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含氟N-异丙基丙烯酰胺温度敏感型微凝胶的研究

张凌飞  
【摘要】:温度敏感型水凝胶能够感知环境中温度的变化,通过体积的溶胀或收缩来作出刺激性响应。这类材料在药物载体、组织工程、细胞培养、生物传感器等生物医药领域有着巨大的应用潜力,被人们广泛关注和研究。其中研究比较集中的一种是N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)类温度敏感型水凝胶,归因于其接近于生理温度的体积相转变温度(VPTT约为32℃)。本文针对温度敏感型水凝胶分类、NIPAAm温敏水凝胶的改性及应用研究、含氟聚合物的制备和应用等方面分别作了系统的综述。 传统PNIPAAm水凝胶有着机械强度低、温度响应速率低、难生物降解等缺陷。本文针对这些缺陷,再结合含氟聚合物的特性、本实验室长久以来乳液聚合研究的基础,对PNIPAAm水凝胶进行了含氟改性及性能研究。 采用微波辐射的加热方法,无皂乳液聚合的实施方法,以甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA,简称FA)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)作为单体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)作为交联剂,成功地制备出了洁净的含氟N-异丙基丙烯酰胺温度敏感型微凝胶。所制备的温敏凝胶尺寸为微米级,提高了凝胶的温度响应速率,并赋予其可注射性和被排泄出生物体的可能,同时也回避了传统NIPAAm类水凝胶机械强度差、难降解等应用难题。引入强疏水性的含氟链段,有效降低了温敏水凝胶的体积相转变温度(VPTT),对调节温敏水凝胶VPTT具有指导意义;改善了微凝胶及其乳液的均一性和稳定性。考察了微波功率对聚合过程及产物性能的影响,发现较高的功率有助于制备性能稳定的微凝胶乳液。 运用互穿网络(IPN)、半互穿网络(semi-IPN)、核壳乳液聚合等技术制备了各种网络结构的温敏微凝胶,研究了网络结构对温敏凝胶性能的影响。对比IPN、semi-IPN、壳层含氟、核层含氟四种网络结构的微凝胶,发现:由于微凝胶网络有热缩性,IPN、semi-IPN两种网络结构的形成尚有技术难题需要解决;壳层含氟的核壳结构最有助于制备均一稳定的微凝胶及乳液,但是吸水性能较大降低;核层含氟的核壳结构既能保留良好的温敏特性和吸水性能,又能保证凝胶微球的均一稳定性,是较好的改性选择。 初步探索了含氟NIPAAm温敏微凝胶结合蛋白质、DNA等生物大分子的性能,发现含氟温敏微凝胶能够与生物大分子很好的结合而不破坏其结构。特别是核层含氟的核壳型微凝胶,结合、保护生物大分子的作用很明显,且具有良好的单分散性和温敏特性,在物质分离提纯、载药领域中有着巨大的应用潜力。


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