[科普中国]-聚离子复合物

聚离子复台物又称聚电解质复合物，是由聚正离子和聚负离子所构成的高度亲水的合成材料，可以通过不同聚离子的组合使其带有“净”电荷。聚离子复合物膜对水、小分子电解质和低分子物质具有很高的透过性，而高分子物质则不易通透，作为血液透析用的半透膜而受到很高的评价．是一种性能优秀的生物医学材料。1

聚电解质聚电解质是指在水中溶解时，大部分分子能电离成高分子离子和许多小分子离子（反离子）的水溶性高分子，包括阴离子型、阳离子型和两性聚电解质。阴离子聚电解质带有受质子基团，常见的阴离子基团有-COO-、-SO3-、-O-CS2-、-O-PO32-；阳离子聚电解质带有供质子基团，常见的阳离子基团有-NH4+和S+，两性聚电解质既带有阴离子基团又带有阳离子基团的大分子聚合物。聚合物电解质具有电荷中和、架桥两种作用，可作为缓蚀剂、阻垢剂、絮凝剂等应用于水处理。2

聚离子复合物聚电解质复合物最初是在蛋白质间相互作用产生沉淀基础上被认识的。19世纪末，Kossel首次发现聚电解质复合物阴阳离子间相互作用的静电本质。20世纪50年代，Michael系统地研究了由聚苯乙烯磺酸与聚乙烯基苄基三甲基氯化铵所形成的聚电解质复合物。此后，作为一种新型材料，聚电解质复合物PEC的形成、物理、化学性质及其应用研究有了较大的进展。2

在一定条件下，荷电相反的两种聚电解质相互作用能够形成聚离子复合物。参加反应的聚电解质包括聚合物酸、聚合物碱和聚合物盐类等，甚至涉及到某些生物大分子和离子型表面活性剂。除了有机的聚电解质外，无机化合物如聚磷酸盐和聚硅酸盐等也可以形成聚电解质复合物。在聚阴离子（PA）-聚阳离子（PC）复合过程中，一般采用可溶性的尤其是水溶性的线形或支链高分子。聚电解质复合物中的作用力包括静电作用、憎水相互作用、氢键和范德华力等。在反应中由于聚电解质分子的长链结构，当反应物分子之间某一对链段一旦发生复合反应，相邻链段由于不需要发生分子构型的显著变化，更加容易发生复合反应。聚电解质复合物与原来组分的性能有显著不同，从而有不同的应用范围。3

聚离子复合物的类型按照形成复合物的材料类型来划分，可以分为聚阳离子-聚阴离子复合物；聚离子-两性大分子（如蛋白质等）复合物及两性大分子-两性大分子复合物等。

关于相反电荷聚电解质复合体系的研究大都只涉及水溶液体系，水溶液中通过聚阴离子和聚阳离子的相互作用得到的复合体系按其宏观状态主要可分为以下四种：

（1）包含有小的复合物聚集体的宏观均一体系可溶解的复合物；

（2）处于相分离边界的由悬浮的复合物粒子构成的胶质体系；

（3）由上层清液和沉淀的聚盐易分离、洗涤和干燥后呈固态组成的两相体系；

（4）聚阴离子和聚阳离子浓溶液宏观均一体系；

上述各种类型的体系都可以通过调整反应条件如改变聚合物浓度，改变体系PH值或盐浓度来获得，而与各组分的化学结构无关。4

聚离子复合物形成过程一般认为，聚电解质复合物的形成过程是两步机理：首先是荷电相反的两个聚合物互相接近，这是一个扩散控制过程；然后是已经接近的聚电解质链段上相反电荷的中和过程，这一过程与聚合物的结构、电荷密度和反应体系内的小分子电解质有关。一般说来有3种方法制备聚电解质复合物：

（1）通过聚合物酸和聚合物碱之间的中和反应；

（2）通过聚合物酸形成的盐和聚合物碱形成的盐之间的反应；

（3）具有离子基团的单体接合在聚电解质上之后再进行模板聚合。3

应用许多生物功能像基因信息的传递、酶的选择性和抗体-抗原作用等主要是基于生物大分子之间的相互作用或者生物大分子与小分子化合物之间的相互作用。由于聚电解质复合物在结构与性能上与生物大分子存在许多相似性（如表面电荷、亲疏水性、小分子物质的选择输运等），因而聚电解质复合物在生物医用材料方面有着巨大的应用前景，如膜、生物相容性材料、药物控释体系、药物和酶载体等。

在组织工程的应用组织工程其基本原理是通过将体外培养的高浓度组织细胞附着在生物材料表面，形成一个生物活性的种植体，当植入病变部位，生物材料被降解吸收时，新的组织或器官就形成，达到修复或重建缺损的组织或器官。其核心就是构建种植细胞和生物材料的三维复合材料。

在细胞免疫隔离移植方面，利用聚电解质复合物半透膜进行免疫隔离细胞移植的应用研究始于80年代初。人工皮肤是组织工程中最成功的领域，已有很多利用大分子复合来制备相应的组织工程材料。

用于生物替代聚电解质复合物（PEC）类似于胶原蛋白等连接组织，且具有对水及体液中大部分小分子的易透过性。因此，可作为人体内许多组织的替代物而进行移植。如PEC作为动物角膜替代物，能够永久性保持透明，并可在一定压力条件下杀菌；PEC对眼组织具有良好的适应性，故可作为巩膜接触棱镜；PEC的抗凝血性质还可使之作为软骨及血管替代物。2

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学