含有過量活性分子的智能聚合物材料的制作方法
【專利摘要】一種三維智能聚合物基質(zhì)，其是通過第一環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)連接一種線性聚合物鏈和一種支化聚合物鏈形成的，其中聚合物鏈?zhǔn)侨彳浀?，并且一種或多種活性分子種類維持未反應(yīng)狀態(tài)，反應(yīng)的與未反應(yīng)的分子和分子種類是預(yù)定數(shù)學(xué)比例的，并且在第一化學(xué)反應(yīng)之后，未反應(yīng)的分子種類可用于進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。最終生成的智能聚合物基質(zhì)是親水的，并且不溶于溶劑或電解質(zhì)。
【專利說明】含有過量活性分子的智能聚合物材料
[0001] 本發(fā)明是依據(jù)美國國家科學(xué)基金會Optional Science Foundation)所授予的 IIP STTR授權(quán)號0848528在政府的支持下完成的。因此，美國政府在本發(fā)明中享有某些權(quán) 利。
[0002] 在一段時間內(nèi)，智能聚合物、電活性聚合物巧A巧凝膠、水凝膠、W及藥物洗脫聚 合物凝膠都是人們廣泛開發(fā)研究的課題。目前大多數(shù)文獻(xiàn)指出該些中的每一種就像是一個 特定學(xué)科或材料類別，如果從分子工程方法來看，該些材料中的大多數(shù)材料都有共同的作 用機理：具有活性或者非活性分子單元或位點的H維（3D)聚合物基質(zhì)的物理變化或者溶 脹和消溶脹。該些結(jié)構(gòu)是基于交聯(lián)凝膠，交聯(lián)凝膠在特定分子位點中通過使用各種聚合物 引發(fā)（如自由基、熱、光、氧化還原、陰離子、陽離子、配位）和增長方法（如逐步生長、鏈增 長、開環(huán)）W及不同的聚合物類型（如加成、縮合）形成共價交聯(lián)。
[0003] 3D聚合物網(wǎng)絡(luò)對特定的溶劑或電解質(zhì)的親合力，使凝膠溶脹或者消溶脹。網(wǎng)絡(luò)通 常被定義為親水或疏水的，該是由在聚合物鏈中的分子單元的性質(zhì)決定的。疏水性或親水 性是由溶劑和電解質(zhì)與分子單元相互作用的熱力學(xué)參數(shù)所決定的。將電荷引入到聚合物基 質(zhì)中可W顯著改變熱力學(xué)參數(shù)，從而改變與溶劑或電解質(zhì)的相互作用的性質(zhì)。溶劑或電解 質(zhì)的吸收或排出動力學(xué)受聚合物3D網(wǎng)絡(luò)的孔隙度、密度和表面積，W及擴散定律的影響。 一般來說，結(jié)構(gòu)的孔隙度越高，則吸收或排出溶劑越快，但是若聚合物凝膠用作致動器，貝U 孔隙度越高，負(fù)載下聚合物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)越少。盡管如此，我們發(fā)現(xiàn)通過在致動器設(shè)計中增加 聚合物的表面積，可W克服該個限制。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明，通常認(rèn)為結(jié)構(gòu)不堅固的聚合物凝膠，作為機械驅(qū)動設(shè)備是非常有用 的，W至于探討的環(huán)氧聚合物凝膠，能被設(shè)計來滿足各種特定的性能要求。更特別地，我們 已經(jīng)確定，通過改變凝膠中的活性分子的數(shù)量、類型和比例，可W分子設(shè)計化學(xué)動力學(xué)、最 終產(chǎn)品、物理性質(zhì)包括3D聚合物基質(zhì)的溶脹和消溶脹所產(chǎn)生的速度和力。此外，聚合物鏈 長度會通過溶脹反應(yīng)的大小和鏈上的分子數(shù)量影響致動器，從而產(chǎn)生力。更重要的是我們 的發(fā)現(xiàn)表明，結(jié)合的分子活性單元會提供有效驅(qū)動力，并且該些活性分子可W在聚合工藝 中保持不發(fā)生反應(yīng)，其中活性分子然后被用于有效地增加由致動器產(chǎn)生的速度和力。因此 可W調(diào)整分子活性單元的數(shù)量、種類和比例，W產(chǎn)生致動器實際應(yīng)用所需的力。分子活性單 元的靜電荷的比率和密度，W及對所使用的溶劑或電解質(zhì)的親合力，通過質(zhì)子化或去質(zhì)子 化在凝膠致動性能中起重要作用。質(zhì)子化是為原子、分子或離子增加質(zhì)子or)。去質(zhì)子化 是從分子中除去質(zhì)子OO，形成共輛堿。
[0005] 分子放棄質(zhì)子的相對能力是由其地a值來衡量的，一些分子可W有多個解離地a 值和不同的抑值水平。可W根據(jù)所需的性能使用電解質(zhì)分子或離子?？蒞根據(jù)地a值混 合電解質(zhì)，該將改變聚合物的性能和溶脹范圍。
[0006] 我們還意外地發(fā)現(xiàn)，過量的活性單元并不需要成為聚合物鏈的一部分，而是可W 簡單地將其放置或者纏結(jié)入聚合物基質(zhì)中，W對凝膠性能特點產(chǎn)生重大影響。之前我們報 道1 了環(huán)氧-胺水凝膠合成的結(jié)果和凝膠特性。本發(fā)明擴展了我們在用于工業(yè)品或消費品 中的致動器所需要的各種條件下，對環(huán)氧聚合物凝膠致動器性能的研究。
[0007] 通過將支化聚己帰胺聚合物如支化嚇丙巧巧thyleneimine)或聚離胺 (Jeffamine) T-403,與二-環(huán)氧聚（己二醇）縮水甘油離（陽GDG巧化合物反應(yīng)，制備的環(huán) 氧胺水凝膠是水溶性的且容易聚合的。
[0008] 本發(fā)明的進(jìn)一步特點和優(yōu)點將在
【發(fā)明內(nèi)容】
中結(jié)合附圖進(jìn)行描述，其中：
[0009] 圖1示例了聚離胺（Jeffamine)T-403聚己二醇縮水甘油離與水合成凝膠的路線 示意圖；
[0010] 圖2示例了醋酸軸膨脹凝膠的水合和電解路線；
[0011] 圖3顯示的是使用一個聚合物致動器制劑，不同的電解質(zhì)的沖程比例；
[001引圖4顯示的是具有不同分子量的陽GDGE，NH/0H比例為1. 0的凝膠的被動溶脹；
[0013] 圖5顯示的是具有平均陽GDGE鏈長，不同的活性分子NH/0H比率的致動器凝膠配 方的水合作用；
[0014] 圖6對比了在醋酸中，聚合物分解前連接的鏈對最大溶脹的影響；
[00巧]圖7是顯示對比不同的鏈與NH/0H連接的被動水合壓力生成的曲線圖；
[001引 圖8是顯示不同的NH/0H比例沖程速度比較的曲線圖；
[0017] 圖9是顯示不同NH/0H比例的陽GDGE凝膠電致動垂直沖程比例的曲線圖；
[001引 圖10是顯示低比例的分子量為600的陽GDGE在不同NH比例的凝膠中的沖程的 曲線圖；
[0019] 圖11是負(fù)載下對比1. 75NH比例凝膠的沖程比例的曲線圖；
[0020] 圖12是對比不同NH比例的凝膠的電活化壓力的曲線圖；
[0021] 圖13是在恒定安培下，電活化性能中粘合劑的影響的曲線圖；
[002引圖14是對比固體磁盤（solid disk)和干磨凝膠的曲線圖。
[0023] 本文所使用的術(shù)語"智能聚合物"是刺激-反應(yīng)聚合物，根據(jù)其所在的環(huán)境發(fā)生變 化。特別適用于本發(fā)明，智能聚合物改變聚合物的鏈長、柔性，會W不同速度溶脹或改變形 狀。通常，智能聚合物是非線性反應(yīng)的并且是可逆的。
[0024] 在一個方面中，本發(fā)明提供了一種H維智能聚合物基質(zhì)，其通過第一環(huán)氧化學(xué)反 應(yīng)連接線性聚合物鏈和支化聚合物鏈形成，其中聚合物鏈?zhǔn)侨嵝缘?，并且一種或多種活性 分子種類保持未反應(yīng)狀態(tài)，反應(yīng)的和未反應(yīng)的分子和分子種類數(shù)學(xué)比例是預(yù)定的，并且在 第一化學(xué)反應(yīng)后，可W用未反應(yīng)的分子種類進(jìn)行進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)，其中所述智能聚合物基 質(zhì)是親水性的并且不溶于溶劑或電解質(zhì)。
[0025] 由第一環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)連接線性聚合物鏈和支化聚合物鏈形成的H維智能聚合物 基質(zhì)，其中聚合物鏈?zhǔn)侨嵝缘?，并且一種或多種活性分子種類保持未反應(yīng)狀態(tài)，反應(yīng)與未反 應(yīng)的分子和分子種類的數(shù)學(xué)比例是預(yù)定的，并且在第一化學(xué)反應(yīng)后，可W用未反應(yīng)的分子 種類進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，其中所述智能聚合物基質(zhì)是親水性的并且不溶于溶劑或電解 質(zhì)。
[0026] 本發(fā)明的另一方面，提供了一種H維智能聚合物基質(zhì)，其由第一和一種或多種第 二環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)形成，其中聚合物鏈?zhǔn)侨嵝缘暮蛷椥缘?，并且一種或多種活性分子種類保 持未反應(yīng)狀態(tài)，反應(yīng)與未反應(yīng)的分子和分子種類的數(shù)學(xué)比例是預(yù)定的，并且在第二化學(xué)反 應(yīng)后，可W用未反應(yīng)的分子和分子種類進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，其中所述智能聚合物基質(zhì) 是親水性的并且不溶于溶劑或電解質(zhì)，并且聚合物鏈和/或鍵合（linkage)中至少一種反 應(yīng)的分子種類表現(xiàn)出對溶劑或電解質(zhì)的極性吸引，并且反應(yīng)與未反應(yīng)的分子種類的比例決 定了智能材料的物理性能。
[0027] 在一個實施方式中聚合物鏈和鍵合是柔性和彈性的，并且聚合物鏈和鍵合中的至 少一種反應(yīng)的分子種類表現(xiàn)出對溶劑或電解質(zhì)的極性吸引，并且反應(yīng)與未反應(yīng)的分子種類 的比例決定了智能材料的物理性能。
[0028] 在另一實施方式中，可W用未反應(yīng)的一種或多種活性分子種類進(jìn)行一種或多種第 二化學(xué)反應(yīng)。
[0029] 在另一實施方式中，一種或多種活性分子種類保持未反應(yīng)，并且可用于在第一化 學(xué)反應(yīng)之后，與聚合物內(nèi)部或周圍分散的溶劑或電解質(zhì)發(fā)生第二可逆化學(xué)反應(yīng)。
[0030] 在另一實施方式中，溶劑或電解質(zhì)包含一種或多種分子種類，其能夠結(jié)合并可逆 地改變聚合物基質(zhì)內(nèi)部或周圍的活性分子的分子電荷。
[0031] 在另一實施方式中，溶劑或電解質(zhì)包含一種或多種分子種類，其能夠可逆地結(jié)合 并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷極性。
[0032] 在另一實施方式中，溶劑或電解質(zhì)包括一種或多種分子種類，其能夠可逆地結(jié)合 并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷強度。
[0033] 在另一實施方式中，溶劑和電解質(zhì)包含一種或多種分子種類，其能夠可逆地結(jié)合 并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷。
[0034] 在另一實施方式中，溶劑和電解質(zhì)包括一種或多種離子種類。
[0035] 在另一實施方式中，溶劑或電解質(zhì)具有多個的pKa值或解離度。
[0036] 在另一實施方式中，溶劑和或電解質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)對外部能量刺激變化敏感。
[0037] 在另一實施方式中，聚合物基質(zhì)的活性分子種類的化學(xué)性質(zhì)對外部能量刺激變化 敏感。
[0038] 在另一實施方式中，線性聚合物鏈的聚合物鏈長度在一定范圍內(nèi)是隨機的，并且 其決定了聚合物基質(zhì)的最大溶脹尺寸。
[0039] 在另一實施方式中，線性聚合物的聚合物鏈長度在一定范圍內(nèi)是隨機的，而且是 兩種或多種線性聚合物的混合物，其中線性聚合物是親水性的，或者是親水性和疏水性聚 合物的組合。
[0040] 在另一實施方式中，線性聚合物的聚合物鏈?zhǔn)莾煞N或多種聚合物的組裝嵌段聚合 物，并且長度在一定范圍內(nèi)是隨機的。
[0041] 在另一實施方式中，支化聚合物的聚合物鏈長度是不隨機的。
[0042] 在另一實施方式中，支化聚合物的聚合物鏈長度在一定范圍內(nèi)是隨機的。
[0043] 在另一實施方式中，支化聚合物的聚合物鏈長度是組裝嵌段聚合物。
[0044] 在另一個實施方式中，帶有一種或多種活性分子種類的支化聚合物組分包括樹枝 狀分子，超支化聚合物或一種或多種帶有該樣的支化聚合物的組合。
[0045] 在優(yōu)選實施方式中，第一環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)中的一種或多種組分是選自下列組成的 組；聚己二醇縮水甘油離，聚丙二醇縮水甘油離，具有離子官能團的聚合物，所述離子官能 團選自下列基團組成的組；駿酸，磯酸，賴酸，伯胺，仲胺，叔胺和饋，丙帰酸，甲基丙帰酸， 己帰基己酸，馬來酸，meta-kuriro 氧基己基磯酸（meta-kuriro ylo;sy ethylphosphoric acid)，己帰基賴酸，苯己帰賴酸，己帰基化巧，己帰基苯胺，己帰基咪哇，氨己基丙帰酸醋， 甲胺基丙帰酸己醋，二甲胺丙帰酸己醋，己胺基丙帰酸己醋，己基甲胺基丙帰酸己醋，二己 胺基丙帰酸己醋，氨己基甲基丙帰酸醋，甲胺基甲基丙帰酸己醋，二甲胺基己基甲基丙帰酸 醋，己胺基甲基丙帰酸己醋，己基甲胺基甲基丙帰酸己醋，二己胺基甲基丙帰酸己醋，氨丙 基丙帰酸醋，甲基氨丙基丙帰酸醋，二甲基氨丙基丙帰酸醋，己基氨丙基丙帰酸醋，己基甲 基氨丙基丙帰酸醋，二己胺基丙基丙帰酸醋，氨丙基甲基丙帰酸醋，甲基氨丙基甲基丙帰酸 醋，二甲基氨丙基甲基丙帰酸醋，己基氨丙基甲基丙帰酸醋，己基甲基氨丙基甲基丙帰酸 醋，聚合物，如二己胺基丙基甲基丙帰酸醋，二甲基氨己基丙帰醜胺，二甲基氨丙基丙帰醜 肢和 akuriro 氧基己基；甲基饋鹽（akuriro yloxy ethyl trimethy!ammonium salt), 聚下帰，娃樹脂，倍半娃氧焼低聚物，氨基官能化娃樹脂或娃氧焼，娃醇官能化聚合物，有機 娃，甲醇官能化娃樹脂，酸酢官能化娃樹脂，二環(huán)庚帰官能化娃樹脂，駿酸官能化娃樹脂，聚 合物金屬醇鹽，輕基官能化娃樹脂，聚倍半娃氧焼，W及具有官能化環(huán)氧基團的組合物。
[0046] 在另一優(yōu)選實施方式中，第一化學(xué)反應(yīng)的一種或多種組分選自下列組成的組，支 化聚環(huán)氧己焼，聚己二醇，聚環(huán)氧丙焼，聚丙二醇，娃，聚倍半娃氧焼，多功能娃氧焼，聚下 帰，或帶有終端胺、駿基、輕基或其它官能單元的另一柔性聚合物。
[0047] 在另一實施方式中，反應(yīng)聚合物的聚合物凝膠低于98%，更優(yōu)選低于90 %，并且 更優(yōu)選是在75% -85%之間。
[0048] 在另一實施方式中，一種或多種非連接聚合物或高分子與活性分子種類纏結(jié)、陷 入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并且在聚合反應(yīng)后并不與聚合物基質(zhì)連接，并可用于化學(xué)反 應(yīng)。
[0049] 在另一實施方式中，一種或多種非連接的聚合物或高分子與活性分子種類纏結(jié)、 陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并且在聚合反應(yīng)后一種或多種分子位點與聚合物基質(zhì)部分 地連接，并可用于化學(xué)反應(yīng)。
[0050] 在另一實施方式中，一種或多種非連接聚合物或高分子與活性分子種類纏結(jié)、陷 入聚合物基質(zhì)內(nèi)部或周圍，并且在聚合反應(yīng)后一種或多種分子位點與聚合物基質(zhì)部分地連 接，并可用于化學(xué)反應(yīng)。
[0051] 在另一實施方式中，可用于化學(xué)反應(yīng)的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物 材料生成的壓力。
[0052] 在另一實施方式中，可用于化學(xué)反應(yīng)的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物 致動器生成的壓力，并且表面積決定速度。
[0053] 在另一實施方式中，可用于化學(xué)反應(yīng)的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物 材料的主動和/或被動溶脹生長的抑值范圍。
[0054] 由如圖1所示的胺氨-環(huán)氧反應(yīng)形成的胺固化環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)。在T-聚離胺 (Jeffamine)中最接近畑2基團的-邸3基團，會產(chǎn)生空間干擾，與不反應(yīng)伯胺 2'3'4'5相比，減 緩了仲胺的反應(yīng)速率。因此，最終網(wǎng)絡(luò)中，聚合物基質(zhì)最后具有比率依賴（胺/環(huán)氧）的伯 胺氨和仲胺氨組合。
[00巧]A.胺環(huán)氧凝膠中的平衡溶脹和電解致動機理
[0056] 理解電解質(zhì)或溶劑在水凝膠溶脹過程的作用很重要。由于聚合物鏈之間的相互連 接，交聯(lián)聚合物是不溶的，但是該結(jié)構(gòu)將會吸收溶劑或電解質(zhì)，并且將使聚合物基質(zhì)膨脹到 所允許的程度。如果電解質(zhì)或溶劑對分子位點的親合力強于聚合物鏈或交聯(lián)鍵合，則該結(jié) 構(gòu)會破裂或分解，減少了致動材料的力。
[0057] 溶劑或電解質(zhì)被吸引到聚合物基質(zhì)上面或內(nèi)部的活性分子單元上，并且可W保持 在聚合物結(jié)構(gòu)中，通常可W分為H種狀態(tài)；結(jié)合、未結(jié)合W及游離。該些相互作用的強度會 根據(jù)分子W及其與溶劑或電解質(zhì)的相互作用發(fā)生變化，因此，在同步動態(tài)反應(yīng)6中可能會 存在結(jié)合、未結(jié)合W及游離狀態(tài)的各種不同變體的組合。當(dāng)在電極中溶劑電解分離而生成 質(zhì)子從而在基質(zhì)中引入電荷時，根據(jù)電荷的強度和密度，聚合物凝膠內(nèi)部和周圍的溶劑或 電解質(zhì)會吸引聚合物基質(zhì)，或與聚合物基質(zhì)相斥。由于基質(zhì)中的分子位點具有不同的強度 (strengths)，因而平衡時具有不同的質(zhì)子狀態(tài)，可W通過注入質(zhì)子或離子濃度，調(diào)節(jié)溶脹/ 消溶脹過程的容積、速度和力。
[0058] 在該環(huán)氧胺凝膠研究中，我們僅僅使用了一種支持電解質(zhì)，己酸軸水溶液，來考察 電解質(zhì)濃度對溶脹特性在聚合物/分子基質(zhì)中每個變化的影響?；诖耍覀冄邪l(fā)了胺環(huán) 氧凝膠質(zhì)量體積相對于鹽濃度變化的線性模型。為達(dá)到溶脹平衡，在水合作用時，混合吸收 階段的合聚合物-水的相互作用產(chǎn)生的滲透壓力Pmh用于膨脹。由于聚合物-聚合物的相 互作用，聚合物網(wǎng)絡(luò)通過Pel。,t的彈力抵消了該膨脹。平衡滲透壓力的分子靜電相互作用的 貢獻(xiàn)用膨脹壓力Pi。。表示。在H種壓力 7'8的平衡下，該環(huán)氧-胺凝膠獲得溶脹平衡，該可W 通過等式I描述。
[0059] P = (Pmh+Pi J -Pelast
[0060] 等式 I
[0061] 該環(huán)氧-胺凝膠包括可W被質(zhì)子化的弱堿基團例如NH和NH2。該聚合物凝膠還包 括很容易與水（反應(yīng)式路線）形成氨鍵的輕基（OH)和離（0)單元。隨著水進(jìn)入 基質(zhì)，在0和OH和NH位點產(chǎn)生氨鍵，H鍵合的水分子同樣為該過程作出貢獻(xiàn)，提供了另外 H個可能的H鍵位點 9'W，每個H鍵合的水能夠與每個新的水分子保持H個W上的H鍵（式 I)。因此，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水帶電基團的密度隨著水合作用強烈增加。一旦凝膠達(dá)到水合平衡，還 可W通過凝膠（反應(yīng)式II-NaAc電路）內(nèi)部的移動的反離子的適當(dāng)增長進(jìn)一步膨脹，其是 由于靜電排斥而引起相轉(zhuǎn)移，聚合物凝膠會被迫增加溶脹體積。
[0062]
【權(quán)利要求】
1. 一種三維智能聚合物基質(zhì)，其通過第一環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)連接線性聚合物鏈和支化聚 合物鏈而形成，其中所述聚合物鏈?zhǔn)侨彳浀?，并且一種或多種活性分子種類保持未反應(yīng)狀 態(tài)，反應(yīng)與未反應(yīng)的分子和分子種類的數(shù)學(xué)比例是預(yù)定的，并且第一化學(xué)反應(yīng)之后，未反應(yīng) 的分子種類可用于進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，其中智能聚合物基質(zhì)是親水的，并且不溶于溶 劑或者電解質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中所述聚合物鏈和鍵合是柔軟的和有彈性的， 并且聚合物鏈和鍵合中的至少一種反應(yīng)的分子種類表現(xiàn)出對溶劑或電解質(zhì)的極性吸引，并 且反應(yīng)與未反應(yīng)的分子種類的比例決定了智能材料的物理性能。
3. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種剩余的未反應(yīng)的活性分子種類 可用于進(jìn)行一種或者多種第二化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
4. 如權(quán)利要求3所述的聚合物基質(zhì)，其中剩余的未反應(yīng)的和第一化學(xué)反應(yīng)后可用的 一種或多種活性分子種類，可用于與分散在聚合物基質(zhì)中和其周圍的溶液或者電解質(zhì)進(jìn)行 第二可逆的化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
5. 如權(quán)利要求4所述的聚合物基質(zhì)，其中溶液或者電解質(zhì)包含一種或者多種分子種 類，其可以結(jié)合并且可逆的改變在聚合物基質(zhì)中或其周圍的活性分子的分子電荷。
6. 如權(quán)利要求4所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)包含一種或多種分子種 類，其能夠可逆地結(jié)合并可逆地改變活性分子種類的分子電荷的極性。
7. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)包括一種或多種分子種 類，其能夠可逆地結(jié)合并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷、質(zhì)子化或去質(zhì)子化強度。
8. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)包括一種或多種分子種 類，其能夠可逆地結(jié)合并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷、質(zhì)子化或去質(zhì)子化。
9. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或者電解質(zhì)包括一種或多種離子 種類。
10. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其所述中溶劑或者電解質(zhì)具有多個pKa值或者 解尚度。
11. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑和/或電解質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)對外部 能量刺激變化敏感。
12. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其中聚合物基質(zhì)的活性分子種類的化學(xué)性質(zhì)對 外部能量刺激變化敏感。
13. 如權(quán)利要求5所述的聚合物基質(zhì)，其中所述線性聚合物鏈的聚合物鏈長度在一定 范圍內(nèi)是隨機的，并且決定了聚合物基質(zhì)的最大溶脹尺寸。
14. 如權(quán)利要求13所述的聚合物基質(zhì)，其中所述線性聚合物的聚合物鏈長度在一定 范圍內(nèi)是隨機的，而且是兩種或多種線性聚合物的混合物，其中所述線性聚合物是親水性 的，或者是親水性和疏水性聚合物的組合。
15. 如權(quán)利要求13所述的聚合物基質(zhì)，其中所述線性聚合物的聚合物鏈?zhǔn)莾煞N或兩 種以上聚合物的組裝嵌段聚合物，并且長度在一定范圍內(nèi)是隨機的。
16. 如權(quán)利要求13所述的聚合物基質(zhì)，其中支化聚合物的聚合物鏈長度是不隨機的。
17. 如權(quán)利要求13所述的聚合物基質(zhì)，其中支化聚合物的聚合物鏈長度在一定范圍 內(nèi)是隨機的。
18. 如權(quán)利要求13所述的聚合物基質(zhì)，其中支化聚合物的聚合物鏈長度是組裝嵌段 聚合物。
19. 如權(quán)利要求13所述的聚合物基質(zhì)，其中帶有一種或多種活性分子種類的支化聚 合物組分包括樹枝狀分子，超支化聚合物或一種或多種帶有這樣的支化聚合物的組合。
20. -種三維智能聚合物基質(zhì)，其由第一和一種或多種第二環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)形成，其中 聚合物鏈?zhǔn)侨嵝缘暮蛷椥缘模⑶乙环N或多種活性分子種類保持未反應(yīng)狀態(tài)，反應(yīng)與未反 應(yīng)的分子和分子種類的數(shù)學(xué)比例是預(yù)定的，并且在第二化學(xué)反應(yīng)后，可以用于進(jìn)行進(jìn)一步 的化學(xué)反應(yīng)，其中所述智能聚合物基質(zhì)是親水性的并且不溶于溶劑或電解質(zhì)，并且聚合物 鏈和/或鍵合中至少一種反應(yīng)的分子種類表現(xiàn)出與溶劑或電解質(zhì)的極性吸引，并且反應(yīng)與 未反應(yīng)的分子種類的比例決定了智能材料的物理性能。
21. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中剩余的未反應(yīng)的活性分子種類可用于一 種或者多種第二化學(xué)反應(yīng)、質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
22. 如權(quán)利要求21所述的聚合物基質(zhì)，其中剩余的未反應(yīng)且在第二化學(xué)反應(yīng)后可用 的活性分子種類，可用于與聚合物內(nèi)部或周圍分散的溶劑或電解質(zhì)發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)。
23. 如權(quán)利要求22所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)包含一種或多種分子 種類，其能夠結(jié)合并可逆地改變聚合物基質(zhì)內(nèi)部或周圍的活性分子的分子電荷。
24. 如權(quán)利要求22所述的聚合物基質(zhì)，其中分散在聚合物基質(zhì)內(nèi)部和周圍的所述溶 劑或電解質(zhì)包含一種或多種分子種類，其能夠可逆地結(jié)合并且可逆地改變活性分子種類的 分子電荷極性。
25. 如權(quán)利要求24所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)包括一種或多種分子 種類，其能夠可逆地結(jié)合并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷強度。
26. 如權(quán)利要求24所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)包含一種或多種分子 種類，其能夠可逆地結(jié)合并且可逆地改變活性分子種類的分子電荷。
27. 如權(quán)利要求24所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或者電解質(zhì)包括一種或多種離 子種類。
28. 如權(quán)利要求23所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或者電解質(zhì)具有多個pKa值或者 解尚度。
29. 如權(quán)利要求25所述的聚合物基質(zhì)，其中所述溶劑或電解質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)對外部能 量刺激變化敏感。
30. 如權(quán)利要求25所述的聚合物基質(zhì)，其中聚合物基質(zhì)的活性分子種類的化學(xué)性質(zhì) 對外部能量刺激變化敏感。
31. 如權(quán)利要求25所述的聚合物基質(zhì)，其中線性聚合物鏈的聚合物鏈長度在一定范 圍內(nèi)是隨機的，并且決定了聚合物基質(zhì)的最大溶脹尺寸。
32. 如權(quán)利要求31所述的聚合物基質(zhì)，其中線性聚合物鏈的聚合物鏈長度在一定范 圍內(nèi)是隨機的，而且是兩種或多種線性聚合物的混合物，其中線性聚合物是親水性的，或者 是親水性和疏水性聚合物的組合。
33. 如權(quán)利要求31所述的聚合物基質(zhì)，其中線性聚合物的聚合物鏈?zhǔn)莾煞N或兩種以 上聚合物的組裝嵌段聚合物，并且長度在一定范圍內(nèi)是隨機的。
34. 如權(quán)利要求31所述的聚合物基質(zhì)，其中支化聚合物的聚合物鏈長度是不隨機的。
35. 如權(quán)利要求31所述的聚合物基質(zhì)，其中支化聚合物的聚合物鏈長度在一定范圍 內(nèi)是隨機的。
36. 如權(quán)利要求31所述的聚合物基質(zhì)，其中支化聚合物的聚合物鏈長度是組裝嵌段 聚合物。
37. 如權(quán)利要求31所述的聚合物基質(zhì)，其中帶有一種或多種活性分子種類的支化聚 合物組分包括樹枝狀分子，超支化聚合物或一種或多種帶有這樣的支化聚合物的組合。
38. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中第一環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)中的一種或多種組分是 選自下列組成的組：聚乙二醇縮水甘油醚，聚丙二醇縮水甘油醚，具有離子官能團的聚合 物，所述離子官能團選自下列基團組成的組，羧酸，磷酸，磺酸，伯胺，仲胺，叔胺和銨，丙烯 酸，甲基丙烯酸，乙烯基乙酸，馬來酸，meta-kuriro氧基乙基磷酸，乙烯基磺酸，苯乙烯磺 酸，乙烯基吡陡，乙烯基苯胺，乙烯基咪唑，氨乙基丙烯酸酯，甲胺基丙烯酸乙酯，二甲胺丙 烯酸乙酯，乙胺基丙烯酸乙酯，乙基甲胺基丙烯酸乙酯，二乙胺基丙烯酸乙酯，氨乙基甲基 丙烯酸酯，甲胺基甲基丙烯酸乙酯，二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯，乙胺基甲基丙烯酸乙酯， 乙基甲胺基甲基丙烯酸乙酯，二乙胺基甲基丙烯酸乙酯，氨丙基丙烯酸酯，甲基氨丙基丙烯 酸酯，二甲基氨丙基丙烯酸酯，乙基氨丙基丙烯酸酯，乙基甲基氨丙基丙烯酸酯，二乙胺基 丙基丙烯酸酯，氨丙基甲基丙烯酸酯，甲基氨丙基甲基丙烯酸酯，二甲基氨丙基甲基丙烯酸 酯，乙基氨丙基甲基丙烯酸酯，乙基甲基氨丙基甲基丙烯酸酯，聚合物，如二乙胺基丙基甲 基丙烯酸酯，二甲基氨乙基丙烯酰胺，二甲基氨丙基丙烯酰胺，和akuriro氧基乙基三甲基 銨鹽，聚丁烯，硅樹脂，倍半硅氧烷低聚物，氨基官能化硅樹脂或硅氧烷，硅醇官能化聚合 物，有機硅，甲醇官能化硅樹脂，酸酐官能化硅樹脂，二環(huán)庚烯官能化硅樹脂，羧酸官能化硅 樹脂，聚合物金屬醇鹽，羥基官能化硅樹脂，聚倍半硅氧烷，以及具有官能化環(huán)氧基團的組 合物。
39. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中第一化學(xué)反應(yīng)的一種或多種組分選自下列 組成的組，支化聚環(huán)氧乙烷，聚乙二醇，聚環(huán)氧丙烷，聚丙二醇，硅，聚倍半硅氧烷，多功能硅 氧烷，聚丁烯，或帶有終端胺、羧基、羥基或其它功能單元的另一柔性聚合物。
40. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中反應(yīng)聚合物的聚合物凝膠化低于98%，更優(yōu) 選低于90%，并且更優(yōu)選是在75%-85%之間。
41. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種非連接的聚合物或高分子與活 性分子種類纏結(jié)、陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并且在聚合反應(yīng)后不連接到聚合物基質(zhì) 中，并可用于化學(xué)反應(yīng)、質(zhì)子化作用或去質(zhì)子化。
42. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種非連接聚合物或高分子與活性 分子種類纏結(jié)、陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并在聚合反應(yīng)后在一種或多種分子位點與 聚合物基質(zhì)部分地連接，并用于化學(xué)反應(yīng)、質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
43. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種非連接聚合物或高分子與活性 分子種類纏結(jié)、陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并在聚合反應(yīng)后在一種或多種分子位點與 聚合物基質(zhì)部分地連接，并用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
44. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化 的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物材料生成的壓力。
45. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化 的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物致動器生成的壓力，并且表面積決定速度。
46. 如權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)，其中用于化學(xué)反應(yīng)的一種或多種活性分子種 類，決定了聚合物材料的主動和/或被動溶脹生長的pH值范圍。
47. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中所述第一環(huán)氧化學(xué)反應(yīng)中的一種或多種 成分是選自下列組成的組：聚乙二醇縮水甘油醚，聚丙二醇縮水甘油醚，具有離子官能團的 聚合物，所述離子官能團選自包含下列基團組成的組，羧酸，磷酸，磺酸，伯胺，仲胺，叔胺和 季銨，丙烯酸，甲基丙烯酸，乙烯基乙酸，馬來酸，meta-kuriro氧基乙基磷酸，乙烯基磺酸， 苯乙烯磺酸，乙烯基吡啶，乙烯基苯胺，乙烯基咪唑，氨乙基丙烯酸酯，甲胺基丙烯酸乙酯， 二甲胺丙烯酸乙酯，乙胺基丙烯酸乙酯，乙基甲胺基丙烯酸乙酯，二乙胺基丙烯酸乙酯，氨 乙基甲基丙烯酸酯，甲胺基甲基丙烯酸乙酯，二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯，乙胺基甲基丙烯 酸乙酯，乙基甲胺基甲基丙烯酸乙酯，二乙胺基甲基丙烯酸乙酯，氨丙基丙烯酸酯，甲基氨 丙基丙烯酸酯，二甲基氨丙基丙烯酸酯，乙基氨丙基丙烯酸酯，乙基甲基氨丙基丙烯酸酯， 二乙胺基丙基丙烯酸酯，氨丙基甲基丙烯酸酯，甲基氨丙基甲基丙烯酸酯，二甲基氨丙基甲 基丙烯酸酯，乙基氨丙基甲基丙烯酸酯，乙基甲基氨丙基甲基丙烯酸酯，聚合物，如二乙胺 基丙基甲基丙烯酸酯，二甲基氨乙基丙烯酰胺，二甲基氨丙基丙烯酰胺，和akuriro氧基乙 基三甲基銨鹽，聚丁烯，硅樹脂，倍半硅氧烷低聚物，氨基官能化硅樹脂或硅氧烷，硅醇官能 化聚合物，有機硅，甲醇官能化硅樹脂，酸酐官能化硅樹脂，二環(huán)庚烯官能化硅樹脂，羧酸官 能化硅樹脂，聚合物金屬醇鹽，羥基官能化硅樹脂，聚倍半硅氧烷，以及具有官能化環(huán)氧基 團的組合物。
48. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中第一化學(xué)反應(yīng)的一種或多種組分選自下 列組成的組，支化聚環(huán)氧乙烷，聚乙二醇，聚環(huán)氧丙烷，聚丙二醇，硅，聚倍半硅氧烷，多功能 硅氧烷，聚丁烯，或帶有終端胺、羧基、羥基或其它功能單元的另一柔性聚合物。
49. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中反應(yīng)聚合物的聚合物凝膠化低于98%，更 優(yōu)選低于90%，并且更優(yōu)選是在75%-85%之間。
50. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種非連接聚合物或高分子與活 性分子種類纏結(jié)、陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并且在聚合反應(yīng)后并不與聚合物基質(zhì)連 接，并用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用和去質(zhì)子化。
51. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種非連接聚合物或高分子與活 性分子種類纏結(jié)、陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并且在聚合反應(yīng)后，在一種或多種分子位 點與聚合物基質(zhì)部分地連接，并可用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
52. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中一種或多種非連接聚合物或高分子與反 應(yīng)分子種類纏結(jié)、陷入聚合物基質(zhì)的內(nèi)部和周圍，并在聚合反應(yīng)后，在一種或多種分子位點 與聚合物基質(zhì)部分地連接，并用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化。
53. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化 的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物材料生成的壓力。
54. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中用于化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)子化作用或者去質(zhì)子化 的一種或多種活性分子種類，決定了聚合物致動器生成的壓力，并且表面積決定速度。
55. 如權(quán)利要求20所述的聚合物基質(zhì)，其中用于化學(xué)反應(yīng)的一種或多種活性分子種 類，決定了聚合物材料的主動和/或被動溶脹生長的pH值范圍。
【文檔編號】C08L63/10GK104302689SQ201380022758
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】馬克·巴尼斯特, 約爾丹·杰羅諾夫, 多米尼克·麥格拉思 申請人:麥德醫(yī)像公司, 代表亞利桑那大學(xué)的亞利桑那校董會