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硅橡胶基智能响应材料的设计与功能实现

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智能响应材料能够对外界刺激(如温度、pH、光、湿度等)产生可逆的物理或化学变化,硅橡胶通过分子设计和功能化改性,可实现多种智能响应特性,在生物医学、传感器、软体机器人等领域具有广阔应用前景。


温敏性硅橡胶通过引入具有低临界溶液温度(LCST)的聚合物链段实现。例如,将聚 N - 异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)接枝到硅橡胶表面,当温度超过 LCST(约 32℃)时,PNIPAM 链段由亲水转为疏水,导致硅橡胶表面润湿性发生显著变化。这种温敏硅橡胶可用于可控药物释放系统,在体温(37℃)下释放药物,而在低温(25℃)下停止释放。此外,通过调控 PNIPAM 的分子量和接枝密度,可精确调节其响应温度范围(25-40℃)。
pH 响应性硅橡胶通过引入酸性或碱性基团实现。例如,将羧酸基团(-COOH)引入硅橡胶侧链,当环境 pH <4 时,羧酸基团质子化,硅橡胶表面呈疏水性;当 pH> 6 时,羧酸基团解离为 - COO⁻,表面变为亲水性。这种 pH 响应硅橡胶可用于智能阀门系统,根据体液 pH 值变化控制药物释放速率。实验显示,在 pH 1.2(模拟胃液)中,药物释放率为 10%/h;在 pH 7.4(模拟血液)中,释放率提升至 50%/h。
光响应性硅橡胶通过掺杂光致变色分子或光热转换材料实现。例如,将偶氮苯分子嵌入硅橡胶基体中,在紫外光(365 nm)照射下,偶氮苯由反式转为顺式,导致硅橡胶发生可逆的形状变化(弯曲或收缩)。这种光驱动硅橡胶可用于微型机器人的致动器,在光控下实现抓取、移动等动作。此外,结合碳纳米管的光热效应,可制备光热响应硅橡胶,在近红外光(808 nm)照射下快速升温(5℃/s),用于肿瘤热疗或形状记忆恢复。



缩合型模具硅胶

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