智能高分子凝胶研究进展

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摘 要：本文主要讲述了智能高分子凝胶的定义、分类及其研究发展和在实际中的应用。

关键词：智能高分子凝胶；机械设备；化学阀；药物释放

1智能高分子凝胶的定义

智能高分子凝胶的含义是在溶剂之中其溶胀并且具有大量的溶剂并且不溶解的智能聚合物[1]。

2智能高分子凝胶的分类

2.1单一响应类型的智能凝胶

2.1.1温度敏感型凝胶

温度敏感性凝胶一般是N-取代的丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺或者类似的聚合物单体的合成。智能高分子凝胶的温度敏感型溶胀性质和收缩性质是非常剧烈的依托于温度的变化，通常在非常低的温度和高膨胀性能下，在非常高的温度下膨胀的程度非常低[2]。金曼蓉等[3]开发5种聚-N-烷基丙烯酰胺凝胶温度敏感的系统来研究这些凝胶的相变特性。

2.1.2 pH敏感型水凝胶

这种高分子凝胶溶胀或溶胀过度是由pH值的产生变化而变化。一般情况可以简单来说，具有非常优良的pH响应性的高分子水凝胶是由交联程度非常高的的大分子网络结构构成，其中当然含有具有酸性（或碱性）基团，这些基团伴随介质pH值得变化，离子强度也会发生剧烈的变化，这些类别的基团的离子化反应一定会发生或者导致具备有氢键的大分子链段之间的剧烈解离，这必将导致高分子凝胶溶胀体积不断剧烈改变[4]。

2.2双重响应智能水凝胶

2.2.1温度敏感、pH -敏感型水凝胶

此种类型的”杂交型”高分子凝胶是近些年来科学家们研究非常多的，为了能够让智能高分子凝胶具备有pH敏感的特性，就是需要通过酸性单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸胺基乙酯来合成和生产高分子凝胶。Hoffman 等人将刺激吲哚美辛包封药物在胃pH值为1.4的温度水凝胶中，只有少量的药物释放，但在pH=7.4，药物则快速释放。

2.2.2热敏感、光敏感型水凝胶

相位变换机理分别有两种类别：第一，利用紫外线的电离作用，例如热响应异丙基戊烯酰胺以及光敏分子合成高分子凝胶，它可以通过用紫外光电离，引起肿胀在32 ℃凝胶体积相变，当紫外线屏蔽时可逆的不连续凝胶收缩答复。第二，吸收聚合物局部温度升高，作为IPAAM和叶绿酸的网络中构成凝胶，它响应于可见光，以产生相变，此时由于光致聚合物的温度上升，显示出凝胶体积收缩的相变，而当没有光照与在32 ℃环境下凝胶体积伴随温度连续变化 。

2.2.3磁性、热敏感型水凝胶

丁小斌等[通过利用分散聚合，以及在醇/水环境中，以及存在Fe3O4磁感性流体下，苯乙烯与异甲基丙烯酰胺共聚反应生成了Fe3O4/P（ST- IPAM） 微球，这种微球除了比一般性质磁性微孔小球反应快速，以及普通磁分离特性之外，同时具备热特性[5]。

3 智能高分子凝胶的应用

3.1机械设备

智能高分子凝胶纤维收缩与膨胀性质是一类把化学能转变为机械能的重要方法，这可利用其性质来研发人工肌肉与调节器。利用变化溶剂条件的方法，并且根据胶原纤维的收缩性质以及松弛性质开展实验，近些年的研究成果表明凝胶发动机的效率伴随着机器负载和交联程度的改变来产生变化的。

3.2化学阀

通过智能高分子凝胶在某个强度电场之下发生收缩的原理，科学家提出了“化学阀“的设想。在一个圆环之上固定住多孔性质的高分子凝胶薄膜，若产生电场时，膜必定收缩。因为膜边缘固定住了，因此膜边缘上小孔的半径必定增到，所以液体之中的分子和微小离子能够通过。若电场消失，高分子凝胶必定因为溶胀而让孔半径降低，液体就不会通过。利用控制电场，高分子凝胶膜的孔半径就能精确的控制，利用有选择性通过粒子，从而实现分离物质。

3.3溶剂提纯

若高分子凝胶从收缩状态向着溶胀状态溶胀，可以大量吸收溶剂或者水，一直到最后的溶胀速率决定于溶剂.并且在混合的溶剂环境下，吸收速度由溶剂分子的化学连接结构和分子间所决定，高分子凝胶的吸收率伴随溶剂的分子量的上升而减小。此种选择性的吸收拓展了利用智能高分子凝胶在水之中萃取溶剂的一种方法。

4.展望

企业的发展战略目标是成为全国领先的智能型高分子材料研究开发及生产机构，除开发系列地铁盾构机掘进材料外，还希望将智能高分子用于生物活性成分的控制释放领域，例如我们希望利用此类材料在酸性条件下收缩的特性将胰岛素包埋，使其顺利通过胃部器官，达到在肠道释放的目的，从而为口服胰岛素的开发提供可能；我们还希望将该技术应用于农业科技，开发价格合理，效果突出的控释肥料。

参考文献

[1]李肯山，祖立武.功能高分子材料进展.合成橡胶工业1998，21（6）：369～371

[2]金曼蓉，吴长发.聚N-烷基丙烯酰胺类凝胶及其温敏特性[J].高分子学报，1995，3：321～325.

[3]Tanaka T.Collapse of Gels in an Electric Field.Science， 1982，218（29）：467～469.

[4]Dong LC，Hoffman AS.A novel approach for prepara-tion of pH-sensitive hydrogels for enteric drug delivery.J Controlled Release，1991，15（2）：141～152.

[4]卓仁禧，张先正.温度及pH敏感聚（丙烯酸）/聚（N-异丙基丙烯酰胺）互穿聚合物网络水凝胶的合成及性能研究[J].高分子学报，1998，1：39～42.

[5]丁小斌，孙宗华，.热敏性高分子包裹的磁性微球的合成[J].高分子学报，1998，5：628-631.

作者简介

章一 ；出生年月：1991年8月；性别：女；籍贯：河北省保定市；学历：本科；研究方向：制药工程；单位：西北民族大学；