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在温度高于 N IPA 及羟丙基纤 维素的 LCST
( 50 )下聚合 , 并在反应接近终止时抽空反应器 , 利用羟丙基纤维素在温度高于其 LCST ( 42 ) 时 在聚合过程中沉淀的凝胶效应中合成了大孔水凝 胶。秦爱香等 于低 温下 ( 15 ) 在羟丙基甲基 纤维素的 水溶液中进行聚合 /交联反应合成了新 型的温敏性 PN IPA 水凝胶。
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在此基础上研究了减小凝胶尺寸和加入致
孔剂对凝胶响应速度的影响并测试了凝胶对牛血 清蛋白 ( BSA )的浓缩分离效果。 2 . 3 生物医药材料领域 由于温敏性水凝胶随温度变化能快速吸收和 释放水, 应用 于生物医用材料是一个很有前途的 研究方 向。 Annaka 等 根据 PN IPAm 的温度响 应性在构筑三维组织方面提出了新方法论。他们 根据 PN IPA 以 32 为界 , 疏水性 # # # 亲水性间可 逆变化的特性, 将 PN IPA 以共价键形式固定在聚 苯乙烯板 ( TCPS)表面进行细胞培养。 37 时细胞 在 TCPS 表面吸附聚集 , 此时 TCPS 为疏水性。当 温度由 37 降至 32 时, TCPS 由疏水性转化为亲 水性, 即接枝有 PN IPA 的 TCPS 吸水膨胀 , 整体细 胞群则在保持细胞间连接状态下以片状的形态得 以脱附。 JenM ing Yang 等用聚氨基甲酸乙酯和 聚丁二烯改性 N - 异丙基丙烯酰胺, 得到聚 N- 异 丙基丙烯酰胺 /聚 氨基甲酸乙酯的共聚物, 用于医 用材料, 使得此材料和肌肤组织的分离成为可能 , 既能够在低温时吸收伤口的 分泌液而后疏水, 又 与组织分离, 不粘合伤口。 K ikuo 等采用酶修饰 电极在聚 N- 异丙基丙烯酰胺凝胶上固定了糜蛋 白酶, 固定了酶的水凝胶 , 通过调节体系温度下降 或上升的循环 , 可分别打开或关闭酶的活性, 这样 实现酶活性的开关。
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。
为了提高水凝胶对环境刺激 的响应速率 , 一 些学者采用合成 具有孔结构的凝胶、 聚合 后冷处 理、 改变反应介质、 在凝胶基体上引入接枝链等方 法。在合成凝胶时加入成 孔剂, 可以在凝胶 结构 中形成大孔或多孔结构 , 有利于水分子的进出, 加 快凝胶体积相变从而提高凝胶的响应速率。 Zhuo 等
2007 年第 2 期
王晓科等 : N - 异丙基丙烯酰胺类环境敏感性水凝胶的聚合及应用研究进展
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温后水凝胶迅速收缩药物又释放太快不能达到所 希望的控释要求。所以 , 后来在聚合物链中 引入 疏水组分 , 当环境温度升到其 LCST 以上时 , 水凝 胶的表面会收缩形成一个薄的、 致密的皮层, 阻止 水凝胶内部的水 分和药物向外释放; 当温 度低于 LCST 时, 皮层溶胀消 失, 内部 药物以自由扩 散的 形式向外恒速释放, 这就是所谓的药物释放 开 关 !控制系统。这种药物 释放系统 ( drug de liv ery system ) 内包埋的活性抑制剂可在预定的时间内用 预定的速率释放, 通过改变环境 的温度、p H 值等 条件还可以关闭释放 , 这样形成了一个 关闭 - 释 放 !系统 。 Yong Q iu 等 研究发 现聚丙烯酸 / 聚 ( N - 异丙基丙烯酰胺 ) 互穿聚合物网络水凝胶
, 具有良好的生物相容性 , 多 数水凝
胶网络中可容纳本身重量的数倍至数百倍的水 , 是一种集吸水、 保水、 缓释于一体并且发展迅速的 高分子材料
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。根据水凝胶对外界环境刺激的响
应情况不同 , 水凝胶可分为传统型水凝胶 和环境 敏感性水凝胶两类。传统型水凝胶对外界环境刺 激的变化不敏感 , 而环境敏感性水凝胶能 感知外 界环境的微 小变化 , 其 自身 性质 如: 相、 形 状、 光 学、 力学、 电场、 表面积、 反应速率和识别性能等随 之发生变化 缓释控释 埋
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1
N IPA 的聚合
1 . 1 N IPA 的均聚合 聚 N - 异丙基丙烯酰胺 ( PN IPA ) 是研究较多 的一种环境敏感性材料。 PN IPA 大分子链上同时 具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基, 使 PN I PA 线性聚合物在水溶液中具有独特的热行为 , 在 常温下聚 N- 异丙基丙烯酰胺溶于水形成均匀的 溶液。随着水溶液温度的升高其溶 解性下降, 到
然高分子的复合 , 并对其在药物释放、 物质分离及生物医用材料体系中的研究进展进行了总结。 关键词 : 中图分类号 :
Polym erization and A pp lication of the Environm ental Sen sitive Hydrogels Based on N - isopropylacrylam ide
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同的组分分别形成各自独立 的网络, 而两网络相 互缠结在一起构成 拓扑键 !而形成的互穿聚合物 网 络。 IPN 有 两 种: 一 种 是 半互 穿 聚 合 物 网络 ( sem i- IPN ) , 在交联 N IPA 时引入不经交联的共 聚单体合成水凝胶 , 得到 sem i- IPN 水凝胶。石艳 [ 24] 丽等 将 PN IPA 与天然大分子羧 甲基壳聚糖共 混制备半互穿网络水凝胶 , 赋予该水凝胶温度及 pH 双重敏感特性。另一种是全互 穿聚合物网络 ( fu ll- IPN) , Car m en等
2007 年 4e m ical T echno logy
A pr . 2007 V o. l 34 , No . 2
N - 异丙基丙烯酰胺类环境敏感性水凝胶的聚合及应用研究进展
王晓科 , 杨 波, 赵榆林, 王家远
( 昆明理工大学 , 云南 昆明 650224) 摘 要: N - 异丙基丙烯酰胺 ( N IPA ) 类水凝胶是典型的温敏性凝胶 , 重点介绍了 N IPA 的均聚反应及其与天 N - 异丙基丙烯酰胺 ; 环境敏感 ; 水凝胶 ; 聚合 TQ 31 文献标识码 : A 文章编号 : 1004- 275X ( 2007) 02- 0063- 04
progress on their app licat ion in drug release , isolat ion of substan ce and b iom ed ical m aterial system w ere summarized .
水凝胶是一种在水中能够溶胀并保持大量水 分而又不溶解于水的亲水性交联聚合物。通过共 价键、 氢键或范德华力等作用相互交联构 成三维 网状结构
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在聚 合 过 程中 使 用 成 孔 剂等 方 法 合 成 的
PN IPA 水 凝胶 响应 速率得 到了 较大 的提 高。此 外 , 先在 18 聚合 , 然后在 22 冷冻聚合的两步法 和常规聚合后冷处理法合成 PN IPA 水凝胶也具有 快速响应性 , 两步法合成的水凝胶由于凝 胶网络 的多孔性以及表 面比较光滑 , 响应 速率较高 。 以混合溶剂 , NaC l水溶液 , 糖类水溶液等为反应介 质制备的 PN IPA 水凝胶响应速率显著提高
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云南化工
2007 年第 2 期
低临界溶液温度 ( LCST ) 时聚合物分子链会发生相 分离而析出 , 但当聚合物水溶液温度降低 时它又 可逆性的恢复到原来在低温下的状态而溶于水。 在 N - 异丙基丙烯酰胺聚合过程中加入交联剂或 经辐射处理发生化学交联后 , 就成为聚 N - 异丙 [ 12] 基丙烯酰胺水凝胶 。 制备 PN IPA 的机理属于自由基聚合 , 主要有 化学引发剂引发和 - 射线辐射引发两种引发方 式。最常用的化学引发剂是过硫酸钾 ( APS) 和四 甲基乙二胺 ( TEMED ), 也有用 APS 与亚硫酸氢钠 ( SBS) 复配做为化学引发剂
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2 共聚物研究及应用
2 . 1 药物释放领域 使用 PN IPA 水凝胶可以实现通过温度调节对 物质的吸附和释放进行控制 , 它的这种性质使它 成为很有发展前途的药物释放材料。研究初期 , H off m an等 将水凝胶在低温下放入药物溶液中 溶胀以吸附药物 , 吸附了药物的水凝胶在高温时 发生体积收缩后向外排水, 同时 将药物排出。但 是这种模式存在一个缺点 , 就是当水凝胶处于溶 胀状态时, 包含在内部的药物也会向外扩散, 而升
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性水凝胶的理论及应 用研究都取得了很大进展。 N - 异丙基丙烯酰胺 ( N IPA ) 类环境敏感性水凝胶 因其低临界溶液温度接近人体生理温度 ( 37 )成 为最值得研究和开发的一类水凝胶。本文主要对 N IPA 类环境敏感性水凝胶的聚合 反应及其在药 物释放、 物质 分离及生物医用材料体系中的应用 等方面研究进展进行总结 , 为广大科技开发人员 提供参考。
W ang X iaoke, Yang bo , Z hao Yulin, W ang Jiayuan ( K unm ing U n iversity of Science and Technology, K un m ing 650224, Ch ina)
Abstract : K ey w ords :
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氮二异丁腈 ( A IBN ) 加热分解产生自由基引发 N I [ 14] PA 聚合 。引发剂引发自由基聚合简便易行, 但 水凝胶中残存的引发剂和交联剂会影响水凝胶的 性质和应用 , 而且引发剂反应产生的热量对 N IPA 水凝胶的聚合也有较大的影响。 V irendra 等 采 用 - 射线辐射引发 N IPA 聚合 , 结果表明可以消 除以上影响。 - 射线辐射引发聚合不需 要化学 引发剂和交联剂 , 可以通过改变辐射剂量 控制聚 合和交联度, 易于操作而且不污染产品, 合成的凝 胶更均匀。这些优点有利于水凝胶在要求较高的 药物控释、 分离技术及生物医学领域的应用
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。
H o ffm an 等 采用相分离技术合成具有非均相结 [ 23] 构的快速响应 PN IPA 水凝胶。 K aneko 等 通过 接枝聚合在凝胶基体中引入接枝链从而制备了快 速收缩的 PN IPA 水凝胶。 1 . 2 N IPA 与天然大分子的复合 高分子互穿网络 ( IPN )法是 N IPA 与天然大分 子复合的常用方法。 IPN 是指将两个化学组成不
