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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 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。
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。
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。
I1)认识R A FT'聚合原理和聚N -异丙基丙烯酞胺的性能特点。
2）把握R A FT 聚合制备聚N -异丙基丙烯酰胺的办法。
3）把握温敏性测试办法。
2．试验原理聚N -异丙基丙烯酰胺（PN I P AM ）是一种能够簇拥在水溶液中，对环境温度的变幻能够做出响应的温敏性高分子材料。
因为PN I P AM 具有亲水性的酞胺键和疏水性的异丙基，使得其具有低温亲水／高温疏水的特性—当温度低于其低临界溶解温度（LCST ）时，因为酰胺键与水分子之间形成氢键，使得聚合物溶于水；当温度高于LCST 时，氢键作用变弱，异丙基的疏水作用相对增加，疏水缔合作用占领主导，聚合物在水中产生沉淀。
对于线型的PN I P AM ，在水溶液中表现为温度依靠的浑浊和透亮 的可逆变幻；而交联型的PN I P AM 水凝胶则表现为室温溶胀，在相变点32℃附近不到1℃的窗口内，其体积收缩百倍。
除了水凝胶溶胀体积的可逆变幻外，PN I P AM 水凝胶的其他性质，如互相作用参数、模量、折光率、介电常数等也会在相变点附近发生突变，并且突变都具有温度可逆性。
可逆加成一断裂链转移自由基聚合（R A FT ）是1998年进展起来的一种可控活性自由基聚合办法，这种活性自由基聚合具有广泛的适用单体、很强的分子设计能力，被认为是目前最具工业化应用前景的一种活性自由基聚合办法。
所谓R A FT 聚合，就是在传统自由基聚合体系中加入一种R A FT 试剂作为链转移剂，通过增长自由基与链转移剂之间的可逆链转移反应，来控制聚合体系中增长自由基浓度，保持低的自由基浓度，达到活i 幽可控聚合的目的。
用于R A FT 聚合的链转移剂通常是一些有机含硫化合物（Z 一C(=S)S 一R)，如二硫代羧酸酯、三硫代碳酸酯、二硫代氨基甲酸酯、黄原酸酯等及其衍生物。
从反应机理来看，链转移剂（如双硫酯）分子结构中含有Z 基团和R 基团，Z 基团应是能够活化自由基对C=S 加成的基团，如芳基、烷基等；R 基团应当是活泼的自由基离去基团，断键后生成的R ’自由基能够有效地再引发聚合反应，如异丙苯基、苄基、腈基异丙基等。
温度敏感高分子凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺（Poly N-isopropylacrylamide，PNIPAAm）具有以下功能和特点：
1. 温度响应性：PNIPAAm凝胶在温度变化下呈现可逆的相变行为。
在低温下，PNIPAAm凝胶水合能力较高，保持水溶性状态。
而当温度超过其临界溶解温度（约32°C），PNIPAAm凝胶发生体积相变，由水溶性转变为水疏水性，形成凝胶结构。
2. 温度控制释放：由于PNIPAAm凝胶对温度的敏感性，可以通过调节温度来实现控制释放的功能。
当温度超过临界溶解温度时，PNIPAAm凝胶结构膨胀开放，释放所包含的药物或活性物质；而在低温下，PNIPAAm凝胶结构收缩闭合，实现药物的保持和控制释放。
3. 细胞培养和生物医学应用：PNIPAAm凝胶具有生物相容性和可降解性，可以提供良好的细胞附着和生长环境，用于细胞培养和组织工程等领域。
此外，PNIPAAm凝胶还可用于药物传递系统、人工人体器官、生物传感器等生物医学应用中。
4. 透明性和可调节性：PNIPAAm凝胶具有透明性，可以透过观察和光学测量等手段进行研究和监测。
此外，通过调节PNIPAAm凝胶的交联程度、粒径等参数，可以调节其凝胶性质和响应性能，实现不同需求下的功能优化。
需要注意的是，PNIPAAm凝胶的具体性能和应用还取决于其结构设计、交联方式、分子量等因素的影响。
因此，在具体应用中，需要根据实际需求进行合理设计和优化。
温敏性PNIPAAm水凝胶对布洛芬的控制释放田博士;刘少华【期刊名称】《化学研究与应用》【年(卷),期】2011(023)001【摘要】Thermo-sensitive poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) hydrogel was prepared by free-radical in water. With hydrophobic ibuprofen (IBU) as mode drug, the thermo-sensitive property of PNIPAAm and interaction with IBU were studied.The IBU release behavior was investigated in phosphate buffer solution (PBS, pH 7.4) at different temperatures (25 ℃ and 37 ℃). It was found that a lower critical solution temperature (LCST) of PNIPAAm aroun d 33 ℃ and interacted with IBU by intermolecular hydrogen bond. The IBU released slower at 37 ℃ (above LCST) than at 25 C (bellow LCST) in PBS. Therefore,the release of IBU from the thermo-sensitive PNIPAAm hydrogel could be controlled by changing the temperature around LCST.%采用自由基聚合法在水溶液中制备了温敏水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm),以非水溶性药物布洛芬(IBU)为模型药物分子,研究了该水凝胶的温敏性能及与药物IBU的相互作用,考察了不同温度下(25 ℃和37 ℃)IBU在磷酸盐缓冲溶液(PBS,pH=7.4)中的释放行为.研究结果表明:该水凝胶的最低临界溶解温度(LCST)约为33 ℃,并且与IBU存在分子间氢键作用;当温度(37 ℃ )高于凝胶的LCST时,IBU在pH=7.4 的PBS溶液中释放的较慢,5 h内仅释放了10%的药物;当温度(25 ℃)低于其LCST时,IBU释放的较快,5 h内释放了42%的药物.因此,PNIPAAm水凝胶对IBU的释放具有温度控制性能.【总页数】5页(P41-45)【作者】田博士;刘少华【作者单位】周口师范学院化学系,河南,周口,466000;周口师范学院化学系,河南,周口,466000【正文语种】中文【中图分类】O632.52【相关文献】1.温敏性PNIPAAm多孔水凝胶制备方法的研究进展 [J], 杨桔;霍丹群;侯长军2.温敏性PCL-PEG-PCL水凝胶的合成、表征及蛋白药物释放 [J], 苗博龙;马桂蕾;宋存先3.HPMC/PNIPAAm温度敏感性水凝胶的制备及其对5-氟尿嘧啶的控制释放 [J], 肖玉良;段桂运;李玉琴;夏成才;郑连英4.快速响应的温敏性PNIPAAm/粘土复合水凝胶的合成及性能研究 [J], 李珍;马敬红;梁伯润5.温敏性聚合物胶束应用于药物控制释放体系的研究进展 [J], 宋一凡;柴云;张普玉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
亲和温敏聚合物在双水相体系中的应用作者：李树白来源：《科技资讯》 2014年第36期李树白（常州工程职业技术学院江苏常州 213164）摘要：将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酸随机共聚合成了二元线型聚合物，使聚合物既具有温度敏感性能同时又提供了可与金属离子螯合反应的功能基团—羧基-COOH。
采用水作为聚合反应溶剂，氧化-还原体系（APS）为引发体系，TEMED作为加速剂，来合成聚合物PNIPAAm-co-AAm，得到合成聚合物PNIPAAm-co-AAm最佳化条件，考察了聚合物的得率以及水溶性速率；通过红外光谱物理性质研究；制备得到的温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm具有良好的物理化学性能。
关键词：亲和温敏聚合物 PNIPAAm-co-AAm 制备表征中图分类号：O631.5文献标识码：A文章编号：1672-3791(2014)12(c)-0000-00基金项目：常州市应用基础研究计划（CJ20120014）和江苏省高校“青蓝工程”资助1 前言聚-N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm），由于其大的分子侧链同时具有亲水性的酰胺基（-CONH-）和疏水性的异丙基（-CH(CH3)2），使线性PNIPAAm的水溶液具有温敏性。
智能温敏型高分子可在药物释放、固定化酶、物料分离、免疫分析等方面应用。
本文将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酸随机共聚合成了二元线型聚合物，采用自由基水溶液聚合法，考察了聚合物的得率以及水溶性；通过红外光谱研究其物理特性；制备了温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm。
2 实验方法2.1温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm的制备在100ml具塞磨口圆底烧瓶中，投入N-异丙基丙烯酰胺（1.0 g）和丙烯酸（100 μl）溶解在25 ml去离子水中，真空脱气10 min，滴加N，N，N’，N’-四甲基乙二胺（TEMED）（60 μl）作为氧化还原加速引发剂，并且滴加过硫酸铵溶液（10%，w/v，0.6 ml）引发聚合反应，通氮气15min，之后50℃恒温水浴中密闭反应2小时。
PNIPAM温敏性纳米杂化药物载体的制备与性能研究的开题报告一、研究背景与意义近年来，纳米药物逐渐成为制药业中的热点领域。
纳米材料具有较高比表面积，可以提高药物的稳定性和溶解度，降低毒性和副作用，同时可以通过纳米粒子表面的靶向修饰，实现精准制药，提高药物治疗效果和疗效持久性。
温敏性材料因具有灵敏的响应性，可控性，被广泛应用于制备药物载体，实现温度触发的药物释放。
本文研究的PNIPAM温敏性纳米杂化药物载体主要基于PNIPAM的温度响应性与纳米材料的特性，以此制备一种可望实现温敏控释的纳米药物载体，提高药物的生物利用度和治疗效果，为新药研发提供新的思路和方法，同时也对制备高效的药物载体具有重要的实用性和研究价值。
二、研究目的与内容本文旨在利用PNIPAM温敏性材料，结合纳米材料的优良特性，制备出一种新型、高效、可控的药物载体，并对其性能进行细致的表征和评价。
具体研究内容如下：1. 利用分散聚合法制备出温敏性PNIPAM纳米粒子，并对粒子形貌、粒径大小、温度响应性等进行表征；2. 利用这种温敏性纳米粒子与其它纳米材料（如金纳米粒子、石墨烯等）进行复合，制备出可实现温敏控释的纳米杂化药物载体，并对其结构和性质进行表征；3. 以模型药物为研究对象，测定药物在PNIPAM温敏性纳米杂化载体中的温度敏感性以及释药动力学特性，并比较载体与自由药物的释药效应；4. 进一步探究载体的稳定性、生物相容性和细胞毒性等相关问题，评估其在生物医学领域中的应用前景和潜在风险。
三、研究方法1. PNIPAM纳米粒子的制备：采用分散聚合法，通过调节反应条件和添加单体配比等，制备结晶良好、粒径分散、温敏性稳定的PNIPAM纳米粒子；2. 纳米杂化载体的制备：将PNIPAM纳米粒子与金纳米粒子或石墨烯等其它纳米材料进行复合，制备出温敏性纳米杂化药物载体；3. 载体性能评价：采用红外光谱、热重分析、粒径分析、等温滴定和荧光光谱等方法对纳米杂化载体进行结构和性质表征，同时采用离体释药实验和活细胞实验等方法，评估载体的温敏控释性能和生物学活性；4. 数据处理：通过统计分析和图像处理等方法对实验结果进行数据处理和分析。
N-异丙基丙稀酷胺(NIPAM)是温敏型凝胶PNIPAM的最主要的组成部分。
NIPAM单体分子式为C6H11N0,常温下为白色片状晶体,溶点为60℃分子量为113.18。
它含有不饱和C=C双键,在水溶液中可以打开进行自由基聚合从而得到高分子量的聚合物。
NIPAM及聚合物的结构式如图1所示。
图1 N-异丙基丙烯酰胺单体及其聚合物的结构式NIPAM单体聚合后得到聚N-异丙基丙稀醜胺(PNIPAM),聚合物大分子侧链上同时存在着亲水性的醜胺基和疏水性的异丙基两部分。
一般而言,在常温下,亲水基团与水分子之间由于强烈的氧键作用力,使PNIPAM分子链溶于水。
随着温度的升高,部分氢键作用力逐渐减弱,而PNIPAM 高分子链中的疏水作用力不断增强[4]。
当达到一定温度时,在疏水基团的相互作用下,高分子链互相聚集,发生体积相转变,并吸收热量;但当水溶液温度降低时,它又能够可逆地恢复到原来的状态而发生溶胀。
这一相变温度称为低临界溶解温度(Low Critical Solution Temperature,LCST),也称为低相变温度或池点温度。
PNIPAM不管以线型还是交联形式存在,都会在低临界溶解温度处体积收缩发生相转变,展现出温度敏感性能。
在LCST附近,PNIPAM凝胶的其他性质如折射率、介电常数、表面能等也会发生突变,同时也具有可逆性[5]。
1.2.2 PNIPAM类温敏性高分子凝胶的温敏机理大多数研究者认为，PNIPAM具有温敏性能与其物质的结构有关。
PNIPAM分子内具有一定比例的疏水性的异丙基和亲水性的酰胺基。
在温度低于LCST时,PNIPAM高分子链中酰胺基与周围水分子间存在着强烈的氢键作用力(亲水作用力),使高分子链与溶剂具有较好的亲和性,此时PNIPAM高分子链呈现出伸展状态,即在LCST以下吸水溶胀。
温度上升,当温度升高至LCST 以上时,水分子与酰胺基之间的亲水作用力减弱,PNIPAM分子链中异丙基间的疏水作用力得以加强,当温度升高至LCST以上时,PNIPAM高分子链中的疏水作用逐渐加强并起主导作用,使得高分子链通过疏水作用互相聚集,形成疏水层,导致水分子排出发生相转变,此时高分子链由疏松的线团结构转变为紧密的胶粒状,产生温敏性。
基于聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸)水凝胶合成与应用研究进展张倩;陈凯月;焦体峰【摘要】智能聚合物水凝胶受到温度、pH、离子强度及其他生物分子等环境影响时,能够产生快速的响应行为,有着诱人的应用前景,因而受到了人们的广泛关注.近10年间,人们合成了聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸)[P(NIPAM-AA)]及其共聚物水凝胶,其合成方法、性能及应用已在文献中报道.本文主要介绍了[P(NIPAM-AA)]水凝胶在医学、环境、纳米技术、催化与光子学领域的合成、基本性能及应用.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2018(046)001【总页数】4页(P6-8,14)【关键词】聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸);水凝胶;性能;复合材料【作者】张倩;陈凯月;焦体峰【作者单位】迁安市环保局, 河北迁安 064400;燕山大学环境与化学工程学院, 河北秦皇岛 066004;燕山大学环境与化学工程学院, 河北秦皇岛 066004;燕山大学环境与化学工程学院, 河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】O648.11水凝胶是一种具有交联结构的胶体粒子如图1所示[1],粒径通常是在0.1～10μm 之间,可在合适的溶剂中膨胀,同种水凝胶在整个网络结构中具有相同的组成和结构[2]。
在核壳水凝胶颗粒中,核与壳属于不同种材料[3],中心处水凝胶的交联密度比周边交联密度要高,故视为一种壳核结构。
在本文中着重研究均匀的水凝胶颗粒。
反应性水凝胶在外部环境温度[4-6]、pH[7]、离子强度[8]、分子键[9]、光[10]、磁场[11]等刺激下会迅速产生溶胀、消溶的轻微变化,智能水凝胶由于其在药物运输[12],葡萄糖传感[13-14],光电[15],催化[16-17],环境科学[18]等领域的潜在应用,因而受到了广泛关注。
聚(N-异丙基丙烯酰胺)[P(NIPAM)]是智能水凝胶的一种[19-27],这种温敏性凝胶在32℃时颗粒会突然变小[4],这个临界温度称为体积相变温度(VPTT)。
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。
