形状记忆聚合物

温度响应性的 渗透控制阀式 给药系统。
温敏凝胶在免疫隔离膜上的应用 代谢型组织工程中常将产生细胞因子和激素的细 胞以水凝胶固定化，此水凝胶膜材起免疫隔离作用，它 的半渗透性仅允许细胞的营养物、代谢物及所产生的细 胞因子和激素通透，而截留抗体、补体和免疫细胞而起 免疫隔离作用。
人工胰脏能保持 胰岛素合成达1个 月．此3维培养环 境适应贴壁组织 培养，在细胞活 性降低时利用溶 胶－凝胶转变能 实现细胞移出， 以新种了细胞再 种植
生物医用敏感材料
6.1 概述
功能材料：通过电、磁、声、光、热等直接刺激 效应和耦合效应，以及化学和生物效应实现某种 使用功能的材料。 敏感材料：对热、湿、光、电压等物理信号的细 微变化敏感，引起材料本身电阻率、电动势、电 流等物理量迅速变化的功能材料。敏感元件 生物医用敏感材料：是指应用于临床检验和治疗 疾病方面的敏感材料。
1. 聚烷基丙烯酰胺类凝胶
聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）凝胶：
poly(N-isopropylacrylamide)
PNIPAm LCST: 32C
低临界溶解温度(Lower critical solution temperature ,LCST) 表示在水溶液环境中导致 不溶解的－NCH(CH3)2基团间疏水相互作用和保持 聚合物溶液中的水与－NH或－C=O间氢键相互平 衡。 温度低于LCST时溶胀，高于LCST时收缩。
有机高分子敏感材料（pH、温度、离子强度等敏感）
生物医用复合敏感材料
（2）按生物医用敏感材料的用途分，
自身能感知外界环境细微 的变化，并能产生相应的 物理结构和化学性质变化 甚至突变。集感知、驱动 和信息处理于一体 ，形成 类似生物材料那样具有智 能属性的高分子材料 如检测人体深部位体温的温 度计中的热敏电阻。传感器 性能的好坏主要取决于敏感 材料性能的优劣。
水溶性药物，当温度达体温 (37°C)（> LCST ）时网 络收缩挤掉内部的水，药物 随之释放。 疏水性药物，在温度高于 LCST时固定于聚合物网络中， 温度低于LCST时则以 Fickian扩散的形式释放出 来。
线性PNIPAm接枝到已交联的 水凝胶上可明显增加凝胶收 缩的速率 PNIPAm 疏 水成核作用
外界环境因子的变化
溶胀相
收Leabharlann Baidu相
体积不连续变化
内因： 范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力 相互组合和竞争

智能高分子水凝胶的制备
起始原料：
单体(水溶或油溶单体) 聚合物(天然或合成聚合物) 单体和聚合物的混合物
两个前提:
主链或侧链上带有大量的亲水基团 适当的交联网络结构
制备方法：
单体的交联聚合
生化响应性凝胶 盐敏凝胶
化学、相分离、形状、 表面、渗透性、机械强度 光、电
响 应
电场响应性凝胶
（一）温度响应性凝胶
响应机制： 凝胶结构中具有一定比例的疏水和亲 水基团，温度的变化可影响这些基团的疏 水作用以及大分子间的氢键作用，使得凝 胶大分子链的构象因响应温度的刺激而伸 展或卷曲，从而使凝胶体积膨胀或收缩。
体内应用时希望LCST低于生 理温度。降低LCST方法？ LCST: 25C
温度在20～ 30 C交替变 化时，凝胶 体系可开关 式地控制药 物释放。
在PBS中，吲哚美辛在PNIPAAm-co-PBMA体系随温度的脉冲释放
2.温度响应性凝胶接枝到多孔药物胶囊表面， 利用聚合物响应过程中链的收缩与伸展来 阻塞或开放胶囊微孔，达到控制胶囊包封 药物的释放。
化学引发剂
单体
自由基均聚或共聚
智能凝胶
辐射技术引发
接枝共聚
烯烃类单体
天然高分子（淀粉纤维素） 共价连接 及衍生物
其它交联或转化等
智能高分子凝胶的刺激响应性与分类
刺激响应性
物理刺激 温度 光 压力 电场 化学刺激 pH 生化 盐
温度响应性凝胶 光响应性凝胶 压力敏感性凝胶
分类
刺 激 pH响应性凝胶
聚环氧乙烷与聚丙烯酸之间形成氢键。 高pH环境，羧基电离成羧基负离子，静电 相斥，凝胶溶胀； 低pH环境，羧基不电离，氢键稳定，凝胶 收缩。 4. 聚丙烯酸－聚乙烯亚胺共聚物 聚丙烯酸的羧基对pH敏感， pH ，凝胶网络 溶胀。
用PNIPAm类水凝胶可实现脉冲药物释放(ON/OFF释放)，可望
用于口服、植入或透皮药物释放体系。
N－取代基的疏水性对凝胶的温度刺激响应的影响：
疏水性增大
取代基疏水性 越强，凝胶在体 积相转变温度处 产生的体积变化 越大，温度响应 越明显，且相变 温度越低。
聚异丙基丙烯酰胺-共－聚甲基丙烯酸丁酯 （PNIPAm-co-PBMA）凝胶
2. 甲基丙烯酸烷酯（n-AMA）和二甲基氨乙 基丙烯酸酯（DMA）交联凝胶
低pH环境，叔胺质子化，凝胶溶胀； 高pH环境，叔胺失去质子，凝胶收缩。
凝胶中AMA的疏水性对凝胶的pH刺激响 应性有影响
不同共聚组成比的MMA-DMA凝胶随pH变化等温线：
MMA
含 量 增 加
3.聚环氧乙烷与聚丙烯酸互穿网络响应性凝 胶
P(NIPAm-co-5%AA)凝胶填充的人工胰脏示意图
（二） pH响应性凝胶
机理： 这类凝胶中含有大量水解或质子化的酸、碱基团， 如羧基或氨基，这些基团的解离受外界pH的影响： （1）pH变化时，解离程度改变，造成凝胶内外 离子强度变化； （2）解离还会破坏凝胶内氢键，交联点减少， 造成网络结构发生变化，引起溶胀。 相体积转变可逆
功能材料 敏感材料 生物医 用敏感 材料
生物医用敏感材料与功能材料和敏感材料的关系
生物医用敏感材料的要求：
良好的生物相容性 极高的灵敏度 稳定性、可靠性 使用寿命长
生物医用敏感材料分类： （1）按生物医用敏感材料的理化属性，
生物陶瓷
无机非金属敏感材料 生物玻璃
生物玻璃陶瓷
金属敏感材料
治疗用敏感材料
诊断用敏感材料
6.2 治疗用生物医用敏感材料
物理刺激响应 智能型高分子凝胶 化学刺激响应 形状记忆合金 形状记忆材料 形状记忆高分子材料
一、智能高分子水凝胶
三维高分子网络与溶剂组成的体系 含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀
最大的特点:体积相转变
智能高分子水凝胶的体积相转变