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1、智能型水凝胶的制备高分子0902陈 骏摘 要 智能型水凝胶是一类具有广泛应用前景的功能高分子材料,但由于传统水凝胶存在一些缺点因而限制了其应用,因此近年来围绕提高传统水凝胶的性能做了大量研究工作。本文从四个主要方面综述了近年来智能型水凝胶制备的研究进展。关键词 水凝胶 微凝胶 IPN水凝胶 快速响应性智能型水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶,外界刺激可以是温度、pH值、溶剂、盐浓度、光、化学物质等。根据对外界刺激的响应情况,智能型水凝胶分为:温度响应性水凝胶、pH2响应性水凝胶、光响应性水凝胶、压力响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、电场响应性水凝
2、胶等。由于智能型水凝胶的独特响应性,在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景,因而对于这一类物质的研究引起越来越多科学家的注意。但由于传统水凝胶存在一些缺点(例如机械性能比较差,响应速度慢等),因而大大限制了水凝胶的应用;因此近年来围绕提高水凝胶的响应速度、机械强度等性能问题,科学家展开了一系列广泛的研究工作,这方面的研究报道与日俱增。智能型水凝胶近年来的发展主要可归结为以下四大方面。1快速响应性水凝胶传统水凝胶溶胀速度较慢,吸收水的时间需要几小时甚至几天。虽然慢的溶胀对
3、于许多应用是有利的,但也有许多场合需要高分子网络能很快地溶胀。为了提高水凝胶的响应速度,在传统水凝胶的基础上制备了几种新型水凝胶。2物理交联水凝胶由于交联剂不仅会影响包埋物质的完整性,而且经常是有毒的化合物,因此化学交联水凝胶使用之前必须除去未反应的交联剂。而制备物理交联凝胶则可以避免使用交联剂,因此近年对于物理交联水凝胶的兴趣越来越浓。物理交联水凝胶的另一个优点是可以原位形成凝胶:物理交联水凝胶在一定条件下是高分子溶液,当条件(如温度、pH等)改变时,形成凝胶。因此,物理交联水凝胶可用于制备可注射式药物缓释体系,即:使药物在温和的条件下混合在高分子溶液中,
4、然后注射到身体的一定部位,在一定的生理条件下高分子溶液形成水凝胶,其中的药物通过凝胶的分解或以其它方式缓慢释放,从而达到控制药物释放的目的。3具有规则构造的水凝胶溶胀的水凝胶通常是无定型的,因此没有特别的分子水平的有序结构,这可能是合成高分子水凝胶缺乏机械强度以及快速响应的原因之一。生物凝胶通常能形成非常有序的聚集体,从而使得生物器官具有足够的机械强度和灵活的功能。因此合成具有规则构造的水凝胶也是智能型水凝胶改性的一个主要研究方向。4互穿聚合物网络(IPN)水凝胶高分子水凝胶的应用已引起越来越多人的兴趣,尤其是在药用和医用方面,但它们的许多潜在应用却因其机械
5、强度低而受到限制。为提高凝胶的机械性能,现已开发了许多新类型的凝胶。在这些工作中许多是倾向于合成有微观相分离形态的高分子,比如嵌段共聚物(其中亲水微区和疏水微区交替出现),这种多微区结构似乎能够满足血液相容性,且机械性能得到提高。另一种实现这一目标的方法是通过形成互穿聚合物网络来提高水凝胶的机械强度。IPN是由两种或两种以上聚合物通过网络互穿缠结而形成的一类独特的聚合物共混物或聚合物合金。IPN特有的强迫作用能使两种性能差异很大或具有不同功能的聚合物形成稳定的结合,从而实现组分之间性能的互补;同时IPN的特殊细胞状结构、界面互穿、双相连续等结构形态特征,又使
6、得它们在性能或功能上产生特殊的协同作用。同嵌段共聚物相比,这些体系的相形态相对于环境的变化较稳定,因为它是通过交联作用而固定的。1结束语智能型水凝胶在许多应用方面具有很大的潜能,如pH2敏感和温度敏感水凝胶可用于靶向药物的控制释放;对特定分子(如葡萄糖、抗原)响应的水凝胶,既可用于生物传感器也可用于药物释放体系;光敏感性、压力响应性及电敏感性水凝胶也有用于药物释放和生物分离的潜力。虽然从理论上来说实现这些应用是可行的,但实际应用还要求对水凝胶的性能进行很大的改进。所有这些刺激响应性水凝胶的最显著的缺点是它们的响应速度太慢,因此制备快速响应性水凝胶是智能型水凝
7、胶研究领域的一个重要课题。实现这一目标的最简单的方法是制备较薄和较小的水凝胶,但这种水凝胶往往没有足够的机械强度以满足实际应用。另外用于药物载体的智能型水凝胶还要求有生物相容性,合成具有更好生物相容性和生物降解性的新的高分子和交联剂对于成功的应用是最基本的。总之,研究开发具有优异性能的智能型水凝胶是一个富有挑战性的任务,如果能及时总结已有的成果并将其应用于未来的研究中,有可能制备出一系列具有所期望性能的智能型水凝胶。参考文献[1]查刘生,王秀琴,邹先波,陆晨.智能纳米水凝胶的制备及其刺激响应性能和应用研究进展[J].石油化工,2012,(2).[2]杨银,邵
8、丽,邓阳全,张志斌.智能水凝胶的制备及其在生物医学中
