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环境响应性凝胶,是对外界刺激如温度、pH、溶剂组成、光、离子强度、电磁场以及化学物质等能产生敏感响应性行为的一类智能水凝胶。在药物控制释放、酶的固定化及生物物质分离提纯等方面有着诱人的应用前景,因而近年来受到普遍关注。其中温度和pH双重敏感性水凝胶的研究尤为活跃,因为不但其溶胀、退胀行为可以通过环境温度及pH精确控制,而且温度和pH是生理、生物和化学系统中的两个重要因素。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm),具有温度敏感性,它有一个较低临界溶解温度(LCST)或叫做相转变温度,当温度低于其LCST时,PNIPAAm溶解于水中;而当温度在LCST以上时,溶液变浑浊,PNIPAAm沉淀析出。由于PNIPAAm具有这种特殊的温度敏感性能,因而常常被用作温度和pH双重敏感性水凝胶的温度敏感部分。至于pH敏感部分,往往采用聚丙烯酸或聚衣康酸这样一类聚电解质。对于温度和pH双重敏感性水凝胶的应用,一般情况下都要求其既具有温度敏感性,同时具有pH敏感性。但是普通方法合成的温度和pH双重敏感性水凝胶往往会减弱甚至丧失温度敏感性,尤其当pH敏感性单体被大量引入的时候,这大大限制了温度和pH双重敏感性水凝胶的应用范围。许多研究者对快速响应的水凝胶展开了研究,并提出了一些方法和策略来提高水凝胶的响应性。然而在提高双重敏感性水凝胶性能这一块,工作报道却很少见。在本工作中,作者基于以下两点认识:
1)敏感性水凝胶的体积变化是凝胶网络中大分子链段构象变化的宏观表现。
2)凝胶结构具有形状记忆效应,能够保持其形成历史分子构象。
众所周知,PNIPAAm及其共聚物(或凝胶),不但具有温度敏感性,而且还具有溶剂组成敏感性——在水和有机溶剂的混合溶液中,表现出非共溶效应(co-nonsolvency)。实验中采用逆向思维方式,利用构象控制的方法,分别在水和其他5种有机溶剂的混合溶剂中合成水凝胶,得到了一系列具有不同程度高分子链构象伸展的凝胶,并对这些水凝胶的化学组成与结构,温度和pH双重敏感性,溶胀、去溶胀以及其他性能进行了研究。最后分别使用温度和外界盐浓度控制的方法对构象控制制备改善性能的凝胶这一方法进行了验证,也得到了类似的结果。从而说明,构象控制是制备具有优异性能的温度和pH双重敏感性水凝胶的一种可行方法。