智能納米水凝膠的制備及其刺激響應(yīng)性能和應(yīng)用研究進(jìn)展

查劉生，王秀琴，鄒先波，陸 晨

（東華大學(xué) 纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620）

智能納米水凝膠的制備及其刺激響應(yīng)性能和應(yīng)用研究進(jìn)展

查劉生，王秀琴，鄒先波，陸 晨

（東華大學(xué) 纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620）

粒徑為1～1 000 nm的智能納米水凝膠是近年來受到國內(nèi)外普遍關(guān)注的智能聚合物納米材料。介紹了制備智能納米水凝膠的4種方法：沉淀聚合/交聯(lián)法、反相乳液聚合/交聯(lián)法、自組裝/交聯(lián)法和微模板成型/交聯(lián)法，評述了這些制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)；同時論述了溫度、pH、光、磁場和分子識別等單刺激響應(yīng)性智能納米水凝膠以及多重刺激響應(yīng)性智能納米水凝膠的研究進(jìn)展情況；最后簡單介紹了智能納米水凝膠在藥物輸送與可控釋放、醫(yī)學(xué)診斷、生物傳感器、智能微反應(yīng)器和吸附與分離等方面的應(yīng)用。

智能納米水凝膠；沉淀聚合；反相乳液聚合；交聯(lián)；刺激響應(yīng)性能

納米水凝膠（Nanohydrogel或簡稱為Nanogel）是粒徑通常在1～1 000 nm的水凝膠粒子，能穩(wěn)定分散在水中形成膠體體系。納米水凝膠的分子鏈結(jié)構(gòu)介于支化聚合物和交聯(lián)網(wǎng)狀聚合物之間，內(nèi)部為交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面通常為毛發(fā)狀的支化結(jié)構(gòu)。納米水凝膠內(nèi)部分子鏈之間的交聯(lián)點(diǎn)既可以是由化學(xué)鍵形成的化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，也可以是通過氫鍵、靜電吸引或疏水相互作用等弱相互作用形成的物理交聯(lián)點(diǎn)［1］。智能納米水凝膠（Intelligent nanogel或Smart nanogel）是能對外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)的納米水凝膠，因此又被稱為刺激響應(yīng)性納米水凝膠（Stimulus responsive nanogel）。外界刺激通常包括微小的環(huán)境溫度、分散介質(zhì)pH和離子強(qiáng)度的變化，以及光、磁場、特定的化學(xué)物質(zhì)或生物物質(zhì)等。有的智能納米水凝膠還可對其中兩個或兩個以上的刺激產(chǎn)生響應(yīng)，這類智能納米水凝膠又被稱為多重刺激響應(yīng)性納米水凝膠。智能納米水凝膠受到外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)的形式通常表現(xiàn)為體積、含水量、折光指數(shù)、膠體穩(wěn)定性、軟硬度、內(nèi)部凝膠網(wǎng)絡(luò)的通透性和親疏水性等物理化學(xué)性能的變化。智能納米水凝膠最早報道于20世紀(jì)80年代初，當(dāng)時未受到特別的重視。近十年來，隨著納米科技、生物醫(yī)學(xué)和智能材料的發(fā)展，智能納米水凝膠顯示出誘人的應(yīng)用前景，因此對其制備方法、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及應(yīng)用領(lǐng)域的研究受到國內(nèi)外的高度關(guān)注。

本文結(jié)合本課題組近十年來的研究工作，對智能納米水凝膠的制備、刺激響應(yīng)性能及其應(yīng)用進(jìn)行了介紹和評述。

1 智能納米水凝膠的制備

1.1 沉淀聚合/交聯(lián)法

沉淀聚合法最早用于合成具有溫度刺激響應(yīng)性的聚（N- 異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）智能納米水凝膠［2］。本課題組研究了N- 異丙基丙烯酰胺（NIPAM）聚合及與其他親水單體共聚形成溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的機(jī)理［3］。與一般的水溶性聚合物不同，PNIPAM的水溶液存在最低臨界溶解溫度（LCST），約為32 ℃。因此采用沉淀聚合法合成PNIPAM納米水凝膠時，反應(yīng)溫度一定要高于32 ℃，通常為60～80 ℃。在反應(yīng)過程中，加入的熱引發(fā)劑分解生成初級自由基，引發(fā)NIPAM和交聯(lián)劑N，N′- 亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）聚合。當(dāng)形成的PNIPAM自由基鏈增長到某一臨界鏈長時，就會由原來的親水鏈變?yōu)槭杷?，產(chǎn)生所謂的“coil - to - globule”（從無規(guī)線團(tuán)到球形粒子）的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，反應(yīng)體系中出現(xiàn)了初級粒子，這一階段為沉淀聚合反應(yīng)的成核期。初級粒子有可能通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)粒徑增長，最終形成納米水凝膠：一是增溶、吸附或包埋在初級粒子中的少量NIPAM單體、交聯(lián)劑和未發(fā)生相分離的PNIPAM自由基鏈通過聚合反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)粒子增長；二是由于初級粒子比表面積大，有限的表面電荷難以通過靜電排斥作用使其穩(wěn)定分散在水中，因此初級粒子在布朗運(yùn)動過程中會因碰撞而發(fā)生聚并生成更大的粒子，其內(nèi)部通過進(jìn)一步的聚合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。凡是能發(fā)生自由基聚合反應(yīng)、形成的聚合物水溶液存在LCST的單體都可通過類似的機(jī)理，采用沉淀聚合法合成溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠［4］。常規(guī)的沉淀聚合法不使用乳化劑等小分子添加劑，制得的智能納米水凝膠表面無污染，但粒徑通常較大（大于500 nm）；加入帶電荷的親水單體共聚或使用立體穩(wěn)定劑可制備粒徑較小的智能納米水凝膠［5-7］。

沉淀聚合法的一個特點(diǎn)是可以利用其他膠體粒子作為模板或種子，將具有刺激響應(yīng)性的聚合物包覆在模板粒子上，形成多重刺激響應(yīng)性或具有多功能的智能復(fù)合納米水凝膠［8］。本課題組采用這種方法將具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PNIPAM聚合物包覆在表面經(jīng)過改性的二氧化硅膠體粒子上，然后通過氫氟酸除去二氧化硅粒子模板，首次得到具有中空結(jié)構(gòu)的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠［9］。

沉淀交聯(lián)法是通過加入交聯(lián)劑或加熱等方法使某些水溶性聚合物從均相的水溶液中沉淀出來并形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而制得智能納米水凝膠。如在濃度較稀的殼聚糖（CS）水溶液中加入乙二胺二乙酸二乙醛交聯(lián)劑，可得到粒徑為70～80 nm的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠［10］。如果在濃度較稀的CS水溶液中加入某些特定結(jié)構(gòu)的聚電解質(zhì)，也能通過靜電相互作用形成具有物理交聯(lián)點(diǎn)的智能納米水凝膠［11］。具有LCST的聚合物水溶液加熱到LCST以上溫度時，就會從水介質(zhì)中沉淀出來形成納米水凝膠。納米水凝膠的粒徑大小與聚合物水溶液的濃度、溫度和加熱歷史有關(guān)。如將濃度較稀的羥丙基纖維素（HPC）水溶液加熱到其LCST（～41 ℃）以上溫度時，就會形成亞穩(wěn)態(tài)的納米水凝膠，再用二乙烯基亞砜作交聯(lián)劑使HPC分子鏈上的羥基之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，就能得到體積相轉(zhuǎn)變溫度（VPTT）約為41 ℃的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠［12］。采用該方法制備智能納米水凝膠時，使用的水溶性聚合物的濃度不能太高，否則易形成大塊水凝膠，因此這種制備方法的效率較低。

1.2 反相乳液聚合/交聯(lián)法

合成智能納米水凝膠的單體、交聯(lián)劑或聚合物等原料絕大多數(shù)都是親水的，因此可以采用適當(dāng)?shù)娜榛椒ǎㄈ鐧C(jī)械攪拌乳化、均質(zhì)乳化、膜乳化或微流體乳化等）將這些原料形成的水溶液分散在有機(jī)連續(xù)相中制成W/O型反相乳液，然后引發(fā)單體和交聯(lián)劑發(fā)生聚合反應(yīng)或使聚合物之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在除去有機(jī)連續(xù)相、乳化劑和助乳化劑后，最終得到能穩(wěn)定分散在水中的智能納米水凝膠［13］。常規(guī)的反相乳液聚合法合成的智能納米水凝膠的粒徑較大，通常為微米級；細(xì)乳液聚合法可合成粒徑小于1 μm的納米水凝膠；微乳液聚合法合成的納米水凝膠粒徑更小，一般小于100 nm。聚合反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生在微小的水溶液液滴中，可在室溫下采用氧化-還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應(yīng)等比較溫和的反應(yīng)條件，因此有利于在納米水凝膠中包埋生物活性組分［14］。該方法的缺點(diǎn)是用有機(jī)化合物作為反應(yīng)介質(zhì)，細(xì)乳液或微乳液聚合反應(yīng)配方中用到的乳化劑和助乳化劑的量較大，給智能納米水凝膠的純化帶來很大的困難。

Bouillot等［15］以丙烯酰胺（AAm）和丙烯酸（AA）為單體，通過反相微乳液聚合法合成了兩類具有不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的納米水凝膠：一類是由兩種單體和交聯(lián)劑共聚形成的AA -co- AAm共聚物納米水凝膠，另一類是由兩種單體分別聚合得到的兩種均聚物通過氫鍵作用形成的具有互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）結(jié)構(gòu)的納米水凝膠。兩類納米水凝膠都有正溫度刺激響應(yīng)性，只不過具有IPN結(jié)構(gòu)的納米水凝膠的VPTT范圍更窄；另外，它們還都有pH刺激響應(yīng)性。Matyjaszewski課題組［16］在反相細(xì)乳液體系中通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法（ATRP）合成了以二硫鍵為交聯(lián)點(diǎn)的聚甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯納米水凝膠，該納米水凝膠在細(xì)胞內(nèi)遇到還原性物質(zhì)可發(fā)生降解。與常規(guī)的自由基聚合法相比，ATRP等活性自由基聚合法合成的納米水凝膠的最大優(yōu)點(diǎn)就是粒子大小均勻、結(jié)構(gòu)組成可控。

采用膜乳化技術(shù)可制得單分散的智能納米水凝膠［17］。受到乳化膜孔徑的限制，這種方法難以制備粒徑小于100 nm的智能納米水凝膠。微流體乳化技術(shù)使用的設(shè)備可能要更復(fù)雜一些，它是將分開通過微通道輸送的單體、交聯(lián)劑或聚合物配成的水溶液與連續(xù)有機(jī)相在逐漸變細(xì)的會合部位中混合，并乳化形成W/O型乳液，再原位聚合或交聯(lián)形成智能納米水凝膠。微通道大小、溶液流動的速度和交聯(lián)反應(yīng)時間對智能納米水凝膠的形狀和大小均有影響［18］。

1.3 自組裝/交聯(lián)法

分子自組裝是指分子通過非共價鍵作用自發(fā)形成具有熱力學(xué)穩(wěn)定性且具有明確有序結(jié)構(gòu)的聚集體的過程，驅(qū)動分子自組裝過程的作用力包括氫鍵作用、靜電相互作用、疏水相互作用和范德華力等。具有特定結(jié)構(gòu)的水溶性聚合物通過這些弱相互作用的驅(qū)動就能自組裝形成納米水凝膠［19］。納米水凝膠中形成的物理交聯(lián)點(diǎn)不夠穩(wěn)定，在高溫或高鹽濃度等環(huán)境條件下易發(fā)生解離。如果采用化學(xué)交聯(lián)或光交聯(lián)等方法使自組裝形成的智能納米水凝膠具有化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，就能顯著提高它的穩(wěn)定性。如果采用二硫鍵為交聯(lián)點(diǎn)，制得的智能納米水凝膠還能識別特定的還原性物質(zhì)，如使細(xì)胞中的谷胱甘肽等發(fā)生降解［20］。自組裝/交聯(lián)法制備智能納米水凝膠的條件比較溫和，一般在水介質(zhì)中進(jìn)行，因此有利于在其中包埋蛋白質(zhì)等生物活性組分［21］。

自組裝/交聯(lián)法尤其適用于制備基于天然聚合物的智能納米水凝膠［22］。天然多糖分子鏈上有很多羥基，用聚丙烯酸（PAA）等含羧酸基團(tuán)的聚合物對其接枝改性，形成的接枝共聚物在水介質(zhì)中通過氫鍵作用自組裝并進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)就能得到智能納米水凝膠。Dou等［23］將用PAA接枝改性羥乙基纖維素制得的接枝共聚物在水介質(zhì)中自組裝為納米水凝膠，再用含氨基的交聯(lián)劑使納米水凝膠中的PAA分子鏈形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，得到具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠。HPC經(jīng)PAA接枝改性后形成的接枝共聚物，在水介質(zhì)中自組裝并經(jīng)化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)制備的納米水凝膠具有溫度刺激響應(yīng)性［24］。Morimoto等［25］采用可逆加成-碎裂轉(zhuǎn)移聚合法在支鏈淀粉（PuL）分子鏈上接枝相對分子質(zhì)量為800～40 000的短PNIPAM支鏈，PNIPAM支鏈以巰基基團(tuán)（—SH）封端。當(dāng)水介質(zhì)的溫度超過PNIPAM支鏈的LCST時，溶解在其中的PuL -g- PNIPAM-SH接枝共聚物會因PNIPAM支鏈的疏水相互作用而自組裝為粒徑40～50 nm的納米水凝膠。在氧氣的作用下，納米水凝膠中PNIPAM支鏈末端的—SH基團(tuán)之間因氧化作用而產(chǎn)生二硫鍵，在納米水凝膠中形成新的化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)。該交聯(lián)點(diǎn)在某些還原劑的存在下又會發(fā)生斷裂，重新生成兩個—SH基團(tuán)。因此最終得到的納米水凝膠既有溫度刺激響應(yīng)性，又可識別特定的還原性物質(zhì)。

1.4 微模板成型/交聯(lián)法

該方法是先將單體與交聯(lián)劑的水溶液或聚合物水溶液加入到微模板中，然后通過化學(xué)引發(fā)或光引發(fā)的方法使微模板中的單體與交聯(lián)劑發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，或使聚合物分子鏈之間產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)或物理交聯(lián)點(diǎn)，最后再將形成的納米水凝膠從微模板中分離出來。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是能制備不同形狀的智能納米水凝膠［26］。另外，采用該方法能比較容易地包埋細(xì)胞或其他生物活性組分，尤其是采用物理交聯(lián)的方法更有利于保持這些生物組分的活性。不過受微模板大小的限制，該方法難以制備尺寸較小的智能納米水凝膠。

制備微模板的方法有多種，其中光刻微模板法是比較常用的方法。該方法是將可形成水凝膠的單體、交聯(lián)劑或聚合物水溶液與光引發(fā)劑混合后涂覆在一底板（材質(zhì)一般為聚苯乙烯、硅或玻璃等）上，再加上一層具有微孔洞的遮擋板，然后用特定波長的光照射。光線照在微孔洞上可引發(fā)其中的單體與交聯(lián)劑發(fā)生自由基聚合反應(yīng)或使聚合物分子鏈之間形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終形成形狀與微孔洞成互補(bǔ)關(guān)系的水凝膠粒子［27］。Ito［28］采用這種方法制備了一種具有pH刺激響應(yīng)性的納米水凝膠，他采用四疊氮苯胺修飾的PAA為水凝膠的前體，制得的納米水凝膠的形狀與所用遮擋板的孔洞形狀成互補(bǔ)關(guān)系，pH刺激響應(yīng)性與前體中四疊氮苯胺的含量有關(guān)，這是由于四疊氮苯胺基團(tuán)在光引發(fā)下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成了納米水凝膠的交聯(lián)點(diǎn)。光刻微模板法最突出的特點(diǎn)是能夠很好地控制納米水凝膠的尺寸和形狀，用該方法合成的智能納米水凝膠粒徑可小于200 nm，形狀可以有梯形、棒狀、錐形和箭頭狀等。不足之處在于設(shè)備昂貴，加工成本高，并且對環(huán)境的要求高。 凹槽微模板法與光刻微模板法類似，首先將形成水凝膠的前體水溶液裝入具有凹槽的微模板中，再采用光照射使其聚合或交聯(lián)形成具有固定尺寸和形狀的水凝膠粒子［29］。脂質(zhì)體是由兩親性的磷脂分子通過自組裝形成的具有雙層壁結(jié)構(gòu)的空心囊泡，它的空腔也可作為微模板來制備智能納米水凝膠。Hong等［30］以納米尺寸的脂質(zhì)體內(nèi)核為模板，首先將海藻酸鈉包覆在脂質(zhì)體的核內(nèi)，然后加入含Ca2+的水溶液；當(dāng)溶液溫度超過脂質(zhì)體的熔點(diǎn)時，溶液中的Ca2+會通過脂質(zhì)體殼層進(jìn)入核內(nèi)，與海藻酸鈉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；加入表面活性劑除去表面的脂質(zhì)體后得到粒徑為120～200 nm的海藻酸納米水凝膠。該納米水凝膠能根據(jù)溶液中離子強(qiáng)度的變化而產(chǎn)生響應(yīng)。

2 智能納米水凝膠的刺激響應(yīng)性能

2.1 溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠

溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠是當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到特定值時可發(fā)生體積膨脹或收縮（即所謂體積相轉(zhuǎn)變）的智能納米水凝膠，該特定溫度稱之為它的VPTT。根據(jù)溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠體積隨溫度變化的趨勢不同，可將其分為兩類：負(fù)溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠和正溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠。負(fù)溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的體積在環(huán)境溫度達(dá)到VPTT時隨溫度升高而減小，這一類溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠目前研究得較多，典型的是由具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PNIPAM形成的納米水凝膠，它的VPTT約為33 ℃。負(fù)溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠通常由在水介質(zhì)中具有LCST的聚合物形成，分子鏈結(jié)構(gòu)中含有一定比例的疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)。當(dāng)環(huán)境溫度高于VPTT時，分子鏈中親水基團(tuán)與水分子之間形成的氫鍵發(fā)生斷裂，而分子鏈上疏水基團(tuán)之間的疏水相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致水分子從納米水凝膠內(nèi)部排出，從而發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變［2］。而正溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的體積在環(huán)境溫度達(dá)到VPTT時隨溫度升高而增大。這類溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠主要有兩種：一種是由在水介質(zhì)中具有最高臨界溶解溫度的聚合物形成；另一種是基于兩種不同聚合物之間的弱相互作用（如氫鍵作用）形成的納米水凝膠，溫度升高會破壞這種相互作用［15,31-32］。目前，關(guān)于正溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的研究報道較少。

VPTT及其范圍是溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠兩個最重要的性能參數(shù)，它反映了其內(nèi)部聚合物分子鏈的親疏水性，并且決定了它的使用范圍。通常采用多種單體共聚的方法來調(diào)節(jié)負(fù)溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的VPTT。本課題組采用親水的甲基丙烯酸 - 2 -（N，N- 二甲胺基）乙酯（DMAEMA）單體與NIPAM和MBA共聚，合成的NIPAM-co-DMAEMA共聚物納米水凝膠的VPTT隨DMAEMA單元含量的增加而升高［33］。而疏水性較強(qiáng)的單體與NIPAM共聚往往比較困難，如Benee等［34］用月桂酸乙烯酯與NIPAM共聚合成的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的VPTT與疏水單體的用量關(guān)系不大。原因是聚合過程中疏水單體形成的聚合物鏈段由于疏水相互作用而聚集，形成了納米水凝膠的內(nèi)核，而PNIPAM位于其殼層，兩種單體沒有達(dá)到共聚的目的。本課題組通過改進(jìn)加料方法使疏水性較強(qiáng)的丙烯酸叔丁酯單體（tBA）與NIPAM共聚，合成的NIPAM -co- tBA共聚物納米水凝膠的VPTT在較寬的范圍內(nèi)隨tBA用量的增加而降低［35-36］。

與大塊溫度刺激響應(yīng)性水凝膠在VPTT下發(fā)生的非連續(xù)體積相轉(zhuǎn)變相比，溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠發(fā)生的是連續(xù)的體積相轉(zhuǎn)變，即納米水凝膠的體積在一定的溫度范圍內(nèi)發(fā)生收縮或膨脹。溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的VPTT范圍越寬，意味著它的溫度刺激響應(yīng)性能越差，對它的實(shí)際應(yīng)用將產(chǎn)生不利影響。尤其是通過單體共聚合成的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠，其VPTT的范圍隨共聚單體用量的增加而明顯變寬。本課題組在前人對PNIPAM納米水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為由里到外的不均勻交聯(lián)結(jié)構(gòu)是造成它發(fā)生連續(xù)體積相轉(zhuǎn)變的主要原因［37-39］，為此采用半間歇式與連續(xù)式沉淀聚合工藝或采用自交聯(lián)的辦法合成了VPTT范圍較窄的PNIPAM納米水凝膠和NIPAM -co- AA共聚物納米水凝膠。通過研究納米水凝膠合成過程中溶脹比隨反應(yīng)時間的變化關(guān)系，證明了上述方法合成的PNIPAM納米水凝膠具有比較均勻的內(nèi)部交聯(lián)結(jié)構(gòu)。另外，本課題組采用鋰蒙脫石為物理交聯(lián)劑，合成了VPTT范圍較窄的納米水凝膠［40-41］，納米水凝膠中剝離的鋰蒙脫石片層以氫鍵、離子鍵或配位鍵的方式與聚合物分子鏈產(chǎn)生相互作用，形成的物理交聯(lián)點(diǎn)分布比較均勻。

2.2 pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠

pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠是當(dāng)其分散介質(zhì)的pH越過某一臨界pH（pHc）時發(fā)生體積突變的智能納米水凝膠。pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠通常由具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的帶弱酸性基團(tuán)或弱堿性基團(tuán)的聚電解質(zhì)形成，也有可能是由同時帶這兩種基團(tuán)的兩性聚電解質(zhì)組成。當(dāng)分散介質(zhì)的pH大于弱酸型聚電解質(zhì)的電離常數(shù)（pKa）時，其分子鏈側(cè)鏈上的弱酸性基團(tuán)電離形成帶負(fù)電荷的陰離子基團(tuán)，從而在納米水凝膠內(nèi)部產(chǎn)生較大的滲透壓，使其發(fā)生溶脹。而當(dāng)分散介質(zhì)的pH小于弱堿型聚電解質(zhì)的電離常數(shù)（pKb）時，則其分子鏈上的弱堿性基團(tuán)接受質(zhì)子形成帶正電荷的陽離子基團(tuán)，同樣由于納米水凝膠內(nèi)部滲透壓的上升而使其產(chǎn)生溶脹。如以聚乙二醇（PEG）為殼層、交聯(lián)的聚甲基丙烯酸（PMA）為核的納米水凝膠在分散介質(zhì)pH由5增大到9時發(fā)生體積增大，這是由于PMA分子鏈的羧酸基團(tuán)在該pH范圍內(nèi)發(fā)生電離所致［42］。如果將上述納米水凝膠的核換成交聯(lián)的聚乙烯胺（PEI ），那么當(dāng)分散介質(zhì)的pH從8.5增大到10.0時，由于PEI分子鏈上的胺基基團(tuán)去質(zhì)子化，納米水凝膠的體積會發(fā)生明顯的收縮［43］。

pHc是pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠的關(guān)鍵性能參數(shù)，它決定了pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠的用途或使用范圍。pHc通常由納米水凝膠內(nèi)懸掛在聚電解質(zhì)分子鏈上的弱酸性基團(tuán)的pKa值或弱堿性基團(tuán)的pKb值所決定。聚電解質(zhì)分子鏈中引入疏水基團(tuán)會導(dǎo)致pHc發(fā)生改變［44］。由于水介質(zhì)的離子強(qiáng)度會影響弱酸性基團(tuán)的pKa值或弱堿性基團(tuán)的pKb值［45-46］，因此也會對pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠的pHc產(chǎn)生影響。這一點(diǎn)在pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠進(jìn)入人體生理液或病灶部位時尤其需要考慮。

由兩性聚電解質(zhì)構(gòu)成的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠的最主要特征是在水介質(zhì)中存在等電點(diǎn)（IEP），類似于蛋白質(zhì)，IEP可由兩性聚電解質(zhì)的化學(xué)組成來調(diào)節(jié)。不同于上面介紹的基于弱酸型或弱堿型聚電解質(zhì)形成的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠，只要水介質(zhì)的pH偏離兩性聚電解質(zhì)納米水凝膠的IEP時，即pH不管是增加還是減小，它都會發(fā)生相轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生體積溶脹［47］。由兩性聚電解質(zhì)形成的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠還有一個特點(diǎn)，就是存在所謂的“反聚電解質(zhì)效應(yīng)”，即納米水凝膠的體積隨水介質(zhì)離子強(qiáng)度的增加而增大［48］。這一點(diǎn)要求我們在使用基于兩性聚電解質(zhì)的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠時要考慮到環(huán)境的離子強(qiáng)度。由兩性聚電解質(zhì)形成的納米水凝膠的表面電荷性質(zhì)會在分散介質(zhì)的pH越過IEP時發(fā)生翻轉(zhuǎn)，有人利用這一特性有效地將載藥的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠輸送到癌細(xì)胞內(nèi)部［49］。

提高pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠相轉(zhuǎn)變前后的體積變化程度一直是近年來努力的方向。本課題組采用一步沉淀聚合法使線型PAA和交聯(lián)的PNIPAM形成具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米水凝膠［50］。該納米水凝膠具有超強(qiáng)的pH刺激響應(yīng)性，當(dāng)環(huán)境pH從4.0增大到6.0時，體積可增加125倍。

2.3 磁場刺激響應(yīng)性納米水凝膠

磁場刺激響應(yīng)性納米水凝膠是含磁性納米粒子（如Fe2O3或Fe3O4納米粒子）的雜化納米水凝膠。磁性納米粒子的毒性與其大小、形狀、組成和表面接枝的功能組分有關(guān)［51］。磁性納米粒子可通過多種乳液聚合法或原位合成技術(shù)包埋在納米水凝膠中［52-54］。目前這些方法存在的主要問題是難以確保磁性納米粒子均勻分布在所有納米水凝膠中。納米水凝膠中磁性納米粒子的含量影響到它的磁場響應(yīng)性和在交變磁場作用下產(chǎn)生的熱量大小。如果能形成以磁性納米粒子為核、水凝膠為殼層的具有核殼結(jié)構(gòu)的納米水凝膠，就能較好地解決這一問題。如Gaharwar等［55］采用兩步法制備了這種具有核殼結(jié)構(gòu)的磁場刺激響應(yīng)性納米水凝膠。他們首先用硅烷偶聯(lián)劑對磁性納米粒子表面進(jìn)行改性，使其表面接枝胺基基團(tuán)，然后通過部分氧化的HPC分子鏈上的羧基與磁性納米粒子表面的胺基發(fā)生縮合反應(yīng)，將具有溫度刺激響應(yīng)性的HPC包覆在磁性納米粒子表面。

磁場刺激響應(yīng)性納米水凝膠的刺激響應(yīng)性表現(xiàn)在兩個方面：一是可通過外加的永久磁場將納米水凝膠輸送到特定部位，如將載藥的納米水凝膠輸送到人體病灶部位［56］；二是利用磁性納米粒子在交變磁場作用下可產(chǎn)生熱量的特性，使包埋有磁性納米粒子的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變。如Purushotham等［57］將磁性納米粒子包埋在PNIPAM納米水凝膠中，在外加交變磁場的作用下，磁性納米粒子產(chǎn)生的熱量使納米水凝膠的溫度高于33 ℃，導(dǎo)致納米水凝膠發(fā)生收縮。另外也可直接使用磁場刺激響應(yīng)性納米水凝膠在交變磁場作用下產(chǎn)生的熱量，如用于癌癥的熱治療［58］。

2.4 光刺激響應(yīng)性納米水凝膠

光刺激響應(yīng)性納米水凝膠是受到光照后可發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變的智能納米水凝膠。從產(chǎn)生體積相轉(zhuǎn)變的機(jī)理角度可將它分為兩種類型：一種是由含光活性基團(tuán)（如偶氮苯、螺苯并吡喃和三苯甲烷等）的光響應(yīng)性聚合物形成，這些活性基團(tuán)受到光照后構(gòu)型發(fā)生變化或形成帶電荷的基團(tuán)，導(dǎo)致聚合物分子鏈的構(gòu)象或親疏水性發(fā)生變化，引起納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變［59-60］。比如偶氮苯基團(tuán)是由兩個苯環(huán)通過偶氮鍵連接起來的光活性基團(tuán)，存在順式和反式兩種異構(gòu)體。當(dāng)受到特定波長的紫外光照射時，偶氮苯基團(tuán)的反式異構(gòu)體會轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)體；當(dāng)受到藍(lán)光照射時，順式異構(gòu)體轉(zhuǎn)變?yōu)榉词疆悩?gòu)體。如果偶氮苯基團(tuán)位于形成納米水凝膠的聚合物分子主鏈上，其順-反異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化會導(dǎo)致聚合物分子鏈的構(gòu)象發(fā)生明顯變化，從而引起納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變。由于引發(fā)這類光刺激響應(yīng)性納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變的光為紫外光或波長較短的藍(lán)光，因此它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大限制。

另一種光刺激響應(yīng)性納米水凝膠是由貴金屬納米粒子和溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠形成的復(fù)合體系。當(dāng)這類納米水凝膠受到光照時，其中的貴金屬納米粒子（如銀納米粒子或金納米粒子等）吸收光并把它轉(zhuǎn)換成熱量，導(dǎo)致溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的溫度超過它的VPTT，從而發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變。由于金納米粒子吸收的是波長為700～900 nm的紅外光，而紅外光對生物細(xì)胞或組織的傷害很小［61-62］，且金納米粒子本身的毒性較小，因此含金納米粒子的光刺激響應(yīng)性納米水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。金納米粒子可通過反相微乳液聚合法、膠體模板聚合法或原位合成法等方法引入到納米水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)中［63-65］。

2.5 分子識別響應(yīng)性納米水凝膠

生物系統(tǒng)能識別特定的離子或生物分子而產(chǎn)生響應(yīng)，即通過改變生物大分子的構(gòu)象或重排其構(gòu)成來產(chǎn)生特定的生物功能。生物系統(tǒng)的這種分子識別響應(yīng)性已被材料科學(xué)家模仿來制備可識別特定生物分子或離子的智能聚合物材料。能識別葡萄糖［66］、多肽［67］、蛋白質(zhì)［68］或核酸［69］等生物分子而產(chǎn)生響應(yīng)的智能納米水凝膠是近十年來的研究熱點(diǎn)，本課題組就此做過專門的評述［70］。除了葡萄糖分子識別響應(yīng)性納米水凝膠的研究比較活躍外，其他種類的分子識別響應(yīng)性納米水凝膠的研究報道不是很多?？赡苁怯捎谄咸烟欠肿幼R別響應(yīng)性納米水凝膠可作為胰島素的給藥載體，能發(fā)揮人工胰腺的作用，在糖尿病治療方面有誘人的應(yīng)用前景［71］。

從產(chǎn)生刺激響應(yīng)性的機(jī)理角度來劃分，目前葡萄糖分子識別響應(yīng)性納米水凝膠可分為兩類。一類是葡萄糖氧化酶（GOx）和pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠形成的復(fù)合體系［72］。當(dāng)環(huán)境中的葡萄糖分子擴(kuò)散進(jìn)入納米水凝膠中與GOx接觸后會被氧化成葡萄糖酸，造成納米水凝膠內(nèi)部微環(huán)境的pH下降，引發(fā)pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變，即含GOx的復(fù)合納米水凝膠產(chǎn)生響應(yīng)。另一類葡萄糖分子識別響應(yīng)性納米水凝膠是基于聚合物分子鏈側(cè)鏈上苯硼酸（PBA）基團(tuán)與葡萄糖分子之間的絡(luò)合作用［73］。PBA基團(tuán)在堿性水溶液中可與OH-結(jié)合形成中性疏水態(tài)（結(jié)合OH-前）和陰離子親水態(tài)（結(jié)合OH-后）兩種狀態(tài)之間的平衡。如果水溶液中存在葡萄糖分子，陰離子親水態(tài)的PBA基團(tuán)會與葡萄糖分子發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定性更高的陰離子復(fù)合物基團(tuán)，造成PBA基團(tuán)兩種狀態(tài)之間的平衡向形成更多的親水態(tài)方向移動，導(dǎo)致含PBA基團(tuán)的聚合物分子鏈的親水性增加，由該聚合物形成的納米水凝膠將吸水而發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生體積相轉(zhuǎn)變。后一類葡萄糖分子識別響應(yīng)性納米水凝膠完全由人工合成材料組成，不存在生物活性物質(zhì)（如GOx等）失活的問題，所以受到很多關(guān)注［74-75］。本課題組以NIPAM為主單體、含PBA基團(tuán)的乙烯基單體為共聚單體，通過沉淀聚合法合成了葡萄糖分子識別響應(yīng)性納米水凝膠［76］。

2.6 多重刺激響應(yīng)性納米水凝膠

過去對單一刺激（如溫度、pH、光和磁場等）產(chǎn)生響應(yīng)的智能納米水凝膠的研究報道較多，近年來可對雙重甚至三重刺激產(chǎn)生響應(yīng)的智能納米水凝膠開始受到關(guān)注［77］，其中，研究得最多的是pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性納米水凝膠，這是因?yàn)闇囟扰cpH是生物和化學(xué)系統(tǒng)中十分重要的兩種環(huán)境條件［78］。

過去制備多重刺激響應(yīng)性納米水凝膠的方法是將具有不同刺激響應(yīng)性的聚合物組分通過無規(guī)共聚法［79］、接枝共聚法［80］和核殼結(jié)構(gòu)法［81］等方法引入到納米水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)中。這些方法共同存在的問題就是各刺激響應(yīng)性組分之間有相互干擾的可能。如無規(guī)共聚法制備的pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性納米水凝膠網(wǎng)絡(luò)中pH刺激響應(yīng)性組分對溫度刺激響應(yīng)性組分有較大的干擾，納米水凝膠的VPTT受介質(zhì)pH的影響很大。當(dāng)pH刺激響應(yīng)性組分的離子化程度增大時，納米水凝膠的VPTT范圍變寬，溫度刺激響應(yīng)性減弱甚至有可能消失［5］。為克服目前雙重刺激響應(yīng)性納米水凝膠存在的缺陷，本課題組采用兩步聚合法合成了由交聯(lián)的PNIPAM和交聯(lián)的PAA形成的具有IPN結(jié)構(gòu)的pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性納米水凝膠［82］。由于納米水凝膠中PNIPAM聚合物網(wǎng)絡(luò)和PAA聚合物網(wǎng)絡(luò)之間不存在化學(xué)鍵連接，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上保持了相對的獨(dú)立性，因此這兩種刺激響應(yīng)性組分之間的相互干擾較小。本課題組還采用變溫紅外光譜法研究了具有IPN結(jié)構(gòu)的pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變時分子鏈微環(huán)境的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨水介質(zhì)pH的增大，PAA分子鏈上的羧酸基團(tuán)離解為羧酸根離子，導(dǎo)致納米水凝膠發(fā)生響應(yīng)pH變化的體積相轉(zhuǎn)變［83］。PNIPAM分子鏈的微環(huán)境隨pH變化較小，說明PNIPAM網(wǎng)絡(luò)保持了相對獨(dú)立性。本課題組以改性的二氧化硅膠體粒子為模板，制備了具有pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性的空心納米水凝膠［84］。如果用氨基苯硼酸與該空心納米水凝膠殼層中的羧基進(jìn)行縮合反應(yīng)，就可在空心微凝膠中引入具有葡萄糖識別刺激響應(yīng)性的組分，使空心納米水凝膠具有溫度/葡萄糖雙重刺激響應(yīng)性［85］。

3 智能納米水凝膠的應(yīng)用

3.1 藥物輸送與可控釋放

藥物輸送和可控釋放是目前智能納米水凝膠研究得最多也是最有發(fā)展前景的應(yīng)用方向。用于藥物輸送的智能納米水凝膠不僅具有其他聚合物納米粒子的優(yōu)點(diǎn)，如易越過生物屏障、保護(hù)藥物不受分解破壞、表面可連接具有靶向作用的配體等，而且還具有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）內(nèi)部親水網(wǎng)絡(luò)非常適于裝載及保護(hù)親水的小分子藥物和具有生物活性的大分子藥物；（2）內(nèi)部的化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)和表面的親水鏈有利于提高智能納米水凝膠在人體血液中循環(huán)的穩(wěn)定性，確保它有足夠長的循環(huán)時間到達(dá)病灶部位；（3）藥物的裝載和釋放可通過外界刺激來控制，這樣就能提高藥物的裝載效率，增加它的生物利用度，減少副作用；（4）可利用人體病癥部位和正常部位在某些環(huán)境條件上的差異（如溫度和pH的不同）將藥物被動靶向到病灶部位，或通過外部刺激（如磁場等）將藥物主動靶向到病灶部位。因此，近十年來智能納米水凝膠在藥物輸送方面的應(yīng)用研究非常活躍，尤其是用于癌癥治療［86］。本課題組就智能納米水凝膠在藥物輸送方面的應(yīng)用做了比較詳細(xì)的介紹和評述［87］，本文受篇幅所限，在此不能贅述，只結(jié)合本課題組近年來的研究工作介紹兩個有代表性的例子。將模型藥物異硫氰熒光素包埋在具有空心結(jié)構(gòu)的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠的空腔中，體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境溫度超過空心納米水凝膠的VPTT時，藥物因水凝膠殼層收縮而難以釋放；而當(dāng)環(huán)境溫度低于VPTT時，藥物容易透過溶脹的水凝膠殼層而釋放出來［88］。本課題組將具有IPN結(jié)構(gòu)的pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性空心納米水凝膠的環(huán)境溫度控制在4 ℃，大大低于其VPTT（32.6 ℃），水溶性模型藥物異煙肼能透過充分溶脹的殼層進(jìn)入空心納米水凝膠的空腔中，載藥率接近70%［89］。體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境溫度高于空心納米水凝膠的VPTT時，藥物釋放速率變化不大；而當(dāng)環(huán)境pH由7.4（模擬人體腸道pH）降到1.2（模擬人體胃液pH）時，藥物釋放速率大大加快，表明所研究的pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性空心納米水凝膠適用于胃部靶向給藥。

3.2 醫(yī)學(xué)診斷

智能納米水凝膠的尺寸比血紅細(xì)胞小得多，可以在血液中自由運(yùn)動，因此可將智能納米水凝膠的水分散液注入人體內(nèi)，以檢查體內(nèi)出現(xiàn)病變的部位或器官，尤其是有望用于癌癥的診斷。Oishi等［90-91］通過乳液共聚合的方法將含氟基團(tuán)引入到殼層包覆有PEG親水鏈的pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠的分子鏈中。該納米水凝膠在人體血液中循環(huán)時有可能通過所謂的增強(qiáng)滲透和保留（Enhanced permeability and retention）效應(yīng)到達(dá)癌癥病人的實(shí)體腫瘤部位。由于實(shí)體腫瘤部位的pH比人體正常部位的pH要低0.4～1.0，因此可誘導(dǎo)pH刺激響應(yīng)性納米水凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變，相應(yīng)地其分子鏈上懸掛的含氟基團(tuán)的微環(huán)境和運(yùn)動能力也發(fā)生變化。如果用19F核磁共振波譜儀（19F NMR）來進(jìn)行探測，就會由于納米水凝膠在人體正常部位和實(shí)體瘤部位產(chǎn)生的19F NMR信號強(qiáng)度不同而檢測出腫瘤部位。如果是用19F核磁共振成像儀（19F MRI）來進(jìn)行探測，就能從獲得的MRI圖像上區(qū)分出人體正常部位和實(shí)體腫瘤部位。

3.3 生物傳感器

單分散性好的智能納米水凝膠可形成具有三維有序周期結(jié)構(gòu)的膠體晶體。與普通膠體粒子形成的膠體晶體不同，它能響應(yīng)外界刺激衍射不同波長的光，因此非常適合用作生物傳感器。Lapeyre等［73］采用沉淀聚合法合成出分子側(cè)鏈含PBA基團(tuán)的單分散性納米水凝膠，它在生理鹽濃度條件下有顯著的葡萄糖分子識別響應(yīng)性。該納米水凝膠在一定條件下可組裝成膠體晶體，能衍射滿足Bragg公式的特定波長的可見光。當(dāng)環(huán)境中存在葡萄糖分子時，由于納米水凝膠能識別葡萄糖分子而產(chǎn)生體積變化，造成膠體晶體的晶面間距發(fā)生改變，因而使衍射光的波長也發(fā)生變化。葡萄糖濃度不同，納米水凝膠體積的變化程度也會不同，最終形成的衍射光的波長與環(huán)境中葡萄糖濃度有明顯的對應(yīng)關(guān)系。所以這種具有葡萄糖分子識別響應(yīng)性的單分散納米水凝膠組裝形成的膠體晶體可作為傳感器用來檢測葡萄糖濃度。

如果將智能納米水凝膠在表面非常平整的透明基材上形成單層膜，也可用作生物傳感器。Lyon課題組［92］在這方面做了開創(chuàng)性的工作。球形的納米水凝膠粒子吸附在基材表面會發(fā)生變形，形成中心逐漸凸起的微透鏡。微透鏡的焦距由納米水凝膠的折光指數(shù)和曲率半徑?jīng)Q定。如果納米水凝膠發(fā)生溶脹或消溶脹都會改變微透鏡的這兩個參數(shù)，進(jìn)而改變它的焦距。因此，用智能納米水凝膠形成的微透鏡就能響應(yīng)外界刺激而改變焦距，采用光學(xué)顯微鏡就能觀察到它們的焦距發(fā)生的變化。用這種微透鏡制作的生物傳感器可檢測抗生物素或抗生物素蛋白［93-94］。

3.4 智能微反應(yīng)器

智能納米水凝膠具有可控的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及含水量高、比表面積大等特點(diǎn)，因此在水介質(zhì)中作為微反應(yīng)器有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散，提高反應(yīng)效率，且在反應(yīng)結(jié)束后容易通過離心分離的方法進(jìn)行回收利用。此外，還可利用外界刺激來控制反應(yīng)的活性。用智能納米水凝膠作為微反應(yīng)器來合成金屬納米粒子或無機(jī)氧化物納米粒子是目前比較活躍的研究方向［95］。納米水凝膠中形成的金屬納米粒子或無機(jī)氧化物納米粒子的性能會響應(yīng)外界刺激而發(fā)生變化。

智能納米水凝膠還可作為催化劑的載體，反應(yīng)物可進(jìn)入納米水凝膠內(nèi)部，在催化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成的產(chǎn)物可從納米水凝膠中擴(kuò)散出來。通過外界刺激或控制環(huán)境條件，可調(diào)節(jié)納米水凝膠中催化劑的活性，進(jìn)而控制反應(yīng)速率［96］。本課題組最近以PNIPAM納米水凝膠為微反應(yīng)器制備了載有銀納米粒子的溫度刺激響應(yīng)性納米水凝膠，其中銀納米粒子的粒徑為5～14 nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)25%［97］。改變環(huán)境溫度能調(diào)節(jié)納米水凝膠中銀納米粒子催化的硼氫化鈉與硝基苯酚之間發(fā)生的還原反應(yīng)的速率。

3.5 吸附與分離

利用智能納米水凝膠發(fā)生相轉(zhuǎn)變前后親疏水性和表面電荷密度的變化以及凝膠網(wǎng)絡(luò)含水量的變化就可以對混合物進(jìn)行分離，或使含水體系得到濃縮。Kikuchi等［98］系統(tǒng)地介紹了溫度刺激響應(yīng)性聚合物PNIPAM及其衍生物作為固定相在所謂“綠色色譜”中用于分離生物活性物質(zhì)的研究。Elaissari等［99］合成的表面帶陽離子的PNIPAM納米水凝膠可用于分離蛋白質(zhì)和核酸的混合物。Wu等［100］采用NIPAM -co- MAA（MAA為甲基丙烯酸）共聚物納米水凝膠吸附并分離水溶液的Cu2+，隨納米水凝膠分子鏈中MAA單元含量的增加，對Cu2+的吸附量也逐漸增加。

4 結(jié)語

智能納米水凝膠作為一種新型的納米材料或智能材料，近年來發(fā)展得很快，取得了不少有突破性的研究成果。智能納米水凝膠的制備方法逐漸多樣化，可根據(jù)合成使用的原料不同或其應(yīng)用要求不同來進(jìn)行選擇。一些具有新型刺激響應(yīng)性能的智能納米水凝膠開始嶄露頭角，如分子識別刺激響應(yīng)性納米水凝膠和多重刺激響應(yīng)性納米水凝膠。更可喜的是，智能納米水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓寬，必將為其研究發(fā)展帶來更大的動力。

［1］Sanson N， Rieger J. Synthesis of Nanogels/Microgels by Con-ventional and Controlled Radical Crosslinking Copolymerization［J］.Polym Chem，2010，1（7）：965 - 977.

［2］Pelton R. Temperature-Sensitive Aqueous Microgels ［J］.Adv Colloid Interf Sci，2000，85（1）：1 - 33.

［3］Zhang Yan， Zha Liusheng， Fu Shoukuan. The Kinetic Analysis of Poly（N-Isopropylacrylamide-co-Dimethylaminoethyl Methacrylate） Microgel Latexes Formation［J］.J Appl Polym Sci，2004，92（2）：839 - 846.

［4］Hu Zhibing，Cai Tong，Chi Chenglin. Thermoresponsive Oligo（Ethylene Glycol）-Methacrylate-Based Polymers and Microgels［J］.Soft Matter，2010，6（10）：2115 - 2123.

［5］張福全，張莉，趙輝鵬，等. pH值對N- 異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸共聚形成微凝膠的影響［J］. 合成技術(shù)及應(yīng)用，2009，24（4）：14 - 19.

［6］蔣小鋒，楊軍，張莉，等. 分散聚合法合成聚（N-異丙基丙烯酰胺）溫敏性微凝膠［J］. 合成技術(shù)及應(yīng)用，2008，23（1）：26 - 30.

［7］Zha Liusheng，Hu Jianghua，Wang Changchun，et al. The Effect of Electrolyte on the Colloidal Properties of Poly（NIsopropylacrylamide-co-Dimethylaminoethyl Methacrylate）Microgel Latexes［J］.Colloid Polym Sci，2002，280（12）：1116 - 1121.

［8］Hendrickson G R，Michael H S，Antoinette B，et al. Design of Multiresponsive Hydrogel Particles and Assemblies［J］.Adv Funct Mater，2010，20（11）：1697 - 1712.

［9］Zha Liusheng，Zhang Yan，Yang Wuli，et al. Monodisperse Temperature-Sensitive Microcontainers ［J］.Adv Mater，2002，14（15）：1090 - 1092.

［10］Shen Xiaochen，Zhang Leyang，Jiang Xiqun，et al. Reversible Surface Switching of Nanogel Triggered by External Stimuli［J］.Angew Chem，Int Ed，2007，46（37）：7104 - 7107.

［11］Boddohi S，Moore N，Johnson P A，et al. Polysaccharide-Based Polyelectrolyte Complex Nanoparticles from Chitosan，Heparin and Hyaluronan［J］.Biomacromolecules，2009， 10（6）：1402 - 1409.

［12］Cai Tong，Hu Zhibing，Marquez M. Synthesis and Self-Assembly of Nearly Monodisperse Nanoparticles of a Naturally Occurring Polymer［J］.Langmuir，2004，20（18）：7355 - 7359.

［13］Oh Jung Kwon，Drumright R，Siegwart D J，et al. The Development of Microgels/Nanagels for Drug Delivery Applications［J］.Prog Polym Sci，2008，33（4）：448 - 477.

［14］Mitra S，Gaur U，Ghosh P C，et al. Tumour Targeted Delivery of Encapsulated Dextran-Doxorubicin Conjugate Using Chitosan Nanoparticles as Carrier［J］.J Control Release，2001，74（1/3）：317 - 323.

［15］Bouillot P，Vincent B. A Comparison of the Swelling Behavior of Copolymer and Interpenetrating Network Microgel Particles［J］.Colloid Polym Sci，2000，278（1）：74 - 79.

［16］Oh Jung Kwon，Tang Chuanbing，Gao Haifeng，et al. Inverse Miniemulsion ATRP：A New Method for Synthesis and Functionalization of Well-De fi ned Water-Soluble/Cross-Linked Polymeric Particles［J］.J Am Chem Soc，2006，128（16）：5578 - 5584.

［17］Dai Hongjun，Chen Qiang，Qin Huaili，et al. A Temperature-Responsive Copolymer Hydrogel in Controlled Drug Delivery［J］.Macromolecules，2006，39（19）：6584 - 6589.

［18］Zhang Hong，Tumarkin E，Sullan R M，et al. Exploring Micro fl uidic Routes to Microgels of Biological Polymers［J］.Macromol Rapid Commun，2007，28（5）：527 - 538.

［19］Kabanov A V， Vinogradov S V. Nanogels as Pharmaceutical Carriers：Finite Networks of In fi nite Capabilities［J］.Angew Chem，Int Ed，2009，48（30）：5418 - 5429.

［20］Meng Fenghua，Hennink W E，Zhong Zhiyuan. Reduction-Sensitive Polymers and Bioconjugates for Biomedical Applications［J］.Biomaterials，2009，30（12）：2180 - 2198.

［21］Yu Shaoyong，Yao Ping，Jiang Ming，et al. Nanagels Prepared by Self-Assembly of Oppositely Charged Globular Proteins［J］.Biopolymers，2006，83（2）：148 - 158.

［22］Oh Jung Kwon，Lee Do Ik，Park Jong Myung. Biopolymer-Based Microgels/Nanogels for Drug Delivery Applications ［J］.Prog Polym Sci，2009，34（12）：1261 - 1282.

［23］Dou Hongjing，Jiang Ming. Fabrication，Characterization and Drug Loading of pH-Dependent Multi-Morphological Nanoparticles Based on Cellulose［J］.Polym Int，2007，56（10）：1206 - 1212.

［24］Dou Hongjing，Yang Weihai，Tao Ke，et al. Thermal Sensitive Microgels with Stable and Reversible Photoluminescence Based on Covalently Bonded Quantum Dots［J］.Langmuir，2010，26（7）：5022 - 5027.

［25］Morimoto N，Qiu Xingping，Winnik F M，et al. Dual Stimuliresponsive Nanogels by Self-Assembly of Polysaccharides Lightly Grafted with Thiol-Terminated Poly（NIsopropylacrylamide） Chains［J］.Macromolecules，2008，41（16）：5985 - 5987.

［26］Oudshoorn M H M，Penterman R，Rissmann R，et al. Fabrication of Uniformly Shaped Hydrogel Microparticles Based on Crosslinked Hyperbranched Polyglycerol by Micromolding and Photolithographic Methods［J］.J Control Release，2008，132（3）：31 - 32.

［27］Christopher R，David W G，Morrison B N，et al. Microscale Hydrogels for Medicine and Biology： Synthesis， Characteristics and Applications ［J］.J Mech Mate Struct， 2007，2（6）：1103 - 1119.

［28］Ito Y. Photolithographic Synthesis of Intelligent Microgels［J］.J Intell Mater Syst Struct，1999，10（7）：541 - 547.

［29］Oudshoorn M H M，Penterman R，Rissmann R，et al. Preparation and Characterization of Structured Hydrogel Microparticles Based on Cross-Linked Hyperbranched Polyglycerol［J］.Langmuir，2007，23（23）：11819 - 11825.

［30］Hong J S，Vreeland W N，Silvia H，et al. Liposome-Templated Supramolecular Assembly of Responsive Alginate Nanogels［J］.Langmuir，2008，24（8）：4092 - 4096.

［31］Echeverria C，Mijangos C. Effect of Gold Nanoparticles on the Thermosensitivity，Morphology，and Optical Properties of Poly（Acrylamide-Acrylic Acid） Microgels［J］.Macromol Rapid Commun，2010，31（1）：54 - 58.

［32］Xiao Xincai，Chu Liangyin，Chen Wenmei，et al. Monodispersed Thermoresponsive Hydrogel Microspheres with a Volume Phase Transition Driven by Hydrogen Bonding ［J］.Polymer，2005，46（9）：3199 - 3209.

［33］Zha Liusheng，Hu Jianghua，Wang Changchun，et al. Preparation and Characterization of Poly（N-Isopropylacrylamideco-Dimethylaminoethyl，Methacrylate） Microgel Latexes［J］.Colloid Polym Sci，2002，280（1）：1 - 6.

［34］Benee L S，Snowden M J，Chowdhry B Z. Novel Gelling Behavior of Poly（N-Isopropylacrylamide-co-Vinyllaurate）Microgel Dispersions ［J］.Langmuir，2002，18（16）：6025 - 6030.

［35］Zhang Qingsong，Zha Liusheng，Ma Jinghong，et al. Synthesis and Characterization of a Novel Temperature-Sensitive Microgels Based onN-Isopropylacrylamide and Tertbutyl Acrylate［J］.J Appl Polym Sci，2007，103（5）：240 - 247.

［36］張青松，查劉生，馬敬紅，等.N- 異丙基丙烯酰胺與丙烯酸叔丁酯共聚合成溫敏性微凝膠［J］. 華東理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，32（10）：1216 - 1220.

［37］顧婷，劉曉云，趙輝鵬，等. 自交聯(lián)法合成相轉(zhuǎn)變溫度范圍窄的聚（N-異丙基丙烯酰胺）水凝膠微球［J］. 合成技術(shù)及應(yīng)用，2007，22（1）：4 - 8.

［38］顧婷，查劉生. 相轉(zhuǎn)變溫度范圍窄的聚（N- 異丙基丙烯酰胺）溫敏性微凝膠的研究［J］. 功能高分子學(xué)報，2007， 20（3）：286 - 291.

［39］Zhang Qingsong，Zha Liusheng，Ma Jinghong，et al. A Novel Route to Prepare pH- and Temperature-Sensitive Nanogels via a Semibatch Process［J］.J Colloid Interf Sci，2009，330（2）：330 - 336.

［40］Zhang Qingsong，Zha Liusheng，Ma Jinghong，et al. A Novel Route to the Preparation of Poly（N-Isopropylacrylamide）Microgels by Using Inorganic Clay as a Cross-Linker［J］.Macromol Rapid Commun，2007，28（1）：116 - 120.

［41］Zhang Qingsong，Tang Yanchun，Zha Liusheng，et al. Effects of Hectorite Content on the Temperature-Sensitivity of PNIPAM Microgels［J］.Eur Polym J，2008，44（5）：1358 - 1367.

［42］Bontha S，Kabanov A V，Bronich T K. Polymer Micelles with Cross-Linked Inic Cores for Delivery of Anticancer Drugs［J］.J Control Release，2006，114（2）：163 - 174.

［43］Bronich T K，Vinogradov S V，Kabanov A V. Interaction of Nanosized Copolymer Networks with Oppositely Charged Amphiphilic Molecules［J］.Nano Lett，2001，1（10）：535 -540.

［44］Schmaljohann D. Thermo- and pH-Responsive Polymers in Drug Delivery［J］.Adv Drug Delivery Rev，2006，58（15）：1655 - 1670.

［45］Mandel M. The Potentiometric Titration of Weak Polyacids［J］.Eur Polym J，1970，6（6）：807 - 822.

［46］Treslong C J B V，Chim A J S R T. Polyvinylamine Synthesis and Characterization ［J］.Pays Bas，1974，93（7）：183 -212.

［47］Braun O，Selb J，Candau F. Synthesis in Microemulsion and Characterization of Stimuli-Responsive Polyelectrolytes and Polyampholytes Based onN-Isopropylacrylamide ［J］.Polymer，2001，42（21）：8499 - 8520.

［48］Deng Liandong，Zhai Yinglei，Guo Shutao，et al. Investigation on Properties of P（（MAA-co-DMAEMA）-g-EG）Polyampholyte Nanogels［J］.J Nanopart Res，2009，11（2）：365 - 374.

［49］Du Jinzhi，Sun Tianmeng，Song Wenjing，et al. A Tumor-Acidity-Activated Charge-Conversional Nanogel as an Intelligent Vehicle for Promoted Tumoral-Cell Uptake and Drug Delivery［J］.Angew Chem，Int Ed，2010，49（21）：3621 - 3626.

［50］Zhang Chen，Liu Xiaoyun，Zha Liusheng. Preparation and Characterization of pH Sensitive Microgels with Semi-Interpenetrating Polymer Network Structure［J］.Adv Mater Res，2011，332/334（9）：1836 - 1839.

［51］Laurent S，F(xiàn)orge D，Port M，et al. Magnetic Iron Oxide Nanoparticles：Synthesis，Stabilization，Vectorization，Physicochemical Characterizations，and Biological Applications［J］.Chem Rev，2008，108（6）：2064 - 2110.

［52］Oh Jung Kwon，Park Jong Myung. Iron Oxide-Based Superparamagnetic Polymeric Nanomaterials：Design，Preparation，and Biomedical Application［J］.Prog Polym Sci，2011，36（1）：168 - 189.

［53］Satarkar N S，Biswal D，Hilt J Z. Hydrogel Nanocomposites：A Review of Applications as Remote Controlled Biomaterials［J］.Soft Matter，2010，6（11）：2364 - 2371.

［54］Medeiros S F，Santos A M，F(xiàn)essi H，et al. Stimuli-Responsive Magnetic Particles for Biomedical Applications［J］. Int J Pharm，2011，403（1/2）：139 - 161.

［55］Gaharwar A K，Wong J E，Müller-Schulte D，et al. Magnetic Nanoparticles Encapsulated Within a Thermoresponsive Polymer［J］.J Nanosci Nanotechnol，2009，9（9）：5355 -5361.

［56］Kamulegeya A， Huang J， Ding G， et al. Self Assembled Magnetic PVP/PVA Hydrogel Microspheres; Magnetic Drug Targeting of VX2 Auricular Tumours Using Pingyangmycin［J］.J Drug Targeting，2006，14（4）：243 - 253.

［57］Purushotham S，Ramanujan R V. Thermoresponsive Magnetic Composite Nanomaterials for Multimodal Cancer Therapy［J］.Acta Biomater，2010，6（2）：502 - 510.

［58］Ciofani G，Riggio C，Raffa V，et al. A Bi-Modal Approach Against Cancer：Magnetic Alginate Nanoparticles for Combined Chemotherapy and Hyperthermia［J］.Med Hypotheses，2009，73（1）：80-82.

［59］Li Minhui，Keller P. Stimuli-Responsive Polymer Vesicles ［J］.Soft Matter，2009，5（5）：927 - 937.

［60］Alvarez L C，Bromberg L，Concheiro A. Light-Sensitive In-telligent Drug Delivery Systems［J］.Photochem Photobiol，2009，85（4）：848 - 860.

［61］Weissleder R. A Clearer Vision for in Vivo Imaging［J］.Nat Biotechnol，2001，19（4）：316 - 317.

［62］Timko B P，Dvir T，Kohane D S. Remotely Triggerable Drug Delivery Systems［J］.Adv Mater，2010，22（44）：4925 -4943.

［63］Siegwart D J，Srinivasan A，Bencherif S A，et al. Cellular Uptake of Functional Nanogels Prepared by Inverse Miniemulsion ATRP with Encapsulated Proteins，Carbohydrates，and Gold Nanoparticles［J］.Biomacromolecules，2009，10（8）：2300 - 2309.

［64］Kawano T，Niidome Y，Mori T，et al. PNIPAM Gel-Coated Gold Nanorods for Targeted Delivery Responding to a Near-Infrared Laser［J］.Bioconjugate Chem，2009，20（2）：209 - 212.

［65］Oishi M，Hayashi H，Uno T，et al. One-Pot Synthesis of pHResponsive PEGylated Nanogels Containing Gold Nanoparticles by Autoreduction of Chloroaurate Ions Within Nanoreactors［J］.Macromol Chem Phys，2007，208（11）：1176 -1182.

［66］Tanna S，Sahota T S，Sawicka K，et al. The Effect of Degree of Acrylic Derivatisation on Dextran and Concanavalin： A Glucose-Responsive Materials for Closed-Loop Insulin Delivery［J］.Biomaterials，2006，27（25）：4498 - 4507.

［67］Bysell H，Schmidtchen A，Malmsten M. Binding and Release of Consensus Peptides by Poly（Acrylic Acid） Microgels ［J］.Biomacromolecules，2009，10（8）：2162 - 2168.

［68］Ulijn R V. Enzyme-Responsive Materials： A New Class of Smart Biomaterials［J］.J Mater Chem，2006，16（23）：2217 - 2225.

［69］Murakami Y，Maeda M. DNA-Responsive Hydrogels that Can Shrink or Swell［J］.Biomacromolecules，2005，6（6）：2927 - 2929.

［70］查劉生，劉紫薇. 生物分子識別響應(yīng)性水凝膠及其智能給藥系統(tǒng)［J］. 智能系統(tǒng)學(xué)報，2007，2（6）：38 - 47.

［71］Ravaine V，Ancla C，Catargi B. Chemically Controlled Closed-Loop Insulin Delivery［J］.J Control Release，2008，132（1）：2 - 11.

［72］Motornov M，Zhou J，Pita M，et al. “Chemical Transformers” from Nanoparticle Ensembles Operated with Logic［J］.Nano Lett，2008，8（9）：2993 - 2997.

［73］Lapeyre V，Gosse I，Chevreux S，et al. Monodispersed Glucose-Responsive Microgels Operating at Physiological Salinity［J］.Biomacromolecules，2006，7（12）：3356 - 3363.

［74］Zhang Yongjun，Guan Ying，Zhou Shuiqin. Synthesis and Volume Phase Transitions of Glucose-Sensitive Microgels［J］.Biomacromolecules，2006，7（11）：3196-3201.

［75］Hoare T，Pelton R. Engineering Glucose Swelling Responses in Poly（N-Isopropylacrylamide）-Based Microgels［J］.Macromolecules，2007，40（3）：670 - 678.

［76］Liu Ziwei，Zhang Li，Yang Ming，et al. Synthesis and Characterization of Temperature and Glucose Responsive Microgels［C］//Proceedings of 2007 International Conference on Advance Fibers and Polymer Materials，Shanghai：State Key Laboratory for Modi fi cation of Chemical Fibers and Polymer Materials，2007：504 - 507.

［77］張青松，查劉生，馬敬紅，等. pH和溫度雙重敏感高分子凝膠的最新研究進(jìn)展［J］. 材料導(dǎo)報，2007，21（5）：44 - 47.

［78］張青松，查劉生，馬敬紅，等. pH/溫度雙重敏感性微凝膠的合成與應(yīng)用［J］. 高分子通報，2007（1）：12 - 15.

［79］Li Xin，Zuo Ju，Guo Yanling，et al. Volume Phase Transition Temperature Tuning and Investigation of the Swelling-Deswelling Oscillation of Responsive Microgels［J］.Polym Int，2007，56（8）：968 - 975.

［80］Zhang Jie，Chu Liangyin，Cheng Changjing，et al. Volume Phase Transition Temperature Tuning and Investigation of the Swelling-Deswelling Oscillation of Responsive Microgels［J］.Polymer，2008，49（10）：2595 - 2603.

［81］Jiang Jing，Hua Daoben，Tang Jing. One-Pot Synthesis of pH-and Thermo-Sensitive Chitosan-Based Nanoparticles by the Polymerization of Acrylic Acid/Chitosan with Macro-RAFT Agent［J］.Int J Biol Macromol，2010，46（1）：126 - 130.

［82］楊軍，劉曉云，閻捷，等. 基于互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的pH/溫度雙重刺激響應(yīng)性微凝膠的研究［J］. 高分子學(xué)報， 2009（7）： 638 - 644.

［83］郭輝，李蘭，查劉生. 用紅外光譜研究具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的pH/溫度雙重敏感性微凝膠的相轉(zhuǎn)變行為 ［J］. 分析測試學(xué)報，2011，30（5）：481 - 486.

［84］Xing Zhimin，Wang Congling，Yan Jie，et al. pH/Temperature Dual Stimuli-Responsive Microcapsules with Interpenetrating Polymer Network Structure［J］.Colloid Polym Sci，2010， 288（18）：1723 - 1729.

［85］王叢玲，邢志敏，閻捷，等. 空心納米水凝膠的葡萄糖和溫度雙重刺激響應(yīng)性［J］. 材料研究學(xué)報，2012，26（1）：1 - 5.

［86］Vinogradov S V. Nanogels in the Race for Drug Delivery［J］.Nanomedicine，2010，5（2）：165 - 168.

［87］Zha Liusheng，Banik B，Alexis F. Stimulus Responsive Nanogels for Drug Delivery［J］.Soft Matter，2011，7（13）：5908 - 5916.

［88］Gao Haifeng，Yang Wuli，Min Ke，et al. Thermosensitive Poly（N-Isopropylacrylamide） Nanocapsules with Controlled Permeability［J］.Polymer，2005，46（4）：1087 - 1093.

［89］Xing Zhimin，Wang Congling，Yan Jie，et al. Dual Stimuli Responsive Hollow Nanogels with IPN Structure for Temperature Controlling Drug Loading and pH Triggering Drug Release［J］.Soft Matter，2011，7（18）：7992 - 7997.

［90］Oishi M，Sumitani S，Nagasaki Y. On-Off Regulation of19F Magnetic Resonance Signals Based on pH-Sensitive PEGylated Nanogels for Potential Tumor-Speci fi c Smart19F MRI Probes［J］.Bioconj Chem，2007，18（5）：1379 - 1382.

［91］Oishi M， Sumitani S，Bronich T K，et al. Novel Tumor-Specific19F-MRS/I Nanoprobe Based on pH-Responsive PEGylated Nanogel：pH-Dependent19F-Magnetic Resonance Studies［J］.Chem Lett，2009，38（2）：128 - 129.

［92］Hendrickson G R，Michael H S，Antoinette B，et al. Design of Multiresponsive Hydrogel Particles and Assemblies［J］.Adv Funct Mater， 2010， 20（11）： 1697 - 1712.

［93］Kim J，Nayak S，Lyon L A. Bioresponsive Hydrogel Microlenses［J］.J Am Chem Soc，2005，127（26）：9588 - 9592.

［94］Kim J S，Singh N，Lyon L A. Displacement-Induced Switching Rates of Bioresponsive Hydrogel Microlenses［J］.Chem Mater，2007，19（10）：2527 - 2532.

［95］Karg M，Hellweg T. Smart Inorganic/Organic Hybrid Microgels：Synthesis and Characterization［J］.J Mater Chem，2009，19（46）：8714 - 8727.

［96］Lu Yan，Proch S，Schrinner M，et al. Thermosensitive Core-Shell Microgel as a “Nanoreactor” for Catalytic Active Metal Nanoparticles［J］.J Mater Chem，2009，19（23）：3955 - 3961.

［97］Liu Yunyun，Liu Xiaoyun，Zha Liusheng. Preparation and Characterization of Silver Nanoparticles Loading Temperature Responsive Hybrid Nanogels［J］.Colloid Surf，A，DOI：10.1016/j.colsurfa.2011.11.007.

［98］Kikuchi A，Okano T. Intelligent Thermoresponsive Polymeric Stationary Phases for Aqueous Chromatography of Biological Compounds［J］.Prog Polym Sci，2002，27（6）：1165 -1193.

［99］Elaissari A，Holt L，Meunier F，et al. Hydrophilic and Cationic Latex Particles for the Specific Extraction of Nucleic Acids［J］.J Biomat Sci，Polym E，1999，10（4）：403 -420.

［100］Wu Qinglin， Tian Peng. Adsorption of Cu2+Ions with Poly（N-Isopropylacrylamide-co-Methacrylic Acid） Micro/Nanoparticles［J］.J Appl Polym Sci，2008，109（6）：3470 - 3476.

Progresses in Investigation of Preparation, Stimulus Responsive Properties and Application of Intelligent Nano-Hydrogels

Zha Liusheng，Wang Xiuqin，Zou Xianbo，Lu Chen
（State Key Laboratory for Modi fi cation of Chemical Fibers and Polymer Materials，Donghua University，Shanghai 201620，China）

Intelligent nanogels with particle diameters ranging from 1 to 1 000 nm are the intelligent polymer nanomaterials which have attracted widespread attention all over the world. In this paper，four kinds of methods for preparing the intelligent nanogels（precipitation polymerization/crosslinking method，inverse emulsion polymerization/crosslinking method，self-assembly/crosslinking method and micromoulding/crosslinking method) are fi rstly introduced, and their advantages and disadvantages are assessed. Then, the research progress on temperature，pH，light，magnetic field or molecule recognition stimulus responsive intelligent nanogels and multi-stimuli responsive intelligent nanogels are reviewed combining our research work. Finally，some application examples of the intelligent nanogels in drug delivery and controlled release，medicine diagnosis，biosensor，intelligent microreactor and adsorption separation are offered.

intelligent nanogels；precipitation polymerization；inverse emulsion polymerization；crosslinking；stimulus responsive property

1000 - 8144（2012）02 - 0131 - 12

TQ 314.2

A

2011 - 08 - 22；［修改稿日期］2011 - 11 - 26。

查劉生（1964—），男，安徽省太湖縣人，博士，研究員，電話 021-67792822，電郵 lszha@dhu.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51073033）；上海市教委科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目（09ZZ67）。

（編輯 王 萍）