什么是溶剂响应型凝胶？什么是pH值响应型凝胶

溶剂响应型凝胶利用高分子与溶剂之间的相互作用力的变化、溶胀高分子凝胶的大分子链的线团—球的转变，使凝胶由溶胀状态急剧地转化为退溶胀状态，从而表现出对溶剂组分变化的响应，这类材料可由聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等制成。如聚丙烯酰胺（PAAM）纤维经环化处理后除去未环化的部分以及未参加反应的物质，干燥后即得到PAAM凝胶纤维。这种纤维在水中伸长，在丙酮中收缩，而且其体积随溶剂体系中丙酮含量的增加发生连续的收缩。如果在凝胶网络中引入电解质离子成部分离子化凝胶，则在某一溶剂组成时产生不连续的体积变化。

pH值响应型凝胶是利用了电荷数随pH值变化而变化的高分子制备得到的，是目前研究最为广泛的响应型高分子凝胶之一。pH值响应型高分子其侧链一般是随pH值变化而解离程度发生变化的酸（羧酸、磺酸等）或碱（铵盐等）​，这些基团解离程度的改变，一方面造成凝胶内外离子浓度改变，一方面还破坏凝胶内相关的氢键，使凝胶网络物理交联点减少，造成凝胶网络结构发生变化，从而引起凝胶宏观上的溶胀或去溶胀。这类凝胶按照解离基团的类型可分为阴离子、阳离子和两性离子三种类型。

阴离子型pH值响应的智能凝胶的可离子化基团通常为羧基，对于丙烯酸类水凝胶而言，在低pH值溶液中凝胶处于收缩状态，pH值升高至中性时，凝胶的溶胀度迅速增大，当溶液的pH值再升高至强碱时凝胶又开始收缩。这是由于介质的pH值较低时，凝胶中可离子化基团几乎不离解，体系内没有静电斥力的作用，同时在此时阴离子基团之间存在较强的氢键作用使得分子链收缩，因此，凝胶的溶胀度很低；随着pH值的升高，可离解基团迅速解离，离子间的静电斥力使得分子链伸展凝胶网络变大，溶胀度开始变大；当pH值继续升高至强碱时，此时离解完全而且凝胶内、外离子浓度基本相等，凝胶内外的渗透压趋于零，凝胶逐渐收缩。例如由丙烯酰胺-马来酸酐共聚物溶液电纺丝制成纳米纤维，以二甘醇为交联剂通过热引发酯化交联的方式制备了纳米纤维水凝胶，由于聚马来酸酐的两步解离使得该凝胶在pH值为2.5和8.5处显示出两个明显的溶胀度增大过程。

阳离子型pH值响应的智能凝胶的可离子化基团通常为氨基（如N, N-二甲基/乙基氨乙基甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和乙烯基吡啶等）​，这类凝胶pH值响应性主要来源于氨基的质子化，氨基越多水凝胶亲水作用越强，平衡溶胀度越大。其溶胀机理与阴离子型相似，这类凝胶在低pH值时溶胀度大，高pH值时溶胀度小。例如，N, N-二甲基氨乙基甲基丙烯酰胺-乙二醇二甲基丙烯酸酯共聚物水凝胶均随着pH值的增大而溶胀度降低，并且在pH值为2～4时发生体积相转变。

两性pH值响应的智能凝胶则同时含有可解离的酸碱基团，其pH值敏感性来源于分子链上两种基团的离子化作用。低pH值时碱性基团离子化，高pH值时酸性基团离子化，故两性凝胶在酸碱溶液中均有较大的溶胀度，而在中性时溶胀度较小。例如，羧甲基壳聚糖/聚2-二甲基氨乙基甲基丙烯酸酯半互穿网络水凝胶中均同时存在可离子化的羧基和氨基，表现出在酸性条件下随着pH值的增加凝胶溶胀度降低，而在碱性时随着pH值的进一步升高凝胶的溶胀度随之升高，随pH值的变化凝胶的溶胀度呈现典型的两性离子凝胶的“V”形变化。在酸性条件下氨基离子化、在碱性条件下羧基离子化，使得在酸碱条件下凝胶体系中均存在静电排斥作用使凝胶分子链趋于伸展，凝胶的溶胀度大；而在中性时（4＜pH值＜8）酸碱基团均存在部分离子化，由于阴阳离子的配合作用使得凝胶在此区域的溶胀度很低，尤其在pH值为6～7时两者离解程度相近时溶胀度最小。