pH响应性水凝胶是一种能够根据周围环境的pH值变化而发生体积膨胀或收缩的智能材料。这种水凝胶通过其内部的化学结构对pH变化敏感,能够在特定的pH条件下调节自身的溶胀状态,从而实现药物的控制释放、组织工程中的环境响应等功能。
pH响应性双网络结构水凝胶是一类通过设计不同网络结构和引入pH响应性基团,实现对pH变化敏感并产生相应物理或化学性质改变的智能材料。以下是一些典型的pH响应性双网络结构水凝胶及其特点:
1.P(AM-AA)/PVA/PAMPS双网络水凝胶:
结构特点:该水凝胶由丙烯酰胺-丙烯酸共聚物(P(AM-AA))、聚乙烯醇(PVA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PAMPS)组成双网络结构。
pH响应性:由于含有羧酸和磺酸基团,在pH=12的环境中,这些基团电离程度增大,水凝胶溶胀比增大;在pH=2的环境中,电离程度降低,溶胀比减小,表现出的pH响应性溶胀–失水性能。
力学性能:通过调节Fe³⁺浓度,可优化水凝胶的力学性能,如断裂应力和断裂伸长率。
2.agar/PAAC-Fe³⁺双网络水凝胶:
结构特点:以琼脂糖(agar)为基底,通过丙烯酸(AAc)与Fe³⁺的配位作用形成动态可逆的金属配位键,结合共价交联网络,构建双网络结构。
pH响应性:羧酸基团在不同pH下电离程度变化,导致水凝胶溶胀行为改变。
自修复性能:物理交联网络赋予水凝胶良好的自修复性能和延展性。
3.基于聚电解质的双网络水凝胶:
结构特点:由聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)等聚电解质与中性聚合物(如聚甲基丙烯酸羟乙酯)共混形成。
pH响应性:聚电解质链上的酸性或碱性侧基在不同pH下离子化程度不同,导致静电排斥力变化,进而引起溶胀或收缩。
应用:在药物控释系统中,可根据胃肠道pH差异实现药物定点释放。
4.含动态共价键的双网络水凝胶:
结构特点:在双网络中引入动态共价键(如席夫碱键、二硫键),结合pH响应性基团。
pH响应性:动态共价键在特定pH下可发生可逆断裂或形成,调控水凝胶的力学性能和溶胀行为。
自适应性:水凝胶可响应pH变化自动调整结构,适应复杂环境。
5.多组分复合双网络水凝胶:
结构特点:将pH响应性聚合物与天然生物聚合物(如明胶、白蛋白)或无机纳米粒子(如氧化石墨烯)复合,形成多组分双网络结构。
pH响应性:多组分协同作用增强pH响应灵敏度,拓宽响应范围。
功能多样性:兼具生物相容性、导电性或光热转换能力,适用于多功能生物医学器件。
6.
DSTQ水凝胶
结构特点:
pH响应性:在酸性环境中(如感染创面,pH值降低),水凝胶的席夫碱键断裂,加速降解并释放药物。
生物相容性:细胞相容性和血液相容性良好,溶血率低于5%,细胞活性高于95%,具有作为医用敷料的潜力。