温敏性水凝胶在抗菌领域应用的研究进展.pdf

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1、·３８·高分子通报２０１５年１２月温敏性水凝胶在抗菌领域应用的研究进展魏金光１，２，陈宇飞１，２，杜春贵１，２＊，刘宏治１，２＊（１．浙江农林大学工程学院，临安３１１３００；２．浙江农林大学浙江省木材科学与技术重点实验室，临安３１１３００）摘要：智能水凝胶是一种能在水中溶胀而不溶于水的高分子聚合物，且能对外界刺激而作出应答的一类凝胶体系。温敏水凝胶是智能水凝胶的一种，它能根据环境温度的变化而产生体积相转变现象，与抗菌剂复合可使其具有抗菌活性。温敏水凝胶可以根据环境温度的变化间断式地释放抗菌剂，提高抗菌剂的效用时间，可应用于生物、医药、纺织等领域。本文介绍了温敏水凝胶的温敏

2、机理，重点综述了近年来与抗菌剂相结合的丙烯酰胺、泊洛沙姆、壳聚糖及聚乙二醇－ｂ－聚酯类共聚物等温敏性复合水凝胶在抗菌应用方面的研究进展，并探讨了近年来抗菌复合水凝胶研究存在的问题及未来的研究方向。关键词：水凝胶；温敏；抗菌；研究进展水凝胶是一种能在水中溶胀而不溶于水的高分子聚合物，通常兼有亲水和疏水两种基团，能吸收本［１］身质量数十倍乃至数百倍的水。智能水凝胶是指能对外界刺激而作出响应的一类凝胶体系，其中具有［２］代表性的是温度敏感型水凝胶（以下简称温敏水凝胶）。温敏水凝胶能根据环境温度的变化而作出可［３］逆性的物理性响应（膨胀或收缩）。此类水凝胶含有一定比例的温敏性成分

3、，当外界温度达到或超过某一临界值时，其体积就会发生突跃式变化，此现象称为水凝胶的体积相转变，相应温度称为体积相转变温［４］度（ＶｏｌｕｍｅＰｈａｓｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＶＰＴＴ）。基于其独特的温度响应性能，温敏水凝胶被广泛［５］［６］［７］应用于药物控释、活化酶固定、生物医药等领域。进入２１世纪，科技日新月异，经济发展突飞猛进，人们对所生活的环境质量的要求也愈来愈高。人类生活的环境中普遍存在着有害细菌，时刻威胁人们的身体健康。近年来，抗菌材料是新材料研发的焦［８］［９］点之一，其核心是抗菌剂。抗菌剂一般分为无机抗菌剂和有机抗菌剂两大类。有机类抗菌剂

4、具有杀菌速度快、抗菌性能好、环境友好等优点，但是稳定性差，易分解，使用寿命短，主要用在树脂、纤维、纸张、［１０］医疗、水处理及塑料等领域；无机类抗菌剂的耐热温度较高，使用寿命长，但是使用条件和场合受限，［１１］易污染环境，主要用于建材、医疗和纺织品等领域。为弥补上述两类抗菌剂的不足，国内外学者不断研究与探索，将有机与无机抗菌剂复合，使复合药剂兼具有机抗菌剂的即效性、环保性和无机抗菌剂的安全性、耐热性。然而，抗菌剂的长效性依然是研究的难题所在。［１２～１４］近年来，聚合物／无机粒子纳米水凝胶增强增韧、多响应性及多功能性的研究与应用频频报道。聚合物／无机粒子纳米复合水凝胶不但

5、具有无机物的刚性、尺寸稳定性、热稳定性，还具有聚合物水凝胶的韧性、吸水溶胀性及刺激响应性，另外纳米材料的优点也兼顾其中。据此，国内外学者将聚合物复合水凝胶与无机纳米抗菌剂相复合，使水凝胶既具有固有的环境响应特性，又兼顾抗菌剂的抗菌性能，以此提［１５］高抗菌剂的使用寿命。本文简要阐述了温敏水凝胶的温敏机理及其应用概况，重点综述近年来与抗菌剂相结合的丙烯酰胺类、泊洛沙姆类、壳聚糖类及聚乙二醇－聚酯类嵌段共聚物等温敏聚合物水凝胶在抗菌方面的研究进展，最后讨论了近年来抗菌水凝胶存在的问题及未来研究的方向。１０．１４０２８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－３７２６．２０１５．１２．００５收

6、稿：２０１５－０３－０２；修回：２０１５－０５－０６；基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．３１３７０５６８）和浙江农林大学科研发展基金人才启动项目（Ｎｏ．２０１３ＦＲ０８８）；作者简介：魏金光（１９８９－），男，在读硕士研究生，研究方向为竹材工业化利用；＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｕｎｇｕｉｄｕ＠１６３．ｃｏｍ，Ｔｅｌ：０５７１－６１０６１９５７；Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｚｌｉｕ＠ｉｃｃａｓ．ａｃ．ｃｎ，Ｔｅｌ：０５７１－６３７４６５５２．第１２期高分子通报·３９·１温敏性水凝胶的温敏机理温敏水凝胶是一类能感知外界温度变化而作出及时应答的智能水凝胶。当外界温度发生变化时，水凝胶

7、的体积会随之变化；当外界温度达到或超过ＶＰＴＴ时，水凝胶就会出现体积相转变—溶胀或去溶胀现象。根据环境温度达到ＶＰＴＴ时体积相转变方向的不同，温敏水凝胶分为热胀和热缩两种类型。如图１所示，当环境温度低于ＶＰＴＴ时水凝胶呈收缩状态，而温度高于ＶＰＴＴ时处于溶胀状态，这种水凝胶称为热胀型温敏水凝胶，此时ＶＰＴＴ称为较高临界溶液温度（ＵｐｐｅｒＣｒｉｔｉｃａｌＳｏｌｕｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＵＣＳＴ）；反之，称为热缩型温敏水凝胶，相应的ＶＰＴＴ称为较低临界溶液温度（ＬｏｗｅｒＣｒｉｔｉｃａｌＳｏｌｕｔｉｏｎ［１６］Ｔｅｍｐｅ