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 离子识别响应型智能材料研究新进展# 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：金属离子对生物体的生命活动起着核心的作用，而一些重金属离子（如 Pb2+、Hg2+） 在很低浓度时就对生物具有极强的毒性；因此，研究具有金属离子识别特性的智能材料具有 重要的理论价值和实用意义。冠醚具有选择性地络合金属离子的能力，研究者们将冠醚的离 子识别特性与聚(N-异丙基丙烯酰胺)的相变行为特性相结合制备了一系列离子识别响应型 智能材料。综述了近年来基于 18-冠-6 和 15-冠-5 两种冠醚分子的离子识别响应型智能材料 的研究新进展。 关键词：生物化工；智能材料；离子识别；响应特性 中图分类号：TB34 Recent Progress in Development of Ion-Recognition-Responsive Smart Materials JU Xiaojie, Xie Rui, Wang Wei, Chu Liangyin (School of Chemical Engineering, Sichuan University, ChengDu 610065) Abstract: Metal ions play important roles in the life activities, and some heavy metal ions (such as Pb2+ and Hg2+) have high toxicity to the organisms even in the low concentration; therefore, it is of important theoretical significance and great practical interest to study on the smart materials with metal ion-recognition properties. Crown ethers have remarkable recognition ability towards specific mental ions. A series of ion-recognition smart materials composed of crown ethers and responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) polymer have been developed. The progress of the development of ion-recognition-responsive smart materials based on 18-crown-6 and 15-crown-5 are reviewed. Keywords: biochemical Engineering; smart materials; ion-recognition; responsive property 0 引言 金属离子对生物体的生命活动起着核心的作用[1-3]，各种复杂的新陈代谢活动必须有许 多金属离子参与才能进行，如细胞内外存在明显的离子梯度差以维持细胞的膜电位，调解细 胞的体积和保证正常的新陈代谢；Ca2+、K+、Na+、Cu2+、Mg2+等离子是各种酶反应所需的 主要离子；Co2+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、Zn2+等离子是各种酶活性所需的基础微量元素；一些 金属蛋白构成生物体内重要载体及电子传递系统。这些金属离子在生物体液中保持着一定的 最佳浓度，体内金属离子过多或过少都将导致人体正常生理功能的紊乱，从而引起各种各样 的疾病。此外，一些重金属离子，如 Pb2+、Hg2+、Cd2+、Cr6+等，在很低浓度时就对生物具 有极强的毒性[4-6]。因此，研究具有金属离子识别特性的智能材料具有重要的理论价值和实 用意义，在生物化工、医药以及环境等领域具有广阔的应用前景。 冠醚是第一代人工合成的主体化合物，其分子结构中具有大环空腔结构，其最重要的一 个性质就是具有选择性地络合金属离子的能力。当金属离子与冠醚空腔尺寸相匹配时，冠醚 作为主体分子通过离子-偶极相互作用，与特定碱金属或碱土金属阳离子形成具有一定稳定 性的主-客体配合物。将冠醚的离子识别特性结合到响应型智能材料中，可以构造出新型的 -1-  离子识别型智能材料，更好地应用于药物可控释放、生物或化学传感器、记忆元件开关、生 物及化学分离体系、酶和细胞的智能固定化等高新技术领域。 本文将围绕近年来基于 18-冠-6 和 15-冠-5 这两种冠醚分子的离子识别响应型智能材料 45 50 方面的研究进展进行介绍。 1 基于 18-冠-6 的离