pH敏感或pH响应聚合物是通过改变其尺寸来响应周围介质的pH變化的材料。材料可能會膨脹、塌陷或發生變化，具體取決於其環境的 pH 值。這種行為是由於聚合物鏈中存在某些官能團而表現出來的。 pH 敏感材料可以是酸性或鹼性的，響應鹼性或酸性 pH 值。這些聚合物可以針對不同的應用設計出許多不同的結構。 pH 敏感聚合物的主要用途是受控藥物輸送系統、仿生學、微機械系統、分離過程和表面功能化。
在生物应用中，阳离子聚合物因其易与细胞膜形成电荷相互作用而面临单核吞噬细胞系统 （mononuclear phagocyte system，MPS）快速清除，起效前便沉积于肝脾，循环时间短；阴离子聚合物虽与细胞膜之间无电荷相互作用，也可规避网状内皮系统 （reticulo-endothelial system，RES）及肾脏快速清除，循环时间长，却无疗效。为克服上述两者缺点，pH响应性聚合物应运而生，其弱酸或弱碱基团于环境pH值变化时接收或释放质子产生响应性，质子化前可规避机体清除，质子化后亦可起效。
类型
pH敏感聚合物可分為兩類，酸性聚合物(如-COOH和-SO3H)和鹼性聚合物(-NH2)。兩者的反應機制相同，只是刺激因素不同。該聚合物的一般形式是一個具有功能性“懸掛基團”的骨架。當這些官能團在一定的pH水平下離子化時，它們獲得一個電荷(+/-)。相同電荷之間的碰撞導致聚合物的形狀發生變化。。理想线性聚电解质中，可电离位点皆等效，对质子亲和力相同。高pH值下，所有位点皆去质子化，在逐渐酸化过程中，相邻质子化基团间可能产生相互排斥，因此链位点倾向于交替质子化以最小化自由能，直到半数质子化，形成交替质子化、未质子化的聚电解质链段。此时，每个未质子化位点都有两个质子化邻居，若要再质子化，须克服两对相互作用，因此需要在更强酸性下才能质子化另一半基团。对于树枝状聚合物，质子化三分之二后，剩余基团质子化将面临三对相互作用阻碍，因此相对于理想线性聚合物，质子化平台区升高至三分之二，且剩余基团pKa移向更酸性。梳状聚合物则在侧链质子化后克服一对相互作用，以质子化主链的一半位点，再克服三对相互作用质子化剩余位点，呈现更复杂的表观质子化曲线。因此，利用可电离基团间相互作用，可通过优化结构调整聚合物响应不同pH区间。
多元酸
多元酸，也称为阴离子聚合物，是具有酸性基团的聚合物。酸性官能團的實例包括羧酸(-COOH)、磺酸(-SO3H)、膦酸和硼酸。多元酸在低pH值下接受質子。在較高的pH值下，它們會去質子化並帶負電。此外，pH 值的變化可能會導致膠束根據所涉及的聚合物的特性交換其內部和外部分子。
合成
pH 敏感聚合物可以使用幾種常見的聚合方法合成。官能團可能需要受到保護，以便它們不會發生反應，具體取決於聚合類型。聚合後可以去除掩蔽，以便它們重新獲得 pH 敏感功能。活性聚合通常用于制造 pH 敏感聚合物，因为最终聚合物的分子量分布是可以控制的。例子包括基团转移聚合(GTP)、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移(RAFT)。水凝胶可以通过乳液聚合来生产。
肿胀程度
等于(溶胀重量-消溶胀重量)/消溶胀重量*100%并且通过溶胀之前和之后聚合物的质量来确定。这表明聚合物在 pH 值变化时膨胀了多少。
pH临界点
觀察到分子排列方式發生顯著結構變化的 pH 值。這種結構變化並不涉及破壞鍵，而是涉及構象的變化。例如，溶脹/消溶脹轉變將構成可逆構象變化。 pH 臨界點的值可以通過檢查作為 pH 函數的溶脹百分比來確定。研究人員的目標是設計能夠在特定應用的 pH 值下轉變的分子。
表面变化
共焦显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱和原子力显微镜都用于确定聚合物表面如何响应 pH 值而变化。
应用领域
纯化分离
pH敏感聚合物已被考虑用于膜中。 pH 值的变化可能会改变聚合物让离子通过的能力，从而使其发挥过滤器的作用。。华南理工大学王均教授团队所设计纳米材料在肿瘤pH环境下可灵敏产生质子化转变，暴露内部促进膜溶解能力的聚合物片段，增强对肿瘤细胞毒性，产生抗肿瘤效果。山东大学张娜教授团队使用聚组氨酸以及PEG作骨架，制备pH以及还原双响应性胶束，负载 CpG、IL-15 等，在酸性和还原环境中可释放荷载至淋巴结，产生抗肿瘤效果。
除抗肿瘤应用外，基因递送过程中pH响应性聚合物可一边造成内体海绵效应，一边质子化暴露内部阳离子基团，破坏内体膜促进逃逸，通过选择不同阳离子侧基对阳离子纳米颗粒(cationic nanoparticles，cNP)进行pH响应性改性可赋予其更强内体逃逸功能。
pH敏感聚合物已用于药物输送。例如，它们可用于释放特定量的胰岛素。
参考
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