热敏性水凝胶的研究及其应用

《热敏性水凝胶的研究及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第12期核技术Vo1．25，No．122002年l2月NUCLEARTECHNIQUESDecember20o2热敏性水凝胶的研究及其应用吴明红包伯荣陈捷石鑫(上海大学射线应用研究所上海20180O)摘要综述了热敏性聚合物的研究概况。其中包括热敏聚合物相转变机理的研究．热敏聚合物的研制及其在化学、生物技术、医学等许多领域中广泛的应用前景。用化学法本体聚合得到的热敏性水凝胶的机械强度较差，限制了温敏聚合物的应用。将热敏性单体同其他单体共聚或合成IPN结

2、构的热敏性水凝胶能使其机械性能得到一定程度的改善，利用辐射接枝的方法能获得机械强度较好且表面具有更加灵敏的热敏性的聚合物。关键词热敏性，水凝胶，辐射接枝，相转变，最低临界共溶温度中图分类号TW383．11水凝胶热敏性相转变的研究水凝胶是一种能显著地溶胀于水但在水中并不能溶解的亲水性聚合物凝胶。有一些水凝胶当温度升高到某一值以上时会发生从溶胀的软的透明状态到消溶胀的不透明状态的变化，在这一温度附近的溶胀比变化往往可达几倍到几十倍。如果将溶胀温度降到这一温度以下，凝胶状态能发生可逆变化，这一温度称为该水凝胶最

3、低临界共溶温度(Lowcriticalsolutiontemperature，LCST，量符号为。)。具有这种性质的水凝胶被称为温度敏感性水凝胶即热敏性水凝胶(Thermallysensitivehydroge1)川。首先观察到水凝胶热敏性的是Tanaka等人J，用N，N一次甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酰胺的水凝胶的溶胀性能在某一临界温度附近，随温度的微小变化，其体积变化可达几十至几百倍。后来人们相继发现不仅温度可以引起这些变化，而且pH值、溶剂组成、盐浓度、光场、力场、电场等也可导致这种变化【3】。人们把

4、分别具有这些性质的水凝胶叫做热敏性、pH敏感性、溶剂组成敏感性、盐敏性、光敏性、电敏性和力敏性水凝胶。除了溶胀体积有这种突跃性变化之外。凝胶的其他性质(如相互作用参数、模量、折射率、介电常数、光学各向异性等)也会同时发生突跃性变化，这些性质的变化往往都具有可逆性。有关这种相转变的物理机理和本质现在仍不清楚，最初人们认为交联网上离子化电荷的静电相互作用是凝胶发生热敏性相转变的根本原因J。但1984年Hirokawa等在非离子水凝胶中也发现了这种相转变，Hofman和Freltas等也证实了非离子性的聚(N，

5、N一二乙基丙烯酰胺)水凝胶和聚(N一异丙基丙烯酰胺)水凝胶的热敏性相转变I9J。故水凝胶的敏感性相转变具有一定的普遍性。热敏性水凝胶的这种相转变过程无法用传统的高分子理论，如FloP／一上海市教委资助项目(99A44)第一作者：吴明红，女，1968年3月出生，1999年6月于中国科学院上海原子核所获博士学位，辐射化学专业，教授收稿日期：2001一o4—02，修回日期：2001—05—20维普资讯http://www.cqvip.com核技术第25卷Huggins模型来解样，而只能用棚转变过程中水凝胶骨朵上

6、亲水基团、憎水基团以及水之问的棚互作用来解释。日前较容易被人接受的观点是水凝胶的敏感性相转变是由交联网络的亲水～缩水性平衡受外界条件变化而变化引起的。定性上来看，水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散与凝胶侧链上亲水基团形成氢键的过程，当温度升高时，氢键振动能增加，破坏氢键的柬缚，使：断裂．水凝胶溶胀比则明显减少。这是一个吸热过程，因为大量的结合水从高分子骨架上脱离出来，使水凝胶⋯一水体系熵增加。许多研究者通过各种热力学理论对水凝胶的各种敏感性进行了解释【le．11]，其中与实验现象符合较好的是ltavs

7、ky等人修改的由FloD,提出的平均场理论，但这一理论不能预测发生敏感性相转变时的温度、pH值、盐浓度、介质组成浓度等。Tanaka等通过测定聚合物链的持续长度6和有效半径n之比(即代表聚合物链刚性的度量)与敏感性之间的关系，提出了下面的半经验参数s作为有无敏感性的判定依据’：S=(b／a)×(+1)式中，．厂代表单位有效链上可离子化基团的数目。S>290时，水凝胶会发生敏感性相转变。这一理论的半经验公式中虽然涉及了交联网的结构因素，但仍未能很好地解释敏感性机理。目前水凝胶敏感矾理仍处在不断的发展和完善中

8、，这一问题的解决无疑将为敏感性水凝胶的研究开拓到分子设计的领域打．F基础。2热敏性水凝胶的应用由于热敏性水凝胶随温度的变化能快速吸收和释放水而体现其开关性能，因此在生物化学、机械、医学等许多领域中具有广泛的应用前景。将热敏性水凝胶应用于生物医用材料是一个很有前途的研究方向。将具有生物活性的／—、Proteinmolecularorccl分子或细胞通过物理的或者化学的方法包埋于敏感性水凝胶巾．皇Ⅱ将于的水凝胶浸泡于药液中而使药液