具有IPN结构的双重刺激响应性空心微凝胶的制备与表征

【摘要】：和单一刺激响应性空心微凝胶相比,双重刺激响应性空心微凝胶能够对两种不同的外界刺激产生响应,因而具有更高的智能性。这种智能空心微凝胶可以通过更多的途径来装载或释放客体分子,因此在药物可控释放、智能微反应器、生物传感器、生物物质分离和催化剂载体等方面具有良好的应用前景。互穿聚合物网络(IPN)技术能将两种具有不同性质或功能的聚合物实现分子水平上的混合,可有效地将它们的性质或功能结合起来,并能保持它们的相对独立性。本文采用胶体模板聚合、原位聚合、通过缩合反应引入苯硼酸基团和刻蚀模板等方法合成了具有互穿聚合物网络(IPN)结构的pH/温度双重刺激响应性空心微凝胶和温度/葡萄糖双重刺激响应性空心微凝胶,以及具有半互穿聚合物网络(semi-IPN)结构的温度/葡萄糖双重刺激响应性空心微凝胶。对它们的化学结构与组成以及形态结构进行了表征,研究了影响它们的刺激响应性的主要因素。本文研究工作及取得的研究结果主要有以下几方面： (1)以表面改性的SiO2胶体粒子为模板,先后通过胶体模板聚合、原位聚合反应以及用HF酸刻蚀SiO2模板等过程,制备出由聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)和聚丙烯酸(PAA)两种聚合物网络形成的具有IPN结构的空心微凝胶。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对空心微凝胶的化学组成进行了表征。透射电镜(TEM)分析结果证实空心微凝胶壳层中PNIPAM和PAA两种聚合物形成了IPN结构,内核具有空心的形态结构。用动态激光光散射(DLLS)测试不同pH值或者不同温度条件下空心微凝胶的水动力学直径,结果表明空心微凝胶既有pH刺激响应性又有温度刺激响应性,并且这两种刺激响应性组分之间的相互干扰较小。 (2)在上述研究工作的基础上,通过氨基苯硼酸和PAA之间的缩合反应将空心微凝胶壳层中的PAA组分转化为聚(N-苯硼酸基丙烯酰胺)(PAPBA)组分。FTIR和核磁共振硼谱("B NMR)分析结果证实缩合反应后形成的空心微凝胶由PNIPAM和PAPBA两种聚合物组成。用TEM表征了空心微凝胶内核的空心结构以及壳层两种聚合物形成的IPN结构。不同温度或不同葡萄糖浓度条件下用DLLS测试空心微凝胶的水动力学直径,结果表明空心微凝胶具有温度和葡萄糖双重刺激响应性。 (3)以表面改性的Si02胶体粒子为模板,采用一步胶体模板沉淀聚合法将线性PAA引入到交联的PNIPAM聚合物网络中,形成壳层具有半互穿聚合物网络(semi-IPN)结构的核壳复合粒子。然后将复合粒子壳层中PAA分子链上的羧酸基团通过缩合反应转化为苯硼酸基团,刻蚀其中模板后制得一种具有semi-IPN结构的温度／葡萄糖双重刺激响应性空心微凝胶。采用FTIR、11B NMR、TEM和SEM等手段对空心微凝胶的化学组成和形态结构进行了确证。用DLLS测试semi-IPN空心微凝胶在不同温度或不同葡萄糖浓度条件下的水动力学直径,结果证明它既有温度刺激响应性,又有葡萄糖刺激响应性。