1、 1第第4章章 智能高分子材料智能高分子材料第1页，共37页。24.1概述概述分子结构分子结构(包括支链结构包括支链结构)、聚集态结构、共混、聚集态结构、共混、复合、界面复合、界面表面表面外观结构外观结构概念概念第2页，共37页。3自然界：自然界：网状结构网状结构的高聚的高聚物和水组成物和水组成第3页，共37页。4人工材料：人工材料：聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺第4页，共37页。5(1)(1)智能高分子凝胶智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶 受到环境刺激时会随之响应，发生结构、物受到环境刺激时会随之响应，发生结构、物理性质、化学性质变化的凝胶。理性质、化学性质变化的凝胶。第5页，共
2、37页。6(2)智能药物释放体系智能药物释放体系第6页，共37页。7(3)(3)记忆功能高分子材料记忆功能高分子材料(4)(4)智能高分子膜智能高分子膜形状记忆形状记忆第7页，共37页。8（5 5）聚合物电流变流体）聚合物电流变流体（6 6）智能织物）智能织物第8页，共37页。94.2 高分子凝胶及体积相转变高分子凝胶及体积相转变复合体系复合体系体积相转变：体积相转变：体系内各种相互作用力相互结合和竞争的结果。体系内各种相互作用力相互结合和竞争的结果。第9页，共37页。10范德华力范德华力 静电相互作用力静电相互作用力氢键氢键第10页，共37页。11(4)疏水相互作用力疏水相互作用力温度较低温
3、度较低水分子在疏水性基团周围形成团簇水分子在疏水性基团周围形成团簇温度升高至相变温度温度升高至相变温度凝胶网络为疏水基团保护凝胶网络为疏水基团保护异丙基异丙基疏水基团疏水基团第11页，共37页。124.3高分子凝胶的刺激响应性高分子凝胶的刺激响应性4.3.1物理刺激响应性物理刺激响应性(1)温敏性凝胶温敏性凝胶温度的变化影响了其中的疏水基团的疏水作用以温度的变化影响了其中的疏水基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用及大分子链间的氢键作用低临界溶解温度低临界溶解温度LCST第12页，共37页。13高温收缩型高温收缩型聚异丙基丙烯酰胺聚异丙基丙烯酰胺(PNIPA)机理：疏水基团的疏水作用。机理：疏
4、水基团的疏水作用。低温收缩型低温收缩型聚丙烯酸聚丙烯酸(PAAC)和聚和聚N,N二甲基丙烯酰胺二甲基丙烯酰胺 (PDMAAM)网络互穿形成的聚合物水凝胶网络互穿形成的聚合物水凝胶 机理：氢键的形成与断裂。机理：氢键的形成与断裂。第13页，共37页。14(2)光敏感性凝胶光敏感性凝胶光敏感分子的经光辐照后发生光敏感分子的经光辐照后发生光异构化，伴随几何结构的改变光异构化，伴随几何结构的改变光敏感分子发生光解离作用光敏感分子发生光解离作用(即遇光分解产生的即遇光分解产生的离子化离子化)，使凝胶内外离子浓度差改变，使凝胶内外离子浓度差改变第14页，共37页。15(3)磁场敏感性凝胶磁场敏感性凝胶施加
5、磁场时铁磁体施加磁场时铁磁体发热发热诱发溶胀或收缩诱发溶胀或收缩第15页，共37页。16(4)电场敏感性凝胶电场敏感性凝胶聚电解质凝胶聚电解质凝胶自由离子自由离子定向移动定向移动：凝胶内不同部位凝胶内不同部位pH值不同值不同影响影响电离状态电离状态凝胶内外离子浓度不均凝胶内外离子浓度不均渗透压变化渗透压变化第16页，共37页。17第17页，共37页。184.3.2 化学刺激响应性化学刺激响应性(1)pH敏感性凝胶敏感性凝胶第18页，共37页。19(1)pH敏感性凝胶敏感性凝胶聚丙烯酸（羧基电离）聚丙烯酸（羧基电离）第19页，共37页。20(2)化学物质响应凝胶化学物质响应凝胶胰岛素释放体系胰岛
6、素释放体系对葡萄糖响应对葡萄糖响应第20页，共37页。21第21页，共37页。224.3.3 双重响应智能凝胶双重响应智能凝胶(1)温度和温度和pH敏感凝胶敏感凝胶异丙基丙烯酰胺异丙基丙烯酰胺 丙烯酸丙烯酸 第22页，共37页。234.3.3 双重响应智能凝胶双重响应智能凝胶(2)热、光敏感凝胶热、光敏感凝胶PNIPA和叶绿酸网络组成的凝胶和叶绿酸网络组成的凝胶第23页，共37页。24(3)pH、光敏感凝胶、光敏感凝胶第24页，共37页。25(4)磁性、热敏感凝胶磁性、热敏感凝胶第25页，共37页。264.4 智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用（1）分离功能材料）分离功能材料分离机理分离
7、机理扩散分离扩散分离吸附分离和络合分离吸附分离和络合分离第26页，共37页。27优点：优点：第27页，共37页。28污泥脱水污泥脱水聚乙烯基甲基醚聚乙烯基甲基醚(PVME)应应 用用第28页，共37页。29生物分离生物分离电解质的浓缩分离：电解质的浓缩分离：螯合基团螯合基团(羧基羧基)可与二价金属离子形成配合物可与二价金属离子形成配合物凝胶收缩凝胶收缩捕获金属离子捕获金属离子溶胀释放溶胀释放金属离子金属离子第29页，共37页。30(2)运动功能材料运动功能材料单单丝收缩应力丝收缩应力2.94mN人工肌肉人工肌肉聚乙烯基甲基醚聚乙烯基甲基醚(PVME)水凝胶水凝胶赋形用高赋形用高分子分子第30页
8、，共37页。31(3)生物反应器酶的活性控制生物反应器酶的活性控制自动控制自动控制:人为控制人为控制淀粉转葡糖苷酶的活性控制淀粉转葡糖苷酶的活性控制第31页，共37页。32(4)细胞培养基质细胞培养基质37 培养培养凝凝胶表面呈现疏水性，与细胞很好地粘附胶表面呈现疏水性，与细胞很好地粘附温度降至温度降至20凝胶表面变得亲水，细胞自动从凝胶表面变得亲水，细胞自动从表面脱附表面脱附降温降温第32页，共37页。33(5)在组织工程中的应用在组织工程中的应用凝胶凝胶作为组织重建和植入的人工细胞外基质作为组织重建和植入的人工细胞外基质软骨软骨细胞细胞/胶原复合材料胶原复合材料植入鼠体植入鼠体4周后形成新
9、成熟软骨周后形成新成熟软骨第33页，共37页。34(6)调光材料调光材料对激光的透过能力调节对激光的透过能力调节参数可调控光学镜片参数可调控光学镜片电场敏感凝胶电场敏感凝胶外加电场下外加电场下表面凸出或凹陷表面凸出或凹陷调节材料的焦距调节材料的焦距第34页，共37页。35(7)可视化光学传感材料可视化光学传感材料机理机理聚合物微球结晶胶体聚合物微球结晶胶体阵列阵列(PCCA)第35页，共37页。36智能聚合结晶胶体阵列智能聚合结晶胶体阵列(IPCCA)葡萄糖传感器葡萄糖传感器H)(Gox)(Gox葡糖酸还原葡萄糖氧化第36页，共37页。37(8)表面图案技术表面图案技术金溅涂在聚异丙基丙烯酰胺表面金溅涂在聚异丙基丙烯酰胺表面金方格阵列金方格阵列光栅光栅体积相转变体积相转变狭缝尺度改变，衍射图案随狭缝尺度改变，衍射图案随之改变之改变药物包埋在凝胶或由凝药物包埋在凝胶或由凝胶制成的胶囊中胶制成的胶囊中(9)药物释放载体药物释放载体第37页，共37页。
