低溫收縮型水凝膠的制備

1、低溫收縮型水凝膠的制備一國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1. 應用和開發(fā)：近年來,國內(nèi)外很多學者在它的應用和開發(fā)上做了很多工作，下面分幾方面對其具體應用分類詳述:a.藥物的控釋溫敏性水凝膠可以感應環(huán)境溫度的變化，改變?nèi)苊?收縮狀態(tài)來控制藥物的釋放。溫度變化可以是由于機體自身生理狀態(tài)變化而產(chǎn)生，也可以是人為采取的措施使局部溫度發(fā)生變化。事實上,PNPAM型凝膠的最低臨界溫度（LCST）可以 通過共聚的和添加劑的加入這兩種方法進行調(diào)整，當LCST調(diào)整到接近人體的生理溫度37C時,它在人體內(nèi)的活性就能保持更長的時間。AB圖3溫披件藥物緩邛體系悴藥機網(wǎng)&國b.物料分離生物分離技術原理是利用各種物質(zhì)本身固有的特性

2、，如物質(zhì)吸附、結合、滲透等實現(xiàn)物質(zhì)分離。高分子凝膠因其響應特性成為這一領域的新興代表。馮霞研究了（PNIPAM-co-GMA-Dex）凝膠對牛血清蛋白（BsA）的濃縮分離效果發(fā)現(xiàn)其對蛋白質(zhì)溶液有較好的濃縮分離能力。將PNIPAM與具有識別功能的受體的配體（如細胞受體膚或抗體）或生物分子受體結合在一起，結合物混合在 多組分溶液中，結合物會與親和體發(fā)生選擇性配位。當溫度發(fā)生較大的變化時,配合物、聚合物一配體/受體結合物就會沉淀出來，達到從溶液中分離出來的效 果。另外，通過控制孔徑的水凝膠達到分離生化物質(zhì)的目的。C.酶的固定末端具有官能團的單體（如N-丙烯酞氧基玻拍酸亞胺（NASI）或甲基丙烯酸 縮

3、水甘油酷（GMA）、N-丙烯酞胺氧基苯鄰二甲酞亞胺（NAPI）,通過普通的自由 基聚合，與MPAM合成共聚物，這一類聚合物具有溫敏特性，如果要執(zhí)行酶的固 定，就要采用偶合反應，將酶與這類共聚物合成生物大分子，而由于有了 PNIPAM 的引入,使得該生物大分子也具有溫敏特性。另一方面，這種固定化酶的方法,還能合成另外一種酶，這類酶定義為是對溫度敏感的溶解一非溶解的固定化酶,它具有提高酶的穩(wěn)定性、能重復使用，并且易于分離的優(yōu)點。d. 免疫分析采用PNIPAM作載體而建立的免疫分析方法具有均相免疫分析速度快和 異相免疫分析靈敏度高的特點。朱慶枝采用偶連的方法，將抗體和PNIPAM聚合,用異硫氰酸螢光

4、素標記羊抗人乙肝表面抗原抗體，創(chuàng)立了夾心型熱敏相分離熒光免疫分析乙肝表面抗原的新方法。e. 醫(yī)用生物高分子材料PNIPAM與具有生物活性的大分子聚合，形成聚合物，這是較常見的應用。 這一過程將PNIPAM的環(huán)境響應、溫敏特性傳遞到生物分子上，使該生物分子成為水溶性的智能聚合物一生物分子結合物。生物醫(yī)學上應用的主要機理 是:PNIPAM的一端或兩端的端基及側(cè)鏈結合上生物分子，而PNIPAM的存在方式可以是水溶性聚合物、 接枝在固體載體上的聚合物、以物理方式吸附于固體載體上的聚合物或是水凝膠的某個聚合物鏈斷。f. 調(diào)光材料Weissman利用PNIPAM的自組裝性質(zhì)，首先是制備了特殊的薄膜材料，當

5、處于 高溫狀態(tài)下,PNIPAM會聚集成微球，加劇了光散射的作用，利用這一特性研發(fā)出 新的具有調(diào)光功能的調(diào)光材料。另外利用凝膠包埋、嵌段共聚物的自組裝等方 法,也可以設計制備出其他調(diào)光材料。g. 其他方面的應用PNIPAM由于具有獨特的性質(zhì)，除了以上應用外，還廣泛應用于其他領域。比 如在治理沙漠化、反應控制、水合物抑制劑、形狀可控凝膠和裝飾材料、熱記 錄和熱標記功能膜、增稠劑、絮凝劑、金屬離子濃集與分離等方面也具有廣泛 的應用。2. 合成方法：目前，PNIPAAm水凝膠的制備途徑有多種 ，按照其成孔機理可分為相分離法、乳液模板法、致孔劑法、聚合物互穿網(wǎng)絡法和冷凍聚合法等。a.相分離法相分離法是通

6、過各種手段使得反應溶液或聚合物水溶液產(chǎn)生不同的聚集相，形成聚合物富集相和聚合物貧相而發(fā)生相分離，除去溶劑相而在聚合物基體內(nèi)留下孔洞。相分離法制備的多孔溫敏性水凝膠溫度響應速率較傳統(tǒng)無孔凝膠大幅提高，其溶脹速率提高了 56倍，為其在藥物傳輸、吸水及傳感器方面的應用提供了 優(yōu)勢，但熱致相分離法制備的多孔水凝膠控釋系統(tǒng)不適用于高溫下易變性的藥物b.乳液模板法with oilPo創(chuàng)毎 hydrciRriPrr*K«4 Mijurou% Hfilulion圖1乳破模板法制備多孔水雅膠的示童囹Fig. 1 Schematic diagram of the preparation or porou

7、s hvdroels using the emulsion Umplathig method以乳液作為模板，可制得不同孔徑的多孔凝膠， 且孔分布比較均勻。孔徑可以根據(jù)乳液中表面活性劑和油的含量進行調(diào)節(jié)。因此，其可調(diào)控性大，操作方便，但在去除模板時需使用大量有機溶液， 對環(huán)境污染大，因此其在生物醫(yī)用材料 和藥物緩控釋方面的應用受到限制C.致孔劑法在水凝膠聚合過程中，添加致孔劑，再用水或酸溶液浸泡凝膠，使致孔劑被溶解掉，而在其原有位置留下孔洞，從而獲得多孔結構的方法稱為致孔劑法。 致孔劑是溶于水的聚乙二醇 (PEG)和溶于酸的CaCO和硅膠顆粒口等。這種制備方法的不足之處在于溶解、水洗、浸泡以及去

8、除致孔劑等過程需耗費 時間，延長了材料制備周期；同時產(chǎn)物中易殘留少量未被洗脫的致孔劑，有 致孔劑殘留的問題。d. 聚合物互穿網(wǎng)絡法聚合物互穿網(wǎng)絡(IPN或IPNs)是由兩種或兩種以上聚合物通過網(wǎng)絡互穿、交聯(lián)纏結而形成的一類獨特的聚合物共混物或聚合物合金，包括半互穿網(wǎng)絡法和全 互穿網(wǎng)絡法兩種。IPN特有的協(xié)同作用，能使不同功能的聚合物實現(xiàn)各組分之 間性能的互補。因此，將PNIPAAm水凝膠與力學性良好的聚合物通過網(wǎng)絡互 穿、交聯(lián)聚合，可得到力學性能良好的多孔 PNIPAAm水凝膠。e. 冷凍聚合法冷凍聚合法通常是指將反應溶液冷凍至溶劑的冰點溫度以下，溶劑凝結成冰晶，而單體從冰晶中被擠壓出來，分散

9、在冰晶之間未凍結的微區(qū)中，在低溫下繼續(xù)聚合反應。聚合反應完成后，在室溫解凍過程中，原冰晶融解，在冰晶原 位置 形成孔洞，由此形成穩(wěn)定的多孔結構的水凝膠。由最近的文獻報道可知，通過冷凍聚合法可大大提高 PNIPAAm水凝膠的溫度響應速率和力學強度。同時，冷聚合法因制備工藝簡單、 環(huán)保且不存在致孔劑殘留等優(yōu)點成為研究的熱 點。f. 其他方法Kim等口提出在多孔的藻酸鹽凝膠基體中接枝溫敏性材料制備多孔的溫敏水 凝膠。趙禎霞等采用微波輻射法合成了多孔的聚N 異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）水凝膠。3. 表征手段：傅立葉紅外光譜（FTIR）核磁共振波譜（NMR）紫外可見光譜（UV-Vis）用于表征 干態(tài)

10、凝膠的結構。可以表征共混體系或INP是否形成新的化學鍵。通過一些基團特征峰值的漂移以及吸收峰的強弱變化，可以確定IPN中兩種高分子鏈間是否有氫鍵形成，核磁共振波譜NMR,紫外可見光譜UV-Vis皆可用于表征水凝膠高分子鏈的結構。電子顯微鏡可以表征水凝膠的微觀結構、表面形態(tài)。激光光散射也可用于表征水凝膠的微觀結構。小角中子散射法(SANS),X-衍射法等方法皆可用于水凝膠的結構的研究。常溫差熱分析方法(DSC)可用于表征水凝膠的結晶結構，低溫DSC常用于分析 計算水凝膠中水的狀態(tài)和含量。力學拉伸實驗可測試水凝膠的力學性能如拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量。溶脹度的測試是水凝膠性能測試中最為常用的手

11、段，水凝膠的溶脹性質(zhì)、保水性質(zhì)、溫度及pH響應性質(zhì)基本都是根據(jù)測試其溶脹度的改變來進行研究的。二選題意義對低溫敏感性水凝膠的研究是突破近年來國內(nèi)外研究熱點的一個偉大嘗試，一直以來因為其可參考文獻少， 合成困難故大部分學者對其望而止步，可是我們無法忽視的是當它能夠大量生產(chǎn)時所能夠帶來的誘人應用價值。國內(nèi)外以往對溫敏性水凝膠類物質(zhì)藥物方面的應用基本上只是關注治病救人的臨床醫(yī)學藥物，而對于我們賴以生存的農(nóng)作物確幾乎不曾涉及。我們的創(chuàng)新之處就在于將溫敏性水凝膠類物質(zhì)應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，試想在耕地愈來愈少的現(xiàn)在，有誰還可以忽視農(nóng)業(yè)的發(fā)展呢！將溫敏性水凝膠類物質(zhì)應用于農(nóng)業(yè)不僅僅是這一研究方面的創(chuàng)新，同時也

12、會帶來一場席卷性農(nóng)藥改革。我們所要研究的溫敏性水凝膠類物質(zhì)同時也要擺脫以往的高溫觸發(fā)的條件。研究出低溫水凝膠才是我們的最終目的。三.技術方案1. 實驗原理：通常，高分子鏈中含有的疏水基團越多 丄CST越低，所以可以通過調(diào)整疏水 基和親水基之間的比例或通過疏水性或親水性單體與PDMAA 進行的無規(guī)共聚可以改變PDMAA類聚合物的LCST。而與親水性共聚單體（如丙烯酞胺）聚 合可以升高共聚物的LCST，與疏水性共聚單體聚合則降低 LCST o2. 實驗選材：單體：N , N-二甲基丙烯酰胺；疏水型共聚單體的選擇：丙烯酸丁酯丙烯酸酯類單體與NIPAM的共聚物中，酯基上的烷基對共聚物 LCST影響能力

13、 大于丙烯酸酯A位上的烷基,前者對增大共聚物的疏水性貢獻更大。中文名稱：甲基丙烯酸甲酯英文名稱：Methyl methacrylate分子式：C5H8O2分子量:100.12性狀無色液體，易揮發(fā)。Melti ng_poi nt -48°CBoili ng_poi nt 100101C相對 Density 0.9440折射率1.4142flash_poi nt 10 C溶解性 溶于乙醇、乙醚、丙酮等多種有機溶劑。微溶于乙二醇和水。中文名稱：丙烯酸乙酯英文名稱：Ethyl acrylate分子式：C5H8O2; CH2=CHCOOC2H5分子量：100.12溫度超易燃，其蒸氣與空氣可形成

14、爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與 氧化劑能發(fā)生強烈反應。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方， 遇火源會著火回燃。容易自聚，聚合反應隨著溫度的上升而急驟加劇。 過20 C,能聚合積熱，引起爆炸。中文名：丙烯酸丁酯，又稱丙烯酸正丁酯，簡稱BA英文名：n-butyl acrylate分子式：C7H12O2相對分子量：128.17結構式：H2C=CHCOOCH2CH2CH2CH3危險性類別：第3.3類高閃點易燃液體熔點：-64.6 C沸點：145.7 C溶解性：不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚穩(wěn)定性：穩(wěn)定聚合危害：隨溫度升高，貯存時間的延長，自聚傾向加劇避免接觸條件：光照、受熱禁忌物

15、：強酸、強堿和強氧化劑 中文名稱：甲基丙烯酸丁酯英文名稱：Butyl Methacrylate (簡寫：BMA )分子式：C8H14O2Och2甲基丙烯酸丁酯性質(zhì)分子量：141.1882 毒理性11300 mg/kg ;1、急性毒性：小鼠腹腔 LD50 : 1490 mg/kg;兔經(jīng)皮LD50 : 大鼠經(jīng)口 LD50 : 20g/kg大鼠吸入LC50 : 19689mg/m3，4小時2、刺激性：皮膚 10000 mg/kg (ope n)3、對眼睛、呼吸系統(tǒng)及皮膚有刺激性，接觸皮膚引起過敏。4跟皮膚接觸可能會引起敏化。5如果被吞食，可能會造成肺部損傷6.易燃。Molcr content of

16、acrjrlate/(%)Fix，3i a» nr lati hi小 w I hHtH (»l a< tv Lihi nrmotnriaih! th 廣 J J1 ''I t <h» irl i ol ropohiH4”rx in jqurwI ioti(博 Pc ly iner) = 0. 01)從圖3可以看出:(1)在所考察的4種丙烯酸酯中，MMA對LCST的影響最小，而BA和BMA的影響最大?？紤]到 BMA毒性較大，因此選擇 BA作為共聚物引發(fā)劑:過硫酸銨APS)白色結晶或粉末。無氣味。干燥純品能 穩(wěn)定數(shù)月，受潮時逐漸分 解放出含臭氧的氧，加熱則分解出氧氣而成為焦硫酸銨。 易溶于 水，水溶液呈酸性，并在 室溫中逐漸分解，在較高溫度時很快分 解放出氧氣，并生成硫酸氫銨。3. 實驗步驟:4. 除雜過程:5. 性能測試：四表征性質(zhì)：隨溫度的升高水溶性升高 ，即溫度高于LCST時呈膨脹狀態(tài)，溫度低于LCST時呈收縮狀態(tài)。農(nóng)藥的包裹與釋放: 物理吸附法：將預先制備好并純化后的聚合物浸泡于蛋白質(zhì)藥物的水溶液,從而實現(xiàn)蛋白質(zhì)過物理吸附以達到蛋白質(zhì)藥物在聚合物和溶液中的平衡分布藥物固定于水凝膠中。（本項目以農(nóng)藥顆粒代替蛋白質(zhì)藥物）交聯(lián).聚含卡交聯(lián)單體交聯(lián)劑蛋白質(zhì)藥物m 2