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聚N-异丙基丙烯酰胺温敏水凝胶的研究与应用进展

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 2 1429 2021-10-26
【摘要】温敏水凝胶能够对温度的改变进行响应,在实际应用中备受关注。其中,聚/V-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)由于温敏性良好、制备简单、易于修饰等优点,是研究和应用最为广泛的一种温敏水凝胶。近年来,随着研究的进一步深人,特别是化学改性和修饰技术的进步,各种具有优异响应性能的新型PNIPAM温敏水凝胶不断出现,其应用的深度和广度不断扩展和更新.更为贴近实际需求,在生物医药、化学化工等领域前景广阔。本文介绍了PNIPAM温敏水凝胶的温敏性原理及主要的制备方法,重点综述了其在药物释放、细胞支架、传感分析和物质分离等方面的应用现状和发展趋势,对其存在的问题及发展前景进行了分析和展望,为PNIPAM温敏水凝胶的进一步发展提供借鉴和参考。
  • 具有温敏性的智能水凝胶由于能够对温度的改变做出灵敏的响应而发生体积的溶胀或收缩,在化学化工、生物医药领域中备受关注。目前,研究最多的温敏水凝胶是聚/V-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)W。PNIPAM分子侧链上同时具有亲水性的酰胺基(一CONH—)和疏水性的异丙基[―CH(CH),当温度较低时,酰胺基与外界水分子之间存在很强的氢键作用,凝胶较为亲水,宏观表现为体积发生溶胀;当温度达到低临界溶解温度(LCST)时,酰胺基与水分子间的氢键遭到破坏,结构中的异丙基的疏水性起主导作用,凝胶变得疏水而逐渐发生收缩。已有许多研究表明,PNIPAM的LCST约在32°C,接近生理温度,而且容易调节,因而可以满足不同的应用需求。

    自从1984年Tanaka等首次发现PNIPAM水凝胶也具有温度诱导的体积相转变行为以来,PNIPAM温敏水凝胶引起了研究者的极大兴趣。这些研究主要可以分为两大类:一类是PNIPAM水凝胶的温敏性机理以及结构研究;另一类是PNIPAM水凝胶的性能和应用研究。其中,通过化学或物理的手段,制备各种新型的PNIPAM温敏水凝胶,提高和优化其响应速度、敏感性、生物相容性和机械强度等性能,扩展其应用深度和广度,已经成为目前研究中的热点。随着研究的深人开展,PNIPAM水凝胶单一的温敏性限制了其进一步的应用。

    研究者多通过其它各类敏感性的单体的共聚,对PNIPAM进行功能化改性,以调节其温敏性,并赋予其多重敏感性,从而能够对多种环境刺激因子同时进行响应。各种生物活性功能分子,比如明胶、海藻酸钠、壳聚糖等天然生物大分子,也经常通过接枝、共混等改性方法被引人到PNIPAM温敏水凝胶中,以调节其生物相容性、机械性质和可降解性等性质。由于PNIPAM水凝胶良好的温敏性,且制备较为简单,易与其它材料复合,受到了研究者的广泛关注,在药物控释、细胞支架、传感分析和物质分离等方面具有广阔的应用。本文主要就PNIPAM温敏水凝胶近期的制备和应用进展进行了分析和讨论。

    1PNIPAM温敏水凝肢的制备

    PNIPAM水凝胶的常见制备过程是采用自由基聚合法,利用引发剂引发NIPAM单体、交联剂或其它共聚单体中的双键发生聚合反应。这种制备方法比较简单,但是残余的引发剂、交联剂等物质的存在会对水凝胶的性质产生一定的影响。而利用光照、射线、超声等方式,在不加人引发剂等物质的情况下,也能够引发聚合反应形成水凝胶,近年来也逐渐受到关注。通过向PNIPAM温敏水凝胶中引人一些特殊的共聚单体.可以调节其亲疏水性或敏感性,赋予其更多功能。为了调节传统水凝胶的响应速度,近年来关于微凝胶制备的研究和报道备受瞩目。

    微凝胶是一种微小的特殊的水凝胶,尺度在l〇nm到几微米之间。由于其尺度较小,其响应速度很快,实际应用范围非常广阔。与水凝胶的制备类似.PNIPAM微凝胶的制备一般也是采用自由基聚合,但不同的是,反应温度一般在PNIPAM的LCST以上。常用的制备条件是在70°C的温度下.通过过硫化物的热引发使聚合反应进行。Pehon等在1986年最先报道了多种PNIPAM微凝胶的合成。另外,在一定的条件下,利用PNIPAM的温敏性,通过升高温度,也会形成一种特殊的可注射的水凝胶。在其形成过程中,一般需要达到一定的浓度、温度和离子强度。常温下,可以将药物、活性分子或细胞等与PNIPAM均匀的混合,通过注射到体内后,PNIPAM会原位固化形成水凝胶,从而将药物、活性分子或细胞等原位包埋在其内部,在药物控释和组织工程等领域具有广泛应用。

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