刺激响应水凝胶材料的研究进展

凝胶具有独特的基于化学键或物理作用交联形成的三维网状结构.刺激响应水凝胶在外界环境变化时通常展现出独特的响应性溶胀行为.近年来,科研人员构建了各种各样的pH响应水凝胶、温度响应水凝胶和光响应水凝胶等水凝胶材料,并对其响应机制进行了研究.文章综述了近年来科研人员在刺激响应水凝胶材料的构建及响应机制研究方面开展的工作,并对刺激响应水凝胶的应用进行了展望.     

葡萄糖敏感型聚合物胶体晶体水凝胶的研究

在聚丙烯酰胺水凝胶链段上引入葡萄糖分子,同时在水凝胶内嵌入聚苯乙烯胶体晶体,制备了葡萄糖敏感型聚丙烯酰胺胶体晶体膜。伴刀豆球蛋白可与葡萄糖分子偶合而在聚合物链段间形成交联,水凝胶体积收缩,胶体晶体带隙蓝移约30 nm。相对于固定在聚丙烯酰胺链上的葡萄糖分子,伴刀豆球蛋白与游离葡萄糖分子的偶合常数更大,游离葡萄糖可打断已形成于聚合物链上的葡萄糖与伴刀豆球蛋白间的交联,胶体晶体带隙红移。研究表明:该胶体晶体水凝胶可检测最低葡萄糖浓度为5 mmol/L,且离子强度(50 mmol/L NaCl溶液)对葡萄糖浓度分析时带隙位移没有影响。     

基于苯并咪唑的超分子金属有机凝胶及其刺激响应性能研究

合成了一种基于羧基功能化的苯并咪唑类有机凝胶因子(C11).该凝胶因子在水-乙醇体系中不仅能自组装成超分子有机凝胶(C11-OG),而且与银离子络合后可以自组装成具有多重刺激响应性能的金属凝胶(Ag-MG).有机凝胶C11-OG和金属凝胶Ag-MG都具有凝聚态荧光增强(AIEE)的性能.金属凝胶Ag-MG可对温度、EDTA和Na_2S的刺激进行可逆的溶液-凝胶变化响应及荧光响应.此外,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)研究了其刺激响应机理.     

F68大单体/HEMA共聚水凝胶的制备及性能研究（Ⅱ）：pH敏感性

以Pluronic F68与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)反应制备可光聚合的F68/GMA大分子单体,再在水溶液中与pH敏感性丙烯酸(AA)单体和甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)经紫外光原位聚合制备温度敏感水凝胶.详细地研究了水凝胶在不同pH下的溶胀性能.溶胀动力学测量的结果表明:该水凝胶在具有温度响应性的同时还具有pH响应性且具有可逆性.     

生物温敏性水凝胶的研究

采用明胶和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为原料,制备了配比不同的明胶/聚N-异丙基丙烯酰胺(Gel/PNIPAM)水凝胶系列,研究了pH值、温度对水凝胶的溶胀度和溶胀速度的影响。结果表明,明胶/PNIPAM水凝胶对pH值、温度有明显的响应性,且随着组分中NIPAM配比的增加,水凝胶的温敏性明显增加;对水凝胶的溶胀动力学研究表明,体系配比对溶胀的影响与最低溶液临界温度(LCST)有关,当温度大于LCST时,溶胀速度及溶胀度随明胶含量的增加而增加,当温度低于LCST且配比为1/1(质量比)时,水凝胶的溶胀速度最大。     

以聚氨酯预聚物为交联剂的两性水凝胶

为了改善水凝胶的强度,通过端丙烯酸酯基阴离子型聚氨酯(PU)与甲基丙烯酰氧乙基苄基二甲基氯化铵(MAEBDAC)的共聚交联,合成了系列两性水凝胶(简称L1—L5)。采用差式扫描量热法(DSC)分析了阴阳离子摩尔比为0.3/1(样品L1)、1/1(样品L3)和1.3/1(样品L5)的干凝胶,结果表明,两组分间相容性良好。处于等电点的样品L3中没有微孔结构,且其可冻结水含量仅为总溶胀水量的11.7％,而在样品L1和L5中均具有微孔结构且可冻结水含量增至50％。研究pH响应性表明,水凝胶的响应行为取决于凝胶中过量电荷的性质,外加电介质对样品L3的吸水能力影响较小。凝胶强度随聚氨酯链段的引入而提高。     

PVA-碳量子点复合荧光水凝胶的制备及性能研究

荧光水凝胶因其优异的光学性能、生物相容性等优点受到广泛关注。本研究通过冻融法，将硅烷碳点(Si-CDs)与聚乙烯醇(PVA)复合，制备了一种具有pH响应性和抗菌活性的聚乙烯醇-碳量子点复合荧光水凝胶(PVA-CDs),表征了PVA-CDs水凝胶的微观结构，并研究了其机械性能、流变性能、吸水性、细胞相容性以及抗菌活性。实验结果表明，碳量子点的引入，显著改善了水凝胶的力学性能，降低了水凝胶的溶胀比。在不同的酸碱环境中，掺杂了荧光碳点的PVA-CDs复合水凝胶显示出不同颜色的荧光，证明PVA-CDs复合水凝胶具有优异的pH响应性。经PVA-CDs复合水凝胶处理的细菌培养板上形成了清晰可见的抑菌圈，表明其有良好的抗菌活性。此外，所制备的荧光水凝胶材料同时具备pH响应性、抗菌活性和细胞相容性，为开发生物医用材料提供了新的思路和重要理论依据。     

交联NFC/PVA水凝胶的制备及对重金属吸附研究

使用戊二醛做交联剂,将羧基化的纳纤化纤维素(NFC)与聚乙烯醇(PVA)通过化学交联,制备出含羧基的NFC/PVA复合水凝胶,对水凝胶进行了红外光谱、扫描电镜、热重分析、含水率等表征,研究了NFC/PVA复合水凝胶对重金属离子的吸附性能。结果表明,水凝胶内部呈多孔结构,PVA的加入提高了水凝胶的热稳定性,戊二醛交联增强了水凝胶的机械强度,交联剂用量为2%时,复合水凝胶对重金属离子的吸附效果最好。     

光交联羧甲基壳聚糖衍生物水凝胶的制备及性能研究

以叠氮基团的光耦合反应为交联反应制备了叠氮化羧甲基壳聚糖(AZ-CMCS)水凝胶。利用FT-IR红外光谱、1H-NMR核磁共振谱表征了AZ-CMCS的结构,使用紫外可见分光光度计和流变仪跟踪了AZ-CMCS凝胶的光交联过程,并验证了凝胶的可注射性.使用水接触角测试仪表征了凝胶的亲疏水性.以牛血清白蛋白(BSA)为模型药物研究了水凝胶在不同pH值下的药物释放性能,并研究了人胚胎肺成纤维细胞(MRC-5)在水凝胶上的生长情况.结果表明:通过紫外光照射可快速得到AZ-CMCS水凝胶,反应条件温和,易于控制;AZ-CMCS水凝胶具有较好的可注射性,且具有一定的pH响应性,其能够实现包载药物和药物控释的功能;此外AZ-CMCS水凝胶对细胞无毒,可作为细胞支架,具有较好的应用前景.     

透皮促进剂对两种锌盐经皮渗透性的影响

以水难溶性锌盐(共轭亚油酸锌)及水溶性锌盐(葡萄糖酸锌)为目标药物,考察氮酮、油酸、二甲亚砜、尿素、谷氨酸钠5种常用透皮促进剂对形成凝胶剂、油溶性膏剂经皮渗透性的影响。制备两种锌盐的凝胶剂和乳膏剂,采用Franz扩散池和离体小鼠皮进行体外透皮吸收试验,测定一定浓度透皮促进剂下,10 h锌盐的单位面积累积透过量(Q)。结果 3%二甲亚砜对共轭亚油酸锌凝胶剂增渗比EF最大,为2.68;2%谷氨酸钠对葡萄糖酸锌凝胶剂EF最大,为2.19;而3%二甲亚砜对形成膏剂的两种锌盐促透效果最好,共轭亚油酸锌膏剂EF为2.65,葡萄糖酸锌膏剂EF为2.87。说明在水润湿的凝胶剂中,二甲亚砜为水难溶性锌盐的最佳促进剂,谷氨酸钠是水溶性锌盐的最佳促进剂;二甲亚砜为膏剂中锌盐经皮渗透性较佳的透皮促进剂。