（应用化学专业论文）PNIPAMCS微凝胶的制备及性能研究.pdf

螂甥 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 耘彝 日期：加3 年6 月膨日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海水产大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密叼，在2 ，年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口 学位论文作者签名： 蓖谚葬 同期：跏8 年易月鸭同 指导教师签名： 幻51 ”殳 同期：埘年月7 哆日 上海海洋大学硕士学位论文 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 贾卫民上海应用技术学院教授主席 薛思佳上海师范大学教授委员 蒋霞云上海海洋大学副教授委员 毛东森上海应用技术学院教授委员 张全升上海应用技术学院教授委员 委员 委员 皿历同上海海洋大学秘书 上海应用技术学院南校区 答辩地点答辩日期2 0 0 8 - 6 - 13 4 2 号楼10 1 室 上海海洋人学硕十学何论文 p n i p a m c s 微凝胶的制备及性能研究 摘要 温敏性微凝胶由于其特有的尺寸小、快速响应性等特点，在许多领域显示出 良好的应用前景。本文选用合适的单体来制备具有良好温敏性、功能性、生物相 容性、可降解性兼具的微凝胶，并对所制备微凝胶的性能进行深入系统的研究， 为双敏性微凝胶在药物缓释方面的应用提供指导。 本文将具有良好生物相容性，无毒无刺激的天然弱碱性的壳聚糖( c s ) 作为 大分子单体，与温敏性单体- 异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 通过无皂乳液共聚来制 备p n i p a m c s 微凝胶，使其兼具温度、p h 双敏性。同时，以红外光谱( i r ) 、 核磁共振( n m r ) 手段表征合成的微凝胶的化学组成和结构。通过扫描电子显微 技术( s e m ) 、透射电子显微技术( t e m ) 比较直观地观察合成的微凝胶的粒子 形态及其分散性。通过动态光散射技术( d l s ) 、浊度法( u v ) 及差示扫描量热 法( d s c ) 测定合成的微凝胶的体积相转变温度( v p t t ) ，并系统地研究p h 对 微凝胶v p t t 、盐浓度对微凝胶稳定性的影响。此外，为使药物的负载和释放实验 顺利进行，制备较大粒径的p n i p a m c s 凝胶微粒，通过在不同温度不同p h 体系 下测定载药凝胶微粒的释放性能。 研究表明，p n i p a m 与c s 的接枝共聚更容易发生在c s 中的c 2 一n h 2 及c 6 一o h 基团上。f t - i r 和1 h n m r 的结果证明了其接枝共聚结构的存在。p n i p a m c s 微 凝胶形状为球形，外围呈绒毛状，显示核壳结构的特征，但核壳边界不明显，并 且具有较窄的粒径分布。 随着温度升高，不同配比的p n i p a m c s 微凝胶的粒径分布都变窄，粒径变小。 随交联剂m b a 用量的增加，微凝胶的粒径增加，去溶胀比变小。随单体c s 用量 的增加，微凝胶的粒径变小，去溶胀比变小。 微凝胶m g e l 2 、m g e l 4 、m g e l 5 以及m g e l 6 的体积相转变温度( v p t t ) 分别为3 3 、3 4 。c 、3 4 。c 、3 5 ，d l s 与u v 两种不同测量方法测得的结果一致。 表明p n i p a m c s 微凝胶具有温敏性；并且证明了微凝胶浊度的上升是由凝胶微粒 收缩、粒径变小引起的，而非由凝胶微粒的团聚引起。保持单体c s 用量不变，当 交联剂m b a 用量增加，微凝胶的v p t t 随之升高；保持交联剂m b a 用量不变， 上海海洋人学硕十学位论文 当单体c s 用量增加，微凝胶的v p t t 亦随之升高。 不同p h 对p n i p a m c s 微凝胶的v p t t 有一定影响。随着p h 的增大( p h 2 - - - 8 ) ，p n i p a m c s 微凝胶的v p t t 均向低温移动：继续增大p h 至9 ，微凝胶的 v p t t 又移向高温。随着p h 的增大，p n i p a m c s 微凝胶的粒径先变小后变大； p n i p a m c s 微凝胶的浊度先变大后变小。表明p n i p a m c s 微凝胶具有显著的p h 敏感性。 2 5 时随着n a c i 浓度不断增大，p n i p a m c s 微凝胶的粒径先变小后变大。n a c l 对微凝胶m g e l 2 和m 。g e l 4 的临界絮凝电解质浓度均在0 8 m o l l 左右，对微凝胶 m 。g e l 5 和m g e l 6 的临界絮凝电解质浓度均在1 4 m o l l 左右。低n a c l 浓度 ( 0 0 2 m o l l ) 下加热不会引起微凝胶的絮凝。随n a c l 浓度增加，加热会引起微凝 胶m g e l 2 和m g e l 4 失稳导致絮凝，其临界絮凝温度朝着低温方向迁移。微凝胶 m g e l 5 和m g e l 6 因其亲水性单体含量较高，加热不易引起絮凝，其体积相转变温 度( v p t t ) 朝着低温方向迁移。 载药释药性测试表明p n i p a m c s 凝胶微粒具有温度敏感性，在高温下表现出 良好的缓释性；c s 微粒和p n i p a m c s 微粒在中性条件下( p h 7 4 ) 比在酸性条件下 ( p h 3 0 ) 具有更好的缓释性能。 关键词：微凝胶，双敏性，- 异丙基丙烯酰胺，体积相转变，缓释性 i 上海海洋人学硕十学位论文 s t u d yo np r e p a r a t i o na n dp e r f o r m a n c eo fp n i p a m c s m i c r o g e l s a b s t r a c t t e m p e r a t u r e - s e n s i t i v em i c r o g e l sh a v es h o w e dp o t e n t i a lp r o s p e c t si nm a n ya r e a s b e c a u s eo ft h e i rp r e d o m i n a n tc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha sr a p i dr e s p o n s e sa n dm i c r o s i z e s i n t h i ss t u d y ，a p p r o p r i a t em o n o m e r sw e r ec h o o s e na n dp r e p a r e df u n c t i o n a lm i c r o g e l ss u c h a s t e m p e r a t u r e 。s e n s i t i v i t y ，f u n c t i o n a l i t y ，b i o c o m p a t i b i l i t y a n d b i o d e g r a d a b i l i t y m o r e o v e r ，t h ep r o p e r t i e so fm i c r o g e l sw e r ei n v e t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y ，w h i c hp r o v i d e d g u i d a n c ef o rt h ea p p l i c a t i o no fd r u gs l o w r e l e a s i n go fm i c r o g e l s b a s e do nt h ef a v o r a b l e p r o p e r t i e s o fc sa n d t e m p e r a t u r e - s e n s i t i v i t y o f n - i s o p r o p y l m e t h a c r y l a m i d e ( n i p a m ) ，c o p o l y m e r so fc sa n dn i p a ms y n t h e s i z e db y s u r f a c t a n t f r e ee m u l s i o n p o l y m e r i z a t i o np o s s e s s e d d u a l s e n s i t i v e p r o p e r t y o f t e m p e r a t u r e a n d p h t h ec o m p o s i t i o n a n dm i c r o s t r u c t u r eo f m i c r o g e l s w e r e c h a r a c t e r i z e db yf o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t - i r ) a n d h n u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c e ( 1h n m r ) t h em o r p h o l o g ya n dd i s p e r s i t yo fm i c r o g e l sw e r e o b s e r v e db y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) a n dt r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( t e m ) t h ev o l u m ep h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e ( v p t t ) o fm i c r o g e l sw a s m e a s u r e db yd y n a m i cl i g h ts c a t t e r i n g ( d l s ) u l t r a v i o l e t v i s i b l es p e c t r o s c o p y ( u v ) a n dd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e r ( d s c ) m e a n w h i l e ，e f f e c to fp hv a l u eo nt h e v p t to fm i c r o g e l sa n de f f e c to fs a l tc o n c e n t r a t i o no nt h es t a b i l i t yo fm i c r o g e l sw e r e e s t i m a t e ds y s t e m a t i c a l l y i na d d i t i o n ，p n i p a m c s p a r t i c l e s w i t h b i g g e r s i z ew e r e p r e p a r e dt om a k et h el o a da n dr e l e a s eo fd r u gc a r r i e do u t t h ed r u gr e l e a s ea b i l i t yo f p n i p a m c sp a r t i c l e sw a sm e a s u r e da saf u n c t i o no fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n d p h t h er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a tt h eg r a f tc o p o l y m e r so fp n i p a m c sw e r er e a c t e d m o r ee a s i l yo nt h ep o s i t i o n so fc 2 一n h 2a n dc 6 一o ho fc s t h er e s u l t so ff t - i ra n d 1h n m r d e m o n s t r a t e dt h a tt h e g r a f tc o p o l y m e r i z a t i o n h a db e e n p e r f o r m e d p n i p a m c sm i c r o g e l se x h i b i t e dw e l lm o n o d i s p e r s es p h e r e sw i t hr e g u l a rs i z e t h e p e r i p h e r yo ft h em i c r o g e l sw a sd e n s eh a i r yc o r o n a l t h ea p p e a r a n c er e v e a l e da c o r e s h e l ln a n o s t r u c t u r e b u tt h ec o r e s h e l lb o u n d a r yw a sn o to b v i o u s r 一 上海海洋人学硕十学位论文 w i t hi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e ，t h es i z ed i s t r i b u t i o no fp n i p a m c sm i c r o g e l s b e c a m en a r r o wa n dt h ep a r t i c l es i z e sb e c a m es m a l l w i t hi n c r e a s i n gm b a c r o s s l i n k e r c o n t e n t ，t h ep a r t i c l es i z e si n c r e a s e da n dt h ed e s w e l l i n gr a t i od e c r e a s e d w i t hi n c r e a s i n g c sm o n o m e rc o n t e n t ，b o t ht h ep a r t i c l es i z e sa n dt h ed e s w e l l i n gr a t i od e c r e a s e d t h ev p t to fm i c r o g e l sm g e l 2 ，m g e l 4 ，m g e l 5a n dm g e l 6w a s33 ，3 4 。c ， 3 4 。ca n d35 r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t so fd l sm e a s u r e m e n tw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h e r e s u l t so fu vm e a s u r e m e n t i ti n d i c a t e dt h a tp n i p a m csm i c r o g e l sp o s s e s s e d t e m p e r a t u r e s e n s i t i v e t h ei n c r e a s eo ft h et u r b i d i t yw a sa t t r i b u t e dt ot h es h r i n k a g eo f m i c r o g e l sr a t h e rt h a nt h ea g g r e g a t i o no fm i c r o g e l s w h e nc sw a sk e p ta t ac o n s t a n t c o n t e n t ，t h ev p t to fm i c r o g e l si n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gm b ac r o s s l i n k e rc o n t e n t w h e nm b aw a sk e p ta tac o n s t a n tc o n t e n t ，t h ev p t to fm i c r o g e l si n c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n gc sc o n t e n t t h eu vm e a s u r e m e n ti n d i c a t e dt h a tt h ev p t to fm i c r o g e l sw a sa f f e c t e dw i t hp h t h ev p t to fm i c r o g e l sw a ss h i f t e dt ol o w e rt e m p e r a t u r ew i t hi n c r e a s i n gp hf r o m2t o 8 ，w h e r e a st h ev p t tw a sa th i g h e rt e m p e r a t u r ea sp h 9 w i t hp hi n c r e a s i n gt h ep a r t i c l e s i z e sd e c r e a s e df i r s t l y , a n dt h e np r e s e n t e da ni n c r e a s i n gt e n d e n c y , w h i l et h et u r b i d i t y i n c r e a s e df i r s t l y ，a n dt h e np r e s e n t e dad e c r e a s i n gt e n d e n c y i ts h o w e dt h a tp n i p a m c s m i c r o g e l sh a do b v i o u sp hs e n s i t i v i t y w i t hi n c r e a s i n gt h en a c lc o n c e n t r a t i o n ，t h ep a r t i c l e s i z e so fp n i p a m c s m i c r o g e l sd e c r e a s e df i r s t l y ，a n dt h e np r e s e n t e da ni n c r e a s i n gt e n d e n c y a t2 5 。c t h e c r i t i c a ln a c lc o n c e n t r a t i o nt h a ti n d u c e df l o c c u l a t i o no fm i c r o g e l sm - g e l 2a n dm - g e l 4 w a so 8 m o l la r o u n d t h ec r i t i c a ln a c lc o n c e n t r a t i o nt h a ti n d u c e df l o c c u l a t i o n o f m i c r o g e l sm g e l 5a n dm g e l 6w a s1 4 m o l l a r o u n d t h ef l o c c u l a t i o no fm i c r o g e l s w a s n ti n d u c e db ye l e v a t i n gt h et e m p e r a t u r eu n d e rt h el o w e rn a c ic o n c e n t r a t i o n ( o 0 2 m o l l ) a st h en a c lc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d ，t h ef l o c c u l a t i o no fm i c r o g e l s m g e l 2a n dm g e l 4t o o kp l a c ea te l e v a t e dt e m p e r a t u r eb e c a u s eo ft h ec o l l o i d a l u n s t a b l i t y t h ec r i t i c a lf l o c c u l a t i o nt e m e p a r a u r eo fm i c r o g e l sm g e l 2a n dm g e l 4w a s s h i f t e dt ol o w e rt e m p e r a t u r e b u tt h ef l o c c u l a t i o no fm i c r o g e l sm g e l 5a n dm g e l 6w a s n o td e t e c t e dt oe l e v a t et h et e m p e r a t u r eb e c a u s et h e yc o n t a i n e dh i g h e rc o n t e n to f h y d r o p h i l i cm o n o m e r t h ev p t to fm i c r o g e l sm g e l 5 a n dm - g e l 6w a ss h i f t e dt o l o w e rt e m p e r a t u r e t h el o a da n dr e l e a s eo fd r u g e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tp n i p a m c sp a r t i c l e s i v p o s s e s s e dt e m p e r a t u r e s e n s i t i v ea n dt h e y e x h i b i t e dg o o ds l o w 。r e l e a s e da b i l i t ya th i g h t e m p e r a t u r e m o r e o v e r , t h ed r u gs l o w r e l e a s e da b i l i t yo f c sp a r t i c l e sa n dp n i p a m c s p a r t i c l e s i nh i g h e rp he n v i r o n m e n t ( p h 7 4 ) w a sb e t t e r t h a nt h a ti nl o w e rp h e n v i r o n m e n t ( p h 3 0 ) k e yw o r d s ：m i c r o g e l ，d u a ls e n s i t i v ep r o p e r t y ，n - i s o p r o p y l m e t h a c r y l a m i d e ， v o l u m ep h a s et r a n s i t i o n ，s l o w r e l e a s e da b i l i t y v 上海海洋人学硕十学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t i i i 弓f言1 第一章微凝胶概述5 1 1p n i p a m 的结构5 1 2p n i p a m 微凝胶的特性5 1 2 1 溶胀性与体积相转变5 1 2 2 胶体稳定性7 1 2 3 电性质7 1 2 4 假塑性与触变性7 1 2 5 表面活性7 1 3p n i p a m 系微凝胶的合成8 1 3 1 均质结构p n i p a m 系微凝胶的合成9 1 3 2 核一壳结构p n i p a m 系微凝胶的合成一9 1 4p n i p a m 系微凝胶的性能研究进展1 0 1 4 1 均质结构p n i p a m 系微凝胶的性能研究阻2 7 、3 1 3 9 4 1 1 1 0 1 4 2 核一壳结构p n i p a m 系微凝胶的性能研究11 1 5 影响p n i p a m 系微凝胶溶胀性能的主要因素1 2 1 5 1 单体1 2 1 5 2 交联剂1 2 1 5 3 电解质13 1 6p n i p a m 系微凝胶的表征方法1 3 1 6 1 红外光谱法( i r ) 1 4 1 6 2 核磁共振技术( n m r ) 1 4 1 6 3 电子显微技术1 4 1 6 4 动态光散射技术( d l s ) 1 4 1 6 5 浊度法( u v ) 1 4 1 6 6 示差扫描量热法( d s c ) 1 4 1 7p n i p a m 系微凝胶的应用l5 v l 上海海洋人学硕十学何论文 1 7 1 药物释放15 1 7 2 酶的固定1 6 1 7 3 涂料改性1 6 1 7 4 水处理1 6 第二章p n i p a m c s 微凝胶的制备和性质研究1 7 2 1 引言。17 2 2 实验部分1 7 2 。2 1 实验原料1 7 2 2 2 实验仪器。18 2 2 3 微凝胶的制备18 2 2 4 微凝胶的性质表征1 9 2 3 结果与讨论2 0 2 3 1p n i p a m c s 微凝胶的制备2 0 2 3 2 微凝胶的结构组成2 0 2 3 3 微凝胶的形态2 2 2 3 4 微凝胶的粒径分布及去溶胀比2 3 2 - 3 5 微凝胶的体积相转变温度( v p t t ) 2 7 2 3 6p h 对微凝胶v p t t 的影响3 0 2 3 7 盐对微凝胶稳定性的影响3 3 2 4 小结4 1 第三章p n i p a m c s 凝胶微粒的制备和药物缓释研究4 2 3 1 引言4 2 3 2 实验部分4 2 3 2 1 实验原料4 2 3 2 2 实验仪器4 3 3 2 3 实验方法4 3 3 2 4 表征与测试4 4 3 3 结果与讨论4 5 3 3 1s e m 结果4 5 3 3 2f t - i r 分析4 5 3 3 3d s c 表征4 6 3 3 4 药物吸收和释放的性能测定4 7 3 4 小结4 9 v i i 二皇塑塑堂叁堂婴堂堕笙壅 结论5 0 参考文献5 2 附录6 0 致谢6 1 上海海洋人：学硕十学何论文 引言 凝胶及凝胶现象普遍存在于自然界。生物组织大多以大分子网络和液体构成 的凝胶状态存在，如海参的器官主要是水和凝胶材料组成，它们能够对外界的接 触迅速做出响应，如柔软的躯体瞬问变得僵硬等。因此科学家开始利用人工合成 的凝胶来 模拟海参类的生物组织，可以说凝胶材料的发展和研究来源于仿生。 凝胶是指三维聚合物网络包含了液体( 溶剂) 的膨润体。根据溶剂不同，聚 合物凝胶又分为水凝胶和有机凝胶。水凝胶是一种水性溶胀的交联体。它是一种 亲水，但又不溶于水，具有在水中溶胀的交联网状结构，并且在水中能有足够的 稳定性。而水分子由于和高分子网络具有亲和性，则被高分子网络封闭在罩面， 失去了流动性，因此水凝胶能像固体一样显示出一定的形状。 目自 关于智能型水凝胶的研究比较热门【卜3 1 。智能型水凝胶是一类对外界刺激 能产生敏感响应的水凝胶。根据对不同刺激的响应性，可分为温度敏感性水凝胶、 p h 敏感性水凝胶、化学物质敏感性水凝胶、电场敏感性水凝胶等。其中研究最多 的是温敏性水凝胶，最具代表性的是一异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 1 4 j 类水凝胶。 一异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 单体含有碳碳双键，可以很容易打丌双键进行 自由基聚合，此外，它还同时具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使其线性 聚合物( p n i p a m ) 的水溶液呈现出温度敏感特性，即在3 2 。c 左右有一低临界溶液 温度( l c s t ) ，溶液温度达到或高于这个温度时，p n i p a m 的水溶液在一相当宽 的浓度范围内可发生相分离，而当温度降低到l c s t 以下时，沉淀的p n i p a m 又能 再迅速溶解。交联的p n i p a m 水凝胶也具有与线性p n i p a m 相似的特点，即水凝胶 温度高于l c s t 时体积收缩，低于l c s t 时则再度溶胀。n i p a m 与某些单体( 苯乙 烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等) 形成的共聚水凝胶也具有这种性 质。 由于p n i p a m 水凝胶亲水性好，且其l c s t ( 3 2 左右) 接近人体温度( 3 7o c ) ， 通过引入不同亲水疏水值的共聚单体，调节分子的亲水疏水平衡，l c s t 贝i 可以 非常接近人体的体温，因此近些年来，p n i p a m 类水凝胶应用于生物医学领域的研 究备受关注，如水凝胶的药物控释系统【5 】、生化分离【6 】、酶的固定化【7 j 等。 合成水凝胶的传统方法是溶液聚合法j ，但是传统方法合成的大尺寸水凝胶由 于响应速度较慢，大大限制了其应用，因此合成快速响应的水凝胶一直是智能型 上海海洋人学硕十学位论文 水凝胶研究的一个重要课题。 为了提高凝胶的响应速度，人们从不同方面做了许多工作：例如从提高凝胶 的孔隙度出发合成大孔 8 】、甚至超孔【9 】水凝胶；以及合成一些特殊结构( 如梳型结 构) 1 0 1 的水凝胶。其中一个有效且受人关注的方向是从降低凝胶尺寸入手，合成 微凝胶。 早在1 9 3 5 年，s t a u d i n g e r 和h u s e m a n n 】首先以二乙烯基苯为单体进行溶液聚合 得到一种分子内交联聚合物微粒，但其形成机理和分子结构却不清楚。b a k e r 【l 圳在 1 9 4 9 年认为其独特性能的产生是由于形成分子内交联的聚合物微粒的缘故，他首 次将这种聚合物称为微凝胶，并提出小区域原位凝聚的乳液共聚概念。但直到19 8 8 年才由f u n k e t l 3 】给微凝胶下了一个较为具体的定义，他把微凝胶定义为尺寸范围在 l n m 至l j l 0 0 n m 的亚微米级交联聚合物颗粒。后来人们又将这一尺寸范围扩大为凡具 有胶体尺寸1 n m 到1 u m 且分子内交联的颗粒都叫微凝胶。目日，j ，此粒径范围已重新 定义为5 0 n m 5l l m ，即尺寸范围扩大到了微米级。 自从1 9 8 6 年，c h i b a n t e 矛1 3 p e l t o n 1 4 l 首次报道利用异丙基丙烯酰胺在交联剂 亚甲基双丙烯酰胺存在下成功制备了单分散温敏性p n i p a m 微凝胶。随后刺 激响应性微凝胶由于本身特有的些优势，如受外界因素( 温度、p h 、光、电场、 磁场、化学物质等) 刺激时响应速度快、尺寸小，引起越来越多学者的兴趣，不 断出现关于微凝胶合成、性质、应用5 j 的报道。微凝胶最早的应用是涂料工业， 它们可被用来改善高固含配方的流变行为。 最近十几年来，温敏性微凝胶作为一种新型的亲水性微凝胶体系是国际上研 究的热点，而最具实用意义的p n i p a m 系微凝胶则是它的典型代表。目前，国外在 温敏性微凝胶的应用研究主要是围绕着“智能”和“可控”展丌的，应用领域主 要是集中在生物技术、控制吸收和释放【1 7j 等领域。而国内关于温敏性微凝胶的研 究还处于刚起步的阶段。 温敏性微凝胶由于特有的快速响应性、尺寸小等特点，在生物医用领域显示 出良好的应用前景。尤其是p n i p a m 温敏性微凝胶因其相转变温度接近人体f 常体 温，而受到特别关注。 为使p n i p a m 温敏性微凝胶满足生物医用材料的要求，常需要对其分子加以修 饰，使该材料兼具温敏性与功能性。此外，作为生物材料还要求材料具有良好生 物相容性和生物降解性。因此，选择合适的单体通过共聚来制备具有良好温敏性、 功能性、生物相容性、可降解性兼具的微凝胶是本文研究的出发点和重点，以期 为双敏性微凝胶在药物缓释方面的应用提供理论指导。 目自仃国内关于温度p h 敏性p n i p a m 微凝胶的报道还较少，并且制备温度一p h 2 上海海洋人学硕+ 学位论文 敏性微凝胶的主要方法是让n i p a m 与小分子单体如丙烯酸( a a ) 、甲基丙烯酸 ( m a a ) 等发生无皂乳液共聚 1 6 - 1 9j 。本论文将选用具有良好生物相容性、无毒无 刺激、天然弱碱性的壳聚糖( c s ) 作为大分子单体，与温敏性单体异丙基丙烯 酰胺( n i p a m ) 通过无皂乳液共聚来制备p n i p a m c s 微凝胶，使其兼具温度、p h 双敏性，及生物相容性和可降解性。 壳聚糖( c s ) 是天然存在的唯一碱性多糖，其p k a 值为6 3 【2 。壳聚糖是由存 在于蟹、虾壳等中的甲壳素经过一脱乙酰化反应而制得。一般而言，一乙酰基 脱去5 5 以上的就可称之为壳聚糖。作为具有实用价值的工业品壳聚糖，一乙酰 度必须在7 0 以上。壳聚糖因原料不同和制备方法不同，相对分子质量也从数十 万到数百万不等，不溶于水和碱溶液，可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸，以及大 多数有机酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。在稀酸中，壳聚糖的主链会缓慢水解，溶 液的黏度逐渐降低，如1 的壳聚糖盐酸溶液，在室温放置1 个星期，黏度就会降 低半。一乙酰度和黏度( 可反映平均相对分子质量) ，是壳聚糖的两项主要的 性能指标。 壳聚糖因含有游离氨基，其氮原子上还有一对未结合的电子，使氨基呈弱碱 性，能结合一个氢离子，从而使壳聚糖成为带f 电荷的电解质，其反应活性要比 原来的甲壳素强得多，这f 是壳聚糖受到广泛应用的主要原因。壳聚糖易与多种 物质发生化学反应，比如碱化反应、吸附( 螯合) 反应、酯化反应、醚化反应、 衍生化反应、氧化反应、水解反应、接枝共聚、交联反应等。 随着对壳聚糖丌发研究的深入，壳聚糖己展现出优越的生理活性和功能( 良 好的生物相容性、生物可降解性、无毒副作用，良好的吸附性、成膜性和通透性、 成纤性、吸湿性和保湿性等) ，引起了社会各界的极大关注，己在医药、食品、日 化、农业、环保、纺织、建筑等众多领域得到了广泛的应用 2 0 - 2 6j ，渐显示出其广 阔的前景。比如壳聚糖可用作吸附剂，从废水中提取余属或对蛋白质的吸附及分 离，用于固定化酶，用于药物的控制释放，增加药物的靶向性等。 论文在前期工作【27 的基础上对p n i p a m c s 微凝胶进行了再制备，并以浊度法 等对微凝胶性能进行了系统研究。内容具体如下： ( 1 ) 通过无皂乳液共聚制备一系列不同配比德p n i p a m c s 微凝胶，使其兼 具温度、p h 双敏性，及生物相容性和可降解性。一方面使n i p a m 具有了p h 敏性， 另一方面除具有c s 的性质外无疑使c s 拥有了温敏性，增大了c s 的适用范围。 ( 2 ) 以红外光谱( i r ) 、核磁共振( n m r ) 手段表征合成的微凝胶的化学组 成和结构。通过扫描电子显微技术( s e m ) 、透射电子显微技术( t e m ) 比较直 上海海洋人学硕+ 学位论文 观地观察合成的微凝胶的粒子形态及其分散性。 ( 3 ) 通过动态光散射技术( d l s ) 、浊度法( u v ) 等测定合成的微凝胶的体 积相转变温度( v p t t ) ，并系统地研究单体、交联剂的不同用量对微凝胶的体积 相转变行为的影响，系统地研究p h 对微凝胶v p t t 、盐浓度对微凝胶稳定性的影 响，以期为双敏性微凝胶的性能研究提供指导。 ( 4 ) 为使药物的负载和释放实验顺利进行，制备较大粒径的p n i p a m c s 凝 胶微粒，通过在不同温度不同p h 体系下测定载药凝胶微粒的释放性能，以期为双 敏性微凝胶在药物缓释方面的应用提供指导。 4 上海海洋人学硕十学位论文 1 1p n i p a m 的结构 第一章微凝胶概述 一异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 单体含有碳碳双键，可以很容易打开双键进行 自由基聚合，此外，它还同时具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使其聚合 物( p n i p a m ) 的水溶液呈现出温度敏感特性。其化学结构式如图1 1 所示。 h 2 c 下h。七h 2 c 一午嗡 g 一0c i o n h心h h 3 c r 叫3h 3 c r 叫3 。 h 。 h 。 ( a )( b ) 图1 1 化学结构示意图( an i p a mbp n i p a m ) f i g u r e1 1c h e m i c a ls t r u c t u r e s ( an i p a m bp n i p a m ) 1 2p n i p a m 微凝胶的特性 p n i p a m 微凝胶具有特殊的交联结构，介于支链大分子与宏观聚合物之l 、自j ， 如图1 2 所示。一个微凝胶粒即为一个大分子，这个大分子链被限定在一定区域内 进行分子内交联形成网状结构，在微凝胶分子l 、白j 不存在化学键。这种特殊的交联 结构使p n i p a m 微凝胶具有许多优异的性能。 ( a )( b )( c )( d ) 图1