聚（N-异丙基丙烯酰胺）类水凝胶的辐射合成与应用研究

【摘要】： 智能水凝胶的主要研究方向之一是温敏性水凝胶，聚（N-异丙基丙烯酰胺） （PNIPA）水凝胶作为高温收缩的温敏水凝胶，由于其适宜的相转变温度和溶胀性 能被应用于药物的浓缩及药物释放。 目前，N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）常与其他单体以化学交联的方式合成共聚水 凝胶，通过单体的不同与配比的差异，改变相转变温度、溶胀度、溶胀-消溶胀速 率。常用与NIPA共聚的单体有丙烯酸类或甲基丙烯酸类、丙烯酰胺类衍生物等。 由于PNIPA类水凝胶多用于大分子蛋白质、酶的药物缓释。作为药物释放的 载体，要求PNIPA类水凝胶产物纯净、无毒、在人体内受离子强度影响较小，可 适用于难溶药物或大分子药物的释放。采用化学交联的引发剂、交联剂可能污染 水凝胶，对药物的活性不利；很难与疏水物质合成均聚水凝胶；仅适用于小分子 亲水药物的控制释放；受离子强度影响较大等。 为了改进PNIPA类水凝胶的性质，以适应不同需要，本工作采用不加入引发 剂与交联剂，辐射合成NIPA与四类单体的共聚物或形成互穿网络，以适应不同需 要。四类单体为①甲基丙烯酸2-羟基乙酯（HEMA）。②N-乙烯基吡咯烷酮（NVP） 及线形聚合物PVP。③2-丙烯酰胺基甲基丙磺酸（AMPS）。④丙烯酸钠（SA）、甲 基丙烯酸钠（SMA）通过性能测试与表征，得到以下结果： 1．辐射合成PNIPA水凝胶，通过溶胀性能测试，探讨聚合条件，在剂量率为 1kGy/h、辐射剂量为30kGy、密封条件下，PNIPA水凝胶性能较好。 2．采用有一定疏水作用HEMA作为共聚单体，在保持较大的溶胀度与适宜的相 转变温度的基础上，采用与HEMA溶度参数接近的溶剂（正丁醇）合成均质 凝胶。以木瓜蛋白酶作为模型药物进行药物释放表明，共聚水凝胶与互穿网络 （IPN）水凝胶分别适用于药物缓释与较快释放。 3．采用N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）及线形聚合物与NIPA共聚，在保持较大的溶 胀度与适宜的相转变温度的基础上，改善PNIPA水凝胶的耐盐性，并且两类 共聚水凝胶对难溶药物乙酰水杨酸具有增溶缓释作用。 4．采用低配比AMPS合成高溶胀度的P（NIPA-AMPS）水凝胶，适当提高相转变温 度的同时，显著提高溶胀度，并分析其溶胀机理。通过P（NIPA-AMPS）浓缩木 瓜蛋白酶表明，适当调节辐照剂量和单体配比，PnyIPA－AMPS）共聚水凝胶可 用于大分子蛋白质的浓缩分离。 5．采用低含量 SA、SMA与＊PA共聚合成水凝胶，和 PpelPA）T（SA互穿网络水 凝胶比较。通过溶胀测试，上述水凝胶具有温敏性与叫值敏感性。比较共聚 水凝胶和互穿网络水凝胶可以看出，互穿网络水凝胶中两种组分的性质可以 同时体现，而共聚水凝胶中两种组分互相影响。以木瓜蛋白酶作为模型药物， 共聚水凝胶与互穿网络凝胶均在酸性条件下药物不释放，在中性条件下释放： 并且共聚水凝胶中的药物缓慢释放，而IPN水凝胶释放速度较快。 6．为了了解NIPA类水凝胶中水的性质以及水与高分于链的相互作用，使用差示 扫描量热法（DSC）区分自由水与结合水，并且获得体积相转变温度，其值与 溶胀法测定值相近。