智能高分子材料
高分子智能材料
高分子智能材料
高分子智能材料是一种具有智能响应性能的材料，它能够根据外部环境的变化
自主地改变其结构、形态、性能或者功能。
这种材料具有许多独特的特性，使其在许多领域都具有广泛的应用前景。
首先，高分子智能材料具有良好的响应性能。
它们可以对温度、光线、电磁场、化学物质等外部刺激做出快速、准确的响应，实现结构或性能的自主调控。
这种智能响应性能使得高分子智能材料在传感器、致动器、智能表面等领域有着广泛的应用。
其次，高分子智能材料具有良好的可塑性和可加工性。
由于其分子结构的特殊性，高分子智能材料可以通过加工、成型、注塑等方式制备成各种形状和结构，满足不同应用场景的需要。
同时，它们还可以与其他材料进行复合，形成多功能复合材料，拓展了其在工程领域的应用范围。
再次，高分子智能材料具有良好的环境适应性。
它们可以在不同的环境条件下
保持稳定的性能和功能，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特点。
这使得高分子智能材料在航空航天、汽车制造、海洋工程等领域有着重要的应用价值。
最后，高分子智能材料具有良好的可持续性和环保性。
由于其可循环利用的特性，高分子智能材料在可持续发展和资源循环利用方面具有重要意义。
同时，它们的生产过程中产生的废弃物和污染物较少，对环境的影响较小。
综上所述，高分子智能材料具有智能响应性能、可塑性和可加工性、环境适应
性以及可持续性和环保性等优良特性，使得它们在电子、医疗、能源、环保等领域都有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步和创新，相信高分子智能材料将会在未来发展中发挥越来越重要的作用。
智能高分子材料
这类高分子材料在酸碱环境变化时可以发生颜色变化。它们 通常由酸碱响应性高分子和有机染料组成，通过酸碱环境变 化引起高分子构象变化，进而导致染料聚集状态的变化，表 现出不同的颜色。
氧化还原响应
氧化还原敏感高分子
这类高分子材料能够感知氧化还原环境的变 化，并产生相应的物理或化学变化。例如， 在氧化条件下，氧化还原敏感高分子可以发 生氧化反应，从而改变其物理性质，如溶解 度、粘度、电导率等。
制备技术
将单体和小分子添加剂溶解在适当的溶剂中，然后在 一定条件下进行聚合或缩聚反应，最后将溶剂脱去制
备智能高分子材料。
输入 标题
熔融法
将单体加热至熔融状态，然后在一定条件下进行聚合 或缩聚反应，最后冷却固化制备智能高分子材料。
溶液法
辐射法
利用特定的模板引导单体聚合或缩聚反应，制备具有 特定结构和性能的智能高分子材料。模板法可以获得
智能高分子材料的制造成本较高 ，限制了其广泛应用。
04
安全性问题
智能高分子材料的生物相容性和 长期使用安全性仍需进一步验证
。
发展前景
应用领域拓展
随着技术进步，智能高分子材料有望在更多领域 得到应用，如医疗、航空航天、新能源等。
降低成本
通过技术改进和规模化生产，智能高分子材料的 制造成本有望降低，促进其普及。
发展趋势
未来智能高分子材料将朝着多功能化 、集成化、微型化和智能化方向发展 ，有望在更多领域发挥重要作用。
02
智能高分子材料的响应 机制
温度响应
热敏性高分子
这类高分子材料能够感知温度变化，并 产生相应的物理或化学变化。例如，在 温度升高时，热敏性高分子可以发生相 变或产生可逆的化学键交换，从而改变 其物理性质，如溶解度、粘度、颜色等 。
智能高分子材料
智能高分子材料
智能高分子材料是一种具有特殊功能和响应能力的材料，它可以对外界的刺激做出自动的响应和调整，具有广泛的应用前景。
智能高分子材料的研究和开发已经成为当今材料科学领域的热点之一，其在医学、电子、航空航天、环境保护等领域都有着重要的应用价值。
首先，智能高分子材料在医学领域具有重要的应用价值。
例如，智能高分子材料可以应用于药物传递系统中，通过控制材料的响应能力和释放速度，实现对药物的精准控制和释放，提高药物的疗效和减少副作用。
此外，智能高分子材料还可以用于仿生材料的制备，如人工器官、组织工程等领域，为医学治疗和康复提供新的可能。
其次，智能高分子材料在电子领域也有着重要的应用前景。
智能高分子材料可以应用于柔性电子器件的制备，如柔性显示屏、可穿戴设备等，由于其具有良好的柔韧性和可塑性，可以实现对电子器件的柔性设计和制备，为电子产品的发展提供新的可能。
此外，智能高分子材料还可以应用于航空航天领域。
由于智能高分子材料具有轻质、高强度、耐高温等特点，可以用于航空航天器件的制备，如航天飞行器的结构材料、隔热材料等，为航空航天技术的发展提供新的可能。
最后，智能高分子材料在环境保护领域也有着重要的应用前景。
智能高分子材料可以应用于污染物的吸附和分离，如油水分离材料、重金属吸附材料等，通过调控材料的响应能力和表面性质，实现对污染物的高效吸附和分离，为环境保护和治理提供新的可能。
综上所述，智能高分子材料具有广泛的应用前景，在医学、电子、航空航天、环境保护等领域都有着重要的应用价值。
随着材料科学和技术的不断发展，相信智
能高分子材料将会在更多领域展现出其独特的魅力，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
智能高分子材料
智能高分子材料智能高分子材料指的是具有特殊响应能力和功能的高分子材料。
智能高分子材料在外界刺激下能够产生可逆或不可逆的形态、结构或性能变化，并在一定条件下恢复到初始状态。
它们具有响应度高、灵敏度好、可控性强等特点，被广泛应用于传感、控制、储存、传输等领域。
智能高分子材料主要分为两大类：一类是温度敏感材料，另一类是pH敏感材料。
温度敏感材料是指在一定温度范围内发生形态或性能变化的高分子材料。
常见的温度敏感材料有聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）等。
PNIPAAm在低于其临界解聚温度（LCST）时为亲水性，高于LCST时为疏水性。
利用这一特性，可以将PNIPAAm制成智能气泡药物传递系统，通过调节温度来控制药物的释放速率。
pH敏感材料是指在不同酸碱条件下发生形态或性能变化的高分子材料。
常见的pH敏感材料有聚丙烯酸（PAA）等。
PAA在酸性条件下呈现负电性，而在碱性条件下呈现中性或正电性。
利用这一特性，可以将PAA制成智能纳米粒子，用于靶向药物输送、细胞成像等。
智能高分子材料还有其他类型，如光敏感材料、电磁敏感材料等。
光敏感材料是指在光照条件下发生形态或性能变化的材料，常见的有光敏聚合物。
电磁敏感材料是指在电磁场作用下发生形态或性能变化的材料，常用于柔性传感器、变色材料等。
智能高分子材料的应用非常广泛。
在生物医学领域，智能高分子材料可用于药物传递、组织工程、生物传感等；在环境保护领域，智能高分子材料可用于污水处理、气体吸附等；在能源领域，智能高分子材料可用于储能、太阳能电池等。
智能高分子材料的发展前景十分广阔。
随着科学技术的不断进步，人们对材料的要求也越来越高。
智能高分子材料可以根据不同的需求进行设计和制备，可实现多种功能，为各行各业提供更优质、更高效的解决方案。
预计未来智能高分子材料将在医疗、环保、能源等领域大显身手，为人类的生活和社会进步做出更大贡献。
智能高分子材料
简而言之，它是一种能感知外部刺激， 简而言之，它是一种能感知外部刺激，能 够判断并适当处理且本身可执行的新型功 能材ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 能材料。
智 能 高 分 子 材 料 耳 机
智能材料的设计构思 智能材料的设计构思
材料开发的历史： 材料开发的历史： 开发的历史
结构材 料
功能材 料
智能材 料
人工智能材料的水平反映 人工智能材料的水平反映——生物计算机的未来模 材料的水平反映——生物计算机的未来模 式 软件功能引入材料 能量传递 要求材料有寿命预告，自修复、自分解、 要求材料有寿命预告，自修复、自分解、甚至自学 自增殖、 习、自增殖、自净化和可应对外部刺激积极自变的 动态功能
智能高分子材料
小组成员： 谭洁 刘颖
方禄辉
马亚飞
智能材料
所谓智能材料系指对环境可感知且响应， 并具有功能发现能力的新材料。 它是受集成电路技术启迪而构思的三维组 件模式的融合型材料，是于不同层次结构 上寓于自检测(传感功能) 上寓于自检测(传感功能)、自判断、自结论 (处理功能)和自指令、执行(执行功能)所设 处理功能)和自指令、执行(执行功能) 计出的新材料。而细胞为生物体材料的基 础，它本身就集传感、处理和执行3 础，它本身就集传感、处理和执行3种功能 于一体，故细胞即可作为智能材料的蓝本 。
智能材料：越战纪念墙再设计 智能材料：
墙上的每一块砖代表一个 阵亡的士兵， 阵亡的士兵，当观众的手 触摸到某一块砖时， 触摸到某一块砖时，此块 砖会在记忆弹簧的力量推 动下渐渐凸出来， 动下渐渐凸出来，同时藏 在砖内mp3将播放该士兵 在砖内mp3将播放该士兵 的相关信息。 的相关信息。 当手中的余 温散去，电力耗尽， 温散去，电力耗尽，砖会 慢慢缩会墙内
智能高分子材料研究进展
智能高分子材料研究进展智能高分子材料是一种具有特殊功能和性能的高分子材料，它能够根据外界刺激或条件改变自身的结构和性质。
随着科技的不断进步，智能高分子材料的研究也取得了长足的进展。
本文将介绍智能高分子材料的研究进展，主要涉及两个方面：响应性高分子材料和自修复高分子材料。
响应性高分子材料是指根据外界刺激或条件发生可逆的结构和性能变化的材料。
其中，温度响应性材料是最常见的一类。
这类材料在不同的温度下会发生相变，从而改变物理性质或表面形貌。
例如，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是一种具有温度敏感性的高分子材料。
当温度超过临界温度（约32℃），PNIPAM会在水中形成聚集体，从而改变其溶解度和阻力，实现温度响应性。
除了温度响应性材料外，pH响应性材料也是一类重要的响应性高分子材料。
这类材料能够在不同pH值下发生溶胀或溶解，从而实现对外界酸碱条件的响应。
聚丙烯酸（PAA）是一种常用的pH响应性材料，当pH 值低于其pKa值时，PAA会溶胀；当pH值超过其pKa值时，PAA会发生溶胀，从而改变其物理性质和形貌。
自修复高分子材料是指在受损后能够自行修复的材料。
这类材料通过自修复机制，可以恢复其原有的结构和性能。
一种常见的自修复机制是实现高分子链的断裂与重合。
例如，二氧化硼硬脂酸酯（Boronate ester）是一种具有自修复能力的高分子材料。
当材料受损断裂时，硼酸酯键会断裂，形成自由的亲电基团，然后在适当条件下，亲核物质与亲电物质发生反应，重新形成硼酸酯键，实现自修复。
除了上述两个方面的研究进展，近年来还涌现出一些智能高分子材料的新研究方向。
例如，光响应性材料可以通过光照引起结构和性质的变化。
电磁响应性材料可以通过外加电场或磁场实现结构和性质的调控。
生物响应性材料可以响应生物环境中的刺激，如细胞内温度、pH值和酶等。
这些新研究方向为智能高分子材料的发展开辟了新的途径。
总之，智能高分子材料是一种具有特殊功能和性能的高分子材料，其研究进展日益迅猛。
智能高分子材料的未来发展趋势分析
智能高分子材料的未来发展趋势分析
随着科技的不断进步和人类对材料性能需求的不断提高，智能高分子材料作为
一种具有潜力的新型材料，正逐渐引起人们的关注。
智能高分子材料是指在外部刺激下能够产生智能响应的高分子材料，具有形状记忆、自修复、自感知等特性，被广泛应用于航天航空、医疗保健、智能生活等领域。
在未来的发展中，智能高分子材料将会呈现出以下几个趋势：
1. 多功能化
未来的智能高分子材料将更加注重多功能化的发展，不仅可以实现形状记忆功能，还可以具备自修复、自感知、自组装等多种功能。
这种多功能化的智能材料将能够更好地满足不同领域的需求，应用范围将更加广泛。
2. 环境友好
随着人们对环境保护意识的增强，未来的智能高分子材料将更加注重环保性能。
研究人员将致力于开发生产过程更加环保、可降解材料，并通过技术手段实现高效回收再利用，从而减少对环境的影响。
3. 自适应性
未来的智能高分子材料将具备更强的自适应性能，能够根据外部环境变化自动
调整材料性能，以实现更好的适应性和稳定性。
这种自适应性将大大提高材料在复杂环境下的应用效果，为各行业带来更大的便利。
4. 高性能
随着材料科学、纳米技术等领域的不断发展，未来的智能高分子材料将呈现出
更高的性能表现。
这包括更高的强度、耐磨性、耐温性等，使智能高分子材料在极端环境下也能够表现出色，为相关行业提供更可靠的材料支持。
综合来看，未来智能高分子材料的发展将更加注重多功能化、环境友好、自适
应性和高性能等方面。
这将为人类社会带来更多的科技创新和应用领域拓展，推动智能高分子材料行业持续快速发展，为人类生活和产业发展带来更多可能性。
智能高分子材料
三、光敏感性材料
• 接受光照后--→高分子结构异构化 接受光照后-- 高分子结构异构化 ---→本身长度变化 -- 本身长度变化 --→对溶剂的溶胀性发生变化 对溶剂的溶胀性发生变化。 -- 对溶剂的溶胀性发生变化。 • 这类材料的特征是高分子的主链或侧链 上有接受光照可发生异构化的结构。 上有接受光照可发生异构化的结构。典 型的如偶氮苯、三苯甲烷等。 型的如偶氮苯、三苯甲烷等。
第二节 对于特异刺激敏感的高分子 智能凝胶
• 一、葡萄糖敏感型材料
例如：在pH值敏感型高分子组葡萄糖氧化酶后，葡萄糖浓度高时， 内包埋葡萄糖氧化酶后，葡萄糖浓度高时， 葡萄糖受葡萄糖氧化酶的作用变成葡萄糖 凝胶内的pH值降低。 pH值降低 酸，凝胶内的pH值降低。而凝胶本身又因 pH值的降低而溶胀 值的降低而溶胀， pH值的降低而溶胀，从而释放出内部所储 存的胰岛素。 存的胰岛素。
• 二、抗原敏感型材料
第三节 对多重刺激敏感的智能 高分子凝胶
对多种刺激条件敏感的凝胶可分为两种情况： 对多种刺激条件敏感的凝胶可分为两种情况： 一种是多种刺激条件中任一种存在即起作用； 一种是多种刺激条件中任一种存在即起作用； 另一种是多种刺激条件同时存在才起作用。 另一种是多种刺激条件同时存在才起作用。 研究发现形成网络互穿（IPN） 研究发现形成网络互穿（IPN）结构是实现复合 型刺激敏感系统的关键。因为形成IPN IPN结构的两 型刺激敏感系统的关键。因为形成IPN结构的两 种高分子材料可以通过网络互穿结构互相保护， 种高分子材料可以通过网络互穿结构互相保护， 单一刺激条件不能使凝胶破坏， 单一刺激条件不能使凝胶破坏，它们各自的破 坏条件同时存在才能使凝胶被破坏。 坏条件同时存在才能使凝胶被破坏。
四、电场敏感型材料
新型高分子材料第五章——智能高分子材料
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9
（2）形状记忆高分子材料
形状记忆高分子（Shape Memory Polymer,SMP ）是指具 有初始形状的制品，在一定的条件下改变其初始形状并固定 后，通过外界条件（如热、光、电、化学感应）等的刺激， 又可恢复其初始形状的高分子材料。
医疗器材-固定创伤部位的器材
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记忆起始态
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5.2.2.2 PH敏感性凝胶
PH敏感性凝胶是其体积能随环境的PH值的变化而变化的高分子 凝胶。这类凝胶通过交联形成大分子网络。网络中具有可解离的基 团，如弱酸性基团和碱性基团。其网络结构和电荷密度随pH的变化 而变化，并对凝胶网络的渗透压产生 影响，导致凝胶的体积发生不连续变
化。也就是说，当PH值发生变化时， 水凝胶体积随之变化。
智能材料具备下列智能特性：
(1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，
如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等； (2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应； (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能； (4)反应灵敏、恰当；
(5)外部刺激条件消除后能迅速回复到原始状态。
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聚氨酯 异氰酸酯、多元醇和链增长剂聚合而成。 固定相为部分结晶相，可逆相为在Tg发生玻璃态 与橡胶态可逆变化的聚氨酯软段。形状恢复温度为-
30～70℃，选择适宜的原料种类和配比就可以调节Tg。 目前已制得Tg分别为25℃、35℃、45℃和55℃的形状 记忆聚氨酯材料。
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（3）智能织物
原因是自由离子定向移动会造成凝胶内外离子浓度不均，产生渗透压变化引起 凝胶变形。再一个原因是自由离子定向移动会造成凝胶内不同部位pH值不同，从 而影响凝胶中聚电解质电离状态，使凝胶结构发生变化，造成凝胶形变。 Page 31
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
5
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
智能高分子材料
秦鹏 胡书厚 刘盛松 齐耀辉
智能金属材料
功能材料
智能材料
智能无机非金属材料
智能高分子材料
多水平结构层次 较弱的分子间作用力 侧链易引入官能团 便于分子设计和精细控制 质轻易涂覆 利于感知判 断环境实现 环境响应
智能材料与普通材料的区别
智能材料特征
传感功能 反馈功能 信息识别与积累功能 响应功能 自诊断能力 自修复能力 自调节能力
对应力形状体积色泽等有记效 应
热适应性，可逆收缩性
智能高分子 凝胶 智能高分子 复合材料 智能高分子膜
三维高分子网络与溶剂 组成的体系，体积相转变 集成传感器、信息处理器 功能驱动器，多学科交叉产物 选择性渗透、选择性吸附和分离 等 膜的组成、结构和形态的变化
下面简要的介绍三种智能高分子材料： 智能高分子膜 记忆功能高分子材料 智能高分子凝胶
液膜分离
浓度差
杂质
记忆功能高分子材料（shape memory polyme r)
形状记忆是指具有初始形状的制品，经形变固定之后，通过 加热等外部条件刺激手段的处理，又可使其恢复初始形状的 现象,可分为热致感应型，光致感应型，电致感应型，化学感 应型四种。 记忆起始态
应力记忆高分子材料 形状记忆高分子材料 体积记忆高分子材料 色泽记忆高分子材料
4）按功能分类 日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分为： 分离功能膜 气体/液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜 能量转化功能膜 浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电 能转化膜，导电膜 生物功能膜 探感膜、生物反应器、医用膜
几种主要分离膜的分离过程
膜过程 微滤 推动力 压力差 传递机理 颗粒大小形状 透过物 水、溶剂溶解物 截留物 膜类型 纤维多孔膜
智能高分子材料
葡萄糖响应高分子 配合物形成的胰岛 素释放微囊
感知葡萄糖 浓度
交换键合释 放药物
患者的血糖浓度 维持正常水平
富勒烯
富勒烯：是一种碳的同素异形体。 富勒烯：是一种碳的同素异形体。 任何由碳一种元素组成，以球状， 任何由碳一种元素组成，以球状， 椭圆状，或管状结构存在的物质， 椭圆状，或管状结构存在的物质， 都可以被叫做富勒烯。 都可以被叫做富勒烯。
智能高分子材料
1
主要内容
智能材料 智能高分子材料 富勒烯 超分子
智能材料又 称为机敏材料， 称为机敏材料， 是具备感知、 是具备感知、 自诊断、 自诊断、自适 应、自修复等 功能的材料。
感知 温度 压力 湿度 位置 速度 加速度 环 境 电场 磁场 声 光辐射 化学辐射 生物环境 反 馈 系 统
超分子： 超分子：指由两 种或两种以上分 子依靠分子间相 互作用结合在一 组成复杂的、 起，组成复杂的、 有组织的聚集体， 有组织的聚集体， 并保持一定的完 整性使其具有明 确的微观结构和 宏观特性。 宏观特性。
智能高分子材料的一般应用
类别
记忆功能高分子材料
性质 对应力形状体积色泽等有记 应力形状体积色泽等有记 忆效应 聚乙二醇与各种纤维共混物 热适应性， 可逆收缩性 三维高分子网络与溶剂组成 的体系，体积相转变 的体系，体积相转变
响应 机械响应 液体运动 电流流动
图1 智能材料的感知 功能和执行功能
物理性能 功率擦控制 化学行为 生理行为
智能材料应具有的功能及特点 具有感知功能，可探测病识别外界（或 内部）的刺激强度 具有信息传输功能，以功能 反应灵敏恰当 外部刺激条件消除后能迅速回复到原始 状态。
智能高分子凝胶的体积相转变 智能高分子凝胶的体积相转变
智能高分子材料讲解
药物释放体系的功能
（1）药物控制释放功能：使特定部位的血药浓度 维持在要求的合理范围内；
（2）药物靶向释放功能：使药物只输送到治疗目 标部位；
（3）药量少； （4）毒副作用小，安全、可靠； （5）使用方便，易于被患者接受； （6）具有一定的物理和化学稳定性。
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药物释放体系的分类 按药物在体系中的存放形式 (1)贮存器型药物释放体系 1.利用高分子材料的成膜性制成的微包囊，药 物包于其中； 2. 药物释放速率由高分子材料的种类及微包囊 的膜厚控制。
• 8.6.2 智能药物释放体系
8.6.2.1 概念的提出及含义 8.6.2.2 刺激响应性
8.6.2.3 靶向药物释放体系
29Βιβλιοθήκη 8.6.1 药物释放体系8.6.1.1 概述
“药物治疗”
药物
+
给药方式
药物释放体系(Drug Delivery System，DDS)
代替常规药物制剂，能够在固定时间内、按照 预定方向向全身或某一特定器官连续释放一种或 多种药物，并且在一段固定时间内，使药物在血 液和组织中的浓度能稳定于某一适当水平。
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特 点： 类细胞膜结构—易吸收、生物降解性、易代谢；
物理包裹，不改变药物分子结构—降低药物毒性， 减少药物用量；
可激活机体的自身免疫功能；
靶向性——利用药物载体的释放系统改变药物的 动力学和体内分布,使药物只作用于病变部位的靶 组织,而避免作用于正常细胞的作用特点。
(1)天然靶向性； (2)物理靶向性； (3)配体靶向性。
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8.6.1.2 药物释放体系的载体材料
作用： 药物缓释、导向、用药方便
种类： 高分子材料 *天然高分子材料 *改性的天然高分子材料 *合成高分子材料。
精细化工——智能高分子材料
应用化学卓越1班
制作人：xxx
A
智能高分子材料简介 刺激-响应型材料
目录
B
C
形状记忆高分子 智能高分子材料前景
D
Part one
智能高分子材料简介
Introduction of the Intelligent Polymer Materials
01
智能高分子材料简介
Intelligent Polymer Materials
03
SMP的制备及性能
制备过程：
以形状记忆聚氨酯（SMPU）为例 SMPU有聚酯类软段和二异氰酸酯类硬 段嵌段而成。其形状记忆效应原理： 调整SMPU分子网络的纳米结构就可以 控制SMPU的形状记忆行为，即调整软 段和硬段都会影响SMPU的性能。
利用松香基扩链剂取代了以往的石油基扩链剂，采用分子设计的方法，合成具 有超级恢复性的生物基形状记忆聚氨酯。该聚氨酯在形变百分百的情况下，三分钟 内形状恢复率可达到96%，并且在重复拉伸情况下依旧保持优异的形状记忆效果， 可恢复形变高达960%。
目前在新材料领域中，正在形成一门新的 分支学科——高分子智能材料，也有人称机敏 材料。 高分子智能材料是通过有机和合成的方法， 使无生命的有机材料变得似乎有了“感觉”和 “知觉”。这类材料在实际生活中已有了应用， 并正在成为各国科技工作者的崭新研究课题， 预计不远的将来，这些材料将进入到我们的生 活中。
柔韧 质量轻 廉价易得 形变量大
加工 赋性容易
结构 生物 功能多样 相容性
生物可 降解性
03
形状记忆高分子材料
形状记忆高分子材料的应用
湿度敏感型聚合物应用
温度敏感型聚合物应用
血管缝合线、止血钳、医用组织缝合线
《智能高分子材料》课件
智能高分子材料的应用
智能高分子材料在各个领域具有广泛的应用。
应用范围
智能高分子材料可以应用于多个领域，包括生 物医学、环境保护和智能化机械等领域。
生物医学领域中的应用
智能高分子材料可以用于药物传递、组织工程 和生物传感器等方面。
环境保护领域中的应用
智能高分子材料可以用于水处理、污染监测和 环境修复等领域。
随着科技的进步和需求的不断增更广泛的应用前景。
3
挑战与机遇
智能高分子材料的研究面临着一些技术 挑战，但同时也带来了许多创新和商业 机会。
总结
智能高分子材料具有许多优势，并且在未来的发展中有着广阔的前景。发挥 智能高分子材料在各个领域中的作用将促进科技创新和社会进步。
《智能高分子材料》PPT课件
什么是智能高分子材料
智能高分子材料具有高分子材料的特点，但其特殊之处在于可以根据外界刺激作出相应的变化，具备某种可控、 可调节性质。
智能高分子材料的分类
智能高分子材料可以根据响应方式、响应机理和功能进行分类。 • 根据响应方式分类 • 根据响应机理分类 • 根据功能分类
智能化机械领域中的应用
智能高分子材料可以用于机械传动、变形控制 和智能感知等方面。
智能高分子材料的研究进展
智能高分子材料的研究一直在不断取得进展，涉及最新的研究成果、发展趋势以及面临的挑战与机遇。
1
最新研究成果
通过不断的研究和创新，智能高分子材
发展趋势
2
料的应用领域不断拓展，并取得了许多 重要的研究成果。
功能高分子材料分类
功能高分子材料分类1.功能高分子材料的分类1.1.结构功能高分子材料结构功能高分子材料是指在高分子链结构中引入功能基团或功能单体，以增强材料的特定性能和应用功能。
这种高分子材料通常具有特殊的结构和功能，例如聚砜、聚酰胺等。
1.2.功能导向高分子材料功能导向高分子材料是根据材料在特定应用中的功能需求来设计合成的高分子材料。
例如，医用高分子材料、防护高分子材料等。
1.3.智能高分子材料智能高分子材料是一类能够响应外部刺激而改变其结构和性能的高分子材料。
这种材料可以实现自动感应、自动调节和自动控制等功能，广泛应用于智能材料、传感器和智能器件等领域。
1.4.生物功能高分子材料生物功能高分子材料是具有生物相容性、生物降解性和生物活性的高分子材料，可以被生物体吸收、代谢或降解。
这种材料广泛应用于医学器械、药物传递系统、组织工程和生物传感器等领域。
1.5.光学功能高分子材料光学功能高分子材料是一类具有光学性能和应用功能的高分子材料，如光学活性、光学非线性和光学透明等。
这种材料可用于光学器件、光学涂层和光学通讯等领域。
1.6.电学功能高分子材料电学功能高分子材料是一类具有电学性能和应用功能的高分子材料，如导电性、介电性和磁性等。
这种材料可用于电子器件、电池材料和传感器等领域。
1.7.热学功能高分子材料热学功能高分子材料是一类具有热学性能和应用功能的高分子材料，如导热性、绝缘性和热稳定性等。
这种材料可用于绝缘材料、隔热材料和传热材料等领域。
2.功能高分子材料的应用领域2.1.医疗保健领域生物功能高分子材料在医疗保健领域有着广泛的应用，如人工器官、医用植入材料和药物传递系统等。
这些材料具有优良的生物相容性和生物活性，能够有效地满足医疗保健领域的需求。
2.2.电子器件领域电学功能高分子材料在电子器件领域有着重要的应用，如导电高分子、介电高分子和磁性高分子等。
这些材料可以用于制造电路板、电容器、传感器和磁记录材料等电子器件。
智能高分子材料
2、物料分离
• 金蔓蓉等用水凝胶对牛血清蛋白、碱性蛋白以 及人体激素溶液进行浓缩萃取实验，结果表明 凝胶萃取对于浓缩和制备贵重生化制品很有效， 尤其有利于保持被处理药物的生物活性。
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2、物料分离
• 此外，温敏水凝胶还可以直接制备成水凝胶膜， 也可以接枝于高分子膜的表面，制成刺激响应性 膜材料，由温度的变化来改变膜的通透性。
（2）分子识别型刺激响应性 ➢蛋白质可记忆和复制独特的构象，以难以置信
的特异性识别外界的分子，并以极高的效率催化 化学反应。
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2、化学刺激响应性
（2）分子识别型刺激响应性
➢模仿生物体系的分子识别功能，并将此类功能 引入高分子材料乃是一个诱人的研究方向，但这 涉及将特异识别位点导入高度交联多孔聚合物的 分子印迹技术。
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典型的热致收缩型水凝胶---PNIPAM
20度
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45度
1、物理刺激响应性
(2) 电场响应性
➢田中丰一研究组在1983年首次报道了凝胶对电 场的响应：在电场刺激下，凝胶产生溶胀和收缩 并将电能转换机械能。
➢科学家们将凝胶视作人工肌肉的候选材料，希望 能在机器人驱动元件或假肢方面得到应用。
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四、高分子凝胶的刺激响应性
1、物理刺激响应性
(3) 磁场响应性
凝胶响应磁场而溶胀和收缩的研究工作始于美国
MIT研究组。他们将磁铁“种植”在凝胶内，当施
加磁场时铁磁体发热，使周围凝胶温度升高诱发溶
胀或收缩，去除磁场后，凝胶冷却恢复激响应性 1、物理刺激响应性
（4）光响应性
光响应材料设计涉及到将能产生光化学反应的 发光基团引入高分子材料中。此类材料在光记 录介质、化学传感器和非线性光学材料方面应 用前景良好。
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智能高分子材料与生物医药应用（论文）题目智能高分子材料的应用学院材料科学与工程专业高分子材料班级姓名学号指导教师石军2010年10月28日智能高分子材料的应用Abstract: this paper introduces the intelligent materials, intelligent polymer materials principle. And from the synthesis and processing preparation technology, new product development and application of the aspects about intelligent polymer materials, such as intelligent polymer gel, shape memory polymer materials, intelligent fabric, intelligent polymer film, intelligent polymer composite materials such as the development of new achievements, and prospects the development prospect.The Key Words：Intelligent materials Intelligent polymer Polymer materials摘要：介绍了智能材料、智能高分子材料原理。
并从合成及加工制备技术、新产品开发及其应用诸方面讲述了智能高分子材料，如智能高分子凝胶、形状记忆高分子材料、智能织物、智能高分子膜、智能高分子复合材料等开发的新成果，并展望了其发展前景。
关键词：智能材料智能高分子高分子材料前言：从人类发展的历史来看，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新水平，给社会生产力和人类生活带来巨大变化。
智能高分子材料的开发和应用是充满活力的新领域，是高分子材料科学的希望，其目标是创造理想的材料和人工合成“模拟生物”，实现第三次材料革命[1]。
一、智能高分子材料“智能材料”这一概念是由日本的高木俊宜教授于1989年提出来的。
所谓智能材料,就是具有自我感知能力,集累积传感、驱动和控制功能于一体的材料,也是具有感知功能即识别功能、信息处理功能以及执行功能的材料,具备感知、反馈、响应三大基本要素。
它不但可以判断环境,而且可以顺应环境,通过感知周围环境的变化,适时做出相应措施,达到自适应的目的。
迄今为止,人们已开发出许多种智能高分子材料[2]。
由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统,向生物体功能逼近,因此其研究和开发尤其受到关注[10]。
智能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，是一种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。
二、智能高分子材料的应用1.智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。
当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应,发生突变,呈现相转变行为。
这种响应体现了凝胶的智能性。
根据所受的刺激信号不同,可以将高分子凝胶分为不同类型的刺激响应性凝胶。
智能高分子凝胶主要有pH性凝胶,化学物质影响性凝胶,温敏性凝胶,光敏性凝胶,磁场响应性凝胶,影响内部刺激性凝胶。
高分子凝胶是指三维高分子网络与溶剂组成的体系。
其网络的交联结构使它不溶解而保持一定的形状;因凝胶结构中含有亲溶剂性基团，使它可被溶剂溶胀而达一平衡体积。
这类高分子凝胶可随环境条件的变化而产生可逆的、非连续的体积变化。
高分子凝胶的溶胀收缩循环可用于化学阀，吸附分离、传感器和记忆材料;循环提供的动力可用来设计“化学发动机”;网孔的可控性适于智能药物释放体系。
高分子凝胶的刺激响应性包括物理刺激(如热、光、电场、磁场、力场、电子射线和X一射线)响应性和化学刺激(如pH值、各种化学物质和生物物质)响应性川。
随着智能高分子材料的深人研究，发展具有多重响应功能的“杂交型”智能高分子材料已成为这一领域的重要发展方向。
例如，刘锋等合成的含不同梭基量的两个系列的pH值敏感及温度敏感水凝胶聚(N一异丙基丙烯酞胺一CO一丙烯酸(NA)及含聚二甲基硅氧烷的聚(N一异丙基丙烯酞胺一CO-丙烯酸(NSA)，可使吸附在水凝胶中的木瓜酶随生物体内环境变化自行完成药物的控制释放。
据报道，紫外辐射法合成的甲基丙酞胺一N，N二甲氨基乙醋水凝胶具有较好的透明性和适当的弹性，在40℃和pH=3时亦有明显的温度和pH值敏感性;将叶绿酸(Chlorophyllin)共聚到PNI以M 中，可得到具有光敏和温敏双重功能的水凝胶[3，5] 。
. 2.智能织物美国学者将聚乙二醇与各种纤维(如棉、聚醋或聚酞胺/聚氨醋)共混物结合，使其具有热适应性与可逆收缩性。
所谓热适应性是赋予材料热记忆特性，温度升高时纤维吸热，温度降低时纤维放热，此热记忆特性源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋结构间的氢键相互作用。
温度升高时，氢键解离，系统趋于无序，线团松弛过程吸热。
当环境温度降低时，氢键使系统变为有序，线团被压缩而放热。
这种热适应织物可用于服装和保温系统。
其中包括体温调节和烧伤治疗的生物医学制品及农作物防冻系统等领域。
此类织物的另一功能是可逆收缩，即湿时收缩，干时恢复至原始尺寸，湿态收缩率可达35%。
可用于传感/执行系统、微型马达及生物医用压力与压缩装置。
如压力绷带，它在血液中收缩，在伤口上所产生的压力有止血作用，绷带干燥时压力消除。
当前，分子纳米技术与计算机、检测器、微米或纳米机器的结合，又使织物的智能化水平提高一大步。
自动清洁织物，自动修补织物等越发引起人们的注意3.形状记忆高分子材料高分子材料的形态记忆功能由其特殊的内部结构所决定。
在其内部存在着互相结合成网状的架桥，架桥的存在使高分子链间不发生滑动，其形状记忆程序如下图1。
[9]形状记忆高分子材料是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或演化交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料。
形状记忆过程可简单表述为:初始形状的制品一2次形变一形变固定一形变回复。
把它加热到高于Tg使之变形后，再冷却至室温，由于高分子链运动变形使之保持一定状态。
再重断加热到介以上，残留的翘梭被解放出来，恢复到原来架桥出现时的形态。
性能的优劣，可用形状回复率，形变量等指标来评价。
医疗上，形态记忆树脂可代替传统的石膏绷扎，具有生物降解性的形状记忆高分子材料可作医用组合缝合器材、止血钳等。
航空上，被用来作机翼的振动控制。
利用高分子材料的形状记忆智能可制备出热收缩空管和热收缩膜等。
近几年来，我国已先后开发出石油化工、通信光缆等领域所用热缩制品及天然气、市政工程供水及其它管道接头焊口和弯头密封与防腐的辐射交联聚乙烯热缩片。
聚全氟乙丙烯(FEP)热收缩管是一种新型的热收缩材料，具有较强的机械强度，能长期在一260一205℃范围内使用，并保持原有FEP树脂优异的电气性、耐化学腐蚀性，为形状记忆高分子材料增添了新成员。
以对苯二甲酸二甲醋、间苯二甲酸、乙二醇为原料，采用间歇式聚合法可合成热收缩膜用共聚醋切片，采用双向拉幅机制制得的新型包装膜—热收缩性双轴拉伸共聚酷膜，可用作精密电子元件及电缆包覆材料。
目前，形状记忆聚氨酷、聚降冰片烯、苯乙烯的研究开发有着诱人的发展前景[4]。
4.智能高分子薄膜高分子薄膜在智能方面研究较多的是选择性渗透、选择性吸附和分离等。
高分子膜的智能化是通过膜的组成、结构和形态的变化来实现的。
现在研究的智能高分子膜主要是起到“化学阀”的作用。
对智能高分子膜的研究主要集中在敏感性凝胶膜、敏感性接枝膜及液晶膜几方面。
用高分子凝胶做成的膜能实现可逆变形，也能承受一定的静压力。
目前报道的主要有PMAA/PEG、PV A/PAA等。
高分子接枝膜可通过两种方法实现:一是表面接枝，二是膜孔内接枝。
两种膜的作用机理基本相同。
膜的孔径变化是建立在溶质分子与接枝在膜上的高分子链相互作用基础之上的。
接枝链构型的变化改变了孔径的大小，接枝链像阀一样调节着膜的渗透性。
目前这方面的报道有将聚丙烯酞胺接枝到聚偏氟乙烯上，PEG接枝到PMAA上等。
液晶聚合的(LCP)能显示液晶特性。
研究表明，热致支链液晶聚合物(scLcPs)p一乙酞氨基苯酮(p一AAP)在交流电及。
℃条件下具备化学阀特性。
目前，具有化学阀功能的高分子膜应用范围还比较窄，尚有赖于新材料领域研究的进展[6]。
5.电流变流体材料。
电流变流体材料是由具有较高介电常数的分散颗粒与具有较低介电常数的绝缘液体油形成的一类悬浮液。
它的电流变性能由加到流体系统的外部电压来控制。
电流变流体材料主要用于制作各种力学零件，只需改变电压就可实现机械传动与控制，如无级变速器，控制阀门、刹车器、离合器；制作振动隔离系统，如发动机座、冲击阻尼器、避振减振装置。
用于研究胶体系统的传热和传质现象，开发双管热交换器和再生热交换器[7]。
6.智能药物释放体系。
传统的低分子药物是以口服或注射等方式全身给药的，刚投入时，体内药物的浓度急剧增高，由于代谢作用浓度很快降低，所以必须大剂量反复的投药。
这样常常会引起许多副作用。
如果把低分子药物与高分子化合物结合起来，就可以将高毒的药物制成低毒的甚至无毒的制剂，可以使药物在指定的部位持续而稳定的发挥作用，或者减少药物的用量和给药次数，控制药物的吸收速度和排泄速度，维持体内所需要的浓度。
所以有关智能药物释放体系的研究非常活跃，特别是高分子抗癌药物的开发日渐增多。
如磁性微球制剂是国内外正在研究的一种新剂型。
这种制剂是将药物和磁性物质共同包埋于载体中，在外界磁场的作用下到达并固定在病变部位，使所含药物得以定位释放，集中在病变部位发挥作用，从而达到高效、速效和低毒的治疗效果，而磁性微球可定期安全地排出体外。
7.隐形材料的应有用随着军用探测技术的迅速发展,军事目标面临着各种雷达探测系统、红外探测系统以及光学观测系统日趋严重的威胁,导弹技术的发展使目标几乎处于“被发现即等于被命中摧毁”的程度,因此,提高军事目标的生存能力,降低被探测和发现的概率,对于现代战争来说,具有十分重要的意义。
相对于目标而言,背景是十分复杂并且不断变化的,所以使用一成不变的隐身技术手段很难真正达到良好的隐身效果, 20世纪80年代末,美国和日本科学家首先提出了智能材料的概念,智能材料是一种能从自身表层或内部获取关于环境条件及其变化信息,进行判断、处理和反应,以改变自身结构与功能并使其很好的与外界协调,具有自适应的材料系统,在武器装备隐身化和新军事变革的大背景下,智能隐身材料的研究得到了各国的高度重视[8]。