改性聚N-异丙基丙烯酰胺的合成及热敏性研究

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。

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。

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)。

新型聚（N-异丙基丙烯酰胺）类温敏性微凝胶的合成与表征聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)类响应性微凝胶胶粒因在药物控制释放、生物物质分离和光子晶体等领域有着广阔的应用前景,而备受人们关注。

制备流体力学直径(D_H)小、单分散性好、稳定性高、表面无污染等特征的微凝胶成为这一领域需要解决的重要课题。

本文从分子设计的角度出发,通过改变交联剂种类、加料方式和聚合方法,以及引入疏水性单体改性等途径以制备小粒径、单分散性良好的、新型的具有温度响应性能的PNIPAM类微凝胶;系统地研究了所得微凝胶的结构形态、单分散性和相转变行为;同时将微凝胶作为添加剂用于制备具有快速响应性和高力学性能的水凝胶;取得了以下主要研究结果:1.以N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)作为化学交联剂,丙烯酸叔丁酯(tBA)为功能性单体,与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚,采用无皂乳液聚合方法(SFEP)合成出具有温敏性的poly(NIPAM-co-tBA)微凝胶,详细地研究了MBA和tBA含量对PNIPAM微凝胶结构形态和体积相转变温度(VPTT)的影响。

结果表明,poly(NIPAM/MBA)和poly(NIPAM-co-tBA)微凝胶粒径单分散性好,表面无污染,水中分散稳定性高,在33℃左右发生体积相转变。

当MBA/NIPAM的摩尔比从5.65%增加至22.58%,微凝胶的粒径先下降后升高,VPTT略有增加,相变温度范围变宽。

当tBA/NIAPM的摩尔比从12.90%增加至38.71%,胶粒呈有序排列,可形成胶态晶体;VPTT从33℃下降到18℃,范围变宽;消溶胀度从23下降至12,D_H在800～200nm。

2.采用锂蒙脱石(Hectorite)作为物理交联剂,疏水性单体tBA作为第二共聚单体,由SFEP方法制备了poly(NIPAM/Clay/tBA)微凝胶。

结果表明,剥离的锂蒙脱石片层作为交联剂,是以氢键、离子键或配位键与polyNIPAM分子链作用,交联点分布均匀,且交联效率高;所得微凝胶分散液经离心后呈淡蓝色,D_H在150～360nm,VPTT范围窄化;当Hectorite/NIPAM的重量比从7%增加至28%时,poly(NIPAM/clay)微凝胶的VPTT 基本维持在32℃,但温度敏感性下降,D_H先下降后增加,消溶胀率先增加后下降;随tBA含量的增加,poly(NIPAM/tBA/clay)微凝胶的单分散性增加,温度敏感性降低,D_H先下降后增加,VPTT逐渐下降。

聚n异丙基丙烯酰胺加工方法一、研究背景聚n异丙基丙烯酰胺（Poly-N-Isopropylacrylamide，PNIPAM）是一种具有温敏性的聚合物，在室温下可形成具有快速响应性的胶体粒子和凝胶。

PNIPAM的温敏性质使得它在生物医学、环境保护和化学工业等领域有着广泛的应用。

然而，由于PNIPAM的分子量、分布和合成方法等问题，其加工产物的品质、性能和应用范围等方面还不够完善。

二、加工方法当前PNIPAM的加工方法主要有两种：自由基聚合和离子聚合。

其中离子聚合可以通过控制聚合的反应速率和生成的活性基团的性质来控制PNIPAM的化学结构和分子量分布。

但是离子聚合的缺陷是需要较长的聚合时间，且有时会受到酸碱度和温度的影响。

自由基聚合是一种常见的PNIPAM加工方法，它通过引入自由基引发剂来将PNIPAM单体聚合成高分子。

自由基聚合的过程中需要控制温度和氧气的氧化影响，以免影响PNIPAM的聚合度和分子量分布。

此外，自由基聚合还需要使用反应溶剂，如水、甲醇、二甲基亚砜等，以促进PNIPAM单体的溶解和反应。

在PNIPAM的加工过程中，加入适当的共聚物可以调节PNIPAM的结构和性能，例如可以通过掺杂苯乙烯单体来增强PNIPAM的力学强度和耐磨性，或者掺入丙烯酸单体来增强PNIPAM的亲水性和吸附性。

三、产品性能PNIPAM的温敏性让它在许多领域都有着广泛的应用。

例如，PNIPAM可以用于粘合材料、生物传感器、微流控芯片和生物成像等方面。

此外，PNIPAM的温敏性也使它成为一种优秀的药物载体材料，可以将药物包装在PNIPAM粒子中，通过温度调控PNIPAM粒子的溶解度和释放速度。

PNIPAM的应用还涉及到环境保护领域，例如可以将PNIPAM用于膜分离、水处理、污染物检测和催化反应等方面。

此外，PNIPAM还可以用于生物医学领域，例如可以将PNIPAM用于人工关节、组织工程和药物开发等方面。

四、结论PNIPAM作为一种优秀的温敏性聚合物材料，其加工方法和产品性能方面还有待进一步研究和完善。

分散聚合法合成聚(N-异丙基丙烯酰胺)温敏性微凝胶的开题报告一、研究背景和意义随着生物技术和医学领域的发展，温敏性微凝胶在药物传输、细胞培养和组织工程等方面的应用越来越广泛。

聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）是一种经典的温敏性材料，其在带电荷基团存在的情况下可通过分散聚合法制备微凝胶。

目前，分散聚合法已被广泛应用于合成各种高分子微粒，其方法具有操作简单、反应条件温和、产率高等优点。

因此，研究PNIPAM的分散聚合法合成温敏性微凝胶具有重要的理论和应用价值。

本课题旨在研究PNIPAM的分散聚合法合成温敏性微凝胶的制备和性能，并评估其在药物传输和生物医学领域的应用前景。

二、研究内容和技术路线1. 研究PNIPAM的分散聚合法合成温敏性微凝胶的制备条件，包括合成温度、反应时间、初始单体浓度、引发剂种类和浓度等因素的影响。

2. 采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）等手段对合成的微凝胶进行表征。

3. 考察PNIPAM微凝胶的温度响应性能和药物释放性能，探究其在药物传输和生物医学领域应用的潜力。

技术路线：(1) 制备PNIPAM单体(2) 分散聚合法合成PNIPAM微凝胶(3) 对PNIPAM微凝胶进行表征(4) 评估PNIPAM微凝胶的温度响应性质(5) 评估PNIPAM微凝胶的药物释放行为三、预期成果及进展计划预期成果：(1) 合成PNIPAM的分散聚合法制备温敏性微凝胶的最佳条件(2) 表征PNIPAM微凝胶的物化性质(3) 评估PNIPAM微凝胶在药物传输方面的应用前景进展计划：第一年：制备PNIPAM单体、优化PNIPAM微凝胶的制备条件、对PNIPAM微凝胶进行表征第二年：评估PNIPAM微凝胶的温度响应性质、评估PNIPAM微凝胶的药物释放行为第三年：总结分析实验结果、撰写论文并发表四、研究存在的问题1. PNIPAM的分散聚合法合成温敏性微凝胶的方法还没有被完全研究清楚，需要深入探究制备条件对微凝胶性质的影响。

改性聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成及其温敏特性丁元强;陈学刚;公静【期刊名称】《精细石油化工》【年(卷),期】2010(027)005【摘要】实验以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)在过硫酸钾-亚硫酸氢钠氧化还原体系作用下,进行自由基水溶液共聚合,制备了一系列不同分子主链结构和不同交联度的具有温敏特性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶.通过改变两单体摩尔比以获得不同亲水性的凝胶,考察了交联剂用量对水凝胶的性能的影响.并通过红外光谱对共聚物进行了结构确认,考察了其温敏特性.结果表明,随N-乙烯基吡咯烷酮单体比例的增加,水凝胶表现出更高的吸水膨胀率,单体配比为n(NIPAM):n(NVP)=8.3:1.7时,在30℃最高吸水膨胀率可达108.4,且表现出更高的温度敏感特性,同时,其相转变温度也有所提高;随交联剂用量的增加,凝胶的吸水膨胀率显著下降,单体配比为,n(NI-PAM):n(NVP)=8.5:1.5,交联剂用量从0.4%增至0.7%时,其吸水膨胀率由160.8降至33.2;N-乙烯吡咯烷酮的引入,显著提高了凝胶对温度的响应速度.【总页数】4页(P61-64)【作者】丁元强;陈学刚;公静【作者单位】青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东,青岛,266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东,青岛,266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东,青岛,266042【正文语种】中文【中图分类】O648.17%TQ326.4【相关文献】1.超声波合成温敏型聚合物——聚(N-异丙基丙烯酰胺) [J], 郭生伟;王固霞;李丹2.温敏型聚(N-异丙基丙烯酰胺/丙烯酰胺)纳米凝胶的制备及其性质研究 [J], 吴红;张慧;范黎;王嘉宁;任波3.聚N-异丙基丙烯酰胺接枝核孔膜微观结构及温敏响应特性 [J], 谢锐;褚良银;陈文梅;肖文;王海东;曲剑波;王广金4.核交联聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-N,N-二甲基丙烯酰胺)-b-聚己内酯胶束及紫杉醇的温敏控制释放行为(英文) [J], 蔡晴;张磊;杨晶;金日光5.紫外光引发低密度聚乙烯接枝聚N-异丙基丙烯酰胺的温敏改性 [J], 邱瑜;雷华;徐涛;谭鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

基于N—异丙基丙烯酰胺温敏性凝胶的制备及性能研究作者：郭栋梁来源：《山东工业技术》2017年第21期摘要：本文以N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、高岭土为单体，过硫酸钾为引发剂，亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过调整共聚物种亲水/疏水单体的比例，调节共聚物的相变温度及灵敏性，得到一种稳定的N-异丙基丙烯酰胺凝胶体系。

采用傅里叶红外光谱仪、电镜扫描仪对温敏性水凝胶结构和组成进行表征。

实验结果表明，在水浴温度60℃，交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.1g，引发剂质量浓度30%的过硫酸钾10ml，单体N-异丙基丙烯酰胺0.4g，高岭土6g时，凝胶吸水倍率最高，且在耐盐性、保水性方面都明显高于其它条件下的凝胶。

关键词：温敏性水凝胶；吸水性；高岭土；相变温度DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.21.2381 引言水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。

离子化的聚丙烯酰胺在水-丙酮的溶液中能够发生巨大的转变。

1967年Scarpa率先指出聚N-异丙基丙烯酰胺存在临界相转变温度，这个温度为32℃。

外界环境温度的变化会对温敏性水凝胶产生一定的影响，同时凝胶会对这种刺激产生应答，使凝胶整体的体积发生变化。

目前，我国已有多个单位致力于智能凝胶的研究，其研究内容大多涉及天然高分子及合成高吸水性材料等。

虽然我国凝胶制品同样具有一定的吸水性和保水性，但是性能与国外相比却有一定的差距。

为了获得性能优越的煤矿井下灭火凝胶，本研究主要从以下几个方面进行了研究：温敏型高吸水凝胶的制备工艺研究；不同单体配比凝胶吸水倍率的测定；相变温度的测定；不同浓度的盐溶液（NaCl和CaCl2）中凝胶吸水倍率的测定；利用红外光谱分析凝胶反应过程中的官能团的变化。

2 实验部分2.1 吸水性水凝胶的制备2.1.1 仪器及材料（1）材料：N-异丙基丙烯酰胺（分析纯）、丙烯酸（分析纯）、高岭土、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）（分析纯）、过硫酸钾（KPS）、氢氧化钠、氯化钠、氯化钙、溴化钾（光谱纯）。

温敏性聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺及其应用54材料导报2004年11月第18卷第11期温敏性聚合物聚N一异丙基丙烯酰胺及其应用任彦荣霍丹群侯长军(1重庆大学生物工程学院生物力学与组织工程教育部重点实验室,重庆400044;2重庆大学化学化工学院.重庆400044)摘要聚N一异丙基丙烯酰胺由于其大分子侧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,作为一种新型的智能材料得到广泛的应用;这种由温度敏感性而引起高聚物产生的智能型和记忆效应成为国际上高分子领域一个新的研究热点.综述了聚N一异丙基丙烯酰胺的温敏机理,合成的分类及其特点,在药物释放,酶的固定,物料分离,免疫分析和医用生物高分子材料等方面的应用,并提出今后的发展方向.关键词聚N一异丙基丙烯酰胺机理合成应用ThermosensitivePoly(N-isopropylacrylamide)andItsApplicationRENY anrongHUODanqunHOUChangjun(1ChongqingUniversityBi0engineeringCollege,KeyLabforBiomechanics&Tissue EngineeringundertheStateEducationMinistry,Chongqing400044;2CollegeofChemistryandEngineering.Chongqin gUniversity.Chongqing400044)AbstractAsPoly(Nis0propylacrylamide)notonlyhashydrophilicacylamino,butalsohashy drophobicisopropyl,itshowsfavorablethermosensitivity.Itiswidelyusedasanewkindofintelligentm aterialanditsintelli genceandmemoryeffectbecomethehotspotsininternationalmacromoleculefield.Thepaperreviewsthethermo—sensitivemechanism,theclassificationandcharacteristicofsynthesisofpoly(N—isopropylacrylamide),itsapplicationsindrugdelivery,enzymeimmobilization,materialseparation,immunoanalysisandbiologic almacromoleculematerialinmedicine.Thestudydirectionsforfuturearealsopointedout.Keywordspoly(N—isopropylacrylamide).mechanism,synthesis,application0前言聚N一异丙基丙烯酰胺简称PNIPAm,由于其大分子侧链上同时具有亲水性的酰胺基一c0NH和疏水性的异丙基一cH(CHs):,使线型PNIPAm的水溶液及交联后的PNIPAm水凝胶呈现出温度敏感特性.常温下,线型PNIPAm溶解于水中形成均匀的溶液.当温度升高至30～35.C之间的某一温度时,溶液发生相分离,表现出较低的临界溶液温度(1owercritical solutiontemperature,简称LCST)[1.而交联的PNIPAm水凝胶室温下溶胀,在相变点32.c附近,温度变化不到1.C就可引发高达百倍的体积收缩变化.除了溶胀体积外.凝胶的其它性质,如相互作用参数,模量,折光率,介电常数,光学各向异性等也会同时发生突跃性变化,并且变化往往都具有可逆性.这种由温度敏感性而引起高聚物产生的智能型和记忆效应引起了人们很大的兴趣,成为国际上高分子领域一个新的研究热点.本文对PNIPAm的温敏机理,合成及其应用等方面的研究进行综述.1PNIPAm的温敏机理在对PNIPAm的研究中,人们最关心的一个问题是它产生温敏特性的机理,这也是当前研究的一个重点.目前较容易被人接受的观点是:PNIPAm分子内具有一定比例的疏水和亲水基团,它们与水在分子内,分子间会产生相互作用.在低温时,PNIPAm与水之间的相互作用主要是酰胺基团与水分子问氢键的作用.在LCST以下,PNIPAm分子链溶于水时,由于氢键及范德华力的作用,大分子链周围的水分子将形成一种由氢键连接的,有序化程度较高的溶剂化层,并使高分子表现出一种伸展的线团结构.随着温度的上升,PNIPAm与水的相互作用参数突变.部分氢键被破坏,大分子链疏水部分的溶剂化层随之被破坏.温度的升高对疏水基团的影响表现在2个方面:一方面疏水基团间的相互作用是吸热的"熵驱动"过程.即随温度升高,聚合物溶液体系的熵增加,疏水基团的缔合作用增强;另一方面疏水基团的热运动加剧,疏水缔合作用被削弱,同时水分子的热运动加剧,从而改变了疏水基团周围水分子结构与状态,使水一疏水基团的作用发生变化,疏水缔合作用进一步被削弱.总的结果是,PNIPAm大分子内及分子间疏水相互作用加强,形成疏水层.水分子从溶剂化层排出表现为相变.此时高分子由疏松的线团结构变为紧密的胶粒状结构,从而产生温敏性.PNIPAm的水凝胶温敏性相转变是由交联网络的亲水/疏水性平衡受外界条件变化而引起的『2].定性来看,水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散与凝胶侧链上亲水基团形成氢键的过程.当温度升高时,氢键振动能增加,破坏氢键的束缚.使之断裂.水凝胶溶胀比则明显减少.这是一个吸热过程,因为大量的结合水从高分子骨架上脱离出来,使水凝胶一水体系熵增加.也有人对PNIPAm水溶液的温敏现象从聚合物溶解过程的热力学来解释:根据Nemethy—Scheraga的疏水相互作用理论.由于氢键的形成,其溶解过程的焓变△H为负值,即为放热溶解,同时溶解过程中,由于水分子包裹在分子链的疏水部分形成较为规则的笼子结构,致使熵变△s也为负值.由于△G一*基金项目:重庆大学研究生创新实践基地抗"非典"科技攻关实践项目霍丹群:女,39岁.博士生,3'1教授,现从事生物材料,生物制药方面的研究_T--作E—mail:******************:023—65102508温敏性聚合物聚N一异丙基丙烯酰胺及其应用/任彦荣等?55? AHTAS,当温度较低时.焓和熵的共同作用可以使AG%0.由此可见,升温不利于溶解,温度较高时会导致△G>0,从而发生相变.许多研究者还通过各种热力学理论对水凝胶的各种敏感性进行了解释其中与实验现象符合较好的是Ilavsky等修改的Flory提出的平均场理论,但这一理论不能预测发生敏感性相转变时的温度,pH值,盐浓度,介质组成浓度等.Tanaka等通过测定聚合物链的持续长度b和有效半径a之比(即代表聚合物链刚性的度量)与敏感性之间的关系,提出了下面的半经验参数S作为有无敏感性的判定依据:S一(b/a)×(2f+1)式中:f代表单位有效链上可离子化基团的数目,S>290时,水凝胶会发生敏感性相转变.这一理论的半经验公式中虽然涉及了交联网的结构因素,但仍未能很好地解释敏感性机理.目前,虽然人们对温敏的机理已有了初步的认识,但就疏水基团相互作用机理及其与相转变温度的关系而言,定量方面尚有许多问题有待澄清.PNIPAm温度敏感机理仍处在不断的发展和完善中,这一问题的解决无疑将为温度敏感性聚合物及水凝胶的研究开拓到分子设计的领域打下基础.2PNIPAm的合成2.1线型PNIPAm的合成线型PNIPAm的合成可采用传统的聚合方法: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[3].以过氧化苯甲酰,过氧化乙酸等过氧化物,偶氮二异丁腈等偶氮化合物为自由基聚合引发剂,其用量占总量的0.001～2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.近年来,电离辐射技术在PNIPAm的合成中也得到了应用,用射线辐射聚合的方法在水溶液,PBS缓冲溶液(pH一7.4)和有机溶液(THF)中合成聚N一异丙基丙烯酰胺已经可以实现.伊敏等采用7射线辐射合成了PNIPAm线型均聚物.从国内外的文献看,线型PNIPAm的合成并不困难,但大家在采用溶液聚合合成PNIPAm的工艺上存在很大的差异:即使使用相同的引发剂,有人在5O.C反应1Oh即可,有人6O.C反应8h,有的7O.C反应6h,有的6O.C反应24小时,但没有人对具体工艺过程中各种因素,如反应温度,时间,引发剂用量等对合成的PNIPAm的性能包括分子量,分子量分布的影响做深入的研究.2.2PN1PAm水凝胶的合成制备PNIPAm水凝胶的传统方法是使用引发剂和交联剂以实现NIPAm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(EGDMA),二甲基丙烯酸二甘醇酯(DEGDMA)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弓I发交联,也可以得到PNIPAm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,生产更方便经济.Hoffman等在高于ICST的温度下使NIPAm 辐射交联合成了大孔温度敏感水凝胶,与传统方法制备的水凝胶相比,大孔水凝胶具有较大的孔体积/孔尺寸之比和更快的大分子渗透速度,在温度低于LCST时具有更高的溶胀比?温度变化时有更快的退溶胀速度和再溶胀速度.Nogaoka,翟茂林等在不使用交联剂的情况下通过辐射引发使NIPAm单体在水溶液中交联合成了PNIPAm水凝胶,研究发现:通过控制剂量,剂量率,单体浓度等因素可合成所需交联密度的水凝胶,并发现辐射剂量与合成凝胶的扩散系数直接相关.Gehrke等研究了合成条件对PNIPAm水凝胶性质的影响,发现水凝胶的溶胀平衡程度,剪切模量,有效交联密度及透明度等性能均受到合成条件如引发剂浓度,温度,聚合时间等的影响.近来报道较多的是把PNIPAm水凝胶制成微球～,常用的方法是反相悬浮聚合法和乳液聚合法.乳液聚合法常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.Hoffman等采用藻脘化钙凝胶作为聚合的模板,用氧化还原剂制备了尺寸和形状均为单分散的PNIPAm水凝胶球,合成后可以使用钙螯合剂很容易地从水凝胶球中除去藻脘化钙.最近,郭振良以偶氮二异丁腈为引发剂.在琥珀酸双(2一乙基己酯)磺钠,甲苯,NIPAm,水组成的微乳液中,通过微乳液聚合制备了未交联及交联的PNIPAm超细微粒,颗粒平均粒径约为0.1m,未交联聚N一异丙基丙烯酰胺粘均分子量为1.38×106kg/mol,交联聚N一异丙基丙烯酰胺超细微粒的内比表面积为48.048m/g,相对孔径分布为1～10nm,气体最大吸附量为1784.8cm./g.另外,采用沉淀聚合法也可以得到凝胶微球.3PNIPAm的应用PNIPAm聚合物及水凝胶由于其对温度的敏感性,在药物释放,固定化酶[7,物料分离[】一,免疫分析"一等方面有广阔的应用前景.近年来,国内外对它的应用和开发做了许多研究工作,大量的文献也做了相关报道.3.1药物释放药物释放体系就是当人体受疾病困扰时,所需药物就会释放出来;当病情好转时,药物就被封闭.PNIPAm聚合物及水凝胶随温度的变化引起构象的变化,从而可当作温控开关,应用于药物释放体系.交联的水凝胶本身就可作为一种温控释放的药物载体,线型的聚合物多修饰于药物载体上,利用温度控制构象改变,从而促进释放.利用PNIPAm对药物进行控制释放有3种模式:①低温时将PNIPAm水凝胶放入药物溶液中溶胀吸附药物,高温则发生收缩向外排出药物;②开一关模式,在ICST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,即处于"关"的状态.而当温度低于LCST时皮层消失,水凝胶处于"开"的状态,内部药物以自由扩散的形式向外恒速释放;③开一关模式,但与上面的作用正好相反,PNIPAm以支链形式存在于接枝聚合物微球中,在LCST以下,接枝链在水中舒展开来,彼此交叉覆盖,阻塞了微球的孔洞,被包封的药物扩散受阻,处于"关"状态;温度在LCST以上时,接枝链自身收缩,孔洞显现出来,使药物顺利扩散到水中,处于"开"状态.Y onHanBae,YeruoOkano等以温敏材料NIPArn与甲基丙烯酸丁酯的共聚凝胶(PNIPArn—co—PBNA)作为药物载体,并载上吲哚美辛药物.此给药体系在pH为7.4的磷酸生理盐水缓冲液中进行了温控释药测试,当温度在ICST上下范围(2043O.C)交替变化时,凝胶体系可开关式地控制药物释放.Kim等用PNIPAm共聚水凝胶对肝素进行控制释放以防止血栓,当环56材料导报2004年l1月第18卷第11期境温度升到LCST以上时,水凝胶表面会收缩形成一个薄的,致密的皮层.防止水凝胶内部的水分和药物向外释放.即处于"关" 的状态;而当温度低于LCST时,皮层溶胀消失.处于"开"的状态.3.2酶的固定用PNIPAm固定化酶.能制备出对温度敏感的溶解一非溶解固定化酶.易于分离.又能重复使用,酶的稳定性也增加了.通过将NIPAm与官能性的单体如N一丙烯酰氧基苯邻二甲酰亚胺(NAPI),N一丙烯酰氧基琥珀酰亚胺(NAsI)或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)共聚,合成官能化的温敏聚合物,这样可通过偶合反应将该聚合物与酶合成有温度敏感性的生物大分子.实现酶的固定.Hoffman及Steinke等曾分别报道由N一异丙基丙烯酰胺同丙烯酰胺或甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚,用于固定天冬酰胺酶及胰蛋白酶,通过改变温度调节其在水中的沉淀或溶解.并且Hoffman认为水凝胶的温度循环可以大大提高酶的效用,被包围的酶的存在也可以改变凝胶网络的溶胀行为.IiuFeng等采用NASI在PNIPAm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.这样就可能实现酶活性的开关.IevIV等研究了PNIPAm偶合胰蛋白酶或辣根过氧化酶而成为一种生物活性化合物,用于药物定位传送.卓仁禧在将糜蛋白酶,蜗牛酶,嗜热菌蛋白酶固定在PNIPAm上及应用方面作了大量研究.Hoshino研究了用PNIPAm共聚物固定淀粉酶,分别测量了固定化酶和自由酶对淀粉溶液的糖化作用.发现固定化酶的活性是自由酶的9O,比传统方法所得固定化酶要高.并且使用后可以通过离心的方法从产物中分离复原,从而重复使用.还有一些报道使用热敏聚合物与水凝胶固定纤维素酶,胰蛋白酶,脂肪酶,半乳糖苷酶等,固定化酶的稳定性均有提高且利于用温度来控制和分离.3,3物料分离利用PNIPAm的温敏性可制作具有温度敏感的功能膜,多孔玻璃以及具有"开关"能力的温度敏感超滤膜.常用于物料的分离.这类膜有许多优点:容易再生,耗能少,不必高温高压,也不会使蛋白质中毒,有利于生物物质的分离以及稀溶液的分离, 可根据要求浓缩和分离的物质的分子尺寸或分子性质来设计凝胶的交联密度和单体单元结构.由此可见.当用热敏性水凝胶来分离物质时,只需在水凝胶的LCST附近反复升温或降温,使水凝胶反复选择性吸收和释放就可以达到分离目的.尤其是阴离子型温敏水凝胶PNIPAm分离不同分子量的化合物.分离效果很好.且被分离物的分子量越大分离效果越好.金蔓蓉等用PNIPAm凝胶对牛血清蛋白,兰葡聚糖,碱性蛋白酶以及人体激素溶液进行浓缩萃取实验,结果表明具有良好的实用前景.王锦堂研究了PNIPAm凝胶对蛋白质和酶的分离效率在相转变温度附近发生突跃,显示出很好的浓缩分离能力.Freltas等用热敏性水凝胶分离出稀水溶液中的葡萄糖等物质,其效率可达96以上.Hoffman等用包埋有甲基丙烯酸的热敏性水凝胶成功地分离了带有正电荷的甲基兰稀水溶液,他们也成功地通过在热敏性水凝胶网上引入抗体来有选择地除去溶液中的抗原配体.3.4免疫分析采用PNIPAm作载体而建立的免疫分析方法具有均相免疫分析速度快和异相免疫分析灵敏度高的特点.周平将单克隆抗体与PNIPAm共价连接,建立了以溶解性可调节高分子为载体的酶免疫分析方法,对血清样品中的HbsAg进行了检测,灵敏度高,效果好.朱庆枝将PNIPAm和抗体偶连.用异硫氰酸荧光素标记羊抗人乙肝表面抗原抗体.建立l『夹心型热敏相分离荧光免疫分析乙肝表面抗原的新方法.评价了抗体住PNIPAm 上的固化效率和非特异性吸附情况.结果认为该方法具有分析快速,免疫球蛋白对载体的非特异性吸附小等优点.有一定的临床应用价值.LiuFeng基于PNIPAm与醋酸硝酸纤维素膜的特异性吸附作用,将抗体与PNIPAm共价结合,再接枝固定到纤维素膜上,建立了聚合物膜联免疫分忻法,利用PNIPAm的温度敏感性达到均相免疫反应,异相分离的目的,实验表明.对人血清中乙肝表面抗原的检测灵敏度高达1.0~g/ml.3.5医用生物高分子材料PNIPAm可以与生物大分子进行偶合反应.传递温敏性.制成生物功能性材料.赵建青通过羟基化和接枝PNIPAm制备了热敏性聚苯乙烯盒.当环境温度低于I.CST时,盒内表面亲水,细胞可快速生长;高于LCST时.则盒内表面疏水.让细胞脱附.此外还有人把PNIPAm应用于细胞培养支持体材料,将PNIPAm和胶原的共轭产物涂在培养基上.在高于LCST时进行细胞培养.达到目的后在LCST以下时.PNIPAm溶解,细胞则和培养基分离.这种方法简单方便,在培养鼠原肝细胞,人胆管癌细胞,人真皮成纤维细胞,牛主动脉内壁细胞等应用中取得了满意的效果.PNIPAm由于具有独特的性质,除了以上应用外.还广泛应用于其他领域.比如形状记忆材料,化学阀,遮光材料,热记录和热标记,反应控制,装饰材料等.4结束语PNIPAm是近年来发展起来的一种新型智能材料.其潜在的应用价值已吸引了众多的研究者.为加快其实用化步伐.以后的研究工作还要进一步阐明其刺激响应机理.合成温度响应更加灵敏的聚合物,开发能实际应用,产生经济效益的智能材料. 我们相信,随着研究和开发工作的进一步深入.在不久的将来. 热敏性PNIPAm将在化工,医学,生物,材料领域中起着不可替代的作用.参考文献67GanDJ,LyonLA.JAmChemSoc.2001.123:7511Y aoKD,SunSh.PolymIntern,1993.32(1):19ParkTG,HoffmanAS.JApplPolymSci.1994,52:85 ChoChongSu,CheonJaeBok.eta1.MacromolRapidCorn—mun,1997,18(5):361MeyerDE,ShinBC.KongGA.eta1.Drugtargetingusing 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聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备及热致聚
集行为
聚n-异丙基丙烯酰胺（poly N-isopropylacrylamide，PNIPAM）水凝胶是一种具有智能响应性质的高分子材料，能够在温度变化时发
生大幅度体积变化。

本文旨在介绍聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备
方法以及热致聚集行为。

首先，制备PNIPAM水凝胶的常用方法是自由基聚合法。

将n-异
丙基丙烯酰胺、交联剂和引发剂混合后，在恒温下加热并搅拌反应，
得到PNIPAM水凝胶。

其中，交联剂可以选择N,N’-甲撑二丙烯酰胺、双(甲基丙烯酰氧基)乙烷等；引发剂可以选择过硫酸铵、过硫酸钾等。

其次，PNIPAM水凝胶的热致聚集行为是由于PNIPAM在温度为32℃左右时，由于聚合物链的普遍崩解及亲水性增加而发生溶胀坍塌转变。

研究表明，当PNIPAM水凝胶的温度高于32℃时，水凝胶内部的聚合物链崩解，水凝胶体积减小；当温度低于32℃时，PNIPAM水凝胶内部的
聚合物链重新聚集，水凝胶体积增加。

综上所述，PNIPAM水凝胶的制备及热致聚集行为是研究PNIPAM
材料智能响应性能的关键。

通过PNIPAM水凝胶的研究和应用，不仅能
为智能材料的制备提供重要参考，也对生物医学和纳米材料领域的应
用具有广泛的潜力。

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。

本科生毕业论文（设计）题目聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备及性质研究学院理学院专业班级应用化学（化学生物）学生姓名指导教师撰写日期：2012 年 5 月 12日聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备及性质研究摘要水凝胶是一种亲水但不溶于水，具有交联三维网络结构的高分子聚合物，具有一定条件下的溶胀/退溶胀行为，同时具有输送和渗透性、能量转换、吸附分离、生物相容性等功能。

根据水凝胶对外界刺激的应答情况，水凝胶可分为传统凝胶和环境敏感型凝胶。

温敏性高分子水凝胶是研究最多，也是最重要的一类敏感性高分子水凝胶体系。

聚N-异丙基丙烯酰胺(PINPAm)的低临界溶解温度（LCST）约33.2℃。

PNIPAm具有良好的双亲性，且其相变温度在人的生理温度附近且略高于环境温度，且通过加入多种类单体控制其LCST，兼有易于控制、易于改性等优良特性，成为目前研究最热的一类热缩性温敏凝胶。

PNIPAm水凝胶制备分别探讨了：（1）用不同量的引发剂过硫酸铵(APS)对水凝胶形成的影响；（2）反应温度分别为低温(低于5度)、20度、30度、40度对水凝胶形成的影响。

所制备的PNIPAm水凝胶分别测定了相转变温度(LCST)和凝胶溶胀率(SR)。

结果表明引发剂量用量增多时水凝胶形成反应时间变短；反应温度升高水凝胶外观出现由无色透明凝胶----乳白半透明凝胶-----乳白色凝胶-----乳白色且无固定形态凝胶的变化。

低温生成的水凝胶相转变温度(LCST)在33度到34度之间，水凝胶体积发生不连续收缩现象；交联剂N,N-亚甲基双丙烯酞胺(BIS)使用量越多溶胀率越小。

关键词：温敏性水凝胶；PNIPAm水凝胶；制备；性质Preparation and the properties of hydrogel PINPAmAbstractThe hydrogel is a kind of hydrophilic system but insoluble in water, has a cross-linked three-dimensional network structure of the polymer, with certain conditions swelling / deswelling behavior, at the same time having a conveying and permeability, energy conversion, adsorption separation, biocompatibility and other functions. According to the outside stimuli response, hydrogel can be divided into traditional and environmentally sensitive gel. Temperature sensitive hydrogel is the most studied, is also one of the most important sensitive polymer hydrogel system. PNIPAm is a classic temperature sensitive hydrogel with lower critical solution temperature (LCST) about 33.2°C closed human body temperature, its phase transition temperature is under the human physiological temperature 2-3°C and slightly higher than the ambient temperature. PNIPAm is amphiphile polymer and easy modification by adding other monomers to control its LCST. Due to the properties easy control and modification, PNIPAm is one of the most attractive environmentally sensitive hydrogel with thermo-shrinkable temperature sensitive hydrogel.In this paper the preperation of PNIPAm hydrogel was investigated with different amounts of the initiator ammonium persulfate (APS) and the reaction temperature which were at under 5°C, 20°C, 30°C, 40°C respectively. And the properties of PNIPAm hydrogel phase transition temperature (LCST) and hydrogel swelling rate (SR) were observed. The experimental results showed that hydrogel formation reaction time becomes shorter with the incressing amounts of APS. The appearance of hydrogel obtained were very different in different reaction temperature: gel is colorless and transparent (under 5°C),shallow slightly milky and semitransparent gel (at 20°C), milky and non-transparent gel, plaster (without fixed shape and non-transparent, maybe microgel). The sample formation under 5°C showed the volume shrinkage phenomenon in the range of 33-34°C. And the amount of crosslinking agent N, N - methylene bis propylene phthalein amine ( BIS ) used in the formation of hydrogel, the hydrogel’s swelling rate was small.Key words: temperature sensitive hydrogel; PNIPAm hydrogel; preparation; properaties目录1 绪论 (1)1.1 水凝胶与智能水凝胶 (1)1.2 温敏性水凝胶 (2)1.3 水凝胶应用前景及展望 (3)2 实验 (5)2.1 实验制备与性质研究试剂 (5)2.2 实验仪器 (5)2.3 制备与性质研究 (5)2.3.1 制备 (5)（1）引发剂（APS）量不同的无孔PNIPAm水凝胶的合成 (5)（2）不同温度的无孔PNIPAm水凝胶的合成 (6)2.3.2 性质研究 (6)（1）相转变温度(LCST)的测定 (6)（2）凝胶溶胀率(SR) (6)3 实验结果与讨论 (8)3.1 制备 (8)3.1.1 不同引发剂（APS）量不同的无孔PNIPAm水凝胶的合成（温度为室温或低温） (8)3.1.2 不同温度的无孔PNIPAm水凝胶的合成 (9)3.2 性质 (10)3.2.1 胶体的温敏性 (10)（1）胶体生成时反应温度为低温（冰水浴中） (10)（2）胶体生成时反应温度为20度 (10)3.2.2 凝胶溶胀率(SR) (11)（1）胶体生成时反应温度为低温（冰水浴中） (11)（2）胶体生成时反应温度为20度 (14)（3）胶体生成时反应温度为低温和20度的对比 (17)4 结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)1 绪论1.1水凝胶与智能水凝胶水凝胶是一种亲水但不溶于水，具有交联三维网络结构的高分子聚合物，具有一定条件下的溶胀/退溶胀行为，同时具有输送和渗透性、能量转换、吸附分离、生物相容性等功能。

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温敏性水凝胶是一种具有特殊性质的高分子材料，能够根据环境温度的变化而改变其物理性质。

其中，聚N-异丙基丙烯酰胺是一种应用广泛的温敏性材料，具有优异的可控性和反应灵敏性。

本实验旨在通过简单的合成方法制备温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺，并通过一系列性能表征实验来评估其温敏性能和应用潜力。

1. 实验原理和设计1.1 聚N-异丙基丙烯酰胺合成原理聚N-异丙基丙烯酰胺是通过自由基聚合反应制备的。

在本实验中，我们将使用过硫酸铵作为引发剂，在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中与单体异丙基丙烯酰胺共同反应。

1.2 实验设计本实验分为以下几个部分：(1) 单体异丙基丙烯酰胺的纯化和准备。

(2) 引发剂过硫酸铵的溶解处理。

(3) 反应体系的配制。

(4) 热聚合反应条件的确定。

(5) 聚合物温敏性能和结构表征的实验。

2. 实验步骤和操作2.1 单体异丙基丙烯酰胺的纯化和准备首先，我们需要将商购得的异丙基丙烯酰胺进行纯化。

将购得的异丙基丙烯酰胺加入到硅胶柱中，并用乙酸乙酯进行洗脱。

收集洗脱溶液，并进行旋蒸。

2.2 引发剂过硫酸铵的溶解处理取适量的过硫酸铵溶解于适量的去离子水中。

注意过硫酸铵的量不宜过多，以免引起强烈剧烈的聚合反应。

2.3 反应体系的配制将纯化后的异丙基丙烯酰胺和溶解了的过硫酸铵按照一定的比例混合，得到反应体系。

2.4 热聚合反应条件的确定将反应体系置于油浴中，进行加热反应。

根据实验要求，确定最适合的反应温度和时间，并进行相应的实验。

2.5 聚合物温敏性能和结构表征的实验制备好的聚合物样品可以进行一系列性能表征实验，如温敏性实验、失重实验、粘度实验、红外光谱分析和扫描电子显微镜观察等。

3. 结果与讨论根据实验操作和测量结果，得到了关于温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺的性能数据和结构信息。

聚异丙基丙烯酰胺温敏原理聚异丙基丙烯酰胺，又称聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM），是一种温度敏感的聚合物。

它在常温下水溶性较好，而在高温下则不溶于水。

这种温度敏感性使得PNIPAM具有广泛的应用前景，例如智能药物传递系统、生物传感器、调控纳米粒子的自组装等领域。

PNIPAM的温度敏感性可归因于其独特的聚合结构。

PNIPAM由大量的N-异丙基丙烯酰胺单体经过自由基聚合反应而形成。

PNIPAM的链结构中含有氮原子、碳原子和氧原子，其聚合链具有疏水性（烷基链）和亲水性（酰胺基团）两个不同的部分。

在低温下，PNIPAM的聚合链主要处于发泡状，疏水性链段之间没有很强的相互作用，从而使PNIPAM溶解于水中形成透明的溶液。

当温度超过PNIPAM的LCST（低致相转变温度）时，PNIPAM的链结构会发生剧变，这个温度通常在约32°C左右。

在LCST以上的温度下，PNIPAM的链段会发生疏水作用，疏水链段之间会聚集在一起形成疏水性共聚微区域（hydrophobic microdomains），这种自组装现象会导致PNIPAM从水溶液中逐渐聚集而形成胶体凝胶。

PNIPAM的温敏性能还可以通过添加其他物质（例如离子）来调控。

例如，在水溶液中加入盐类（如NaCl）会改变水的离子强度和溶剂-非溶剂界面的张力，从而影响PNIPAM的LCST。

此外，在PNIPAM链上加入其他共聚物或功能性基团也可以调控其温敏性能。

PNIPAM的温敏特性主要有两个应用方向。

第一，PNIPAM可以作为智能药物递送系统的基础材料。

由于PNIPAM在低温下亲水、可溶于水，在高温下疏水、形成胶体凝胶，因此可以利用这种特性设计智能型药物递送系统。

例如，在低于LCST的温度下，PNIPAM可以形成透明溶液使药物释放出来，而在高于LCST的温度下，药物则被封存在胶体凝胶中，实现药物的控释效果。

第二，PNIPAM还可以应用于生物传感器领域。

通过将PNIPAM修饰到传感器的表面，可以监测温度的变化。