温敏型聚合物PNIPAAM的合成及应用研究进展
温敏聚合物温敏性能研究综述 - 浙江纺织服装职业技术学院学报
doi：10.3969/j.issn.1674-2346.2010.01.004温敏聚合物温敏性能研究综述赵宝艳王瑄吴超摘要：温敏聚合物由于其溶解度对温度的敏感性而引起了广泛的关注，但不同的使用环境需要不同的临界溶解温度,为了适应其应用的需要，开发了不同的调节临界溶解温度的方法。
本文综述了温敏聚合物温敏性能的调节方法及其在不同领域的国内外研究现状，并提出了其今后的研究方向。
关键词：温敏聚合物；调节；临界溶解温度中图分类号：TS190.1+1文献标识码：A文章编号：1674-2346(2010)01-0017-051引言温敏性高分子材料是指对温度刺激具有响应性的智能型材料，如聚N－异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等。
其在水溶液中存在一个低临界溶解温度（LCST），所谓LCST就是指最低浊点温度[1]。
随着温度的改变，温敏聚合物的溶解状态在临界点附近会发生变化，温度高于LCST时，聚合物将不溶于水中，反之，则溶于水中。
随着温敏聚合物在化学、生物、纺织等各个领域的广泛应用，单一温敏均聚物已不能满足要求，如PNIPAAm，当作为催化剂载体时，有些反应需要在32℃以上的温度下进行，但PNIPAAm的LCST是32℃，要使其在更高温度下溶于水中，就必须提高其LCST；另外，近年来，功能性纺织品越来越受到人们的关注，其中智能调温纺织品、智能防水透湿织物等是通过温敏性材料制备的，温敏性材料温敏性能的好坏直接影响了智能纺织品的质量,因此对温敏聚合物温敏性能的研究越来越广泛。
由于温敏聚合物的LCST与分子链中的亲水和疏水部分有关，为此，人们通过不同方法对温敏聚合物的LCST进行调节，以拓宽温敏性聚合物的使用范围。
以PNIPAAm为例，具体调节方法分类如下。
2调节方法2.1与其它单体的无规共聚通过此方法：（1）改变组分从而改变共聚物的亲疏水比例，进一步探索热敏机理，改变NIPA共聚物的LCST以扩大温敏材料的温度应用范围，研究结构与性能的关系。
聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶的研究
聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶的研究摘要：聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶作为一种温度敏感型智能水凝胶受到广泛关注。
而其力学强度低，温度响应速率慢，相转变过程中易于发生微粒的团聚是该凝胶一直存在的主要问题。
本文针对上述问题，对目前的研究现状进行了比较分析，提出解决凝胶主要问题的途径和方法。
关键词：聚N-异丙基丙烯酰胺，智能高分子，热敏材料引言热敏性高分子材料是一类对温度刺激具有响应性的智能高分子材料。
其分子链中常含有醚键，取代的酰胺、羟基等官能团，如聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚氧化乙烯醚(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮等。
其中，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)类聚合物由于其广阔的应用前景成为当前热敏性高分子材料研究的热点。
1聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶相变机理PNIPAM水凝胶在其最低临界溶解温度(LCST)附近存在可逆的不连续的体积相转变。
当环境温度稍稍高于LCST时，其体积会突然剧烈收缩；当环境温度降到LCST以下时，水凝胶会重新溶胀。
PNIPAM温敏性与其分子结构中的疏水性异丙基和亲水性酰胺基有关，它们分别位于凝胶网络中亲／疏水区域，且存在亲／疏水平衡。
这一高分子体系中存在两种氢键：水分子与高分子链之间的氢键和高分子链之间的氢键。
当外界温度低于LCST时，两种氢键的相互协调作用使得疏水基团周围形成一个稳定的束缚水分子的水合结构。
随着温度升高，水合结构破坏，疏水基团间的作用占主导，使凝胶中的束缚水变成自由水分子并向外扩散，凝胶发生相分离，内部结构塌陷，体积剧烈收缩，即水凝胶的温敏性相转变是由交联网络的亲／疏水性平衡受外界变化而引起的。
2聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶存在的主要问题聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶作为一种温度敏感型智能水凝胶，广泛用于药物控制释放、生物传感器、物质分离等领域。
PNIPAM水凝胶的实际应用中主要存在三个方面的问题亟待解决。
一是温度敏感性的响应速率较低，需要提高；另一个问题是凝胶微球比较容易发生团聚，导致相变程度降低，影响变色功能。
基于N异丙基丙烯酰胺的磁性温敏水凝胶研究进展
基于N 一异丙基丙烯酰胺的磁性温敏水凝胶研究进展／陈琳等53基于N 一异丙基丙烯酰胺的磁性温敏水凝胶研究进展。
陈琳1’2，杨永珍1’3，刘旭光1’2 (1太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，太原030024；2太原理工大学化学化工学院，太原030024；3太原理工大学新材料工程技术研究中心，太原030024)摘要 基于N_异丙基丙烯酰胺(NPAM)的磁性温敏水凝胶是一种具备双重响应性的新型智能材料，在许多 领域尤其是生物医药、生物工程等方面受到广泛的关注。
综述了国内外近年来此类磁性温敏水凝胶的制备方法及相 关应用，并对其目前存在的问题和今后的发展方向提出一些看法。
关键词 N 一异丙基丙烯酰胺磁性温敏水凝胶中图分类号：TB381文献标识码：AResearch Progress in MagneticThermosensitive Hydr og el sBased o n N-isopropylacrylamideCHEN Linl”，YANG Yongzhenl ，LIU Xuguan91'2(1Ke y La b o ra t or yof I n t e r fa c e Sc i e n c e a nd En gi ne er in g in Advanced Materials of Ministry of Educat ion ，T aiy ua n Uni ver si ty o f Tec hn ol ogy ，Ta iyu an 030024；2Col le ge of Chemis try and Chemic al Engineering ，Taiyuan University of T ec h no l og y ，T ai y ua n 030024：3Res ea rc h Cen te r o n AdvancedMaterials S ci e n c e an d T ech no lo gy ，T ai yu an U ni ve rsi ty of T ec hn ol og y ，T ai yu an 030024)A b s tr a c tA s a no ve l f un ct i on al material ，magnetic th ermos ensit ive hy droge ls ba sed o n N-isopropylacrylamide(NIPAM)offer hig h potential a pp l i c a t i on s in va r i o us f i el d s ，p a r t i c u la r l y in biomedical and bioengineering field ．Themore recen t synthesis d eve lo pme nt and ap pl i c at i o ns of magnetic thermosensitive hy dro ge ls ，an d their a p p li c a ti o n s a r esum ma riz ed ．O pi ni ons o n the ex i s t i ng drawbacks an d development tendency of these hydrogels a r e pro p os ed ．KeyWOl['d$ N-isopropylacrylamide ，magnetic thermosensitive ，hydrogels磁性温敏水凝胶是由磁性纳米粒子和温敏水凝胶复合 剂载体[6]、蛋白质分离[7’83等方面有良好的应用前景。
N_异丙基丙烯酰胺共聚物的温度敏感性研究
第19卷第3期2001年9月胶体与聚合物Ch inese Jou rnal of Co llo id&po lym erV o l.19 N o.3Sep.2001N-异丙基丙烯酰胺共聚物的温度敏感性研究Ξ陈 瑜 陈明清ΞΞ 刘晓亚 杨 成(江南大学化学与材料工程学院,无锡,214036)摘 要 通过自由基聚合合成了N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸的共聚物。
研究了甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的加入对聚N-异丙烯酰胺温度敏感性的影响,并考察了溶液中盐浓度和pH对共聚物温度敏感性的影响。
关键词 聚N-异丙基丙烯酰胺;温度敏感性;pH敏感性聚N-异丙基丙烯酰胺(PN IPAAm)是一种具有温度敏感性的聚合物,当温度加热至其水溶液的低临界溶解温度(L CST)之上时,PN IPAAm会与水发生相分离,导致其水溶液混浊[1]。
这种温敏性聚合物已被用来制成凝胶[2]、微球[3]等,并广泛地应用于药物输送、生物活性分子分离[4]、催化[5]等领域。
用N IPAAm和其它单体共聚合成功能性高分子材料在化学、材料、生物技术等研究领域有着广阔的应用前景。
本文用N IPAAm与甲基丙烯酸甲酯(MM A)及甲基丙烯酸(M AA)进行自由基共聚合成温敏性共聚物,研究其水溶液的相分离温度,并考察了添加盐和改变pH值对其影响。
1 实验部分1.1 试剂及仪器11111 试剂 甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸(化学纯,中国医药上海化学试剂公司生产)经减压蒸馏提纯。
N-异丙基丙烯酰胺(日本兴人株式会社生产)经正已烷重结晶提纯。
偶氮二异丁腈(A I BN,日本和光株式会社生产)经乙醇重结晶提纯。
其它试剂和药品均为分析纯。
11112 仪器 U V-100紫外-可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司),PH S-3C酸度计(上海雷磁仪器厂),A gilen t1100凝胶色谱(A gilen t T echno logies Co,L td)。
PVDF-g-N-IPAAm温敏膜的辐射合成及性能研究
PVDF-g-N-IPAAm温敏膜的辐射合成及性能研究刘崎;朱智勇;杨小敏;陈西良;宋玉峰【期刊名称】《辐射研究与辐射工艺学报》【年(卷),期】2006(024)002【摘要】用γ共辐射接枝的方法,将N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide,N-IPAAm)接枝到聚偏氟乙烯(Poly vinylidenefluoride,PVDF)微孔膜上.通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)、傅立叶转换红外光谱(Fourier transform infrared,FT-IR)和X 光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)技术对微孔膜的接枝情况进行了表征,并同时通过接触角、电导和水通量测试研究了接枝微孔膜的表面改性、渗水性能和温敏性能.结果表明,通过共辐射接枝方法成功将N-IPAAm接枝到了PVDF微孔膜的表面及孔内,由此改善了微孔膜的亲水性,并使其具有明显温度敏感性能,即在低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST)上下其微孔膜的水通量发生显著变化.【总页数】5页(P97-101)【作者】刘崎;朱智勇;杨小敏;陈西良;宋玉峰【作者单位】中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800【正文语种】中文【中图分类】O571.33;O631.3【相关文献】1.PVDF-g-PNIPAAm温敏抗污染膜的制备及性能研究 [J], 白静娜;冯霞;陈莉;申向;赵义平;刘美均;郭艳芬2.PVDF-g-PNIPAAm温敏膜的制备及性能研究 [J], 张涛;马潇;冯霞3.PNIPAM微凝胶/PVDF温敏膜的制备及其性能研究 [J], 李帮凯;王建祖;张成浩;侯小露;李博;陈熙4.温敏聚氨酯/改性石墨烯复合膜的制备及透湿性能研究 [J], 杨群; 代正伟; 董军5.温敏型智能化靶向式药物载体研究(I)——具有温敏开关的多孔膜 [J], 巨晓洁;褚良银;李艳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
温度敏感型纳米通道用于药物控制释放研究
温度敏感型纳米通道用于药物控制释放研究目的：研究温度敏感型纳米通用于药物控制释放研究。
方法：将温度敏感型聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺修饰到纳米通道内，制备温度敏感型纳米通道。
结果：制备的温度敏感型纳米通道在25℃和37℃下呈现不同的形貌，可以用来控制药物的释放速率。
标签：纳米通道；聚N-异丙基丙烯酰胺；温度敏感Abstract：Objective：Study of thermo-responsive nanopore used indrug delivery. Method：Polycarbonate membranes were functionally modified with PNIPAm，and then the properties of these functional temperature responsive membranes were investigated . Results：the Diameter of the nanochannels decreased at 25℃and increased at 37℃，and the nanopores can be used to control the drug delivery at different rate.Keywords：Nanopore；Poly（N-isopropylacrylamide）；Temperature responsive纳米通道因可以用于模拟细胞膜离子运输通道[1][2]而被用来作为细胞膜模型研究药物的控制释放[3][4]。
温度敏感型纳米通道[5][6]是一种可以对生物体细胞内外微观环境下的温度变化做出响应的纳米通道。
温度升高，孔道尺寸变大，药物可以通过孔道进入到生物体内；温度降低，孔道尺寸变小，药物无法通过孔道。
本文通过自制的温度敏感型纳米通道，以荧光染料联钌吡啶作为药物模型考察纳米通道膜不同温度下对荧光染料的渗透速率，表征这种温敏型纳米通道膜的温度敏感性。
SMPU／PNIPAM半互穿温敏聚合物的合成与表征
织物 的涂层 整 理是 制 备 防水透 湿 织 物一 种重 要
Ｄ Ｃ 接触 角 等 测 试 手 段 考 察 硬 段 含 量 、Ｍ Ｕ Ｐ Ｉ Ｓ、 Ｓ Ｐ ／ Ｎ—
Ｐ Ｍ 质量 比对 ｓ ｉ Ｐ Ａ ｅ — Ｎ聚合 物性能 的影 响。 ｍ Ｉ
１ 实验 部分
：
的加工方 法 ， 目前 生 产 的防水 透 湿织 物 多 采用 英 国、
体 温度范 围 内透 气 调温 功能 还 有待 进 一 步研 究 。聚
Ⅳ 异丙基 丙 烯 酰胺 （ Ｎ Ｐ Ｍ） 用 在 温 敏 智 能 纺织 ． Ｐ ＩＡ 应 品的研究 国 内外 多 有 报道 ， Ｋ ｗ ｂｒ ， 如 ｕ ａ ａａＳ 等 通过 ｕ Ｖ引发将 Ⅳ 异丙 基 丙 烯 酰胺 （ ＩＡ 接 枝 到 经丙 ＿ Ｎ Ｐ Ｍ） 烯 酸 （ Ａ） 枝处 理 的纤 维 素 ， 到具 有 触发 温 度 为 Ａ 接 得 ３ ０℃的温敏材 料 。Ｃ ｅ ， ｈｎ Ｋ Ｓ 等 将 Ｎ Ｐ Ｍ 接 枝 到 ＩＡ
本实 验采用 聚 己 内酯 二醇 ３０ （ Ｃ Ｂ ０ ） ４ ００ Ｐ Ｉ ００ 与 ， ４． 二苯基 甲烷 二 异氰 酸 酯 （ Ｉ 等 为 主要原 料 溶液 ＭＤ ）
Ⅳ一 甲基 双丙烯 酰 胺 （ Ｉ） 化 学 纯 ， 海 润 捷 化学 亚 ＢＳ ， 上 试 剂有 限公 司 ； 异 丙 基 丙 烯 酰 胺 （ ＩＡ ， 析 Ｎ． ＮＰ Ｍ） 分
区在 室温 范 围 内具 有单一 的熔 融转 变温 度 ， 而且 该 转 变温度 可 以通 过 不 同合 成 配 比进 行调 控 ， 当
Ｓ Ｕ Ｐ ＩＡ 质量 比为 ４： 、 段 质 量 分 数 为 ３ ％ 时 ， ｍ — Ｎ 样 品 的 软 段 结 晶熔 融 温 度 为 ＭＰ ／ Ｎ Ｐ Ｍ １硬 ５ ｓ ｉＰ ｅ Ｉ
聚N-异丙基丙烯酰胺的性质及其在药物控释系统中的应用
聚N-异丙基丙烯酰胺的性质及其在药物控释系统中的应用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)线型聚合物在水溶液中具有独特的热行为，到某一温度时会发生相分离而产生沉淀，但降低温度时，它又可逆性地恢复到原来在低温下的状态。
这一相变温度我们称之为最低临界溶解温度[或称为低相变温度——Low Critical Solution Temperature(LCST)]。
对PolyNIPAAm的研究始于1956年[ 1 ], 但当时这种聚合物并未引起太多的注意。
自从Scarpa[ 2 ]于1967 年首次报道了PNIPAAm 水溶液在31 ℃具有LCST , PNIPAAm 才开始受到了广泛的关注。
自Tanaka 等发现聚N－异丙基丙烯酰胺水凝胶PNIPAAm 水凝胶具有热敏现象并提出凝胶体积相变理论[ 3 ]以后,这种温敏水凝胶引起了人们极大的研究兴趣。
早期研究者的兴趣主要集中在LCST 转变的理论分析上, 20 世纪80 年代以后转向了PNIPAAm 的应用。
智能型的水凝胶、微球、乳液、薄膜、分离膜、涂料等材料相继被制备出来, 且有关化学的、物理的、生物学上的特性得到了研究。
利用PNIPAAm 分子链在L CS T 附近可逆性地伸展和卷曲的特点, PNIPAAm 可以设计成分子开关, 制成水凝胶膜或接枝于多孔膜上;利用其分子链亲水性疏水性的反转的性质, 可对溶质进行吸附、脱附, 用于酶、蛋白质等的富集和分离。
本文主要对PNIPAAm的相转变、性质及其在药物控释系统中的应用进行了综述。
1PNIPAAm 的LCST转变的理论分析凝胶的膨胀度与凝胶的网络结构和溶剂的性质有关。
凝胶的膨胀行为由下面几个因素决定: (1) 凝胶体系的混合自由能, (2) 高分子链的弹性压力, (3) 低分子离子产生的膨胀压力, (4)凝胶体系中特殊的相互作用力。
当这些因素达到平衡时, 凝胶的膨胀呈平衡状态。
一般说来,凝胶体积的变化与溶液的热力学性质成比例。
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第36卷第11期2008年11月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S Vo l 136No 111#5#基金项目:国家自然科学基金资助项目(50573061)四川省应用基础研究项目(07JY029-065)西南交通大学科学研究基金资助项目(2006B52)作者简介:邵丽(1985-),女,硕士研究生,研究方向:高分子药物缓控释材料。
联系人:张志斌,教授,硕导,研究方向:生物医用材料。
温敏型聚合物PNIPAAM 的合成及应用研究进展邵 丽 杨 银 邓阳全 张志斌*(西南交通大学生物工程学院,成都610031)摘 要 聚N -异丙基丙烯酰胺(简称PN IP AA M )是一类研究广泛的温敏型功能高分子水凝胶。
从制备方法、应用及其改性这三个方面综述了近年来对P NI PA A m 的研究进展,并提出今后的发展方向。
关键词 PN IP AA M ,快速响应,水凝胶,温敏型The synthesis of thermosensitive poly(N -isopropylacrylamide)and its applicationShao Li Yang Yin Deng Yangquan Zhang Zhibin(College of Bio engineering,Southw est Jiaotong University ,Cheng du 610031)Abstract Po ly (N -isopr opylacr ylamide)is a kind o f ther mosensit ive macr omo lecule hy dr og el.T he pr og resses of t hemetho ds,applicat ions and modifications of P oly(N -isopro py lacr ylam ide)these year s wer e rev iew ed.T he study directio ns for future w ere also pointed o ut.Key words PN IP AA M ,rapid stimul -i respo nse,hy dr og el,ther mosensitive 聚N -异丙基丙烯酰胺(简称PN IP AA M ),由于其大分子链上同时具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基而具有良好的温敏性能[1]。
PN IP AA M 水凝胶通常在32e 发生体积相转变,即其L CST (最低临界溶解温度)为32e 。
当T >L CST 时,溶胀的凝胶会失水收缩;当T <L CST 时,凝胶则会再度吸水溶胀。
这是因为水分子和NI PA M 基团的强氢键相互作用,升温会破坏氢键而有助于疏水,当溶液温度到达L CST ,聚合物链会从溶解的无规线团状态转变为不溶的疏水球状[2]。
1 PNIPAAM 的制备方法1.1 线型PNIPAAM 的合成线型PN IP AA M 的合成可采用传统的聚合方法,如:本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合以及乳液聚合。
一般来说,溶液聚合方便易行。
以过氧化苯甲酰、过氧化乙酸等过氧化物,偶氮二异丁睛等偶氮化合物为自由基聚合引发剂,其用量占总量的01001%~2%为宜。
所用溶剂一般只要能溶解单体即可,如水、醇类、醚、丙酮、四氢呋喃、氯仿、苯、乙酸烷基酯等,可单独亦可混合使用,无特别限制,浓度在1%~80%之间[3]。
1.2 PNIPAAM 水凝胶的合成制备PN IP A AM 水凝胶的传统方法是使用引发剂和交联剂以实现N IPA A M 单体的引发、聚合和交联。
常用的交联剂有N ,N -亚甲基双丙烯酰胺(Bis)、二甲基丙烯酸乙二酯(EGD -M A)、二甲基丙烯酸二甘醇酯(DEGDM A )等。
这种方法的不足之处在于水凝胶中的引发剂残基和交联剂会对水凝胶的性质造成影响。
不使用交联剂,通过紫外线、放射线、电子射线、等离子体等活性射线进行引发交联,也可以得到PN IP AA M 水凝胶。
这种方法操作简单,交联度可通过辐射条件来控制,没有任何添加成分,不会污染产品,可以一步完成产品的合成与消毒;与传统方法相比,合成的凝胶更均匀,更有利于其性质的研究,生产更方便、更经济[3]。
赵辉等[4]利用微波聚合合成了以P M M A (聚甲基丙稀酸甲酯)为壳的PN IPA A M 超细微粒,发现PM M A 外壳能限制P NI PA A M 链的运动,从而引起微粒的溶胀与收缩。
张青松[5]等运用无机的粘土(用锂蒙脱石合成的)作为物理交联剂,采用无表面活性剂的乳液聚合法合成了P NI PA A M 微凝胶,结果表明:实验在无表面活性剂的条件下,由于锂蒙脱石的作用,胶粒的尺寸在室温下减少到300nm 。
随着交联剂含量的增加,开始时胶粒的直径增加,当锂蒙脱石和NIP A AM 的重量比达到28%时,胶粒的直径变小了。
1.3 PNIPAAM 微球的合成近年来常把PN IPA A M 水凝胶制成微球,常用的方法是采用十二烷基磺酸钠、氯化三甲基十八烷基铵、聚丙烯酸钠盐等作为乳化剂,在强烈搅拌下进行乳液聚合而成[6]。
用不同的聚合方法可以合成不同大小的微凝胶粒子。
制备微凝胶主要有无皂乳液聚合和反相悬浮聚合法。
(1)无皂乳液聚合法无皂乳液聚合是在传统乳液聚合的基础上发展起来的一项聚合反应新技术,它是指在反应过程中完全不加乳化剂或仅加入微量乳化剂(其浓度小于临界胶束浓度CM C)的乳液聚合过程。
和传统乳液聚合相比,无皂乳液聚合产物具有以化工新型材料第36卷下特点:不使用乳化剂,免去了去除乳化剂的后处理;制得的乳胶粒表面洁净;制得的乳胶粒子的粒径单分散性好;可以通过粒子设计使粒子表面带有各种功能基团而广泛用于生物、医学、化工等领域[7]。
(2)反相悬浮聚合法反相悬浮聚合是用非极性溶剂为连续相,水溶性单体以滴加的方式加入到油相中,并借助于强力搅拌及分散剂的作用以细小颗粒的形态分散于油相中,形成/油包水0型的悬浮液,从而进行聚合。
反相悬浮聚合法具有反应易于控制、产物呈小颗粒状、后处理容易等优点。
但采用反相悬浮聚合法合成PN IP A AM温敏性智能微球少有报道[8]。
王国伟[10]采用反相悬浮聚合的方法合成了粒径均一的智能水凝胶,并分别采用激光光散射和偏光显微镜对微凝胶的尺寸进行了表征,得到了一致结果。
PN IP AA M水凝胶的响应速率是一个极为重要的参数,在很多情况下都要求其对外界温度刺激具有较快的响应速率,这就大大限制了温敏性P N IPA A M智能水凝胶的使用范围。
因此,提高其响应性一直是智能水凝胶研究的一个重要课题[9]。
秦爱香等[10]以N-异丙基丙烯酰胺为单体、N,N.-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸铵为引发剂、N,N,N.,N.-四甲基乙二胺为加速剂,在不同浓度的羧甲基纤维素的水溶液中,在低温下聚合/交联制备了PN IP A AM水凝胶。
与传统水凝胶相比,该水凝胶的溶胀性能有所提高,并且对温度的变化具有较快的响应速率。
刘晓华等[11]以不同粒径的CaCO3粒子为成孔剂,合成了PN IPA A M水凝胶,研究表明,该水凝胶在温敏膨胀或收缩时,具有较好的响应速率。
2PNIPAAM的应用PN IP AA M聚合物及水凝胶由于其对温度的敏感性,在药物释放、调光材料、组织培养、固定化酶等方面有广阔的应用前景。
2.1药物释放PN IP AA M对药物进行控制释放有以下3种情况:¹在PN IPA A M水凝胶体系中,当T>LCST时,水凝胶的表面会发生收缩,导致表面的水化层收缩,形成薄的致密皮层。
这种致密的皮层阻止了PN IP AA M水凝胶内水分和药物向外释放;当T<LCST,水凝胶表面皮层溶胀,此时药物可以从体系中释放。
º在以PN IPA A M分子链接枝的聚合物微球体系中,当>L CST时,P N IPA A M的接枝链会在水中伸展,彼此之间交叉覆盖,导致微球孔洞的阻塞。
包裹在微球内的药物扩散释放受阻;当T<L CST时,接枝的大分子链会进行自身收缩,微球表面的孔洞会显现出来,药物可以顺利地扩散到水中,达到控制释放目的。
»在低温条件下,将制得的PN IPA A M水凝胶溶于药物溶液中,通过凝胶溶胀吸附药物。
高温条件下,凝胶体系发生体积收缩,药物会以向外排出的方式控制药物释放[12]。
朱雪燕等[13]通过自由基聚合法合成了聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸)二元水凝胶,该二元水凝胶的L CST随丙烯酸含量的增加而上升,而碱性条件下的溶胀性能远远优于酸性条件。
遴选出的一合适配方在模拟人体体温和胃肠液pH值的条件下进行了阿司匹林缓释实验,发现以凝胶颗粒为药物载体,能更好地达到药物长期有效释放的目的。
胡林等[14]采用等离子诱导填孔接枝聚合法将PN IP AA M 开关接枝到聚偏氟乙烯膜(P VDF)膜孔上,同自由基聚合法制备的PN IP A AM交联水凝胶结合,组成了一种温度感应复合型控制释放膜系统,该复合膜系统具有良好的温度感应特性,优于单独的开关膜控制释放系统或是单独的交联水凝胶控制释放系统。
2.2调光材料利用P NI PA A M的环境敏感行为可以设计制备调光材料,H u Zhibing[15]发现,P N IPA A M凝胶对可见激光的透过能力可通过沿同一方向的红外线辐照强度来调节。
这是由于红外辐照使得凝胶局部变热溶解,凝胶结构部分遭到破坏,凝胶内部结构变得不均一,出现塌陷微区,当微区大小与激光波长相当时,入射激光被散射,导致凝胶对可见激光的透过率降低。
基于这种性质,这种材料可被用于制作自动调光玻璃。
Weissman[16]制备了调光材料,他们利用PN IP AA M的自组装性质制备了一种薄膜材料,高温下PN IP A AM聚集成微球,使光线的散射增加,达到调光的目的。
另外利用嵌段共聚物的自组装、凝胶包埋等方法,也可以设计制备出其他调光材料[17-20]。
2.3组织培养PN IP A AM的分子构象取决于温度,温度低于32e时, PN IP A AM分子呈伸展状,分子表面呈亲水性;反之当温度高于32e时,分子构象为收缩型,分子表面呈疏水性。
据此,可将P NI PA AM接技于固体表面,通过调节温度可以改变固体表面的亲水性。
根据这一原理,Y amazaki[21]将P NI PA AM与胶原蛋白偶联得到新型细胞培养基,成功地培养了人工纤维细胞球。
2.4固定化酶用温敏性水凝胶固定的酶,有可能用于热负反馈机制来控制反应的温度和速率,如对放热反应来说在反应点处的温度很难控制,尤其是当温度上升导致不利的副反应时,如果用温敏凝胶固定的酶催化剂,当T>LCST时,水凝胶收缩而关闭反应;T<L CST时,水凝胶又可溶胀而打开反应。