[基礎(chǔ)科學(xué)]國外先進(jìn)智能生物材料的研究進(jìn)展(已修改)
2024-12-19 19:32 本頁面
【正文】 國外先進(jìn) 智能生物材料的研究進(jìn) 展 中國工程院院士 智能材料的性能是組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)與環(huán)境的函數(shù)，它具有環(huán)境響應(yīng)性。生物體的最大特點是對環(huán)境的適應(yīng)，從植物、動物到人類均如此。細(xì)胞是生物體的基礎(chǔ)，可看作具有傳感、處理和執(zhí)行 3種功能的融合材料，因而細(xì)胞可作為智能材料的藍(lán)本。 1 智能高分子凝膠 刺激響應(yīng)性高分子凝膠是其結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)可以隨外界環(huán)境改變而變化的凝膠。當(dāng)受到環(huán)境刺激時這種凝膠就會隨之響應(yīng)，發(fā)生突變，呈現(xiàn)相轉(zhuǎn)變行為。這種響應(yīng)體現(xiàn)了凝膠的智能性。根據(jù)所受的刺激信號不同，可以將高分 子凝膠分為不同類型的刺激響應(yīng)性凝膠。 pH 響應(yīng)性凝膠 pH響應(yīng)性凝膠是體積能隨環(huán)境的 pH 值和離子強(qiáng)度變化的高分子凝膠。這類凝膠大分子網(wǎng)絡(luò)中具有離子解離基團(tuán)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電荷密度能隨介質(zhì) pH 變化，并對凝膠的滲透壓產(chǎn)生影響；另一方面，離子強(qiáng)度的變化也會引起體積變化。 Nishi 等 [1]曾研究了一系列這類聚合物水凝膠，如輕度交聯(lián)的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸 N,N二甲基胺乙酯 (DMA)的共聚物。姚康德等 [2]對聚 [(環(huán)氧乙烷 共 環(huán)氧丙烷 )星型嵌段 丙烯酰胺 ]/交聯(lián)聚丙烯酸互穿 網(wǎng)絡(luò)凝膠(P[(EGcoPG)SbAAM]/CrPAA)進(jìn)行了研究。由于星型嵌段共聚物(P[(EGcoPG)SbAAM])和交聯(lián)聚丙烯酸 (CrPAA)之間有配合物形成和解離，使得高 pH條件下，該水凝膠的溶脹度和溶脹速率 (曲線斜率 )要大于低 pH 或高離子強(qiáng)度 (I)的水凝膠。以甲殼素和殼聚糖為基礎(chǔ)的智能水凝膠的溶脹隨 pH 的變化則與上述例子相反 [3]。利用戊二醛使殼聚糖 (CS)上的氨基交聯(lián)，再和聚丙二醇聚醚 (PE)形成半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)中氫鍵的形成和解離，從而使此凝膠網(wǎng)絡(luò)的溶脹行為對 pH 敏感。其溶脹度可由殼聚糖乙酸溶液濃度、交聯(lián)密度及網(wǎng)絡(luò)組成等反應(yīng)參數(shù)來控制。 化學(xué)物質(zhì)響應(yīng)性凝膠 有些凝膠的溶脹行為會因特定化學(xué)物質(zhì) (如糖類 )的刺激而發(fā)生突變。以對血糖濃度響應(yīng)的胰島素釋放體系為例來說明。胰島素釋放體系的響應(yīng)性借助于多價羥基與硼酸基的可逆鍵合。硼酸與聚乙烯醇 (PVA)的順式二醇鍵合，形成結(jié)構(gòu)緊密的高分子配合物。當(dāng)葡萄糖分子滲入時，苯基硼酸和 PVA 間的配位鍵被葡萄糖取代，上述大分子間的鍵解離，溶脹度增大。因此，這種高分子配合物作為胰島素的載體負(fù)形成半透膜包覆藥物控制釋放體系。系統(tǒng) 中聚合物配合物的形成、平衡與解離隨葡萄糖濃度而變化。也就是說它能傳感葡萄糖濃度信息，執(zhí)行藥物釋放功能。 溫敏性凝膠 溫敏性凝膠能響應(yīng)溫度變化而發(fā)生形變 (溶脹和收縮 )，是因為這類凝膠大分子鏈的構(gòu)象能響應(yīng)溫度 (刺激 )而變化。溫敏性凝膠分為高溫收縮型凝膠和低溫收縮型凝膠。在低溫 (高溫 )時，凝膠在水中溶脹，大分子鏈因水合而伸展，當(dāng)溫度升至 (降至 )一定溫度時，凝膠發(fā)生了急劇的脫水合作用，由于疏水性基團(tuán)的相互吸引作用，大分子鏈聚集而收縮。 Kim 等 [4]研究了一系列交聯(lián)聚丙烯酰胺類水凝膠聚合物與 水之間相互作用參數(shù)與溫度的關(guān)系。在 3～ 10176。C ， ?值均在 左右，此階段凝膠的吸水性主要與氫鍵作用有關(guān)，與烷基取代基的構(gòu)型和大小無關(guān)。隨著溫度升高，聚 N， N二乙基丙烯酰胺 (PDEAAm)及聚異丙基丙烯酰胺 (PIPAAM)的 ?值分別在 25176。C 、 33176。C 時發(fā)生了突變，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點，此時凝膠的溶脹度發(fā)生突變。 光敏性凝膠 光
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