综述：pH响应性聚合物水凝胶纳米复合材料在传感器中的应用

这篇综述系统阐述了pH响应性聚合物水凝胶纳米复合材料（pH-responsive polymer hydrogel nanocomposites）在传感器领域的应用进展。通过整合石墨烯（GO）、金属纳米颗粒（AuNPs）和碳纳米管（CNTs）等纳米材料，显著提升了材料的机械强度、导电性（如导电率达2.765 S m–1）和pH敏感性。文章重点探讨了其在生物医学（如伤口监测、药物递送）和环境监测（水质分析）中的创新应用，同时指出规模化生产、生物相容性等挑战，为未来智能传感技术的发展提供了方向。

　　

Abstract

pH响应性聚合物水凝胶纳米复合材料因其独特的离子化功能基团（如羧基–COOH、氨基–NH₂）而成为传感器技术的理想候选材料。这些基团在酸碱环境中的质子化/去质子化行为引发水凝胶溶胀或收缩，进而改变其物理化学性质。通过引入纳米材料（如碳纳米管CNTs增强机械强度至332.9 kPa，金纳米颗粒AuNPs实现快速比色检测），材料的响应速度和稳定性显著提升。

Introduction

智能水凝胶的三维亲水网络结构可吸收大量水分，其pH敏感性源于可电离单体的设计，如甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和丙烯酸（AA）。研究显示，DMAEMA在pH 7-8区间敏感性最高，而聚（2-二异丙氨基乙基甲基丙烯酸酯）（PDPAEMA）被用于pH 7.4条件下的药物控释。纳米材料的整合进一步拓展了应用场景，例如Chen等开发的CNTs-水凝胶复合材料兼具高延展性（584.6%）和导电性，适用于应变传感和健康监测。

pH-responsive hydrogels in electrochemical sensors

电化学传感器中，水凝胶的孔隙率和离子传输能力随pH动态变化。例如，含羧基的水凝胶在碱性环境中因去质子化溶胀，增强离子迁移率，从而提升传感器信号灵敏度。石墨烯氧化物（GO）的加入进一步优化了电子转移效率，使其在复杂生物流体检测中表现优异。

Applications

在生物医学领域，此类材料用于伤口感染监测（pH升高提示炎症）和代谢性疾病诊断（如通过汗液pH检测酸中毒）。环境监测中，它们实时反馈水体pH变化，辅助评估污染程度。工业上则用于流程控制，如发酵过程pH追踪。

Challenges and Future Prospects

当前挑战包括缩短响应时间（部分传感器需数分钟）、提高生物相容性（避免纳米材料毒性）及开发可降解体系。未来研究需聚焦多功能集成，如结合葡萄糖氧化酶实现胰岛素智能释放，或利用机器学习优化材料响应逻辑。

Conclusion

pH响应性水凝胶纳米复合材料通过可逆的物性变化实现了高精度实时传感，但其商业化仍需克服规模化制备难题。随着新型纳米材料（如二维过渡金属硫化物）和3D打印技术的引入，这类材料有望在个性化医疗和物联网传感中发挥更大作用。