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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。
光聚合法制备聚（N-异丙基丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸）水凝胶及其pH敏感性研究1. 绪论介绍水凝胶及其在生物医学领域的应用，引出该论文的研究目的和意义。
2. 实验部分2.1 光聚合法合成（N-异丙基丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸）水凝胶详细介绍实验步骤和条件，包括材料、设备、光聚合反应条件等。
2.2 形态和结构表征通过扫描电镜、傅里叶红外光谱等手段对所得产物的形态和结构进行表征。
3. pH敏感性研究3.1 pH响应性能的测定分别在不同pH值下测定水凝胶的质量变化情况，探究其 pH 响应性能，得到其 pH 响应范围。
3.2 pH响应机理的探究通过对水凝胶内部结构的分析，探究其 pH 响应机理，如离子交换、质子化反应等。
4. 应用实践4.1 药物缓释以水溶性药物为模型药，探究 pH 值对药物缓释速率的影响。
4.2 细胞毒性实验通过细胞毒性实验，评估水凝胶在医学应用中的生物相容性。
5. 结论和展望总结研究结果，探讨水凝胶的应用前景，并提出未来的研究方向。
1.绪论1.1 研究背景水凝胶是一种具有可逆结晶特性的高分子材料，其具有许多优良性质，如生物相容性好、可控性强、透明度高等，已被广泛应用于生物医学、水处理、食品和化妆品等领域。
其中，在生物医学领域，水凝胶被广泛应用于药物缓释、组织工程、人工器官等方面。
而在这些应用中，pH敏感性是水凝胶最受关注的性质之一。
随着对生理环境的深入研究，人们发现许多疾病的发生与细胞内外的pH调节失调有关，pH敏感的水凝胶因其具有的响应性能和可控性，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
1.2 研究目的和意义本研究旨在利用光聚合方法制备(N-异丙基丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸)的pH敏感水凝胶，并通过研究其响应性能和应用实践，探讨水凝胶在医学应用中的潜力。
具体地，将在以下几个方面进行研究：1. 合成NIPA/MAA水凝胶及其形态和结构表征。
2. 探究NIPA/MAA水凝胶的pH响应性能，如响应范围、机理等。
温度对聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶内部结构及性能影响的研究颜明飞;王月鑫;傅敬;周颖梅【摘要】分别在O℃、25℃、60℃的水溶液中通过自由基交联聚合,制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶.研究了温度对于水凝胶内部微观结构的影响并分析了内部微观结构与水凝胶性能之间的关系.用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)和差示扫描量热仪(DSC)对制备的凝胶进行表征.结果表明,3种水凝胶具有相同的化学组成和相转变温度,但其内部微观结构有较大差别.通过测试水凝胶的温敏性、溶胀动力学和脉冲响应性发现:改变温度可以有效地改变水凝胶的内部结构,在较高温度下制得的水凝胶具有较高的溶胀率、较快的去溶胀速率和较强的脉冲响应性.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2018(019)005【总页数】5页(P25-29)【关键词】聚(N-异丙基丙烯酰胺);水凝胶;微观结构;温敏性;溶胀动力学;脉冲响应【作者】颜明飞;王月鑫;傅敬;周颖梅【作者单位】徐州工程学院化学化工学院,江苏徐州221018;徐州工程学院化学化工学院,江苏徐州221018;徐州工程学院化学化工学院,江苏徐州221018;徐州工程学院化学化工学院,江苏徐州221018【正文语种】中文温度敏感型水凝胶是指体积随温度变化而变化的聚合物水凝胶，发生相变的温度被称为最低临界转变温度(LCST)[1]。
在许多情况下，环境温度会自然地发生变化，并易于设计控制，因此温敏型水凝胶成为目前最受关注的一种智能水凝胶功能材料。
其中聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)是研究较多的温度敏感性水凝胶之一[2]。
其分子侧链上同时含有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，在32 ℃左右发生可逆的非连续体积相转变[3]。
PNIPAAm水凝胶的这种特殊的溶胀性能已被用于药物的控制释放[4-5]、酶反应控制[6]和循环吸收剂[7]等领域。
在某些实际应用中，例如靶向给药输送系统、开关阀等，需要水凝胶能够对温度的变化做出快速响应。
温敏性高分子材料的合成与性能研究温敏性高分子材料是一类具有特殊性质的材料，其性能可以由温度变化而改变。
这种材料具有广泛的应用前景，如药物缓释、生物传感、智能纳米器件等。
为了满足不同应用领域的需求，研究人员一直在努力合成具有不同性能的温敏性高分子材料。
在温敏性高分子材料的合成中，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是最常用的材料之一。
PNIPAM具有独特的热响应性质，其在低温下呈溶胶状态，在高温下则形成胶体凝胶。
这种特性使得PNIPAM在药物缓释中具有巨大的应用潜力。
为了改善PNIPAM的温敏性能，研究人员不断通过合成方法的改进来提高材料的性能。
例如，通过聚合反应中添加交联剂，可以提高PNIPAM的热稳定性和力学性能。
此外，还可以通过化学修饰PNIPAM分子的末端基团，改变材料的温敏性能。
除了PNIPAM，还有其他温敏性高分子材料的合成和性能研究。
例如，聚丙烯酸钠（PAA）是一种具有温敏性的材料，具有优良的溶胀性质。
PAA在低温下呈现溶胶态，而在高温下形成凝胶。
这种性质使得PAA在智能纳米器件中具有广泛的应用前景。
为了进一步探索温敏性高分子材料的性能，研究人员还结合了其他材料来进行合成。
例如，将金属纳米粒子引入温敏性高分子材料中，可以调节材料的电学性能，并赋予材料新的性质。
此外，研究人员还研究了温敏性高分子材料在生物传感中的应用。
通过引入具有特定识别性的分子，可以实现对生物分子的高选择性检测。
在温敏性高分子材料的合成与性能研究中，近年来出现了一些新的技术和方法。
例如，利用激光技术可以实现对材料的精确控制。
通过激光光束的聚焦，可以在微观尺度上进行材料的合成和改性。
此外，纳米技术也为温敏性高分子材料的研究提供了新的思路。
通过调控纳米颗粒的形貌和组成，可以改变材料的光学、电学和磁学性能。
总的来说，温敏性高分子材料的合成与性能研究是一个前沿而有挑战性的领域。
通过不断改进合成方法和研究新的应用领域，可以使这类材料更好地服务于人类的需求。
pnipam颗粒纳米颗粒直径大小变化原理PNIPAM（聚N-异丙基丙烯酰胺）是一种温度敏感性高分子材料，具有独特的溶胀性质。
当温度高于其临界溶胀温度（LCST），PNIPAM颗粒会收缩并聚集，形成大颗粒团簇；当温度低于LCST，PNIPAM颗粒会膨胀并分散，形成单个颗粒。
这种温度响应性使得PNIPAM颗粒在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
PNIPAM颗粒的直径大小变化原理与其特殊的结构和物理性质密切相关。
PNIPAM是由N-异丙基丙烯酰胺单体聚合而成的高分子材料，其主要由互相连接的丙烯酰胺单体构成。
在PNIPAM颗粒中，丙烯酰胺单体通过共价键连接形成三维网络结构，使得颗粒具有一定的机械稳定性。
PNIPAM颗粒的直径大小受多种因素影响，其中温度是最主要的因素之一。
在低温下，PNIPAM颗粒内部的丙烯酰胺单体与水分子之间形成氢键，使颗粒膨胀并分散在水中。
随着温度升高，PNIPAM 颗粒内部的氢键断裂，丙烯酰胺单体与水分子的相互作用减弱，颗粒逐渐收缩并聚集在一起。
当温度达到PNIPAM的临界溶胀温度（约32℃），颗粒会发生明显的体积变化。
此时，PNIPAM颗粒的直径会随温度的升高而缩小。
除了温度，PNIPAM颗粒的直径大小还受其他因素的影响，如PNIPAM浓度、pH值、离子强度等。
在较高的PNIPAM浓度下，颗粒之间的相互作用增强，导致颗粒聚集并形成较大的团簇。
而在较低的PNIPAM浓度下，颗粒之间的相互作用较弱，颗粒呈现较小的直径大小。
PNIPAM颗粒的直径大小还可以通过改变其结构和化学修饰来实现。
通过调节PNIPAM颗粒的交联程度、共聚单体的比例、引入其他功能单体等手段，可以精确控制PNIPAM颗粒的直径大小。
例如，在PNIPAM颗粒表面引入具有亲水性或疏水性的功能单体，可以调节颗粒与周围环境的相互作用，从而影响颗粒的直径大小。
PNIPAM颗粒的直径大小变化原理主要是由其温度敏感性和结构特点所决定的。
热敏性聚（N－异丙基丙烯酰胺）类材料的研究热敏性聚（N－异丙基丙烯酰胺）(PNIPAAm)类高分子材料属于智能高分子材料。
1967年Scarpa首次报道了PNIPAAm水溶液在31℃具有最低临界溶液温度(LCST)后，PNIPAAm引起了科学工作者的广泛关注。
PNIPAAm的大分子链上同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，使线型PNIPAAm的水溶液，以及交联后的PNIPAAm水凝胶都呈现出温度敏感特性。
当溶液体系的温度升高到30℃-35℃之间时，溶液发生相分离，表现出最低临界溶液温度(LCST)。
利用PNIPAAm在LCST附近发生可逆相转变的特性，可以将PNIPAAm设计成分子开关，制备多种智能高分子材料。
这些高分子材料在生物医学、免疫分析、催化、分离提纯等领域都有广泛的应用。
4.1生物医学工程中的应用近年来，国内外的研究学者对PNIPAAm聚合物及其水凝胶，在生物医学工程领域中的应用做了许多研究工作，并发现了PNIPAAm许多新的性质[76－78]。
4.1.1药物控制释放利用PNIPAAm的热敏性进行药物控制释放，研究的热点主要是PNIPAAm水凝胶和PNIPAAm纳米粒子体系。
国内著名学者卓仁禧教授对PNIPAAm热敏性水凝胶的相转变理论和应用都做了许多研究工作[79-82]。
PNIPAAm对药物进行控制释放有下面三种情况：①在PNIPAAm水凝胶体系中，当体系温度在LCST以上时，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PNIPAAm水凝胶内水分和药物向外释放；体系温度低于LCST时，水凝胶表面皮层溶胀，此时药物可以从体系中释放。
②在以PNIPAAm分子链接枝的聚合物微球体系中，当体系温度在LCST以下时，PNIPAAm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；体系温度在LCST以上时，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，药物可以顺利的扩散到水中，达到控制释放目的。
封面壳聚糖智能水凝胶作者：吴雪辰罗育阳摘要：壳聚糖智能水凝胶作为一种天然高分子材料，由于其来源于自然而具有的生物可降解性、无毒、来源广泛等优良的性能，近些年已经成为研究的热点。
而智能水凝胶本身对温度、PH、电磁性能等外界刺激能做出迅速的反应同时也收到广泛关注。
结合两者的优点合成的壳聚糖智能水凝胶更是具有了更加突出的优势。
下面从定义、制备以及应用等方面简单的对壳聚糖智能水凝胶最近几年的发展进行浅析。
关键词：壳聚糖，智能水凝胶，壳聚糖智能水凝胶，药物缓释。
1．定义甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键形式联接而成的多糖，是一种天然高分子化合物。
壳聚糖是其乙酰化产物。
壳聚糖与甲壳素结构的差别在于C2位的取代基不同，壳聚糖是氨基（—NH2），而甲壳素是乙酰氨基（—NHCOCH3）。
Fig.1是甲壳素与壳聚糖的化学结构式。
[1]脱乙酰基Fig.1水凝胶或称含水凝胶为亲水性但不溶于水的聚合物, 它们在水中可溶胀至一平衡体积仍能保持其形状。
[2]智能水凝胶一般是有机高分子水凝胶材料，其上的功能基团使水凝胶的吸水量对周围环境敏感如温度、pH、电、光或离子强度等，所以称作“智能”。
[3]壳聚糖分子由于主链或侧链上带有大量的亲水基团和有适当的交联网络结构，所以可形成智能水凝胶。
[4]2．制备（1）壳聚糖壳聚糖可通过天然的甲壳素支链水解直接制得。
（2）智能水凝胶智能水凝胶的制备方法比较复杂，可通过以下方法制得：Ⅰ.水溶性高分子的交联法[5]Ⅱ.接枝共聚法（3）壳聚糖智能水凝胶的制备翟延飞[6]研究认为壳聚糖主链上含有大量的亲水集团，尤其是2位上的氨基常作为交联点，能与甲醛、戊二醛等双官能团交联剂反应，使线性壳聚糖链间由碳氧双键交联成水凝胶。
常用的交联剂有：戊二醛，甲醛，亚甲基二丙烯酰胺，京尼平等，这种方法是化学交联法。
化学交联法制备的凝胶具有以下特点：交联均匀；通过不同的交联剂可以制备不同性质的水凝胶；制备薄膜纤维等形状；适合多糖类、蛋白质等生物天然高分子等。
第42卷第6期2023年11月大连工业大学学报J o u r n a l o fD a l i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t yV o l .42N o .6N o v .2023收稿日期:2022-12-06.基金项目:辽宁省教育厅基本科研项目(L J KM Z 20220893).作者简介:翟晓毓(1997-),女,硕士研究生;通信作者:刘兆丽(1970-),女,教授.网络首发时间:2023-04-06T 14:05:47.网络首发地址:h t t ps ://k n s .c n k i .n e t /k c m s /d e t a i l /21.1560.T S .20230404.1658.008.h t m l .D O I :10.19670/j .c n k i .d l g yd x x b .2023.6007壳聚糖基温敏型水凝胶颗粒的制备及其缓释性能翟晓毓, 王碧瑶, 李 沅, 谭凤芝, 刘兆丽(大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁大连 116034)摘要:经过乳化-化学交联制得具有温度敏感性的壳聚糖/β-甘油磷酸二钠复合体系水凝胶颗粒,利用傅里叶红外光谱及扫描电子显微镜对产品颗粒进行表征,并利用壳聚糖水凝胶颗粒负载化妆品活性物质烟酰胺,检测其吸水溶胀性㊁对药品的包埋性及缓释性㊂结果表明,在水相与油相体积比1ʒ4㊁壳聚糖质量分数2.0%㊁戊二醛质量分数1.250%时,壳聚糖温敏型水凝胶颗粒对烟酰胺的包埋率可达91.9%,可对烟酰胺持续释放24h ,释放率可达药品包埋量的92.3%,具有良好的缓释性㊂关键词:壳聚糖;温度响应;凝胶颗粒;烟酰胺中图分类号:T S 974.1文献标志码:A 文章编号:1674-1404(2023)06-0397-05P r e p a r a t i o no f t h e r m o s e n s i t i v e h y d r o g e lm i c r o s ph e r e s f r o mc h i t o s a n f o r c o n t r o l l e dd r u g d e l i v e r yZ H A I X i a o y u , W A N G B i y a o , L I Y u a n , T A N F e n gz h i , L I U Z h a o l i (S c h o o l o f L i g h t I n d u s t r y a n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,D a l i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,D a l i a n 116034,C h i n a )A b s t r a c t :T e m pe r a t u r e -s e n s i t i v e c h i t o s a n /β-s o d i u m g l y c e r o p h o s ph a t e c o m p o s i t e h y d r o ge l m i c r o c a p s u l e s w e r e p r e p a r e d b y e m u l s if i c a t i o n -c h e m i c a l c r o s s l i n k i ng m e th o d .T h e h y d r o g e l mi c r o c a p s u l e sw e r e c h a r a c t e r i z e db y F T -I Ra n dS E M.T h e e n c a p s u l a t i o na b i l i t y o f c h i t o s a nh y d r o ge l m i c r o c a p s u l e s t on i c o t i n a m i d e ,o n e t y pe of t h e c o s m e t i c a c t i v e s u b s t a n c e ,w a s e v a l u a t e dw i t h t h e a i m o fe v a l u a t i ng th e w a t e r a b s o r p ti o n s w e l l i n g p r o p e r t y ,d r u g l o a d i n g a n d s l o w -r e l e a s e a b i l i t y of m i c r o c a p s u l e s .T h e r e s u l t s s h o w e d t h e e n c a p s u l a t i o n r a t e o fm i c r o c a p s u l e s t on i c o t i n a m i d ew a su p to 91.9%u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f 1ʒ4v o l u m e r a t i o o fw a t e r p h a s e t o o i l ,2.0%m a s s f r a c t i o n o f c h i t o s a n a n d 1.250%m a s s f r a c t i o n o f g l u t a r a l d e h yd e .T h e r e l e a s e r a t e o f n i c o t i n a m i d e c o u l d r e a c h 92.3%a f t e r 24h ,w h i c hc o n f i r m e d t h e e x c e l l e n t s l o w -r e l e a s e a b i l i t y o fm i c r o c a ps u l e s .K e y wo r d s :c h i t o s a n ;t e m p e r a t u r e r e s p o n s e ;h y d r o g e lm i c r o s p h e r e s ;n i c o t i n a m i d e 0 引 言壳聚糖基温敏型水凝胶主要由大分子主链㊁亲水基团和疏水基团组成,能够在外界环境温度改变时根据刺激做出不同的应答,因具有良好的生物相容性㊁低细胞毒性和可被生物降解等优点,常作为药物缓释体,被广泛应用于生物医学领域与日化领域[1]㊂C o n s t a n t i n 等[2]将羟甲基丙烯酰胺与N -异丙基丙烯酰胺复合凝胶物理嵌入壳聚糖微球,得到可以智能响应的壳聚糖水凝胶微球,实现对负载药品水杨酸的缓释,在人体温度37ħ时24h持续释放药品量90%以上,证明了壳聚糖温敏型水凝胶用于药品缓释具有较好的发展前景㊂以水凝胶微球为载体,不仅可以提高体系稳定性,减少副作用,改善药物释放[3],同时可以减少药品在储存㊁运输过程中的流失,避免原料间的相互反应㊂烟酰胺是烟酸的酰胺化合物,具有一定抗氧化性,可以加速皮肤细胞代谢,促进角质层的修复减缓黑色素向皮肤角质层的运转等,具有美白祛斑以及防晒的作用[4]㊂因此,近年来烟酰胺已成为日化行业热门原料[5]㊂C a m i l l o等[6]通过真皮试验,证明烟酰胺可以通过减少R O S的释放来提高皮肤的抗氧化性,进而延缓细胞衰老,减少紫外线对皮肤的损害㊂本研究以壳聚糖为原料,以β-甘油磷酸二钠为温敏剂,戊二醛为交联剂,利用乳化-化学交联法[7]制得可在人体温度37ħ时做出智能响应的壳聚糖温敏型水凝胶颗粒,并将其用于负载药品烟酰胺,通过凝胶结构的药物扩散作用释放烟酰胺,从而达到药品缓释的效果㊂1试验1.1材料壳聚糖(C S,脱乙酰度ȡ95%,黏度100~ 200m P a㊃s)㊁β-甘油磷酸二钠水合物(β-G P, 98%)㊁戊二醛溶液(G L,体积分数50%),上海麦克林生化科技有限公司;烟酰胺(N I),帝斯曼(中国)有限公司;液体石蜡,天津市光复科技发展有限公司;吐温80,化学纯,上海沪试实验室器材股份有限公司;司班80,化学纯,上海麦克林生化科技有限公司;乙酸㊁异丙醇,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司㊂1.2试验方法1.2.1负载烟酰胺的壳聚糖基温敏型水凝胶颗粒的制备称取一定量壳聚糖溶解于1%的乙酸水溶液中,搅拌至壳聚糖完全溶解㊂称取β-G P溶于去离子水制成1%的β-G P溶液,将壳聚糖溶液与β-G P溶液按比例混合并加入少量烟酰胺,搅拌均匀制为水相(凝胶前体液);取一定体积液体石蜡与乳化剂吐温80㊁司班80混合作为油相㊂37ħ下将水相与油相混合,搅拌乳化后加入一定质量分数(水相占比)的戊二醛溶液,持续搅拌30m i n 进行交联反应,得到产物壳聚糖温敏型水凝胶颗粒(C S-β-G P)㊂用异丙醇与去离子水清洗产物表面残留油相,收集洗涤液用于烟酰胺包埋率的测定,同时收集清洗干净的产品颗粒㊂1.2.2水凝胶温度敏感性的测定将配制的C S与β-G P混合的水相溶液即凝胶前体液置于样品管中,并置于37ħ的烘箱中, 24h后观察凝胶前体液是否发生凝胶化[8]㊂1.2.3凝胶颗粒对烟酰胺包埋率的测定取收集的凝胶颗粒洗涤液,利用紫外分光光度计检测洗涤液中烟酰胺吸光度,并通过烟酰胺标准曲线测定和计算未被包埋的烟酰胺含量㊂凝胶颗粒对烟酰胺的包埋率计算公式:E=(m0-m1)/m0式中:E为对烟酰胺的包埋率;m0为烟酰胺的添加量,g;m1为未被包埋的烟酰胺量,g㊂1.2.4凝胶颗粒吸水溶胀率的测定取一定质量的凝胶颗粒置于一定量的清水中,在37ħ下浸泡,24h后取出样品吸干表面水分称重,得到凝胶颗粒吸水溶胀后的质量㊂凝胶颗粒吸水溶胀率计算公式:S=(m2-m1)/m1式中:S凝胶颗粒吸水溶胀率;m1为最初凝胶颗粒质量,g;m2为溶胀后凝胶质量,g㊂1.2.5凝胶颗粒缓释性能测定取定量样品置于100m L去离子水中,置于37ħ条件下进行药品缓释试验,在相同的时间间隔,取3m L上清液并补充同体积的清水,利用紫外分光光度计检测清液中烟酰胺的含量㊂1.3凝胶颗粒的形貌和结构表征用场发射扫描电镜观察C S-β-G P的微观形貌,加速电压为5k V;利用溴化钾压片法,用红外光谱仪对戊二醛㊁C S㊁β-G P与C S-β-G P进行扫描,波数范围400~4500c m-1㊂2结果与讨论2.1水相、油相配比对凝胶颗粒的影响为优化制备过程的水相㊁油相体积比,分别在水相与油相体积比为1ʒ3㊁1ʒ4㊁1ʒ5时制备壳聚糖温敏型水凝胶颗粒,分别检测不同水相㊁油相体积比时样品颗粒对烟酰胺的包埋率以及吸水溶胀率,所得结果见表1㊂由表1可知,壳聚糖与戊二醛的质量分数一定,当水相与油相的体积比分别为1ʒ3㊁1ʒ4㊁1ʒ5时,药品包埋率随着油相体积占比的增大而小幅度增大,溶胀率随油相体积占比的增大而急剧减小㊂这是由于随着油相体积893大连工业大学学报第42卷占比的增大,乳化过程中水相与油相更易分散成液滴,且产生的液滴体积更小,即经过交联生成的水凝胶颗粒体积变小,使凝胶颗粒表面结构致密,内部自由空间减小,凝胶吸水溶胀过程被抑制[9]㊂因此后续实验过程水相与油相体积比选择1ʒ4㊂表1水相㊁油相体积比对凝胶颗粒的影响T a b.1 E f f e c t o fw a t e r t oo i l v o l u m e r a t i oo nh y d r o g e lm i c r o s p h e r e sV(水相)ʒV(油相)包埋率/%溶胀率/% 1ʒ384.41901ʒ489.01581ʒ590.61102.2水凝胶的温度敏感特性在低温时C S分子可与水分子之间形成氢键,避免其自身分子链上的自由氨基与羟基产生氢键,使C S分子间保持规整排序,无法彼此互相缠绕㊂如图1(a)所示,当凝胶前体溶液处于室温时,体系呈透明液体状[10];凝胶前体液在37ħ烘箱放置24h后,随着温度的上升,C S分子与水分子间的氢键发生断裂,且由于β-G P的加入改变了C S分子间的静电力,C S上的疏水键与氢键间的引力大于分子链间的静电力,导致C S分子链上部分片段发生物理结合,溶液凝固发生凝胶化[11](图1(b)),证明C S与β-G P混合体系水凝胶具有温度敏感性㊂(a)凝胶前(b)凝胶后图1凝胶前体液在室温(凝胶前)和37ħ(凝胶后)下放置状态F i g.1 T h e s t a t e o f g e l p r e c u r s o r s o l u t i o n s t o r a g e a t r o o mt e m p e r a t u r e(b e f o r e g e l)a n d37ħ(a f t e r g e l) 2.3温敏型壳聚糖水凝胶颗粒外观表征交联剂戊二醛在水相中质量分数为1.250%㊁C S质量分数不同时水凝胶颗粒形貌如图2所示,即在戊二醛质量分数一定的前提下,当C S质量分数为1.5%时,凝胶颗粒表面粗糙㊁有褶皱,整体形貌呈无规则状,随着C S质量分数的增大,凝胶颗粒变为表面光滑的规则球状㊂这是由于随着C S含量的增加,C S分子链上可与戊二醛及β-甘油磷酸二钠发生交联反应的自由氨基数量增加,分子间交联程度更加紧密,使凝胶颗粒表面结构更加稳固,形状更加规整㊂(a)w(C S)=1.5%(b)w(C S)=2.0%(c)w(C S)=2.5%图2戊二醛质量分数为1.250%时不同C S-β-G P凝胶样品的S E M图F i g.2 S E Mi m a g e s o f v a r i o u sC S-β-G P g e l sw i t h g l u t a r a l d e h y d em a s s f r a c t i o no f1.250%2.4温敏型壳聚糖水凝胶颗粒结构表征如图3所示,C S在3000~3700c m-1处为分子上O H与N H的伸缩振动重叠吸收带㊂2875.45c m-1处的特征吸收峰为脂肪族C H的伸缩振动吸收峰㊂1607.14c m-1处为N H的变形振动吸收峰㊂1389.96c m-1处为C N的伸缩振动吸收峰㊂1085.91c m-1为C O伸缩振动吸收峰[12]㊂在戊二醛中,2953.67c m-1处的双峰为 C H3和 C H2的伸缩振动吸收峰;1720.08c m-1处为 C O的伸缩振动吸收峰[13]㊂β-G P中,1085.91c m-1处为P O3-4不对称伸缩振动峰;972.97c m-1处为P O3-4对称伸缩振动峰㊂在C S-β-G P凝胶谱图中,O H与N H的伸缩振动吸收峰发生红移,由3422.78c m-1变993第6期翟晓毓等:壳聚糖基温敏型水凝胶颗粒的制备及其缓释性能为3440.15c m -1,N H 的变形振动吸收峰由1607.14c m -1变为1624.52c m -1,说明C S 分子上N H 与戊二醛中的活泼醛基反应生成席夫碱吸收峰[14]㊂戊二醛与β-G P 的加入改变了C S分子间作用力及分子结构,C S ㊁β-G P 与戊二醛之间发生了交联反应[15]㊂图3 C S ㊁G L ㊁β-G P 与C S -β-G P 的红外光谱图F i g .3 F T -I Rs p e c t r a o f C S ,G L ,β-G Pa n dC S -β-G P g e l s 2.5 凝胶颗粒对烟酰胺的包埋率、吸水溶胀率图4为壳聚糖温敏型水凝胶颗粒对负载药品烟酰胺的包埋率及在37ħ时24h 吸水溶胀率㊂由图4(a )可知,当戊二醛质量分数为1.125%㊁C S 质量分数为1.5%时,烟酰胺的包埋率仅有78.2%;当戊二醛质量分数不变㊁C S 质量分数为2.5%时,产品对烟酰胺的包埋率可达85.2%;当C S 质量分数不变㊁戊二醛质量分数增大为1.375%时,烟酰胺的包埋率为87.5%㊂在C S 质量分数或戊二醛质量分数一定的情况下,凝胶颗粒对药品烟酰胺的包埋率随着C S 或戊二醛含量的增加而增大㊂这是由于随着C S 或戊二醛含量的增加,C S 分子上的自由氨基数量或戊二醛分子上可与C S 进行交联的醛基数量增加,分子间的交联程度增大,可致凝胶颗粒表面网络结构更加紧密,药品烟酰胺在凝胶内外的渗透过程阻力变大,使药品在产品清洗过程中的流失量减小,所以凝胶颗粒对于烟酰胺的包埋率增大㊂由图4(b )可知,戊二醛质量分数为1.125%㊁C S 为1.5%时,凝胶颗粒的吸水溶胀率可达189%;当体系戊二醛质量分数不变㊁C S 质量分数为2.5%时,凝胶颗粒的吸水溶胀率仅为152%;当C S 质量分数不变㊁戊二醛质量分数增大为1.375%时,凝胶颗粒的吸水溶胀率为143%㊂在其他反应条件不变时,随着戊二醛或C S 质量分数的增大,产品颗粒的吸水溶胀率均呈下降趋势㊂(a)凝胶颗粒对烟酰胺的包埋性能 (b)凝胶颗粒的溶胀性能图4 C S 质量分数与戊二醛质量分数对凝胶颗粒烟酰胺包埋率和溶胀性的影响F i g.4 E f f e c t o f m a s s f r a c t i o n s o f C S a n dg l u t a r a l d e h y d e o n e n c a p s u l a t i o n r a t e o f n i c o t i n a m i d ea n ds w e l l i n gp r o p e r t y o fh y d r o ge l m i c r o c a ps u l e s 这是由于反应交联密度变大,产品表面结构更加致密,水分子在凝胶内外的渗透阻力变大,导致凝胶颗粒的吸水溶胀性能变差㊂2.6 凝胶颗粒对烟酰胺的缓释性能水凝胶颗粒在37ħ时对于烟酰胺的24h 缓释曲线如图5所示㊂当C S 质量分数为1.5%㊁戊二醛的质量分数为1.125%时,烟酰胺的释放非常迅速,仅2h 便释放出包埋量的79.9%,最终在8h 停止释放,共释放药品包埋量的86.2%,缓释效果较差㊂这是由于C S 与戊二醛含量过低,凝胶内部交联结构过于松散,无法缓慢释放药品㊂随着C S 及戊二醛含量的增加,凝胶颗粒对烟酰胺的缓释作用逐渐增强,当C S 质量分数为2.0%时,壳聚糖凝胶颗粒对烟酰胺的缓释控制性能最好,在戊二醛质量分数为1.250%时24h 可释放92.3%的烟酰胺㊂但随着C S 及戊二醛含量的增加,凝胶颗粒对于烟酰胺的释放率再次减小,这是由于随着原料含量的增加,凝胶网络交联更加致密,药品渗透阻力增大㊂04大 连 工 业 大 学 学 报第42卷(a)w(C S)=1.5%(b)w(C S)=2.0%(c)w(C S)=2.5%图5 C S质量分数与戊二醛质量分数对烟酰胺缓释性的影响F i g.5 E f f e c t s o fm a s s f r a c t i o n s o fC Sa n d g l u t a r a l d e h y d e o n t h e s l o w-r e l e a s e r a t e o f n i c o t i n a m i d e3结论以壳聚糖为原料,β-甘油磷酸二钠为温敏剂,戊二醛为交联剂,通过乳化-化学交联法制得的温敏型水凝胶颗粒具有良好的温度敏感性㊁吸水溶胀性以及良好的药品包埋性与缓释性㊂当水相与油相体积比1ʒ4㊁C S质量分数2.0%㊁戊二醛质量分数1.250%时,凝胶颗粒对烟酰胺的包埋率为91.9%,并在37ħ条件下持续释放药品24h,最终释放率为包埋量的92.3%,温度敏感响应的壳聚糖水凝胶对烟酰胺具有良好的缓释性㊂参考文献:[1]L I L H,L I B,Z HA O M Y,e t a l.S i n g l e-s t e p m i n e r-a l i z a t i o no fw o o d p i l e c h i t o s a n s c a f f o l 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N i c o t i n a m i d e a n d c a l c i p o t r i o l c o u n t e r a c tU V B-i n d u c e d p h o t o a g i n g o n p r i m a r y h u m a nd e r m a l f i b r o b l a s t s[J]. 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温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺的制备与性能表征——推荐一个高分子化学综合实验温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺的制备与性能表征——推荐一个高分子化学综合实验引言高分子材料在生物医学领域中的应用日益重要。
温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAM）是一种具有温度响应性的高分子材料。
在室温下，聚N-异丙基丙烯酰胺相溶于水，在较高温度下则会改变为亲水性。
这种温敏行为使得PNIPAAM在生物医学领域的药物输送、细胞培养、组织工程等方面有着广泛的应用前景。
为了提高学生对高分子化学的实践能力及实验操作技术的培养，我们推荐一门关于PNIPAAM的综合实验。
一、实验目的通过学习和实践，了解并掌握PNIPAAM的制备方法，并通过性能表征分析，探究PNIPAAM的温敏性质。
二、实验原理PNIPAAM的合成主要基于N-异丙基丙烯酰胺的聚合反应。
N-异丙基丙烯酰胺在一定条件下与引发剂进行自由基聚合反应，形成具有温敏性质的高分子聚合物。
三、实验步骤1. 准备实验所需的试剂和仪器，包括N-异丙基丙烯酰胺、引发剂、溶剂等。
2. 聚合反应条件优化。
根据实验要求，调节反应温度、反应时间、引发剂用量等参数，以获得合适的聚合效果。
3. 反应结束后，用适当的溶剂提取产物。
通过旋转蒸发除去溶剂，得到PNIPAAM高分子产物。
4. 利用核磁共振（NMR）和红外光谱（IR）等仪器分析得到的产物，并进行性能表征。
四、实验结果与讨论1. PNIPAAM的合成产物应经过核磁共振（NMR）和红外光谱（IR）验证。
核磁共振图谱有利于观察分子结构和链段分布情况，而红外光谱则能指示分子中各种官能团的存在情况。
2. 对产物的温敏性进行测试。
可通过测量PNIPAAM溶解在不同温度下的溶解度来观察其温敏性。
在室温下，PNIPAAM具有良好的溶解性，而在高温下则形成水凝胶状态。
这种性质为PNIPAAM在药物输送和生物医学领域中的应用提供了便利。
五、实验总结通过本实验，我们成功地合成了温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAM）并对其性质进行了表征。
壳聚糖包覆聚丙烯酸微球的制备及其在生物医学领域的应用引言：在生物医学领域，纳米技术的快速发展为许多新颖的应用打开了大门。
其中，壳聚糖包覆聚丙烯酸微球是一种受到广泛关注的纳米材料。
本文将介绍壳聚糖包覆聚丙烯酸微球的制备方法，以及其在生物医学领域的应用。
一、壳聚糖包覆聚丙烯酸微球的制备方法：1.1 聚丙烯酸（PAA）微球的制备聚丙烯酸微球是壳聚糖包覆的基础。
它可以通过乳化聚合法制备得到。
首先，在一个有机溶剂中，将丙烯酸单体按一定比例加入，并添加适量的交联剂。
然后，在高能机械搅拌的情况下，加入乳化剂进行乳化。
最后，通过热引发聚合反应，得到聚丙烯酸微球。
1.2 壳聚糖包覆层的制备壳聚糖包覆层的制备主要涉及静电相互作用。
将聚丙烯酸微球分散在水相中，然后添加壳聚糖水溶液。
通过静电相互作用，壳聚糖分子在聚丙烯酸微球表面沉积形成包覆层。
1.3 控制壳聚糖包覆层厚度壳聚糖包覆层的厚度对其性能具有重要影响。
可以通过调节壳聚糖溶液的浓度、pH值和包覆时间来控制包覆层的厚度。
实验结果表明，当壳聚糖溶液的浓度较低、pH值较高、包覆时间较短时，壳聚糖包覆层厚度较薄。
二、壳聚糖包覆聚丙烯酸微球在生物医学领域的应用：2.1 药物缓释系统壳聚糖包覆聚丙烯酸微球具有优良的缓释性能，可作为药物缓释系统的载体。
将药物加载到聚丙烯酸微球内部，然后由壳聚糖包覆层起到保护和控制释放的作用。
这种系统可以实现药物的持续释放，从而提高治疗效果并减少药物副作用。
2.2 生物成像壳聚糖包覆聚丙烯酸微球具有较好的生物相容性和生物降解性，同时，壳聚糖在生物体内可以被识别和代谢。
这使得壳聚糖包覆聚丙烯酸微球成为一种很好的生物成像材料。
通过将荧光染料或磁性材料加载到聚丙烯酸微球内部，然后进行壳聚糖包覆，可以获得具有荧光或磁性的纳米粒子，用于生物成像。
2.3 癌症治疗壳聚糖包覆聚丙烯酸微球在癌症治疗中显示出了很好的应用潜力。
聚丙烯酸微球可以被用作药物的载体，将抗癌药物装载到微球内部，然后进行壳聚糖包覆。
