温度和pH双重敏感性水凝胶的制备及表征_凌有道

格式：pdf
大小：805.55 KB
文档页数：6

下载文档原格式

温度pH双响应聚氨基酸水凝胶的制备及性能研究

创新论坛DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.11.248温度/pH双响应聚氨基酸水凝胶的制备及性能研究陈照明张宁刘钰郝建原(电子科技大学材料与能源学院四川成都 610054)摘要：刺激响应性聚氨基酸水凝胶由于具有良好的生物可降解性、生物相容性、生物功能性和对外界刺激响应的特点，在生物医药和组织工程领域具有重要的应用价值。

在本论文中我们通过开环聚合合成了三嵌段共聚物甲氧基聚（乙二醇）-b-聚（L-赖氨酸）-b-聚（L-缬氨酸）（mPEG-PLys-PV），然后以其构建了具有温度/pH双重响应的水凝胶系统。

该体系的凝胶转变温度（TG）可以覆盖人体温度（37℃），并且具有良好的温度/pH双响应特性。

TEM和FTIR测试表明，共聚物中聚氨基酸的二级结构主要是β折叠结构，并且mPEG链段的脱水是体系发生溶胶-凝胶温敏转变的主要驱动力；而不同pH下共聚物以不同尺寸和形态的纳米聚集体的形式存在，这是体系具有pH敏感特性的主要原因。

将盐酸阿霉素（DOX·HCl）载入到水凝胶中后，我们研究了不同pH值下凝胶的体外释药行为，结果显示pH=5.7时药物释放速率明显快于pH=7.4。

关键词：聚氨基酸水凝胶温度/pH双响应性中图分类号：TQ085 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)04(b)-0248-04Abstract：Stimuli-responsive poly(amino acid) hydrogels have　important application values in biomedicine and tissue engineering f ields due to their good biodegradability, biocompatibility, bioactivity and stumuli-responsive property. In this paper we synthesized the triblock copolymer methoxypoly(ethylene glycol)-b-poly(L-lysine)-b-poly(L-Valine)(mPEG-PLys-PV) by ring-opening polymerization and then constructed a temperature- and pH- responsive hydrogel system. The gel transition temperature could cover the body temperature(37℃) and decreased with the increase of pH value. The TEM and FTIR measurements showedclearly that the secondary structure of the polymer solution was mainly composed of β–sheet structure, and the sol-gel transition process was mainly due to the dehydration of mPEG; while the changeable size and morphology of the copolymer aggregates with pH accounted for the pH sensitivity of the system. After loading the DOX·HCl in hydrogels, we investigated the in vitro drug release behavior under different pH values, the results showed the rate of drug release at pH5.7 much faster than at pH7.4.Key Words: Polyamino acids; Hydrogels; Thermo- and pH-responsive聚氨基酸的化学结构类同于人体内的多肽和蛋白质，是当今材料领域的热点研究方向[1]。

水凝胶的制备及其温度和pH敏感性研究

以羧甲基壳聚糖(CMCS)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为原料,采用粘土作为交联剂制备一种新型的纳米复合水凝胶(PNIPAAm/CMCS/Clay),并对其进行表征.研究CMCS及粘土用量、水介质温度及pH值对该凝胶性能的影响.结果表明该凝胶具有明显的温度和pH值双响应性,溶胀度随CMCS的增加和粘土用量的减少而增大.
作者:王胜
学位授予单位:上海大学
1.期刊论文卢研.向鑫.唐燕春.马敬红.梁伯润.LU Yan.XIANG Xin.TANG Yan-chun.MA Jing-hong.LIANG Bo-run
聚N-异丙基丙烯酰胺/羧甲基壳聚糖纳米复合水凝胶制备及响应性能-东华大学学报(自然科学版)2007,33(1)
采用60Co-γ射线对羧甲基壳聚糖(CMCS)和N-异丙基丙烯酰胺敏感性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)/CMCS半互穿网络水凝胶。该水凝胶将PNIPAAm温度敏感性的低临界溶解温度(LCST)由32℃提高到人体温度37℃以上,同时也大幅度提高了水凝胶的溶胀比;用考马斯亮蓝作为药物模型,研究了该共聚物水凝胶在不同温度下的药物释放性能。
实验结果如下:
1.制备的5个CMCH样品均具有良好的水溶性、相似的分子结构和较高的DS(1.12-
2.39),且与相应的原料壳聚糖相比,羧甲基化前后,脱乙酰度基本保持稳定。
2.5个CMCH样品均具有促进MEF细胞增殖的活性。用MTT-CVS检测细胞增殖的实验说明不同MW的CMCH对MEF细胞增殖的作用情况相似;CMCH样品(DD 70.3-79.9%,DS 1.12-1.26)促进MEF细胞增殖的最小浓度是50μg/ml。高DD的CMCH样品有较强的促进细胞增殖的能力,在DD从70.3%增至9
1.采用丙烯酸(AA)与NIPA共聚改变了水凝胶的LCST,其变化受介质PH值影响。网络中具有亲水性的CMCS长链在凝胶体积发生相变时,由于体积排斥作用和静电排斥作用使凝胶内部形成大的孔洞结构,作为疏水通道,从而使P(NIPA—co—AA)/CMCS水凝胶向应速度较快。

pH温度双重敏感型纳米凝胶的制备及释药研究.

pH/温度双重敏感型纳米凝胶的制备及释药研究在给药系统的研究中,凝胶材料常被用于药物的控释。

尤其是环境敏感水凝胶具有刺激应答特性,成为药学界广泛关注的热点。

研究表明,机体炎症部位及肿瘤组织周围pH均低于正常组织,而温度却略高于正常体温。

针对这一特征性差异,为了能更好的靶向治疗各种炎症乃至恶性肿瘤,以智能高分子材料为主体构建的应答式智能释药系统成为当前研究的热点方向。

本文以葡聚糖(Dex)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为原料,沉淀聚合法制备pH和温度双重敏感的马来酰化葡聚糖-g-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(Dex-MA-g-PNIPAAm)纳米凝胶药物载体,以羟基喜树碱(HCPT)为药物模型,研究了不同条件下的释药性质。

1.改性葡聚糖的制备将一定质量的顺丁烯二酸酐(MA)和葡聚糖(Dex,MW 70,000)溶解在LiCl/DMF(10 wt%)中,三乙胺作催化剂,一定条件下制备得到马来酰化葡聚糖(Dex–MA)。

核磁共振(1H-NMR)测定其取代度。

2.纳米凝胶的制备分别利用无皂乳液聚合法和沉淀聚合法制备纳米凝胶,在沉淀聚合方法中考查了三种不同的表面活性剂(溴化十六烷基三甲铵、吐温-80、十二烷基硫酸钠(SDS))以及反应配比对纳米凝胶的影响。

通过比较纳米凝胶的形态、粒径、包裹率、载药率等指标,最终采用以SDS为乳化剂的沉淀聚合法为最佳制备纳米凝胶工艺。

3.纳米凝胶的性质研究纳米凝胶的理化性质通过FT-IR,1H-NMR,TEM,粒度仪分别进行表征。

利用透射电镜和粒度仪考察不同表面活性剂的量对成粒的影响。

结果显示:在反应体系中,当表面活性剂的浓度小于其临界胶束浓度时,得到的纳米凝胶粒径较大、形态不规则;而当其浓度大于其临界胶束浓度时,得到的纳米凝胶粒径均匀,形态圆整,分散性良好。

通过调节反应配比或改变表面活性剂的量可以将粒径控制在300nm以下。

同时考察了温度对不同配比的纳米凝胶粒径的影响。

温度和pH双重响应性水凝胶的制备及其药物控制释放的研究（可编辑）

温度和pH双重响应性水凝胶的制备及其药物控制释放的研究中国科学技术大学硕士学位论文温度和pH双重响应性水凝胶的制备及其药物控制释放研究姓名:潘婷婷申请学位级别:硕士专业:高分子化学与物理指导教师:何卫东2011-04-28摘要摘要智能水凝胶作为一种亲水性的刺激响应性聚合物材料,在药物控制释放领域引起了诸多研究者的关注。

近来,在多重刺激以及快速刺激响应聚合物水凝胶方面的深入研究,使得智能水凝胶的应用研究具有更广阔的前景。

本论文在前人工作的基础上,在温度和 pH双重响应性的网络-接枝水凝胶的制备和应用方面进行了有益的探索,具体的工作如下:1. 通过原子转移自由基聚合ATRP、可逆加成断裂链转移聚合RAFT和点击化学相结合的方法,成功制备了两种具有温度和 pH 双重响应性的网络-接枝水凝胶 PDMAEMA聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-g-PNIPAM聚 N-异丙基丙烯酰胺和 PNIPAM-g-PDMAEMA。

在一个末端含有两个叠氮基团的 PNIPAM或者 PDMAEMA是通过 ATRP 反应得到的,带有炔侧基的 PDMAEMA或者PNIPAM的共聚物是通过相应单体与丙烯酸炔丙酯的 RAFT共聚反应得到的, 最后通过点击化学反应生成网络-接枝水凝胶。

通过对水凝胶在不同温度和pH条件下溶胀行为的研究,发现该水凝胶表现出对温度和 pH的快速刺激响应性、高溶胀比和溶胀收缩的可循环性。

2. 互换主网络和接枝链的位置,比较了两种的网络-接枝水凝胶在不同温度和pH介质中的溶胀行为,研究包括网络构筑、交联长度和接枝链长度等结构因素对水凝胶溶胀行为的影响。

3. 以头孢曲松钠作为模型药物,以不同交联程度的 PDMAEMA-g-PNIPAM 作为药物载体,研究了该网络-接枝水凝胶在不同温度和 pH 条件下的药物控制释放行为。

药物的释放速度和释放量随外界环境的改变而改变,并且交联结构的孔洞大小也对药物的装载和释放行为有影响。

实验证明了该网络-接枝水凝胶可以被用作智能药物控制释放体系。

pH温度双重敏感水凝胶的制备及质量评价

pH/温度双重敏感水凝胶的制备及质量评价张春燕，王慧云，孙珊珊（济宁医学院药学院，山东日照276826）摘要目的制备pH/温度双重敏感的水凝胶, 并对其质量进行评价。

方法以N-异丙基丙烯酰胺为温敏材料、丙烯酰胺为pH敏感材料、丙烯酸铵为交联剂、过硫酸铵为引发剂、四甲基乙二胺为加速剂、十二烷基磺酸钠为乳化剂，通过悬浮聚合法制备载药水凝胶，并对其pH和温度敏感性进行考察。

结果载药水凝胶在pH6.0,温度为42℃时可快速释放药物，8h累计药物释放达90%以上。

结论该实验制备得到的载药水凝胶具有一定的pH和温度敏感性，能够根据环境的变化而表现出智能释药行为。

关键词水凝胶；温度敏感；pH敏感；中图分类号：R944.9Preparation and quality evaluation of pH/ temperature sensitive hydrogelZHANG Chunyan,WANG Huiyun ,SUN Shanshan（College of Pharmacy,Jining Medical University,Rizhao 276826,China）Abstract:Objective To prepare pH/temperature sensitive hydrogel and evaluate the quality.Methods N-isopropyl acrylamide were used as temperature sensitive mate-rial,acrylamide as pH sensitive material,ammonium acrylate as crosslinking agent,ammonium persulfate as initiator, tetramethylethylenediamine as accelerating agent and Sodium dodecyl sulfonate as emulsifier to prepare the pH/temperature-sensitive hydrogel of fluorouracil by Suspension polymerization.The pH sensitivity and temperature sensitivity were investigated.Results The hydrogel of fluorouracil could release drug rapidly at PH6.0,42 ℃, drug releasing rates up to 90% in 8h.Conclusion The hydrogel could exhibite different drug release rate according to the change of the environment.Keywords:hydrogel; temperature sensitive; pH sensitive水凝胶是一类具有亲水基团，遇水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物。

温度及pH敏感天然高分子水凝胶的制备及结构性能表征

（ｐＨ＝２．７１）附近时，ＣＭＣＳ／ＰＮＩＰＡＡｍ半互穿网络水凝胶的体积相转变温度（ＶＰｌｖｒ）明显降低，且在ｐＨ＝２．４的溶液条件下，ｃＭｃＳ／ＰＮＩＰＡＡｍｓｅｍｉ—ＩＰＮ水凝胶的溶胀度低于其他ｐＨ条件下凝
Ｉ
胶的溶胀度。２．在ｃＭｃＳ，ＰＮＩＰＡＡｍ半互穿聚合物网络水凝胶的基础上，用
戊二醛交联ＣＭＣＳ，合成了ＣＭＣＳ／ＰＮＩＰＡＡｍ全互穿聚合物网络ｆｆｕｌｌ—ＩＰＮ）水凝胶。网络结构的变化并没有影响互穿网络水凝胶的
１．采用半互穿聚合物网络技术（ｓｅｍｉ．ＩＰＮ）￥４备了一类新型的ＣＭＣＳ／ＰＮＩＰ舢～ｍ半互穿聚合物网络水凝胶，对这类水凝胶的温度及ｐＨ敏感行为进行了详细地研究。实验结果表明，加入ＣＭＣＳ形成的ｓｅｍｉ．ＩＰＮ样品，其在ＶＰＴＴ前后的平衡溶胀度的变化比纯ＰＮＩＰＡＡｍ的平衡溶胀度变化要大得多。ｓｅｍｉ—ＩＰＮ水凝胶消溶胀速率明显快于ＰＮＩＰＡＡｍ凝胶的消溶胀速率。在ＣＭＣＳ等电点
ＶＰＴＴ，仍为３３℃左右。室温下，ｆｕｌｌ．ＩＰＮ凝胶的平衡溶胀度和溶胀速率均小于ｓｅｍｉ—ＩＰＮ凝胶的平衡溶胀度和溶胀速率。而在不同ｐＨ值溶液中，ｆｕｌｌ．ＩＰＮ凝胶的消溶胀速率明显快于ｓｅｍｉ．ＩＰＮ凝胶
的消溶胀速率。３．选用另一种亲水的天然高分子ＣＭＣ与ＮＩＰＡＡｍ作原料，制
备了温度、ｐＨ值双重敏感性的半互穿网络水凝胶，研究了介质温度、ｐＨ值对其溶胀行为的影响。当介质的ｐＨ值为１．２时，ｓｅｍｉ一１ＰＮ水凝胶的溶胀度始终小于ＰＮＩＰＡＡｍ水凝胶的溶胀度；ｐＨ值为７，４
ａｒｅｌｏｗｅｒｔｈａｌｌｔｈｏｓｅａｔｏｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
２．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣＭＣＳ／ＰＮＩＰＡＡｒｎｓｅｍｉ－ＩＰＮｈｙｄｒｏｇｅｌｓ，ｔｈｅＣＭＣＳ／ＰＮＩＰＡＡｍｆｕｌｌ－ＩＰＮｈｙｄｒｏｇｅｌｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ

温度及pH响应性水凝胶的制备

温度及pH响应性水凝胶的制备宋晓艳;徐如梦;武佳洁;董鹏飞;杨哲【摘要】以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AA)为原料,通过水相溶液聚合法制备P(NIPAM-co-AA)水凝胶.傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)的结果表明,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AA)为原料成功制备了P(NIPAM-co-AA)水凝胶:扫描电镜的结果表明,P(NIPAM-co-AA)水凝胶具有规整的孔洞结构;热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)的结果显示,P(NIPAM-co-AA)水凝胶具有良好的热稳定性.测定P(NIPAM-co-AA)水凝胶在不同温度及pH值条件下的溶胀度,结果表明P(NIPAM-co-AA)水凝胶具有良好的温度及pH响应性,能在不同外界环境的刺激下做出不同的反应,具有强大的智能性.【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(030)002【总页数】5页(P32-36)【关键词】N-异丙基丙烯酰胺;丙烯酸;P(NIPAM-co-AA)水凝胶【作者】宋晓艳;徐如梦;武佳洁;董鹏飞;杨哲【作者单位】天津工业大学材料科学与工程学院,天津300387;天津工业大学材料科学与工程学院,天津300387;天津工业大学材料科学与工程学院,天津300387;天津工业大学材料科学与工程学院,天津300387;天津工业大学材料科学与工程学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TQ317.4N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)是一种线性有机高分子化合物，其共聚物水凝胶因为具有与人体生理温度相近的低临界溶液温度(低临界溶液温度是指形成部分互溶物系的两种液体，随着温度的降低，两种液体的相互溶解度增加，互相平衡的二液相的组成逐渐接近，当降至某一温度时，二液相组成相同，二液相间的界面消失，在该温度以下，只有一个均匀液相，简称LCST)，并具有良好的温度响应性，被广泛应用在医疗、生物、组织工程等领域[1].Shi等[2-3]利用植酸在PNIPAM基质中的交联制备了具有热力学响应性和导电性的水凝胶.聚丙烯酸(PAA)水凝胶具有良好的pH响应性，近年来得到了广泛的关注.Byun等[4-5]利用聚乙烯醇(PVA)和PAA进行热交联制备了具有pH响应性的PVA/PAA水凝胶.然而，单一的温敏性或者pH 响应性水凝胶具有一定的局限性，由于互穿聚合物网络中的各聚合物具有相对的独立性和依赖性，本研究将利用水相溶液聚合法制备同时具备温敏性及pH响应性的水凝胶，NIPAM和AA的双键发生聚合反应形成P(NIPAM-co-AA)水凝胶，这在控制药物释放等领域具有重要意义.P(NIPAM-co-AA)水凝胶的合成路线如图1所示.1 实验部分1.1 主要原料N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；丙烯酸(AA)，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；过硫酸钾(KPS)，分析纯，天津市化学试剂三厂.图1 P(NIPAM-co-AA)水凝胶的合成路线Fig.1 Synthsis scheme of P(NIPAM-co-AA) hydrogel1.2 主要设备及仪器台式扫描电子显微镜，TM3030型，日立公司；傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)，TENSOR37型，德国BRUKER公司;热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)，SDT Q600型，美国TA公司；真空冷冻干燥机，LGJ-10NG型，宁波新艺超声设备有限公司；pH计，S210型，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司.1.3 样品的制备1.3.1 温度敏感性PNIPAM凝胶的制备在恒温水浴锅中搭设好实验装置后，向三口烧瓶中加入4.82 g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体、0.1 g N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和350 mL蒸馏水，在70 ℃下不断搅拌，使其充分溶解并通氮气除去装置内及蒸馏水中的氧气.1 h后，在50 mL蒸馏水中溶解0.1 g过硫酸钾(KPS)做引发剂并加入三口烧瓶中，封闭反应体系，使其在65 ℃下反应6 h[6].反应结束后，为使其便于离心分离，对其进行减压蒸馏，除去部分水分，然后在高速离心机中进行离心分离.离心一次后，去除上层清液，加入蒸馏水对分离产物进行水洗，除去多余单体，再进行离心分离.以上步骤重复3次.3次后，去除上层清液，将所得产物放置在表面皿中，然后置于鼓风干燥箱中干燥，待看不见明显水分后，放入真空干燥箱中50 ℃下真空干燥24 h，即得PNIPAM凝胶样品，干燥后收集备用.1.3.2 pH敏感性PAA凝胶的制备pH敏感性PAA凝胶的制备方法与PNIPAM凝胶的制备方法类似，均采用水相溶液聚合法.制备PAA凝胶的原料包括丙烯酸(AA)单体10 g、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)0.5 g、引发剂过硫酸钾(KPS)0.5 g，反应条件与PNIPAM凝胶的制备条件一致.反应完全后，离心分离并进行干燥处理，收集备用.1.3.3 温度-pH双敏感P(NIPAM-co-AA)凝胶的制备温度-pH双敏感P(NIPAM-co-AA)凝胶同样采用水相溶液聚合法制备，原料包括N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体4.8 g、丙烯酸(AA)单体3.5 g、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)0.1 g、引发剂过硫酸钾(KPS)0.1 g，反应条件与PNIPAM凝胶及PAA凝胶的制备条件一致.反应完成后，离心分离并干燥，收集备用.1.4 结构表征与性能测试FT-IR分析：将样品在真空干燥箱中真空干燥24 h后与干燥的溴化钾粉末按照1∶100混合，然后研磨、压片，对片状样品进行红外透射，得到样品的红外光谱图并对谱图进行处理.SEM分析：将制备的3种环境响应性凝胶溶胀24 h后冷冻干燥，喷金处理后观察其形貌.TG-DSC分析：升温温度为20～800 ℃，升温速度为2 ℃/min.PNIPAM和P(NIPAM-co-AA)水凝胶的温敏性测定：测定不同温度下P(NIPAM-co-AA)水凝胶及PNIPAM水凝胶的溶胀度.PAA和P(NIPAM-co-AA)水凝胶的pH响应性测定：测定不同pH值下P(NIPAM-co-AA)水凝胶及PNIPAM水凝胶的溶胀度.2 结果与讨论2.1 FT-IR分析(见图2)图2中的a、b、c分别为PNIPAM、PAA和P(NIPAM-co-AA)的红外光谱.如图2所示，a在1 634 cm-1处出现了酰胺基团的吸收峰，b在1 724 cm-1处出现了CO键伸缩振动峰，c则分别在1 728 cm-1和1 638 cm-1处出现了吸收峰，且c的峰形基本为a和b的结合，a和b在1 659 cm-1处出现了CC双键的吸收峰.由于PNIPAM和PAA是通过打开双键发生聚合反应的,并且在c未发现CC双键的吸收峰(2 355 cm-1处出现的吸收峰是由于空气中CO2吸附在样品上引起的)，可以证明我们已成功地将NIPAM单体和AA单体共聚，得到了一种新的聚合物，即P(NIPAM-co-AA)[7].除特征峰外，a、b、c在3 120 cm-1处的吸收峰为N—H或O—H的伸缩振动峰，1 396 cm-1处为C—H弯曲振动峰，PAA和P(NIPAM-co-AA)凝胶在1 159 cm-1处的吸收峰为C—O的伸缩振动峰，PNIPAM和P(NIPAM-co-AA)凝胶在1 110 cm-1处的吸收峰为C—N的伸缩振动峰[8].图2 PNIPAM、PAA、P(NIPAM-co-AA)水凝胶红外光谱图Fig.2 FT-IR spectraof PNIPAM,PAA, P(NIPAM-co-AA) hydrogel2.2 水凝胶表面形貌(见图3)图3中的(a)、(b)、(c)分别为PAA、PNIPAM及P(NIPAM-co-AA)的扫描电镜图.从图(a)可以看出，经过24 h溶胀后再冷冻干燥得到的PAA水凝胶样品表面可以很明显看到孔洞较大.这是因为PAA水凝胶中含有大量的亲水基团—COOH，它可以和水形成氢键，并且在中性条件下与—COO—发生排斥使链段属于伸展结构，溶胀比较多，导致冷冻干燥后留下的孔洞较大[9].从图(b)中可以看出，PNIPAM水凝胶表面孔洞较小并且较为均匀，PNIPAM水凝胶含有亲水基团——酰胺基团，但其亲水性弱于羧基，所以冷冻干燥后留下的孔洞较图(a)小.从图(c)中可以看出，P(NIPAM-co-AA)水凝胶表面较为规整，没有出现杂乱现象，但孔洞尺寸较图(a)小，较图(b)大，原因是制备P(NIPAM-co-AA)时加入了AA，水凝胶中含有一部分—COOH.图3 PAA、PNIPAM及P(NIPAM-co-AA)的SEM图Fig.3 SEM images of PAA，PNIPAM，P(NIPAM-co-AA) hydrogel2.3 热重分析(见图4)图4 PAA、PNIPAM、P(NIPAM-co-AA)水凝胶的TG曲线和DTG曲线Fig.4 TG and DTG curves of PAA，PNIPAM，P(NIPAM-co-AA) hydrogel图4(a)为PAA、PNIPAM、P(NIPAM-co-AA)水凝胶的TG曲线.从图4(a)中可以看出，P(NIPAM-co-AA)水凝胶在200～250 ℃有大约20%的质量损失，这可能是由于P(NIPAM-co-AA)共聚物中含有少量的低聚物而引起的少量分解.图4(b)为PAA、PNIPAM、P(NIPAM-co-AA)水凝胶的DTG曲线，从图4(b)中可以看出，PAA、PNIPAM、P(NIPAM-co-AA)水凝胶分别在300 ℃、320 ℃、340 ℃处开始分解，在430 ℃、420 ℃、420 ℃处分解速率最快.综合两种曲线可以看出，P(NIPAM-co-AA)水凝胶的热稳定性和PAA、PNIPAM水凝胶的热稳定性大体一致[10-11].2.4 凝胶的温度及pH响应性测试2.4.1 P(NIPAM-co-AA)和PNIPAM凝胶的温度响应性测试图5为P(NIPAM-co-AA)凝胶及纯PNIPAM凝胶在不同温度下的溶胀度曲线.如图5所示，P(NIPAM-co-AA)凝胶和纯PNIPAM凝胶在不同温度下的溶胀度不同，随着温度的增加，二者的溶胀度均不断下降.这是因为，当外界温度低于两种凝胶各自的LCST时，凝胶表现为亲水性，P(NIPAM-co-AA)凝胶及纯PNIPAM凝胶链段中的酰胺基团与水形成氢键，链段处于伸展构象，凝胶溶胀；随着外界温度逐渐升高，当高于两种凝胶各自的LCST时，氢键断裂，P(NIPAM-co-AA)凝胶和纯PNIPAM凝胶由亲水状态变为疏水状态，溶胀度下降[12].其中，P(NIPAM-co-AA)和PNIPAM水凝胶分别在30 ℃和32 ℃附近处溶胀度下降速度最快，当温度上升至它们的LCST时，高分子链之间的疏水基团起着主要作用，同时水凝胶会发生相转变，整个水凝胶的网络结构呈现蜷缩聚集状态，溶胀比迅速下降.对比图5的两条曲线，P(NIPAM-co-AA)凝胶具有明显的温度响应性，其响应性趋势与纯PNIPAM凝胶的温度响应性类似，两者的LCST相近，均接近人体的生理温度[13].2.4.2 P(NIPAM-co-AA)凝胶的pH响应性测试P(NIPAM-co-AA)凝胶及纯PAA凝胶的溶胀度与pH值的关系曲线如图6所示.由图6可知，随着pH值的不断增加，P(NIPAM-co-AA)凝胶的溶胀度不断增加；在pH值低于4时，P(NIPAM-co-AA)凝胶的溶胀度变化不明显；在pH值为4～6时，凝胶溶胀度迅速增加.之后，随着pH值的继续增加，凝胶的溶胀度增速变缓.从纯PAA水凝胶的溶胀度与pH值的关系曲线可以看出，溶胀度也随着pH值的增加而增加，并且在pH值为4～6时，增速最快.当pH值大于6时，纯PAA水凝胶的溶胀度近乎稳定.根据实验结果可知，制备的P(NIPAM-co-AA)凝胶有很好的pH响应性,纯PAA水凝胶发生相转变的pH值为3.7～6.3[14].实验结果显示，由NIPAM单体与AA单体进行共聚制备的P(NIPAM-co-AA)水凝胶的相转变也发生在pH值为4～6时，其pH响应性行为与纯PAA水凝胶的pH响应性行为类似.图5 P(NIPAM-co-AA)和PNIPAM凝胶的溶胀度与温度的关系Fig.5 Relationship between swelling degree and temperature of P(NIPAM-co-AA) and PNIPAM hydrogel图6 P(NIPAM-co-AA)凝胶和纯PAA凝胶的溶胀度与pH值的关系Fig.6 Relationship between swelling degree and pH value of P(NIPAM-co-AA) and PAA hydrogel3 结语利用水相溶液聚合法成功制备了P(NIPAM-co-AA)水凝胶.扫描电镜结果显示，P(NIPAM-co-AA)水凝胶具有规整的孔洞结构，并且孔洞直径在20 μm以内，有着良好的热稳定性和非常明显的温度及pH响应性.【相关文献】[1] JIN S,LIUA M,GAO C.Synthesis,characterization and the rapid response property of the temperature responsive PVP-PNIPAM hydrogel[J].European PolymerJournal,2008,44(7):2162-2170.[2] SHI Y,MA C,PENG L,et al.Conductive “smart” hybrid hydrogels with PNIPAM and nanostructured conductive polymers[J].Advanced Functional Materials,2015,25(8):1219-1225.[3] GUDEMAN L F,PEPPAS N A.pH-sensitive membranes from poly(vinylalcohol)/poly(acrylic acid) interpenetrating networks[J].Journal of Membrane Science,1995,107(3):239-248.[4] BYUN H,HONG B,SANG Y N,et al.Swelling behavior and drug release of poly(vinyl alcohol) hydrogel cross-linked with poly(acrylic acid)[J].MacromolecularResearch,2008,16(3):189-193.[5] WANG T,ZHENG S,SUN W,et al.Notch insensitive and self-healing PNIPAm-PAM-clay nanocomposite hydrogels[J].Soft Matter,2014,10(19):3506-3512.[6] 刘守信,房喻,柳明珠,等.具有伸展构象的温度和pH双重敏感的P(DEAM-co-MAA)水凝胶的合成与性质研究[J].化学学报,2006,64(15):1575-1580.[7] CHENG H,SHEN L,WU C.LLS and FTIR studies on the hysteresis in association and dissociation of poly (N-isopropylacrylamide) chains inwater[J].Macromolecules,2006,39(6):2325-2329.[8] LAI P S,SHIEH M J,PAI C L,et al.A pH-sensitive EVAL membrane by blending withPAA[J].Journal of Membrane Science,2006,275(1):89-96.[9] LIU S,LIU M.Synthesis and characterization of temperature-and pH-sensitive poly (N,N-diethylacrylamide-co-methacrylic acid)[J].Journal of Applied PolymerScience,2003,90(13):3563-3568.[10]HE G,PAN Q,REMPEL G L.Synthesis of poly (methyl methacrylate) nanosize particles by differential microemulsion polymerization[J].Macromolecular Rapid Communications,2003,24(9):585-588.[11]WANG S Q,LIU Q L,ZHU A M.Preparation of multisensitive poly (N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid)/TiO2composites for degradation of methylorange[J].European Polymer Journal,2011,47(5):1168-1175.[12]ZHI D,HUANG Y,HAN X,et al.A molecular thermodynamic model for temperature-and solvent-sensitive hydrogels,application to the swelling behavior of PNIPAm hydrogels in ethanol/water mixtures[J].Chemical Engineering Science,2010,65(10):3223-3230.[13]刘延平.温敏性水凝胶的合成及相变机制[D].青岛:青岛科技大学,2012.[14]NAFICY S,RAZAL J M,WHITTEN P G,et al.A pH-sensitive,strong double-network hydrogel:poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylates-poly (acrylic acid)[J].Journal of Polymer Science Part B:Polymer Physics,2012,50(6):423-430.。

温度及pH敏感水凝胶的制备与溶胀性能研究

作者简介：吴生辉（１９８０－），男，湖北蕲春人，硕士。研究方向：药用辅料。（Ｅ－ｍａｉｌｊａｃｋｓｏｎｃｏｃｏ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ）联系人：宋宏锐（１９５６－），男，辽宁恒仁人，教授，博士生导师，主要从事药物化学与有机化学的研究。
（Ｅ－ｍａｉｌｈｏｎｇｒｕｉｓｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ）收稿日期：２００７－０５－１０
对于不同ＳＡ含量的水凝胶而言，一定温度下其在不同的ｐＨ值缓冲溶液中的平衡溶胀率也不同，测量其在ｐＨ＝２．０、３．６、４．５、５．８、６．６、７．８的缓冲溶液中的平衡溶胀率并作图，以此来考察不同ＳＡ含量对水凝胶ｐＨ敏感性的影响。
从图１中可以看出，ｐＨ值对水凝胶的ＥＳＲ有较大的影响，ＳＡ含量越大，水凝胶受ｐＨ的影响也就越大，其ｐＨ敏感性就越明显。
３结果与讨论
３．１凝胶聚合物的红外光谱表征３４３７．５ｃｍ－１处为Ｎ－Ｈ和Ｏ－Ｈ的总伸缩振动吸收
峰，２９７３．８ｃｍ－１处为Ｃ－Ｈ的反对称伸缩振动吸收峰，１６５１．３ｃｍ－１处为酰胺中Ｃ＝Ｏ的伸缩振动吸收峰，１５４２．７ｃｍ－１处为酰胺中Ｎ－Ｈ的弯曲振动吸收峰，１４５９ｃｍ－１与１３８７．２ｃｍ－１及１３６７．６ｃｍ－１三处为Ｃ－Ｈ的弯曲振动吸收峰，１１７３．０ｃｍ－１与１１３０．６ｃｍ－１及１０３９．３ｃｍ－１三处显示 β－Ｃ－Ｏ和Ｃ－Ｏ－Ｃ伸缩振动。３．２水凝胶的ｐＨ敏感性
反应方程式如下所示：

pH-温度双响应可注射水凝胶的制备及抗细菌生物膜的研究

pH-温度双响应可注射水凝胶的制备及抗细菌生物膜的研究pH/温度双响应可注射水凝胶的制备及抗细菌生物膜的研究引言近年来，细菌感染和生物膜形成已成为世界各地医疗机构面临的严重问题。

这些生物膜具有难以通透和耐药性的特点，给患者治疗和康复带来了困难。

因此，开发一种双响应可注射水凝胶，可以在不同pH值和温度下改变其性质，并且具有抗细菌生物膜形成的能力，具有重要的科学和应用价值。

一、制备pH/温度双响应可注射水凝胶制备pH/温度双响应可注射水凝胶的过程中，首先需要选择合适的材料作为基质。

常见的选择包括生物相容性好、可降解性强的聚合物材料，如明胶、聚氨酯等。

在这里，我们选择了明胶作为基质材料。

制备过程中，我们首先将明胶溶解在适量的溶剂中，如生理盐水或磷酸缓冲液中，形成明胶溶液。

然后，在适宜的温度下加入交联剂，如戊二醛等，使明胶溶液中的明胶分子交联成网络结构。

最后，将制备好的明胶凝胶切割成适宜的大小，并保存在冷藏条件下。

值得注意的是，为了实现pH/温度双响应，我们在明胶凝胶中引入了一种具有pH敏感性的聚合物，如丙烯酸，以及一种具有温度敏感性的聚合物，如聚乙二醇。

这样当明胶凝胶暴露在酸性环境或高温环境下时，丙烯酸和聚乙二醇分子会发生自组装，使凝胶的物理性质发生改变。

二、抗细菌生物膜研究为了研究pH/温度双响应可注射水凝胶对细菌生物膜的抑制效果，我们进行了一系列实验。

首先，我们利用标准细菌培养技术培养出一株产生生物膜的细菌。

然后，将明胶凝胶注入培养皿中，培养皿内含有培养基和细菌的悬浮液。

在不同pH值和温度下，观察明胶凝胶对细菌生物膜的影响。

实验结果显示，当明胶凝胶处于酸性环境时，丙烯酸分子自组装成纤维状结构，使凝胶的孔隙度增大，从而降低了细菌生物膜的粘附能力。

而在高温环境下，聚乙二醇分子自组装形成网状结构，降低了凝胶的可溶性，阻断了细菌的生物膜形成。

结论本研究成功制备了pH/温度双响应可注射水凝胶，并研究了其在抗细菌生物膜方面的应用。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

# 546#
精细化工 F INE CHEM ICALS
第 25卷
hydrogels prepared at 45 e and 55 e lost 95% w ater w ithin 60 m in, whereas ge ls prepared at 45 e and 55 e lost only about 42% w ater in 120 m in. Key w ord s: N- isopropy lacry lam ide; itacon ic; hydroge;l therm o- sensit ive; pH-sensitive; funct iona l m aterials Foundation item: Supported by / cen tury program0 o f the Ch inese Academ y o f Sc iences
聚丙烯酸、聚衣康酸等聚电解质, 在外界 pH 改变时, 其体积会发生较大变化 [ 4] , 因而常用作 pH 敏感部分引入温度和 pH 双重敏感性水凝胶中。
尽管目前已有一些文献报道通过采用不同的单体来合成温度和 pH 双重敏感性凝胶 [ 5~ 7] , 但是关于温度和 pH 双重敏感性水凝胶性能改进的报道却非常少。因为在传统方法中, 往往通过改变原料配比来增加 pH 敏感性, 但是这样经常会引起温度敏感性的减退甚至消失 [ 8] 。
* 收稿日期: 2008- 01- 04; 定用日期: 2008- 02- 11 基金项目: 中国科学院 / 百人计划 0资助项目作者简介: 凌有道 ( 1981- ) , 男, 安徽省庐江县人, 博士研究生, 师从吕满庚研究员, 主要从事多重敏感性水凝胶的合成与研究, 电话: 020 - 85231293, E - m ai:l xm an@ gic. ac. cn。联系人: 吕满庚 ( 1963- ) , 男, 博士, 研究员, 博士生导师, 从事智能高分子材料的合成与研究, 电话: 020- 85232978; E - m ai:l m glu@ gic. ac. cn。
聚 ( N-异丙基丙烯酰胺 ) ( PN IPA ) 水溶液在 32 ~ 34 e 附近有一个较低临界溶液温度 ( LCST ) 。当温度低于 LCST 时, PN IPA 可溶解于水; 而当温度高于 LCST 时, PN IPA 由亲水转变成疏水, 发生相分离 [ 3] 。因此, PN IPA 经常被引入温度和 pH 双重敏感性水凝胶中, 作为温度敏感部分。
本文在不改变原料配比的条件下, 于不同温度聚合, 得到了一系列性能更为优异的温度和 pH 双重敏感性聚 ( N-异丙基丙烯酰胺-co-衣康酸 ) 1P ( N IPA- co- IA ) 2水凝胶。用红外光谱测定了这些凝胶的化学组成与结构, 用扫描电镜观察了其不同的表面形态, 测定了不同温度和 pH 下达到平衡时水凝胶的溶胀比, 研究了水凝胶在纯水和强酸性溶液中的去溶胀动力学。报告如下, 供参考。
/g
/g
B IS K PS TEMED H 2O v m
/gBiblioteka /g/LL /m L / g
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器 N-异丙基丙烯酰胺 ( N IPA ) : 英国 A cros 公司产
品, 质量分数为 99% ; 衣康酸 ( IA ): 大连市吉利化工贸易有限公司产品, 质量分数为 9916% ; N, N c-亚甲
基双丙烯酰胺 ( B IS) : FLUKA CH EM IKA 公司产品, 生化试剂; 过硫酸钾 ( KPS )、N, N, N c, N c-四甲基乙二胺 ( TEMED)等皆为 AR试剂。
Ab stract: A series o f temperature and pH dua l responsive P ( N- isopropylacrylam ide- co- itacon ic ) hydrogels w ere prepared at five d ifferent tem peratures. It w as found that the gels prepared at 15 e and 25 e w ere transparen,t ge ls prepared at 45 e and 55 e were opaque, wh ile ge ls prepared near the phase transit ion temperature( 35 e ) w ere sem -i translucen.t T he chem ica l com positions and structures of these hydroge ls w ere sim ilar to each other, as m easured by FT IR. T he surface m orpho log ies of these hydrogels w ere qu ite d ifferen,t as observed by SEM. The equ ilibrium sw e lling rat ios o f the hydroge ls w ere m easured a t different temperatures and pH values. F urtherm ore, the desw elling k inetics o f the hydrogels w as also studied in d istilled w ater and strong acid m edia. The result ind icated that in com parison w ith ge ls prepared at 15 e and 25 e , the hydrogels prepared at 45 e and 55 e had follow ing im proved properties. ( 1) H igher sw e lling ratios. A t 25 e , the equ ilibr ium sw elling ratios of gels prepared at 15 e and 25 e w ere 6513 and 6813, whereas those o f ge ls prepared at 45 e and 55 e w ere as high as 10517 and 11011 respectively. ( 2) G els prepared at 45 e and 55 e still exhibited fast desw e lling behav io rs even at ex trem e cond it ions, for exam ple, at 60 e in pH 1167 buffers,
摘要: 在 5种不同温度下聚合交联, 制备了一系列温度和 pH 双重敏感性聚 (N -异丙基丙烯酰胺-co-衣康酸 )水凝胶。实验发现, 15、25 e 得到的凝胶是透明的, 45、55 e 得到的凝胶是白色不透明的, 而在相转变温度附近 ( 35 e )得到的凝胶则是半透明的。 FT IR 测定表明, 它们具有相似的化学组成和结构。 SEM 观察证实, 它们具有不同的表面形态。测定了不同温度和 pH 下达到平衡时水凝胶的溶胀比, 考察了水凝胶在水和强酸性溶液中的去溶胀动力学。结果表明, 与 15 e 或 25 e 制备的水凝胶相比, 45 e 和 55 e 制备的水凝胶的性能有显著提高: ( 1)溶胀比大为增加。 15 e 或 25 e 制备的水凝胶在 25 e 时溶胀比分别为 6513和 6811, 而 45 e 和 55 e 制备的水凝胶此时溶胀比分别高达 10517和 11011; ( 2) 45 e 和 55 e 制备的水凝胶在极端环境下对温度的变化仍具有较快的响应速率。例如在温度为 60 e , pH = 11 67的强酸条件下, 45 e 和 55 e 制备的水凝胶在 60 m in内皆可失去 95% 的水, 而 15 e 或 25 e 制备的水凝胶在 120 m in内只能失去 42% 左右的水。关键词: N-异丙基丙烯酰胺; 衣康酸; 水凝胶; 温度敏感性; pH 敏感性; 功能材料中图分类号: TQ 326. 4 文献标识码: A 文章编号: 1003- 5214( 2008) 06- 0545- 06
表 1 P( N IPA- co- IA )水凝胶的投料组成 T able 1 Feed com position fo r P ( N IPA- co- IA ) hydroge ls
RUN Samp le 1. G15
2. G25 3. G35 4. G45 5. G55
H N IPA IA
/e
第 25卷第 6期 2 0 0 8年 6月
精细化工
FINE CH EM ICAL S
V o.l 25, N o. 6 June 2 0 0 8
功能材料
温度和 pH 双重敏感性水凝胶的制备及表征*
凌有道 1, 2, 吕满庚1*
( 中国科学院广州化学研究所, 广东广州 510650; 2. 中国科学院研究生院, 北京 100039)
智能水凝胶是一类能对外界刺激产生敏感响应的新型功能材料。而典型的外界刺激包括温度、pH、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等 [ 1 ]。对上述两种或更多刺激都能够作出响应的材料往往被称为双 (多 )重敏感性水凝胶。其中, 温度和 pH 双重敏感性水凝胶最为重要, 因为温度和 pH 不但易于控制, 而且是人体和生物系统中两个很重要的生理参数。在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人工肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、药物载体、组织工程等方面, 温度和 pH 双重敏感性水凝胶都具有很好的应用前景 [ 2 ], 因而日益成为当前研究热点。