第4章智能高分子材料.pptVIP

(3)生物反应器／酶的活性控制●自动控制:将酶固定在温敏性PVME或PNIPA凝胶中●人为控制：将蔗糖转化酶固定在含Fe2O3的PNIPA圆柱形凝胶中。外加磁场使凝胶温度上升，体积收缩，蔗糖降解速度下降。有效控制底物转化和产物生成的速度。淀粉转葡糖苷酶的活性控制在LCST以下：随温度上升，酶的活性提高。达到LCST后：凝胶高度脱水收缩，结构变得致密，基质和生成物等亲水性物质的通透性下降，酶的活性急剧降低。第31页，共34页，星期日，2025年，2月5日(4)细胞培养基质将聚异丙基丙烯酰胺接枝到聚苯乙烯培养板表面形成一层薄膜，将细胞在凝胶表面层于37℃培养。凝胶表面呈现疏水性，与细胞很好地粘附。细胞成熟后，将温度降至20℃，凝胶表面变得亲水，细胞自动从表面脱附。细胞成活率73%，传统的酶洗脱法仅14%。降温第32页，共34页，星期日，2025年，2月5日(5)在组织工程中的应用基本思路：首先在体外分离、培养细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定形状的三维生物材料骨架内，并加以持续培养，最终形成具有一定结构的组织和器官。凝胶——作为组织重建和植入的人工细胞外基质。例：以软骨细胞与I型胶原冷冻干燥后经戊二醛交联得到的泡沫(平均孔径86μm，孔隙率87％)可制备软骨细胞/胶原复合材料，且使其负载碱性成纤细胞生长因子后植入鼠体，4周后形成新成熟软骨。第33页，共34页，星期日，2025年，2月5日?*?第4章智能高分子材料第1页，共34页，星期日，2025年，2月5日?能感觉周围环境变化，而且针对环境的变化能采取响应对策的高分子材料。4.1概述智能化设计思路：从分子结构(包括支链结构)、聚集态结构、共混、复合、界面和表面甚至外观结构等方面，单一或多种机制综合利用，实现某种智能化。又称：智能聚合物、机敏性聚合物、刺激响应型聚合物、环境敏感型聚合物。概念第2页，共34页，星期日，2025年，2月5日能响应外界刺激而溶胀或收缩的聚合物凝胶。自然界：海参体壁的原始器官——高分子“水凝胶”智能高分子材料研究起源聚合物凝胶：由网状结构（物理或化学交联结构）的高聚物和水组成。网状结构的高聚物不能被水溶解，但能吸收大量水分子而使凝胶溶胀。第3页，共34页，星期日，2025年，2月5日人工材料：透明混浊★离子化的部分水解聚丙烯酰胺凝胶置于水－丙酮溶液中新的研究领域：灵巧凝胶、智能凝胶冷却加热★聚丙烯酰胺凝胶田中丰一1975年随溶剂浓度和温度变化，凝胶溶胀或收缩数倍。第4页，共34页，星期日，2025年，2月5日智能高分子材料的研究内容：(1)智能高分子凝胶——刺激响应性高分子凝胶单一响应性——压力、温度、光强、电(磁)场、组成、pH值、离子强度、特异的化学物质刺激；受到环境刺激时会随之响应，发生结构、物理性质、化学性质变化的凝胶。双(多)重响应性——热-光、磁－热、pH值－离子刺激等。第5页，共34页，星期日，2025年，2月5日控制信号：●体内信号●外部信号：热、电场、磁场、超声波等物理信号。当药物所在环境发生变化时，体系能够感知并做出相应的反应，以一定的形式（定向、定时、定量）调控释放药物，从而达到最佳治疗效果的系统。(2)智能药物释放体系第6页，共34页，星期日，2025年，2月5日(3)记忆功能高分子材料(4)智能高分子膜应力记忆、形状记忆、体积记忆、色泽记忆。以高分子膜的形式对环境进行感知、响应且具有功能发现能力的膜用材料。研究较多：选择性渗透、选择性吸附和分离等。第7页，共34页，星期日，2025年，2月5日（5）聚合物电流变流体由高介电常数的聚合物颗粒悬浮在低介电常数的液体中构成，可有效解决无机电流变液的沉降和材料对器件的磨损等问题。聚合物：以离子型聚合物和聚合物半导体为主。（6）智能织物防水透湿织物、变色纺织品、调温纺织品、智能安全防护纺织品等。第8页，共34页，星期日，2025年，2月5日4.2高分子凝胶及体积相转变高分子凝胶：复合体系溶胀相收缩相凝胶的体积随外界环境因子变化而产生不连续变化的现象——凝胶的体积相转变。体积相转变：体系内各种相互作用力相互结合和竞争的结果。网络的交联结构——使它不溶解而保持一定的形状；亲溶剂型基团——使它可被溶剂溶胀。第9页，共34页，星期日，2025年，2月5日高分子凝胶内存在的相互作用力(1)范德华力取向力、诱导力、色散力。在非极性有机溶剂体系的凝胶中起重要作用。(3)静电相互作用力源于大分子链上荷电基团的