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1、2006年第2期甘肃石油和化工2006年6月智能高分子材料的应用现状及研究进展辛晓晶(威海职业技术学院生化系,山东威海264210)摘要:智能高分子材料是材料研究的新领域,本文介绍了智能高分子材料的分类及研究现状。主要介绍了智能高分子凝胶、刺激响应性药物释放体系、智能膜材及具有表面智能的生物材料。关键词:智能高分子;智能材料;智能高分子凝胶;刺激响应性药物释放体系;智能膜材;表面智能智能高分子材料又称机敏材料,也被称为刺激-响应型聚合物或环境敏感聚合物,是智能材料的一个重要的组成部分。它是通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予
2、的高级功能:如自修与自增殖能力,认识与鉴别能力,刺激响应与环境应变能力等。环境刺激因素很多,如温度、pH值、离子、电场、磁场、溶剂、反应物、光(或紫外光)、应力和识别等,对这些刺激产生有效响应的智能聚合物自身性质会随之发生变化。它与普通功能材料的区别在于它具有反馈功能,与仿生和信息密切相关,其先进的设计思想被誉为材料科学史上的一大飞跃,已引起世界各国政府和多种学科科学家的高度重视。1智能高分子的类别和应用在与化学有着密切关系的材料科学领域中,率先发展并已经初见成效的当推智能高分子材料,这是因为与人工智能关系最密切的是功能,而在化学功能材料中,高
3、分子材料的研究最广。智能高分子材料可感知外界环境细微变化与刺激而发生膨胀、收缩等相应的自身调节。其应用范围很广,如用于传感器、驱动器、显示器、光通信、药物载体、大小选择分离器、生物催化、生物技术、智能催化剂、智能织物、智能调光材料、智能黏合剂与人工肌肉等领域。按智能高分子材料的一般分类方法及应用领[1]域,其分类如表1所列。表1智能材料的分类分类方法智能材料种类按材料的种类金属类智能材料;非金属类智能材料;高分子类智能材料;智能复合材料按材料的来源天然智能材料;合成智能材料按材料的应用领域建筑用智能材料:工业用智能材料;军用智能材料;医用智能材
4、料;航天用智能材料按材料的功能半导体;压电体;电致流变体按电子结构和化学健金属;陶瓷;聚合物;复合材料而智能高分子材料研究的主要方面有:高分子的智能化)))高分子凝胶的智能化;高分子薄膜的收稿日期:2005-12-19。作者简介:辛晓晶(1979-),女,山东威海人,硕士,讲师,研究方向为新型高分子材料。62006年第2期辛晓晶:智能高分子材料的应用现状及研究进展发展动态智能化)))智能高分子膜材;高分子复合材料的智能化)))智能高分子基复合材料;本征导电聚合物的智能化;智能型药物释放体系;智能高分子黏合剂;形状记忆树脂,等等。2智能高分子材料
5、的研究进展2.1智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应,发生突变,呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同,可以将高分子凝胶分为不同类型的刺激响应性凝胶。智能高分子凝胶主要有pH性凝胶,化学物质影响性凝胶,温敏性凝胶,光敏性凝胶,磁场响应性凝胶,影响内部刺激性凝胶。2.1.1pH性凝胶[2]Nishi等曾研究了一系列这类聚合物水凝胶,如轻度交联的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯[3]酸N,N-二甲基胺乙酯(DMA)的共聚物。姚
6、康德等对聚[(环氧乙烷-共-环氧丙烷)-星型嵌段-丙烯酰胺]/交联聚丙烯酸互穿网络凝胶(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM]/Cr-PAA)进行了研究。由于星型嵌段共聚物(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM])和交联聚丙烯酸(Cr-PAA)之间有配合物形成和解离,使得高pH条件下,该水凝胶的溶胀度和溶胀速率(曲线斜率)要大于低pH或高离子强度[4](I)的水凝胶。以甲壳素和壳聚糖为基础的智能水凝胶的溶胀随pH的变化则与上述例子相反。利用戊二醛使壳聚糖(CS)上的氨基交联,再和聚丙二醇聚醚(PE)形成半互穿聚合物网络。由于网络中氢键的形成
7、和解离,从而使此凝胶网络的溶胀行为对pH敏感。其溶胀度可由壳聚糖乙酸溶液浓度、交联密度及网络组成等反应参数来控制。2.1.2化学物质影响性凝胶化学物质影响性凝胶的溶胀行为会因特定化学物质(如糖类)的刺激而发生突变。如对血糖浓度响应的胰岛素释放体系。2.1.3温敏性凝胶这类凝胶大分子链的构像能响应温度(刺激)而变化。温敏性凝胶分为高温收缩型凝胶和低温收缩型凝胶。在低温(高温)时,凝胶在水中溶胀,大分子链因水合而伸展,当温度升至(降至)一定温度时,凝胶发生了急剧的脱水合作用,由于疏水性基团的相互吸引作用,大分子链聚集而收缩。Kim[5]等研究了一系
8、列交联聚丙烯酰胺类水凝胶聚合物与水之间相互作用参数与温度的关系。2.1.4光敏性凝胶它是光辐照(光刺激)时发生体积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物
