，更强的吸附能力，更可控的缓释速度，因而被认为是一种应用于农业控释系统的高效材料。此外，Jiang等^{［参考文献 66

百度学术}66］以1-丁醇可溶性木质素、N-异丙基丙烯酰胺为原料制备了温敏水凝胶。该水凝胶具有多孔结构和优异的温敏性，且其LCST约为32 ℃，接近自然环境温度，因此可通过自然环境温度变化刺激药物释放和吸收，是良好的农药缓释剂。

3.3.2　土壤改良剂

为了提高农业土壤水分利用效率、减少水分流失、恢复土壤质量，水凝胶被广泛应用于土壤改良和调控。然而传统水凝胶在土壤中难以降解，部分降解产物具有潜在的生物毒性，纯生物水凝胶力学性能差、易分解，在土壤中作用时间不够。考虑到木质素自身抗菌、可降解、强度高、产率高等特点，其被认为是土壤腐殖质的主要来源，是最有价值的土壤修复材料。因此木质素基水凝胶在土壤改良方面存在潜在价值^［

67］。Song等^{［参考文献 16

百度学术}16］利用木质素磺酸钠（L）、海藻酸钠（SA）和魔芋粉（KJ）合成了一种绿色水凝胶。在土壤中添加该水凝胶可有效增大土壤的有效含水量和最大持水量，降低硝态氮、铵态氮、总磷和速效钾的淋溶量。在极端干旱的条件下，L/KJ/SA水凝胶能有效释放吸附的水分供植物吸收，缩短烟草的萎蔫时间。此外，水凝胶具有良好的可重复利用性和降解性，在土壤中6个月后水凝胶质量仅下降20%。因此，L/KJ/SA水凝胶可作为农业土壤改良剂。

3.4　电子器件

结合柔韧性、导电性和适度的抗压能力，具有导电性能的水凝胶在可穿戴压力传感器、软机器人和可植入设备中显示出巨大的应用潜力^［

68］。Zhao等^{［参考文献 69

百度学术}69］通过磺化木质素涂层二氧化硅纳米粒子、聚丙烯酰胺链和铁离子的协同作用，构建了具有良好机械强度、自黏性、紫外屏蔽和电性能的高弹性导电水凝胶，可实现长期稳定的人体运动监测。Qian等^{［参考文献 70

百度学术}70］通过一步脱甲基化构建了邻苯二酚木质素，它具有贻贝般的生物黏附性、良好的还原性和较高的紫外吸收能力。将改性后的木质素应用于还原氧化石墨烯并添加到海藻酸钠/聚丙烯酰胺双网络水凝胶中，得到的水凝胶可以稳定黏附在皮肤上，并对生理信号做出敏感的响应。作为一种天然可再生材料，木质素分子结构中含有丰富的活性基团，具有良好的反应活性和改性性能。此外，木质素本身具有良好的天然活性，包括紫外屏蔽、抗菌抗炎等。因此，木质素在开发水凝胶电子器件方面具有巨大的潜力（见图5）^{［参考文献 71-72}71-72］。

图5 木质素基水凝胶电子器械示意图^[

71-72]

Fig. 5 Schematic for lignin-based hydrogel electronics: (a) multifunctional sensing hydrogel; (b) humidity sensing hydrogel^[

71-72]

4 结语及展望

木质素作为自然界中含量第二丰富的天然可再生资源，具有低成本、无毒、抗菌抗炎、可降解以及高机械强度等特点。制备水凝胶材料是实现木质素高值化应用的有效途径之一。近年来，以木质素及其衍生物为基础，通过简单的物理化学方法制备水凝胶材料已成为研究热点。

木质素基水凝胶材料的应用有望涉及生物医学、污水处理、农业、人工智能传感等多个领域。但其实际的研究和发展还存在以下几个主要问题：①木质素的不均一性和结构复杂性以及纯品木质素的难以获得导致大部分木质素基水凝胶材料处于研究阶段，未大规模生产使用。②由于高含量的木质素易造成水凝胶孔径坍塌且制备方法复杂，因此木质素在水凝胶中的含量普遍较低。③木质素基水凝胶应用于生物医学领域的免疫组化性能尤其是组织工程支架领域的研究并未被系统地探究。

因此，为进一步拓展木质素基水凝胶的应用领域，同时推动其产业化应用，可从以下几个方面深入开展研究：①深入研究不同木质素结构对水凝胶性质、结构和表面形态的影响。②不断提高提取、纯化、分析技术，得到不含有毒性成分且纯度高的木质素样品。③研发新的制备方法，优化合成工艺，以期利用简单的方法来制备高质量的木质素基水凝胶。④系统探究木质素基水凝胶的生物相容性，从而推动木质素基水凝胶的产业化应用进程。

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木质素基水凝胶材料的设计策略及应用进展

摘要

关键词

1 木质素的结构和性质

2 木质素基水凝胶材料的制备方法

2.1 物理交联法

2.2 化学交联法

2.3 互穿网络结构法