温度和pH双重敏感新型水凝胶的制备与性能-中山大学化学学院

结果显 示 ： 随着 ＮＩＡＡｍ 组成 配 比 的增加 ， Ｐ Ａｍ Ｐ ＮＩＡ 配 比为 ８ ％的凝 胶在 ２ ℃ 的缓 冲溶 液 中 的 ｐ ５ ５ Ｈ敏感
能 ，单 体浓度 、交联 剂 用 量 、引发剂 用量 和 反应温 度 对凝 胶 的溶 胀 度均 有 较 大影 响 。Ｌ ｅ 【】 用聚 ｅ 等 Ｈ采
化 。由于 智能 型水 凝胶 的这 种 独特 响应 性 ，其 在药
物 控制释 放 、传 感 器 、 记忆 元件 丌关 、组 织工程 等 方 面具有 很好 的应 用前 景 。随着对 高 分了材 料 功能 Ｎ 异 丙基 丙烯 酰胺 （ Ｐ 一 ＮＩＡ）是 一种常见 的温敏
要 求的 日益提 高 ，单 一智 能 型高分 子 材料 已 能满
性 单体 ，现 在常 用 的方法 就是将 一些 亲水性 的酸性
或 碱性 单体 如丙 烯酸 、丙烯 酰胺 、Ｎ． 甲基 丙烯酰 羟
胺 与 Ｎ． 丙基 丙 烯 酰 胺共 聚从 而 形成 同时具 有温 异
度 敏感 和 ｐ 敏感 的双 响应水 凝胶 ，为不 同给药途 Ｈ 径 和 目的提 供 了更 多的选 择 。 Ｈ ｆ ｎ０ 丙 烯 酸 引 入 具 有温 敏 性 的 Ｐ Ｐ ｏｆ ［把 ｍａ ］ ＮＩＡ 凝 胶 中 ，通 过 辐射 合 成 Ｐ （ Ｐ ＯＡ Ｃ） ＮＩＡ Ｃ — Ａ ，兼 具 ｐ 和温 敏 性 ，把 对 胃有刺 激 作 用 的吲哚 美辛 药包 Ｈ
的 Ｎ， 二 甲基 氨基 丙 基 甲基 丙 烯酰胺 为单 体 ， Ｎ一 以摩
尔 比 ９／ 比例 共 聚 ，形 成 的聚合 物 在 ｐ 为 ７４ ７３的 Ｈ ．
且 温度 为 ３ ℃时发 生相 变 ，含 水量变 化很 大 ， 岛 ７ 胰 素 在其 中 的释 放 发生 明显 改变 。殷 以华 等【】 了 】合成 ０ Ｎ 异 丙基 丙烯 酰胺 （ Ｐ Ａｍ） 甲基 丙烯酸 （ Ａ） ＮＩＡ 、 ＭＡ 与 ４４二 甲基 丙 烯 酰胺 基 偶氮 （ ， ． ＤＭＡ ＡＢ）交联共

应 用 化 学
Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＨＩ Ｓ ＯＵＲＮ Ｐ Ｉ Ｄ ＡＬ ＯＦ ＡＰ Ｌ Ｅ ＣＨＥＭＩＴＲＹ Ｓ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ １ １２ ． ０ ０ｃ Ｌ２０ ０８
可 酶 降解 的 温 度 及 ｐ 敏 感 水 凝 胶 的 制 备及 Ｈ 对 牛 血 清 白 蛋 白 的 吸 附 和 释 放
和其共 聚物 组 成 的 ｐ Ｈ及温 度敏 感水 凝胶 在 药物 的控 制 释 放方 面 已引起 了人 们 高度 重 视 。这 些 凝 胶 ６ ］ 能在 胃肠道 环境 下对 蛋 白质 药 物提供 保 护作用 ， 且利 用对 温 度 的相转 变来 控 制释 放药 物 ， 并 然而 这些 凝
胶在结肠环境下一般不降解。 ｉ 等＂ 曾合成了一些偶氮化合物交联的 ｐ Ｙｎ ¨ Ｈ敏感可降解凝胶用于结
６ 一Ｃ ３ ， ． ２，． ３ ｄ ４ 一Ｃ Ｃ Ｃ ２ ，． ４（ ， Ｈ， Ｎ 一 ） ７ ７ Ｈ， Ｈ ） ５ ５ ５ ８ （ ， Ｈ， Ｈ３ — Ｈ ） ７ ６ ｓ ２ 一 Ｈ ，． ２～７ ７ ， ． １～７ ８ ｍ， ．５ ７ ８ ．４（
８ Ａ Ｈ） 将 硅 胶管 （ ＝５ｍ 夹 在 ２块玻 璃板 （３ｍｍ×１ ｍ ×２ｍｍ） 间 （ 璃 板 内侧 涂 有硅 Ｈ，— 。 ｍ） １ ３ｍ 之 玻 油 ） 四周用 铁 夹 固定好 ， 用 。分别 取 共 聚单体 ＮＰ ｍ、 Ａ、ＭＡ Ｂ和 引发 剂偶 氮二 异 丁腈 （ ＩＮ） ， 待 ＩＡ Ａ Ｂ Ａ ＡＢ 溶
李 胜 方 黄 卫 东 刘 先 利 邓 祥 义
黄 石 ４ ５０ ） ３ ０ ３
（ 石 理 工 学 院化 学 与 材 料 工 程 学 院 黄
摘
要
以４， 甲基丙烯酰氨基偶 氮苯 （ ＭＡ Ｂ） ４． 二 Ｂ Ａ 为偶氮 交联剂 ， 备 了可酶 降解 的 Ⅳ 异丙基 丙烯 酰胺 制 －

还原和温度双重敏感P(NIPAM-AA)纳米凝胶的合成及载药性能詹园;何培新;孙争光;易盼盼;张伟丽;张玉红;李玉林【摘要】以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AA)为单体,N,N'-双丙烯酰胱胺(BAC)为交联剂,采用自由基沉淀聚合方法制备了一系列温度和还原敏感聚N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸(PNA)纳米凝胶.利用红外光谱、拉曼光谱、动态光散射、紫外-可见光谱和扫描电子显微镜等方法表征了纳米凝胶的结构、粒径、Zeta电位和形貌等,研究了PNA纳米凝胶对阿霉素盐酸盐(DOX)的负载和释放行为.结果表明,BAC的浓度对PNA纳米凝胶的温敏性和还原敏感性及载药率和药物缓释性能有较大影响.当BAC的浓度为0.32和1.6mmol/L时,PNA纳米凝胶具有很好的载药率,但BAC的浓度为0.32 mmol/L时,纳米凝胶交联密度较低,低温时DOX也能轻易扩散出来,释放4h时,25和37℃的释放率分别为56％和58％,温度控制释放不明显.当BAC的浓度为1.6 mmol/L时,释放4h时,25和37℃及模拟细胞还原微环境下[37℃,二硫苏糖醇(DTT)浓度为4 mmol/L]的释放率分别为56％,61％和77％,可见PNA纳米凝胶有一定的温度和还原敏感性,能很好地控制药物释放,适合作为药物载体.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2015(036)012【总页数】6页(P2563-2568)【关键词】N,N'-双丙烯酰胱胺;自由基沉淀聚合;还原敏感;纳米凝胶【作者】詹园;何培新;孙争光;易盼盼;张伟丽;张玉红;李玉林【作者单位】有机化工新材料湖北省协同创新中心,有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062;华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】O631联系人简介: 张玉红, 女, 博士, 教授, 主要从事功能高分子的制备与表征研究. E-mail:********************.cn李玉林, 男, 博士, 副教授, 主要从事生物医用智能水凝胶及生物活性材料的骨修复研究.E-mail:*****************.cn癌症是对人类威胁最大的疾病之一. 在传统的癌症治疗中, 小分子抗癌药物由于具有缺乏专一选择性、长期使用存在药抗及毒副作用严重等缺点而受到极大限制[1]. 因此, 研究者在癌症治疗中开始寻求载体(如胶束[2,3], 胶囊[4] 和纳米凝胶[5]) 进行药物的靶向输送和控制释放, 实现增溶、增效和减毒. 由于纳米凝胶内部网络结构不仅尺寸可调, 承载能力高, 而且稳定性好和环境刺激响应性(如pH值、离子强度、氧化还原性、光照和温度)快, 因此在生物医学特别是药物控释方面有着重大的潜在应用价值[6~8].谷胱甘肽(GSH)在细胞内、外的含量差别可达100~1000倍, 而且在肿瘤组织细胞微环境中GSH浓度为正常组织的4倍多[9,10]. 利用这些差别, 还原响应型纳米微球逐渐成为药物载体领域研究的热点之一[11]. 研究发现, 具有热敏性的纳米微球可通过对肿瘤部位的局部加热实现药物靶向释放, 从而增强药物的抗肿瘤靶向性, 同时降低其对正常组织的毒副作用[12]. 其中, 通过自由基聚合, N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)可在甲叉双丙烯酰胺(MBA)交联剂作用下形成热敏性PNIPAM纳米水凝胶, 实现了对阿霉素(DOX)的响应性释放[12]. 但PNIPAM纳米水凝胶的非降解性限制了其在生物医药领域的进一步应用.本文以N-异丙基丙烯酰胺为主单体、丙烯酸(AA)为共聚单体, 含二硫键的N,N′-双丙烯酰胱胺(BAC)为交联剂, 采用自由基沉淀聚合法合成具有温度和还原响应性的P(NIPAM-AA)(PNA)纳米凝胶, 并探讨了BAC交联剂浓度对纳米凝胶的粒径和Zeta电位的影响, 研究了PNA纳米凝胶对DOX载药率和药物释放行为的影响. N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM, 纯度>98%), 东京化工有限公司; 丙烯酸(AA, 化学纯, 减压蒸馏)、十二烷基磺酸钠(SDS, 化学纯, 纯度≥86%)、过硫酸钾(KPS, 重结晶处理)和二硫苏糖醇(DTT, 纯度98%), 国药集团化学试剂有限公司; 阿霉素盐酸盐(DOX, 纯度98%), 淄博远洋国际贸易有限公司. N,N′-双丙烯酰胱胺(BAC, 纯度98%), Sigma公司; 其它试剂均为分析纯.Spectrum one型傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪, 美国 Perkin-Elmer 公司, KBr 压片, 测试波数范围为 500~4000 cm -1; Invia 型拉曼光谱仪, 法国 Renishaw 公司, He-Ne激光器, 785 nm 激光为光源, 激发功率为 5%, 扫描时间 10 s, 扫描范围350~2500 cm -1; ZS90型激光粒度分析仪, 英国Malvern公司, 将样品溶解在超纯水中(0.5 mg/mL), 超声10 min, 每个样品重复测试3次取平均值; JSM6510LV 型扫描电子显微镜(SEM), 日本电子公司, 将分散好的悬浮液(0.5 mg/mL) 滴在铝箔纸上, 室温干燥, 测试前喷金处理; Lambda 35 CA型紫外-可见光谱(UV-Vis)仪, 美国Perkin-Elmer 公司.参照文献[13]方法, 采用自由基沉淀聚合方法合成不同交联密度的PNA纳米凝胶. 将3.23 mmol NIPAM和一定量的BAC(BAC用量分别为0.16, 0.32, 0.64, 0.80和1.6 mmol/L) 溶于50 mL水中, 同时向溶液中通入N2气. 然后向混合溶液中加入0.358 mmol AA和0.039 mmol SDS. 水浴加热到70 ℃, 通N2气1 h, 加入0.1 mmol KPS(最终溶液浓度: NIPAM为64.6 mmol/L, AA为7.16 mmol/L, SDS为0.78 mmol/L, KPS为2 mmol/L), 在N2气氛中, 于70 ℃搅拌反应7 h. 所得乳液在室温下透析3 d(MWCO: 8000~14000), 得到PNA纳米凝胶, 分别标记为PNA-0.16, PNA-0.32, PNA-0.64, PNA-0.80和PNA-1.60[数字代表所用BAC交联剂的最终浓度(mmol/L)]. 制备过程见Scheme 1.将50 mg PNA纳米凝胶溶于5 mL超纯水中, 加入1 mL 2 mg/mL的DOX水溶液. 在避光下磁力搅拌过夜, 使DOX通过静电作用充分扩散到PNA纳米凝胶中. 将上述混合液放入透析袋中透析48 h, 除去未被包裹的DOX, 收集透析袋外面的溶液, 用紫外-可见光谱间接确定DOX的包裹率. 将透析袋里面的样品冷冻干燥得到PNA/DOX, 确定DOX的载药率(Encapsulation efficiency), 计算公式如下: DOX在 25和37 ℃时的体外释放通过透析法测定. 将2 mg PNA/DOX纳米凝胶分散在1 mL PBS溶液中并转移到的透析袋中, 再将透析袋放入5 mL PBS溶液(pH=7.4, 含有4 mmol/L DTT或不含DTT, 温度为25或37 ℃)中, 以一定的时间间隔从释放体系中取出4 mL溶液进行紫外-可见分光光度法分析, 并补充0.5 mL 新鲜PBS溶液. DOX的累积释放量(Cr) 与时间的关系方程为图1给出PNA/DOX 纳米凝胶、PNA纳米凝胶、DOX及 DOX 和 PNA 凝胶粉末物理混合物的红外光谱图. 从图1可以看出, 当PNA纳米凝胶包裹DOX后, N-异丙基丙烯酰胺的CO和N—H键的吸收峰分别从1646和1549 cm-1红移到了1638和1544 cm-1, 表明DOX和PNA纳米凝胶之间形成了氢键. PNA/DOX纳米凝胶中1730 cm-1处的吸收峰表明DOX包裹在PNA纳米凝胶上(图1谱线a). PNA中的N—H峰在3307 cm-1处(图1谱线b), 当PNA负载DOX后, N—H峰蓝移到3429 cm-1(图1谱线a). 作为对照, 考察PNA纳米凝胶和DOX的物理共混体系(图1谱线d), 可以看出, 在1646和1549 cm-1处出现PNA的N-异丙基丙烯酰胺的CO和N—H键的吸收峰, 在1730 cm-1处出现DOX的吸收峰, PNA和DOX的吸收峰相互不影响, 表明简单的物理共混物未能实现PNA纳米凝胶对DOX的有效包裹[14].由于S—S键的红外吸收峰很难观察到, 利用拉曼光谱法进一步探索PNA的化学结构. 图2谱线a和b分别为纯BAC及PNA 纳米凝胶的拉曼光谱图. 从图2谱线b 可以看出, PNA 纳米凝胶在512 cm-1处存在S—S键的伸缩振动吸收峰[15,16], 说明BAC确实交联了N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸的聚合物, 但由于PNA凝胶中含有的S—S较少, 相对于BAC的拉曼光谱(图2谱线b), 其吸收峰强度较弱.一般认为, DOX包载到纳米凝胶中是通过两者之间的静电相互作用, 而粒径和Zeta 电位是影响PNA纳米凝胶载药率的关键因素, 因此研究了BAC的浓度对流体动力学尺寸、Zeta电位和药物包载率性能的影响. 由图3(A)可见, 交联剂BAC的浓度从0.16提高到1.6 mmol/L, 纳米凝胶都有很好的温度敏感. 交联剂较少时, 敏感性较好, 当交联剂达到一定值时, 敏感性基本不变. 这可能是因为低温时纳米凝胶处于充分的溶胀状态, 交联剂较少时, 交联密度低, 网络结构松散, 粒径较大. 随着BAC浓度的增加, 交联密度增大, 网络结构紧密, 粒径较小, 但温度为37 ℃时, 凝胶处于收缩状态, 交联密度对粒径的影响不大, 所以粒径变化不大. 从图3(B)可以看出, 随着BAC浓度从0.16 mmol/L到1.6 mmol/L, 纳米凝胶的Zeta电位从(-4.7±0.47) mV减小到(-17±0.55) mV, 这是因为随着交联密度的增大, 纳米凝胶的体积变小, 比表面积变大, 亲水基团(—COOH)在凝胶外层排布更紧密, Zeta电位随之变强. 选择热敏性好(PNA-0.32) 和Zeta电位最强(PNA-1.6)的2个体系研究了纳米凝胶的药物包载行为. 根据式(1) 可计算出, PNA-1.6 和PNA-0.32的载药率分别是64.9%和53.5%, 说明交联密度增大(粒径减小) 和Zeta电位降低有利于体系对阳离子DOX药物的装载.利用SEM可以直接观察PNA-1.6和PNA/DOX-1.6 纳米凝胶的形态. PNA 纳米凝胶包载药物DOX前后的SEM照片见图4. 可以看出, PNA和PNA/DOX 纳米凝胶都呈现单分散的纳米颗粒, 其粒径在160~180 nm之间, 与DLS测定的尺寸(约200 nm, 25 ℃时) 相比偏小, 这是因为DLS表征的是溶液状态的PNA和PNA/DOX的尺寸, 在水溶液中, 凝胶吸水膨胀, 而SEM照片反映的是材料干燥状态下的形貌. 利用SmileView(JEOL日本电子)软件分析比较PNA复合DOX前后的SEM照片, 发现PNA/DOX纳米凝胶的尺寸比PNA稍大[分别为(167±13) nm, (160 ±16) nm], 这可能是因为DOX占据了PNA空腔所致.纳米凝胶在25和37 ℃下的体外释放行为如图5所示. 由图5(A)可以看出,PNA/DOX-0.32具有很好的缓释效果, 但对DOX体外释放的温敏效应不明显, 25和37 ℃释放率差别不大. 这可能是因为BAC浓度为0.32 mmol/L时, 纳米凝胶交联密度低, 网络松散, 25 ℃时药物也能够轻易扩散出来, 所以PNA/DOX-0.32不适合做温敏性载体来研究温度控制药物释放. 当BAC浓度增大至1.6 mmol/L时, DOX释放的温敏效应明显增加. 在模拟细胞内的还原环境下[PBS(pH=7.4)的缓冲溶液含有4 mmol/L DTT]探索了PNA/DOX-1.6的释放, 可以看出, 释放9 h后,还原环境中累计释放达到(81±13)%, 而非还原环境中累计释放只有(63±2)% [图5(B)]. PNA/DOX-1.6显示的氧化还原敏感性非常重要, 当PNA/DOX-1.6细胞内化后, 可以导致很高的药物释放值.通过自由基沉淀聚合方法制备PNA纳米凝胶及PNA/DOX纳米凝胶的过程如Scheme 1所示. 首先, 将NIPAM和BAC水溶液与AA水溶液在SDS作为表面活性剂存在下混合. 在N2气保护下升温到70 ℃, 加入KPS引发聚合. 透析纯化和冷冻干燥后, 得到PNA纳米凝胶. PNIPAM的特殊性质赋予了纳米凝胶温敏性, 在PNIPAM中引入AA以调节对阳离子药物的静电作用, 二硫键交联剂(BAC) 的引入赋予纳米凝胶还原敏感性, 表面活性剂(SDS) 的存在有利于制备单分散性纳米颗粒. DOX加载到PNA纳米凝胶是通过两者之间的静电相互作用结合的. 加热时, PNA 链收缩, PNA/DOX纳米凝胶体积变小, DOX被挤出, 导致DOX加速释放.PNA/DOX纳米凝胶置于模拟细胞内的还原环境中时, S—S 键被含有—SH的化合物(DTT)还原成—SH而打断, 球形结构的完整性被破坏, 导致DOX加速释放.通过自由基沉淀聚合方法, 以N-异丙基丙烯酰胺为主单体, 丙烯酸为共聚单体和含二硫键的交联剂N,N′-双丙烯酰胱胺为交联剂, 制备了不同交联密度PNA纳米凝胶. 所制备的PNA-1.6纳米凝胶具有较好的单分散性和较高的载药率. 体外释放结果表明, 升高温度使PNA链收缩挤压和加入还原剂二硫苏糖醇(DTT) 使BAC中二硫键被还原致使纳米凝胶坍塌, 加速DOX的释放. 该温度和氧化还原双重响应性纳米凝胶作为药物载体有相当好的生物医学应用前景.† Supported by the National Nature Science Foundation ofChina(No.51203047), the Key Laboratory for the Synthesis and Application of Organic Functional Molecules, Ministry of Education, China(No.2014-KL-004), the Shanghai Municipal Natural Science Foundation,China(No.15ZR1408500) and 111 Project, China(No.B14018).【相关文献】[1] Hu X. L., Xie Z. G., Huang Y. B., Jing X. B., Acta Polymerica Sinica, 2013, (6), 733—749(胡秀丽, 谢志刚, 黄宇彬, 景遐斌. 高分子学报, 2013, (6), 733—749)[2] Ma G. L., Zhao S. X., Jin X., Chen M. M., Zhang Z. P., Song C. X., Chem. J. 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pH敏感性凝胶的作用原理,制备及应用领域李一凡;徐永新;刘捷【摘要】Intelligent hydrogels are sensitive to the external stimulus such as temperature, pH, ionic strength, electric field, light.PH— Sensitive Hydrogels play an important role among the intelligent hydrogels. In this review, reaction principles and preparation and application of PH—Sensitive Hydrogels is introduced, as well as the potential development of it.%智能凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的凝胶,如温度,pH,离子强度,电场,光等.而pH敏感性凝胶目前在智能水凝胶中占有重要的位置.本文介绍了pH敏感性凝胶的作用原理,制备方法及主要的应用领域,并对pH敏感性凝胶的未来发展展望.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(031)025【总页数】3页(P13-15)【关键词】PH敏感性;机理;制备;应用【作者】李一凡;徐永新;刘捷【作者单位】郑州大学材料科学与工程学院,郑州450001;郑州大学材料科学与工程学院,郑州450001;郑州大学材料科学与工程学院,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TB30 引言智能水凝胶是由高分子溶解到水中后，经过适度的交联而形成的网状结构。

这种亲水性高分子网络结构可以吸水溶胀，保持一定的结构，而不溶于水[1]。

智能凝胶可以对外界环境的物理化学刺激（例如温度，pH，电场强度，光，葡萄糖等）做出自身的响应，表现为自身体积的溶胀和收缩变化。

pH敏感型水凝胶的制备及其释药性能研究pH敏感型水凝胶的制备及其释药性能研究随着人们对生活质量追求的提高和对健康关注的增加，药物的新型给药系统也得到了广泛的关注。

作为一种具有优异性能和应用前景的控释系统，pH敏感型水凝胶越来越受到研究者的关注。

本文将介绍pH敏感型水凝胶的制备方法和其释药性能研究的最新进展。

一、pH敏感型水凝胶的制备方法1. 化学交联法化学交联法是一种常用的制备pH敏感型水凝胶的方法。

通常采用交联剂将单体交联形成三维网络结构，从而制备胶体。

常用的交联剂有：双乙烯醇二醛（DVS）、己二酸二酐（GA）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）等。

其中，DVS是一种常用的交联剂，能够与羟基反应形成化学键，固化胶体结构。

2. 物理交联法物理交联法是一种简单、环境友好的制备pH敏感型水凝胶的方法。

常见的物理交联方法有：冷冻-解冻法、凝胶-溶胀法和自组装法等。

其中，冷冻-解冻法是一种常用的方法，通过在低温下使水凝胶物质冻结形成冰晶，然后解冻得到凝胶。

二、pH敏感型水凝胶的释药性能研究pH敏感型水凝胶的最大特点是对于pH值的响应性。

在不同的pH环境下，水凝胶的结构和性质都会发生变化，从而影响药物的释放。

因此，研究pH敏感型水凝胶的释药性能对于制备高效的药物给药系统具有重要意义。

1. pH响应性pH敏感型水凝胶通常具有一定范围的响应pH值。

当环境pH值超过这个范围时，水凝胶的结构会发生变化，导致药物的释放。

通过控制胶体中交联键的断裂，可以实现药物的可控释放。

研究者通过调整不同单体的比例，可以改变pH响应范围，从而实现对不同药物的适应性。

2. 药物稳定性pH敏感型水凝胶对于药物的稳定性有着重要的影响。

在不同的pH环境下，药物的性质可能会发生变化，甚至降解。

因此，选择适合的pH敏感型水凝胶材料对于维持药物的稳定性至关重要。

3. 控释性能pH敏感型水凝胶的最大优势是其可控释放性能。

通过调整水凝胶的交联密度、交联键的强度和断裂机制等，可以实现对药物释放的精确控制。

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。

黑龙 江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ； ２大 连海洋 大 学 海 洋 环境 工程 学 院 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ； ３大 庆油 田有 限责任公 司第 九 采油 厂 ， 黑 龙 江 大庆 １ ６ ３ ８ ５ ３ ）
Ｓ ＨＵ Ｊ ｉ ｎ ｇ 。 ＦＥＮＧ Ｘｉ ａ ｏ — ｈ ｕ ｉ ， ＺＨ ＥＮＧ Ｌｉ — ｎ ａ ， Ｓ ＡＮＧ Ｘｉ — ｑ ｉ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｄａ ｎ － ｄ ａ ｎ 。 （ １ Ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ｋｅ ｖ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｏｉ ｌ＆ Ｇａ ｓ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ
摘 要 ：以戊 二 醛 为 交 联 剂 ， 硝酸铈铵为引发剂 ， 在壳聚糖（ Ｃ Ｓ ） ／ 聚 乙烯 基 吡 咯烷 酮 （ Ｐ Ｖ Ｐ ） 二元凝胶 的基础上 ， 通 过 引 入 聚 乙烯 醇 （ Ｐ ｖ Ａ） ， 制 备 了具 有 温 度 和 ｐ Ｈ 双重敏 感性 的 Ｃ Ｓ基 三 元 智 能 水 凝 胶 。 结 果 表 明 ， Ｐ ＶＡ 的 引 入 可 显 著 提 高 ｃ ｓ在 体 系 中 的用 量 ， 增 加 凝 胶 的温 度 敏 感 级 数 ， 增 强 敏 感 度 。在 Ｐ ＶＡ 用 量 为 ６ ． ２ ５ （ 相对 于 Ｐ ＶＰ 的质 量 分 数 ， 下 同） ， ０ ． ４ 交联剂 ， ５ ． １ 引发剂 ， ８ ０ ￣ Ｃ下 反 应 ６ ｈ的条 件 下 ， 可获得最大溶胀率约 为 １ ５ ０ ０ ￣ 的 三 元 凝 胶 。Ｃ Ｓ基 三 元 凝 胶 在 实 验 考 察 的 温 度 范 围 内具 有 四级 温 度 敏 感 性 ， 且在 ３ ５ ￣ Ｃ附 近 有 一 显 著 敏 感 点 ； 对不 同的 ｐ Ｈ 值具 有较好 的敏感性 ， 敏 感 突 变 点 在

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。

p(N-MAM-co-DMAA)智能水凝胶的制备及其药物缓释作用杨性坤;李超;马雪梅【摘要】以N-羟甲基丙烯酰胺(N-MAM),N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)为聚合单体,过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过自由基水溶液聚合法制备了p(N-MAM-co-DMAA)智能水凝胶.研究了凝胶对温度、pH值、离子浓度敏感性能和对核黄素药物的缓释性能.实验表明,凝胶的溶胀度随温度升高和盐浓度增加而逐渐降低,随溶液pH值的增大先增大后逐渐减小,在中性、酸性和碱性环境中的核黄素累积释放量分别是68％,51％和42％.【期刊名称】《合成树脂及塑料》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】4页(P53-56)【关键词】智能水凝胶;N-羟甲基丙烯酰胺;N,N-二甲基丙烯酰胺;温度敏感性;pH 敏感性;核黄素;药物缓释【作者】杨性坤;李超;马雪梅【作者单位】信阳师范学院化学化工学院,河南省信阳市464000;信阳师范学院化学化工学院,河南省信阳市464000;信阳师范学院化学化工学院,河南省信阳市464000【正文语种】中文【中图分类】TQ316.6药物运载系统（DDS）是一门新型药物释放系统，随着经典化学和现代生物科技而迅速发展起来，目前是国内外药剂学领域的一个重要研究课题［1-3］。

传统的给药系统（注射剂、胶囊剂、颗粒剂）具有药物释放快、疗效快等优点，但需多次频繁给药以提高血液药物有效浓度，具有一定的毒副作用。

而DDS系统则是将药物运载体通过包埋、吸附等手段与药物完美结合，运送到机体的病患部位，在特定的时间以恒定的浓度进行释药，来达到治疗疾病的目的。

与传统的给药系统相比，DDS具有能够提高局部药物浓度和药物利用率，延长局部药物停留时间，降低药物的全身毒副作用，提高治疗效果和病人的生活质量。

水凝胶表面对细胞的黏附性小，合成材料大部分无毒，具有一定的生物可降解性和生物相容性，因而水凝胶在药物缓释载体中备受青睐［9-10］。

智能高分子水凝胶专业年级姓名摘要：本文对近几年智能高分子水凝胶中的温度敏感性凝胶和高吸水性树脂的制备、性能特征及其用作了简要介绍，并对其发展前景作了展望。

关键词：智能水凝胶；温敏性；高吸水性树脂；保墒缓释肥料材料是推动人类文明和社会进步的物质基础，是现代高新科技发展的三大支柱之一，面向21世纪国民经济的高速发展，信息、生命、能源、交通、环境科学、高科技产业和国防建设对新型材料的要求比以往更为迫切。

研究与开发各种性能优越的新型材料、发展材料科学与工程科学是一项重要而迫切的战略任务。

材料的发展经历着结构材料→功能材料→智能材料→模糊材料的过程[1 ]。

智能化是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复[2 ] 。

该概念源于20世纪80年代末，高木俊宜[3]教授将信息科学融合于材料的物性和功能，提出了智能材料（Intelligent materials）概念，指出智能材料是指对环境具有可感知、可响应，并具有功能发现能力的新型材料。

此后R. E. Newnham[4]教授提出了灵巧材料（Smart materials）概念，也有人称机敏材料。

这种材料具有传感和执行功能。

20 世纪90 年代开始发展的智能材料在包含以往材料的物性和功能性两方面的基础上加入了信息学科的内容,能模糊地解决人和机器在精确性方面存在的极大差别,所以比功能材料更优越。

智能材料的分类方法有很多种。

根据材料的来源,智能材料包括智能金属材料、智能无机非金属材料以及智能高分子材料。

智能高分子材料的品种多,范围广,智能凝胶、智能膜、智能纤维和智能粘合剂等均属于智能高分子材料的范畴。

由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智能材料并组成系统,向生物体功能逼近,因此其研究和开发尤其受到关注。

智能水凝胶作为智能高分子材料的一个主要内容，近10多年来，其研究工作、尤其是与生命科学相关的智能高分子水凝胶的研究工作空前活跃。

RAFT一步法制备温度和pH双重响应的多孔智能水凝胶及其性能刘桂廷;杨云云;叶磊;闫付臻;徐伟;冉蓉【期刊名称】《高分子材料科学与工程》【年(卷),期】2012(28)12【摘要】通过可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)一步反应成功合成了温度和pH 双重敏感的聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)-co-丙烯酸梳形/多孔智能水凝胶。

采用扫描电镜(SEM)对水凝胶结构进行表征,结果表明,随着加入的致孔剂聚乙二醇(PEG)分子量越大、加入量越多,所得多孔水凝胶的孔径就越大、孔的数目就越多。

对水凝胶进行溶胀测试,结果表明,在RAFT试剂的调控下所得凝胶的结构更均匀,因此所得凝胶的溶胀性能较好;经PEG致孔后的水凝胶,其溶胀程度和响应速率相对于致孔前都有所提高;此外OEGMA侧链PEG的长度和交联剂中间链段的长度都对凝胶的溶胀性能有显著的影响。

【总页数】4页(P13-16)【关键词】可逆加成;断裂链转移聚合法;梳形;多孔水凝胶;温度和pH双敏感;聚乙二醇【作者】刘桂廷;杨云云;叶磊;闫付臻;徐伟;冉蓉【作者单位】高分子材料工程国家重点实验室,四川大学高分子科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB381【相关文献】1.温度和 pH 双重刺激响应型水凝胶的溶胀性能研究 [J], 陈洪事;张薇;吴道江;陈广辉;韦晓云;王毓2.PEG致孔快速响应pH/温度双重敏感性PNIPAM/SA水凝胶的制备与性能 [J], 李兆乾;林建明;吴季怀;黄妙良;陆遥遥;冷晴3.pH-温度双重敏感性水凝胶的制备及溶胀性能研究 [J], 娄婷婷; 崔璐娟; 于京; 李志英; 李强文4.聚丙烯酸/聚乳酸复合多孔pH响应水凝胶的制备及性能 [J], 陈培珍;刘瑞来5.温度和pH双重敏感型聚氨酯水凝胶的制备及性能 [J], 周虎;熊一帜;余斌;刘玄;焦银春;周杰;王东东;漆志凌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

可注射型温敏性水凝胶的制备及评价张丹参;庄忠宝;宋晓敏;赵凯燕;苏晓梅;张海威【摘要】采用离子交联法制备壳聚糖/β-甘油磷酸钠温度敏感性水凝胶,通过正交实验筛选出最优处方.通过研究氯化钠浓度对凝胶时间的影响、凝胶稳定性及降解性实验评价温敏性水凝胶的性能.结果表明,温度敏感性水凝胶最佳制备工艺为:壳聚糖浓度2％、β-甘油磷酸钠浓度40％、HCl浓度0.1 mol/mL、壳聚糖溶液与β-甘油磷酸钠溶液体积比5:1.随着加入的氯化钠浓度增加会延长凝胶时间;该水凝胶在37℃保存72 h后发生变质现象,在-20℃下可长期保存.降解性实验表明其具有良好的生物相容性,具有潜在的应用价值.%To prepare an injectable chitosan/β-sodium glycerophosphate temperature-sensitive hydrogel by ionic gelation method.The formulation was optimized by orthogonal experiment with gel time as indexes.The properties of temperature-sensitive hydrogel were studied by investigating the experiments of the effect of gel time of hydrogel with different concentration of NaCl and hydrogel' s stabilities and degradation.The results suggested 2％chitosan concentration,β-sodium glycerophosphate concentration 40％,0.1 mol/mL HCl concentration,and the volume ratio of chitosan solution to sodium glycerophosphate solution of 5∶1 was chosen as the optimal formulation to prepare the hydrogel.With increasing of NaCl concentration solution added into hydrogel solution,the gel time was increased.The hydrogel was placed in 37 ℃ condition with 72 h became deteriorated,while the hydrogel still stable in-20 ℃.The degradation experiment of hydrogel indicated good compatible properties and had substantial application.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2017(046)010【总页数】4页(P1946-1948,1954)【关键词】壳聚糖;β-甘油磷酸钠;温度敏感性水凝胶【作者】张丹参;庄忠宝;宋晓敏;赵凯燕;苏晓梅;张海威【作者单位】河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄 050018;河北北方学院药学系,河北张家口075000;河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄 050018;河北北方学院药学系,河北张家口075000【正文语种】中文【中图分类】TQ317温度敏感性水凝胶是智能水凝胶家族中的重要成员，在医药领域中具有潜在的应用价值[1]。

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。

ｂ ｙ Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ． Ｂｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ’ Ｓ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ Ｏ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ（ ２ ５ ｏ Ｃ） ｗｅ ｒ ｅ ａ ｌ Ｓ Ｏ
ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｐ ｏ ｌ ｙ ｏｘ ｙ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｌ ａ ｕ ｒ ｙ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ； ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ； ＦＴＩ Ｒ； ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ
月桂醇 聚氧 乙烯 醚是一 种典 型的非 离子 表面 活性 剂 ，
实 验仪 器厂 。
属于脂肪醇聚氧乙烯醚， 具有浊点的特性， 在加热条件下， 可由清晰变浑浊， 溶解度降低。 利用这一特性 ， 可制备温敏 性的水凝胶。 本文主要讨论了月桂醇聚氧乙烯醚／ 丙烯酸共
聚酯 、 丙烯 酸与丙烯酸 丁酯共聚 水凝 胶的合成 及性 质。
１ ． ３ 水凝胶的合成方 法
在装 有搅拌 器 的２ ５ ０ ｍＬ Ｚ颈 烧瓶 中加 入计 量好 的月桂
醇聚氧乙烯醚 （ 聚合度分别为 ３ 、 ４ 、 ７ 、 ９ ） 与丙烯酸 ， 依次加
入一定 量 的对 苯二 酚、 对 甲苯 磺 酸 ， 搅 拌 均 匀， 密封三 颈 烧 瓶。 １ １ ０℃下， 采用醇 酸缩 合方 法合成ＭＯ Ａ ／ 丙烯 酸共聚 酯。
１ ． ４ 分 析测试
１ ． ４ ． １ 常温下凝胶溶胀率的测定 常温下， 将一定量的凝胶浸入特定浓度的Ｎ ａ Ｏ Ｈ 溶液 中， 定时取出凝胶， 用滤纸拭去表面吸附的水分后， 准确称 取湿凝胶的重量 （ Ｗ ） ， 浸泡前凝胶的重量记为 （ ｗ ） ， 按下 式计算水凝胶的溶胀比 （ Ｓ ） 。

１ 实 验部 分
１ １ 试剂 与仪器 ．
羧 甲基壳 聚糖 （ ＭＣ ） 质量 分数 为 ２ 的水 溶液 ， 度 １２ ５Ｐ ｓ 羧 化度 Ｉ８ ％ ， 乙 酰度 ≥ Ｃ Ｓ， ％ 粘 ６ ． ａ・ ， ＞０ 脱
收稿 日期 ： ０７０ －６ ２０ － ０ ． ８
基金项 目：国家 自然科学基金 （ 准号 ： ０ ７０ １ 和上海市科委基础研究重点项 目（ 批 ５ ４ ３６ ） 批准号 ： ５Ｃ ４ ６ ） ０Ｊ １０ ７ 资助． 联系人简介：尹静波 ， ， 女 博士 ， 教授 ，博士生导师 ，从事生物 医用高分子 、 聚乳酸改性与加工研究．Ｅ ｍ ｉ ｊｙｎ ｈ ．ｄ ．ｎ － ａｌ ｂｉ＠ｓｕ ｅｕｃ ： 陈学思 ， ， 士，研究 员 ， 男 博 博士生导师 ，从事医用高分子和生物 降解高分子研究．Ｅ ｍ ｉ ｘｃｅ＠ｃ ｃｊ （ — ａｌ ｓｈｎ ｉ ．１３ ： ａ ．１ １
殊 化学 信号 ） 有刺激 响应性 而备受 关注 ．其 中 ， 具 多糖／ 合成 高 分子共 混 水凝 胶 已成 为研究 热 点．羧 甲
基 壳聚糖 （ ＭＣ ） Ｃ Ｓ 是壳 聚糖 的一 种水溶 性衍 生 物 ， 有 良好 的生物 相 容性 和生 物 降解 性 ， 重复 结 构 具 其 单 元上含 有一 Ｎ ： Ｈ 和一 Ｃ ０ 是 一种两 性聚 电解质 ， ０ Ｈ， 可作 为药物 释放载 体 ， 近年 来受 到 国内外学者 的 重 视 ¨ ．如 Ｚ ａ ｈｏ等 用 辐射方 法制备 了 Ｐ Ｐ Ｃ Ｓ及 Ｐ Ａ Ｃ Ｓ共 混水凝胶 ， Ｖ ／ ＭＣ Ｖ ／ ＭＣ 并发 现其具 有 良好 的力 学性能 、 Ｈ 敏感性 和抗菌性 ，辐射剂 量和 Ｃ Ｓ 量对凝 胶 的各种性 能有一 定影 响 ，可用于 吸 附 ｐ ＭＣ 含

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 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