刺激響應(yīng)性聚合物的研究進(jìn)展

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)

刺激響應(yīng)性聚合物是一類智能材料，能夠感知周圍環(huán)境變化并對于環(huán)境變化做出響應(yīng)性，越來越受到人們廣泛關(guān)注。根據(jù)刺激響應(yīng)的機(jī)理不同，可將刺激響應(yīng)性聚合物分為以下幾種類型：光響應(yīng)性聚合物、溫度響應(yīng)性聚合物、PH值響應(yīng)性聚合物以及其他響應(yīng)性聚合物等。本文按照刺激響應(yīng)性類別，針對刺激響應(yīng)性聚合物的研究和應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，并對其未來發(fā)展方向及應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

一、光響應(yīng)性聚合物

光響應(yīng)聚合物是指吸收光能后，材料表現(xiàn)出性質(zhì)的變化，如在光刺激下發(fā)生形狀或顏色的變化等。光響應(yīng)聚合物通常含有能吸收光能的分子或官能團(tuán)，在光的作用下會發(fā)生某些物化反應(yīng)，產(chǎn)生一系列結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化。

Natarajan Moorthy等人[1]合成了一系列含有聚(醚—酯)的偶氮苯介晶材料。使用紫外-可見光譜研究偶氮聚合物的光轉(zhuǎn)換性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)反式到順式的異構(gòu)化過程發(fā)生在很短內(nèi)，而在黑暗中順式到反式的恢復(fù)時間很長。這一結(jié)論揭示了偶氮苯聚合物在不同光照下實現(xiàn)順反異構(gòu)變化，且順反異構(gòu)變化時間不同。

Ilya V.Ozhogin等人[2]合成了兩個羰基和一個羥基的1,3-苯并惡嗪-4-酮系列的螺吡喃。對螺吡喃的光化學(xué)研究揭示了在室溫下螺吡喃光致變色特性與其分子的光誘導(dǎo)分子重排有關(guān)。

二、溫度響應(yīng)性聚合物

具有溫度響應(yīng)性的聚合物材料，其分子鏈中通常含有酰胺和醚鍵等官能團(tuán)，如聚N-異丙基丙烯酰胺、聚N,N-二乙基丙烯酰胺等。

李帆等人[3]采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法，設(shè)計合成了含有聚(N-異丙基丙烯酰胺)嵌段的有雙溫度響應(yīng)糖聚合物，并對其在水溶液中的膠束化行為進(jìn)行了動態(tài)光散射研究。驗證了該糖聚合物具有雙溫度響應(yīng)區(qū)間，并且在水中形成表面呈正電性的膠束，可望用作帶負(fù)電的生物大分子(如單鏈DNA等)的新型載體。

Elisabeth Gau等人[4]用葡萄糖氧化酶通過簡便酶促合成了溫度響應(yīng)性的聚(N-乙烯基己內(nèi)酰胺)微凝膠。通過在不同溫度下進(jìn)行的動態(tài)光散射實驗證實了微凝膠的溫度響應(yīng)行為，可在生物催化應(yīng)用中起到重要的作用。

三、PH值響應(yīng)性聚合物

PH值響應(yīng)性聚合物是指其尺寸或形態(tài)隨著環(huán)境PH改變而改變的一類材料，與溫度響應(yīng)性聚合物、光響應(yīng)性聚合物一樣屬于智能材料。

O.Guaresti等人[5]使用點擊反應(yīng)制備了基于殼聚糖的刺激響應(yīng)性水凝膠，研究發(fā)現(xiàn)釋放環(huán)境和聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)對于溶脹行為是關(guān)鍵的，因此，可以通過控制交聯(lián)劑的量來調(diào)節(jié)最終水凝膠的溶脹和釋放性質(zhì)。

林粵順等人[6]以共縮聚法合成氨基化介孔硅，采用浸漬法制備毒死蜱/氨基化介孔硅，并以帶負(fù)電荷的聚丙烯酸為功能分子，通過靜電吸附作用制備了具有pH響應(yīng)的PAA/毒死蜱/氨基化介孔硅緩釋體系。這種農(nóng)藥緩釋劑能夠根據(jù)土壤的酸堿性而表現(xiàn)出不同的藥物釋放性能，這對于在農(nóng)業(yè)上防治病蟲害具有潛在的價值。

四、其他響應(yīng)性聚合物

Zhen Zhang等人[7]使用點擊式反應(yīng)從一對單體中有效地合成了酶響應(yīng)性氨基磷酸酯樹狀聚體。這些樹狀聚體在磷酸鹽緩沖鹽水中穩(wěn)定，但在癌細(xì)胞上過度表達(dá)的磷脂酶C存在下可降解。這種酶響應(yīng)性聚合物表現(xiàn)的對癌細(xì)胞的高效作用，在癌癥的防治和診療中起著重要的作用。

Bingkun Yan等人[8]基于大環(huán)硫取代的碳酸酯單體使用酶催化的開環(huán)聚合合成了生物可降解的含硫醚的聚碳酸酯，硫醚基團(tuán)賦予了具有豐富的活性氧自由基(ROS)響應(yīng)性的共聚物。這種聚合物具有H2O2觸發(fā)藥物釋放行為，為進(jìn)一步的癌癥治療和炎癥靶向提供了新的ROS響應(yīng)材料平臺。

五、總結(jié)和展望

近些年來，為滿足對精確控制材料性能的需求，科研人員在刺激響應(yīng)性聚合物研究領(lǐng)域做出了巨大的努力。具有刺激響應(yīng)性的智能材料不僅在生物醫(yī)藥方面具有巨大的應(yīng)用價值，而且對于信息技術(shù)行業(yè)的發(fā)展也至關(guān)重要。因此，將刺激響應(yīng)性引入到聚合物中，制備新型的刺激響應(yīng)性智能材料具有重要意義。