智能水凝胶的研究进展

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1、智能水凝胶的研究进展摘要：智能水凝胶是一种能响应外界变化的具有三维网状结构的交联聚合物。本文档由【中文word文档库】www.wordwendang.com提供，转载分发敬请保留本信息；中文word文档库免费提供海量范文、教育、学习、政策、报告和经济类word文档。word文档其对环境中微小的物理化学刺激，如电场强度、pH值、温度、磁场强度等能通过感知和自身调节来响应环境变化，故它在药物控制释放、人工肌肉、化学膜和化学阀等领域具有良好的应用前景。本文综述了智能水凝胶的制备方法、分类及其在上述领域的应用。关键字

2、：智能水凝胶电场pH温度磁场水凝胶是指一种主链或支链含有大量亲水性基团并吸附有大量水分的具有三维网状结构的交联聚合物。它在水中溶胀而不溶解，既含有大量水分又能保持一定的形状。根据对外界刺激的响应特性，可以将水凝胶分为普通水凝胶和环境敏感性水凝胶，后者又称为智能型水凝胶或刺激响应性水凝胶。智能水凝胶在外界物理、化学因素如光、电、磁、声、温度、pH值、力和化学物质等的刺激下，可以发生体积和形状的可逆变化。所以根据刺激信号的不同，又可将环境敏感性水凝胶分为温度敏感性水凝胶[1,2]、pH敏感性水凝胶[3,4]、电场敏感性水凝胶[5,6,7]、磁场敏感性水凝胶[8,9,10]等。根据智能型水凝胶的

3、这些特性，其在药物的控制释放、活性酶的包埋、物质的富集与分离、传感器、人造肌肉等方面具有广阔的应用前景。智能型水凝胶的敏感特性和凝胶的结构以及电场响应机理关系密切。1.水凝胶的制备方法凝胶形成高分子水凝胶必须具备以下条件：高分子主链或者侧链上带有大量的亲水基团；具有适当的交联网络结构。1.1材料/组成制备高分子水凝胶的起始原料可以是单体、凝胶、或单体和凝胶的混合物。使用的材料既有天然高分子化合物，也有合成高分子化合物。制备电场响应性凝胶的天然材料主要材料包括壳聚糖、硫酸软骨素、透明质酸和藻朊酸盐[11]，而合成材料则主要是乙烯醇、烯丙胺、丙烯腈、苯胺和甲基丙烯酸。有时，也会将天然材料和合成

4、材料结合使用，有报道称壳聚糖和聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）可合成半互穿凝胶网络[12]。在pH敏感方面，主要有聚丙烯酸系及其衍生物、聚丙烯酞胺类、聚乙烯醇、聚磷睛，具有pH敏感特性的凝胶往往具有电场敏感的特性。目前制备温敏凝胶单体研究的最多是聚异丙基丙烯酞胺(PNIPA)类温敏水凝胶[13]。一般对其进行化学改性，加入同种或异种单体共聚，或分子链的结构或组成；或者进行物理改性，改变聚合温度，或者添加能使凝胶材料产生微观相分离的化学品，破坏凝胶的致密网络结构，在纳米级别上改变凝胶结构，从而达到提高响应速率的目的[14]。以下为制备温敏凝胶几种常用单体（图1）。图1.制备温敏凝胶几种常用单

5、体1.2制备方法水凝胶的制备方法很多，根据所用引发剂不同可分为化学法和辐射法。化学法又分乳液法和反相乳液法。辐射法可分为紫外光和γ射线辐射法等[15]。常见的高分子凝胶的制备方法主要有：交联聚合、接枝共聚以及互穿网络[16]。交联聚合是制备高分子凝胶较常用的方法。它一般是指在交联剂存在的情况下，单体经自由基均聚或共聚而制得高分子水凝胶材料的方法。交联剂是能与水溶性高分子功能基反应的多价金属离子或多官能团化合物。最主要的交联剂是双乙烯基交联剂如双丙烯酸己二醇酯等。根据不同的应用目的可以使用不同种类的单体以使水凝胶具有特殊的物理和化学性质。在聚合反应过程中，通过加入或改变引发剂、螯合剂、链转移

6、剂等可以控制聚合动力学和所得高分子水凝胶材料的性质。目前制备高分子水凝胶材料的单体主要有丙烯酸系列、丙烯酰胺系列、丙烯酸酯系列、乙烯衍生物系列等。接枝共聚是指由α-烯烃类单体在天然高分子及其衍生物共价连接而制取高分子水凝胶材料的方法。该反应主要由自由基引发，常见的引发剂有硝酸铈铵和复合引发剂等，另外也可用过氧化物、辐射、氧化还原引发剂来引发反应。柳明珠等用硝酸铈铵作引发剂，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，对丙烯酰胺与洋芋淀粉进行接枝共聚[17]。互穿网络(InterpenetratingPolymerNetworks，IPN)是由两种或两种以上凝胶通过网络互穿缠结而形成的一类独特的凝胶

7、共混物或凝胶合金。它可使原来不易共混的线性凝胶通过单体在凝胶之间交联成一个整体，使产物兼具两种或两种以上凝胶的性质。互穿网络可分为两种：一种称为半IPN，其内部只有一种组份是交联的；另一种则以线型链存在，每条线型分子链通过不同网络互穿在产物中。耿奎士等以乙二醇二甲基丙烯酸酯作交联剂，安息香甲醚作紫外光引发剂，利用NIPA与共聚醚氨基甲酸酯脲的混和液进行辐射聚合制得半IPN水凝胶[18]。2.水凝胶的类型2.1电场响应性水