智能水凝膠在分離分析中的應用研究進展

蘇日輝， 夏 凌， 李攻科， 肖小華

(中山大學化學學院，廣東廣州 510275)

圖1 刺激響應下發生響應變化的智能水凝膠及其在分離分析中的主要應用Fig.1 Stimuli response swelling intelligent hydrogels and their applications in separation and analysis

水凝膠是一種在水中溶脹并保持大量水分而又不溶解的交聯高分子聚合物。根據對外界刺激的響應情況，水凝膠可分為普通水凝膠和智能水凝膠。普通水凝膠是傳統意義上的保水材料，而智能水凝膠可感知外界環境的細微物理化學變化，如溫度、pH、光、濕度、磁場、壓力、特定化學物質以及離子強度等的變化，并通過體積的溶脹和收縮、形狀彎曲、顏色變化和釋放目標物等來響應這些來自外界的刺激，其中體積變化是智能水凝膠常見的響應信號。圖1為各種類型智能水凝膠具有的主要響應變化，及其在分離分析中的應用。根據刺激源的不同，智能水凝膠又可分為溫度響應性水凝膠、pH響應性水凝膠、光響應性水凝膠、生物分子響應性水凝膠、磁場響應性水凝膠、電場響應性水凝膠和壓力響應性水凝膠等[1]。

目前研究最為廣泛的是溫度響應性水凝膠，這一類水凝膠的單體通常帶有親水基團，并相連一個甲基、乙基或丙基，如N取代聚丙烯酰胺得到聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEAM)、聚N-乙基甲基丙烯酰胺(PNEMAM)、聚N-乙烯基異丁酰胺(PNVIBAM)和聚N-乙烯基己內酰胺(PNVCa)等[2]。其中PNIPAM水凝膠的低臨界相轉變溫度(LCST)接近人的生理溫度和可調的特點，因此引起了人們極大的興趣[3 - 4]。pH響應性水凝膠的分子骨架中往往含有大量易水解的基團，如羧酸、磺酸、伯胺、仲胺和季胺等，當外界的pH發生變化時，這些基團能產生不同程度的解離，水凝膠的內外離子產生濃度差，引起網絡內氫鍵的生成或斷裂，顯示出水凝膠的pH敏感性[5]。光響應性水凝膠在受到光照下可發生體積相變，常見的是在溫敏性材料中摻入感光分子，感光分子能將光能轉化為熱能，使水凝膠內溫度發生改變，當溫度達到材料的相轉變溫度時，水凝膠發生物理化學變化從而實現光敏感性[6]。生物分子響應性水凝膠則是模擬生命活動過程中的特定分子識別，能對特定的生物分子產生刺激響應性[7]。磁場響應性水凝膠是將磁性材料預埋在水凝膠中，在施加磁場時將誘發水凝膠發生形狀或體積的變化[8]。電場響應性水凝膠在受到電場后，自由離子發生定向移動使得水凝膠內外離子濃度或水凝膠pH的重新分布，引起滲透壓變化，導致水凝膠的體積或形狀的改變，此類水凝膠主要應用于傳感器、藥物釋放和防生材料等領域[9]。壓力響應性水凝膠能隨著外界壓力變化出現體積相變現象，這種相變現象在低壓下出現坍塌，在高壓下出現溶脹[10]。對于具有壓力和溫敏雙重響應性的水凝膠而言，水凝膠的LCST將隨著壓力的增加而上升，因此在常壓恒溫下處于收縮狀態的水凝膠將隨著壓力的增加出現溶脹[11]。表1列舉了各種類型智能水凝膠的主要基團、合成方法及響應方式。智能水凝膠具有獨特的生物兼容性和響應性，因此在傳感器、化學轉換器、分子的分離分析、形狀記憶開關和藥物遞送等方面具有廣闊的應用前景。本文綜述了智能水凝膠的制備方法，著重綜述智能水凝膠在分離分析中的應用。

表1 智能水凝膠的分類、主要官能團、合成方法及響應方式

1 智能水凝膠的制備

1.1 半互穿網絡智能水凝膠的制備

半互穿網絡智能水凝膠是由兩種或多種相互貫穿的交聯聚合物組成，其中至少有一種組分是緊鄰在另一種組分存在下聚合或交聯的，在三維空間中以不同的鑲嵌方式構成的一種環連體。半互穿水凝膠既有化學交聯也有物理交聯，性能與組成通常呈非線性關系，即便一種組分含量很少，力學性能往往能超過其中的任一組分[16]。溫敏性PNIPAM水凝膠能夠在溫度刺激下實現可逆的體積溶脹和收縮，但PNIPAM水凝膠的機械性能差，限制了該水凝膠的實際應用。Li等[17]將制備的聚N-異丙基丙烯酰胺-聚二烯丙基二甲基氯化銨(PNIPAM-PDADMAC)半互穿網絡結構水凝膠涂在由金包裹的聚二甲硅氧烷的表面，該雙層膜結構在溫度和pH刺激下可產生可逆重復的雙向彎曲響應。PNIPAM水凝膠具有溫敏性，但材料存在柔軟，當與聚二烯丙基二甲基氯化銨形成半互穿網絡時，其機械強度得到提升，在溫度或pH控制下可作為軟觸手用于水中微型物體的搬運。Means研究團隊[18]將帶負電荷的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)和溫敏性聚合物P(NIPAM-co-MEDSAH)構筑成雙網絡水凝膠，其壓縮模量為1.5 MPa，拉伸強度達到23 MPa，研究發現2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氫氧化銨(MEDSAH)兩種單體的用量影響水凝膠的抗壓強度，得到的半互穿網絡水凝膠仍具有與聚異丙基丙烯酰胺相似的溫敏特性。

單體和交聯劑類型對智能水凝膠響應性能和抗壓強度有重要影響，但在實際應用中，對單體和交聯劑的選擇非常有限，因此需要對材料進行功能化修飾，通過改變功能單體的親水性和疏水性，可有效調節水凝膠的溶脹-收縮性能、抗拉強度和透光性等。Ma等[19]采用物理和化學交聯的方法將甲基丙烯酰基修飾的殼聚糖(MACS)引入PNIPAM溫敏材料中，制備成具有雙重網絡結構的溫度響應性水凝膠，隨著MACS用量的增加，水凝膠的消溶脹速度明顯加快。Huang等[20]將表面功能化氧化石墨烯(GO)、殼聚糖(CS)和N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)單體組成的預聚液制備出pH-溫度雙敏性PNIPAM復合納米水凝膠。溫敏測試表明，經3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯功能化修飾的GO復合水凝膠的交聯度明顯增大，有效地改善消溶脹率和力學性能，相比之下該水凝膠的pH響應性僅次于溫敏性能。

1.2 多孔智能水凝膠的制備

水凝膠在吸水前呈緊束狀態，初始階段的吸水是一種毛細管吸附和擴散的物理過程，作用力弱，水分子的擴散速度慢，因此初始階段的吸水速率較低。多孔水凝膠很好地解決了這些問題，在水凝膠中引入孔狀結構，有效增加水凝膠內部的比表面積，水能迅速地進入水凝膠內部，使更多的水分子和親水基團接觸，有效地提高材料的吸水速率和刺激響應速度[21]。

多孔水凝膠的制備方法有發泡法、致孔法、冷凍干燥法、相分離法及模板法等。通過發泡法可制備孔徑幾十至幾百微米的超孔凝膠，它是在聚合體系中加入發泡劑或低沸點的致孔劑來形成多孔的方法，生成的氣體被蒸發放出，留下泡狀多孔結構。常用的致孔劑有NaHCO3、烷類和醇類等。在水凝膠預聚液中加入一定量的發泡劑NaHCO3，使得在反應過程中不斷產生氣體，產生空腔區域，容易得到多孔水凝膠，該方法有效地增加水凝膠的吸水性和膨脹性[22]。Ovadia等[23]以環己烷為致孔劑，制備甲基丙烯酸羥乙酯-甲基丙烯酸(HEMA-MAA)水凝膠，得到的多孔性水凝膠具有更強的吸水性。冷凍干燥法是將預聚液冷凍至致孔劑的冰點溫度形成冰晶，此時單體從冰晶中被擠壓出來，分散在冰晶周圍，待在低溫下聚合反應完成，經解凍后冰晶融解留下空腔，得到多孔結構的水凝膠。Thomas等[24]在光引發聚合下采用冷凍干燥法制備聚乙二醇多孔水凝膠，得到的大孔水凝膠適合用于多肽的功能化修飾和負載細胞。

對多孔水凝膠功能化修飾可改變水凝膠的形態、刺激響應源和機械強度。Guo等[25]發現采用丙烯酰胺胞嘧啶對PNIPAM功能化后，在pH=7.5時，聚合物以溶液狀態存在；在pH=5.2時形成水凝膠。若將水凝膠基質加熱至45 ℃時，水凝膠轉變成收縮的固體，將固體冷卻至25 ℃時水凝膠溶脹恢復。Wei等[26]將2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基氧化竹纖維素納米纖維(TO -CNF)通過原位聚合修飾在PNIPAM表面，可有效地改善材料的熱響應性和機械性能，其透光性和未修飾之前的材料無明顯差異。

1.3 智能微凝膠的制備

微凝膠是一種微米級的凝膠顆粒，具有分子內交聯結構，相對于塊狀水凝膠，具有比表面積大和環境響應速度快的特點。常見的微凝膠有互貫網絡型微凝膠和核-殼型微凝膠。互貫網絡型微凝膠是指由兩種或兩種以上各自交聯的聚合物形成相互貫穿或纏結網絡結構的微凝膠，兩種聚合物網絡間沒有化學鍵的存在，分別可以對不同的外部刺激保持各自的響應性。Ma等[27]以溫度響應的PNIPAM為種子，交聯聚(三丁基已基溴化膦-甲基丙烯酸3-磺酸丙酯鉀鹽)(P[P4,4,4,6][MC3S])離子液體，得到PNIPAM/P[P4,4,4,6][MC3S]半互穿網絡型溫度響應微凝膠，動態光散射表明在20 ℃水中微凝膠粒子的直徑約為250 nm。在核-殼結構型的微凝膠中，其內部的核材料和殼材料都有響應行為，然而核和殼各自的溶脹-消溶脹行為并不是獨立的，而是相互影響與制約，各自的相變特性產生的一些特殊現象可以通過散射和量熱學等手段進行檢測[28]。Kang等[29]通過單電子轉移活性自由基聚合的方法制備了具有雙親性及溫度響應性PNIPAM復合水凝膠球形膠束，該微球膠束材料以乙基纖維素(EC)為核，PNIPAM為殼，且接枝聚合反應活性可控，可用于合成結構明確且可控的EC-g PNIPAM溫敏共聚物。Liang等[30]以甲基丙烯酸正丁酯-丙烯胺核-殼結構的微凝膠作為交聯劑和引發劑，將其和丙烯酰胺-丙烯酸水凝膠氫鍵交聯后，再浸入FeCl3溶液離子交聯形成復合水凝膠，由于復合材料中同時兼有微凝膠的共價鍵、Fe3+配位鍵和水凝膠本身的氫鍵協同作用，使得該復合水凝膠具有好的柔韌性和快速恢復形變性能。

2 智能水凝膠在分離分析中的應用

2.1 生物傳感器

水凝膠表面含有羥基、羧基、氨基和酰胺基團等，同時具有生物兼容性，容易在表面修飾具有生物識別基團，并且三維水凝膠的多孔性有助于氧化還原的分子和生物識別基團在傳感界面發生電子轉移，利于信號放大和提高檢測靈敏度[31]。表2為水凝膠電化學免疫傳感器的檢測性能對比。

王立世課題組[32]在玻碳電極表面合成溫敏性水凝膠，制備具有溫度響應的自清潔蛋白質分子印跡生物傳感器，通過調節溫度，水凝膠薄膜對牛血清白蛋白(BSA)具有吸附和解吸的作用，在最優條件下，對BSA的檢出范圍為0.02～10 μmol/L，檢出限為0.012 μmol/L。Mac Kenna等[33]將脂肪族二胺和聚乙二醇縮水甘油醚快速交聯聚合形成pH響應性水凝膠，并將葡萄糖氧化酶固定在陽離子網絡結構的水凝膠中，滴在碳布電極表面制備葡萄糖響應生物傳感器，利用電化學阻抗譜可測到1～100 μmol/L的線性范圍，有望在可穿戴設備中用于汗水或組織液血糖濃度的測定。Hao等[34]在多孔性三維氮摻雜石墨烯水凝膠(3DNGH)表面引入Ag和TiO2金屬納米粒子，利用Ag納米粒子的局部表面等離子體共振得到放大的光電化學性能。研究人員在水凝膠表面接聯適配體用于凝血酶的無標記測定，其線性范圍為0.01～10 pmol/L，檢測限低至3 fmol/L，表明Ag/TiO2/3DNGH光敏水凝膠在生物傳感器中具有應用前景。

表2 水凝膠電化學免疫傳感器的檢測性能對比

上述是將溫敏性、pH和光響應水凝膠直接用于生物傳感器，另外還可以在其它類水凝膠表面修飾生物識別基團用于生物傳感。苯硼酸及衍生物材料對糖蛋白具有特異性吸附，在一定條件下能捕獲和釋放糖蛋白。Mesch等[35]在Au納米線表面鋪設苯硼酸修飾的水凝膠薄層，該薄層對低濃度的葡萄糖具有敏感性，相應地產生可逆性收縮-溶脹響應，成功測到眼淚中的葡萄糖。Tang等[13]采用靜電和配位方法制備具有氧化還原和導電型的海藻酸鈉-Pb2+-氧化石墨烯(SA-Pb2+-GO)水凝膠。GO具有比表面積大和導電性好的優點，水凝膠表面的殼聚糖可吸附Pb2+得到信號放大和提供活性位點固定化CA242抗體。Rong等[36]在玻碳電極表面通過氧化聚合方法合成水凝膠酶標記的電流型癌胚抗原免疫傳感器，水凝膠具有的π-π共軛長鏈和三維連續結構，其比表面積大和吸附容量高的特點，因此能產生強的電流信號，其檢測靈敏度達到0.16 g/mL。Choi等[37]提出聚合酶鏈式水凝膠微柱用于檢測阿茲海默病(AD)中的miRNAs策略，該研究首次采用多次紫外照射將丙烯酸多縮乙二醇雙酯(PEGDA)微柱固定在塑料微孔上，成功用于測定人血漿樣品中的AD -miRNAs，檢測到10 pg/μL的靶標分子。

2.2 熒光信號放大

智能水凝膠具有網絡孔狀結構，將熒光染料放置在水凝膠網孔中，在刺激響應下水凝膠發生收縮，染料分子密度增大使得熒光信號得到放大，該策略在溫度響應水凝膠比較常見。Kim等[46]在PNIPAM和葡糖氧化酶水凝膠復合材料中包埋pH敏感性熒光染料，相比于其它糖類和金屬離子，水凝膠復合材料對葡萄糖具有較高的選擇性，在葡萄糖水溶液中的熒光顯色線性范圍為100 μmol/L～100 mmol/L。Xu等[47]提出一種反蛋白石PNIPAM水凝膠光子晶體條形碼檢測蛋白的策略，該條碼在體溫下保持溶脹狀態，此時材料中的反蛋白石結構孔洞處于連通狀態，目標蛋白擴散到條形碼孔洞中參與反應，在檢測階段，條形碼收縮體積，熒光分子密度相對增大，熒光信號增強。該檢測策略對甲胎蛋白和癌胚抗原的檢出限分別為0.623 ng/mL和0.492 ng/mL。Li等[48]在常溫水相中通過原子自由基聚合合成“高亮發光”的PNIPAM水凝膠，該研究小組在水凝膠預聚液中摻入帶雙官能團螯合配合基的二元羧酸，其中一個官能團能螯合Tb3+和Eu3+，另一個官能團起到引發自由基聚合的作用，引入不同摩爾濃度的鑭系元素能使水凝膠發出5種不同的冷光。

2.3 可視化檢測

圖2 智能光子晶體水凝膠在可視化檢測中的應用Fig.2 The applications of smart photonic crystal hydrogel in visual detection

光子晶體存在周期性結構，特定波長的入射光在其表面產生布拉格衍射，由布拉格方程：nλ=2dsinθ(其中n為反射級數，λ為波長，d為晶面間距，θ為入射光與晶面之間的夾角)可知，改變其中的一個變量，都將使布拉格衍射峰偏移，使光子晶體的顏色發生變化[49]。如圖2所示，智能水凝膠在刺激源作用下發生體積變化，故將此水凝膠與光子晶體結構相結合，容易制備出響應性光子晶體，結合復合水凝膠光子晶體的顏色類型及強度變化，可實現對目標物的定性和定量分析[50]。Tan等[51]利用斥力誘發沉淀自組裝的方法將光子晶體凝膠材料包埋在溫敏性水凝膠中，得到的薄膜材料具有色彩顯著、半帶寬窄和寬幅度變化的特點，可用于快速檢測痕量離子、表面活性劑、乙醇和pH值，實現了痕量目標物的特異性識別和檢測。Luo等[52]采用微注射和紫外光聚合技術構建磁性水凝膠光子晶體微球，通過改變磁場方向可輕易實現顏色的“開”和“關”的功能，同時具有溫度和試劑響應性，并成功用于可視化檢測甲醇和乙醇。Hu等[53]將水凝膠制備技術和分子印跡技術結合起來，制得茶堿分子印跡微凝膠光子晶體，發現印跡水凝膠隨著茶堿濃度的升高產生規律性紅移，對茶堿分子具有好的識別能力，對尿中茶堿成分的檢出限為0.1 fmol/L。Xu等[54]將條形碼技術用于捕獲和測定復雜樣品中的致病菌，該條形碼為聚乙二醇(PEG)多孔水凝膠反蛋白石結構，多孔水凝膠的高比表面積有利于固定適配體探針分子，實驗表明，該材料在2.5 h可有效捕獲濃度為100 CFU/mL的細菌，明顯優于標準方法。Martínez等[55]采用自由基聚合技術制備鄰二氮菲復合水凝膠，成功用于高通量可視化檢測牛奶中的游離Fe3+。

2.4 樣品分離

智能水凝膠在特定條件下(如pH、溫度和離子強度)呈疏水性，對疏水目標物具有吸附作用，當改變這些外界條件時則呈親水性，對疏水目標物的親和力明顯減弱，如將PNIPAM水凝膠制備成吸附材料和智能分離膜，可用于蛋白質分離、油水分離和鹽水淡化等。Liu等[56]將丙烯酸、聚氧乙烯醚和N-異丙基丙烯酰胺單體合成成一種高聚物復合水凝膠，水凝膠在37 ℃時具有吸附牛血清白蛋白的功能，當溫度降至25 ℃時，水凝膠能完全解析牛血清白蛋白，表現出溫度敏感性能。Li等[57]研究熱敏磁性PNIPAM蛋白質分子印跡復合微球，該微球具有良好的蛋白質模板分子識別能力，高溫時水凝膠易形成形狀記憶，有利于捕獲模板分子，低溫環境下有利于模板分子從印跡腔中釋放。姚克儉課題組[58]將PNIPAM溫敏性水凝膠用于水楊酸的分子印跡，實現水凝膠的智能識別和可控釋放。于謙等[59]在氨基化硅片表面通過引發原子轉移自由基聚合(ATRP)接枝PNIPAM聚合物刷，改性后的材料對血漿中纖維蛋白原具有吸附作用，在不同溫變下材料的吸附容量也不一樣。Chen等研究小組[60]將二茂鐵摻入PNIPAM制備成具有溫度響應、離子強度響應和磁性響應的水凝膠，在響應源刺激下水凝膠發生變色、收縮或溶脹變化，成功用于染色油的可控釋放。針對商用鹽水淡化水凝膠粉末通量低的問題，Wei等[61]在商業聚氨酯泡沫結構中采用控制自由基單體(N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酸鈉)方法制備聚氨酯PNIPAM復合水凝膠，該水凝膠的鹽水淡化通量明顯高于商用水凝膠粉末。Teng等[62]采用原位自由基聚合方法制備PNIPAM粘土納米復合水凝膠過濾膜，膜材料在水中具有超疏油性、抗粘附性和自清潔功能，適合用于油/水分離。Keplinger等[63]在100 μm云杉橫截面表層制備PNIPAM水凝膠，云杉的各向異性分層微孔結構起到支架作用，能有效提高復合水凝膠的機械性能，有望應用于膜分離材料。

水凝膠具有高溶脹和高吸水性，機械強度弱，材料本身的非特異性吸附限制了其高效結合目標物的能力和靈敏檢測。層狀雙氫氧化物和水凝膠之間具有強的作用力，將層狀雙氫氧化物和水凝膠制備成色譜整體柱，既能有效地改善水凝膠的機械強度，又可作為吸附劑用于樣品分離。本課題組已做過凝膠色譜柱的研究，將凝膠色譜柱成功用于復雜樣品中黃曲霉毒素、磺胺類藥物和熒光劑的在線分離[66 - 67]。

2.5 表面增強拉曼(SERS)基底

圖3 智能水凝膠在SERS基底材料中的應用Fig.3 The applications of intelligent hydrogels in SERS substrate

待測樣品成分復雜，目標物濃度低，對目標物預富集可有效提高靈敏度。水凝膠具備柔性和環境友好性，已作為SERS基底用于無損識別古畫中的有機染色劑[68]。此外，水凝膠的網絡多孔結構使得其質量傳遞速率快，適合作為SERS基底用于目標物的快速捕獲富集[69]。圖3為智能水凝膠在SERS基底中的主要應用。Bao等[70]在海藻酸鈉網絡中合成金納米顆粒用于多環芳烴(PAHs)的拉曼測定，發現目標物進入水凝膠三維網絡結構與水凝膠中的Au納米顆粒形成拉曼熱點，得到強的SERS信號，該拉曼基底材料成功用于4種PAHs的測定，得到苯并(a)芘的檢出限為0.365 nmol/L。水凝膠在干燥和水化兩種條件可形成收縮和溶脹兩種形態，將水凝膠用于負載具有SERS活性的納米顆粒，經過刺激響應使水凝膠體積減小，致使SERS納米顆粒相互靠近，使SERS信號增強，如圖3A所示，該方法已成功用于滴滴涕和殺蟲劑的拉曼測定[71 - 72]。納米粒子均勻分散在水凝膠三維結構中所形成的熱點，促使水凝膠的體積收縮形成更強的拉曼信號。Wu等[73]將Au納米粒子沉積在PNIPAM溫敏性水凝膠表面，當溫度升高時水凝膠收縮致使Au納米粒子相互靠近，呈現出強的SERS信號，成功用于福美雙殺菌劑的測定。Liu等[74]在多孔水凝膠微球表面接枝抗體，再單獨制備具有核殼結構外包二抗的金銀染料拉曼探針微球，使用時水凝膠表層的抗體識別腫瘤標志物分子，再與拉曼探針微球表面的二抗組成雙抗夾心結構，經拉曼檢測雙抗夾心結構中的金銀染料拉曼探針信號，間接得到腫瘤標志物的濃度，比傳統電化學發光免疫法具有更高的靈敏度和寬的線性范圍。Jiang等[75]將聚(N-異丙基丙烯酰胺-N-乙烯基吡咯烷酮)(P(NIPAM-NVP))制備成水凝膠薄膜，再在水凝膠網絡結構中合成具有金銀核殼結構的納米棒(GNRs)，在溫度控制下水凝膠發生收縮，金銀納米棒之間的距離被拉近，SERS信號顯著增強。研究小組將P(NIPAM-NVP)/GNRs作為SERS基底材料用于測定農藥殘留，發現這種水凝膠具有富集目標物的特性，實驗表明對敵草快的富集因子達到4，檢出限為2.7×10-13mol/L。Song等[76]發現一種在水中可再生的拉曼探針，他們在膠體晶體水凝膠表面包裹貴金屬單分散納米晶層，調節水溫后納米晶層發生可逆性折皺，間接調整貴金屬納米顆粒之間的距離，其表面等離激元相應地發生可逆性的“開”和“關”。

細菌在生物膜中是通過群體感應調節(QS)來交流的，QS與細菌的致病能力息息相關，為了研究QS的作用機理，Bodelón等[77]將Au納米顆粒包裹在PNIPAM多孔水凝膠中，接著在水凝膠表面生長生物膜，大顆粒雜質被截留在水凝膠薄膜外層，生物膜的小分子分泌物則可以通過水凝膠孔洞到達Au納米顆粒表面而發出強SERS信號，該研究實現了對綠濃桿菌分泌物綠膿菌素的檢測，如圖3B所示。

3 結論和展望

綜述了半互穿網絡智能水凝膠、多孔智能水凝膠和智能微凝膠的制備方法，通過功能化修飾改變水凝膠的親水性和疏水性，得到響應速度、力學性能、消溶脹和透光性等各異的水凝膠。智能水凝膠在刺激源下具有不同的親疏水性、收縮溶脹性和體積各異性，因此在生物傳感器、熒光信號放大、可視化檢測、樣品分離和SERS基底等分離分析中有重要應用。智能水凝膠因其性能獨特得到人們關注，但該類水凝膠固有的響應速度慢、力學性能差和難降解性等問題限制了其在眾多領域的實際應用。因此，未來將圍繞智能水凝膠的結構改性及性能研究開展深入研究，開發實用型產品，制備出快速響應、高力學性能、高柔韌性和降解性可調的智能柔性材料。