温度敏感性ABA型嵌段共聚物的合成与凝胶化

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:PhilippsWang
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当外界温度、pH、离子强度等变化时,刺激响应性(环境敏感性)全亲水嵌段共聚物的某一嵌段由亲水转化为疏水,形成共聚物胶束。这种刺激响应性聚合物胶束以及由胶束形成的凝胶在生物学、医学、催化、分离等领域有广泛的应用前景。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)线型聚合物在水溶液中具有独特的相行为[1],即随着水溶液温度升高,其溶解性下降,到某一温度时会发生相分离而产生沉淀,但降低温度时,它又可逆地恢复到原来在低温下的状态。我们称这一相变温度为低临界溶解温度或低相变温度(Low Critical Solution Temperature,LCST)。研究表明,与亲水性单体共聚可以增强氢键作用,影响聚合物在溶液中的相分离行为,从而可以提高温敏性聚合物的LCST得到LCST接近人体生理温度的共聚物。N-羟甲基丙烯酰胺(HMAM)能与一些含氯染色体键合,可以增强含HMAM共聚物与生物大分子的相互作用[2]。通过将NIPAM与其它单体共聚或将PNIPAM接枝到其它基材上,可以改变相转变温度和机械力学性能,甚至与其它功能性单体共聚,可以制成具有其它特殊功能,比如pH、光、压力等敏感性材料,拓展了PNIPAM的应用。根据不同的用途,PNIPAM有多种形式,包括线型、凝胶、基材接枝聚合物三大类。以PNIPAM为主的温敏材料是受温度控制发生体积相转变的一类生物相容性的智能材料。因相变温度在人体生理温度(37°C)附近,在药物负载上具有潜在用途。聚乙二醇(PEG)作为水溶性高分子,具有无毒,无免疫反应的特点。另外,PEG也能够起到最小化蛋白吸附和降低细胞的非特异性吸附的作用,是常用的生物医用材料。除此之外,聚乙二醇(PEG)为亲水性链段,可以提高吸水性能,调节其用量可提高LCST,并在共聚物交联网络中形成水的通道[3],快速达到溶胀-退溶胀平衡从而提高其响应性,同时PEG可与酰胺基间形成氢键,增加了物理交联点,使凝胶的机械性能得以加强。由亲水PEG组成的B嵌段和由温敏性A嵌段组成的ABA型嵌段共聚物,能够响应外界温度的变化。当温度调节至LCST以上时,A嵌段由于疏水相互作用聚集为核,形成以A嵌段聚集体为核、B嵌段为壳的“花状”高分子胶束。这种“花状”高分子胶束,能够随外界温度的变化而发生可逆转变,所以广泛应用于药物传输,组织修复,蛋白质修饰等医药领域。如果B嵌段足够长,胶束浓度足够高时,相邻胶束的B嵌段可连接起来,形成高分子物理凝胶。这种物理凝胶也响应外界温度的变化,被成为智能凝胶。基于以上的研究背景和发展趋势,本论文选用温度敏感性单体NIPAM与生物相溶的亲水聚合物PEG,合成了具有温度敏感的三嵌段共聚物P(NIPAM-co-HMAM)-b-PEO-b-P(NIPAM-co-HMAM),并对其水溶液的相行为和胶束化行为进行了研究。通过改变合成条件,得到了最终能形成凝胶的聚合物,并对其流变行为进行了研究。主要开展了以下两方面的研究工作:(1)以CuBr/PMDETA为催化体系,Br-PEO-Br为引发剂,在不需要冷冻抽真空的情况下,利用原子转移自由基聚合法合成了ABA型P(NIPAM-co-HMAM)-b-PEO-b-P(NIPAM-co-HMAM)三嵌段共聚物,利用透光率、粘度,表面张力测试研究了嵌段共聚物溶液的温度敏感性,利用荧光探针和透射电镜研究了嵌段共聚物胶束化行为,确定了共聚物水溶液的临界胶束浓度(CMC)。(2)通过改变催化体系Cu(I)Br/Me4Cyclam,利用Schlenk (希莱克)技术再次合成了聚合度很高的P(NIPAM-co-HMAM)-b-PEO-b-P(NIPAM-co-HMAM)三嵌段共聚物。利用透光率、荧光探针和透射电镜研究了不同聚合度的共聚物胶束化作用,并选择适合的聚合度及聚合物浓度,通过温度诱导得到了温度敏感的热可逆水凝胶,对水凝胶的流变行为进行了研究。
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