刺激响应性嵌段共聚物的合成和性能研究文献综述

 2022-08-17 09:41:39

刺激响应性嵌段聚合物的合成与性能研究

摘 要:随着科学技术的不断革新和发展, 新型智能材料的功能性要求越来越多。刺激响应性嵌段聚合物由于兼备聚合物功能以及随环境变化做出智能响应性的特性, 已被广泛用于生物医学、膜科学、燃料电池等领域。近年来, 刺激响应聚合物因其独特的性能而被广泛应用于药物释放、诊断治疗、组织工程和生物传感器等方面。一系列的研究结果表明, 聚合物的分子量、化学结构组成以及链结构影响了刺激响应体的物理、化学性质, 通过合理的结构设计, 可以得到组成可控的聚合物结构, 从而应用于全新的领域。目前,利用活性/可控自由基聚合和一些高效的化学反应,从而可以采用将多种方法相结合的方式能够方便地制备一系列分子量和结构可控的刺激响应性嵌段聚合物。本文就刺激响应性嵌段聚合物的合成方法与应用中的最新研究进展进行了综述。

关键词:刺激相应;可控/活性自由基聚合;嵌段聚合物

一、前言

刺激响应性聚合物又称环境响应性共聚物或智能共聚物[1,2],是一类在外界刺激下能产生非线性响应,自身的行为会发生相应变化的聚合物。近年来, 刺激响应聚合物因其独特的性质而受到广泛关注, 这类聚合物受外界环境变化生物信号或物理信号,如pH 值[3]、温度[4]、酶[5]、磁场[6]、电场[7]、离子强度[8]、近红外光(NIR)或紫外光(UV)[9, 10]等,自身的某些性质,如形状、相态、力学、光学、表面能、渗透速率、反应速率和识别性能等也会发生相应的改变。这类材料在响应性涂料、自修复材料、形状记忆材料 以及纳米医药领域具有广泛的应用,例如免疫测定、酶复苏、药物输送等。在过去的20年间,由于可控/ “活性”自由基聚合技术(如NMP,ATRP,RAFT)和聚合物后处理技术(如点击化学)的发展,将多种功能单体引入聚合物侧基或末端,使刺激响应性聚合物呈现出指数发展趋势[11]通常来说,刺激响应性聚合物可以认为是一种软物质,可以按照刺激的种类分为如下三种:(a). 化学刺激,例如pH、离子强度、溶剂极性、气体、湿度、氧化还原反应等;(b). 物理刺激,例如电场、磁场、温度变化、光辐射、机械应力等;(c). 生物化学刺激,例如抗原、酶、配体或其它生化制剂。

因此,开发刺激响应性材料的用途引起广大研究工作者的注意,目前随着一些新型合成技术的进步和研究测试手段的提高,将含有不同官能团通过化学方法对高分子链段进行功能化修饰, 赋予高分子化合物具有新的物理和化学性能,大大拓展刺激响应型高分子的应用范围。

二、刺激相应嵌段聚合物的合成方法

刺激响应性嵌段共聚物可通过多种不同的方法进行制备[12,13], 如可控/“活性”自由基聚合、阴离子聚合等。区别于传统自由基聚合方式,制备合成聚合物的分子量大小和分散性难以控制,可控/“活性”自由基聚合因其反应条件温和易实现,适用单体范围广泛,得到的聚合物的相对分子量分布较窄,聚合方式多样等优点而被普遍使用。

(一)原子转移自由基聚合(ATRP)

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