基于寡聚乙二醇的热敏微凝胶的表面表征：吸附动力学、膨胀流变学及单层特性

《Journal of Colloid and Interface Science》：Surface characterisation of thermoresponsive microgels based on oligo(ethylene glycol): Adsorption kinetics, dilatational rheology and monolayers

表面性质与热力学响应关系

　　OEG基微凝胶是一种具有潜在生物相容性的新型微凝胶材料，因其对温度和pH的响应性而在生物医学领域受到关注。这类微凝胶在溶液中可以经历体积相变温度（VPTT）的改变，从酸性pH（如pH 4.4）下的35°C到接近中性pH（如pH 7.1）下的45°C。这种响应性使得OEG基微凝胶能够根据外部环境的变化调整其体积状态，从而为刺激响应性乳液和泡沫的开发提供了可能性。然而，尽管OEG基微凝胶具有优良的生物相容性，其在界面行为方面的研究仍显不足，尤其是在乳液稳定性方面的具体表现尚未被完全理解。

为了深入探讨OEG基微凝胶在空气/水界面的行为，研究者采用了一系列实验方法，包括动态光散射（DLS）、Langmuir膜平衡、原子力显微镜（AFM）和膨胀流变学（dilatational rheology）等。这些方法有助于揭示微凝胶在不同状态下的表面构型及其对界面力学性能的影响。研究发现，OEG基微凝胶在界面处表现出类似于“煎蛋”结构，即外部层在界面处展开并拉伸，而内部则更密集地嵌入水相中。这种结构可能有助于微凝胶在界面处的吸附和排列，从而影响乳液的稳定性。

在吸附行为方面，OEG基微凝胶在不同浓度下表现出不同的吸附动力学。对于低浓度的微凝胶溶液，表面压力几乎不发生变化，表明微凝胶在界面处的吸附能力有限。随着浓度的增加，微凝胶的吸附过程迅速推进，最终达到稳定的表面压力值，即20-25 mN/m。这一结果表明，OEG基微凝胶能够形成单层结构，从而有效降低界面张力。值得注意的是，微凝胶在塌陷状态下比在膨胀状态下具有更快的扩散和吸附速率，这可能与其更高的疏水性有关。

在膨胀流变学方面，研究者通过不同的振荡频率和变形幅度分析了吸附层的弹性模量和粘性模量。结果表明，OEG基微凝胶在吸附后形成一个单层，其弹性模量和粘性模量表现出特定的行为模式。在较低频率下，粘性模量对表面变形的响应更为显著，而较高的频率则显示出弹性模量的主导作用。此外，OEG基微凝胶在非线性变形下仍能保持较高的弹性模量，这与其在界面处的结构特性有关。微凝胶在界面处的构型变化，如塌陷状态下的稍微更大的突出部分，对它们的流变行为产生了影响。

研究还发现，OEG基微凝胶在不同膨胀状态下表现出相似的表面覆盖度，这表明它们在界面处的排列方式较为一致。然而，塌陷状态下的微凝胶在某些浓度下显示出更高的表面活性，这可能与其在界面处的结构变化有关。这些发现为理解OEG基微凝胶在刺激响应性乳液和泡沫中的应用提供了新的视角。OEG基微凝胶由于其较低的表面弹性模量和独特的结构，可能在某些情况下表现出优于传统pNIPAM基微凝胶的特性，如在高温下仍能保持乳液的稳定性。

研究结果表明，OEG基微凝胶的表面构型对其在乳液中的稳定性具有重要影响。尽管它们在膨胀状态下可能更容易变形，但塌陷状态下其结构的稳定性有助于维持乳液的界面特性。这种微妙的响应性表明，OEG基微凝胶在某些情况下可能不需要像传统微凝胶那样严格的条件控制，从而在实际应用中具有更大的灵活性。然而，进一步的研究需要探索微凝胶电荷对其界面行为和流变特性的影响，以及如何通过调整pH值来优化其性能。

总之，OEG基微凝胶作为一种新型的刺激响应性材料，具有广阔的应用前景。其独特的表面构型和吸附行为为开发新型乳液和泡沫提供了理论基础和技术支持。未来的研究可以进一步探讨这些微凝胶在不同环境条件下的行为，以及如何通过调控其结构和表面特性来优化其在生物医学领域的应用。这些研究将有助于推动刺激响应性材料的发展，使其在实际应用中发挥更大的作用。