[科普中国]-溶胀高分子-

交联高聚物或部分结晶的直链聚合物不能为溶剂所溶解，但能吸收一定量的溶剂而溶胀，称为溶胀高分子。这类高分子吸收溶剂后可以形成弹性凝胶，因而用途广泛，如溶胀橡胶可作胶黏剂；用丙烯酸类单体与淀粉或纤维素接枝后，形成的支链聚合物，并用氢氧化钠中和后，成为吸水性强的溶胀高分子，可用于生理卫生用品、农林园艺的土壤改良和保水、水凝胶基材、苗木保水、油水分离、医药医疗等。

简介溶胀高分子由于其是具有独特的三维网络结构的交联高聚物或部分结晶的直链聚合物，不能为溶剂所溶解，但能吸收一定量的溶剂而溶胀，能够对温度、pH、离子、溶剂组成等外界环境的变化发生响应，从而产生显著的体积相变，被广泛应用于药物控制释放，酶的固定化，分离萃取，传感器，金属催化剂的固定，仿生制动器等领域。

相关研究溶胀高分子的应用领域（1）药物控制释放

药物控制释放是指能根据载体周围环境信息的变化或人工刺激，将药物有选择性地定向地送到人体内所需部位即病变部位，从而实现在特定的部位，特定的时间，以特定的释放速度将所载的药物进行释放。该方法不仅可以提高药效，获得最优治疗效果，而且能在其他正常部位不产生毒副作用，能达到提高药品安全性、有效性和可靠性。由于病变部位常常会伴随全身或局部发热，因此温度敏感型高分子凝胶是用于药物控制释放体系中最常见的凝胶之一。此外，由于人体吸收药物是会经过胃、肠等部位，药物在不同部位定点的释放也成为研宄的热点之一，利用对凝胶状态的影响，也常常制成肠溶、胃溶的凝胶。高分子凝胶的释放机理分为三种：一是由于高分子凝胶从溶胀态转变为收缩态，药物伴随着溶剂排除而达到了快速释放的效果；二是由于高分子凝胶从溶胀态转变为收缩态，由于形成了致密的网络结构，从而阻碍了药物的释放；三是由于高分子凝胶外层接枝的聚合物降解，从而达到了快速释放的效果。

（2）酶的固定化

酶作为生物催化剂能催化构成细胞代谢的所有反应，与一般的催化剂相比，酶具有催化效率高、专一性强、反应条件温和以及酶活性旳调节性。但是酶对热、强酸、强碱、有机溶剂等的不稳定性使其容易在反应过程中失活，并且不能循环使用，从而限制了酶催化反应的应用。为了克服这一问题，人们提出了酶的固定化。酶的固定化是指用特定的材料将酶限制和束缚在一定的区域内，从而使其仍然具有特殊的催化作用，并可回收及重复使用的一类技术。溶胀高分子凝胶作为新型酶固定化技术的载体，能利用物理或化学的作用固载酶，以固相催化剂的方式催化溶液中的生物反应。

（3）分离萃取

溶胀高分子由于其再生性好、能耗少、能根据要分离或萃取物质的分子大小和分子性质设计其交联密度，从而能广泛的用于物质的分离萃取。

（4）传感器

高分子凝胶能响应外部条件而产生不同信号，因而常常被用作传感器。

（5）金属催化剂的固定

由于凝胶的可再生性和溶胀的可逆性，通过凝胶的溶胀收缩可提高金属催化剂催化性能，因此常用于固定金属催化剂。

（6）仿生制动器

利用高分子凝胶响应外部剌激而产生的形状不同可以设计出各种各样的具有特殊功能的化学机械器件，如凝胶手、凝胶鱼等1。

溶胀高分子之高分子水凝胶目前，众所周知水凝胶是一类功能性高分子材料，它具有三维的空间网状结构。与传统同类性材料如布、棉等相比，它能够快速地吸取大量的水，并且在一定的压力下，仍然可以控制水分不向外流失。近年来，由于其卓越的性能，已成为非常具有前景的功能性材料，广泛应用于农业园艺、药物输送、废水处理以及卫生产品等众多领域。

据其来源2，水凝胶可分为天然高分子水凝胶与合成高分子水凝胶。前者是以一些如纤维蛋白、木质素与壳聚糖等生物质为原料制备而来的。该些生物质在自然界具有极其丰富的资源。就目前而言，研究者们对天然高分子水凝胶的研究主要集中在壳聚糖水凝胶、纤维素水凝胶、木质素水凝胶、多肽水凝胶等几类高分子水凝胶。随着资源的匮乏以及环保意识的增强，天然高分子水凝胶的研发工作具有非常深远的意义。合成高分子水凝胶是一种亲水性聚合物，它是由一些化学物质作为单体如丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙烯醇等交联而成的。合成高分子水凝胶可以在结构和性能两个方面进行人为控制的。根据这一特性人们对合成高分子水凝胶进行了比较系统地探究。现阶段，人工合成的交联型水溶性聚合物有很多种，如乙酸乙酯类复合水凝胶、聚丙烯酰胺类高分子水凝胶、聚乙烯醇类互穿网络水凝胶等。

根据水凝胶在外界环境刺激下的反应，可以将其分为普通水凝胶和智能水凝胶两类。上述提到的外界环境刺激一般是指温度、pH、光、离子强度、磁场等因素。通常在外界环境条件下，普通水凝胶的响应不是很敏感。因此，它的性质不会随外部环境的变化而改变。而智能水凝胶在环境介质发生变化时，它会通过一系列不同方式不同程度的应答如保水收缩程度、内部结构的通透性、以及软硬程度等来响应环境介质的变化。因此，智能水凝胶可以根据外界环境刺激介质种类不同进行分类，可细化分为温度敏感性水凝胶、p H值敏感性水凝胶、盐敏感性水凝胶、压力敏感性水凝胶、光敏感性水凝胶等。随着社会的发展，生活水平的提高，单一的敏感水凝胶已经不能满足人们的需要。于是研究员及学者们渐渐地将关注的焦点转移到了多重敏感型水凝胶上，这种水凝胶是指对两个或两个以上的刺激产生多重刺激响应性水凝胶。近年来，许多研究者将氨基、羧基等一些酸碱响应性的基团加入到具有温敏性的水凝胶中，形成了兼具温度以及pH双重响应性的水凝胶。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学