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1、“智能”水凝胶研究进展及其在医药与生物工程中的应用第18卷第6期2001年11月沈阳药科大学JournalofShenyangPharmaceutica1.UniversityV0I_18No.6Nov.2001p.447文章编号:1006—2858(2001)06—0447—05"智能"水凝胶研究进展及其在医药与生物工程中的应用祁荣何仲贵(沈阳药科大学药学院.辽宁沈阳110016)摘要:"智能"高分子水凝胶是一娄对T-~ITM界环境傲小的物理和化学刺激(如:温度,pH等),其自身性质会发生明显改变的聚合物,具有传感,生}理和执行功能.本文综述了"智能高分子水凝胶的各种类型,研究进展
2、以及它们在医药与生物工程中的应用和良好的发展前景.关键词:"智能"高分子水凝胶;研究进展;应用前景中围分类号:R94文献标识码:A水凝胶可以定义为在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解的聚台物.根据水凝胶对外界刺激的应答情况,水凝胶可分为两大类:(I)"传统"水凝胶,这类水凝胶对环境的变化不特别敏感;(2)"智能"水凝胶.这类水凝胶在相当广的程度上对于环境微小的物理化学刺激,如温度,电场,磁场,光,pH,离子强度,压力等,能够感知,处理并可作功来响应外界环境刺激.它们这种对环境刺激的响应性使之作为新型功能材料成为当今研究的热点,并广泛应用于固定化酶,物料萃取,细胞培养,温敏开关和药物的控
3、制释放等领域.作者对"智能"水凝胶近年来的研究情况作了分类综述.I单一Ⅱ向应"智能"水凝胶I.I温敏性水凝胶温敏水凝胶通常由N一取代的丙烯酰胺AAm和甲基丙烯酰胺(MAAm)或相类似的单体合成.温敏水凝胶溶胀与收缩强烈地依赖于温度,一般在低温下溶胀度高,在较高温度下溶胀度低.然而溶胀度随温度的变化并不是连续的,在某一温度下凝胶体积会发生突然收缩与膨胀,我们将该温度称为相变温度.这一温度具有聚合物溶液的下部临界温度(LCST)性质.温敏性水凝胶的这一特殊性质.我们可用于大分子稀溶液(如蛋白质和多糖)的浓缩和分离.在低于相变温度时.在大分子溶液中的凝胶大量吸收水份使溶液得以浓缩;将溶胀的
4、凝胶与浓缩液分开,并升温至相变温度时.凝胶又重新释水收缩,从而可重复使用.此外.还可制成功能膜,用于温控药物酶的包埋与固定化酶促反应等.由于非离子型温敏水凝胶聚N一异丙基丙烯酰胺(PNIPA)的LCST在32℃左右,且当调节聚合物骨架中的亲水或疏水组分时,LCST可以上移或下降.因此PNIPA受到了人们的广泛重视.金曼蓉等…研制了5种聚N一烷基丙烯酰胺类温敏凝胶,并系统研究了这些凝胶的温敏相变特性.考察了单体,交联剂浓度对凝胶相变温度的影响.发现凝胶的相变温度随总单体浓度的增加而略有提高,而相变区则随总单体浓度的增加而缩小.他们以PNIPA凝胶相变特性为基础的凝胶萃取过程对牛血清白蛋
5、白和兰葡聚糖溶液的浓缩实验表明.凝胶萃取对于浓缩和制各贵重生化制品是很有效的.为了增加PNIPA凝胶网络的亲水性,可在凝胶中引入阴离子单体,王昌华等【2曾报道含碘酸钾阴离子单体的NIPA共聚体凝胶,证明是具有很大溶胀比的热缩温敏水凝胶.瘳叶华等_3使甲基丙烯酸钠与N一异丙基丙烯酰胺(NIPA)共聚.得到了性能较好的温敏共聚凝胶P(NIPA—MNa),同其他凝胶溶胀性能比较,该温敏凝胶的溶胀性能明显优于其他温敏凝胶.且其相变温度居中,再生性能也相当好.具有较大实际应用价值.含有阳离子单体的温敏水凝胶研究较少.王昌华等【4报道了含有乙烯基吡啶盐的阳离子NI—PA温敏水凝胶的制各.并对其性
6、质进行了研究.收稿日期:2001—01—26通讯作者:何仲贵,Tel:(024)23843711—3832.沈阳药科大学第墙卷发现随阳离子单体含量增加,溶胀比增加,敏感温度提高;凝胶的溶胀比随交联剂用量增加而迅速减小.敏感温度改变不大.1.2pH敏感水凝胶这类水凝胶的溶胀或去溶胀是随pH值的变化而发生变化的.一般来说,具有pH响应性的水凝胶都是通过交联而形成大分子网络,网络中含有酸性(碱性)基团,随着介质pH值,离子强度改变,这些基团发生电离,导致网络内大分子链段闻氢键的解离,引起不连续的溶胀体积变化.当酶被固定于一种pH敏感的水凝胶上时.酶与底物的反应会使自身环境的pH值发生改变,
7、导致凝胶膨胀和收缩的实际上的"刺激"是底物的浓度.这种类型的凝胶能用作生物传感器或作为一种渗透性开关加以应用.Horbett等_5报道了一种胰岛素的可控释放体系.葡萄糖氧化酶和胰岛素首先被包埋在由碱性化合物N,N.二甲基乙醇胺甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸2.羟乙酯(HEMA)共聚得到的凝胶膜中.葡萄糖扩散到凝胶中与葡萄糖氧化酶发生反应生成葡萄糖酸,酸使凝胶中的碱性功能团质子化.随着反应的进行和凝胶中带电位点的增多,静电排斥作用使凝胶溶胀,结果增加了膜的渗透性,
