異丙基丙烯酰胺 n異丙基丙烯酰胺溫敏原理 _生活百科

異丙基丙烯酰胺（n異丙基丙烯酰胺溫敏原理）
【異丙基丙烯酰胺 n異丙基丙烯酰胺溫敏原理】智能材料可以通過自主改變其結構、特性和功能來迅速響應周圍環境的變化，近年來受到了研究者越來越多的關注。聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）是一種具有低臨界溶解溫度（LCST）的溫敏性聚合物。基于它制備的PNIPAM基水凝膠的體積、透光度及親水性等具有溫度可調性，是一種廣泛使用的刺激響應性智能材料，在智能驅動、光學、生物醫藥等領域具有重要的應用價值（圖1）。近期，天津大學材料學院封偉教授團隊全面綜述了PNIPAM基智能水凝膠在智能驅動器、光子晶體、智能窗戶、藥物輸送及組織工程等領域的相關研究，以《Poly(N-isopropylacrylamide)-based Smart Hydrogels: Design, Properties and Applications》為題發表在Progress in Materials Science雜志上（DOI:10.1016/j.pmatsci.2020.100702）。內容主要包括以下幾部分：
圖1.利用PNIPAM基智能水凝膠的溫敏性，PNIPAM基智能水凝膠在智能驅動器、光學及生物醫藥等領域的應用。
1.PNIPAM基水凝膠智能驅動器
當環境的溫度在LCST特征溫度附近變化時，PNIPAM基水凝膠可以吸水溶脹和脫水收縮，從而發生明顯的體積變化。當體系具有不均勻的溶脹與收縮時，PNIPAM基智能水凝膠可以產生宏觀的彎曲、折疊、扭曲等形變。目前，利用PNIPAM基水凝膠制備的智能驅動器可以分為以下幾大類：雙層結構，梯度結構，圖案化結構及局部刺激等（圖2）。
圖2.PNIPAM基智能水凝膠驅動器的種類：雙層結構、梯度結構、圖案化結構及局部刺激
1.1.雙層結構
雙層PNIPAM基水凝膠驅動器的一層為PNIPAM基水凝膠，另一層可以為水凝膠材料，也可為非凝膠材料。在溫度刺激下，兩層之間的膨脹/收縮性不同，導致一層的膨脹/收縮會受到另一層的約束。因此，其中一層材料會受到拉伸力，而另一層會受到壓縮力，雙層材料會通過彎曲等運動來釋放內應力。目前，PAAm,PCL,TPU,PDMS等材料均可以與PNIPAM基水凝膠構建雙層結構來實現彎曲形變。除此之外，通過加入其它功能性材料（如熒光材料），在實現彎曲形變的同時還可以獲得顏色變化和外形記憶等功能。
1.2.梯度結構
在單層的PNIPAM基智能水凝膠中構建具有梯度分布的聚合物鏈、交聯密度、填充物或孔隙，也可以實現不均勻的溶脹與收縮，從而引起外形變化。如圖3所示，利用光在材料中有限的穿透能力及物質在電場、磁場、沉淀、離心和自然滲透過程中的運動，可以在單層PNIPAM基水凝膠中構建這類梯度結構。
圖3.利用光在材料中有限的穿透能力及物質在電場、磁場等過程中的運動構建單層PNIPAM基水凝膠梯度結構。
1.3.圖案化結構
在自然界中，植物纖維器官通常由在基質中形成圖案的細長纖維構成；當環境濕度變化時，基質和纖維之間的膨脹差異性將導致植物器官發生外形變化。受到這一結構的啟發，研究者在單層PNIPAM基水凝膠面內構建了具有不同化學結構的區域。當溫度變化時，這些具有不同結構的區域在面內會產生非均勻的溶脹與收縮，從而引發形變。
1.4.局部刺激
對于具有均勻結構的PNIPAM基水凝膠，施加不均勻的外部刺激也可以實現不均勻的溶脹與收縮。由于這種不均勻的溶脹與收縮主要依靠于外部刺激的施加的方式，理論上，通過改變外部刺激模式可以使同一個樣品發生無數次不同的形變。
2.PNIPAM基水凝膠的光學應用
光學材料可以利用吸收、散射、反射、干涉等物理現象來操縱光，從而顯示出獨特的光學特性。在溫度刺激下，PNIPAM基水凝膠會發生體積與透光性的變化，使其在光子晶體、智能窗戶等領域具有重要的應用潛力。