环境敏感高分子材料
高分子材料第三章第五节智能高分子凝胶
近年来高分子凝胶作为软湿件( 近年来高分子凝胶作为软湿件(Soft and Wet Wares) 材料成为智能高分子材料中的重要研究领域。 材料成为智能高分子材料中的重要研究领域。由于此类 智能凝胶在柔性执行元件、微机械、药物释放体系、 智能凝胶在柔性执行元件、微机械、药物释放体系、分 离膜、生物材料等方向有诱人的应用前景， 离膜、生物材料等方向有诱人的应用前景，因此目前这 方面的研究十分活跃。 方面的研究十分活跃。 自然界的一些生物(如海参等) 自然界的一些生物(如海参等)的原始器官主要为水 凝胶，它能够对外界的接触迅速作出响应， 凝胶，它能够对外界的接触迅速作出响应，或柔软的躯 体瞬间变得僵硬或部分体壁变为黏性物质。 体瞬间变得僵硬或部分体壁变为黏性物质。生物体肌肉 收缩、 收缩、松弛的分子机理为肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维的 互相滑移，肌肉收缩和松弛时，肌浆球蛋白间的纤维( 互相滑移，肌肉收缩和松弛时，肌浆球蛋白间的纤维(可 交联为凝胶状)产生很大的收缩或溶胀。 交联为凝胶状)产生很大的收缩或溶胀。在许多类似的自 然现象的启示下， 然现象的启示下，人们日益重视对高分子凝胶特别是刺 激响应性智能凝胶的研究。 激响应性智能凝胶的研究。
5） 表面活性剂
聚合物和表回活性剂相互作用的研究源自蛋白质和天 然脂质的缔合， 然脂质的缔合，其后扩展到与合成表面活性剂缔合的研 最近水溶性合成聚合物（如聚氧化乙烯） 究。最近水溶性合成聚合物（如聚氧化乙烯）与离子型 和非离子表面活性剂的相互作用更引起了许多研究者的 注意。 注意。表面活性剂添加至聚合物溶液中会形成聚合物表 面活性剂配合物，从而使聚合物的物理性质发生变化， 面活性剂配合物，从而使聚合物的物理性质发生变化， 其作用可归结为四类： 其作用可归结为四类： ①聚合物构象变化，如线团-球转变和线团-杆转变； 聚合物构象变化，如线团-球转变和线团-杆转变； ②聚合物牌剂相界面上相分离区扩展和位移； 聚合物牌剂相界面上相分离区扩展和位移； ③形成复合微相； 形成复合微相； ④溶胀凝胶转变的位移和流变性能变化。 溶胀凝胶转变的位移和流变性能变化。
第三章 (1) 高分子材料的物理化学性质
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（ii）pH敏感水凝胶 ：pH敏感性水凝胶是体积随环境pH值、 离子强度变化的高分子凝胶。这类凝胶大分子网络中具有可解 离成离子的基团，其网络结构和电荷密度随介质pH值的变化而 变化，并对凝胶的渗透压产生影响；同时因为网络中添加了离 子，离子强度的变化也引起体积变化。 一般来说，具有pH值响应性的水凝胶都是含有酸性或碱性侧 基的大分子网络，即聚电解质水凝胶。随着介质pH值、离子强 度的改变，酸、碱基团发生电离，导致网络内大分子链段间氢 键的解离，引起不连续的溶胀体积变化。
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热可逆性水凝胶 有些聚合物水溶液在室温下呈自由流动的液态 而在体温下呈凝胶态，即形成热可逆性水凝胶(TGR)。这一体系 能够较容易地对特定的组织部位注射给药，在体内环境下很快形 成凝胶。而且这种给药系统的制备较简单，只需将药物与聚合物 水溶液进行简单地混合。 如：聚环氧乙烷(PEO)与聚环氧丙烷(PPO)嵌段共聚物是已被批 准用于药用辅料的高分子，商品名叫普流罗尼(Pluronic)或泊洛沙 姆(Poloxamer)，依据其结构和浓度，这类聚合物存在两个临界相 转变温度，即溶液-凝胶转变温度(相当于LCST)和凝胶-溶液转变 温度，在这两个温度之间其水溶液呈现凝胶状态。利用这类共聚 物水溶液低温溶液状态混合药物，尤其是生物类药物，注人体内 形成凝胶，从而实现控制药物释放同时保护药物活性的功能。
水凝胶
敏感性高分子及水凝胶摘要：本文介绍了几类敏感性高分子及其水凝胶。
主要包括pH敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、温度及pH双重响应水凝胶、光响应水凝胶、磁场响应水凝胶等的性质及其研究进展。
简要介绍了敏感性高分子及其水凝胶的性质、制备方法、应用及其发展前景。
1引言近年来，随着信息，生命，环境，航空航天等领域科学技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高。
因此，一批性能特异的新功能材料相继问世，敏感性材料就是其中的一类。
对环境具有可感知，可响应，并具有功能发现能力的高分子和水凝胶被称之为环境敏感性高分子（environment sensitive polymers）和环境敏感性水凝胶（environment sensitive hydro gels）[1]。
与传统的高分子和水凝胶不同，这类高分子和水凝胶的某些物理或化学性质可因环境条件的变化而发生突变。
因此，这类高分子也被称为“刺激响应性高分子（stimuli-responsive polymers）”、“灵巧性高分子(smart polymers)”或“智能性高分子（intelligent polymers）”,相应的水凝胶被称为“刺激响应性水凝胶（stimuli-responsive hydro gels）”、“灵巧性水凝胶（smart hydro gels）”和“智能性水凝胶（intelligent hydro gels）”[2]。
与高分子不同，凝胶是一类可保持一定几何外形，同时具有固体和液体某些性质的胶体分散体系。
它是软物质（soft materials）存在的一种重要形式，是介于固体和液体之间的一种物质形态。
凝胶体系由胶凝剂（gelators）所形成的三维网络结构和固定于其中的大量溶剂组成。
敏感性水凝胶[3]是一种亲水性高分子交联网络,它能够感知外界环境的微小变化(例如温度、pH、离子强度、光、电场和磁场等),并通过自身体积的膨胀和收缩来响应外界的刺激.敏感性水凝胶的上述特点使其在药物控制释放、物质分离提纯、活性酶包埋和生物材料培养等方面有广泛应用前景。
药用高分子材料试题库
第一题、填空题1依据药用高分子材料的用途一般可分为三大类：_在传统剂型中应用的高分子材料 _,控释、缓释制剂和靶向制剂中应用的高分子材料_和包装用的材料。
2、淀粉是天然存在的糖类，由两种多糖分子组成，分别是___ 直链淀粉_和_支链淀粉____ ，它们的结构单元是________ D-吡喃环形葡萄糖 ______ 。
3、含A、B两种单体的共聚物分子链的结构单元有四种典型的排列方式：无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物____ 。
4、自由基聚合反应的特征可概括为_慢引发_、_快增长___________ 、_速终止_______ 。
5、高分子的溶解是一个缓慢过程，其过程课分为两个阶段：一是—溶胀二是—溶解—。
p296、非晶态聚合物的物理状态分为玻璃态、_____ 高弹态—和—黏流态这些状态通称为力学状态。
P237、热致凝胶化和____ 昙点—是水溶液非离子型衍生物的重要特征，这种特征表现为聚合物溶解度不随温度升高而升高。
8、淀粉形成均匀糊状溶液的现象称为糊化_;而淀粉凝胶经长期放置会变成不透明的沉淀现象则称为老化。
9、纤维素都是由D—葡萄糖单体缩聚而成的一个直链高分子，而且都是以—1, 4—葡萄糖苷键的形式连结起来的。
10、根据主链结构，可将高聚合物分成______ 有机高分子___ , _____ 元素有机高分子 ____ 和无机高分子_____ 。
11、链锁聚合是指整个聚合反应时由______ 链引发__ , _____ 链增长___ ,—链终止—和链转移等基元反应组成。
12、制备或生产缩聚高分子化合物的方法有—本体聚合—, __________ 溶液溶聚—和 ______ 界面融聚____ 。
第二题、选择题1下面哪项不是有关药用高分子材料的法规（D）A《中华人民共和国药品管理法》B《关于新药审批管理的若干补充规定》C《药品包装用材料容器管理办法（暂行）》D《药品生产质量管理办法》2、聚氯乙烯的结构式为，其重复单元为（D）-CH 2_CH —Cl I nC —CHD — CH 2— CHCl3、由两种旋光异构单元交替接成的高分子成为（A全同立构B间同立构C无规立构D几何立构4、不属于阴离子型聚合机理的特点是（D）A快引发B快增长C无终止D有终止5、在强烈搅拌和分散剂作用下，单体以液滴状悬浮于水中，经引发剂引发的聚合方法称为（C）A本体聚合B溶液聚合C悬浮聚合D乳液聚合6、下列哪项不属于溶解高分子材料溶剂选择的基本原则（A）A pH值相似原则B溶度参数相近原则C极性相似相溶原则D溶剂化原则7、下列哪项分子量测定方法应用最广泛（B）A端基测定法B黏度法C光散射法D相平衡分级法8、下列剂型中，不能用羧甲基纤维素钠作辅料的是（C）A片剂B乳剂C注射剂D混悬剂9、下列不是高分子助剂的是（C）A、抗氧剂B、抗静电剂C、增溶剂D、润滑剂10、关于淀粉叙述错误的是（B）A、玉米淀粉为白色结晶粉末。
高分子材料与环境
备注：截止到 2010 年 3 月的统计结果。
我国乙烯工业发展
建国初期，乙烯产量趋于零，90% 以上的石油化工产品依赖于进口。 1962 年，兰州石化公司 5000 吨/年乙烯装置建成投产，标志着我国乙烯 工业的诞生。
1965 年 8 月，第一套以原油为原料的砂子炉制乙烯装置及 LDPE、PP、
石蜡
苯类
重组分 气化 甲醇
裂解 乙烯 丙烯
乙醇 胺类 表面活性剂
焚烧和填埋：
即使前三种处理方法能够很好地完成，产生少量的废物仍然是不可避 免的，这些废物必须通过焚烧或者填埋的方式进行处理。 备注：若把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。
塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生二噁英 ——迄今为止毒性最大
6. 聚苯乙烯（PS, Polystyrene） ——出色的电绝缘性能、透明性、加工流动性，良好的耐水性、耐光 性；其增韧品种，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、ABS 树脂，广泛用于 电子电器、仪表、文教用品、食品包装、玩具等；聚苯乙烯泡沫的 开发，更扩大了其应用范围。 7. Others ——PMMA(Polymethyl Methacrylate)、PC(Polycarbonate)、ABS 等。
的一类物质。二噁英进入土壤中，至少需 15 个月才能逐渐分解，它会危害 植物及农作物，对动物的肝脏及脑也有严重的损害作用。因此，焚烧塑料垃 圾排放出的二噁英对环境的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题。
高分子材料中的添加剂：
增塑剂、稳定剂（热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂）、润滑剂、增强填
料、着色剂、固化剂、发泡剂、阻燃剂、增韧剂、成核剂、荧光增白 剂、抗静电剂…
重要事实：
1. 世界 4% 的原油储量用于合成高分子材料；原油的能量在合成高密
敏感材料-光、气、湿度
热敏材料
力敏材料
敏敏感感材材料料
光光敏敏材材料料
湿湿敏敏材料料
磁敏材料
光敏材料
•光敏电阻：利用光电导效应检 测光强度的光敏元件
•光致抗蚀剂：抗蚀涂层用的感 光性树脂
敏感材料
气敏材料
湿敏材料
电压 + 光照
自由电子+空穴
光敏材料
导电性能改变
敏感材料
气敏材料
湿敏材料
本征光电导 杂质光电导
光致抗蚀剂
利用材料吸附效应直接吸附大气中的水分子，
使材料的电学特性（水电离引起离子传输，使固体 材料电阻率降低）等物理特性发生变化进行测量
电解质型
湿敏材料
陶瓷型
半导体结型
敏感材料
高分子型
光敏材料
气敏材料
利用陶瓷烧结时形成的多孔结构，吸附和凝 聚水分子作为导电通路，改变陶瓷本身的电导率或 电容量
湿敏材料
敏感材料Βιβλιοθήκη 光致抗蚀剂，又称光刻胶，由感光树脂、增感剂 和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。
感光树脂经光照
光敏材料
固化反应
溶剂溶蚀
敏感材料
物性改变 溶解度、亲和性
气敏材料
湿敏材料
主要用途：
大规模集成电 路中细微图形 加工的关键材 料之一。
气敏材料的电阻值将随所处环境的气
氛而改变，其阻值随材料类型和气体的浓度 作有规则的变化
敏感材料 ——光、气、湿度
• 敏感材料是对电、光、声、力、热、磁、气体分布 等场 的微小变化而表现出性能明显改变的功能材 料（通常称之为第二代材料）
• 敏感元件是传感器的核心元件。
• 敏感元件要求：灵敏度高、稳定性和可靠性高，互 换性和生产重复性好，在某些情况下还要求有高的 响应速率
智能高分子材料
加热
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 随溶剂浓度和温度变化，凝胶溶胀或
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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 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。
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； 双(多)重响应性——热-光、磁－热、pH值－离 子刺激等。
质子化程度相应改变，导致聚合物网络
结构单元的离子键或氢键状态改变；
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(1) pH敏感性凝胶 ★聚丙烯酸（羧基电离） 高pH值：溶胀 低pH值：收缩 ★壳聚糖 (CS － NH2) 与聚丙二醇聚醚 (PE) 的半 互穿聚合物
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接触电场：部分水解的聚丙烯酰胺凝胶浸入50% 的丙酮水溶液中 非接触电场：聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸(PAA) 共混物弯曲
应用：化学开关、药物释放体系、人工肌肉
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5.3.2化学刺激响应性
(1) pH敏感性凝胶
随pH值的变化发生溶胀或收缩的凝胶。 结构特征：网络中含有大量易水解或质子化的 酸、碱基团(如羧基或氨基)。 机理：随外界 pH 值变化，酸、碱基团的解离或
1
智能高分子材料
5.1概述
概念
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。 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。 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。
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(2)光敏感性凝胶
由于光辐射(光刺激)而发生体积相转变的凝胶
特殊环境条件 选用导则 第2部分：高分子材料-最新国标
特殊环境条件 选用导则 第2部分：高分子材料1 范围本文件给出了对干热、干热沙漠、高原、湿热海洋、湿热、极端寒冷等6种特殊环境条件下高分子材料的选用提出选用导则。
本文件适用于塑料、橡胶、涂料，其中塑料包括生物降解塑料和非生物降解塑料。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 20625 特殊环境条件 术语3 术语和定义GB/T 20625界定的术语和定义适用于本文件。
4 高分子材料的分类本文件所涉及的高分子材料主要包括塑料、橡胶、涂料等3类，其中塑料包含生物降解塑料和非生物降解塑料。
5 使用环境条件使用环境分为6种类型，干热、干热沙漠、高原、湿热海洋、湿热和极端寒冷等室内外环境。
6 使用环境对高分子材料的要求干热、干热沙漠环境用的高分子材料宜选用耐高温、耐低温和耐温变性均良好的材料。
高原地区用的高分子材料宜选用对紫外线不敏感的材料，其次可选用添加了紫外线吸收剂的材料。
湿热海洋、湿热环境使用的高分子材料宜选用耐生物降解、分子主链极性低的材料。
极端寒冷环境使用的高分子材料宜选用低温韧性大的高分子材料。
7 高分子材料种类的选择塑料种类的选择特殊环境条件下，常用的非生物降解塑料参见附录A，常用的生物降解塑料参见附录B。
橡胶种类的选择特殊环境条件下，常用的橡胶材料参见附录C。
涂料种类的选择特殊环境条件下，金属表面涂料种类的选择见GB/T 20644.1-202X。
8 试验评价项目的选择特殊环境条件下，高分子材料评价项目的选择见表1。
表1 高分子材料评价项目项目类型 项目名称力学性能 拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、撕裂强度、缺口冲击强度、落球冲击强度表观性能 光泽、颜色、粉化、裂纹、变形、硬度、是否有析出物、表面是否发粘光学性能a透光率、雾度、折射率、双折射率电学性能 介电强度、介电常数、介电损耗角正切、表面电阻率、体积电阻率、耐电弧 生物降解性能b生物降解率、崩解率a仅适用于透明或半透明高分子材料。
环境友好高分子材料
环境友好高分子材料
环境友好高分子材料是指那些在生产、使用和废弃处理过程中对环境影响较小的材料。
随着人们对环境保护意识的增强，环境友好高分子材料的研发和应用也日益受到重视。
首先，环境友好高分子材料的研发是为了解决传统材料对环境的污染问题。
传统的高分子材料在生产过程中会排放大量的有害气体和废水，而且在使用过程中往往会产生有毒物质，对环境造成严重的污染。
因此，研发环境友好高分子材料是为了减少对环境的负面影响，保护生态环境。
其次，环境友好高分子材料具有良好的可降解性。
传统的高分子材料往往具有较长的分解周期，废弃后会对土壤和水体造成严重的污染。
而环境友好高分子材料在合成时会考虑到其可降解性，能够在一定条件下迅速分解为无害的物质，减少对环境的负面影响。
另外，环境友好高分子材料还具有较低的能源消耗。
传统的高分子材料在生产过程中需要大量的能源，而环境友好高分子材料的生产过程中能源消耗较低，能够减少对能源资源的浪费，符合可持续发展的理念。
此外，环境友好高分子材料还具有较高的再生利用率。
传统的高分子材料在废弃后往往难以再生利用，而环境友好高分子材料在设计时会考虑到其再生利用的可能性，能够通过回收再利用的方式减少对自然资源的消耗，实现循环利用。
总的来说，环境友好高分子材料的研发和应用对于环境保护具有重要意义。
它们能够减少对环境的污染，降低能源消耗，提高再生利用率，是未来材料发展的重要方向。
希望在未来的研究和生产中能够更多地推广和应用环境友好高分子材料，为环境保护事业做出更大的贡献。
功能高分子材料的合成与表征考核试卷
考生姓名：__________答题日期：______/______/________得分：_________判卷人：_________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.功能高分子材料中，以下哪种材料的导电性能最好？
（答题括号）
8.功能高分子材料在环境中的应用仅限于污水处理。（）
（答题括号）
9.高分子材料的降解速率与其分子量和化学结构无关。（）
（答题括号）
10.形状记忆高分子材料的恢复行为只能在加热条件下发生。（）
（答题括号）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述功能高分子材料的特点及其在现代社会中的应用领域。
（答题括号）
14.以下哪些因素会影响高分子的降解速率？
A.环境温度
B.水分含量
C.聚合物的化学结构
D.光照条件
（答题括号）
15.功能高分子材料在传感器领域的应用包括以下哪些？
A.生物传感器
B.温度传感器
C.湿度传感器
D.光传感器
（答题括号）
16.以下哪些方法可以用于制备形状记忆高分子？
A.物理交联
B.化学交联
A.自由基聚合
B.阴离子聚合
C.配位聚合
D.活性聚合
（答题括号）
5.关于功能高分子材料的结构表征，下列哪项技术最适用于确定分子量？
A.红外光谱
B.核磁共振
C.质谱
D. X射线衍射
（答题括号）
6.以下哪种材料被认为是热塑性高分子？
A.聚酰胺
B.聚乙烯醇
C.聚对苯二甲酸乙二醇酯
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9.3 其他环境敏感高分子材料9.3.1温度响应高分子温度响应高分子是高分子本身具有温度响应性，在水溶液中这类高分子都有一个浊点或称为低临界溶解温度( LCST)。
通常，它们是一种水溶-水不溶性高聚物，其大分子链上存在亲水基团和疏水基团。
温度响应高分子的品种很多，有聚羟丙基甲基丙烯酸甲睹、羟丙基（羟乙基、羟丙基甲基）纤维索、聚乙烯醇衍生物、聚（N-取代）酰胺类（取代基可为吡咯烷酮、L-氨基酸）、环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物和嵌段共聚物、聚环氧乙烷和聚甲基丙烯酸等，产生LCST现象的原因是高集物释放出了疏水界面上的水，从而引起了高聚物的沉淀从溶于水成为不溶于水。
这类聚合物可用增加或减少其亲水性基团的比例来调LCST的高低。
9. 3. Z刺激响应高分子水溶液刺激响应高分子水溶液是把水溶性刺激响应高幕物溶于水中而制得的。
它能在特殊的环境条件下从水溶液中沉淀出来。
具有此种性质的聚合物体系可作为温度或pH指示器的开关。
把某些生物分子或具有生物活性的分子如蛋白类，多肽类、多糖类、核酸类、脂肪类和各种配体或受体与它结合形成结台物，当给予某种外界刺激时，就能产生沉淀而从溶液中分离出来，Hoffman等将这类刺激响应高聚物与某种具有识别功能的生物分子或者某种受体的配体如细胞受体肽或抗体结合，应用于沉淀诱导的亲和分离过程。
其过程是：当带有识别功能的生物分子或配体的刺激响应高分子的水溶液与溶酶体或细胞悬浮液混合时，刺激响应高分子能与溶酶体或细胞膜发生相互作用；之后，混合液接受某一外部刺激，刺激响应高分子目标生物分子或细胞结台物从水溶液中沉淀出来而发生相分离；最后，改变条件使刺激响应高分子与目标生物分子或细胞分离。
用此法可回收溶液中的免疫球蛋白(IgG)，还能从溶菌酶中分离出CD44细胞。
9.3.3载体表面的刺激响应高分子用化学接枝或物理吸附的方法把刺激响应高分子固定在固体载体表而，当外部环境条件如溶液温度、pH值或某些离子强度等发生微小变化时，能显著改变表面层的厚度、湿润性或电荷。
由于表面层很薄，因此这种在固体载体表面的刺激响应高分子的响应速率要快于水凝胶。
将PNIPAAm接枝到细胞培养皿的表面，当温度低于32℃时，由于PNIPAAm溶胀并含有大量水分，蛋白质或细胞易于脱；当温度高于32℃时，表面就会从亲水表面变为疏水表面，蛋白质或细胞易于吸附。
应用这种规律，可用于细胞培养和转移。
例如，采用电子线辐照法可向聚苯乙烯培养皿表面接枝聚异丙基丙烯酰胺，牛内皮细胞和鼠肝细胞在这种培养皿上在37'℃下生长2天后将温度降至10'℃'保持30min，即使不改变介质细胞也可从培养皿表面逐渐脱附。
采用这种方法回收的细胞仍保持生长初期的底物粘连性与分泌活性，因而优于胰蛋白酶消化脱附法。
还可以将这类刺激响应高分子沉积到多孔载体表面的孔道中。
当改变温度时，载有这种高聚物的表面就会在亲水表面和疏水表面间变换。
亲水表面可排斥蛋白质或细胞，疏水表面则可吸引蛋白质或细胞。
因此这类表面能起到“开关”蛋白质或细胞的作用。
9. 3. 4刺激响应高聚物膜刺激响应高聚物膜是膜的通透性响应环境变化的一类膜材料，这类膜是利用高聚物可逆的构象和聚集态受外界刺激而变化的原理而研制成的。
与普通膜的通透性同环境无关相反，这类膜类似生物细胞膜，能感知环境变化，且会响应环境变化改变自身的性能。
壳聚糖和丝心蛋白通过氢键形成的复合膜具有良好的pH值和离子响应性。
这种复合还可以利用蒸发汽化来分离乙.醇／水或分离异丙醇／水混合物。
并且，该复合膜在AlCl3碱性溶液中的溶胀度随着A13+的浓度而变化，因此，这种复合膜可以用作为离子浓度控制的化学开关。
将聚丙烯酸接枝干经低温等离子体辐射处理的聚碳酸酯膜上，在中性和碱性区水透过的速率与pH值几乎无关，而在酸性区则在一定接枝密度下与pH值相关。
原子力显微镜对此pH值敏感系统膜的观察结果表明，其分子阀特性原于接枝聚合物响应介质pH值变化动态开-闭膜孔道而调控过滤特性。
此外，多态膜的渗透速率可随钙离子浓度和pH值或电场强度而变他。
也有利用填料粒子受外界环境变化在膜内的分布发生变化，从而改变其渗透速率的，如Si02填充高密度聚乙烯的微孔膜。
9.4环境敏感高分子材料的应用环境敏感高分子材料在过去10-15年间，已经进行了许多应用研究，它们已经或将会应用于下列领域。
①光电和电子领域：可用作开关、传感器、显示器件和记忆材料等。
②医药和生物工程领域：可用作光指示器、沉淀分离剂、相转移催化剂，微孔膜上的渗透开关、药物释放控制系统、固定化酶治疗装置和植入片剂等，③机电一体化领域：可用作化学机械系统的材料。
④智能材料领域：它可作为传感元件和执行元件，有的还可同时具备传感和执行两种功能。
除此之外，刺激响应高聚物在航空、航天、建筑等领域的应用研究也有不少报道.由上可见，这类材料具有广泛的应用前景。
由于智能凝胶是环境敏感高分子材料中研究最多的一类材料．因此·对它们的应用研究的报道较其他类别环境敏感高分子材料中更多，所以下面主要列举智能凝腔的应用。
智能凝胶以其独特的性能，在过去几十年日益受到人们的关注·相关研究和开发工作发展迅建。
利用智能凝胶在外界刺激下的变形、膨胀，收缩等响应，可实现化学能与机械能直接转换。
开发出雌凝胶为主体的传感器、人工触觉系统，药物控制释放系统、化学存储器、分离系统等。
其中部分产品已进如入场．表9-3列出智能凝胶的部分应用领域。
(1)药物释放系统智能凝胶药物释放系统能感觉由疾病产生的信号井判断信号的强弱，释放相应量的药物。
利用伴刀豆球蛋白与葡萄糖及具有生理活性的糖基化胰岛素的竞争及互补结合的性质，制成了胰岛素自动调节给药系统。
聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)凝胶袋内装入G-胰岛素-Con-A混悬液。
当血糖浓度偏高时，葡萄糖穿过PHEMA膜进入袋中．从Con -A结合物中替代G-胰岛素，使G-胰岛素释放出来并发挥怍用。
降低血糖水；血糖水平降低又会抑制这一取代反应，足使G-胰岛素停止释放。
以聚氧化乙烯(PEO)和聚氧化丙烯(PPo))为主的三嵌段聚台物PEO-PPO-PEO与聚丙烯酸(PAA)聚合，可以形成的一种智能凝胶。
这种凝胶的聚丙烯酸部分具有生物粘连性和pH 敏感性，疏水的PP0链段能在体温附近胶凝，制成胶囊后可以让亲酯性药物在水溶液缓慢释放。
由该产品制得的滴眼液对温度和剪切力敏感'能在数小时内缓慢释放药物，从而克服传统眼药水易被泪水稀释流失的缺陷。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰化得到的天然聚合物具有良好的生物相容性和生物降解性。
Hoffman等人在Pluronic聚合物侧链上接枝壳聚糖．该聚合物在PH值为7.4、升温至37℃时形成凝胶，可用于青光眼药物以及通过鼻腔的受体蛋白质的给药系统。
热敏水凝胶应用于控释系统的关键是膨胀程度相转变温度和转变速率，研究最多的这一类凝胶是聚丙烯酰胺的N取代衍生物，尤其是PNlPA-将直径为1.5cm的PNIPA圆形膜浸于50℃水中4min．收缩后故人维生素B12缓冲溶液中40'℃过时凝胶膨胀吸收药物取出膜用冷缓冲溶液淋洗，然后置于50℃'缓冲液中，由于物理收缩和挤压作用，维生素B12释放。
用聚（丙烯酰胺甲基丙磺酸-co-N-甲基丙烯酸丁酯）[P(AMPS-BMA]制备的电流敏感性释放系统，以依酚氯铵为模型药物，采用不同强度的电刺激,药物呈现完全开关式的脉冲式释放，这意味着释放速率的大小可通过电流强度调节。
温敏性的水凝胶PNIPAAm.-MAAc/AAc在脉冲电场下有良好的可重复性的溶胀收缩变化。
当该凝胶装载药物时，可以对体内的环境化学信号及传感器上的电信号作出反应，实现药物控制释放。
该凝胶装载胰岛素，在脉冲电场下(o—5V)溶胀-收缩，表现为药物释放的开关，有良好的重复性。
(2)化学分离和化学阀利用智能凝腔受外界环境的刺激膨胀收缩，导致其网络尺寸和高分子链段与溶剂间的相互作用发生某种程度的改变，可以选择性分离不同性质、形状大小的化合物。
聚电解质凝腔可以根据凝腔内外离子浓度差，应用Dannan平衡理论进行电解质的浓缩分离。
表9 -4列举了利用智能凝胶刺激响应特性的分离技术。
利用丙烯酸共聚凝胶膜浓缩乙醇水溶赦，在操作中改变氯化钠盐的浓度，使凝胶状态发生改变，与普通蒸馏相比更有效。
水和乙醇的气液平衡关系在有无凝腔时不同，吸水凝胶的存在使得乙醇在气相富集，从而得到高于母液2-3倍浓度的溶液。
在丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺共聚物凝腔中，含有由两个丙烯酸单体形成的羟基螯合基，可以与二价金属离子形成络台物。
该凝胶在温度低于37℃溶涨。
此时螫合基分离；当凝胶在高于50℃'收缩时，螯合基聚集活化，捕捉溶液中的金属离子。
凝胶再次膨胀时．金属离子被释放。
不同相转变温度的凝胶可以络合不同的金属离子。
因此，这种凝胺材料可以用于水的净化。
聚丙烯酸的羧基可随溶液pH的变化而离解或非离于化，解离时产生离子。
使官能团之间的距离增大，大分子网络伸展；反之，在非离子化状态时，因无斥力，大分子网络收缩。
利用聚丙烯酸凝胶可伸缩的特性，将其接枝于多孔性高分子膜材上，借助接枝链的伸缩性使孔径变化，可控制膜对某些物质（液体、溶质）的渗透性。
当pH值较低时抑制渗透'当pH 值较低时促进渗透。
(3)调光材料对环境刺激有响应的智能凝胶也可用作调光材料，这类凝胶和凝胶粒子组成，可以按照布拉格衍射理论调节光强和光波长．从而影响光的透过和反射。
有望制成传感器和光学装置等。
以N-异丙基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N,N，N’,N’-四甲基PNIPA凝胶，然后将其与聚乙烯醇复合制得温度响应的调光玻璃。
室温时，凝胶呈透明状态，可以观察到玻璃上的图案。
放置在红外灯下几秒钟后，由于吸收了红外等产生的热量，玻璃不透明。
关掉红外灯后，玻璃上的图案又清晰可见。
(4)酶的固定用PNJPA固定嗜热菌蛋白酶得到PNIPA-嗜热菌蛋白固定化酶，将其作用于底物溶液。
利用温度高于LCST时PNIPA在底物溶液中可以沉淀出来，离心使固定化酶与底物和产物分离，整个过程酶的活力基本上不损失。
这种温度敏感型水凝胶固定酶的方法可以避免对酶的活力造成伤害，并且还提高了酶的稳定性。
以木瓜酶为模型蛋白质吸附在聚（N-异丙基丙烯酰胺co烯酸）凝胶上，结果表明．当凝腔中羧基含量较高时，酶的保留活力较高-(5)人工肌肉凝腔的收缩膨胀可以将l化学能或电能转化为机械能，这一现象使得科学家们很早就预计智能凝胶能够作为人工肌肉的材料。
将铁磁体材料作为种子植入凝腔中-施加磁场后，铁磁体发热井促使其周围的凝Afa 度升高，诱发收缩膨胀；去除磁场后，凝胶温度冷却，恢复至原来的形状。
也可以将镍埋^预先成型的凝胶中或在微米级的镍表面涂上聚乙烯醇，加^到单体中再聚合形成凝胶。