智能水凝胶实现分子量不同物质分离

智能释放系统，可以对诸如pH、基质、二价离子、温度、光及电场作出响应。这种响应系统是将丙烯酸、PNIPAAm及多官能团单体直接进行均聚或共聚形成高分子膜或者将单体以浸渍或喷雾的方法涂敷至微孔PET薄膜上，然后以γ-射线或紫外光辐照引发单体混合物在膜孔壁上接枝成一水凝胶层。这一水凝胶层可以响应外界环境的变化，成为微孔内“传感—促动”阀门，控制微孔的开闭。因此，当待分离混合物通过凝胶膜时，借助外界环境的改变来调节孔径大小，从而达到分离不同物质的目的。

以PNIPAAm/1H，2H，2H，2H—高氟化十二烷基丙烯酸盐（FA）共聚物改性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜，是一种温度响应性乙醇选择渗透膜。由于FA组分可使膜表面具有疏水性，增大了乙醇选择渗透性，因此，该膜可用于含水酒精的渗透汽化，由于PNIPAAm/FA共聚物的热力学转变，乙醇的选择渗透性对温度具有响应性。在24℃时，膜具有高选择渗透性，在36℃时出现一个最大值。

采用辐射聚合的方法合成同时具有温度及pH敏感特性的A-ProOMe（acryloyl-l-proline-Meester）与丙烯酸（AAc）的共聚凝胶膜。当温度及pH微小改变时该膜的溶胀性能和金属离子透过性能发生变化，如在40℃时，A-ProOMe/Aac膜分别在pH等于4.75和4.60时阻塞锂离子和铯离子的透过；在30℃，pH=4.65条件下对这两种离子的选择渗透性（PLi/Cs）比值为1.33。因此这种A-ProOMe/Aac共聚凝胶膜可以通过控制温度和pH实现对不同金属离子的选择性分离。

将NIPAAm与5%的甲基丙烯酸丁酯（BMA）共聚制成水凝胶膜，由于BMA的疏水性强于NIPAAm，所以水凝胶的LCST低于32℃，16～25℃的温度变化可以引起水凝胶10倍以上的体积变化，温度升高会减小凝胶的网眼尺寸。利用不同温度下不同溶质扩散速率的差别，可将溶质分子量分别为376、4400和150000的混合物分离开。水凝胶膨胀比与溶质扩散速率是一种线性关系，分离过程符合凝胶的自由体积理论。运用溶液接枝的方法制成PNIPAAm-g-PVA膜，不同的热处理温度导致PVA的结晶度不同，膜的膨胀比也不同。用不同分子尺寸的聚氧化乙烯醚进行分离实验，实验结果证明膜的膨胀比依赖于溶质的分子尺寸和PNIPAAm-g-PVA膜的网眼尺寸的大小，分离过程可用自由体积理论进行解释。但是对亲水性不同的正丁醇和特丁醇的分离实验表明，在PNIPAAm发生体积相转变的同时，膜的亲水性疏水性的变化也是必须考虑的因素，对正丁醇和特丁醇的分离会产生影响。

用聚偏氟乙烯膜经PNIPAAm及其共聚物表面接枝，在温度低于33℃时，接枝链溶剂化，其一端固定于基膜，另一端以无规旋转链的形状伸入溶液，在膜孔周围向孔壁扩散而封闭孔口；温度高于LCST，接枝链收缩并沉积于膜面，孔口开放。这样，接枝聚偏氟乙烯膜响应温度变化调整孔的“开”与“关”。显然这种“化学阀”技术有其应用前景。(www.xing528.com)

硅/弹性蛋白多肽（ELPs）混合膜也是一种温度敏感膜。ELPs在水溶液中具有较低临界溶解温度，将其掺杂到含水硅胶中仍然保留LCST特性，可以利用这种LCST转变来控制硅/ELPs混合膜的渗透性。若选用两种相对分子质量不同、LCST不同的ELPs（60kDa和13kDa）进行比较，发现ELPs在离心和超滤膜中充当了分子开关。当温度低于ELPs的LCST时，所有聚乙二醇（PEG）样品水溶液，无论其相对分子质量为多大，都无法透过这种复合膜；而当温度高于ELPs的LCST时，相对分子质量低于5000Da的PEG样品水溶液能够透过复合膜，相对分子质量高的PEG仍无法透过。所以这种含有ELPs的复合膜可以通过改变其渗透性的“开”“关”状态实现对不同相对分子质量物质的选择过滤。

将PNIPAAm水凝胶接枝到多孔玻璃表面可制备具有“开”“关”能力的温度敏感超滤膜，它所能通过的分子的相对分子质量和溶液的渗透速度在LCST上下会迅速发生改变。这类膜能够通过温度变化控制膜表面水凝胶的收缩与膨胀，从而调节膜的孔径大小，以达到分离不同尺寸分子的目的，因此有更高的选择透过性。

将聚乙烯吡咯烷酮接枝到二氧化硅微孔膜上，可制备通过接枝聚合物在不同溶剂中的构象变化控制膜渗透性的智能膜材。在良溶剂中接枝聚合物链伸展，使膜的孔径变小，膜的通透性降低；相反在不良溶剂中接枝聚合物链收缩，并附着在膜表面上，从而使膜的通透性增大。