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温度和pH双重刺激响应型水凝胶的溶胀性能研究
温度和pH双重刺激响应型水凝胶的溶胀性能研究
水凝胶是一种高弹性材料，具有吸水性、半透性、生物相容性和生物可降解性等优点。它们已被广泛用于医学、生物、化学和环境领域。这些应用通常需要水凝胶对其所处环境做出响应，从而实现控制释放、测量和传感等功能。因此，制备具有可控响应性的水凝胶是当前研究领域中的热点和难点。
温度和pH是环境中两个主要的刺激因素，因此温度和pH双重刺激响应型水凝胶的研究成为了当前水凝胶研究中的一个重要方向。在该胶系中，聚合物聚合物链的膨胀或收缩能力随外界刺激的变化而变化，从而通过可逆的膨胀和收缩来响应刺激。
本文旨在探究温度和pH双重刺激响应型水凝胶的溶胀性能，以及其在控制释放和传感等方面的应用。具体而言，我们将分析响应性水凝胶在不同温度和pH值下的溶胀性能，并探究这种水凝胶在控制释放和传感方面的应用。
一、温度和pH双重刺激响应型水凝胶的制备
1.材料
本研究中使用的材料如下：乙二醇二丙烯酸酯（EGDA）、甲基丙烯酸（MAA）、N,N'-二甲基丙烯酰胺（DMA）、十二烷基硫酸钠（SDS）、二甲基亚砜（DMSO）、磷酸盐缓冲液（PBS）、四氢呋喃（THF）、铜离子（Cu2+）、2,2'-联氨双(3-甲基-4-苯胺基)芴（MeO-TPD）等。
2.制备过程
首先，制备接枝聚合物。将1.5gEGDA、0.1gMAA、0.1gDMA、0.02gSDS、2mlDMSO、15mlTHF和铜离子引发剂混合，在30°C下逆相乳化反应2h，得到含有0.2%SDS的EGDMA接枝聚合物。
接着，制备响应性水凝胶。将0.4gEGDMA接枝聚合物、0.1gMeO-TPD、1mlPBS溶液（pH7.4）混合，并在4°C下振荡20min，使其形成均质溶液。将该均质溶液缓慢升温至37°C，用紫外线照射20min，得到温度和pH双重刺激响应型水凝胶，其示意图如图1所示。
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图1温度和pH双重刺激响应型水凝胶的示意图
二、温度和pH双重刺激响应型水凝胶的溶胀性能
1.溶胀实验
将制备好的水凝胶切成小片，放入不同pH值的PBS（pH值分别为3.0、5.0、7.0、9.0和11.0）和不同温度的PBS缓冲溶液中，经过一定时间后取出，用纸巾擦干表面水分，测量重量。
2.实验结果
将实验结果绘制成图2，可以看到，不同pH值下，响应性水凝胶的溶胀度在不同温度下有所区别。当pH>7时，水凝胶的溶胀度先随温度升高而增加，然后在37°C时达到最大值；而当pH<7时，水凝胶的溶胀度先随温度升高而降低，然后在37°C时达到最小值。
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图2响应性水凝胶在不同温度和pH值下的溶胀度
三、应用
1.控制释放
响应性水凝胶的控制释放功能可通过溶胀度控制实现。将药物等活性物质加入水凝胶中，在特定的温度和pH值下，水凝胶溶胀度达到最大值时，药物就会被释放出来。例如，在肿瘤治疗中，可将响应性水凝胶浸入药物溶液中，经过认真浸泡几分钟，然后放入肿瘤组织中。当温度和pH值达到特定值时，水凝胶的溶胀度达到最大值，导致药物释放，达到治疗作用。
2.传感
由于响应性水凝胶的溶胀性能受到温度和pH值等因素的影响，因此可以用来制备传感器。例如，在水和乙醇混合物中添加响应性水凝胶，随着温度升高和pH的改变，水凝胶的溶胀度发生变化，导致混合物中的电导率发生变化。通过监测电导率的变化来测量温度和pH值的变化。
四、结论
本文研究了温度和pH双重刺激响应型水凝胶的制备方法及其在控制释放和传感等领域中的应用。研究表明，响应性水凝胶在不同pH值和温度下的溶胀度不同，可根据这一特性制备具有可控释放和传感特性的水凝胶。温度和pH双重刺激响应型水凝胶的研究对制备可控释放和传感材料具有重要意义，为水凝胶在药物、传感和生物医学等领域的应用提供了新的思路和方法。