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水凝胶是一种具有三维网络结构高分子聚合物。基于其独特的亲疏水性、生物相容性、柔韧性等特性,在材料科学和生物科学中被广泛研究。然而,受到自身力学性能较差与功能化单一等问题的限制,水凝胶在生物材料与柔性可穿戴电子器件领域并未能得到广泛的应用。本论文围绕这一问题,设计合成了多种功能性水凝胶,将环境刺激响应性、分子识别、药物控制性释放、导电性等性能引入到水凝胶中,对其在生物医学与柔性可穿戴储能器件领域的应用进行了研究,在此基础上尝试探索高分子水凝胶官能团结构与功能化之间的关系,主要内容如下:(1)以PEGA、MEA和AA为功能单体,制备了一系列具有温度/pH双重刺激响应性水凝胶PMA。PMA水凝胶不仅具有灵敏的刺激响应性,还具有很好的力学性能。基于结构中含有大量的羧基,PMA水凝胶对阳离子型的有机染料具有显著的选择吸附性能,对亮绿的吸附量大,吸附速率快,其最大吸附量为0.488 mg/mg,远远优于大多数吸附材料。利用水凝胶自身的刺激响应性,PMA水凝胶能够控制性释放负载的药物分子。综上,PMA水凝胶在环境治理和药物载体等领域有着巨大的应用前景。(2)以超支化聚合物(BolrixH20)作为骨架,以苯酚,苯乙烯和环氧氯丙烷为功能单体,制备了一种具有荧光性能的两亲性超支化共聚物(H20-PSE)。H20-PSE能够自组装形成胶束,并且具有温度与氧化还原双重刺激响应性。利用温度刺激响应性,H20-PSE胶束能够控制性释放负载的药物分子。将胶束与上一章中研究的刺激响应性水凝胶PMA相结合,制备得到H20-PSE载药胶束与PMA载药水凝胶的复合水凝胶。这种复合药物载体能够控制负载药物释放的顺序,并且能够对其释放时间间隔进行调控,为研究多重药物控释提供了一种新思路。(3)以天然高分子纤维素为基,将特异性识别分子印迹技术与快速分离纯化磁性纳米粒子技术相结合,以抗肺癌药物青蒿琥酯为模板分子,制备了一种表面分子印迹多孔磁性纤维素凝胶微球(MIP-MCM)。MIP-MCM不仅能够解决传统印迹聚合物形状不规则、结合位点不均匀、包埋过深、洗脱困难等问题,而且还具有磁响应性、成像性、以及pH响应性。MIP-MCM对青蒿琥酯具有特异性吸附性能,吸附速率快,吸附量大。利用pH响应性,制备的MIP-MCM能够控制性释放吸附的模板分子,在药物分离纯化与控制性释放等领域具有很大的应用前景。(4)以天然高分子海藻酸钠为基,以甲基丙烯酸钠功能单体,制备了一种可溶解自愈性水凝胶SAMA。SAMA水凝胶不仅具有优异的溶胀性和水溶解能力,而且具有超强的自我修复能力。以SAMA水凝胶为药物载体,制备具有溶解释放性能的创伤敷料,在止血、伤口修复和外科手术等领域具有潜在的应用前景。(5)以天然高分子海藻酸钠为基,以丙烯酸和丙烯酰胺为功能单体,制备了具有吸附性能的天然高分子水凝胶SAA。SAA水凝胶对Li~+具有优异的吸附性能,吸附量大,吸附速率快,最大吸附量为0.171g/g。并且饱和吸附的SAA@Li水凝胶具有很好的电化学性能。因此SAA水凝胶不仅能够作为Li~+的吸附材料,吸附后的水凝胶还能够作为导电材料,具有作为凝胶电解质的应用前景。(6)基于(5)的结果,以天然高分子海藻酸钠为基,以丙烯酸和丙烯酰胺为功能单体,以NaCl为电解质,制备了柔性导电高分子水凝胶SAM。SAM水凝胶不仅具有优异的力学性能与电化学性能,而且具有温度刺激响应性,通过温度刺激能够控制水凝胶中金属离子的迁移从而改变水凝胶内阻值。这些特性使得SAM导电水凝胶在柔性可穿戴电子器件、安全离子电池、传感器和生物器件等领域有着广泛的应用前景。