1、路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索2023年1月27日星期五高分子科学导论功能高高分子科学导论功能高分子分子路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索Functional polymer is路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索力学功能材料强化功能材料，弹性功能材料化学功能材料分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂等生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等物理化学功能材料耐高温高分子，高分子液晶等电学功能材料，如导电性高分子、超导性高分子、感电了性高分子等光学功能材料，如感光性高分
2、子、导光性高分子、光敏性高分子等能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等生物化学功能材料人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等高分子药用材料，如药物活性高分子、缓释性高分子药物生物分解材料，如可降解性高分子材料等。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索导电和半导体功能高分子吸附分离功能高分子高吸水性树脂光电功能高分子生物医用高分子高分子液晶离子型聚合物路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索Conductive polymers are polymers that conduct electr
3、icity.Such compounds may be true metallic conductors or semiconductors.It is generally accepted that metals conduct electricity well and that organic compounds are insulating,but this class of materials combines the properties of both.The biggest advantage of conductive polymers is their processibil
4、ity.Conductive polymers are also plastics(which are organic polymers)and therefore can combine the mechanical properties(flexibility,toughness,malleability,elasticity,etc.)of plastics with high electrical conductivities.Their properties can be fine-tuned using the exquisite methods of organic synthe
5、sis.路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索-20-16-12-8-404绝缘体半导体导体超导体NylonPEPSPTFEGe,SiConductive PolymersNichromeCarbon fiberCuAlAglg(1/ohmcm-1)路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索Early 1970s:Mistake in Skirakawas lab leads to ac
6、cidental discovery of silver looking polymer(polyacetylene)Late 1970s:Collaboration between Heeger,MacDiarmid and Shirakawa lead to 10 million-fold increase in conductivity of polyacetylene.2000:Heeger,MacDiarmid and Shirakawa win Nobel Prize in Chemistry2000+:First organic electronics appear on the
7、 market as flexible displays.路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 Synthetic organic polymer resins based on styrene or acrylic-acid-type monomers are most widely
8、 used.Generally solid gels in spherical or granular form consisting of:A 3-dimensional polymeric network,Ionic functional groups attached to the network,Counterions A solvent Strong-acid,cation-exchange resins and strong-base anion exchange resins can be produced.路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索SO3-H+N
9、a+SO3-Na+CH2N+(CH3)3 OH-Cl-CH2N+(CH3)3 Cl-H+OH-H2OCation exchange resinAnion exchange resin水处理离子交换大都是基于含磺酸基的交联聚合物。水中的Na+通过树脂层，交换磺酸中的H+。Ca2+，Fe3+和Mg2+与磺酸基团具有更大的亲合力，因此硬水通过树脂层后，不仅可以交换H+还可以交换Na+，得到软水。当树脂中的磺酸基团被这些硬离子饱和时，树脂层必须通过添加大量过量的盐酸溶液或氯化钠溶液进行再生，以交换紧密结合的硬离子，从而再次使用。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索活性基团活性基团
10、结构结构阳离子交换树脂 磺酸基类（强酸型）-SO3-H+丙烯酸类（弱酸型）-COO-H+阴离子交换树脂 季铵盐类（强碱型）-CH2-NR3+OH-仲胺类（弱碱型）-CH2-NHR 叔胺类（弱碱型）-CH2-NR2路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索OCOCO()MOOOOOO()MPolymeric chelate resin-diketonecrown ether 通过对不同金属离子的选择性螯合作用，高分子螯合树脂可实现对各种金属离子的浓缩和富集，可广泛地应用于分析检测、污染治理、环境保护和工业生产。Adsorbent resins 吸附树脂也称物理吸附功能高分子，主要
11、是一些非离子吸附树脂，根据其极性大小可分为非极性、中极性和强极性三类。非极性吸附树脂主要是交联聚苯乙烯大孔树脂，可通过范德华力吸附具有一定疏水性的物质；中极性吸附树脂主要是交联聚丙烯酸酯类及其与苯乙烯的共聚物。其吸附作用除范德华力外，氢键也起一定的作用；强极性吸附树脂主要是聚丙烯酸酯树脂利用水解反应生成强极性的羧基，其吸附作用主要通过氢键和偶极作用进行。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索Superabsorbent polymers(SAP)are pol
12、ymers that can absorb and retain extremely large amounts of a liquid relative to their own mass.Water absorbing polymers,classified as hydrogels,absorb aqueous solutions through hydrogen bonding with the water molecule.The total absorbency and swelling capacity are controlled by the type and degree
13、of cross-linking to the polymer.Low density cross-linked SAP generally has a higher absorbent capacity and swell to a larger degree.These types of SAPs also have a softer and more cohesive gel formation.High cross-link density polymers exhibit lower absorbent capacity and swell.The gel strength is f
14、irmer and can maintain particle shape even under modest pressure.路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索高吸水树脂 Starch（淀粉）Poly(vinyl alcohol)（PVA,聚乙烯醇）Poly(acylic acid)（PAA,聚丙烯酸）Hydrolysis product of polyacrylonitrile based polymer （聚丙烯腈的水解产物）OCH2OHOHOHO()nStarchOHCH2CH()nPVACOOHCH2CH()nPAACNCH2CH()nOH-H2OCOO-X
15、+CH2CH()nX+=H+、Na+、K+路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索O HCH2CH()nO HHO HHO HHO HHO HHH2OCrosslink路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索生物医用材料生物医用材料的特殊和基本要求如下：材料无毒、不致癌、不致畸，不引起人体细胞的突变和不良组织反应。与人体相容性好，不引起中毒、溶血、凝血、发热和过敏等现象。具有与天然组织相适应的力学性能。针对不同的使用目的而具有特定的功能。生物医
16、用材料生物医用材料直接与生物系统相作用，除了各种理化性质外，还必须具有良好的生物或组织相容性。按与活体组织作用的方式分类生物惰性材料：在生物体内能保持稳定，几乎不发生化学反应的材料。生物活性材料：指能在材料组织界面上诱导出特殊生物或化学反应的材料，这种反应导致材料和组织间形成化学键合。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索高分子材料作为人工脏器、人工血管、人工骨骼、人工关节、人工皮肤等医用材料，正越来越广泛地得到应用。人工器官的应用从大型化向小型化，从体外使用向内植型，从单一功能向多功能化转变。人工器官包括：永久性植入，完全替代原器官的功能；体外使用的大型人工器官装置、主要
17、用于手术中暂时替代人体器官的功能；暂时性植入器官，只能部分替代原器官功能；整容修复材料，不具备器官功能，但能修复人体的残缺部位。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索器官器官高分子材料高分子材料心脏聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾脏纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯睛、聚砜、聚氨酯、聚碳酸酯肝脏赛璐酚，聚甲基丙烯酸-羟乙酯肺硅橡胶、聚丙烯中空纤维、聚烷砜关节、骨超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚酯皮肤硝基纤维素、聚硅酮-尼龙复合物、聚酯、甲壳素角膜聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸-羟乙酯、硅橡胶鼻、耳硅橡胶、聚乙烯乳房聚硅酮血管聚酯纤维、聚四氟乙烯、聚醚氨酯人工血液全氟烃、羟
18、乙基淀粉、聚乙烯基吡咯烷酮胆管、尿道硅橡胶气管、腹膜聚乙烯、聚四氟乙烯、聚硅酮、聚酯纤维路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索Artificial heartArtificial lungArtificial kidney路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 组织工程是将分离的自体或异体细胞吸附于可生物降解吸收的功能高分子支架上；然后在生长因子的作用下进行培养，使细胞按支架的三维结构进行生长，从而构建出体外的活体组织；支架聚合物则逐步被降解吸收；最后再将体外培养的组织植入体内对病变的组织或器官进行修复或替代。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索
19、吾将上下而求索 常用的细胞支架材料包括：聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乙丙交酯、聚羟基脂肪酸酯，这些材料均属于可降解脂肪族聚酯（biodegradable aliphatic polyester）。PolylactidePoly(lactide-co-glycolide)PolycaprolactonePoly(p-dioxanone)Poly(butanediol succinate)OO()nOO()OO()nmOO(nOO(nOOO(nOO(路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 组织工程已率先在皮肤、骨骼等器官取得了临床应用，在内脏方面也取得了重大的进展和突破。除脂肪族聚酯
20、外，胶原蛋白、聚氨基酸、聚膦氰等高分子也被应用于细胞支架材料的研究路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索在外科手术中，通常会植入一些修复用的材料，这些材料只是起到暂时替代作用，当肌体愈合后其作用即告结束。如果这些材料是非降解材料，会对患者肌体产生持续影响。如果另外进行手术取出会对患者带来二次痛苦。可生物吸收（降解）高分子材料可以有效解决这个问题。随着材料的使用功能结束，这些材料会逐渐降解为对人体无害的小分子化合物，并被人体吸收或代谢排出。因而越来越受到研究者的重视。骨科固定材料手术缝合线抗粘连膜路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索胶原蛋白（collag
21、en）：构成动物体最基本的蛋白质类物质明胶（glutin）：经高温加热变性后的蛋白质淀粉（starch)、葡聚糖（dextran)甲壳素与壳聚糖（chitin&chitosan）：来源于昆虫、虾、蟹等的壳、皮等角质。纤维素（cellulose）：来源于植物合成高分子：脂肪族聚酯（aliphatic polyester）、脂肪族聚碳酸酯（aliphatic carbonate）聚酸酐（polyanhydride）、聚磷酸酯（polyphosphate）、聚原酸酯（polyortho ester）路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索我国是医药文明古国，在天然药用高分子的使用方
22、面非常悠久。20世纪以来，随着药学和有机合成的高速发展，有机低分子药物由于其疗效高，使用方便，为人类的医疗卫生起到了巨大的推动作用，在医学史上有着不可磨灭的贡献。但是，有机低分子药物同时也存在巨大的副作用，如过敏、毒性积累等等。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索研究发现，高分子药物具有低毒、高效、缓释、长效，与血液和肌体相容性好等特点。高分子药物可以降低用药剂量，避免频繁用药；使药物药理活性更加持久，更有效到达症患部位，从而具有更高的疗效。药物高分子的分类：药用辅助材料：指在药剂加工过程中所用的和为改善药物使用性能而采用的高分子材料，这些材料本身不具备药理活性。高分子药
23、物：高分子本身即具有药理活性基团或药理活性作用，直接被用做药物。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索药物的控制释放和靶向问题已成为现代医学最关心的问题之一。高分子材料实际起到的是辅助材料的作用。用高分子材料制备药物控制释放体系主要有两个目的：使药物以最小的剂量在特定部位产生治疗效应，优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用。有三种模式可达到上述效果：时间控制体系（缓释药物）部位控制体系（靶向药物）反馈控制体系（智能药物）微胶囊是指以高分子膜为外壳，在其中包有被保护或被密封的物质的微小胶囊物。药物的微囊化就是将细微的药物颗粒用高分子膜包裹起来形成微小胶囊物。路漫漫其修远兮路
24、漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索天然高分子材料：明胶、虫胶、海藻酸、淀粉、糊精、纤维素、壳聚糖、玉米朊等等；化学合成可生物降解高分子材料：聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸酯、脂肪族聚碳酸酯、聚对二氧环己酮等；水溶性高分子材料：聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚异丙基丙烯酸酯、聚丙烯酸等等；本体模式表面模式路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索靶向释放是将药物载体复合物选择性地与特定靶细胞（病灶细胞）结合，从而实现药物的靶向控制释放。现代药剂已进入智能化、功能化阶段，智能控制药物胶囊是由多种结构组合而成的给药系统。环境响应型高分子通常被用于智能给药系统作为“开关”
25、实现药物的脉冲式控制释放。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索药理活性高分子材料通常可分为两类：高分子化的低分子药物，将低分子药物以某种化学方式连接在高分子上；研究表明，低分子药物通常含有羟基、氨基等活性基团，因此可以通过含特定化学基团的高分子与低分子药物偶联起来，得到高分子化的低分子药物。高分子链本身即具有药理活性。是真正意义上的高分子药物。聚赖氨酸：聚赖氨酸：很多聚氨基酸都具有良好的抗菌活性，而其对应的氨基酸单体却没有药理活性。聚乙烯基吡咯烷酮：聚乙烯基吡咯烷酮：PNVP具有良好的血液相容性，是早期的代血材料。另外，PNVP可以抑制脊髓炎病毒在血液中的活动能力。离子聚
26、合物：离子聚合物：如聚阳离子季胺盐是很好的杀菌剂，对病毒和癌症也有一定的抑制作用聚丙烯酰胺：聚丙烯酰胺：可减缓动脉硬化的程度，改善血液流动状态。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液晶高分子的主要特征是其聚集状态在一定程度上既类似于晶体，分子呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。具有刚性的分子结构。导致液晶形成的刚性结构部分称为致晶单元。还须具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的凝聚力。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索某些液晶分子可连接成大分子（主链型），或者可通过官能团的化学反应
27、连接到高分子侧链上（侧链型）。这些高分子化的液晶在一定条件下仍可能保持液晶的特征，就形成高分子液晶。纵向型横向型盘型混合型梳型盘梳型腰接型结合型主链型主链型侧链型侧链型路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索与小分子液晶相比，高分子液晶的特殊性：热稳定性大幅度提高；热致性高分子液晶有较大的相区间温度；粘度大，流动行为与般溶液显著不同。在常见的液晶中，致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等通过一刚性连接单元（X，又称中心桥键）连接组成。常见的连接单元化学结构包括亚氨基（CN）、反式偶氮基（NN）、氧化偶氮（NON）、酯基（COO）和反式乙烯基（CC）等在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲的基团R，这个端基单元是各种极性的或非极性的基团，对形成的液晶具有一定稳定作用，因此也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的R包括R、OR、COOR、CN、OOCR、COR、CH=CHCOOR、Cl、Br、NO2等。
