基本介紹
- 中文名：溶脹高分子
- 外文名：swollen polyme
- 套用領域：醫藥，催化等
- 特點：吸收溶劑後，形成彈性凝膠
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簡介
溶脹高分子由於其是具有獨特的三維網路結構的交聯高聚物或部分結晶的直鏈聚合物，不能為溶劑所溶解，但能吸收一定量的溶劑而溶脹，能夠對溫度、pH、離子、溶劑組成等外界環境的變化發生回響，從而產生顯著的體積相變，被廣泛套用於藥物控制釋放，酶的固定化，分離萃取，感測器，金屬催化劑的固定，仿生制動器等領域。
相關研究
溶脹高分子的套用領域
（1）藥物控制釋放
藥物控制釋放是指能根據載體周圍環境信息的變化或人工刺激，將藥物有選擇性地定向地送到人體內所需部位即病變部位，從而實現在特定的部位，特定的時間，以特定的釋放速度將所載的藥物進行釋放。該方法不僅可以提高藥效，獲得最優治療效果，而且能在其他正常部位不產生毒副作用，能達到提高藥品安全性、有效性和可靠性。由於病變部位常常會伴隨全身或局部發熱，因此溫度敏感型高分子凝膠是用於藥物控制釋放體系中最常見的凝膠之一。此外，由於人體吸收藥物是會經過胃、腸等部位，藥物在不同部位定點的釋放也成為研宄的熱點之一，利用對凝膠狀態的影響，也常常製成腸溶、胃溶的凝膠。高分子凝膠的釋放機理分為三種：一是由於高分子凝膠從溶脹態轉變為收縮態，藥物伴隨著溶劑排除而達到了快速釋放的效果；二是由於高分子凝膠從溶脹態轉變為收縮態，由於形成了緻密的網路結構，從而阻礙了藥物的釋放；三是由於高分子凝膠外層接枝的聚合物降解，從而達到了快速釋放的效果。
（2）酶的固定化
酶作為生物催化劑能催化構成細胞代謝的所有反應，與一般的催化劑相比，酶具有催化效率高、專一性強、反應條件溫和以及酶活性旳調節性。但是酶對熱、強酸、強鹼、有機溶劑等的不穩定性使其容易在反應過程中失活，並且不能循環使用，從而限制了酶催化反應的套用。為了克服這一問題，人們提出了酶的固定化。酶的固定化是指用特定的材料將酶限制和束縛在一定的區域內，從而使其仍然具有特殊的催化作用，並可回收及重複使用的一類技術。溶脹高分子凝膠作為新型酶固定化技術的載體，能利用物理或化學的作用固載酶，以固相催化劑的方式催化溶液中的生物反應。
（3）分離萃取
溶脹高分子由於其再生性好、能耗少、能根據要分離或萃取物質的分子大小和分子性質設計其交聯密度，從而能廣泛的用於物質的分離萃取。
（4）感測器
高分子凝膠能回響外部條件而產生不同信號，因而常常被用作感測器。
（5）金屬催化劑的固定
由於凝膠的可再生性和溶脹的可逆性，通過凝膠的溶脹收縮可提高金屬催化劑催化性能，因此常用於固定金屬催化劑。
（6）仿生制動器
利用高分子凝膠回響外部剌激而產生的形狀不同可以設計出各種各樣的具有特殊功能的化學機械器件，如凝膠手、凝膠魚等。
溶脹高分子之高分子水凝膠
目前，眾所周知水凝膠是一類功能性高分子材料，它具有三維的空間網狀結構。與傳統同類性材料如布、棉等相比，它能夠快速地吸取大量的水，並且在一定的壓力下，仍然可以控制水分不向外流失。近年來，由於其卓越的性能，已成為非常具有前景的功能性材料，廣泛套用於農業園藝、藥物輸送、廢水處理以及衛生產品等眾多領域。
據其來源，水凝膠可分為天然高分子水凝膠與合成高分子水凝膠。前者是以一些如纖維蛋白、木質素與殼聚糖等生物質為原料製備而來的。該些生物質在自然界具有極其豐富的資源。就目前而言，研究者們對天然高分子水凝膠的研究主要集中在殼聚糖水凝膠、纖維素水凝膠、木質素水凝膠、多肽水凝膠等幾類高分子水凝膠。隨著資源的匱乏以及環保意識的增強，天然高分子水凝膠的研發工作具有非常深遠的意義。合成高分子水凝膠是一種親水性聚合物，它是由一些化學物質作為單體如丙烯酸、丙烯醯胺、聚乙烯醇等交聯而成的。合成高分子水凝膠可以在結構和性能兩個方面進行人為控制的。根據這一特性人們對合成高分子水凝膠進行了比較系統地探究。現階段，人工合成的交聯型水溶性聚合物有很多種，如乙酸乙酯類複合水凝膠、聚丙烯醯胺類高分子水凝膠、聚乙烯醇類互穿網路水凝膠等。
根據水凝膠在外界環境刺激下的反應，可以將其分為普通水凝膠和智慧型水凝膠兩類。上述提到的外界環境刺激一般是指溫度、pH、光、離子強度、磁場等因素。通常在外界環境條件下，普通水凝膠的回響不是很敏感。因此，它的性質不會隨外部環境的變化而改變。而智慧型水凝膠在環境介質發生變化時，它會通過一系列不同方式不同程度的應答如保水收縮程度、內部結構的通透性、以及軟硬程度等來回響環境介質的變化。因此，智慧型水凝膠可以根據外界環境刺激介質種類不同進行分類，可細化分為溫度敏感性水凝膠、p H值敏感性水凝膠、鹽敏感性水凝膠、壓力敏感性水凝膠、光敏感性水凝膠等。隨著社會的發展，生活水平的提高，單一的敏感水凝膠已經不能滿足人們的需要。於是研究員及學者們漸漸地將關注的焦點轉移到了多重敏感型水凝膠上，這種水凝膠是指對兩個或兩個以上的刺激產生多重刺激回響性水凝膠。近年來，許多研究者將氨基、羧基等一些酸鹼回響性的基團加入到具有溫敏性的水凝膠中，形成了兼具溫度以及pH雙重回響性的水凝膠。
