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pH和温度双重响应性的两嵌段聚合物刷的制备及性能研究

曹岚  
【摘要】:刺激响应性纳米粒子由于其物理化学性质可以随着外界环境的刺激而发生明显的改变,被广泛地应用于药物控释、靶向分离、生物传感器等各个领域。随着聚合技术的不断发展,目前可以根据实际应用需要对刺激响应性纳米粒子的结构以及性能进行设计与优化。球形聚合物刷由于具有良好的稳定性及分散性,一直是蛋白酶、药物和纳米金属等的优良载体,设计并合成具备刺激响应性的球形聚合物刷应用前景广阔。本文采用表面引发光引发转移终止剂法(SI-PIMP)将温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)和pH敏感性单体丙烯酸(AA)先后接枝在纳米聚苯乙烯微球表面,成功制备了两种嵌段顺序不同的核壳结构聚合物刷PSV@PNIPA-b-PAA和PSV@PAA-b-PNIPA,并对其结构和刺激响应性能进行了系统研究,发现嵌段顺序对聚合物刷结构构象有很大影响,进而影响其刺激响应性能。此外,通过对嵌段聚合物刷与蛋白质之间的相互作用进行探究,发现可以通过改变pH和温度对蛋白的吸附进行调控,表明该嵌段聚合物刷有望成为一种新型智能型蛋白吸附分离载体。本文主要工作如下:(1)通过表面引发光引发转移终止剂法设计并合成两种两嵌段聚合物刷PSV@PNIPA-b-PAA和PSV@PAA-b-PNIPA。利用红外光谱(FTIR)和元素分析(EA)表征PNIPA和PAA接枝前后纳米粒子的组成,动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征其形貌和尺寸。另外,通过元素分析技术对纳米粒子进行定量分析,计算各层聚合物及嵌段聚合物链上NIPA和AA单体的摩尔比例。(2)通过动态光散射分别对两种聚合物刷的pH刺激响应性和温度响应性进行表征与分析。实验结果表明,PSV@PNIPA-b-PAA纳米粒子显示出正常且良好的pH和温度刺激响应性。随体系pH值减小,PAA嵌段发生质子化,静电斥力减小,纳米粒子的表观粒径下降。随温度的增加,纳米粒子的表观粒径下降,呈现出最低临界溶解温度(LCST)特性,且LCST以及响应性在不同pH和盐浓度下表现不同,并具有良好可控性。PSV@PAA-b-PNIPA具备pH刺激响应性能的同时表现出“非正常”的温度响应性。低盐高pH条件下,温敏性表现不明显,在高盐或者低pH条件下,则呈现出“LCST”+“UCST”(最高临界溶解温度)两阶段式的响应性。(3)利用高分辨浊度仪和动态光散射分别在不同pH和温度条件下对PSV@PNIPA-b-PAA和PSV@PAA-b-PNIPA与牛血清蛋白(BSA)之间的相互作用进行研究。发现常温下PSV@PNIPA-b-PAA与BSA之间的相互作用由PAA嵌段主导。对不同pH条件下的聚合物刷与蛋白混合溶液粒径随温度变化进行研究,升温虽然使得纳米粒子整体疏水性上升,但并未造成BSA大量吸附,相反混合溶液温度响应性变得更加明显。常温下PSV@PAA-b-PNIPA与BSA之间的相互作用同样由PAA嵌段主导,然而由于纳米粒子结构的不同以及本身温度响应性的差异,不同pH条件下的升温情况更为复杂。


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