環(huán)境響應(yīng)型高分子微凝膠的相變、性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、微凝膠/納米凝膠是一類交聯(lián)的聚合物粒子，這類物質(zhì)具有高的水含量、生物相容性及可調(diào)節(jié)的化學(xué)、物理等性質(zhì)，如果其中包含水溶性或水可溶脹性的聚合物鏈亦可稱之為水凝膠。其具有的獨(dú)特性質(zhì)，使得微凝膠在藥物傳輸(DDS)、生物分離等領(lǐng)域有著極為重要而廣泛的應(yīng)用價(jià)值，且長期以來一直是科研領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前和今后對于微凝膠應(yīng)用領(lǐng)域的研究，主要集中在如何很好的控制這些性質(zhì)上，主要包括生物醫(yī)藥上的官能化、粒子尺寸的控制、降解性質(zhì)及藥物的持續(xù)可控釋放及殘留

2、物的移除。這篇論文主要集中研究環(huán)境(溫度、pH等)響應(yīng)型微凝膠在外界刺激改變時(shí)的相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)，小分子、高分子、蛋白質(zhì)在微凝膠內(nèi)部的包埋與可控釋放，以及功能化的微凝膠/線形聚合物在重金屬離子檢測方面的應(yīng)用。具體來說，本論文的工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 1.利用自由基分散聚合法，制備環(huán)境(pH、溫度等)響應(yīng)型的聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝膠以及聚(2-乙烯基吡啶)-聚(N-異丙基

3、丙烯酰胺)(P2VP-PNIPAM)核殼結(jié)構(gòu)微凝膠。通過停流光譜儀的快速混合裝置實(shí)現(xiàn)pH值或溫度躍變，結(jié)合光散射和熒光分辨技術(shù)，檢測輸出信號(hào)隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)曲線，分析微凝膠的相轉(zhuǎn)變行為及其溶脹/收縮的重要?jiǎng)恿W(xué)過程，選擇合適的擬合手段，得出每個(gè)過程對應(yīng)的特征弛豫時(shí)間，并揭示微凝膠尺寸與相轉(zhuǎn)變特征時(shí)間的標(biāo)度關(guān)系。
　　 2.在研究微凝膠相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)行為的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步對影響相轉(zhuǎn)變行為的因素進(jìn)行了探討。首先合成了含有對光敏感

4、弱鍵單元(2-硝基芐酯)的PNIPAM微凝膠，這種弱鍵在紫外光照下可以斷裂并產(chǎn)生親水性的官能團(tuán)，通過控制光照時(shí)間及共聚單元的比例，可以很好的實(shí)現(xiàn)在不同溫度下對微凝膠相轉(zhuǎn)變行為(體積變化)的調(diào)控，并可以通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)體系對該過程進(jìn)行監(jiān)控；另外，合成了含有能夠選擇性絡(luò)合離子的冠醚單元的PNIPAM微凝膠，通過主客體分子識(shí)別，一旦配合上相應(yīng)的離子(K+)后，也能大大改善其親水性，同樣可以實(shí)現(xiàn)在不同溫度下對微凝膠相轉(zhuǎn)變行為(體

5、積變化)的調(diào)控，并可以通過FRET對該過程及其動(dòng)力學(xué)進(jìn)行監(jiān)控。
　　 3.合成了P2VP微凝膠以及P2VP-PNIPAM核殼結(jié)構(gòu)微凝膠，在酸性環(huán)境中當(dāng)有二價(jià)有機(jī)熒光性陰離子2,6-萘二磺酸鈉(2,6-NDS)或表面活性劑(SDBS)存在時(shí)，利用靜電相互作用，該微凝膠可以形成具有最高臨界溶解溫度(UCST)的塌縮球，通過改變?nèi)芤旱膒H值或溫度，能夠控制靜電作用的強(qiáng)弱，即對微凝膠的溶脹/塌縮行為及2,6-NDS的釋放進(jìn)行調(diào)控，且該

6、過程完全可逆；另外，通過外加聚電解質(zhì)聚(苯乙烯磺酸鈉)(PSSNa)與2,6-NDS的競爭絡(luò)合作用，可以誘導(dǎo)低電荷數(shù)的熒光小分子與微凝膠中2VP單元靜電作用的減弱，并從微凝膠內(nèi)部向外擴(kuò)散，同樣實(shí)現(xiàn)對微凝膠的溶脹/塌縮行為及2,6-NDS的釋放進(jìn)行調(diào)控。
　　 4.在對小分子擴(kuò)散行為研究的基礎(chǔ)上，我們接著對線形高分子鏈/蛋白質(zhì)在微凝膠中的包埋與可控釋放進(jìn)行了研究。首先，利用自由基乳液聚合，制備以非交聯(lián)的線形聚2-乙烯基吡啶(P2

7、VP)為核，交聯(lián)聚N-異丙基丙稀酰胺(PNIPAM)為殼的環(huán)境敏感型(溫度，pH值)核殼結(jié)構(gòu)微凝膠，利用停流光譜儀的快速混合裝置，在保持微凝膠濃度一定的前提下，固定溫度改變終態(tài)pH值(pH躍變)及固定終態(tài)pH值改變溫度，通過監(jiān)測散射光強(qiáng)隨時(shí)間的變化對線形P2VP鏈通過多孔PNIPAM殼層向外擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行研究；類似的，合成了pH值、溫度雙敏感的P(NIPAM-co-MAA)微凝膠，研究了溶菌酶通過靜電作用向微凝膠內(nèi)吸附的過程及動(dòng)力

8、學(xué)，并對其在改變pH值時(shí)的釋放行為及活性進(jìn)行了研究。
　　 5.基于聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的溫度響應(yīng)性質(zhì)，制備了含有特定檢測基元的全親水性聚合物和微凝膠基的化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了對水溶液中特定重金屬離子高效、高選擇性檢測，并且檢測性能可以通過溫度調(diào)控。該課題首次合成了含有吡啶單元，在溶液中可以高效、高選擇性的捕捉金屬二價(jià)銅離子(Cu2+)的配體單體，并將該單體與具有熒光性質(zhì)的丹磺酰單體通過自由基乳液聚合，無規(guī)共聚

9、入全親水性的PNIPAM-g-PEO接枝共聚物或輕度交聯(lián)的溫度響應(yīng)性PNIPAM微凝膠中。該系列傳感器在不同溫度時(shí)，呈溶解/聚集或溶脹/收縮狀態(tài)，共聚的吡啶單體可以高效、高選擇性的捕捉溶液中的Cu2+，形成的Cu2+-吡啶配合物可以有效的淬滅臨近丹磺酰分子的熒光，通過檢測丹磺酰熒光強(qiáng)度的變化，從而達(dá)到檢測溶液中Cu2+的目的。
　　 6.結(jié)合原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)與“點(diǎn)擊”化學(xué)(Click Chemistry)技術(shù)，合